KR101163882B1 - 자동차의 차체 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동차의 차체 구조는, 스페어 타이어를 차실 내에 배치할 수 있고, 후면 충돌 시에 있어서의 충격 에너지의 흡수량을 증대시켜 탑승자에 대한 안전성을 향상시키며, 연료 탱크 등을 확실하게 보호하는 것이 가능한 자동차의 후방부 차체 구조를 제공하기 위해, 좌우의 후륜을 지지하는 서브 프레임(12)을 좌우의 사이드실(side sill)(2, 3) 후방에 배치하여 이루어지는 자동차의 차체 구조로서, 상기 좌우의 사이드실(2, 3)로부터 차체 후방으로 연장되는 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임(6, 7)과, 상기 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임(6, 7) 사이에서 하방으로 돌출하여 이루어지는 스페어 타이어 팬(10)이 형성된 리어 플로어 패널(11)과, 상기 스페어 타이어 팬(10)의 바닥벽을 따라 전후 방향으로 연장되는 적어도 1개의 리어 센터 프레임(21, 22)을 구비하고, 상기 리어 센터 프레임(21, 22)은 상기 서브 프레임(12)의 부재의 후방에 상기 서브 프레임 부재(12)와 대략 동일 높이에 배치되어 있다.

Description

자동차의 차체 구조{BODY STRUCTURE OF AUTOMOBILE}

본 발명은 좌우의 후륜을 지지하는 서브 프레임을 좌우의 사이드실(side sill) 후방에 구비한 자동차의 후방부 차체 구조에 관한 것이다.

전륜 구동차용의 후륜 현가(懸架) 장치로서, 좌우의 트레일링 아암을 토션빔으로 강체 결합하여 이루어지는 토션빔식 서스펜션이 알려져 있다. 토션빔식 서스펜션에는, 비교적 간이하고 또한 컴팩트한 구성이면서, 스무스한 승차감과 안정감이 있는 선회 주행을 얻을 수 있다고 하는 특징이 있다. 토션빔식 서스펜션을 구비한 차량에서는, 통상 좌우 트레일링 아암의 전단(前端)이 사이드실 익스텐션에 요동 가능하게 지지된다.

그런데, 일반적으로 자동차에는, 펑크 시에 대비하여 스페어 타이어가 탑재되어 있다. 승용차에서, 스페어 타이어는 리어 플로어의 하방에 장착되거나, 혹은 리어 플로어를 하방으로 돌출시킨 스페어 타이어 팬의 내부에 탑재되는 경우가 많다. 한편, 최근의 자동차의 차체 구조에는, 강성을 확보하면서 경량화를 도모하기 쉬운 모노코크 구조가 많이 채용되고 있다. 모노코크 구조의 자동차의 플로어 프레임은 일반적으로, 비교적 얇은 강판을 소재로 하는 프레스 성형품을 조합하여 구성된다. 그 때문에, 스페어 타이어를 탑재하는 스페이스를 확보하면서 후면 충돌에 대한 후방부 차체 구조의 강성을 높이기 위해서는, 사용하는 소재의 판 두께를 두껍게 하는 등의 대처가 필요해진다.

그러나, 소재의 두께 증대는 자동차의 중량을 증대시키고, 주행 연비의 악화나 운동 성능의 저하를 야기하므로, 가능한 한 억제하는 것이 요망된다. 그리고, 후면 충돌 시에 있어서의 차량의 충돌 에너지 흡수량을 증대시키고, 또한 후면 충돌 시에 연료 탱크 등을 확실하게 보호하는 것을 목적으로 하여, 리어 플로어 패널의 하면에서, 좌우 리어 사이드 프레임의 전단(前端)을 연결하는 미들 크로스 멤버와, 좌우 리어 사이드 프레임의 후단을 연결하는 후단 부재 사이에, 전방 상향으로 경사진 하면을 갖는 리어 센터 프레임을 가설(架設)하고, 리어 센터 프레임의 하면에 접하는 상태로 스페어 타이어를 배치한 발명이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 이에 따르면, 후면 충돌 시에 스페어 타이어와 리어 센터 프레임을 에너지 흡수 부재로서 기능시키는 것이 가능해지고, 스페어 타이어가 전방으로 이동하는 것도 억지(抑止)할 수 있다.

일본 특허 공개 제2002-362426호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 리어 센터 프레임의 하면을 전방 상향으로 경사시키고, 리어 센터 프레임 전방부를 좌굴(挫屈)하기 쉽게 하고 있기 때문에, 전방부가 일단 좌굴한 후는 리어 센터 프레임은 에너지 흡수 부재로서 기능하지 않아, 후면 충돌 시에 필요 충분한 에너지 흡수량을 확보할 수 없다. 또한, 스페어 타이어를 리어 센터 프레임의 하방, 즉 리어 플로어 패널의 하방에 배치하기 때문에, 펑크 시 등의 타이어 교환 시에서의 타이어 탈착 작업이 곤란할뿐만 아니라, 탈착 작업을 행하는 사용자가 더러워지기 쉽다고 하는 문제도 있다. 또한, 스페어 타이어가 리어 플로어 패널의 하면에 노출된 상태로 유지되기 때문에, 스페어 타이어 자체가 더러워지기 쉽고, 그 점검 등도 행하기 어렵다. 이 때문에, 후면 충돌에 대한 안전성을 갖고, 점검이나 타이어 교환 작업 등을 용이하게 행할 수 있는 차체 구조가 요구된다.

본 발명은 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 스페어 타이어를 차실 내에 배치할 수 있으며, 후면 충돌 시의 충격 에너지 흡수량을 증대시키고, 탑승자에 대한 안전성을 향상시키며, 연료 탱크 등을 확실하게 보호하는 것이 가능한 자동차의 후방부 차체 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 좌우의 후륜을 지지하는 서브 프레임을 좌우의 사이드실 후방에 배치하여 이루어지는 자동차의 차체 구조로서, 상기 좌우의 사이드실로부터 차체 후방으로 연장되는 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임과, 상기 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임 사이에서 하측으로 돌출하여 이루어지는 스페어 타이어 팬이 형성된 리어 플로어 패널과, 상기 스페어 타이어 팬의 바닥벽을 따라 전후 방향으로 연장되는 적어도 1개의 리어 센터 프레임을 구비하고, 상기 리어 센터 프레임은 상기 서브 프레임의 부재의 후방에 상기 서브 프레임 부재와 대략 동일 높이에 배치된 것을 특징으로 하는 자동차의 후방부 차체 구조를 제공한다.

자동차는 통상, 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임을 가지고 있고, 후면 오프셋 충돌 시에는, 좌우 어느 하나의 리어 사이드 프레임에서 충돌 에너지를 흡수하지만, 본 발명에 따르면, 리어 사이드 프레임에 이외에도, 스페어 타이어 팬의 바닥벽을 따라 전후 방향으로 연장되도록 신규로 설치된 리어 센터 프레임에 의해서도 후면 충돌 시의 에너지가 흡수되기 때문에, 에너지 흡수량을 증대시킬 수 있다. 특히, 후면 충돌 시에는, 차체의 후방부가 찌부러짐으로써, 리어 센터 프레임이 예컨대 크로스 부재를 이루는 서브 프레임 부재에 결합하게 되고, 서브 프레임은 리어 센터 프레임과 협동하여 충돌 에너지를 흡수할 수 있다. 이 때문에, 짧은 스트로크로 충돌 에너지의 흡수가 가능해지며, 후면 충돌 시에 탑승자의 안전을 확보하고, 연료 탱크 등을 확실하게 보호하며, 차체 후방부가 짧은 자동차의 패키징의 자유도를 높일 수 있다. 또한, 스페어 타이어를 차실 내에 배치할 수도 있다.

또한, 리어 센터 프레임의 전방부의 강성을 서브 프레임의 강성보다도 낮게 함으로써, 리어 플로어 패널의 변형으로 인해 전방으로 이동한 리어 센터 프레임이 서브 프레임에 접하였을 때에, 리어 센터 프레임 전방부가 찌부러져 서브 프레임과 결합한다. 따라서, 리어 센터 프레임이 서브 프레임을 미끄러져 지나치는(엇갈리는) 일 없이, 충돌 에너지의 서브 프레임에의 전달을 확실하게 할 수 있다.

또한, 서브 프레임을 채널형 단면 또는 H형 단면으로 형성함으로써, 사이드실에 지지된 크로스빔 후면을 리어 센터 프레임 전방부에 근접시킬 수 있어, 조기에 충돌 에너지를 흡수할 수 있다.

또한, 리어 센터 프레임의 전방부의 강성을 리어 센터 프레임 중앙부의 강성보다도 낮게 함으로써, 센터 프레임이 서브 프레임에 충돌하였을 때에, 리어 센터 프레임의 전방부가 중앙부보다도 용이하게 변형되어 서브 프레임에 결합하게 된다. 이에 따라, 후면 충돌 시에 있어서의 후방으로부터의 충돌 하중이 충돌 초기에서부터 충돌 후기에 걸쳐 안정적으로 차체측에 전달되게 되고, 충돌 에너지 흡수의 안정화가 도모된다.

한편, 상기 리어 센터 프레임의 후방부의 강성을 리어 센터 프레임의 중앙부의 강성보다도 낮게 함으로써, 후방부가 중앙부보다도 변형되기 쉽고, 후면 충돌 초기에서부터의 충돌 에너지 흡수가 용이해지며, 부위마다 다른 강성에 의해 후면 충돌 시의 충격이 완충된다.

리어 센터 프레임의 후방부를 리어 센터 프레임의 중앙부로부터 차체 후방을 향하여 상향 구배로 연장 형성하며, 그 후단을 단말 부재에 의해 상기 스페어 타이어 팬에 접합함으로써, 후방부보다도 상위에서의 후면 충돌 시에도, 단말 부재를 통해 리어 센터 프레임의 후방부가 스페어 타이어 팬과 일체로 찌부러져 충돌 에너지를 흡수하고, 리어 센터 프레임이 확실하게 충격 에너지를 차체에 전달시킨다.

또한, 리어 센터 프레임의 후방부가 스페어 타이어 팬으로부터 후방으로 돌출하는 돌출부를 가짐으로써, 충돌 하중은 후면 충돌 초기에 돌출부에 가해지고, 리어 센터 프레임으로부터 리어 서스펜션을 통해 차체 전방에 하중 분산된다.

또한, 리어 센터 프레임의 중앙부를 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임에 연결하는 보강 부재를 더 구비함으로써, 리어 센터 프레임이 리어 플로어 패널로부터 용이하게 분리되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 리어 센터 프레임이 충돌 하중 방향에 따라 좌우로 쓰러지는 일 없이 확실하게 찌부러져 충돌 에너지의 흡수를 행한다. 이러한 효과를 더 향상시키기 위해, 상기 보강 부재를 상기 스페어 타이어 팬의 바닥벽에 접합할 수 있다.

또한, 후면 충돌에 의해 리어 센터 프레임의 중앙부가 찌부러지는 충돌 에너지를 받을 때 용이하게 분리될 수 있도록, 보강 부재를 리어 센터 프레임에 접합함으로써, 오프셋 충돌로 어느 하나의 리어 프레임이 찌부러지지 않을 때 등에, 압궤에 의해 충돌 하중을 흡수하여야 할 리어 센터 프레임이, 보강 부재에 의해 그 압궤를 저해받는 일 없이, 확실하게 충돌 에너지를 흡수할 수 있다.

리어 센터 프레임의 후방부가 견인 부재 또는 타이다운(tie-down) 부재를 가짐으로써, 강성이 높은 리어 센터 프레임에 견인 부재 등이 설치되고, 차폭 방향의 중앙 근방의 위치에서의 견인 등이 가능해진다.

또한, 리어 센터 프레임을 좌우 한쌍 마련함으로써, 효율적으로 또한 확실하게 충돌 에너지를 흡수할 수 있다. 구체적으로는, 70％ 정도의 오프셋 충돌이면, 2개의 리어 센터 프레임과 1개의 리어 사이드 프레임의 합계 3개의 리어 프레임에 충돌 하중을 분산할 수 있고, 50％ 정도의 오프셋 충돌이면, 1개의 리어 센터 프레임과 1개의 리어 사이드 프레임의 합계 2개의 리어 프레임에 충돌 하중을 분산할 수 있다.

또한, 리어 센터 프레임의 중앙부를 서로 연결하는 보강 부재를 더 구비함으로써, 리어 센터 프레임이 리어 플로어 패널로부터 용이하게 분리되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 리어 센터 프레임이 충돌 하중 방향에 따라 좌우로 쓰러지는 일 없이 확실하게 찌부러져 충돌 에너지의 흡수를 행한다. 이러한 효과를 더 향상시키기 위해, 상기 보강 부재를 상기 스페어 타이어 팬의 바닥벽에 접합할 수 있다.

또한, 후면 충돌에 의해 리어 센터 프레임의 중앙부가 찌부러지는 충돌 에너지를 받을 때 용이하게 분리될 수 있도록, 보강 부재를 리어 센터 프레임에 접합함으로써, 오프셋 충돌로 어느 하나의 리어 프레임이 찌부러지지 않을 때 등에, 압궤에 의해 충돌 하중을 흡수하여야 할 적어도 어느 하나의 리어 센터 프레임이, 보강 부재에 의해 그 압궤를 저해받는 일 없이, 확실하게 충돌 에너지를 흡수할 수 있다.

또한, 보강 부재가, 잭업(jack-up) 부재, 즉 잭업용 강성 향상 부재를 가짐으로써, 잭업 부재가 스페어 타이어 팬 하면의 보기 어려운 위치에 배치되어, 외관이 향상된다.

본 발명의 적합한 실시예에 따르면, 상기 서브 프레임은 토션빔식 리어 서스펜션을 포함하고, 상기 서브 프레임 부재가 상기 리어 서스펜션의 토션빔을 포함한다. 혹은, 상기 서브 프레임은 리지드 액슬(rigid axle) 또는 리어 서스펜션을 지지하는 서브 프레임을 포함하는 것이어도 좋다.

도 1은 실시형태에 따른 차체 골격 구조의 사시도이다.
도 2는 실시형태에 따른 후방부 차체 골격 구조의 저면 사시도이다.
도 3은 실시형태에 따른 후방부 차체 골격 구조의 평면도이다.
도 4는 도 3 중 IV-IV 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 4a는 토션빔의 변형예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 도 2 중 V부 확대도이다.
도 6은 실시형태의 작용 설명도이다.
도 7은 실시형태에 따른 후방부 차체 골격 구조의 후면 충돌 시의 변형 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 변형 실시형태에 따른 후방부 차체 골격 구조의 단면도이다.

?실시형태의 구성?

이하, 도면을 참조하여, 해치백 승용차용의 보디에 본 발명을 적용한 차체 구조의 일 실시형태를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 차체 골격 구조를 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 실시형태의 보디(1)는 플로어 프레임으로서, 차체 전후 방향으로 연장되는 좌우 한쌍의 사이드실(2, 3)이나, 좌우 한쌍의 사이드실(2, 3)의 중앙부 및 후단부를 차폭 방향으로 각각 연결하는 제1 미들 플로어 크로스 멤버(4) 및 제2 미들 플로어 크로스 멤버(5), 좌우 한쌍의 사이드실(2, 3)의 후단으로부터 후방으로 연장되는 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임(6, 7) 등을 갖는다. 또한, 보디(1)는 플로어 패널로서, 차실과 엔진 룸을 구획하는 대시보드 하부 패널(8)이나, 차실의 바닥면을 구성하는 전방 및 후방의 프론트 플로어 패널(9a, 9b), 스페어 타이어 팬(10)이 형성되며 하물실의 바닥면을 구성하는 리어 플로어 패널(11) 등을 가지고 있다.

도 2는 실시형태에 따른 자동차의 후방부 골격 구조를 저면측에서 본 사시도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 좌우의 후륜(Wl, Wr)이 H형 토션빔식 리어 서스펜션(서브 프레임)(12)에 의해 보디(1)에 현가되어 있다. H형 토션빔식 리어 서스펜션(12)은, 좌우 한쌍의 트레일링 아암(13, 14)과, 좌우 한쌍의 트레일링 아암(13, 14)의 중앙부에 그 양단이 강체 결합된 토션빔(15)을 주요 구성 요소로 한다. 좌우 한쌍의 트레일링 아암(13, 14)은, 그 전단(前端)(13a, 14a)이, 사이드실(2, 3)의 후단으로부터 후방 상향 구배로 연장 형성된 사이드실 익스텐션(2a, 3a)에 요동 가능하게 피봇 지지되고, 그 후단(13b, 14b)이, 좌우의 후륜(Wl, Wr)을 회전 가능하게 피봇 지지하고 있다. 좌우 한쌍의 트레일링 아암(13, 14)의 토션빔(15)과의 결합부 후방에는 스프링 시트(13c, 14c)가 각각 접합되고, 도시하지 않는 스프링을 통해 보디(1)의 하중을 H형 토션빔식 리어 서스펜션(12)에 전달한다.

리어 플로어 패널(11)로 형성된 스페어 타이어 팬(10)의 바닥벽(10a)의 하면에는, 전후 방향으로 연장되는 좌우 한쌍의 리어 센터 프레임(21, 22)이 스폿 용접에 의해 접합되어 있다. 리어 센터 프레임(21, 22)은 모두, 상측이 개방된 단면 ㄷ자형을 취하고 있고, 상단의 좌우 양가장자리에 스페어 타이어 팬(10)과의 스폿 용접을 위해 제공되는 플랜지가 형성되어 있다. 각 리어 센터 프레임(21, 22)은 한정적이지는 않지만, 채널형 단면이나, H형 단면을 갖는 것이어도 좋다. 좌측 리어 센터 프레임(21)에서는, 길이 방향에서의 중앙부에서, 그 좌측면이 보강 부재(23)에 의해 좌측 리어 사이드 프레임(6)에 연결되고, 그 우측면이 보강 부재(25)에 의해 우측 리어 센터 프레임(22)에 연결되어 있다. 우측 리어 센터 프레임(22)은, 마찬가지로 보강 부재(25)에 의해 그 좌측면이 좌측 리어 센터 프레임(21)에 연결되고, 우측면이 보강 부재(24)에 의해 우측 리어 사이드 프레임(7)에 연결되어 있다.

보강 부재(23, 24, 25)는 모두, 상측이 개방된 단면 ㄷ자형을 취하고 있다. 각 보강 부재(23, 24, 25)는 한정적이지 않지만, 채널형 단면이나, H형 단면을 갖는 것이어도 좋다. 각 보강 부재(23, 24, 25)의 앞뒤의 상단 가장자리에는 스페어 타이어 팬(10)과의 스폿 용접을 위해 제공되는 플랜지가 형성되고, 좌우 양가장자리에는 리어 사이드 프레임(6, 7) 혹은 리어 센터 프레임(21, 22)과의 스폿 용접을 위해 제공되는 플랜지가 형성되어 있다. 또한, 중앙에 배치된 보강 부재(25)의 저면에는, 잭업 보강재(26)가 접합되어 있다.

좌측의 리어 센터 프레임(21)의 후단 부근의 하면에는, 견인 및 타이다운에 이용되는 견인 링(27)이 접합되어 있다. 또한, 리어 센터 프레임(21, 22)의 후단에는 후방 단말 부재(21c, 22c)가 접합되어 있고, 이들 후방 단말 부재(21c, 22c)는 플랜지부가 상방으로 연장 형성되며, 스페어 타이어 팬(10)의 후방벽(10b)의 하부에 접합되어 있다.

다음에, 도 3～도 5를 참조하여, 리어 센터 프레임(21, 22)에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 실시형태에 따른 후방부 차체 골격 구조의 평면도이며, 도 4는 도 3 중 IV-IV 화살표 방향에서 본 도면이고, 도 5는 도 2 중 V부 확대도이다. 또한, 도 3에서는 리어 플로어 패널(11)을 투시하여 하방의 프레임 등을 도시하고 있다.

도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 리어 센터 프레임(21, 22)은, 스페어 타이어 팬(10)의 바닥벽(10a)을 따라 대략 수평으로 배치된 중앙부(21a, 22a)와, 중앙부(21a, 22a)의 후단으로부터 차체 후방을 향하여 상향 구배 경사형으로 연장 형성된 후방부(21b, 22b)와, 후방부(21b, 22b)의 후단에 접합된 후방 단말 부재(21c, 22c)와, 중앙부(21a, 22a)의 전단으로부터 전방으로 돌출하는 양태이며, ㄷ자형 단면의 중앙부(21a, 22a) 내에 끼워지는 전단(前端) 부재(21d, 22d)로 각각 구성되어 있다.

리어 센터 프레임(21, 22)의 후방부(21b, 22b)는, 그 표면이 요철형 또는 파형으로 형성되고, 후면 충돌 시의 충격 하중에 대한 강성이 중앙부(21a, 22a)의 강성보다도 낮게 되어 있다. 전단 부재(21d, 22d)는, 강판의 프레스 성형에 의해 형성되고, 리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a) 및 토션빔(15)보다도 강성이 낮게 되어 있다. 또한, 후방 단말 부재(21c, 22c)는 스페어 타이어 팬(10)의 후방벽(10b)으로부터 후방으로 돌출하는 돌출부(21e, 22e)를 각각 가지며, 전단 부재(21d, 22d)와 마찬가지로, 리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a) 및 후방부(21b, 22b)보다도 강성이 낮게 되어 있다. 또한, 전술한 보강 부재(23, 24, 25)는 모두 리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a)에 접합되어 있다.

리어 플로어 패널(11)은, 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임(6, 7) 사이에서 하방으로 돌출하여 스페어 타이어 팬(10)을 형성하고, 스페어 타이어(Ws)를 수용하고 있다. 좌우 한 쌍의 리어 센터 프레임(21, 22)은 스페어 타이어 팬(10)의 바닥벽(10a)의 하면에 접합되어 있기 때문에, 리어 사이드 프레임(6, 7)보다도 낮은 위치에의 배치로 되어 있다. 그리고, 이들 리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a) 및 전단 부재(21d, 22d)는 토션빔(15)과 대략 동일한 높이에 배치되고, 리어 센터 프레임(21, 22)과 토션빔(15)은 축선이 직교하는 관계로 되어 있다.

토션빔(15)은, 차체 전방이 개방되어 있고 전단 부재(21d, 22d)의 높이(상하 치수)보다도 작은 높이를 가지며 차체 후방으로 갈수록 비교적 예각 형상을 이루는 돌기형을 갖는 ㄷ자형 단면을 가지고 있고, 전단 부재(21d, 22d)가 토션빔(15)의 후단에 근접 배치되어 있다. 토션빔(15)은 차량의 주행 시에는 서스펜션의 변위에 따라 상하 방향으로 원호형의 운동을 행하기 때문에, 이와 같이, 토션빔(15)의 후면을, 도 4에 나타내는 바와 같은 전후 방향 종단면에 대해서 보았을 때에, 원호형을 이루거나, 후방을 향하여 볼록 형상을 이룸으로써, 토션빔(15)을 리어 센터 프레임(21, 22)에 대하여 최대한으로 근접 배치할 수 있다. 그리고, 리어 센터 프레임(21, 22)의 후방에는 리어 범퍼 페이스(28)가 배치되어 있다.

토션빔(15)은 한정적이지 않지만, 채널형 단면이나, H형 단면을 갖는 것이어도 좋다. 도 4a는 이러한 실시예를 나타내는 것으로, 토션빔(15')은 수평인 플랜지 및 수직인 웹을 갖는 H형 단면을 갖는 것으로 이루어진다. 또한, 토션빔식 리어 서스펜션의 토션빔(15, 15') 대신에, 서브 프레임의 크로스 부재 등의 부재를 리어 센터 프레임(21, 22)의 전방에 배치할 수도 있다. 이러한 서브 프레임은, 후면 충돌 시에 리어 센터 프레임(21, 22)이 변위한 경우에, 리어 센터 프레임(21, 22)에 결합할 수 있는 부재를 포함하는 한, 리지드 액슬나 리어 서스펜션을 지지하기 위해 일반적으로 이용되는 임의의 공지 형식의 것이어도 좋다.

리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a)는, 후면 충돌에 의해 중앙부(21a, 22a)가 찌부러지는 충돌 하중이 작용하였을 때에 용이하게 분리되도록, 스페어 타이어 팬(10)의 바닥벽(10a)에 스폿 용접에 의해 접합되어 있다. 또한, 리어 센터 프레임(21, 22)의 후방부(21b, 22b)는, 후면 충돌에 의해 후방부(21b, 22b)가 찌부러지는 충돌 하중이 작용하였을 때에 용이하게 분리되도록, 스페어 타이어 팬(10)의 바닥벽(10a)에 스폿 용접되어 있다. 또한, 보강 부재(23, 24, 25)도, 후면 충돌에 의해 리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a)가 찌부러지는 충돌 하중이 작용하였을 때에 용이하게 분리되도록, 리어 프레임(6, 7, 21, 22)에 스폿 용접되어 있다. 구체적으로는, 예컨대 도 5에 나타내는 바와 같이, 보강 부재(24)는 용접점(a, b, c, d)에서의 스폿 용접에 의해 리어 사이드 프레임(7)에 접합되어 있다. 도시는 생략하지만, 보강 부재(24)는 마찬가지로 4개의 용접점에서의 스폿 용접에 의해 리어 센터 프레임(22)과 접합되어 있다.

?실시형태의 작용 효과?

다음에, 후면 충돌 시에 있어서의 후방부 차체 구조의 작용에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 도 7은 후면 충돌 시의 변형된 후방부 차체 구조를 나타내고 있다. 자동차의 주행 시 혹은 정차 시에 있어서, 보디(1)의 후면에 차량이 충돌하는(즉, 후면 충돌이 일어나는) 경우가 있다. 리어 센터 프레임(21, 22)이 없는 경우, 풀랩(full lap) 후면 충돌에서는, 충돌 하중은 리어 사이드 프레임(6, 7)에 입력되고, 각각 사이드실 익스텐션(2a, 3a)을 통해 사이드실(2, 3)에 전달된다. 그러나, 오프셋 후면 충돌에서는, 충돌 하중은 리어 사이드 프레임(6, 7) 중 랩핑하는 어느 하나에 밖에 입력되지 않고, 충돌 에너지는 그 하나의 리어 사이드 프레임에 흡수되어, 흡수량은 작다.

그런데, 오프셋 후면 충돌이어도 본 실시형태의 보디(1)의 경우, 도 6 중에 검정색 화살표로 나타내는 바와 같이, 리어 사이드 프레임(6, 7) 중 어느 하나와, 리어 센터 프레임(21, 22)에 충돌 하중이 가해진다. 그리고, 리어 센터 프레임(21, 22)에 입력된 충돌 에너지는, 후면 충돌 초기 단계에는, 후방 단말 부재(21c, 22c)의 돌출부(21e, 22e)와 후방부(21b, 22b)가 순서대로 찌부러짐으로써 충돌 에너지를 흡수하고, 충돌 중기에는, 리어 센터 프레임(21, 22)이 전방으로 이동하여 전단 부재(21d, 22d)가 토션빔(15)에 결합하도록 찌부러지며, 계속해서 후방부(21b, 22b)가 찌부러져 충돌 에너지를 흡수한다. 그리고, 충돌 후기에는, 리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a)가 찌부러져 충돌 에너지를 흡수하며, 그 이외의 충돌 에너지는 토션빔(15)에 전달된다.

토션빔(15)에 입력된 충돌 에너지는, 좌우 한쌍의 트레일링 아암(13, 14)의 전단(13a, 14a)으로부터 사이드실 익스텐션(2a, 3a)을 통해 좌우의 사이드실(2, 3)에 전달된다. 따라서, 본 실시형태의 보디(1)는, 리어 센터 프레임(21, 22)에 의한 충돌 에너지 흡수 효과뿐만 아니라, 충돌 에너지를 분산시키는 효과도 발휘한다. 또한, 본 실시형태의 보디(1)는, 풀랩 후면 충돌이어도 당연히 동일한 충돌 과정을 거쳐 상기 효과를 발휘한다.

후면 충돌에 의해 후방부 차체 구조가 변형될 때, 리어 센터 프레임(21, 22)의 후방부(21b, 22b)가 후방 상향 구배로 경사져 있고, 플랜지를 갖는 후방 단말 부재(21c, 22c)에 의해 스페어 타이어 팬(10)에 접합되어 있기 때문에, 리어 센터 프레임(21, 22)보다도 상위에 충돌 하중이 작용하며 스페어 타이어 팬(10)으로부터 용이하게 분리되지 않게 되어 있다. 따라서, 오프셋 후면 충돌 시의 충격을 확실하게 리어 센터 프레임(21, 22)에 전달하고, 탑승자의 안전을 확보할 수 있다. 후방 단말 부재(21c, 22c)의 상방으로 연장되는 플랜지를 더 늘이면, 스페어 타이어 팬(10)과의 접합 강도를 높일 수도 있다. 또한, 리어 센터 프레임(21, 22)의 후방부(21b, 22b)가 스페어 타이어 팬(10)으로부터 후방으로 돌출하는 돌출부(21e, 22e)를 가짐으로써, 후면 충돌 초기에 충돌 하중은 돌출부(21e, 22e)에 가해지고, 리어 센터 프레임(21, 22)으로부터 리어 서스펜션(12)을 통해 차체 전방에 하중 분산된다. 그리고, 보강 부재(23, 24, 25)가 리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a)의 좌우 양측면에 접합되고, 인접하는 리어 프레임을 서로 연결하고 있기 때문에, 후면 충돌 시에 리어 센터 프레임(21, 22)이 좌우로 쓰러지는 일이 방지되고, 후방부(21b, 22b)에 의해 충돌 에너지가 확실하게 흡수된다.

또한, 리어 센터 프레임(21, 22)이 전방으로 이동할 때에는, 전단 부재(21d, 22d)가 찌부러져 토션빔(15)과 맞물린 상태가 되기 때문에, 리어 센터 프레임(21, 22)이 토션빔(15)과 엇갈리는 일은 없다. 따라서, 리어 센터 프레임(21, 22)은, 중앙부(21a, 22a)가 수평 상태를 유지한 채로, 후방으로부터 입력된 충돌 하중의 방향과 동축의 상태로 토션빔(15)에 의해 지지된다. 즉, 충돌 하중이 효율적이고 또한 확실하게 토션빔(15)에 전달된다.

그리고, 토션빔(15)은 전방이 개방되어 있고 후방으로 갈수록 비교적 예각 형상을 이루는 ㄷ자형 단면을 갖기 때문에, 후면 충돌 시에 전단 부재(21d, 22d)와 결합하기 쉬울뿐만 아니라, 상하 이동하는 토션빔(15)에 전단 부재(21d, 22d)를 근접 배치할 수 있게 되며, 확실한 결합 및 충돌 에너지의 조기 흡수가 가능해진다. 또한, 리어 센터 프레임(21, 22)의 후방부(21b, 22b)의 강성을 리어 센터 프레임의 중앙부(21a, 22a)의 강성보다도 낮게 함으로써, 후방부(21b, 22b)가 중앙부(21a, 22a)보다도 변형하기 쉽고, 후면 충돌 초기에서부터의 충돌 에너지 흡수가 용이하게 된다.

또한, 리어 센터 프레임(21, 22)의 중앙부(21a, 22a)가 후면 충돌로 찌부러지는 충돌 에너지를 받을 때 용이하게 분리될 수 있도록, 보강 부재(23, 24, 25)가 중앙부(21a, 22a)에 접합되어 있기 때문에, 각 리어 프레임(6, 7, 21, 22)이 독립적으로 충돌 에너지를 흡수하고, 탑승자에게 가해지는 충격을 완화하고 있다.

또한, 보강 부재(23, 24, 25)가 잭업 보강재(26)를 가짐으로써, 잭업 보강재(26)가 스페어 타이어 팬(10) 하면의 보이기 어려운 위치에 배치되어, 외관이 향상되어 있다. 또한, 리어 센터 프레임(21, 22)의 후방부(21b, 22b)가 견인 링(27)을 가짐으로써, 강성이 높은 리어 센터 프레임(21, 22)에 설치되어, 차폭 방향의 중앙 근방의 위치에서의 견인이 가능해진다.

본 실시형태에서는, 전술한 구성을 채용함으로써, 스페어 타이어(Ws)를 차실 내에 배치 가능하게 할 뿐만 아니라, 스페어 타이어(Ws)를 충격 에너지 흡수 부재로서 이용하는 것도 가능하게 하였다. 또한, 에너지 흡수 효율을 향상시킬 수 있고, 스트로크가 짧아도 충돌 에너지의 흡수량을 증대시킬 수 있었다. 따라서, 패키징의 자유도가 높고, 후면 충돌 시에 탑승자나 연료 탱크 등을 확실하게 보호할 수 있는 자동차가 실현된다.

?변형 실시형태?

다음에 도 8을 참조하여, 변형 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 상기 실시형태와 동일한 구성 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다. 도 8은 도 4에 상당하는, 변형 실시형태에 따른 후방부 차체 골격 구조의 단면도이다. 본 실시형태에서는, 도시하는 바와 같이, 리어 센터 프레임(31, 32)은, 리어 플로어 패널(34)이 형성하는 스페어 타이어 팬(33)의 바닥벽(33a)의 상면에 접합되어 있다. 따라서, 스페어 타이어(Ws)가 리어 센터 프레임(31, 32)의 상면에 접하도록 수용되어 있다. 리어 센터 프레임은 토션빔(15)의 후방에 대략 동일한 높이 위치에서 근접 배치되어 있다. 그 외의 구성 및 작용 효과는 상기 실시형태와 마찬가지이다.

이상으로 구체적인 실시형태의 설명을 끝내지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 일 없이 폭 넓게 변형 실시할 수 있다. 예컨대, 상기 실시형태는 본 발명을 해치백 승용차에 적용한 것이지만, 2/4 도어 세단 자동차나, SUV 등, 다른 형태의 자동차에 적용하여도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는, 리어 센터 프레임을 2개로 하고, 3개의 보강 부재로 각 프레임을 상호 연결하고 있지만, 리어 센터 프레임을 1개 또는 3개 이상 배치하고, 그에 따른 수의 보강 부재로 서로를 연결하여도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는 리어 센터 프레임의 전단(前端)에 별도의 부재의 결합 부재를 이용하고 있지만, 전단부의 형상을 다르게 함으로써 강성을 낮추고, 리어 센터 프레임과 일체로 형성하는 형태로 하여도 좋다. 이들 변경 외에, 전단 부재나 토션빔의 단면 형상이나 각 부재의 접합 상태 등을, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경 가능하다.

본 출원의 파리 조약에 기초하는 우선권 주장의 기초 출원의 전체 내용 및 본 출원 중에서 인용된 종래 기술의 전체 내용은, 본원 명세서에 참조로 인용되어 있다.

1: 보디
2, 3: 사이드실
2a, 3a: 사이드실 익스텐션
4: 제1 미들 플로어 크로스 멤버
5: 제2 미들 플로어 크로스 멤버
9a: 전방 프론트 플로어 패널
9b: 후방 프론트 플로어 패널
10: 스페어 타이어 팬
10a: 스페어 타이어 팬의 바닥벽
11: 리어 플로어 패널
12: H형 토션빔식 리어 서스펜션
13, 14: 트레일링 아암
15, 15': 토션빔
21, 22: 리어 센터 프레임
21a, 22a: 중앙부
21b, 22b: 후방부
21c, 22c: 후방 단말 부재
21d, 22d: 전단 부재
21e, 22e: 돌출부
23, 24, 25: 보강 부재
26: 잭업 보강재
27: 견인링
Ws: 스페어 타이어
a, b, c, d: 용접점
31, 32: 리어 센터 프레임
33: 스페어 타이어 팬
33a: 스페어 타이어 팬의 바닥벽

Claims (19)

1. 트레일링 아암의 중앙을 토션빔으로 연결하여 이루어지는 토션빔식 리어 서스펜션을 좌우의 사이드실(side sill) 후방에 배치하여 이루어지는 자동차의 차체 구조로서,
   상기 좌우의 사이드실로부터 차체 후방으로 연장되는 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임과,
   상기 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임 사이에서 하측으로 돌출하여 이루어지는 스페어 타이어 팬(spare tire pan)이 형성된 리어 플로어 패널과,
   상기 스페어 타이어 팬의 바닥벽을 따라 전후 방향으로 연장되는 리어 센터 프레임
   을 구비하고,
   상기 리어 센터 프레임은, 상기 토션빔의 후방에 근접하여 상기 토션빔과 동일 높이로 배치되며,
   상기 리어 센터 프레임의 전방부는 상기 토션빔보다 강성이 낮은 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 리어 센터 프레임의 전방부는, 상기 리어 센터 프레임의 중앙부보다 강성이 낮은 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 토션빔은 ㄷ자형 단면 또는 H형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리어 센터 프레임의 후방부는, 상기 리어 센터 프레임의 중앙부보다 강성이 낮은 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리어 센터 프레임의 후방부는, 상기 리어 센터 프레임의 중앙부로부터 차체 후방을 향하여 상향 구배로 연장 형성되고, 그 후단이 단말 부재에 의해 상기 스페어 타이어 팬에 접합된 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리어 센터 프레임의 후방부는, 상기 스페어 타이어 팬으로부터 후방으로 돌출하는 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리어 센터 프레임의 중앙부를 상기 좌우 한쌍의 리어 사이드 프레임에 연결하는 제1 보강 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 보강 부재는, 후면 충돌에 의해 상기 리어 센터 프레임의 중앙부가 찌부러지는 충돌 에너지를 받을 때 용이하게 분리될 수 있도록, 상기 리어 센터 프레임에 접합된 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리어 센터 프레임의 후방부는, 견인 부재 또는 타이다운(tie-down) 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 리어 센터 프레임은 좌우 한쌍으로 마련되고,
    각 리어 센터 프레임은, 상기 토션빔의 후방에 근접하여 상기 토션빔과 동일 높이로 배치된 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
11. 제10항에 있어서, 상기 좌우 한쌍의 리어 센터 프레임의 중앙부를 상호 연결하는 제2 보강 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
12. 제11항에 있어서, 상기 제2 보강 부재는, 후면 충돌에 의해 상기 리어 센터 프레임의 중앙부가 찌부러지는 충돌 에너지를 받을 때 용이하게 분리될 수 있도록, 상기 리어 센터 프레임에 접합된 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
13. 제11항에 있어서, 상기 제2 보강 부재는, 그 하면에 접합된 잭업(jack-up) 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 토션빔은 상기 리어 센터 프레임의 전방부보다 작은 높이 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체 구조.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제

Images