[논문]승용차 도어의 개폐 이음 저감을 위한 도어체커 개발

안병주; 손성민; 윤재득; 정융호; 김형돈; 신종일; 서승우; 장국진

doi:10.7467/ksae.2015.23.4.396

승용차 도어의 개폐 이음 저감을 위한 도어체커 개발
Development of a Car Door Checker for Reducing Noise in Opening 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.23 no.4, 2015년, pp.396 - 401

안병주 (부산대학교 대학원 기계공학부) , 손성민 (부산대학교 대학원 기계공학부) , 윤재득 (부산대학교 대학원 기계공학부) , 정융호 (부산대학교 기계공학부) , 김형돈 (현대자동차 무빙설계1팀) , 신종일 (현대자동차 무빙설계1팀) , 서승우 (현대자동차 무빙설계1팀) , 장국진 (현대NGV 기술개발팀)

Abstract ▼ AI-Helper

A door checker holds a car door at several opening angles and limits the maximum door opening, so that the door does not bump against to passengers. Recently, the performance of door checker becomes more important as the feeling of door opening and closing effects on the quality of a car. However, some of door checkers make squealing noise when they are used for ages, which causes consumer's complaints as well as decreasing commercial value of the product. In this study, after various experiments for the noise, we concluded that the major reasons of the noise are acceleration of wearing and loss of lubricant due to impurities in working parts. Therefore, we developed a new mechanism of door checker which can resolve the major reasons of the noise. The developed mechanism is effective to prevent inflow of impurities and loss of lubricant by locating working parts in the case. We also proved that the developed mechanism does not make any noise after the test of 50,000 times of operations.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

스틱-슬립 이음은 앞의 소절에서 고찰한 바와 같이 건조 마찰 상태에서 두 표면의 상대 속도가 낮아지거나, 정지 마찰에서 운동 마찰로 전이되거나, 표면 상태가 고르지 않아 마찰 계수가 급격하게 감소하는 경우에 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 소절에서는 분리형 도어체커의 세가지 타입에 대해, 윤활 상태와 이물질의 유무에 따라 이음이 발생하는 가장 주된 요인을 실제 실험을 통해 찾고자 한다.
본 연구에서는 도어체커에서 이음을 발생시키는 주된 원인을 밝히고 이를 근원적으로 제거할 수 있는 새로운 구조의 도어체커를 개발하고자 한다.
본 연구에서는 세 가지 타입의 도어체커에 대해 먼저 윤활 상태에서 이물질의 영향을 확인하는 실험을 수행하였다. 이를 위해 슬라이더 타입은 실제 사용 중 이음이 발생한 고품(faulted part)을 사용하였고, 롤러와 하이브리드 타입은 윤활 상태의 신품 도어체커를 사용하였다.
본 장에서는 국내 자동차 업계에서 보편적으로 사용되는 힌지 분리형 도어체커에 대해 이음이 발생하는 원인을 분석하고자 한다.

제안 방법

개발된 도어체커의 시제품을 3.2.1절의 기존 도어 체커 이음 재현 실험과 동일한 방법으로 Fig. 11과 같이 지그에 장착하여 연마 용액을 도포하고 개폐 동작을 반복 수행하였다. 시험 결과 50,000회 개폐 동작후에도 이음이 발생하지 않았다.
기존의 도어체커는 체커 암의 굴곡부가 외부에 노출되어 마찰 부위에 이물질이 유입될 수 있는 구조였으나, 본 연구에서는 마찰이 발생하는 작동 부위에 이물질의 유입을 차단하기 위해 굴곡부와 슬라이더, 롤러, 탄성부재 모두를 케이스 내부에 위치 시키는 새로운 개념의 도어체커를 설계하였다. 뿐만 아니라 마찰이 주로 발생하는 굴곡부를 케이스 내부의 상단에 위치시켜 이물질과의 접촉을 최대한 억제하고, 내부로 유입될수 있는 적은양의 이물질이라도 원활히 배출되도록 케이스의 하단에 배출구를 형성하였다.
다음으로 비윤활 상태에서 이물질 유무의 영향을 확인하기 위해 윤활유를 도포하지 않고 제작한 슬라이드 타입과 하이브리드 타입의 도어체커에 대해 동일한 방법으로 실험하였다.
본 연구의 3장에서 실험한 결과에 의하면 도어체커에서 이음 발생의 가장 직접적인 요인은 이물질의 유입이었다. 따라서 본 연구에서는 이음의 가장 직접적인 요인인 이물질의 유입을 차단할 수 있는 새로운 도어체커를 고안하고, 그 개념도를 Fig. 9에 나타내었다.
국내 승용차 업계에서는 도어체커의 내구성 평가 기준으로 내구 시험 후 작동력 저하를 50% 이내로 정하고 있다. 본 연구에서 개발된 도어체커의 시제품 내구성 시험을 위해 기존의 도어체커 구성 시험과 동일하게 지그에 장착하여 연마재를 도포하지 않고 50,000회 개폐동작을 수행하였다.
기존의 도어체커는 체커 암의 굴곡부가 외부에 노출되어 마찰 부위에 이물질이 유입될 수 있는 구조였으나, 본 연구에서는 마찰이 발생하는 작동 부위에 이물질의 유입을 차단하기 위해 굴곡부와 슬라이더, 롤러, 탄성부재 모두를 케이스 내부에 위치 시키는 새로운 개념의 도어체커를 설계하였다. 뿐만 아니라 마찰이 주로 발생하는 굴곡부를 케이스 내부의 상단에 위치시켜 이물질과의 접촉을 최대한 억제하고, 내부로 유입될수 있는 적은양의 이물질이라도 원활히 배출되도록 케이스의 하단에 배출구를 형성하였다.
이를 바탕으로 이물질의 유입을 차단할 수 있도록 도어체커의 굴곡부와 롤러 등 접촉부를 모두 케이스 내부에 위치시키는 새로운 구조를 제안하였다. 제안된 구조의 시제품을 제작하여 이음 발생 및 내구성평가를 수행한 결과 50,000회 개폐시험 후에도 이음이 발생하지 않았으며 목표 작동력과 내구성을 만족하였다.
본 연구에서는 세 가지 타입의 도어체커에 대해 먼저 윤활 상태에서 이물질의 영향을 확인하는 실험을 수행하였다. 이를 위해 슬라이더 타입은 실제 사용 중 이음이 발생한 고품(faulted part)을 사용하였고, 롤러와 하이브리드 타입은 윤활 상태의 신품 도어체커를 사용하였다. 롤러와 하이브리드 타입의 경우 이물질에 의한 이음 발생 조건을 가속화하기 위해 연마재, 사포가루, 물을 1:1:2 비율로 혼합한 연마용액을 매 500회 개폐동작마다 체커 암에 도포하였다.

대상 데이터

10과 같이 시제품을 제작하였다. 시제품의 케이스, 체커암, 마운팅 부품 등 강성이 필요한 부품은 강재(steel)를 사용하였고, 굴곡부와 슬라이더 부품은 아세탈(acetal) 소재를 사용하였다.

성능/효과

본 연구에서는 힌 지분리형 도어체커에서 이음의 발생 원인을 실험을 통해 분석하였고, 이음 발생의 가장 직접적인 요인은 이물질의 유입에 의한 마모와 윤활유 소실의 가속화임을 밝혔다.
11과 같이 지그에 장착하여 연마 용액을 도포하고 개폐 동작을 반복 수행하였다. 시험 결과 50,000회 개폐 동작후에도 이음이 발생하지 않았다.
이를 종합하면 이물질이 과다한 경우에는 모두 이음이 발생한 것을 알 수 있었고, 이음이 발생하는 2차적인 원인은 이물질 침투로 인한 롤러의 미작동, 윤활 미비로 인한 스틱-슬립 현상으로 판단된다.
12에 나타내었다. 작동력 저하는 12% 이하로서 국내 승용차 업계의 기준을 충분히 만족함을 확인하였다.
이를 바탕으로 이물질의 유입을 차단할 수 있도록 도어체커의 굴곡부와 롤러 등 접촉부를 모두 케이스 내부에 위치시키는 새로운 구조를 제안하였다. 제안된 구조의 시제품을 제작하여 이음 발생 및 내구성평가를 수행한 결과 50,000회 개폐시험 후에도 이음이 발생하지 않았으며 목표 작동력과 내구성을 만족하였다.

후속연구

현재 개발된 도어체커의 시제품은 제작에 용이한 재료와 가공 방법을 사용하였으나, 양산 모델을 개발할 때는 기존의 도어체커 정도의 강도를 가지는 재료와 적절한 가공 방법을 사용하면 시제품에 비해 보다 가볍고 높은 강도와 수명을 가질 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도어체커는 어떤 기능을 하는가?	힌지를 중심으로 회전하는 자동차도어는 갑자기 여닫히거나 열어둔 상태에서 지면 경사나 바람에 의해 저절로 닫히는 경우 사용자가 상해를 입을 수 있다. 이를 방지하기 위해 도어가 일정 각도에서 열린 상태를 유지하는 기능과 최대 열림각(약 60° ~70°)에서 더 이상 열리지 않도록 도어의 열림을 정지하는 기능이 필요한데, 이러한 기능을 제공하는 부품이 도어체커이다. 최근에는 도어의 개폐 감성이 승용차의 중요한 상품성 요소의 하나로 자리 잡고 있어 도어체커 성능의 중요성이 증가하고 있다.
	힌지 분리형 도어체커는 어떻게 구성되어 있는가?	3에 나타내었다. 이 방식은 굴곡부가 있는 체커 암(arm), 차체에 장착되는 마운팅(mou nting) 부, 체커 암과 접촉하는 슬라이더(slider) 및 롤러, 스프링이나 고무를 사용한 탄성 부재, 케이스 그리고 스토핑(st op ping) 부품으로 이루어져 있다. 도어가 열림에 따라 도어에 고정된 도어 체커의 케이스는 체커 암을 따라 움직이게 되는데, 이 때 케이스 내부의 탄성 부재에 의해서 슬라이더 (또는 롤러)와 체커 암 사이의 접촉면에 하중이 발생하게 된다.
	도어체커서 발생하는 고질적인 문제는 무엇인가?	최근에는 도어의 개폐 감성이 승용차의 중요한 상품성 요소의 하나로 자리 잡고 있어 도어체커 성능의 중요성이 증가하고 있다. 그런데 사용 시간이 경과함에 따라 도어체커에서 이음(abnormal noise)이 발생하는 경우 사용자들의 불만이 야기되며 자동차의 상품성을 떨어트리는 고질적인 문제가 된다.

참고문헌 (11)

C. Kim and S. Kang, "Analysis of Door Effort Using 2D Model," Transactions of KSAE, Vol.11, No.3, pp.131-137, 2003.
K. Kwak, S. Kim and K. Cho, "A Theoretical Study on the Profile of Door Checker Arm & Door Operating Force for Spring Roller & Hybrid Type," KSAE Annual Conference Proceedings, pp.2247-2252, 2009.
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S. Kang and D. Kim, "Door Effort Analysis for Hybrid Door Checker," Transactions of KSAE, Vol.20, No.3, pp.52-57, 2012.
R. Morawetz, Door Hinge with an Integrated Door Stop, U.S. Patent, US-B1-6739020, 2004.
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J. H. Lee, Door Checker for Vehicle, Korea Patent, KR-A-1020130088269, 2013.
T. Jibiki, M. Shima, H. Akita and M. Tamura, "A Basic Study of Friction Noise Caused by Fretting," Wear, Vol.251, No.1, pp.1492-1503, 2001.

상세보기
C. Kim, Tribology, Hyungseul, Seoul, 2006.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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