KR20240093636A - 자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조 - Google Patents

자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조 Download PDF

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bulkhead
sectional
side sill
vehicle
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도시하루 이시카와
가즈히코 히가이
츠요시 시오자키
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 관련된 자동차의 차체 하부 구조는, 사이드 실 (1) 을 포함하는 특정한 구성 부재를 구비하는 자동차의 차체 하부 구조로서, 사이드 실 (1) 은, 칸막이 부재 (2) 에 의해 폐단면 공간 (3) 이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간 (3a, 3b) 으로 구획된 구조를 갖고, 추가로 사이드 실은, 폐단면 공간 (3a, 3b) 내에서, 칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼운 상태로 칸막이 부재 (2) 에 접합되고, 칸막이 부재 (2) 와의 사이에서 각각 폐단면 공간 (5a, 5b) 을 형성하는 1 쌍의 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 와, 각 폐단면 공간 (5a, 5b) 내에 차량 폭 방향을 따라 형성됨으로써 폐단면 공간 (5a, 5b) 을 구획하는 벌크헤드 (6) 로 구성되는 충격 흡수 구조체 (A) 를 갖는다. 폐단면 공간 (5a, 5b) 내의 벌크헤드 (6) 는, 소정의 배치 조건에서 형성되고, 각 벌크헤드 (6) 는 적어도 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 에 접합된다.

Description

자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조
본 발명은, 자동차 (automobile) 의 차체 측부의 사이드 실 (side sill) 구조를 포함하는 차체 하부 구조 (lower structure of automotive body) 로서, 특히 양 사이드 실 사이의 플로어 패널 (floor panel) 의 하방에 배터리 모듈을 구비한 자동차에 적합한 차체 하부 구조에 관한 것이다.
일반적으로 배터리식 전기 자동차 (battery electric vehicle) (BEV) 나 플러그인 하이브리드차 (plug-in hybrid electric vehicle) (PHEV) 등의 대용량 배터리를 적재한 자동차 (이하, 이것들을 총칭해서 「전기 자동차 (battery powered vehicle)」라고 한다.) 는, 플로어 패널 하방에 배터리 모듈을 구비하고 있다. 배터리 모듈은, 배터리 셀 (battery cell) (배터리 팩 (battery pack)) 과 이것을 격납하기 위한 배터리 케이스 (battery case) 로 구성되어 있다. 일반적으로 배터리 케이스는 배터리 셀을 충격 하중 (impact load) 으로부터 보호하는 역할을 가지고 있어, 고강성 (high rigidity)·고내력 (high proof stress) 의 부재가 사용되고 있다. 배터리 케이스의 주위에는, 부재 자신이 변형됨으로써 에너지를 흡수하는 역할을 갖는 부재가 배치된다. 특히 측면 충돌 (side impact) 의 경우에는, 차체 측방으로부터의 충격 하중을 사이드 실이 에너지 흡수하고, 나머지의 하중을 플로어 크로스 멤버 또는 배터리 케이스 사이드 멤버에서 지지한다. 이 때, 사이드 실의 에너지 흡수에 필요한 변형량이 적으면 에너지 흡수부를 축소할 수 있고, 대신에 배터리 모듈의 체적을 확대할 수 있기 때문에 항속 거리 (crusing distance) 의 증가로 이어진다. 이상과 같은 점에서, 충돌 에너지 흡수 성능 (impact energy absorption property) 이 우수하고, 경량의 사이드 실 구조 및 이것을 포함하는 차체 하부 구조가 요구되고 있다.
사이드 실의 강성을 높여, 측면 충돌 시의 에너지 흡수 성능을 높이는 기술이 제안되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1 에는, 자동차의 차량 측면을 형성하는 폐단면 구조 (closed cross section structure) 의 사이드 실의 내부 (폐단면 공간 (closed sectional space)) 에 차량 폭 방향을 따른 벌크헤드 (bulkhead) 를 형성하고, 사이드 실의 측면 충돌 시의 사이드 실의 단면 붕괴 (cross-section collapsing) 를 방지하는 기술이 개시되어 있다. 벌크헤드의 외주에는 플랜지 (flange portion) 가 형성되고, 사이드 실 내의 리인포스먼트 (reinforcement) 에 용접 고정되어 있다. 또, 특허문헌 2, 3 에는, 사이드 실 내부를 세로로 관통하는 칸막이 부재 (partition member) 를 구비하고, 이 칸막이 부재에 의해 사이드 실 내의 폐단면 공간이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간으로 구획된 구조에 있어서, 측면 충돌 시의 사이드 실의 단면 붕괴를 방지하는 기술이 개시되어 있다. 상세하게는, 이들 기술은, 사이드 실 내의 폐단면 공간에 차량 폭 방향을 따른 복수의 벌크헤드를 배치 형성하고, 이 벌크헤드와 칸막이 부재의 조합에 의해, 측면 충돌 시의 사이드 실의 단면 붕괴를 방지한다. 이들 기술에 있어서, 칸막이 부재는, 측면 충돌 시에 사이드 실이 상하 방향으로 벌어져 단면 붕괴 (cross-section collapsing) 되는 것을 방지하기 위해서 형성되어 있다. 특허문헌 2 에서는, 벌크헤드는, 사이드 실 내의 폐단면 공간에 있어서 칸막이 부재를 사이에 둔 일방의 공간에만 배치 형성된다. 한편, 특허문헌 3 에서는, 벌크헤드는, 사이드 실 내의 폐단면 공간에 있어서 칸막이 부재를 사이에 둔 양측에 배치 형성된다.
또한, 특허문헌 4 에는, 사이드 실 내부를 세로로 관통하는 칸막이 부재를 구비하고, 이 칸막이 부재에 의해 사이드 실 내의 폐단면 공간이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간으로 구획된 구조에 있어서, 칸막이 부재의 양측 (칸막이 부재의 내측 및 외측) 에 해트 단면 형상 (hat-shaped cross section) 의 충격 흡수 부재 (impact absorption member) 를 배치하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 5 에는, 사이드 실 내의 폐단면 공간에, 차량 폭 방향을 따른 능선부 (ridge line section) 를 서로 간격을 두어 복수 보유하고, 차체의 전후 방향을 따라 상하로 움직이는 물결 형상을 갖는 충격 흡수 부재를 배치함으로써, 충격 흡수 능력 (impact absorption capacity) 을 유지하면서 국부적인 변형을 억제하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 6 에는, 차량 프레임 내의 공동 (空洞) 을 보강하기 위한 시스템으로서 복수의 횡단 리브에 상호 접속된 복수의 종단 리브를 포함하고, 공동 벽 내에 구조 보강을 가져오는 강체 (剛體) 캐리어와, 스티프너 (stiffener) 에 상당하는 삽입 부재와, 공동 벽과 캐리어를 접합하는 접합 재료로 구성되는 구조 보강 시스템 (도 2) 이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 7 에는, 천판과 2 개의 세로벽과 2 개의 플랜지를 갖는 해트 부재와, 클로징 플레이트를 구비한 사이드 실에 있어서, 해트 부재의 세로벽에, 해트 부재 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로 연장되는 복수의 홈부를 형성함으로써, 자동차의 측면 충돌 시에 있어서 사이드 실의 변형에 필요로 하는 하중을 크게 하여, 높은 에너지 흡수 효율이 얻어지도록 한 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평10-59218호 일본 공개특허공보 2009-202620호 일본 공개특허공보 2013-49378호 일본 공개특허공보 2017-226353호 일본 공개특허공보 2021-146973호 일본 공표특허공보 2011-530450호 일본 특허공보 제6703322호
특허문헌 1 에 개시된 기술은, 벌크헤드가 차량 폭 방향으로 길어서 좌굴 (buckling) 되기 쉬운 구조이기 때문에, 측면 충돌 시에 벌크헤드의 좌굴이 용이하게 발생하고, 벌크헤드의 좌굴이 발생하기 시작하면, 사이드 실의 단면 붕괴가 발생하는 문제가 있다. 그 때문에 적절한 충돌 에너지 흡수 성능이 얻어지지 않는다. 또, 특허문헌 2, 3 에 개시된 기술과 같이, 칸막이 부재를 갖는 사이드 실에 있어서, 사이드 실 내의 폐단면 공간에 벌크헤드를 배치 형성한 경우에도 충분한 충돌 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않는다. 특허문헌 2 에 개시된 기술은, 벌크헤드가 칸막이 부재를 사이에 둔 일방의 폐단면 공간에만 배치 형성되기 때문에, 그 일방의 폐단면 공간의 단면 형상을 유지하는 기능밖에 갖지 않아, 충분한 충돌 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않는다. 또, 특허문헌 3 에 개시된 기술과 같이, 칸막이 부재를 사이에 둔 양방의 공간에 벌크헤드가 배치 형성되는 경우에도, 얻어지는 충돌 에너지 흡수 특성은 충분한 것이 아니다.
또한, 특허문헌 3 에 개시된 기술은, 벌크헤드를 끼워 넣기 위해서, 칸막이 부재에 슬릿 (slit) 을 형성할 필요가 있고, 사이드 실의 길이 방향으로 복수의 벌크헤드를 설치하는 경우, 슬릿의 부여에 따른 칸막이 부재의 강도 저하를 피하기 위해, 벌크헤드의 설치 간격을 길게 할 수 없다. 이 때문에, 벌크헤드의 설치수가 증가하여 중량 증가를 초래한다는 문제가 있다. 또, 특허문헌 4 와 같이, 칸막이 부재를 갖는 사이드 실에 있어서, 단순히 칸막이 부재의 양측 (칸막이 부재의 내측 및 외측) 에 해트 단면 형상의 충격 흡수 부재를 배치한 것만으로는, 충분한 충돌 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않는다. 또, 특허문헌 5 에 개시된 기술은, 측면 충돌 시의 충격 하중을, 차량 폭 방향에 수직인 단면에 분산하여 일정하게 전달할 수 있으므로, 높은 충돌 에너지 흡수 특성이 얻어진다. 그런데, 차량 전후 방향으로 일정한 단면을 갖는 사이드 실 내 보강재에서는, 보강할 필요가 없는 부위에도 보강 부재가 존재하기 때문에 중량이 과잉으로 될 가능성이 있다.
또, 특허문헌 6 에 개시된 기술은, 횡단 리브 및 종단 리브의 두께 및 간격에 대해서, 두께가 2 ∼ 8 mm, 간격이 20 ∼ 40 mm 로 되어 있고, 특허문헌 5 와 동일하게 보강할 필요가 없는 부위에도 보강 부재가 존재하기 때문에 중량이 과잉으로 될 가능성이 있다. 또, 특허문헌 7 에 개시된 기술에서는, 해트 부재의 세로벽에 복수의 홈부를 형성함으로써, 차량 폭 방향의 차 외측으로부터 충돌 하중이 입력되면 상기 세로벽이 벨로우즈 형상 (bellows-shaped) 으로 변형되기 쉬워지고, 그 결과, 사이드 실의 차량 폭 방향의 내측으로의 변형량이 커진다. 이 때문에, 배터리 모듈에 큰 하중이 입력됨으로써, 배터리 모듈을 변형시켜 버려, 배터리를 지킬 수 없는 경우가 있다. 그 때문에, 양 사이드 실 사이의 플로어 패널의 하방에 배터리 모듈을 구비한 자동차 (특히 전기 자동차) 의 측면 충돌 시에 있어서, 사이드 실의 변형으로 인해 배터리 케이스에 입력되는 하중을 저감시킬 것이 요구되고 있었다.
본 발명은, 이상의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 사이드 실을 포함하는 자동차의 차체 하부 구조에 있어서, 구조 부재에 의한 중량 증가를 억제하면서, 적은 충돌 변형량으로 높은 충돌 에너지 흡수 특성이 얻어지는 자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조를 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 사이드 실의 변형으로 인해 배터리 모듈에 입력되는 하중을 저감시킬 수 있는 자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 사이드 실 내의 폐단면 공간을 세로로 관통하는 칸막이 부재를 이용하고, 그 폐단면 공간 내에 특정한 구조의 충격 흡수 구조체 (impact absorbing structure) 를 형성함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아내었다. 구체적으로는, 사이드 실의 폐단면 공간 내에, 칸막이 부재를 양측에서 끼워 접합되는 1 쌍의 단면 홈형 부재 (sectionally groove-shaped member) 와, 이들 단면 홈형 부재와 칸막이 부재의 사이에 각각 형성되는 2 개의 폐단면 공간 내에 소정의 조건으로 설치되는 복수의 벌크헤드로 구성되고, 그것들이 구조상 일체화된 충격 흡수 구조체를 형성함으로써, 구조 부재에 의한 중량 증가를 억제하면서, 높은 에너지 흡수 성능이 얻어지는 것을 알아내었다. 또, 충격 흡수 구조체의 하부에 대해서, 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방을 타방보다 하방으로 연장시키는 것, 또는 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방에 사이드 실 내면과 마주보며 함몰부를 형성함으로써, 사이드 실의 변형으로 인해 배터리 모듈에 입력되는 하중을 저감시킬 수 있는 것을 알아내었다. 본 발명은, 이와 같은 지견에 의거하여 이루어진 것으로, 이하를 요지로 하는 것이다.
본 발명에 관련된 자동차의 차체 하부 구조는, 차체 하부 양측에 차량 길이 방향을 따라 배치되는 사이드 실 (1) 과, 그 양 사이드 실 (1) 사이에 배치되고, 양 측부가 양 사이드 실 (1) 의 상부에 고정되는 플로어 크로스 멤버 (floor cross member) (8) 와, 그 플로어 크로스 멤버 (8) 의 하방에 배치되고, 양 측부가 양 사이드 실 (1) 의 하부와 마주보는 배터리 케이스 (9) 를 구비한 자동차의 차체 하부 구조로서, 사이드 실 (1) 은, 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 을 세로로 관통하는 칸막이 부재 (2) 를 구비하고, 그 칸막이 부재 (2) 에 의해 폐단면 공간 (3) 이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간 (3a), (3b) 으로 구획된 구조를 갖고, 추가로, 사이드 실 (1) 은, 폐단면 공간 (3a), (3b) 내에 있어서, 칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼운 상태로 칸막이 부재 (2) 에 접합되고, 칸막이 부재 (2) 와의 사이에서 각각 폐단면 공간 (5a), (5b) 을 형성하는 1 쌍의 단면 홈형 부재 (4a), (4b) 와, 각 폐단면 공간 (5a), (5b) 내에 차량 폭 방향을 따라 형성됨으로써 폐단면 공간 (5a), (5b) 을 구획하는 부재로서, 폐단면 공간 (5a), (5b) 내의 차량 전후 방향에서 간격을 둔 복수 지점에 형성되는 벌크헤드 (6) 로 구성되는 충격 흡수 구조체 (A) 를 갖고, 그 충격 흡수 구조체 (A) 에 있어서, 폐단면 공간 (5a) 내의 벌크헤드 (6) 와 폐단면 공간 (5b) 내의 벌크헤드 (6) 는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 차량 폭 방향에서 대향하여 형성됨과 함께, 각 벌크헤드 (6) 는 적어도 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 에 접합되어 있고, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 이너측 부분과 아우터측 부분이 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주봄과 함께, 차량 폭 방향에 있어서 플로어 크로스 멤버 (8) 의 수평 연장 상에 위치한다.
벌크헤드 (6) 는, 차량 전후 방향에 있어서의 플로어 크로스 멤버의 폭 내가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6x) 와, 플로어 크로스 멤버의 폭 외가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6y) 로 이루어지고, 차량 전후 방향에 있어서, 플로어 크로스 멤버의 폭 내가 되는 영역의 2 개 지점 이상에 벌크헤드 (6x) 가 형성됨과 함께, 플로어 크로스 멤버의 폭 외가 되는 영역의 1 개 지점 이상에 벌크헤드 (6y) 가 형성되고, 이웃하는 2 개의 벌크헤드 (6x) 의 간격을 w1, 벌크헤드 (6x) 와 이것과 이웃하는 벌크헤드 (6y) 의 간격을 w2 로 한 경우, w1 ＜ w2 로 하면 된다.
적어도 일부의 벌크헤드 (6y) 가, 인접하여 형성되는 2 개 이상의 벌크헤드로 구성되는 벌크헤드 세트로 이루어지면 된다.
각 벌크헤드 (6) 는, 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 와 칸막이 부재 (2) 에 각각 접합되면 된다.
충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 둔 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방이 타방보다 아래 방향으로 연장되어 있고, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부 중, 적어도 상기 아래 방향으로 연장된 부분 (e) 은, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) 의 수평 연장 상에 위치하고 있으면 된다.
충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) 의 수평 연장 상에 위치하고 있으며, 충격 흡수 구조체 (A) 의 높이 방향에 있어서의 하부 영역 또는 하부를 포함하는 영역으로서, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 둔 이너측 부분과 아우터측 부분 중 어느 일방에, 사이드 실 (1) 의 내면과 마주보며 함몰부 (recessed portion) (c) 가 형성되어 있으면 된다.
각 단면 홈형 부재 (4a), (4b) 의 종방향 면부 (40) 와, 이것과 마주보는 사이드 실 (1) 의 종방향 면부 (100) 가, (i) 직접 접합 또는 맞닿아 있다, (ii) 다른 부재를 개재하여 접합 또는 맞닿아 있다, (iii) 접합 또는 맞닿지 않고, 소정의 간극을 두고 대향하고 있다, 중 어느 것이면 된다.
충격 흡수 구조체 (A) 를 구성하는 금속판은, 항복 강도 (yield strength) 가 플로어 크로스 멤버를 구성하는 금속판 (metal sheet) 의 항복 강도 이하이고, 인장 강도가 500 MPa 급 (MPa-class) 이상이면 된다.
본 발명에 관련된 자동차의 사이드 실 구조는, 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 을 세로로 관통하는 칸막이 부재 (2) 를 구비하고, 그 칸막이 부재 (2) 에 의해 폐단면 공간 (3) 이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간 (3a), (3b) 으로 구획된 자동차의 사이드 실 구조에 있어서, 폐단면 공간 (3a), (3b) 내에 있어서, 칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼운 상태로 칸막이 부재 (2) 에 접합되고, 칸막이 부재 (2) 와의 사이에서 각각 폐단면 공간 (5a), (5b) 을 형성하는 1 쌍의 단면 홈형 부재 (4a), (4b) 와, 각 폐단면 공간 (5a), (5b) 내에 차량 폭 방향을 따라 형성됨으로써 폐단면 공간 (5a), (5b) 을 구획하는 부재로서, 폐단면 공간 (5a), (5b) 내의 차량 전후 방향에서 간격을 둔 복수 지점에 형성되는 벌크헤드 (6) 에 의해 구성되는 충격 흡수 구조체 (A) 를 갖고, 그 충격 흡수 구조체 (A) 에 있어서, 폐단면 공간 (5a) 내의 벌크헤드 (6) 와 폐단면 공간 (5b) 내의 벌크헤드 (6) 는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 차량 폭 방향에서 대향하여 형성됨과 함께, 각 벌크헤드 (6) 는 적어도 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 에 접합된다.
각 벌크헤드 (6) 는, 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 와 칸막이 부재 (2) 에 각각 접합되면 된다.
벌크헤드 (6) 는, 차량 전후 방향에 있어서의 플로어 크로스 멤버의 폭 내가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6x) 와, 플로어 크로스 멤버의 폭 외가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6y) 로 이루어지고, 차량 전후 방향에 있어서, 플로어 크로스 멤버의 폭 내가 되는 영역의 2 개 지점 이상에 벌크헤드 (6x) 가 형성됨과 함께, 플로어 크로스 멤버의 폭 외가 되는 영역의 1 개 지점 이상에 벌크헤드 (6y) 가 형성되고, 이웃하는 2 개의 벌크헤드 (6x) 의 간격을 w1, 벌크헤드 (6x) 와 이것과 이웃하는 벌크헤드 (6y) 의 간격을 w2 로 한 경우, w1 ＜ w2 로 하면 된다.
적어도 일부의 벌크헤드 (6y) 가, 인접하여 형성되는 2 개 이상의 벌크헤드로 구성되는 벌크헤드 세트로 이루어지면 된다.
간격 (w2) 이 254 mm 이하이면 된다.
각 단면 홈형 부재 (4a), (4b) 의 종방향 면부 (40) 와, 이것과 마주보는 사이드 실 (1) 의 종방향 면부 (100) 가, (i) 직접 접합 또는 맞닿아 있다, (ii) 다른 부재를 개재하여 접합 또는 맞닿아 있다, (iii) 접합 또는 맞닿지 않고, 소정의 간극을 두고 대향하고 있다, 중 어느 것이면 된다.
충격 흡수 구조체 (A) 를 구성하는 금속판의 항복 강도가, 플로어 크로스 멤버를 구성하는 금속판의 항복 강도 이하이면 된다.
충격 흡수 구조체 (A) 를 구성하는 금속판의 인장 강도가 500 MPa 급 이상이면 된다.
벌크헤드 (6) 에 비드 (bead) (60) 가 형성되어 있으면 된다.
충격 흡수 구조체 (A) 는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 둔 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방이 타방보다 차량 높이 방향으로 연장되어 있으면 된다.
충격 흡수 구조체 (A) 에, 사이드 실 (1) 의 내면과 마주보며 함몰부 (c) 가 형성되어 있으면 된다.
본 발명의 자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조는, 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 을 세로로 관통하는 칸막이 부재 (2) 를 이용하고, 그 폐단면 공간 (3) 내에 특정한 구조의 충격 흡수 구조체 (A) 를 형성하였기 때문에, 적은 충돌 변형량으로 높은 충돌 에너지 흡수 특성이 얻어진다. 그래서, 전기 자동차와 같이 양 사이드 실 사이에 배터리 모듈을 구비한 자동차에 적용한 경우, 에너지 흡수에 필요한 스페이스를 작게 할 수 있어, 배터리 모듈의 체적을 확대할 수 있다는 이점이 있다. 또, 충격 흡수 구조체 (A) 는, 필요 최소한의 구성 부재로 높은 굽힘 강성 (bending stiffness) 이 얻어지기 때문에, 구성 부재에 의한 차체의 중량 증가도 억제할 수 있다. 또, 본 발명의 자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조에 있어서, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부에 대해서, 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방을 타방보다 하방에 연장시키는 것, 또는, 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방에 사이드 실 (1) 의 내면과 마주보며 함몰부 (c) 를 형성함으로써, 사이드 실의 변형으로 인해 배터리 모듈에 입력되는 하중을 저감시킬 수 있다. 그래서, 충돌에 의한 배터리 모듈의 변형을 더 적절하게 방지할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 차체 하부 구조의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실을 포함하는 차체 하부 구조 (차체 하부 양측의 구조부 중 일방의 구조부) 의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다.
도 2 는, 도 1 의 실시형태에 있어서의 사이드 실을 포함하는 차체 하부 구조 (차체 하부 양측의 구조부 중 일방의 구조부) 의 평면도이다.
도 3 은, 도 1 의 실시형태에 있어서의 사이드 실 구조만을 부분적으로 나타내는 것으로, 사이드 실 구조의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다.
도 4 는, 도 3 중의 IV-IV 선을 따른 단면도이다.
도 5 는, 도 3 에 나타내는 사이드 실의 부품 전개도이다.
도 6 은, 차체 하부 구조에 있어서, 양 사이드 실 사이에 배치되는 플로어 패널, 플로어 크로스 멤버, 배터리 케이스를 전개하여 나타내는 설명도이다.
도 7 은, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실의 다른 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다.
도 8 은, 도 1 의 실시형태에 관해서, 차량 폭 방향에서의 충격 흡수 구조체 (A) 의 폭 (We) 과 사이드 실 (1) 의 폭 (Ws) 을 설명하기 위한 도면 (사이드 실의 단면도) 이다.
도 9 는, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서, 사이드 실을 구성하는 벌크헤드의 배치 형태예를 나타내는 설명도이다.
도 10 은, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 플로어 크로스 멤버의 폭 (wa) 을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서, 사이드 실을 구성하는 벌크헤드의 다른 배치 형태예를 나타내는 설명도이다.
도 12 는, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실의 다른 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다.
도 13 은, 본 발명의 차체 하부 구조의 다른 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실을 포함하는 차체 하부 구조 (차체 하부 양측의 구조부 중 일방의 구조부) 의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다.
도 14 는, 도 13 의 실시형태에 관해서, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분과 아우터측 부분의 차량 높이 방향에서의 높이 (두께) (Hshort, Hlong) 를 설명하기 위한 도면 (사이드 실의 단면도) 이다.
도 15 는, 본 발명의 차체 하부 구조의 다른 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실을 포함하는 차체 하부 구조 (차체 하부 양측의 구조부 중 일방의 구조부) 의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다.
도 16 은, 도 15 의 실시형태에 관해서, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 높이 방향에서의 높이 (두께) (H) 와 차량 폭 방향에서의 폭 (W), 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 에 형성되는 함몰부 (c) 의 차량 높이 방향에서의 높이 (h) 와 차량 폭 방향에서의 폭 (깊이) (w) 을 설명하기 위한 도면 (사이드 실의 단면도) 이다.
도 17 은, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실의 수평 단면에 있어서, 측면 폴 충돌 (side pole impact) 시의 변형 모습을 단계적으로 나타내는 설명도이다.
도 18 은, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실의 차량 폭 방향에서의 종단면에 있어서, 측면 폴 충돌 시의 변형 모습을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 19 는, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실이 도 18 에 나타내는 측면 폴 충돌로 변형되었을 때의 충돌체 (impact object) (폴) 침입량 (intrusion amount) 과 흡수 에너지 (absorbed energy) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20 은, 본 발명의 차체 하부 구조의 실시형태 2 와 실시형태 1 에 대해서, 사이드 실의 측면 충돌 시의 변형 형태와 변형 분포를 비교하여 나타낸 설명도이다.
도 21 은, 도 20 에 나타낸 실시형태 2 와 실시형태 1 의 사이드 실에 대해서, 도 18 의 조건에서 측면 폴 충돌 시험을 실시하고, 그 측면 폴 충돌로 변형되었을 때의 충돌체 (폴) 침입량과 흡수 에너지의 관계를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 22 는, 본 발명의 차체 하부 구조의 실시형태 2 에 대해서, 측면 폴 충돌 시에 있어서의 배터리 케이스 및 플로어 크로스 멤버에 대한 입력 하중을 설명하기 위한 도면이다.
도 23 은, 본 발명의 차체 하부 구조의 실시형태 2 와 실시형태 1 에 대해서, 측면 폴 충돌 시에 배터리 케이스 사이드 멤버에 발생하는 접촉 반력과 플로어 크로스 멤버에 발생하는 접촉 반력 (contact reaction force) 을 각각 나타내는 그래프이다.
도 24 는, 본 발명의 차체 하부 구조의 실시형태 3 과 실시형태 1 에 대해서, 사이드 실의 측면 충돌 시의 변형 형태와 변형 분포를 비교하여 나타낸 설명도이다.
도 25 는, 도 24 에 나타낸 실시형태 3 과 실시형태 1 의 사이드 실에 대해서, 도 18 의 조건에서 측면 폴 충돌 시험을 실시하고, 그 측면 폴 충돌로 변형되었을 때의 충돌체 (폴) 침입량과 흡수 에너지의 관계를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 26 은, 본 발명의 차체 하부 구조의 실시형태 3 에 대해서, 측면 폴 충돌 시에 있어서의 배터리 케이스 및 플로어 크로스 멤버에 대한 입력 하중을 설명하기 위한 도면이다.
도 27 은, 본 발명의 차체 하부 구조의 실시형태 3 과 실시형태 1 에 대해서, 측면 폴 충돌 시에 배터리 케이스 사이드 멤버에 발생하는 접촉 반력과 플로어 크로스 멤버에 발생하는 접촉 반력을 각각 나타내는 그래프이다.
도 28 은, 실시예 1 의 충돌 시험에 있어서의 발명예 및 비교예의 차체 하부 구조의 사이드 실과 시험 조건을 나타낸 설명도이다.
도 29a 은, 실시예 1 (발명예) 의 충돌 시험에 있어서의 충돌체 (펀치 (punch)) 침입량과 펀치 반력 (reaction force from side-sill) 및 흡수 에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 29b 는, 실시예 1 (비교예) 의 충돌 시험에 있어서의 충돌체 (펀치) 침입량과 펀치 반력 및 흡수 에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 30 은, 실시예 1 (발명예 및 비교예) 의 충돌 시험에 있어서의 충돌체 (펀치) 의 최대 침입 시의 흡수 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 31a 은, 실시예 2 의 충돌 시험에 있어서의 사이드 실을 포함하는 발명예의 차체 하부 구조와 시험 조건을 나타낸 설명도이다.
도 31b 는, 실시예 2 의 충돌 시험에 있어서의 사이드 실을 포함하는 발명예의 차체 하부 구조와 시험 조건을 나타낸 설명도이다.
도 31c 은, 실시예 2 의 충돌 시험에 있어서의 사이드 실을 포함하는 발명예의 차체 하부 구조와 시험 조건을 나타낸 설명도이다.
도 31d 는, 실시예 2 의 충돌 시험에 있어서의 사이드 실을 포함하는 발명예의 차체 하부 구조와 시험 조건을 나타낸 설명도이다.
도 32 는, 실시예 2 의 충돌 시험에 있어서의 충돌체의 최대 침입 시의 흡수 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 33 은, 실시예 2 의 충돌 시험에 있어서의 배터리 케이스 접촉 반력을 나타내는 그래프이다.
＜차체 하부의 기본 구조＞
도 1 ∼ 도 6 은, 본 발명의 차체 하부 구조의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 것이다. 이것들 중, 도 1 은, 사이드 실을 포함하는 차체 하부 구조 (차체 하부 양측의 구조부 중 일방의 구조부) 의 차량 폭 방향에서의 종단면도, 도 2 는, 동일하게 차체 하부 구조의 평면도이다. 또, 도 3 ∼ 도 5 는 사이드 실을 포함하는 사이드 실 구조만을 부분적으로 나타내는 것으로, 도 3 은 사이드 실 구조의 차량 폭 방향에서의 종단면도, 도 4 는 도 3 중의 IV-IV 선을 따른 단면도, 도 5 는 사이드 실의 부품 전개도이다. 또, 도 6 은, 차체 하부 구조에 있어서, 양 사이드 실 사이에 배치되는 플로어 패널, 플로어 크로스 멤버, 배터리 케이스를 전개하여 나타내는 설명도이다. 이 차체 하부 구조는, 차체 하부 양측에 차량 길이 방향을 따라 배치되는 사이드 실 (1) 과, 양 사이드 실 (1) 사이에 배치되고, 양 측부가 양 사이드 실 (1) 의 상부에 고정되는 (직접 또는 플로어 패널 등을 개재하여 고정되는) 플로어 크로스 멤버 (8) 와, 이 플로어 크로스 멤버 (8) 의 하방에 배치되고, 양 측부가 양 사이드 실 (1) 의 하부와 마주보는 배터리 케이스 (9) 등을 구비하고 있다.
이하, 그 구체적인 구조를 도 1 및 도 2 에 기초하여 설명한다. 사이드 실 (1) 은, 차체 하부 양측에 배치되는 골격 구조 부재 (frame structure member) 이고, 양 사이드 실 (1) 사이에는 플로어 패널 (7) 이 배치된다. 이 플로어 패널 (7) 은, 그 양 플랜지부 (flange portion) (70) 를 개재하여 양 사이드 실 (1) (도 1 에서는 사이드 실 이너 (side sill inner) (1b) 의 종방향 면부 (100) 의 상부) 에 접합된다. 또한, 플로어 패널 (7) 상에 차량 폭 방향을 따른 골격 구조 부재인 플로어 크로스 멤버 (8) 가 배치되고, 그 양단이 플로어 패널 (7) (플랜지부 (70)) 을 개재하여 양 사이드 실 (1) (도 1 에서는 사이드 실 이너 (1b) 의 종방향 면부 (100) 의 상부) 에 접합 (joining) (고정) 된다. 플로어 크로스 멤버 (8) 는, 차량 전후 방향에서 소정의 간격 (예를 들어 300 mm 정도) 을 둔 복수 지점에 형성된다. 또한, 상기 서술한 플로어 패널 (7) 이나 플로어 크로스 멤버 (8) 와 사이드 실 (1) 의 접합 (고정) 은, 통상적으로 스폿 용접 (spot welding) 으로 행해진다.
플로어 패널 (7) 및 플로어 크로스 멤버 (8) 의 하방에는, 배터리 팩 (10) 을 수납한 배터리 케이스 (9) 가 배치되고, 이 배터리 케이스 (9) 의 측부 (배터리 케이스 사이드 멤버 (battery case side member) (90)) 가, 소정의 간격을 두고 사이드 실 (1) 의 하부 (사이드 실 이너 (1b) 의 종방향 면부 (100) 의 하부) 와 마주보고 있다. 배터리 케이스 (9) 의 저부 (배터리 케이스 저판 (91)) 에는, 사이드 실측으로 돌출되도록 장착용 플랜지 (92) 가 연이어 형성되어 있다. 이 장착용 플랜지 (92) 와 사이드 실 (1) 의 하단 (사이드 실 이너 (1b) 의 하측의 횡방향 면부 (101B)) 을 고정용 볼트 (11) 로 체결함으로써, 배터리 케이스 (9) 가 사이드 실 (1) 에 유지되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 측면 충돌 시에 사이드 실 (1) 에 입력된 하중은, 플로어 크로스 멤버 (8) 와 배터리 케이스 (9) 의 양방에 입력된다. 이에 따라, 넓은 범위에서 하중을 담당하는 것이 가능해짐과 함께, 배터리 케이스 (9) 보다 먼저 플로어 크로스 멤버 (8) 에 입력되어, 배터리 케이스 (9) 에 입력되는 하중이 저감되게 된다.
＜사이드 실 및 그 주변부의 기본 구조＞
사이드 실 (1) 은, 단면 홈형 형상의 사이드 실 아우터 (side sill outer) (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 가 사이에 칸막이 부재 (2) 를 끼운 상태로 접합됨으로써 구성되어 있다. 따라서, 이 사이드 실 구조는, 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 을 칸막이 부재 (2) 가 세로로 관통하고, 이 칸막이 부재 (2) 에 의해 폐단면 공간 (3) 이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간 (3a, 3b) 으로 구획된 구조로 되어 있다. 사이드 실 (1) 을 구성하는 사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 는, 금속판을 성형하여 구성된 것이다. 사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 는 각각, 종방향 면부 (100) 와 그 상하단에 연결된 횡방향 면부 (101A, 101B) 로 이루어지는 단면 홈형 형상의 본체부와, 그 양단 (횡방향 면부 (101A, 101B) 의 단부) 에 연결된 플랜지부 (102) 를 구비하고 있다. 종방향 면부 (100) 는 수직 형상이 아니어도 되고, 적당한 경사나 곡면을 갖고 있어도 된다. 또, 횡방향 면부 (101A, 101B) 는 수평 형상이 아니어도 되고, 적당한 경사나 곡면을 갖고 있어도 된다. 칸막이 부재 (2) 도 금속판으로 구성되며, 완전한 평판이 아니라, 평판을 굽힘 성형 (bend-forming) 한 것을 사용해도 된다.
사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 는, 그것들의 플랜지부 (102) 끼리를 중첩시켜 접합 (통상적으로 스폿 용접에 의한 접합) 됨으로써, 내부가 폐단면 공간 (3) 이 되는 사이드 실 (1) 을 구성한다. 그 경우, 사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 의 사이에 칸막이 부재 (2) 를 개재시키고 (끼우고), 사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 의 플랜지부 (102) 가, 그것들의 사이에 끼운 칸막이 부재 (2) 의 상하 단부와 함께 접합된다. 이에 따라, 칸막이 부재 (2) 는 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 을 세로로 관통하고, 이 칸막이 부재 (2) 에 의해 폐단면 공간 (3) 이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간 (3a, 3b) 으로 구획된다. 칸막이 부재 (2) 의 상하 단부는 사이드 실 본체의 상하단 (사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 의 플랜지부 (102)) 에 접합되어 있다. 그래서, 측면 충돌 시에 사이드 실 (1) 의 단면이 상하로 벌어져 붕괴되는 것을 억제 (단면 붕괴의 억제) 하는 높은 내력이 얻어져, 충돌 특성 (crash worthiness) 을 높이는 데에 기여한다.
＜사이드 실 구조가 구비하는 충격 흡수 구조체 (A)＞
이상과 같은 사이드 실 구조에 있어서, 본 발명에서는, 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 을 세로로 관통하는 칸막이 부재 (2) 를 이용하고, 그 폐단면 공간 (3) 내에 특정한 구조의 충격 흡수 구조체 (A) 를 형성하는 것이 특징이다. 즉, 본 발명에서는, 「칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼워 접합되는 1 쌍의 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 와, 이들 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 와 칸막이 부재 (2) 의 사이에서 형성되는 2 개의 폐단면 공간 (5a, 5b) 내에 소정의 조건에서 형성되는 복수의 벌크헤드 (6) 로 구성되고, 그것들이 구조상 일체화된 충격 흡수 구조체 (A)」를 형성하는 것이 특징이다. 이에 따라, 적은 충돌 변형량으로 높은 충돌 에너지 흡수 특성이 얻어지는 사이드 실 구조로 할 수 있다. 또, 충격 흡수 구조체 (A) 는, 필요 최소한의 구성 부재 (특히 최소한의 벌크헤드 설치수) 로 높은 굽힘 강성이 얻어지기 때문에, 구성 부재에 의한 차체의 중량 증가도 억제할 수 있다. 이 충격 흡수 구조체 (A) 는, 차량 전후 방향에 있어서 사이드 실의 적어도 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 를 따른 부분에 형성된다. 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 이너측 부분과 아우터측 부분이 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주봄과 함께, 차량 폭 방향에 있어서 플로어 크로스 멤버 (8) (적어도 플로어 크로스 멤버 (8) 의 높이 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다. 즉, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 사이드 실 (사이드 실 이너 (1b)) 을 개재하여 플로어 크로스 멤버 (8) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다.
단면 홈형 부재 (4a, 4b) 는, 금속판을 굽힘 성형하여 구성된 것이다. 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 는 각각, 종방향 면부 (40) 와 그 상하단에 연결된 횡방향 면부 (41A, 41B) 로 이루어지는 단면 홈형 형상의 본체부와, 그 양단 (횡방향 면부 (41A, 41B) 의 단부) 에 연결된 플랜지부 (42) 를 구비하고 있다. 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 는, 종방향 면부 (40) 가 측면 충돌 하중을 받는 수압면부 (pressure receiving surface portion), 횡방향 면부 (41A, 41B) 가 측면 충돌 하중에 의해 변형되어 충돌 에너지를 흡수하는 에너지 흡수면부 (energy absorbing surface portion) 를 구성한다. 플랜지부 (42) 는, 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 의 길이 방향의 일부에만 형성 (예를 들어, 소정의 간격으로 간헐적으로 형성) 해도 된다. 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 는, 폐단면 공간 (3a, 3b) 내에 있어서 차량 전후 방향 (사이드 실 길이 방향) 을 따라 배치되어 있다. 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 는, 칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼운 상태에서, 각각의 플랜지부 (42) 를 개재하여 칸막이 부재 (2) 에 접합 (통상적으로 스폿 용접에 의한 접합) 되고, 칸막이 부재 (2) 와의 사이에서 각각 폐단면 공간 (5a, 5b) 을 형성한다.
벌크헤드 (6) 는, 각 폐단면 공간 (5a, 5b) 내에 차량 폭 방향을 따라 형성됨으로써 폐단면 공간 (5a, 5b) 을 구획하는 부재이고, 폐단면 공간 (5a, 5b) 내의 차량 전후 방향에서 간격을 둔 복수 지점에 형성되어 있다. 이 벌크헤드 (6) 는, 바람직하게는 폐단면 공간 (5a, 5b) 의 차량 폭 방향의 단면 전체를 구획하도록 하여 형성된다. 벌크헤드 (6) 는, 측면 충돌 시에 칸막이 부재 (2) 와 함께 작용하여 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 의 단면 붕괴를 억제함과 함께, 벌크헤드 (6) 자체가 좌굴되어 굽힘 압괴 (bending collapse) 되어, 충돌 에너지 (impact energy) 를 흡수한다. 폐단면 공간 (5a) 내의 벌크헤드 (6) 와 폐단면 공간 (5b) 내의 벌크헤드 (6) 는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 차량 폭 방향에서 대향하여 (즉, 차량 전후 방향에서 동일한 위치에) 형성된다. 이에 따라, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분과 이너측 부분의 단면 형상을 유지하는 기능을 적절하게 발휘할 수 있고, 높은 충돌 에너지 흡수 특성을 얻을 수 있다.
각 벌크헤드 (6) 는, 금속판을 성형하여 구성된 것으로, 그 외주연부가, 적어도 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 에 접합되고, 더욱 바람직하게는 칸막이 부재 (2) 에도 접합된다. 본 실시형태에서는, 벌크헤드 (6) 의 본체 (격벽부 (bulkhead portion)) 의 외주연에 플랜지부 (61) 가 형성되고, 이 플랜지부 (61) 를 개재하여 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 와 칸막이 부재 (2) 에 접합되어 있다. 통상적으로 이 접합은 스폿 용접으로 행해진다. 플랜지부 (61) 는, 본체 (격벽부) 의 외주연 일부에만 형성 (예를 들어, 소정의 간격으로 간헐적으로 형성) 해도 된다. 벌크헤드 (6) 는, 폐단면 공간 (5a, 5b) 내의 차량 전후 방향에서 등간격으로 형성해도 되고, 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이 넓은 간격과 좁은 간격이 교대로 되도록 형성해도 된다. 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이, 벌크헤드 (6) 를 차량 전후 방향의 특정한 영역마다 상이한 간격으로 형성한다.
이상과 같이 충격 흡수 구조체 (A) 는, 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 내에 칸막이 부재 (2) 를 이용하여 설치되어 있다. 그리고, 충격 흡수 구조체 (A) 는, 칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼워 접합된 1 쌍의 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 와, 이 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 내부에 형성되는 폐단면 공간 (5a, 5b) 에 소정의 조건에서 형성되는 벌크헤드 (6) 가, 칸막이 부재 (2) 와 함께 일체화된 구조를 갖는다. 바꿔 말하면, 차량 전후 방향에서 간격을 두고 배치되는 벌크헤드 (6) 를, 칸막이 부재 (2) 를 개재하여 형성되는 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 가 내포하고, 이것들이 일체화된 구조가 된다. 이에 따라, 후술하는 바와 같은 높은 충격 에너지 흡수 특성 (impact energy absorption property) 을 갖게 된다.
충격 흡수 구조체 (A) (단면 홈형 부재 (4a, 4b) 및 벌크헤드 (6)) 를 구성하는 금속판의 항복 강도는, 플로어 크로스 멤버 (8) 를 구성하는 금속판의 항복 강도 이하인 것이 바람직하다. 이는 측면 충돌 시에, 충격 흡수 구조체 (A) 가 확실하게 플로어 크로스 멤버 (8) 보다 먼저 변형되어 충돌 에너지를 흡수하고, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 변형이 억제되도록 하기 위함이다. 그래서, 충격 흡수 구조체 (A) 를 구성하는 금속판의 항복 강도가, 플로어 크로스 멤버 (8) 를 구성하는 금속판의 항복 강도와 동일한 경우에는, 충격 흡수 구조체 (A) 를 구성하는 벌크헤드 (6) 에, 후술하는 도 12(b) 에 나타내는 바와 같은 비드 (60) (크래쉬 비드 (crash bead)) 등을 부여하여, 충격 흡수 구조체 (A) 의 좌굴 내력 (buckling strength) (＝부재 자체가 좌굴 변형 (buckling deformation) 을 개시하는 하중. 이하 동일) 을, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 좌굴 내력보다 낮게 하는 것이 바람직하다.
또, 충격 흡수 구조체 (A) (단면 홈형 부재 (4a, 4b) 및 벌크헤드 (6)) 에 사용하는 금속판은, 인장 강도 (tensile strength) 가 500 MPa 급 이상인 것이 바람직하고, 590 MPa 급 이상인 것이 보다 바람직하다. 충격 흡수 구조체 (A) 의 충돌 특성으로서는, 측면 충돌 시에 있어서의 충격 흡수 구조체 (A) 의 변형 개시 직후의 탄성 변형 (elastic deformation) 을 거쳐 소성 변형 (plastic deformation) 으로 전환될 때의 하중 (이하 「내력 (impact strength)」이라고 한다.) 이 높을수록, 충돌 시의 변형이 잘 발생하지 않아 충돌 특성은 양호해진다. 내력은, 충격 흡수 구조체 (A) 에 사용하는 금속판의 인장 강도가 높을수록 높아지므로, 보통 강 (common steel) 보다 인장 강도가 높은 500 MPa 급 이상 (보다 바람직하게는 590 MPa 급 이상) 의 금속판으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 경량화의 관점에서, 충격 흡수 구조체 (A) 에 2 mm 미만의 판두께의 금속판을 적용하기 위해서는, 1180 MPa 급 이상의 금속판으로 하는 것이 바람직하다. 또, 충격 흡수 구조체 (A) 및 칸막이 부재 (2) 에 사용하는 소재에, 고장력 강판 (high-tensile steel sheet) 을 사용하면, 사이드 실 (1) 의 내부에 배치되는 충격 흡수 구조체 (A) 및 칸막이 부재 (2) 는, 사이드 실의 리인포스먼트 (reinforcement) 로서도 기능한다. 따라서, 충격 흡수 구조체 (A) 및 칸막이 부재 (2) 에 사용하는 금속판은, 1180 MPa 급 이상의 고장력 강판으로 하는 것이 특히 바람직하다.
＜충격 흡수 구조체 (A) 의 기능·작용 효과＞
본 발명의 차체 하부 구조에 있어서, 사이드 실이 구비하는 충격 흡수 구조체 (A) 는, 칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼워 접합된 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 와, 이 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 내부의 폐단면 공간 (5a, 5b) 에 형성되는 벌크헤드 (6) 가, 칸막이 부재 (2) 와 함께 일체화된 구조를 갖는다. 바꿔 말하면, 칸막이 부재 (2) 를 개재하여 형성되는 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 가 벌크헤드 (6) 를 내포하고, 이것들이 일체화된 구조를 갖는다. 이와 같은 구조에 의해, 충격 흡수 구조체 (A) 전체가 높은 굽힘 강성 (측면 충돌 하중 (side impact load) 에 대한 굽힘 변형 저항 (bending deformation resistance)) 을 갖는다. 그래서 측면 충돌 하중의 입력 지점 주변에서의 국소적인 변형이 억제되고, 측면 충돌 시에 충격 흡수 구조체 (A) 전체를 변형시킴으로써, 충돌 에너지 흡수 (EA) 를 높일 수 있다. 또, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 차량 폭 방향에 있어서, 사이드 실 이너 (1b) 를 개재시켜 플로어 크로스 멤버 (8) (적어도 플로어 크로스 멤버 (8) 의 높이 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다 (즉, 플로어 크로스 멤버 (8) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다). 그래서, 사이드 실 아우터 (1a) 에 입력된 측면 충돌 하중은, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부 및 사이드 실 이너 (1b) 를 경유하여 플로어 크로스 멤버 (8) 에 전달된다. 충격 흡수 구조체 (A) 는 플로어 크로스 멤버 (8) 로부터의 반력을 받아, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분으로부터 찌그러져 압축 변형됨으로써, 효율적으로 충돌 에너지를 흡수할 수 있다.
측면 충돌 시에는, 사이드 실 아우터 (1a) 를 통해서 아우터측의 단면 홈형 부재 (4a) 의 종방향 면부 (40) (수압면부) 가 충돌 하중을 받고, 횡방향 면부 (41A) (에너지 흡수면부) 가 먼저 굽힘 압괴되어 충돌 에너지를 흡수한다. 그 후, 이너측의 단면 홈형 부재 (4b) 의 횡방향 면부 (41B) (에너지 흡수면부) 가 굽힘 압괴되어 충돌 에너지를 흡수한다. 그 때에, 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 와 일체화된 벌크헤드 (6) 는, 칸막이 부재 (2) 와 함께 작용하여 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 의 단면 붕괴를 억제함과 함께, 벌크헤드 (6) 자체가 좌굴 (축 압괴 (axial collapse)) 되어 충돌 에너지를 흡수한다. 또한, 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 와 일체화된 칸막이 부재 (2) 도 굽힘 변형되어 충돌 에너지를 흡수한다. 또, 이 충격 흡수 구조체 (A) 에서는, 벌크헤드 (6) 는 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 개별적으로 설치되기 (즉, 차량 폭 방향에 있어서 벌크헤드 (6) 가 칸막이 부재 (2) 에 의해 분할되어 있기) 때문에, 좌굴 파장 (wavelength of buckling) 이 짧아져, 벌크헤드 (6) 의 내하중을 향상시킬 수 있다.
＜충격 흡수 구조체 (A) 의 다른 실시형태＞
본 발명의 차체 하부 구조의 사이드 실에 있어서, 단면 홈형 부재 (4a, 4b) (종방향 면부 (40)) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 사이드 실 아우터 (1a), 사이드 실 이너 (1b) (종방향 면부 (100)) 와의 사이에서 적당한 간격 (스페이스) 을 갖고 있어도 된다. 또, 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 는, 주로 진동을 방지하기 위해서 사이드 실 아우터 (1a), 사이드 실 이너 (1b) (종방향 면부 (100)) 의 내측면에 맞닿음 또는 접합되어도 된다. 따라서, 구체적인 양태로서는, 단면 홈형 부재 (4a, 4b) (종방향 면부 (40)) 와 사이드 실 아우터 (1a), 사이드 실 이너 (1b) (종방향 면부 (100)) 가, (i) 직접 접합 또는 맞닿아 있다, (ii) 다른 부재 (예를 들어, 진동을 감쇠시키는 방진 부재 (vibration damping member)) 를 개재하여 접합 또는 맞닿아 있다, (iii) 접합 또는 맞닿지 않고, 소정의 간극을 두고 대향하고 있다, 등을 들 수 있다. 또, 충돌 초기부터 플로어 크로스 멤버에 측면 충돌 하중이 전달되도록 함으로써 충격 흡수 성능이 향상되므로, 구조상, 충격 흡수 구조체 (A) (EA 부재) 의 폭이 사이드 실 전체 폭에 가까울수록 충격 흡수 성능은 높아진다. 따라서, 이런 점에서는 상기 (i) 또는 (ii) 의 구조가 바람직하다.
도 7 은, 상기 (i), (ii) 의 구조로 하는 경우의 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다. 도 7(a) 는, 단면 홈형 부재 (4a) 와 단면 홈형 부재 (4b) 의 각 종방향 면부 (40) 가 사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 의 각 종방향 면부 (100) 의 내측면에 용접 (통상적으로 스폿 용접) 으로 접합된 예 (도면 중, 12 가 접합부) 를 나타내고 있다. 또, 도 7(b) 는, 단면 홈형 부재 (4a) 와 단면 홈형 부재 (4b) 의 각 종방향 면부 (40) 가 사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 의 각 종방향 면부 (100) 의 내측면에 접착제 (adhesive) (13) (접착제층) 로 접합된 예를 나타내고 있다. 이와 같이 접착제 (13) 로 접착 (adhesion) 하는 경우, 접착제는 접합면의 일부에만 도포 (coat) 하도록 해도 된다. 이 접착제 (13) (접착제층) 는 진동을 감쇠시키는 방진 부재로서 기능시켜도 된다.
상기 (iii) 의 구조의 경우, 단면 홈형 부재 (4a, 4b) (종방향 면부 (40)) 와 사이드 실 아우터 (1a), 사이드 실 이너 (1b) (종방향 면부 (100)) 의 간격이 지나치게 좁으면, 주행 시의 진동으로 인해 양 부재가 접촉되어, 소음이나 추가적인 진동이 문제가 되는 경우가 있다. 그래서, 양 부재는, 주행 시의 진동으로 인해 접촉되지 않는 간극을 두고 대향하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 서술한 바와 같이 충격 흡수 구조체 (A) (EA 부재) 의 폭이 사이드 실 전체 폭에 가까울수록 충격 흡수 성능은 높아진다. 그래서, 차량 폭 방향에서의 충격 흡수 구조체 (A) 의 폭 (We) (양 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 의 종방향 면부 (40) 사이의 간격) 은, 사이드 실 (1) 의 폭 (Ws) (사이드 실 아우터 (1a), 사이드 실 이너 (1b) 의 종방향 면부 (100) 사이의 간격) 의 60 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 도 8 에 충격 흡수 구조체 (A) 의 폭 (We) 과 사이드 실 (1) 의 폭 (Ws) 을 나타낸다. 충격 흡수 구조체 (A) 의 폭 (We) 이나 사이드 실 (1) 의 폭 (Ws) 이 차량 높이 방향에서의 위치에 따라 상이한 경우에는, 가장 폭이 넓은 높이 위치에서의 폭을 Ws, We 로 한다. 단면 홈형 부재 (4a) 와 단면 홈형 부재 (4b) 의 각 횡방향 면부 (41A, 41B) 와 사이드 실 (1) (사이드 실 아우터 (1a) 와 사이드 실 이너 (1b) 의 각 횡방향 면부 (101A, 101B)) 의 간격 (스페이스) 은, 종방향 면부 (40) 와 플로어 크로스 멤버 (8) 및 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 중복값을 조정하고, 플로어 크로스 멤버 (8) 와 배터리 케이스 (9) 에 입력되는 하중이 적당한 밸런스가 되도록 조정하면 된다.
도 9 는, 본 발명의 차체 하부 구조의 충격 흡수 구조체 (A) 에 있어서, 차량 전후 방향에 있어서의 벌크헤드 (6) 의 다른 배치 형태예를 나타낸 것으로, 벌크헤드 (6) 를 차량 전후 방향의 영역마다 상이한 간격으로 형성한 것이다. 이들의 배치 형태에서는, 차량 전후 방향에서 간격을 둔 복수 지점에 형성되는 벌크헤드 (6) 가, 차량 전후 방향에 있어서의 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 (wa) 내가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6x) 와, 그 이외의 영역 (플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 외가 되는 영역) 에 형성되는 벌크헤드 (6y) 로 이루어진다. 그리고, 차량 전후 방향에 있어서, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 (wa) 내가 되는 영역의 2 개 지점 이상 (도 9 의 실시형태에서는 2 개 지점) 에 벌크헤드 (6x) 가 형성됨과 함께, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 외가 되는 영역의 1 개 지점 이상에 벌크헤드 (6y) 가 형성되어 있다. 또한, 이웃하는 2 개의 벌크헤드 (6x) 끼리의 간격을 w1, 벌크헤드 (6x) 와 이것과 이웃하는 벌크헤드 (6y) 의 간격을 w2 로 한 경우, w1 ＜ w2 로 되어 있다. 이상과 같은 벌크헤드 (6) 의 배치 형태로 하는 것은, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 (wa) 내가 되는 영역에서는, 2 개 지점 이상에 벌크헤드 (6x) 를 형성하고 벌크헤드 (6x) 끼리의 간격을 작게 함으로써 충돌 특성을 높임과 함께, 그 이외의 영역의 벌크헤드 (6y) 와 벌크헤드 (6x) 의 간격을 크게 함으로써, 벌크헤드 (6) 의 설치수를 억제하여, 중량 경감을 도모하기 위함이다. 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 외가 되는 영역의 2 개 지점 이상에 벌크헤드 (6y) 를 형성하는 경우, 이웃하는 2 개의 벌크헤드 (6y) 끼리의 간격 (w3) 에 대해서도 w1 ＜ w3 으로 하는 것이 바람직하다.
플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 (wa) 이란, 플로어 크로스 멤버 폭 방향에 있어서의 양 측벽 사이의 부분의 폭으로 하면 된다. 도 10 은, 일반적인 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 방향 단면을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 도 10 과 같이 양 가장자리부에 플랜지부를 갖는 플로어 크로스 멤버 (8) 의 경우, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 (wa) 이란, 플로어 크로스 멤버 폭 방향에 있어서, 양 가장자리부의 플랜지 부분을 제외한 부분의 폭 (골격 부재 (frame member) 로서 기능하는 주요부의 폭), 즉 플랜지 부분의 R 이 시작되는 지점 (the boundary between a curve and a straight line) 사이의 폭으로 하면 된다. 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 (wa) 내의 복수 지점에 벌크헤드 (6x) 를 배치하는 경우, 이웃하는 2 개의 벌크헤드 (6x) 끼리의 간격 (w1) 이 과도하게 작으면, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 (wa) 내에서의 충돌 특성을 높이는 효과가 저하되거나, 벌크헤드 (6x) 의 설치수가 불필요하게 증가하거나 하는 것으로 이어지므로 바람직하지 않다. 그래서 벌크헤드 (6x) 는, 간격 (w1) 과 플로어 크로스 멤버 (4) 의 폭 (wa) 의 비 (w1/wa) 가 0.4 이상 1.0 이하가 되도록 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 이웃하는 벌크헤드 (6x) 와 벌크헤드 (6y) 의 간격 (w2) 이나 벌크헤드 (6y) 끼리의 간격 (w3) 은, 충격 흡수 구조체 (A) 의 경량화의 관점에서는 넓을수록 좋지만, 측면 충돌 시의 충격 흡수 구조체 (A) 의 굽힘 강성을 확보하기 위해서, 254 mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 254 mm 는, 측면 충돌 시험 (side impact test) (Euro NCAP 에서 규정하는 측면 폴 충돌 시험 (side pole test)) 에서 사용하는 충돌체 (폴) 의 직경이다. 간격 (w2, w3) 을 이 시험의 충돌체 (폴) 의 직경 이하로 함으로써, 측면 충돌 시의 충격 흡수 구조체 (A) 의 굽힘 강성을 더 적절하게 확보할 수 있다. 또, 동일한 관점에서, 이웃하는 벌크헤드 (6x) 와 벌크헤드 (6y) 의 간격 (w2) 이나 벌크헤드 (6y) 끼리의 간격 (w3) 은, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 설치 간격 (이웃하는 플로어 크로스 멤버 (8) 끼리의 간격 (wb)) 의 1/4 ∼ 1/2 정도로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 설치 간격 (wb) 이 260 mm 인 경우, 간격 (w2) 이나 간격 (w3) 은 65 mm ∼ 130 mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 또, 충격 흡수 구조체 (A) 의 경량화의 관점에서, 간격 (w2) 이나 간격 (w3) 은 50 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 도 9(a) 의 배치 형태는, 이웃하는 플로어 크로스 멤버 (8) 사이로서 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 외가 되는 영역의 1 개 지점에 벌크헤드 (6y) 를 형성한 예이고, 벌크헤드 (6x, 6y) 가 w1 ＜ w2 를 만족하는 조건에서 형성되어 있다. 또, 도 9(b), 도 9(c) 의 배치 형태는, 이웃하는 플로어 크로스 멤버 (8) 사이로서 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 외가 되는 영역의 2 ∼ 3 개 지점에 벌크헤드 (6y) 를 형성한 예이고, 벌크헤드 (6x, 6y) 가 w1 ＜ w2, w1 ＜ w3 을 만족하는 조건에서 형성되어 있다.
도 11 은, 차량 전후 방향에 있어서의 벌크헤드 (6) 의 다른 배치 형태예를 나타낸 것이다. 이 도 11 의 실시형태는, 도 9 의 실시형태와 마찬가지로, 벌크헤드 (6) 를 차량 전후 방향의 영역마다 상이한 간격으로 형성한 것이다. 본 실시형태는, 플로어 크로스 멤버 (8) 사이에서의 충격 흡수 구조체 (A) 의 굽힘 강성을 더 높이기 위해서, 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 외가 되는 영역에 형성하는 벌크헤드 (6y) 를, 인접하여 형성되는 2 개 이상의 벌크헤드 (도 11 의 실시형태에서는 2 개의 벌크헤드) 로 이루어지는 벌크헤드 세트로 구성한 것이다. 따라서, 도 11 의 실시형태의 각 벌크헤드 (6y) 는, 2 장의 벌크헤드를 1 세트로 하는 벌크헤드 세트로 구성된다. 이 벌크헤드 세트를 구성하는 벌크헤드끼리의 간격 (w4) 의 크기는 임의적이지만, 기본적으로 간격 (w1) 과 거의 동일한 관점에서 정해지게 되므로, 상기 서술한 간격 (w1) 과 동일한 조건으로 하면 된다. 이와 같이 벌크헤드 (6y) 를 2 개 이상의 벌크헤드로 이루어지는 벌크헤드 세트로 구성하는 것은, 전부의 벌크헤드 (6y) 를 대상으로 해도 되고, 일부의 벌크헤드 (6y) 만을 대상으로 해도 된다.
도 11(a) 의 배치 형태는, 이웃하는 플로어 크로스 멤버 (8) 사이로서 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 외가 되는 영역의 1 개 지점에 벌크헤드 (6y) (2 장의 벌크헤드를 1 세트로 하는 벌크헤드 세트) 를 형성한 예이고, 벌크헤드 (6x, 6y) 가 w1 ＜ w2 를 만족하는 조건에서 형성되어 있다. 또, 도 11(b), 도 11(c) 의 배치 형태는, 이웃하는 플로어 크로스 멤버 (8) 사이로서 플로어 크로스 멤버 (8) 의 폭 외가 되는 영역의 2 ∼ 3 개 지점에 벌크헤드 (6y) (2 장의 벌크헤드를 1 세트로 하는 벌크헤드 세트) 를 형성한 예이고, 벌크헤드 (6x, 6y) 가 w1 ＜ w2, w1 ＜ w3 을 만족하는 조건에서 형성되어 있다.
또, 벌크헤드 (6) 에는, 그 좌굴 내력 (강성 (stiffness)) 을 높이기 위해, 혹은 좌굴 내력 (강성) 을 낮게 하기 위해, 그 본체 (격벽부) 에 비드 (60) 를 형성해도 된다. 도 12 는, 그 경우의 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다. 도 12(a) 는, 좌굴 내력을 높게 하기 위해서 벌크헤드 (6) 의 본체부 (격벽부) 에 차량 폭 방향을 따른 비드 (60) 를 형성한 것이다. 한편, 도 12(b) 는, 반대로 좌굴 내력을 낮게 하기 위해서, 벌크헤드 (6) 의 본체부 (격벽부) 에 상하 방향을 따른 비드 (60) (크래쉬 비드) 를 형성한 것이다. 이 도 12(b) 와 같은 비드 (60) 를 형성하는 이유는, 앞서 설명한 바와 같다.
앞서 설명한 도 1 등의 실시형태에서는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a)) 과 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 은, 차량 높이 방향에 있어서 거의 동일한 높이 (두께) 를 가지며, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주보고 있다. 특히 그들 실시형태에서는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분과 아우터측 부분은, 차량 폭 방향에 있어서 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 거의 대칭인 형상을 하고 있다. 이에 대해, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부를, 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방이 타방보다 아래 방향으로 연장된 구조 (즉 아래 방향으로 길게 형성된 구조) 로 할 수 있다. 이 경우, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부 중, 적어도 상기 아래 방향으로 연장된 부분 (e) 은, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치한다. 즉, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부 중, 적어도 부분 (e) 은, 사이드 실 (1) 을 개재하여 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다. 그리고, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 부분 (e) 과 마주보는 부분에는, 충격 흡수 구조체 (A) 가 차지하지 않는 공간부 (hollow space) (s) 가 형성된다. 도 13 은, 그와 같은 구조를 갖는 본 발명의 차체 하부 구조의 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실을 포함하는 차체 하부 구조 (차체 하부 양측의 구조부 중 일방의 구조부) 의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다.
도 13(a) 의 실시형태는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부를, 아우터측 부분이 이너측 부분보다 아래 방향으로 연장된 구조 (즉 아래 방향으로 길게 형성된 구조) 로 한 것이다. 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 아우터측 부분과 이너측 부분이 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주봄과 함께, 차량 폭 방향에 있어서 플로어 크로스 멤버 (8) (적어도 플로어 크로스 멤버 (8) 의 두께 (높이) 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다. 즉, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 사이드 실 (1) (사이드 실 이너 (1b)) 을 개재하여 플로어 크로스 멤버 (8) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다. 한편, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 아우터측 부분이 이너측 부분보다 아래 방향으로 연장되고, 이 아래 방향으로 연장된 부분 (e) 은, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다. 즉, 아래 방향으로 연장된 부분 (e) 은, 사이드 실 (1) (사이드 실 이너 (1b)) 을 개재하여 배터리 케이스 (9) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다. 그리고, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 부분 (e) 과 마주보는 이너측 부분에는, 충격 흡수 구조체 (A) 가 차지하지 않는 공간부 (s) (폐단면 공간 (3b) 내의 공간부) 가 형성되어 있다.
도 13(b) 의 실시형태는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부를, 이너측 부분이 아우터측 부분보다 아래 방향으로 연장된 구조 (즉 아래 방향으로 길게 형성된 구조) 로 한 것이다. 도 13(a) 의 실시형태와 동일하게, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 아우터측 부분과 이너측 부분이 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주봄과 함께, 차량 폭 방향에 있어서 플로어 크로스 멤버 (8) (적어도 플로어 크로스 멤버 (8) 의 두께 (높이) 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다. 즉, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 사이드 실 (1) (사이드 실 이너 (1b)) 을 개재하여 플로어 크로스 멤버 (8) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다. 한편, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 이너측 부분이 아우터측 부분보다 아래 방향으로 연장되고, 이 아래 방향으로 연장된 부분 (e) 은, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다. 즉, 아래 방향으로 연장된 부분 (e) 은, 사이드 실 (1) (사이드 실 이너 (1b)) 을 개재하여 배터리 케이스 (9) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다. 그리고, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 부분 (e) 과 마주보는 아우터측 부분에는, 충격 흡수 구조체 (A) 가 차지하지 않는 공간부 (s) (폐단면 공간 (3a) 내의 공간부) 가 형성되어 있다.
도 13 과 같은 충격 흡수 구조체 (A) 의 구조에서는, 공간부 (s) 주변의 구조에 의한 좌굴 유발 효과 (buckling induction effect) 에 의해 충돌 에너지 흡수 성능이 확보된다. 그래서, 충격 흡수 구조체 (A) 의 충돌 에너지 흡수 성능을 도 1 의 구조보다 저하시키지 않고, 공간부 (s) 의 분만큼 충격 흡수 구조체 (A) (이너측 부분 또는 아우터측 부분) 를 경량화할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 예를 들어, 도 13(a) 의 경우에는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분에 있어서의 「단면 홈형 부재 (4b) 의 횡방향 면부 (41B) 와 플랜지부 (42) 로 형성되는 코너 R 부 (corner R portion) (f)」및 「이 코너 R 부 (f) 에 접하는 벌크헤드 (6) 의 모서리부」가, 칸막이 부재 (2) 를 개재하여 아우터측 부분의 벌크헤드 (6) 에 맞닿아 있다. 그래서, 측면 충돌 시에는, 아우터측 부분의 벌크헤드 (6) 의 당해 맞닿음부 주변으로부터도 좌굴이 유발되므로 (좌굴 유발 효과), 도 13(a) 와 같은 구조의 충격 흡수 구조체 (A) 이더라도, 도 1 의 구조보다 충돌 에너지 흡수 성능이 낮아지는 일은 없다. 한편, 공간부 (s) 의 분만큼 충격 흡수 구조체 (A) (이너측 부분) 를 경량화할 수 있다. 또, 도 13(b) 의 경우도 마찬가지이며, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분에 있어서의 「단면 홈형 부재 (4a) 의 횡방향 면부 (41B) 와 플랜지부 (42) 로 형성되는 코너 R 부 (f) 」및 「이 코너 R 부 (f) 에 접하는 벌크헤드 (6) 의 모서리부」가, 칸막이 부재 (2) 를 개재하여 이너측 부분의 벌크헤드 (6) 에 맞닿아 있다. 그래서, 측면 충돌 시에는, 이너측 부분의 벌크헤드 (6) 의 당해 맞닿음부 주변으로부터도 좌굴이 유발되므로, 도 13(b) 와 같은 구조의 충격 흡수 구조체 (A) 이더라도, 도 1 의 구조보다 충돌 에너지 흡수 성능이 낮아지는 일은 없다. 한편, 공간부 (s) 의 분만큼 충격 흡수 구조체 (A) (아우터측 부분) 를 경량화할 수 있다.
도 13 과 같은 충격 흡수 구조체 (A) 의 구조에 있어서, 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a)) 과 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 중 높이가 작은 쪽의 부분, 예를 들어 도 13(a) 에 있어서의 이너측 부분의 높이를 지나치게 작게 하면, 측면 충돌 시에 폐단면 공간 (5b) 내의 벌크헤드 (6) 의 면 강성 (plane stiffness) 이 저하되고, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 단면 형상을 유지하는 기능이 저하되므로, 충돌 에너지 흡수 성능이 저하된다. 그래서, 도 14 에 나타내는 「높이가 작은 쪽의 부분」의 높이 (Hshort) 는, 아래 방향으로 연장된 부분 (e) 을 갖는 「높이가 큰 쪽의 부분」의 높이 (Hlong) 에 대해 과도하게 작게 하지 않는 것이 바람직하고, 구체적으로는 Hshort 는 Hlong 의 40 ％ 이상, 바람직하게는 50 ％ 이상 정도의 크기로 하는 것이 바람직하다. 한편, 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a)) 과 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 의 높이의 차이 (Hshort 와 Hlong 의 차이) 가 지나치게 작으면, 상기 서술한 바와 같은 벌크헤드 (6) 의 좌굴 유발 효과가 상대적으로 저하된다. 요컨대, 도 13 과 같은 충격 흡수 구조체 (A) 의 구조로 하는 것에 따른 좌굴 유발 효과와 경량화 효과가 상대적으로 저하되게 된다. 그래서, 그 효과를 충분히 발휘하기 위해서는, 도 14 에 나타내는 「높이가 작은 쪽의 부분」의 높이 (Hshort) 와 「높이가 큰 쪽의 부분」의 높이 (Hlong) 의 차이를 과도하게 작게 하지 않는 것이 바람직하고, 구체적으로는 Hshort 는 Hlong 의 80 ％ 이하, 바람직하게는 65 ％ 이하 정도의 크기로 하는 것이 바람직하다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a)) 이나 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 의 높이가, 차량 폭 방향에서의 위치에 따라 상이한 경우에는, 가장 높이가 큰 위치에서의 높이를 「높이가 작은 쪽의 부분」의 높이 (Hshort), 「높이가 큰 쪽의 부분」의 높이 (Hlong) 로 한다.
앞서 설명한 도 1 등의 실시형태에서는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a)) 과 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 은, 차량 폭 방향에서의 단면 형상이 사각형상 (사다리꼴 형상 등) 이고, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주보고 있다. 특히 그들 실시형태에서는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분과 아우터측 부분은, 차량 폭 방향에 있어서 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 거의 대칭인 형상을 하고 있다. 이에 대해, 충격 흡수 구조체 (A) 의 높이 방향에 있어서의 하부 영역 또는 하부를 포함하는 영역으로서, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 둔 이너측 부분과 아우터측 부분 중 어느 일방에, 사이드 실 (1) (사이드 실 이너 (1b) 또는 사이드 실 아우터 (1a)) 의 내면과 마주보며 함몰부 (c) 가 형성된 구조로 할 수 있다. 이 경우, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부와 사이드 실 (1) 의 사이에 차량 폭 방향에서 공간 (함몰부 (c) 에 의한 공간) 이 확보되고, 함몰부 (c) 가 존재하는 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치한다. 즉, 함몰부 (c) 가 존재하는 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다. 함몰부 (c) 는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 높이 방향에 있어서의 하부 영역뿐만 아니라, 그보다 위의 영역을 포함하도록 형성할 (즉, 충격 흡수 구조체 (A) 의 높이 방향에서 하부를 포함하는 영역에 형성할) 수 있다.
도 15 는, 그와 같은 구조를 갖는 본 발명의 차체 하부 구조의 실시형태를 모식적으로 나타내는 것으로, 사이드 실을 포함하는 차체 하부 구조 (차체 하부 양측의 구조부 중 일방의 구조부) 의 차량 폭 방향에서의 종단면도이다. 도 15 의 실시형태는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 하부 영역에, 사이드 실 (1) (사이드 실 이너 (1b)) 의 내면과 마주보며 함몰부 (c) 를 형성한 것이다. 이 함몰부 (c) 는, 폐단면 공간 (3b) 내에 있어서 충격 흡수 구조체 (A) 와 사이드 실 (1) (사이드 실 이너 (1b)) 사이에 차량 폭 방향에서 공간 (함몰부 (c) 에 의한 공간) 이 확보되도록, 사이드 실 이너 (1b) (종방향 면부 (100) 및 횡방향 면부 (101B)) 에 면한 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 의 하부 영역을 단 (段) 형상으로 오목하게 함으로써 형성되어 있다. 즉, 이 함몰부 (c) 는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 하부 영역에 있어서, 사이드 실 이너 (1b) 의 종방향 면부 (100) 및 횡방향 면부 (101B) 에 면하여 형성되어 있다. 이 함몰부 (c) 를 포함하는 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부 영역은, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다. 즉, 함몰부 (c) 를 포함하는 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부 영역은, 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다. 도 13 의 실시형태와 동일하게, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 아우터측 부분과 이너측 부분이 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주봄과 함께, 차량 폭 방향에 있어서 플로어 크로스 멤버 (8) (적어도 플로어 크로스 멤버 (8) 의 두께 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다. 즉, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 사이드 실 (1) (사이드 실 이너 (1b)) 을 개재하여 플로어 크로스 멤버 (8) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다. 이너측 부분의 벌크헤드 (6) 는, 함몰부 (c) 가 형성된 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 의 단면 형상에 맞춘 형상으로 구성되어 있다.
함몰부 (c) 는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분의 높이 방향에 있어서의 하부 영역 또는 하부를 포함하는 영역에, 사이드 실 (1) (사이드 실 아우터 (1a)) 의 내면과 마주보며 형성해도 된다. 예를 들어, 도 15 에 준한 형태의 함몰부 (c) 를 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분의 하부 영역에 형성하는 경우, 함몰부 (c) 는, 폐단면 공간 (3a) 내에 있어서 충격 흡수 구조체 (A) 와 사이드 실 (1) (사이드 실 아우터 (1a)) 사이에 차량 폭 방향에서 공간 (함몰부 (c) 에 의한 공간) 이 확보되도록, 사이드 실 아우터 (1a) (종방향 면부 (100) 및 횡방향 면부 (101B)) 에 면한 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a)) 의 하부 영역을 단 형상으로 오목하게 함으로써 형성된다. 즉, 이 함몰부 (c) 는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분의 하부 영역에 있어서, 사이드 실 아우터 (1a) 의 종방향 면부 (100) 및 횡방향 면부 (101B) 에 면하여 형성된다. 이 함몰부 (c) 를 포함하는 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부 영역은, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 의 수평 연장 상에 위치한다. 즉, 함몰부 (c) 를 포함하는 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부 영역은, 배터리 케이스 (9) (적어도 배터리 케이스 (9) 의 높이 방향의 일부분) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다.
도 15 와 같은 충격 흡수 구조체 (A) 의 구조에서는, 함몰부 (c) 주변의 구조가 좌굴되는 좌굴 유발 효과에 의해 충돌 에너지 흡수 성능이 확보된다. 그래서, 충격 흡수 구조체 (A) 의 충돌 에너지 흡수 성능을 도 1 의 구조보다 저하시키지 않고, 함몰부 (c) 의 분만큼 충격 흡수 구조체 (A) (이너측 부분 또는 아우터측 부분) 를 경량화할 수 있다. 이것을, 함몰부 (c) 가 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분에 형성된 도 15 의 경우를 예로 들어, 보다 구체적으로 설명한다. 함몰부 (c) 의 형성에 의해, 폐단면 공간 (5b) 내의 벌크헤드 (6) 에도 함몰부 (c) 의 오목 형상을 따른 절결부 (notch) 가 형성된다. 이 때문에, 측면 충돌 시에 벌크헤드 (6) 의 당해 절결부의 코너 R 부 (g) 가 좌굴되어 절곡되고, 절결부의 코너 R 부 (g) 의 주변 부분에도 좌굴이 유발되어 충돌 하중을 흡수한다 (좌굴 유발 효과). 그래서, 도 15 와 같은 구조의 충격 흡수 구조체 (A) 이더라도, 도 1 의 구조보다 충돌 에너지 흡수 성능이 낮아지는 일은 없고, 한편, 함몰부 (c) 의 분만큼 충격 흡수 구조체 (A) (이너측 부분) 를 경량화할 수 있다. 또, 함몰부 (c) 가 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분에 형성된 경우도 마찬가지이며, 함몰부 (c) 의 형성에 의해 폐단면 공간 (5a) 내의 벌크헤드 (6) 에도 함몰부 (c) 의 오목 형상을 따른 절결부가 형성되고, 측면 충돌 시에 벌크헤드 (6) 의 당해 절결부의 코너 R 부 (g) 로부터도 좌굴이 유발된다. 그래서, 함몰부 (c) 가 형성된 충격 흡수 구조체 (A) 이더라도, 도 1 의 구조보다 충돌 에너지 흡수 성능이 낮아지는 일은 없고, 한편, 함몰부 (c) 의 분만큼 충격 흡수 구조체 (A) (아우터측 부분) 를 경량화할 수 있다.
도 15 와 같은 충격 흡수 구조체 (A) 의 구조에 있어서, 함몰부 (c) 의 차량 높이 방향 (충격 흡수 구조체 (A) 의 높이 방향) 에서의 높이 (폭) 가 지나치게 크면, 플로어 크로스 멤버 (8) 와 마주보는 이너측 부분의 수압면부 (단면 홈형 부재 (4b) 의 종방향 면부 (40)) 가 좁아져, 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부에 있어서의 충돌 특성이 저하된다. 그래서, 도 16 에 나타내는 함몰부 (c) 의 차량 높이 방향에 있어서의 높이 (h) 는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 높이 방향에 있어서의 높이 (두께) (H) 에 대해 과도하게 크게 하지 않는 것이 바람직하고, 구체적으로는 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 높이 방향에 있어서의 높이 (두께) (H) 의 90 ％ 이하, 바람직하게는 75 ％ 이하 정도로 하는 것이 바람직하다. 한편, 함몰부 (c) 의 차량 높이 방향에서의 높이 (폭) 가 지나치게 작으면, 플로어 크로스 멤버 (8) 와 마주보는 이너측 부분의 수압면부 (단면 홈형 부재 (4b) 의 종방향 면부 (40)) 가 넓어져, 충돌 하중이 분산되게 된다. 이에 따라, 함몰부 (c) 에 대응하는 벌크헤드 (6) 의 절결부의 코너 R 부 (g) 에 있어서의 좌굴이 발생하기 어려워지므로, 함몰부 (c) 를 형성하는 것에 따른 충돌 에너지 흡수 성능의 향상 효과가 얻어지기 어려워진다. 요컨대, 도 15 와 같은 충격 흡수 구조체 (A) 의 구조로 하는 것에 따른 좌굴 유발 효과와 경량화 효과가 상대적으로 저하되게 된다. 그래서, 그 효과를 충분히 발휘하기 위해서는, 도 16 에 나타내는 함몰부 (c) 의 차량 높이 방향에 있어서의 높이 (h) 는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 높이 방향에 있어서의 높이 (두께) (H) 에 대해 과도하게 작게 하지 않는 것이 바람직하고, 구체적으로는 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 높이 방향에 있어서의 높이 (두께) (H) 의 20 ％ 이상, 바람직하게는 50 ％ 이상 정도로 하는 것이 바람직하다.
또, 도 15 와 같은 충격 흡수 구조체 (A) 의 구조에 있어서, 함몰부 (c) 의 차량 폭 방향에 있어서의 폭 (깊이) 이 지나치게 크면, 함몰부 (c) 에 대응하는 벌크헤드 (6) 의 절결부의 코너 R 부 (g) 가 칸막이 부재 (2) 에 가까워져, 코너 R 부 (g) 의 주변 부분의 좌굴이 발생하기 어려워지므로, 충돌 에너지 흡수 성능이 저하된다. 그래서, 도 16 에 나타내는 함몰부 (c) 의 차량 폭 방향에 있어서의 폭 (w) 은, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 폭 방향에 있어서의 폭 (W) 에 대해 과도하게 크게 하지 않는 것이 바람직하고, 구체적으로는 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 폭 방향에 있어서의 폭 (W) 의 90 ％ 이하 정도로 하는 것이 바람직하다. 한편, 함몰부 (c) 의 차량 폭 방향에 있어서의 폭 (깊이) 을 지나치게 작게 하면, 함몰부 (c) 에서 좌굴되어 절곡되고, 충격 흡수 구조체 (A) 와 사이드 실 (1) 사이의 공간을 막혀 사이드 실 (1) 에 맞닿기 때문에, 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력을 낮게 억제할 수 없다. 그래서, 함몰부 (c) 의 차량 폭 방향에 있어서의 폭 (w) 은, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 폭 방향에 있어서의 폭 (W) 에 대해 과도하게 작게 하지 않는 것이 바람직하고, 구체적으로는 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (또는 아우터측 부분) 의 차량 폭 방향에 있어서의 폭 (W) 의 20 ％ 정도 이상으로 하는 것이 바람직하다. 도 16 에 나타내는 바와 같이, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a)) 이나 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 의 높이가 차량 폭 방향에서의 위치에 따라 상이한 경우에는, 가장 높이가 큰 위치에서의 높이를 높이 (H) 로 한다. 또, 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a)) 이나 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b)) 의 폭이 차량 높이 방향에서의 위치에 따라 상이한 경우에는, 가장 폭이 큰 위치에서의 폭을 폭 (W) 으로 한다. 또, 함몰부 (c) 의 높이가 차량 폭 방향에서의 위치에 따라 상이한 경우에는, 가장 높이가 큰 위치에서의 높이를 함몰부 (c) 의 높이 (h) 로 한다. 또, 함몰부 (c) 의 폭이 차량 높이 방향에서의 위치에 따라 상이한 경우에는, 가장 폭이 큰 위치에서의 폭을 함몰부 (c) 의 폭 (w) 으로 한다.
＜사이드 실의 측면 충돌 시의 충돌 변형 형태＞
도 17 에 기초하여, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실의 측면 충돌 시의 충돌 변형 형태에 대해서 설명한다. 도 17 은, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실 (도 1 의 구조) 의 수평 단면에 있어서, 측면 폴 충돌 시의 변형 모습을 단계적으로 나타낸 것으로, t 는 충돌 개시부터의 시간 (초수) 을 나타내고 있다. 먼저, 사이드 실 (1) 자체의 단면 변형의 형태를 설명하면, 맨 처음에 사이드 실 아우터 (1a) 의 상하의 횡방향 면부 (101A, 101B) (에너지 흡수부 (energy absorbing portion)) 가 외측으로 퍼지도록 굽힘 압괴되고 찌그러져 충돌 에너지를 흡수한다 (0.002 sec ∼). 이 사이드 실 아우터 (1a) 가 압괴 (crushing) 되는 과정에 있어서, 칸막이 부재 (2) 에 의해 사이드 실 (1) 의 단면이 상하로 벌어져 붕괴 (단면 붕괴) 되는 것이 억제된다. 이에 따라, 이후 0.006 ∼ 0.014 sec 까지 사이드 실 아우터 (1a) 의 횡방향 면부 (101A, 101B) (에너지 흡수부) 는 굽힘 변형 (bending deformation) 을 계속하며, 완전히 찌그러질 때까지 충돌 에너지를 계속 흡수한다.
상기와 같은 사이드 실 아우터 (1a) 의 찌그러짐 변형 (crushing and deformation) 에 따라, 사이드 실 (1) 의 플랜지부 (102) 를 통해서 사이드 실 이너 (1b) 에 충돌 하중 (impact load) 이 전달된다. 이에 따라, 칸막이 부재 (2) 에 의해 단면이 상하 방향으로 벌어져 붕괴되지 않고, 0.004 sec 이후, 사이드 실 이너 (1b) 의 횡방향 면부 (101A, 101B) (에너지 흡수부) 의 플랜지부측이 사이드 실 (1) 의 폐단면의 내측으로 볼록 형상으로 굽힘 압괴된다. 이와 같은 사이드 실 (1) 자체의 단면 변형에 따라, 충격 흡수 구조체 (A) 가 이하와 같이 단면 변형된다. 찌그러진 사이드 실 아우터 (1a) 와 단면 홈형 부재 (4a) 의 종방향 면부 (40) 가 접촉하여, 충격 흡수 구조체 (A) 에 충돌 하중이 전달되고, 그 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a) 와 벌크헤드 (6)) 이 벨로우즈 형상으로 변형되는 압괴 (축 압괴) 가 개시된다 (0.002 sec ∼). 이 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a) 와 벌크헤드 (6)) 의 압괴에 따라, 칸막이 부재 (2) 를 개재하여 연속하는 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b) 와 벌크헤드 (6)) 은, 사이드 실 이너 (1b) 를 개재하여 배터리 케이스 (9) 측으로 밀려나고 (0.004 ∼ 0.006 sec), 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 (단면 홈형 부재 (4b) 와 벌크헤드 (6)) 도 압괴를 개시한다 (0.008 ∼ 0.018 sec).
도 18 은, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실 (도 1 의 구조) 에 대해 하기의 조건에서 측면 폴 충돌 시험을 실시했을 때에, 측면 폴 충돌 시의 차량 폭 방향에서의 종단면에 있어서의 변형 모습을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 19 는, 이 측면 폴 충돌 시에 변형되었을 때의 충돌체 침입량과 흡수 에너지의 관계를 나타낸 것이다. 시험체는, 벌크헤드 (6) 를 도 9(a) 에 나타내는 바와 같은 배치 형태로 하였다. 이 시험에서는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분 (단면 홈형 부재 (4a) 와 벌크헤드 (6)) 이 주로 변형됨으로써, 충돌체 침입량이 100 mm 이내에서 충돌 에너지 32 kJ 를 흡수 가능한 것이 개시되어 있다.
충돌체 : R127 mm (직경 254 mm 상당) 의 강체 폴 (rigid pole)
충돌 속도 : 30.9 km/h
충돌 에너지 : 32 kJ
이상과 같은 측면 충돌 시의 사이드 실 구조의 단면 변형에서는, 칸막이 부재 (2) 를 개재하여 사이드 실 (1) 내에 설치되고, 단면 홈형 부재 (4a, 4b) 와 벌크헤드 (6) 가 칸막이 부재 (2) 와 함께 일체화된 구조를 갖는 충격 흡수 구조체 (A) 가 높은 변형 저항 (deformation resistance) 을 갖는다. 그래서 사이드 실 (1) 은, 입력 하중에 대해 국소적으로 변형되지 (예를 들어, 충돌부로부터 절곡되도록 변형되지) 않고, 전체가 일체로 되어 변형되기 때문에, 충돌 에너지가 효과적이면서 적절하게 흡수되게 된다. 따라서, 본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 양 사이드 실 (1) 사이의 플로어 패널 (7) 의 하방에 배터리 모듈을 구비한 자동차 (특히 전기 자동차) 에 있어서, 충격 흡수 구조체 (A) 가 측면 충돌 시에 차량 폭 방향으로부터 입력된 하중에 의해 압괴되어 에너지 흡수하면서, 플로어 크로스 멤버 (8) 나 배터리 케이스 (9) 에 하중을 전달함으로써, 배터리 팩 (10) 에 하중이 전달되지 않도록 하여, 충돌의 충격으로부터 보호할 수 있다.
＜도 13 의 사이드 실에 있어서의 충격 흡수 구조체 (A) 의 기능·작용 효과＞
본 발명의 차체 하부 구조의 사이드 실 중, 도 1 에 나타내는 바와 같은 기본적인 구조의 실시형태를 「실시형태 1」, 도 13(a) 에 나타내는 구조를 갖는 실시형태를 「실시형태 2」로 하고, 「실시형태 2」의 기능·작용 효과를 「실시형태 1」과 비교 검토한 결과를 이하에 나타낸다. 모두, 시험체는, 벌크헤드 (6) 를 도 9(a) 에 나타내는 바와 같은 배치 형태로 하였다. 또한, 이하에 나타내는 결과는, 도 13(b) 에 나타내는 구조를 갖는 실시형태를 「실시형태 2」로 한 경우도 마찬가지이며, 설명 중의 「이너측」 과 「아우터측」을 반대로 해서 이해하면 된다.
·흡수 에너지에 대해서
도 20 은, 실시형태 2 와 실시형태 1 의 사이드 실에 대해서, 측면 충돌 시의 변형 형태와 변형 분포를 비교하여 나타낸 것으로, 도 20(a) 는 실시형태 2 를, 도 20(b) 는 실시형태 1 을 각각 나타내고 있다. 도 20(a) 의 실시형태 2 와 도 20(b) 의 실시형태 1 을 비교하면, 벌크헤드 (6) 의 좌굴이 발생하고 있는 영역 및 변형이 0.09 이상 (진한 색의 영역) 인 영역의 면적은 동등 레벨로 되어 있다.
도 21 은, 실시형태 2 와 실시형태 1 의 사이드 실에 대해서, 도 18 의 조건에서 측면 폴 충돌 시험을 실시하고, 이 측면 폴 충돌 시에 변형되었을 때의 충돌체 (폴) 침입량과 흡수 에너지의 관계를 비교하여 나타낸 것이다. 이에 따르면, 어느 실시형태의 흡수 에너지도 32.0 kJ 이고, 충돌체 침입량도 거의 동등 (실시형태 2 가 91 mm, 실시형태 1 이 89 mm) 하고, 실시형태 2 는, 실시형태 1 과 동등 레벨의 충돌 특성을 갖는 것이 개시되어 있다. 이 이유는, 실시형태 2 는, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 크기가 실시형태 1 보다 작기는 하지만, 상기 서술한 바와 같은 특정한 구조 (도 13(a) 에 있어서의 공간부 (s)) 에 의한 벌크헤드의 좌굴 유발 효과가 얻어진다. 그래서, 충돌 에너지 흡수 성능이 실시형태 1 (도 1 의 구조) 보다 저하되지 않고, 높은 레벨로 유지되기 때문이다.
·배터리 케이스에 대한 입력 하중의 경감 효과에 대해서
실시형태 2 의 사이드 실에 대한 측면 폴 충돌 시에 있어서, 도 22 에 나타내는 바와 같이 배터리 케이스 (9) 측 및 플로어 크로스 멤버 (8) 측에 충돌 하중이 입력될 때에, 충돌 과정에 있어서 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력과, 플로어 크로스 멤버 (8) 에 발생하는 접촉 반력을 구하였다. 또, 실시형태 1 에 대해서도, 동일한 접촉 반력을 구하였다. 도 23(a) 에 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력을, 도 23(b) 에 플로어 크로스 멤버 (8) 에 발생하는 접촉 반력을 각각 나타낸다. 도 23(a) 에 나타내는 바와 같이, 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력은, 실시형태 2 는 실시형태 1 보다 상승이 느리고, 또한, 실시형태 2 는 실시형태 1 보다 21 ％ 낮아져 있다 (실시형태 2 : 155 kN, 실시형태 1 : 195 kN). 한편, 도 23(b) 에 나타내는 바와 같이, 플로어 크로스 멤버 (8) 에 발생하는 접촉 반력은, 실시형태 2 는 실시형태 1 보다 상승이 빠르고, 또한, 실시형태 2 는 실시형태 1 보다 15 ％ 높아져 있다 (실시형태 2 : 261 kN, 실시형태 1 : 227 kN). 이 도 23 의 결과는, 실시형태 2 에 있어서, 배터리 케이스에 대한 입력 하중의 경감 효과가 얻어지는 것을 나타내고 있다.
즉, 차량 폭 방향의 차 외측으로부터 사이드 실 (1) 에 충돌 하중이 입력되는 측면 충돌 시에 있어서, 실시형태 2 의 사이드 실에서는, 이하와 같은 작용 효과가 얻어진다. 실시형태 2 의 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부에는, 그 아우터측 부분과 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 사이의 차량 폭 방향으로 공간부 (s) 가 형성되어 있다 (즉, 차량 폭 방향에 있어서, 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 의 수평 연장 상에 공간부 (s) 와 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분의 하부가 위치하고 있다). 그래서, 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력의 상승을 느리게 할 수 있다. 한편, 실시형태 2 의 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 이너측 부분과 아우터측 부분이 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주봄과 함께, 사이드 실 (1) 을 개재하여 플로어 크로스 멤버 (8) 와 차량 폭 방향으로 나열되어 있다 (즉, 차량 폭 방향에 있어서 플로어 크로스 멤버 (8) 의 수평 연장 상에 위치하고 있다). 그래서, 사이드 실 (1) 에 입력된 충돌 하중을 플로어 크로스 멤버 (8) 에 직접 전달하는 하중 전달 경로 (load transfer path) 가 형성되고, 플로어 크로스 멤버 (8) 에 발생하는 접촉 반력이 빨리 상승된다. 그리고, 플로어 크로스 멤버 (8) 에 발생하는 접촉 반력에 의해, 차량 폭 방향에 있어서 사이드 실 (1) 을 개재하여 플로어 크로스 멤버 (8) 의 수평 연장 상에 위치하는 충격 흡수 구조체 (A) 의 상부측, 특히 아우터측 부분이 최초로 효율적으로 찌그러지고 (도 20(a) 참조), 측면 충돌 하중을 흡수한다. 그 후, 측면 충돌이 진행되어 사이드 실 (1) (충격 흡수 구조체 (A) 의 상부측) 이 변형된 후에, 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력이 상승하기 시작하므로, 배터리 케이스 (9) 에 입력되는 피크 하중이 경감되어, 배터리 케이스 (9) 의 변형도 억제할 수 있다.
＜도 15 의 사이드 실에 있어서의 충격 흡수 구조체 (A) 의 기능·작용 효과＞
본 발명의 차체 하부 구조의 사이드 실 중, 도 1 에 나타내는 바와 같은 기본적인 구조의 실시형태를 「실시형태 1」, 도 15 에 나타내는 구조를 갖는 실시형태를 「실시형태 3」으로 하고, 「실시형태 3」의 기능·작용 효과를 「실시형태 1」과 비교 검토한 결과를 이하에 나타낸다. 모두, 시험체는, 벌크헤드 (6) 를 도 9(a) 에 나타내는 바와 같은 배치 형태로 하였다. 이하에 나타내는 결과는, 아우터측 부분에 함몰부 (c) 를 형성한 실시형태를 「실시형태 3」으로 한 경우도 마찬가지이며, 설명 중의 「이너측」 과 「아우터측」을 반대로 해서 이해하면 된다.
·흡수 에너지에 대해서
도 24 는, 실시형태 3 과 실시형태 1 (도 20(b) 와 동일한 실시형태) 의 사이드 실에 대해서, 측면 충돌 시의 변형 형태와 변형 분포를 비교하여 나타낸 것으로, 도 24(a) 는 실시형태 3 을, 도 24(b) 는 실시형태 1 을 각각 나타내고 있다. 도 24(a) 의 실시형태 3 과 도 24(b) 의 실시형태 1 을 비교하면, 벌크헤드 (6) 의 좌굴이 발생하고 있는 영역 및 변형이 0.09 이상 (진한 색의 영역) 인 영역의 면적은 동등 레벨로 되어 있다.
도 25 는, 실시형태 3 과 실시형태 1 의 사이드 실에 대해서, 도 18 의 조건에서 측면 폴 충돌 시험을 실시하고, 이 측면 폴 충돌 시에 변형되었을 때의 충돌체 (폴) 침입량과 흡수 에너지의 관계를 비교하여 나타낸 것이다. 이에 따르면, 충돌체 침입량은 실시형태 3 이 약간 길기는 하지만 (실시형태 3 이 96 mm, 실시형태 1 이 89 mm), 어느 흡수 에너지도 32.0 kJ 이고, 실시형태 3 은, 실시형태 1 과 동등 레벨의 충돌 특성을 갖는 것이 개시되어 있다. 이 이유는, 실시형태 3 은, 상기 서술한 바와 같은 특정한 구조 (도 15 에 있어서의 함몰부 (c)) 에 의한 벌크헤드의 좌굴 유발 효과가 얻어지기 때문에, 충돌 에너지 흡수 성능이 실시형태 1 (도 1 의 구조) 보다 저하되지 않고, 높은 레벨로 유지되기 때문이다.
·배터리 케이스에 대한 입력 하중의 경감 효과에 대해서
실시형태 3 의 사이드 실에 대한 측면 폴 충돌 시에 있어서, 도 26 에 나타내는 바와 같이 배터리 케이스 (9) 측 및 플로어 크로스 멤버 (8) 측에 충돌 하중이 입력될 때에, 충돌 과정에 있어서 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력과, 플로어 크로스 멤버 (8) 에 발생하는 접촉 반력을 구하였다. 또, 실시형태 1 에 대해서도, 동일한 접촉 반력을 구하였다. 도 27(a) 에 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력을, 도 27(b) 에 플로어 크로스 멤버 (8) 에 발생하는 접촉 반력을 각각 나타낸다. 도 27(a) 에 나타내는 바와 같이, 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력은, 실시형태 3 은 실시형태 1 보다 상승이 느린 데다가, 실시형태 3 은 실시형태 1 보다 66 ％ 나 낮아져 있다 (실시형태 3 : 67 kN, 실시형태 1 : 195 kN). 한편, 도 27(b) 에 나타내는 바와 같이, 플로어 크로스 멤버 (8) 에 발생하는 접촉 반력은, 실시형태 3 은 실시형태 1 보다 16 ％ 높아져 있기는 (실시형태 3 : 264 kN, 실시형태 1 : 227 kN) 하지만, 충돌체 침입량 약 80 mm 까지는 거의 동일한 정도이다. 이 도 27 의 결과는, 실시형태 3 에 있어서, 배터리 케이스에 대한 입력 하중의 경감 효과가 얻어지는 것을 나타내고 있다.
즉, 차량 폭 방향의 차 외측으로부터 사이드 실 (1) 에 충돌 하중이 입력되는 측면 충돌 시에 있어서, 실시형태 3 의 사이드 실에서는, 이하와 같은 작용 효과가 얻어진다. 실시형태 3 의 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 그 이너측 부분에 함몰부 (c) 가 형성되어 있으므로, 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력의 상승을 느리게 할 수 있다. 또한, 함몰부 (c) 에 대응하는 벌크헤드 (6) 의 절결부의 코너 R 부 (g) 가 좌굴되어 절곡되고, 코너 R 부 (g) 의 주변 부분에도 좌굴이 유발되어 충돌 하중을 계속 흡수한다. 이에 따라, 측면 충돌이 진행되어 사이드 실 (1) 이 변형되어도, 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력을 계속 낮게 억제할 수 있어, 배터리 케이스 (9) 에 입력되는 하중을 대폭 저감시킬 수 있다. 그래서, 배터리 케이스 (9) 의 변형을 억제할 수 있다.
실시예
본 발명의 차체 하부 구조에 있어서의 사이드 실 구조의 효과를 확인하기 위해, 이하와 같은 FEM 해석에 의한 충돌 시험을 실시하였다.
[실시예 1]
도 28(a) ∼ 도 28(e) 에, 발명예 및 비교예의 시험체와 시험 조건을 나타낸다. 도 28(a) ∼ 도 28(e) 의 각 도면에 있어서, 좌측의 도면은 사이드 실의 차량 폭 방향에서의 단면도이고, 우측의 도면은 사이드 실의 수평 단면도로서, 사이드 실에 대한 충돌체 (폴) 의 충돌 위치와 플로어 크로스 멤버의 위치를 나타내고 있다. 이 충돌 시험에서는, 차량 측부 구조 중 사이드 실 및 충격 흡수 부재 (발명예에서는 충격 흡수 구조체 (A)) 를 시험체로 하고, 충돌 에너지 흡수 특성의 평가를 실시하였다. 또, 사이드 실에 인접하는 플로어 크로스 멤버나 배터리 케이스 사이드 멤버를 시험체 고정용의 강체 지그로 하고, 지그에 대한 전달 하중을 접촉 반력에 의해 평가하였다.
충돌 시험에 있어서는, 도 28 에 나타내는 바와 같이, 시험체의 길이 방향에 대하여 수직으로 곡률 반경 (curvature radius) R127 mm 의 충돌체 (폴) 를, 초기 속도 30.9 km/h, 최대 침입량 100 mm 로 충돌시켰다. 이 때의 충돌 에너지는 32 kJ 였다. 충돌체의 반대측의 사이드 실의 고정용 지그는, 도 1 에 나타내는 차체 하부 구조를 모의한 플로어 크로스 멤버 모의부 (플로어 크로스 멤버 (8) 에 상당), 배터리 케이스벽부 (배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 상당), 배터리 케이스 하부 (배터리 케이스 저판 (91) 및 장착용 플랜지 (92) 에 상당) 에 의해 구성되어 있으며, 배터리 케이스 하부가 고정용 볼트 (고정용 볼트 (11) 에 상당) 에 의해 사이드 실 이너에 고정되어 있다. 플로어 크로스 멤버 모의부의 차량 전후 방향의 폭 (wa) 은 80 mm 로 하였다.
표 1 에, 발명예 및 비교예의 시험체의 각 부재에 사용하는 강판의 강도 레벨과 판두께를 나타낸다.
Figure pct00001
도 28(a) 에 나타내는 발명예 1 의 시험체는, 그 충격 흡수 구조체 (A) 에 있어서, 플로어 크로스 멤버 모의부 (플로어 크로스 멤버 (8) 에 상당) 의 폭 내가 되는 영역의 2 개 지점에 벌크헤드 (6x) 를 형성함과 함께, 그 양측의 플로어 크로스 멤버 모의부의 폭 외가 되는 영역에, 인접하여 형성되는 2 개 이상의 벌크헤드로 구성되는 벌크헤드 세트로 이루어지는 벌크헤드 (6y) 를 형성한 것이다. 이웃하는 2 개의 벌크헤드 (6x) 끼리의 간격 (w1) 을 35 mm 로 하고, 간격 (w1) 과 플로어 크로스 멤버의 폭 (wa) 의 비 (w1/wa) 를 0.44 로 하였다. 또, 벌크헤드 (6x) 와 이것과 이웃하는 벌크헤드 (6y) 의 간격 (w2) 은, w1 보다 크고, 254 mm 이하로서, 상정된 플로어 크로스 멤버의 설치 간격 (이웃하는 플로어 크로스 멤버끼리의 간격 (wb)) 260 mm 의 1/2 정도인 125 mm 로 하였다. 또한, 벌크헤드 (6y) 인 벌크헤드 세트를 구성하는 벌크헤드끼리의 간격 (w4) 은 간격 (w1) 과 동일한 35 mm 로 하였다.
도 28(b) 에 나타내는 발명예 2 의 시험체는, 발명예 1 의 벌크헤드 (6y) 를 제거한 것으로, 그 충격 흡수 구조체 (A) 에 있어서, 플로어 크로스 멤버 모의부 (플로어 크로스 멤버 (8) 에 상당) 의 폭 내가 되는 영역의 2 개 지점에만 벌크헤드 (6) 를 형성한 것이다. 도 28(c) 에 나타내는 비교예 1 의 시험체는, 발명예 2 의 충격 흡수 구조체 (A) 의 구조로부터 벌크헤드 (6) 를 제거한 것이다. 도 28(d) 에 나타내는 비교예 2 의 시험체는, 사이드 실의 내부에 벌크헤드만을 형성한 것으로, 플로어 크로스 멤버 모의부의 폭 내가 되는 영역의 2 개 지점에 벌크헤드를 형성한 것이다. 도 28(e) 에 나타내는 비교예 3 의 시험체는, 사이드 실의 내부에 칸막이 부재나 충격 흡수 부재를 배치하지 않고, 사이드 실만의 시험체로 한 것이다.
도 29(a) ∼ 도 29(e) 에, 발명예 및 비교예에 대해서, 충돌 시험 시의 사이드 실에 대한 충돌체 (펀치) 침입량과 충돌체가 받는 힘 (펀치 반력) 의 관계와, 충돌체 (펀치) 침입량에 대한 흡수 에너지의 추이를 나타낸다. 펀치란, 앞서 설명한 측면 폴 충돌 시험 (도 18) 에 있어서의 충돌체인 강체 폴을 말한다. 또, 흡수 에너지는, 충돌체의 속도로부터 산출한 운동 에너지를 충돌 에너지 (32 kJ) 로부터 차감하여 산출하였다. 충돌체의 스트로크는 최대 100 mm 인 바, 도 29(a) 에 나타내는 발명예 1 은, 충돌체의 최대 침입량 100 mm 에 도달하기 전 (96 mm) 에 충돌체가 정지하고, 이 발명예 1 의 사이드 실 구조에 의한 흡수 에너지는 32.0 kJ 였다. 반면에 도 29(b) ∼ 도 29(e) 에 나타내는 발명예 2, 비교예 1 ∼ 비교예 3 은, 모두 흡수 에너지 32.0 kJ (발명예 1 의 흡수 에너지) 에 도달하기 전에, 충돌체의 최대 스트로크 100 mm 에 도달하였다.
도 30 에, 발명예 및 비교예에 대해서, 충돌체의 최대 침입 시의 흡수 에너지를 비교하여 나타내었다. 최대 침입량은 발명예 1 이 96 mm, 발명예 2 및 비교예 1 ∼ 비교예 3 은 모두 100 mm (충돌체의 최대 침입량) 였다. 발명예 1 의 흡수 에너지는, 사이드 실만의 비교예 3 의 6.7 배이고, 또한, 벌크헤드가 없는 비교예 1 의 3.0 배, 벌크헤드만의 비교예 2 의 3.4 배이고, 비교예 1 과 비교예 2 의 합계 20.1 kJ 에 대해서도 그 약 1.6 배가 되었다. 또, 발명예 2 는, 발명예 1 보다 차량 전후 방향의 벌크헤드의 설치수가 적으므로, 발명예 1 보다 흡수 에너지는 저하 (19 ％ 저하) 되기는 하지만, 비교예 3 의 6.0 배이고, 또한, 비교예 1 의 2.4 배, 비교예 2 의 2.7 배이고, 비교예 1 과 비교예 2 의 합계의 약 1.3배가 되었다.
이상의 발명예 1, 2 와 비교예 1 ∼ 비교예 3 의 결과로부터, 본 발명의 사이드 실 구조 (차체 하부 구조) 에서는, 비교예 1 (칸막이 부재를 1 쌍의 단면 홈형 부재로 양측에서 끼워 접합한 사이드 실 구조) 과 비교예 2 (사이드 실 내에 벌크헤드를 설치한 사이드 실 구조) 의 충돌 에너지 흡수 성능을 단순히 합산한 효과를 상회하는, 매우 우수한 충돌 특성이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 발명예 1 과 발명예 2 의 결과로부터, 차량 전후 방향에 있어서, 플로어 크로스 멤버의 폭 내의 영역뿐만 아니라, 그 밖의 영역에도 복수의 벌크헤드를 배치함으로써, 충돌 특성이 더 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
본 발명의 차체 하부 구조의 사이드 실 중, 도 1 에 나타내는 바와 같은 기본적인 구조의 실시형태를 「실시형태 1」, 도 13(a) 에 나타내는 구조를 갖는 실시형태를 「실시형태 2」, 도 15 에 나타내는 구조를 갖는 실시형태를 「실시형태 3」으로 하고, 이것들에 대해서 이하의 충돌 시험을 실시하였다. 모두, 시험체는, 벌크헤드 (6) 를 도 9(a) 에 나타내는 바와 같은 배치 형태로 하였다. 시험체로서는, 상기 서술한 [실시예 1] 의 시험체의 충격 흡수 구조체 (A) 의 차량 폭 방향에서의 종단면의 형상을, 도 31(a) ∼ 도 31(k) (발명예 3 ∼ 발명예 13) 에 나타내는 형상으로 변경한 것을 사용하였다. 시험 조건은 [실시예 1] 과 동일하게 하고, 충돌 시험체의 충돌체 침입량 (스트로크) 0―100 mm 에서의 충돌 흡수 에너지 (도 32) 와 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력 (도 33) 을 평가하였다. 도 31(a) ∼ 도 31(c) 에 나타내는, 실시형태 1 에 관한 발명예 3 ∼ 5 의 시험체는, [실시예 1] 에 있어서의 발명예 1 의 시험체의 칸막이 부재 (2) 가 수직인 것에 대해, 칸막이 부재 (2) 를 차량 높이 방향에서 경사지게 한 것이다. 또, 발명예 4 및 발명예 5 의 시험체는, 발명예 3 의 시험체에 대해 충격 흡수 구조체 (A) 의 높이를 작게 한 것으로, 각각 발명예 3 의 높이의 75 ％ (발명예 4, 도 31(b)), 50 ％ (발명예 5, 도 31(c)) 로 한 것이다.
도 31(d) ∼ 도 31(f) 에 나타내는 실시형태 2 에 관한 발명예 6 ∼ 8 의 시험체는, 발명예 3 의 시험체의 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분 또는 아우터측 부분의 높이를 작게 한 것이다. 즉, 충격 흡수 구조체 (A) 의 하부에 있어서, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 둔 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방이 타방보다 아래 방향으로 연장된 형태로 한 것이다. 발명예 6 및 발명예 7 의 시험체는, 발명예 3 의 시험체에 대해 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 높이를 작게 한 것으로, 각각 발명예 3 의 높이의 75 ％ (발명예 6, 도 31(d)), 50 ％ (발명예 7, 도 31(e)) 로 한 것이다. 또, 발명예 8 의 시험체는, 발명예 3 의 시험체에 대해 충격 흡수 구조체 (A) 의 아우터측 부분의 높이를 작게 한 것으로, 발명예 3 의 높이의 50 ％ (도 31(f)) 로 한 것이다.
도 31(g) ∼ 도 31(k) 에 나타내는, 실시형태 3 에 관한 발명예 9 ∼ 13 의 시험체는, 발명예 3 의 시험체에 대해 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분과 사이드 실 (1) 의 사이에 차량 폭 방향으로 공간을 확보하도록, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 높이 방향에 있어서의 하부 영역 또는 하부를 포함하는 영역에 사이드 실 (1) 의 내면과 마주보며 함몰부 (c) 를 형성한 것이다. 이 중 발명예 9 ∼ 11 의 시험체는, 함몰부 (c) 의 차량 폭 방향에서의 폭 (깊이) 을, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 차량 폭 방향에 있어서의 폭의 23 ％ 로 하고, 함몰부 (c) 의 높이를, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 차량 높이 방향에 있어서의 높이 (두께) 의 34 ％ ∼ 66 ％ 로 하였다. 또, 발명예 12, 13 의 시험체는, 함몰부 (c) 의 차량 폭 방향의 폭 (깊이) 을, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 차량 폭 방향에 있어서의 폭의 41 ％ 로 하고, 함몰부 (c) 의 높이를, 충격 흡수 구조체 (A) 의 이너측 부분의 차량 높이 방향에 있어서의 높이 (두께) 의 34 ％, 43 ％ 로 하였다.
도 32 에, 발명예 3 ∼ 13 에 있어서의 충돌 흡수 에너지를 나타낸다. 비교를 위해, [실시예 1] 의 발명예 1, 비교예 1 ∼ 3 의 충돌 흡수 에너지도 아울러 나타낸다. 도 32 의 결과로부터, 발명예 3 ∼ 13 모두, 비교예 1 ∼ 3 보다 충돌 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 실시형태 1 (발명예 1, 3 ∼ 5) 의 평균은 31.8 kJ, 실시형태 2 (발명예 6 ∼ 8) 의 평균은 31.1 kJ, 실시형태 3 (발명예 9 ∼ 13) 의 평균은 31.9 kJ 이고, 충돌 에너지 흡수량은 어느 실시형태에서도 동등 레벨이었다. 도 33 에, 발명예 3 ∼ 13 에 있어서 배터리 케이스 사이드 멤버 (90) 에 발생하는 접촉 반력의 크기를 나타낸다. 비교를 위해, [실시예 1] 의 발명예 1, 비교예 1 ∼ 3 의 접촉 반력도 아울러 나타낸다. 도 33 의 결과로부터, 발명예 3 ∼ 13 모두, 비교예 1 ∼ 3 보다 배터리 케이스 (9) 에 발생하는 접촉 반력을 대폭적으로 경감시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 또, 실시형태 1 (발명예 1, 3 ∼ 5) 의 평균은 181 kN, 실시형태 2 (발명예 6 ∼ 8) 의 평균은 131 kN, 실시형태 3 (발명예 9 ∼ 13) 의 평균은 69 kN 이고, 배터리 케이스 (9) 에 발생하는 접촉 반력을, 실시형태 2 는 실시형태 1 보다 약 30 ％ 경감시킬 수 있고, 실시형태 3 은 실시형태 2 보다 39 ％ 이상 더욱 경감시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 발명에 따르면, 사이드 실을 포함하는 자동차의 차체 하부 구조에 있어서, 구조 부재에 의한 중량 증가를 억제하면서, 적은 충돌 변형량으로 높은 충돌 에너지 흡수 특성이 얻어지는 자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조를 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 따르면, 사이드 실의 변형으로 인해 배터리 모듈에 입력되는 하중을 저감시킬 수 있는 자동차의 차체 하부 구조 및 사이드 실 구조를 제공할 수 있다.
1 : 사이드 실
1a : 사이드 실 아우터
1b : 사이드 실 이너
2 : 칸막이 부재
3, 3a, 3b : 폐단면 공간
4a, 4b : 단면 홈형 부재
5a, 5b : 폐단면 공간
6, 6x, 6y : 벌크헤드
7 : 플로어 패널
8 : 플로어 크로스 멤버
9 : 배터리 케이스
10 : 배터리 팩
11 : 고정용 볼트
12 : 접합부
13 : 접착제
40 : 종방향 면부
41A, 41B : 횡방향 면부
42 : 플랜지부
60 : 비드
61 : 플랜지부
70 : 플랜지부
90 : 배터리 케이스 사이드 멤버
91 : 배터리 케이스 저판
92 : 장착용 플랜지
100 : 종방향 면부
101A, 101B : 횡방향 면부
102 : 플랜지부
A : 충격 흡수 구조체
e : 아래 방향으로 연장된 부분
c : 함몰부
s : 공간부
f, g : 코너 R 부

Claims (19)

  1. 차체 하부 양측에 차량 길이 방향을 따라 배치되는 사이드 실 (1) 과, 그 양 사이드 실 (1) 사이에 배치되고, 양 측부가 양 사이드 실 (1) 의 상부에 고정되는 플로어 크로스 멤버 (8) 와, 그 플로어 크로스 멤버 (8) 의 하방에 배치되고, 양 측부가 양 사이드 실 (1) 의 하부와 마주보는 배터리 케이스 (9) 를 구비한 자동차의 차체 하부 구조로서,
    사이드 실 (1) 은, 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 을 세로로 관통하는 칸막이 부재 (2) 를 구비하고, 그 칸막이 부재 (2) 에 의해 폐단면 공간 (3) 이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간 (3a), (3b) 으로 구획된 구조를 갖고,
    추가로, 사이드 실 (1) 은,
    폐단면 공간 (3a), (3b) 내에 있어서, 칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼운 상태로 칸막이 부재 (2) 에 접합되고, 칸막이 부재 (2) 와의 사이에서 각각 폐단면 공간 (5a), (5b) 을 형성하는 1 쌍의 단면 홈형 부재 (4a), (4b) 와,
    각 폐단면 공간 (5a), (5b) 내에 차량 폭 방향을 따라 형성됨으로써 폐단면 공간 (5a), (5b) 을 구획하는 부재로서, 폐단면 공간 (5a), (5b) 내의 차량 전후 방향에서 간격을 둔 복수 지점에 형성되는 벌크헤드 (6) 로 구성되는 충격 흡수 구조체 (A) 를 갖고,
    그 충격 흡수 구조체 (A) 에 있어서, 폐단면 공간 (5a) 내의 벌크헤드 (6) 와 폐단면 공간 (5b) 내의 벌크헤드 (6) 는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 차량 폭 방향에서 대향하여 형성됨과 함께, 각 벌크헤드 (6) 는 적어도 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 에 접합되어 있고,
    충격 흡수 구조체 (A) 의 상부는, 이너측 부분과 아우터측 부분이 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 마주봄과 함께, 차량 폭 방향에 있어서 플로어 크로스 멤버 (8) 의 수평 연장 상에 위치하는, 자동차의 차체 하부 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    벌크헤드 (6) 는, 차량 전후 방향에 있어서의 플로어 크로스 멤버의 폭 내가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6x) 와, 플로어 크로스 멤버의 폭 외가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6y) 로 이루어지고,
    차량 전후 방향에 있어서, 플로어 크로스 멤버의 폭 내가 되는 영역의 2 개 지점 이상에 벌크헤드 (6x) 가 형성됨과 함께, 플로어 크로스 멤버의 폭 외가 되는 영역의 1 개 지점 이상에 벌크헤드 (6y) 가 형성되고,
    이웃하는 2 개의 벌크헤드 (6x) 의 간격을 w1, 벌크헤드 (6x) 와 이것과 이웃하는 벌크헤드 (6y) 의 간격을 w2 로 한 경우, w1 ＜ w2 로 하는, 자동차의 차체 하부 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    적어도 일부의 벌크헤드 (6y) 가, 인접하여 형성되는 2 개 이상의 벌크헤드로 구성되는 벌크헤드 세트로 이루어지는, 자동차의 차체 하부 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각 벌크헤드 (6) 는, 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 와 칸막이 부재 (2) 에 각각 접합되는, 자동차의 차체 하부 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 둔 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방이 타방보다 아래 방향으로 연장되어 있고,
    충격 흡수 구조체 (A) 의 하부 중, 적어도 상기 아래 방향으로 연장된 부분 (e) 은, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) 의 수평 연장 상에 위치하고 있는, 자동차의 차체 하부 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    충격 흡수 구조체 (A) 의 하부는, 차량 폭 방향에 있어서 배터리 케이스 (9) 의 수평 연장 상에 위치하고 있고,
    충격 흡수 구조체 (A) 의 높이 방향에 있어서의 하부 영역 또는 하부를 포함하는 영역으로서, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 둔 이너측 부분과 아우터측 부분 중 어느 일방에, 사이드 실 (1) 의 내면과 마주보며 함몰부 (c) 가 형성되어 있는, 자동차의 차체 하부 구조.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 단면 홈형 부재 (4a), (4b) 의 종방향 면부 (40) 와, 이것과 마주보는 사이드 실 (1) 의 종방향 면부 (100) 가, (i) 직접 접합 또는 맞닿아 있다, (ii) 다른 부재를 개재하여 접합 또는 맞닿아 있다, (iii) 접합 또는 맞닿지 않고, 소정의 간극을 두고 대향하고 있다, 중 어느 것인, 자동차의 차체 하부 구조.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    충격 흡수 구조체 (A) 를 구성하는 금속판은, 항복 강도가 플로어 크로스 멤버를 구성하는 금속판의 항복 강도 이하이고, 인장 강도가 500 MPa 급 이상인, 자동차의 차체 하부 구조.
  9. 제 7 항에 있어서,
    충격 흡수 구조체 (A) 를 구성하는 금속판은, 항복 강도가 플로어 크로스 멤버를 구성하는 금속판의 항복 강도 이하이고, 인장 강도가 500 MPa 급 이상인, 자동차의 차체 하부 구조.
  10. 사이드 실 (1) 내의 폐단면 공간 (3) 을 세로로 관통하는 칸막이 부재 (2) 를 구비하고, 그 칸막이 부재 (2) 에 의해 폐단면 공간 (3) 이 차량 폭 방향에서 2 개의 폐단면 공간 (3a), (3b) 으로 구획된 자동차의 사이드 실 구조에 있어서,
    폐단면 공간 (3a), (3b) 내에 있어서, 칸막이 부재 (2) 를 양측에서 끼운 상태로 칸막이 부재 (2) 에 접합되고, 칸막이 부재 (2) 와의 사이에서 각각 폐단면 공간 (5a), (5b) 을 형성하는 1 쌍의 단면 홈형 부재 (4a), (4b) 와,
    각 폐단면 공간 (5a), (5b) 내에 차량 폭 방향을 따라 형성됨으로써 폐단면 공간 (5a), (5b) 을 구획하는 부재로서, 폐단면 공간 (5a), (5b) 내의 차량 전후 방향에서 간격을 둔 복수 지점에 형성되는 벌크헤드 (6) 로 구성되는 충격 흡수 구조체 (A) 를 갖고,
    그 충격 흡수 구조체 (A) 에 있어서, 폐단면 공간 (5a) 내의 벌크헤드 (6) 와 폐단면 공간 (5b) 내의 벌크헤드 (6) 는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 두고 차량 폭 방향에서 대향하여 형성됨과 함께, 각 벌크헤드 (6) 는 적어도 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 에 접합되는, 자동차의 사이드 실 구조.
  11. 제 10 항에 있어서,
    각 벌크헤드 (6) 는, 단면 홈형 부재 (4a) 또는 단면 홈형 부재 (4b) 와 칸막이 부재 (2) 에 각각 접합되는, 자동차의 사이드 실 구조.
  12. 제 10 항에 있어서,
    벌크헤드 (6) 는, 차량 전후 방향에 있어서의 플로어 크로스 멤버의 폭 내가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6x) 와, 플로어 크로스 멤버의 폭 외가 되는 영역에 형성되는 벌크헤드 (6y) 로 이루어지고,
    차량 전후 방향에 있어서,
    플로어 크로스 멤버의 폭 내가 되는 영역의 2 개 지점 이상에 벌크헤드 (6x) 가 형성됨과 함께, 플로어 크로스 멤버의 폭 외가 되는 영역의 1 개 지점 이상에 벌크헤드 (6y) 가 형성되고,
    이웃하는 2 개의 벌크헤드 (6x) 의 간격을 w1, 벌크헤드 (6x) 와 이것과 이웃하는 벌크헤드 (6y) 의 간격을 w2 로 한 경우, w1 ＜ w2 로 하는, 자동차의 사이드 실 구조.
  13. 제 12 항에 있어서,
    적어도 일부의 벌크헤드 (6y) 가, 인접하여 형성되는 2 개 이상의 벌크헤드로 구성되는 벌크헤드 세트로 이루어지는, 자동차의 사이드 실 구조.
  14. 제 12 항에 있어서,
    간격 (w2) 이 254 mm 이하인, 자동차의 사이드 실 구조.
  15. 제 10 항에 있어서,
    각 단면 홈형 부재 (4a), (4b) 의 종방향 면부 (40) 와, 이것과 마주보는 사이드 실 (1) 의 종방향 면부 (100) 가, (i) 직접 접합 또는 맞닿아 있다, (ii) 다른 부재를 개재하여 접합 또는 맞닿아 있다, (iii) 접합 또는 맞닿지 않고, 소정의 간극을 두고 대향하고 있다, 중 어느 것인, 자동차의 사이드 실 구조.
  16. 제 10 항에 있어서,
    충격 흡수 구조체 (A) 를 구성하는 금속판은, 항복 강도가 플로어 크로스 멤버를 구성하는 금속판의 항복 강도 이하이고, 인장 강도가 500 MPa 급 이상인, 자동차의 사이드 실 구조.
  17. 제 10 항에 있어서,
    벌크헤드 (6) 에 비드 (60) 가 형성되어 있는, 자동차의 사이드 실 구조.
  18. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    충격 흡수 구조체 (A) 는, 칸막이 부재 (2) 를 사이에 둔 이너측 부분과 아우터측 부분 중 일방이 타방보다 차량 높이 방향으로 연장되어 있는, 자동차의 사이드 실 구조.
  19. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    충격 흡수 구조체 (A) 에, 사이드 실 (1) 의 내면과 마주보며 함몰부 (c) 가 형성되어 있는, 자동차의 사이드 실 구조.
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