KR101027922B1 - 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조에 관한 것으로,

프런트 서브 프레임에서 연장되는 서브프레임 마운팅부에 연결되는 프런트 사이드멤버와, 펜다 에이프런의 이너패널에 수평상으로 연결 형성되는 프런트 스트럿 마운팅부에 쇽업소버 하우징 패널 서포트를 연결하여서 되는 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조에 있어서,

상기 프런트 스트럿 마운팅부는, 상기 펜다 에이프런의 이너패널에 양단이 용접 연결되는 U형 멤버를 상,하로 관통하는 복수의 관통파이프로 구성되며,

상기 쇽업소버 하우징 패널의 외측에는, 상단이 상기 U형 멤버의 로워 프레임의 끝단 저부에 용접으로 연결되고, 하단이 상기 프런트 서브 프레임 마운팅부에 용접으로 연결되는 버티칼 멤버를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

서스펜션, 프런트 서브 프레임, 프런트 서브 프레임 마운팅부, 프런트 스트럿 마운팅부, 프런트 사이드멤버, 브라켓, 쇽업소버 하우징패널 서포트, 펜다 에이프런, U형 멤버, 버티칼 멤버

Description

서스펜션 입력점부 차체 강성 구조{Reinforcing structure of suspension}

본 발명은 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 프런트 사이드멤버와 펜다 에이프런을 버티칼 멤버와 U형 멤버로 연결하는 구조로서, 프런트 서스펜션이 마운팅되는 차체 입력점부의 강성을 극대화시킬 수 있도록 하는 자동차의 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 프런트 서스펜션을 마운팅하기 위한 차제 구조를 크게 두 부분으로 구성된다.

즉, 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 프런트 서브프레임(100)을 장착시키기 위한 브라켓(110)과, 쇽업소버 스트럿(120)을 마운팅하기 위한 스트럿 마운팅 커버(130)로 구성되며, 그 외에 차체의 기본 골조를 구성하는 프런트 사이드멤버(140), 쇽업소버 하우징 패널(150) 등의 서로 연결되어 차체 구조를 형성하게 되며, 최근 개발되고 있는 차종에는 스트럿 마운팅부의 입력점 강성을 증대시키기 위해 상기 쇽업소버 하우징 패널(150)의 내측에 프런트 사이드 멤버(140)와 스트럿 마운팅 커버(130)를 연결하는 쇽업소버 하우징 패널 서포트(160) 구조가 적용되고 있으며, 서브 프레임 마운팅부(170)에도 차체 입력점 강성 증대를 위한 파이프볼트(180)의 체결구조를 비롯하여 바닥면 보강재 및 격벽(190) 등의 구조가 적용되고 있다.

그러나 상기와 같은 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째; 상기 프런트 서브프레임(100)은 서브프레임 마운팅부(170)에 프런트 사이드멤버(140)를 안착시키기 위해 별도의 브라켓(110)을 상기 프런트 사이드멤버(140)의 하부에 연장시키고 상기 프런트 서브프레임(110)과의 체결을 위해 상기 브라켓(110) 바닥면에 파이프볼트(180)를 돌출되도록 형성하는데, 상기한 파이프볼트(180)의 상단은 상기 프런트 사이드멤버(140)의 하단을 관통하여 격벽(190)에 고정되는 구조로 되어 있는바, 이러한 파이프볼트(180)의 지지구조는 서브프레임 마운팅부(170)의 국부적인 z방향(차량의 상방향)에 대한 입력점 강성 개선에는 효과가 있으나, 상기 브라켓(110)과 프런트 사이드멤버(140)의 용접 면적이 매우 협소하고 연결 구조가 취약하여 x,y방향(차량의 전,후 및 좌,우 방향)의 변이에 취약하다는 문제점이 있으며, 또한 외부 하중이 직접적으로 들어오는 스트릿 마운팅부(200)와 서브 프레임 마운팅부(170)가 연결되어 있지 못하고 서로 떨어져 있으므로 각각의 하중에 의한 차체 전체의 비틀림 변형에 상당히 취약하여 글로벌한 강성 목표를 만족시키지 못하게 된다는 문제점이 있다.

둘째; 상기 스트럿 마운팅부(200)는 스트럿 마운팅 커버(130)가 쇽업소버 하우징 패널(150)에 의해 지지되고 있으며, 외측으로는 펜다 에이프런(210)에 수평적으로 연결되는 구조로 되어 있는바, 이는 상기 스트럿 마운팅부(200)가 박 스(box) 형상의 단면을 갖는 상기 펜다 에이프런(210)과 일정간격 이격되어 있기 때문에 하중에 상당히 취약하다는 데 있다. 따라서 최근 개발되고 잇는 대부분의 차종에는 쇽업소버 하우징 패널 서포트(160)를 적용하고 있으나, 이는 이너 포인트의 국부적인 입력점 강성 증대에 약간의 효과가 있는 것으로 판명되었지만, 상기 스트럿 마운팅 커버(130) 전체가 상,하로 변형되는 글로벌한 외력에는 개선효과가 거의 없어 상기한 스트럿 마운팅 커버(130)의 상부 또는 하부에 별도의 보강재(도시 생략)를 추가하여야 하는 문제점이 있다.

셋째; 일반적으로 차체에 비해 강도가 높은 서스펜션 부품은 정면 충돌시 차체에 비해 거의 변형이 없으며, 프런트 서브프레임(100) 및 프런트 스트럿 등은 거의 강체와 동일하게 거동하므로 정면 충돌시 상대적으로 차가 앞으로 쏠리기 때문에 프런트 스트럿은 축방향으로 이동하게 되면서 쇽업소버 하우징 패널(150)의 상부 변형을 야기시키게 되며, 이에 따라 대쉬보드(dash board) 상부의 밀림량을 증가시켜 승객의 가슴 상해를 악화시키게 되는데, 이는 프런트 사이드멤버(140)의 상부에 쇽업소버 하우징 패널 서포트(160)가 적용되어 있기는 하나. 상기 스트럿 마운팅 커버(130)와의 연결이 취약하기 때문에 프런트 스트럿의 거동이 주는 쇽업소버의 상부 하중을 플런트 사이드멤버(140) 쪽으로 분산시킬 수 없다는 것인바, 결과적으로 쇽업소버 하우징 패널(150)의 상부가 회전하는(뒤틀리는) 상태로 변형되어 상기한 대쉬보드 상부의 밀림량을 증대시키게 되므로 EURONCAP, 내수 옵셋 등 최근 강화되고 있는 충돌 목표를 달성하는데 많은 어려움이 뒤따르게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 자동차의 프런트 서스펜션이 마운팅되는 차체 입력점 구간을 폐단면을 갖도록 조립되는 프레임으로 구성되는 U형 멤버 및 버티칼 멤버로 프런트 사이드멤버와 펜다 에이프런을 직접 연결하는 구조로서, 차체의 강성을 극대화시킬 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 구현하기 위한 수단으로서,

프런트 서브 프레임에서 연장되는 서브프레임 마운팅부에 연결되는 프런트 사이드멤버와, 펜다 에이프런의 이너패널에 수평상으로 연결 형성되는 프런트 스트럿 마운팅부에 쇽업소버 하우징 패널 서포트를 연결하여서 되는 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조에 있어서,

상기 프런트 스트럿 마운팅부는, 상기 펜다 에이프런의 이너패널에 양단이 용접 연결되는 U형 멤버를 상,하로 관통하는 복수의 관통파이프로 구성되며,

상기 쇽업소버 하우징 패널의 외측에는, 상단이 상기 U형 멤버의 로워 프레임의 끝단 저부에 용접으로 연결되고, 하단이 상기 프런트 서브 프레임 마운팅부에 용접으로 연결되는 버티칼 멤버를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펜다 에이프런의 이너패널에 양단이 연결되는 U형 멤버는 로워 프레임과, 상기 로워 프레임을 상측에서 덮어주는 상태로 조립되어 로워 프레임과 함께 단면이 "ㅁ"자형의 폐단면을 이루게 하는 어퍼 프레임으로 분할 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프런트 스트럿 마운팅부를 형성하는 복수의 관통파이프들은 상기 쇽업소버 하우징 패널 서포트 및 상기 버티칼 멤버가 연결되는 절곡지점에 형성되는 1개와 U형 멤버의 중간부분에 서로 대칭적으로 형성되는 2개를 포함하여 총 3개의 관통파이프로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 서스펜션의 입력점부를 형성하는 프런트 서브 프레임 마운팅부와 프런트 스트럿 마운팅부를 버티칼 멤버를 이용하여 수직상으로 직접 연결되어 있으므로 상기 두 지점(프런트 서브 프레임 마운팅부 및 프런트 스트럿 마운팅부)의 서로 다른 하중에 의한 차체 변형을 억제하여 입력점부의 글로벌 강성을 향상시키는 효과가 있으며, 또한 상기 프런트 스트럿 마운팅부는 박스 단면을 갖는 U형 멤버에 마운팅되어 있으므로 강성개선에 효과가 크고, 내측으로는 버티칼 멤버에 연결되고 외측으로는 펜다 에이프런에 연결되므로 글로벌 강성 증대에 상당한 효과를 나타내며, 상기 버티칼 멤버 및 U형 멤버가 프런트 사이드멤버와 펜다 에이프런을 유기적으로 연결하고 있으므로 정면충돌시 상기 프런트 사이드멤버의 충돌 하중을 펜다 에이프런으로 분산시킬 수 있어 성는 개선효과가 크며, 수직방향의 차체 강화(+자 형태 보강 구조)로 충돌시 프런트 사이드멤버의 단면 붕괴를 억제하고 멤버의 꺽임현상(상방향 들림현상)을 방지하여 대쉬보드의 하부 밀림량을 개선하여 운전자 및 조수석 탑승자의 발목 부상을 줄일 수 있을 뿐 아니라 프런트 스트럿 마운팅부의 변형을 줄여 대쉬보드의 상부 밀림량을 감소시켜서 운전자 및 조수석 탑승자의 가슴 상해를 경감시키는 등등의 효과를 가져다 주는 장점이 있다

본 발명에 의한 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 서스펜션 입력점부의 프런트 사이드멤버와 펜다 에이프런의 연결구조의 나타낸 사시도이며, 도 2은 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 서스펜션 입력점부 강성구조의 조립 공정도를 도시한 것이다.

도면부호 1은 프런트 사이드멤버를, 2는 펜다 에이프런을 각각 나타낸다.

상기 프런트 사이드멤버(1)는 프런트 서스펜션을 구성하는 프런트 서브 프레임에서 연장되는 상부에 연결되는 것으로서, 상기 프런트 사이드멤버(1)는 기존과 마찬가지로 그 하단에 브라켓(11)과 파이프볼트(12) 및 프런트 서브프레임 마운팅부(13)를 구비하고 있다.

상기 펜다 에이프런(2)은 이너패널(21)과 아우터패널(22)이 "ㅁ"자형의 폐단면을 이루도록 용접 결합되어 있으며, 상기 이너패널(21)의 수직면에는 U형 멤버(3)의 양단이 용접 연결된다.

상기 U형 멤버(3)는 단면이 "ㄴ"자형으로 된 로워 프레임(31)과 단면이 상기한 로워 프레임(31)과 대칭을 이루도록 "ㄱ"자형으로 된 어퍼 프레임(32)이 폐단면 "ㅁ"자형 단면을 이루도록 조립식으로 결합된다.

상기 U형 멤버(3)는 먼저 로워 프레인(31)의 양단이 상기 펜다 에이프런(2)의 이너패널(21) 수직면에 용접으로 연결되고, 이어서 어퍼 프레임(32)이 로워 프레임(31)과 "ㅁ"자형의 폐단면을 이루도록 하면서 양단이 이너패널(21)에 용접된다.

또한 상기 U형 멤버(3)에는 3개의 관통파이프(4)가 로워 프레임(31) 및 어퍼 프레임(32)을 관통하도록 형성되어 있는데, 상기한 3개의 관통파이프(4)들 중 1개는 U형 멤버(3)의 절곡된 부분에 형성되어 있고, 다른 2개는 U형 멤버(3)의 양단에 서로 대칭을 이루는 위치에 형성되어 있다. 따라서 3개의 관통파이프(4)들은 U형 멤버(3)에 삼각점을 이루도록 형성되어 있게 되는 것이다.

본 발명의 특징 중 하나는, 상기 U형 멤버(3)의 삼각점을 이루도록 형성된 3개의 관통파이프(4)들은 쇽업소버를 마운팅시키기 위한 프런트 스트럿 마운팅부(4a)를 구성하는 것에 있으며, 이와 같이 구성된 프런트 스트럿 마운팅부(4a)는 3개의 관통파이프(4)를 관통하는 볼트 등으로 쇽업소버를 체결시키게 된다.

상기 펜다 에이프런(2)에 수평상으로 연결되는 U형 멤버(3)와 상기한 프런트 서브프레임(도시 생략 : 도 5 참조)의 상방으로 연결되는 상기 프런트 사이드멤버(1)는 쇽업소버 하우징 패널 서포트(5)에 의해 연결되는데, 상기 쇽업소버 하우징 패널 서포트(5)의 상단은 U형 멤버(3)의 어퍼 프레임(32)의 절곡부에 형성된 수 직면에 용접으로 연결되며, 하단은 상기 프런트 사이드 멤버(1)의 상면에 연결된다.

본 발명의 특징 중 다른 하나는, 상기 쇽업소버 하우징 패널 서포트(5)의 외측에 U형 멤버(3)와 프런트 서브프레임 마운팅부(13)를 수직상으로 연결하는 버티칼 멤버(6)를 더 포함하여 구성한 것에 있으며, 상기 버티칼 멤버(6)의 상단은 U형 멤버(3)의 로워 프레임(31) 절곡부 저면에 용접으로 연결되고, 하단은 프런트 서브프레임 마운팅부(13)의 외측면에 용접으로 연결되는 구조로 되어 있다.

그리고 상기한 쇽업소버 하우징 패널 서포트(5)의 플랜지(51)와 상기 버티칼 멤버(6)의 플랜지(61)는 스포트 용접으로 연결 결합된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 조립 순서와 작용에 대하여 살명한다.

먼저, 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이 펜다 에이프런(2)의 이너패널(21)의 수직면에 U형 멤버(3)의 로워 프레임(31) 양단이 용접으로 연결되며, 또한 상기 로워 프레임(31)에는 3개의 관통파이프(4)가 삼각점을 이루도록 용접되어 있고, 또 상기 로워 프레임(31)의 절곡부 저면에 버티칼 멤버(6)의 상단이 연결된다.

다음, 도 3b의 도시와 같이 로워 프레임(31)의 상측에서 어퍼 프레임(32)을 조립하여 용접으로 연결시키고, 또 상기 어퍼 프레임(32)의 양단을 이너패널(21)에 용접하여 U형 멤버(3)를 형성한다.

다음, 도 3c에 도시되어 있는 바와 같이 이너패널(31)의 외측에 아우터패널(32)를 용접하여 펜다 에이프런(3)을 형성한다.

다음, 도 3d의 도시와 같이 프런트 사이드멤버(1)에 쇽업소버 하우징 패널 서포트(5)를 상향으로 돌출하도록 용접으로 연결 조립한다.

다음, 도 3e에 도시된 바와 같이 프런트 사이드멤버(1)에 돌출하도록 조립된 쇽업소버 하우징 패널 서포트(5)의 상단은 U형 멤버(3)의 어퍼 프레임(32)의 절곡부 수직면에 용접하는 한편, 앞서 U형 멤버(3)의 로워 프레인(31)의 절곡부 저면에 상단이 용접되어 있는 버티칼 멤버(6)의 하단은 프런트 사이드멤버(1)의 외측 하단 즉, 프런트 서브 프레임 마운팅부(13)에 용접한다.(도 2 참조)

상기와 같이 U형 멤버(3)의 어퍼 프레임(32)의 수직면에 상단이 용접되는 쇽업소버 하우징 패널 서포트(5)의 플랜지(51)와 프런트 서브 프레임 마운팅부(13)에 하단이 용접되는 버티칼 멤버(6)의 플랜지(61)는 서로 맞닿은 상태에서 스포트용접으로 결합시키게 되면 펜다 에이프런(2)과 프런트 사이드멤버(1)의 조립이 완성되는 것이다.

상기와 같은 본 발명은 펜다 에이프펀(2)에 용접 연결되는 U형 멤버(3) 및 쇽업소버 하우징 패널 서포트(5)와 버티칼 멤버(6)는 모두 "ㅁ"자형 폐단면 구조로 조립되므로써 강한 결합력을 가지게 되어 완성차의 관점에서 볼 때 프런트 스트럿 마운팅부-너클-로워엄-프런트 서브프레임-버티칼 멤버-U형 멤버가 폐단면으로 연결되는 환형연결구조를 형성하게 되므로써 차체 강성을 극대화시킨 상태로 결합시킬 수 있게 되는 것이며, 이와 같은 차체 강성의 증대 구조는 굽힘이나 비틀림 강성 등에 차체 골격 강성을 개선하고 서스펜션 마운팅부의 차체 강성을 증대시켜서 주행 중 실내로 유입되는 소음을 거감시킬 뿐 아니라 조정 안정성, 핸들링시 추종성 등 S/S 성능 향상에도 크게 기여한다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 서스펜션 입력점부의 프런트 사이드멤버와 펜다 에이프런의 연결구조의 나타낸 사시도

도 2은 도 1의 A-A선 단면도

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 서스펜션 입력점부의 연결구조의 조립 공정도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프런트 사이드멤버 11 : 브라켓

12 : 파이프볼트 13 : 프런트 서브 프레임 마운팅부

2 : 펜다 에이프런 21 : 이너패널

22 : 아우터패널 3 : U형 멤버

31 : 로워 프레임 32 : 어퍼 프레임

4 : 관통파이프 4a : 프런트 스트럿 마운팅부

5 : 쇽업소버 하우징 패널 서포트

6 : 버티칼 멤버 51,61 : 플랜지

Claims (3)

1. 프런트 서브 프레임에서 연장되는 서브프레임 마운팅부에 연결되는 프런트 사이드멤버와, 펜다 에이프런의 이너패널에 수평상으로 연결 형성되는 프런트 스트럿 마운팅부에 쇽업소버 하우징 패널 서포트를 연결하여서 되는 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조에 있어서,

   상기 프런트 스트럿 마운팅부는, 상기 펜다 에이프런의 이너패널에 양단이 용접 연결되는 U형 멤버를 상,하로 관통하는 복수의 관통파이프로 구성되며,

   상기 쇽업소버 하우징 패널의 외측에는, 상단이 상기 U형 멤버의 로워 프레임의 끝단 저부에 용접으로 연결되고, 하단이 상기 프런트 서브 프레임 마운팅부에 용접으로 연결되는 버티칼 멤버를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 펜다 에이프런의 이너패널에 양단이 연결되는 U형 멤버는 로워 프레임과, 상기 로워 프레임을 상측에서 덮어주는 상태로 조립되어 로워 프레임과 함께 단면이 "ㅁ"자형의 폐단면을 이루게 하는 어퍼 프레임으로 분할 구성된 것을 특징으로 하는 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 프런트 스트럿 마운팅부를 형성하는 복수의 관통파이프들은 상기 쇽업소버 하우징 패널 서포트 및 상기 버티칼 멤버가 연결되는 절곡지점에 형성되는 1개와 U형 멤버의 중간부분에 서로 대칭적으로 형성되는 2개를 포함하여 총 3개의 관통파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 서스펜션 입력점부 차체 강성 구조.

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