[논문]호주 신차안전도평가의 하부다리 상해치 개선을 위한 경차의 Footrest 형상 최적화

김요셉; 이만수; 남정인; 한재녕

doi:10.22680/kasa.2015.7.1.027

호주 신차안전도평가의 하부다리 상해치 개선을 위한 경차의 Footrest 형상 최적화
Footrest design optimization of a small vehicle to improve ANCAP lower leg injury 원문보기

김요셉 (GM Korea) , 이만수 (GM Korea) , 남정인 (GM Korea) , 한재녕 (GM Korea)

In order to protect occupant during car crash accident, Regulation and NCAP(New Car assessment Program) have been developed among various countries like U.S.A., Europe, Korea and Australia. Especially NCAP scores affect to sales of vehicles. So vehicle makers are trying to get good score in NCAP. Low leg injuries play an important role in Australia and Euro NCAP and these injuries are related with footrest design. Optimization of footrest design in early stage of vehicle development is necessary to obtain better and robust results of low legs during crash tests. In this paper, DFSS method and finite element model were used to optimize the low leg performance in small RHD vehicles. Compared with the lower leg injury of base model, the lower leg injury of proposed model was slightly improved and robustness was enhanced also.

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문제 정의

본 논문에서는 경차의 공간적인 제한 조건과 편안함을 고려하면서 호주 신차 안전도 평가의 운전석 왼쪽 하부다리의 상해치를 개선하기 위하여, 발판(Footrest)의 형상최적화를 진행하였다. 이것을 위해 DFSS(Design for Six Sigma) 기법을 이용한 유한요소해석으로 강건한 최적 디자인을 찾았다.
본 연구에서는 하부다리상해치를 개선하기 위하여, DFSS기법을 사용하여 그 형상을 최적화 하였다. 제어인자로 footrest의 Roll angle, EA foam Stiffness, footrest 폭, 그리고 footrest의 pitch angle이다.

제안 방법

CAE를 통하여서 하부다리 상해치를 최적화하기 위해서 먼저 유한요소모델을 구성하였다. 모의충돌시험 모델로 실차의 앞부분 반을 모델링을 하였고, 여기에 실차 충돌 해석으로부터 얻어진 감속도 펄스를 사용하였다.
강건한 설계를 위하여 노이즈는 발을 놓는 위치의 편차, 무릎 사이의 거리 편차 그리고 더미의 H-point에 대한 편차로 삼았다.
제어인자로 footrest의 Roll angle, EA foam Stiffness, footrest 폭, 그리고 footrest의 pitch angle이다. 강건한 설계를 위하여 충돌시험 시 인체모형을 착석 시킬 때 나타날 수 있는 편차를 노이즈 인자로 삼았고, L9 직교 배열표를 이용하여 DFSS를 진행하였다.
이 전 모델 차량의 경우 RHD차량에 대해서는 발판이 없었다. 따라서 발판이 없이 본 모델을 실차 충돌시험과 Correlation을 진행하였고, 더미의 하부다리 상해치 펄스는 Fig. 4와 같다. 그리고 그 값들을 Table 2에 정리하였다.
CAE를 통하여서 하부다리 상해치를 최적화하기 위해서 먼저 유한요소모델을 구성하였다. 모의충돌시험 모델로 실차의 앞부분 반을 모델링을 하였고, 여기에 실차 충돌 해석으로부터 얻어진 감속도 펄스를 사용하였다. Dash panel의 변형 또한 실차 충돌 해석으로부터 가져와서 CAE 모델에 반영하였다.
본 Correlation된 모델을 가지고, 선행적으로 Footrest가 하부다리 상해치에 미치는 영향을 보기 위하여 Base footrest 모델에 대한 해석을 진행을 하여, 기본이 되는 Footrest 없는 모델과 비교를 하였다. 그결과 Footrest가 있는 경우, Footrest에 얹어지는 왼쪽 다리의 위쪽 압축하중의 증가로 인하여, Tibia index point가 약 0.
본 연구에서는 차량개발 초기단계에 다리 상해치를 줄이고, 승객의 편안함도 줄 수 있도록 DFSS기법과 유한요소해석을 통하여 Footrest 형상을 설계하였다. DFSS를 위한 유한요소해석은 개발차량의 이전 모델로 진행을 하였다.
6에서 보는 것처럼 4개로 구성을 하였다. 이때, 발판의 높이는 운전자의 편안함을 고려하여 240 mm로 하였으며 각 제어 인자도 운전자의 편안함을 고려하여 설정을 하였다.
최적의 Footrest의 형상을 찾기 위해서, DFSS를 진행을 하였다. Fig.
5에 사용된 P-diagram을 나타내었다. 최적화 해야 할 제어인자는 Footrest의 Roll각도, EA foam의 stiffness, Footrest의 폭, 그리고 footrest의 pitch 각도로 삼았다. 특히, footrest의 폭은 위쪽부분과 아래쪽 부분을 조합하여 하나의 제어인자로 만들어 사용하였다.

대상 데이터

차량을 64 km/h로 견인을 하여, 차량의 40 %부분을 변형벽(ODB, Offset Deformable Barrier)에 정면으로 충돌시킨다. 사용되는 인체 모형은 H3 50^th%ile 더미를 사용하며, 운전석과 조수석에 위치를 시킨다.
267을 나타내었다. 이 두가지 경우 중 평균 값이 조금 크지만 강건성이 큰 Opt # 2을 최종 형상으로 선정하였다.

데이터처리

최적화를 검증하기 위하여 DFSS를 통하여 예측된 값과 실제 최적 조합의 CAE를 진행하였고, 이 결과를 Table 8에 나타내었다. 예측 값의 경우, Base Case에서 2.

이론/모형

이것을 위해 DFSS(Design for Six Sigma) 기법을 이용한 유한요소해석으로 강건한 최적 디자인을 찾았다. 유한요소해석을 위해서 LS-Dyna를 이용하였다.
본 논문에서는 경차의 공간적인 제한 조건과 편안함을 고려하면서 호주 신차 안전도 평가의 운전석 왼쪽 하부다리의 상해치를 개선하기 위하여, 발판(Footrest)의 형상최적화를 진행하였다. 이것을 위해 DFSS(Design for Six Sigma) 기법을 이용한 유한요소해석으로 강건한 최적 디자인을 찾았다. 유한요소해석을 위해서 LS-Dyna를 이용하였다.
하부다리 상해치를 개선하기 위한 최적 디자인을 찾기 위해서 L9 직교배열표를 사용하였다. Table 6에 L9 직교배열표에 따른 제어인자의 구성과 각 해석 결과를 표시하였다.

성능/효과

그 결과 평균 값이 우수한 경우와 S/N값이 우수한 경우를 선택하였고, 이 모델에 대하여 확인 CAE를 했을 때, 하부다리 상해치의 값이 초기 모델 대비 각각 0.133과 0.089점의 개선 효과가 있었고, 기본 모델에 비하여, S/N 값에서 개선을 하여 조금 더 강건한 디자인을 얻을 수 있었다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

본 논문에서는 무엇을 개선하기 위해서 발판(Footrest)의 형상최적화를 진행했는가?

본 논문에서는 경차의 공간적인 제한 조건과 편안함을 고려하면서 호주 신차 안전도 평가의 운전석 왼쪽 하부다리의 상해치를 개선하기 위하여, 발판(Footrest)의 형상최적화를 진행하였다. 이것을 위해 DFSS(Design for Six Sigma) 기법을 이용한 유한요소해석으로 강건한 최적 디자인을 찾았다.

자동차의 숫자가 증가함에 따라 증가하는 것?

자동차의 숫자가 증가함에 따라 자동차 사고의 빈도수도 증가하고 있다. 이런 사고에 대하여 승객을 안전하게 보호하기 위해서, 각 국에서는 NCAP(New Car Assessment Program)을 실시하고 있고, 대표적인 나라는, 유럽, 미국, 호주, 한국, 중국 등이 있다.

자동차 사고에 대해 승객을 보호하기 위해 각 국에서 실시하는 것?

자동차의 숫자가 증가함에 따라 자동차 사고의 빈도수도 증가하고 있다. 이런 사고에 대하여 승객을 안전하게 보호하기 위해서, 각 국에서는 NCAP(New Car Assessment Program)을 실시하고 있고, 대표적인 나라는, 유럽, 미국, 호주, 한국, 중국 등이 있다. 이러한 NCAP의 결과는 자동차 판매에도 영향을 주기 때문에 제작사에서는 좋은 점수를 얻기 위해서 노력하고 있는 중이다.

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DOI : 10.22680/kasa.2015.7.1.027
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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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