KR20110022155A - 차량의 시트 크로스 멤버의 장착 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 전후방 충돌 시 시트 크로스 멤버의 비틀림을 최소화하여 차체의 변형량을 줄이며, 사이드 실 인너 멤버의 2차 단면계수를 증가시켜 측면 충돌 시 발생하는 굽힘 모멘트에 의한 사이드 실 인너 멤버의 꺽임량을 감소시킬 수 있는 차량의 시트 크로스 멤버의 개선된 장착 구조를 제공하는 데 있다.

이를 위해 본 발명은 강도 보강을 위해 센터 플로어 패널 위를 가로질러 양측의 사이드 실 인너 멤버 사이를 접속하는 시트 크로스 멤버의 장착 구조에 있어서, 상기 시트 크로스 멤버는 하단부 H면 날개를 통해 수평면을 형성하는 상기 센터 플로어 패널에 H면 용접되고, 상기 시트 크로스 멤버의 측단부 L면 날개를 통해 상기 사이드 실 인너 멤버의 수직벽면인 L면에 L면 용접되며, 상기 시트 크로스 멤버의 측단부 H면 날개를 통해 상기 사이드 실 인너 멤버의 상측 수평벽면인 H면에 H면 용접되는 것을 특징으로 한다.

시트 크로스 멤버

Description

차량의 시트 크로스 멤버의 장착 구조{Installing structure of seat cross member of vehicle}

본 발명은 차량의 전후방 및 측면 충돌 시 탑승자를 보호하기 위하여 차체 바닥면을 형성하는 센터 플로어 패널의 강도를 보강토록 설치되는 시트 크로스 멤버의 장착 구조 개선에 관한 것이다.

최근 차량의 충돌 사고로부터 탑승자를 안전하게 보호하기 위한 규정이 강화되고 있으며, 이에 따라 차체 설계 시 이를 반영하여 차체의 강도를 높이도록 설계하고 있는데, 일반적으로 도 4 및 도 5에 도시하는 것과 같이 차량의 전후방 및 측면 충돌 시 차체가 찌그러들면서 탑승자 공간으로 밀려들어 탑승자를 위험하게 만드는 것을 가능한 방지코자 플로어 조립체(20)의 차체 바닥면을 형성하는 센터 플로어 패널(22)을 가로 질러 보강부재로 기능하는 시트 크로스 멤버(21)를 차체 양측의 사이드 실 인너 멤버(23) 사이에 설치하여 차체 강도를 크게 높여 탑승자가 안전하게 보호되도록 하고 있다.

그런데 상기한 시트 크로스 멤버(21)를 차체 바닥면인 센터 플로어 패널(22)과 차체의 측면 강도를 부여하는 부재인 사이드 실 멤버(23)에 용접에 의해 고정함에 있어서, 도 4에 도시하는 것과 같이 센터 플로어 패널(22)과는 H면 용접(24), 그리고 사이드 실 인너 멤버(23)와는 L면 용접(25)되는 구조로 장착됨으로써 차량의 전후방 및 측면 충돌 시 지지강도에 있어 다음과 같은 취약점을 드러내고 있다.

차량의 정면 충돌 또는 후방 충돌 시에는 충격력이 사이드 실 인너 멤버(23)를 따라 시트 크로스 멤버(21)로 전달되며, 측면 충돌의 경우에는 측면 차단벽의 높이가 사이드 실 인너 멤버(23) 보다 높아 B-필러 등의 사이드 구조물(사이드 실 인너 멤버의 상부로 연장하는 패널임)을 거쳐 시트 크로스 멤버(21)로 전달되기 때문에 시트 크로스 멤버(21)에는 굽힘모멘트(Mb=F*H, 여기서 F는 충격력, H는 충격력 작용점에서 시트 크로스 멤버 까지의 거리) 형태로 충격력이 작용하게 된다.

이는 도 6에 도시하는 것과 같이 시트 크로스 멤버(21)만 따로 떼어 놓게 되면 단순 외팔보 형태가 되는 데, 전후 충돌과 측면 충돌 시 작용하는 하중 관계를 외팔보에 적용하면 외팔보(21)의 자유단에 각기 Ff(전방 충격력), Fr(후방 충격력), Mb(측면 충격 회전 모멘트)의 형태로 하중이 작용하는 것으로 모식화할 수 있다. 여기서 측면 충돌의 경우에는 단순 외팔보(21)에 굽힘 모멘트(Mb=F*H)가 작용한다고 볼 수 있어 도 5에 도시하는 것처럼 차량의 측면 충돌 시 시트 크로스 멤버(21)가 굽힘 모멘트의 작용 방향을 따라 상측으로 꺽임을 가져오게 되며(도 5의 동그라미 점선 부위 참조), 이때 사이드 실 인너 멤버(23)와 함께 상방으로 꺽여 변형되는 측면 차단벽(사이드 실 인너 멤버로부터 상부로 연장되는 패널부재)이 실 내 쪽으로 침투하여 실내 생존 공간을 축소시키게 되어 탑승객의 안전을 심각하게 위협하는 문제가 있었다.

또한 차량의 정면 또는 후방 충돌의 경우 사이드 실 인너 멤버(23)를 타고 전해지는 충격하중이 단순 외팔보(21)의 끝단에 작용한다고 볼 수 있는 데, 이때 외부힘이 작용하는 외팔보(시트 크로스 멤버)의 단면( B-B)은 도 7에 도시하는 것 처럼 X-축을 기준하여 상하가 비대칭 형상이므로 Ff 또는 Fr에 의한 굽힘 모멘트뿐만 아니라 도 6에서 보여지는 것처럼 비틀림 모멘트(M)를 발생시켜 결국 비틀림과 굽힘 변형이 동시에 일어나는 뒤틀림 현상(Warping Torsion)이 일어나 더 큰 변형이 발생되어 차체의 전후방 충돌 성능을 나쁘게 만들고 있다. 이는 도시한 것에서 보여지는 것처럼 전방 또는 후방 충돌에 의해 전달되는 외력이 주어진 단면에 전단하중 V로 작용을 하고 또 전단 중심(S)(이 전단 중심은 사이드 실 인너 멤버의 상부에 위치한다)과 단면의 도심(C)이 일치하지 않기 때문에 전단 중심(S)에서 도심(C)까지의 거리를 a라 할 때 외팔보의 단면에 M=V*a 의 비틀림 모멘트가 발생되어지기 때문이다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 차량의 전후방 충돌 시 시트 크로스 멤버의 비틀림을 최소화하여 차체의 변형량을 줄이며, 사이드 실 인너 멤버의 2차 단면계수를 증가시켜 측면 충돌 시 발생하는 굽힘 모멘트에 의한 사이드 실 인너 멤버의 꺽임량을 감소시킬 수 있는 차량의 시트 크로스 멤버의 개선된 장착 구조를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 강도 보강을 위해 센터 플로어 패널 위를 가로질러 양측의 사이드 실 인너 멤버 사이를 접속하는 시트 크로스 멤버의 장착 구조에 있어서, 상기 시트 크로스 멤버는 하단부 H면 날개를 통해 수평면을 형성하는 상기 센터 플로어 패널에 H면 용접되고, 상기 시트 크로스 멤버의 측단부 L면 날개를 통해 상기 사이드 실 인너 멤버의 수직벽면인 L면에 L면 용접되며, 상기 시트 크로스 멤버의 측단부 H면 날개를 통해 상기 사이드 실 인너 멤버의 상측 수평벽면인 H면에 H면 용접되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면 상기 측단부 H면 날개는 상기 시트 크로스 멤버의 상향 경사연장부로부터 수평으로 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면 상기 사이드 실 크로스 멤버의 상측 수평벽면인 H면은 상기 시트 크로스 멤버 단면의 전단 중심에 일치하는 표면인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면 상기 센터 플로어 패널은 복곡면으로 형성되고, 상기 시트 크로스 멤버가 상기 복곡면 위에 매칭되게 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 시트 크로스 멤버 단면의 전단 중심을 포함하는 상측의 H면에 H면 용접을 실시함으로써 힘 전달이 전단 중심에 작용하게 되어 전후방 충돌 시 시트 크로스 멤버의 비틀림을 최소화하여 차체가 실내로 밀려드는 변형량을 줄일 수 있고, 사이드 실 인너 멤버의 H면 두께의 증가로 측면 충돌에 따라 발생하는 굽힘 모멘트에 의한 사이드 실 인너 멤버의 꺽임량을 줄일 수 있으며, 센터 플로어 패널에 형성된 복곡면에 의해 시트 크로스 멤버의 단면 계수가 증가하여 측면 충돌에 의해 발생하는 굽힘 모멘트에 대한 저항력을 향상시키며, 차종에 따라 차별화되는 힙 포인트(hip point)에 의해 제한되는 시트 크로스 멤버의 축소된 단면 높이값(h)을 복곡면에 의해 조절 가능하여 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상술한다.

도 1은 본 발명에 의한 차량의 시트 크로스 멤버의 장착 구조를 보여주는 요부 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 시트 크 로스 멤버와 센터 플로어 패널의 복곡면에 의한 장착 상태를 나타낸 요부 도면이다.

도 1에 있어서 부호 1은 시트 크로스 멤버이고, 부호 2는 센터 플로어 패널이며, 부호 3은 사이드 실 인너 멤버이다.

상기한 시트 크로스 멤버(1)는 상기 센터 플로어 패널(2) 위를 차체의 좌우 방향으로 가로질러 그의 밑면이 용접에 의해 고정 장착되며, 상기 시트 크로스 멤버(1)의 양 측단은 차체의 양측 프레임을 형성하는 사이드 실 인너 멤버(3)에 역시 용접에 의해 고정 장착된다.

상기한 시트 크로스 멤버(1)를 용접 장착함에 있어서는 그의 하부에 수평 방향으로 절곡되게 돌출 연장하는 하단부 H면 날개(4)를 통해 수평의 바닥면을 형성하는 상기 센터 플로어 패널(2)에 H면 용접되고, 상기 시트 크로스 멤버(1)의 측단부 L면 날개(5)를 통해 상기 사이드 실 인너 멤버(3)의 수직벽면인 L면(6)에 L면 용접되며, 상기 시트 크로스 멤버(1)의 측단부 H면 날개(7)를 통해 상기 사이드 실 인너 멤버(3)의 상측 수평벽면인 H면(8)에 H면 용접된다.

상기 도 2에서 보여지는 것과 같이 시트 크로스 멤버(1)의 단면 중심은 C로서 단면 높이 h의 1/2 지점에 위치하며, 상기 시트 크로스 멤버(1)를 측면에서 지지하는 상기 사이드 실 인너 멤버(3)의 높이는 상기 시트 크로스 멤버(1) 보다 높게 형성되어 전단중심 SC는 상부 표면인 H면(8)에 위치하게 된다.

이에 따라 상기 시트 크로스 멤버(1)의 상면(9)과 전단중심 SC가 위치하는 H면(8)과는 높이차가 발생하기 때문에 상기 시트 크로스 멤버(1)의 상면(9)으로부터 상향 경사 연장부(10)를 통해 점차 상승하여 그 상향 경사 연장부(10)의 끝에 상기 측단부 H면 날개(7)가 형성되어, H면(8)에 그 측단부 H면 날개(7)를 겹쳐 용접 작업한다.

상기한 시트 크로스 멤버(1)는 종래 도 7 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이 X축에 대해 상하가 비대칭 단면이고 전단중심(S)과 단면의 도심(C)이 일치하지 않는 경우 단면에 굽힘과 비틀림이 동시에 발생하는 뒤틀림(warping torsion)을 피할 수 없게 되는 데, 본 발명은 측단부 H면 날개(7)를 H면(8)에 일치시켜 용접하고 있어 전후방 충돌 시 들어오는 외부힘이 단면의 전단중심(SC)에 작용하게 되어 단면에 비틀림 하중이 작용함이 없이 순수 굽힘 응력만 작용하게 되어 시트 크로스 멤버(1)의 변형을 줄일 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기한 전단중심(SC)은 단면의 기하학적 형상에 의해서 결정되는 것이므로 단면의 형상, 즉 단면 폭, 높이, 멤버의 두께를 조정하여 상기 사이드 실 인너 멤버(3)의 H면(8)에 단면의 전단중심(SC)이 위치하도록 설계할 수 있으며, 이는 통상의 설계 지식에 의해 가능하다.

이와 같이하여 전단중심이 위치하는 면에 H면 용접을 실시하면, 그 용접부위에서 H면(8)의 실제 두께가 두꺼워지게 되므로 상기 사이드 실 인너 멤버(3)의 2차 단면계수를 증가시켜 측면 충돌에 저항하는 강도를 높여 상기 사이드 실 인너 멤버(3)의 꺽임량을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

도 3은 센터 플로어 패널(2)을 단순 평면으로 형성하지 아니하고 산(2a)과 골(2b)이 반복하여 커다란 파형을 이루는 복곡면(2a,2b)으로 형성한 것을 보여주는 도면으로, 시트 크로스 멤버(1)를 이 커다란 복곡면(2a,2b) 위에 매칭시킴으로써 시트 크로스 멤버(1)의 단면을 증대시켜서 X축에 대한 2차 단면 계수값을 크게 만듦으로써 측면 충돌에 의해 발생하는 굽힘 모멘트에 대한 저항을 키울 수 있다. 이와 같이 함으로서 차종별로 상이한 힙 포인트(hip point)에 의해 제한되는 시트 크로스 멤버(1)의 축소된 단면 높이값(h)을 복곡면(2a,2b)에 의해서 조절하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 차량의 시트 크로스 멤버의 장착 구조를 보여주는 요부 사시도이며,

도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.

도 3은 본 발명의 시트 크로스 멤버와 센터 플로어 패널의 복곡면에 의한 장착 상태를 나타낸 요부 도면이다.

도 4는 시트 크로스 멤버의 장착 상태를 보여주는 종래기술로서 시트 크로스 멤버 주위의 외부힘 흐름을 나타낸 도면이다.

도 5는 차량의 측면 충돌 시 종래 방식에 의해 장착된 시트 크로스 멤버의 변형 상태를 나타낸 도면이다.

도 6은 종래 시트 크로스 멤버의 작용힘 해석을 위해 외팔보의 모형도로 나타낸 도면이다.

도 7은 도 6의 B-B 단면도이다

도 8은 차량의 전후방 충돌 시 외팔보 단면에 작용하는 힘의 역학 관계를 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 시트 크로스 멤버 2 : 센터 플로어 패널

3 : 사이드 실 인너 멤버 4 : 하단부 H면 날개

5 : 측단부 L면 날개 6 : 수직벽면(L면)

7 : 측단부 H면 날개 8 : 수평벽면(H면)

9 : 상면 10 : 상향 경사 연장부

SC : 전단중심 C : 도심

Ff : 전방 충격력 Fr : 후방 충격력

Mb : 회전 모멘트

Claims (4)

1. 강도 보강을 위해 센터 플로어 패널 위를 가로질러 양측의 사이드 실 인너 멤버 사이를 접속하는 시트 크로스 멤버의 장착 구조에 있어서, 상기 시트 크로스 멤버는 하단부 H면 날개를 통해 수평면을 형성하는 상기 센터 플로어 패널에 H면 용접되고, 상기 시트 크로스 멤버의 측단부 L면 날개를 통해 상기 사이드 실 인너 멤버의 수직벽면인 L면에 L면 용접되며, 상기 시트 크로스 멤버의 측단부 H면 날개를 통해 상기 사이드 실 인너 멤버의 상측 수평벽면인 H면에 H면 용접되는 것을 특징으로 하는 시트 크로스 멤버의 장착 구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 측단부 H면 날개는 상기 시트 크로스 멤버의 상향 경사연장부로부터 수평으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 시트 크로스 멤버의 장착 구조.
3. 제 2항에 있어서, 상기 사이드 실 크로스 멤버의 상측 수평벽면인 H면은 상기 시트 크로스 멤버 단면의 전단 중심에 일치하는 표면인 것을 특징으로 하는 시트 크로스 멤버의 장착 구조.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센터 플로어 패널은 복곡면으로 형성되고, 상기 시트 크로스 멤버가 상기 복곡면 위에 매칭되게 설치되는 것을 특징으로 하는 시트 크로스 멤버의 장착 구조.

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