초록 ▼

1. 최종 목표
고장 물리(Physics of Failure) 방법론에 기반한 신뢰성 평가를 위해 Virtual Qualification에 의한 자동차용 전장 부품의 수명 예측 기법을 개발하고, 공조제어장치(ATC)를 대상으로 고장 방지 및 수명 10년 이상을 보장할 수 있는 개선안을 제시 및 검증하고자 한다.
2. 신뢰성 평가 내용
개발 기간을 단축하고 효과적으로 신뢰성을 향상시키기 위하여 고장 물리 기반의 Virtual Qualification을 사용함으로써 제품의 수명을 예측 및 개선하는 것이 가능하다. Vir

1. 최종 목표
고장 물리(Physics of Failure) 방법론에 기반한 신뢰성 평가를 위해 Virtual Qualification에 의한 자동차용 전장 부품의 수명 예측 기법을 개발하고, 공조제어장치(ATC)를 대상으로 고장 방지 및 수명 10년 이상을 보장할 수 있는 개선안을 제시 및 검증하고자 한다.
2. 신뢰성 평가 내용
개발 기간을 단축하고 효과적으로 신뢰성을 향상시키기 위하여 고장 물리 기반의 Virtual Qualification을 사용함으로써 제품의 수명을 예측 및 개선하는 것이 가능하다. Virtual Qualification은 유한요소법을 이용하기 때문에 소재나 설계 변경에 빠르게 대처함으로써 제품개발 기간의 단축 및 비용 절감을 할 수 있다. 그러나 유한요소모델에 대한 검증 없이는 Virtual Qualification 기반의 결과에 대해 신뢰성을 가질 수 없다. 그러므로 본 연구에서는 실험계획법을 이용하여 재료의 물성치와 구속 조건을 효과적으로 찾는 방법을 제시하였다. 검증된 유한요소모델을 이용해 공조제어장치의 진동 환경에서 가장 취약한 부품은 마이크로프로세서(MB90867A)와 Main PCB 결합부로 규명되었다. 실차 주행 시험을 통해 실제 운행 조건에서 공조제어장치가 받는 온도 및 진동의 하중이력을 측정하였다. 실차 주행 중 공조제어장치는 평균 2 G의 진동 하중을 받으며, 최대 50℃까지 온도가 상승하는 것을 확인하였다. 또한, 초가속수명시험을 통해 가속 하중 이력을 측정하였다. 특히, 초가속수명시험 결과 복합 환경 스트레스 시험에서 Main PCB 결합부의 접합부(Solder Joint) 단선으로 인한 고장이 발생하였다. 이것은 PCB 기판의 굽힘 변형에 의해 접합부가 반복 하중을 받으면서 피로 파손이 발생한 것이다. 취약 부위의 2D 유한요소모델을 구성하고, 열 하중에 의한 잔류 평균 응력을 고려하여 진동 환경에서의 공조제어장치의 피로 수명을 여측하였다.
본 연구를 통해 자동차용 전장부품의 수명 예측 및 수명 연장을 위한 신뢰성 평가 기술을 정립하였다.
3. 개선안 제시 및 검증
공조제어장치의 수명을 연장하기 위해 Main PCB와 Front PCB를 리드(lead)로 고정했던 방식을 케이블 연결 방식의 모델을 제시하였다. 이것은 같은 진동량이 들어오더라도 고장 발생 위치에서 발생하는 응력을 줄이는 방법에 기인한 것이다. 끝으로, 개선된 모델에 대해 Virtual Qualification을 통한 수명을 평가하여 개선된 모델의 유효성을 검증하였다.
4. 신뢰성 적용결과(사업전·후 정략적 비교)
개선 전 수명 : 4.3 년 → 개선 후 수명 : 10.8년

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 부품소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록 ... 3
• 목차 ... 4
• 제 1 장 서론 ... 6
• 제 1 절 연구 배경 및 필요성 ... 6
• 제 2 절 국내외 연구 동향 ... 7
• 제 3 절 연구 목표 및 내용 ... 9
• 제 4 절 연구 추진 체계 ... 10
• 제 2 장 신뢰성 평가 기술 ... 11
• 제 1 절 가속 시험 ... 11
• 제 2 절 고장 물리 ... 13
• 제 3 절 Virtual Qualification ... 14
• 제 3 장 공조제어장치의 신뢰성 평가 ... 15
• 제 1 절 연구 대상 ... 15
• 제 2 절 모드 해석을 통한 시스템의 동특성 파악 ... 17
• 1. 실험 장치 구성 ... 17
• 2. 실험 결과 ... 17
• 제 3 절 유한요소법을 통한 모델 해석 및 검증 ... 21
• 1. 모델링 ... 23
• 2. 실험계획법을 이용한 유한요소해석 ... 25
• 3. 공조제어장치의 진동 모드 해석 ... 40
• 제 4 절 실차 주행 시험을 통한 취약 부위의 하중 이력 측정 ... 42
• 1. 측정 시스템 ... 42
• 2. 특수로 주행 시험 ... 46
• 3. 국내 도로 주행 시험 ... 49
• 4. 시험 결과 ... 50
• 제 5 절 초가속수명시험을 통한 고장 원인 분석 ... 57
• 1. 시험 방법 ... 57
• 2. 시험 결과 및 고장 분석 ... 61
• 3. 취약 부위의 변형률 이력 ... 63
• 제 6 절 입력 하중에 따른 취약 부위의 데미지 해석 및 수명 평가 ... 65
• 1. 취약 부위의 2D 모델링 ... 65
• 2. 잔류 평균 응력 해석 ... 67
• 3. 진동 응력 해석 ... 69
• 4. 데미지 해석 및 수명 평가 ... 73
• 제 7 절 가속수명시험을 통한 복합하중 하에서 예측 수명값의 검증 ... 77
• 1. 시험 방법 ... 77
• 2. 시험 결과 ... 80
• 제 4 장 수명 연장을 위한 해결 방안 ... 83
• 제 1 절 수명 연장을 위한 개선안 도출 ... 83
• 제 2 절 개선된 모델의 수명 평가 및 검증 ... 85
• 제 5 장 결론 ... 92
• 참고 문헌 ... 95