KR20220048138A - 전기 자동차용 스크럼 타입 사이드 실 구조 - Google Patents

전기 자동차용 스크럼 타입 사이드 실 구조 Download PDF

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KR20220048138A
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황창섭
한승우
박대명
손경훈
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 전기 자동차(1)에 적용된 사이드 실(7)은 차체 바닥을 이루는 센터 플로어(3)의 측면에 위치된 사이드 실 인너(10)와 결합된 사이드 실 아우터(20)로 형성된 사이드 실 내부 공간(7-1)에서, 서로에 대한 스크럼 보강 패턴을 위한 구조로 결합된 복수개의 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)로 상기 사이드 실 내부 공간(7-1)의 횡방향 단면을 스크럼 보강 패턴으로 형성하는 스크럼 타입 사이드 실(7)을 형성함으로써 횡방향 단면 구조와 횡방향으로 연속 배열된 강성 단면 구조로 횡방향 하중지지에 유리한 방향성을 확보하여 측면 기둥 충돌의 횡방향 충격이 가하는 충격에너지 지지에 유리하고, 특히 복수개의 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)가 사이드 실(7)을 통해 시트 크로스 멤버(5)와 결합됨으로써 3중 결합 지지 구조로 연속적인 하중 전달이 가능한 특징을 갖는다.

Description

전기 자동차용 스크럼 타입 사이드 실 구조{Scrum type Side Sill Structure for Electronic Vehicle}
본 발명은 전기 자동차용 사이드 실 구조에 관한 것으로, 특히 시트 크로스 멤버와 결합으로 3중 결합 지지가 가능한 스크럼 멤버(Scrum Member)로 사이드 실 내부를 강화시킴으로써 횡방향 하중지지에 유리한 방향성을 갖는 전기 자동차용 스크럼 타입 사이드 실 구조에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차(Electronic Vehicle)는 주행거리 연장 요구를 배터리 중 고전압 배터리의 사이즈 증가로 충족하고 있다.
이러한 이유는 상기 전기 자동차는 기존 내연기관 차량과의 공용화를 위하여 리어 플로어에 고전압배터리를 위치하던 방식을 벗어나 센터 플로어(Center Floor)의 하단에 고전압 배터리를 위치시킬 수 있기 때문이다. 특히 상기 센터 플로어 하단은 고전압 배터리 사이즈 증대에 유리한 레이아웃의 확보가 가능한 구조적 특징을 갖고 있다.
나아가 최근 들어 전기 차량 시장이 급격하게 성장함에 따라 측면 기둥((Pole) 충돌 상황(예, 전신주 충돌)에서 전기 자동차의 안전성 문제도 대두되고 있다. 이러한 이유는 파손에 의한 화재 위험성을 갖는 고전압 배터리가 전기 자동차에서 측면 기둥 충돌에 가장 취약 부위인 센터 플로어 하단에 장착됨으로써 사이즈 증대된 고전압 배터리는 측면 기둥 충돌 상황에서 파손 위험성이 커져 화재 위험성도 함께 커질 수 있기 때문이다.
이로 인하여 전기 자동차는 고전압 배터리 사이즈 증대에 맞춰 측면 기둥 충돌 강화 구조로 고전압 배터리의 파손 위험성을 낮추고, 이를 위해 사이드 실(Side Sill)을 압출재 타입 사이드 실 또는 스틸 프레스 타입 사이드 실로 변경함으로써 센터 플로어 구조를 변경하지 않아도 되는 장점이 있다.
일례로 상기 압출재 타입 사이드 실은 알루미늄 압출재를 사이드 실 인너/아우터(즉 브래킷 패널)의 내부 공간에 격지 구조로 적용함으로써 상기 알루미늄 압출재가 사이드 실의 충돌 강성을 강화시켜 준다. 그리고 상기 스틸 프레스 타입 사이드 실은 다수의 스틸 프레스 부품을 절곡시켜 용접으로 서로를 엮어 사이드 실 인너/아우터(즉 브래킷 패널)의 내부 공간에 절곡 구조로 적용함으로써 상기 스틸 프레스 부품이 사이드 실의 충돌 강성을 강화시켜 준다.
그러므로 상기 전기 자동차는 센터 플로어를 이용하여 주행거리 연장이 가능한 큰 사이즈의 고전압 배터리가 사용되면서도 압출재 타입 사이드 실 또는 스틸 프레스 타입 사이드 실로 충돌에 의한 변형 최소화가 가능한 측면 기둥 충돌 강화 구조를 적용함으로써 주행거리 연장 및 충동 안정성 강화로 급격하게 성장하는 전기 차량 시장에 대응하고 있다.
국내공개특허 10-2013-0101890 A (2013.09.16)
하지만, 상기 전기 자동차의 측면 기둥 충돌 강화 구조로 적용된 상기 압출재 타입 사이드 실 및 상기 스틸 프레스 타입 사이드 실은 충돌 변형 최소화에 의한 고전압배터리 보호 대비 하기와 같은 단점을 갖고 있다.
일례로 상기 압출재 타입 사이드 실은 알루미늄 압출재의 높은 원가로 인해 전기 자동차의 차체에 대한 원가경쟁력 확보를 매우 어렵게 하고, 특히 횡방향 단면은 구조간 결합이 없어 측면 기둥 충돌의 횡방향 충격 시 단면 벌어짐이 발생할 수밖에 없다.
일례로 상기 스틸 프레스 타입 사이드 실은 알루미늄 압출재 대비 가격 경쟁력이 있으나 다수의 스틸 프레스 부품과 이들의 용접 결합으로 인해 중량이 대폭 상승함으로써 전기 자동차의 차체에 대한 무게를 증가시키고, 특히 종방향 하중지지에 유리한 방향성을 가지고 있어 측면 기둥 충돌의 횡방향 충격에 취약할 뿐만 아니라 알루미늄 압출재 대비 스틸 프레스 부품의 단면 변형이 많아 충돌에너지 지지 성능 측면에서 불리할 수밖에 없다.
무엇보다 상기 압출재 타입 사이드 실 및 상기 스틸 프레스 타입 사이드 실은 사이드 실 내부 구조가 시트 크로스 멤버와 결합되어 있지 않음으로써 측면 기둥 충돌에 따른 하중 전달이 단절되고 있다. 여기서 상기 시트 크로스 멤버는 센터 플로어 내 횡방향 부재로 사이드 실의 횡방향 변형을 지지하는 역할을 하도록 차체를 구성하는 부품이다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 용접결합부품의 구조간 결합을 갖는 횡방향 단면 구조와 함께 횡방향으로 연속 배열된 강성 단면 구조가 적용된 스크럼 멤버로 횡방향 하중지지에 유리한 방향성을 가짐으로써 측면 기둥 충돌의 횡방향 충격이 가하는 충격에너지 지지에 유리하고, 특히 스크럼 멤버가 사이드 실을 통해 시트 크로스 멤버와 결합됨으로써 3중 결합 지지 구조로 연속적인 하중 전달이 가능한 전기 자동차용 스크럼 타입 사이드 실 구조의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스크럼 타입 사이드 실 구조는 차체 바닥을 이루는 센터 플로어의 측면에 위치된 사이드 실 인너, 상기 사이드 실 인너에 결합되어 사이드 실 내부 공간을 형성하는 사이드 실 아우터, 및 상기 사이드 실 내부 공간에서 차량 길이 방향으로 복수개로 구비된 제1,2,3,4 스크럼 멤버가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 사이드 실 인너와 상기 사이드 실 아우터 및 상기 스크럼 멤버는 용접으로 고정되며, 특히 상기 스크럼 멤버는 상기 사이드 실 인너에 용접으로 고정된다.
바람직한 실시예로서, 상기 제1,2,3,4 스크럼 멤버는 제1 스크럼 멤버, 제2 스크럼 멤버, 제3 스크럼 멤버 및 제4 스크럼 멤버가 서로 인접되어 상기 차량 길이 방향으로 배열되며, 상기 제1 스크럼 멤버, 상기 제2 스크럼 멤버, 상기 제3 스크럼 멤버 및 상기 제4 스크럼 멤버의 각각은 스크럼 내부 공간이 형성되는 상부 브래킷과 하부 브래킷으로 구성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 제1 스크럼 멤버, 상기 제2 스크럼 멤버, 상기 제3 스크럼 멤버 및 상기 제4 스크럼 멤버는 인접한 서로에 대해 전방 스크럼 멤버와 후방 스크럼 멤버로 구분하여 상부 결합부 및 하부 결합부를 형성하고, 상기 상부 결합부는 상기 전방 스크럼 멤버의 상기 상부 브래킷 및 상기 후방 스크럼 멤버의 상기 상부 브래킷과 상기 하부 브래킷으로 3중 결합을 형성하며, 상기 하부 결합부는 상기 전방 스크럼 멤버의 상기 상부 브래킷과 상기 하부 브래킷 및 상기 후방 스크럼멤버의 상기 하부 브래킷으로 3중 결합을 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 상부 결합부 및 상기 하부 결합부는 상기 상부 브래킷과 상기 하부 브래킷이 서로 맞닿은 측면 부위에서 형성되며, 상기 3중 결합은 용접으로 고정된다.
바람직한 실시예로서, 상기 상부 브래킷과 상기 하부 브래킷은 직선 길이로 수직하게 세워진 파이프 너트로 체결되어 상기 스크럼 내부 공간을 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 상부 브래킷은 상기 파이프 너트의 상부가 체결되는 너트 체결부를 중간 구간으로 하여 좌측 절곡 날개 바디와 우측 절곡 날개 바디를 형성하며, 상기 하부 브래킷은 상기 파이프 너트의 하부가 체결되는 너트 체결부를 중간 구간으로 하여 좌측 수직 날개 바디와 우측 수직 날개 바디를 형성하고, 상기 좌측 절곡 날개 바디와 상기 좌측 수직 날개 바디 및 상기 우측 절곡 날개 바디와 상기 우측 수직 날개 바디가 소로 교합된다.
바람직한 실시예로서, 상기 상부 브래킷은 상기 좌측 절곡 날개 바디와 상기 우측 절곡 날개 바디가 상기 너트 체결부 보다 돌출되어 상기 사이드 실 인너와 결합되며, 상기 하부 브래킷은 상기 너트 체결부로 상기 사이드 실 인너와 결합된다.
바람직한 실시예로서, 상기 사이드 실 인너와 상기 사이드 실 아우터의 각각은 플랜지 부위를 형성하고, 상기 플랜지 부위가 서로 연결되어 상기 사이드 실 내부 공간을 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 시트 크로스 멤버는 시트 크로스 엔드를 형성하여 상기 사이드 실 인너와 상기 스크럼 멤버에 중첩된다.
바람직한 실시예로서, 상기 센터 플로어는 상기 사이드 실 인너가 위치되는 사이드 실 엔드를 형성하고. 그 하부로 고전압 배터리가 장착된다.
이러한 본 발명의 전기 자동차에 적용되어 차체의 일부를 구성하는 스크럼 타입 사이드 실 구조는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 스크럼 타입 사이드 실로 측면 기둥 충돌의 횡방향 충격을 견딤으로써 전기 자동차의 차체 측면 강성이 강화된다. 둘째, 스크럼 타입 사이드 실에 적용된 스크럼 멤버가 횡방향 하중지지에 유리한 방향성으로 사이드 실 내부를 강화함으로써 횡방향 충격에 취약한 알루미늄 압출재 및 종방향 하중지지로 충돌에너지 지지 성능에 취약한 스틸 프레스 부품이 갖는 단점을 모두 극복할 수 있다. 셋째, 스크럼 멤버가 용접결합부품을 구조 간 결합하여 횡방향으로 연속 배열된 강성 단면 구조의 스크럼 보강 패턴을 형성함으로써 사이드 실 길이 및 내부 구조에 적합하게 적용될 수 있다. 넷째, 스크럼 타입 사이드 실이 사이드 실 고유의 기능을 하면서도 기존의 압출재 타입 사이드 실 및 스틸 프레스 타입 사이드 실 대비 성능 향상이 가능하면서도 원가 및 중량 절감이 이루어진다. 다섯째, 스크럼 타입 사이드 실이 스크럼 멤버/사이드 실 인너/시트 크로스 멤버의 3중 결합 지지 구조로 이어짐으로써 측면 기둥 충돌의 횡방향 충격에 대해 센터 플로어 쪽으로 연속적인 하중 전달을 가능하게 하는 구조 지지가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 차체 프레임에 적용된 스크럼 타입 사이드 실 구조의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 스크럼 타입 사이드 실 구조에 적용된 스크럼 맴버의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 스크럼 맴버를 구성하는 스크럼 맴버의 횡배열 레이아웃의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 전기 자동차의 차체 프레임과 형성하는 스크럼 타입 사이드 실 구조의 단면 구성의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 스크럼 타입 사이드 실 구조의 단면 구성을 위한 스크럼 맴버의 횡 배열 결합 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 전기 자동차의 측면 기둥 충돌로 차체 프레임의 사이드 실에 횡방향 충격이 가해지는 상태이며, 도 7은 본 발명에 따른 스크럼 타입 사이드 실 구조에 가해진 횡방향 충격량이 스크럼 맴버의 횡방향 단면으로 충격에너지 지지 성능을 확보하는 충돌 시뮬레이션 상태이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차(1)는 차체 프레임(1-1)의 좌우 양쪽 측면 아래쪽 부위에 덧대어진 사이드 실(7)을 포함한다.
구체적으로 상기 차체 프레임(1-1)은 차체 형상 바디와 그 바닥면을 이루는 센터 플로어(3) 및 시트 크로스 멤버(5)(도 4 참조)를 포함한다. 일례로 상기 차체 형상 바디는 차체 뼈대를 이루고, 상기 센터 플로어(3)는 그 하면으로 고전압 배터리(100)가 장착되는 장소를 제공하며, 상기 시트 크로스 멤버(5)는 센터 플로어(3) 내 횡방향 부재로서 사이드실(7)의 횡방향 변형을 지지하여 준다.
특히 상기 센터 플로어(3)는 그 좌우 양쪽 측면에 사이드 실(7)이 안착되도록 단차부(도 4 내지 도 6 참조)를 형성한다.
구체적으로 상기 사이드 실(7)은 사이드 실 인너(10), 사이드 실 아우터(20) 및 스크럼 멤버(30)로 구성되고, 상기 스크럼 멤버(30)가 사이드 실 내부 공간(7-1)에 채워진 스크럼 타입 사이드 실 구조로 특징된다.
일례로 상기 사이드 실 인너(10)는 센터 플로어(3)의 단차부에 용접되어 센터 플로어(3)와 일체화되며, 상기 사이드 실 아우터(20)는 사이드 실 인너(10)에 용접되어 사이드 실 인너(10)와 일체화된다.
이를 위해 상기 사이드 실 인너(10)와 상기 사이드 실 아우터(20)는 “票”를 로 이루어지면서 그 상하부위에 서로 맞닿은 플랜지를 통해 서로 용접된 상태에서 스크럼 멤버(30)로 채워지는 사이드 실 내부 공간(7-1)을 형성한다.
또한, 상기 사이드 실 인너(10)와 상기 사이드 실 아우터(20)의 각각은 횡방향(Transverse direction)(즉, 전/후방의 차량길이방향)으로 용접 부위를 이루는 용접부(10-1)가 천공되고, 특히 상기 사이드 실 인너(10)의 용접부(10-1)은 스크럼 보강 패턴(도 5 참조)을 위한 용접 위치로 제공된다.
일례로 상기 스크럼 멤버(30)는 사이드 실 인너(10)와 사이드 실 아우터(20)의 용접 결합으로 형성한 “票”의 사이드 실 내부 공간(7-1)에서 횡방향(Transverse direction)으로 연속 배열된 제a 내지 n 스크럼 맴버(a는 1, n은 2 이상의 정수)로 구성된다.
그러므로 상기 사이드 실(7)은 스크럼 멤버(30)를 구성하는 제a 내지 n 스크럼 맴버(30a,...,30n)의 횡방향 배열에 의한 스크럼 보강 패턴으로 사이드 실 내부 공간(7-1)이 채워진 스크럼 타입 사이드 실 구조로 특징된다.
한편 도 2 및 도 3은 상기 스크럼 멤버(30)에 대한 구제적인 구성을 예시한다. 이 경우 상기 스크럼 멤버(30)는 제a 내지 n 스크럼 맴버(30a,...,30n)의 n개를 제1 내지 4 스크럼 멤버(30a,...,30d)의 4개로 구성한 예로 설명되나, 그 수량은 사이드 실(7)의 횡방향 길이 또는 사이드 실 요구 강성 차이 등에 따라 적절한 수량으로 변경될 수 있다.
그러므로 상기 스크럼 멤버(30)는 제1 스크럼 맴버(30a), 제2 스크럼 맴버(30b), 제3 스크럼 맴버(30c) 및 제4 스크럼 맴버(30d)로 구성되고, 제1 내지 4 스크럼 맴버(30a,30b,30c,30d)의 각각은 동일한 스크럼 맴버 구성요소로 이루어지면서 서로에 대해 인접된 상태로 용접 결합되어 횡방향 스크럼 멤버 연결 구조를 형성한다.
도 2의 스크럼 맴버 구성요소를 참조하면, 상기 제1 내지 4 스크럼 맴버(30a,30b,30c,30d)의 각각은 상부 브래킷(31), 하부 브래킷(34) 및 파이프 너트(37)로 구성된다.
일례로 상기 상부 브래킷(31)은 소정 두께의 판재로 이루어지고, 편평한 중간 구간을 이루는 너트 체결부(32)의 좌측 부위를 2단 절곡구조로 꺾어 좌측 절곡 날개 바디(33-1)로 형성하면서 우측 부위를 2단 절곡구조로 꺾어 우측 절곡 날개 바디(33-2)로 형성한다. 이 경우 상기 너트 체결부(32)는 천공된 용접 홀로 파이프 너트(37)의 상부를 위치시켜 용접 부위를 형성한다.
그러므로 상기 상부 브래킷(31)은 좌우측 절곡 날개 바디(33-1,33-2)가 너트 체결부(32,35)를 중간 구간으로 한 대략 “3”자 형상의 굴곡진 구조를 이룸으로써 상부 브래킷(31)의 강성을 강화시켜 주고, 좌우측 절곡 날개 바디(33-1,33-2)의 2단 절곡구조의 편평한 상면부로 사이드 실 인너(10)의 용접부(10-1)과 시트 크로스 멤버(5)의 시트 크로스 엔드(5-1)(도 4 참조)를 위치시켜 용접 부위를 형성한다.
일례로 상기 하부 브래킷(34)은 소정 두께의 판재로 이루어지고, 편평한 중간 구간을 이루는 너트 체결부(35)의 좌측 부위를 직각 절곡 구조로 꺾어 좌측 수직 날개 바디(36-1)로 형성하면서 우측 부위를 직각 절곡 구조로 꺾어 우측 수직 날개 바디(36-2)로 형성한다. 이 경우 상기 너트 체결부(35)는 천공된 용접 홀로 파이프 너트(37)의 하부를 위치시켜 용접 부위를 형성한다.
그러므로 상기 하부 브래킷(34)은 너트 체결부(35)를 중간 구간으로 한 좌우측 수직 날개 바디(36-1,36-2)의 대략 “U”자 형상의 수직한 직선 구조를 이룸으로써 상부 브래킷(31)의 좌우측 절곡 날개 바디(33-1,33-2)에 대한 결합을 용이하게 한다.
일례로 상기 파이프 너트(37)는 그 상부 부위를 상부 브래킷(31)의 너트 체결부(32)에 천공된 용접 홀로 위치시켜 너트 체결부(32)와 용접 고정되고, 그 하부 부위를 하부 브래킷(34)의 너트 체결부(35)에 천공된 용접 홀로 위치시켜 너트 체결부(35)와 용접 고정된다.
그러므로 상기 파이프 너트(37)는 일반적인 파이프 너트이고, 다만 상부 브래킷(31)과 하부 브래킷(34)이 간격을 띄어 스크럼 내부 공간(39)이 형성되도록 소정 길이로 이루어지고, 상기 소정 길이는 사이드 실 내부 공간(7-1)에 따라 설정된다.
이와 같이 상기 상부 브래킷(31)과 상기 하부 브래킷(34)은 용접 결합된 파이프 너트(37)로 스크럼 내부 공간(39)을 형성한 제1 스크럼 맴버(30a), 제2 스크럼 맴버(30b), 제3 스크럼 맴버(30c) 및 제4 스크럼 맴버(30d)로 구성되고, 상기 제1 스크럼 맴버(30a), 상기 제2 스크럼 맴버(30b), 상기 제3 스크럼 맴버(30c) 및 상기 제4 스크럼 맴버(30d)는 서로 인접된 횡방향 배열로 하나로 일체화 된 제1 내지 4 스크럼 맴버(30a,30b,30c,30d)로 형성된다.
도 3의 횡방향 스크럼 맴버 연결 구조를 참조하면, 상기 횡방향 스크럼 맴버 연결 구조는 하부 브래킷(34)의 좌우 양쪽이 상부 브래킷(31)의 아래쪽에서 상부 브래킷(31)의 좌우 양쪽과 엇갈림 교합 구조를 형성하여 이루어진다. 이 경우 상기 엇갈림 교합 구조는 하부 브래킷(34)의 좌측부위가 상부 브래킷(31)의 좌측부위 안쪽으로 들어가고 반면 상부 브래킷(31)의 우측부위가 하부 브래킷(34)의 우측부위 안쪽으로 들어가는 구조를 의미한다.
일례로 상기 횡방향 스크럼 멤버 연결 구조는 상부 브래킷(31)의 좌측 절곡 날개 바디(33-1)가 하부 브래킷(34)의 좌측 수직 날개 바디(36-1)를 감싸는 반면 하부 브래킷(34)의 우측 수직 날개 바디(36-2)가 상부 브래킷(31)의 우측 절곡 날개 바디(33-2)를 감싸줌으로써 상부 브래킷(31)과 하부 브래킷(34)이 서로 엇갈린 상태를 형성하여 이루어진다.
이러한 상기 제1 내지 4 스크럼 맴버(30a,30b,30c,30d)는 제1 스크럼 멤버(30a)와 제4 스크럼 멤버(30d)의 좌우 양쪽 끝부위는 상부 브래킷(31)의 좌측 절곡 날개 바디(33-1)가 하부 브래킷(34)의 좌측 수직 날개 바디(36-1)를 밖에서 감싸 용접됨으로써 스크럼 보강 패턴을 위한 구조 중 좌측 끝부위를 일체화시켜 주고, 상기 제4 스크럼 멤버(30d)는 하부 브래킷(34)의 우측 수직 날개 바디(36-2)가 상부 브래킷(31)의 우측 절곡 날개 바디(33-2)를 밖에서 감싸 용접됨으로써 스크럼 보강 패턴을 위한 구조 중 우측 끝부위를 일체화시켜 준다.
또한, 상기 제1 내지 4 스크럼 맴버(30a,30b,30c,30d)은 서로 인접된 제1 스크럼 멤버(30a), 제2 스크럼 멤버(30b), 제3 스크럼 멤버(30c) 및 제4 스크럼 멤버(30d)은 사이드실 인너(10)에 대해 상부부위의 상부 결합부 및 하부부위의 하부 결합부를 형성한다.
일례로 상기 제1 스크럼 멤버(30a)와 상기 제2 스크럼 멤버(30b)의 연결 부위는 제1 스크럼 멤버(30a)의 제1 스크럼 멤버 우측 연결부 및 제2 스크럼 멤버(30b)의 제2 스크럼 멤버 좌측 연결부가 서로 맞대어져 용접된다. 즉, 상기 제1 스크럼 멤버 우측 연결부는 제1 스크럼 멤버(30a)의 하부 브래킷(34)이 우측 수직 날개 바디(36-2)로 상부 브래킷(31)의 우측 절곡 날개 바디(33-2)를 밖에서 감싸 용접되어 형성된다. 그리고 상기 제2 스크럼 멤버 좌측 연결부는 제2 스크럼 멤버(30b)의 상부 브래킷(31)이 좌측 절곡 날개 바디(33-1)로 하부 브래킷(34)의 좌측 수직 날개 바디(36-1)를 밖에서 감싸 용접되어 형성된다.
일례로 상기 제2 스크럼 멤버(30b)와 상기 제3 스크럼 멤버(30c)의 연결 부위는 제2 스크럼 멤버(30b)의 제2 스크럼 멤버 우측 연결부 및 제3 스크럼 멤버(30c)의 제3 스크럼 멤버 좌측 연결부가 서로 맞대어져 용접된다. 즉, 상기 제2 스크럼 멤버 우측 연결부는 제2 스크럼 멤버(30b)의 하부 브래킷(34)이 우측 수직 날개 바디(36-2)로 상부 브래킷(31)의 우측 절곡 날개 바디(33-2)를 밖에서 감싸 용접되어 형성된다. 상기 제3 스크럼 멤버 좌측 연결부는 제3 스크럼 멤버(30c)의 상부 브래킷(31)이 좌측 절곡 날개 바디(33-1)로 하부 브래킷(34)의 좌측 수직 날개 바디(36-1)를 밖에서 감싸 용접되어 형성된다.
일례로 상기 제3 스크럼 멤버(30c)와 상기 제4 스크럼 멤버(30d)의 연결 부위는 제3 스크럼 멤버(30c)의 제3 스크럼 멤버 우측 연결부 및 제4 스크럼 멤버(30d)의 제4 스크럼 멤버 좌측 연결부가 서로 맞대어져 용접된다. 즉, 상기 제3 스크럼 멤버 우측 연결부는 제3 스크럼 멤버(30c)의 하부 브래킷(34)이 우측 수직 날개 바디(36-2)로 상부 브래킷(31)의 우측 절곡 날개 바디(33-2)를 밖에서 감싸 용접되어 형성된다. 상기 제4 스크럼 멤버 좌측 연결부는 제4 스크럼 멤버(30d)의 상부 브래킷(31)이 좌측 절곡 날개 바디(33-1)로 하부 브래킷(34)의 좌측 수직 날개 바디(36-1)를 밖에서 감싸 용접되어 형성된다.
이로부터 상기 제1 내지 4 스크럼 맴버(30a,30b,30c,30d)의 횡방향 배열로 이웃한 스크럼 멤버에 대해 전방 스크럼 맴버와 후방 스크럼 맴버로 구분할 때, 상기 상부 결합부는 전방 스크럼멤버(예, 제1 스크럼 맴버(30a))의 상부 브래킷(31)과 후방 스크럼 멤버(예, 제2 스크럼 맴버(30b))의 상부 브래킷(31)과 하부브래킷(34)으로 3중 결합을 형성하며, 상기 하부 결합부는 전방 스크럼 멤버(예, 제1 스크럼 맴버(30a))의 상부 브래킷(31)과 하부 브래킷(34) 및 후방 스크럼멤버(예, 제2 스크럼 맴버(30b))의 하부 브래킷(34)으로 3중 결합을 형성한다.
그러므로 상기 스크럼 멤버(30)는 사이드 실 내부 공간(7-1)을 횡방향(Transverse direction)으로 채우는 제1 내지 4 스크럼 맴버(30a,30b,30c,30d)를 복수개로 구성하여 그 횡방향 단면에 대해 상부부위의 상부 결합부 및 하부부위의 하부 결합부로 일체화 되어 고정됨으로써 그 각각이 서로 인접한 상태에서 서로에 대한 결합 구조로 스크럼 보강 패턴을 형성하고, 특히 상기 스크럼 보강 패턴은 차량 길이 방향에서 횡방향 단면 지지력(f)(도 7 참조)을 강하게 형성하는데 기여한다.
한편 도 4 및 도 5는 상기 사이드 실(7)에 적용된 스크럼 타입 사이드 실 구조의 특징을 구체적으로 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상기 사이드 실(7)은 센터 플로어(3)의 단차부로 위치되어 시트 크로스 엔드(5-1)를 용접 연결부로 하여 적어도 1개 이상의 시트 크로스 멤버(5)와 연결된다.
특히 도 4의 단면 A-A에서, 상기 사이드 실(7)은 사이드 실 인너(10)와 사이드 실 아우터(20)의 플랜지 부위를 서로 용접하여 사이드 실 내부 공간(7-1)을 형성하고, 상기 스크럼 맴버(30)는 사이드 실 내부 공간(7-1)에서 사이드 실 인너(10)의 용접부(10-1)을 통해 단차부와 용접되어 센터 플로어(3)와 연결되면서 시트 크로스 엔드(5-1)와 용접되어 시트 크로스 멤버(5)와 연결된다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 내지 4 스크럼 멤버(30a,30b,30c,30d)는 사이드 실 내부 공간(7-1)과 동일한 폭 넓이와 높이로 횡방향 배열된 상태에서 스크럼 내부 공간(39)이 연속된 횡방향 강성 단면을 형성한다.
특히 상기 횡방향 강성 단면은 제1 내지 4 스크럼 멤버(30a,30b,30c,30d)의 각 구조 간 연속되는 결합을 통하여 럭비 경기의 스크럼 대형과 유사한 스크럼 보강 패턴으로 형성되고, 이러한 스크럼 보강 패턴은 사이드 실 내부/외부 구조((즉, 스크럼 맴버(30)와 시트 크로스 멤버(5))가 가지는 강성 이상의 성능을 가지게 함으로써 횡방향 충격(F)에 강한 횡방향 강성 단면(도 7 참조)을 만들어 준다.
또한, 상기 제1 내지 4 스크럼 멤버(30a,30b,30c,30d)의 각각은 상부 브래킷(31)은 좌우측 절곡 날개 바디(33-1,35-2)의 편평한 상면부를 이용하여 2곳의 용접부를 형성하며, 하부 브래킷(34)은 너트 체결부(35)를 이용하여 2곳의 용접부를 형성한다.
특히 상기 상부 브래킷(31)의 용접부는 스크럼 보강 패턴을 형성하여 주고, 상기 스크럼 보강 패턴은 사이드 실 인너(10)의 용접부(10-1), 상부 브래킷(31)의 좌우측 절곡 날개 바디(33-1,35-2) 및 시트 크로스 멤버(5)의 시트 크로스 엔드(5-1)가 서로 중첩 된 용접 구조로 형성됨으로써 사이드 실(7)을 기준으로 하여 사이드 실 내부/외부 구조(즉, 스크럼 맴버(30)와 시트 크로스 멤버(5)) 간 직접적인 용접 결합 구조를 형성하여 준다.
이와 같이 상기 스크럼 보강 패턴은 시트 크로스 멤버(5)/사이드실 인너(10)/사이드 실 내부 구조의 스크럼 맴버(30)가 3중 결합으로 연속적인 하중 전달과 구조 지지를 가능하게 하고, 이는 시트 크로스 멤버(5)와 사이드 실 내부 구조(즉, 알루미늄 압출재 또는 스틸 프레스 부품)가 결합되어 있지 않아 하중 전달이 단절되던 기존 구조의 단점을 해소하여 줄 수 있다.
한편 도 6 및 도 7은 전기 자동차(1)의 측면이 충돌체(200)와 충돌한 측면 기둥 충돌 시험에서 제1 내지 4 스크럼 멤버(30a,30b,30c,30d)를 스크럼 멤버(30)로 적용한 사이드 실(7)에 대한 시뮬레이션 성능 결과를 예시한다.
이 경우 도 6 및 도 7의 시뮬레이션 성능 결과는 하기 조건을 통해 도출된다.
일례로 상기 전기 자동차(1)의 스크럼 타입 사이드 실 구조는 차체 바닥을 이루는 센터 플로어(3)의 측면에 위치된 사이드 실 인너(10), 상기 사이드 실 인너(10)에 결합되어 사이드 실 내부 공간(7-1)을 형성하는 사이드 실 아우터(20), 및 상기 사이드 실 내부 공간(7-1)에 횡방향(Transverse direction)으로 구비되고, 상기 사이드 실 내부 공간(7-1)의 횡방향 단면을 스크럼 보강 패턴으로 형성하는 스크럼 멤버(30)가 적용된다.
그러므로 상기 전기 자동차(1)는 차체 바닥을 이루는 센터 플로어(3)의 측면에 위치된 사이드 실 인너(10)와 결합된 사이드 실 아우터(20)로 형성된 사이드 실 내부 공간(7-1)에서, 복수개의 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)로 상기 사이드 실 내부 공간(7-1)의 횡방향 단면을 스크럼 보강 패턴으로 형성하는 사이드 실(7), 차체 바닥을 이루고, 좌우측 부위로 상기 사이드 실(7)이 결합되는 센터 플로어(3), 상기 센터 플로어(3)의 횡방향 변형을 지지하고, 복수개의 상기 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)와 연결되는 시트 크로스 멤버(5), 및 상기 센터 플로어(3)의 하부에 장착된 고전압 배터리(100)를 포함한다.
특히 상기 센터 플로어(3), 상기 시트 크로스 멤버(5), 상기 사이드 실 인너(10), 상기 사이드 실 아우터(20) 및 복수개의 상기 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)는 용접으로 결합되며, 상기 스크럼 보강 패턴은 복수개의 상기 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)가 인접되어 횡방향(Transverse direction)으로 배열되어 차량길이 방향으로 위치된 상태에서 서로에 대해 3중 결합 구조를 형성한다.
또한, 상기 센터 플로어(3)는 상기 좌우측 부위로 상기 사이드 실(7)이 결합되는 사이드 실 엔드를 형성하며, 상기 시트 크로스 멤버(5)는 서로 간격을 두고 복수개로 이루어져 각각 시트 크로스 엔드(5-1)를 형성하여 상기 사이드 실 인너(10)와 중첩 상태에서 복수개의 상기 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)에 연결된다.
도 6을 참조하면, 상기 측면 기둥 충돌 시험은 사이드 실(7)로 충돌체(200)가 부딪힘으로써 충돌체(200)가 가하는 횡방향 충격(F)은 사이드 실(7)의 스크럼 멤버(30)를 거쳐 센터 플로어(3)와 시트 크로스 멤버(5)로 분산되면서 센터 플로어(3)의 하부에 장착된 고전압 배터리(100)로 전달된다.
도 7을 참조하면, 상기 사이드 실(7)은 사이드 실 내부 공간(7-1)에서 제1 내지 4 스크럼 멤버(30a,30b,30c,30d)가 횡방향으로 연속된 횡방향 단면을 형성하고, 상기 횡방향 단면은 스크럼 보강 패턴을 위한 구조(도 3 참조)의 연속적인 스크럼 보강 패턴으로 횡방향 단면 지지력(f)을 형성하여 준다.
그러므로 상기 횡방향 단면 지지력(f)은 충돌체(200)가 가하는 횡방향 충격(F)에 대한 1차적인 에너지 흡수 성능을 구현함으로써 사이드 실(7)이 고전압 배터리(100)쪽으로 밀려들어 오는 것을 저지하여 준다.
또한, 상기 사이드 실(7)은 시트 크로스 멤버(5)/사이드실 인너(10)/사이드 실 내부 구조의 스크럼 맴버(30)의 3중 결합 구조로 스크럼 보강 패턴(도 5 참조)을 형성하고, 상기 스크럼 보강 패턴은 센터 플로어(3)의 안쪽에서 제1 내지 4 스크럼 멤버(30a,30b,30c,30d)의 횡방향 단면을 지지하여 준다.
그러므로 상기 스크럼 보강 패턴은 횡방향 단면 지지 구조로 충돌체(200)가 가하는 횡방향 충격(F)에 대한 2차적인 에너지 흡수 성능을 구현함으로써 횡방향 단면 지지력(f)에 대한 에너지 분산 및 지지 성능을 보다 강화시켜준다.
이와 같이 스크럼 타입 사이드 실(7)은 제1 내지 4 스크럼 멤버(30a,30b,30c,30d)의 연속적인 스크럼 보강 패턴을 위한 구조의 스크럼 보강 패턴 및 스크럼 보강 패턴에 의한 두번의 에너지 흡수/분산 및 지지 성능을 가질 수 있고, 이는 기존의 알루미늄 압출재 또는 스틸 프레스 부품 적용 시 시트 크로스 멤버(5)와 사이드 실 내부 구조가 결합되어 있지 않아 하중 전달이 단절되던 구조적 단점을 해소하여 준다.
이를 통해 상기 측면 기둥 충돌 시험의 시뮬레이션 결과는, 상기 스크럼 타입 사이드 실(7)은 충돌체(200)가 가하는 횡방향 충격(F)으로 발생되는 사이드 실 침입량(L)에 대해 기존의 알루미늄 압출재 또는 스틸 프레스 부품 적용 대비 약 15~25%를 축소함으로써 고전압 배터리(100)가 파손 위험성으로부터 그 만큼 안전성을 확보할 수 있음을 입증 하였다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기 자동차(1)에 적용된 사이드 실(7)은 차체 바닥을 이루는 센터 플로어(3)의 측면에 위치된 사이드 실 인너(10)와 결합된 사이드 실 아우터(20)로 형성된 사이드 실 내부 공간(7-1)에서, 서로에 대한 스크럼 보강 패턴을 위한 구조로 결합된 복수개의 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)로 상기 사이드 실 내부 공간(7-1)의 횡방향 단면을 스크럼 보강 패턴으로 형성하는 스크럼 타입 사이드 실 구조를 형성함으로써 횡방향 단면 구조와 횡방향으로 연속 배열된 강성 단면 구조로 횡방향 하중지지에 유리한 방향성을 확보하여 측면 기둥 충돌의 횡방향 충격이 가하는 충격에너지 지지에 유리하고, 특히 복수개의 제1,2,3,4 스크럼 멤버(30a,...,30d)가 사이드 실(7)을 통해 시트 크로스 멤버(5)와 결합됨으로써 3중 결합 지지 구조로 연속적인 하중 전달이 가능하다.
1 : 전기 자동차 1-1 : 차체 프레임
3 : 센터 플로어
5 : 시트 크로스 멤버 5-1 : 시트 크로스 엔드
7 : 사이드 실 7-1 : 사이드 실 내부 공간
10 : 사이드 실 인너 10-1 : 용접부
20 : 사이드 실 아우터 30 : 스크럼 멤버
30a,...,30n : 제a 내지 n 스크럼 멤버
31 : 상부 브래킷 32,35 : 너트 체결부
33-1,33-2 : 좌우측 절곡 날개 바디
34 : 하부 브래킷 36-1,36-2 : 좌우측 수직 날개 바디
37 : 파이프 너트
39 : 스크럼 내부 공간
100 : 고전압 배터리 200 : 충돌체

Claims (13)

  1. 차체 바닥을 이루는 센터 플로어의 측면에 위치된 사이드 실 인너,
    상기 사이드 실 인너에 결합되어 사이드 실 내부 공간을 형성하는 사이드 실 아우터, 및
    상기 사이드 실 내부 공간에서 차량 길이 방향으로 복수개로 구비된 스크럼 멤버
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 스크럼 멤버는 상기 사이드 실 인너에 용접으로 고정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 스크럼 멤버는 스크럼 내부 공간이 형성되는 상부 브래킷과 하부 브래킷으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 스크럼 멤버는 서로 인접하여 복수개 배열되며, 인접한 서로에 대해 전방 스크럼 멤버와 후방 스크럼 멤버로 구분하여 상부 결합부 및 하부 결합부를 형성하고,
    상기 상부 결합부는 상기 전방 스크럼 멤버의 상기 상부 브래킷 및 상기 후방 스크럼 멤버의 상기 상부 브래킷과 상기 하부 브래킷으로 결합을 형성하며,
    상기 하부 결합부는 상기 전방 스크럼 멤버의 상기 상부 브래킷과 상기 하부 브래킷 및 상기 후방 스크럼멤버의 상기 하부 브래킷으로 결합을 형성하는
    것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 상부 결합부 및 상기 하부 결합부는 상기 상부 브래킷과 상기 하부 브래킷이 서로 맞닿은 측면 부위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 스크럼간의 결합은 용접으로 고정되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 상부 브래킷과 상기 하부 브래킷은 파이프 너트로 체결되어 상기 스크럼 내부 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 상부 브래킷은 상기 파이프 너트의 상부가 체결되는 너트 체결부를 중간 구간으로 하여 좌측 절곡 날개 바디와 우측 절곡 날개 바디를 형성하며,
    상기 하부 브래킷은 상기 파이프 너트의 하부가 체결되는 너트 체결부를 중간 구간으로 하여 좌측 수직 날개 바디와 우측 수직 날개 바디를 형성하고,
    상기 좌측 절곡 날개 바디와 상기 좌측 수직 날개 바디 및 상기 우측 절곡 날개 바디와 상기 우측 수직 날개 바디가 서로 교합되는
    것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 상부 브래킷은 상기 좌측 절곡 날개 바디와 상기 우측 절곡 날개 바디가 상기 너트 체결부 보다 돌출되어 상기 사이드 실 인너와 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 하부 브래킷은 상기 너트 체결부로 상기 사이드 실 인너와 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 파이프 너트는 직선 길이로 상기 스크럼 내부 공간에 수직하게 세워지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 스크럼 멤버는 상기 센터 플로어의 상부에 위치하는 시트 크로스 멤버와 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 센터 플로어에는 고전압 배터리가 장착되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 사이드 실 구조.
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