KR20230071531A

KR20230071531A - 차량용 사이드실

Info

Publication number: KR20230071531A
Application number: KR1020210157839A
Authority: KR
Inventors: 이규민; 박종철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-05-23
Also published as: WO2023090706A1

Abstract

본 발명은 제1 사이드실 프레임; 상기 제1 사이드실 프레임에 결합되어 상기 제1 사이드실 프레임과 함께 중공부를 형성하는 제2 사이드실 프레임; 상기 중공부에 배치되고, 일측이 상기 제1 사이드실 프레임과 접합되어 제1 폐단면을 형성하는 제1 강화프레임; 및 상기 중공부에 배치되고, 일측이 상기 제1 강화프레임에 접합되어 제2 폐단면을 형성하는 제2 강화프레임;를 포함하고, 상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은, 차량용 사이드실의 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 요철부를 포함하는 차량용 사이드실을 제공한다.

Description

차량용 사이드실{SIDE SILL FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 사이드실에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.

전기차와 같은 친환경차량에 적용되는 사이드 실은 승객 뿐만 아니라 바닥면에 위치하는 배터리도 보호하는 역할을 한다. 배터리는 차량의 다른 구성요소들에 비해 상대적으로 그 체적이 크기 때문에 내연기관이 장착된 차량에 비해 배터리를 장착한 차량의 측면 공간이 상대적으로 협소하다.

따라서 친환경차량에 적용되는 사이드 실은 협소한 공간 내에서 최대한의 충돌에너지를 흡수할 수 있어야 하며, 친환경차량의 에너지 효율 향상을 위해서는 최소한의 중량을 가져야 한다.

이를 위해 친환경차량의 사이드 실에는 알루미늄 압출 소재가 적용되어 왔으나, 충돌에너지 흡수성능 향상 및 경량화 달성은 계속해서 요구되고 있는 실정이다.

KR

20-1998-0043143

U

본 발명은 일 측면으로서, 충돌에너지를 효율적으로 흡수하고, 경량화를 달성할 수 있는 차량용 사이드실을 제공하고자 한다.

본 발명은 일 측면으로서, 충돌에 의한 실내유입량을 최소화하여 탑승자 및 핵심부품인 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 차량용 사이드실을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 제1 사이드실 프레임; 상기 제1 사이드실 프레임에 결합되어 상기 제1 사이드실 프레임과 함께 중공부를 형성하는 제2 사이드실 프레임; 상기 중공부에 배치되고, 일측이 상기 제1 사이드실 프레임과 접합되어 제1 폐단면을 형성하는 제1 강화프레임; 및 상기 중공부에 배치되고, 일측이 상기 제1 강화프레임에 접합되어 제2 폐단면을 형성하는 제2 강화프레임;를 포함하고, 상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은, 차량용 사이드실의 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 요철부를 포함하는 차량용 사이드실을 제공한다.

상기 제1 사이드실 프레임, 상기 제2 사이드실 프레임, 상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임 중 적어도 어느 하나는 강재로 구성될 수 있다.

상기 요철부는, 상기 사이드실의 길이방향으로 돌출면과 내입면이 교번적으로 형성되고, 상기 돌출면과 상기 내입면의 사이에 경사면이 형성되고, 상기 돌출면, 상기 내입면 및 상기 경사면은, 각각 상기 사이드실의 길이방향과 교차되는 상기 사이드실의 폭방향-높이방향 단면상에서 연속적으로 형성될 수 있다.

제1 강화프레임의 상기 돌출면은 상기 제2 강화프레임의 상기 돌출면에 겹쳐지고, 상기 제1 강화프레임의 상기 내입면은 상기 제2 강화프레임의 상기 내입면에 겹쳐질 수 있다.

상기 제1 강화프레임의 상기 내입면은 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면에 접합되고, 상기 제1 강화프레임의 상기 돌출면은 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면과 이격되면서 제1 완충공간이 형성될 수 있다.

상기 제1 강화프레임의 내입면은 상기 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이를 가질 수 있다.

제2 강화프레임의 상기 돌출면은 상기 제2 사이드실 프레임의 제2 내면에 접합되고, 상기 제2 강화프레임의 상기 내입면은 상기 제2 사이드실 프레임의 제2 내면과 이격되면서 제2 완충공간이 형성될 수 있다.

상기 제2 강화프레임은 돌출면이 상기 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이를 가질 수 있다.

상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은, 상기 돌출면 및 상기 내입면이 상기 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이를 가지고, 상기 돌출면과 상기 내입면의 사이에는 2 ~ 10 mm의 단차가 형성될 수 있다.

상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은, 상기 제2 사이드실 프레임의 제2 내면에서 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면에 방향으로 갈수록 설치폭이 감소하지 않을 수 있다.

상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은, 단일의 강판을 다단으로 절곡하여 형성될 수 있다.

상기 제1 강화프레임은, 상기 제1 폐단면에서 외측으로 돌출된 형태의 벤딩포인트를 가질 수 있다.

상기 제1 강화프레임은, 상기 벤딩포인트의 위치가 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면에서 상기 제1 강화프레임의 설치폭의 30 ~ 70 % 만큼 거리를 두고 이격된 위치에 형성될 수 있다.

상기 제1 강화프레임은, 상기 벤딩포인트를 경계로 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면 방향으로 연장 형성되는 제1 구간; 및 상기 벤딩포인트를 경계로 절곡되어 상기 제2 사이드실 프레임의 제2 내면 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 폐단면의 내부에서 상기 제1 구간과 벤딩각을 형성하는 제2 구간;을 포함할 수 있다.

상기 제1 강화프레임은, 상기 벤딩각이 상기 제1 폐단면의 내부에 형성되고, 상기 벤딩각은 165 ~ 175 도의 범위를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 차량용 사이드실은 충돌에너지를 효율적으로 흡수하고, 경량화를 달성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 차량용 사이드실은 충돌에 의한 실내유입량을 최소화하여 탑승자 및 핵심부품인 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 차량용 사이드실과 대비되는 제1 비교예의 차량용 사이드실의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 사이드실의 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 방향 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ' 방향 단면도이다.
도 5는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 방향 단면도이다.
도 6은 도 2의 차량용 사이드실의 제1 강화프레임의 사시도이다.
도 7은 도 2의 차량용 사이드실의 제2 강화프레임의 사시도이다.
도 8은 도 2의 제1 실시예에 따른 차량용 사이드실의 벤딩포인트의 위치를 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 제1 비교예의 차량용 사이드실의 변형 해석 결과이다.
도 10a 내지 도 10c는 제1 실시예의 차량용 사이드실의 변형 해석 결과이다.
도 11은 도 1의 제1 비교예의 차량용 사이드실과 도 2의 제1 실시예의 하중-변위 선도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 도시된 X축은 차량용 사이드실의 폭방향이고, Y축은 차량용 사이드실의 길이방향이고, Z축은 차량용 사이드실의 높이방향이다.

도 1은 본 발명의 차량용 사이드실과 대비되는 제1 비교예의 차량용 사이드실의 사시도이다.

제1 비교예의 경우는, 후술할 제1 실시예와는 사이드실의 길이방향을 따라 요철부(P)가 형성되지 않는 부분이 형성된다는 점에서 차이가 있다.

제1 비교예의 경우는, 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 변형이 X축방향으로 대칭형상으로 압괴되지 않고, 비대칭 형상의 불안정한 압괴변형이 발생할 수 있다. 이는, 다양한 충돌 환경하에서 안정적인 충돌에너지 흡수성능을 발휘하는데 큰 불안요소가 될 수 있다는 문제점이 있다.

이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 제1 실시예에 따른 차량용 사이드실에 포함된 구성요소들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 사이드실의 사시도이다.

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 방향 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ' 방향 단면도이며, 도 5는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 방향 단면도이다.

도 6은 도 2의 차량용 사이드실의 제1 강화프레임(300)의 사시도이고, 도 7은 도 2의 차량용 사이드실의 제2 강화프레임(400)의 사시도이다.

도 8은 도 2의 제1 실시예에 따른 차량용 사이드실의 벤딩포인트의 위치를 도시한 도면이다.

제1 실시예에 따른 차량용 사이드실은 제1 사이드실 프레임(100), 제2 사이드실 프레임(200), 제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)을 포함할 수 있다.

제1 사이드실 프레임(100)은 X축방향으로 사이드실의 폭방향 내측에 배치될 수 있다.

제2 사이드실 프레임(200)은 제1 사이드실 프레임(100)에 결합되어 제1 사이드실 프레임(100)과 함께 중공부(S)를 형성할 수 있다. 제2 사이드실 프레임(200)은 X축방향으로 사이드실의 폭방향 외측에 배치될 수 있다. 제2 사이드실 프레임(200)은 제1 사이드실 프레임(100)과 용접 접합 등에 의해 접합될 수 있다.

제1 강화프레임(300)은 중공부(S)에 배치되고, 일측이 제1 사이드실 프레임(100)과 접합되어 제1 폐단면(M1)을 형성할 수 있다. 제1 강화프레임(300)은 제1 사이드실 프레임(100)과 접합되어 제1 폐단면(M1)을 형성함으로써, 차량용 사이드실의 기계적 강성을 향상시킬 수 있다.

제1 강화프레임(300)은 사이드실의 X-Z축 단면 상에서 제1 상부플랜지(310), 한 쌍의 제1 웨브부재(330) 및 한 쌍의 제1 하부플랜지(350)를 포함할 수 있다.

제1 상부플랜지(310)에는 높이방향 양측 단부에는 각각 제1 웨브부재(330)가 연결될 수 있다. 제1 상부플랜지(310)는 사이드실의 길이방향으로 구불구불한 형상일 수 있다. 사이드실의 길이방향으로 돌출면(P1)과 내입면(P2)이 교번적으로 형성되고, 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에 경사면(P3)이 형성될 수 있다.

제1 웨브부재(330)는 제1 상부플랜지(310)에서 연장되고, 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110) 방향으로 연장 형성될 수 있다. 제1 웨브부재(330)와 제1 하부플랜지(350)는 교차되게 배치되도록 제1 강화프레임(300)을 굽힘 성형할 수 있다.

제1 하부플랜지(350)는 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에 접합될 수 있다.

제2 강화프레임(400)은 중공부(S)에 배치되고, 일측이 제1 강화프레임(300)에 접합되어 제2 폐단면(M2)을 형성할 수 있다. 제2 강화프레임(400)은 일측에 제1 강화프레임(300)에 접합되어 제2 폐단면(M2)을 형성함으로써, 차량용 사이드실의 기계적 강성을 향상시킬 수 있다.

제2 강화프레임(400)은 사이드실의 X-Z축 단면 상에서 제2 상부플랜지(410), 한 쌍의 제2 웨브부재(430) 및 한 쌍의 제2 하부플랜지(450)를 포함할 수 있다.

제2 상부플랜지(410)는 사이드실의 길이방향으로 구불구불한 형상일 수 있다. 사이드실의 길이방향으로 돌출면(P1)과 내입면(P2)이 교번적으로 형성되고, 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에 경사면(P3)이 형성될 수 있다. 제2 상부플랜지(410)는 평면일 수 있다. 이에 따르면 제2 상부플랜지(410)에 제2 사이드실 프레임(200)과의 접착을 위한 접착제 등이 도포될 때, 제2 상부플랜지(410)의 접착력을 향상시킬 수 있고, 접착 및 조립 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.

제2 상부플랜지(410)에는 높이방향 양측 단부에는 각각 제2 웨브부재(430)가 연결될 수 있다.

제2 웨브부재(430)는 제2 상부플랜지(410)에서 연장되고, 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110) 방향으로 연장 형성될 수 있다. 제2 강화프레임(400)의 제2 하부플랜지(450)는 제1 강화프레임(300)의 제1 웨브부재(330)에 접합될 수 있다.

제2 하부플랜지(450)는 제2 웨브부재(430)의 사이에는 단차(Q2)가 형성될 수 있고, 한 쌍의 제2 하부플랜지(450)의 Z축방향 간격이 한 쌍의 제2 웨브부재(430)의 Z축방향 간격이 보다 넓은 간격을 가질 수 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은, 사이드실의 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 요철부(P)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은, 사이드실의 길이방향 전체에 걸쳐서 요철부(P)가 연속적으로 형성될 수 있다.

요철부(P)는, 사이드실의 길이방향으로 돌출면(P1)과 내입면(P2)이 교번적으로 형성되고, 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에 경사면(P3)이 형성될 수 있다.

본 발명의 차량용 사이드실은 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)은 요철부(P)를 포함함으로써, 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)을 구성하는 강재 등의 두께를 증가시키지 않으면서 강성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 차량용 사이드실은 제1, 2 강화프레임의 요철부(P)가 사이드실의 길이방향을 따라 연속적으로 형성됨으로써, 제1, 2 강화프레임이 충분히 압괴될 때까지 충돌에너지에 안정적으로 저항할 수 있는 효과가 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은, 사이드실의 길이방향 단면상에서 돌출면(P1), 경사면(P3), 내입면(P2), 경사면(P3), 돌출면(P1)이 반복되면서 요철부(P)가 길이방향으로 연속적으로 형성될 수 있다.

일례로, 제1 사이드실 프레임(100)과 제1 강화프레임(300)은 점용접에 의해 접합되고, 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)은 레이저 용접 또는 점용접에 의해 접합되며, 제2 사이드실 프레임(200)과 제2 강화프레임(400)은 접착재에 의해 접합될 수 있다. 제1 사이드실 프레임(100)과 제2 사이드실 프레임(200)은 점용접에 의해 접합될 수 있다.

믈론, 제1 강화프레임(300), 제2 강화프레임(400), 제1 사이드실 프레임(100), 제2 사이드실 프레임(200) 등의 부재 간의 접합은 용접 접합 또는 접착제 접합 등의 다양한 접합방식이 적용될 수 있다.

제1 사이드실 프레임(100), 제2 사이드실 프레임(200), 제1 강화프레임(300), 제2 강화프레임(400) 중 적어도 어느 하나는 강판을 폼포밍 또는 크래쉬 포밍하여 성형할 수 있다. 이는 금형 비용 등의 절감을 통한 제조원가 절감에 기여할 수 있다.

제1 사이드실 프레임(100), 제2 사이드실 프레임(200), 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)은 980MPa 이상의 인장강도를 가지는 초고강도 강으로 구성될 수 있다.

일례로, 제1 사이드실 프레임(100) 및 제2 사이드실 프레임(200)은 1470 MART 강을 포함하는 재질로 구성될 수 있고, 제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은 1180 TRIP 강, 980 DP 강을 포함하는 재질로 구성될 수 있다.

제1 사이드실 프레임(100), 제2 사이드실 프레임(200), 제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400) 중 적어도 어느 하나는 강재로 구성될 수 있다.

일례로, 제1 사이드실 프레임(100), 제2 사이드실 프레임(200), 제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은 강재로 구성될 수 있다. 이에 따라, 차량용 사이드실의 기계적 강성이 향상될 수 있다.

돌출면(P1), 내입면(P2) 및 경사면(P3)은, 각각 사이드실의 길이방향과 교차되는 사이드실의 폭방향-높이방향 단면(X-Z축 단면)상에서 연속적으로 형성될 수 있다. 일례로, 돌출면(P1), 내입면(P2) 및 경사면(P3)은 사이드실의 폭방향-높이방향 단면(X-Z축 단면)상에서 전체에 걸쳐서 연속적으로 형성될 수 있다.

돌출면(P1), 내입면(P2) 경사면(P3)은 각각 사이드실의 폭방향-높이방향 단면(X-Z축 단면)상에서 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110) 방향으로 개방된 'U자형' 또는 'V자형' 단면부분을 포함할 수 있다.

이때, 폭방향-높이방향 단면(X-Z축 단면)상에서 단면의 크기는 돌출면(P1), 경사면(P3), 내입면(P2)으로 갈수록 단면이 작아질 수 있다.

본 발명의 차량용 사이드실은 제1, 2 강화프레임의 돌출면(P1), 내입면(P2) 및 경사면(P3)이 각각 사이드실의 길이방향과 교차되는 사이드실의 폭방향-높이방향 단면(X-Z축 단면)상에서 연속적으로 형성됨으로써, 제1, 2 강화프레임이 충분히 압괴될 때까지 충돌에너지에 안정적으로 저항할 수 있는 효과가 있다.

제1 강화프레임(300)의 돌출면(P1)은 제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1)에 겹쳐지고, 제1 강화프레임(300)의 내입면(P2)은 제2 강화프레임(400)의 내입면(P2)에 겹쳐질 수 있다.

제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1)이 서로 겹쳐지고, 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 내입면(P2)이 서로 겹쳐짐으로써, 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 결합력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1)이 서로 겹쳐지고, 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 내입면(P2)이 서로 겹쳐짐으로써, 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 결합위치가 자연스럽게 유도될 수 있어 작업자의 작업성이 개선될 수 있는 효과가 있다.

제1 강화프레임(300)의 내입면(P2)은 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에 접합되고, 제1 강화프레임(300)의 돌출면(P1)은 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)과 이격되면서 제1 완충공간(R1)이 형성될 수 있다.

제1 강화프레임(300)의 내입면(P2)은 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이(Q1)를 가질 수 있다.

제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1)은 제2 사이드실 프레임(200)의 제2 내면(210)에 접합되고, 제2 강화프레임(400)의 내입면(P2)은 제2 사이드실 프레임(200)의 제2 내면(210)과 이격되면서 제2 완충공간(R2)이 형성될 수 있다.

제2 강화프레임(400)은 돌출면(P1)이 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이(Q1)를 가질 수 있다.

제1 강화프레임(300)의 내입면(P2)은 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에 접합되고, 제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1)은 제2 사이드실 프레임(200)의 제2 내면(210)에 접합될 수 있다.

제1 강화프레임(300)의 내입면(P2) 및 제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1)이 사이드실의 길이방향으로 15 mm 미만의 설치길이(Q1)를 가질 경우, 내입면(P2)과 제1 내면(110)의 접합을 위한 매칭면이 작아져서 레이저 용접, 점용접 등이 접합이 어려워질 수 있다.

또한, 제1 강화프레임(300)의 내입면(P2) 및 제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1)이 사이드실의 길이방향으로 50 mm 를 초과하는 설치길이(Q1)를 가질 경우, 요철부(P)가 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)을 구성하는 강재 등의 두께를 증가시키지 않으면서 강성을 향상시키기 위한 역할을 제대로 수행할 수 없는 문제점이 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은, 돌출면(P1) 및 내입면(P2)이 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이(Q1)를 가지고, 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에는 2 ~ 10 mm의 단차(Q2)가 형성될 수 있다.

제1 강화프레임(300)의 내입면(P2)은 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에 접합될 수 있다. 제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1)은 제2 사이드실 프레임(200)의 제2 내면(210)에 접합될 수 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은 돌출면(P1) 및 내입면(P2)이 사이드실의 길이방향으로 15 mm 미만의 설치길이(Q1)를 가질 경우, 내입면(P2)과 제1 내면(110)의 접합을 위한 매칭면이 작아져서 레이저 용접, 점용접 등이 접합이 어려워질 수 있다.

또한, 제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은 돌출면(P1) 및 내입면(P2)이 사이드실의 길이방향으로 50 mm 를 초과하는 설치길이를 가질 경우, 요철부(P)가 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)을 구성하는 강재 등의 두께를 증가시키지 않으면서 강성을 향상시키기 위한 역할을 제대로 수행할 수 없는 문제점이 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이의 단차(Q2)가 2 mm를 미만일 경우, 요철부(P)가 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)을 구성하는 강재 등의 두께를 증가시키지 않으면서 강성을 향상시키기 위한 역할을 제대로 수행할 수 없는 문제점이 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이의 단차(Q2)가 10 mm를 초과할 경우, 980MPa 이상의 고강도강을 활용하여 제1 강화프레임(300)과 제2 강화프레임(400)을 성형이 어려워지거나, 성형이 불가능해지는 성형곤란의 문제가 발생할 수 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은, 제2 사이드실 프레임(200)의 제2 내면(210)에서 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에 방향으로 갈수록 설치폭이 감소하지 않을 수 있다.

일례로, 제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은, 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에서 제2 사이드실 프레임(200)의 제2 내면(210) 방향으로 갈수록 설치폭이 증가할 수 있다.

다른 일례로, 제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은, 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에서 제2 사이드실 프레임(200)의 제2 내면(210) 방향으로 갈수록 설치폭이 증가하거나, 적어도 동등한 설치폭을 가지면서 설치폭이 감소하지 않을 수 있다.

제2 사이드실 프레임(200) 측에서 X축 방향으로 충격이 가해질 수 있고, 충격이 가해지는 지점에서 멀어지는 방향으로 제1, 2 강화프레임의 설치폭이 증가할 경우, 제1, 2 강화프레임이 충격이 가해지는 방향으로 용이하게 압축변형이 되면서 하중성능이 우수해질 수 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은, 단일의 강판을 다단으로 절곡하여 형성될 수 있다.

제1, 2 강화프레임은 단일의 강판을 다단으로 절곡하여 형성할 수 있다. 제1 강화프레임(300)은 단일의 강판을 다단으로 절곡하여 형성함으로써, 단일의 강판으로 구성된 제1, 2 강화프레임이 일체로 거동하면서 차량용 사이드실의 기계적 강성이 향상될 수 있다.

제1 강화프레임(300)은 제1 두께를 가지는 제1 강판을 다단으로 절곡하여 형성될 수 있다.

제1 강화프레임(300)의 돌출면(P1) 및 내입면(P2)은 사이드실의 길이방향으로 제1 두께의 10.7 ~ 35.7배의 설치길이를 가지고, 제1 강화프레임(300)은 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에는 제1 두께의 1.4 ~ 7.1배의 단차가 형성될 수 있다.

일례로, 제1 강화프레임(300)은 1.4mm의 강판을 다단으로 절곡하여 형성될 수 있다. 제1 강화프레임(300)은, 돌출면(P1) 및 내입면(P2)이 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이를 가지고, 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에는 2 ~ 10 mm의 단차가 형성될 수 있다.

제2 강화프레임(400)은 제2 두께를 가지는 제2 강판을 다단으로 절곡하여 형성될 수 있다.

제2 강화프레임(400)의 돌출면(P1) 및 내입면(P2)은 사이드실의 길이방향으로 제2 두께의 12.5 ~ 41.7배의 설치길이를 가지고, 제2 강화프레임(400)은 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에는 제2 두께의 1.7 ~ 8.3배의 단차가 형성될 수 있다.

일례로, 제2 강화프레임(400)은 1.2mm의 강판을 다단으로 절곡하여 형성될 수 있다. 제2 강화프레임(400)은, 돌출면(P1) 및 내입면(P2)이 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이를 가지고, 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에는 2 ~ 10 mm의 단차가 형성될 수 있다.

제1 강화프레임(300)은, 제1 폐단면(M1)에서 외측(Z축방향)으로 돌출된 형태의 벤딩포인트(370)를 가질 수 있다.

제1 강화프레임(300)의 벤딩포인트(370)는 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에서 제1 강화프레임(300)의 설치폭(T)의 30 ~ 70 %의 거리를 두고 이격된 위치에 형성될 수 있다.

벤딩포인트(370)가 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110)에서 제1 강화프레임(300)의 설치폭(T)의 30% 미만이거나, 70%를 초과하는 경우, 제1 강화프레임(300)의 벤딩포인트(370)에서 벤딩유도가 잘 이루어지지 않으면서 정상적인 압괴가 이루어지지 않을 수 있다.

제1 강화프레임(300)에 정상적인 압괴가 발생하지 않을 경우, 앞서 설명한 비교예와 같이 기울어지는 변형이 발생하면서 충분한 하중성능을 발현할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 차량용 사이드실이 다양한 충돌 환경하에서 안정적인 충돌에너지 흡수성능을 발휘하는데 큰 불안요소가 될 수 있다.

제1 강화프레임(300)은 제1 구간(331) 및 제2 구간(333)을 포함할 수 있다.

제1 구간(331)은 벤딩포인트(370)를 경계로 제1 사이드실 프레임(100)의 제1 내면(110) 방향으로 연장 형성될 수 있다. 제2 구간(333)은 벤딩포인트(370)를 경계로 절곡되어 제2 사이드실 프레임(200)의 제2 내면(210) 방향으로 연장 형성되고, 제1 폐단면(M1)의 내부에서 제1 구간(331)과 벤딩각(390)을 형성할 수 있다.

제1 구간(331)과 제2 구간(333)의 사이의 경계지점에 벤딩포인트(370)를 가질 수 있다. 제1 강화프레임(300)은, 벤딩포인트(370)를 경계로 제1 구간(331)과 제2 구간(333)이 벤딩될 수 있다.

벤딩각(390)은 제1 폐단면(M1)의 내부에 형성되고, 180도 미만으로 구성될 수 있다.

제1 강화프레임(300)은, 벤딩각(390)이 제1 폐단면(M1)의 내부에 형성되고, 벤딩각(390)은 165 ~ 175 도의 범위를 가질 수 있다. 제1 구간(331)의 연장선과 제2 구간(333)의 연장선이 이루는 각도(θ)는 5 ~ 15도의 범위를 가질 수 있다.

벤딩포인트(370)를 기준으로 제1 구간(331)과 제2 구간(333)이 절곡되면서 제1 폐단면(M1) 내부에는 벤딩각(390)이 형성될 수 있다.

제1 강화프레임(300)은 벤딩각(390)이 165 ~ 175 도의 범위를 가짐으로써, 제1 강화프레임(300)의 강성을 충분히 확보하면서 벤딩포인트(370)에서 안정적으로 벤딩을 유도할 수 있다.

제1 강화프레임(300)의 벤딩각(390)이 165도 미만일 경우, 벤딩포인트(370)에서 벤딩유도가 잘 이루어질 수 있으나, 제1 강화프레임(300)의 벤딩포인트(370)에서 벤딩유도가 너무 쉬워지면서 제1 강화프레임(300)이 설계상의 하중성능을 발휘하기 전에 벤딩포인트(370)에서 벤딩되면서 하중성능이 저하될 수 있다는 문제점가 발생할 수 있다.

제1 강화프레임(300)에 정상적인 압괴가 발생하지 않고, 앞서 설명한 비교예와 같이 기울어지는 변형이 발생하면서 충분한 하중성능을 발현할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 차량용 사이드실이 다양한 충돌 환경하에서 안정적인 충돌에너지 흡수성능을 발휘하는데 큰 불안요소가 될 수 있다.

벤딩각(390)이 175도를 초과할 경우, 벤딩포인트(370)에서 벤딩유도가 잘 이루어지지 않으면서 정상적인 압괴가 이루어지지 않을 수 있다.

제1 강화프레임(300)에 정상적인 압괴가 발생하지 않고, 앞서 설명한 비교예와 같이 기울어지는 변형이 발생하면서 설계상의 하중성능을 발현할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

이하에서는, 도 9a 내지 도 10c를 참조하면, 제1 비교예의 차량용 사이드실과와 제1 실시예의 차량용 사이드실의 변형 해석 결과를 설명하고자 한다.

도 9a 내지 9c는 제1 비교예의 차량용 사이드실의 변형 해석 결과이다.

도 9a는 제1 비교예의 충돌 초기의 변형 해석 결과이고, 도 9b는 제1 비교예의 충돌 중기의 변형 해석 결과이며, 도 9c는 제1 비교예의 충돌 후기의 변형해석 결과이다.

제1 비교예는 충돌 초기에서 제2 사이드실 프레임(200) 및 제2 강화프레임(400)이 X축 방향으로 압축 변형되는 것을 알 수 있다.

제1 비교예는 충돌 중기 및 충돌 후기에서 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 변형이 X축방향으로 대칭형상으로 압괴되지 않고, 비대칭 형상의 불안정한 압괴변형이 발생하는 것을 알 수 있다.

이는 다양한 충돌 환경하에서 안정적인 충돌에너지 흡수성능을 발휘하는데 큰 불안요소가 될 수 있다는 문제점이 있다.

도 10a 내지 도 10c는 제1 실시예의 차량용 사이드실의 변형 해석 결과이다.

도 10a는 제1 실시예의 충돌 초기의 변형 해석 결과이고, 도 10b는 제1 실시예의 충돌 중기의 변형 해석 결과이며, 도 10c는 제1 실시예의 충돌 후기의 변형해석 결과이다.

제1 실시예는 충돌 초기에서 제2 사이드실 프레임(200) 및 제2 강화프레임(400)이 X축 방향으로 압축 변형되는 것을 알 수 있다.

제1 실시예는 충돌 중기 및 충돌 후기에서 제1 강화프레임(300)와 제2 강화프레임(400)의 변형이 X축방향으로 대칭형상으로 압괴되면서 안정적인 압괴변형이 발생하는 것을 알 수 있다.

제1 강화프레임(300) 및 제2 강화프레임(400)은 변형이 어느 한쪽으로 쏠리는 현상이 없고, X축 방향으로 균일하게 압축되는 것을 알 수 있다.

도 11은 도 1의 제1 비교예의 차량용 사이드실과 도 2의 제1 실시예의 하중-변위 선도이다.

도 1의 제1 비교예의 차량용 사이드실의 하중-변위 값을 제1 값(L1)으로 나타내었고, 도 2의 제1 실시예의 차량용 사이드실의 하중-변위 값을 제2 값(L2)으로 나타내었다.

제1 값(L₁)과 제2 값(L₂)을 참조하면, 도 2의 제1 실시예의 차량용 사이드실이 도 1의 제1 비교예의 차량용 사이드실에 비해 동일 하중에서 변위가 상대적으로 작은 것을 알 수 있다.

제1 값(L1)의 경우 충돌 후기에 해당하는 변위 90mm 이상에서 충격 흡수 능력이 급격하게 저하되는 반면, 제2 값(L2)의 경우 충돌 후기에서도 안정적으로 충격을 흡수하는 것을 알 수 있다.

구체적으로, 제1 비교예의 차량용 사이드실의 내부에너지(ineternal energy)는 47.9 KJ이고, 제1 비교예의 차량용 사이드실의 중량은 18.7 kg 이었고, 제1 실시예의 차량용 사이드실의 내부에너지는 49.3 KJ이고, 제1 실시예의 차량용 사이드실의 중량은 18.9 kg 이었다.

즉, 제1 비교예의 차량용 사이드실은 1kg 당 내부에너지의 비율이 2.56(KJ/kg)이고, 제1 실시예의 차량용 사이드실은 1kg 당 내부에너지의 비율이 2.62(KJ/kg)인바, 제1 실시예가 제1 비교예에 비해 1kg 당 내부에너지의 비율이 커서 하중성능이 보다 우수한 것을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100: 제1 사이드실 프레임 110: 제1 내면
200: 제2 사이드실 프레임 210: 제2 내면
300: 제1 강화프레임 310: 제1 상부플랜지
330: 제1 웨브부재 331: 제1 구간
333: 제2 구간 350: 제1 하부플랜지
370: 벤딩포인트 390: 벤딩각
400: 제2 강화프레임 410: 제2 상부플랜지
430: 제2 웨브부재 450: 제2 하부플랜지
M1: 제1 폐단면 M2: 제2 폐단면
P: 요철부 P1: 돌출면
P2: 내입면 P3: 경사면
Q1: 설치길이 Q2: 단차
R1: 제1 완충공간 R2: 제2 완충공간
S: 중공부 T: 제1 강화프레임의 설치폭
U: 벤딩포인트의 위치

Claims

제1 사이드실 프레임;
상기 제1 사이드실 프레임에 결합되어 상기 제1 사이드실 프레임과 함께 중공부를 형성하는 제2 사이드실 프레임;
상기 중공부에 배치되고, 일측이 상기 제1 사이드실 프레임과 접합되어 제1 폐단면을 형성하는 제1 강화프레임; 및
상기 중공부에 배치되고, 일측이 상기 제1 강화프레임에 접합되어 제2 폐단면을 형성하는 제2 강화프레임;를 포함하고,
상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은,
차량용 사이드실의 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 요철부를 포함하는 차량용 사이드실.
제1항에 있어서,
상기 제1 사이드실 프레임, 상기 제2 사이드실 프레임, 상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임 중 적어도 어느 하나는 강재로 구성된 차량용 사이드실.
제1항에 있어서, 상기 요철부는,
상기 사이드실의 길이방향으로 돌출면과 내입면이 교번적으로 형성되고, 상기 돌출면과 상기 내입면의 사이에 경사면이 형성되고,
상기 돌출면, 상기 내입면 및 상기 경사면은,
각각 상기 사이드실의 길이방향과 교차되는 상기 사이드실의 폭방향-높이방향 단면상에서 연속적으로 형성되는 차량용 사이드실.
제3항에 있어서,
상기 제1 강화프레임의 상기 돌출면은 상기 제2 강화프레임의 상기 돌출면에 겹쳐지고, 상기 제1 강화프레임의 상기 내입면은 상기 제2 강화프레임의 상기 내입면에 겹쳐지는 차량용 사이드실.
제3항에 있어서,
상기 제1 강화프레임의 상기 내입면은 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면에 접합되고,
상기 제1 강화프레임의 상기 돌출면은 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면과 이격되면서 제1 완충공간이 형성되는 차량용 사이드실.
제5항에 있어서,
상기 제1 강화프레임의 내입면은 상기 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이를 가지는 차량용 사이드실.
제3항에 있어서,
상기 제2 강화프레임의 상기 돌출면은 상기 제2 사이드실 프레임의 제2 내면에 접합되고,
상기 제2 강화프레임의 상기 내입면은 상기 제2 사이드실 프레임의 제2 내면과 이격되면서 제2 완충공간이 형성되는 차량용 사이드실.
제7항에 있어서,
상기 제2 강화프레임은 돌출면이 상기 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이를 가지는 차량용 사이드실.
제3항에 있어서, 상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은,
상기 돌출면 및 상기 내입면이 상기 사이드실의 길이방향으로 15 ~ 50 mm의 설치길이를 가지고,
상기 돌출면과 상기 내입면의 사이에는 2 ~ 10 mm의 단차가 형성되는 차량용 사이드실.
제1항에 있어서, 상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은,
상기 제2 사이드실 프레임의 제2 내면에서 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면에 방향으로 갈수록 설치폭이 감소하지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 사이드실.
제1항에 있어서, 상기 제1 강화프레임 및 상기 제2 강화프레임은,
단일의 강판을 다단으로 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 사이드실.
제1항에 있어서, 상기 제1 강화프레임은,
상기 제1 폐단면에서 외측으로 돌출된 형태의 벤딩포인트를 가지는 차량용 사이드실.
제12항에 있어서, 상기 제1 강화프레임은,
상기 벤딩포인트의 위치가 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면에서 상기 제1 강화프레임의 설치폭의 30 ~ 70 % 만큼 거리를 두고 이격된 위치에 형성되는 차량용 사이드실.
제12항에 있어서, 상기 제1 강화프레임은,
상기 벤딩포인트를 경계로 상기 제1 사이드실 프레임의 제1 내면 방향으로 연장 형성되는 제1 구간; 및
상기 벤딩포인트를 경계로 절곡되어 상기 제2 사이드실 프레임의 제2 내면 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 폐단면의 내부에서 상기 제1 구간과 벤딩각을 형성하는 제2 구간;을 포함하는 차량용 사이드실.
제14항에 있어서, 상기 제1 강화프레임은,
상기 벤딩각이 상기 제1 폐단면의 내부에 형성되고, 상기 벤딩각은 165 ~ 175 도의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 사이드실.