WO2022108032A1 - 차량용 프런트 사이드 멤버 - Google Patents

차량용 프런트 사이드 멤버 Download PDF

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WO2022108032A1
WO2022108032A1 PCT/KR2021/008566 KR2021008566W WO2022108032A1 WO 2022108032 A1 WO2022108032 A1 WO 2022108032A1 KR 2021008566 W KR2021008566 W KR 2021008566W WO 2022108032 A1 WO2022108032 A1 WO 2022108032A1
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WO
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bead
front side
side member
wall
vehicle body
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PCT/KR2021/008566
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French (fr)
Inventor
김재현
이홍우
석동윤
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주식회사 포스코
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    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/01—Reducing damages in case of crash, e.g. by improving battery protection

Definitions

  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2 .
  • manufacturing cost can be reduced due to reduction of welding man-hours during parts production, and at the same time, material cost can be dramatically reduced compared to aluminum through the use of steel.
  • the second angle b of the first inclined surface 113 of the outer bead 110 and the third inclined surface 123 of the inner bead 120 has a range of approximately 0 to 3 degrees.
  • the 2nd angle b becomes substantially 0 degree
  • the first inclined surface of the outer bead and the third inclined surface of the inner bead can be arranged parallel or almost parallel to the longitudinal axis O of the vehicle body.
  • the front side member 10 for a vehicle will be mainly described for the convenience of description and illustration, wherein the tubular member is formed by bonding two or more plate materials. Even when the tubular member is formed of a single plate, the same configuration and coupling relationship may be applied.
  • the tubular member may include a side outer panel 13 and a side inner panel 14 .
  • Flanges F formed by bending each of upper and lower ends of the side outer panel and the side inner panel may be provided.
  • the inner rear 16 may extend from the rear end of the side inner panel 14 .
  • the inner part may be bent to have an open cross-section or may have a curved cross-sectional shape.
  • the front side member 10 for a vehicle collides through the adjustment of the material of the plate material constituting the outer rear 15 and the inner rear 16 and the strength of the material. performance can be ensured. For example, by employing ultra-high-strength steel of 980 MPa or more, an optimal combination for rigidity and weight reduction of the front side member can be achieved.
  • front side members P1, P2, I
  • front side members were commonly formed by welding a side outer panel and a side inner panel made of 980 DP steel by welding.
  • the second front side member P2 of the prior art and the front side member I of the present invention are disposed to be inclined at an angle of 6.3 degrees with respect to the longitudinal axis of the vehicle body.
  • the second angle b of the first inclined surface 113 of the outer bead 110 and the third inclined surface 123 of the inner bead 120 is 2 degrees.
  • 20 and 21 are graphs showing a deformation form through analysis of a vehicle front side member according to the prior art and the present invention during a small overlap collision.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 전방의 충돌 하중을 효과적으로 지지할 수 있고, 차체의 강성을 향상시킬 수 있는 차량용 프런트 사이드 멤버에 관한 것으로, 차량용 프런트 사이드 멤버는 외측벽; 상기 외측벽에 대향하여 위치된 내측벽; 상기 외측벽에서 차체의 길이방향을 따라 형성되고 제1 홈면을 갖춘 외측 비드; 및 상기 내측벽에서 차체의 길이방향을 따라 형성되고 제2 홈면을 갖춘 내측 비드를 포함하고, 상기 외측 비드는 상기 외측벽과 상기 제1 홈면 사이의 거리인 비드 깊이가 차체의 길이방향을 따라 변경되는 영역을 포함하고, 상기 내측 비드는 상기 내측벽과 상기 제2 홈면 사이의 거리인 비드 깊이가 차체의 길이방향을 따라 변경되는 영역을 포함할 수 있다.

Description

차량용 프런트 사이드 멤버
본 발명은 차체의 전방 구조를 구성하는 차량용 프런트 사이드 멤버에 관한 것이다.
일반적으로 차체의 전방 구조에서 프런트 사이드 멤버는 차체의 길이방향 축선에 대해 평행하게 배치된다.
이 경우에, 예를 들어 스몰 오버랩(small overlap) 충돌(시속 64km의 속도로 차량의 전체 폭의 운전석 혹은 조수석 쪽 25%만 장애물에 충돌)시 프런트 사이드 멤버는 충돌 에너지의 흡수 효과를 발휘할 수 없다.
이에 따라, 프런트 사이드 멤버의 충격 흡수능을 향상시키는 것이 요구된다.
관련된 선행 기술로는 대한민국 등록특허공보 2129696 B1에 개시된 발명이 있다.
본 발명은 전방의 충돌 하중을 효과적으로 지지할 수 있고, 차체의 강성을 향상시킬 수 있는 차량용 프런트 사이드 멤버를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버는, 외측벽; 상기 외측벽에 대향하여 위치된 내측벽; 상기 외측벽에서 차체의 길이방향을 따라 형성되고 제1 홈면을 갖춘 외측 비드; 및 상기 내측벽에서 차체의 길이방향을 따라 형성되고 제2 홈면을 갖춘 내측 비드를 포함하고, 상기 외측 비드는 상기 외측벽과 상기 제1 홈면 사이의 거리인 비드 깊이가 차체의 길이방향을 따라 변경되는 영역을 포함하고, 상기 내측 비드는 상기 내측벽과 상기 제2 홈면 사이의 거리인 비드 깊이가 차체의 길이방향을 따라 변경되는 영역을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 정면 전체 충돌에서 프런트 사이드 멤버의 변형 거동이 우수하게 되어 충돌 에너지의 흡수가 효과적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스몰 오버랩 충돌에서 차량의 폭방향 거동을 최대한 이끌어내어 차체의 충돌 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버가 적용된 차체의 전방 구조를 도시한 저면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 쌍을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 5는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 6은 도 2의 C-C선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 단면도로서, 도 5에 대응하는 부위의 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 단면도로서, 도 6에 대응하는 부위의 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 쌍을 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 평면도이다.
도 13은 도 10의 D-D선 단면도이다.
도 14는 도 10의 E-E선 단면도이다.
도 15는 도 10의 F-F선 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 단면도로서, 도 13에 대응하는 부위의 도면이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 단면도로서, 도 13에 대응하는 부위의 도면이다.
도 18 및 도 19는 정면 전체 충돌시 종래기술과 본 발명에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 해석을 통한 변형 형태를 나타낸 그래프들이다.
도 20 및 도 21은 스몰 오버랩 충돌시 종래기술과 본 발명에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 해석을 통한 변형 형태를 나타낸 그래프들이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
아래의 설명에서 방향과 관련되어 사용된 용어 "전방", "프런트(front)", "후방", "리어(rear)", "위", "아래", "좌우", "인너(inner)", "아우터(outer)", "내측", "외측" 등은 차량 또는 차체를 기준으로 정의한 것이다.
차량용 프런트 사이드 멤버는 프런트 사이드 멤버 인너 패널과 프런트 사이드 멤버 아우터 패널로 구성된다. 본 명세서에서는 설명의 편의상, 프런트 사이드 멤버 아우터 패널을 사이드 아우터 패널로 칭하고, 프런트 사이드 멤버 인너 패널을 사이드 인너 패널로 칭한다.
본 명세서에서, 차량은 사람 또는 동물, 물건 등과 같은 피운송체를 출발지에서 목적지로 이동시키는 다양한 장치를 의미한다. 이러한 차량은 도로 또는 선로를 주행하는 차량에만 국한되지 않는다.
또한, 도로 또는 선로를 주행하는 차량은 적어도 하나의 차륜의 회전에 따라 소정의 방향으로 이동할 수 있으며, 예를 들어 삼륜 또는 사륜 자동차, 건설기계, 이륜 자동차, 원동기 장치, 선로를 주행하는 열차 등을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 차량용 프런트 사이드 멤버가 적용된 차체의 전방 구조를 도시한 저면도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 쌍을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 평면도이다.
차량의 골격 구조는, 차체의 길이방향(X)으로 연장하고 차체의 측면을 구성하는 2개의 사이드 멤버(1)와, 차체의 폭방향(Y)으로 연장하고 양측 사이드 멤버에 결합되는 크로스 멤버(2)로 구성될 수 있다.
크로스 멤버(2)는 차체의 전방 끝에서 후방 끝에 이르기까지 복수개가 서로 간격을 두고 사이드 멤버(1)에 결합될 수 있다. 사이드 멤버는 크로스 멤버가 결합된 위치 또는 플로어 패널의 위치에 따라 프런트 사이드 멤버(10), 리어 사이드 멤버 등으로 불릴 수 있다. 한편, 차량의 측면에는 측면 충돌시 승객 공간을 보호하고 측면의 외형을 이루는 사이드 실(30)이 구비될 수 있다.
예를 들어 전기차의 경우에는, 차체에 배터리(미도시)를 장착할 수 있으며, 이를 위해 배터리가 장착되는 배터리 공간(40)이 마련될 수 있다. 배터리 공간(40)의 위에는, 승객이 탑승하는 승객 공간을 구획하는 플로어 패널(미도시)이 설치될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 쌍으로 구비되어, 차체의 길이방향(X)을 따라 연장되면서, 차체의 폭방향(Y)인 좌우 양측에 각각 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 프런트 사이드 멤버(10)는 차체의 길이방향(X)으로 연장한 축선(O)에 대해 평행하지 않고 사선으로 각도를 이루도록 경사지게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 2개의 프런트 사이드 멤버(10)는 후방으로 갈수록 서로 가까워지도록 배치될 수 있다.
프런트 사이드 멤버(10)의 경사진 배치는, 범퍼 비임(50)의 양단이 후방을 향해 곡률을 갖고 있어 프런트 사이드 멤버에 가해지는 충돌 하중이 사선으로 들어오기 때문이며, 이와 같이 충돌 하중의 방향과 거의 평행하게 프런트 사이드 멤버의 각도를 설정함으로써, 충돌 하중을 가능한 최대로 전달 받을 수 있다.
또한, 프런트 사이드 멤버(10)는, 범퍼 비임(50)에 연결되는 일단, 즉 전방 단부의 중심점이 전체 차폭(W)의 외측으로부터 내측으로 20% 이상 ~ 30% 미만 사이의 위치에 놓이도록, 범퍼 비임에 연결될 수 있다.
예를 들어, 전체 차폭(W)의 외측으로부터 내측으로 25%에 해당하는 위치에서 프런트 사이드 멤버(10)가 범퍼 비임(50)에 연결되면, 스몰 오버랩 충돌시에 프런트 사이드 멤버가 충돌 하중에 저항하는 역할을 수행할 수 있다.
프런트 사이드 멤버(10)는, 범퍼 비임(50)으로부터 프런트 사이드 멤버로 들어오는 충돌 하중을 프런트 크로스 멤버(20) 등을 거쳐 효과적으로 차체에 전달할 수 있다.
또한, 스몰 오버랩 충돌에서 프런트 사이드 멤버(10)는 차량의 폭방향 거동을 이끌어 내는 등의 역할을 수행할 수 있다.
반면에, 경사지게 배치된 프런트 사이드 멤버(10)는 40% 오프셋 충돌이나 정면 전체 충돌에서 평행하게 배치된 프런트 사이드 멤버 대비 충돌 성능이 약화될 수 있다. 그 이유는, 40% 오프셋 충돌이나 정면 전체 충돌의 조건에서는 경사지게 배치된 프런트 사이드 멤버가 충돌 에너지를 최대한 흡수하도록 변형되지 못하고 단순히 좌굴 변형되기 때문이다.
이하에서는 편의상 2개의 프런트 사이드 멤버(10) 중 하나에 대해서만 설명된다. 2개의 프런트 사이드 멤버 중 다른 하나는, 설명되는 프런트 사이드 멤버의 구성을 대칭되게 포함하고 대칭되게 배치될 수 있음을 밝혀둔다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 외측벽(11), 내측벽(12), 외측 비드(110) 및 내측 비드(120)를 포함할 수 있다.
외측벽(11)과 내측벽(12)은 프런트 사이드 멤버(10)를 구성하며, 차체의 길이방향(X)을 따라 선형으로, 바람직하게는 직선상으로 연장할 수 있다. 외측벽과 내측벽의 일단, 즉 전방 단부는 범퍼 비임(50)과 연결될 수 있으며, 타단, 즉 후방 단부는 차체의 폭방향(Y)으로 연장한 차체의 프런트 크로스 멤버(20)의 앞면 또는 대쉬 패널(21)의 앞면 등에 연결될 수 있다.
외측벽(11)과 내측벽(12)은 예컨대 사각형 등과 같은 다각형의 단면 형상을 가진 관형상 부재를 구성할 수 있다. 관형상 부재의 단면 형상은 반드시 이에 한정되지 않는다. 또한, 관형상 부재는 단일 판재로 형성되거나, 2개 이상의 판재를 접합하여 형성될 수 있다.
관형상 부재가 2개 이상의 판재를 접합하여 형성된 경우에, 관형상 부재는 사이드 아우터 패널(13)과 사이드 인너 패널(14)을 포함할 수 있다. 사이드 아우터 패널과 사이드 인너 패널의 상부 및 하부의 단부에는 각각 절곡되어 형성된 플랜지(F)가 마련될 수 있다.
사이드 아우터 패널(13)의 일측에 사이드 인너 패널(14)이 용접되어 결합함으로써, 폐단면을 가진 관형상 부재가 만들어질 수 있다. 사이드 아우터 패널과 사이드 인너 패널 사이는, 플랜지(F)를 포함하여 적용 가능한 부위에 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접을 적용하여 결합될 수 있다.
이에 따라 외측벽(11)은 사이드 아우터 패널(13)에 마련되고, 내측벽(12)은 사이드 인너 패널(14)에 마련될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서, 외측벽(11)과 내측벽(12)은 프런트 사이드 멤버의 경사진 배치로 인하여 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 제1 각도(a)로 경사지게 배치될 수 있다. 제1 각도는 대략 5 ~ 10도의 범위를 갖는다.
외측 비드(110)는 외측벽(11)에서 차체의 길이방향(X)을 따라 연장하여 형성될 수 있다. 예컨대 외측 비드는 외측벽의 전방 단부부터 후방 단부를 향해 외측벽의 절반 길이 이상으로 연장한 길이를 가질 수 있다.
내측 비드(120)는 내측벽(12)에서 차체의 길이방향(X)을 따라 연장하여 형성될 수 있다. 예컨대 내측 비드는 내측벽의 전방 단부부터 후방 단부를 향해 내측벽의 절반 길이 이상으로 연장한 길이를 가질 수 있다.
도 4는 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 5는 도 2의 B-B선 단면도이며, 도 6은 도 2의 C-C선 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 외측 비드(110)는 홈벽(111)들 사이를 연결하는 제1 홈면(112)을 포함할 수 있다. 또한, 외측 비드는 외측벽(11)과 제1 홈면 사이의 거리인 제1 비드 깊이(D1)를 가질 수 있다.
내측 비드(120)는 홈벽(121)들 사이를 연결하는 제2 홈면(122)을 포함할 수 있다. 또한, 내측 비드는 내측벽(12)과 제2 홈면 사이의 거리인 제2 비드 깊이(D2)를 가질 수 있다.
도 3과 함께 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서, 외측 비드(110)는 제1 비드 깊이(D1)가 차체의 길이방향(X)을 따라 변경되는 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서, 내측 비드(120)는 제2 비드 깊이(D2)가 차체의 길이방향(X)을 따라 변경되는 영역을 포함할 수 있다.
이에 따라, 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 제2 각도(b)로 경사지게 배치된 제1 경사면(113)을 포함할 수 있다. 또, 외측 비드의 제1 홈면은 차체의 길이방향 축선에 대해 제3 각도(c)로 경사지게 배치된 제2 경사면(114)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3 각도(c)는 제2 각도(b) 및 제1 각도(a)보다 크게 될 수 있다.
내측 비드(120)의 제2 홈면(122)은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 제2 각도(b)로 경사지게 배치된 제3 경사면(123)을 포함할 수 있다. 또, 내측 비드의 제2 홈면은 차체의 길이방향 축선에 대해 제4 각도(d)로 경사지게 배치된 제4 경사면(124)을 포함할 수 있다. 여기서, 제4 각도(d)는 제2 각도(b) 및 제1 각도(a)보다 크게 될 수 있다.
외측 비드(110)의 제1 경사면(113) 및 내측 비드(120)의 제3 경사면(123)이 갖는 제2 각도(b)는 대략 0 ~ 3도의 범위를 갖는다. 이로써, 외측 비드의 제1 경사면과 내측 비드의 제3 경사면은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 평행하거나 거의 평행하게 배치될 수 있다.
외측 비드(110)와 내측 비드(120)가 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 갖는 제2 각도(b)는, 프런트 사이드 멤버(10)의 경사진 배치로 인하여 외측벽(11)과 내측벽(12)이 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 갖는 제1 각도(a)보다 작게 될 수 있다.
이와 같이 구성되기 때문에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 후방 단부에서 외측벽(11)과 내측벽(12)이 비드 없이 폐단면을 형성할 수 있다.
이어서, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 프런트 사이드 멤버(10)는 중간에서 내측 비드(120)의 제2 비드 깊이(D2)와 외측 비드(110)의 제1 비드 깊이(D1)가 서로 동일하거나, 제2 비드 깊이가 제1 비드 깊이보다 깊게 형성될 수 있다.
이어서, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 프런트 사이드 멤버(10)는 전방 단부로 갈수록 내측 비드(120)는 제2 비드 깊이(D2)가 점차 얕게 되면서 외측 비드(110)는 제1 비드 깊이(D1)가 점차 깊게 형성될 수 있다.
다시 말해, 외측 비드(110)는 제1 비드 깊이(D1)가 차체의 전방으로 갈수록 점차 깊어질 수 있다. 반대로, 내측 비드(120)는 제3 경사면(123)부터 제2 비드 깊이(D2)가 차체의 전방으로 갈수록 점차 얕아질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서는 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)이 서로 접할 수 있다. 구체적으로 외측 비드의 제1 경사면(113)과 내측 비드의 제3 경사면(123)이 서로 접할 수 있다.
서로 접하는 제1 홈면(112)과 제2 홈면(122) 사이에는 용접부 또는 접착층이 형성될 수 있다. 용접부는 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 형성될 수 있다. 접착층은 구조용 접착제 등과 같은 접착제에 의해 형성될 수 있다.
하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예컨대 용접부 또는 접착층 없이 제1 홈면(112)과 제2 홈면(122)이 단순히 서로 맞대어 놓이거나 리벳 등으로 결합할 수도 있다.
관형상 부재, 또는 사이드 아우터 패널(13)과 사이드 인너 패널(14)은 예를 들어 강재 등과 같은 금속 재질로 만들어질 수 있으며, 프레스를 이용한 포밍(Forming)이나 벤딩(Bending), 롤 포밍(Roll Forming), 또는 이들의 조합 등에 의해 외측 비드(110) 및 내측 비드(120)와 함께 성형될 수 있다.
보다 구체적으로, 예를 들어 사이드 아우터 패널(13)과 사이드 인너 패널(14)은 본 출원인이 생산하는 두께 1.2mm ~ 2.0mm 정도의 980 DP(Dual Phase)강, 980 XF(EXtra Formability)강　또는 1180 TRIP(Transformation Induced Plasticity)강 등의 판재로 만들어질 수 있다.
여기서, 980 DP강은 980MPa 이상의 인장강도를 가지면서 낮은 항복비를 가져 쉽게 가공될 수 있고 높은 연신율을 나타내는 강종이다. 980 XF강은 980MPa 이상의 인장강도 및 600MPa 이상의 항복강도를 가지면서 높은 연신율을 나타내는 강종이다. 1180 TRIP강은 1180MPa 이상의 인장강도 및 850MPa 이상의 항복강도를 보증하면서 연신율이 45% 이상으로 향상된 강종이다.
예컨대, 사이드 아우터 패널(13)과 사이드 인너 패널(14)에는 980 DP강, 980 XF강　또는 1180 TRIP강 중 어느 하나가 단독으로 사용되거나 혼용될 수 있다. 이와 같이, 프런트 사이드 멤버(10)를 형성하는 판재의 강도의 조합을 통하여 프런트 사이드 멤버의 충격 흡수능을 극대화할 수 있다.
사이드 아우터 패널(13)과 사이드 인너 패널(14)을 롤 포밍으로 제작할 경우, 인장강도가 약 590MPa 이상인 초고강도의 강재도 무리 없이 성형이 가능하다. 더욱이, 롤 포밍에서는 프레스 성형에 비해 스프링 백의 보정이 용이하며 사이드 아우터 패널과 사이드 인너 패널의 코너 반경을 작게 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 관형상 부재가 단일 판재로 형성된 경우에, 프런트 사이드 멤버(10)는 하이드로포밍 또는 임의의 기계 가공 등을 통해 외측 비드(110) 및 내측 비드(120)와 함께 성형될 수 있다.
프런트 사이드 멤버(10)를 하이드로포밍으로 형성할 경우, 인장강도가 약 590MPa 이상인 초고강도의 강재도 무리 없이 성형이 가능하다. 더욱이, 초고강도의 강재를 적용함으로써 추가적인 경량화를 확보할 수 있다.
또한, 강재에 하이드로포밍을 적용하면, 부품 생산시 용접 공수 등의 축소로 인해 제조 비용의 절감을 꾀할 수 있으며, 동시에 강재의 사용을 통해 알루미늄 대비 소재비를 획기적으로 줄일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 우선 외측벽(11)의 외측 비드(110)와 내측벽(12)의 내측 비드(120)가 형성됨으로써, 차체 또는 프런트 사이드 멤버의 길이방향(X)에 대한 강성을 향상시켜 흡수 가능한 하중량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 그 경사진 배치로 인해 차량의 정면 전체 충돌뿐 아니라 스몰 오버랩 충돌에서도 충돌 하중을 차체의 후방으로 전달할 수 있으며, 스몰 오버랩 충돌시 차량의 폭방향 거동을 이끌어 낼 수 있어 차체의 충돌 성능이 향상될 수 있다.
예를 들어 전기차의 경우에는, 배터리의 탑재로 인해 차량의 중량이 증가하고 차체의 공간이 축소되었음에도 불구하고, 충돌 성능 및 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다. 이는 차량의 상품성 향상으로 이어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 평면도이다.
도 7에 도시된 본 발명의 제2 실시예는, 외측 비드(110)의 제1 홈면(112) 및 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)의 형태만 상이하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제1 실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)를 설명함에 있어, 전술한 제1 실시예에 의한 차량용 프런트 사이드 멤버와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서, 외측 비드(110)는 제1 비드 깊이(D1)가 차체의 길이방향(X)을 따라 변경되는 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서, 내측 비드(120)는 제2 비드 깊이(D2)가 차체의 길이방향을 따라 변경되는 영역을 포함할 수 있다.
이에 따라, 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 제2 각도(b)로 경사지게 배치된 제1 경사면(113)을 포함할 수 있다. 또, 외측 비드의 제1 홈면은 차체의 길이방향 축선에 대해 제3 각도(c)로 경사지게 배치된 제2 경사면(114)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3 각도(c)는 제2 각도(b) 및 제1 각도(a)보다 크게 될 수 있다.
외측 비드(110)의 제1 홈면(112)은 제1 경사면(113)과 제2 경사면(114)을 연결하는 제1 연결면(115)을 더 포함할 수 있다. 제1 연결면은 외측 비드 내에서 차체의 길이방향(X)을 따라 외측벽과 평행하게 연장한다.
내측 비드(120)의 제2 홈면(122)은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 제2 각도(b)로 경사지게 배치된 제3 경사면(123)을 포함할 수 있다. 또, 내측 비드의 제2 홈면은 차체의 길이방향 축선에 대해 제4 각도(d)로 경사지게 배치된 제4 경사면(124)을 포함할 수 있다. 여기서, 제4 각도(d)는 제2 각도(b) 및 제1 각도(a)보다 크게 될 수 있다.
내측 비드(120)의 제2 홈면(122)은 제3 경사면(123)과 제4 경사면(124)을 연결하는 제2 연결면(125)을 더 포함할 수 있다. 제2 연결면은 내측 비드 내에서 차체의 길이방향(X)을 따라 내측벽과 평행하게 연장한다.
외측 비드(110)의 제1 경사면(113) 및 내측 비드(120)의 제3 경사면(123)이 갖는 제2 각도(b)는 대략 0 ~ 3도의 범위를 갖는다. 도 7에는 제2 각도(b)가 거의 0도로 되어 생략되어 있다. 이로써, 외측 비드의 제1 경사면과 내측 비드의 제3 경사면은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 평행하거나 거의 평행하게 배치될 수 있다.
외측 비드(110)와 내측 비드(120)가 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 갖는 제2 각도(b)는, 프런트 사이드 멤버(10)의 경사진 배치로 인하여 외측벽(11)과 내측벽(12)이 차체의 길이방향 축선에 대해 갖는 제1 각도(a)보다 작게 될 수 있다.
이와 같이, 외측 비드(110) 및 내측 비드(120)는 각각 비드 깊이가 차체의 길이방향(X)을 따라 변경되는 영역을 포함하기 때문에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 외측 비드의 제1 비드 깊이(D1)가 제1 연결면(115)과 제1 경사면(113)의 연결지점에서부터 차체의 전방으로 갈수록 깊어질 수 있다. 반대로, 내측 비드의 제2 비드 깊이(D2)가 제2 연결면(125)과 제3 경사면(123)의 연결지점에서부터 차체의 전방으로 갈수록 얕아질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서는 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)이 서로 접할 수 있다. 구체적으로, 외측 비드의 제1 경사면(113)과 내측 비드의 제3 경사면(123)이 서로 접할 수 있으며, 외측 비드의 제1 연결면(115)과 내측 비드의 제2 연결면(125)이 서로 접할 수 있다.
서로 접하는 제1 홈면(112)과 제2 홈면(122) 사이에는 용접부 또는 접착층이 형성될 수 있다. 용접부는 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 형성될 수 있다. 접착층은 구조용 접착제 등과 같은 접착제에 의해 형성될 수 있다.
하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예컨대 용접부 또는 접착층 없이 제1 홈면(112)과 제2 홈면(122)이 단순히 서로 맞대어 놓이거나 리벳 등으로 결합할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 단면도로서, 도 5에 대응하는 부위의 도면이다. 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 단면도로서, 도 6에 대응하는 부위의 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 본 발명의 제3 실시예는, 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)이 서로 이격된 점만 상이하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)를 설명함에 있어, 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예에 의한 차량용 프런트 사이드 멤버와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서는 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)이 서로 이격될 수 있다. 구체적으로, 외측 비드의 제1 경사면(113)과 내측 비드의 제3 경사면(123)은 서로 일정한 간격으로 이격되게 형성되고 배치될 수 있다.
혹은, 외측 비드(110)의 제1 연결면(115)과 내측 비드(120)의 제2 연결면(125)은 서로 일정한 간격으로 이격되게 형성되고 배치될 수 있다.
이와 같이, 이격된 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)으로 인해, 외측 비드와 내측 비드를 깊게 성형하지 않을 수 있다. 이에 따라, 외측 비드와 내측 비드의 성형이 용이하고, 홈면들을 결합하기 위한 용접이나 접착, 리벳팅 등의 공수 및 비용이 절감될 수 있다.
물론, 이렇게 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)을 이격시키더라도 외측 비드와 내측 비드는 프런트 사이드 멤버(10) 내에서 보강수단으로 작용하게 되어, 프런트 사이드 멤버가 외부에서 가해지는 정면 충돌에 효과적으로 저항할 수 있게 한다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 쌍을 도시한 사시도이고, 도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 분해 사시도이다. 도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 평면도이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 외측벽(11), 내측벽(12), 외측 비드(110), 내측 비드(120), 아우터 리어(15), 인너 리어(16), 보강재(17)를 포함할 수 있다.
외측벽(11)과 내측벽(12)은 프런트 사이드 멤버(10)를 구성하며, 차체의 길이방향(X)을 따라 선형으로, 바람직하게는 직선상으로 연장할 수 있다. 외측벽과 내측벽의 일단, 즉 전방 단부는 범퍼 비임(50; 도 1 참조)과 연결될 수 있으며, 타단, 즉 후방 단부는 아우터 리어(15)나 인너 리어(16), 또는 아우터 리어 및 인너 리어에 연결될 수 있다.
외측벽(11)과 내측벽(12)은 예컨대 사각형 등과 같은 다각형의 단면 형상을 가진 관형상 부재를 구성할 수 있다. 관형상 부재의 단면 형상은 반드시 이에 한정되지 않는다. 또한, 관형상 부재는 단일 판재로 형성되거나, 2개 이상의 판재를 접합하여 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는, 설명 및 도해의 편의상 관형상 부재가 2개 이상의 판재를 접합하여 형성된 경우를 위주로 하여 설명된다. 관형상 부재가 단일 판재로 형성된 경우에도 동일한 구성 및 결합관계가 적용될 수 있다.
관형상 부재는 사이드 아우터 패널(13)과 사이드 인너 패널(14)을 포함할 수 있다. 사이드 아우터 패널과 사이드 인너 패널의 상부 및 하부의 단부에는 각각 절곡되어 형성된 플랜지(F)가 마련될 수 있다.
사이드 아우터 패널(13)의 일측에 사이드 인너 패널(14)이 용접되어 결합함으로써, 폐단면을 가진 관형상 부재가 만들어질 수 있다. 사이드 아우터 패널과 사이드 인너 패널 사이는, 플랜지(F)를 포함하여 적용 가능한 부위에 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접을 적용하여 결합될 수 있다.
이에 따라 외측벽(11)은 사이드 아우터 패널(13)에 마련되고, 내측벽(12)은 사이드 인너 패널(14)에 마련될 수 있다.
아우터 리어(15)는 사이드 아우터 패널(13)의 후방 단부로부터, 사이드 아우터 패널의 연장방향과 상이한 방향으로 분기되어 연장하도록 결합될 수 있다. 아우터 리어의 전방 부분은 일정 길이만큼 사이드 아우터 패널과 평행하게 연장하고 후방 부분은 전방 부분에 대해 소정 각도로 절곡되거나 만곡될 수 있다.
이에 따라, 아우터 리어(15)의 전방 단부는 일측면이 사이드 아우터 패널(13)의 측면에 또는 아우터 리어의 플랜지(F)가 사이드 아우터 패널의 플랜지에 예컨대 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접으로 고정될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예컨대 아우터 리어는 사이드 아우터 패널과 연속으로 그리고 일체로 성형되어 사이드 아우터 패널에 이어서 선형으로 연장할 수도 있다.
아우터 리어(15)는 예를 들면 스탬핑, 롤 포밍 등의 기계 가공을 이용하여 별도로 성형되거나, 사이드 아우터 패널(13)의 성형시 일체로 성형될 수 있다.
아우터 리어(15)의 전방 부분에는 외측벽(11)의 외측 비드(110)의 일부와 대응되는 형상으로 보조 비드(19)가 형성될 수 있다. 보조 비드는 아우터 리어뿐 아니라 사이드 아우터 패널(13)의 강성을 보강할 수 있으며, 아우터 리어가 외측벽이나 사이드 아우터 패널에 안정적으로 결합될 수 있게 한다.
아우터 리어(15)의 후방 단부는 차체의 길이방향(X)으로 연장한 사이드 실(30; 도 1 참조) 및 프런트 크로스 멤버(20; 도 1 참조)와 연결될 수 있다. 이로써, 프런트 사이드 멤버(10)는 아우터 리어를 통해 사이드 실과 프런트 크로스 멤버에 충돌 하중을 확실히 전달할 수 있다.
인너 리어(16)는 사이드 인너 패널(14)의 후방 단부로부터 연장할 수 있다. 인너 리어는 개방 단면을 갖도록 절곡되거나 만곡된 단면 형상을 가질 수 있다.
이에 따라, 인너 리어(16)의 전방 단부는 일측면이 사이드 인너 패널(14)의 측면에 예컨대 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접으로 고정될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예컨대 인너 리어는 사이드 인너 패널과 연속으로 그리고 일체로 성형되어 사이드 인너 패널에 이어서 선형으로 연장할 수도 있다.
인너 리어(16)는 예를 들면 스탬핑, 롤 포밍 등의 기계 가공을 이용하여 별도로 성형되거나, 사이드 인너 패널(14)의 성형시 일체로 성형될 수 있다.
인너 리어(16)의 후방 단부는 차체의 폭방향(Y)으로 연장한 프런트 크로스 멤버(20; 도 1 참조)의 앞면 및 대쉬 패널(21)의 앞면과 연결될 수 있다.
또한, 인너 리어(16)의 후방 부분은 아래로 구부려질 수 있으며, 이로써 만곡부(18)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 만곡부는 대쉬 패널(21)의 앞면과 접촉되며, 만곡부의 단부는 일측면이 프런트 크로스 멤버(20)의 앞면과 면접촉하여, 예컨대 용접 등으로 고정될 수 있다. 이로써, 프런트 사이드 멤버(10)는 인너 리어를 거쳐 적어도 프런트 크로스 멤버에 충돌 하중을 확실히 전달할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서는, 아우터 리어(15)와 인너 리어(16)를 구성하는 판재의 재질과 이 재질이 갖는 강도의 조정을 통해 프런트 사이드 멤버의 충돌 성능을 확보할 수 있다. 예를 들어, 980MPa급 이상의 초고강도강을 채용함으로써, 프런트 사이드 멤버의 강성 및 경량화를 위한 최적의 조합이 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 아우터 리어(15)와 인너 리어(16)는 본 출원인이 생산하는 1470 HPF(Hot Press Forming)강 등의 판재로 만들어질 수 있다. 여기서, 1470 HPF강은 1,470MPa 이상의 인장강도를 얻으면서 동시에 부품의 형태를 자유롭게 만들어 낼 수 있는 강종이다.
아우터 리어(15)는 외측벽(11)의 강도보다 높은 강도를 가진 재질로 형성될 수 있다. 인너 리어(16)는 내측벽(12)의 강도보다 높은 강도를 가진 재질로 형성될 수 있다.
이와 같이, 프런트 사이드 멤버(10)를 형성하는 판재의 강도의 조합을 통하여 프런트 사이드 멤버의 충격 흡수능을 극대화할 수 있다.
또한, 아우터 리어(15)는 외측벽(11)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 인너 리어(16)는 내측벽(12)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
이와 같이 외측벽(11)과 내측벽(12)보다 상대적으로 두꺼운 아우터 리어(15)와 인너 리어(16)는 차량의 정면 충돌시 프런트 사이드 멤버(10) 자체의 지지 강성을 강화시킬 수 있다. 이에 따라, 아우터 리어와 인너 리어는 프런트 사이드 멤버의 충격 흡수능을 극대화할 수 있게 된다.
한편, 프런트 사이드 멤버(10)의 전방 단부에는 서스펜션의 서브 프레임(미도시)이 체결될 수 있어, 프런트 사이드 멤버의 전방 단부는 수직 하중에 취약할 수 있다. 이에 따라 선택적으로 외측벽(11)의 전방 단부에는 보강재(17)가 장착될 수 있다.
보강재(17)는 외측벽과 함께 범퍼 비임(50)에 연결될 수 있다. 또, 보강재는 적어도 하나의 용접용 관통홀(17a)이 형성될 수 있다. 용접용 관통홀을 통해 예컨대 스폿 용접기 등이 관통하여 후술하는 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122) 사이에 용접에 의한 접합이 이루어질 수 있다.
도 13은 도 10의 D-D선 단면도이고, 도 14는 도 10의 E-E선 단면도이며, 도 15는 도 10의 F-F선 단면도이다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 외측 비드(110)는 홈벽(111)들 사이를 연결하는 제1 홈면(112)을 포함할 수 있다. 또한, 외측 비드는 외측벽(11)과 제1 홈면 사이의 거리인 제1 비드 깊이(D1)를 가질 수 있다.
내측 비드(120)는 홈벽(121)들 사이를 연결하는 제2 홈면(122)을 포함할 수 있다. 또한, 내측 비드는 내측벽(12)과 제2 홈면 사이의 거리인 제2 비드 깊이(D2)를 가질 수 있다.
도 12와 함께 도 13 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서, 외측 비드(110)는 제1 비드 깊이(D1)가 차체의 길이방향(X)을 따라 변경되는 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서, 내측 비드(120)는 제2 비드 깊이(D2)가 차체의 길이방향(X)을 따라 변경되는 영역을 포함할 수 있다.
이에 따라, 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 제2 각도(b)로 경사지게 배치된 제1 경사면(113)을 포함할 수 있다. 또, 외측 비드의 제1 홈면은 차체의 길이방향 축선에 대해 제3 각도(c)로 경사지게 배치된 제2 경사면(114)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3 각도(c)는 제2 각도(b) 및 제1 각도(a)보다 크게 될 수 있다.
내측 비드(120)의 제2 홈면(122)은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 제2 각도(b)로 경사지게 배치된 제3 경사면(123)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 경사면은 내측벽의 전방 단부로부터 후방 단부까지 연장할 수 있다.
외측 비드(110)의 제1 경사면(113) 및 내측 비드(120)의 제3 경사면(123)이 갖는 제2 각도(b)는 대략 0 ~ 3도의 범위를 갖는다. 이로써, 외측 비드의 제1 경사면과 내측 비드의 제3 경사면은 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 평행하거나 거의 평행하게 배치될 수 있다.
외측 비드(110)와 내측 비드(120)가 차체의 길이방향 축선(O)에 대해 갖는 제2 각도(b)는, 프런트 사이드 멤버(10)의 경사진 배치로 인하여 외측벽(11)과 내측벽(12)이 차체의 길이방향 축선에 대해 갖는 제1 각도(a)보다 작게 될 수 있다.
이와 같이 구성되기 때문에, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 예를 들어 도 13에 도시된 바와 같이 후방 단부에서 내측 비드(120)의 제2 비드 깊이(D2)가 가장 깊게 되는 반면에 외측벽(11)은 비드 없이 형성될 수 있다. 또, 인너 리어(16)가 내측벽(12)에 겹쳐서 배치되고 아우터 리어(15)는 외측벽(11)으로부터 떨어져 배치될 수 있다.
이어서, 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같이 프런트 사이드 멤버(10)는 중간에서 내측 비드(120)의 제2 비드 깊이(D2)와 외측 비드(110)의 제1 비드 깊이(D1)가 서로 동일하거나, 제2 비드 깊이가 제1 비드 깊이보다 깊게 형성될 수 있다. 또, 아우터 리어(15)는 후방 단부에서보다 외측벽(11)에 인접하거나 겹쳐서 배치될 수 있다.
이어서, 예를 들어 도 15에 도시된 바와 같이 프런트 사이드 멤버(10)는 전방 단부로 갈수록 내측 비드(120)는 제2 비드 깊이(D2)가 점차 얕게 되면서 외측 비드(110)는 제1 비드 깊이(D1)가 점차 깊게 형성될 수 있다. 또, 보강재(17)가 외측 비드(110)를 가로질러 외측벽(11)의 전방 단부에 설치될 수 있다.
다시 말해, 외측 비드(110)는 제1 비드 깊이(D1)가 차체의 전방으로 갈수록 점차 깊어질 수 있다. 반대로, 내측 비드(120)는 제2 비드 깊이(D2)가 차체의 전방으로 갈수록 점차 얕아질 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서는 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)이 서로 접할 수 있다. 구체적으로 외측 비드의 제1 경사면(113)과 내측 비드의 제3 경사면(123)이 서로 접할 수 있다.
서로 접하는 제1 홈면(112)과 제2 홈면(122) 사이에는 용접부 또는 접착층이 형성될 수 있다. 용접부는 스폿 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 형성될 수 있다. 접착층은 구조용 접착제 등과 같은 접착제에 의해 형성될 수 있다.
하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예컨대 용접부 또는 접착층 없이 제1 홈면(112)과 제2 홈면(122)이 단순히 서로 맞대어 놓이거나 리벳 등으로 결합할 수도 있다.
혹은, 도 8 및 도 9에 도시된 본 발명의 제3 실시예처럼, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)에서는 외측 비드(110)의 제1 홈면(112)과 내측 비드(120)의 제2 홈면(122)이 서로 이격될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 우선 외측벽(11)의 외측 비드(110)와 내측벽(12)의 내측 비드(120)가 형성됨으로써, 차체 또는 프런트 사이드 멤버의 길이방향(X)에 대한 강성을 향상시켜 흡수 가능한 하중량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 그 경사진 배치로 인해 차량의 정면 전체 충돌뿐 아니라 스몰 오버랩 충돌에서도 충돌 하중을 차체의 후방으로 전달할 수 있으므로, 차체의 충돌 성능이 향상될 수 있다.
예를 들어 전기차의 경우에는, 배터리의 탑재로 인해 차량의 중량이 증가하고 차체의 공간이 축소되었음에도 불구하고, 충돌 성능 및 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다. 이는 차량의 상품성 향상으로 이어질 수 있다.
더불어, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는 외측벽(11)에 아우터 리어(15)를 결합하고 내측벽(12)에 인너 리어(16)를 결합함으로써, 프런트 사이드 멤버의 차체에 대한 조립성을 향상시키고, 적어도 프런트 크로스 멤버(20)에 충돌 하중을 확실히 전달할 수 있으며, 지지 강성을 강화하여 차량의 정면 충돌시에 충돌 에너지의 흡수능을 극대화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버(10)는, 우수한 충돌 성능을 확보할 수 있으며, 강재가 적용될 수 있어 소재 및 공법의 관점에서 비용 절감을 실현할 수 있고, 경량이면서 구조적으로 강건한 프런트 사이드 멤버를 제공할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 단면도로서, 도 13에 대응하는 부위의 도면이다.
도 16에 도시된 본 발명의 제5 실시예는, 아우터 리어(15)가 생략된 점만 상이하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제4 실시예의 구성요소들과 동일하다.
여기서, 아우터 리어(15)는 완전히 제거되거나, 예컨대 사이드 아우터 패널(13)과 연속으로 그리고 일체로 성형되어 사이드 아우터 패널에 이어서 선형으로 연장할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버를 도시한 단면도로서, 도 13에 대응하는 부위의 도면이다.
도 17에 도시된 본 발명의 제6 실시예는, 인너 리어(16)가 생략된 점만 상이하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제4 실시예의 구성요소들과 동일하다.
여기서, 인너 리어(16)는 완전히 제거되거나, 예컨대 사이드 인너 패널(14)과 연속으로 그리고 일체로 성형되어 사이드 인너 패널에 이어서 선형으로 연장할 수도 있다.
도 18 및 도 19는 정면 전체 충돌시 종래기술과 본 발명에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 해석을 통한 변형 형태를 나타낸 그래프들이다.
도 18에서는 차체의 길이방향 축선에 대해 평행하게 배치된 종래기술의 제1 프런트 사이드 멤버(P1)와, 차체의 길이방향 축선에 대해 소정의 각도로 경사지게 배치된 종래기술의 제2 프런트 사이드 멤버(P2), 그리고 본 발명의 제1 실시예에 따른 프런트 사이드 멤버(I)의 변위에 따른 단면의 하중을 나타내고 있다.
여기서, 종래기술의 제1 및 제2 프런트 사이드 멤버(P1, P2)와 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)는 모두 동일한 범퍼 비임이 장착된 상태에서 정면 전체 충돌 조건으로 해석을 실시하였다.
또한, 프런트 사이드 멤버들(P1, P2, I)은 공통적으로 980 DP강으로 만들어진 사이드 아우터 패널과 사이드 인너 패널을 용접으로 결합하여 형성된 것으로 하였다.
종래기술의 제1 및 제2 프런트 사이드 멤버(P1, P2)는 사이드 아우터 패널과 사이드 인너 패널이 1.6mm의 두께를 가지며, 약 4.8Kg의 무게를 갖는다. 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)는 사이드 아우터 패널과 사이드 인너 패널이 1.2mm의 두께를 가지며, 약 4.7Kg의 무게를 갖는다.
종래기술의 제2 프런트 사이드 멤버(P2)와 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)는 차체의 길이방향 축선에 대해 6.3도의 각도로 경사지게 배치된 것이며. 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)에서 외측 비드(110)의 제1 경사면(113) 및 내측 비드(120)의 제3 경사면(123)이 갖는 제2 각도(b)는 2도이다.
도 18을 살펴보면, 충돌 초기에 단면이 수직으로 받는 하중은 종래기술의 제1 프런트 사이드 멤버(P1)가 다소 우세하지만, 전체 변형에서 단면이 수직으로 받는 하중은 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)가 훨씬 더 크다는 것을 알 수 있다.
종래기술의 제1 및 제2 프런트 사이드 멤버(P1, P2)는 단면의 하중이 최대 470KN인 반면, 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)는 단면의 하중이 최대 520KN에 이르고 있다.
더욱이, 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)는 변위가 대략 380mm 정도에서 전체 거동이 멈추고 있는데, 이는 110mm를 초과하여 전체 거동이 멈춘 종래기술의 제1 및 제2 프런트 사이드 멤버(P1, P2)보다도 짧은 변위 내에서 더욱 큰 충돌 에너지를 흡수하고 있음을 보여주고 있다.
도 19에서는 차체의 길이방향 축선에 대해 평행하게 배치된 종래기술의 제1 프런트 사이드 멤버(P1)와, 차체의 길이방향 축선에 대해 소정의 각도로 경사지게 배치된 종래기술의 제2 프런트 사이드 멤버(P2), 그리고 본 발명의 제1 실시예에 따른 프런트 사이드 멤버(I)의 시간에 따른 에너지 흡수능을 나타내고 있다.
도 19를 살펴보면, 최종 상태에서 총 변형 에너지는 유사한 수준이나, 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)에서 변형 에너지의 증가가 가장 크다. 더구나, 0.04 ~ 0.06초 구간에서 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)의 변형 에너지가 종래기술의 제1 및 제2 프런트 사이드 멤버(P1, P2)에 비하여 높게 나타나고 있어, 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)가 갖는, 변형에 따른 에너지 흡수능이 비교 우위에 있음을 확실히 보여주고 있다.
도 20 및 도 21은 스몰 오버랩 충돌시 종래기술과 본 발명에 따른 차량용 프런트 사이드 멤버의 해석을 통한 변형 형태를 나타낸 그래프들이다.
도 20에서는 차체의 길이방향 축선에 대해 평행하게 배치된 종래기술의 제1 프런트 사이드 멤버(P1)와, 차체의 길이방향 축선에 대해 소정의 각도로 경사지게 배치된 종래기술의 제2 프런트 사이드 멤버(P2), 그리고 본 발명의 제1 실시예에 따른 프런트 사이드 멤버(I)의 시간에 따른 Y방향(차량의 폭방향) 하중을 나타내고 있다.
여기서, 종래기술의 제1 및 제2 프런트 사이드 멤버(P1, P2)와 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)는 모두 동일한 범퍼 비임이 장착된 상태에서 스몰 오버랩 충돌 조건으로 해석을 실시하였다. 또한, 프런트 사이드 멤버들의 구성상 해석 조건은 전술한 정면 전체 충돌 조건의 구성과 동일하다.
스몰 오버랩 충돌시 시속 64km로 달리던 차량이 장애물에 막혀 속도가 순식간에 시속 0km로 줄어 회전하게 되면, 승객의 거동이 불안정해지는 문제가 있다. 이에 반해, 스몰 오버랩 충돌의 초기 시점에 차량이 Y방향으로 소폭 이동하며 미끄러지는 슬라이드 어웨이(slide away) 거동이 구현되면 승객의 거동이 보다 안정화되어 상해의 가능성이 줄어들 수 있다.
이러한 슬라이드 어웨이 거동을 구현하기 위해서는, 차체에서 충돌 에너지의 전달경로가 일정 수준 이상의 강도 및 강성을 확보하여야 하며 각 경로가 강건하게 연결되어 있어야 한다.
도 20을 살펴보면, 종래기술의 제1 프런트 사이드 멤버는 직접적으로 장애물과 접촉이 없기 때문에, 충돌의 초기에 Y방향 하중의 증가가 다른 프런트 사이드 멤버들에 비해 느리게 나타나고 있다. 이에 따라, 종래기술의 제1 프런트 사이드 멤버는 슬라이드 어웨이 거동에 불리하고, 차량이 회전(yawing)될 가능성이 높다.
도 21에서는 차체의 길이방향 축선에 대해 평행하게 배치된 종래기술의 제1 프런트 사이드 멤버(P1)와, 차체의 길이방향 축선에 대해 소정의 각도로 경사지게 배치된 종래기술의 제2 프런트 사이드 멤버(P2), 그리고 본 발명의 제1 실시예에 따른 프런트 사이드 멤버(I)의 시간에 따른 질점의 Y방향(차량의 폭방향) 변위를 나타내고 있다.
도 21을 살펴보면, 차체의 길이방향 축선에 대해 소정의 각도로 경사지게 배치된 종래기술의 제2 프런트 사이드 멤버(P2)와 본 발명의 프런트 사이드 멤버(I)가, 차체의 길이방향 축선에 대해 평행하게 배치된 종래기술의 제1 프런트 사이드 멤버(P1)보다, 스몰 오버랩 충돌시 차량을 Y방향으로 더 이동시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 정면 전체 충돌에서 프런트 사이드 멤버의 변형 거동이 우수하게 되어 충돌 에너지의 흡수가 효과적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스몰 오버랩 충돌에서 차량의 폭방향 거동을 최대한 이끌어내어 차체의 충돌 성능을 향상시키고 승객을 안전하게 보호할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 우수한 충돌 성능을 확보할 수 있으며, 강재가 적용될 수 있어 소재 및 공법의 관점에서 비용 절감을 실현할 수 있고, 경량이면서 구조적으로 강건한 프런트 사이드 멤버를 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
예를 들어, 본 발명의 전술되고 도해된 실시예들은 서로 조합될 수 있으며, 각 실시예는 필요에 따라 선택적으로 다른 실시예의 일부 구성요소를 더 채용할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 차체의 프런트에 설치되는 사이드 멤버를 예로 들어 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고, 차체의 리어에 설치되는 사이드 멤버에도 본 발명의 기술 사상이 적용 가능함은 물론이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이와 같이 본 발명은 예를 들어 차체의 강성이 요구되는 차량에 유용하다.

Claims (27)

  1. 외측벽;
    상기 외측벽에 대향하여 위치된 내측벽;
    상기 외측벽에서 차체의 길이방향을 따라 형성되고, 제1 홈면을 갖춘 외측 비드; 및
    상기 내측벽에서 상기 차체의 길이방향을 따라 형성되고, 제2 홈면을 갖춘 내측 비드
    를 포함하고,
    상기 외측 비드는 상기 외측벽과 상기 제1 홈면 사이의 거리인 제1 비드 깊이가 상기 차체의 길이방향을 따라 변경되는 영역을 포함하고,
    상기 내측 비드는 상기 내측벽과 상기 제2 홈면 사이의 거리인 제2 비드 깊이가 상기 차체의 길이방향을 따라 변경되는 영역을 포함하는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외측벽과 상기 내측벽은 상기 차체의 길이방향 축선에 대해 제1 각도로 경사지게 배치된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 홈면은, 상기 외측 비드의 홈벽들 사이를 연결하고, 상기 차체의 길이방향 축선에 대해 제2 각도로 경사지게 배치된 제1 경사면을 포함하며,
    상기 제2 홈면은, 상기 내측 비드의 홈벽들 사이를 연결하고, 상기 차체의 길이방향 축선에 대해 상기 제2 각도로 경사지게 배치된 제3 경사면을 포함하는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 각도는 상기 제1 각도보다 작은 차량용 프런트 사이드 멤버.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 홈면은 상기 차체의 길이방향 축선에 대해 제3 각도로 경사지게 배치된 제2 경사면을 포함하고,
    상기 제3 각도는 상기 제1 각도보다 큰 차량용 프런트 사이드 멤버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 홈면은 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면을 연결하는 제1 연결면을 더 포함하고,
    상기 제1 연결면은 상기 외측 비드 내에서 상기 차체의 길이방향을 따라 상기 외측벽과 평행하게 연장하며,
    상기 외측 비드의 상기 제1 비드 깊이는 상기 제1 연결면과 상기 제1 경사면의 연결지점에서부터 변경되는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 홈면은 상기 차체의 길이방향 축선에 대해 제4 각도로 경사지게 배치된 제4 경사면을 포함하고,
    상기 제4 각도는 상기 제1 각도보다 큰 차량용 프런트 사이드 멤버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 홈면은 상기 제3 경사면과 상기 제4 경사면을 연결하는 제2 연결면을 더 포함하고,
    상기 제2 연결면은 상기 내측 비드 내에서 상기 차체의 길이방향을 따라 상기 내측벽과 평행하게 연장하며,
    상기 내측 비드의 상기 제2 비드 깊이는 상기 제2 연결면과 상기 제3 경사면의 연결지점에서부터 변경되는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 프런트 사이드 멤버의 일측 단부에서, 상기 외측벽에는 상기 외측 비드가 형성되지 않고, 상기 내측벽에는 상기 내측 비드가 형성되지 않는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외측 비드의 상기 제1 비드 깊이는 상기 프런트 사이드 멤버의 타측 단부로 갈수록 점차 깊어지고,
    상기 내측 비드의 상기 제2 비드 깊이는 상기 제3 경사면부터 상기 타측 단부로 갈수록 점차 얕아지는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프런트 사이드 멤버의 상기 일측 단부와 상기 타측 단부의 중간에서, 상기 제2 비드 깊이와 상기 제1 비드 깊이는 서로 동일하거나, 상기 제2 비드 깊이가 상기 제1 비드 깊이보다 깊게 형성된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 외측 비드의 상기 제1 경사면과 상기 내측 비드의 상기 제3 경사면이 서로 접하는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 외측 비드의 상기 제1 경사면과 상기 내측 비드의 상기 제3 경사면은 서로 일정한 간격으로 이격되게 배치된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 외측벽은 사이드 아우터 패널에 구비되고,
    상기 내측벽은 사이드 인너 패널에 구비되며,
    상기 사이드 아우터 패널의 일측에 상기 사이드 인너 패널이 결합함으로써, 폐단면을 가진 관형상 부재를 형성하는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 사이드 아우터 패널의 단부로부터, 상기 사이드 아우터 패널의 연장방향과 상이한 방향으로 분기되어 연장하도록 일측이 결합된 아우터 리어를 더 포함하고,
    상기 아우터 리어의 타측 단부는 상기 차체의 사이드 실 또는 프런트 크로스 멤버에 연결되는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 아우터 리어의 상기 일측에는 상기 외측 비드의 일부와 대응되는 형상으로 보조 비드가 형성된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 아우터 리어는 상기 외측벽보다 높은 강도를 갖거나, 상기 외측벽의 두께보다 두껍게 형성된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 사이드 인너 패널의 단부로부터 연장하도록 일측이 결합된 인너 리어를 더 포함하고,
    상기 인너 리어의 타측 단부는 상기 차체의 프런트 크로스 멤버 또는 대쉬 패널과 연결되는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 인너 리어는 상기 내측벽보다 높은 강도를 갖거나, 상기 내측벽의 두께보다 두껍게 형성된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 홈면의 상기 제3 경사면은 상기 내측벽의 일측 단부로부터 타측 단부까지 연장하는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 프런트 사이드 멤버의 일측 단부에서, 상기 외측벽에는 상기 외측 비드가 형성되지 않고, 상기 내측 비드의 상기 제2 비드 깊이가 가장 깊게 되는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 외측 비드의 상기 제1 비드 깊이는 상기 프런트 사이드 멤버의 타측 단부로 갈수록 점차 깊어지고,
    상기 내측 비드의 상기 제2 비드 깊이는 상기 타측 단부로 갈수록 점차 얕아지는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 프런트 사이드 멤버의 상기 일측 단부와 상기 타측 단부의 중간에서, 상기 제2 비드 깊이와 상기 제1 비드 깊이는 서로 동일하거나, 상기 제2 비드 깊이가 상기 제1 비드 깊이보다 깊게 형성된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  24. 제3항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프런트 사이드 멤버는 상기 차체의 길이방향 축선에 대해 상기 제1 각도로 경사지게 배치된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 프런트 사이드 멤버는 상기 차체의 폭방향인 좌우 양측에 각각 배치되고,
    2개의 상기 프런트 사이드 멤버는 상기 차체의 후방으로 갈수록 서로 가까워지게 배치된 차량용 프런트 사이드 멤버.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 외측 비드의 상기 제1 비드 깊이는 상기 차체의 전방으로 갈수록 점차 깊어지고,
    상기 내측 비드의 상기 제2 비드 깊이는 상기 제3 경사면부터 상기 차체의 전방으로 갈수록 점차 얕아지는 차량용 프런트 사이드 멤버.
  27. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측벽에는 상기 외측 비드를 가로질러 장착된 보강재를 더 포함하는 차량용 프런트 사이드 멤버.
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