KR102423412B1 - 차량용 사이드멤버 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안정적인 압괴 형상 유도를 통한 에너지 흡수능을 배가시켜, 예를 들어 전방 또는 후방 충돌시 충돌 에너지를 충분히 흡수할 수 있는 차량용 사이드멤버 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 차량용 사이드멤버는, 길이방향으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제1 관형상부; 및 상기 제1 관형상부에 연결되며, 길이방향으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제2 관형상부를 포함하고, 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부는 단일한 제1 판재로 절곡 성형되어 일체로 형성될 수 있다.

Description

차량용 사이드멤버 및 이의 제조방법 {SIDE MEMBER FOR VEHICLE, AND METHOD FOR MAKING THE SAME}

본 발명은, 예를 들어 전방 또는 후방 충돌시 충돌 에너지를 충분히 흡수할 수 있도록 차체의 프런트 또는 리어에 적용 가능한 차량용 사이드멤버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

차량의 사이드멤버는 전방 또는 후방 충돌시 충돌 에너지를 최대한 흡수하여 충돌 하중을 승객이 탑승하는 공간, 혹은 전기차의 경우에 배터리가 장착되는 공간으로 전달되는 것을 최소화하는 역할을 수행하는 부재이다.

충돌시 사이드멤버는 길이방향으로 전체 변형을 유도하여 충돌 에너지의 상당 부분을 단일한 사이드멤버가 흡수하게 된다. 특히, 전기차의 경우, 전방의 모터가 장착되는 공간의 여유로움으로 인해, 사이드멤버의 형상 자유도가 내연기관 차량보다 더욱 크다.

길이방향으로의 압괴를 통한 에너지 흡수능의 최대화를 유도하기 위하여, 사이드멤버는 길이방향으로 단면 형상의 변화 없이 일직선으로 설계할 수 있다. 이와 같은 요구 성능의 만족을 위해 원가 상승의 요인으로 됨에도 사이드멤버는 일정하고 강건한 단면 구성과 경량화가 가능한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 압출 공정을 이용하여 형성되고 있다.

비용 상승의 문제를 해결하기 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금보다 저렴한 강재가 적용된 사이드멤버가 제안되었는데, 알루미늄 대비 강재의 높은 밀도와 제작 공법의 난해함 등으로 인해 사이드멤버를 복잡한 단면으로 구성하기가 어렵다. 더욱이, 강재가 적용된 사이드멤버는 충돌시 길이방향으로의 압괴 변형이 아닌 굽힘 변형을 통해 충돌 에너지를 흡수하기 때문에, 사이드멤버가 흡수할 수 있는 에너지의 일부만 흡수하는 한계가 있다.

(특허문헌 1) JP H06-206576 A

본 발명은 안정적인 압괴 형상 유도를 통한 에너지 흡수능을 배가시켜, 예를 들어 전방 또는 후방 충돌시 충돌 에너지를 충분히 흡수할 수 있는 차량용 사이드멤버 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 차량용 사이드멤버는, 길이방향으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제1 관형상부; 및 상기 제1 관형상부에 연결되며, 길이방향으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제2 관형상부를 포함하고, 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부는 단일한 제1 판재로 절곡 성형되어 일체로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 사이드멤버 제조방법은, 단일한 제1 판재를 제1 방향으로 7번 절곡하여 제1 관형상부를 형성하는 단계; 상기 제1 판재를 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 7번 절곡하여 제2 관형상부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 판재의 양측 단부를, 상기 제1 판재의 절곡에 의해 만나는 부분에 용접하는 단계를 포함할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 팔각 단면을 통하여 동일한 무게를 가진 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 압출재 대비 우수한 충돌 성능을 확보할 수 있으며, 강재가 적용되는 공법 중 가장 경제적이며 소재 실수율이 높은 롤 포밍이 적용될 수 있어 소재 및 공법의 관점에서 비용 절감을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 보강부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 보강부재의 사시도이다.
도 7은 종래기술과 본 발명의 제2 실시예의 해석을 통한 성능의 검증 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 종래기술과 본 발명의 제2 실시예의 해석을 통한 성능의 검증 결과에서 거동 양상을 나타낸 도면이다.

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.

아래의 설명에서 방향과 관련되어 사용된 용어 "전방", "프런트(front)", "후방", "리어(rear)", "위", "아래", "좌우", "상하" 등은 차량 또는 차체를 기준으로 정의한 것이다.

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 제1 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.

본 발명에 따른 차량용 사이드멤버는 차량의 좌우 양측으로 배치되어, 전방 또는 후방으로 연장할 수 있다.

사이드멤버는 위에서 볼 때 전후방향으로 거의 일직선으로 뻗은 형상을 가질 수 있다. 이로써 사이드멤버는 전방 또는 후방 충돌시 차체 변형을 억제하도록 충돌 에너지를 흡수할 수 있다.

사이드멤버는 예를 들면 차량의 플로어부의 전단부에 설치된 킥업부(Kick-up Portion)로부터 전방으로 연장하도록 킥업부에 일단부가 연결되거나, 플로어부의 후단부에 설치된 킥업부로부터 후방으로 연장하도록 킥업부에 일단부가 연결될 수 있다.

사이드멤버와 차체의 조립은 임의의 결합부재를 사이드멤버에 삽입한 후 볼팅하거나, 사이드멤버의 전단 또는 후단에 플랜지를 형성하고서 이 플랜지를 이용하여 용접 등으로 접합함으로써 이루어질 수 있다. 본 명세서에서는 이러한 조립의 보다 구체적인 설명은 생략한다.

한 쌍의 사이드멤버는 서로 좌우 대칭형으로 배치되어 실질적인 구성이 동일하기 때문에 일측 사이드멤버를 대표하여 이하에 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 차체의 프런트에 설치되는 사이드멤버를 예로 들어 이하에서 설명한다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않고 차체의 리어에 설치되는 사이드멤버에도 적용 가능함은 물론이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드멤버(10)는 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)를 포함할 수 있다.

사이드멤버(10)는 예컨대 강재와 같은 금속의 단일한 제1 판재(1)를 기계가공하여 일체로 형성될 수 있다. 사이드 멤버는 벤딩(Bending) 또는 롤 포밍(Roll Forming) 등에 의해 성형될 수 있다.

보다 구체적으로, 사이드멤버(10)는 소정의 폭과 길이를 가진 제1 판재(1)를 여러 번 절곡시켜, 각각으로 팔각 단면 형상을 가진 복수의 폐단면이 형성될 수 있다.

예를 들면, 단일한 제1 판재(1)를 일단(p1) 측에서 타단(p2) 측을 향해 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2), 제3 변(s3), 제3 모서리(a3), 제4 변(s4), 제4 모서리(a4), 제5 변(s5), 제5 모서리(a5), 제6 변(s6), 제6 모서리(a6), 제7 변(s7), 제7 모서리(a7), 제8 변(s8)의 순서로 동일한 제1 방향(예컨대 시계방향)으로 7번 절곡시켜 팔각 단면 형상의 제1 관형상부(11)가 형성될 수 있다.

다음으로, 제1 판재(1)를 계속해서 제8 모서리(a8), 제9 변(s9), 제9 모서리(a9), 제10 변(s10), 제10 모서리(a10), 제11 변(s11), 제11 모서리(a11), 제12 변(s12), 제12 모서리(a12), 제13 변(s13), 제13 모서리(a13), 제14 변(s14), 제14 모서리(a14), 제15 변(s15)의 순서로 동일한 제2 방향(예컨대 반시계방향)으로 7번 절곡시켜 팔각 단면 형상의 제2 관형상부(12)가 형성될 수 있다.

이어서, 제1 판재(1)의 양단(p1, p2)은 플랜지(f1, f2)를 형성하도록 각각 소정의 각도로 절곡될 수 있다.

예를 들어, 제1 판재(1)의 일단(p1)은 제1 변(s1)에 대해 제1 방향으로 절곡된 후, 만나게 되는 제9 변(s9)에 용접되어 제1 접합부(w1)를 형성할 수 있다.

또한, 제1 판재(1)의 타단(p2)은 제15 변(s15)에 대해 제1 방향으로 절곡된 후, 만나게 되는 제7 변(s7)에 용접되어 제2 접합부(w2)를 형성할 수 있다.

만일, 제1 판재(1)의 양단(p1, p2)이 제2 방향으로 절곡되면, 플랜지(f1, f2)들은 제8 변(s8)의 양측에서 각각 용접되어 접합부(w1, w2)를 형성할 수 있다.

여기서, 접합부(w1, w2)는 스폿 용접이나 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 형성될 수 있다.

이와 같이 하여, 길이방향(x)으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제1 관형상부(11)와, 길이방향(x)으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제2 관형상부(12)가 단일한 제1 판재(1)에 의해 일체로 된 사이드멤버(10)를 구성할 수 있게 되는 것이다.

일체로 된 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)는 제8 변(s8)을 공유할 수 있다. 이에 따라 제1 관형상부와 제2 관형상부는 제8 변을 기준으로 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖고서 대칭되게 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)가 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖고서 대칭되게 배치됨으로써, 사이드멤버(10)는 이중 팔각 단면 형상을 갖게 됨과 더불어, 충돌시 어느 일측으로 편향되지 않고 안정적인 압괴 형상을 갖도록 유도될 수 있다.

충돌 에너지의 효율적인 흡수를 위해서는 사이드멤버의 단면 형상이 원형인 것이 이상적일 수 있다. 하지만, 사이드멤버의 단면 형상이 원형이면 그 전후로 다른 부품과의 연결, 특히 면대면 접촉에 불리하다. 이에 따라, 에너지 흡수능과 동시에 다른 부품과의 연결 가능성을 높이기 위해서는 사이드멤버가 다각형 단면을 가질 수 밖에 없다.

예를 들어, 사각형 단면 또는 육각형 단면으로 사이드멤버를 형성하게 되면, 에너지 흡수능이 현저히 떨어진다. 이에 반해 이중 팔각 단면 형상의 사이드멤버는 에너지 흡수능과 동시에 다른 부품과의 연결 가능성을 높이면서 제조도 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

선택적으로, 사이드멤버(10)는 충돌이 전달되는 상류측에, 예를 들어 차체의 프런트에 설치되는 경우에 사이드멤버의 전단(前端)에 인접하여, 복수의 변에 비드부(15)가 형성될 수 있다.

비드부(15)는 제1 판재(1)를 관형상부(11, 12)로 절곡하기 전에, 사이드멤버(10)의 해당하는 부위에 미리 형성될 수 있다.

이와 같은 비드부(15)가 형성됨으로써, 사이드멤버(10)는 충돌이 먼저 전달되는 전단에서부터 붕괴기 유도되어 효과적으로 충돌 에너지를 흡수할 수 있게 된다.

또한, 사이드멤버(10)의 전단 또는 후단에는 다른 부품과의 연결을 위한 연결 플랜지(미도시)가 단부로부터 돌출하여 형성될 수 있다. 연결 플랜지를 이용하여, 사이드멤버는 예컨대 범퍼 비임이나, 플로어부의 킥업부 등에 용이하게 용접 또는 볼팅될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드멤버(10)에 의하면, 일체로 된 팔각 단면 형상의 제1 관형상부(11)와 팔각 단면 형상의 제2 관형상부(12)에 의해 이중 팔각 단면 형상을 갖게 됨으로써, 충돌에 의한 압괴시 효율적인 에너지 흡수능을 발휘할 수 있으며, 다른 부품과의 연결 가능성이 향상된다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 보강부재의 사시도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버(20)는, 보강부재(13)가 부가된 점만 상이하고, 나머지 구성들은 전술한 제1 실시예의 사이드멤버(10)의 구성과 유사하다. 이에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버를 설명함에 있어, 전술한 제1 실시예에 의한 사이드멤버와 동일한 구성요소에 대해서는 그 구성 및 작용의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버(20)는 제1 관형상부(21), 제2 관형상부(22), 보강부재(23)를 포함할 수 있다.

제1 관형상부(21)가 단일한 제1 판재(1)를 제1 방향으로 7번 절곡하여 형성된다. 이후 계속해서 제1 판재를 제1 방향과 반대방향으로 7번 절곡하여 제2 관형상부(22)가 형성된다.

이어서, 제1 판재(1)의 양측 단부(p1, p2)를, 제1 판재의 절곡에 의해 만나는 부분에 용접함으로써, 제1 관형상부(21)와 제2 관형상부(22)가 일체로 형성될 수 있다.

보강부재(23)는 소정의 폭과 길이를 가진 제2 판재(2)의 폭방향 양단을 서로 마주보는 쪽으로 소정의 각도로 절곡하여 한 쌍의 플랜지(f3, f4)가 형성될 수 있다. 이로써, 보강부재는 대략 U자 형상의 단면을 가질 수 있다.

보강부재(23)는 예컨대 강재와 같은 금속의 단일한 제2 판재(2)를 벤딩 또는 롤 포밍 등에 의해 성형될 수 있다. 이와 같은 보강부재가 적어도 2개 준비될 수 있다.

하나의 보강부재(23)가 제1 관형상부(21) 내에 삽입되고, 제1 관형상부의 양측 내벽에, 예를 들면 제1 관형상부의 제2 변(s2)과 제6 변(s6)의 내면에 보강부재의 플랜지(f3)가 용접되어 제3 접합부(w3)를 형성할 수 있다.

다른 하나의 보강부재(23)가 제2 관형상부(22) 내에 삽입되고, 마찬가지로 제2 관형상부의 양측 내벽에, 예를 들면 제2 관형상부의 제10 변(s10)과 제14 변(s14)의 내면에 보강부재의 플랜지(f4)가 용접되어 제4 접합부(w4)를 형성할 수 있다.

여기서, 접합부(w3, w4)는 스폿 용접이나 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 형성될 수 있다.

이 경우에, 비드부(25)는 제1 관형상부(21)의 제2 변(s2)과 제6 변(s6)을 제외한 복수의 변에 형성될 수 있다. 또, 비드부(25)는 제2 관형상부(22)의 제10 변(s10)과 제14 변(s14)을 제외한 복수의 변에 형성될 수 있다.

일체로 된 제1 관형상부(21)와 제2 관형상부(22)는 제8 변(s8)을 공유할 수 있다. 이에 따라 제1 관형상부와 제2 관형상부는 제8 변을 기준으로 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖고서 대칭되게 형성될 수 있다.

또한, 제1 관형상부(21) 내 보강부재(23)와 제2 관형상부(22) 내 보강부재(23)는 서로 대칭되는 간격 및 자세로 배치될 수 있다.

구체적으로, 제1 관형상부(21) 내 보강부재(23)와 제8 변(s8) 사이의 거리 및 제2 관형상부(21) 내 보강부재(23)와 제8 변(s8) 사이의 거리는 동일하다.

또, 제1 관형상부 내 보강부재와 제2 관형상부 내 보강부재는 각각 오목한 내부면이 제8 변을 향하여 서로 마주보게 위치된다.

이와 같이, 관형상부(21, 22) 내에 보강부재(23)를 대칭되게 삽입하고 결합함으로써, 사이드멤버(20)의 측벽에서 국부적으로 두께가 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라 사이드멤버는 충돌시 발생하는 충돌 에너지에 대한 강건성을 확보할 수 있는 한편, 충돌시 어느 일측으로 편향되지 않고 더욱 안정적인 압괴 유도를 통해 에너지 흡수능을 배가시킬 수 있는 장점이 있게 된다.

더욱이, 관형상부(21, 22) 내에 보강부재(23)를 채용하고 관형상부의 측벽과 보강부재의 두께를 조합함으로써, 차량 개발 과정 중 수시로 변화하는 충돌 성능의 요구 조건에 금형의 변경 없이 부응할 수 있게 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버(20)에 의하면, 일체로 된 팔각 단면 형상의 제1 관형상부(21)와 팔각 단면 형상의 제2 관형상부(22)에 의해 이중 팔각 단면 형상을 갖게 됨과 동시에 보강부재(23)가 관형상부 내에 삽입됨으로써, 국부적으로 두께가 증가될 수 있고, 에너지 흡수능을 배가시킬 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 보강부재의 사시도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드멤버(30)는, 보강부재(33)의 형태만 상이하고, 나머지 구성들은 전술한 제2 실시예의 사이드멤버(20)의 구성과 유사하다. 이에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드멤버를 설명함에 있어, 전술한 제2 실시예에 의한 사이드멤버와 동일한 구성요소에 대해서는 그 구성 및 작용의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드멤버(30)는 제1 관형상부(31), 제2 관형상부(32), 보강부재(33)를 포함할 수 있다.

제1 관형상부(31)가 단일한 제1 판재(1)를 제1 방향으로 7번 절곡하여 형성된다. 이후 계속해서 제1 판재를 제1 방향과 반대방향으로 7번 절곡하여 제2 관형상부(32)가 형성된다.

이어서, 제1 판재(1)의 양측 단부(p1, p2)를, 제1 판재의 절곡에 의해 만나는 부분에 용접함으로써, 제1 관형상부(31)와 제2 관형상부(32)가 일체로 형성될 수 있다.

보강부재(33)는 소정의 폭과 길이를 가진 제3 판재(3)를 적어도 1회 절곡시켜, 적어도 하나의 폐단면이 형성될 수 있다. 제3 판재의 양측 단부 중 적어도 하나는, 제3 판재의 절곡에 의해 만나는 부분에 접합될 수 있다.

보강부재(33)는 예컨대 강재와 같은 금속의 단일한 제3 판재(3)를 벤딩 또는 롤 포밍 등에 의해 성형될 수 있다. 이와 같은 보강부재가 적어도 2개 준비될 수 있다.

예를 들면, 단일한 제3 판재(3)를 일단(q1) 측에서 타단(q2) 측을 향해 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2), 제3 변(s3), 제3 모서리(a3) 및 제4 변(s4)의 순서로 동일한 제1 방향(예컨대 시계방향)으로 90°씩 3번 절곡시켜 사각 단면 형상의 제1 폐단면(c1)이 형성될 수 있다.

다음으로, 제3 판재(3)를 계속해서 제4 모서리(a4), 제5 변(s5), 제5 모서리(a5), 제6 변(s6), 제6 모서리(a6) 및 제7 변(s7)의 순서로 동일한 제2 방향(예컨대 반시계방향)으로 90°씩 3번 절곡시켜 사각 단면 형상의 제2 폐단면(c2)이 형성될 수 있다.

이어서, 제3 판재(3)의 양단(q1, q2)은 플랜지(f3, f4)를 형성하도록 각각 소정의 각도로 절곡될 수 있다.

예를 들어, 제3 판재(3)의 일단(q1)은 제1 변(s1)에 대해 제2 방향으로 절곡되어 플랜지(f3)를 형성한 후 플랜지가 제4 변(s4)에 용접되어 제5 접합부(w5)를 형성할 수 있다.

또한, 제3 판재(3)의 타단(q2)은 제7 변(s7)에 대해 제2 방향으로 절곡되어 플랜지(f4)를 형성한 후 플랜지가 제4 변(s4)에 용접되어 제6 접합부(w6)를 형성할 수 있다.

이에 따라, 보강부재(33)는 제4 변(s4)에 대해 대칭이면서 제4 변에 의해 구분되는 2개의 폐단면(c1, c2)을 구비할 수 있다. 이로써, 보강부재는 예컨대 이중 사각 단면을 가질 수 있다.

보강부재(33)의 단면 형상은 도시되고 설명된 이중 사각 단면에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 폐단면은 삼각형 등의 다각형 또는 반원형 등으로 된 단면 형상을 가질 수 있다.

이렇게 마련된 하나의 보강부재(33)가 제1 관형상부(31) 내에 삽입되고, 제1 관형상부의 양측 내벽에, 예를 들면 제1 관형상부의 제2 변(s2)과 제6 변(s6)의 내면에 보강부재의 제1 변(s1), 제3 변(s3), 제5 변(s5), 제7 변(s7)의 외면이 접촉하고 용접되어 제3 접합부(w3)를 형성할 수 있다.

다른 하나의 보강부재(33)가 제2 관형상부(32) 내에 삽입되고, 마찬가지로 제2 관형상부의 양측 내벽에, 예를 들면 제2 관형상부의 제10 변(s10)과 제14 변(s14)의 내면에 보강부재의 제1 변(s1), 제3 변(s3), 제5 변(s5), 제7 변(s7)의 외면이 접촉하고 용접되어 제4 접합부(w4)를 형성할 수 있다.

여기서, 접합부(w3, w4; w5, w6)는 스폿 용접이나 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 형성될 수 있다.

이 경우에, 비드부(35)는 제1 관형상부(31)의 제2 변(s2)과 제6 변(s6)을 제외한 복수의 변에 형성될 수 있다. 또, 비드부(35)는 제2 관형상부(32)의 제10 변(s10)과 제14 변(s14)을 제외한 복수의 변에 형성될 수 있다.

일체로 된 제1 관형상부(31)와 제2 관형상부(32)는 제8 변(s8)을 공유할 수 있으며, 이에 따라 제1 관형상부와 제2 관형상부는 제8 변을 기준으로 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖고서 대칭되게 형성될 수 있다.

일체로 된 보강부재(33)의 제1 폐단면(c1)과 제2 폐단면(c2)은 제4 변(s4)을 공유할 수 있으며, 이에 따라 제1 폐단면과 제2 폐단면은 제4 변을 기준으로 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖고서 대칭되게 형성될 수 있다.

또한, 제1 관형상부(31) 내 보강부재(33)와 제2 관형상부(32) 내 보강부재(33)는 서로 대칭되는 간격 및 자세로 배치될 수 있다.

구체적으로, 제1 관형상부(31) 내 보강부재(33)와 제8 변(s8) 사이의 거리 및 제2 관형상부(32) 내 보강부재(33)와 제8 변(s8) 사이의 거리는 동일하다.

또, 각 보강부재(33)의 제4 변(s4)은, 제1 관형상부(31)의 제2 변(s2)과 제6 변(s6)에서 높이방향(z)의 중앙에 위치하고, 제2 관형상부(32)에서 제10 변(s10)과 제14 변(s14)에서 높이방향(z)의 중앙에 위치한다.

이와 같이, 관형상부(31, 32) 내에 보강부재(33)를 대칭되게 삽입하고 결합함으로써, 사이드멤버(30)의 측벽에서 국부적으로 두께가 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라 사이드멤버는 충돌시 발생하는 충돌 에너지에 대한 강건성을 확보할 수 있는 한편, 충돌시 어느 일측으로 편향되지 않고 더욱 안정적인 압괴 유도를 통해 에너지 흡수능을 배가시킬 수 있는 장점이 있게 된다.

더욱이, 관형상부(31, 32) 내에 보강부재(33)를 채용하고 관형상부의 측벽과 보강부재의 두께를 조합함으로써, 차량 개발 과정 중 수시로 변화하는 충돌 성능의 요구 조건에 금형의 변경 없이 부응할 수 있게 한다.

덧붙여, 각 보강부재(33)의 제2 변(s2), 제4 변(s4), 제6 변(s6)이 관형상부(31, 32) 내를 폭방향(y)으로 가로질러 배치됨으로써, 사이드멤버(30) 내에서 복수의 보강부로 작용하게 된다. 이에 따라 사이드멤버가 외부에서 가해지는 전방 또는 후방 충돌에 효과적으로 저항할 수 있게 함과 더불어, 길이방향(x)으로의 압괴가 더 안정적으로 유도될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드멤버(30)에 의하면, 일체로 된 팔각 단면 형상의 제1 관형상부(31)와 팔각 단면 형상의 제2 관형상부(32)에 의해 이중 팔각 단면 형상을 갖게 됨과 동시에 적어도 하나의 폐단면을 가진 보강부재(33)가 관형상부 내에 삽입됨으로써, 국부적으로 두께가 증가될 수 있고, 에너지 흡수능을 배가시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드멤버(30)에 의하면, 사이드멤버의 무게를 크게 증가시키지 않고서도 강성을 보강하여 압괴 및 에너지 흡수능을 제어할 수 있는 장점이 있게 된다.

도 7은 종래기술과 본 발명의 제2 실시예의 해석을 통한 성능의 검증 결과를 나타낸 그래프이고, 도 8은 종래기술과 본 발명의 제2 실시예의 해석을 통한 성능의 검증 결과에서 거동 양상을 나타낸 도면이다.

본 출원인은 본 발명의 사이드멤버에 대하여 시뮬레이션을 통해 성능 해석을 실시하였다.

예를 들어, 차량의 전방 충돌 등을 가정하고 사이드멤버를 길이방향으로 충격하여 일정 수준의 충돌 하중을 견디는 성능과 관련하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 강재로 된 사이드멤버(20)와 종래기술의 알루미늄 압출재로 된 사이드멤버(A)의 압괴 거동을 비교해 보았다.

본 발명의 사이드멤버(20)에서 제1 관형상부(21)와 제2 관형상부(22)의 두께는 0.9mm이고, 보강부재(23)의 두께는 1.1mm이다. 본 발명의 사이드멤버는 도 3의 단면 형상을 갖는다.

종래기술의 사이드멤버(A)는 모든 부분에서의 두께가 3.0mm이다. 종래기술의 사이드멤버는 대략 '目'자의 단면 형상을 갖는다.

그 외에, 양측 사이드멤버는 700mm의 동일한 길이와 222mm의 동일한 높이, 그리고 4Kg의 동일한 무게를 가진다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 강재로 된 사이드멤버(20)는 에너지 흡수를 위해 변형된 변위가 360mm인 반면에, 종래기술의 알루미늄 압출재로 된 사이드멤버(A)는 에너지 흡수를 위해 변형된 변위가 430mm인 것을 볼 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 강재로 된 사이드멤버(20)와 종래기술의 알루미늄 압출재로 된 사이드멤버(A)는 굽힘 변형 없이 길이방향으로 순차적인 압괴를 통해 충돌 에너지를 흡수하고 있다.

하지만, 본 발명의 강재로 된 사이드멤버(20)는 종래기술의 알루미늄 압출재로 된 사이드멤버(A)에 비해 제한된 변형량에서 더욱 극대화된 에너지 흡수능을 보이고 있으며, 전달된 에너지를 모두 흡수한 이후에도 추가적인 에너지 흡수 가능 영역이 더 많이 존재함을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 강재 및 이중 팔각 단면 형상을 통하여, 동일한 무게이면서 더 두꺼운 알루미늄 압출재 대비 우수한 충돌 성능을 확보할 수 있는 사이드멤버를 제공하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 강재가 적용되는 공법 중 가장 경제적이며 소재 실수율이 높은 롤 포밍이 적용될 수 있어 소재 및 공법의 관점에서 비용 절감을 실현할 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 들면, 도면들에서는 제1 및 제2 관형상부 혹은 보강부재의 제1 및 제2 폐단면이 높이방향을 따라 상하로 적층되게 배치되는 것으로 도해하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 제1 및 제2 관형상부 혹은 보강부재의 제1 및 제2 폐단면은 폭방향 좌우로 배치될 수 있다.

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.

10, 20, 30: 사이드멤버
11, 21, 31: 제1 관형상부
12, 22, 32: 제2 관형상부
15, 25, 35: 비드부
c1: 제1 폐단면
c2: 제2 폐단면
f1, f2, f3, f4: 플랜지
w1: 제1 접합부
w2: 제2 접합부
w3: 제3 접합부
w4: 제4 접합부
w5: 제5 접합부
w6: 제6 접합부

Claims (16)

1. 길이방향으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제1 관형상부;
   상기 제1 관형상부에 연결되며, 길이방향으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제2 관형상부; 및
   상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부 내에 배치된 보강부재;
   를 포함하고,
   상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부는 단일한 제1 판재로 절곡 성형되어 일체로 형성되며,
   상기 보강부재는,
   제3 판재를 일단 측에서 타단 측을 향해 적어도 1회 절곡하여 형성된 폐단면을 포함하고,
   상기 보강부재의 외면이 상기 제1 관형상부 또는 상기 제2 관형상부의 내벽에 접합되어 접합부를 형성하는, 차량용 사이드멤버.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 관형상부는, 상기 제1 판재를 일단 측에서 타단 측을 향해 순서대로 제1 모서리, 제2 모서리, 제3 모서리, 제4 모서리, 제5 모서리, 제6 모서리, 제7 모서리에서 제1 방향으로 절곡하여 형성되며,
   상기 제1 판재를 계속해서 순서대로 제8 모서리, 제9 모서리, 제10 모서리, 제11 모서리, 제12 모서리, 제13 모서리, 제14 모서리에서 상기 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 절곡하여 형성되고,
   상기 제1 판재의 양단이 각각 소정의 각도로 절곡된 후 상기 제1 판재의 만나는 부분에 접합되어 접합부를 형성하는, 차량용 사이드멤버.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부는 상기 제7 모서리와 상기 제8 모서리 사이의 변을 공유하고,
   상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부는 상기 변을 기준으로 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖는, 차량용 사이드멤버.
   
4. 길이방향으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제1 관형상부;
   상기 제1 관형상부에 연결되며, 길이방향으로 연장하고 팔각 단면 형상을 가진 제2 관형상부; 및
   상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부 내에 배치된 보강부재;
   를 포함하고,
   상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부는 단일한 제1 판재로 절곡 성형되어 일체로 형성되며,
   상기 보강부재는,
   제2 판재의 폭방향 양단을 절곡하여 형성된 한 쌍의 플랜지를 포함하고,
   상기 플랜지는 상기 제1 관형상부 또는 상기 제2 관형상부의 내벽에 접합되어 접합부를 형성하며,
   상기 제1 관형상부 내 보강부재와 상기 제2 관형상부 내 보강부재는 각각 오목한 내부면이 서로 마주보게 위치되는 차량용 사이드멤버.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 보강부재는, 상기 제3 판재를 일단 측에서 타단 측을 향해 순서대로 제1 모서리, 제2 모서리, 제3 모서리에서 제1 방향으로 절곡하여 제1 폐단면이 형성되며,
   상기 제3 판재를 계속해서 순서대로 제4 모서리, 제5 모서리, 제6 모서리에서 상기 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 절곡하여 제2 폐단면이 형성되고,
   상기 제3 판재의 양단이 각각 소정의 각도로 절곡된 후 상기 제3 판재의 만나는 부분에 접합되어 접합부를 형성하는, 차량용 사이드멤버.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 폐단면과 상기 제2 폐단면은 상기 보강부재의 상기 제3 모서리와 상기 제4 모서리 사이의 변을 공유하고,
   상기 제1 폐단면과 상기 제2 폐단면은 상기 변을 기준으로 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖는, 차량용 사이드멤버.
   
9. 제4항에 있어서,
   상기 제1 관형상부 내 보강부재와 상기 제2 관형상부 내 보강부재는 서로 대칭되는 간격 및 자세로 배치된, 차량용 사이드멤버.
   
10. 제1항 내지 제4항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이드멤버는 일측 단부에 인접하여 비드부가 형성된, 차량용 사이드멤버.
    
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 단일한 제1 판재를 제1 방향으로 7번 절곡하여 제1 관형상부를 형성하는 단계;
    상기 제1 판재를 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 7번 절곡하여 제2 관형상부를 형성하는 단계;
    상기 제1 판재의 양측 단부를, 상기 제1 판재의 절곡에 의해 만나는 부분에 용접하는 단계;
    보강부재를 준비하는 단계;
    상기 보강부재를 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부에 삽입하는 단계; 및
    상기 보강부재를 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부의 내벽에 접합하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 판재를 절곡하기 전에, 상기 제1 판재에 비드부를 형성하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 보강부재를 준비하는 단계는, 제2 판재의 폭방향 양단을 절곡하여 한 쌍의 플랜지를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 보강부재를 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부의 내벽에 접합하는 단계는, 상기 제1 관형상부 내 보강부재 및 제2 관형상부 내 보강부재의 각각 오목한 내부면이 서로 마주보게 위치하는 단계;를 포함하는 차량용 사이드멤버 제조방법.
    
15. 단일한 제1 판재를 제1 방향으로 7번 절곡하여 제1 관형상부를 형성하는 단계;
    상기 제1 판재를 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 7번 절곡하여 제2 관형상부를 형성하는 단계;
    상기 제1 판재의 양측 단부를, 상기 제1 판재의 절곡에 의해 만나는 부분에 용접하는 단계;
    보강부재를 준비하는 단계;
    상기 보강부재를 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부에 삽입하는 단계; 및
    상기 보강부재를 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부의 내벽에 접합하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 판재를 절곡하기 전에, 상기 제1 판재에 비드부를 형성하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 보강부재를 준비하는 단계는,
    제3 판재를 일단 측에서 타단 측을 향해 적어도 1회 절곡하여 폐단면을 형성하는 단계; 및
    상기 제3 판재의 양측 단부 중 적어도 하나를, 상기 제3 판재의 절곡에 의해 만나는 부분에 용접하는 단계;
    를 포함하는, 차량용 사이드멤버 제조방법.
    
16. 단일한 제1 판재를 제1 방향으로 7번 절곡하여 제1 관형상부를 형성하는 단계;
    상기 제1 판재를 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 7번 절곡하여 제2 관형상부를 형성하는 단계;
    상기 제1 판재의 양측 단부를, 상기 제1 판재의 절곡에 의해 만나는 부분에 용접하는 단계;
    보강부재를 준비하는 단계;
    상기 보강부재를 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부에 삽입하는 단계; 및
    상기 보강부재를 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부의 내벽에 접합하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 판재를 절곡하기 전에, 상기 제1 판재에 비드부를 형성하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 보강부재를 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부에 삽입하는 단계는, 상기 제1 관형상부 내 보강부재와 상기 제2 관형상부 내 보강부재를 서로 대칭되는 간격 및 자세로 배치하는, 차량용 사이드멤버 제조방법.
    

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