KR102492993B1 - 차량용 사이드멤버 - Google Patents

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KR102492993B1
KR102492993B1 KR1020200154915A KR20200154915A KR102492993B1 KR 102492993 B1 KR102492993 B1 KR 102492993B1 KR 1020200154915 A KR1020200154915 A KR 1020200154915A KR 20200154915 A KR20200154915 A KR 20200154915A KR 102492993 B1 KR102492993 B1 KR 102492993B1
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이규민
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Abstract

본 발명은 안정적인 압궤 형상 유도를 통한 에너지 흡수능을 배가시켜, 예를 들어 전방 또는 후방 충돌시 충돌 에너지를 충분히 흡수할 수 있는 차량용 사이드멤버에 관한 것으로, 차체의 길이방향으로 연장하고 2중의 팔각 단면 형상을 가진 관형상의 본체부; 및 상기 본체부의 내부 공간을 가로질러 배치된 제1 보강부재를 포함하고, 상기 본체부는 차체의 길이방향으로 두께가 변화될 수 있다.

Description

차량용 사이드멤버 {SIDE MEMBER FOR VEHICLE}
본 발명은, 예를 들어 전방 또는 후방 충돌시 충돌 에너지를 충분히 흡수할 수 있도록 차체의 프런트 또는 리어에 적용 가능한 차량용 사이드멤버에 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 압궤를 통한 에너지 흡수능의 최대화를 위하여, 사이드멤버는 길이방향으로 단면 형상의 변화 없이 일직선으로 설계될 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 압궤 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 압궤 형상 유도를 통한 에너지 흡수능을 배가시켜, 예를 들어 전방 또는 후방 충돌시 충돌 에너지를 충분히 흡수할 수 있는 차량용 사이드멤버를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 차량용 사이드멤버는, 차체의 길이방향으로 연장하고, 8각 이상인 다각형의 단면 형상을 가진 관형상의 본체부; 및 상기 본체부의 내부 공간을 가로질러 배치된 제1 보강부재를 포함하고, 상기 본체부는 차체의 길이방향으로 두께가 변화되고, 상기 본체부는 제1 관형상부와 제2 관형상부를 포함하고, 상기 제1 보강부재는 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부 사이에 결합되고, 상기 제1 보강부재는 폭방향 양측에 플랜지가 형성되고, 상기 제1 보강부재의 플랜지는 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부의 사이에 있는 연결면에 접합되어 상기 제1 보강부재가 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부를 폐단면으로 구획할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 사이드멤버는, 상기 본체부에서 상대적으로 두께가 얇은 일측에 복수의 비드부가 둘레방향을 따라 연장하면서 불연속으로 배열될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 충격 흡수용 형상을 하중 방향으로 부여함과 동시에 두께가 증가하는 형상으로 지지 강성을 강화함으로써, 충돌 하중에 대한 높은 변형 저항을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 단면도이다.
도 3은 본체부를 도시한 확대 단면도이다.
도 4는 본체부의 성형방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 단면도이다.
도 6은 종래기술과 본 발명에 따른 사이드멤버의 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 단면도이다. 도 3은 본체부를 도시한 확대 단면도이다.
본 발명에 따른 차량용 사이드멤버는 차량의 좌우 양측으로 배치되어, 차체의 길이방향(X)을 따라 전방 또는 후방으로 연장할 수 있다.
사이드멤버는 위에서 볼 때 전후방향(X)으로 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 본 발명의 기술 사상이 적용 가능함은 물론이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드멤버는 본체부(10)와 제1 보강부재(21)를 포함할 수 있다.
본체부(10)는 차체의 길이방향(X)으로 연장하고, 다각형의 단면 형상을 가진 관형상 부재로 형성될 수 있다.
예를 들어, 본체부(10)는 8각 이상인 다각형의 단면 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 8각형 이상의 단면 형상을 가진 본체부는, 예컨대 4각형 또는 6각형의 단면을 가진 사이드멤버의 본체부에 비해, 차량 충돌시 충돌 하중이 가해질 때 적합한 압궤 특성을 나타내고, 충돌 에너지의 흡수 효율이 높아질 수 있다.
동일한 단면적을 가진 원형 단면의 사이드멤버와 다각형 단면의 사이드멤버에 대해 압궤 성능을 비교해 보면, 원형 단면의 사이드멤버에서 보다 안정적인 압궤가 일어난다.
이에 따라 충돌 에너지의 효율적인 흡수를 위해서는 사이드멤버의 단면 형상이 원형인 것이 이상적일 수 있다. 하지만, 사이드멤버의 단면 형상이 원형이면 사이드멤버에 평탄면이 없게 되어 차량의 다른 부품과의 연결, 특히 면대면 접촉에 불리하다. 그러므로, 에너지 흡수능과 동시에 다른 부품과의 연결 가능성을 높이기 위해서는 사이드멤버가 다각형 단면을 가질 수 밖에 없다.
또한, 압궤 성능은 동일한 단면적을 갖는 4각형 이상의 다각형 단면에서 각 변의 길이와 반비례하는 관계에 있는데, 모서리의 갯수 또는 변의 갯수가 증가할수록 다각형 단면에서 변의 길이는 짧아지므로, 사이드멤버의 본체부(10)는 원형 단면과 가까운 다각형 단면을 갖는 것이 압궤 성능에 유리하다.
이에 따라, 8각형 이상의 단면 형상을 가진 본체부(10)가, 4각형 또는 6각형의 단면을 가진 본체부보다 충돌 하중에 대해 적절한 압궤 특성을 나타내게 되는 것이다.
더욱이, 도 1 및 도 2에는 대략 8각형이 2중으로 배치된 16각형의 단면 형상을 가진 본체부(10)의 예가 도시되어 있는데, 이와 같은 단면 형상을 가진 사이드멤버는 에너지 흡수능과 동시에 다른 부품과의 연결 가능성을 높이면서 제조도 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
본체부(10)는 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 관형상부(11)는 대략 8각형의 단면 형상을 갖고서 본체부(10)의 길이방향(X)으로 연장할 수 있다. 제2 관형상부(12)는 대략 8각형의 단면 형상을 갖고서 본체부(10)의 길이방향(X)으로 연장할 수 있다.
제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)는 제1 관형상부와 제2 관형상부 사이에 있는 연결면(13)을 공유할 수 있다. 이에 따라 제1 관형상부와 제2 관형상부는 연결면을 기준으로 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖고서 대칭되게 형성될 수 있다.
또한, 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)는 그 내부 공간이 서로 연통될 수 있다. 이 경우에, 제1 관형상부와 제2 관형상부, 즉 본체부(10)는 단일한 폐단면을 구성할 수 있다.
이와 같이, 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)가 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖고서 대칭되게 배치됨으로써, 사이드멤버는 2중으로 배치된 단면 형상을 갖게 됨과 더불어, 충돌시 어느 일측으로 편향되지 않고 안정적인 압궤 형상을 갖도록 유도될 수 있다.
제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12), 즉 본체부(10)는 단일한 제1 판재(1)에 의해 일체로 형성될 수 있다. 이 경우에, 본체부는 예를 들어 강재 등과 같은 금속 재질로 만들어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드멤버에서, 본체부(10)는 길이방향(X)으로 두께가 변화될 수 있다.
보다 구체적으로, 본체부(10)의 두께는 길이방향(X)을 따라 일측 단부에서 타측 단부로 갈수록 점차 증가할 수 있다. 이때, 본체부는 일측 단부로부터 일정한 두께를 가진 다음에 본체부의 길이방향(X) 중간에서 타측을 향해 두께가 점차 증가하기 시작할 수 있다.
본체부(10)는 상대적으로 두께가 얇은 일측에 복수의 비드부(15)가 둘레방향을 따라 연장하면서 불연속으로 배열될 수 있다. 또한, 복수의 비드부는 본체부의 길이방향(X)을 따라 이격되게 배열될 수 있다.
복수의 비드부(15)가, 사이드멤버에서 충돌이 전달되는 상류측에, 예를 들어 차체의 프런트에 설치되는 경우에 사이드멤버의 전단(前端)에 인접하여 형성됨으로써, 비드부는 차량의 범퍼에 가까이 배치될 수 있다.
이러한 본체부(10)의 비드부(15)는 차량의 전방 충돌의 초기에 충돌 하중에 대한 본체부의 안정적인 압궤모드를 유도할 수 있다. 이에 따라, 본체부는 사이드멤버의 충격 흡수능을 극대화할 수 있게 된다.
본체부(10)의 타측에는 본체부의 일측 단부의 최소 두께보다 두꺼운 후육부(16)가 형성될 수 있다. 후육부의 최대 두께(Tf)는 반대측, 즉 일측 단부의 최소 두께(To)의 2배 이상으로 될 수 있다.
또한, 두께가 가변되는 후육부(16)의 길이(L)는 차량의 전방 충돌시 사이드멤버의 변형 양상에 따라 조정될 수 있다.
예를 들어, 후육부(16)는, 본체부(10)의 단면에서 높이방향(Z)의 길이(H)와 폭방향(Y)의 길이(W)를 더하고 2로 나눈 값의 2배 내지 3배의 길이를 가질 수 있다. 수학식으로 표현하면 아래와 같다.
Figure 112020123977791-pat00001
후육부(16)는 사이드멤버에서 충돌이 전달되는 하류측에, 예를 들어 차체의 프런트에 설치되는 경우에 사이드멤버의 후단(後端)에 형성됨으로써, 후육부는 차량의 범퍼로부터 멀리, 그리고 예를 들면 차량의 플로어부의 전단부에 설치된 킥업부에 인접하여 배치될 수 있다.
이러한 본체부(10)의 후육부(16)는 차량의 전방 충돌시 사이드멤버 자체의 지지 강성을 강화시킬 수 있다. 이에 따라, 본체부는 사이드멤버의 충격 흡수능을 극대화할 수 있게 된다.
제1 보강부재(21)는 소정의 폭과 길이를 가진 제2 판재(2)의 폭방향(Y) 양단을 서로 마주보는 쪽으로 소정의 각도로 절곡하여 한 쌍의 플랜지(F)가 형성될 수 있다. 이로써, 제1 보강부재는 대략 U자 형상의 단면을 가질 수 있다.
제1 보강부재(21)는 예컨대 강재와 같은 금속의 단일한 제2 판재(2)를 벤딩 또는 롤 포밍 등으로 성형함으로써 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에는 하나의 제1 보강부재(21)가 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12) 사이에 결합된 예가 도시되어 있으나, 제1 보강부재의 갯수와 위치는 반드시 이에 한정되지 않는다.
제1 보강부재(21)가 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)의 사이에 있는 연결면(13)들을 연결할 수 있다. 이로써, 제1 보강부재가 제1 관형상부와 제2 관형상부를 폐단면으로 구획할 수 있다.
여기서, 제1 보강부재(21)의 플랜지(F)는 본체부(10)의 연결면(13)에 대해 스폿 용접이나 레이저 용접 등과 같은 용접으로 접합되어 이들 사이에 용접부(B)가 형성될 수 있다.
또한, 제1 보강부재(21)는 일측에 적어도 하나의 비드부(25)가 제1 보강부재의 폭방향(Y)을 따라 연장하여 형성될 수 있다.
비드부(25)가, 사이드멤버에서 충돌이 전달되는 상류측에, 예를 들어 차체의 프런트에 설치되는 경우에 사이드멤버의 전단에 인접하여 형성됨으로써, 비드부는 차량의 범퍼에 가까이 배치될 수 있다.
이러한 제1 보강부재(21)의 비드부(25)는 차량의 전방 충돌의 초기에 충돌 하중에 대한 제1 보강부재의 압궤모드를 유도할 수 있다.
이와 같이, 관형상부(11, 12)들 사이에 제1 보강부재(21)를 삽입하고 결합함으로써, 사이드멤버의 측벽에서 국부적으로 두께가 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라 사이드멤버는 충돌시 발생하는 충돌 에너지에 대한 강건성을 확보할 수 있다.
더욱이, 제1 보강부재(21)가 본체부(10)의 양측 연결면(13)에 고정됨으로써, 충돌시 사이드멤버가 어느 일측으로 편향되거나 본체부가 측방으로 팽창하지 않고 더욱 안정적인 압궤 유도를 통해 에너지 흡수능을 배가시킬 수 있는 장점이 있게 된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드멤버에 의하면, 예를 들어 일체로 된 8각 단면 형상의 제1 관형상부(11)와 8각 단면 형상의 제2 관형상부(12)에 의해 2중 8각 단면 형상을 갖게 됨과 동시에 제1 보강부재(21)가 관형상부들 사이에 삽입됨으로써, 국부적으로 두께가 증가될 수 있고, 안정적인 압궤가 유도되어 에너지 흡수능을 배가시킬 수 있게 된다.
이렇게 구성된 사이드멤버의 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.
예를 들어, 차량의 전방 충돌시 충격이 범퍼 비임을 거쳐 사이드멤버에 전달되면, 비드부(15)가 후방 쪽으로 밀려들어가 압궤되면서 사이드멤버가 변형되기 시작하여 충격을 흡수할 수 있다. 이어서, 사이드멤버는 후육부(16)가 갖는 지지 강성을 이용하여 저감된 잔여 충격에 대해 저항할 수 있다.
즉, 본 발명의 사이드멤버는 압축 변형이 가능하도록 설계되어 사이드멤버 자체의 변형 및 지지 강성을 이용하여 충돌 에너지의 대부분을 흡수할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 사이드멤버는, 사이드멤버 자체의 지지 강성을 증대시키고 충돌시 안정적인 압궤 변형을 유도함으로써 충격 흡수능을 극대화할 수 있게 된다. 이로 인해 차량의 전방 충돌시 탑승자 또는 배터리를 최대한 안전하게 보호할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 사이드멤버에서는, 사이드멤버를 구성하는 판재의 재질과 이 재질이 갖는 강도의 조정을 통해 사이드멤버의 충돌 성능을 확보할 수 있다. 예를 들어, 980MPa급 이상의 초고강도강을 채용함으로써, 사이드멤버의 경량화를 위한 최적의 조합이 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 본체부(10)는 본 출원인이 생산하는 980 DP(Dual Phase)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. 1180 TRIP강은 1180MPa 이상의 인장강도 및 850MPa 이상의 항복강도를 보증하면서 연신율이 45% 이상으로 향상된 강종이다.
또한, 제1 보강부재(21)는 본 출원인이 생산하는 780 DP강 또는 780 TRIP강 등의 판재로 만들어질 수 있다. 여기서 제1 보강부재의 두께가 본체부(10)의 두께보다 두꺼운 것이 유리하다.
예컨대, 본체부(10)에는 980 DP강　또는 1180 TRIP강 중 어느 하나가 단독으로 사용되거나 혼용될 수 있다. 제1 보강부재(21)도 780 DP강　또는 780 TRIP강 중 어느 하나가 단독으로 사용되거나 혼용될 수 있다. 이와 같이, 사이드멤버를 구성하는 판재의 강도의 조합을 통하여 사이드멤버의 충격 흡수능을 극대화할 수 있다.
도 4는 본체부의 성형방법을 도시한 도면으로서, 사이드멤버의 본체부(10)는 하이드로포밍에 의해 성형될 수 있다.
먼저 하부금형(31)에 사이드멤버의 본체부(10)로 성형될 튜브(3)를 안착한다(도 4의 (a) 참조). 이 튜브는 제1 판재(1)로 만들어진 사각형 단면 또는 원형 단면을 가질 수 있다.
이어서 상부금형(32)을 하강시켜 하부금형(31)에 고정한다. 또, 상부금형과 하부금형 사이는 양측에 실린더(33)를 배치하여 밀폐시킨다(도 4의 (b) 참조).
실린더(33)를 통해 튜브(3) 내에 액체(35)가 주입되고, 튜브의 내부에 액체의 압력이 가해진다. 이에 따라 튜브가, 8각 이상인 다각형의 단면 형상을 가진 관형상의 본체부(10)로 성형된다.
액체(35)의 압력에 의해, 튜브(3)는 상부금형(32) 및 하부금형(31)이 갖는 비드 성형부(34)에 따라 일측에 비드부(15)가 성형될 수 있다.
또한, 실린더(33)에 의해 가해지는 축방향 힘(P)에 의해 튜브(3)는 타측에서 두께가 증육되어 후육부(16)가 성형될 수 있다(도 4의 (c) 참조). 튜브는 타측에서 두께가 증육되는 반면에 길이는 줄어들게 된다.
후육부(16)의 두께는 실린더(33)에 의해 가해지는 축방향 힘(P)을 조정함으로써 조절될 수 있다. 후육부의 길이(L) 또한 실린더에 의해 가해지는 축방향 힘을 조정함으로써 조절될 수 있다.
이와 같이 실린더(33)는 액체(35)의 누설을 방지하면서 튜브(3) 내에 주입된 액체의 압력을 유지함과 더불어, 튜브의 두께를 증육시켜 후육부(16)를 성형시키는 역할을 하게 된다.
본체부(10)를 하이드로포밍으로 제작할 경우, 인장강도가 약 980MPa 이상인 초고강도의 강재도 무리 없이 성형이 가능하다. 더욱이, 초고강도의 강재를 적용함으로써 추가적인 경량화를 확보할 수 있다.
또한, 강재에 하이드로포밍을 적용함으로써, 부품 갯수나 용접 공수 등의 축소로 인해 제조 비용의 절감을 꾀할 수 있으며, 동시에 강재의 사용을 통해 알루미늄을 사용하는 경우 대비 소재비를 획기적으로 줄일 수 있다.
이와 같이 해서 성형된 본체부(10)는 예를 들어 일체로 된 8각 단면 형상의 제1 관형상부(11)와 8각 단면 형상의 제2 관형상부(12)에 의해 2중 8각 단면 형상을 갖게 됨과 동시에 복수의 비드부(15)와 후육부(16)를 갖게 된다.
전술한 바와 같이, 제1 보강부재(21)는 예컨대 강재와 같은 금속의 단일한 제2 판재(2)를 벤딩 또는 롤 포밍 등으로 성형함으로써 형성될 수 있다.
제1 보강부재(21)가 본체부(10)의 관형상부(11, 12)들 사이에 삽입된 후, 보강부재의 플랜지(F)와 본체부의 연결면(13)이 스폿 용접이나 레이저 용접 등과 같은 용접으로 접합되어 결합됨으로써, 본 발명의 사이드멤버가 완성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버를 도시한 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버는, 제2 보강부재(22)가 구비된 점만 상이하고, 나머지 구성들은 전술한 제1 실시예의 사이드멤버의 구성과 동일하다. 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 사이드멤버는 본체부(10), 제1 보강부재(21), 및 적어도 하나의 제2 보강부재(22)를 포함할 수 있다.
제1 보강부재(21)와 제2 보강부재(22)는 소정의 폭과 길이를 가진 제2 판재(2)의 폭방향(Y) 양단을 서로 마주보는 쪽으로 소정의 각도로 절곡하여 한 쌍의 플랜지(F)가 형성될 수 있다. 이로써, 제1 보강부재와 제2 보강부재는 대략 U자 형상의 단면을 가질 수 있다.
제1 보강부재(21)와 제2 보강부재(22)는 예컨대 강재와 같은 금속의 단일한 제2 판재(2)를 벤딩 또는 롤 포밍 등으로 성형함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 보강부재들은 본 출원인이 생산하는 780 DP강 또는 780 TRIP강 등의 판재로 만들어질 수 있다. 여기서, 제1 보강부재와 제2 보강부재의 두께가 본체부(10)의 두께보다 두꺼운 것이 유리하다.
제1 보강부재(21)는 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12) 사이에 결합될 수 있다. 제1 보강부재의 플랜지(F)는 제1 관형상부와 제2 관형상부의 사이에 있는 연결면(13)에 대해 스폿 용접이나 레이저 용접 등과 같은 용접으로 접합되어 이들 사이에 용접부(B)가 형성됨으로써, 보강부재는 양측 연결면을 연결할 수 있다.
제2 보강부재(22)는 제1 관형상부(11) 또는 제2 관형상부(12) 내에 삽입되고, 제1 관형상부 또는 제2 관형상부의 양측 내벽에 보강부재의 플랜지(F)가 용접되어 용접부(B)를 형성할 수 있다. 용접부는 스폿 용접이나 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 형성될 수 있다.
도 5에는 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12) 모두에 제2 보강부재(22)가 하나씩 삽입된 예가 도시되어 있다.
이 경우에, 비드부(15)는 제1 관형상부(11) 또는 제2 관형상부(12)에서 제2 보강부재(22)가 접합되는 변들을 제외한 복수의 변에 형성될 수 있다.
일체로 된 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)는 양측 연결면(13)을 연결하는 제1 보강부재(21)를 공유할 수 있으며, 이에 따라 제1 관형상부와 제2 관형상부는 제1 보강부재를 기준으로 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖고서 대칭되게 형성될 수 있다.
또한, 제1 관형상부(11) 내 제2 보강부재(22)와 제2 관형상부(12) 내 제2 보강부재(22)는 서로 대칭되는 간격 및 자세로 배치될 수 있다. 또, 제1 관형상부 내 보강부재와 제2 관형상부 내 제2 보강부재는 각각 오목한 내부면이 서로 마주보게 위치될 수 있다.
제1 보강부재(21)와 마찬가지로 제2 보강부재(22)는 일측에 적어도 하나의 비드부(미도시)가 제2 보강부재의 폭방향(Y)을 따라 연장하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 관형상부(11, 12) 내에 제2 보강부재(22)를 대칭되게 삽입하고 결합함으로써, 사이드멤버의 측벽에서 국부적으로 두께가 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라 사이드멤버는 충돌시 발생하는 충돌 에너지에 대한 강건성을 확보할 수 있는 한편, 충돌시 사이드멤버가 어느 일측으로 편향되거나 본체부가 측방으로 팽창하지 않고 더욱 안정적인 압궤 유도를 통해 에너지 흡수능을 배가시킬 수 있는 장점이 있게 된다.
더욱이, 관형상부(11, 12) 내에 제1 보강부재(21)와 제2 보강부재(22)를 채용하고 관형상부의 측벽과 보강부재들의 두께를 조합함으로써, 차량 개발 과정 중 수시로 변화하는 충돌 성능의 요구 조건에 금형의 변경 없이 부응할 수 있게 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드멤버에 의하면, 예를 들어 일체로 된 8각 단면 형상의 제1 관형상부(11)와 8각 단면 형상의 제2 관형상부(12)에 의해 2중 8각 단면 형상을 갖게 됨과 동시에 제1 보강부재(21)가 관형상부들 사이 그리고 제2 보강부재(22)가 관형상부 내에 삽입됨으로써, 국부적으로 두께가 증가될 수 있고, 안정적인 압궤가 유도되어 에너지 흡수능을 배가시킬 수 있게 된다.
도 6은 종래기술과 본 발명에 따른 사이드멤버의 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 제1 실시예에 따른 강재로 된 사이드멤버(a)와 종래기술에 따른 강재로 된 사이드멤버(b)의 압궤 거동을 비교해 보았다.
본 발명의 사이드멤버(S1)는 980 DP강으로 만들어지며, 최소 1.2mm에서 최대 2.5mm까지의 두께를 갖는다. 본 발명의 사이드멤버는 도 1의 단면 형상을 갖는다.
종래기술의 사이드멤버(S2)는 980 DP강으로 만들어지며, 모든 부분에서의 두께가 1.2mm이다. 종래기술의 사이드멤버는 도 1과 유사한 단면 형상을 갖는데, 단일 판재를 롤 포밍 등으로 절곡시켜 성형된다.
그 외에, 양측 사이드멤버는 700mm의 동일한 길이와 222mm의 동일한 높이를 가진다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 사이드멤버(S1)는 굽힘 변형 없이 길이방향으로 순차적인 압궤를 통해 충돌 에너지를 흡수하고 있다. 또한, 본 발명의 사이드멤버는 전달된 에너지를 모두 흡수한 이후에도 추가적인 에너지 흡수 가능 영역이 더 존재함을 볼 수 있다.
하지만, 종래기술의 사이드멤버(S2)는 압궤 변형 뒤에 굽힘 모드가 발생하여 에너지 흡수능이 떨어짐을 보여주고 있다. 충돌 초기에는 안정적인 압궤를 나타내고 있으나, 점차 사이드멤버의 후방 부위의 강성 부족으로 인해 굽힘 모드가 발생하면서 에너지 흡수능이 열위하게 되어, 전반적으로는 불안정한 압궤를 나타낸다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 충격 흡수용 형상을 하중 방향으로 부여함과 동시에 두께가 증가하는 형상으로 지지 강성을 강화함으로써, 충돌 하중에 대한 높은 변형 저항을 확보할 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다.
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 관형상부가 사이드멤버의 높이방향을 따라 상하로 적층되게 배치되는 것으로 도해하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 제1 및 제2 관형상부는 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: 본체부 11: 제1 관형상부
12: 제2 관형상부 13: 연결면
15, 25: 비드부 16: 후육부
21: 제1 보강부재 22: 제2 보강부재
31: 하부금형 32: 상부금형
33: 실린더 34: 비드 성형부

Claims (13)

  1. 차체의 길이방향으로 연장하고, 8각 이상인 다각형의 단면 형상을 가진 관형상의 본체부; 및
    상기 본체부의 내부 공간을 가로질러 배치된 제1 보강부재
    를 포함하고,
    상기 본체부는 차체의 길이방향으로 두께가 변화되고,
    상기 본체부는 제1 관형상부와 제2 관형상부를 포함하고,
    상기 제1 보강부재는 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부 사이에 결합되고,
    상기 제1 보강부재는 폭방향 양측에 플랜지가 형성되고, 상기 제1 보강부재의 플랜지는 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부의 사이에 있는 연결면에 접합되어 상기 제1 보강부재가 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부를 폐단면으로 구획하는 차량용 사이드멤버.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 8각형이 2중으로 배치된 16각형의 단면 형상을 갖는 차량용 사이드멤버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 내부 공간을 가로질러 배치된 제2 보강부재를 더 포함하고,
    상기 제2 보강부재는 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부 중 적어도 하나에 삽입되어 결합되는 차량용 사이드멤버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 일측에서 타측으로 길이방향을 따라 두께가 점차 증가하는 차량용 사이드멤버.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 일측에서 일정한 두께를 가진 다음에 타측을 향해 두께가 점차 증가하는 차량용 사이드멤버.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 본체부에서 상대적으로 두께가 얇은 일측에 복수의 비드부가 둘레방향을 따라 연장하면서 불연속으로 배열된 차량용 사이드멤버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 본체부의 타측에는 일측 단부보다 두께가 두꺼운 후육부가 형성된 차량용 사이드멤버.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 후육부의 최대 두께는 상기 본체부의 상기 일측 단부가 가진 최소 두께의 2배 이상인 차량용 사이드멤버.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 후육부는, 상기 본체부의 단면에서 높이방향의 길이와 폭방향의 길이를 더하고 2로 나눈 값의 2배 내지 3배의 길이를 갖는 차량용 사이드멤버.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 비드부는 상기 사이드멤버의 전단에 인접하여 형성되고,
    상기 후육부는 상기 사이드멤버의 후단에 형성된 차량용 사이드멤버.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 본체부는 하이드로포밍으로 성형된 차량용 사이드멤버.
  13. 제1항 및 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 보강부재의 일측에는 적어도 하나의 비드부가 상기 제1 보강부재의 폭방향을 따라 연장하여 형성된 차량용 사이드멤버.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000240707A (ja) * 1999-02-23 2000-09-05 Showa Alum Corp 金属製衝撃吸収用中空材
US20120175899A1 (en) * 2011-01-07 2012-07-12 Tesla Motors, Inc. Front Rail Reinforcement System
JP2013086743A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Aisin Seiki Co Ltd 車両用バンパ装置及び該車両用バンパ装置に適用されるクラッシュボックス
JP2020001653A (ja) * 2018-07-02 2020-01-09 豊田鉄工株式会社 車両用補強部材

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000240707A (ja) * 1999-02-23 2000-09-05 Showa Alum Corp 金属製衝撃吸収用中空材
US20120175899A1 (en) * 2011-01-07 2012-07-12 Tesla Motors, Inc. Front Rail Reinforcement System
JP2013086743A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Aisin Seiki Co Ltd 車両用バンパ装置及び該車両用バンパ装置に適用されるクラッシュボックス
JP2020001653A (ja) * 2018-07-02 2020-01-09 豊田鉄工株式会社 車両用補強部材

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