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KR20200139057A - 차체구조물 및 이를 포함하는 차량 - Google Patents

차체구조물 및 이를 포함하는 차량 Download PDF

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KR20200139057A
KR20200139057A KR1020190065634A KR20190065634A KR20200139057A KR 20200139057 A KR20200139057 A KR 20200139057A KR 1020190065634 A KR1020190065634 A KR 1020190065634A KR 20190065634 A KR20190065634 A KR 20190065634A KR 20200139057 A KR20200139057 A KR 20200139057A
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KR
South Korea
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battery
cross member
body structure
fastened
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김형태
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

차체구조물 및 이를 포함하는 차량을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물은 플로어에 마련되며 위에 배터리가 장착되는 배터리장착부; 배터리장착부 전방에 마련되며 플로어를 보강하는 제1크로스멤버; 배터리장착부 후방에 마련되며 플로어를 보강하는 제2크로스멤버; 제1크로스멤버와 제2크로스멤버를 연결하도록 종방향으로 연장되고 상호 횡방향으로 이격되며 배터리장착부의 하부를 보강하는 제1연장멤버와 제2연장멤버; 및 배터리를 결속한 상태로 제1 및 제2크로스멤버에 체결되는 결속구조물을 포함한다.

Description

차체구조물 및 이를 포함하는 차량{VEHICLE BODY STRUCTURE AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리의 결속 및 지지구조를 개선하여 비틀림 강성, 종방향 및 횡방향 굽힘강성을 향상시킬 수 있는 차체구조물 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다.
하이브리드 차량(HEV: Hybrid Electric Vehicle)이나 플러그인 하이브리드 차량(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)은 구동계의 특성 상 연료탱크뿐 아니라 대용량 배터리를 포함한다.
이러한 차량은 리어플로어 쪽에 대용량 배터리가 설치되기 때문에 배터리 주변 차체구조물의 비틀림 강성, 종방향 굽힘강성, 횡방향 굽힘강성을 국부적으로 보강할 필요가 있다.
그러나 종래 차체구조물의 보강은 배터리를 차체구조물에 고정하는 체결부분의 강성을 국부적으로 높이는 방식으로 이루어지기 때문에 차체구조물의 강성을 전체적으로 높이는데 한계가 있었다.
본 발명의 일측면은 배터리의 결속 및 지지구조를 개선해 비틀림 강성, 종방향 및 횡방향 굽힘강성을 향상시킬 수 있는 차체구조물 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면,
플로어에 마련되며 위에 배터리가 장착되는 배터리장착부; 상기 배터리장착부 전방에 마련되며 상기 플로어를 보강하는 제1크로스멤버; 상기 배터리장착부 후방에 마련되며 상기 플로어를 보강하는 제2크로스멤버; 상기 제1크로스멤버와 상기 제2크로스멤버를 연결하도록 종방향으로 연장되고 상호 횡방향으로 이격되며 상기 배터리장착부의 하부를 보강하는 제1연장멤버와 제2연장멤버; 및 상기 배터리를 결속한 상태로 상기 제1 및 제2크로스멤버에 체결되는 결속구조물;을 포함하는 차체구조물이 제공될 수 있다.
상기 차체구조물은 상기 배터리장착부 전방의 상기 플로어를 보강하며, 상기 제1크로스멤버와 상기 제1 및 제2연장멤버가 연결되는 위치에 각각의 후단이 연결되는 좌측 및 우측 센터사이드멤버를 더 포함할 수 있다.
상기 결속구조물은 상기 배터리를 전후방향으로 결속하며 한쪽이 상기 제1연장멤버가 연결된 위치의 상기 제1크로스멤버에 체결되고 다른 쪽이 상기 제1연장멤버가 연결된 위치의 상기 제2크로스멤버에 체결되는 제1결속프레임; 및 상기 배터리를 전후방향으로 결속하며 한쪽이 상기 제2연장멤버가 연결된 위치의 상기 제1크로스멤버에 체결되고 다른 쪽이 상기 제2연장멤버가 연결된 위치의 상기 제2크로스멤버에 체결되는 제2결속프레임을 포함할 수 있다.
상기 결속구조물은 상기 배터리를 횡방향으로 결속하며 양단이 상기 좌측 및 우측 리어사이드멤버에 마련된 보강부재에 체결되는 제3결속프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 결속구조물은 상기 배터리의 상측 둘레부분를 보강하며 상기 제1, 제2, 제3결속프레임에 의해 결속되는 상부프레임을 더 포함하는 포함할 수 있다.
상기 결속구조물은 상기 상부프레임으로부터 연장되어 상기 제1크로스멤버에 체결되며 상기 배터리의 전방 외측을 결속하는 하나 이상의 제4결속프레임; 및 상기 상부프레임으로부터 연장되어 상기 제2크로스멤버에 체결되며 상기 배터리의 후방 외측을 결속하는 하나 이상의 제5결속프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 차체구조물은 상기 제1 및 제2결속프레임과 체결되는 부분을 보강하도록 상기 제1크로스멤버와 상기 제2크로스멤버에 마련된 복수의 보강부재를 더 포함할 수 있다.
상기 차체구조물은 상기 배터리장착부의 하부에 마련되며 연료탱크의 체결부가 장착되는 연료탱크장착부를 더 포함할 수 있다.
상기 연료탱크장착부는 상기 좌측 및 우측 센터사이드멤버와 상기 제1 및 제2연장멤버가 연결되는 위치에 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 차체구조물을 포함하는 차량이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물은 제1 및 제2연장멤버가 배터리장착부의 하부를 보강하고, 결속구조물이 제1 및 제2연장멤버와 연결되는 제1 및 제2크로스멤버에 체결되기 때문에 배터리를 견고하게 결속할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물은 배터리를 결속하는 결속구조물이 제1연장멤버, 제2연장멤버, 제1크로스멤버, 제2크로스멤버와 함께 강성을 강화하고, 제1크로스멤버와 제1 및 제2연장멤버가 연결되는 위치에 좌측 및 우측 센터사이드멤버가 연결되기 때문에 배터리장착부 주변 뿐 아니라 전체의 종방향 굽힘강성, 횡방향 굽힘강성, 비틀림 강성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물은 좌측 및 우측 프론트사이드멤버, 좌측 및 우측 센터사이드멤버, 제1 및 제2연장멤버가 종방향으로 연속하도록 배치되기 때문에 종방향 굽힘강성을 높일 수 있고, 차량의 충돌 시 종방향 충돌에너지가 좌측 및 우측 센터사이드멤버를 통해 제1 및 제2연장멤버로 전달되도록 할 수 있으며, 충돌에너지가 배터리장착부에 이르러 분산되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물은 연료탱크장착부가 좌측 및 우측 센터사이드멤버와 제1 및 제2연장멤버가 연결되는 위치에 마련되기 때문에 연료탱크가 좌측 및 우측 센터사이드멤버와 연계된 구조체로 기능하여 차체구조물의 강성을 높일 수 있다. 아울러 차량의 충돌 시 좌측 및 우측 센터사이드멤버를 통하여 종방향으로 전달되는 충돌에너지가 연료탱크장착부에 이르러 연료탱크로 분산되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물의 분해 사시도로 배터리와 연료탱크를 분리한 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물의 사시도로 제1 및 제2연장부재를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물의 사시도로 결속구조물의 설치상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물의 사시도로 결속구조물에 의해 배터리가 결속된 상태를 나타낸다.
도 7은 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 8은 도 1의 B-B'선에 따른 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차체구조물은 객실 바닥을 이루는 센터플로어(10), 후미 바닥을 이루는 리어플로어(20), 센터플로어(10)와 리어플로어(20) 사이에 마련되며 그 위에 배터리(30)가 장착되는 배터리장착부(40), 배터리(30)를 결속하는 결속구조물(200), 배터리장착부(40) 쪽을 보강하는 제1 및 제2크로스멤버(50,60), 제1 및 제2연장멤버(70,80)를 포함한다.
센터플로어(10)는 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12), 좌측 및 우측 사이드실(13,14), 센터터널(15), 복수의 센터크로스멤버(16a,16b,16c)을 포함할 수 있다. 좌측 센터사이드멤버(11)와 우측 센터사이드멤버(12)는 센터플로어(10)를 구성하는 패널(10a)의 하부에 결합된 상태에서 센터플로어(10)를 보강한다. 좌측 센터사이드멤버(11)와 우측 센터사이드멤버(12)는 종방향 굽힙강성을 높이도록 전후방향으로 연장되고, 전단이 좌측 및 우측 프론트사이드멤버(17,18)와 각각 연결된다.
도 3을 참조하면, 좌측 사이드실(13)과 우측 사이드실(14)은 센터플로어(10) 좌측단부와 우측단부를 보강하도록 전후방향으로 길게 연장된다. 좌측 사이드실(13)과 우측 사이드실(14)은 좌측 및 우측 프론트사이드멤버(17,18)로부터 사선방향으로 각각 연장된 연장구조물(13a,14a)과 연결될 수 있다.
리어플로어(20)는 도 2에 도시한 바와 같이, 좌측 및 우측 리어사이드멤버(21,22), 리어크로스멤버(23)를 포함할 수 있다. 좌측 및 우측 리어사이드멤버(21,22)는 리어플로어(20)의 종방향 굽힘강성을 높이도록 양측에 전후방향으로 길게 연장되고, 좌측 사이드실(13)과 우측 사이드실(14)의 후단부와 연결될 수 있다.
제1크로스멤버(50)는 배터리장착부(40)와 센터플로어(10)가 연결되는 경계부분에 횡방향으로 연장되며, 배터리장착부(40)의 횡방향 굽힘강성을 높인다. 제1크로스멤버(50)는 양단이 좌측 사이드실(13)과 우측 사이드실(14)에 각각 연결되고, 센터플로어(10) 양쪽의 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)의 후단과 패널(10a)을 사이에 두고 각각 연결된다. 즉 도 4와 도 7에 도시한 바와 같이, 제1크로스멤버(50)는 패널(10a)의 상면에 용접되고, 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)는 제1크로스멤버(50)가 위치하는 패널(10a)의 하면에 용접되므로 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)는 제1크로스멤버(50)는 구조적으로 연결된다.
제2크로스멤버(60)는 배터리장착부(40)와 리어플로어(10)가 연결되는 경계부분에 횡방향으로 연장되며, 배터리장착부(40)의 횡방향 굽힘강성을 높인다. 제2크로스멤버(60)는 양단이 좌측 및 우측 리어사이드멤버(21,22)에 각각 연결된다.
도 4를 참조하면, 제1연장멤버(70)와 제2연장멤버(80)는 상호 횡방향으로 이격된 상태에서 제1크로스멤버(50)와 제2크로스멤버(60)를 연결하도록 종방향으로 연장된다. 즉 제1연장멤버(70)와 제2연장멤버(80)는 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)와 제1크로스멤버(50)가 연결되는 위치로부터 후방으로 연장되어 제2크로스멤버(60)에 각각 연결된다. 제1연장멤버(70)와 제2연장멤버(80)는 배터리장착부(40)의 종방향 굽힘강성을 높인다. 제1연장멤버(70)와 제2연장멤버(80)의 전단부는 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)의 후단부와 제1크로스멤버(50)에 용접된다.
이러한 차체구조물은 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 좌측 및 우측 프론트사이드멤버(17,18), 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12), 제1 및 제2연장멤버(70,80)가 종방향으로 연속하여 연결되도록 배치되기 때문에 종방향 굽힘강성을 높일 수 있다. 아울러 차량의 정면 충돌 시 충돌에너지가 좌측 및 우측 프론트사이드멤버(17,18), 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)를 통해 제1 및 제2연장멤버(70,80)로 전달되도록 할 수 있고, 배터리장착부(40)에 이르러 분산되도록 할 수 있다.
도 7를 참조하면, 제1크로스멤버(50)는 배터리(30)의 하부를 지지하고, 제2크로스멤버(60)는 제1크로스멤버(50)보다 높은 위치에서 배터리(30)의 후방 측면을 지지할 수 있다. 따라서 배터리장착부(40)는 그 상부에 탑재되는 배터리(30)를 안정적으로 지지할 수 있고, 그 하부에 연료탱크(300)의 장착을 위한 공간을 제공할 수 있다.
도 2와 도 7을 참조하면, 배터리장착부(40)의 하부에는 연료탱크(300)의 전방체결부(311)가 장착되는 연료탱크장착부(320)가 마련될 수 있다. 연료탱크(300)는 하부 양측이 각각 결속부재(310)에 의해 결속된 상태에서 양측의 전방체결부(311)가 배터리장착부(40) 하부에 마련된 연료탱크장착부(320)에 장착되고, 양측의 후방체결부(312)가 리어크로스멤버(23)에 체결될 수 있다.
연료탱크(300)의 전방체결부(311)가 장착되는 연료탱크장착부(320)는 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)와 제1 및 제2연장멤버(70,80)가 연결되는 위치에 마련될 수 있다. 즉 연료탱크장착부(320)는 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)와 제1 및 제2연장멤버(70,80)와 동일라인 선상에 위치할 수 있다.
이러한 차체구조물은 연료탱크장착부(320)가 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)와 제1 및 제2연장멤버(70,80)가 연결되는 위치에 마련되기 때문에 연료탱크(300)가 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)와 연계된 구조체로 기능하여 차체구조물의 강성을 높일 수 있다. 아울러 차량의 충돌 시 좌측 및 우측 센터사이드멤버(11,12)를 통하여 종방향으로 전달되는 충돌에너지가 연료탱크장착부(320)에 이르러 연료탱크(300)로도 분산되도록 할 수 있다.
도 2, 도 5, 도 6을 참조하면, 배터리(30)를 결속하는 결속구조물(200)은 상부프레임(210), 제1결속프레임(220), 제2결속프레임(230), 제3결속프레임(240), 제4결속프레임(250), 제5결속프레임(260)을 포함한다. 이러한 결속구조물(200)은 배터리(30)의 외측을 결속한 상태에서 제1 및 제2연장멤버(70,80)와 연결되는 제1 및 제2크로스멤버(50,60)와 좌측 및 우측 리어사이드멤버(21,22)에 마련된 보강부재(93)에 각각 체결될 수 있다.
상부프레임(210)은 배터리(30)의 상측 둘레부분을 보강하는 강철바가 둘레를 따라 곡선형으로 밴딩된 형태일 수 있다. 제1 내지 제3결속프레임(220,230,240)은 상부프레임(210)의 외측을 결속하는 형태일 수 있고, 용접에 의해 상부프레임(210)에 결합될 수 있다.
제1결속프레임(220)은 배터리(30)의 외측을 전후방향으로 결속한다. 제1결속프레임(220)은 한쪽이 제1연장멤버(70)가 연결된 위치의 제1크로스멤버(50) 에 체결되고 다른 쪽이 제1연장멤버(70)가 연결된 위치의 제2크로스멤버(60)에 체결된다.
제2결속프레임(230)은 제1결속프레임(220)과 마찬가지로 배터리(30)의 외측을 전후방향으로 결속한다. 제2결속프레임(230)은 한쪽이 제2연장멤버(80)가 연결된 위치의 제1크로스멤버(50)에 체결되고 다른 쪽이 제2연장멤버(80)가 연결된 위치의 제2크로스멤버(60)에 체결된다.
제3결속프레임(240)은 배터리(30)의 상측에서 제1 및 제2결속프레임(220,230)과 교차하는 형태로 배터리(30) 외측을 횡방향으로 결속한다. 제3결속프레임(240)은 양단이 좌측 리어사이드멤버(21) 및 우측 리어사이드멤버(22)에 각각 마련된 보강부재(93)에 체결된다. 제3결속프레임(240)은 제1 및 제2결속프레임(220,230)과 교차하는 부분이 제1 및 제2결속프레임(220,230)에 용접될 수 있다.
제4결속프레임(250)은 복수로 구성될 수 있다. 제4결속프레임(250)은 상부가 상부프레임(210)의 전방 측에 용접된 상태에서 제1크로스멤버(50) 쪽으로 연장되고, 제1크로스멤버(50)에 체결될 수 있다.
제5결속프레임(260)은 복수로 구성될 수 있다. 제5결속프레임(260)은 상부가 상부프레임(210)의 후방 측에 용접된 상태에서 제2크로스멤버(60) 쪽으로 연장되며, 제2크로스멤버(60)에 체결될 수 있다.
결속구조물(200)은 제1결속프레임(220), 제2결속프레임(230), 복수의 제4결속프레임(250), 복수의 제5결속프레임(260)이 배터리(30)의 외측을 종방향으로 결속하고, 제3결속프레임(240)이 배터리(30) 외측을 횡방향으로 결속하기 때문에 배터리(30)를 배터리장착부(40)에 견고하게 고정시킬 수 있다.
제1크로스멤버(50)와 제2크로스멤버(60) 내부에는 도 4와 도 7에 도시한 바와 같이, 제1결속프레임(220)과 제2결속프레임(230)이 체결되는 부분을 보강하는 복수의 보강부재(91,92)가 설치될 수 있다. 좌측 및 우측 리어사이드멤버(21,22)에는 도 8에 도시한 바와 같이, 제3결속프레임(240) 양단이 체결되는 부분을 보강하는 보강부재(93)가 각각 설치될 수 있다.
제1결속프레임(220)은 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 제1연장멤버(70)와 함께 배터리(30)의 외측을 환형으로 결속하고, 제2결속프레임(230)은 제2연장멤버(80)와 함께 배터리(30)의 외측을 환형으로 결속한다. 그리고 제3결속프레임(240)은 도 6과 도 8에 도시한 바와 같이, 양단이 좌측 리어사이드멤버(21) 및 우측 리어사이드멤버(22)에 마련된 보강부재(93)에 견고하게 체결된다.
이러한 결속구조물(200)은 배터리(30)를 견고하게 결속하는 기능 뿐 아니라, 차체구조물의 종방향 굽힘강성, 횡방향 굽힘강성, 비틀림 강성을 높일 수 있다. 결속구조물(200)이 제1연장멤버(70), 제2연장멤버(80), 제1크로스멤버(50), 제2크로스멤버(60)와 함께 배터리장착부(40)의 강성을 강화하기 때문에 차체구조물의 전체적인 강성을 향상시킬 수 있다.
10: 센터플로어, 11: 좌측 센터사이드멤버,
12: 우측 센터사이드멤버, 20: 리어플로어,
21: 좌측 리어사이드멤버, 22: 우측 리어사이드멤버,
30: 배터리, 40: 배터리장착부,
50: 제1크로스멤버, 60: 제2크로스멤버,
70: 제1연장멤버, 80: 제2연장멤버,
200: 결속구조물, 210: 상부프레임,
220: 제1결속프레임, 230: 제2결속프레임,
240: 제3결속프레임, 250: 제4결속프레임,
260: 제5결속프레임, 300: 연료탱크,
320: 연료탱크장착부.

Claims (10)

  1. 플로어에 마련되며 위에 배터리가 장착되는 배터리장착부;
    상기 배터리장착부 전방에 마련되며 상기 플로어를 보강하는 제1크로스멤버;
    상기 배터리장착부 후방에 마련되며 상기 플로어를 보강하는 제2크로스멤버;
    상기 제1크로스멤버와 상기 제2크로스멤버를 연결하도록 종방향으로 연장되고 상호 횡방향으로 이격되며 상기 배터리장착부의 하부를 보강하는 제1연장멤버와 제2연장멤버; 및
    상기 배터리를 결속한 상태로 상기 제1 및 제2크로스멤버에 체결되는 결속구조물;을 포함하는 차체구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리장착부 전방의 상기 플로어를 보강하며, 상기 제1크로스멤버와 상기 제1 및 제2연장멤버가 연결되는 위치에 각각 연결되는 좌측 및 우측 센터사이드멤버를 더 포함하는 차체구조물,
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결속구조물은,
    상기 배터리를 전후방향으로 결속하며 한쪽이 상기 제1연장멤버가 연결된 위치의 상기 제1크로스멤버에 체결되고 다른 쪽이 상기 제1연장멤버가 연결된 위치의 상기 제2크로스멤버에 체결되는 제1결속프레임; 및
    상기 배터리를 전후방향으로 결속하며 한쪽이 상기 제2연장멤버가 연결된 위치의 상기 제1크로스멤버에 체결되고 다른 쪽이 상기 제2연장멤버가 연결된 위치의 상기 제2크로스멤버에 체결되는 제2결속프레임; 을 포함하는 차체구조물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 결속구조물은,
    상기 배터리를 횡방향으로 결속하며 양단이 상기 좌측 및 우측 리어사이드멤버에 마련된 보강부재에 체결되는 제3결속프레임을 더 포함하는 차체구조물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결속구조물은,
    상기 배터리의 상측 둘레부분를 보강하며 상기 제1, 제2, 제3결속프레임에 의해 결속되는 상부프레임을 더 포함하는 포함하는 차체구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결속구조물은,
    상기 상부프레임으로부터 연장되어 상기 제1크로스멤버에 체결되며 상기 배터리의 전방 외측을 결속하는 하나 이상의 제4결속프레임; 및
    상기 상부프레임으로부터 연장되어 상기 제2크로스멤버에 체결되며 상기 배터리의 후방 외측을 결속하는 하나 이상의 제5결속프레임;을 더 포함하는 차체구조물.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2결속프레임과 체결되는 부분을 보강하도록 상기 제1크로스멤버와 상기 제2크로스멤버에 마련된 복수의 보강부재를 더 포함하는 차체구조물.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 배터리장착부의 하부에 마련되며 연료탱크의 체결부가 장착되는 연료탱크장착부를 더 포함하는 차체구조물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연료탱크장착부는 상기 좌측 및 우측 센터사이드멤버와 상기 제1 및 제2연장멤버가 연결되는 위치에 마련되는 차체구조물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 차체구조물을 포함하는 차량.
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