[논문]충돌형태에 따른 자동차 프레임 변형시 변형분석 및 차체수리에 관한 실험적 연구

권영신; 김태훈

문제 정의

따라서 본 연구는 충돌사고 형태에 의한 프레임 변형을 분석하고 또한 차체치수도에 의한 복원수리를 통해 얻어진 복원자료를 제공함으로써 차체 수리자들이 계측기를 사용하여 자동차 프레임변형의 정확한 측정과 분석 및 정확한 복원 수리를 하는데 일조하고자 한다.
6의 트램게이지, 센터라인 게이지, 멕퍼슨게이지로 측정한 결과와 차체치수도와의 오차가 ±2顺이내이고 또한 계측기의 센터핀과 수평바를 관찰한 후 센터핀이 일정한 상태이면서 수평바의 수평이 일정하다면 프레임변형이 복원된 것으로 판정한다. 따라서 본 연구에서는 Table 1처럼 사고유형별 연구사례로 프레임변형 측정을 통한 파손분석에 대해 집중적으로 연구했으며 변형을 복원하였다.
본 연구는 여러가지 충돌형태에 따른 자동차 프레임 변형시 계측기를 통한 정확한 프레임변형 분석으로 신속한 프레임복원수리를 할 수 있는 기초방안을 마련하였다. 변형분석 결과 각 충돌사고에 따라 프레임 변형은 어느 일정한 충격의 일정한 부위에서 발생되는 것이 아니라 프레임전체로 힘이 파급되어 변형이 유발되는 것을 알 수 있었고 또한 본 연구의 충돌형태에 따른 프레임 변형은 항상 사이드 스웨이, 쇼트레일이 동반하는 것을 알 수 있었으며 반면에 다이아몬드변형은 발생되지 않는 것을 알 수 있었다.

제안 방법

12에서와 같이 좌, 우측 레일에 클램프를 사용하여 필요지점으로 타워를 이동하면서 인장을 실시하였다. 그리고 쇼트레일, 사이드스웨이를 교정하며 또한 다중인장을 실시하여 프레임 교정시간을 단축시켰다. Fig.
충돌로 인한 변형된 차체를 Fig. 6과 같은 측정장치의 프레임수정기 위로 이동하여 고정시킨 다음 계측기를 각 차종의 차체치수도에 맞게 사고차량에 설치하였으며 계측기에 의해 사고차량의 프레임변형을 측정하고 복원수리에 필요한 수리계획을 수립한 후 복원수리 계획에 의해 타워 및 각종 클램프를 필요지 점에 설치하여 프레임을 복원하였다. 본 연구에서는 변형이 집중된 곳에 해머링을 해서 응력을 해소시키며 복원계획에 의해 인장하여 Fig.

대상 데이터

29는 Table 1의 사례5인 후면충돌이다. 대상차량은 르망이며 Fig. 30의 차체치수도에 의해 계측기를 설치하여 변형을 즉정하였다. 차체치수도에 의해 계측기를 ⑫에 설치하여 Fig.
24는 Table 1의 사례4인 측면 A필라 충돌이며 그림에서와 같이 차량의 측면 A필라 충돌지점을 나타내고 있다. 대상차량은 르망이며 육안으로보면 운전석 플로워 패널이 심하게 파손되었다. Fig.
14는 Table 1의 사례2인 전면좌측 충돌유형이며 그림과 같이 사고차량의 전면부 좌측충돌지점을 나타내었다. 대상차량은 엑센트이며 Fig. 15의 차체치수도에 의해 동그라미로 표시된 부분에 계측기를 설치하여 변형을 측정하였다. 충돌된 사고차량의 프레임변형을 분석하면 뒷면, 중앙부분은 이상이 없으나 트램게이지로 측정한 결과 Fig.
8은 Table 1의 사례I인 전면우측 충돌이며 원으로 표시된 부분은 사고차량의 정면충돌지점을 나타내고 있다. 대상차량은 엑셀이며 Fig. 9의 차체치수도에 의해 동그라미로 표시된곳에 계측기를 설치하여 측정하였다. Fig.
20는 Table 1의 사례3인 측면 B필라 충돌이며 그림에서와 같이 차량의 측면 B필라 충돌지점을 나타내고 있다. 대상차량은 엘란트라이며 프레임변형을 분석하면 전후면게이지의 수평에 맞는 반면에 Fig. 21의 차체치수도에 의해 동그라미로 표시된 G, 지점에 트램게이지 계측기를 설치하여 계측한 결과프론트크로스멤버 폭이 기준치인 480皿1보다 8航짧아진 472飾이었으며 역시 차체치수도에 의해 G지점에 트램게이지 계측기를 설치하여 계측한 결과좌측사이 드멤 버 와 우측사이 드멤 버 사이의 폭이 기 준치인 448哑보다 12m 짧아진 436飾이었다. 따라서 Fig.
본 연구에서 사용된 실험장치의 전체구성은 인장타워, 스텝클렘프, 업다운리프트 유압펌프, 멕퍼슨게이지, 트램 게이지, 센터 라인게이지등으로 구성되었으며 Fig. 6과 같다. 충돌사고차량을 고정 인장하는 보디프레임수정기와 프레임변형을 측정할 수있는 계측기로 구분되어 있다.
쇼트레일은 프레임 파손시 가장 일반적인 형태중 하나이다. 사례1의 경우는 전면우측 충돌시 우측레일이 아코디온 형태처럼 밀려나서 짧아진 형태이며 차체치수도와 비교한 결과 우측레일이 90iml가 짧아졌음을 알 수 있다.

성능/효과

또한 차체치수도에 의해 계측기를 ⑧과 ⑫에 설치하여 리어사이드멤버를 계측한 결과기준치인 1258mm보다 19mm 짧아진 1239mm가 측정되어 후면 우측부에 쇼트레일이 발생됨을 알 수 있다. Fig. 32처럼 타워를 후면과 측면으로 이동시켜 인장하여 센터핀을 맞추어 트램게이지로 측정한 결과리어 크로스멤버와 리어사이드밈버의 길이가 각각 999師와 1256顺로 차체치수도의 오차 한계 안에 있고 또한 센터핀과 수평바가 일치함으로 프레임변형복원이 완료되었음을 알 수 있다.
변형분석 결과 각 충돌사고에 따라 프레임 변형은 어느 일정한 충격의 일정한 부위에서 발생되는 것이 아니라 프레임전체로 힘이 파급되어 변형이 유발되는 것을 알 수 있었고 또한 본 연구의 충돌형태에 따른 프레임 변형은 항상 사이드 스웨이, 쇼트레일이 동반하는 것을 알 수 있었으며 반면에 다이아몬드변형은 발생되지 않는 것을 알 수 있었다. 그리고 정확한 프레임 복원수리는 정확한 계측에 의한 파손분석만이 가능하게 함을 알수 있었고, 프레임수정기를 사용할 경우 프레임의 교정시간이 약 30%정도 감소될 수 있으며 또한 정확한 차체수리가 가능하였다.
19와같이 프레임을 복원시 켰다. 따라서 Fig. 19의 원으로 표시된 부분과 같이 센터핀과 수평바의 수평이 일치하였으며 또한 프론트크로스멤버의 길이와 프론트사이드멤버의 길이를 각각 계측한 결과 399緬와 582丽이므로 오차의 한계 안에서 기준치와 근사하여 사이드스웨이와 쇼트레일이 동시에 교정되었음을 알 수 있다. 또한 롤러를 사용하여 하향 인장하여 Fig.
20처럼 충돌시 충돌지점이 높아 휀더와 도어가 뒤로 밀려서 킥업이 일어났으며 Gz지점에서 G지점까지 계측한 결과 킥업으로 인해 데이텀라인보다 42硼 처져 있음을 알 수 있다. 따라서 Fig. 23처럼 인장한 결과 데이텀라인으로 부터 사이드멤버의 높이가 151 mm로복원되어 새그가 수정됨을 알 수 있고 또한 좌, 우측레일에 클램프를 사용하여 필요지 점으로 타워를 이동하면서 인장을 실시한 결과 프론트크로스 멤버의 길이, 좌우사이드멤버의 폭 및 중앙부사이드멤버길이가 각각 479mm, 447mm, 1333mm로 교정되어 프레임이 복원되었음을 알 수 있다.
15의 차체치수도와 비교한 결과 좌측사이드멤버가 152顺가 짧아졌음을 알 추 있다. 또한 Fig. 15 의 차체치수도처럼 ①지점에 센터라인계측기를 설치하여 충돌된 사고차량을 계측한 결과 데이텀라인으로부터 전면우측 지점까지의 기준치인 235顺보다 12mm 낮은(%w) 247顺이었으며 전면좌측부는 기준치인 235mm보다 16mn높은(High) 219顺이었다. 또한 Fig.
이는 차량 후면충돌시 후면프레임의 좌측면쪽으로 충돌하여 좌측옆으로 밀려 센터라인이 이격 되었음을 알 수 있다. 또한 차체치수도에 의해 계측기를 ⑧과 ⑫에 설치하여 리어사이드멤버를 계측한 결과기준치인 1258mm보다 19mm 짧아진 1239mm가 측정되어 후면 우측부에 쇼트레일이 발생됨을 알 수 있다. Fig.
이처럼 전면프레임이 우측옆으로 밀려 센터라인이 이격되었고 중앙부에는 좌측옆으로 밀려 센터라인이 이격되어 바나나 형태로 사이드스웨이 변형이 일어났는데 이는차량 측면충돌시 사이드 멤버에 충격이 집중되어 일어난 결과로 생각된다. 또한 측면 B필라 충돌로중앙부가 휘어져지점에서 G3지점까지 계측기를 설치하여 계측한 결과 중앙부의 사이드멤버의 기준치인 1334顺보다 62晌줄어든 1272師가 계측되어 쇼트레일이 발생됨을 알 수 있다. 한편 측면 B필라 충돌로 높이의 G지점에 센터라인게이지를 설치하여 계측한 결과 데이텀라인에서 사이드멤버까지 기준 높이인 150mm보다 42iml낮은 108mm가 계측되어 데이텀라인으로부터 변형인 새그(Sag)가 발생하였다.
마련하였다. 변형분석 결과 각 충돌사고에 따라 프레임 변형은 어느 일정한 충격의 일정한 부위에서 발생되는 것이 아니라 프레임전체로 힘이 파급되어 변형이 유발되는 것을 알 수 있었고 또한 본 연구의 충돌형태에 따른 프레임 변형은 항상 사이드 스웨이, 쇼트레일이 동반하는 것을 알 수 있었으며 반면에 다이아몬드변형은 발생되지 않는 것을 알 수 있었다. 그리고 정확한 프레임 복원수리는 정확한 계측에 의한 파손분석만이 가능하게 함을 알수 있었고, 프레임수정기를 사용할 경우 프레임의 교정시간이 약 30%정도 감소될 수 있으며 또한 정확한 차체수리가 가능하였다.
6과 같은 측정장치의 프레임수정기 위로 이동하여 고정시킨 다음 계측기를 각 차종의 차체치수도에 맞게 사고차량에 설치하였으며 계측기에 의해 사고차량의 프레임변형을 측정하고 복원수리에 필요한 수리계획을 수립한 후 복원수리 계획에 의해 타워 및 각종 클램프를 필요지 점에 설치하여 프레임을 복원하였다. 본 연구에서는 변형이 집중된 곳에 해머링을 해서 응력을 해소시키며 복원계획에 의해 인장하여 Fig. 6의 트램게이지, 센터라인 게이지, 멕퍼슨게이지로 측정한 결과와 차체치수도와의 오차가 ±2顺이내이고 또한 계측기의 센터핀과 수평바를 관찰한 후 센터핀이 일정한 상태이면서 수평바의 수평이 일정하다면 프레임변형이 복원된 것으로 판정한다. 따라서 본 연구에서는 Table 1처럼 사고유형별 연구사례로 프레임변형 측정을 통한 파손분석에 대해 집중적으로 연구했으며 변형을 복원하였다.
30의 차체치수도에 의해 계측기를 설치하여 변형을 즉정하였다. 차체치수도에 의해 계측기를 ⑫에 설치하여 Fig. 29와 같이 트램게이지로 리어크로스멤버를 측정한 결과 기준치인 1000mm보다 35mm 짧아진 965mm가 측정되었고 또한 그림과 같이 수평바가 좌측이 낮아 센터핀을 확인한 결과 좌측으로 사이드스웨이된 것을 알 수 있다. 이는 차량 후면충돌시 후면프레임의 좌측면쪽으로 충돌하여 좌측옆으로 밀려 센터라인이 이격 되었음을 알 수 있다.
이는 차량충돌시 전면프레임의 우측면쪽으로 충돌하여 우측옆으로 밀려 센터라인이 이격된 것으로 생각된다. 한편 Fig. 10의 프레임측정 결과를 보면 Fig. 9의 차체치수도의 G지점에 센터라인 계측기를 설치하여 충돌후 사고차량을 계측한 결과 데이텀라인으로 부터 전면우측 지점까지의 기준치인 220m 보다 65mm 낮은(Lqw) 285師이였고 전면좌측부는 기준치인 끄0mm보다 20mm 높은(High) 200mm이였으며, Fig. 9의 차체치수도의 G5지점에 계측기를 설치하여 계측한 결과 데이텀라인으로부터 전면우측 지점까지의 기준치인 762mm보다 32m 높은(High) 730mm 이였고 전면좌측부는 기준치인 762剛보다 42nun 낮은(Low) 804|皿이였다. 그리고 Fig.

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