SUV 차량의 실내 이상 소음 저감을 위한 엔진 마운트 브래킷의 최적설계

정대영 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

상용차의 주행 안정성 개선을 위한 후륜 현가장치 최적설계에 관한 연구

김완 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

본 연구에서는 상용차의 후륜 현가장치에 주로 사용되는 판스프링의 최적설계를 통하여 차량의 주행안정성을 향상시키는 설계기법을 제안한다. 주행성능을 분석하고 최적화를 수행하기 위해 차량 동역학 모델과 판스프링 유한요소모델을 개발하였으며, 개발된 모델의 타당성을 검증하기 위해 국제표준화기구인 ISO에서 규정한 주행성능 평가방법으로 도로 및 운전조건을 모사하여 정상상태 원 선회시험과 횡 방향 과도응답시험을 다물체 동역학 해석을 통하여 수행하였다. 개발된 모델의 차량 동특성에 영향을 미치는 설계인자를 일차적으로 선정하기 위해 Plackett-Burman 실험계획법을 이용하여 주행성능에 영향을 미치는 성능인자를 검사(screening) 하여 설계인자들을 선정하였다. 선정된 설계인자들을 이용하여 반응표면법에 기초한 실험계획법을 이용하여 주행성능 향상을 고려한 반응표면함수를 도출하였으며, 이들 함수에 대한 후륜 현가장치의 최적설계를 위해 민감도 분석을 통하여 주행성능에 기여도가 큰 하드 포인트, 두께 및 형상 정보를 설계 변수로 결정하였다. 결정된 설계변수들과 롤강성 및 롤센터 높이에 대한 제약조건으로 최적 설계를 수행하였고, 이 과정을 통하여 판스프링의 최적설계 문제 정식화를 수행하여 판 스프링 최적화 모델을 도출하였으며, 최적화된 판스프링을 차량 동역학 모델에 적용하여 동특성 성능평가를 수행하여 주행성능이 향상되었음을 확인하였다. This study presents an optimal design for the leaf spring rear suspension that is suitable for improving the running stability of commercial vehicles. A vehicle dynamics model and leaf spring finite element model were developed to analyze and optimize the running stability. To verify the validity of the developed model, steady-state circular driving and transverse lateral response tests were performed through multibody dynamics analysis. Sensitivity analysis was conducted to determine the design variables of the leaf spring that affect the vehicle dynamics. By designing experiments based on the response surface method, the response surface function considering the improvement of the running stability was derived using the selected design variables. For the optimal design of the leaf spring, the hard point, thickness, and width, which contributed to the running stability, were utilized as design variables. The optimal design was determined with constraints on roll stiffness and roll center height with respect to the selected design variables. Through this process, an optimization model of the leaf spring was obtained. By applying the optimized leaf spring to the vehicle dynamics model, the dynamics characteristics were evaluated to confirm that the running stability was improved.

속도관측기를 이용한 전기각 노이즈 저감에 관한 연구

임경묵 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

최근 환경에 대한 규제가 강력해지면서, 완성차 업체는 차량의 연비 향상을 위해 다양한 연구를 수행하고 있다. 그중 화석연료로부터 동력을 얻는 엔진을 대체하여 전기모터를 사용하는 EV에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만 아직 기존의 내연기관 자동차에 비해 EV의 가격이 높기 때문에 하이브리드 EV가 주로 상용화 되고 있다. 하이브리드 EV의 핵심 부품인 ISG(Integrated Starter & Generator, 시동발전기)는 회전자에 코일을 이용하여 가격을 저감할 수 있는 WRSM(Wounded Rotor Synchronous Motor)과 회전자에 영구자석을 이용하여 무게 비출력과 효율을 높인 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)이 주로 사용된다. PMSM중에서도 구조적으로 강인하여 고속회전이 가능하고, 영구자석 토크 및 자석의 돌극비를 이용한 리럭턴스 토크를 이용할 수 있는 IPMSM(Interior PMSM)이 주로 사용되고 있다. PMSM 및 WRSM을 제어하기 위해 벡터제어가 사용된다. 벡터제어의 핵심은 전동기 회전자의 위치를 파악하는데 있다. 회전자 위치를 정확히 파악하지 못하면, 모터의 효율 저하는 물론, 모터링 구간에서 발전하거나 혹은 반대의 경우가 발생할 수 있다. 회전자의 위치를 파악하기 위해 주로 Encoder, MR sensor, Resolver등이 사용된다. Encoder는 초기 절대위치를 파악하기 어려워 자동차분야에선 주로 사용하지 않는다. MR sensor와 Resolver는 둘 다 절대위치 파악이 가능하다. 하지만 RDC(Resolver to Digital Converter) 및 여자신호 발생을 위한 추가적인 회로가 필요함에도 불구하고, 기계적 강인함을 이유로 차량 구동 분야에서는 주로 Resolver를 이용한다. Resolver를 이용할 경우 센서에서 보내는 전압 신호가 RDC를 거친 후 그 결과가 MCU(Micro Controller Unit)에 입력되면, 위치센서 신호처리 알고리즘을 통해 위치를 검출하게 된다. 하지만 차량의 전장부품의 비중이 높아지고 배터리 전압이 높아지면서 차량내 전기적 노이즈가 증가하게 되었다. 이러한 노이즈는 센서의 전기적 신호선에 주입되어 정확하지 않은 센서 신호를 만들게 되고, 이는 벡터제어에 필요한 회전자 위치 검출의 정밀도를 저하시킨다. 또한 RDC에는 분해능 한계가 있기 때문에, 정확한 위치신호를 입력받아도 그이상의 정밀도를 기대할 수 없다[1]. 본 논문에서는 속도관측기를 이용하여 회전자 전기각을 연산하고, 원 신호와 속도관측기에서 연산한 신호를 이용한 전류에 각각 푸리에 트랜스폼을 취하여 주파수 특성을 분석한다. 또한 차량용 ISG는 벨트를 통해 차량 엔진축과 연결되어있는데, 차량이 고속에서 구동하게 될 경우 벨트가 떨리게 되고 이는 모터 입장에서 부하토크가 순시적으로 변하는 것이 된다. 이렇게 될 경우 모터 입장에서 가가속도 구동 상황이 발생된 것으로, 극심한 속도의 변화가 발생하게 된다. 기존에 제안된 2차 제어 시스템의 관측기는 이러한 가가속도 상황에서 회전자 위치를 추종할 수 없기 때문에, 3차 제어 시스템의 관측기가 필요하다. 본 논문에서는 기존에 속도제어시스템 용으로 제안된 Luenberger 전차원 속도 관측기를 전류제어 시스템에 맞게 수정한다. 관측기 설계의 기준은 가가속도 상황에서 허용 오차를 제한하고, 적절한 정상상태 수렴 속도와 노이즈저감 성능을 갖도록 대역폭을 설계한다. 계산된 대역폭을 기준으로 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하고, 나아가 DSP(Digital Signal Processor)를 통해 실제 성능을 검증한다. In this paper, the rotor electric angle is calculated using a Speed Observer, and the frequency characteristics are analyzed by taking a Fourier transform for the signals calculated from the original signal and Speed Observer signal. The vehicle ISG is connected to the vehicle engine shaft via a belt. When the vehicle is driven at high speed, the belt is vibrated, which causes the load torque to momentarily change at the motor position. In this case, the motor is in a state of a jerky speed driving situation, and an extremely rapid change occurs. Since the observer of the proposed secondary control system can not follow the rotor position in jerky speed driving situation, an observer of the 3rd order control system is needed. The criteria of the observer design is to design the bandwidth to limit the tolerance in the jerky speed situation and to have the appropriate steady state convergence speed and noise reduction performance. The performance is verified by simulation based on the calculated bandwidth, and furthermore, the actual performance is verified by DSP

재료 및 공정 변수 산포가 프레스 성형품의 품질 변화에 미치는 영향과 고유진동수를 활용한 검사 방법에 관한 연구

지현구 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

일반적으로 1대의 자동차를 생산하기 위해서는 2만~3만 여개의 부품을 필요로 한다. 그 중에서도 프레스 성형공정을 통해 생산되는 부품의 경우 차체, 엔진, 조향 등 광범위하게 적용되고 있다. 자동차 산업에 사용되는 프레스 성형품의 품질 검사의 경우 조립성 및 감성품질 확보를 위한 상대부품간의 Gap이나 단차에 대한 품질 규정이 존재한다. 하지만, 국소 부위 두께 감소로 인한 불량품의 경우 품질 검사법이 정립되지 않은 상황이다. 특히 넥이나 크랙의 경우 검사자의 육안을 통한 검사가 주를 이루고 있으며 형상이 복잡하거나 육안 식별이 불가능할 경우 불량품이 후 공정 및 필드로 유출될 우려가 있다. 특히 육안 식별이 어려운 넥 불량품이 유출될 경우 피로 및 파괴에 취약하며 후 공정인 도장 및 조립에서 제품이 크랙으로 성장해 더 큰 품질 문제로 성장 할 수 있다. 따라서 이런 불량유형을 선별할 수 있는 검사법에 대한 연구가 필요한 상황이다. 본 연구는 재료 및 공정의 산포가 프레스 성형품의 품질변화에 미치는 영향에 관해 분석하고, 기계 구조물의 고유 성질인 고유진동수를 활용하여 프레스 성형품의 불량제품의 검사 방법에 관해 연구하였다. LDH 실험을 프레스 공정이라 가정하여 진행하였으며 실험과 해석의 유효성을 검증하였다. 유효성 검증 후 변수를 설정하여 유한요소 해석을 통해 연구하였으며 각각의 불량 유형에 고유진동수를 이용한 검사법이 적합한지 확인하였다. In general, 20,000 to 30,000 parts are required to produce one automobile. Particularly, the parts produced through the press forming process are widely applied such as body, engine, and steering. In the case of quality inspection of press-formed products used in the automotive industry, there is a quality regulation for the gap and the level difference between the relative parts for securing the assemblability and the sensitive quality. However, in the case of defective products due to the reduction of the local site thickness, the quality inspection method has not been established yet. Particularly, in the case of neck or crack, inspection through the naked eye is mainly made by the inspector. If the shape is complicated or the naked eye can not be identified, the defective product may be leaked to the post-process and field. Particularly, it is vulnerable to fatigue and fracture when a neck defect that is difficult to visually identify is leaked, and the products grows into cracks in the subsequent painting process and assembly, which can lead to a critical quality problem. Therefore, it is necessary to study the test method for distinguishing fair products and defective products. The purpose of this study is to investigate the effect of variation of materials and processes on the quality change of press-formed products, and to investigate the method of inspection defective products of press-formed products by using the natural frequency. In this study, LDH experiments were supposed as a press process and the validity of the experiment and the analysis were verified. After validation, variables were set up and analyzed through finite element analysis, and it was confirmed that the test method using natural frequency was suitable for each failure type.

전기자동차 및 하이브리드 자동차용 이중3상 동기전동기의 벡터제어기법 연구

왕치 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내박사

Due to the advantages of low-voltage high-power, less torque ripple, and excellent fault tolerance ability, the multi-phase motor drive system is essentially capable of meeting the requirement of high-power electric drive system for the practical application. In the past, the multi-phase motor was widely used in the military purpose, high-reliability requirement and high-power applications such as aerospace and ship propulsion. The dual three-phase synchronous machine is a symmetric twelve-phase system according to the stator winding structure, an asymmetric six-phase system according to the control circuit. It is because of this winding configuration, the k=6n±1(n=1, 3, 5,⋯) order air-gap flux harmonics of the three-phase were eliminated. Therefore, the copper losses produced by these harmonics as well as torque harmonics were eliminated. These advantages make the dual three-phase synchronous machine have the best prospect. In the last few years, the dual three-phase synchronous machine has been gradually employed in the automobile component such as Electric Power Steering (EPS), Integrated-Starter-Generator (ISG), Belt-Stator-Generator (BSG), alternator and so on. However, there are many technical issues still existed in reality as an emerging technology, which is worth much research and discussion. Hence, this paper considers a 30° shift Y-connection dual three-phase synchronous machine as a study object. Several major issues of the dual three-phase synchronous machine drive system were comprehensively studied. It is of benefit for improving the motor performance and practical applications. Firstly, this paper deduced the self-inductance and mutual inductance of the dual three-phase permanent magnet synchronous machine (PMSM) by two-reaction theory. And the mathematical models were deduced based on different reference frame transformation of the double d-q and vector space decomposition (VSD) coordinate, respectively. Accordingly, the vector control based on the double d-q model is equivalent to control the two three-phase machines, whereas the VSD model has six-dimension vectors in three sub-planes that orthogonal to each other. According to the VSD analysis, the current in the fundamental wave sub-plane is the only one have the contribution to the electromechanical torque, and the currents in the other two sub-planes are non-participate in the energy conversion. However, the current in the z1-z2 sub-plane has the effect on the harmonics, and the current in the o1-o2 sub-plane is zero due to the separated neutral point. Therefore, the four-dimension current can be used for the vector control. This paper extensively introduce the internal relation between two kinds of the vector control strategy based on the different model. The theoretical difference is that the vector control based on VSD model could directly and effectively control the harmonic current component in the z1-z2 sub-plane what is irrelevant to electromechanical energy conversion. Afterwards, this paper has an in-depth analysis of the pulse width modulation (PWM) scheme for the dual three-phase machine based on the VSD model because of its good control degree of freedom. The conventional two-vector space vector PWM (SVPWM) has the better DC-link voltage utilization but the injected harmonic voltage is too high. The four-vector SVPWM only could be used for the sinusoidal voltage that restricts its modulation range. To address this issue, this study extended the four-vector SVPWM to the over-modulation region to acquire the identical modulation range to the two-vector SVPWM scheme and meanwhile reduced the injected harmonic voltages and currents. However, the four-vector SVPWM is very complicated and the PWM waveforms of the six-phase voltage source inverter (VSI) are asymmetric, which make the implementation more difficult in a microprocessor and the switch losses are large as well. Consequently, a new PWM modulation scheme is proposed based on analyzing the injected harmonics in the z1-z2 sub-plane to enhance the voltage utilization. Due to the flexible control features of the VSD model, a three-stage vector control strategy is proposed corresponding to the different modulation regions. It consists of the sinusoidal current modulation region, the sinusoidal voltage modulation region, and the non-sinusoidal voltage region. The first region is linear modulation region where the four-dimension current control is employed, and the two-dimension current control strategy is employed in the other two regions to achieve the improvement of DC-link voltage utilization. In addition, the VSD technique has the insufficient control of the harmonic current component in the z1-z2 sub-plane. This paper proposes a Proportional-Integral-Resonant (PI-R) controller that can directly and effectively control the larger magnitude of the harmonic current in the z1-z2 sub-plane. Consequently, the stator harmonic currents can be effectively suppressed to reduce the system losses. Eventually, a dual three-phase IPMSM used for EPS application is employed to verify the present algorithms. The experiment results show a good agreement with the analysis and the effectiveness and feasibility are demonstrated. 다상 전동기 드라이브 시스템은 낮은 토크 리플과 탁월한 고장 방지 능력으로 군사용, 항공 우주 및 선박 추진 등과 같은 고신뢰성을 요구하는 응용 분야에서 널리 사용된다. 이중 3상 동기 전동기 (PMSM)는 고정자 권선의 구조에 따라 6상 또는 12상 시스템으로 나눌 수 있다. 이러한 고정자 권선 구조를 가지는 동기 전동기는 k = 6n ± 1 (n = 1, 3, 5, ⋯) 차수의 고조파 성분이 제거되며, 토크 리플과 동손이 작다는 장점을 가진다. 이러한 장점으로 현재 자동차 분야에서는 이중 3상 동기 전동기가 각광 받고 있으며, Electric Power Steering (EPS), Integrated-Starter-Generator (ISG), Belt-Stator-Generator (BSG) 등과 같은 부품에 적용되고 있는 사례가 증가하고 있다. 이를 위해 여러 연구가 진행되고 있지만, 여전히 많은 기술적 한계를 지니고 있다. 따라서 본 논문에서는 30도 위상차를 가지는 Y결선의 이중 3상 동기 전동기의 몇 가지 주요 쟁점을 분석하여 최적의 제어 방법을 중심으로 연구하였으며, 이를 통해 전동기의 제어 성능을 향상시킬 수 있는 실용적인 적용 방법을 제안하였다. 먼저 본 논문에서 소개하는 두 종류의 벡터 제어 전략 사이의 관계를 증명하기 위해 Two-reaction 이론에 의한 이중 3상 동기 전동기의 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스를 도출하고, 이중 d-q 및 Vector Space Decomposition(VSD) 좌표의 서로 다른 참조 프레임 변환을 기반으로 전동기 수학적 모델을 도출하였다. 이중 d-q 모델에 기초한 벡터 제어는 2개의 3상 전동기를 제어하는 것과 동일하지만, VSD 모델은 서로 직교하는 3개의 서브 평면에 6차원 벡터를 갖는다. VSD 모델 분석을 통해 토크에 영향을 미치는 전류(α-β)와 고조파에 영향을 미치는 전류(z1-z2)를 벡터 제어에 사용함으로써 고조파 전류를 직접 및 효과적으로 제어 할 수 있다. 또한 VSD 모델을 기반으로 하는 이중 3상 시스템에 대한 펄스 폭 변조 (PWM) 방식에 대한 심층 분석을 하였다. 기존의 2개의 공간 벡터 전압 변조 방식(SVPWM)은 DC 링크 전압 이용률을 높여주지만 상전압의 고조파 비율이 높아진다는 단점이 있고, 4개의 공간 벡터 전압 변조 방식은 정현파 전압 변조만 가능하므로 전압 이용률이 낮다는 단점이 있다. 본 논문에서는 기존 2개의 공간 벡터 전압 변조 방식과 동일한 변조 범위를 얻을 수 있는 개선된 4개의 공간 벡터 전압 변조 방식을 제안하였으며, 이를 통해 전압과 전류의 고조파를 줄이는 결과를 얻었다. 그러나 이 전압 변조 방식을 이용한 6상 전압원 인버터 (VSI)의 PWM 파형은 비대칭이므로 마이크로 프로세서에서 구현이 어렵고 스위치 손실이 크다. 따라서 z1-z2에 주입 된 고조파를 분석하여 전압 이용률을 향상시키는 새로운 PWM 변조 기법과 VSD 모델의 유연한 제어 기능으로 인해 서로 다른 변조 영역(사인파 전류 변조 영역, 정현파 전압 변조 영역, 비 사인파 전압 영역) 에 해당하는 3단계 벡터 제어 전략을 제안 한다. 3단계 중에서 제 1영역은 선형 변조 영역으로 4차원 전류 제어를 사용하고, 다른 2개의 영역에서는 DC링크 전압 이용률을 개선하기 위해 2차원 전류 제어 기법을 사용한다. 또한 z1-z2 평면에서 고조파 전류 제어 성능을 개선 하기 위해 비례 적분 공진(PI-R) 제어 기법을 적용하여 시스템의 손실을 감소 시켰다. 본 논문에서 제안한 알고리즘은 EPS용 이중 3상 동기 전동기에 적용하여 실현 가능성을 입증하였다.

친환경자동차 부품의 피로 및 성능시험용 그립의 최적설계

송성환 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

피로 및 성능 시험용 그립이란 자동차, 선박, 항공, 전자, 바이오 등 산업전반에 걸쳐 연구개발 및 신뢰성 확보하기 위하여 물성, 재료, 내구, 피로시험 등을 할 때 시험편을 잘 잡아는 치구를 말한다. 이러한 그립 중 대표적인 그립 형태 중 공압실런더를 이용한 air 방식의 그립과 시험편을 잡아당길수록 접촉 압력이 높아져 시험편을 더 잘 잡을 수 있는 쇄기형 구조인wedge 방식 그립에 대해 연구하였다. 그립의 형태와 원리를 수학적 이해를 바탕으로 기존 모델에 대해 분석하고 개선된 디자인 모델을 분석하여 고객 친화적 디자인의 구조적 안정성을 해석을 통해 검증하고 개선 디자인의 유효성을 확인하였다. wedge 방식 형상 최적설계를 위해 다구찌법을 활용한 von Mises 해석을 하였으며 이를 통해 wedge의 각도, 높이 등의 최적 수치 결과와 기존의 원형 보다 직각, 육각 등의 형상을 바꾸며 해석하고 비교하였다. 또한 air방식의 그립과 wedge 방식 그립의 기존, 개선 디자인 모델 각각에 대해 스프링을 포함한 요소부품에 대하여 유한요소해석 연구결과를 얻었다. 또한 그립 바디의 고유진동수와 모드형상 해석을 통해 내진 설계를 위한 요소부품의 평가로 의미를 얻었으며 그립을 포한함 시스템의 내진실험의 결과와 비교평가할 때 신뢰성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 주제어 von Mises analysis, wedge action grip, air type grip, 피로시험, 내구시험, 성능시험, 인장시험, 만능재료시험기, 파지력 Grip for fatigue and performance test refers to a tool that holds test specimens when performing physical properties, materials, durability, and fatigue tests in order to ensure R&D and reliability throughout the industry such as automobile, ship, aviation, electronics and bio, etc,. I researched into two typical grips, which includes an air grip using a pneumatic cylinder and a wedge grip with a wedge-type structure that can hold the test specimen more and more with increasing contact pressure as the test piece is pulled. Based on the mathematical understanding, we analyzed the conformation and principle of the grip of the existing model and the improved model, and confirmed the verification and validation through the structural stability of the customer friendly design. For the optimal design of wedge shape, von Mises analysis using Taguchi method. The analysis was performed by changing the shape of the rectangular or hexagon in the existing circle. Through this, the optimal numerical results such as the angle and height of the wedge were deduced. In addition, finite element analysis results were obtained for the element parts (including spring) of each of the old and improved design models of air grip and wedge grip. Furthermore, the results of the study were obtained by evaluating the element parts for the seismic design through natural frequency and mode shape analysis of the grip body, and it was confirmed that the reliability can be obtained when comparing with the results of the seismic test of the system including the grip. Keyword von Mises Analysis, Wedge action grip, Air type grip, Fatigue test, Endurance test, Performance test, Tensile test, Universal material testing machine, Holding power

친환경 자동차의 후방 충돌 성능 개선을 위한 후방 측면부재의 최적설계에 관한 연구

신창현 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

본 연구에서는 친환경자동차의 후방충돌성능을 개선하기 위해 FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standards)에서 시행하는 후방충돌시험법을 기준으로 중형 세단 차체의 후방 구조 최적설계를 수행한다. 차체의 후방 부재를 구성하는 여러 구조 부품 중 후방 충돌에 기여도가 큰 구조 부재를 찾기 위해 충돌에 대한 민감도 해석을 수행하였으며, 이를 통해 설계 대상 구조부재를 결정하였다. 선정된 부재의 충돌에 대한 좌굴성능을 높이기 위해 위상최적설계를 통하여 구조부재의 형상을 1차적으로 결정하였으며, 결정된 단면 형상과 길이 방향 형상에 대한 총 5개의 설계 변수를 설정한 후 박스-벤켄 실험계획법을 통하여 반응표면모델을 생성하였다. 생성한 반응표면함수를 이용하여 충돌 침투량과 자동차 실내 가속도에 대한 제약조건을 설정한 최적설계를 수행하였다. 그 결과 구조 부재에 대한 형상, 치수 및 두께를 결정하였다. 결정된 값들을 차량모델에 적용하여 충돌해석을 수행하였으며 충돌 침투량은 기본 모델에 대해 9.7% 감소하였고, 차량 실내 가속도는 5% 감소한 결과를 얻었다. This study presents an optimized rear side frame for a mid-size sedan body structure to improve the Federal Motor Vehicle Safety Standards regarding the rear crash performance of eco-friendly vehicles. The sensitivity analysis of the rear crash was conducted to determine the critical parts of the rear structures of the vehicle body. The shape of the critical part was determined by topography optimization to improve the buckling performance in a rear collision. To determine the effective design variables for rear crash performance, sensitivity analysis was performed. Five design variables were set for optimization of the design variables. The constraints are the vehicle cabin acceleration and the intrusion resulting from a rear crash. The objective function of the optimization problem is minimizing mass. The optimization was conducted using the response surface method. Thus, five design variables for the shape, dimension, and thickness of the rear side frame were determined. Rear crash analysis was conducted by applying the optimized design variables. Thus, the intrusion resulting from a rear crash was reduced by 9.7%, and the vehicle cabin acceleration was reduced by 5% for the basic model.

크랭크샤프트 스러스트 베어링의 groove 형태에 따른 축 방향 하중지지력에 대한 탄성유체윤활 연구

김영찬 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

최근 자동차 시장에서의 엔진의 추세는 환경오염으로 인한 연비 규제로 인한 저배기량 엔진의 고출력화, 다운사이징이라고 볼 수 있다. 저배기량 엔진에서 고출력을 뽑기 위해서는 과급기를 통해 엔진의 연소압력을 높이는 방법이 보편화되어있다. 높아진 연소압력을 견뎌내기 위해서는 그에 상응하는 엔진의 내구성이 뒷받침 되어야 한다. 내연기관인 엔진에서 연소가스압력은 피스톤과 커넥팅로드를 통해 크랭크샤프트로 전달된다. 이 과정가운데 크랭크샤프트의 메인베어링(Main Bearing)과 스러스트 베어링(Thrust Bearing)은 미끄럼 접촉을 하는 슬리브 베어링(Sleeve Type Bearing)으로 크랭크샤프트와 엔진 블록과의 직접접촉을 방지하여 내구성을 향상시키는 역할을 한다. 이 때 각 베어링 내부에 적절한 윤활유를 충분히 공급해주어 충분한 유막두께를 형성해 주는 것이 중요하다. 본 연구에서는 스러스트 베어링 표면에 충분한 유막두께를 유지하기 위해 여러 가지 설계 인자들 중 오일 그루브(Oil Groove)를 설계하여 스러스트 베어링의 축방향 하중지지력을 향상시키고자 하였다. 그루브의 형태에 따라 베어링의 성능들이 다르게 나타나기 때문에 그루브의 형태는 그루브가 없는 형태를 기준으로, 60도 간격의 Radial 방향과 중심축에서 양 옆으로 15mm떨어진 Parallel 방향을 적용하였고, 각 그루브의 형상에 따른 스러스트 베어링의 동적하중지지력을 확인하였다. 스러스트 베어링의 그루브 형태에 따른 베어링의 하중지지력과 유막두께를 해석하기 위해 상용프로그램인 AVL EXCITE를 통해 베어링의 탄성유체윤활 해석(Elastohydrodynamic Lubrication Analysis)을 진행하였다. Recent engine trend can be seen as downsizing due to fuel efficiency regulations. Therefore, the explosion pressure inside the engine is increased due to the use of the turbocharger in the engine, and studies on the durability against the explosion are actively carried out. The crankshaft of the engine receives the combustion pressure from the connecting rod and serves to transmit the power to the rotary motion. Among the bearings supporting the crankshaft, the thrust bearing supports the axial load of the crankshaft and reduces the friction caused thereby. In this study, a method of improving the bearing capacity of a thrust bearing by designing a groove in a thrust bearing was studied. Accordingly, the grooves parallel to the bearing center line and the grooves in the radial direction were designed to compare the hydrodynamic friction according to the oil flow rate and oil film thickness, which is one of the indexes of the load capacity of the bearing and additionally increasing the area of the groove or changing the direction of the groove to compare the load capacity increment.

프레스 성형품의 결함 검사를 위한 구조진동해석 기법 개발

박정현 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

4차 산업혁명으로 스마트 공장의 보급이 가속화됨에 따라 생산효율성, 품질 및 생산관리의 최적화가 기대되고 있다. 제조업계에서는 보다 효율적인 운영을 위해 설비자가진단 및 차량 결함검사를 위한 기술 확보에 주력하고 있다. 프레스성형으로 생산되는 차체 부품의 결함은 한번 발생되면 다량의 유닛에 연속적으로 나타나는 특징이 있다. 따라서 조기에 발견하지 못하고 도장, 조립 등의 후속공정에서 검출 되면 큰 비용손실을 초래한다. 특히, 차체부품 결함의 하나인 넥(Neck)은 후속공정에서 크랙(Crack) 등의 더 큰 결함으로 이어지거나 완성차 상태에서 반복적인 도로 가진에 의해 내구 파단으로 발전할 위험이 있다. 현재 결함을 진단하는 비파괴검사로는 비전검사 와 음향공진검사 등이 사용되고 있다. 비파괴검사로 심한 크랙은 판별 가능하지만 크랙 발전 가능성이 있는 넥의 경우 정상과의 색상차이가 미미해 현재 비전검사카메라로 검출하기 어렵다. 그리고 넥이 발생할 경우, 그 소리가 작기 때문에 음향공진검사로 검출하기 어려운 부분이 있다. 이러한 이유로 넥의 경우, 해당 부위에 빛을 비춰 육안으로 검사하고 있는 실정이다. 전 공정에서 육안검사가 불가하고 비경제성으로 인해 문제가 되고 있는 실정이다. 따라서 크랙으로 발전가능성이 있는 넥부터 크랙을 아우르는 결함을 생산라인에서 효과적으로 전수 검사할 수 있는 검사법 개발이 필요하다. 본 연구에서는 이를 위한 검사법으로 구조물의 타격과 진동을 이용한 검사법을 제시하였다. 결함부위의 형상적인 변화가 강성변화를 일으키는 요인으로 작용하여 각각의 고유진동수에 영향을 끼치게 된다. 즉 이 검사법은 고유진동수의 차이를 결함여부를 판단하는 기준으로 제시한다. 실제 진동시험에서 결함을 모사할 수 있는 시편이 수적으로 한정적이고 결함의 위치, 크기 등의 유형별 시편 확보가 어렵기 때문에 이를 보완할 수 있는 유한요소해석이 필요하다. 하지만 기존 선행된 연구들이 크랙 결함을 보편적으로 다루었을 뿐 크랙 발생 시 미시적인 물성변화와 거시적인 구조특성의 변화를 고려한 해석기법을 다룬 연구는 적다. 본 연구의 목표는 크랙 발생 시 미시적인 물성변화와 해당영역의 두께감소율을 반영한 효과적인 구조진동 해석 기법을 제시하는 것이다. 결함이 일어나는 국부적인 영역에서의 급진적인 두께 감소를 반영하기 위해서는 해당영역의 조밀한 요소가 필요하며, 이러한 요소 수의 제한으로 까다로운 작업이 필요하다. 이를 간소화하기 위해 크랙의 강성감소효과를 한 개의 요소로 재현할 수 있는 탄성보정계수를 찾아 적용하였다. 결함의 정도와 크기, 위치를 고려하여 해석을 수행하였고 실제 결함을 재현할 수 있음을 검증하였다. 향후 결함과 무결함 시편의 진동특성에 대한 기초적인연구를 통해 결함이 진동특성에 미치는 영향을 데이터베이스화 하여 양산기술에 적용될 수 있는 검사기법수립을 기대한다. The Fourth Industrial Revolution has arrived and it is accelerating the advent of smart-factory. Thus, we anticipate on the improvement of the production efficiency and total quality control. In the manufacturing industry, producers focus on securing advanced technology such as a facility self-diagnosis system and an inspection of defects for efficient production operation. Defects in the car parts produced in the press molding process are characterized by continuous manifestation once they occur. Therefore if it is not detected early, it incurs a heavy expenditure loss in the subsequent process such as a painting and assembly process. Particularly, the necking, which is one of the parts defects of the vehicle body, leads to a larger defect such as crack in the subsequent process or cracks due to repetitive impulse (road excursions) in the state of the fully built units, thereby posing the driver a safety hazard. For crack detection, it is possible to detect by the vision test and acoustic resonance test, which are conventional nondestructive tests, but it is impossible to widen the defect area to the range of the neck. For defect inspection, only visual inspection is possible. However, it is not applicable to all processes and is uneconomical. Therefore, we need a practical defect inspection method that can take into account a wide range of defects, including the neck. This study suggests the method of defects detection by using structural vibration measurement. To find a detection method, various types of specimens are needed, but they are difficult to obtain. Defects occur unexpectedly due to material dispersion and process variance. Thus, we need FEM analysis to support this. Many studies are being conducted about general cracks, but have not addressed the issues from a micro-perspective. The object of this study is to suggest an effective structural vibration analysis method of cantilever beams in consideration of microscopic changes of property and thickness reduction cause of initiation and propagation of fatigue crack. Finite element analysis can be a challenging task. This is because the defects cause a radical reduction of thickness on the local part of the structure. To simulate the behavior of defects correctly, it requires a delicate CAD modeling. To simplify the complicated procedure, this study makes a new element which behaves the same with defects in the modal analysis. This element has a modified Young's modulus value from a study that expresses the effect of changing stiffness as a numerical value. Conducting case studies based on the crack size and the location, which verifies the reproducibility of real defects as using modified Young's modulus modeling.

현가장치의 코너링 컴플라이언스와 시정수 값에 의한 핸들링 성능 설계방법

조범근 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

자동차의 설계과정에서 R&H 성능개발 목표를 설정하여 설계자들이 개발차량의 성능을 예측 할 수 있는 설계 프로세스의 정립이 요구되고 있다. 본 논문에서는 핸들링 목표 성능 달성을 위하여 성능목표를 정량화하고, 현가장치의 동적인 코너링 컴플라이언스와의 관계식을 유도한다. 3자유도 (횡방향/요/롤) 횡방향 동역학 차량 모델을 사용하여 설계 방법을 개발한다. 또한 설계된 샤시 파라미터로 성능목표에 대한 민감도를 구하고 변화량을 예측한다. 함수형 현가장치 모델을 이용한 전차량 모델에 앞서 개발한 3자유도 모델의 결과를 적용하여 설계 방법의 타당성과 모델의 신뢰도를 검증한다. It is required to establish the design process that can predict the performance of the developed vehicle by setting the R&H performance development goal in the design process of the vehicle. In this paper, we quantify the performance goals and derive a relationship with the dynamic cornering compliance of the suspension to achieve handling target performance. Develop a design method using three degrees of freedom (Lateral / yaw / roll) transverse dynamic vehicle model. In addition, the designed chassis parameters are used to obtain sensitivity to performance targets and predict changes. The validity of the design method is verified by applying the results of the three degree of freedom model developed before the vehicle model using the Functional Suspension Model (FSM).