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- 저자 : 안재헌(Jaehun Aan) (검색결과 4 건)
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경량화 카울 크로스 바 실차 충돌 모사 해석 방법론에 관한 연구
최익근(IkKeun Choi),안재헌(Jaehun Aan),박상현(Sanghyun Park),최완규(Wangyu Choi),현진(Jin Hyun) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2022 No.6
칵핏 모듈내 위치하는 카울 크로스 바는 칵핏 모듈 전체 중량의 약 30% 이상을 차지하는 주요 부품으로서, 주변 부품이 정상적인 기능이 가능하도록 인체의 뼈대와 같은 역할을 수행한다. 전기차 주행거리 향상을 위해 카울 크로스 바의 경량화는 필수적이기에 전기차에서는 다양한 재질과 공법으로 경량화 카울 크로스 바를 개발 또는 양산 적용하고 있는 상황이다. 본 연구의 경량화 카울 크로스 바는 스틸 파이프와 스틸 브라켓을 용접하여 제품을 제작했던 기존 카울과 달리 플라스틱 복합재 파이프를 인서트 사출하여 브라켓을 제작하는 컨셉이다. 카울의 5대 성능은 실차 충돌, NVH 성능, 내구성능, 조향 강성, 마운팅 (토크) 강성으로 정의되고, 그 중 실차 충돌은 승객의 상해와 가장 밀접한 연관성을 가지고, 크게 법규와 상품성 테스트로 구분되며 지역별로 조금씩 상이한 테스트 방법과 기준을 적용하고 있다. 이에 완성차에서는 개발 단계 충돌 테스트 해석 및 실제 테스트 검증을 통해 충돌 성능을 확보 한 후 양산한다. 하지만 완성차에서 검증하는 해석과 테스트는 차체 변형에 의해 승객의 상해에 대한 결과로, 칵핏 내 장착되는 카울 크로스 바의 변형과 파손은 비중 있게 검증되지 않는게 현실이다. 종래의 스틸 재질의 카울 크로스 바는 높은 신율을 가지고 있기에 실차 충돌에 매우 유리하지만, 중량이 많이 나가는 단점을 가지고 있다. 반면에 경량화 카울 크로스 바는 중량 최적화를 통해 연비 증대를 할 수 있지만, 스틸 대비 부족한 신율로 인해 실차 충돌시 파손 발생 할 수 있는 리스크를 가지고 있다. 이에 본연구에서는 실차 개발 단계에 완성차의 해석 결과에서 얻을 수 있는 차체 변형량과 힘의 방향을 활용하여 경량화 카울 크로스바에 강건화 구조 검증이 가능하도록 실차 충돌 유사 해석 방법을 연구/개발하였다. 이 해석을 통해 실차 충돌시 경량화 카울 크로스 바의 변형/거동/파단을 확인 가능하기에, 중량 및 구조 최적화에 활용 가능하다. 본 연구는 경량화 카울 크로스 바 외에 종래의 카울 크로스 바에도 확대검증 가능하기에 그 의미와 기술적 가치가 높다고 할 수 있다.
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전기차용 경량화 카울 크로스 바 구조 강건화에 대한 연구
최익근(IkKeun Choi),최재섭(Jaeseob Choi),유영진(Youngjin You),안재헌(Jaehun Aan),박상현(Sanghyun Park) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
전세계적으로 전기차 판매량이 2019년 처음으로 200만대를 넘어선 가운데, 10년 뒤에는 3000천만대까지 전기차 판매량이 늘어날 것이라는 전망이 나왔다. (한국 딜로이트그룹 “전기차 시장전망 리포트 참조) 이와 같은 전기자동차 시장의 전망은 낮은 연료비로부터 경제적 이익을 제공할 수 있는 전기 자동차에 대한 고객의 관점의 변화가 가장 큰 요인이라 할 수 있다. 하지만 여전히 전기차의 짧은 주행거리는 전기차 구매를 고민하게 만드는 원인이 된다. 이에 완성차에서는 주행거리를 최대한 증대하기 위해서 전기차 중량을 최소화 하기위한 구조 최적화에 대한 연구/개발에 박차를 가하고 있다. 차량내 인테리어중 칵핏모듈내 위치하는 카울 크로스 바는 칵핏 모듈 전체 중량의 약 30% 이상을 차지하는 주요 부품으로서, 주변 부품이 정상적인 기능이 가능하도록 인체의 뼈대와 같은 역할을 수행한다. 전기차의 경량화에 대한 연구는 내연기관 자동차의 요구성능에 비해 동등이상의 성능을 만족해야 하는 전제 조건이 필요하기에 카울 5대 성능인 충돌, NVH, 내구, 조향, 마운팅 강성에 대해 요구성능을 만족해야만 한다. 이에 주요 전기차 생산업체는 알루미늄, 마그네슘, 고강성 플라스틱등의 다양한 소재를 활용하여 전기차 경량화 카울 크로스 바를 개발해서 전기차에 적용을 하였으나, 하이드로 포밍 공법으로 제작하는 알루미늄 파이프 하이브라드 카울 크로스 바와 프레스 공법과 특수 용접을 통해 제작하는 알루미늄 카울 크로스 바, 다이케스팅 공법으로 제작하는 마그네슘 카울 크로스바는 스틸 카울 바 대비 중량 축소는 가능하지만, 많은 설비 비용과 원가 상승이 동반 되어서 생산업체/양산차의 수익이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 마그네슘, 알루미늄에 비해 원가를 최소화하고, 스틸 파이프와 같은 높은 강성 확보를 위해 본 연구는 두가지 방법으로 요구성능을 만족하는 카울 파이프 구조 최적화에 대해 연구하였다. 첫번째는 소재/공정에 대한 구조 최적화로, PP+GF 플라스틱 소재를 압출하여 카울 파이프 내측을 구성하고, 그 위에 연속 섬유 복합소재를 와인딩 한 후, 마지막으로 PP+GF 소재로 압출하여 파이프 외측을 구성하였다. 두번째는 연속섬유 복합소재 카울 파이프를 “Taguchi Method”를 활용하여 고객 사용조건하에서도 제품의 수명 기간동안 카울 파이프의 제 기능을 발휘할 수 있도록 “Robust Design” 하였다. 본 연구의 결과로 개발된 연속섬유 플라스틱 파이프는 비금속 재질을 활용하여 경량화 카울 크로스 바를 개발한 세계 최초 사례로 그 의미와 기술적 가치가 높다고 할 수 있다. 이에 본연구에서는 연속섬유 플라스틱 파이프의 구조 최적화 연구 결과에 대해 기술하고자 한다.
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