KR20210077063A - 차량의 하부 크로스멤버 - Google Patents

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KR20210077063A
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김현식
박상윤
홍덕화
정희석
이병천
유연호
김영규
한정완
도현석
신현규
남철민
배금수
김성종
김준엽
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현대자동차주식회사
코오롱글로텍주식회사
코오롱데크컴퍼지트 주식회사
기아 주식회사
코오롱플라스틱 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 플로어에 차폭 방향으로 연장되도록 배치되고, 일방향 탄소섬유 또는 탄소직물섬유로 이루어진 복합재로서, 단면 형상이 적어도 하나 이상의 폐곡선을 포함하여 형성된 코어멤버;와 상기 코어멤버가 연장된 방향을 따라 연장되고, 상기 코어멤버와 차량 플로어의 사이에 배치되며, 비전도성 재질로 성형되어 차량 플로어의 전이부식을 방지하는 하부레이어; 및 상기 코어멤버가 연장된 방향을 따라 연장되고, 상기 코어멤버의 상면에 배치되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 상부레이어;를 포함하는 차량의 하부 크로스멤버가 소개된다.

Description

차량의 하부 크로스멤버{Lower cross member of vehicle}
본 발명은 차량의 하부 크로스멤버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하중 분산과 좌굴 저항력, 강성이 증대되고, 부품수 및 공정수 축소, 중량 저감 및 원가 절감이 모두 가능해지는 새로운 형태의 시트 크로스 멤버에 관한 것이다.
전기차의 성능 요소 중 항속거리는 소비자의 구매여부를 결정짓는 중요한 요소이다. 특히 배터리를 통해 운행하는 BEV(Battery Electric Vehicle)의 경우 HEV(Hybrid Electric Vehicle)나 FCEV (Fuel-Cell Electric Vehicle)와는 다르게 운행 중 별도의 충전수단이 없기 때문에 항속거리가 매우 중요한 성능요소이다. BEV에서 항속거리를 늘리는 방법은 다양하지만 기본적으로 많은 배터리를 탑재해야 충분한 항속거리를 확보할 수 있다. 이런 점에서 대다수의 전기차들은 차량의 승객실 하부에 배터리를 배치하고 있다.
그러나, 이와 같이 차량 하부에 배터리를 배치하게 될 경우 측면 충돌시 차체 변형에 의해 배터리에 충격이 가해져 화재가 발생할 위험성이 존재한다. 이를 방지하기 위해서는 차체의 사이드실과 배터리간의 충돌공간을 넉넉하게 유지해야만 하는데, 충돌공간을 크게 가져가면 가져갈수록 배터리 용량은 그만큼 줄어들게 되므로 배터리를 차량 하부에 배치하는 이점을 상실하게 된다. 따라서 전기차의 측면 충돌 성능은 단순히 승객 보호의 역할만 하는 것이 아니라 항속거리 확보 관점에서도 중요한 성능인자가 되는 것이다.
일반적으로, 배터리를 보호하기 위한 전기차 측면 충돌 대응 전략은 아래와 같이 사이드실 영역은 에너지 흡수 공간, 그 외 실내공간은 안전 공간으로 설정하는 것을 기본으로 한다. 효과적인 측면 충돌 대응을 위해서는 에너지 흡수구간을 최대한 변형시켜 충돌 에너지를 흡수하고, 안전 공간 변형을 최소한으로 지켜내어 차체와 배터리의 접촉을 저지해야만 한다. 그리고 이를 위해서는 차량 실내측 횡방향 멤버가 측면 충돌시에 변형하지 않을 정도로 충분히 높은 강도를 지녀야 한다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1840580 B1
본 발명은 하중 분산과 좌굴 저항력, 강성이 증대되고, 부품수 및 공정수 축소, 중량 저감 및 원가 절감이 모두 가능해지는 새로운 형태의 하부 크로스 멤버를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 차량의 하부 크로스멤버는,
차량의 플로어에 차폭 방향으로 연장되도록 배치되고, 일방향 탄소섬유(Unidirectional Carbon Fiber) 또는 탄소직물섬유(Bidirectional Carbon Fiber)로 이루어진 복합재로서, 단면 형상이 적어도 하나 이상의 폐곡선을 포함하여 형성된 코어멤버;
상기 코어멤버가 연장된 방향을 따라 연장되고, 상기 코어멤버와 차량 플로어의 사이에 배치되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 하부 레이어; 및
상기 코어멤버가 연장된 방향을 따라 연장되고, 상기 코어멤버의 상면에 배치되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 상부레이어를 포함하여 구성된다.
상기 코어멤버의 단면 형상에 형성된 폐곡선을 따라 상기 코어멤버의 내주면에 결합되고, 상기 코어멤버가 연장된 방향을 따라 연장되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 내부멤버가 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
상기 코어멤버는 상기 하부레이어의 상측으로 결합되는 수평부, 상기 수평부에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부 공간이 형성된 보강부 및 상기 수평부의 전단과 후단에서 각각 차량의 전후방향으로 연장된 연장부로 구성되며,
상기 상부레이어는 상기 코어멤버의 보강부와 연장부를 덮는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 코어멤버는 상기 하부레이어의 상측으로 결합되는 수평부, 상기 수평부에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부 공간이 형성된 보강부로 형성되며,
상기 하부레이어와 상부레이어가 차량의 전후방향으로 연장된 각각의 양단부가 연결되어 상기 코어멤버를 감싸는 형상으로 형성되어 상기 코어멤버와 결합되고,
상기 코어멤버의 폐곡선을 따라 형성된 내부멤버가 상기 코어멤버의 내주면에 결합될 수 있다.
상기 하부레이어 또는 상기 상부레이어는 비전도성 재질의 유리 섬유, 아라미드 섬유 또는 폴리에틸렌 섬유 직물(Fiber Weave)를 포함한 복합재로 형성될 수 있다.
상기 내부멤버는 직조된 유리 섬유, 아라미드 섬유 또는 폴리에틸렌 섬유 직물(Fiber Weave)를 포함한 복합재로 형성될 수 있다.
상기 코어멤버의 수평부와 보강부 사이에 상기 수평부가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 연장되고, 상기 수평부와 상기 보강부에 의해 형성된 내부 공간을 가로지르는 형상의 지지부가 형성될 수 있다.
상기 상부레이어의 상측으로부터 차량의 상하방향으로 관통되는 장착홀이 복수개 형성될 수 있다.
상기 코어멤버는 상기 하부레이어의 상측으로 결합되는 수평부, 상기 수평부에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부 공간이 형성된 보강부로 형성되고,
상기 장착홀이 형성됨으로써 차량의 상하방향의 강도를 보강할 수 있도록 장착홀과 인접하게 위치되며, 상기 코어멤버의 수평부와 보강부 사이에 상기 수평부가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 상기 보강부에 의해 형성된 내부 공간을 가로지르는 리브부가 구비될 수 있다.
상기 리브부는 직조된 유리 섬유(Grass Fiber)를 포함한 복합재 또는 일방향 탄소섬유(Unidirectional Carbon Fiber)로 형성될 수 있다.
상기 하부레이어의 전후방향을 따라 연장된 양단부에 상측으로 절곡되어 상기 코어멤버와 상부레이어가 전후방향을 따라 연장된 양단부를 감싸는 형상의 플랜지부가 형성될 수 있다.
상기 상부레이어의 상측 또는 상기 하부레이어의 하측에는 내측으로 만입된 만입부가 형성되고,
상기 만입부는 상기 상부레이어 또는 상기 하부레이어가 연장된 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
차량의 전후방향으로 관통되는 관통홀이 형성되고, 관통홀을 통해 차량의 전후방향으로 연장되는 연장부품이 관통하도록 할 수 있다.
본 발명 차량의 하부 크로스 멤버에 따르면, 아래와 같은 효과가 있다.
본 발명 하부 크로스 멤버는 기본적으로 스틸(steel)대비 48% 수준의 중량절감이 기대되며, 폐단면 형상 성형이 가능하고, 리브 추가가 가능한 장점이 있다.
또한, 원가가 저렴한 공법으로 구성할 수 있어서, 복합재 적용에 따른 원가부담이 크지 않다는 장점도 가지고 있다.
또한, 측면 충돌 시 변형량이 거의 없어 안전영역을 확실하게 보호하고, 이것을 통해 측면 충돌에 대비한 필요 공간을 줄일 수 있으므로 궁극적으로는 배터리 용량을 추가적으로 확보할 수 있게 되어 전기차 항속거리를 증대시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 크로스멤버를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 A-A선 단면도,
도 3은 도 1의 B-B선 단면도,
도 4는 도 1의 전방 크로스멤버를 도시한 도면 및 C-C선 단면도,
도 5는 도 1의 후방 크로스멤버를 도시한 도면 및 D-D선 단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 크로스멤버를 보여주는 분해 사시도,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 크로스멤버를 보여주는 단면도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1 내지 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 하부 크로스멤버(1000)는 차량의 플로어에 설치되고, 차량의 폭방향으로 배열되어 연장된 일방향 탄소섬유(Unidirectional Carbon Fiber) 또는 탄소직물섬유(Bidirectional Carbon Fiber)가 구비된 복합재로서, 단면 형상이 적어도 하나 이상의 폐곡선을 포함하여 형성된 코어멤버(100);와 상기 코어멤버(100)가 연장된 방향을 따라 연장되고, 상기 코어멤버(100)와 차량 플로어의 사이에 배치되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 하부레이어(200); 및 상기 코어멤버(100)가 연장된 방향을 따라 연장되고, 상기 코어멤버(100)의 상면에 배치되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 상부레이어(300);를 포함한다.
본 발명은 차량 하부에 배터리가 장착되는 EV 차량의 측면 충돌 성능을 만족시키기 위한 승객실 하부 횡멤버 구조에 대한 발명이다. EV 차량 측면 충돌시 사이드실부의 승객실 침입이 많이 발생하게 되면, 이것이 배터리를 타격해 화재발생 등의 중대한 안전문제가 발생한다. 종래 기술에서는 승객실 하부 횡멤버를 스틸 또는 알루미늄 재질로 구성해 왔기 때문에 측면 충돌시 횡멤버 변형이 크게 발생하면서 사이드실부 승객실 침입이 크게 발생해 배터리 보호를 위해서 배터리와 사이드실 사이의 공간을 충분히 넓혀야만 했다. 그러나 이 경우 배터리의 절대 크기가 줄어들어 전기차 항속거리가 줄어드는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 측면 충돌시 사이드실부 승객실 침입을 최소화할 수 있는 승객실 하부 횡멤버 구조를 제안함으로써 배터리와 사이드실 사이의 공간으로도 측면 충돌 안정성을 확보를 가능케 하고, 이를 통해 전기차 항속거리 또한 최대화할 수 있도록 한 것이다.
전기차의 성능 요소 중 항속거리는 소비자의 구매여부를 결정짓는 중요한 요소이다. 특히 배터리를 통해 운행하는 BEV(Battery Electric Vehicle)의 경우 HEV(Hybrid Electric Vehicle)나 FCEV (Fuel-Cell Electric Vehicle)와는 다르게 운행 중 별도의 충전수단이 없기 때문에 항속거리가 매우 중요한 성능요소이다. BEV에서 항속거리를 늘리는 방법은 다양하지만 기본적으로 많은 배터리를 탑재해야 충분한 항속거리를 확보할 수 있다. 이런 점에서 대다수의 전기차들은 차량의 승객실 하부에 배터리를 배치할 수 있다.
그러나, 이와 같이 차량 하부에 배터리를 배치하게 될 경우 측면 충돌시 차체 변형에 의해 배터리에 충격이 가해져 화재가 발생할 위험성이 존재할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 사이드실과 배터리 간의 충돌공간을 넉넉하게 유지해야만 하는데, 충돌공간을 크게 가져가면 가져갈수록 배터리 용량은 그만큼 줄어들게 되므로 배터리를 차량 하부에 배치하는 이점을 상실할 수 있다.
따라서, 전기차의 측면 충돌 성능은 단순히 승객 보호의 역할만 하는 것이 아니라 항속거리 확보 관점에서도 중요한 성능인자가 될 수 있는 것이다. 효과적인 측면 충돌 대응을 위해서는 에너지 흡수구간을 최대한 변형시켜 충돌 에너지를 흡수하고, 안전 공간 변형을 최소한으로 지켜내어 차체와 배터리의 접촉을 저지해야만 한다. 그리고 이를 위해서는 차량 실내측 횡방향 멤버가 측면 충돌시에 변형되지 않을 정도로 충분히 높은 강도를 지녀야 하는 것이다.
따라서, 본 발명에서는 실내 횡방향 멤버에 적용할 이방성 소재로 탄소(Carbon Fiber) 또는 유리섬유(Glass Fiber) 또는 레진(Resin)를 포함한 복합소재를 적용함으로써 설계자의 필요에 따라 각 방향에 대한 강도를 결정할 수 있다.
즉, 본 발명에서 차량의 폭방향 강도를 높이기 위해서는 상기 코어멤버(100)가 연장되어 형성된 차폭 방향으로 일방향 탄소섬유를 최대한 많이 배치하는 방법이 있다.
하지만, 폭방향으로만 탄소섬유를 비치할 경우 외부 접촉 또는 좌굴 또는 차량의 전후방향 및 차량의 상하방향의 하중에 의해 약간의 크랙(Crack)이 발생할 경우 쉽게 파단 될 수 있으므로, 상측에 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 상기 상부레이어(300)가 배열될 수 있다.
또한, 상기 코어멤버(100)는 탄소 섬유로 형성되기 때문에, 다른 소재로 구성된 차체부품들과의 전기전도를 차단하고, 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)을 차단할 수 있는 비전도성 재질로 형성된 하부레이어(200)가 상기 코어멤버(100)의 하측에 배열될 수 있다.
또한, 상기 코어멤버의 단면 형상에 형성된 폐곡선을 따라 상기 코어멤버(100)의 내주면에 결합되고, 상기 코어멤버(100)가 연장된 방향을 따라 연장되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재 재질로 형성된 내부멤버(400)가 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
즉, 상기 내부멤버는 상기 상부레이어(300)와 같은 특징 및 역할로서 상기 코어멤버(100)가 외부 접촉 또는 좌굴 또는 차량의 전후방향 및 차량의 상하방향의 하중에 의해 약간의 크랙(Crack)이 발생할 경우 쉽게 파단 될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 구비될 수 있다.
따라서, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 크로스멤버(1000)는 상술한 바와 같이 동일한 재질과 구성으로 제작된 전방 크로스멤버(1100) 및 후방 크로스멤버(1200)가 각각 복수개 배치될 수 있다. 상기 전방 크로스멤버(1100)와 후방 크로스멤버(1200)는 동일한 구성을 가지고 형성될 수 있고, 형상적인 차이만 있을 수 있으므로 이하, 설명의 편의를 위하여 상기 전방 크로스멤버(1100)와 상기 후방 크로스멤버(1200)는 하부 크로스멤버(1000)로 정의한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하부 크로스멤버(1000)는 차량의 전후방향으로 관통되는 관통홀(1120)이 형성되고, 상기 관통홀(1120)을 통해 차량의 전후방향으로 연장되는 연장부품이 하부 크로스멤버(1000)의 내부에 형성된 내부 공간(410)을 통과하여 관통할 수 있다.
상기 상부레이어(300)의 상측 또는 상기 하부레이어(200)의 하측에는 내측으로 만입된 만입부(1110)가 형성되고, 상기 만입부(1110)는 상기 상부레이어(300) 또는 상기 하부레이어(200)가 연장된 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 만입부(1110)는 측면 충돌을 보다 효과적으로 흡수 및 지지할 수 있도록 하며, 상기 만입부(1110)는 상기 관통홀(1120)로 통과되는 공조덕트 및 전기 배선 등 관통되어 지는 경로와 인접하게 생성되는 것이 바람직할 것이다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 후방 크로스멤버(1200)는 상기 상부레이어(300)의 상측으로부터 차량의 상하방향으로 관통되는 장착홀(1010)이 복수개 형성될 수 있다.
즉, 장착홀(1010)을 통하여 차량의 시트 프레임과 결합될 수 있으며, 시트크로스멤버 등의 실내 횡방향 멤버에는 시트마운팅 등 고강도 마운팅 대응이 필요한 경우가 있을 수 있다. 이 경우 멤버에 요구되는 요구강도가 상기 장착홀(1010) 및 상기 장착홀(1010)의 주변에만 별도로 크게 발생하므로, 충돌하중 대응만을 목표로 설계된 복합재 멤버만으로는 대응이 어려울 수 있다.
이를 대응하기 위해 기본 멤버의 복합재 조성을 바꿀 경우 전반적인 중량 상승이 야기될 수 있으므로, 상기 장착홀(1010)과 인접한 상기 하부 크로스멤버(1000)의 내측부 또는 상기 하부 크로스멤버(1000)의 상측부에 스틸 보강패널을 더 구비하는 방식으로 대응할 수 있을 것이다.
또한, 상기 장착홀(1010)이 형성됨으로써 차량의 상하방향의 강도를 보강할 수 있도록 상기 장착홀(1010)과 인접하게 위치되며, 상기 코어멤버(100)의 수평부(110)와 보강부(120) 사이에 상기 수평부(110)가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 상기 보강부(120)에 의해 형성된 상기 내부 공간(410)을 가로지르는 리브부(500)가 더 구비될 수 있다.
상기 코어멤버(100)는 상기한 바와 같이 일방향 탄소섬유(Unidirctional Carbon Fiber) 또는 탄소직물섬유(Bidirectional Carbon Fiber)로 형성될 수 있으며, 상기 하부레이어(200)와 상부레이어(300) 및 리브부(500)는 직조된 유리 섬유(Grass Fiber) 또는 레진(Resin)으로 한 겹 이상으로 구성되어 형성될 수 있다. 여기서, 상기 유리섬유는 +45도, -45도로 교차되면서 직조되어 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 크로스멤버(1000)의 형상은, 상기 코어멤버(100)는 상기 하부레이어(200)의 상측으로 결합되는 수평부(110), 수평부(110)에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부공간이 형성된 보강부(120) 및 수평부(110)의 전단과 후단에서 각각 차량의 전후방향으로 연장된 연장부(130)로 구성되어 형성되고, 상기 상부레이어(300)는 상기 코어멤버(100)의 보강부(120)와 연장부(130)를 덮는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 수평부(110)는 연장부(130)와 보강부(120)가 결합된 상태에서 차량의 상하방향의 외력이 작용할 때, 차량의 전후방향으로 벌어지는 것을 방지하기 위하여 수평부(110)가 더 연장되어 형성될 수 있는 것이다.
또한, 상기 코어멤버(100)와 차량의 플로어 사이에 상기 하부레이어(200)가 설치되고, 상기 코어멤버(100)의 단면에 형성된 폐곡선을 따라 상기 코어멤버(100)의 내주면에 설치되는 상기 내부멤버(400)가 구비될 수 있다. 상기 코어멤버(100)와 상부레이어(300), 하부레이어(200) 및 내부멤버(400)가 결합된 형상은 사다리꼴 형상의 지지구조를 형성하여 보다 강한 지지력을 제공할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 크로스멤버(1000)의 적층 구조는, 상기 코어멤버(100)는 상기 하부레이어(200)의 상측으로 결합되는 수평부(110), 수평부(110)에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부공간이 형성된 보강부(120) 및 수평부(110)의 전단과 후단에서 각각 차량의 전후방향으로 연장된 연장부(130)로 구성되어 형성되고, 상기 코어멤버(100)의 수평부(110)와 보강부(120) 사이에 내부 공간(410)을 가로지르는 리브부(500)가 구비될 수 있다.
상기 리브부(500)는 차량의 상하방향에 대한 강성을 보다 향상시키는 역할을 수행한다.
또한, 상기 리브부(500)에 의해 상기 코어멤버(100)의 내부에 하나 이상의 폐곡선이 형성됨으로써, 상기 내부멤버(400) 또한 상기 코어멤버(100)의 단면에 형성된 폐곡선을 따라 상기 코어멤버(100)의 내주면에 복수개로 설치될 수 있다.
상기 코어멤버(100)는 전도성 재질이 포함된 복합재이므로 다른 소재로 구성된 차체 부품들과의 전기전도를 차단하고, 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)을 차단할 수 있도록, 상기 하부레이어(200)의 전후방향을 따라 연장된 양단부에 상측으로 절곡되어 상기 코어멤버(100)와 상부레이어(300)가 전후방향을 따라 연장된 양단부를 감싸는 형상의 플랜지부(210)가 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 크로스멤버(1000)의 적층 구조는, 상기 코어멤버(100)가 상기 하부레이어(200)의 상측으로 결합되는 수평부(110), 수평부(110)에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부공간이 형성된 보강부(120) 및 수평부(110)의 전단과 후단에서 각각 차량의 전후방향으로 연장된 연장부(130)로 구성되어 형성될 수 있으며, 상기 코어멤버(100)의 수평부(110)와 보강부(120) 사이에 상기 수평부(110)가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 연장되고, 상기 수평부(110)와 상기 보강부(120)에 의해 형성된 내부 공간(410)을 가로지르는 형상의 지지부(140)가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지부(140)에 의해 상기 코어멤버(100)의 내부에 하나 이상의 폐곡선이 형성됨으로써, 상기 내부멤버(400) 또한 상기 코어멤버(100)의 단면에 형성된 폐곡선을 따라 상기 코어멤버(100)의 내주면에 복수개 설치될 수 있다.
여기서, 상기 코어멤버(100)는 전도성 재질이 포함된 복합재이므로 다른 소재로 구성된 차체부품들과의 전기전도를 차단하고, 갈바닉 부식을 차단할 수 있도록, 상기 하부레이어(200)의 전후방향을 따라 연장된 양단부에 상측으로 절곡되어 상기 코어멤버(100)와 상부레이어(300)가 전후방향을 따라 연장된 양단부를 감싸는 형상의 플랜지부(210)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지부(140) 또는 상기 리브부(500)에 상기 관통홀(1120)이 연장되어 형성될 수 있으며, 상기 관통홀(1120)이 형성되어 상기 공조 덕트 또는 차량의 전후방향으로 연장되는 연장부품이 관통하는 인접한 부분에는 상기 지지부(140) 또는 상기 리브부(500)가 절단될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 크로스멤버(1000)의 적층 구조는, 상기 코어멤버(100)는 상기 하부레이어(200)의 상측으로 결합되는 수평부(110), 상기 수평부(110)에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부공간이 형성된 보강부(120)로 형성되며, 상기 하부레이어(200)와 상부레이어(300)가 차량의 전후방향으로 연장된 각각의 양단부가 서로 연결되어 상기 코어멤버(100)를 감싸는 형상으로 형성되고, 상기 코어멤버(100)의 단면이 형성하는 폐곡선을 따라 형성된 내부멤버(400)가 상기 코어멤버(100)의 내주면에 설치된 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 하부 크로스멤버(1000)를 적층 하는 방법으로서, 상기 하부레이어(200)의 상측으로 상기 코어멤버(100)의 수평부(110)와 연장부(130)가 결합되어진 상태로 적층 되고, 상기 수평부(110)의 상측으로 상기 내부멤버(400)가 적층 되고, 상기 내부멤버(400)를 감싸며 상기 수평부(110)와 연결되며 적층 되며, 상기 코어멤버(100)의 상측으로 상기 상부레이어(300)가 적층되는 순서로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 코어멤버(100)는 일방향 탄소섬유 또는 탄소직물섬유이므로 상기 수평부(110)와 보강부(120)가 용이하게 적층 될 수 있다.
본 발명의 하부 크로스멤버(1000)는 이방성 소재로 필요한 부분의 강도만을 보강하므로 기존 기술 대비 중량절감 효과가 우수하며, 측면 충돌 시 변형량이 거의 없어 안전영역을 확실하게 보호하고, 이것을 통해 측면 충돌 필요 공간을 줄일 수 있으므로 궁극적으로는 배터리 용량을 추가적으로 확보할 수 있게 되어 전기차 항속거리를 증대시킬 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1000; 하부 크로스멤버 1010; 장착홀
1100; 전방 크로스멤버 1110; 만입부
1120; 관통홀 1200; 후방 크로스멤버
100; 코어멤버 200; 하부레이어
300; 상부레이어 400; 내부멤버
500; 리브레이어

Claims (13)

  1. 차량의 플로어에 차폭 방향으로 연장되도록 배치되고, 일방향 탄소섬유(Unidirectional Carbon Fiber) 또는 탄소직물섬유(Bidirectional Carbon Fiber)로 이루어진 복합재로서, 단면 형상이 적어도 하나 이상의 폐곡선을 포함하여 형성된 코어멤버;
    상기 코어멤버가 연장된 방향을 따라 연장되고, 상기 코어멤버와 차량 플로어의 사이에 배치되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 하부 레이어; 및
    상기 코어멤버가 연장된 방향을 따라 연장되고, 상기 코어멤버의 상면에 배치되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 상부레이어;를 포함하는 차량의 하부 크로스멤버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어멤버의 단면 형상에 형성된 폐곡선을 따라 상기 코어멤버의 내주면에 결합되고, 상기 코어멤버가 연장된 방향을 따라 연장되며, 직조된 강화섬유를 포함한 복합재로 형성된 내부멤버가 적어도 하나 이상 구비된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어멤버는 상기 하부레이어의 상측으로 결합되는 수평부, 상기 수평부에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부 공간이 형성된 보강부 및 상기 수평부의 전단과 후단에서 각각 차량의 전후방향으로 연장된 연장부로 구성되며,
    상기 상부레이어는 상기 코어멤버의 보강부와 연장부를 덮는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어멤버는 상기 하부레이어의 상측으로 결합되는 수평부, 상기 수평부에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부 공간이 형성된 보강부로 형성되며,
    상기 하부레이어와 상부레이어가 차량의 전후방향으로 연장된 각각의 양단부가 연결되어 상기 코어멤버를 감싸는 형상으로 형성되어 상기 코어멤버와 결합되고,
    상기 코어멤버의 폐곡선을 따라 형성된 내부멤버가 상기 코어멤버의 내주면에 결합된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부레이어 또는 상기 상부레이어는 비전도성 재질의 유리 섬유, 아라미드 섬유 또는 폴리에틸렌 섬유 직물(Fiber Weave)를 포함한 복합재로 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 내부멤버는 직조된 유리 섬유, 아라미드 섬유 또는 폴리에틸렌 섬유 직물(Fiber Weave)를 포함한 복합재로 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 코어멤버의 수평부와 보강부 사이에 상기 수평부가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 연장되고, 상기 수평부와 상기 보강부에 의해 형성된 내부 공간을 가로지르는 형상의 지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부레이어의 상측으로부터 차량의 상하방향으로 관통되는 장착홀이 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 코어멤버는 상기 하부레이어의 상측으로 결합되는 수평부, 상기 수평부에서 차량의 상방으로 돌출되며 내부 공간이 형성된 보강부로 형성되고,
    상기 장착홀이 형성됨으로써 차량의 상하방향의 강도를 보강할 수 있도록 장착홀과 인접하게 위치되며, 상기 코어멤버의 수평부와 보강부 사이에 상기 수평부가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 상기 보강부에 의해 형성된 내부 공간을 가로지르는 리브부가 구비된 것을 특징으로 하는 하부 크로스멤버.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 리브부는 직조된 유리 섬유(Grass Fiber)를 포함한 복합재 또는 일방향 탄소섬유(Unidirectional Carbon Fiber)로 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부레이어의 전후방향을 따라 연장된 양단부에 상측으로 절곡되어 상기 코어멤버와 상부레이어가 전후방향을 따라 연장된 양단부를 감싸는 형상의 플랜지부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부레이어의 상측 또는 상기 하부레이어의 하측에는 내측으로 만입된 만입부가 형성되고,
    상기 만입부는 상기 상부레이어 또는 상기 하부레이어가 연장된 방향을 따라 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.
  13. 청구항 1에 있어서,
    차량의 전후방향으로 관통되는 관통홀이 형성되고, 관통홀을 통해 차량의 전후방향으로 연장되는 연장부품이 관통하는 것을 특징으로 하는 차량의 하부 크로스멤버.

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