KR20130125815A - 앞 차체 구조 - Google Patents

Abstract

차실(2)의 앞쪽에 배치된 전실(3)을 가진 차체(1)에 있어서의 앞 차체 구조(10)는 전실의 내부에 위치하여 차체의 전후 방향으로 뻗어있는 한 쌍의 프런트 사이드 멤버(11)와, 전실 내에 있어서 전실의 폭 방향 양측에 배치되어 내부에 전륜용 서스펜션이 배치되는 한 쌍의 스트럿 타워(16)와, 스트럿 타워의 상부와 스트럿 타워와 마주보는 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 보강 부재(20)를 구비한다. 이에 의하여, 자동차의 차체의 비틀림 강성 및 가로방향의 휨 강성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 앞 차체 구조를 제공하고, 나아가서는 고장력 강판을 사용한 박육화에 의하여, 효율적으로 차체의 경량화를 도모할 수 있는 앞 차체 구조가 제공된다.

Description

앞 차체 구조{STRUCTURE FOR FRONT SECTION OF VEHICLE BODY}

본 발명은 자동차용 차체의 강성을 향상하기 위한 앞 차체 구조에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 자동차의 연비나 운동 성능을 향상시키기 위하여, 또는 안전 대책이나 장비 충실에 따른 중량 증가를 흡수하기 위하여, 자동차의 경량화가 요구되고 있다. 이 때문에, 예를 들면, 고장력 강판을 사용하여 차체 구조를 박육화하는 것에 의하여, 차체의 경량화가 추진되고 있다.

예를 들면, 590 MPa급 고장력 강판을 사용하여 차체를 경량화하였을 경우, 차체 강도를 확보하면서 종래 강판과 비교하여 약 40% 정도의 경량화가 실현 가능한 것으로 알려져, 매우 큰 성과가 기대되고 있다.

한편, 자동차는 주행 중에 노면의 요철로부터 받는 힘이나 도로 가장자리 등에 올라갔을 경우의 충격 등, 여러 가지 힘을 받기 때문에, 차체 강도에 추가하여 비틀림 강성이 필요하게 된다. 그러나, 고장력 강판을 사용하여 차체 구조를 박육화하면, 일반적으로, 차체 강도는 확보되어도 비틀림 강성은 저하된다.

즉, 고장력 강판에서는 온도 이력이나 성분 등에 의하여 강판의 인장 강도는 향상되지만, 철의 영률은 일정하여 변하지 않는다. 이 때문에, 차체 구조가 박육화되면, 단면 2차 극 모멘트가 작아지고, 그 결과, 비틀림 강성이 저하하게 된다.

따라서, 고장력 강판 등을 사용하여 차체 강도를 유지하면서 차체를 박육화하여 경량화하는 경우, 아울러 비틀림 강성을 향상시키는 것이 필요하다.

상기 차체의 비틀림 강성의 향상에 관하여, 앞 차체 구조에 주목한 기술로서, 예를 들면 특허 문헌 1 내지 4에 나타내는 기술이 개시되어 있다.

구체적으로는, 특허 문헌 1에는 휠 하우징을 형성하는 휠 에이프런 패널 상단 가장자리부에 설치된 휠 에이프런 보강 부재의 일부에 스트럿 타워의 어퍼부를 형성하는 동시에, 휠 에이프런 보강 부재를 엔진 룸 내에서 차 폭 방향으로 뻗어있는 서브프레임에 연결하는 것이 개시되어 있다.

특허 문헌 2에는 전단이 프런트 사이드 프레임의 후부에 접속되는 동시에 후단이 스트럿 타워의 후부에 있어서 사이드 패널에 접속되는 보조 프레임 부재와, 보조 프레임 부재의 후부에 접속되어 카울 부재의 아래쪽에서 폭 방향으로 뻗어있는 대쉬 크로스 멤버가 설치된 앞 차체 구조가 개시되어 있다.

특허 문헌 3에는 엔진 룸 후방에서 폭 방향으로 뻗어있는 대쉬 패널의 주위에 대쉬 멤버를 설치하는 것이 개시되어 있다.

특허 문헌 4에는 스트럿 하우징을 단일 부품으로서 형성하는 동시에, 사이드 멤버, 후드 릿지, 대쉬 패널 및 카울톱 패널을 스트럿 하우징에 결합하여 일체화하는 것이 개시되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 평2－293277호 특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 2009－40127호 특허 문헌 3: 일본 공개 특허 공보 2001－130450호 특허 문헌 4: 일본 공개 특허 공보 2009－078575호

그러나, 차체 구조의 박육화에 의하여 경량화를 추진하려면, 상기 특허 문헌 1 내지 4에 개시된 보강 등만으로는 차체의 비틀림 강성을 향상시키기에 충분하다고는 할 수 없다. 이 때문에, 고장력 강판의 장래의 강도 향상을 목적으로 한 더욱 유효한 비틀림 강성의 향상 기술에 대한 강한 요청이 있다.

또한, 상기 차체 구조를 가진 차량의 차선 변경 등의 조타시의 응답성을 담보하려면 앞 차체 구조에 대하여 가로방향의 휨 강성이 필요하게 된다. 가로방향의 휨 강성도, 비틀림 강성과 같이, 고장력 강판을 사용하여 차체 구조를 박육화하면 일반적으로 저하된다. 따라서, 비틀림 강성과 같이, 가로방향의 휨 강성의 향상 기술에 대하여도 강한 요청이 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 자동차의 차체의 비틀림 강성 및 가로방향의 휨 강성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 앞 차체 구조, 나아가서는 고장력 강판을 이용한 박육화에 의하여, 효율적으로 차체의 경량화를 도모할 수 있는 앞 차체 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

- 스트럿 타워의 상부와 이 스트럿 타워와 마주보는 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 보강 부재를 설치함으로써, 스트럿 타워에 입력되는 하중을 분산시킬 수 있다.

- 상기 보강 부재에 의하여, 스트럿 타워 상부에 가하여지는 차 폭 방향의 하중을, 이 스트럿 타워와 마주보는 프런트 사이드 멤버에 전달할 수 있다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 차실의 앞쪽에 설치된 전실을 가진 차체에 있어서의 앞 차체 구조로서, 상기 전실의 내부에 위치하여 상기 차체의 전후 방향으로 뻗어있는 한 쌍의 프런트 사이드 멤버와, 상기 전실 내에 있어서 상기 전실의 폭 방향 양측에 배치되고 내부에 전륜용 서스펜션이 배치되는 한 쌍의 스트럿 타워와, 상기 스트럿 타워의 상부와 이 스트럿 타워와 마주보는 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 보강 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 앞 차체 구조.

또한, 「스트럿 타워의 상부」는 서스펜션 설치부에서 프런트 사이드 멤버까지 뻗어있는 스트럿 타워를 상하 이등분하였을 경우에 상부측에 위치하는 부분을 의미한다.

(2) 상기 보강 부재는 차체의 전후 방향에 대하여 수직인 평면을 따라서 뻗어있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 앞 차체 구조.

(3) 상기 보강 부재는 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워의 상부와, 폭 방향 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 제1 보강 부재와, 폭 방향 다른 한쪽의 스트럿 타워의 상부와 폭 방향 한쪽의 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 제2 보강 부재를 구비한 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 앞 차체 구조.

(4) 상기 보강 부재는 중실의 봉상 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 앞 차체 구조.

(5) 상기 보강 부재는 양 스트럿 타워의 상부와 양 프런트 사이드 멤버에 결합된 하나의 부재인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 앞 차체 구조.

(6) 상기 보강 부재는 패널 부재로서, 이 패널 부재의 폭 방향 가장자리부는 그 전장에 걸쳐서 스트럿 타워 및 프런트 사이드 멤버에 결합되는 것을 특징으로 하는, 상기 (5)에 기재된 앞 차체 구조.

(7) 상기 패널 부재에는 보강 비드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (6)에 기재된 앞 차체 구조.

서스펜션으로부터 스트럿 타워에 입력되는 하중은 휠 하우징을 형성하는 사이드 패널이나 어퍼 멤버 등을 거쳐서 차체 구조 전체에 전달된다. 본 발명에 관한 모든 앞 차체 구조에 의하면, 스트럿 타워의 상부와 스트럿 타워와 마주보는 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 보강 부재가 설치된다. 이러한 보강 부재를 설치함으로써, 서스펜션으로부터 스트럿 타워에 입력되는 하중은 기존의 구성 요소(사이드 패널이나 어퍼 멤버)에 추가하여 보강 부재를 거쳐서 차체 구조 전체에 전달된다. 이 때문에, 스트럿 타워에 입력되는 하중을 분산하여 차체 구조 전체에 전달할 수 있고, 그 결과, 자동차의 차체의 비틀림 강성을 효율적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 모든 앞 차체 구조에서는 보강 부재가 스트럿 타워 상부와 이 스트럿 타워와 마주보는 프런트 사이드 멤버에 결합되어 있다. 이 때문에, 스트럿 타워 상부에 가하여지는 차 폭 방향의 하중을 이 스트럿 타워와 마주보는 프런트 사이드 멤버에 전달할 수 있다. 그 결과, 차체 앞 부분에 있어서의 가로방향 휨 강성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 차체의 전체 구조의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 앞 차체 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 앞 차체 구조를 전방에서 본 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 차체의 전체 구조의 개략을 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 실시 형태에 관한 앞 차체 구조를 전방에서 본 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 변경예에 관한 앞 차체 구조를 전방에서 본 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 변경예에 관한 앞 차체 구조를 전방에서 본 도면이다.
도 8은 차체의 비틀림 강성의 측정 방법의 일례를 나타내는 개략도이며, (A)는 차체 구조의 길이 방향에 있어서의 하중을 부하하는 위치를, (B)는 (A)에 있어서의 선 X－X에서 본 도면이며, 차체의 폭 방향에 있어서의 토크 발생의 개략을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8(A)의 선 X－X에서 본, 비틀림 토크를 부하하기 전후의 차체의 변위 및 비틀림각을 나타내는 도면이다.
도 10은 차체의 가로방향의 휨 강성의 측정·산출 방법의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 11은 도 10의 선 Y－Y에서 본, 폭 방향의 하중을 부하하기 전후의 차체의 변위를 나타내는 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 앞 차체 구조(10)를 가진 차체(1)를 나타내는 도면이다. 차체(1)는 탑승자가 탑승하는 공간을 형성하는 차실(2)과, 차실(2)의 앞쪽 (도 1에 대해 좌측)에 설치된 전실(3)을 구비한다. 본 실시 형태에 있어서는 전실(3) 내에는 차륜을 구동하는 모터나 엔진 등의 파워 유닛이 탑재된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는 차체(1)의 주요 재료는 고장력강으로 하였다.

본 실시 형태에 관한 앞 차체 구조(10)는 전실(3)의 내부(특히, 본 실시 형태에서는 전실(3) 내의 아래쪽)에 위치하여 차체(1)의 전후 방향으로 뻗어있는 한 쌍의 프런트 사이드 멤버(11)와 전실(3)의 폭 방향 양단부의 위쪽에 있어서 차체(1)의 전후 방향으로 뻗어있는 한 쌍의 어퍼 멤버(12)를 구비한다. 앞 차체 구조(10)는 또한 차체(1)의 폭 방향으로 뻗어있는 차실(2)과 전실(3)을 구분하는 대쉬 패널(13)과, 어퍼 멤버(12)로부터 아래쪽으로 뻗어있는 한 쌍의 사이드 패널(14)을 구비한다.

각 사이드 패널(14)은 프런트 휠 하우스(15)와 스트럿 타워(16)를 구비한다. 각 프런트 휠 하우스(15)는 차체(1)의 폭 방향 안쪽으로 팽출하는 동시에, 그 하부에 있어 프런트 사이드 멤버(11)에 접속되도록 형성된다. 각 프런트 휠 하우스(15)는 바깥쪽으로 개구한 구조로 되어 있고, 그 내부에는 전륜(도시하지 않음)이 배치된다.

또한, 각 스트럿 타워(16)는 프런트 휠 하우스(15) 및 그 위쪽의 사이드 패널(14)이 차체(1)의 폭 방향 안쪽으로 팽출하여 형성된다. 보는 방향을 바꾸어보면, 각 스트럿 타워(16)는 프런트 휠 하우스(15)의 천정부로부터 위쪽으로 돌출하도록 설치된다고 할 수도 있다. 특히, 본 실시 형태에서는 각 스트럿 타워(16)의 정부(頂部)의 높이가, 어퍼 멤버(12)의 높이와 거의 동일하게 되어 있다. 여하튼, 한 쌍의 스트럿 타워(16)는 전실(3) 내에 있어서 전실(3)의 폭 방향 양측에 배치된다. 또한, 각 스트럿 타워(16)의 내부에는 전륜용 서스펜션(도시하지 않음)이 배치되고, 각 스트럿 타워(16)의 서스펜션 설치부(17)에는 전륜용 서스펜션의 상단부가 고정된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 스트럿 타워(16)의 상부와, 이 스트럿 타워(16)에 대향하는 프런트 사이드 멤버(11)에 결합되어, 이들의 사이에 뻗어있는 보강 부재(20)가 설치된다. 이 때, 스트럿 타워(16)의 상부란, 서스펜션 설치부(17)로부터 프런트 사이드 멤버(11)까지 뻗어있는 스트럿 타워를 상하 이등분하였을 경우에 위쪽에 위치하는 부분을 의미한다.

보강 부재(20)에 대하여, 더 구체적으로 설명한다. 이 때, 전술한 바와 같이 프런트 사이드 멤버(11) 및 스트럿 타워(16)는 차량의 폭 방향 양쪽에 배치되어 있고, 폭 방향 한쪽(도 3에 있어서 좌측)에 배치되어 있는 것을 각각 11L, 16L, 폭 방향 다른 한쪽(상기 폭 방향 한쪽에 대하여 폭 방향에 있어서 반대측. 도 3에 있어서 우측)에 배치되어 있는 것을 각각 11R, 16R로 한다.

보강 부재(20)는 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워(16L)의 상부와, 폭 방향의 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11R)에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 제1 보강 부재(21)와, 폭 방향 다른 한쪽의 스트럿 타워(16R)의 상부와 폭 방향 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11L)에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 제2 보강 부재(22)를 구비한다. 본 실시 형태에서는 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)는 모두 차체의 전후 방향에 대하여 수직인 평면(연직면)을 따라서 뻗어있다.

제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)는 예를 들면 거의 원통 형태의 강관에 의하여 형성되어 있고, 일단이 스트럿 타워(16)의 상부에, 다른 일단이 프런트 사이드 멤버(11)에 각각 용접에 의하여 결합되어 있다.

이 때, 차체(1)의 전방에서 보았을 경우에, 제1 보강 부재(21)와 제2 보강 부재(22)는, 서로 비스듬이 교차하는 형태로 배치되어 있고, 제1 보강 부재(21)와 제2 보강 부재(22)의 교차하는 부분은 서로 구속되지 않게 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태의 앞 차체 구조(10)에 의하면, 전술한 바와 같은 보강 부재(20)가 설치되기 때문에, 스트럿 타워(16)로부터 입력되는 하중을, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)에 의하여 프런트 사이드 멤버(11)에 분산시킬 수 있다.

즉, 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워(16L)로부터 입력되는 하중은 어퍼 멤버(12)나 폭 방향 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11L)뿐만이 아니라, 제1 보강 부재(21)를 거쳐 폭 방향 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11R)로 전달된다. 이에 의하여, 이 하중에 의한 스트럿 타워(16L)의 변형이 억제된다. 마찬가지로, 폭 방향 다른 한쪽의 스트럿 타워(16R)로부터 입력되는 하중은 어퍼 멤버(12)나 폭 방향 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11R) 뿐만이 아니라, 제2 보강 부재(22)를 거쳐 폭 방향 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11L)로 전달된다. 이에 의하여, 이 하중에 의한 스트럿 타워(16R)의 변형이 억제된다. 이에 의하여, 차체(1) 전체의 비틀림 강성을 향상시킬 수 있다.

또한, 스트럿 타워(16)의 서스펜션 설치부(17)에는 차량의 선회 운동 등에 따라 차 폭 방향의 하중이 가하여지는 경우가 있다. 본 실시 형태의 앞 차체 구조(10)에 의하면, 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워(16L)로부터 입력되는 차 폭 방향의 하중도, 어퍼 멤버(12)나 폭 방향 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11L)뿐만이 아니라, 제1 보강 부재(21)를 거쳐 폭 방향 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11R)로 전달된다. 마찬가지로 폭 방향 다른 한쪽의 스트럿 타워(16R)로부터 입력되는 차 폭 방향의 하중도, 어퍼 멤버(12)나 폭 방향 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11R)뿐만이 아니라, 제2 보강 부재(22)를 거쳐 폭 방향 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11L)로 전달된다. 이에 의하여, 차체 앞 부분에 있어서의 가로방향의 휨 강성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)가 차체(1)의 전후 방향에 대하여 수직인 평면(연직면)을 따라서 설치되어 있으므로, 스트럿 타워(16)로부터 입력되는 하중을 프런트 사이드 멤버(11)에 효율적으로 전달시킬 수 있다. 이에 의하여, 앞 차체 구조(10)의 비틀림 변형을 더 높은 정도로 억제할 수 있고, 차체(1) 전체의 비틀림 강성을 향상시키는 것이 가능해진다.

다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 앞 차체 구조(60)를 가진 차체(51)를 나타내는 도면이다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.

제2 실시 형태에 관한 앞 차체 구조(60)에 있어서는, 보강 부재로서 한 쌍의 프런트 사이드 멤버(11)와 한 쌍의 스트럿 타워(16)에 결합된 하나의 패널 부재(70)가 설치되어 있다. 특히, 본 실시 형태에서는 패널 부재(70)의 폭 방향 가장자리부는 그 전장에 걸쳐서 스트럿 타워(16) 및 프런트 사이드 멤버(11)에 결합된다. 따라서, 본 실시 형태에서는 패널 부재(70)는 스트럿 타워(16)의 상부 및 하부의 양쪽 모두에 결합되어 있다고 할 수 있다.

더 상세하게는, 패널 부재(70)의 폭 방향 한쪽의 가장자리부(70L)가, 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워(16L)의 위쪽 및 아래쪽과 프런트 사이드 멤버(11L)에 결합된다. 또한, 패널 부재(70)의 폭 방향 다른 한쪽의 가장자리부(70R)가, 폭 방향 다른 한쪽의 스트럿 타워(16R)의 위쪽 및 아래쪽과 프런트 사이드 멤버(11R)에 결합된다. 본 실시 형태에서는 이 패널 부재(70)는 차체(51)의 전후 방향에 대하여 수직인 평면(연직면)을 따라서 설치되어 있다.

패널 부재(70)는 강판에 의하여 형성되어 있고, 그 폭 방향 가장자리의 전장이 레이저 용접에 의하여 스트럿 타워(16) 및 프런트 사이드 멤버(11)에 결합되어 있다. 또한, 패널 부재(70)에는 패널 부재(70) 자체의 강도를 향상시키기 위한 보강 비드부(75)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는 도 5에 도시하는 바와 같이, 폭 방향으로 뻗어있는 복수의 보강 비드부(75)가 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 보강 비드부(75)는 프레스에 의하여 형성되는 동시에, 그 단면이 한 변이 열린 직사각형 형태가 되도록 형성된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 실시 형태의 앞 차체 구조(60)에 의하면, 보강 부재로서 전술한 것 같은 패널 부재(70)가 설치되기 때문에, 스트럿 타워(16)로부터 입력되는 하중을 패널 부재(70)에 의하여 프런트 사이드 멤버(11)에 분산시킬 수 있다. 따라서, 스트럿 타워(16)로부터 입력되는 하중에 의한 변형을 패널 부재(70)에 의하여 억제할 수 있고, 그 결과 차체(51) 전체의 비틀림 강성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 실시 형태와 같이, 차체 앞부분에 있어서의 가로방향의 휨 강성도 향상시킬 수도 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 패널 부재(70)가 차체(51)의 전후 방향에 대하여 직교하는 평면(연직면)을 따라서 설치되어 있으므로, 스트럿 타워(16)로부터 입력되는 하중을 프런트 사이드 멤버(11)에 효율적으로 전달시킬 수 있다. 이에 의하여, 차체(51) 전체의 비틀림 강성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 패널 부재(70)에, 보강 비드부(75)가 형성되어 있으므로, 패널 부재(70) 자체의 강도가 향상되어 변형이 억제되고, 앞 차체 구조(60)의 비틀림 변형을 더 높은 정도로 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 패널 부재(70)의 폭 방향 가장자리의 전장이 레이저 용접에 의하여 스트럿 타워(16) 및 프런트 사이드 멤버(11)에 결합되어 있다. 이 때문에, 패널 부재(70)의 스트럿 타워(16) 및 프런트 사이드 멤버(11)에의 접합 강도가 향상되어, 앞 차체 구조(60)의 비틀림 변형을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 충돌시에 있어서, 전실(53) 내에 수용된 부품 등이 차실(52) 내로 비집고 들어가는 것을 패널 부재(70)에 의하여 억제하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지 변경을 하는 것이 가능하다.

예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서는 차체의 주요 재료가 고장력강에 의하여 형성되는 경우에 대하여 설명하였지만, 차체의 일부 또는 전부가 알루미늄, FRP등 일반적으로 차체에 이용될 수 있는 다른 재료에 의하여 형성되어 있어도 좋다. 또한, 보강 부재에 대하여도 강재가 사용되고 있으나, 알루미늄, FRP 등 다른 재료를 사용하여도 좋다. 또한, 보강 비드의 단면은 반드시 한 변이 열린 직사각형 형태일 필요는 없고, 한 변이 열린 사다리꼴 형상이나, 반원형, 반타원형 등 여러 가지 형상으로 할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)를, 대략 원통 형태의 강관에 의하여 형성된 것으로서 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)는 직사각형 형태의 단면 등, 원통과는 다른 단면 형상의 봉 형태의 부재이어도 좋고, 또한, 각각 중앙측이 굵게 형성되거나 또는 단부를 향하여 폭이 넓게 형성되어 있어도 좋다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)는 용접에 의하여 스트럿 타워(16)의 상부 및 프런트 사이드 멤버(11)에 결합되어 있으나, 결합 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 결합 방법으로서는, 볼트나 리벳 등을 사용하여 고정하는 방식 등, 다른 방법을 채용하여도 좋다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)를, 중실의 봉상 부재(선재 또는 봉강 등)로 구성하여도 좋다. 이 경우, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)의 점유 스페이스를 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 공간을 효과적으로 활용하면서 비틀림 강성을 향상하는 것이 가능해진다. 이 때, 예를 들면, 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워(16)로부터 위쪽으로 향하는 하중이 입력되었을 경우에는, 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워(16)와 폭 방향 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11)를 연결하는 제1 보강 부재(21)에 인장력이 작용하지만, 이 인장력을 제1 보강 부재(21)인 강선에 의하여 수용할 수 있어서, 차체(1)의 비틀림 변형이 억제되게 된다.

또한, 제1 실시 형태에서는 전술한 바와 같이, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)는 모두 차체의 전후 방향에 대하여 수직인 평면을 따라서 뻗어있다. 그러나, 반드시 이 평면을 따라서 뻗어있을 필요는 없고, 이 평면에 대하여 경사진 평면을 따라서 뻗어있도록 하여도 좋다. 또한, 제1 보강 부재(21)와 제2 보강 부재(22)가 뻗어있는 평면은 반드시 평행할 필요는 없고, 서로 평행이 아닌 평면상으로 뻗어있도록 형성하여도 좋다. 그러나, 이들 제 1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)는 차체의 폭 방향 중앙에 있어서 차체의 전후 방향으로 뻗은 평면을 중심으로 거의 대칭으로 배치되는 것이 좋다.

또한, 제1 실시 형태에서는 제1 보강 부재(21)와 제2 보강 부재(22)의 교차하는 부분은 서로 구속되지 않게 형성되어 있으나, 이들 제 1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)는 서로 결합·고정되도록 형성되어도 좋다. 이 경우, 제1 보강 부재(21) 및 제2 보강 부재(22)를 동일 평면상에 배치하는 것이 가능하게 되어, 이에 의하여 차체의 비틀림 강성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서는 패널 부재(70)에 폭 방향으로 뻗어있는 보강 비드부(75)를 설치하는 것으로 하여 설명하였지만, 보강 비드부(75)의 형상은 도 4, 5의 형상에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 4, 5에 나타낸 패널 부재(70) 대신에, 예를 들면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워(16L)의 상부와 폭 방향 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11R)의 사이에 뻗어있는 비드(85)와, 폭 방향 다른 한쪽의 스트럿 타워(16R)의 상부와 폭 방향 한쪽의 프런트 사이드 멤버(11L)와의 사이에 뻗어있는 비드(86)를 설치한 패널 부재(80)를 사용하여도 좋다. 또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, X자 모양의 비드(95)를 차 폭 방향으로 복수 설치한 패널 부재(90)를 사용하여도 좋다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서, 패널 부재(70)의 폭 방향 가장자리의 전장을 레이저 용접하는 것으로 하여 설명하였지만, 패널 부재(70)의 결합 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 결합 방법으로서는, 스폿 용접에 의한 방법이나, 볼트나 리벳 등을 이용하는 방법 등, 다른 방법을 채용하여도 좋다.

또한, 제2 실시 형태에서는 전술한 바와 같이, 패널 부재(70)는 차체의 전후 방향에 대하여 수직인 평면을 따라서 뻗어있다. 그러나, 반드시 이 평면을 따라서 뻗어있을 필요는 없고, 이 평면에 대하여 경사진 평면을 따라서 뻗어있도록 하여도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 전실 내에는 모터나 엔진 등의 파워 유닛이 탑재되는 것으로서 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 러기지 룸(luggage room) 등으로서 사용하는 것이어도 좋다.

또한, 본 발명에 관한 앞 차체 구조가, 내연기관을 탑재한 자동차 외에, 하이브리드 차나 각 차륜에 모터(전동기)가 설치된 전기 자동차 등에 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 전술한 전기 자동차 등에 대하여는 전실에 대형 엔진을 탑재할 필요가 없기 때문에, 제1 보강 부재, 제2 보강 부재를 확실하게 설치하는 것이 가능해진다.

또한, 차체 전체의 형상에 대하여도, 도 1 및 도 4에 개시된 것에 한정되는 것은 아니며, 스테이션 웨건 타입, 원 박스 타입, SUV 타입 등, 다른 형상의 것으로 되어 있어도 된다.

실시예

본 실시 형태의 효과를 확인하기 위하여, 도 8 및 도 9에 나타내는 수법을 이용하여 비틀림 강성을 계산하고, 도 10에 나타내는 수법을 이용하여 가로방향의 휨 강성을 계산하였다.

이하에서는 먼저, 도 8 및 도 9를 참조하여 비틀림 강성의 측정·산출 방법에 대하여 설명한다. 도 8은 화이트 보디(차체)(100)의 비틀림 강성의 측정·산출 방법을 나타내는 개념도를, 도 9는 리어 액슬 위치(100R)(리어의 차축이 배치되는 차체 전후 방향에 있어서의 위치)를 기준으로 하는 프런트 액슬 위치(100F)(프런트의 차축이 배치되는 차체 전후 방향에 있어서의 위치)의 비틀림에 기초한 비틀림 강성을 설명하기 위한 도면이다.

비틀림 강성의 측정은, 예를 들면 도 8(A)에 도시하는 바와 같이, 화이트 보디(100)를 리어 액슬 위치(100R)에 대하여 고정하고, 프런트 액슬 위치(100F)에 대하여 비틀림 토크를 부하하여 얻을 수 있는 평균적인 비틀림 강성값 GJ에 의하여 평가된다.(G；가로 탄성계수, J；단면 극 2차 모멘트)

구체적으로는, 리어 액슬 위치(100R)에 있어서 화이트 보디(100)를 고정(예를 들면, 리어 스트럿 타워의 서스펜션 설치부 R_L, R_R를 고정)하는 동시에, 프런트 스트럿 타워의 서스펜션 설치부 F_L, F_R 각각에 더미 바(101)의 상단을 설치한다. 이 상태에서, 더미 바(101)의 하단을 설치한 시소대(102)를 축선 O 주위로 회동시켜, 이에 의하여 프런트 스트럿 타워의 서스펜션 설치부 F_L, F_R에 비틀림 토크(T)를 부하한다(도 8(B) 참조).

도 9는 도 8(A)의 선 X－X에서 본, 프런트 액슬 위치(100F)에 있어서의 차체 단면을 나타내는 도면이다. 비틀림 강성값 GJ는 상기 비틀림 토크(T)를 부하하였을 때에, 프런트 액슬 위치(100F)에서 발생하는 차체의 좌우의 변위δ_L, δ_R에 기초하여 산출된다. 또한, 도 9에 대하여, 이점 쇄선으로 나타내는 100C 및 실선으로 나타내는 100D는 각각 비틀림 토크(T)를 부하하기 전 및 후의 차체(외형)를 나타내고 있다.

이 때, 비틀림 토크(T)에 의한 비틀림 각 θ(rad)은 작기 때문에,

θ≒tanθ =((δ_L＋δ_R)/B)；(B는 프런트 액슬 위치(100F)에 있어서의 비틀림 토크(T) 부하와 관련되는 차체 폭 치수)와 근사할 수 있기 때문에,

비틀림 강성값 GJ=(T/(θ ／휠 베이스 길이 L))

=(T·B·휠 베이스 길이 L)/(δ_L＋δ_R)

가 된다.(예를 들면, 「자동차의 강도」(주식회사 산해당 1990년 10월 30일 제 2쇄 발행) 참조)

다음으로, 도 10 및 도 11을 참조하여 가로방향의 휨 강성의 측정·계산 방법에 대하여 설명한다. 도 10은 화이트 보디(100)의 가로방향의 휨 강성을 측정하는 방법을 나타내는 개념도이고, 도 11은 프런트 액슬 위치(100F)에 있어서의 폭 방향 변위에 기초한 가로방향의 휨 강성을 설명하기 위한 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 가로방향의 휨 강성의 측정을 할 때, 리어 액슬 위치(100R) 대신에 사이드실 중간부(105)에 대하여 차체를 고정한다.

또한, 도 8(B)와 마찬가지로, 프런트 스트럿 타워의 서스펜션 설치부 F_L, F_R 각각에 더미 바(101)의 상단을 설치한다. 이 상태로, 더미 바(101)의 하단을 설치한 시소대(102)를 차 폭 방향으로 이동시켜, 이에 의하여 프런트 스트럿 타워의 서스펜션 설치부 F_L, F_R에 폭 방향의 하중(L)을 부하한다.

도 11은 도 10의 선 Y－Y에서 본, 프런트 액슬 위치(100F)에 있어서의 차체 단면을 나타내는 도면이다. 가로방향의 휨 강성값은 상기 폭 방향의 하중(L)을 부하하였을 때에, 프런트 액슬 위치(100F)에서 발생하는 차체의 폭 방향의 변위(δ_W)에 기초하여 산출된다. 또한, 도 11에 있어서, 이점 쇄선으로 나타내는 100E 및 실선으로 나타내는 100F는 각각 폭 방향의 하중(L)을 부하하기 전후의 차체(외형)를 나타내고 있다. 이 경우, 가로방향의 휨 강성은 이하와 같이 나타낼 수 있다.

가로방향의 휨 강성 = 입력 하중 L/하중점 변위(δ_W)

본 실시예에서는 종래예로서 제1 보강 부재 및 제2 보강 부재와 패널 부재를 설치하지 않는 모델을 사용하였다. 본 발명예로서 제1 실시 형태에 도시하는 바와 같이, 제1 보강 부재 및 제2 보강 부재를 설치한 모델을 사용하였다. 또한, 제1 보강 부재 및 제2 보강 부재는 외경 20 mm, 두께 2 mm의 강관으로 하였다.

상기 측정·계산 방법에 의하여 비틀림 강성 및 가로방향의 휨 강성을 계산한 결과, 본 발명예에서는 종래예에 비하여 비틀림 강성이 5.49% 향상되고, 가로방향의 휨 강성이 26% 향상되는 것이 확인되었다.

자동차의 차체 구조의 비틀림 강성 및 가로방향의 휨 강성을 향상함으로써, 자동차의 주행에 있어서의 안정성을 향상할 수 있으므로, 산업상 이용 가능하다.

1, 51 차체
2, 52 차실
3, 53 전실
10, 60 앞 차체 구조
11 프런트 사이드 멤버
16 스트럿 타워
20 보강 부재
21 제1 보강 부재
22 제2 보강 부재
70 패널 부재
75 보강 비드부

Claims (7)

1. 차실의 앞쪽에 설치된 전실을 가진 차체에 있어서의 앞 차체 구조로서,
   상기 전실의 내부에 위치하여 상기 차체의 전후 방향으로 뻗어있는 한 쌍의 프런트 사이드 멤버와,
   상기 전실 내에 있어서 상기 전실의 폭 방향 양측에 배치되고 내부에 전륜용 서스펜션이 배치되는 한 쌍의 스트럿 타워와,
   상기 스트럿 타워의 상부와 이 스트럿 타워와 마주보는 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 보강 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 앞 차체 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 보강 부재는 차체의 전후 방향에 대하여 수직인 평면을 따라서 뻗어있는 것을 특징으로 하는 앞 차체 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보강 부재는, 폭 방향 한쪽의 스트럿 타워의 상부와 폭 방향 다른 한쪽의 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 제1 보강 부재와, 폭 방향 다른 한쪽의 스트럿 타워의 상부와 폭 방향 한쪽의 프런트 사이드 멤버에 결합되어 이들의 사이에 뻗어있는 제2 보강 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 앞 차체 구조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보강 부재는 중실의 봉상 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 앞 차체 구조.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보강 부재는 양 스트럿 타워의 상부와 양 프런트 사이드 멤버에 결합된 하나의 부재인 것을 특징으로 하는 앞 차체 구조.
6. 제5항에 있어서, 상기 보강 부재는 패널 부재이며, 이 패널 부재의 폭 방향 가장자리는 그 전장에 걸쳐서 스트럿 타워 및 프런트 사이드 멤버에 결합되는 것을 특징으로 하는 앞 차체 구조.
7. 제6항에 있어서, 상기 패널 부재에는 보강 비드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 앞 차체 구조.
   

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