WO2024136330A1 - 전기차용 프레임 - Google Patents

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WO2024136330A1
WO2024136330A1 PCT/KR2023/020738 KR2023020738W WO2024136330A1 WO 2024136330 A1 WO2024136330 A1 WO 2024136330A1 KR 2023020738 W KR2023020738 W KR 2023020738W WO 2024136330 A1 WO2024136330 A1 WO 2024136330A1
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WO
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frame
side frame
electric vehicle
reinforcement
vehicle
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PCT/KR2023/020738
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English (en)
French (fr)
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이규민
이홍우
김재현
김휘건
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주식회사 포스코
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Definitions

  • the present invention relates to a frame for an electric vehicle, and relates to a frame for an electric vehicle equipped with a body on frame in which a reinforcing frame is located inside the side frame.
  • Body-on-frame structures are generally used in vehicles such as SUVs, trucks, and buses. Body-on-frame structures are mainly used in vehicles that can withstand high loads or require traction.
  • the body-on-frame structure When the body-on-frame structure is used in an electric vehicle, the most important role of the frame in a conventional internal combustion engine vehicle is to support the entire load of the vehicle, provide rigidity, and protect passengers in the event of an external collision.
  • the battery Protection also became a very important goal. And the battery is located on the bottom, takes up a lot of volume, and also weighs a lot.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2022-0122089 (published on 2022.09.02)
  • the present invention is intended to solve the above problems, and its purpose is to provide a body-on-frame type frame structure that has excellent shock absorption ability against side impacts in a frame for an electric vehicle.
  • the present invention provides a frame for an electric vehicle formed as follows.
  • the frame for an electric vehicle defines a battery space where a battery is located, is located on a portion of the circumference of the battery space, includes a first hollow portion of a closed cross-section therein, and has a second hollow portion in the longitudinal direction of the vehicle. It includes a side frame extending in one direction and a reinforcing frame located in the first hollow portion, at least a portion of which is in contact with the side frame, and the reinforcing frame is formed in a first direction parallel to the second direction, which is the height direction of the vehicle. a surface, and a second surface extending from the first surface and forming contact with a portion of the side frame, wherein the second surface is provided with a protrusion protruding in the second direction and a recessed portion. .
  • the reinforcement frame may be formed to extend in the first direction.
  • protrusions and concave portions may be alternately repeated along the first direction to form a waveform.
  • the side frame in the second direction, and includes a side seal and a bent or curved shape where a second hollow portion of a closed cross-section extends along the first direction, and the second hollow portion is It may further include a reinforcing frame located in the unit and continuous in the first direction.
  • angle of the portion where the first surface and the second surface are connected may be an obtuse angle.
  • the second surface may be formed at both ends of the first surface in the second direction, and the reinforcement frames may be symmetrical with respect to a third direction, which is the width direction of the vehicle.
  • the reinforcing frame further includes a flange parallel to the first surface and extending from the second surface, and may be welded and joined to the side frame at the flange.
  • the side frame includes a first side frame adjacent to the battery space and a second side frame adjacent to the side sill, and is formed by combining the first side frame and the second side frame, At least a portion of the first surface is in contact with the second side frame, and the contact portion may be welded or joined using an adhesive material.
  • the side frame may be made of aluminum or steel.
  • the side frame and the reinforcement frame may be formed of different materials.
  • the reinforcement frame can be processed by bending and forming a single plate.
  • the plate may be a steel material with a tensile strength of 980 MPa or more.
  • a battery space in which a battery is located is defined, is located on a portion of the circumference of the battery space, includes a first hollow portion of a closed cross-section therein, and extends in a first direction, which is the longitudinal direction of the vehicle. a side frame formed, a reinforcing frame located in the first hollow portion and including a surface formed in a second direction that is the width direction of the vehicle, and located on one side of the side frame in the second direction, and having a closed end inside the side frame.
  • a second hollow portion of the surface includes a side sill extending along the first direction
  • the reinforcement frame includes a first surface parallel to a second direction, which is the height direction of the vehicle, and extending from the first surface, It includes a second surface formed to contact a portion of the side frame, and the angle of the portion where the first surface and the second surface are connected is an obtuse angle.
  • the present invention can provide a frame structure that has excellent shock absorption ability from external collisions and has excellent strength to withstand the weight of the vehicle itself.
  • FIG. 1 is a schematic exploded view of a body-on-frame electric vehicle.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the portion indicated by A-A' in Figure 1 of the frame structure for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3a is a partial perspective view of a side frame and a reinforcement frame according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3b is a cross-sectional view of a side frame and a reinforcement frame according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view of a reinforcement frame according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view of a side sill according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view of a side sill according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a perspective view of a side sill according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a portion indicated by A-A' in FIG. 1 of a frame structure for an electric vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a partial perspective view of a side frame and a reinforcement frame according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a perspective view of a reinforcement frame according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a partial perspective view of an existing side frame.
  • Figure 12 is a graph of force and displacement for support strength compared through simulation when an impact is applied from the outside in the case of an existing side frame and a reinforced frame and in the case of a side frame and a reinforced frame according to an embodiment of the present invention. am.
  • Figure 1 schematically shows the structure of an electric vehicle with a body on frame structure.
  • a frame 1 and a body 3 are assembled on top of the frame. And since it is an electric vehicle, the battery 2 is located inside the frame 1, occupying a large area.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a frame structure for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along portion A-A' in a state in which the electric vehicle body, frame, and battery of FIG. 1 are assembled.
  • Figure 3a is a partial perspective view of a side frame and a reinforcement frame according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3b is a cross-sectional view of a side frame and a reinforcement frame according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an embodiment of the present invention.
  • a perspective view of the reinforcement frame according to is shown.
  • Figures 5 to 7 show a perspective view of a side sill and a reinforcing frame according to an embodiment of the present invention.
  • the frame for an electric vehicle includes a side frame 10 and a reinforcement frame 20.
  • a battery space (S) in which the battery is located may be defined.
  • the space where the battery is located is not shown in a specific shape in FIG. 2, but is drawn arbitrarily to indicate the existing location.
  • the side frame 10 is located on a portion of the circumference of the battery space S, includes a first hollow portion 13 of a closed cross-section therein, and extends in the first direction, which is the longitudinal direction (Y direction) of the vehicle. It can be.
  • the side frame 10 may be formed to extend along a first direction, which is the longitudinal direction of the vehicle in the battery space (S), among a portion of the circumference of the battery space (S).
  • the cross-sectional shape of the side frame 10 in the third direction which is the vehicle width direction (X direction)
  • the cross-sectional shape may be polygonal, and the corners may be rounded. However, it is not limited to the mentioned shapes.
  • the side frame 10 includes a first side frame 11 adjacent to the battery space S and a second side frame 12 adjacent to the side sill 30,
  • the first side frame 11 and the second side frame 12 may be combined to form a single body.
  • the connection may be welding and may form a first joint W1. It can be formed as described above to provide convenience in manufacturing.
  • the side frame 10 may be formed of aluminum or steel. It can be made of aluminum and steel to have the weight and support strength required for use in electric vehicles. If it is formed as a steel material, it may be more advantageous in terms of cost.
  • the material of the side frame 10 is not limited to the materials mentioned, and includes all materials that are taken for granted by those skilled in the art.
  • the reinforcing frame 20 is located in the first hollow portion 13, and at least a portion of it may be in contact with the side frame 10.
  • the reinforcement frame 20 has a first surface 21 parallel to the second direction, which is the height direction (Z direction) of the vehicle, and extends from the first surface 21, and the side frame 10 It may include a second surface 22 formed to contact a portion of , and a protrusion 23a protruding in the second direction and a recessed portion 23c may be provided on the second surface 22. .
  • the reinforcement frame 20 may be formed to extend in the first direction.
  • the reinforcing frame 20 is located in the first hollow portion 13 located inside the side frame 10, so that when an impact occurs from the outside of the vehicle, the side frame 10 is deformed and is located inside.
  • This configuration is designed to prevent deformation of the battery space (S) as much as possible.
  • a reinforcement frame 20 in addition to the side frame 10, an excellent energy absorption effect due to external impact is provided.
  • the side frame 10 is formed to extend in the first direction, so that the effect of absorbing energy as a whole in the first direction in which the side frame 10 is formed can be increased.
  • It is formed to include a first surface 21 parallel to the height direction of the vehicle and a second surface 22 extending from the first surface 21, and the second surface 22 has a protrusion 23a and a concave portion 23c. ) can be provided. And these protrusions 23a and concave portions 23c can be formed repeatedly.
  • the protrusions 23a and the concave portions 23c may be alternately repeated along the first direction to form a waveform.
  • it may be in the shape of a right angle like a right angle wave, may be curved like a sine wave, or may be formed like a sawtooth wave.
  • a shape such as a right angle wave parallel parts are formed from the protrusion 23a and the concave part 23c, and in the case of a sine wave, the protrusion 23a and the concave part 23c are formed in a line-like shape rather than a surface, Boundaries may not be clear.
  • the protrusion 23a and the concave portion 23c are formed in a line-like shape rather than a surface, but the boundary between the concave portion 23c and the protrusion 23a can be clearly distinguished.
  • it is not limited to a specific shape.
  • a height portion 23b may be formed between the protrusion 23a and the concave portion 23c, connecting the protrusion 23a and the concave portion 23c, and the shape of the height portion 23b is not limited. .
  • the protrusion 23a and the concave portion 23c may be formed in a portion or the entire area of the second surface 22 of the reinforcement frame 20.
  • the protrusion 23a and the concave portion 23c may be beads formed through beading, and the bead portion 23 includes the protrusion 23a, the concave portion 23c, and the height portion 23c. ) may include.
  • Beading processing does not cost much, and in the case of plate material, it is easy to manufacture because it can be formed in a relatively large area with one processing.
  • the reinforcement frame 20 may be formed by bending a single plate. Since one plate is formed by bending, processing is easy, and the joined area can be minimized to prevent problems such as separation due to impact.
  • the plate forming the reinforcing frame 20 may be a steel material with a tensile strength of 980 MPa or more. In order to have sufficient absorption capacity for external shock, the reinforcing frame 20 may be formed of steel with a tensile strength of 980 MPa or more. However, it is not limited to the materials and processing methods described above.
  • the side frame 10 and the reinforcement frame 20 may be formed of different materials.
  • the side frame 10 and the reinforcement frame 20 may be made of aluminum or steel, or may be formed by processing different materials.
  • the purpose is to provide support in the event of a collision
  • the reinforcement frame 20 may be required to have the characteristic of absorbing energy in addition to providing support in the event of a collision. Therefore, when formed from different materials, it is possible to provide the effect of enabling dual design to satisfy different required characteristics.
  • the side frame 10 and the reinforcement frame 20 may be formed of the same material and are not limited to being formed of different materials.
  • the reinforcement frame 20 further includes a flange 24 parallel to the first surface 21 and extending from the second surface 22, and the side frame at the flange 24. (10) and can be joined by welding.
  • the reinforcing frame 20 and the side frame 10 are fixed as the flange 24 is formed, they are fixed by surface contact, so they can provide a more stable fixation effect compared to the case without the flange 24. there is.
  • the second joint W2 may be formed by welding.
  • the flange 24 may also be bent and formed as a single piece.
  • the shape and processing method of the flange 24 are not limited to the above-mentioned examples.
  • first surface 21 is in contact with the second side frame 12, and the contact portion may be welded or joined using an adhesive material.
  • the first surface 21 is at least partially in contact with the second side frame 12 to directly absorb external shock and provide the effect of quickly dispersing the shock transmitted through the second side frame 12. And, they can be joined through welding or using an adhesive material to form the third joint W3.
  • the angle ⁇ of the portion where the first surface 21 and the second surface 22 are connected may be an obtuse angle. That is, it can have values within 90 degrees and 180 degrees.
  • the angle of the reinforcement frame 20 where the first surface 21 and the second surface 22 are connected may be an obtuse angle.
  • an obtuse angle it is possible to set the reinforcing frame 20 with a larger area compared to the case of a right angle, and when formed in this way, the area for absorbing external shocks can be expanded.
  • the second surface 22 is formed at both ends of the first surface 21 in the second direction, and the reinforcing frame 20 can be symmetrical with respect to the third direction, which is the width direction of the vehicle. there is.
  • the second surface 22 may be formed at both ends of the first surface 21, and the reinforcing frames 20 may be formed to be symmetrical to each other with respect to the third direction in order to evenly distribute energy. You can.
  • the frame for an electric vehicle may further include a side sill 30 and a reinforced frame 40.
  • the side sill 30 is located on one side of the side frame 10 in the third direction, and a second hollow portion 33 with a closed cross-section may be formed inside to extend along the first direction.
  • the reinforcing frame 40 includes a bent or curved shape, is located in the second hollow portion 33, and may be continuous in the first direction.
  • the side sill 30 is a part located on the body 3 (see FIG. 1) and may be located on one side of the side frame 10 in the third direction. As an example, it may be positioned close to the outside of the vehicle in the third direction of the side frame 10. That is, when looking at the overall structure of the vehicle, the battery 2 (see Figure 1) can be provided at the innermost part along the third direction, followed by the side frame 10, and then the side sill 30.
  • the side sill 30 may have a closed cross-section inside, and a second hollow portion 33 may be formed. And this cross-sectional shape extends along the first direction.
  • the closed cross-section may be made of a polygon, but it is not limited to this and may be a circular pipe shape, etc., or a complex cross-section having a plurality of closed cross-sections.
  • a reinforcing frame 40 including a bent or curved shape may be positioned in the second hollow portion 33.
  • the reinforcing frame 40 may include a first reinforcing portion 41 and a second reinforcing portion 42, but is not limited thereto and is located in the second hollow portion 33 in the second direction. Includes all shapes and materials that help protect the battery and occupants from external forces.
  • side sill 30 can be combined with the reinforced frame 40 to provide the effect of more effectively absorbing energy from an impact in a third direction.
  • the side sill 30 is a first side sill 31 and a second side sill that is coupled to the first side sill 31 to form a second hollow portion 33 together with the first side sill 31. (32) and a first side sill flange 34 and a second side sill flange 35 to which the first side sill 31 and the second side sill 32 are joined.
  • the reinforcing frame 40 has a bent or curved shape, is located in the second hollow portion 33, continues in the first direction, and is formed so that at least a portion of the reinforcement frame comes into contact with the first side sill 31.
  • a first reinforcement part 41 and a second reinforcement part 42 are formed, the first reinforcement part 41 is disposed in the second hollow part 33, and one side is the second reinforcement part 42. 1 It can be joined to the side seal 31 to form a first closed cross-section.
  • the first reinforcement portion 41 is joined to the first side sill 31 to form a first closed cross-section, thereby improving the mechanical rigidity of the side sill 30 for a vehicle.
  • the first reinforcement portion 41 may include a first upper portion, a pair of first side portions, and a pair of first lower flanges 43.
  • the first upper portion may be connected to first side portions at both ends in the height direction.
  • the first upper portion may be curved in the first direction.
  • a protruding surface P1 and an inner elevation surface P2 may be formed alternately in the first direction, and an inclined surface P3 may be formed between the protruding surface P1 and the inner elevation surface P2.
  • the first side portion extends from the first upper portion and may be formed to extend to contact the inner surface of the first side sill 31. Additionally, the first reinforcement portion 41 may be bent and formed so that the first side portion and the first lower flange 43 are intersected.
  • the first lower flange 43 may be joined to the inner surface of the first side sill 31.
  • the second reinforcement portion 42 may be disposed in the second hollow portion 33, and one side may be joined to the first reinforcement portion 41 to form a second closed cross-section.
  • the second reinforcement portion 42 is joined to the first reinforcement portion 41 on one side to form a second closed cross-section, thereby improving the mechanical rigidity of the vehicle side sill 30.
  • the second reinforcement portion 42 may include a second upper portion, a pair of second side portions, and a pair of second lower flanges.
  • the second upper portion may be curved in the first direction.
  • a protruding surface P1 and an inner elevation surface P2 may be formed alternately in the first direction, and an inclined surface P3 may be formed between the protruding surface P1 and the inner elevation surface P2.
  • the second upper portion may be planar. Accordingly, when an adhesive for adhesion to the second side sill 32 is applied to the second upper part, the adhesion of the second upper part can be improved, and the convenience of adhesion and assembly work can be improved.
  • Second side parts may be connected to both ends in the height direction of the second upper part.
  • the second side portion extends from the second upper portion and may extend in a second direction to the first side sill 31 .
  • the second lower flange of the second reinforcement portion 42 may be joined to the first side portion of the first reinforcement portion 41.
  • the first reinforcement portion 41 and the second reinforcement portion 42 may be formed with a fitting portion 44 that is fitted and coupled to each other.
  • first reinforcement portion 41 and the second reinforcement portion 42 may have concavo-convex portions P continuously formed along the entire first direction of the side sill 30 .
  • a diaphragm part 45 may be further included.
  • the diaphragm portion 45 may be formed to divide the second hollow portion 33 to form a 2-1 hollow portion 33a and a 2-2 hollow portion 33b, and may be formed in a third direction.
  • the first side seal 31 and the second side seal 32 are formed to be stably compressed and deformed by external impact. Therefore, the ability to absorb energy from collision energy is further improved.
  • the diaphragm portion 45 may be positioned in contact with the first upper portion of the first reinforcing portion 41 and the second lower flange 43b of the second reinforcing portion 42. Additionally, a curved shape in the second direction may be added in the central portion. Because it has such a curved shape, crushing deformation due to impact may be advantageous.
  • the first reinforcement portion 41 and the second reinforcement portion 42 may be formed to be symmetrical with the diaphragm portion 45 interposed therebetween. Therefore, the first lower flange 43a of the first reinforcement portion 41 and the second lower flange 43b of the second reinforcement portion 42 may be formed while contacting the diaphragm portion 45.
  • the shape and structure of the reinforcement frame 40 are examples and are not limited to the above examples.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the portion indicated by A-A' in FIG. 1 of a frame structure for an electric vehicle according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a portion of a side frame and a reinforcement frame according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view
  • Figure 10 is a perspective view of a reinforcement frame according to another embodiment of the present invention.
  • a battery space (S) in which the battery is located is defined, and is located on a portion of the circumference of the battery space (S), and includes a first hollow portion (13) of a closed cross-section therein.
  • Figure 11 shows the structure of an existing side frame
  • Figure 12 is a graph showing the amount of deformation due to impact in an embodiment of the present invention and the structure of an existing side frame. Specifically, this is a graph comparing the combined structure of the side frame and reinforcement frame of the first embodiment (FIG. 3a) and the second embodiment (FIG. 9) with the existing side frame (FIG. 11).
  • the existing side frame 10 may have the same shape as the side frame 10 of the present invention.
  • the angle ⁇ of the reinforcement frame 200 is formed at a right angle (90 degrees), and the concave portion 23c and the protrusion 23a are not formed.
  • a first surface 210, a second surface 220, and a flange 240 are formed, and the angle ⁇ between the first surface 210 and the second surface 220 is formed as a right angle. You can.
  • the results for the side frame 10 and the reinforcement frame 20 shown in FIG. 3A are A, and the results for the side frame 10 and the reinforcement frame 20 shown in FIG. 9 are The value is shown as C, and is the result of analysis based on the shape shown in each drawing.
  • the combined weight of the existing side frame 10 and the reinforcement frame 200 and the weight of the side frame 10 and the reinforcement frame 20 according to each embodiment of the present invention are the same.
  • the thickness of the side frame 10 and the reinforcement frame 20 were adjusted.
  • the support strength can be compared based on the point where rapid deformation occurs.
  • external shock can be supported up to 352.2 KN, and the deformation at this time is 44.6 mm.
  • the support strength is greater and the deformation is smaller than in the existing case. Therefore, in the case of the present invention, it can be seen that a greater force can be supported while the amount of deformation is smaller in the case of an impact in the third direction outside the vehicle.
  • the energy absorption capacity of the side frame 10 unit and the reinforcement frame 20 of the present invention is increased, so the support strength is increased and the deformation is reduced. It can be seen that it provides. And, through this, it is possible to provide a safe vehicle by protecting the occupants and the battery.
  • Body S Battery space
  • side frame 11 first side frame
  • side sill 31 first side sill
  • first seal flange 35 second seal flange
  • W1 first joint
  • W2 second joint

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Abstract

본 발명은 전기차용 프레임에 대한 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 전기차용 프레임은, 배터리가 위치되는 배터리 공간이 정의되고, 상기 배터리 공간의 둘레 일부에 위치되되, 내부에 폐단면의 제1 중공부를 포함하며 차량의 길이 방향인 제1 방향으로 연장 형성되는 사이드 프레임 및 상기 제1 중공부에 위치되며, 적어도 일부는 상기 사이드 프레임에 접촉되는 보강 프레임을 포함하고, 상기 보강 프레임은, 차량의 높이 방향인 제2 방향과 나란한 제1 면과, 상기 제1 면으로부터 연장 형성되며, 상기 사이드 프레임의 일부와 맞닿도록 형성되는 제2 면을 포함하고, 상기 제2 면에는, 상기 제2 방향으로 돌출된 돌출부와 인입된 오목부가 마련될 수 있다.

Description

전기차용 프레임
본 발명은 전기차용 프레임에 대한 것으로서, 사이드프레임의 내측에 보강 프레임이 위치되는 바디 온 프레임(Body on Frame) 탑입 전기차의 전기차용 프레임에 대한 것이다.
차체 구조 중 하나로서, 프레임 위에 차체가 조립되고 프레임위에 있는 차체와 프레임의 분리가 가능한 바디 온 프레임(Body on Frame) 구조가 존재한다. 바디 온 프레임 구조는 일반적으로 SUV, 트럭, 버스 등의 차량에서 주로 채용된다. 바디 온 프레임 구조는 높은 하중을 견디거나, 견인력이 필요한 차량에서 주로 사용된다.
바디 온 프레임의 구조가 전기 자동차에 사용되는 경우, 기존 내연 기관 자동차에 있어서 프레임의 역할로 가장 중요한 것이 차량의 전체 하중 지지, 강성 및 외부 충돌 시 승객 보호 등이 있었으나, 전기차에 있어서는 승객 외에도 배터리의 보호도 매우 중요한 목적이 되었다. 그리고 배터리는 바닥 면에 위치되며 많은 부피를 차지하고, 그 무게 또한 많이 나가게 된다.
따라서, 기존의 내연기관에 사용되는 바디 온 프레임의 구조와 같은 형상으로서는 대용량 배터리 탑재에 따른 무게 증가 및 충돌 보호는 어려움이 있다.
또한, 일부 자동차에서 프레임 내부 공간에 알루미늄 압출재 등을 보강재로 사용하는 경우가 있으나, 이는 원가가 높고 환경적 측면에서 바람직하지 않는 문제가 있다.
그러므로, 상기 언급한 것과 같은 문제점을 해결할 전기차용 프레임 구조가 필요한 실정이다.
(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2022-0122089호 (2022.09.02 공개)
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 전기차용 프레임에 있어서, 측면의 충격에 우수한 충격흡수능을 갖는 바디 온 프레임 타입의 프레임 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 형성된 전기차용 프레임을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기차용 프레임은, 배터리가 위치되는 배터리 공간이 정의되고, 상기 배터리 공간의 둘레 일부에 위치되되, 내부에 폐단면의 제1 중공부를 포함하며 차량의 길이 방향인 제1 방향으로 연장 형성되는 사이드 프레임 및 상기 제1 중공부에 위치되며, 적어도 일부는 상기 사이드 프레임에 접촉되는 보강 프레임을 포함하고, 상기 보강 프레임은, 차량의 높이 방향인 제2 방향과 나란한 제1 면과, 상기 제1 면으로부터 연장 형성되며, 상기 사이드 프레임의 일부와 맞닿도록 형성되는 제2 면을 포함하고, 상기 제2 면에는, 상기 제2 방향으로 돌출된 돌출부와 인입된 오목부가 마련된다.
또한, 상기 보강 프레임은 상기 제1 방향으로 연장 형성될 수 있다.
또한, 상기 돌출부와 오목부는 상기 제1 방향을 따라 교대로 반복되어 파형을 형성할 수 있다.
또한, 상기 사이드 프레임의 상기 제2 방향의 일측에 위치되고, 내부에는 폐단면의 제2 중공부가 상기 제1 방향을 따라 연장 형성되는 사이드실 및 절곡되거나 굴곡진 형상을 포함하고, 상기 제2 중공부에 위치하며 상기 제1 방향으로 연속되는 강화 프레임을 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 면과 제2 면이 연결된 부분의 각도가 둔각일 수 있다.
또한, 상기 제2 면은 상기 제1 면의 상기 제2 방향의 양 단에서 형성되며, 상기 보강 프레임은 차량의 폭 방향인 제3 방향을 기준으로 서로 대칭될 수 있다.
또한, 상기 보강 프레임은, 상기 제1 면과 나란하며, 상기 제2 면으로부터 연장 형성된 플랜지를 더 포함하고, 상기 플랜지에서 상기 사이드 프레임과 용접 접합될 수 있다.
또한, 상기 사이드 프레임은, 상기 배터리 공간에 인접하는 제1 사이드 프레임과, 상기 사이드실에 인접하는 제2 사이드 프레임을 포함하고, 상기 제1 사이드 프레임과 상기 제2 사이드 프레임이 결합되어 형성되며, 상기 제1 면은 상기 제2 사이드 프레임과 적어도 일부가 접촉되고, 접촉된 부분에서 용접되거나 접착 물질에 의하여 접합될 수 있다.
또한, 상기 사이드 프레임은 알루미늄 또는 강재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 사이드 프레임과 상기 보강 프레임은 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.
또한, 보강 프레임은 하나의 판재를 절곡 성형하여 가공될 수 있다.
또한, 상기 판재는, 인장강도가 980MPa 이상의 강재일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예는, 배터리가 위치되는 배터리 공간이 정의되고, 상기 배터리 공간의 둘레 일부에 위치되되, 내부에 폐단면의 제1 중공부를 포함하며 차량의 길이 방향인 제1 방향으로 연장 형성되는 사이드 프레임과, 상기 제1 중공부에 위치되고, 상기 차량의 폭 방향인 제2 방향으로 형성된 면을 포함하는 보강 프레임 및 상기 사이드 프레임의 상기 제2 방향의 일측에 위치되고, 내부에는 폐단면의 제2 중공부가 상기 제1 방향을 따라 연장 형성되는 사이드실을 포함하며, 상기 보강 프레임은, 차량의 높이 방향인 제2 방향과 나란한 제1 면과, 상기 제1 면으로부터 연장 형성되며, 상기 사이드 프레임의 일부와 맞닿도록 형성되는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면과 제2 면이 연결된 부분의 각도가 둔각이다.
본 발명은 위와 같은 구조를 통하여, 외부 충돌에 의하여 충격 흡수능이 뛰어나고, 차량 자체의 무게를 견딜 수 있도록 강도가 우수한 프레임 구조를 제공할 수 있다.
또한, 보강재를 알루미늄이 아닌 철강 소재 등의 소재를 사용하는 경우, 제작 비용이 합리적인 장점이 있다.
도 1은 바디 온 프레임의 전기 자동차의 개략적으로 도시한 분해도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기차용 프레임 구조의 도 1에서 A-A'로 도시된 부분의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임과 보강 프레임의 일부 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임과 보강 프레임 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강 프레임의 사시도이다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 사이드실의 사시도이다.
도 6는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 사이드실의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 사이드실의 사시도이다.
도 8는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전기차용 프레임 구조의 도 1에서 A-A'로 도시된 부분의 단면도이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임과 보강 프레임의 일부 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 보강 프레임의 사시도이다.
도 11은 기존의 사이드 프레임의 일부 사시도이다.
도 12는 기존의 사이드 프레임과 보강 프레임인 경우와 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임과 보강프레임의 경우 외부에서 충격이 작용했을 때를 시뮬레이션을 통하여 비교한 지지강도에 대한 힘과 변위의 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 바디 온 프레임(Body on Frame)구조인 전기차의 구조를 개략적으로 도시한다.
바디 온 프레임의 구조를 갖는 전기차는, 프레임(1)과 프레임의 위에 바디(3)가 조립된다. 그리고 전기차이므로, 프레임(1)의 내측에 배터리(2)가 넓은 면적을 차지하고 위치되게 된다.
도 2 내지 도 7는 본 발명의 일실시예에 따른 전기차용 프레임을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기차용 프레임 구조를 도시한 단면도로서, 도 1의 전기차 차체와 프레임 및 배터리가 조립된 상태에서 A-A' 부분의 단면도를 도시한다. 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임과 보강 프레임의 일부 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임과 보강 프레임의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보강 프레임의 사시도를 도시한다. 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 사이드실과 강화 프레임의 사시도를 도시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기차용 프레임은, 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)을 포함한다.
배터리가 위치되는 배터리 공간(S)이 정의될 수 있다. 배터리가 위치되는 공간은 도 2에서 특정한 형태로 나타내지 않고, 존재하는 위치를 나타내기 위하여 임의로 도시하였다.
사이드 프레임(10)은, 상기 배터리 공간(S)의 둘레 일부에 위치되되, 내부에 폐단면의 제1 중공부(13)를 포함하며 차량의 길이 방향(Y 방향)인 제1 방향으로 연장 형성될 수 있다.
사이드 프레임(10)은 배터리 공간(S)의 둘레 일부 중 배터리 공간(S)의 차량의 길이 방향인 제1 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 그리고 사이드 프레임(10)의 차량의 폭 방향(X 방향)인 제3 방향의 단면 형상은 폐단면으로서 내측에 제1 중공부(13)가 형성될 수 있다. 일례로서 단면의 형상은 다각형을 이루고 있을 수 있으며, 모서리 부분이 라운딩 처리될 수 있다. 그러나 언급한 형상에 한정되지 않는다.
일례로서, 상기 사이드 프레임(10)은, 상기 배터리 공간(S)에 인접하는 제1 사이드 프레임(11)과, 상기 사이드실(30)에 인접하는 제2 사이드 프레임(12)을 포함하고, 상기 제1 사이드 프레임(11)과 상기 제2 사이드 프레임(12)이 결합되어 일체로서 형성될 수 있다. 그리고 상기 결합은 용접일 수 있으며, 제1 접합부(W1)를 이룰 수 있다. 상기와, 같이 형성되어 제작상의 편의를 제공할 수 있다.
일례로서, 사이드 프레임(10)은 알루미늄 또는 강재로 형성될 수 있다. 전기차에 사용되는 것으로서 요구되는 무게 및 지지강도를 갖기 위하여 알루미늄과 강재로서 형성될 수 있다. 강재로서 형성되는 경우에는 비용에 있어서 더 유리할 수도 있다. 그러나 사이드 프레임(10)의 소재는 언급한 소재에 한정되지 않고, 통상의 기술자에게 당연시되는 모든 소재를 포함한다.
보강 프레임(20)은, 상기 제1 중공부(13)에 위치되며, 적어도 일부는 상기 사이드 프레임(10)에 접촉될 수 있다.
일례로, 보강 프레임(20)은, 차량의 높이 방향(Z 방향)인 제2 방향과 나란한 제1 면(21)과, 상기 제1 면(21)으로부터 연장 형성되며, 상기 사이드 프레임(10)의 일부와 맞닿도록 형성되는 제2 면(22)을 포함하고, 상기 제2 면(22)에는, 상기 제2 방향으로 돌출된 돌출부(23a)와 인입된 오목부(23c)가 마련될 수 있다.
그리고, 보강 프레임(20)은 제1 방향으로 연장 형성될 수 있다.
보강 프레임(20)은 상기 사이드 프레임(10)의 내측에 위치되는 제1 중공부(13)에 위치되어 차량의 외부로부터 충격이 발생하는 경우 사이드 프레임(10)이 변형을 일으키면서 내부에 위치된 배터리 공간(S)까지 변형되는 것을 최대한 방지하기 위한 구성이다. 사이드 프레임(10) 이외에 보강 프레임(20)이 더 구비됨으로써, 외부 충격에 의한 에너지 흡수능이 뛰어난 효과를 제공하게 된다. 사이드 프레임(10)과 마찬가지로 제1 방향으로 연장 형성되어, 사이드 프레임(10)이 형성된 제1 방향에서 전체적으로 에너지를 흡수하는 효과가 커질 수 있다.
차량의 높이 방향으로 나란한 제1 면(21)과 제1 면(21)으로부터 연장 형성된 제2 면(22)을 포함하고 형성되고, 제2 면(22)에는 돌출부(23a)와 오목부(23c)가 마련될 수 있다. 그리고 이 돌출부(23a)와 오목부(23c)는 반복되어 형성될 수 있다.
일례로, 돌출부(23a)와 오목부(23c)는 상기 제1 방향을 따라 교대로 반복되어 파형을 형성할 수 있다. 구체적으로, 직각파와 같이 직각의 형상일 수 있고, 사인파와 같이 곡선으로 이루어 질 수도 있으며, 톱니파와 같이 형성될 수도 있다. 직각파와 같은 형상은, 돌출부(23a)와 오목부(23c)에서 평행한 부분이 형성되고, 사인파와 같은 경우에는 돌출부(23a)와 오목부(23c)가 면이 아닌 선과 같은 형상으로 형성되며, 경계가 명확하지 않을 수 있다. 또한 톱니파와 같은 형상의 경우, 돌출부(23a)와 오목부(23c)가 면이 아닌 선과 같은 형상으로 형성되되, 오목부(23c)와 돌출부(23a)의 경계가 명확하게 구분될 수 있다. 그러나 특정한 형상에 한정되지는 않는다.
돌출부(23a)와 오목부(23c)의 사이에 돌출부(23a)와 오목부(23c)를 연결하는 높이부(23b)가 형성되어 있을 수 있고, 상기 높이부(23b)의 형상은 한정되지 않는다. 높이부(23b)는 클수록 효과적일 수 있으나, 소재 및 가공 방법에 따라 달리할 수 있다.
일례로, 돌출부(23a)와 오목부(23c)는 보강 프레임(20)의 제2 면(22)의 일부 영역 또는 전 영역에 형성되어 있을 수 있다.
일례로, 돌출부(23a)와 오목부(23c)는 비딩(beading) 가공으로 형성된 비드(bead)일 수 있고, 비드부(23)는 돌출부(23a)와 오목부(23c) 및 높이부(23c)를 포함할 수 있다. 비딩 가공은 비용이 크게 들지 않고, 판재인 경우에는 비교적 넓은 면적에 한번의 가공으로 성형이 가능하여 제작이 용이하다.
돌출부(23a)와 오목부(23c)가 제2 면(22)에 형성되어 있으므로, 제1 방향으로 충격이 있는 경우에 충격의 흡수가 더 많게 되는 효과를 제공한다.
보강 프레임(20)은 하나의 판재로 절곡 형성될 수 있다. 하나의 판재가 절곡 가공되어 형성됨으로서 가공이 용이하고, 접합되는 부위를 최소화하여 충격에 의한 분리 등의 문제를 방지할 수 있다. 그리고, 보강 프레임(20)를 이루는 판재는 인장강도가 980MPa 이상의 강재일 수 있다. 외부 충격에 충분한 흡수능을 갖기 위하여 인장강도가 980MPa이상의 강재로서 보강 프레임(20)가 형성될 수 있다. 그러나 상기와 같은 소재 및 가공방법에 한정되지 않는다.
일례로서, 상기 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)은 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)은 알루미늄 또는 강재로 형성될 수 있으며, 서로 다른 재질로 가공되어 형성될 수도 있다. 사이드 프레임(10)의 경우, 충돌시 지지하는 특성에 목적이 크고, 보강 프레임(20)은 충돌시 지지 외에도 에너지를 흡수하는 특성을 갖도록 요구될 수 있다. 따라서, 서로 다른 소재로 형성되는 경우, 서로 다른 요구 특성을 만족시키도록 이원화 설계가 가능한 효과를 제공할 수 있다.
그러나, 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)은 같은 재질로 형성될 수도 있으며 서로 다른 소재로 형성되는 것에 한정되지는 않는다.
일례로, 상기 보강 프레임(20)은, 상기 제1 면(21)과 나란하며, 상기 제2 면(22)으로부터 연장 형성된 플랜지(24)를 더 포함하고, 상기 플랜지(24)에서 상기 사이드 프레임(10)과 용접 접합될 수 있다.
플랜지(24)가 형성되면서 보강 프레임(20)와 사이드 프레임(10)이 고정되는 경우, 면 접촉에 의한 고정이 되므로, 플랜지(24)가 없는 경우에 비하여 더 안정적으로 고정되는 효과를 제공할 수 있다. 그리고 용접 접합되어 제2 접합부(W2)가 형성될 수 있다.
보강 프레임(20)가 판재가 일체로서 가공 성형되는 경우에, 플랜지(24)도 함께 절곡 가공 성형되어 일체로 형성될 수도 있다. 그러나 플랜지(24)의 형상 및 가공 방법은 상기 언급한 예로서 한정되지는 않는다.
또한, 상기 제1 면(21)은 상기 제2 사이드 프레임(12)과 적어도 일부가 접촉되고, 접촉된 부분에서 용접되거나 접착 물질에 의하여 접합될 수 있다.
제1 면(21)은 제2 사이드 프레임(12)과 적어도 일부가 접촉되어 외부 충격을 직접적으로 흡수하고 제2 사이드 프레임(12)을 통하여 전달된 충격이 빠르게 분산되는 효과를 제공할 수 있다. 그리고 용접을 통하여 또는 접착물질에 의하여 접합되어 제3 접합부(W3)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 면(21)과 제2 면(22)이 연결된 부분의 각도(θ)가 둔각일 수 있다. 즉, 90도와 180도 이내의 값을 가질 수 있다.
제1 면(21)과 제2 면(22)이 연결된 보강 프레임(20)의 각도는 둔각으로 이뤄질 수 있다. 둔각으로 이루어진 경우, 직각인 경우에 비하여 더 많은 면적의 보강 프레임(20)의 설정이 가능하며, 이렇게 형성되는 경우 외부 충격을 흡수하는 면적이 넓어지는 효과를 갖게 될 수 있다.
또한, 제2 면(22)은 상기 제1 면(21)의 상기 제2 방향의 양 단에서 형성되며, 상기 보강 프레임(20)은 차량의 폭 방향인 제3 방향을 기준으로 서로 대칭될 수 있다.
안정적인 에너지 흡수를 위하여 제2 면(22)은 제1 면(21)의 양단에 형성될 수 있고, 그리고 에너지를 골고루 분산하기 위하여 제3 방향을 기준으로 보강 프레임(20)이 서로 대칭되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기차용 프레임은 사이드실(30)과 강화 프레임(40)을 더 포함할 수 있다.
사이드실(30)은, 상기 사이드 프레임(10)의 상기 제3 방향의 일측에 위치되고, 내부에는 폐단면의 제2 중공부(33)가 상기 제1 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
강화 프레임(40)은, 절곡되거나 굴곡진 형상을 포함하고, 상기 제2 중공부(33)에 위치하며 상기 제1 방향으로 연속될 수 있다.
사이드실(30)은 바디(3, 도 1 참고)에 위치되는 부분으로서, 사이드 프레임(10)의 제3 방향으로 일측에 위치될 수 있다. 일례로서, 사이드 프레임(10)의 제3 방향으로 차량의 외측에 가깝도록 위치될 수 있다. 즉, 차량의 전체구조로서 보면 제3 방향을 따라 가장 내측에 배터리(2, 도1 참고), 그 다음으로 사이드 프레임(10), 그 이후에 사이드실(30)이 마련될 수 있다. 사이드실(30)은 내부에 폐단면을 이루고, 제2 중공부(33)가 형성될 수 있다. 그리고 이러한 단면 형상이 제1 방향을 따라서 연장 형성된다.
일례로 폐단면은 다각형으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 원형의 파이프 형상 등이 되거나 복수의 폐단면을 갖는 복잡한 단면을 이룰 수도 있다.
또한, 절곡되거나 굴곡진 형상을 포함하는 강화 프레임(40)가 제2 중공부(33)에 위치될 수 있다. 일례로서, 강화 프레임(40)는 제1 강화부(41)와 제2 강화부(42)를 포함하고 구성될 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 제2 중공부(33)에 위치되어 제2 방향의 외력으로부터 배터리 및 탑승자를 보호하는데 도움을 주는 모든 형상, 소재 등을 포함한다.
또한, 사이드실(30)은 강화 프레임(40)과 함께 결합되어, 제3 방향의 충격에 더 효과적으로 에너지를 흡수하도록 하는 효과를 제공할 수 있다.
사이드실(30)은 제1 사이드실(31)과, 상기 제1 사이드실(31)에 결합되어 상기 제1 사이드실(31)과 함께 제2 중공부(33)를 형성하는 제2 사이드실(32) 및 제1 사이드실(31)과 제2 사이드실(32)이 접합되는 제1 사이드실 플랜지(34)와 제2 사이드실 플랜지(35)를 포함할 수 있다.
강화 프레임(40)는 절곡 되거나 굴곡진 형상을 포함하고, 상기 제2 중공부(33)에 위치하며 상기 제1 방향으로 연속되고 상기 제1 사이드실(31)과 적어도 일부가 맞닿도록 형성된다.
일례로서, 도 5를 참조하면, 제1 강화부(41)와 제2 강화부(42)가 형성되고, 제1 강화부(41)는 제2 중공부(33)에 배치되고, 일측이 제1 사이드실(31)과 접합되어 제1 폐단면을 형성할 수 있다. 제1 강화부(41)는 제1 사이드실(31)과 접합되어 제1 폐단면을 형성함으로써, 차량용 사이드실(30)의 기계적 강성을 향상시킬 수 있다.
제1 강화부(41)는 제1 상부부분, 한 쌍의 제1 측면부분 및 한 쌍의 제1 하부플랜지(43)를 포함할 수 있다.
제1 상부부분에는 높이방향 양측 단부에는 각각 제1 측면부분 연결될 수 있다. 제1 상부부분은 제1 방향으로 구불구불한 형상일 수 있다. 제1 방향으로 돌출면(P1)과 내입면(P2)이 교번적으로 형성되고, 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에 경사면(P3)이 형성될 수 있다.
제1 측면부분은 제1 상부부분에서 연장되고, 제1 사이드실(31)의 내측면에서 맞닿도록 연장 형성될 수 있다. 그리고, 제1 측면부분과 제1 하부플랜지(43)는 교차되게 배치되도록 제1 강화부(41)를 굽힘 성형할 수 있다.
제1 하부플랜지(43)는 제1 사이드실(31)의 내측면에 접합될 수 있다.
제2 강화부(42)는 제2 중공부(33)에 배치되고, 일측이 제1 강화부(41)에 접합되어 제2 폐단면을 형성할 수 있다. 제2 강화부(42)는 일측에 제1 강화부(41)에 접합되어 제2 폐단면을 형성함으로써, 차량용 사이드실(30)의 기계적 강성을 향상시킬 수 있다.
제2 강화부(42)는 제2 상부부분, 한 쌍의 제2 측면부분 및 한 쌍의 제2 하부플랜지를 포함할 수 있다.
제2 상부부분은 제1 방향으로 구불구불한 형상일 수 있다. 제1 방향으로 돌출면(P1)과 내입면(P2)이 교번적으로 형성되고, 돌출면(P1)과 내입면(P2)의 사이에 경사면(P3)이 형성될 수 있다. 제2 상부부분은 평면일 수 있다. 이에 따르면 제2 상부부분에 제2 사이드실(32)과의 접착을 위한 접착제 등이 도포될 때, 제2 상부부분의 접착력을 향상시킬 수 있고, 접착 및 조립 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.
제2 상부부분에는 높이방향 양측 단부에는 각각 제2 측면부분이 연결될 수 있다.
제2 측면부분은 제2 상부부분에서 연장되고, 제1 사이드실(31)까지 제2 방향으로 연장 형성될 수 있다. 제2 강화부(42)의 제2 하부플랜지는 제1 강화부(41)의 제1 측면부분에 접합될 수 있다.
제1 강화부(41)와 제2 강화부(42)는 서로 끼워서 결합되는 끼움부분(44)이 형성될 수 있다.
일례로, 제1 강화부(41) 및 제2 강화부(42)는, 사이드실(30)의 제1 방향 전체에 걸쳐서 요철부(P)가 연속적으로 형성될 수 있다.
요철부(P)를 포함함으로써, 제1 강화부(41)와 제2 강화부(42)를 구성하는 강재 등의 소재의 두께를 증가시키지 않으면서 강성을 향상시킬 수 있다.
다른 례로서, 도 6을 참고하면, 제1 강화부(41)와 제2 강화부(42) 이외에 격막부(45)를 더 포함할 수 있다. 격막부(45)가 형성되는 경우, 제2 중공부(33)를 분할하도록 형성되어 제2-1 중공부(33a) 및 제2-2 중공부(33b)가 형성될 수 있고, 제3 방향의 외부 충격에 의하여 제1 사이드실(31)과 제2 사이드실(32)이 안정적으로 압축 변형될 수 있도록 형성된다. 그러므로 충돌에너지에 의한 에너지 흡수능을 더욱 향상시키게 된다. 격막부(45)는 제1 강화부(41)의 제1 상부부분 및 제2 강화부(42)의 제2 하부플랜지(43b)와 접하게 위치될 수 있다. 그리고 중앙부분에서 제2 방향으로 굴곡진 형상이 더 부가될 수도 있다. 이러한 굴곡진 형상이 있으므로 충격에 의한 압궤 변형이 유리할 수 있다.
다른 예로서, 도 7을 참고하면, 제1 강화부(41)와 제2 강화부(42)가 격막부(45)를 사이에 두고 대칭이 되도록 형성될 수 있다. 그러므로 제1 강화부(41)의 제1 하부플랜지(43a)와 제2 강화부(42)의 제2 하부플랜지(43b)가 격막부(45)에 접하면서 형성될 수 있다.
상기의 강화 프레임(40)의 형상 및 구조는 예시로서, 상기의 예들에 한정되지 않는다.
이하, 상기 실시예에 있어서 동일한 구성은, 특별한 차이가 없는 한 상기 설명을 인용하도록 한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전기차용 프레임을 도시한다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전기차용 프레임 구조의 도 1에서 A-A'로 도시된 부분의 단면도이며, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임과 보강 프레임의 일부 사시도이고, 도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 보강 프레임의 사시도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 배터리가 위치되는 배터리 공간(S)이 정의되고, 상기 배터리 공간(S)의 둘레 일부에 위치되되, 내부에 폐단면의 제1 중공부(13)를 포함하며 차량의 길이 방향인 제1 방향으로 연장 형성되는 사이드 프레임(10)과, 상기 제1 중공부(13)에 위치되고, 상기 차량의 폭 방향인 제2 방향으로 형성된 면을 포함하는 보강 프레임(20) 및 상기 사이드 프레임(10)의 상기 제2 방향의 일측에 위치되고, 내부에는 폐단면의 제2 중공부(33)가 상기 제1 방향을 따라 연장 형성되는 사이드실(30)을 포함하며, 상기 보강 프레임(20)은, 차량의 높이 방향인 제2 방향과 나란한 제1 면(21)과, 상기 제1 면(21)으로부터 연장 형성되며, 상기 사이드 프레임(10)의 일부와 맞닿도록 형성되는 제2 면(22)을 포함하고, 상기 제1 면(21)과 제2 면(22)이 연결된 부분의 각도(θ)가 둔각일 수 있다.
도 11은 기존의 사이드 프레임의 구조를 도시하며, 도 12는 본 발명의 일 실시예와 기존의 사이드 프레임의 구조에서 충격에 따른 변형량을 도시하는 그래프이다. 구체적으로, 제1 실시예(도 3a), 제2 실시예(도 9)의 사이드 프레임과 보강 프레임의 결합구조와 기존의 사이드 프레임(도 11)을 비교한 그래프이다.
기존의 사이드 프레임(10)은 본 발명의 사이드 프레임(10)의 형상과 동일할 수 있다. 보강 프레임(200)의 구조에서 보강 프레임(200)의 각도(γ)가 직각(90도)으로 형성되어 있고, 오목부(23c)와 돌출부(23a)가 형성되어 있지 않다. 일례로, 제1 면(210), 제2 면(220) 및 플랜지(240)가 형성되며, 제1 면(210)과 제2 면(220)의 사이는 각도(γ)는 직각으로 형성될 수 있다.
본 발명에 비하여 상대적으로 제3 방향의 충돌에 사이드 프레임(10)의 변형이 쉬워, 전기차의 배터리를 보호하거나 승객을 보호하는데 어려움이 있을 수 있다.
기존의 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(200)의 형상은 도 11과 같으며, 도 12에 기존의 형상에 대한 시뮬레이션 결과값으로 특별한 표기가 없는 얇은 실선으로 도시하였다.
본 발명의 경우 도 3a에 도시된 형태의 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)에 대한 결과값을 A, 도 9에 도시된 형태의 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)에 대한 결과값을 C로 도시하며, 각각의 도면에 도시된 형상을 기준으로 해석한 결과 값이다.
기존 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(200)의 합한 무게와, 본 발명의 각 실시예에 따른 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)의 무게는 동일하다. 이를 위하여 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)의 두께를 조절하였다.
급격한 변형이 일어나는 지점을 기준으로 지지강도를 비교해 볼 수 있다. 해석 결과로서, 기존의 보강 프레임(200)이 포함된 결과 그래프에 따르면, 외부 충격이 352.2 KN까지 지지 가능하고, 이때의 변형은 44.6 mm가 된다.
그리고 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)의 결과 그래프에 따르면, 외부 충격이 466.4KN인 경우까지 지지 가능하고, 이때의 변형은 33.0mm가 되는 것을 알 수 있다.
그리고 본 발명의 또다른 실시예에 따른 사이드 프레임(10)과 보강 프레임(20)의 결과 그래프에 따르면, 외부 충격이 388.0KN인 경우까지 지지 가능하고, 이때의 변형은 43.4mm가 되는 것을 알 수 있다.
두 실시예 모두 지지강도가 기존의 경우에 비하여 크고, 변형은 작게 형성된다. 그러므로, 본 발명의 경우 차량의 외부에서 제3 방향의 충격에 있어서 변형량이 더 작게 되면서도 더 큰 힘까지 지지할 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 이는 기존의 사이드 프레임(10) 및 보강 프레임(200)의 구조에 비하여 본 발명의 사이드 프레임(10) 유닛 및 보강 프레임(20)의 에너지 흡수능이 높아져서 지지강도가 증가되고 변형이 작아진 효과를 제공하는 것을 알 수 있다. 그리고, 이를 통하여 탑승자 및 배터리를 보호하여 안전한 차량을 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상의 변화 없이 통상의 기술자에 의해서 변형되어 실시될 수 있음은 물론이다.
(부호의 설명)
1: 프레임 2: 배터리
3: 바디 S: 배터리 공간
10: 사이드 프레임 11: 제1 사이드 프레임
12: 제2 사이드 프레임 13: 제1 중공부
20: 보강 프레임 21: 제1 면
22: 제2 면 23: 비드부
23a: 돌출부 23b: 높이부
23c: 오목부 24: 플랜지
30: 사이드실 31: 제1 사이드실
32: 제2 사이드실 33: 제2 중공부
34: 제1 실 플랜지 35: 제2 실 플랜지
40: 강화프레임 41: 제1 강화부
42: 제2 강화부 43: 강화 플랜지
44: 끼움부분 45: 격막부
W1: 제1 접합부 W2: 제2 접합부
W3: 제3 접합부 θ: 각도

Claims (13)

  1. 배터리가 위치되는 배터리 공간이 정의되고,
    상기 배터리 공간의 둘레 일부에 위치되되, 내부에 폐단면의 제1 중공부를 포함하며 차량의 길이 방향인 제1 방향으로 연장 형성되는 사이드 프레임; 및
    상기 제1 중공부에 위치되며, 적어도 일부는 상기 사이드 프레임에 접촉되는 보강 프레임;을 포함하고,
    상기 보강 프레임은,
    차량의 높이 방향인 제2 방향과 나란한 제1 면과,
    상기 제1 면으로부터 연장 형성되며, 상기 사이드 프레임의 일부와 맞닿도록 형성되는 제2 면을 포함하고,
    상기 제2 면에는,
    상기 제2 방향으로 돌출된 돌출부와 인입된 오목부가 마련되는 전기차용 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강 프레임은 상기 제1 방향으로 연장 형성되는 전기차용 프레임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부와 오목부는 상기 제1 방향을 따라 교대로 반복되어 파형을 형성하는 전기차용 프레임.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 프레임의 상기 제2 방향의 일측에 위치되고, 내부에는 폐단면의 제2 중공부가 상기 제1 방향을 따라 연장 형성되는 사이드실; 및
    절곡되거나 굴곡진 형상을 포함하고, 상기 제2 중공부에 위치하며 상기 제1 방향으로 연속되는 강화 프레임;을 더 포함하는 전기차용 프레임.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 면과 제2 면이 연결된 부분의 각도가 둔각인 전기차용 프레임.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 면은 상기 제1 면의 상기 제2 방향의 양 단에서 형성되며,
    상기 보강 프레임은 차량의 폭 방향인 제3 방향을 기준으로 서로 대칭되는 전기차용 프레임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보강 프레임은,
    상기 제1 면과 나란하며, 상기 제2 면으로부터 연장 형성된 플랜지를 더 포함하고,
    상기 플랜지에서 상기 사이드 프레임과 용접 접합되는 전기차용 프레임.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은,
    상기 배터리 공간에 인접하는 제1 사이드 프레임과, 상기 사이드실에 인접하는 제2 사이드 프레임을 포함하고,
    상기 제1 사이드 프레임과 상기 제2 사이드 프레임이 결합되어 형성되며,
    상기 제1 면은 상기 제2 사이드 프레임과 적어도 일부가 접촉되고, 접촉된 부분에서 용접되거나 접착 물질에 의하여 접합되는 전기차용 프레임.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은 알루미늄 또는 강재로 형성되는 전기차용 프레임.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사이드 프레임과 상기 보강 프레임은 서로 다른 재질로 형성되는 전기차용 프레임.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 보강 프레임은 하나의 판재를 절곡 성형하여 가공되는 전기차용 프레임.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 판재는,
    인장강도가 980MPa 이상의 강재인 전기차용 프레임.
  13. 배터리가 위치되는 배터리 공간이 정의되고,
    상기 배터리 공간의 둘레 일부에 위치되되, 내부에 폐단면의 제1 중공부를 포함하며 차량의 길이 방향인 제1 방향으로 연장 형성되는 사이드 프레임;
    상기 제1 중공부에 위치되고, 상기 차량의 폭 방향인 제2 방향으로 형성된 면을 포함하는 보강 프레임; 및
    상기 사이드 프레임의 상기 제2 방향의 일측에 위치되고, 내부에는 폐단면의 제2 중공부가 상기 제1 방향을 따라 연장 형성되는 사이드실; 을 포함하며,
    상기 보강 프레임은,
    차량의 높이 방향인 제2 방향과 나란한 제1 면과,
    상기 제1 면으로부터 연장 형성되며, 상기 사이드 프레임의 일부와 맞닿도록 형성되는 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면과 제2 면이 연결된 부분의 각도가 둔각인 전기차용 프레임.
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