KR101889191B1 - 차체용 구조물 - Google Patents

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석동윤
이홍우
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명의 차체용 구조물은 차체의 길이방향을 따라 연장되는 제1프레임; 상기 제1프레임의 하방에 배치되고, 전방을 향해 연장되는 제2프레임; 상기 제2프레임의 상부에 형성되고, 차체 전방에 가해지는 충격에 의한 상기 제2프레임의 상방 휨 변형을 유도하도록 구성되는 제1비드; 및 상기 제2프레임의 하부에 형성되고, 차체 전방에 가해지는 충격에 의한 상기 제2프레임의 하방 휨 변형을 억제하도록 구성되는 제2비드;를 포함한다.

Description

차체용 구조물{Frame for vehicle}
본 발명은 차체용 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스몰 오버랩 시험 기준에 따른 전면 충돌에도 차체의 안정성을 유지할 수 있는 차체용 구조물에 관한 것이다.
자동차는 고속으로 운행되므로 충돌사고 시 승객의 안전을 크게 위협할 수 있다. 이에 따라 자동차 관련 기관은 충돌사고에 대한 탑승자의 안전을 예방하는 차원에서 자동차에 대한 여러 가지 충돌시험을 실시하고 있다. 일 예로, 미국 고속도로 안전보험협회(IIHS)는 정면 충돌 성능시험 및 자동차의 전방부 25%에 대한 겹침 충돌 시험인 스몰 오버랩 충돌 성능시험(Small Overlap)을 대부분의 차량에 대해 실시하고 있다.
일반적으로 프레임 차량의 정면충돌 성능은 차량이 최대 감가속도가 40G (G는 9.8㎨)이하가 되도록 지표를 설정하여 개발된다. 그런데 프레임 차량은 충돌에 따른 충격이 프레임에 의해 탑승 공간까지 그대로 전달될 수 있으므로, 운전자 및 동승자의 안전을 보장하기 어렵다.
특히, 프레임 차량의 정면 충돌 시에는 차량 전방에 탑재된 엔진이 탑승 공간으로 그대로 밀려 들어가 운전자 및 동승자의 하반신에 상당한 충격을 가할 수 있으므로, 이를 최소화할 수 있는 프레임의 개발이 요청된다.
참고로, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 내지 3이 있다.
KR 10-0166290 B1 KR 2008-0004276 A KR 10-1526429 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량의 정면 충돌 및 스몰오버랩 충돌에 따른 충돌에너지를 효과적으로 반감시킬 수 있는 차체용 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물은 차체의 길이방향을 따라 연장되는 제1프레임; 상기 제1프레임의 하방에 배치되고, 전방을 향해 연장되는 제2프레임; 상기 제2프레임에 형성되고, 차체 전방에 가해지는 충격에 의한 상기 제2프레임의 상방 휨 변형을 유도하도록 구성되는 제1비드; 및 상기 제2프레임의 하부에 형성되고, 차체 전방에 가해지는 충격에 의한 상기 제2프레임의 하방 휨 변형을 억제하도록 구성되는 제2비드;를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제2프레임은, 상기 제1프레임의 하방에 배치되고, 전방을 향해 연장되는 상부 프레임; 및 상기 제1프레임의 하방에 배치되고, 전방을 향해 연장되며, 상기 상부 프레임과 아래쪽에 배치되는 하부 프레임;을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제2프레임은 높낮이를 갖는 곡선 형태이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제2프레임은 차체의 전방을 향해 갈수록 단면적이 증가되는 형태이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제1비드는 오목한 형상이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제1비드는 상기 제2프레임의 폭 방향으로 연장 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제2비드는 볼록한 형상이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제2비드는 상기 제2프레임의 길이 방향으로 연장 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제2비드는 상기 제1비드보다 차체 후방에 위치되도록 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물은 상기 제1프레임과 상기 제2프레임을 연결하는 연결 부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 연결 부재는 상기 제1프레임으로부터 상기 제2비드를 향해 연장된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물에서 상기 제1비드는 상기 연결 부재보다 차체 전방에 위치되도록 구성된다.
본 발명은 차량의 정면충돌에 따른 충돌에너지를 효과적으로 경감시킬 수 있다. 아울러, 본 발명은 스몰오버랩 충돌에 따른 시험성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차체용 구조물의 평면도
도 2는 도 1에 표시된 A 부분의 확대 사시도
도 3은 도 1에 도시된 A 부분의 확대도
도 4는 도 1에 도시된 A 부분의 측면도
도 5는 도 1에 도시된 A 부분의 저면도
도 6은 도 1에 도시된 차체용 구조물의 정면충돌에 따른 변형 형태를 나타낸 저면도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하여 일 실시 예에 따른 차체용 구조물을 설명한다.
본 실시 예에 따른 차체용 구조물(100)은 몸통 골조(102), 전방 골조(104), 후방 골조(106)를 포함한다. 그러나 차체용 구조물(100)의 구성이 전술된 요소들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 차체용 구조물(100)은 보강 부재(108)를 더 포함할 수 있다.
몸통 골조(102)는 대체로 차량의 길이 방향을 따라 길게 형성된다. 예를 들어, 2개의 강관은 차량의 길이 방향을 따라 평행하게 배치될 수 있다. 이와 같이 구성된 몸통 골조(102)는 탑승 공간에서 발생하는 하중을 지탱할 수 있다.
전방 골조(104)는 차량의 엔진이 배치되는 부분에 배치된다. 예를 들어, 전방 골조(104)는 몸통 골조(102)의 앞쪽에 형성될 수 있다. 전방 골조(104)는 몸통 골조(102)와 일체로 형성된다. 예를 들어, 전방 골조(104)는 몸통 골조(102)와 대체로 평행하게 배치되고, 몸통 골조(102)의 일 단과 연결될 수 있다.
전방 골조(104)는 복수의 부재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전방 골조(104)는 제1프레임(110)과 제2프레임(120)을 포함할 수 있다. 그러나 전방 골조(104)의 구성이 전술된 부재들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전방 골조(104)는 제1프레임(110) 및 제2프레임(120)의 강도 또는 강성을 향상시키기 위한 다른 구성을 더 포함할 수 있다. 이와 같이 구성된 전방 골조(104)는 차량의 엔진 및 관련 부품에 따른 하중을 지탱할 수 있다.
전방 골조(104)는 전방 범퍼와 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 전방 골조(104)는 전방 범퍼와 연결될 수 있는 결합판(150)을 포함할 수 있다. 결합판(150)은 차량 구조물(100)의 폭 방향으로 연장되는 평판 형태일 수 있다. 그러나 결합판(150)의 형태가 평판 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 결합판(150)은 굴곡을 갖는 형태로 변경될 수 있다. 결합판(150)은 전방 범퍼와 용이하게 연결될 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 결합판(150)에는 전방 범퍼와 나사체결되기 위한 다수의 체결구멍(152)이 형성될 수 있다.
후방 골조(106)는 차량의 트렁크가 배치되는 부분에 배치된다. 예를 들어, 후방 골조(106)는 몸통 골조(102)의 뒤쪽에 형성될 수 있다. 후방 골조(106)는 몸통 골조(102)와 일체로 형성된다. 예를 들어, 후방 골조(106)는 몸통 골조(102)와 대체로 평행하게 배치되고, 몸통 골조(102)의 타 단과 연결될 수 있다. 이와 같이 구성된 후방 골조(106)는 트렁크 및 트렁크에 탑재되는 물건에 따른 하중을 지탱할 수 있다.
보강 부재(108)는 몸통 골조(102), 전방 골조(104), 후방 골조(106)의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 복수의 보강 부재(108)는 거리를 두고 평행하게 배치된 몸통 골조(102)의 강관들을 연결할 수 있다. 마찬가지로, 복수의 보강 부재(108)는 평행하게 배치된 전방 골조(104) 및 후방 골조(106)의 강관들을 연결할 수 있다. 이와 같이 구성된 보강 부재(108)는 차량의 폭 방향으로 연장되어 몸통 골조(102), 전방 골조(104), 후방 골조(106)의 강성을 향상시킬 수 있다.
다음에서는 도 2 내지 5를 참조하여 전방 골조의 주요부분을 상세히 설명한다.
전방 골조(104)는 제1프레임(110) 및 제2프레임(120)을 포함한다. 그러나 전방 골조(104)의 구성이 제1프레임(110) 및 제2프레임(120)으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전방 골조(104)는 연결 부재(130), 엔진 장착 브래킷(140), 결합판(150)을 더 포함할 수 있다.
제1프레임(110)은 대체로 차체용 구조물(100)의 길이방향을 따라 연장 형성된다. 부연 설명하면, 제1프레임(110)은 몸통 골조(102)와 연결되어 전방으로 연장된 몸통 골조(102)의 일 부분일 수 있다. 제1프레임(110)은 대체로 강관 형태일 수 있다. 예를 들어, 제1프레임(110)은 사각 단면 형상을 갖는 금속 부재일 수 있다. 바람직하게는, 제1프레임(110)의 단면은 차체용 구조물(100)의 높이 방향을 따라 길게 연장된 직사각 형상일 수 있다. 제1프레임(110)은 차체용 구조물(100)의 길이방향에 대해 높낮이를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1프레임(110)은 차체용 구조물(100)의 전방으로 갈수록 하방으로 기울어지도록 형성될 수 있다. 또는, 제1프레임(110)은 차체용 구조물(100)의 전방으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다. 이와 같이 구성된 제1프레임(110)은 차체용 구조물(100)의 최전방에 위치한 결합판(150)과 연결된다.
제2프레임(120)은 제1프레임(110)에 대해 대체로 사선방향으로 연장 형성된다. 부연 설명하면, 제2프레임(120)은 제1프레임(110)의 직 하방으로부터 소정의 각도를 가지고 전방으로 연장 형성된다. 제2프레임(120)은 대체로 강관 형태일 수 있다. 예를 들어, 제2프레임(120)은 사각 단면 형상을 갖는 금속 부재일 수 있다. 바람직하게는, 제2프레임(120)의 단면은 차체용 구조물(100)의 높이 방향을 따라 길게 연장된 직사각 형상일 수 있다.
제2프레임(120)은 대체로 유선 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2프레임(120)은 제1프레임(110)의 직 하방으로부터 전방을 향해 부드럽게 휘어진 형태로 제작될 수 있다(도 3 참조). 제2프레임(120)은 차체용 구조물(100)의 길이방향에 대해 높낮이를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2프레임(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 차체용 구조물(100)의 전방으로 갈수록 상방으로 기울어지도록 형성될 수 있다. 아울러, 제2프레임(120)은 차체용 구조물(100)의 전방으로 갈수록 단면적이 증가되도록 형성될 수 있다. 참고로, 본 실시 예에서 제2프레임(120)의 단면적은 차체용 구조물(100)의 전방으로 갈수록 커지도록 형성되어 있다. 부연 설명하면, 제2프레임(120)의 너비 및 높이는 차체용 구조물(100)의 전방으로 갈수록 대체로 커질 수 있다. 이와 같이 구성된 제2프레임(120)은 제1프레임(110)과 마찬가지로 차체용 구조물(100)의 최전방에 위치한 결합판(150)과 연결된다.
제2프레임(120)은 복수의 부재로 구성된다. 예를 들어, 제2프레임(120)은 상부 프레임(122) 및 하부 프레임(124)을 포함한다. 상부 프레임(122)은 제2프레임(120)의 상부에 배치되고, 하부 프레임(124)은 제2프레임(120)의 하부에 배치된다. 상부 프레임(122)과 하부 프레임(124)은 대체로 상하 대칭 형태일 수 있다.
제2프레임(120)은 충돌에너지를 흡수하도록 구성된다. 예를 들어, 제2프레임(120)에는 복수의 비드(160, 162, 170)가 형성될 수 있다. 비드(160, 162, 170)는 복수의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1비드(160, 162)는 오목 형태이고, 제2비드(170)는 볼록 형태일 수 있다. 이와 같이 구성된 비드(160, 162, 170)는 차체용 구조물(100)의 전방에 가해지는 충격에너지를 경감시키거나 또는 충격전달속도를 지연시킬 수 있다.
제1비드(160, 162)는 제2프레임(120)의 일 측에 형성된다. 예를 들어, 제1비드(160, 162)는 제2프레임(120)의 상부 및 하부에 각각 형성될 수 있다. 제1비드(160, 162)는 제2프레임(120)의 단면을 감소시키는 형태일 수 있다. 예를 들어, 제1비드(160, 162)는 오목한 홈 형태일 수 있다. 제1비드(160, 162)는 대체로 제2프레임(120)의 너비 방향으로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제1비드(160, 162)는 제2프레임(120)의 휨 변형 방향을 일 측으로 유도할 수 있다. 예를 들어, 제1비드(160, 162)는 차체용 구조물(100)의 전방에 가해지는 충격에 의해 제2프레임(120)이 상방 또는 하방으로 휘어지도록 유도할 수 있다.
제2비드(170)는 제2프레임(120)의 일 측에 형성된다. 예를 들어, 제2비드(170)는 제2프레임(120)의 하부에 형성될 수 있다. 제2비드(170)는 제2프레임(120)의 단면을 증가시키는 형태일 수 있다. 예를 들어, 제2비드(170)는 볼록한 돌기 형태일 수 있다. 제2비드(170)는 대체로 제2프레임(120)의 길이 방향으로 형성될 수 있다. 제2비드(170)는 제1비드(160, 162)의 후방에 위치될 수 있다. 예를 들어, 제2비드(170)는 제1비드(160, 162)보다 차체용 구조물(100)의 뒤쪽에 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제2비드(170)는 제1비드(160, 162)에 의해 1차적으로 감소된 충격에너지를 추가로 경감시키는 구실을 할 수 있다. 또한, 제2비드(170)는 별도 부재의 추가 없이도 충돌에 따른 폴딩 현상을 경감시킬 수 있다. 아울러, 제2비드(170)는 제2프레임(120)의 강성을 증가시켜, 충격에너지에 의한 제2프레임(120)의 휨 변형을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 제2비드(170)는 제2프레임(120)이 충격에너지에 의해 하방으로 휨 변형되는 것을 억제할 수 있다.
연결 부재(130)는 제1프레임(110)과 제2프레임(120)을 연결하도록 구성된다. 예를 들어, 연결 부재(130)는 제1프레임(110)의 측면으로부터 제2프레임(120)을 향해 연장된 형태로 구성될 수 있다. 연결 부재(130)는 대체로 차체용 구조물(100)의 폭 방향으로 연장된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(130)는 제1프레임(110)의 길이방향에 대해 수직 방향으로 연장 형성될 수 있다. 연결 부재(130)는 제2비드(170)가 형성된 부분의 강성을 향상시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(130)는 제1프레임(110)으로부터 제2프레임(120)의 제2비드(170)를 향해 연장 형성될 수 있다. 연결 부재(130)는 제1비드(160, 162)의 후방에 위치될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(130)는 제1비드(160, 162)보다 차체용 구조물(100)의 뒤쪽에 배치될 수 있다. 이와 같이 구성된 연결 부재(130)는 전술한 바와 같이 제2비드(170)가 형성된 부분의 강성을 향상시키고 엔진 장착 브래킷(140)을 위한 공간을 제공할 수 있다.
엔진 장착 브래킷(140)은 연결 부재(130)에 배치된다. 예를 들어, 엔진 장착 브래킷(140)은 연결 부재(130)의 상부 중앙에 배치될 수 있다. 엔진 장착 브래킷(140)은 엔진을 지탱하도록 구성된다. 예를 들어, 엔진 장착 브래킷(140)은 엔진 또는 엔진과 연결되는 지지 부재와 연결될 수 있다.
위와 같이 구성된 차체용 구조물(100)은 전방 골조가 제1프레임(110)과 제2프레임(120)이 연결된 2 포크 구조이므로, 전방충돌 및 스몰오버랩 충돌에 강한 성능을 발휘할 수 있다.
아울러, 위와 같이 구성된 차체용 구조물(100)은 복수의 비드(160, 162, 170)에 의해 전방 골조의 휨 변형 방향을 유도할 수 있으므로, 전방충돌로 인한 운전자 및 동승자의 부상을 최소화할 수 있다.
다음에서는 도 6을 참조하여 일 실시 예에 따른 차체용 구조물의 정면충돌에 따른 변형 형태를 설명한다.
본 실시 예에 따른 차체용 구조물(100)은 전방에 가해지는 충격에너지에 의해 변형될 수 있다. 예를 들어, 차체용 구조물(100)의 제1프레임(110)은 도 6에 도시된 바와 같이 전단부가 연결 부재(130) 쪽으로 휘어질 수 있다. 이와 동시 차체용 구조물(100)의 제2프레임(120)은 제1비드(160, 162)가 형성된 부분에서 압축 변형될 수 있다. 그러나 제2프레임(120)에서 제2비드(170)가 형성된 부분은 다른 부분보다 큰 강성을 가지므로 상대적으로 작게 변형될 수 있다.
위와 같은 차체용 구조물(100)의 변형 형태는 도 6의 최종 변형 형태를 통해 알 수 있듯이 충돌에너지에 의해 결합판(150)이 하방으로 밀려 들어오는 현상을 최소화시킬 수 있다.
표 1은 종래 기술에 따른 차체용 구조물과 본 발명에 따른 차체용 구조물의 IIDS 기준에 따른 스몰 오버랩 충돌 성능시험을 나타낸 것이다.
Figure 112016126437835-pat00001
표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 차체용 구조물(100)은 스몰 오버랩 충돌 성능시험의 대부분 항목에서 종래 기술보다 우수한 값을 나타내고 있다. 예를 들어, 전방충돌에 의해 야기되는 운전석의 후퇴충격(Steering Column Rearward)은 종래기술에서는 7.8 G 였으나, 본 발명에서는 0으로 나타났다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.
100 차체용 구조물
102 몸통 골조
104 전방 골조
106 후방 골조
108 보강 부재
110 (전방 골조의) 제1프레임
120 (전방 골조의) 제2프레임
122 상부 프레임
124 하부 프레임
130 연결 부재
140 엔진 장착 브래킷
150 결합판
160, 162 제1비드
170 제2비드

Claims (12)

  1. 차체의 길이방향을 따라 연장되는 제1프레임;
    상기 제1프레임의 하방에 배치되고, 전방을 향해 연장되는 제2프레임;
    상기 제2프레임에 형성되고, 차체 전방에 가해지는 충격에 의한 상기 제2프레임의 상방 휨 변형을 유도하도록 구성되는 제1비드;
    상기 제2프레임의 하부에 형성되고, 차체 전방에 가해지는 충격에 의한 상기 제2프레임의 하방 휨 변형을 억제하도록 구성되는 제2비드; 및
    상기 제1프레임과 상기 제2프레임을 연결하는 연결 부재;
    를 포함하는 차체용 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2프레임은,
    상기 제1프레임의 하방에 배치되고, 전방을 향해 연장되는 상부 프레임; 및
    상기 제1프레임의 하방에 배치되고, 전방을 향해 연장되며, 상기 상부 프레임과 아래쪽에 배치되는 하부 프레임;
    을 포함하는 차체용 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2프레임은 높낮이를 갖는 곡선 형태인 차체용 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2프레임은 차체의 전방을 향해 갈수록 단면적이 증가하는 형태인 차체용 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1비드는 오목한 형상인 차체용 구조물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1비드는 상기 제2프레임의 폭 방향으로 연장 형성되는 차체용 구조물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2비드는 볼록한 형상인 차체용 구조물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2비드는 상기 제2프레임의 길이 방향으로 연장 형성되는 차체용 구조물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2비드는 상기 제1비드보다 차체 후방에 위치되도록 형성되는 차체용 구조물.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 제1프레임으로부터 상기 제2비드를 향해 연장되는 차체용 구조물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1비드는 상기 연결 부재보다 차체 전방에 위치되도록 구성되는 차체용 구조물.
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