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석유자원의 고갈 및 환경 문제로 야기된 각국의 각종 환경 규제는 석유 자원의 1/3을 소비하며 전체 온실가스 배출량의 1/4을 차지하는 자동차 산업에 직접적인 영향을 주고 있다. 특히 환경 보호와 에너지 절감에 대한 국내외의 관심이 높아지면서 이러한 조건에 대응하기 위해 자동차 차체의 경량화에 대한 연구가 필요하다.
자동차의 중요한 요소 중 하나인 자동차 시트는 차량 주행 시 전달되는 충격이나 진동을 적절하게 흡수하여 승객에게 안락성을 제공한다. 또한 이러한 여건을 만족시키면서 승객의 안전을 보장하는 충분한 강성과 강도를 가져야 한다.
따라서 본 논문에서는 현재 시판되고 있는 SUV (Sports Utility Vehicle) 차량의 조수석에 장착되고 있는 시트 프레임의 소재를 ...

석유자원의 고갈 및 환경 문제로 야기된 각국의 각종 환경 규제는 석유 자원의 1/3을 소비하며 전체 온실가스 배출량의 1/4을 차지하는 자동차 산업에 직접적인 영향을 주고 있다. 특히 환경 보호와 에너지 절감에 대한 국내외의 관심이 높아지면서 이러한 조건에 대응하기 위해 자동차 차체의 경량화에 대한 연구가 필요하다.
자동차의 중요한 요소 중 하나인 자동차 시트는 차량 주행 시 전달되는 충격이나 진동을 적절하게 흡수하여 승객에게 안락성을 제공한다. 또한 이러한 여건을 만족시키면서 승객의 안전을 보장하는 충분한 강성과 강도를 가져야 한다.
따라서 본 논문에서는 현재 시판되고 있는 SUV (Sports Utility Vehicle) 차량의 조수석에 장착되고 있는 시트 프레임의 소재를 강재에서 탄소섬유강화 복합재료 (CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)으로 변경함으로써 시트 프레임의 중량을 감소하려고 하였다. 시트 프레임 전체를 고려하지 않고 등받이 부분의 소재 변경으로 그 적용 범위를 제한하였다.
시트 프레임의 등받이를 CFRP로 제작하기 위해서는 금형에 CFRP를 적층한 이후 오토클레이브를 사용하여 성형을 하였다. 여기서 성형성을 고려하여 금형은 양각으로 제작하였고, 성형 후 탈형을 위해 금형을 9개로 분할하여 제작하였다.
제작된 시트 프레임은 미국 연방자동차 안전기준 (FMVSS, Federal Motor Vehicle Safely Standards)에 명시되어있는 항목 중 자동차 시트 프레임에 대한 3가지 시험인, 시트 프레임 등받이에 대한 하중과 모멘트를 가하는 조건 (FMVSS 207), 머리 지지대에 하중을 가하는 조건 (FMVSS 202) 및 전방 슬레드 시험 조건 (FMVSS 208)으로 강재 시트 등받이와 CFRP 시트 등받이를 적용한 시트 프레임에 대한 해석을 수행 하였다.
그 결과 CFRP 시트 등받이에서 발생하는 최대응력은 강재 시트 등받 이에서 발생하는 최대응력의 95.5~51.1%에 불과하였다. 따라서 시트 등받 이의 재료와 형상을 CFRP로 변경함으로써, 강재 시트 등받이와 비교하여 안전성이 개선되는 것을 확인하였다.
또한 CFRP로 개선된 시트 등받이의 질량은 2.21kg에 불과하여 강재 시트 등받이 질량의 3.93kg에 비해서 약43.8% 정도 감소한 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The need of developing lightweight automotive structures has been increasing to save energy and protect environments. The purpose of this study is to develop a lightweight seat back frame structure at a passenger side of a supports utility vehicle. CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) was used ins...

The need of developing lightweight automotive structures has been increasing to save energy and protect environments. The purpose of this study is to develop a lightweight seat back frame structure at a passenger side of a supports utility vehicle. CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) was used instead of steel as a material of seat back frame.
The possibility of using CFRP as a material of seat back frame was verified by FMVSS (Federal Motor Vehicle Safely Standards) specifications.
The shape of seat back frame made of CFRP was determined so that the manufacturing process could be performed in a single cycle.
In other words a mold which was used in the fabrication of CFRP seat back frame was designed so that no additional fastening was necessary.
Three different kinds of analyses were performed to confirm that CFRP seat frame could meet FMVSS specifications; Seating Systems(FMVSS 207), Head Restraints Test (FMVSS 202) and Occupant Crash Protection Sled Test (FMVSS 208). For this purpose, finite element model of seat frame structure was constructed to simulate three specifications of FMVSS. The finite element model was generated using a commercial software Hypermesh and the analysis was performed using another commercial software LS-DYNA.
The finite element analyses showed that the maximum stress of CFRP seat frame structure was only 51.1 to 95.5 % of the steel seat frame structure depending on the three different specification of FMVSS. Thus the safety of seat frame structure was improved by changing the material from steel to CFRP. The mass of CFRP seat back frame was 2.21kg, which is only 56.2% of the mass of steel seat back frame. The improvement of the seat back frame mass helps improve fuel economy.

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