KR20130016509A - 프런트 서브프레임 구조 - Google Patents

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KR20130016509A
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정대우
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Abstract

본 발명은, 양측의 사이드멤버의 각 끝단은 크로스멤버로 연결되어 사각형상을 이루되, 상기 사이드멤버는 굴곡이 형성된 모양이며 각각에 엔진마운트가 장착되는 프런트 서브프레임 구조에 있어서, 상기 사이드멤버의 상측으로 결합되되, 엔진마운트의 하단이 삽입되도록 안착홈이 형성되며 엔진마운트의 다리부가 볼트체결되도록 상기 안착홈의 외측에서 볼트홀이 형성된 마운트브라켓;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 종래의 외팔보(cantilever)방식을 대신하여 일체형 판 형상으로서 엔진마운트가 직접적으로 안착되는 마운트브라켓을 제공함으로서 엔진하중을 더욱 효율적으로 분산시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

프런트 서브프레임 구조{Structure of front subframe}
본 발명은 차량용 서브프레임 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴곡이 형성된 사륜구동형 차량용 프런트 서브프레임에 있어서 하중을 더욱 효율적으로 분산시켜 내구성능 및 강성을 더욱 향상시킬 수 있는 사륜구동형 차량의 프런트 서브프레임 구조에 관한 것이다.
사륜구동 차량은 이륜구동 차량과는 달리 전륜과 후륜이 모두 구동륜이 될 수 있는 차량으로서, 네바퀴가 항시 회전하는 풀타임방식과 후륜측 또는 전륜측의 구동력이 선택적으로 차단될 수 있는 파트타임방식으로 나눠진다.
파트타임방식의 사륜구동 차량은 연비를 위해 후륜만(또는 전륜만) 구동륜으로 사용되다가 주행 상황에 따라서 전륜(또는 후륜)으로 동력이 전달되는 구조를 갖난다.
평시에는 후륜만 구동륜이 되는 사륜구동 차량의 동력전달 구조는, 1.엔진 2.엔진과 결합된 트랜스미션 3.상기 트랜스미션에서 후륜측으로 연결되는 리어 프로펠러샤프트(rear propeller shaft) 4. 상기 리어 프로펠러샤프트에서 동력을 전달받는 리어 디퍼런셜(rear differential) 5, 상기 리어 디퍼런셜에서 후륜 양측으로 회전력을 전달하는 리어 드라이브샤프트(rear drive shaft)로 구성되되, 트랜스미션에는 (또는 트랜스미션과 프로펠러샤프트 사이에는) 운전자의 조작에 의해 또는 운행상황에 따라 자동적으로 동력을 분배받는 트랜스퍼케이스가 장착된다.
상기 트랜스퍼케이스는 프런트 프로펠러샤프트를 통하여 프런트 디퍼련셜과 연결되며 상기 프런트 디퍼련셜은 프런트 드라이브샤프트를 통하여 양측 전륜에 구동력을 전달한다.
한편, 차량의 경량화 및 전자제어의 효율성을 높이기 위하여 유압식 파워스티어링 장치를 대신하여 전동식 파워스티어링 장치(MDPS: Motor Driven Power Steering)가 적용되고 있다. 상기 MDPS 는 스티어링 컬럼에 모터가 장착되는 C-MDPS 방식과 스티어링샤프트에서 전달된 회전력을 좌우방향으로 변환시키는 기어박스측에 직접설치되는 R-MDPS 방식이 있다.
따라서, 전술한 바와 같이 사륜구동형 차량은 종래의 이륜구동형 차량과 대비하여 추가되는 엔진룸 내에 장착되는 부품수가 증가되되, R-MDPS 방식의 파워스티어링 장치가 적용되면 그 수와 중량은 더욱 증가 된다.
한편, 최근에는 세단형 승용차량은 물론 SUV 및 RV 차량들 또한 프레임바디를 대신하여 중량이 가볍고 생산성이 뛰어난 모노코크바디가 주로 사용된다. 모노코크바디는 별도의 프레임이 삭제된 구조로서 차체에 엔진 및 트랜스미션이 직접 장착된다.
즉, 상기 모노코크바디는 차체 자체가 프레임 기능을 하여 서스펜션 및 섀시 부품들이 각각 장착되나, 진동이 직접적으로 차체에 전달되는 것을 방지하며 차량 충돌시 충격을 분산하기 위하여 차량의 하부에 서브프레임(subframe)이 장착된다.
일반적으로 전륜 구동 또는 후륜 구동 차량에 장착되는 서브프레임은 "H"형상(또는 "I"형상)으로서 도그본(dog bone) 모양을 갖는 구조와 "#" 형상으로서 사각형 모양을 갖는 구조가 널리 사용되고 있다.
그러나, 사륜 구동형 차량에 적용되는 서브프레임은 전술한 바와 같이 추가되는 부품수가 증가되기 때문에 도 1 에 도시된 바와 사각형 형상을 이루도록 양측의 사이드멤버들 사이로 세 개의 크로스멤버들이 연결된 형태로 제조되되, MDPS, 프런트 디퍼런셜 등의 장착을 위해 사이드멤버(및 크로스멤버)는 소정의 곡률로 굴곡이 형성된 모양으로 제조되었다.
이러한 서브프레임은 여섯 곳의 지점(E,F,G,H,I,J)에서 차체에 고정되었으며 양측의 사이드멤버 각각에는 엔진의 하중을 지지하며 진동을 감쇠시키는 엔진마운트가 장착된다.
그러나, 사륜구동 차량에 적용되는 이러한 서브프레임의 굴곡 모양은 (전륜 또는 후륜 구동 차량에 장착되는 서브프레임의) 직선 형태와 대비하여 구조적 강성이 취약한 문제점이 있었다.
또한, 최근에 개발되는 직분사 가솔린 엔진의 장착에 따라 엔진 하중은 더욱 증가하게 되어 서브프레임의 강성 향상 및 하중 분산은 더욱 절실히 필요로 하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 강성이 더욱 증대되며 진동 절연효과가 향상되되 더 소형화된 사륜구동 차량용 프런트 서브프레임 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양측의 사이드멤버의 각 끝단은 크로스멤버로 연결되어 사각형상을 이루되, 상기 사이드멤버는 굴곡이 형성된 모양이며 각각에 엔진마운트가 장착되는 프런트 서브프레임 구조에 있어서, 상기 사이드멤버의 상측으로 결합되되, 엔진마운트의 하단이 삽입되도록 안착홈이 형성되며 엔진마운트의 다리부가 볼트체결되도록 상기 안착홈의 외측에서 볼트홀이 형성된 마운트브라켓;를 포함하여 구성된다.
상기 마운트브라켓은 사이드멤버와의 접촉면이 증가되도록 사이드멤버의 굴곡된 형상을 따라서 하부에는 확장부가 형성된다.
그리고, 상기 마운트브라켓에는 일단은 상기 마운트브라켓에 연결되고 타단은 차체에 연결되는 바(bar) 형상의 스테이가 결합된다.
아울러, 상기 마운트브라켓은 일측 끝단이 크로스멤버에 밀착되도록 전후 방향으로 확장되고, 상기 마운트브라켓은 판 형상으로서 사이드멤버의 상측에 거치된 후 용접으로 접합된다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 종래의 외팔보(cantilever)방식(즉, 절곡된 바 형상이되 일측은 사이드멤버에 결합되고 타측은 엔진마운트에 결합되는 방식)을 대신하여 일체형 판 형상으로서 엔진마운트가 직접적으로 안착되는 마운트브라켓을 제공함으로서 엔진하중을 더욱 효율적으로 분산시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 마운트브라켓은 하측으로 확장부가 형성되며 후방측 끝단은 크로스멤버까지 연장되어 응력 집중을 효율적으로 분산시키고 차체에 마운팅되는 지점 및 엔진마운트가 안착된 부분에서 발생되는 모멘트를 더욱 강건하게 지지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 상기와 같은 효율적인 하중분산에 따라 더 길이가 축소될 수 있으며 이에 따라서 차체 내에서 충돌 완충공간을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 프런트 서브프레임의 모습을 도시한 사시도 및 사륜차량의 엔진룸에 종래의 프런트 서브프레임이 장착된 모습을 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프런트 서브프레임의 사시도,
도 3 내지 도 5 는 종래의 프런트 서브프레임 구조와 본 발명에 따른 프런트 서브프레임 구조에서 동일한 하중이 가해질 때 하중이 분산되는 형태를 각 방향에서 비교하여 도시한 도면들,
도 6 내지 도 8 은 종래의 프런트 서브프레임 구조와 본 발명에 따른 프런트 서브프레임 구조에서 전후방향, 좌우방향, 상하방향에서 하중이 가해질 때 각각의 상황에서 발생되는 변형 에너지(strain energy)가 비교되도록 이미지화하여 나타낸 도면들,
도 9 는 종래의 프런트 서브프레임과 본 발명에 따른 프런트 서브프레임이 차체에 장착된 모습을 비교하여 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프런트 서브프레임 구조를 더욱 상세히 설명한다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 프런트 서브프레임(100)은 사륜구동형 차량에 장착되기 위해 제공되는 것으로서 좌우방향에서 양측으로 배치된 사이드멤버들(20)의 전방측과 후방측은 크로스멤버(10)로 연결되어 사각형상을 이루도록 형성된다.
그리고, 프런트 디퍼런셜 및 MDPS 등이 장착될 수 있도록 상기 사이드멤버(20)는 소정의 굴곡이 형성된 바(bar) 모양을 갖는다. 상기 사이드멤버(20) 각각에는, 엔진이 거치되어 진동을 감쇠시킬 목적으로 장착되며 원통형 형상으로서 외주면에는 다리부들이 둘레를 따라 이격되어 장착된 엔진마운트가 안착될 수 있도록 마운팅브라켓이 부설된다.
상기 마운팅브라켓(30)은 엔진마운트의 다리부(도 3 내지 5 참조) 아래쪽으로 엔진마운트의 하단이 삽입되어 놓이도록 소정의 깊이로 안착홈(32)이 형성되며, 엔진마운트의 다리부가 볼팅체결되도록 안착홈(32)의 외측에서 볼트홀들(31)이 형성된다.
그리고, 상기 마운팅브라켓(30)은 전후방향을 따라 후방측의 크로스멤버(10)까지 연장된 형상을 갖는다(도 2, 5 참조). 그리고, 하중분산을 위해 접촉면적이 더 증가하도록 사이드멤버(20)의 굴곡된 형상을 따라서 양면에는 확장부(33, 도 3 과 도 4 참조)가 형성된다.
상기 마운트브라켓(30)은 소정의 두께를 갖는 환형의 판 형상으로서 각 부분이 절곡 또는 확장되어 형성되되 사이드멤버의 굴곡에 따라 일측과 타측의 두께가 달라지며, (승마용 안장과 같이) 사이드멤버(20)의 상측에 거치되는 구조로서, 접촉면을 용접하여 접합이 이뤄진다.
한편, 하중 지지를 보조할 수 있도록 상기 마운팅브라켓(30)에는 바(bar) 형상의 스테이(40)가 장착된다. 상기 스테이(40)는 일측은 마운팅브라켓(30)에 결합되고 타측은 차체의 사이드부재(도 9 참조)에 고정된다. 그리고, 네 지점(A,B,C,D)에서 차체에 견고하게 마운팅 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 프런트 서브프레임(100)은 도 3 에 도시된 바와 같이 하중을 스테이(40)와 확장된 후방측으로 분산시킬 수 있다. 즉, 종래에는 외팔보 타입의 결합 형태로서 두 개 또는 세 개로 분리된 형태를 갖는 (종래 구조의) 마운트브라켓이 서브프레임에 장착되어 엔진마운트를 고정시키는 반면, 본 발명의 마운트브라켓(30)은 일체형 판과 같은 구조를 갖되 엔진마운트를 안착시켜 고정한다.
따라서, 종래 구조의 서브프레임은 마운트브라켓이 용접된 부분에만 응력이 집중되는 반면, 본 발명은 마운트브라켓(30)의 전방위에 걸쳐 하중이 분산된다.
또한, 도 3 과 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마운트브라켓(30)은 하측으로 확장부(33)가 형성됨으로서 하중을 더 효율적으로 분산시킬 수 있으며, 승마용 안장과 같이 사이드멤버 위로 안착되므로 더 용이하게 용접할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 엔진마운트가 돌출되는 높이가 "h1" 에서 "h2" 로 낮아짐에 따라서(엔진의 하중이 작용하는 지점과 서브프레임이 지지하는 지점 사이의 거리가 좁혀짐에 따라서) 하중 및 진동에 의해 유발되는 모멘트 효과를 최소화할 수 있다
아울러, 도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마운트브라켓(30)은 후방측이 크로스멤버(10)에 (부분적으로) 걸쳐지도록 확장되므로 Mz 방향의 모멤트에 대한 지지력이 더 증가된다.
도 6 내지 도 8 은 각각이 전후방향, 좌우방향, 상하방향에서 작용하는 하중에 대한 응력 분포도를 도시한 해석 이미지로서, 빨간색은 응력이 집중되어 변형에너지가 크게 작용하는 부분이며 파란색은 응력이 분산되어 변형에너지가 작게 작용하는 부분을 나타낸다.
도시된 바와 같이 종래의 구조에서는 마운트브라켓이 외팔보 형태로서 각각 분리되어 장착되므로 어떠한 방향에서도 작용하는 하중이 효율적으로 분산되지 못하고 특정 부분에 집중되는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 본 발명의 프런트 서브프레임(100)은 전술한 바와 같이 엔진마운트가 안착홈(32)에 놓여진 상태에서 여러 방향으로 하중이 분산되도록 마운트브라켓(30)이 확장된 모양을 가지며 스테이(40)가 결합되므로, 응력이 더욱 효과적으로 분산된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 9 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프런트 서브프레임(100)은 전후방향의 길이가 종래의 구조와 대비하여 더욱 짧아지는 구조로서 차체의 전방에 위치하는 프론트엔드모듈과 소정거리를 두고 이격 설치된다.
따라서, 충돌시 충격을 완충시킬 수 있는 공간이 확보됨으로 (엔진 또는/및 운전석으로의) 충격전달을 억제할 수 있는 효과가 있으며, 상기 프런트 서브프레임(100)은 스테이(40)를 통하여 차체의 사이드부재에서도 결합되므로 엔진의 하중을 더 넓은 영역에서 더욱 효율적으로 분산시킬 수 있다.
이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 크로스멤버
20 : 사이드멤버
30 : 마운트브라켓
31 : 볼트홀
32 : 안착홈
40 : 스테이
100 : 프런트 서브프레임

Claims (5)

  1. 양측의 사이드멤버의 각 끝단은 크로스멤버로 연결되어 사각형상을 이루되, 상기 사이드멤버는 굴곡이 형성된 모양이며 각각에 엔진마운트가 장착되는 프런트 서브프레임 구조에 있어서,
    상기 사이드멤버의 상측으로 결합되되, 엔진마운트의 하단이 삽입되도록 안착홈이 형성되며 엔진마운트의 다리부가 볼트체결되도록 상기 안착홈의 외측에서 볼트홀이 형성된 마운트브라켓;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프런트 서브프레임 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마운트브라켓은 사이드멤버와의 접촉면이 증가되도록 사이드멤버의 굴곡된 형상을 따라서 하부에는 확장부가 형성되는 특징으로 하는 프런트 서브프레임 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 마운트브라켓에는 일단은 상기 마운트브라켓에 연결되고 타단은 차체에 연결되는 바(bar) 형상의 스테이가 결합되는 것을 특징으로 하는 프런트 서브프레임 구조.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 마운트브라켓은 일측 끝단이 크로스멤버에 밀착되도록 전후 방향으로 확장된 것을 특징으로 하는 프런트 서브프레임 구조.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 마운트브라켓은 판 형상으로서 사이드멤버의 상측에 거치되고 용접으로 접합되는 것을 특징으로 하는 프런트 서브프레임 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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