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자동차 시트의 플라스틱 서스펜션 매트의 진동과 피로해석에 관한 연구
Study on Vibration and Fatigue Analysis for Plastic Suspension Mat of Automotive Seat 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.13 no.2, 2012년, pp.504 - 509  

최해규 (공주대학교 대학원 기계공학과) ,  김기선 (공주대학교 기계자동차공학부) ,  김세환 (공주대학교 기계자동차공학부) ,  조재웅 (공주대학교 기계자동차공학부)

초록
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자동차 서스펜션 매트는 자동차 시트 백 프레임에 장착되며, 탑승자의 등 부위에 가해지는 압력을 시트서스펜션 매트로 받쳐줌으로써 압력이 집중되는 것을 방지하여 운전시 피로감을 최소화하고, 안락감을 증대할 수 있는 역할을 한다. 본 연구에서는 플라스틱 재질로 개발된 서스펜션 매트를 3D 모델링 하고, 진동 및 피로해석을 수행하였다. 해석 결과 플라스틱 서스펜션 매트의 고유 진동수는 30 Hz, 수명은 $10^6$ Cycle, 안전계수는 1.6055의 해석 결과를 얻었다. 이러한 해석적 기법을 활용하면 시트 설계 부분에서 그 개발 시간 및 평가 비용을 절감할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Automotive suspension mat is installed at seat back frame. As the back part of passenger is aupported by suspension mat, it is prevented from the pressure concentration. The tired feeling at driving is minimized and the comfortable feeling is increased. In this study, vibration and fatigue are analy...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 본 연구에서는 자동차 시트의 플라스틱 서스펜션 매트의 진동해석과 피로해석을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • 본 연구에서는 플라스틱 서스펜션 매트를 실제와 같은 크기로 3D 모델링을 하였다. 3D 모델링은 CATIA V5를 사용하였으며, 3D 설계된 플라스틱 서스펜션 매트의 모습은 Fig.
  • 본 연구에서는 플라스틱 재질로 새로 개발된 시트 서스펜션 매트를 3D 모델링 하였으며, 이를 유한요소 해석 프로그램을 이용하여 진동해석 및 피로해석을 수행하였다. 유한요소 해석에는 ANSYS를 사용하였다[6].
  • 본 연구에서는 해석을 수행함에 있어서 구속조건은 서스펜션이 시트 백 프레임에 탄성 와이어로 고정되는 방식이므로 탄성 와이어와 결합되는 부분에 Frictionless support의 구속조건을 부여하였고, 서스펜션에 작용하는 힘은 제압분포를 고려하여 서스펜션 가운데 부분에 70N 의 힘을 적용하였고, Fig. 2와 같이 2개의 지점에 수직으로 작용하도록 설정하여 해석을 수행하였다.
  • 피로해석에서는 모델의 수명과 안전계수를 알아보았다. Fig.

대상 데이터

  • 본 연구에서는 플라스틱 서스펜션 매트를 실제와 같은 크기로 3D 모델링을 하였다. 3D 모델링은 CATIA V5를 사용하였으며, 3D 설계된 플라스틱 서스펜션 매트의 모습은 Fig. 1과 같다.

이론/모형

  • 고유진동을 알아보기 위하여 Harmonic 해석을 수행하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 플라스틱 재질로 새로 개발된 시트 서스펜션 매트를 3D 모델링 하였으며, 이를 유한요소 해석 프로그램을 이용하여 진동해석 및 피로해석을 수행하였다. 유한요소 해석에는 ANSYS를 사용하였다[6]. 이를 통하여 시제품 제작 이전에 신뢰할 만한 시험 결과를 예측함으로써 최소의 시작품 제작이 가능하게 되었으며 또한 시험 방법 및 결과에 대한 표준화 및 각종 시험 데이터베이스 구축이 용이하게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자동차 시트는 무엇이 가장 중요한가? 오늘날의 자동차 시트는 승객과 항상 같이 움직이며 호흡할 수 있는 제품으로 그 역할과 기능에 있어서 다양한 기능 및 성능이 요구된다. 자동차 시트는 단순히 인체를 지지하는 것에 그치지 않고 안전성, 안락성, 편리성, 디자인 등이 종합적으로 고려된 것으로 일반 좌석과는 다르게 인간공학과 감성공학이 깊게 반영되고 있으며, 안락성 측면에서 장시간 탑승시 피로가 적고 쾌적성을 유지하는 것이 중요하다[1-3].
오늘날의 자동차 시트는 어떤 성능이 요구되는가? 오늘날의 자동차 시트는 승객과 항상 같이 움직이며 호흡할 수 있는 제품으로 그 역할과 기능에 있어서 다양한 기능 및 성능이 요구된다. 자동차 시트는 단순히 인체를 지지하는 것에 그치지 않고 안전성, 안락성, 편리성, 디자인 등이 종합적으로 고려된 것으로 일반 좌석과는 다르게 인간공학과 감성공학이 깊게 반영되고 있으며, 안락성 측면에서 장시간 탑승시 피로가 적고 쾌적성을 유지하는 것이 중요하다[1-3].
서스펜션 매트에 대한 개발과 연구가 더욱 필요하다고 사료되는 이유는? 시트쿠션은 체중을 이상적으로 배분해야 하고 충격과 진동을 잘 흡수해야 한다. 일반적으로 운전자가 착좌시 쿠션과 접촉하는 엉덩이 부분에서 체중의 75% 정도를 지지하며, 특히 좌골결절(ischial tuberosity)에 높은 체압이 집중되는 것으로 확인되었다. 이러한 체압의 집중은 혈액의 흐름을 방해하여 승차감에 바쁜 영향을 미친다[4-5].
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참고문헌 (7)

  1. J. U. Cho, K. S. Kim, D. S. Choi, S. H. Kim, S. O. Bang and C. K. Cho, "Development of Plastic Suspension System for Automotive Seat", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 12, No. 3, pp. 1091-1097, March, 2011. 

  2. S. N. Park, "Development Trend of Car Seat Technology", Journal of the Korea Society of Automotive Engineers, Vol. 31, No. 4, pp. 26-33, August, 2009. 

  3. J. H. Kim, D. U. Park, J. H. Lee, M. K. Kim and W. S. Yoo, "Evaluation of Ride Comfort considering Seat Vibration", Journal of the Korea Society of Automotive Engineers, Vol. 1, No. 2, pp. 535-987, May, 2002. 

  4. H. C. Lee, H. M. Park, H. H. Na, J. S. Kim, H. I. Cho and O. H. Jeon, "A Study on the Comfort Evaluation Method for Automotive Seat", Journal of the Korea Society of Automotive Engineers, Vol. 3, pp. 1412-1416, July, 2007. 

  5. S. H. Hwang, K. N. Lee, S. D. Park and J. K. Pyun, "Driving Adaptive control System Development for Air-Bladder Seat", Journal of the Korea Society of Automotive Engineers, Vol. 4, pp. 2237-2244, June, 2007. 

  6. J. U. Cho, B. S. Min, K. S. Kim, D. S. Choi and C. K. Cho, "A Study on the Displacement of Lumber Support Affecting the Comfortableness of passenger", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 11, No. 9, pp. 3168-3175, September, 2010. 

  7. H. J. Lee, J. H. Won, S. H. Son, S. J. Heo and J. H. Choe, "Fatigue Life Prediction Algorithm and Analysis Programming of Vehicle Components", Journal of the Korea Society of Automotive Engineers, Vol. 2, pp. 1345-1352, June, 2006. 

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