KR20230109737A

KR20230109737A - 자동차의 차체 하부 구조

Info

Publication number: KR20230109737A
Application number: KR1020237021030A
Authority: KR
Inventors: 유타카 미카즈키; 요시미츠 야마자키; 야스노리 이토; 아츠시 야마자키
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-07-20
Also published as: CN116568568A; US20240025480A1; JPWO2022118897A1; EP4230508A1; JP7436934B2; EP4230508A4; WO2022118897A1

Abstract

복수의 제1 프레임부와, 제2 프레임부와, 충격 흡수 부재를 구비하고, 제2 프레임부는, 제1 벽부와, 제2 벽부를 갖고, 충격 흡수 부재는, 제1 빔재부와, 제2 빔재부와, 파판부를 갖고, 파판부는, 제1 사재부와, 제2 사재부와, 제1 정상부와, 제2 정상부를 갖고, 파판부가 적어도, 제2 프레임부의 인접하는 2개의 제1 프레임부가 접속되어 있는 영역에 각각 마련된, 자동차의 차체 하부 구조.

Description

자동차의 차체 하부 구조

본 발명은, 자동차의 차체 하부 구조에 관한 것이다.

사이드 실이나 크로스 멤버 등의 구조 부재로 구성되는 자동차의 차체 하부 구조에는, 충돌 시의 충격을 흡수하기 위한 에너지 흡수 성능이 요구된다. 충격 흡수 구조로서, 특허문헌 1에는, 차체 측부와 차대 사이에 지그재그상의 연결 부재가 설치된 구조가 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 전방벽, 후방벽, 만곡한 측벽을 갖는 중공부의 내측에 X자상의 보강용 리브가 마련된 범퍼 스테이가 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2002-087321호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-335241호 공보

에너지 흡수 성능의 평가 방법으로서, 차량을 폴에 충돌시킴으로써 에너지 흡수 성능을 평가하는 폴 측면 충돌 시험이 있다. 폴 측면 충돌 시험에서는, 폴에 대하여 차량의 어느 부분을 충돌시킬지가 미리 규정되어 있다. 이 때문에, 자동차로서 요구되는 에너지 흡수 성능을 담보하는 관점에서는, 폴에 접촉하는 위치에 크로스 멤버를 배치하는 것이 바람직하다.

한편, 실제로 일어나는 자동차의 측면 충돌 시에는, 인접하는 2개의 크로스 멤버의 사이 등, 크로스 멤버가 배치되어 있지 않은 개소에서 충돌이 일어나는 경우도 있다. 그와 같은 측면 충돌 시에는, 차체 하부 구조에는 에너지 흡수 성능뿐만 아니라, 사이드 실 등의 구조 부재의 차내측으로의 진입량을 억제할 것도 요구된다. 특히, 근년의 전기 자동차는 바닥 하부에 배터리를 탑재하는 차체 레이아웃이 채용되고 있기 때문에, 충돌 시의 구조 부재의 차내측으로의 진입량을 저하시키는 것은 배터리의 보호 기능의 한층 더한 향상으로도 이어진다. 또한, 상기와 같은 구조 부재의 차내측으로의 진입에 관한 과제는, 크로스 멤버간에 있어서의 측면 충돌의 경우뿐만 아니라, 예를 들어 프런트 멤버 사이드간의 범퍼 빔에 대한 충돌 시에 있어서도 마찬가지로 발생한다. 따라서, 충돌 방향에 한하지 않고, 충돌 시에는 구조 부재의 차내측으로의 변형을 억제할 수 있는 것이 바람직하다.

그러나, 특허문헌 1에 개시된 구조는, 지그재그상의 연결 부재에 의해 충돌 하중을 사이드 실에 전달하는 구조이지만, 사이드 실의 변형 자체를 억제하는 구조는 아니다. 특허문헌 2의 범퍼 스테이는, 크래쉬 박스로서 기능하는 것이며, 충돌 시에 있어서의 구조 부재의 차내측으로의 변형을 억제하는 구조는 아니다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 충돌 시의 구조 부재의 차내측으로의 진입량을 저하시키는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 본 발명의 일 양태는, 자동차의 차체 하부 구조이며, 간격을 두고 배치된 복수의 제1 프레임부와, 차고 방향으로부터 보아 상기 제1 프레임부의 축 방향이 법선 방향이 되도록 연신되는 중공부를 가진 제2 프레임부와, 상기 제2 프레임부의 중공부 내에 배치된 충격 흡수 부재를 구비하고, 상기 제2 프레임부는, 제1 벽부와, 상기 제1 벽부에 대향하는 제2 벽부를 갖고, 상기 제1 벽부는, 상기 제1 프레임부의 축 방향의 차외측 단부면에 접속되고, 상기 충격 흡수 부재는, 상기 제2 프레임부의 축 방향을 따라서 연신되는 제1 빔재부와, 상기 제1 빔재부에 대향하는 제2 빔재부와, 상기 제1 빔재부와 상기 제2 빔재부 사이에서 해당 제1 빔재부와 해당 제2 빔재부에 접속된 파판부를 갖고, 상기 제1 빔재부는, 상기 제2 프레임부의 상기 제1 벽부에 접속되고, 상기 제2 빔재부는, 상기 제2 프레임부의 상기 제2 벽부에 접속되고, 상기 파판부는, 상기 제2 빔재부로부터 상기 제1 빔재부를 향하는 방향으로 연신되는 제1 사재부와, 상기 제1 빔재부로부터 상기 제2 빔재부를 향하는 방향으로 연신되는 제2 사재부와, 상기 제1 사재부와 상기 제2 사재부의 상기 제1 빔재부측의 접속부인 제1 정상부와, 상기 제1 사재부와 상기 제2 사재부의 상기 제2 빔재부측의 접속부인 제2 정상부를 갖고, 상기 파판부는, 적어도, 상기 제2 프레임부의 인접하는 2개의 상기 제1 프레임부가 접속되어 있는 영역에 각각 마련되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 충돌 시의 구조 부재의 차내측으로의 진입량을 저하시킬 수 있다.

도 1은 자동차의 차체 골격의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 자동차의 차체 하부 구조의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2 중의 A-A 단면을 도시하는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태의 충격 흡수 부재를 도시하는 사시도이다.
도 5는 차고 방향으로부터 본 충격 흡수 부재의 확대도이다.
도 6은 충격 흡수 부재의 배치예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 자동차의 차체 하부 구조의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태의 충격 흡수 부재를 도시하는 사시도이다.
도 9는 파판부의 형상예를 도시하는 도면이다.
도 10은 파판부의 형상예를 도시하는 도면이다.
도 11은 폴 측면 충돌 시뮬레이션(1)의 해석 모델과, 시뮬레이션 후의 사이드 실의 변형 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 폴 측면 충돌 시뮬레이션(2)의 해석 모델과, 시뮬레이션 후의 사이드 실의 변형 상태를 도시하는 도면이다.
도 13은 폴 측면 충돌 시뮬레이션(3)의 결과를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 있어서는, 동일한 번호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1은 자동차의 차체 골격의 일례를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이 자동차의 차체 골격은, 예를 들어 차폭 방향으로 연신되는 크로스 멤버(플로어 크로스 멤버)나 차길이 방향으로 연신되는 사이드 실, 차폭 방향으로 연신되는 범퍼 빔, 차길이 방향으로 연신되는 사이드 멤버 등을 구비하고 있다.

<제1 실시 형태>

도 2는 제1 실시 형태에 관한 차체 하부 구조(1)의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태의 차체 하부 구조(1)는, X 방향으로 연신되는 복수의 제1 프레임부(10)와, Y 방향으로 연신되는 제2 프레임부(20)를 구비하고 있다. 또한, 도 2는 차체 하부 구조(1)를 차고 방향(Z 방향)으로부터 본 도면이기 때문에, "Y 방향으로 연신되는 제2 프레임부(20)"는, 차고 방향으로부터 보아 제1 프레임부(10)의 축 방향(연신 방향)이 법선 방향이 되도록 연신되는 제2 프레임부(20)로 바꿔 말할 수도 있다.

각각의 제1 프레임부(10)는, 제2 프레임부(20)의 축 방향(Y 방향)을 따라서 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 제2 프레임부(20)는, 제1 프레임부(10)의 차외측 단부면에 접속되어 있다. 제1 프레임부(10)와 제2 프레임부(20)는, 서로 직접적으로 접속되어 있어도 되고, 제1 프레임부(10)와 제2 프레임부(20) 사이에 어떠한 부재가 마련됨으로써 간접적으로 접속되어 있어도 된다.

제1 프레임부(10)란, 예를 들어 크로스 멤버나 사이드 멤버 등의 구조 부재이며, 축 방향으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때 에너지 흡수 성능 또는 내충격 성능을 발휘하는 부재이다. 제1 프레임부(10)가 크로스 멤버인 경우, 제2 프레임부(20)는 사이드 실이다. 사이드 실은, 크로스 멤버의 축 방향(X 방향)이 법선 방향이 되도록 연신되고, 크로스 멤버의 차외측 단부면에 접속된다. 이와 같이 제1 프레임부(10)가 크로스 멤버이며, 제2 프레임부(20)가 사이드 실인 경우에는, 본 명세서 및 도면 중의 X 방향은 차폭 방향이며, Y 방향은 차길이 방향이다.

한편, 제1 프레임부(10)가 사이드 멤버인 경우, 제2 프레임부(20)는 범퍼 빔이다. 범퍼 빔은, 사이드 멤버의 축 방향(X 방향)이 법선 방향이 되도록 연신되고, 크래쉬 박스를 통해 사이드 멤버의 차외측 단부면에 접속된다. 이와 같이 제1 프레임부(10)가 사이드 멤버이며, 제2 프레임부(20)가 범퍼 빔인 경우에는, 본 명세서 및 도면 중의 X 방향은 차길이 방향이며, Y 방향은 차폭 방향이다.

또한, 사이드 멤버는, 프론트 사이드 멤버여도 되고, 리어 사이드 멤버여도 된다. 또한, 범퍼 빔은, 프론트 범퍼 빔이어도 되고, 리어 범퍼 빔이어도 된다. 예를 들어 제1 프레임부(10)가 프론트 사이드 멤버인 경우에는, 제2 프레임부(20)는 프론트 범퍼 빔이며, 제1 프레임부(10)가 리어 사이드 멤버인 경우에는, 제2 프레임부(20)는 리어 범퍼 빔이다.

제1 프레임부(10)의 형상 및 재료는, 자동차의 차체 하부 구조(1)의 구조 부재로서 적합한 것이면 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어 제1 프레임부(10)는, 축 방향(X 방향)에 수직인 단면이 폐단면 형상이며, 각통상의 중공부를 갖는 형상이다. 또한, 예를 들어 제1 프레임부(10)의 재료는, 예를 들어 인장 강도가 590㎫ 이상인 강판과 같은 금속 재료, 혹은 알루미늄 합금 부재 또는 마그네슘 합금 부재와 같은 금속 재료 등이 채용될 수 있다. 제1 프레임부(10)의 축 방향의 길이는, 예를 들어 500 내지 1500㎜이며, 제1 프레임부(10)의 판 두께는, 예를 들어 1 내지 5㎜이다. 제1 프레임부(10)의 축 방향에 수직인 단면이 각통상인 경우, 제1 프레임부(10)의 단면 사이즈는, 예를 들어 한 변이 30 내지 200㎜인 정사각형이다.

도 3은 도 2 중의 A-A 단면을 도시하는 도면이며, 제2 프레임부(20)의 축 방향(Y 방향)에 수직인 단면을 도시하고 있다. 제2 프레임부(20)는, 축 방향(Y 방향)으로 연신되는 중공부(21)를 갖고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 중공부(21)는, 이너 부재(22)와 아우터 부재(23)와 같은 2개의 부재가 서로 접합됨으로써 형성되어 있다. 본 실시 형태의 경우, 이너 부재(22)는, 천장판(22a)과 종벽(22b)과 플랜지(22c)를 구비한 해트상 부재이며, 아우터 부재(23)는, 천장판(23a)과 종벽(23b)과 플랜지(23c)를 구비한 해트상 부재이다.

또한, 본 실시 형태의 중공부(21)는, 2개의 해트상 부재로 형성되어 있지만, 예를 들어 2개의 해트상 부재 중 어느 한쪽의 부재가 평판이어도 된다. 또한, 중공부(21)는, 복수의 부재가 접속됨으로써 형성된 것에 한정되지는 않고, 예를 들어 압출 성형에 의해 형성된 것이어도 된다. 또한, 제2 프레임부(20)의 축 방향에 수직인 절단면에 있어서의 중공부(21)의 형상은, 각통상에 한정되지는 않는다.

제2 프레임부(20)의 재료는, 예를 들어 인장 강도가 590㎫ 이상인 강판과 같은 금속 재료, 혹은 알루미늄 합금 부재 또는 마그네슘 합금 부재와 같은 금속 재료 등이 채용될 수 있다. 제2 프레임부(20)의 축 방향(Y 방향)의 길이는, 예를 들어 1000 내지 3000㎜이며, 제2 프레임부(20)의 판 두께는, 예를 들어 1 내지 5㎜이다. 제2 프레임부(20)의 축 방향에 수직인 단면이 각통상인 경우, 제2 프레임부(20)의 단면 사이즈는, 예를 들어 한 변이 50 내지 200㎜인 정사각형이다.

제2 프레임부(20)는, 제1 벽부(20a)와, 제2 벽부(20b)를 구비하고 있다. 제1 벽부(20a)와 제2 벽부(20b)는 대향하고, 제1 벽부(20a)는, 제1 프레임부(10)의 축 방향(X 방향)의 차외측 단부면에 접속되어 있다. 본 실시 형태의 경우, 제1 벽부(20a)는 이너 부재(22)의 천장판(22a)에 상당하고, 제2 벽부(20b)는 아우터 부재(23)의 천장판(23a)에 상당한다.

도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이 차체 하부 구조(1)는, 제2 프레임부(20)의 중공부(21) 내에 충격 흡수 부재(30)를 구비하고 있다. 충격 흡수 부재(30)는, 제1 빔재부(31)와, 제2 빔재부(32)와, 파판부(33)를 구비하고 있다.

제1 빔재부(31)와 제2 빔재부(32)는 대향하고 있고, 제1 빔재부(31)와 제2 빔재부(32)는, 각각 제2 프레임부(20)의 축 방향(Y 방향)을 따라서 연신되어 있다. 제1 빔재부(31)와 제2 빔재부(32)의 연신 방향(Y 방향)의 길이는, 적어도 인접하는 2개의 제1 프레임부(10)의 간격보다도 길고, 제1 빔재부(31)와 제2 빔재부(32)는, 인접하는 2개의 제1 프레임부(10)에 걸치는 길이를 갖고 있다. 본 실시 형태의 제1 빔재부(31)는, 판상으로 형성되어 있고, 제2 프레임부(20)의 제1 벽부(20a)에 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 제2 빔재부(32)는, 판상으로 형성되어 있고, 제2 프레임부(20)의 제2 벽부(20b)에 접속되어 있다.

파판부(33)는, 제1 빔재부(31)와 제2 빔재부(32) 사이를 건너지르도록 하여 제1 빔재부(31)와 제2 빔재부(32)에 접속되어 있다. 본 실시 형태의 파판부(33)는, 제2 프레임부(20)의 축 방향(Y 방향)을 따라서 연속적으로 연신되어 있다. 파판부(33)는, 제1 사재부(34)와, 제2 사재부(35)와, 제1 정상부(36)와, 제2 정상부(37)를 갖고 있다. 제1 사재부(34)는, 제2 빔재부(32)로부터 제1 빔재부(31)를 향하는 방향으로 연신되고, 제2 사재부(35)는, 제1 빔재부(31)로부터 제2 빔재부(32)를 향하는 방향으로 연신되어 있다. 제1 정상부(36)와 제2 정상부(37)는, 각각 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)가 접속되는 부분이며, 제1 정상부(36)는, 제1 빔재부(31) 측의 접속부이며, 제2 정상부(37)는, 제2 빔재부(32) 측의 접속부이다.

본 실시 형태의 제1 정상부(36)와 제2 정상부(37)는, 각각 평판상으로 형성되어 있고, 제1 정상부(36)는 제1 빔재부(31)에 접속되고, 제2 정상부(37)는 제2 빔재부(32)에 접속되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 정상부(36)와 제2 정상부(37)가 각각 복수 존재하고 있고, 제1 정상부(36)와 제2 정상부(37)는, 제2 프레임부(20)의 축 방향에 있어서 교호로 위치하고 있다. 또한, 충돌 시에 있어서 제2 프레임부(20)의 차내측으로의 진입량을 효과적으로 저하시키는 관점에서는, 제1 빔재부(31)에 모든 제1 정상부(36)가 접속되어 있는 것이 바람직하지만, 제1 빔재부(31)에 대한 파판부(33)의 자세를 고정할 수 있으면, 모든 제1 정상부(36)가 제1 빔재부(31)에 접속되어 있지 않아도 된다. 예를 들어 몇 개의 제1 정상부(36)는, 제1 빔재부(31)에 접속되지 않고 단순히 접촉하고 있거나, 또는 제1 빔재부(31)에 대하여 근접하고 있을 뿐이어도 있다. 마찬가지의 이유로, 제2 빔재부(32)에 모든 제2 정상부(37)가 접속되어 있지 않아도 된다.

제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)가 이루는 각 θ(도 5)는 임의로 설정되지만, 후술하는 실시예에서 나타내는 바와 같이 제2 프레임부(20)의 차내측으로의 진입량을 효과적으로 억제하는 관점에서는, 제2 프레임부(20)의 제1 프레임부(10)가 접속된 영역에 파판부(33)가 마련되는 경우의 각 θ는, 70도 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60도 이하이다. 또한, 인접하는 제1 프레임부(10) 사이에 파판부(33)가 마련되는 경우의 각 θ는, 40 내지 80도인 것이 바람직하다. 이 경우의 각 θ는, 50도 이상인 것이 바람직하고, 70도 이하인 것이 바람직하다.

제1 빔재부(31), 제2 빔재부(32) 및 파판부(33)의 재료는, 예를 들어 인장 강도가 590㎫ 이상인 강판과 같은 금속 재료, 혹은 알루미늄 합금 부재 또는 마그네슘 합금 부재와 같은 금속 재료 등이 채용될 수 있다. 또한, 제1 빔재부(31), 제2 빔재부(32) 및 파판부(33)의 판 두께는, 예를 들어 1 내지 10㎜이다.

또한, 충격 흡수 부재(30)의 제1 빔재부(31)와 제2 프레임부(20)의 제1 벽부(20a)의 접속 수단, 충격 흡수 부재(30)의 제2 빔재부(32)와 제2 프레임부(20)의 제2 벽부(20b)의 접속 수단, 충격 흡수 부재(30)의 파판부(33)와 제1 빔재부(31)의 접속 수단, 및 파판부(33)와 제2 빔재부(32)의 접속 수단 등은 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어 리벳 체결 등의 기계적 결합 수단, 아크 용접이나 스폿 용접 등의 접합 수단이 채용될 수 있다. 또한, 제1 정상부(36)와 제2 정상부(37)의 형상은 본 실시 형태와 같은 평판상에 한정되지는 않고, 채용되는 접속 수단에 따라서 적절히 변경된다.

본 실시 형태의 충격 흡수 부재(30)는, 제1 빔재부(31)와 제2 빔재부(32)와 파판부(33)가 각각 별개의 부재로 구성되어 있지만, 예를 들어 압출 성형에 의해 일체 성형되어 있어도 된다. 또한, 제1 빔재부(31), 제2 빔재부(32) 및 파판부(33)의 차고 방향 길이는, 요구되는 에너지 흡수 성능이나 중량 제한에 따라서 적절히 변경된다.

또한, 제2 프레임부(20)에 대한 차고 방향(Z 방향)에 있어서의 충격 흡수 부재(30)의 접속 위치(충격 흡수 부재(30)가 배치되는 높이)는, 제2 프레임부(20)에 있어서의 제1 프레임부(10)가 접속된 영역 내에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 3에 있어서는, 충격 흡수 부재(30)가 제2 프레임부(20)의 차고 방향 중앙부에 배치되어 있지만, 도 6과 같이 제1 프레임부(10)가 제2 프레임부(20)의 상단부 근방에 배치되는 경우에는, 충격 흡수 부재(30)도 제2 프레임부(20)의 상단부 근방에 배치되는 것이 바람직하다.

본 실시 형태의 차체 하부 구조(1)는 이상과 같이 구성되어 있다. 본 실시 형태와 같은 차체 하부 구조(1)에 있어서는, 제2 프레임부(20)의, 인접하는 2개의 제1 프레임부(10) 사이의 영역에 X 방향으로부터의 충돌 하중이 입력되었을 때, 충격 흡수 부재(30)가 마련되어 있음으로써 충돌 개소 이외의 영역에 충돌 하중을 분산시키기 쉽게 할 수 있다.

상세하게 설명하면, 충격 흡수 부재(30)는, Y 방향으로 연신되는 제2 빔재부(32)가 마련되어 있기 때문에, X 방향으로부터 제2 프레임부(20)에 입력된 충돌 하중은, 제2 빔재부(32)가 변형되는 과정에서 Y 방향으로도 전파되고, 충돌 개소 이외의 영역에 있는 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)에도 전달된다. 또한, 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)가 서로 각도를 갖도록 경사져서 배치되어 있기 때문에, 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)에 전달된 충돌 하중은, 다시 Y 방향으로 전파된다. 또한, 제1 사재부(34) 또는 제2 사재부(35)로부터 제1 빔재부(31)에 전달된 충돌 하중은, 제2 빔재부(32)와 마찬가지로 제1 빔재부(31)가 변형되는 과정에서 다시 Y 방향으로 전파된다.

본 실시 형태의 차체 하부 구조(1)가 갖는 충격 흡수 부재(30)에 의하면, 충돌 시에 상기와 같이 충돌 하중이 분산되기 때문에, 충돌 개소 이외의 영역에 있는 재료 부분도 이용하여 충돌 하중에 견딜 수 있다. 그 결과, 충돌 시에 있어서의 제2 프레임부(20)의 차내측으로의 진입량을 저하시킬 수 있다.

<제2 실시 형태>

도 7은 제2 실시 형태에 관한 차체 하부 구조(1)의 개략 구성을 도시하는 도면이며, 도 8은 제2 실시 형태의 충격 흡수 부재(30)의 사시도이다. 본 실시 형태의 충격 흡수 부재(30)에서는, 충격 흡수 부재(30)의 연신 방향(Y 방향)에 있어서 파판부(33)가 마련되어 있지 않은 영역이 존재한다.

환언하면, 충격 흡수 부재(30)는, 복수의 파판부(33a, 33b)를 구비하고 있고, 각각의 파판부(33a, 33b)는, 충격 흡수 부재(30)의 연신 방향을 따라서 간격을 두고 배치되어 있다. 각각의 파판부(33a, 33b)는, 제2 프레임부(20)의 제1 프레임부(10)가 접속되어 있는 영역 R에 마련되어 있고, 파판부(33)가 마련되어 있지 않은 영역은, 인접하는 2개의 제1 프레임부(10b)와 제1 프레임부(10c) 사이에 위치하고 있다.

본 실시 형태와 같은 차체 하부 구조(1)에 있어서는, 제2 프레임부(20)의 인접하는 2개의 제1 프레임부(10b, 10c) 사이의 영역에 충돌 하중이 입력되면, 충돌 하중은 제2 빔재부(32)로 연결되어 있는 인접하는 2개의 파판부(33)에 전달되고, 그것들의 파판부(33a, 33b)에서 충돌 하중을 받을 수 있다. 한편, 파판부(33)가 마련되어 있지 않은 영역에 있어서는, 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)가 존재하지 않기 때문에, 제1 실시 형태의 경우와 비교하여 제2 빔재부(32)가 차내측으로 변형되기 쉬워진다.

파판부(33)가 마련되어 있지 않은 영역에서는, 제2 빔재부(32)로부터 제1 빔재부(31)에 전달시키는 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)가 존재하지 않기 때문에, 제2 빔재부(32)가 제1 빔재부(31)에 접촉할 때까지는, 제1 빔재부(31)에 대한 차내측으로의 변형이 발생하기 어렵다. 또한, 당해 영역에 있어서는 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)에 충돌 하중이 전달되지 않는 만큼, 충격 흡수 부재(30)의 Y 방향의 보다 넓은 영역에 충돌 하중이 전파된다.

이 때문에, 제1 실시 형태의 경우와 비교하여 충격 흡수 부재(30)의 Y 방향의 보다 넓은 영역에서 충돌 하중을 받아낼 수 있다. 그리고, 제1 빔재부(31)와 제2 빔재부(32)에 의해 연결된 인접하는 2개의 파판부(33a, 33b)에 의해, 그 충돌 하중에 견딜 수 있다. 이에 의해, 충격 흡수 부재(30)에 있어서 파판부(33)가 마련되어 있지 않은 영역이 존재한다고 해도, 제2 빔재부(32)가 제1 빔재부(31)에 접촉할 때까지의 동안에 충분히 충격을 흡수할 수 있고, 결과적으로 제2 프레임부(20)의 차내측으로의 진입량을 저하시킬 수 있다.

상기와 같은 제2 프레임부(20)의 차내측으로의 진입량을 효과적으로 저하시키기 위해서는, 파판부(33)의 제1 정상부(36)가 제2 프레임부(20)의 축 방향(Y 방향)에 있어서 인접하는 2개의 제1 프레임부(10) 사이의 영역에 위치하고 있지 않는 것이 바람직하다. 그 이유는 이하와 같다.

제2 프레임부(20)의 제2 벽부(20b)에 충돌 하중이 입력되면, 충돌 하중이 제1 정상부(36)에 전파되기 때문에, 제1 정상부(36)가 존재하는 개소에서는 제1 벽부(20a)가 차내측으로 변형되기 쉬워진다. 전술한 제1 실시 형태와 같이 파판부(33)가 제2 프레임부(20)의 축 방향으로 연속적으로 마련되어 있는 경우에는, 각각의 제1 정상부(36)가 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)를 통해 서로 연결되어 있기 때문에, 충돌 하중이 각각의 제1 정상부(36)에 분산되기 쉽다. 이 때문에, 제1 정상부(36)가 존재하는 개소라도, 제1 벽부(20a)의 변형을 억제할 수 있다.

한편, 파판부(33)가 제2 프레임부(20)의 축 방향으로 연속적으로 마련되어 있지 않은 경우, 예를 들어 제1 정상부(36)가 2개의 제1 프레임부(10) 사이의 영역에 위치하고 있으면, 충돌 개소에 가장 가까운 제1 정상부(36)에 충돌 하중이 집중되기 쉬워, 당해 개소에 있어서 제1 벽부(20a)가 차내측으로 변형되기 쉬워진다. 이에 반해, 제2 실시 형태와 같이 2개의 제1 프레임부(10) 사이에 제1 정상부(36)가 위치하지 않도록 파판부(33)가 배치되어 있으면, 제1 정상부(36)가 존재하는 개소에 있어서의 제1 벽부(20a)의 차내측으로의 변형이 제1 프레임부(10)에 의해 억제된다. 이에 의해, 제1 벽부(20a) 전체로서의 차내측으로의 변형도 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파판부(33)가 마련되어 있지 않은 영역이, 도 7에 도시한 제1 프레임부(10b)와 제1 프레임부(10c) 사이에 위치하고 있지만, 제1 프레임부(10a)와 제1 프레임부(10b) 사이에 위치하고 있어도 되고, 모든 제1 프레임부(10a 내지 10c) 사이에 각각 위치하고 있어도 된다. 어느 경우라도, 인접하는 2개의 제1 프레임부(10) 사이의 영역에 파판부(33)의 제1 정상부(36)가 위치하고 있지 않는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서 설명한 바와 같이 충격 흡수 부재(30)의 파판부(33)는, 인접하는 2개의 제1 프레임부(10) 사이에 마련되어 있지 않아도 제2 프레임부(20)의 차내측으로의 진입량을 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 파판부(33)는, 적어도, 제2 프레임부(20)의 인접하는 2개의 제1 프레임부(10)가 접속되어 있는 영역 R에 마련되어 있으면 된다. 예를 들어 파판부(33)는, 도 9와 같이 마련되어 있어도 된다. 도 9의 예에서는, 하나의 파판부(33)에 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)가 하나씩 마련되어 있고, 제1 정상부(36)와 제2 정상부(37)는 합계로 3개소 있다.

또한 예를 들어 파판부(33)는, 도 10과 같이 마련되어 있어도 된다. 도 10의 예에서는, 하나의 파판부(33)에 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)가 2개씩 마련되어 있고, 제1 정상부(36)와 제2 정상부(37)는 합계로 5개소 있다. 에너지 흡수 성능을 효과적으로 향상시키는 관점에 있어서는, 도 10과 같이 각각의 파판부(33)에 제1 사재부(34)와 제2 사재부(35)가 복수 마련되고, 제1 정상부(36)와 제2 정상부(37)가 합계로 5개소 이상 있는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명의 실시 형태의 일례에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지는 않는다. 당업자라면 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

예를 들어 상기 실시 형태에서는, 제2 프레임부(20)의 축 방향(Y 방향)으로 연신되는 충격 흡수 부재(30)의 파판부(33)가 1열만 마련되어 있지만, Y 방향으로 연신되는 충격 흡수 부재(30)는, 제1 프레임부(10)의 축 방향(X 방향)을 따라서 배열되도록 하여 복수 열 평행하게 배치되어 있어도 된다.

실시예

<시뮬레이션(1)>

도 11에 도시한 구조 1과 구조 2의 차체 하부 구조의 해석 모델을 사용하여 폴 측면 충돌 시뮬레이션을 실시하였다. 본 실시예에서는 제1 프레임부가 크로스 멤버이며, 제2 프레임부가 사이드 실이다. 구조 1은, 파판부가 충격 흡수 부재의 연신 방향의 전역에 걸쳐 마련된 모델이다. 구조 2는, 파판부가 크로스 멤버간에 마련되어 있지 않은 모델이다. 또한, 구조 2는, 파판부가 마련되어 있는 영역이 다른 것을 제외하고 구조 1과 동일한 모델이다.

본 시뮬레이션에 있어서는, 사이드 실의 차외측 벽부에 대하여 일정 속도로 폴을 진입시켜, 이때의 각 구조의 변형 상태나 사이드 실의 차내측 벽부의 진입량을 평가하였다. 구조 1의 시뮬레이션에서는, 크로스 멤버가 접속된 위치와, 크로스 멤버간의 위치의 각각의 위치에서 폴을 충돌시킨 경우의 시뮬레이션을 실시하고 있다. 구조 2의 시뮬레이션에서는, 크로스 멤버간의 위치에서 폴을 충돌시킨 경우의 시뮬레이션을 실시하고 있다.

본 시뮬레이션은, 빔재부(제1 빔재부와 제2 빔재부)의 판 두께 및 파판부의 판 두께를 변화시킨 복수의 모델을 사용하여 실시되고 있다. 충격 흡수 부재의 재료나 판 두께 등의 조건은 하기 표 1 대로이다. 본 시뮬레이션에서는 제1 사재부와 제2 사재부가 이루는 각 θ(도 5)는 60도로 설정되어 있다. 또한, 크로스 멤버와 사이드 실의 재료는, 충격 흡수 부재와 마찬가지로 인장 강도가 980㎫급인 강판이 상정되어 있다. 표 1에는 시뮬레이션 결과로서, 사이드 실의 차내측 벽부의 진입량(차내측으로의 변형이 가장 큰 개소의 변형량)도 나타내고 있다.

표 1의 결과가 나타내는 바와 같이, 크로스 멤버간에 파판부가 마련되어 있지 않은 구조 2의 모델쪽이, 충격 흡수 부재의 연신 방향 전역에 걸쳐 파판부가 마련되어 있는 구조 1보다도 사이드 실의 차내측으로의 진입량이 저하되어 있었다. 도 11에 도시한 구조 1과 구조 2의 변형 상태를 보아도, 구조 2쪽이 사이드 실의 축 방향에 있어서의 변형 영역이 넓게 되어 있음을 알 수 있다. 또한, 본 시뮬레이션에 있어서는, 구조 2의 모델은 구조 1의 모델에 대하여 약 10 내지 20％ 중량이 저하되어 있다. 따라서, 본 시뮬레이션의 결과가 나타내는 바와 같이, 크로스 멤버간에 파판부가 마련되어 있지 않은 구조는, 사이드 실의 차내측으로의 진입량을 저하시킬 수 있음과 함께 충격 흡수 부재의 경량화도 도모할 수 있다.

<시뮬레이션(2)>

도 12에 도시한 바와 같이, 시뮬레이션(1)의 구조 2의 파판부의 간격 D를 변화시킨 구조 3 내지 5에서 폴 측면 충돌 시뮬레이션을 실시하였다. 또한, 도 12에 도시한 구조 1과 구조 2는 시뮬레이션(1)과 마찬가지의 구조이다. 간격 D는, 구조 3이 가장 좁고, 구조 3, 구조 4, 구조 5, 구조 2의 순으로 점차 넓게 되어 있다. 구조 2 내지 5 중, 구조 2는 파판부의 제1 정상부(36)가 인접하는 2개의 크로스 멤버간에 위치하고 있지 않는 모델이며, 구조 3 내지 5는, 2개의 파판부 중 적어도 한쪽의 파판부의 제1 정상부(36)가 2개의 크로스 멤버간에 위치하고 있는 모델이다. 구조 1 내지 5는 파판부의 간격 D가 다른 것을 제외하고 동일한 조건에서 시뮬레이션이 실시되고 있다.

도 12에 도시한 구조 3 내지 구조 5의 충돌 후의 변형 상태에 주목하면, 파판부의 제1 정상부(36)가 크로스 멤버간에 위치하고 있는 개소의 변형량이 크고, 구조 1에 대하여 사이드 실의 진입량이 약간 크게 되어 있다. 한편, 파판부의 제1 정상부(36)가 사이드 실의, 크로스 멤버가 접속되어 있는 영역에 위치하고 있는 구조 2에 있어서는, 사이드 실의 변형이 억제되어 있고, 다른 구조에 대하여 사이드 실의 진입량이 크게 저하되어 있다. 본 시뮬레이션의 결과에 의하면, 크로스 멤버간에 파판부가 마련되어 있지 않은 경우에는, 파판부의 제1 정상부(36)가 크로스 멤버간에 위치하고 있지 않는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

<시뮬레이션(3)>

제1 사재부와 제2 사재부가 이루는 각 θ(도 5)를 변화시킨 모델을 사용하여 폴 측면 충돌 시뮬레이션을 실시하였다. 본 시뮬레이션에서는 각 θ가 30도인 모델과, 60도인 모델과, 90도인 모델을 사용하고 있다. 또한, 각 θ가 60도인 모델은 구조 1과 동일한 모델이다. 각 θ가 30도와 60도인 모델은, 각도가 다른 것을 제외하고 구조 1과 동일한 모델이다.

도 13은 본 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면이다. 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 사이드 실과 크로스 멤버의 접속 위치에 파판부가 마련된 모델에서는, 각 θ가 작을수록 사이드 실의 진입량이 억제되었다. 본 시뮬레이션의 결과에 의하면, 사이드 실과 크로스 멤버의 접속 위치에 파판부가 마련되는 경우의 각 θ는, 70도 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60도 이하이다. 또한, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이 크로스 멤버간에 파판부가 마련된 모델에서는, 각 θ가 60도에 가까울수록 사이드 실의 진입량이 억제되었다. 본 시뮬레이션의 결과에 의하면, 크로스 멤버간에 파판부가 마련되는 경우의 각 θ는 40 내지 80도인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 50도 이상 또한 보다 바람직하게는 70도 이하이다.

본 발명은, 자동차의 차체 하부 구조에 적용할 수 있다.

1: 차체 하부 구조
10: 제1 프레임부
20: 제2 프레임부
20a: 제1 벽부
20b: 제2 벽부
21: 중공부
22: 이너 부재
22a: 천장판
22b: 종벽
22c: 플랜지
23: 아우터 부재
23a: 천장판
23b: 종벽
23c: 플랜지
30: 충격 흡수 부재
31: 제1 빔재부
32: 제2 빔재부
33: 파판부
34: 제1 사재부
35: 제2 사재부
36: 제1 정상부
37: 제2 정상부
D: 인접하는 2개의 파판부의 간격
R: 제2 프레임부의 제1 프레임이 접속되어 있는 영역
θ: 제1 사재부와 제2 사재부가 이루는 각

Claims

간격을 두고 배치된 복수의 제1 프레임부와,
차고 방향으로부터 보아 상기 제1 프레임부의 축 방향이 법선 방향이 되도록 연신되는 중공부를 가진 제2 프레임부와,
상기 제2 프레임부의 중공부 내에 배치된 충격 흡수 부재를 구비하고,
상기 제2 프레임부는, 제1 벽부와, 상기 제1 벽부에 대향하는 제2 벽부를 갖고,
상기 제1 벽부는, 상기 제1 프레임부의 축 방향의 차외측 단부면에 접속되고,
상기 충격 흡수 부재는,
상기 제2 프레임부의 축 방향을 따라서 연신되는 제1 빔재부와,
상기 제1 빔재부에 대향하는 제2 빔재부와,
상기 제1 빔재부와 상기 제2 빔재부 사이에서 해당 제1 빔재부와 해당 제2 빔재부에 접속된 파판부를 갖고,
상기 제1 빔재부는, 상기 제2 프레임부의 상기 제1 벽부에 접속되고,
상기 제2 빔재부는, 상기 제2 프레임부의 상기 제2 벽부에 접속되고,
상기 파판부는,
상기 제2 빔재부로부터 상기 제1 빔재부를 향하는 방향으로 연신되는 제1 사재부와,
상기 제1 빔재부로부터 상기 제2 빔재부를 향하는 방향으로 연신되는 제2 사재부와,
상기 제1 사재부와 상기 제2 사재부의 상기 제1 빔재부측의 접속부인 제1 정상부와,
상기 제1 사재부와 상기 제2 사재부의 상기 제2 빔재부측의 접속부인 제2 정상부를 갖고,
상기 파판부는, 적어도, 상기 제2 프레임부의 인접하는 2개의 상기 제1 프레임부가 접속되어 있는 영역에 각각 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 하부 구조.
제1항에 있어서,
상기 충격 흡수 부재는, 상기 파판부를 복수 갖고,
각각의 상기 파판부는, 상기 충격 흡수 부재의 연신 방향을 따라서 간격을 두고 배치되고,
상기 파판부의 상기 제1 정상부는, 인접하는 2개의 상기 제1 프레임부 사이의 영역에 위치하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 하부 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 정상부와 상기 제2 정상부가 합계로 5개소 이상 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 하부 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 프레임부는, 사이드 실인 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 하부 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 프레임부는, 범퍼 빔인 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 하부 구조.