KR20170032274A - 자동차용 서브 프레임 - Google Patents

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KR20170032274A
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크리스티안 이자키에비트쉬
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아우디 아게
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Abstract

본 발명은, 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임(1)에 관한 것이며, 상기 서브 프레임은 차량 횡방향으로 서로 이격되어 적어도 하나의 가로 부재(3)를 통해 서로 연결되어 있는 2개의 세로 부재(2)를 포함하고, 서브 프레임(1)은 비틀림 강성의 증대를 위한 보강 구조(4)를 포함하며, 이 보강 구조(4) 내에는 비접촉식 에너지 전달을 위한 충전 모듈(5)이 통합되고, 충전 모듈(5)은 오직 디커플링 베어링(6)을 통해서만 보강 구조(4)와 연결된다.

Description

자동차용 서브 프레임{SUBFRAME FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차의 프런트 엔드(front end) 또는 리어 엔드(rear end)의 서브 프레임에 관한 것이며, 상기 서브 프레임은, 차량 횡방향으로 서로 이격되어 적어도 하나의 가로 부재(transverse member)를 통해 서로 연결되어 있는 2개의 세로 부재(side member)를 포함하고, 상기 서브 프레임은 비틀림 강성의 증대를 위한 보강 구조(reinforcement structure)를 포함하며, 이 보강 구조 내로는 비접촉식 에너지 전달을 위한 충전 모듈이 통합된다.
이러한 유형의 서브 프레임은 자동차 공학에서 휠 서스펜션의 차체 측 피벗점을 고정하는 데 이용된다. 대개 프런트 엔드의 서브 프레임 상에는 추가로 엔진, 변속기 및/또는 조향장치가 또한 고정될 수 있다. 서브 프레임 자체는 일반적으로 고무 베어링에 의해 차체 상에 탄성 결합된다. 보강 구조는 선택에 따라서 내전단성 플레이트(shear-resistant plate)로서, 또는 바람직하게는 십자형인 스트럿 복합체(strut composite)로서 형성될 수 있다. 내전단성 플레이트를 통해서는 단지 서브 프레임의 강성만이 증가될 수 있고, 그에 반해 스트럿 복합체는 추가로 또한 힘 하중을 흡수할 수 있다.
일 유형을 형성하는 독일 공보 DE 10 2012 023 363 A1은 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임을 기재하고 있으며, 이에 따르면 서브 프레임은 차량 횡방향으로 서로 이격되어 적어도 하나의 가로 부재를 통해 서로 연결되어 있는 2개의 세로 부재를 포함하고, 서브 프레임은 비틀림 강성의 증대를 위한 보강 구조를 포함하며, 비접촉식 에너지 전달을 위한 충전 모듈이 보강 구조 내에 통합될 수 있다. 충전 모듈은 차폐판(shielding plate)과 코일 유닛(coil unit)을 포함하며, 차폐판과 코일 유닛 사이에는 디커플링 부재(decoupling element)가 배치된다(내부 디커플링).
여기서 단점은, 차폐판과 코일 유닛 사이의 디커플링 부재가, 한편으로 코일 유닛의 효과적인 분리를 보장하고 다른 한편으로는 코일 유닛의 무게를 신뢰성 있게 파지하기 위해, 매우 큰 면적에 형성되어야만 한다는 점에 있다. 이는 제조 가능성에 대해 상대적으로 상당한 과제를 부여한다.
그러므로 본 발명의 과제는 상대적으로 더 간단하게 제조되는 자동차용 서브 프레임을 제공하는 것에 있다.
상기 과제는 특허 청구항 제1항의 특징을 통해 해결된다.
자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임은 차량 횡방향으로 서로 이격되어 적어도 하나의 가로 부재를 통해 서로 연결되어 있는 2개의 세로 부재를 포함하며, 서브 프레임은 비틀림 강성의 증대를 위한 보강 구조를 포함하고, 이 보강 구조 내로는 비접촉식 에너지 전달을 위한 충전 모듈이 통합되며, 충전 모듈은 오직 디커플링 베어링(decoupling bearing)을 통해서만 보강 구조와 연결된다.
충전 모듈이 오직 디커플링 베어링을 통해서만 보강 구조와 연결됨으로써, 충전 모듈은 비교적 간단하게 구성될 수 있으면서 그럼에도 디커플링 베어링을 통해 보강 구조의 비틀림으로부터 효과적으로 분리된다. 충전 모듈은, 예시로서 독일 공보 DE 10 2010 042 395 A1 및 유럽 공보 EP 0 253 345 B1에 지시되어 있는 것처럼, 비접촉식 에너지 전달을 위한 시스템의 차량 측 부품이다. 이 경우, 전기 에너지는, (유도 방식으로) 바람직하게는, 고정 배치되는 전송기로부터 차량 측에 장착된 충전 모듈로 전달되어 추가로 이용된다. 효율 증대를 위해, 충전 모듈과 전송기는 서로 최대한 가깝게 위치해야 할 필요가 있다. 그러므로, 자동차에서 (판형) 충전 모듈은 낮은 위치에 위치 설정되도록 배치되어야 한다. 보강 구조는 선택에 따라서 내전단성 플레이트로서, 또는 바람직하게는 십자형으로 구성되는 스트럿 복합체[크로스 스트럿(cross-strut)]로서 형성될 수 있다. 내전단성 플레이트를 통해서는 단지 서브 프레임의 강성만이 증가될 수 있고, 그에 반해 스트럿 복합체는 추가로 여전히 힘 하중을 흡수할 수 있다. 서브 프레임의 세로 부재들은 바람직하게는 반사 대칭으로 배치되며, 그리고 직접적으로 또는 간접적으로 예컨대 주조 노드(cast node)를 통해 적어도 하나의 가로 부재와 연결되어 개방된 프레임 구조 또는 폐쇄된 프레임 구조를 형성할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 디커플링 베어링은 고무-금속 슬리브 베어링으로서 형성된다. 안정된 금속 외부 슬리브는, 보강 구조 또는 충전 모듈 내에서의 견고한 안착을 제공하며, 그에 반해 연결 부재의 수용을 위한 내부 슬리브는 탄성 중간층을 통해 진동 절연된다.
바람직한 실시예에서, 충전 모듈은 차폐판과 코일 유닛을 포함하며, 코일 유닛은 장착 위치에서 측지학적으로 차폐판의 하부에 배치된다. 코일 유닛의 기능 향상을 위해, 주위의 강자성 부품들(예: 세로 부재, 가로 부재 및 보강 구조)에 대해 차폐가 필요하다. 이를 목적으로, 코일 유닛은 바람직하게는 알루미늄으로 구성되는 차폐판에 의해 부분적으로 둘러싸이며, 더욱 정확하게 말하면, 이는, 차폐판이 강자성 부품들과 코일 유닛 사이에 위치되도록 수행된다. 코일 유닛은 작동 동안 [정지궤도상(geostationary)의] 전송기의 교번 자계에 의해 적어도 부분적으로 관통되며, 그럼으로써 전압이 유도된다. 적합한 전력 전자 장치(power electronics)는 상기 전압을 변환하여 이를 자동차의 내장 전기 시스템(on-board electrical system)으로 전달한다.
바람직한 실시예에서, 차폐판은 디커플링 베어링을 통해 보강 구조와 연결된다. 차폐판은 비교적 안정적이며, 그리고 그에 따라 충전 모듈을 그 자체로서 보강 구조 상에서 가장 적합하게 파지할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 디커플링 베어링은 보강 구조와 조립되어, 연결 부재를 통해 충전 모듈을 파지한다. 연결 부재로서는 예컨대 볼트-나사산 결합부가 고려된다. 보강 구조는 바람직하게는 압입 끼워 맞춤(press-fitting)을 통해 디커플링 베어링을 파지한다.
바람직한 실시예에서, 디커플링 베어링은 보강 구조의 상응하는 수용부 내로 압입된다. 수용부는 특히 바람직하게는 보강 구조 내에 재료 결합 방식으로 고정된 금속 슬리브로서 형성되며, 이 금속 슬리브 내로 디커플링 베어링이 압입된다.
바람직한 실시예에서, 디커플링 베어링은 충전 모듈과 조립되어, 연결 부재를 통해 보강 구조 상에서 파지된다. 연결 부재로서는 예컨대 볼트-나사산 결합부가 고려된다. 충전 모듈은 바람직하게는 압입 끼워 맞춤을 통해 디커플링 베어링을 파지한다.
본 발명에 따른 서브 프레임을 장착한 자동차의 경우, 충전 모듈은 전기 에너지 저장 장치와 연결된다. 바람직한 실시예에서, 에너지 저장 장치는 구동 배터리(traction battery)로서 형성된다. 이제 자동차가 정지궤도 상의 도로 측 전송기에 걸쳐서 이동되면, 서브 프레임의 보강 구조 내 충전 모듈의 코일 유닛은 전송기에서 개시되는 교번 자계를 수신하고, 전압이 유도된다. 전압은 전력 전자 장치에 의해 구동 배터리로 전달되고, 그 결과 구동 배터리는 충전된다. 전압은 자동차의 전진 이동을 위해, 그리고 이후, 전기 기기를 구동하기 위해, 구동 배터리에서 다시 인출될 수 있다.
본 발명의 추가 상세내용 및 장점은 도면들과 관련된 바람직한 실시예에 대한 이하의 기재내용에서 제시된다.
도 1은 서브 프레임의 제1 실시형태를 도시한 측면 단면도이다.
도 2는 서브 프레임의 제1 실시형태를 도시한 추가의 측면 단면도이다.
도 3은 서브 프레임의 제1 실시형태의 디커플링 베어링을 절단 도시한 단면도이다.
도 4는 서브 프레임의 제2 실시형태의 디커플링 베어링을 절단 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 따르면, 자동차의 프런트 엔드를 위한 서브 프레임(1)은, 차량 종축과 관련하여 반사 대칭으로 배치되고 서로 이격되어 있는 2개의 세로 부재(2)(본 단면도에서는 단 하나만이 도시되어 있음)로 구성되며, 이들 세로 부재는 가로 부재(3)를 통해 서로 연결된다. 이렇게 형성되는 서브 프레임(1) 상에는, 비틀림 강성의 증대를 위한, 본 실시예에서는 크로스 스트럿으로서 형성되는, 보강 구조(4)가 배치된다. 보강 구조(4)는 자체의 중심에 개방 공간(open space)을 포함한다. 이런 개방 공간에, 차폐판(5a)과 코일 유닛(5b)으로 구성되는 충전 모듈(5)이 삽입된다. 차폐판(5a)은 장착된 상태에서 상부 방향으로 향해 코일 유닛(5b)을 덮는다. 바람직하게는 알루미늄으로 구성되는 차폐판(5a)은 자체의 가장자리에서 디커플링 베어링(6)과 나사 조임되며, 이 디커플링 베어링은 디커플링 베어링 측에서 보강 구조(4) 내에 고정 파지된다. 디커플링 베어링(6)은 주행 모드 중에 보강 구조(4)의 변형으로부터 충전 모듈(5)을 디커플링시킨다. 디커플링 베어링(6)은 고무-금속 슬리브 베어링으로서 실현되어 보강 구조(4)의 상응하는 슬리브형 수용부 내에 형태 결합 방식으로 압입된다. 커넥터(7)는 코일 유닛(5b)으로부터 차량 측 에너지 저장 장치(미도시)로 이어진다.
도 3에는, 보강 구조(4)의 수용부(10) 내로 압입되는 외부 슬리브(6a)를 포함하는 고무-금속 슬리브 베어링으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시형태에 따르는 디커플링 베어링(6)이 도시되어 있다. 둘레를 따라 연장되는 탄성 중합체 층(6b)에 의해서 내부 슬리브(6c)가 외부 슬리브(6a) 상에서 탄력적으로 파지되며, 내부 슬리브(6c)는 너트(9)를 추가로 포함한다. 너트(9)는, 볼트로서 형성되는 연결 부재(8)의 수나사부와 상호작용할 수 있는 암나사부를 포함한다. 연결 부재(8)를 통해서는 충전 모듈(5)의 차폐판(5a)이 파지되며, 이 차폐판은 다시 코일 유닛(5b)을 파지한다.
도 4에는, 도 1 및 도 2의 서브 프레임 내에서 유사하게 이용될 수 있는 제2 실시형태에 따르는 디커플링 베어링(6)이 도시되어 있다. 디커플링 베어링(6)은, 충전 모듈(5)의 차폐판(5a)의 수용부(10) 내로 압입되는 외부 슬리브(6a)를 포함하는 고무-금속 슬리브 베어링이다. 둘레를 따라 연장되는 탄성 중합체 층(6b)에 의해서 내부 슬리브(6c)가 외부 슬리브(6a) 상에서 탄력적으로 파지된다. 보강 구조(4)는 암나사부를 구비한 너트(9)를 지탱한다. 볼트로서 형성되는 연결 부재(8)는, 너트(9)의 암나사부와 상호작용할 수 있는 수나사부를 포함한다. 그에 따라, 차폐판(5a)은 디커플링 베어링(6)을 통해 보강 구조(4) 상에서 탄력적으로 분리되는 방식으로 고정되며, 차폐판(5a)은 다시 코일 유닛(5b)을 파지한다.
1: 서브 프레임
2: 세로 부재
3: 가로 부재
4: 보강 구조
5: 충전 모듈
5a: 차폐판
5b: 코일 유닛
6: 디커플링 베어링
6a: 외부 슬리브
6b: 탄성 중합체 층
6c: 내부 슬리브
7: 커넥터
8: 연결 부재
9: 너트
10: 수용부

Claims (7)

  1. 차량 횡방향으로 서로 이격되어 적어도 하나의 가로 부재(3)를 통해 서로 연결되어 있는 2개의 세로 부재(2)를 포함하는, 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임(1)으로서, 상기 서브 프레임(1)은 비틀림 강성의 증대를 위한 보강 구조(4)를 포함하며, 상기 보강 구조 내로는 비접촉식 에너지 전달을 위한 충전 모듈(5)이 통합되는 것인 상기 서브 프레임에 있어서,
    상기 충전 모듈(5)은 오직 디커플링 베어링(6)을 통해서만 상기 보강 구조(4)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디커플링 베어링(6)은 고무-금속 슬리브 베어링으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 모듈(5)은 차폐판(5a)과 코일 유닛(5b)을 포함하며, 상기 코일 유닛(5b)은 장착 위치에서 측지학적으로 상기 차폐판(5a)의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차폐판(5a)은 상기 디커플링 베어링(6)을 통해 상기 보강 구조(4)에 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디커플링 베어링(6)은 상기 보강 구조(4)와 조립되어, 연결 부재(8)를 통해 상기 충전 모듈(5)을 파지하는 것을 특징으로 하는 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임.
  6. 제5항에 있어서, 상기 디커플링 베어링(6)은 상기 보강 구조(4)의 상응하는 수용부(10) 내로 압입되는 것을 특징으로 하는 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디커플링 베어링(6)은 상기 충전 모듈(5)과 조립되어, 연결 부재(8)를 통해 상기 보강 구조(4) 상에서 파지되는 것을 특징으로 하는 자동차의 프런트 엔드 또는 리어 엔드의 서브 프레임.
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