KR20220133674A - 부품 통합형 리어 로워를 적용한 차체 프레임 - Google Patents

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KR20220133674A
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노승호
정승민
정희석
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 차체 프레임(1)에 적용된 사이드 연결 멤버(10)는 센터 사이드 멤버(3)와 리어 사이드 멤버(40)가 이어지는 연결 구간을 소정 길이의 바디 프레임(21)으로 형성하고, 사이드 실(30)와 리어 사이드 멤버(40)를 고정하는 전후방 연결 멤버(21-1,21-2), 부시(100)를 체결하는 부시 마운팅 멤버(21-1,23) 및 후륜현가장치를 장착하는 CTBA 마운팅 멤버(25,27,29)가 바디 프레임(21)에 일체화 된 리어 로워(20)를 포함함으로써 다이캐스팅를 이용한 부품 통합형 리어 로워 구조로 구조 단순화, 경량화, 재료비 절감, CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)(200) 강성 확보는 물론 리어 로워(20)의 사이즈 맞춤 다이캐스팅의 성형성으로 PBV(Purpose Built Vehicle)의 설계 의도에 맞춰 용이하게 변경 가능한 특징을 갖는다.

Description

부품 통합형 리어 로워를 적용한 차체 프레임{Vehicle Body Frame Using Component Integration Type Rear Lower}
본 발명은 차체 프레임에 관한 것으로, 특히 후방 연결 구조에 적용된 리어 로워를 다이캐스팅으로 부품 통합형 구조로 제조하여 부품 수량을 극히 단순화하면서도 PBV(Purpose Built Vehicle)의 설계 의도에 맞춘 용이한 변경도 가능한 차체 프레임에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 리어 로워(또는 리어 로워 멤버)는 후방 충돌로부터 충격을 흡수하여 차량의 안전하게 보호하도록 차체 프레임의 후방 연결 구조를 형성하여 준다.
이를 위해 상기 리어 로워는 일측부가 전/후로 돌출 절곡 형성된 복수개의 보강부재로 강성을 증대시키고, 리어사이드멤버, 스프링시트/서브프레임 브래킷, 리어사이드 패널 등을 적용함으로써 브래킷을 포함한 관련 부품들을 접합 공정으로 서로 일체화시켜 구성된다.
특히 상기 리어 로워는 리어 후륜 현가 장치에 대한 체결구조도 함께 제공함으로써 스프링 시트 일측과 리어 로워 측면에서 복수개의 보강 부재를 이용한 지지부재 용접 구조도 함께 제공하여 준다.
국내등록특허 KR 10-1490923 (2015년02월02일)
하지만, 상기 리어 로워는 리어 로워 패널과 복수개의 보강 부재를 이용한 여러 개의 부품 접합 구조로 이루어짐으로써 복잡한 구조와 중량 증가를 가져오면서 용접부 불량을 발생시킬 수 있다.
일례로 상기 리어 로워는 약 10개의 부품으로 이루어지면서 강성을 위한 보강재로 이중 8개의 부품을 보강부재로 적용하고 있지만, 역설적으로 이러한 다수의 보강부재는 중량 및 재료비 상승과 함께 용접을 이용한 패널 간 결합구조를 필요로 함으로써 리어 로워 부위에 대한 강성 지지력 저하도 발생되고 있다.
특히 상기 리어 로워는 후륜 현가장치에 대한 장착 시 현가 마운팅 구조와 차체 프레임의 주요 구성 요소인 사이드 실 및/또는 리어 사이드 멤버의 부품에 대한 옵셋량이 존재하고, 상기 옵셋량은 리어 로워 부위에 대한 강성을 더욱 취약하게 할 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 다이캐스팅를 이용한 부품 통합형 구조로 다수의 보강재 적용 없는 리어 로워로 사이드 실과 리어 사이드 멤버의 전후방 연결 구조가 형성됨으로써 구조 단순화에 의한 경량화와 함께 재료비 절감이 이루어지고, 특히 리어 로워를 이용한 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle) 마운팅 구조로 CTBA 강성 확보가 이루어지면서 리어 로워의 사이즈 맞춤 다이캐스팅의 성형성으로 PBV(Purpose Built Vehicle)의 설계 의도에 맞춘 변형도 용이한 부품 통합형 로워 멤버를 적용한 차체 프레임의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부품 통합형 리어 로워는 한쪽 끝부위와 반대쪽 끝부위를 갖는 소정 길이로 이루어지고, 상기 한쪽 끝부위에 사이드 실이 연결되는 반면 상기 반대쪽 끝부위에 리어 사이드 멤버가 연결되는 전후방 연결 멤버, 상기 한쪽 끝부위에 부시가 결합되는 부시 마운팅 멤버, 및 상기 반대쪽 끝부위에 CTBA, 새시 스프링, 쇽 업소버 중 하나 이상이 체결되는 CTBA 마운팅 멤버 를 일체화한 바디 프레임이 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 바디 프레임은 알루미늄으로 이루어지고, 다이캐스팅으로 성형되어 상기 전후방 연결 멤버, 상기 부시 마운팅 멤버 및 상기 CTBA 마운팅 멤버 가 일체화된다.
바람직한 실시예로서, 상기 바디 프레임은 상기 한쪽 끝부위와 상기 반대쪽 끝부위로 높이차가 형성되어 리어 로워 지상고를 형성하고, “H" 단면 구조로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 전후방 연결 멤버는 상기 한쪽 끝부위에서 연장된 상면 개방 공간 부위로 상기 사이드 실이 위에서 얹어지는 센터 커넥터, 및 상기 반대쪽 끝부위에서 개방 공간으로 연장되고, 상기 리어 사이드 멤버가 상기 개방 공간의 상면에서 끼워지는 리어 커넥터로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 리어 커넥터는 상기 리어 사이드 멤버의 끝면이 밀착 접촉되도록 상기 리어 사이드 멤버가 끼워지는 상면에 대한 측면 방향으로 내벽을 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 부시 마운팅 멤버는 상기 사이드 실이 위에서 얹어지도록 상기 한쪽 끝부위에서 연장되어 상면 개방 공간을 형성하는 센터 커넥터에 뚫려진 부시 마운팅 홀로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 CTBA 마운팅 멤버는 상기 CTBA의 일부부위가 측부에서 끼워지도록 상기 한쪽 끝부위에서 돌출되어 측면 개방 공간을 형성하는 트레일링 암 연결부, 상기 새시 스프링의 상부부위가 위에서 끼워지도록 상기 반대쪽 끝부위의 하면에서 돌출되어 하면 개방 공간을 형성하는 스프링 시트, 및 상기 쇽 업소버의 상부부위가 측부에서 끼워지도록 상기 반대쪽 끝부위의 측면에서 측면 개방 공간을 형성하는 쇽 업소버 커넥터로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 트레일링 암 연결부에는 상기 CTBA의 일부 부위에 체결되는 볼트와 나사체결을 위한 리어로워 홀이 뚫려진다.
바람직한 실시예로서, 상기 사이드 실은 압출재 구조로 이루어진다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차체 프레임은 차량 중간 구간의 뼈대를 이루면서 배터리가 탑재되는 배터리 공간으로 확장되는 사이드 실, 차량 뒤쪽 구간의 뼈대를 이루는 리어 사이드 멤버, 및 리어 로워 지상고로 높이 차가 형성된 소정 길이의 바디 프레임으로 이루어지고, 상기 사이드 실과 상기 리어 사이드 멤버의 연결 구간을 전후방 연결 멤버로 형성하며, 상기 사이드 실과 부시의 체결 부위를 부시 마운팅 멤버로 형성하고, 후륜현가장치의 체결 부위를 CTBA 마운팅 멤버로 형성하는 리어 로워가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 리어 로워는 알루미늄으로 이루어지고, 다이캐스팅에 의한 성형으로 상기 전후방 연결 멤버, 상기 부시 마운팅 멤버 및 상기 CTBA 마운팅 멤버가 상기 바디 프레임과 일체화된다.
바람직한 실시예로서, 상기 전후방 연결 멤버는 체결부재로 상기 사이드 실과 상기 리어 사이드 멤버를 고정한다.
바람직한 실시예로서, 상기 체결부재와 상기 사이드 실 및 상기 체결부재와 상기 리어 사이드 멤버의 고정은 FDS 방식으로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 전후방 연결 멤버는 상기 사이드 실의 연결 구간에서, 상기 바디 프레임을 연장한 상면 개방 공간 부위로 상기 사이드 실의 일부 부위가 위에서 얹어지는 센터 커넥터, 및 상기 리어 사이드 멤버의 연결 구간에서, 상기 바디 프레임을 개방 공간으로 연장하여 상기 리어 사이드 멤버의 일부 부위가 상기 개방 공간의 상면에서 끼워지는 리어 커넥터로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 리어 사이드 멤버의 끝부위는 상기 리어 커넥터의 내벽과 밀착 접촉된다.
바람직한 실시예로서, 상기 사이드 실은 FDS(Flow Drill Screw) 방식으로 상기 리어 로워의 센터 커넥터와 고정되는 구획 리브로 공간이 나눠지고, 상기 센터 커넥터는 상기 사이드 실이 위에서 얹어지도록 상기 한쪽 끝부위에서 연장되어 상면 개방 공간으로 형성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 리어 사이드 멤버는 개방형 사각단면 구조 또는 폐쇄형 사각단면 구조를 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 부시 마운팅 멤버는 상기 부시가 끼워진 상태에서 부시 축으로 고정되는 부시 마운팅 홀로 이루어지고, 상기 사이드 실의 연결 구간에서, 상기 부시 마운팅 홀은 상기 사이드 실의 일부 부위가 위에서 얹어지는 상면 개방 공간으로 상기 바디 프레임을 연장한 센터 커넥터에 뚫려져 형성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 후륜현가장치는 CTBA, 새시 스프링 및 쇽 업소버를 포함하고, 상기 CTBA 마운팅 구조는 상기 CTBA, 상기 새시 스프링, 상기 쇽 업소버 중 하나 이상을 체결한다.
바람직한 실시예로서, 상기 CTBA 마운팅 멤버는 상기 사이드 실의 연결 구간에서, 상기 CTBA의 트레일링 암이 측부에서 끼워지는 측면 개방 공간을 형성하도록 상기 바디 프레임의 측면으로부터 돌출된 트레일링 암 연결부, 상기 리어 사이드 멤버의 연결 구간에서, 상기 CTBA의 스프링 안착부에 위치된 상기 새시 스프링의 상부부위가 위에서 끼워지는 하면 개방 공간을 형성하도록 상기 바디 프레임의 하면으로부터 돌출된 스프링 시트, 및 상기 리어 사이드 멤버의 연결 구간에서, 상기 쇽 업소버의 상부부위가 측부에서 끼워지는 측면 개방 공간을 형성하도록 상기 바디 프레임의 한쪽 측면에 함몰된 속 업소버 커넥터로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 트레일링 암 연결부 는 상기 트레일링 암과 고정되는 볼트와 나사체결을 위한 리어로워 홀을 형성하며, 상기 스프링 시트는 상기 새시 스프링의 상단부위에 구비된 스프링 컵의 외경을 감싸는 컵 형상 구조로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 사이드 실은 좌측 사이드 실과 우측 사이드 실로 이루어지고, 상기 좌측 사이드 실과 상기 우측 사이드 실의 이격 거리로 상기 배터리 공간이 포함된 차폭을 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 좌측 사이드 실과 상기 우측 사이드 실은 상기 차폭을 가로지르는 센터 압출재가 내장된다.
이러한 본 발명의 부품 통합형 리어 로워를 적용한 차체 프레임은 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 리어 로워가 다이캐스팅의 성형으로 부품 통합형 구조로 제조되어 차체 프레임의 사이드 실과 리어 사이드 멤버에 적용됨으로써 후방 연결 구조에 대한 구조 단순화로 경량화가 이루어질 수 있다,
둘째, 부품 통합형 리어 로워가 일체형 CTBA 마운팅 구조로 후륜현가의 CTBA와 섀시 스프링에 대한 직결 체결이 이루어짐으로써 주행에 따른 진동의 차체 전달로 인한 주행소음의 주요 경로인 새시 마운팅 강도의 강건성 확보로 주행 소음 감소 성능이 개선된다.
셋째, 부품 통합형 리어 로워가 일체형 CTBA 마운팅 구조로 후륜현가의 쇽 업소버를 리어 로워 멤버 안쪽에 위치시킴으로써 쇽 업소버의 위치 이동만큼 보다 넓은 실내 공간이 확보될 수 있다.
넷째, 부품 통합형 리어 로워가 일체형 부시 마운팅 구조로 사이드실에 부시 체결이 가능함으로써 사이드 실과 사이드 실 사이에 형성되던 기존의 부시 공간이 삭제되어 기존 대비 고전압 배터리 공간 확장으로 배터리 용량이 더 크게 확보될 수 있다.
다섯째, 리어 로워가 다이캐스팅의 성형으로 부품 통합형 구조로 제조되어 차체 프레임의 후방 연결 구조에 적용됨으로써 기존에 적용되던 다수의 보강재 제거로 단품 제작에 따른 재료비 및 금형비 절감과 함께 단품 조립에 따른 지그비 등의 투자비 절감과 함께 중량 절감도 가능하다.
여섯째, 부품 통합형 리어 로워가 다이캐스팅의 성형으로 제조됨으로써 리어 로워 사양(즉, 크기 및 길이)에 대한 조절이 용이함으로써 차량 목적에 따라 길이 변경을 요구하는 PBV(Purpose Built Vehicle)의 설계 특성에 적합하다.
도 1은 본 발명에 따른 부품 통합형 리어 로워를 적용한 차체 프레임의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 다이캐스팅으 ㅣ성형으로 제작되어 사이드 연결 멤버를 구성하는 부품 통합형 리어 로워의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 차체 프레임이 부품 통합형 리어 로워를 이용하여 후륜 현가장치와 조립되는 상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 차체 프레임이 리어 로워를 매개로 형성된 후방 연결 구조의 단면 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 차체 프레임이 리어 로워를 매개로 부시 마운팅 구조를 형성함으로써 배터리 탑재 공간이 확장된 예이며, 도 6은 본 발명에 따른 차체 프레임이 리어 로워를 매개로 CTBA 마운팅 구조를 형성함으로써 차량 실내 공간이 확장된 예이고, 도 7은 본 발명에 따른 후륜 현가의 새시 스프링이 리어 로워의 스프링 시트를 이용하여 지지되는 조립 단면 사시도이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 차체 프레임(1)은 사이드 실(Side Sill)(30)과 리어 사이드 멤버(Rear Side Member)(40)를 사이드 연결 멤버(10)로 하여 구성된다. 이 경우 상기 차체 프레임(1)은 사이드 실(30)의 앞쪽으로 프론트 사이드 멤버(Front Side Member)(도시되지 않음)가 연결된다.
구체적으로 상기 사이드 연결 멤버(10)는 리어 로워(Rear Lower)(20)로 사이드 실(30)과 리어 사이드 멤버(40)을 연결하고, 센터 압출재(50)로 좌/우측 사이드 실(30A,30B)이 고정된다.
일례로 상기 리어 로워(20)는 사이드 실(30)과 리어 사이드 멤버(40)를 연결하는 전후방 연결 멤버(또는 전후방 연결 구조)를 형성한다.
그러므로 상기 리어 로워(20)는 좌측 리어 로워와 우측 리어 로워로 구성되고, 상기 좌측 리어 로워는 사이드 실(30)의 좌측 사이드 실(30A)과 리어 사이드 멤버(40)의 좌측 리어 사이드 멤버(40A)를 연결하며, 상기 우측 리어 로워는 사이드 실(30)의 우측 사이드 실(30B)과 상기 리어 사이드 멤버(40)의 우측 리어 사이드 멤버(40B)를 연결한다.
특히 상기 리어 로워(20)는 좌측 리어 로워와 우측 리어 로워의 각각이 알루미늄을 재료로 사용하여 다이캐스팅 공법으로 제조됨으로써 별도의 보강 부재가 적용되지 않은 1개의 부품으로 이루어진 부품 통합형 리어 로워(20)로 특징된다.
일례로 상기 사이드 실(30)은 좌측 사이드 실(30A)과 우측 사이드 실(30B)로 구성되고, 센터 압출재(50)로 연결된다. 이 경우 상기 좌측 사이드 실(30A)과 상기 우측 사이드 실(30B)은 차량 중간구간에서 좌/우측 하부 측면을 이루고 서로 이격되어 배터리 공간(Lb)을 형성한다. 상기 센터 압출재(50)는 배터리 공간(Lb)을 가로질러 좌/우측 사이드 실(30A, 30B)을 연결하며, 서로 간격을 두고 2개 이상으로 구성된다.
특히 상기 좌측 사이드 실(30A)과 상기 우측 사이드 실(30B)의 각각은 센터 압출재(50)와 같이 압출재의 구조로 이루어져 강화된 강성과 내구성을 가질 수 있다. 이 경우 상기 압출재는 알루미늄으로 이루어진다.
그러므로 상기 사이드 실(30)은 압출재의 일체형 구조로 차체 프레임(1)의 센터 프레임을 형성한다.
따라서 상기 사이드 실(30) 중 좌측 사이드 실(30A)은 한쪽 끝부위가 리어 로워(20)의 좌측 리어 로워에 체결부재(60)(도 4 참조)와 함께 조립되며, 상기 사이드 실(30) 중 우측 사이드 실(30B)은 한쪽 끝부위가 리어 로워(20)의 우측 리어 로워에 체결부재(60)(도 4 참조)와 함께 조립된다.
일례로 상기 리어 사이드 멤버(40)는 좌측 리어 사이드 멤버(40A)와 우측 리어 사이드 멤버(40B)로 구성되고, 상기 좌측 리어 사이드 멤버(40A)와 상기 우측 리어 사이드 멤버(40B)는 차량 후방구간에서 좌/우측 하부 측면을 형성하여 준다. 이 경우 상기 좌/우측 리어 사이드 멤버(40A, 40B)의 한쪽 끝부위는 리어 범퍼(도시되지 않음)의 구성요소인 리어 범퍼 백 빔(6)으로 연결된다,
특히 상기 좌측 리어 사이드 멤버(40A)와 상기 우측 리어 사이드 멤버(40B)의 각각에는 2개의 패널을 용접하여 형성된 속이 빈 내부 공간으로 단면을 형성한다. 이 경우 상기 좌/우측 리어 사이드 멤버(40A,40B)의 각각은 알루미늄으로 이루어진다.
또한, 상기 리어 사이드 멤버(40)는 “U" 의 개방형 사각단면 형상 또는 ”ㅁ“의 폐쇄형 사각단면 형상(도 4 참조)으로 이루어지고, 좌측 리어 사이드 멤버와 우측 리어 사이드 멤버로 구성된다.
특히 상기 리어 사이드 멤버(40) 중 좌측 리어 사이드 멤버는 한쪽 끝부위가 리어 로워(20)의 좌측 리어 로워에 체결부재(60)(도 4 참조)와 함께 조립되며, 우측 리어 사이드 멤버는 한쪽 끝부위가 리어 로워(20)의 우측 리어 로워에 체결부재(60)(도 4 참조)와 함께 조립된다.
한편 도 2를 참조하면, 상기 리어 로워(20)는 완만한 곡선의 바디 프레임(21)으로 이루어지고, 상기 바디 프레임(21)에 전후방 연결 멤버와 부시 마운팅 멤버(또는 부시 마운팅 구조) 및 CTBA 마운팅 멤버(또는 CTBA 마운팅 구조)를 일체형으로 형성함으로써 부품 통합형 리어 로워(20)로 특징된다.
일례로 상기 바디 프레임(21)은 수평한 가로 바디(21A)에 대해 수직한 좌측 세로 바디(21B)와 우측 세로 바디(21C)로 이루어짐으로써 “H" 단면 구조를 이루고, 일측과 타측이 리어 로워 지상고(H)로 높이차를 형성함으로써 후륜 현가장치의 새시 스프링(300)과 쇽 업소버(400)에 대한 장착을 용이하게 한다. 이 경우 상기 좌측 세로 바디(21B)의 위치는 차량 안쪽 공간을 향하는 위치이며, 상기 우측 세로 바디(21C)의 위치는 차량 바깥쪽 공간을 향하는 위치로 정의될 수 있다.
특히 상기 바디 프레임(21)은 가로 바디(21A)가 좌/우측 세로 바디(21B,21C)에 대한 하부 위치(B)가 상부 위치(b) 보다 더 위쪽으로 위치되며, 좌/우측 세로 바디(21B,21C)의 하부 폭(A)이 상부 폭(a) 보다 더 넓게 형성됨으로써 “H" 단면 구조가 사다리꼴 형상으로 이루어진다.
일례로 상기 전후방 연결 멤버는 바디 프레임(21)의 한쪽 끝부위에 일체로 형성되어 수평하게 연장된 센터 커넥터(21-1), 반대쪽 끝부위에 일체로 형성되어 수평하게 연장된 리어 커넥터(21-2)로 이루어진다.
일례로 상기 부시 마운팅 멤버는 센터 커넥터(21-1)에 뚫려진 부시 마운팅 홀(23)로 이루어진다. 이 경우 상기 부시 마운팅 홀(23)은 원형으로 형성된다.
구체적으로 상기 CTBA 마운팅 멤버는 바디 프레임(21)의 한쪽에서 센터 커넥터(21-1)와 간격을 두고 측면에서 수평하게 돌출되어 형성된 트레일링 암 연결부(25), 바디 프레임(21)의 반대쪽에서 리어 커넥터(21-2)와 간격을 두고 하면에서 수직하게 돌출되어 형성된 스프링 시트(27), 바디 프레임(21)의 반대쪽에서 리어 커넥터(21-2)와 간격을 두고 한쪽 측면에서 공간으로 형성된 속 업소버 커넥터(29)로 이루어진다.
일례로 상기 트레일링 암 연결부(25)는 바디 프레임(21)의 좌/우측 세로 바디(21B,21C) 각각에서 수평하게 돌출된 좌/우 플랜지로 이루어져 CTBA(200)의 액슬 마운팅 부(200A)(도 5 참조)를 감싸고, 상기 좌/우 플랜지에 볼트(200B)(도 5 참조)와 나사체결을 위한 리어로워 홀(25A)이 암나사를 형성하도록 뚫어진다.
일례로 상기 스프링 시트(27)는 바디 프레임(21)의 좌/우측 세로 바디(21B,21C) 각각에서 수직하게 돌출된 좌/우 플랜지를 컵 형상(도 7 참조)으로 확장하여 형성되고, 상기 컵 형상으로 스프링 컵(300A)과 결합된 새시 스프링(300)의 끝부위를 감싸 안착 시켜준다.
일례로 상기 속 업소버 커넥터(29)는 스프링 시트(27)가 형성되는 부위에서 바디 프레임(21)의 좌측 세로 바디(21B)를 가로 바디(21A) 쪽으로 밀어 넣어진 구조로 형성됨으로써 측면 개방 구조를 형성하고, 상기 측면 개방 구조로 쇽 업소버(400)의 상단부위(도 6 참조)가 위치된다.
한편 도 3 내지 도 7은 상기 차체 프레임(1)이 부품 통합형 리어 로워(20)를 이용한 사이드 연결 멤버(10)로 후륜 현가장치가 장착되는 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 상기 차체 프레임(1)은 사이드 실(30)과 리어 사이드 멤버(40)를 리어 로워(20)가 연결한 사이드 연결 멤버(10)로 이어진다.
구체적으로 상기 사이드 연결 멤버(10)는 리어 로워(20)의 전후방 연결 멤버로 사이드 실(30)과 리어 사이드 멤버(40)를 고정하며, 부시 마운팅 멤버로 부시 축(100A)을 매개로 부시(100)와 사이드 실(30)을 고정하고, CTBA 마운팅 멤버로 후륜 현가장치의 구성요소인 CTBA(200), 새시 스프링(300) 및 쇽 업소버(400)를 고정한다.
특히 상기 리어 로워(20)는 다이캐스팅 공법(즉, 저압주조 다이캐스팅 공법)으로 알루미늄을 사출 성형하여 제조됨으로써 리어 로워 사양(즉, 크기 및 길이)에 대한 조절이 용이하고, 이러한 리어 로워 사양 변경의 용이성은 차량 목적에 따라 길이 변경을 요구하는 PBV(Purpose Built Vehicle)의 설계 특성을 충족하여 준다.
도 4와 도 2를 함께 참조하면, 상기 전후방 연결 멤버는 리어 로워(20)의 바디 프레임(21)에 형성된 센터 커넥터(21-1)와 리어 커넥터(21-2)를 이용하여 구현된다.
일례로 상기 리어 로워(20)의 센터 커넥터(21-1)는 리어 로워(20)의 한쪽 끝부위에서 연장된 상면 개방 공간 부위로 사이드 실(30)을 위로 얹어 안착시켜 준다. 반면 상기 리어 로워(20)의 리어 커넥터(21-2)는 리어 로워(20)의 반대쪽 끝부위에서 “ㄷ”자 형상의 개방 공간으로 연장됨으로써 리어 사이드 멤버(40)가 상기 개방 공간의 상면에서 끼워져 안착 및 고정되도록 한다.
나아가 상기 센터 커넥터(21-1)와 상기 사이드 실(30), 상기 리어 커넥터(21-2)와 상기 리어 사이드 멤버(40)는 체결부재(60)를 이용해 고정된다. 이 경우 상기 체결부재(60)는 스크류(또는 볼트)를 적용하고, 스크류(또는 볼트)는 이종소재의 편 방향 접합이 가능한 FDS(Flow Drill Screw) 방식으로 사이드 실(30) 및 리어 사이드 멤버(40)에 고정된다.
일례로 상기 체결부재(60)는 센터 커넥터(21-1)쪽에서 단면 A-A 및 단면 B-B와 같이, FDS(Flow Drill Screw) 방식으로 복수개의 스크류(또는 볼트)가 센터 커넥터(21-1)의 벽면과 사이드 실(30)의 벽면이 맞닿은 면 접촉부위를 관통함으로써 센터 커넥터(21-1)와 사이드 실(30)이 고정된다. 이 경우 상기 사이드 실(30)은 다수의 구획 리브(31)로 공간이 나눠짐으로써 보다 강한 가성 및 내구성을 가질 수 있다.
일례로 상기 체결부재(60)는 리어 커넥터(21-2)쪽에서 단면 C-C와 같이, FDS(Flow Drill Screw) 방식으로 복수개의 스크류(또는 볼트)가 리어 커넥터(21-2)의 벽면과 리어 사이드 멤버(40)의 벽면이 맞닿은 면 접촉부위를 관통함으로써 리어 커넥터(21-2)와 리어 사이드 멤버(40)가 고정된다.
특히 상기 센터 커넥터(21-1)의 상면 개방 구조는 사이드 실(30)이 위로 얹어 안착된 상태에서 단면 A-A와 같이, 센터 커넥터(21-1)의 측벽으로 밀착되어 리어 로워(20)의 길이 방향(즉 가로 방향)으로 가해지는 외력에 대한 지지 강성을 극대화하여 준다. 이 경우 상기 밀착은 면 접촉 상태에서 용접부를 가짐을 의미한다.
또한, 상기 리어 커넥터(21-2)의 “ㄷ”자 형상의 상면 개방 공간 구조는 리어 사이드 멤버(40)가 상기 개방 공간의 상면에서 끼워지고, 이러한 상면 끼움 상태에서 단면 D-D와 같이, 리어 사이드 멤버(40)의 끝단부가 리어 커넥터(21-2)의 안쪽 공간에서 리어 커넥터(21-2)의 내벽과 밀착 접촉(Z)됨으로써 리어 로워(20)의 길이 방향(즉 가로 방향)으로 가해지는 외력에 대한 지지 강성을 극대화하여 준다.
도 5를 참조하면, 상기 부시 마운팅 멤버는 리어 로워(20)의 바디 프레임(21)에 형성된 센터 커넥터(21-1)와 부시 마운팅 홀(23)을 이용하여 부시(100)가 조립되어 구현된다.
일례로 상기 부시(100)는 부시 마운팅 홀(23)에 끼워지고, 부시 축(100A)이 부시(100)의 축 홀을 관통하여 사이드 실(30)의 구획 리브(31)를 지나 축 끝부위에 결합된 부시 캡(또는 부시 캡 너트)으로 고정된다.
그러므로 단면 E-E와 같이, 상기 부시(100)는 부시 폭 넓이(Bush Width)(Lc)가 사이드 실(30)의 사이드실 폭 넓이(S/SILL Width)(La)에 흡수되고, 이러한 부시(100)와 사이드 실(30)의 중첩 구조는 좌/우측 사이드 실(30A,30B)로 형성된 차폭 넓이(L)에서 부시 폭 넓이(Lc)를 제거할 수 있다.
이로부터 단면 F-F와 같이, 상기 차체 프레임(1)은 좌/우측 사이드 실(30A,30B)로 형성된 차폭 넓이(L)에서 배터리 공간 폭 넓이(Battery Space Width)(Lb)의 활용에 부시 폭 넓이(Lc)와 좌/우측 사이드실 폭 넓이(La)를 제외하던 기존과 달리 좌/우측 사이드실 폭 넓이(La) 만 제외함으로써 배터리 공간 폭 넓이(Lb)기 확장되어진다.
그 결과 상기 차체 프레임(1)에 탑재되는 고전압의 배터리(500)는 기존 대비 배터리 공간 폭 넓이(Lb)의 사이즈 증가로 동일 조건에서 기존 대비 배터리 용량을 증가시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 CTBA 마운팅 멤버는 리어 로워(20)의 바디 프레임(21)에 형성된 트레일링 암 연결부(25), 스프링 시트(27) 및 속 업소버 커넥터(29)를 이용하여 후륜 현가장치의 CTBA(200), 새시 스프링(300) 및 쇽 업소버(400)가 조립되어 구현된다.
일례로 상기 CTBA(200)는 직선 형상 액슬 바디에 대해 좌/우 측면 부위의 스프링 안착부(200C)로 대략 “U" 형상을 이루고, 상기 스프링 안착부(200C)의 절곡 부위에 형성된 트레일링 암(200A)이 리어 로워(20)의 트레일링 암 연결부(25)에 형성된 측면 개방 공간으로 끼워진다.
그러면 단면 G-G와 같이, 상기 트레일링 암(200A)의 핀 홀에는 트레일링 암 연결부(25)의 리어로워 홀(25A)을 통해 볼트(200B)가 나사체결로 고정됨으로써 리어 로워(20)에 CTBA(200)가 조립되어 일체화된다.
일례로 상기 쇽 업소버(400)는 그 하단부위가 CTBA(200)의 측면에 체결된 상태에서 그 상단부위가 리어 로워(20)의 속 업소버 커넥터(29)에 형성된 측면 개방 공간으로 안착된다.
그러면 단면 H-H와 같이, 상기 쇽 업소버(400)의 상단부위는 속 업소버 커넥터(29)의 공간에 위치된 상태에서 마운팅 핀 등으로 고정됨으로써 리어 로워(20)에 새시 쇽 업소버(400)가 조립되어 일체화된다.
일례로 상기 새시 스프링(300)은 CTBA(200)의 스프링 안착부(200C)에 하단부위를 안착시킨 상태에서 스프링 컵(300A)이 결합된 상단 부위가 리어 로워(20)의 스프링 시트(27)에 형성된 공간으로 안착된다.
그러면 단면 I-I와 같이, 상기 새시 스프링(300)의 상단부위는 스프링 컵(300A)과 함께 스프링 시트(27)의 컵 형상 구조로 감싸여 안착됨으로써 리어 로워(20)에 새시 스프링(300)이 조립되어 일체화된다.
도 7을 참조하면, 상기 새시 스프링(300)이 CTBA(200)의 스프링 안착부(200C)와 리어 로워(20)의 스프링 시트(27) 사이에 위치된 상태에서 스프링 시트(27)가 컵 형상 구조를 스웨징(Swaging)하여 스프링 컵(300A)의 외경과 결합됨을 나타낸다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차체 프레임(1)에 적용된 사이드 연결 멤버(10)는 차량 중간 구간의 뼈대를 이루는 사이드 실(30)과 차량 뒤쪽 구간의 뼈대를 이루는 리어 사이드 멤버(40)가 이어지는 연결 구간을 리어 로워 지상고(H)로 높이차가 형성된 소정 길이의 바디 프레임(21)으로 형성하고, 배터리 공간(Lb)을 형성하는 사이드 실(30)과 리어 사이드 멤버(40)를 고정하는 전후방 연결 멤버(21-1,21-2), 부시(100)를 체결하는 부시 마운팅 멤버(21-1,23) 및 후륜현가장치를 장착하는 CTBA 마운팅 멤버(25,27,29)가 바디 프레임(21)에 일체화 된 리어 로워(20)를 포함함으로써 다이캐스팅를 이용한 부품 통합형 리어 로워 구조로 구조 단순화에 의한 경량화, 재료비 절감, CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)(200)의 강성 확보는 물론 리어 로워(20)의 사이즈 맞춤 다이캐스팅의 성형성으로 PBV(Purpose Built Vehicle)의 설계 의도에 맞춰 용이하게 변경 가능하다.
1 : 차체 프레임
6 : 리어 범퍼 백 빔 10 : 사이드 연결 멤버
20 : 리어 로워 21 : 바디 프레임
21A : 가로 바디 21B,21C : 좌/우측 세로 바디
21-1 : 센터 커넥터 21-2 : 리어 커넥터
23 : 부시 마운팅 홀 25 : 트레일링 암 연결부
25A : 리어로워 홀 27 : 스프링 시트
29 : 속 업소버 커넥터 30 : 사이드 실
30A,30B : 좌/우측 사이드 실
31 : 구획 리브 40 : 리어 사이드 멤버
40A,40B : 좌/우측 리어 사이드 멤버
50 : 센터 압출재 60 : 체결부재
100 : 부시 100A : 부시 축
200 : CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)
200A : 트레일링 암 200B : 볼트
200C : 스프링 안착부 300 : 새시 스프링
300A : 스프링 컵 400 : 쇽 업소버
500 : 배터리

Claims (25)

  1. 한쪽 끝부위와 반대쪽 끝부위를 갖는 소정 길이로 이루어지고,
    상기 한쪽 끝부위에서 사이드 실을 연결하면서 상기 반대쪽 끝부위에서 리어 사이드 멤버를 연결하는 전후방 연결 멤버,
    상기 한쪽 끝부위에 부시가 결합되는 부시 마운팅 멤버, 및
    상기 반대쪽 끝부위에 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle), 새시 스프링, 쇽 업소버 중 하나 이상이 체결되는 CTBA 마운팅 멤버
    를 일체화한 바디 프레임이 포함되는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 바디 프레임은 알루미늄으로 이루어지고,
    다이캐스팅으로 성형되어 상기 전후방 연결 멤버, 상기 부시 마운팅 멤버 및 상기 CTBA 마운팅 멤버가 일체화되는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 바디 프레임은 상기 한쪽 끝부위와 상기 반대쪽 끝부위로 높이차가 형성되어 리어 로워 지상고를 형성하는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 바디 프레임은 “H" 단면 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전후방 연결 멤버는
    상기 한쪽 끝부위에서 연장된 상면 개방 공간 부위로 상기 사이드 실이 위에서 얹어지는 센터 커넥터, 및
    상기 반대쪽 끝부위에서 개방 공간으로 연장되고, 상기 리어 사이드 멤버가 상기 개방 공간의 상면에서 끼워지는 리어 커넥터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 리어 커넥터는 상기 리어 사이드 멤버의 끝면이 밀착 접촉되도록 상기 리어 사이드 멤버가 끼워지는 상면에 대한 측면 방향으로 내벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 부시 마운팅 멤버는 상기 사이드 실이 위에서 얹어지도록 상기 한쪽 끝부위에서 연장되어 상면 개방 공간을 형성하는 센터 커넥터에 뚫려진 부시 마운팅 홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기CTBA 마운팅 멤버는
    상기 CTBA의 일부부위가 측부에서 끼워지도록 상기 한쪽 끝부위에서 돌출되어 측면 개방 공간을 형성하는 트레일링 암 연결부,
    상기 새시 스프링의 상부부위가 위에서 끼워지도록 상기 반대쪽 끝부위의 하면에서 돌출되어 하면 개방 공간을 형성하는 스프링 시트, 및
    상기 쇽 업소버의 상부부위가 측부에서 끼워지도록 상기 반대쪽 끝부위의 측면에서 측면 개방 공간을 형성하는 속 업소버 커넥터
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 트레일링 암 연결부에는 상기 CTBA의 일부부위에 볼트와 나사체결을 위한 리어로워 홀이 뚫려지는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 사이드 실은 압출재 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부품 통합형 리어 로워.
  11. 차량 중간 구간의 뼈대를 이루면서 배터리가 탑재되는 배터리 공간으로 확장되는 사이드 실(Side Sill),
    차량 뒤쪽 구간의 뼈대를 이루는 리어 사이드 멤버(Rear Side Member), 및
    리어 로워 지상고로 높이차가 형성된 소정 길이의 바디 프레임으로 이루어지고, 상기 사이드 실과 상기 리어 사이드 멤버의 연결 구간을 전후방 연결 멤버로 형성하며, 상기 사이드 실과 부시의 체결 부위를 부시 마운팅 멤버로 형성하고, 후륜현가장치의 체결 부위를 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle) 마운팅 멤버로 형성하는 리어 로워
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 리어 로워는 알루미늄으로 이루어지고,
    다이캐스팅에 의한 성형으로 상기 전후방 연결 멤버, 상기 부시 마운팅 멤버 및 상기 CTBA 마운팅 멤버가 상기 바디 프레임과 일체화되는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 전후방 연결 멤버는 체결부재로 상기 사이드 실과 상기 리어 사이드 멤버를 고정하는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 체결부재와 상기 사이드 실 및 상기 체결부재와 상기 리어 사이드 멤버의 고정은 FDS(Flow Drill Screw) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 전후방 연결 멤버는
    상기 사이드 실의 연결 구간에서, 상기 바디 프레임을 연장한 상면 개방 공간 부위로 상기 사이드 실의 일부 부위가 위에서 얹어지는 센터 커넥터, 및
    상기 리어 사이드 멤버의 연결 구간에서, 상기 바디 프레임을 개방 공간으로 연장하여 상기 리어 사이드 멤버의 일부 부위가 상기 개방 공간의 상면에서 끼워지는 리어 커넥터
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 리어 사이드 멤버의 끝부위는 상기 리어 커넥터의 내벽과 밀착 접촉되는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 사이드 실은 구획 리브로 공간이 나눠지고,
    상기 리어 사이드 멤버는 개방형 사각단면 구조 또는 폐쇄형 사각단면 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 구획 리브는 FDS(Flow Drill Screw) 방식으로 상기 리어 로워의 센터 커넥터와 고정되고,
    상기 센터 커넥터는 상기 사이드 실이 위에서 얹어지도록 상기 한쪽 끝부위에서 연장되어 상면 개방 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  19. 청구항 11에 있어서, 상기 부시 마운팅 멤버는 상기 부시가 끼워진 상태에서 부시 축으로 고정되는 부시 마운팅 홀로 이루어지고,
    상기 사이드 실의 연결 구간에서, 상기 부시 마운팅 홀은 상기 사이드 실의 일부 부위가 위에서 얹어지는 상면 개방 공간으로 상기 바디 프레임을 연장한 센터 커넥터에 뚫려져 형성되는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  20. 청구항 11에 있어서, 상기 후륜현가장치는 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle), 새시 스프링 및 쇽 업소버를 포함하고,
    상기 CTBA 마운팅 멤버는 상기 CTBA, 상기 새시 스프링 및 상기 쇽 업소버 중 하나 이상을 체결하는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  21. 청구항 11에 있어서, 상기 CTBA 마운팅 멤버는
    상기 사이드 실의 연결 구간에서, 상기 CTBA의 트레일링 암이 측부에서 끼워지는 측면 개방 공간을 형성하도록 상기 바디 프레임의 측면으로부터 돌출된 트레일링 암 연결부,
    상기 리어 사이드 멤버의 연결 구간에서, 상기 CTBA의 스프링 안착부에 위치된 상기 새시 스프링의 상부부위가 위에서 끼워지는 하면 개방 공간을 형성하도록 상기 바디 프레임의 하면으로부터 돌출된 스프링 시트, 및
    상기 리어 사이드 멤버의 연결 구간에서, 상기 쇽 업소버의 상부부위가 측부에서 끼워지는 측면 개방 공간을 형성하도록 상기 바디 프레임의 한쪽 측면에 함몰된 속 업소버 커넥터
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 트레일링 암 연결부는 상기 트레일링 암과 고정되는 볼트와 나사 체결되는 리어로워 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  23. 청구항 21에 있어서, 상기 스프링 시트는 상기 새시 스프링의 상단부위에 구비된 스프링 컵의 외경을 감싸는 컵 형상 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  24. 청구항 11에 있어서, 상기 사이드 실은 좌측 사이드 실와 우측 사이드 실로 이루어지고,
    상기 좌측 사이드 실과 상기 우측 사이드 실의 이격 거리로 상기 배터리 공간이 포함된 차폭을 형성하는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 좌측 사이드 실과 상기 우측 사이드 실은 상기 차폭을 가로지르는 센터 압출재로 연결되는 것을 특징으로 하는 차체 프레임.
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