[논문]하이브리드 도어 체커 개폐력 해석

강성종; 김동환

doi:10.7467/ksae.2012.20.3.052

하이브리드 도어 체커 개폐력 해석
Door Effort Analysis for Hybrid Door Checker 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.20 no.3, 2012년, pp.52 - 57

강성종 (대구가톨릭대학교 기계자동차공학부) , 김동환 (대구가톨릭대학교 대학원 자동차공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Proper door effort is required for the safety of passenger and pedestrian while securing door operating convenience. 3D finite element analyses for a hybrid door checker were carried out to estimate door checker arm resistance force. And, from the estimated door checker arm resistance force and theoretically calculated self-closing force, door effort was predicted. The analysis results at checker arm peaks showed excellent correlation with the test results. Also, in order to reduce solving time, a modified model with simple spring element was investigated. Finally an equation to easily calculate checker arm resistance force from checker arm shape and spring constant was suggested and its usefulness in early design stage was discussed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 하이브리드 도어 체커를 대상으로 유한요소 해석모델을 개발하여 체커암 종방향 및 횡방향 체커암 저항력(checker arm resistance force)을 해석하였다. 이론식으로부터 도어 자폐력(door self-closing force)을 계산한 후 도어 체커암 저항력과 자폐력으로부터 도어 개폐력을 산출하여 시험결과와 비교하였다.

가설 설정

따라서 체커암 단면은 ⊓ 형태를 나타내고 있다. 케이스 내부에 장착되는 스프링, 캐리어, 롤러 부 그리고 슬라이드 부품들은 서로 윤활제에 의해 원활한 접촉이 이루어지므로 마찰계수 0.01을 가정하였다. 케이스와 베이스 플레이트는 강체 보 요소를 사용 결합하였다.

제안 방법

1) 해석결과와 시험결과가 매우 잘 일치하는 해석 모델을 개발하였다.
3) 체커와 도어특성(제원, 중량)을 구분하여 부품 공용화 추세에 대응할 수 있는 도어 체커 설계 프로세스를 제시하였다.
7은 경계조건을 나타낸다. 도어로의 장착 및 회전을 구현하기위해 강체 보요소를 이용하여 케이스와 볼트중심을 연결한 후 케이스 볼트 중심부터 도어 힌지센터(door hinge center)까지 강체 보 요소로 연결하였으며, 도어 힌지 센터의 Z 방향 회전 자유도를 제외한 나머지 자유도를 모두 구속하였다.
또한, 차체 프론트 필라로의 장착 구현하기 위해 체커암과 체커암 힌지 센터(checker arm hinge center)중심을 강체 보 요소로 연결한 후, 체커암 케이스 내장착 시의 스프링 초기변위 재하와 체커암 회전을 위해 중심절점에 대해 Z 방향의 변위와 회전 자유도는 풀어주고 나머지 자유도들은 모두 구속하였다. 하중은 먼저 체커암 장착시의 초기 변위를 재하 한 후 도어 힌지 센터 중심에 도어 회전각을 가하였다.
롤러 부는 모두 솔리드 요소를 사용하였으며 롤러는 롤러 부시와 완전 접합을 모사하고자 절점들을 상호 공유시켰다. 롤러 핀의 경우 캐리어에 장착되어 변위가 억제되므로 양 끝단부의 절점들을 캐리어의 절점들과 공유시켰다(Fig.
모델링 시간과 해석 시간을 감소시키고 설계 초기 스프링 강성효과를 효과적으로 파악하고자 Fig. 12에서와 같이 스프링 모델을 솔리드 요소에서 한 방향 강성(실측) 스프링 요소로 대체하여 해석결과를 비교하였다.
이론식으로부터 도어 자폐력(door self-closing force)을 계산한 후 도어 체커암 저항력과 자폐력으로부터 도어 개폐력을 산출하여 시험결과와 비교하였다. 스프링 모델을 단순화시켜 초기 개발 시 스프링 강성 변화에 대한 개폐력 파악이 용이하게 하였으며, 아울러 2차원 모사 모델을 이용한 도어 개폐력 이론식으로부터 계산 결과를 제시하였다. 해석프로그램은 LS/DYNA를 사용하였다.
6은 시스템 해석 모델 구성과정을 나타낸 것이다. 스프링, 캐리어, 슬라이드는 솔리드 요소로 구성하였으며 케이스, 베이스 플레이트, 체커암은 해석시간 단축을 위하여 셀 요소로 구성하였다. 체커암의 경우 체커암 장착 시의 스프링 초기변위를 재하하기 위해 셀 요소로 모델링 하였으며 횡 방향 저항력을 산출하기 위하여 측면부 일부를 셀 요소로 모델에 포함하였다.
본 연구에서는 하이브리드 도어 체커를 대상으로 유한요소 해석모델을 개발하여 체커암 종방향 및 횡방향 체커암 저항력(checker arm resistance force)을 해석하였다. 이론식으로부터 도어 자폐력(door self-closing force)을 계산한 후 도어 체커암 저항력과 자폐력으로부터 도어 개폐력을 산출하여 시험결과와 비교하였다. 스프링 모델을 단순화시켜 초기 개발 시 스프링 강성 변화에 대한 개폐력 파악이 용이하게 하였으며, 아울러 2차원 모사 모델을 이용한 도어 개폐력 이론식으로부터 계산 결과를 제시하였다.
부품 공용화 추세에 따라 도어 체커와 도어특성(제원, 중량)을 구분하여 설계 대응할 수 있는 프로세스가 필요하다. 체커에 대한 해석을 통해 체커암 저항력을 산출한 후, 도어 특성으로부터 도어 자폐력(도어가 스스로 닫히려는 힘)을 이론적으로 계산하여 최종적으로 도어 개폐력을 산출하는 과정을 적용하였다. 이러한 과정에 의해 도어특성에 맞춘 체커 개발이 보다 용이하게 되어 부품 공용화 추세에 신속히 대응할 수 있다.
또한, 차체 프론트 필라로의 장착 구현하기 위해 체커암과 체커암 힌지 센터(checker arm hinge center)중심을 강체 보 요소로 연결한 후, 체커암 케이스 내장착 시의 스프링 초기변위 재하와 체커암 회전을 위해 중심절점에 대해 Z 방향의 변위와 회전 자유도는 풀어주고 나머지 자유도들은 모두 구속하였다. 하중은 먼저 체커암 장착시의 초기 변위를 재하 한 후 도어 힌지 센터 중심에 도어 회전각을 가하였다.

데이터처리

스프링 모델을 단순화시켜 초기 개발 시 스프링 강성 변화에 대한 개폐력 파악이 용이하게 하였으며, 아울러 2차원 모사 모델을 이용한 도어 개폐력 이론식으로부터 계산 결과를 제시하였다. 해석프로그램은 LS/DYNA를 사용하였다.⁵⁾

성능/효과

2) 스프링 모델을 단순화 하여 솔리드 요소 스프링 모델의 기존 모델과 비교한 결과, 해석결과에 차이가 없는 반면 해석 소요시간을 대폭 줄일 수 있었다.
4) 이론식에 의해 체커암 저항력을 산출한 결과, CL 피크부에서 오차가 다소 크게 나타났다. 피크부의 기울기가 크고 피크부가 3차원으로 복잡하게 변화하여 스프링 이론식에서 고려되지 않은 스프링 횡강성이 영향을 주기 때문이라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도어 개폐력이란 무엇인가?	1,2)(Fig. 1) 도어 개폐력(door effort)은 도어 개폐 시 아웃 사이드 도어 핸들에 작용해야 하는 힘으로 도어가 체커 암의 피크 부분을 통과하면서 결정되는 개폐에 대한 저항력이다. 따라서 도어 개폐력 설계목표를 달성하기 위해서는 체커암 피크부(checker arm peak)형상설계가 매우 중요하다.
	도어 체커의 역할은 무엇인가?	도어 체커(door checker)는 케이스 어셈블리에 의해 도어 내부에 장착되고 체커암 브라켓에 의해 차체의 프론트 필라(front pillar)에 마운팅 되어 도어 움직임에 대해 저항력을 나타내는 역할을 한다.1,2)(Fig.
	도어 체커 성능시험 중 개폐력 시험은 어떻게 이루어지는가?	도어 체커 성능시험은 개폐력 시험과 내구시험으로 이루어진다. 도어 개폐력 시험의 경우 실차를 모사한(도어 제원, 중량 등을 고려) 실차 조건 시험과 도어 시작품을 대상으로 한 실차 장착 시험으로 수행된다. 도어를 개폐하면서 열림각에 따른 도어 개폐력을 아웃사이드 도어 핸들 중심에서 측정하며, Fig. 2는 실차 조건 시험기와 측정된 도어 개폐력 커브를 나타낸다.3)

참고문헌 (6)

Handbook of Automotive Technology, JSAE, Vol.2, pp.289-290, 1991.
O. S. Ko and W. N. Choi, "Door Checker Arm Surface Profile Design for Optimum Door Effort," Hyundai Motor Review, Vol.2, No.1, pp.114-125, 1994.
S. J. Kang, "Development of Design Program for Checker Arm Shape," Technical Report, Catholic University of Daegu, pp.17-19, 2003.
K. T. Kwak, S. M. Kim and K. H. Cho, "A Theoretical Study on the Profile of Door Checker Arm and Door Operating Force for Spring Roller and Hybrid Type," Annual Conference Proceedings, KSAE, pp.2247-2252, 2009.
LS-DYNA User's Manual, Nonlinear Dynamic Analysis of Structure, Ver.971, LSTC, 2006.
C. W. Kim and S. J. Kang, "Analysis of Door Effort Using 2D Model," Transactions of KSAE, Vol.11, No.3, pp.131-137, 2003.

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