KR20190030745A - 언더런 프로텍터의 지지 구조 - Google Patents

Abstract

이 언더런 프로텍터의 지지 구조는, 빔 및 프레임 사이를 접속하는 스테이 본체와, 상기 스테이 본체를 차량 폭 방향의 외측으로부터 보강하는 스테이 보강체와, 상기 스테이 보강체 및 상기 빔 사이에 설치된 거싯을 구비하고, 상기 스테이 본체의 스테이 본체 웹면에 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 차량 전후 방향의 양단으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 한 쌍의 벽면부가 서로 대향하도록 설치되고, 상기 각 벽면부는, 상기 거싯의 설치 위치에 대응하는 높이에 설치되고, 상기 스테이 보강체의 차량 폭 방향 내측의 면에 맞닿아 있다.

Description

언더런 프로텍터의 지지 구조

본 발명은, 자동차 등의 차량끼리의 충돌 시에 있어서, 한쪽 차량이 다른 쪽 차량의 밑으로 들어가는 것을 방지하는 언더런 프로텍터의 지지 구조에 관한 것이다.

본원은, 2016년 8월 26일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-165626호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

예를 들어, 승용차와 트럭 등의 대형차가 정면 충돌 혹은 추돌한 경우, 서로의 차량에 설치된 크로스 멤버 등의 강도 부재의 설치 높이의 차이에 의해, 승용차가 대형차의 밑으로 들어갈 우려가 있다. 이 때문에, 대형차의 전방부 및 후방부에 있어서, 승용차가 구비하는 강도 부재의 설치 높이에 맞추어 배치된 언더런 프로텍터라고 하는 강도 부재가 설치되어 있다. 이에 의해, 충돌 시에 있어서 승용차가 밑으로 들어가는 것을 방지하고 있다.

종래의 언더런 프로텍터로서는, 특허문헌 1 내지 3에 기재된 것이 있다. 이들 언더런 프로텍터는, 차폭 방향으로 연장되는 빔이 브래킷이나 스테이(지지 구조)를 통해 차체 프레임에 볼트 체결된 구조로 되어 있다.

언더런 프로텍터는, 충분한 내하중 성능을 갖고 있는 것이 요구된다. 내하중성을 평가하는 하나의 방법으로서, 빔의 스테이 설치 위치로부터 차폭 방향 외측의 위치에 있어서, 빔의 충돌면(상대 차량이 충돌하는 면)에 하중을 가하여, 최대로 어느 정도의 하중을 입력할 수 있는지 평가하는 방법이 있다. 언더런 프로텍터의 제품으로서의 성능은, 내하중 성능의 우열에 의해 좌우되기 때문에, 내하중성 평가 시험에 있어서의 최대 입력 하중이 종래보다 더욱 커지는 언더런 프로텍터의 개발이 요망되고 있다. 더욱 경량인 것도 요망된다.

상기 하중 입력 시에 있어서는, 빔에는 차량 상하 방향을 축으로 한 굽힘 모멘트에 저항하는 구조, 스테이에는 차량 상하 방향을 축으로 한 비틀림 모멘트에 저항하는 구조가 요망된다.

특허문헌 1에는, "프레임 웹면에 고정되어 연직으로 배향된 웹면과, 당해 웹면의 차량 전후 방향의 일단부로부터 차폭 방향 외측으로 연장되어 언더런 프로텍터에 고정되는 제1 플랜지면으로 이루어지는 제1 부재"와, "수평으로 배향된 프레임 플랜지면 및 당해 웹면에 대해 고정되는 상면과, 당해 상면의 차량 전후 방향의 일단부로부터 연직 하방으로 연장되어 언더런 프로텍터에 고정되는 전방면과, 당해 전방면에 있어서의 차폭 방향 외측의 단부로부터 차량 전후 방향으로 굴곡 형성되어 당해 제1 부재의 웹면에 대해 고정되는 측면으로 이루어지는 제2 부재"를 구비한 스테이와 프레임의 고정 구조에 의해, 경미한 충돌 시에 있어서의 충격 하중으로부터 사이드 프레임을 보호하는 구조가 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 스테이가, "차체 프레임과 빔을 연결하는 스테이 본체"와, "스테이 본체를 보강하는 스테이 보강체"와, "스테이와 빔의 접속부를 보강하는 거싯"으로 구성되고, 빔과 스테이 사이에 걸쳐 설치한 거싯에 의해, 빔의 굽힘 변형에 대한 저항을 높이는 구조가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 스테이 본체의 짧은 쪽 방향 양단에 절곡부가 마련됨으로써 스테이 본체에 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 상기 스테이 보강체가 끼워 넣어져 폐단면 형상이 형성된 스테이 구조에 의해, 스테이의 비틀림 변형에 대한 저항을 높인 구조도 개시되어 있다.

특허문헌 3은, 빔을 차체 프레임에 접속하는 접속 구조체와, 연직 방향으로 연장되도록 형성된 스테이와, 빔과 스테이 사이에 설치된 L자형의 브래킷과, 보강재와, 보강판을 갖는 구조에 의해, 빔에 대해 하중이 입력되었을 때, 빔을 통해 전달된 하중에 의한 스테이의 내측으로의 변형을 저해하는 작용을 발생시키는 구조가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2010-132059호 공보 일본 특허 공개 제2010-120512호 공보 국제 공개 WO2016/125745호

그러나 특허문헌 1은, 사이드 프레임을 보호하는 고정 구조에 관한 것이며, 이 기술만으로는 내하중 성능은 향상되지 않는다.

특허문헌 2의 지지 구조에서는, 거싯으로부터의 하중 입력 및 스테이의 비틀림 변형에 의해, 스테이 보강부의 연직으로 배치된 스테이 보강부 웹면의 면외 변형이 진행된다. 이것에 의해 충분한 내하중 성능의 향상이 얻어지지 않는다.

특허문헌 3의 접속 구조체에서는, 보강판의 차량 폭 방향 내측으로부터 브래킷 또는 스테이의 차량 전후 방향 중 어느 쪽 또는 양측에 개구부를 마련한 경우, 내하중 성능이 저하된다. 즉, 브래킷의 차량 전후 방향 중 어느 쪽 또는 양측에 개구부를 형성한 경우, 브래킷이 개구부의 형성에 의해 강성이 낮아지므로, 브래킷으로부터 입력된 하중이 브래킷의 차체 프레임측의 면 전체에 전달되지 않는다. 따라서, 내하중 성능이 저하된다. 또한, 스테이의 차량 전후 방향 중 어느 쪽 또는 양측에 개구부를 형성한 경우, 보강 부재로부터의 입력을 받는 면적이 감소하므로, 내하중 성능이 저하된다.

본 발명은, 종래의 기술이 갖는 이러한 과제에 비추어 이루어진 것이며, 빔의 스테이 설치 위치로부터 차폭 방향 외측의 위치에 하중이 가해졌다고 해도, 스테이에 입력되는 비틀림 모멘트에 대한 변형을 억제 가능하고, 게다가 경량이며 또한 내하중 성능이 우수한 언더런 프로텍터의 지지 구조를 제공한다.

본 발명자들은, 빔 및 프레임 사이를 접속하는 스테이 본체와, 스테이 본체를 보강하는 스테이 보강체와, 스테이 보강체 및 빔 사이에 설치된 거싯으로 이루어지는 언더런 프로텍터의 지지 구조에 대해, 빔의 스테이 설치 위치로부터 차폭 방향 외측의 위치에 있어서, 빔의 충돌면(상대 차량이 충돌하는 면)에 하중을 가한 경우에 있어서의, 스테이의 비틀림 변형의 발생 상황을 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 갖고 본 발명을 완성하였다. 즉, 스테이 본체의 차량 상하 방향과 평행하게 배향된 스테이 본체 웹면에 개구부를 형성하고, 또한 개구부의 양단으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 한 쌍의 벽면부를 서로 대향하도록 설치하여, 적어도 하나의 거싯의 차량 상하 방향의 높이 위치에 있어서, 벽면부와 스테이 보강체를 맞닿게 함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 빔 및 프레임 사이를 접속하는 스테이 본체와, 상기 스테이 본체를 차량 폭 방향의 외측으로부터 보강하는 스테이 보강체와, 상기 스테이 보강체 및 상기 빔 사이에 설치된 거싯을 구비하고, 상기 스테이 본체의 스테이 본체 웹면에 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 차량 전후 방향의 양단으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 한 쌍의 벽면부가 서로 대향하도록 설치되고, 상기 각 벽면부가, 상기 거싯의 설치 위치에 대응하는 높이에 설치되고, 상기 스테이 보강체의 차량 폭 방향 내측의 면에 맞닿아 있는 언더런 프로텍터의 지지 구조.

또한, 이하 (2) 내지 (8)과 같은 구성이어도 된다.

(2) 상기 개구부가 서로 대향하는 한 쌍의 직변부와 서로 대향하는 한 쌍의 환부로 구성되는 대략 코너부가 둥근 사각형의 형상을 갖고, 상기 각 직변부의 양쪽으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 상기 벽면부가 상기 스테이 보강체의 차량 폭 방향 내측의 면에 맞닿아 있는, 상기 (1)에 기재된 언더런 프로텍터의 지지 구조.

(3) 상기 벽면부가 상기 스테이 본체 웹면을 절곡하여 형성되어 있는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 언더런 프로텍터의 지지 구조.

(4) 상기 개구부의 길이 L1과, 상기 개구부의 평균 폭 W1과, 상기 프레임 하면의 플랜지로부터의 상기 스테이 본체의 길이 L0과, 상기 스테이 본체의 평균 폭 W0과, 상기 스테이 본체와 상기 스테이 보강체로 형성되는 폐단면의 차량 폭 방향의 높이 h의 관계가, 0.5≤L1/L0≤0.8, 및 2×h≤W1≤0.85×W0을 만족시키는, 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 언더런 프로텍터의 지지 구조.

(5) 상기 환부의 차량 폭 방향 외측의 면으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 벽면부의 높이 h1이 5㎜≤h1≤15㎜인, 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 언더런 프로텍터의 지지 구조.

(6) 상기 스테이 보강체의 차량 상하 방향 양단으로부터 차량 폭 방향 내측을 향해 연장된 스테이 보강체의 상하면부가 설치되고, 상기 상하면부가 상기 스테이 본체에 맞닿아 있는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 언더런 프로텍터의 지지 구조.

(7) 상기 프레임은, 연직으로 배향된 프레임 웹면과, 상기 프레임 웹면의 하단으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 프레임 하면의 플랜지를 갖고, 상기 스테이 본체는, 상기 프레임 웹면 및 상기 플랜지로 고정되어 있는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 언더런 프로텍터의 지지 구조.

(8) 상기 스테이 본체와 상기 스테이 보강체가 780㎫급 이상의 강도를 갖는 강판으로 이루어지는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 언더런 프로텍터의 지지 구조.

본 발명에 따르면, 빔의 스테이 설치 위치로부터 차폭 방향 외측의 위치에 하중이 가해졌다고 해도, 스테이에 입력되는 비틀림 모멘트에 대한 변형을 억제 가능하고, 게다가 경량이며 또한 내하중 성능이 우수한 언더런 프로텍터의 지지 구조를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 언더런 프로텍터를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 지면 좌측의 언더런 프로텍터의 지지 구조의 확대 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 도 3의 C부 확대도이다.
도 5는 도 2의 B-B 단면도이다.
도 6은 언더런 프로텍터에의 하중 입력 조건을 도시하는 평면도이다.
도 7은 비교예 1의 언더런 프로텍터의 지지 구조를 도시하는 사시도이다.
도 8은 비교예 1의 언더런 프로텍터의 변형예의 사시도이다.
도 9는 실시예 1의 언더런 프로텍터의 변형예의 사시도이다.
도 10은 비교예 1과 실시예 1의 내하중 평가 시험 시뮬레이션을 실시하였을 때의, 변위(압자 압입량)와 그때의 하중비의 관계를 비교한 그래프이다.
도 11은 개구부의 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1과 최대 하중 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 언더런 프로텍터의 지지 구조에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 있어서는, 동일한 번호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태의 언더런 프로텍터(1)는, 차량 폭 방향(W)으로 연장되는 빔(2)과, 빔(2) 및 프레임(20) 사이를 접속하기 위한 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)로 구성된다.

언더런 프로텍터의 지지 구조(3)는, 빔(2) 및 프레임(20) 사이를 접속하는 스테이 본체(4)와, 스테이 보강체(5)와, 거싯(6)으로 구성된다.

스테이 본체(4)는, 연직으로 배향된 스테이 본체 웹면(4a)과, 스테이 본체 웹면(4a)의 차량 전후 방향(L)의 단부로부터 차량 폭 방향(W)의 외측으로 연신하는 스테이 본체 전후면부(4b)를 갖고 대략 U자형의 형상으로 되어 있다. 스테이 본체(4)는 프레임 웹면 설치부(4f)와 프레임 하면 설치부(4g)에 의해 프레임(20)과 접속되고, 빔 설치부(4c)에 의해 빔(2)과 접속된다. 스테이 본체(4)와 빔(2), 프레임(20)의 접속에는 볼트 체결을 사용한다.

도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 스테이 보강체(5)는 연직으로 배향된 스테이 보강체 웹면(5a)과, 스테이 보강체 웹면(5a)의 차량 상하 방향(V)의 단부로부터 차량 폭 방향(W)의 내측으로 연신하는 스테이 보강체 상하면부(5b)를 갖고 대략 U자형의 형상으로 되어 있다. 스테이 보강체(5)는, 스테이 본체(4)의 프레임 웹면 설치부(4f)를 제외한 부분인 당해 스테이 본체(4)의 개구를 덮도록 배치되어 있다. 스테이 보강체 웹면(5a)의 차량 전후 방향(L)의 단부와 스테이 본체 전후면부(4b), 및 스테이 보강체 상하면부(5b)의 단부와 스테이 본체 웹면(4a)이 접속됨으로써 폐단면이 형성된다. 이것들의 접속에는 아크 용접을 사용한다. 본 실시 형태에서는 이와 같이 스테이 보강체(5)를 고정함으로써, 스테이 본체(4)를 차량 폭 방향(W)의 외측으로부터 보강하고 있다.

거싯(6)은 대략 삼각형 형상의 판으로 빔 설치부(4c)와 스테이 보강체 웹면(5a)의 차량 폭 방향(W)의 외측의 면을 걸치도록 하여 차량 상하 방향(V)을 따라 복수 매(본 실시 형태에서는 2매)가 나열되어 배치되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시 형태에 관한 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)는, 스테이 본체 웹면(4a)에 대략 코너부가 둥근 사각형 형상의 개구부(4d)가 마련되고, 개구부(4d)의 차량 전후 방향(L)의 양단부로부터 차량 폭 방향(W)의 외측으로 연장되는 벽면부(4e)를 갖는다. 벽면부(4e)는 서로 대향하도록 설치되어 있다. 대략 코너부가 둥근 사각형의 개구부(4d)의 서로 대향하는 직변부로부터 연장된 벽면부(4e)는 스테이 보강체(5)에 맞닿아, 상단의 거싯(6)을 스테이 보강체(5)의 웹면(5a)을 통해 지지하고 있다. 벽면부(4e)와 스테이 보강체(5)의 접속에는 아크 용접을 사용한다. 또한, "대략 코너부가 둥근 사각형"이라 함은, 대향하는 직변부와, 각 직변부의 끝점끼리를 접속하는 임의의 곡률 반경을 갖는 환부로 구성되는 대략 사각형이다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)는, 이상과 같이 구성되어 있다. 이 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)를 갖는 언더런 프로텍터(1)를 사용하여 내하중 시험을 행하는 경우는, 예를 들어 도 6과 같이, 빔(2)의 스테이 설치 위치로부터 차폭 방향 외측의 위치(도 6 중의 화살표의 위치)에 있어서, 압자를 빔(2)의 충돌면에 대고 하중을 입력한다.

이때, 본 실시 형태의 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)에 의하면, 후술하는 실시예에서 설명되는 바와 같이, 스테이 보강체(5)와 접속되는 벽면부(4e)가 거싯(6)의 설치 위치에 대응하는 높이에서 스테이 보강체 웹면(5a)을 지지하고 있기 때문에, 거싯(6)으로부터의 하중 입력에 대한, 스테이 보강체(5)의 웹면(5a)의 면외 변형의 저감이나 스테이 본체(4) 및 스테이 보강체(5)의 비틀림 변형에 의한 스테이 보강체(5)의 웹면(5a)의 면외 변형의 저감에 의해, 스테이 보강체(5)의 좌굴이 억제된다. 여기서, 「거싯(6)의 설치 위치에 대응하는 높이」라 함은, 스테이 보강체(5)와 접속되는 벽면부(4e)가 차량 상하 방향(V)에 있어서 거싯(6)의 설치 위치에서 중복되는 높이이다.

이에 의해, 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)의 비틀림 모멘트에 대한 저항이 높아지기 때문에, 언더런 프로텍터(1)의 내하중 성능이 향상된다.

또한, 본 실시 형태의 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)에 의하면, 개구부(4d)를 형성하고 있기 때문에, 경량화도 도모할 수 있다.

이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에만 한정되는 것은 아니다. 당업자라면 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

예를 들어, 도 1의 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)에서는, 대략 코너부가 둥근 사각형 형상의 개구부(4d)의 직변부를 차량 상하 방향(V)과 대략 평행하게 배향하였지만, 이 직변부를 차량 전후 방향(L)과 대략 평행하게 배향하고, 스테이 보강체(5)와 접속되는 벽면부(4e)가 거싯(6)의 설치 위치에 대응하는 높이에서 스테이 보강체 웹면(5a)을 지지하는 구조로 해도 된다. 또한, 「거싯(6)의 설치 위치에 대응하는 높이」라 함은, 스테이 보강체(5)와 접속되는 벽면부(4e)가 차량 상하 방향(V)에 있어서 거싯(6)의 설치 위치에서 중복되는 높이이다. 단, 스테이 본체(4) 및 스테이 보강체(5)의 비틀림 변형에 의한 스테이 보강체(5)의 웹면(5a)의 면외 변형의 저감의 관점에서는, 차량 상하 방향(V)의 넓은 범위에 있어서 스테이 보강체 웹면(5a)을 지지할 수 있는 직변부를 차량 상하 방향(V)과 대략 평행하게 배향하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 1의 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)에서는, 스테이 본체 전후면부(4b)와 빔 설치부(4c)를 일체로 하였지만, 빔 설치부(4c)를 별체로 하여 스테이 본체(4) 또는 스테이 보강체(5)와 접속해도 된다.

또한, 도 1의 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)에서는, 스테이 본체 웹면(4a)과 프레임 웹면 설치부(4f)를 일체로 하고 프레임 하면 설치부(4g)를 별체로 하였지만, 프레임 웹면 설치부(4f)를 별체로 하고 프레임 하면 설치부(4g)를 스테이 본체(4) 또는 스테이 보강체(5)과 일체로 해도 된다.

또한, 프레임 하면 설치부(4g)를 마련하지 않는 구조여도 된다. 한편, 프레임 하면 설치부(4g)를 가짐으로써, 언더런 프로텍터의 지지 구조(3)가 받는 하중을 전단 변형으로 프레임(20)에 전달할 수 있어, 내하중 성능이 높아진다는 점에서, 언더런 프로텍터(1)로서의 필요한 성능에 따라서 적절하게 프레임 하면 설치부(4g)를 설정하면 된다.

또한, 스테이 보강체(5)의 상하면부(5b)를 설치하지 않는 구조여도 된다. 한편, 스테이 보강체(5)의 상하면부(5b)를 설치함으로써, 스테이 본체(4)와 스테이 보강체(5)의 차량 상하 방향(V)의 개구가 없어져, 스테이 본체(4)와 스테이 보강체(5)의 비틀림 변형에 대한 저항이 높아지고, 내하중 성능이 높아진다는 점에서, 언더런 프로텍터(1)로서의 필요한 성능에 따라서 적절하게 스테이 보강체(5)의 상하면부(5b)를 설정하면 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 스테이 본체 웹면(4a)에 형성되는 개구부(4d)의 형상을 대략 코너부가 둥근 사각형으로 하였지만, 스테이 보강체 웹면(5a)을 벽면부(4e)로 지지할 수 있으면, 개구부(4d)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다.

이와 같이, 언더런 프로텍터(1)의 지지 구조(3)는, 스테이 본체 웹면(4a)에 개구부(4d)가 형성되고, 개구부(4d)의 양단으로부터 차량 폭 방향(W)의 외측으로 연신하는 벽면부(4e)를 갖고, 그 벽면부(4e)가 거싯(6)의 설치 위치에 대응하는 높이에 있어서, 스테이 보강체(5)의 차량 폭 방향(W)의 내측의 면에 맞닿는 구성이면 전술한 효과를 향수할 수 있다. 또한, 거싯(6)이 복수 매 설치되어 있는 경우라도, 벽면부(4e)가 적어도 하나의 거싯의 설치 위치에 대응하는 높이에서 스테이 보강체(5)를 지지하고 있으면, 지지하고 있는 부분의 거싯(6)으로부터의 하중 입력에 대한 면외 변형을 억제할 수 있다. 바꾸어 말하면, 거싯(6)이 복수 매 설치되어 있는 경우라도, 벽면부(4e)가 모든 거싯(6)의 설치 높이에 대응하도록 스테이 보강체(5)를 지지하고 있지 않아도, 종래 구조에 비해 내하중 성능을 향상시키는 것은 가능하다. 단, 복수의 거싯(6)이 설치되는 경우에는, 상기 실시 형태에서 설명한 바와 같이 최상단의 거싯(6)으로부터 최하단의 거싯(6)까지의 길이를 갖는 벽면부(4e)로 스테이 보강체(5)를 지지하는 것이 바람직하다. 여기서, 「거싯의 설치 위치에 대응하는 높이」라 함은, 스테이 보강체(5)와 접속되는 벽면부(4e)가 차량 상하 방향(V)에 있어서 거싯(6)의 설치 위치에서 중복되는 높이이다.

또한, 대략 코너부가 둥근 사각형의 개구부(4d)는, 도 2 내지 도 5에 도시하는, 스테이 본체 개구부 길이 L1(차량 상하 방향(V)의 길이)과, 스테이 본체 개구부의 평균 폭 W1(차량 전후 방향(L)의 길이)과, 스테이 본체(4)의 프레임 하면(20b)의 플랜지로부터의 길이 L0(㎜)(차량 상하 방향(V)의 길이)과, 스테이 본체의 평균 폭 W0(㎜)(차량 전후 방향 L의 길이)과, 스테이 본체(4)와 상기 스테이 보강체(5)로 형성되는 폐단면의 차량 폭 방향(W)의 높이 h(㎜)의 관계가, 0.5≤L1/L0≤0.8, 및 2×h≤W1≤0.85×W0을 만족시키도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

스테이 본체의 평균 폭 W0이라 함은, 스테이 본체의 폭(차량 전후 방향(L)의 길이)의 최댓값과 최솟값의 평균이다. 스테이 본체 개구부의 평균 폭 W1이라 함은, 스테이 본체 개구부의 폭(차량 전후 방향(L)의 길이)의 최댓값과 최솟값의 평균이다.

L1/L0이 0.5 미만이면, 경량화 효과가 부족하다. 반대로 L1/L0이 0.8을 초과하면, 스테이 본체 웹면(4a)의 면적 감소에 의해 내하중 성능 향상의 효과가 작아질 우려가 있다. W1이 2×h 미만이면, 벽면부(4e)의 높이(차량 폭 방향(W)의 길이)를 h 이상으로 형성할 수 없게 되어, 벽면부(4e)를 스테이 보강체 웹면(5a)과 맞닿게 할 수 없게 된다. 한편, W1이 0.85×W0을 초과하는 경우, 스테이 본체 웹면(4a)의 면적 감소에 의해 내하중 성능 향상의 효과가 작아진다.

또한, 대략 코너부가 둥근 사각형의 환부 곡률 반경 R(㎜)은 R=0.5×W1인 것이 바람직하다. 이것은 직변부와 환부가 매끄럽게 접속되어 있는 상태에 상당하며, 불연속으로 접속됨에 따른 성형 시의 변형 집중에 의한 파단을 피할 수 있다.

또한, 도 2 내지 도 4에 도시하는, 대략 코너부가 둥근 사각형의 개구부(4d)의 환부의 차량 폭 방향 외측의 면으로부터 차량 폭 방향(W)의 외측을 향해 연장된 벽면부(4h)의 높이 h1은, 5㎜≤h1≤15㎜인 것이 바람직하다. 환부의 벽면부(4h)를 설치함으로써, 스테이 본체(4)의 면외 변형 방지에 기여한다. 후술하는 실시예에서 설명하지만, 개구부(4d)의 직변부의 벽면부(4e)를 환부의 벽면부(4h)로 연결함으로써, 내하중 성능이 높아진다. 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1이 5㎜ 미만이면 그 효과가 부족하고, 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1이 15㎜ 이상이면, 효과에 비해 중량 증가를 초래하는 것 외에도, 780㎫ 이상의 강판을 적용하는 경우, 환부의 벽면부(4h)의 성형 시에 에지 파단될 가능성이 높다. 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1은 8㎜≤h1≤12㎜인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 경량화를 위해서만 개구부(4d)가 마련된 것은 아니며, 개구부(4d)를 마련하여, 개구부(4d)의 환부의 벽면부(4h)가 스테이 본체(4)를 더욱 보강하고, 벽면부(4e)가 스테이 보강체(5)를 더욱 지지함으로써, 언더런 프로텍터 지지 구조의 내하중 성능이 높아진다.

실시예

종래의 언더런 프로텍터의 지지 구조를 갖는 언더런 프로텍터와, 상기 실시 형태에 관한 언더런 프로텍터의 지지 구조를 갖는 언더런 프로텍터를 사용하여 내하중성 평가 시험의 시뮬레이션을 실시하였다. 종래 구조의 언더런 프로텍터 지지 구조라 함은, 도 7에 도시한 바와 같은 스테이 본체(54)에 개구부가 형성되어 있지 않은 구조(비교예 1)이다. 본 실시 형태에 관한 언더런 프로텍터의 지지 구조라 함은, 도 1에 도시한 구조(실시예 1)이다. 각각, 스테이 본체는 780㎫급/3.6㎜ 두께의 강판, 스테이 보강체는 780㎫급/2.9㎜ 두께, 거싯은 780㎫급/3.2㎜ 두께, 프레임 하면 설치부는 780㎫급/3.2㎜ 두께의 강판이 사용되어 있다. 또한, 실시예 1에 있어서의 스테이 본체와 스테이 보강체로 형성되는 폐단면의 차량 폭 방향의 높이 h는 40㎜, 개구부의 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1은 8.2㎜, 스테이 본체의 개구부의 평균 폭 W1을 스테이 본체의 평균 폭 W0으로 제산한 W1/W0은 0.65, 스테이 본체의 개구부 길이 L1을 프레임 하면의 플랜지로부터의 스테이 본체의 길이 L0으로 제산한 L1/L0은 0.73이다.

평가 시험은, 도 6과 같이 스테이 설치 위치로부터 차폭 방향 외측의 위치에 있어서의 빔 측면부에 압자를 대고, 하중을 입력함으로써 행한다. 하중의 입력 위치는, 비교예 1과 실시예 1에서 동일하다. 그리고 압자의 압입량(변위량)과 입력 하중을 기록하고, 비교예 1과 실시예 1의 언더런 프로텍터의 내하중성에 대해 평가하였다.

도 8과 도 9에 비교예 1과 실시예 1의 언더런 프로텍터 지지 구조의 변형을 비교한다. 도 8에서는 스테이 보강체의 웹면부에 면외 변형(좌굴)이 보이지만, 도 9에서는 그 면외 변형이 보이지 않는다. 이 점에서, 본 발명에 있어서, 스테이 보강체의 웹면의 면외 변형(좌굴)이 억제되는 것이 확인되었다.

비교예 1과 실시예 1의 압자 압입량에 대한 입력 하중의 관계를 도 10에 나타낸다. 도 10에 나타내는 내하중비는 기록된 하중을 비교예 1의 최대 하중으로 규격화한 값이다. 도 10으로부터, 실시예 1의 하중은 비교예 1에 비해 향상되는 것이 확인되었다.

비교예 1에 대한 실시예 1의 최대 하중비 및 언더런 프로텍터의 지지 구조의 중량비를 표 1에 나타낸다. 표 1 중의 하중비는, 실시예 1의 최대 하중을 비교예 1의 최대 하중으로 나눈 값이다. 표 1 중의 중량비는, 실시예 1의 언더런 프로텍터의 지지 구조의 중량을 비교예 1의 언더런 프로텍터의 지지 구조의 중량으로 나눈 값이다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에 비해 실시예 1은 최대 하중이 10％ 향상되고, 중량이 5％ 이상 감소되었다. 즉, 실시예 1의 언더런 프로텍터의 지지 구조는 종래의 것에 비해, 내하중 성능을 향상시키면서 경량화를 도모할 수 있는 것이 나타났다.

다음으로, 비교예 1의 구조로부터 프레임 하면 설치부(4g)와 스테이 보강체(5)의 상하면부(5b)를 제거한 구조(비교예 2) 및 실시예 1의 구조로부터 프레임 하면 설치부(4g)와 스테이 보강체의 상하면부(5b)를 제거한 구조(실시예 2)에 대해 마찬가지의 평가 시험을 실시하였다. 비교예 2에 대한 실시예 2의 최대 하중비 및 언더런 프로텍터의 지지 구조의 중량비를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 2에 비해 실시예 2는 최대 하중이 10％ 향상되고, 중량이 5％ 이상 감소되었다. 즉, 실시예 2의 언더런 프로텍터의 지지 구조는 종래의 것에 비해, 내하중 성능을 향상시키면서 경량화를 도모할 수 있는 효과는 프레임 하면 설치부(4g)와 스테이 보강체(5)의 상하면부(5b)의 유무에 의존하지 않는 것이 나타났다.

다음으로, 실시예 1의 구조체에 있어서, 개구부의 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1을 0㎜와 38.2㎜로 설정한 구조체(실시예 3, 실시예 4)에 대해 마찬가지의 평가 시험을 실시하였다. 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1과 최대 하중 효율의 관계를 도 11에 나타낸다. 최대 하중 효율이라 함은 빔에 입력되는 최대 하중을 언더런 프로텍터의 지지 구조의 총 중량으로 제산한 값이며, 이 값이 높을수록, 중량과 내하중 성능의 밸런스가 좋은 것을 의미한다.

도 11로부터 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1이 0㎜인 구조에 비해, 8.2㎜인 구조 쪽이 최대 하중 효율이 높아진다. 이 점에서, 직변부의 벽면부를 환부의 벽면부로 연결함으로써, 내하중 성능이 높아지는 것이 나타났다. 한편, 환부의 벽면부(4h)의 높이 h1이 38.2㎜인 구조에 비해, 8.2㎜인 구조 쪽이 최대 하중 효율이 높아진다. 이 점에서, 환부의 벽면부가 지나치게 높아도, 최대 하중 향상의 효과에 비해 중량 증가가 커지는 것이 나타나, 최적의 범위가 나타났다.

본 발명은, 자동차 등의 차량에 설치되는 언더런 프로텍터의 지지 구조에 적용할 수 있으므로, 산업상 이용가능성은 크다.

1 : 언더런 프로텍터
2 : 빔
3 : 언더런 프로텍터 지지 구조
4 : 스테이 본체
4a : 스테이 본체 웹면
4b : 스테이 본체 전후면부
4c : 빔 설치부
4d : 개구부
4e : 벽면부
4f : 프레임 웹면 설치부
4g : 프레임 하면 설치부
4h : 환부의 벽면부
5 : 스테이 보강체
5a : 스테이 보강체 웹면
5b : 스테이 보강체 상하면부
6 : 거싯
20 : 프레임
20a : 프레임 웹면
20b : 프레임 하면
L0 : 프레임 하면부로부터의 스테이 본체의 차량 상하 방향 길이
L1 : 스테이 본체 개구부 길이
W0 : 스테이 본체의 평균 폭
W1 : 스테이 본체 개구부의 평균 폭
h : 스테이 본체와 스테이 보강체로 형성되는 폐단면의 높이
h1 : 개구부 환부로부터 연신된 벽면부의 높이
L : 차량 전후 방향
W : 차량 폭 방향
V : 차량 상하 방향

Claims (8)

1. 빔 및 프레임 사이를 접속하는 스테이 본체와,
   상기 스테이 본체를 차량 폭 방향의 외측으로부터 보강하는 스테이 보강체와,
   상기 스테이 보강체 및 상기 빔 사이에 설치된 거싯을 구비하고,
   상기 스테이 본체의 스테이 본체 웹면에 개구부가 마련되고,
   상기 개구부의 차량 전후 방향의 양단으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 한 쌍의 벽면부가 서로 대향하도록 설치되고,
   상기 각 벽면부는, 상기 거싯의 설치 위치에 대응하는 높이에 설치되고, 상기 스테이 보강체의 차량 폭 방향 내측의 면에 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는, 언더런 프로텍터의 지지 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 개구부는, 서로 대향하는 한 쌍의 직변부와 서로 대향하는 한 쌍의 환부로 구성되는 대략 코너부가 둥근 사각형의 형상을 갖고, 상기 각 직변부의 양쪽으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 상기 각 벽면부가 상기 스테이 보강체의 차량 폭 방향 내측의 면에 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는, 언더런 프로텍터의 지지 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 벽면부가, 상기 스테이 본체 웹면을 절곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 언더런 프로텍터의 지지 구조.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 개구부의 길이 L1(㎜)과, 상기 개구부의 평균 폭 W1(㎜)과, 상기 프레임 하면의 플랜지로부터의 상기 스테이 본체의 길이 L0(㎜)과, 상기 스테이 본체의 평균 폭 W0(㎜)과, 상기 스테이 본체와 상기 스테이 보강체로 형성되는 폐단면의 차량 폭 방향의 높이 h(㎜)의 관계가, 0.5≤L1/L0≤0.8, 및 2×h≤W1≤0.85×W0을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 언더런 프로텍터의 지지 구조.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 환부의 차량 폭 방향 외측의 면으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 벽면부의 높이 h1이 5㎜≤h1≤15㎜인 것을 특징으로 하는, 언더런 프로텍터의 지지 구조.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스테이 보강체의 차량 상하 방향 양단으로부터 차량 폭 방향 내측을 향해 연장된 스테이 보강체의 상하면부가 설치되고, 상기 상하면부가 상기 스테이 본체에 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는, 언더런 프로텍터의 지지 구조.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프레임은, 연직으로 배향된 프레임 웹면과, 상기 프레임 웹면의 하단으로부터 차량 폭 방향 외측을 향해 연장된 프레임 하면의 플랜지를 갖고,
   상기 스테이 본체는, 상기 프레임 웹면 및 상기 플랜지로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 언더런 프로텍터의 지지 구조.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스테이 본체와 상기 스테이 보강체가 780㎫급 이상의 강도를 갖는 강판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 언더런 프로텍터의 지지 구조.

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