KR20160053546A - 자동차 현가장치의 서브 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 충돌 시 하중을 분산하고 차체 사이드실의 변형을 억제하는 다중 골격 서브 프레임에 관한 것이다.
본 발명은 차량 충돌 시 V자 형태로 꺽인 서브 프레임의 꺽임부에 에너지 흡수부재를 구비함과 아울러 서브 프레임의 꺽임부가 로워암 전방으로 설정되도록 한 새로운 서브 프레임 구조 및 메커니즘을 구현함으로써, 차량 충돌 시 차량 충돌 에너지를 효과적으로 분산하고, 기존에 쓰이는 구조를 활용하여 보강을 통한 중량 증가를 최소화하면서 충돌 성능을 높일 수 있는 차량 충돌에 최적화된 서브 프레임 구조를 제공한다.

Description

자동차 현가장치의 서브 프레임{SUB FRAME OF SUSPENSION SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차 현가장치의 서브 프레임에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 충돌 시 하중을 분산하고 차체 사이드실의 변형을 억제하는 다중 골격 서브 프레임에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 현가장치의 서브 프레임은 자동차 전륜 현가장치의 일부 구성품으로써, 상측에 엔진과 변속기와 같은 파워 트레인이 탑재되고, 양측으로는 현가장치의 구성품이 조립되며, 차체의 전측 하부에 배치되어 현가장치와 차체를 연결하는 역할을 한다.

이러한 서브 프레임은 보통 강판으로 이루어지는 어퍼 플레이트와 로워 플레이트를 각각 프레스 가공한 후, 스폿 용접 수단에 의하여 폐단면 형상으로 결합시킨 구조로 이루어진다.

이와 같은 서브 프레임은 한국공개특허 10-2012-0054312호 등에 다양한 구조가 개시되어 있다.

한편, 북미 평가 기관에서 정면 25% 오프셋 충돌이 등장한 이후 자동차 산업의 최대 화두는 보다 높은 충돌 점수를 받는 것이다.

자동차 메이커에서는 이렇게 보다 높은 충돌 점수를 통하여 상품성을 강화시키고, 결국 고객의 욕구를 충족함과 더불어 유사 시 고객의 안전을 책임지기 위하여 부단히 노력하고 있다.

이러한 정면 25% 오프셋 충돌에 대비한 서브 프레임 구조와 관련하여 한국공개특허 10-2006-0068320호에서는『오프셋 충돌 시 사이드실부의 변형을 억제하기 위한 전방 새시구조』를 제시하고 있으며, 여기서는 오프셋 충돌 시 차체 사이드실부의 변형을 억제하기 위하여 로워암 구조를 개선한 것을 보여주고 있다.

그러나, 종래 서브 프레임의 경우, 정면충돌 시 서브 프레임이 하방으로 V자 형태로 꺽이게 됨과 동시에 이렇게 꺽임 부위가 지면에 닿으면서 끌리게 되고, 계속해서 충격 에너지가 지면으로 대부분 전달되어 차체가 뜨게 되면서 운전자의 거동이 심해지게 되며, 결국 운전자가 에어백 전개범위를 벗어나는 등 운전자 상해 위험을 크게 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 충돌 시 V자 형태로 꺽인 서브 프레임의 꺽임부에 에너지 흡수부재를 구비함과 아울러 서브 프레임의 꺽임부가 로워암 전방으로 설정되도록 한 새로운 서브 프레임 구조 및 메커니즘을 구현함으로써, 차량 충돌 시 차량 충돌 에너지를 효과적으로 분산하고, 기존에 쓰이는 구조를 활용하여 보강을 통한 중량 증가를 최소화하면서 충돌 성능을 높일 수 있는 차량 충돌에 최적화된 서브 프레임 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 자동차 현가장치의 서브 프레임은 다음과 같은 특징이 있다.

상기 자동차 현가장치의 서브 프레임은 전방 멤버 및 후방 멤버와, 상기 전후방 멤버의 양단부를 이어주는 양쪽의 사이드 멤버로 구성되어 전체적으로 사다리꼴 형상을 이루며, 상기 사이드 멤버의 선단부와 후단부에는 차체 마운팅부가 형성되어 있는 동시에 각 사이드 멤버의 저면부에는 사이드 멤버가 V자 형태로 꺽이면서 지면에 닿을 때 충격을 흡수하는 충격흡수부재가 장착되어 있는 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 사이드 멤버는 앞쪽의 경사 길이구간과 뒷쪽의 직선 길이구간으로 이루어지게 되고, 상기 충격흡수부재는 경사 길이구간과 직선 길이구간의 경계부위를 포함하는 구간에 장착될 수 있다.

이때의 상기 충격흡수부재는 고무 복합재 또는 우레탄 소재 등으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 사이드 멤버의 바깥쪽 측면에는 로워암 결합을 위한 로워암 전방 체결점이 구비되고, 이러한 로워암 전방 체결점은 사이드 멤버의 꺽임부에 상응하는 경사 길이구간과 직선 길이구간의 경계점에 인접한 바로 뒷쪽으로 위치되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 자동차 현가장치의 서브 프레임은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 차량 충돌 시 V자 형태로 꺽인 서브 프레임의 꺽임부가 에너지 흡수 부재를 통해 지면에 닿게 되면서 운전자에게 가해지는 에너지를 분산하는 효과가 있다.

둘째, V자 형태로 꺽인 서브 프레임의 꺽임부를 감싸고 있는 에너지 흡수부재가 마찰부재의 역할을 하게 되면서 차량의 속도를 감속시킬 수 있는 효과가 있다.

셋째, 서브 프레임이 로워암 전방에서 V자 형태로 꺽이게 되고, 이를 통해 로워암 전방 포인트가 하방으로 당겨지게 되면서 차륜의 토우인 효과를 가져오게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 프레임을 나타내는 평면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 프레임을 나타내는 측면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 프레임을 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 프레임을 나타내는 측면도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 서브 프레임은 4개의 멤버, 즉 전방 멤버(10), 후방 멤버(11), 2개의 사이드 멤버(12)가 사다리꼴 형상, 예를 들면 등변 사다리꼴 형상을 이루며 조합되는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 차량 앞쪽과 뒷쪽에서 전방 멤버(10)와 후방 멤버(11)가 서로 일정거리를 두고 배치되는 동시에 차량 폭 방향을 따라 나란하게 배치되고, 이렇게 배치되는 전방 멤버(10)와 후방 멤버(11)의 양쪽 단부 사이에 차량 길이방향을 따라 배치되는 양쪽의 사이드 멤버(12)의 선단부와 후단부가 용접 등으로 결합된다.

이에 따라, 상기 전방 멤버(10)와 후방 멤버(11), 그리고 양쪽의 사이드 멤버(12)는 전체적으로 사다리꼴 형상을 이룰 수 있게 된다.

또한, 사다리꼴 형상의 각 꼭지점에 상응하는 부분, 즉 사이드 멤버(12)의 선단부와 후단부에는 차체 마운팅부(13)가 각각 형성되어 있으며, 이에 따라 서브 프레임은 4곳의 차체 마운팅부(13)를 통해 차체(미도시)측에 결합되는 구조로 설치될 수 있게 된다.

그리고, 이렇게 설치되는 서브 프레임의 양편으로 전륜(미도시)이 현가장치(미도시)와 함께 배치되면서 로워암(미도시)을 통해 서브 프레임측에 연결되면서 지지될 수 있게 된다.

또한, 상기 사이드 멤버(12)의 뒷쪽은 수평선과 대략적으로 나란한 직선 길이구간(12b)으로 이루어지게 되고, 앞쪽은 상방향으로 약간 꺽여 있는 경사 길이구간(12a)으로 이루어지게 되며, 이때의 경사 길이구간(12a)과 직선 길이구간(12b)은 사이드 멤버(12)의 길이 중간 정도의 지점에 형성되는 꺽임부(16)를 경계로 구분될 수 있게 된다.

특히, 상기 사이드 멤버(12)의 저면부에는 사이드 멤버가 V자 형태로 꺽이면서 지면에 닿을 때 충격을 흡수하는 역할의 충격흡수부재(14)가 장착된다.

이러한 충격흡수부재(14)는 사이드 멤버(12)의 폭에 상응하는 폭을 가지는 직사각형의 판체 형태로 이루어질 수 있게 되며, 사이드 멤버(12)의 경사 길이구간(12a)과 직선 길이구간(12b)의 경계부위인 꺽임부(16)를 포함하여 그 앞뒤로 일정구간을 커버하는 형태로 장착될 수 있게 된다.

여기서, 상기 충격흡수부재(14)는 고무 복합재 또는 우레탄 소재 등으로 이루어져 접착 등의 방식으로 장착될 수 있게 된다.

그리고, 상기 사이드 멤버(12)의 바깥쪽 측면에는 로워암 결합을 위한 로워암 전방 체결점(15)이 구비된다.

이러한 로워암 전방 체결점(15)은 사이드 멤버(12)의 꺽임부(16)에 인접한, 즉 경사 길이구간(12a)과 직선 길이구간(12b)의 경계점에 인접한 바로 뒷쪽으로 위치될 수 있게 된다.

이렇게 로워암 전방 체결점(15)이 사이드 멤버(12)가 V자 형태로 꺽이는 꺽임부(16)의 뒷쪽으로 위치되므로서, 다시 말해 로워암 전방 체결점(15)의 앞쪽에서 사이드 멤버(12)가 V자 형태로 꺽이게 되므로서, 서브 프레임 좌굴 시 로워암 전방 체결점(15)이 하방(내측)으로 이동되어 타이어 토우 인이 유도될 수 있게 된다.

보통 차량의 전방 충돌 시 충돌 에너지 경로를 다분화하여 에너지를 효과적으로 흡수해야 하며, 이에 본 발명의 서브 프레임 구조는 차량 엔진 하단에 설치되어 충돌 에너지를 차량 하부로 전달하는 역할을 하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 서브 프레임 구조는 차량의 전방에 위치한 전방 멤버와 후방에 위치한 후방 멤버는 물론, 이 두 멤버를 연결하는 좌우측 사이드 멤버를 포함하는 구조이다.

본 발명의 서브 프레임 구조에서는 차량 충돌 시 사이드 멤버의 변형을 의도적으로 유도할 수 있다.

이를 위하여, 사이드 멤버에 연결되는 전륜 로워암 전방 체결부의 사이드 멤버 앞쪽에 겉면의 거칠기가 거친 충격흡수부재를 장착하여, 사이드 멤버가 V자 형태로 변형되어 지면에 닿을 때, 충격흡수부재가 댐퍼 역할 및 추가 제동력을 확보하는 역할을 하게 한다.

또한, V자로 꺽이는 사이드 멤버 때문에 로워암 전방 체결부는 하단으로 이동하게 되고, 이는 앞바퀴의 토우 인 효과를 가져오게 된다.

이는 타이어가 장애물에 충돌 이후 타이어 후방부가 차량 외측으로 벌어져 회전하기 때문에 차량의 사이드실을 강타하는 범위가 작아지게 되고, 결국 탑승자 공간을 침범하는 양을 줄이게 된다.

이와 같은 본 발명의 서브 프레임 구조는 차량 충돌에 최적화된 구조를 가질 수 있게 된다.

예를 들면, 차량 충돌 시 하방으로 V자 형태로 꺽인 서브 프레임(사이드 멤버)은 꺽임부에 감싸여진 충격흡수부재를 통하여 지면에 닿게 된다.

이렇게 꺽임부가 닿은 서브 프레임은 그 변형을 통하여 차량의 상부를 들어 올리게 되는데, 이를 통하여 차량의 노즈 다운을 억제함과 동시에 충돌에너지를 엔진룸을 들어 올리는 위치 에너지로 변환하여 사용하게 되어, 운전자에게 가해지는 에너지를 분산하는 효과가 생기게 된다.

이를 극대화하기 위하여 차량 꺽임부에는 에너지 흡수수단, 즉 충격흡수부재가 설치된다.

그리고, V자 형태로 꺽인 서브 프레임은 충격흡수부재가 가지는 거칠기가 큰 마찰재 작용을 통해 닿게 되는데, 이 마찰재와 지면 사이의 마찰력을 추가하여 충돌 이후 차량의 속도를 효과적으로 감속하게 된다.

이를 위하여, 꺽임부에 설치되는 충격흡수부재의 표면 마찰력이 큰 재질을 사용할 수 있고, 충격흡수부재의 표면은 마찰력이 큰 소재로 감싸여질 수 있게 된다.

또한, 서브 프레임은 차량의 로워암 전방에ㅐ서 V자 형태로 꺽이게 되는데, 이를 통하여 로워암의 전방 포인트가 하방으로 당겨지게 되고, 이는 차륜의 토우 인 효과를 가져오게 된다.

이렇게 토우 인이 된 차륜은 충돌부재에 의하여 차량 후방쪽으로 밀려가며 회전하게 되는데, 중립상태로 충돌하는 것 보다 타이어가 차체를 침범하는 양이 작게 되어, 탑승객을 보호하게 된다.

10 : 전방 멤버
11 : 후방 멤버
12 : 사이드 멤버
12a : 경사 길이구간
12b : 직선 길이구간
13 : 차체 마운팅부
14 : 충격흡수부재
15 : 로워암 전방 체결점
16 : 꺽임부

Claims (4)

1. 전방 멤버(10) 및 후방 멤버(11)와, 상기 전후방 멤버(10,11)의 양단부를 이어주는 양쪽의 사이드 멤버(12)로 구성되어 전체적으로 사다리꼴 형상을 이루며, 상기 사이드 멤버(12)의 선단부와 후단부에는 차체 마운팅부(13)가 형성되어 있는 동시에 각 사이드 멤버(12)의 저면부에는 사이드 멤버가 V자 형태로 꺽이면서 지면에 닿을 때 충격을 흡수하는 충격흡수부재(14)가 장착되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 현가장치의 서브 프레임.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 사이드 멤버(12)는 앞쪽의 경사 길이구간(12a)과 뒷쪽의 직선 길이구간(12b)으로 이루어지게 되고, 상기 충격흡수부재(14)는 경사 길이구간(12a)과 직선 길이구간(12b)의 경계부위를 포함하는 구간에 장착되는 것을 특징으로 하는 자동차 현가장치의 서브 프레임.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 충격흡수부재(14)는 고무 복합재 또는 우레탄 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 현가장치의 서브 프레임.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 사이드 멤버(12)의 바깥쪽 측면에는 로워암 결합을 위한 로워암 전방 체결점(15)이 구비되고, 상기 로워암 전방 체결점(15)은 사이드 멤버(12)의 꺽임부(16)에 상응하는 경사 길이구간(12a)과 직선 길이구간(12b)의 경계점에 인접한 바로 뒷쪽으로 위치되는 것을 특징으로 하는 자동차 현가장치의 서브 프레임.

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