KR102107322B1 - 서브프레임 및 이 서브프레임을 보강하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 중공 금속 시트 부분들을 포함하는 차량 서브프레임을 보강하는 방법에 관한 것이고, 상기 차량 서브프레임을 보강하는 방법은 특정 조건들에 대하여 상기 차량 서브프레임의 상기 중공 금속 시트 부분 상의 적어도 하나의 영역을 결정하는 단계; 상기 영역에서 상기 차량 서브프레임의 상기 중공 금속 시트 부분에서 삽입될 수 있는 보강 부분을 준비하는 단계로서, 상기 보강 부분은 상기 금속 시트 부분을 지지하는 경량 캐리어 및 가열된 후 팽창될 수 있는 발포 재료의 프리폼을 포함하고, 상기 경량 캐리어는 적어도 하나의 중공 챔버를 포함하고, 그리고 상기 프리폼은 상기 적어도 하나의 중공 챔버로부터 격리되고 상기 경량 캐리어의 주위에 적어도 부분적으로 분포되는, 상기 보강 부분을 준비하는 단계; 및 결정된 상기 영역에서 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분 내에 상기 보강 부분을 설치하고, 그리고 상기 프리폼에 열을 공급하여 상기 프리폼이 상기 차량 서브프레임 내에서 상기 보강 부분을 고정하도록 팽창되는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 방법에 의해서 보강된 차량 서브프레임에 관한 것이다.

Description

서브프레임 및 이 서브프레임을 보강하는 방법{SUBFRAME AND METHOD FOR REINFORCING THE SAME}

본 발명은 일반적으로 보강된 차량 서브프레임에 관한 것이고, 또한 이러한 차량 서브프레임을 보강하는 방법에 관한 것이다.

현대의 자동차 차량들에서, 서브프레임들은 진동을 격리시키고, 그리고 엔진들, 파워트레인들, 서스펜션 시스템들 등과 같은 차량들의 다른 관련 부품들의 연결 강도를 증강시키는데 광범위하게 사용된다. 예를 들면, 서브프레임은 일반적으로 자동차 차량에 제공된다. 서브프레임은 차량 바디에 부착되고, 그리고 상기 서브프레임 위에 서스펜션 시스템이 장착된다. 이런 식으로, 서스펜션 시스템은 차량의 엔진 또는 도로로부터 차량의 탑승공간 또는 서스펜션 시스템으로 더 적은 진동이 전달될 수 있도록 차량 바디와 결합된다. 서스펜션 시스템이 서브프레임을 통하여 차량 바디 자체와 간접적으로 연결되어 있기 때문에, 서스펜션 시스템은 차량 바디에 대하여 더욱 확실하게 고정될 수 있다.

서브프레임은 일반적으로 금속 시트 부분들로 제조된다. 차량의 전체 중량을 감소시키기 위하여, 서브프레임은 가벼워져야 한다. 예를 들면, 알루미늄 합금 또는 티타늄 합금 등이 서브프레임을 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 서브프레임을 보다 가볍게 하기 위하여, 서브프레임의 금속 시트 부분의 두께는 가능한 한 얇게 되도록 설계된다. 하지만, 서브프레임의 금속 시트 부분이 너무 얇아지면, 서브프레임 자체의 강성은 서스펜션 시스템을 지탱하고 차량 바디에 부착하는데 불충분할 것이다. 따라서, 서브프레임이 충분한 강성을 갖도록 하면서 서브프레임 자체의 중량을 감소시키는 방법을 찾아내는 것이 바람직하다.

특허 공보 EP2165919 는 구조 구성요소 (2) 와 상기 구조 구성요소의 캐비티에 배열된 보강 부분 (4) 을 포함하는 보강된 구조체를 개시하고 있고, 여기서 상기 보강 부분 (4) 은 발포성 재료일 수 있는 연결 수단 (6) 및 지지 부분 (5) 을 포함한다. 하지만, 이 참고문헌은 서브프레임을 가볍게 하고 강화하는 방법에 관한 것은 아니다. 오히려, 이 참고문헌은 활성가능한 발포성 재료의 사용을 최적화하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 구성요소의 적은 변형이 있는 위치들에서 보다 높은 변형이 있는 위치들에서 더 적은 양의 활성가능한 발포성 재료를 사용함으로써 최적화가 달성된다.

특허 공보 US20120315414 는 공간을 적어도 국부적으로, 그리고 주위로 한정하는 쉘로 제조된 복합 구성요소를 개시하고 있고, 또한, 구조 재료가 쉘과 구조 구성요소 사이에서 적어도 국부적으로 제공되는 구조 구성요소를 개시하고 있다. 이 참고문헌은 또한 서브프레임을 가볍게 하고 강화하는 방법에 관한 것은 아니다.

특허 공보 WO2012140154 는 일반적으로 차량의 메인프레임에 서브프레임의 부착을 보강하는 방법에 관한 것이다. 이 참고문헌은 서브프레임 자체를 가볍게 하고 강화하는 방법에 관한 것은 아니다.

전술한 바와 같이, 차량의 서브프레임은 차량이 보다 연료 효율적으로 주행할 수 있고 보다 저렴하게 제조될 수 있도록 높은 강성과 낮은 중량을 갖도록 설계되어야 한다. 이를 위하여, 서브프레임은 금속 시트 부분들의 사용을 감소시킴으로써, 그리고 다른 대안 부분들을 부가함으로써 제조되어야 한다. 하지만, 서브프레임의 강성을 유지하면서 금속 시트 부분들의 사용을 감소시키는 방법을 결정하는 것은 어렵고 알려져 있지 않다.

본 발명의 목적은 서브프레임이 보다 경량이고 강성을 가지며, 또한 저렴하게 제조될 수 있도록 차량용 서브프레임 및 상기 서브프레임을 보강하는 방법을 제안하는데 있다.

본 발명의 일 양태에서, 하나 이상의 중공 금속 시트 부분들을 포함하는 차량 서브프레임을 보강하는 방법이 제공되고, 여기서, 상기 차량 서브프레임을 보강하는 방법은,

특정 조건들에 대하여 상기 차량 서브프레임의 상기 중공 금속 시트 부분 상의 적어도 하나의 영역을 결정하는 단계;

상기 영역에서 상기 차량 서브프레임의 상기 중공 금속 시트 부분에서 삽입될 수 있는 보강 부분을 준비하는 단계로서, 상기 보강 부분은 상기 금속 시트 부분을 지지하는 경량 캐리어 및 가열된 후 팽창될 수 있는 발포 재료의 프리폼 (pre-foam) 을 포함하고, 상기 경량 캐리어는 적어도 하나의 중공 챔버를 포함하고, 그리고 상기 프리폼은 상기 적어도 하나의 중공 챔버로부터 격리되고 상기 경량 캐리어의 주위에 적어도 부분적으로 분포되는, 상기 보강 부분을 준비하는 단계; 및

결정된 상기 영역에서 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분 내에 상기 보강 부분을 설치하고, 그리고 상기 프리폼에 열을 공급하여 상기 프리폼이 상기 차량 서브프레임 내에서 상기 보강 부분을 고정하도록 팽창되는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 영역을 결정하는 단계는 컴퓨터에서 토폴로지 최적화 기술 (topology optimization technology) 에 의해서 달성된다.

바람직하게는, 상기 영역은 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분의 영역으로서 규정되고, 정적 또는 동적 하중이 상기 차량 서브프레임에 가해지는 경우에 상기 영역에서 최대 응력 또는 파괴가 발생할 수 있다.

바람직하게는, 가해진 하중은 실제로 주행하는 차량의 서브프레임에 가해지는 하중과 실질적으로 동일하다.

바람직하게는, 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분은 결정된 상기 영역에서 얇다.

바람직하게는, 상기 경량 캐리어는 폴리아미드로 제조된다.

바람직하게는, 상기 경량 캐리어는 상기 적어도 하나의 중공 챔버를 형성하기 위하여 복수의 박육 섹션들 (thin-wall sections) 로 제조된다.

바람직하게는, 상기 보강 부분을 준비하는 단계에서, 상기 경량 캐리어는 결정된 상기 영역과 유사하게 제조된 몰드에 위치되고 나서 상기 프리폼은 상기 몰드 내로 주입되어 상기 프리폼이 상기 경량 캐리어의 주위에 적어도 부분적으로 분포될 수 있다.

바람직하게는, 상기 보강 부분이 상기 차량 서브프레임을 위해 설계된 코팅 라인을 통하여 운반된 후 상기 프리폼에 열이 공급된다.

본 발명의 다른 양태에서, 차량 서브프레임이 제공되고, 상기 차량 서브프레임은 하나 이상의 중공 금속 시트 부분들을 포함하고, 상기 차량 서브프레임은 상기 차량 서브프레임의 적어도 하나의 미리 결정된 영역에서 보강 부분에 의해서 보강되고, 상기 보강 부분은 상기 금속 시트 부분의 내부면을 지지하는 경량 캐리어 및 가열된 후 팽창될 수 있는 발포 재료의 프리폼을 포함하고, 상기 경량 캐리어는 상기 경량 캐리어를 가볍게 할 수 있는 적어도 하나의 중공 챔버를 포함하고, 상기 프리폼은 상기 적어도 하나의 중공 챔버로부터 격리되고 상기 경량 캐리어의 주위에 적어도 부분적으로 위치되고, 상기 보강 부분이 상기 영역에서 상기 금속 시트 부분 내에 배열된 후 상기 프리폼에 열이 공급되어 상기 프리폼이 상기 차량 서브프레임 내에서 상기 보강 부분을 고정하도록 팽창된다.

바람직하게는, 상기 영역은 컴퓨터를 통하여 토폴로지 최적화 기술에 의해서 결정된다.

바람직하게는, 상기 영역은 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분의 영역으로서 규정되고, 정적 또는 동적 하중이 상기 차량 서브프레임에 가해지는 경우에 상기 영역에서 최대 응력 또는 파괴가 발생할 수 있다.

바람직하게는, 가해진 하중은 실제로 주행하는 차량의 서브프레임에 가해지는 하중과 실질적으로 동일하다.

바람직하게는, 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분은 결정된 상기 영역에서 얇다.

바람직하게는, 상기 경량 캐리어는 폴리아미드로 제조된다.

바람직하게는, 상기 경량 캐리어는 상기 적어도 하나의 중공 챔버를 형성하기 위하여 복수의 박육 섹션들로 제조된다.

다른 개별적인 특색들 또는 본 발명의 특징들에 속하는 것으로 고려될 수 있도록 다른 특색들과 조합된 특색들은 첨부된 청구범위에서 기술될 것이다.

본 발명의 구성 뿐만 아니라 상기 본 발명의 구성의 다른 목적들 및 유리한 효과들은 도면들과 함께 바람직한 실시형태들의 설명에 의해서 충분히 이해될 것이다.

본 발명의 추가의 설명을 제공하기 위하여, 상기 설명의 일부로서, 도면들은 본 발명의 바람직한 실시형태들을 예시하고, 그리고 이들 도면들은 상기 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는데 사용된다.

도 1 은 자동차 차량에 적합한 서브프레임의 컴퓨팅 모델 (computing model) 의 사시도를 개략적으로 도시하고;
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 보강 부분의 분해 사시도를 개략적으로 도시하고;
도 3 은 도 2 의 보강 부분의 확대 단면도를 개략적으로 도시하고; 그리고
도 4 는 도 1 에 예시된 서브프레임을 보강하기 위한 본 발명에 따른 방법을 예시하는 흐름도를 개략적으로 도시한다.

첨부된 도면들에서, 동일한 구성요소들은 동일한 도면부호들로 표시된다.

도 1 은 자동차 차량에 적합한 서브프레임 (1) 을 개략적으로 도시한다. 이 서브프레임 (1) 은 본 발명의 기본 원리를 설명하기 위한 실시예로서만 예시된 것임에 주목해야 한다. 자동차 차량에 적합한 서브프레임은 다양한 형태들로 구성될 수 있다. 본 발명의 원리는 이하에서 설명될 임의의 예시적인 실시형태들에 의해서 한정되지 않는다. 다시 말해서, 본 발명의 명세서를 읽은 후 이하에서 설명된 원리 또는 방법이 임의의 타입의 서브프레임에 대해서 적용가능하다는 것을 이 분야의 당업자라면 충분히 알 수 있다.

서브프레임 (1) 은 일반적으로 복수의 금속 시트 부분들을 포함한다. 예를 들면, 각각의 부분은 알루미늄 합금, 티타늄 합금 등과 같은 경량 금속으로 제조될 수 있다. 서브프레임 (1) 을 가능한 한 가볍게 하기 위하여, 상기 부분은 일반적으로 중공이 되게 성형된다. 도 1 에는 4개의 금속 시트 부분들이 예시되고, 이들 부분들은 실질적으로 직사각형 형상으로서 서브프레임 (1) 을 형성하도록 함께 조립된다. 예를 들어, 이들 금속 시트 부분들은 이들 각각의 단부들에서 용접 또는 리벳 이음될 수 있다. 서브프레임 (1) 의 형상이 차량의 다양한 요건들에 따라 조정될 수 있다는 것을 알 수 있다.

선행 기술에서, 리서치들은 대부분 다른 차량 구성요소들에 대한 서브프레임 (1) 의 부착 영역들을 보강하는 방법에 초점이 맞춰져 있다. 하지만, 본 발명은 서브프레임 (1) 자체를 보강하는 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 토폴로지 최적화가 서브프레임의 설계에 도입된다.

기계적 설계 분야에서, 토폴로지 최적화는 컴퓨터에 의해서 기계적 구성요소를 모델링하고, 시뮬레이션하고, 그리고 분석하는데 광범위하게 사용되는 기술에 속한다. ANSYS, HYPEWORK, ABAQUS 와 같은 많은 상업용 소프트웨어들은 토폴로지 최적화를 달성하기 위하여 시장에서 구입가능하다. 본 발명은 컴퓨터에 의해서 서브프레임을 모델링하고, 시뮬레이션하고, 그리고 분석하는 알고리즘들에 조점을 맞춘게 아니고 토폴로지 최적화의 적용에 초점을 맞춘것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 명세서는 임의의 구체적인 알고리즘도 기재하지 않는다. 구체적인 알고리즘에 대한 지식은 상기 소프트웨어들 중 임의의 하나를 숙련되게 사용할 수 있는 이 분야의 숙련자라면 충분히 알 수 있는 것으로 가정된다.

정적 또는 동적 하중이 서브프레임 (1) 에 가해질 때, 다른 응력들이 서브프레임의 다른 영역들에서 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명자의 아이디어에 따르면, 서브프레임을 간단하게 제조하도록 전체 서브프레임을 보강하는 것은 불필요하다. 도입된 토폴로지 최적화는 효과적으로 보강되어야 하는 서브프레임의 하나 이상의 영역들을 발견하는데 사용된다.

예를 들어, 서브프레임 (1) 이 작업장에서 제조되기 전에, 이 서브프레임은, 예를 들면, ANSYS 를 통하여, 컴퓨터에서 컴퓨팅 모델로서 생성된다. 그 후, 토폴로지 최적화 기술에 근거하여, 서브프레임 (1) 의 컴퓨팅 모델은 컴퓨터에서 분석된다. 예를 들어, 실제로 주행하는 차량에서 발생하는 하중들과 유사한 하중들이 컴퓨팅 모델에 적용될 수 있다. 컴퓨터 처리후, 최대 응력 및/또는 파괴가 유력하게 발생할 서브프레임의 하나 이상의 영역들이 결정될 수 있다. 실시예로서, 도 1 에서 영역 (1.1) 이 최대 응력 및/또는 파괴가 유력하게 발생할 서브프레임 (1) 의 이러한 영역으로서 간주된다. 다시 말해서, 서브프레임 (1) 의 영역 (1.1) 이 보강되어야 하는 것으로 결정된다.

도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 보강 부분 (2) 이 이 영역을 보강하는데 사용되는 서브프레임 (1) 의 영역 (1.1) 의 분해 사시도를 개략적으로 도시한다. 보강 부분 (2) 은 서브프레임 (1) 의 금속 시트 부분의 중공 내부의 영역 (1.1) 에 수용된다.

본 발명에 따르면, 보강 부분 (2) 은 폴리아미드 (PA) 캐리어 (2.1) 와 발포 재료의 프리폼 (2.2) 으로 실질적으로 구성된다. 프리폼 (2.2) 은 PA 캐리어 (2.1) 의 표면에 부분적으로 고체 상태로 고정된다. 보강 부분 (2) 은 서브프레임 (1) 의 중공 내부에, 특히 프리폼 (2.2) 이 영역 (1) 의 내부면과 타이트하게 접촉할 수 있도록 영역 (1.1) 에서 서브프레임의 금속 시트의 중공 내부에 전체가 삽입된다. 대안으로, 상기 캐리어는 금속 시트 부분 보다 더 가볍고 더 강성인 재료로 제조된 임의의 경량 캐리어일 수 있다는 것을 알 수 있다.

PA 캐리어 (2.1) 는 예를 들면 도 2 에서 예시된 형상으로 형성된다. 이 도면에서, PA 캐리어 (2.1) 는 2개의 평행한 단부 섹션들 (2.1.1) 과 이들 2개의 단부 섹션들 (2.1.1) 사이에 위치된 복수의 박육 섹션들로 형성된다. 대안으로, 각각의 단부 섹션 (2.1.1) 은 이들 에지들이 금속 시트 부분의 내부면과 견고하게 접촉할 수 있도록 크기가 정해진다. 게다가, 2개의 단부 섹션들 (2.1.1) 사이의 종방향 거리는 영역 (1.1) 의 종방향 길이와 실질적으로 동일하다.

상기 박육 섹션들에서, 몇몇 박육 섹션들 (2.1.2) 은 2개의 단부 섹션들 (2.1.1) 과 평행하고, 2개의 박육 섹션들 (2.1.3) (이들 중 하나만이 도 2 에 도시됨) 은 제 1 박육 섹션들 (2.1.2) 및 단부 섹션들 (2.1.1) 에 대하여 수직이고, 그리고 2개의 박육 섹션들 (2.1.4) 은 측방향으로 PA 캐리어 (2.1) 를 한정하는 섹션들이다. 단부 섹션 (2.1.1) 쪽으로 볼 때, 박육 섹션들 모두는 단부 섹션 (2.1.1) 의 주변에 위치되고, 그리고 특히 박육 섹션 (2.1.4) 은 관련 단부 섹션 (2.1.1) 의 관련 에지로부터 이격된다. 이런 식으로, PA 캐리어 (2.1) 에는 하나 이상의 중공 챔버가 제공될 수 있다. 예를 들면, 예시된 실시형태에서, 복수의 중공 챔버들 (2.1.5) 은 박육 섹션들 사이에서 각각 엇갈리게 형성된다. 따라서, PA 캐리어 (2.1) 는 가능한 한 가볍게 제조될 수 있고, 그리고 동시에 서브프레임 (1) 의 금속 시트 부분에 대하여 충분한 지지를 제공할 수 있다. 이들 중공 챔버들 (2.1.5) 은 서로 연통하도록 형성될 수 있다.

예시된 실시형태에서, 2개의 인접한 중공 챔버들 (2.1.5) 사이에서, 얇은 리세스는 2개의 중공 챔버들을 형성하는 각각의 박육 섹션들이 일체형으로 형성된 추가의 박육 섹션 (2.1.6) 에 의해서 형성될 수 있다. 얇은 리세스는 프리폼 (2.2) 을 수용하는데 사용된다.

도 2 는 PA 캐리어 (2.1) 만의 상태, 경화된 프리폼 (2.2) 만의 상태, 및 PA 캐리어와 프리폼 (2.2) 의 조합 상태를 도시한다. 명확히 하기 위하여, 각각의 금속 시트 부분은 이 도면에서 생략된다. 중공 챔버들 (2.1.5) 은 마무리된 보강 부분 (2) 에 남아 있어 마무리된 보강 부분이 여전히 가볍고 강성을 갖는 것으로 볼 수 있다. 보강 부분 (2) 은 PA 캐리어 (2.1) 와 프리폼 (2.2) 의 조합 상태로 제공될 것이다. 영역 (1.1) 에서 서브프레임 (1) 의 금속 시트 부분 내로 보강 부분 (2) 이 삽입된 후, 영역 (1.1) 은 가열될 것이다. 가열된 후, 프리폼 (2.2) 은 보강 부분 (2) 이 서브프레임 (1) 의 금속 시트 부분에서 확실하게 고정될 수 있도록 팽창될 것이다. 이를 위하여, 본 발명에서 인용된 프리폼 (2.2) 은 가열된 후 팽창 가능한 임의의 적당한 구조의 프리폼일 수 있다.

도 3 은 도 2 의 화살표 A-A 를 따라 얻어진 단면도를 개략적으로 도시한다. PA 캐리어 (2.1) 의 강성이 충분하다는 것을 보장하기 위하여, 2개의 박육 섹션들 (2.1.3) 은 서로에 대하여 수직으로 연장될 수 있다고 볼 수 있다. 프리폼 (2.2) 은 PA 캐리어 (2.1) 를 금속 시트 부분과 함께 견고하게 고정시키도록 PA 캐리어 (2.1) 의 관련 박육 섹션들과 서브 프레임 (1) 의 금속 시트 부분의 내부면 사이에 채워진다. 대안으로 또는 바람직하게는, 서브프레임의 금속 시트 부분에 캐리어를 고정하도록 프리폼이 중공 챔버들 내로 채워질 수 있다는 것을 또한 알 수 있다.

일반적으로, 영역 (1.1) 이 파괴가 발생할 수 있는 영역으로서 간주되면, 이 영역에서 서브프레임 (1) 의 금속 시트 부분은 통상적으로 두껍게 될 것이다. 대신, 서브프레임 (1) 의 전체 중량을 감소시키기 위하여, 본 발명에 따른 보강 부분 (2) 이 제공된 이 영역에서 서브프레임 (1) 의 금속 시트 부분은 얇아지게 될 수 있다. 따라서, 본 발명은 차량용 서브프레임을 가볍게 하는 새로운 기술 해결책을 제안하고, 이에 의해서 서브프레임의 전체 중량은 감소될 수 있고, 이 서브프레임은 보다 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.

도 2 에서 예시된 구조가 보강 부분 (2) 을 설명하기 위하여 구체적인 실시예로서 사용되지만, 상기 보강 부분 (2) 이 이런 구조로 한정되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 대안으로, 더 많은 박육 섹션들 (2.1.3) 이 다양한 배향들에서 PA 캐리어 (2.1) 에 제공되어 이들 박육 섹션들이 서브프레임 (1) 의 금속 시트 부분에 대하여 적당하고 확실한 지지를 제공할 수 있다. 게다가, 보강 부분 (2) 은 대안으로 주변에 리세스들을 갖는 허니컴 형상 구조로서 형성될 수 있다. 리세스들은 프리폼이 채워질 수 있는 캐비티들을 형성하도록 서브프레임의 금속 시트 부분의 내부면과 협동하도록 사용될 수 있다.

마지막으로, 도 4 는 차량용 서브프레임을 보강하기 위한 본 발명에 따른 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다. 이 방법은 일반적으로 이하의 단계들을 포함한다.

단계 1: 차량용 서브프레임의 컴퓨팅 모델을 생성하는 단계.

이 단계에서, 임의의 상업적으로 이용가능한 컴퓨터 이용 공학 (CAS) 소프트웨어가 컴퓨터에 채택될 수 있다. 따라서, 서브프레임은 차량의 제조 요건들을 충족하는 임의의 형상을 가질 수 있다.

단계 2: 상기 서브프레임의 상기 컴퓨팅 모델을 분석하고 파괴가 발생할 가능성이 있는 하나 이상의 영역들을 결정하는 단계.

예를 들면, 상기 영역은 시뮬레이션한 정적 또는 동적 하중이 상기 서브프레임에 가해질 때 최대 응력 또는 파손이 발생할 수 있는 영역으로서 규정될 수 있다. 상기 하중은 서브프레임에서 실제로 발생할 수 있는 하중으로서 시뮬레이션될 수 있다.

단계 3: 단계 2 에서 발견된 영역에 대하여 보강 부분을 설계 및 제조하는 단계.

다른 차량들은 다른 서브프레임들이 장착되고, 그리고 동일한 서브프레임은 다른 영역들에서 다양하게 성형될 수도 있기 때문에, 보강 부분은 단계 2 에서 발견된 영역으로 주문 제작되어야 한다. 하지만, 아무리 서브프레임의 영역이 성형되어도 보강 부분을 설계하는 기본 원리는 전술한 바와 같이 도 2 및 도 3 에서 예시된 것과 동일하다. 다시 말해서, 보강 부분은 영역에서 서브프레임의 금속 시트 부분을 지지하는 경량 캐리어 및 상기 금속 시트 부분에 경량 캐리어를 고정하는 프리폼을 포함해야 한다. 경량 캐리어가 먼저 제조된다. 그 후, 이 경량 캐리어는 결정된 영역과 유사하게 이전에 제조된 몰드에 위치된다. PA 캐리어는 중공 구조로서 만들어져야 하고 그 주변에 리세스들을 가져 PA 캐리어가 제자리에 배열된 후, 프리폼은 유체 상태로 리세스들에 주입된 후 프리폼은 캐리어의 주변을 적어도 부분적으로 덮는다. 이런 식으로, 보강 부분이 제조된다. 프리폼이 다른 적당한 고분자 폴리머 처리 기술들에 의해서 캐리어의 주변에 제공될 수 있다는 것을 알 수 있다.

대안으로, 이 단계에서, 동일하거나 다른 상업적으로 이용가능한 CAE 소프트웨어들은 서브프레임의 영역이 보강 부분에 의해서 충분히 보강되었는지 유무를 확인하기 위하여 채택될 수 있다. 또한, 이런 설계 및 확인은 서브프레임의 금속 시트 부분이 주어진 영역에서 얇아지는 경우에 달성될 수 있다.

단계 4: 상기 서브프레임내로 단계 3 의 결과에 근거한 보강 부분을 설치하는 단계.

이 단계에서, 보강 부분은 먼저 결정된 영역에서 서브프레임의 금속 시트 부분의 중공 내부내로 삽입된다. 그 후, 보강 부분과 함께 서브프레임은 서브프레임을 위해 설계된 코팅 라인을 통하여 운반된다. 코팅 라인에서, 서브프레임은 페인팅, 베이킹 등과 같은 공정들을 거치게 된다. 베이킹 동안, 열이 프리폼에 공급되어 프리폼이 팽창된 후 보강 부분은 서브프레임의 금속 시트 부분 내에서 확실하게 고정된다. 열 공급은 코팅 라인에서만 달성되도록 한정되는 것이 아니라는 것을 알 수 있다. 대안으로, 추가의 및 독립적인 단계가 서브프레임, 특히 프리폼이 팽창되게 할 수 있는 영역을 가열하기 위하여 제공될 수 있다.

본 발명은 특정 실시형태들에 의해서 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 이들 설명된 상세한 사항들에 의해서 한정되지 않는다. 이에 반하여, 본 발명의 다양한 변경들이 첨부된 청구항들 및 이들의 균등물의 범위 내에서 가능하다.

Claims (14)

1. 하나 이상의 중공 금속 시트 부분들을 포함하는 차량 서브프레임을 보강하는 방법으로서, 상기 차량 서브프레임을 보강하는 방법은,
   특정 조건들에 대하여 상기 차량 서브프레임의 상기 중공 금속 시트 부분 상의 적어도 하나의 영역을 결정하는 단계로서, 상기 영역을 결정하는 단계는 컴퓨터에서 토폴로지 최적화 기술 (topology optimization technology) 에 의해서 달성되는, 상기 영역을 결정하는 단계;
   상기 영역에서 상기 차량 서브프레임의 상기 중공 금속 시트 부분에서 삽입될 수 있는 보강 부분을 준비하는 단계로서, 상기 보강 부분은 상기 금속 시트 부분을 지지하는 경량 캐리어 및 가열된 후 팽창될 수 있는 발포 재료의 프리폼 (pre-foam) 을 포함하고, 상기 경량 캐리어는 적어도 하나의 중공 챔버를 포함하고, 그리고 상기 프리폼은 상기 적어도 하나의 중공 챔버로부터 격리되고 상기 경량 캐리어의 주위에 적어도 부분적으로 분포되고, 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분은 결정된 상기 영역에서 얇아지는, 상기 보강 부분을 준비하는 단계; 및
   결정된 상기 영역에서 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분 내에 상기 보강 부분을 설치하고, 그리고 상기 프리폼에 열을 공급하여 상기 프리폼이 상기 차량 서브프레임 내에서 상기 보강 부분을 고정하도록 팽창되는 단계를 포함하는, 차량 서브프레임을 보강하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 영역은 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분의 영역으로서 규정되고, 정적 또는 동적 하중이 상기 차량 서브프레임에 가해지는 경우에 상기 영역에서 최대 응력 또는 파괴가 발생할 수 있는, 차량 서브프레임을 보강하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   가해진 하중은 실제로 주행하는 차량의 서브프레임에 가해지는 하중과 실질적으로 동일한, 차량 서브프레임을 보강하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 경량 캐리어는 폴리아미드로 제조되는, 차량 서브프레임을 보강하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 경량 캐리어는 상기 적어도 하나의 중공 챔버를 형성하기 위하여 복수의 박육 섹션들 (thin-wall sections) 로 제조되는, 차량 서브프레임을 보강하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 보강 부분을 준비하는 단계에서, 상기 경량 캐리어는 결정된 상기 영역과 유사하게 제조된 몰드에 위치되고 나서 상기 프리폼은 상기 몰드 내에 주입되어 상기 프리폼이 상기 경량 캐리어의 주위에 적어도 부분적으로 분포될 수 있는, 차량 서브프레임을 보강하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 보강 부분이 상기 차량 서브프레임을 위해 설계된 코팅 라인을 통하여 운반된 후 상기 프리폼에 열이 공급되는, 차량 서브프레임을 보강하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해서 보강된 차량 서브프레임으로서,
   상기 차량 서브프레임은 하나 이상의 중공 금속 시트 부분들을 포함하고,
   상기 차량 서브프레임은 상기 차량 서브프레임의 적어도 하나의 미리 결정된 영역에서 보강 부분에 의해서 보강되고,
   상기 보강 부분은 상기 금속 시트 부분의 내부면을 지지하는 경량 캐리어 및 가열된 후 팽창될 수 있는 발포 재료의 프리폼을 포함하고,
   상기 경량 캐리어는 상기 경량 캐리어를 가볍게 할 수 있는 적어도 하나의 중공 챔버를 포함하고,
   상기 프리폼은 상기 적어도 하나의 중공 챔버로부터 격리되고 상기 경량 캐리어의 주위에 적어도 부분적으로 위치되고,
   상기 보강 부분이 상기 영역에서 상기 금속 시트 부분 내에 배열된 후 상기 프리폼에 열이 공급되어 상기 프리폼이 상기 차량 서브프레임 내에서 상기 보강 부분을 고정하도록 팽창되는, 차량 서브프레임.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 영역은 컴퓨터를 통하여 토폴로지 최적화 기술에 의해서 결정되는, 차량 서브프레임.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 영역은 상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분의 영역으로서 규정되고, 정적 또는 동적 하중이 상기 차량 서브프레임에 가해지는 경우에 상기 영역에서 최대 응력 또는 파괴가 발생할 수 있는, 차량 서브프레임.
11. 제 10 항에 있어서,
    가해진 하중은 실제로 주행하는 차량의 서브프레임에 가해지는 하중과 실질적으로 동일한, 차량 서브프레임.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 차량 서브프레임의 상기 금속 시트 부분은 결정된 상기 영역에서 얇아지는, 차량 서브프레임.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 경량 캐리어는 폴리아미드로 제조되는, 차량 서브프레임.
14. 제 8 항에 있어서,
    상기 경량 캐리어는 상기 적어도 하나의 중공 챔버를 형성하기 위하여 복수의 박육 섹션들로 제조되는, 차량 서브프레임.

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