KR100222882B1 - Method for endurance road load-history databae - Google Patents
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Abstract
이 발명은 내구로 하중이력 데이터베이스화 방법에 관한 것으로서, 시험을 통한 부품의 스트레인 신호를 측정하고, 내구로 주행시의 휠 센터 하중이력 신호를 측정하는 단계와, 유한 요소 하중 모델링을 하고 상기 단계에서 측정한 스트레인 신호와 휠 센터 하중이력 신호를 이용하여 각 부품에 작용하는 응력을 계산하고 최대 하중을 계산하는 단계와, 상기 단계에서 측정한 스트레인 신호와 횔 센터 하중이력 신호를 정규 분포도화하여 통계 처리하고 신호 보정을 수행하는 단계와, 상기 단계에서 통계 처리되고 보정된 결과와 그보다 더 앞선 단계에서 계산된 결과를 비교하여 신호를 확정하는 단계와, 상기 단계에서 확정된 하중이력 신호의 범위를 조절하고 다수의 내구 수명 사용자가 사용할 수 있도록 표준화하여 데이터베이스화하는 단계와, 상기 단계에서 데이터베이스화된 자료의 사용법을 확정하는 단계로 이루어져 있으며, 자동차 내구로 주행시 일정 거리만큼 차량의 각 부품에 작용하는 하중이력 데이터를 수집하여 데이터베이스로 만듦으로써, 컴퓨터를 이용한 내구 수명 예측이 정확하게 이루어지도록 하고, 주행 내구 시험에 소요되는 시간 및 경비를 줄일 수 있도록 하는 내구로 하중이력 데이터베이스화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of durability load history database, comprising the steps of measuring a strain signal of a part through a test, measuring a wheel center load history signal at the time of durability travel, and performing finite element load modeling Calculating a maximum load by calculating a stress acting on each part by using a strain signal and a wheel center load history signal, and statistically processing the strain signal and the center load history signal measured in the step Determining a signal by comparing a statistically processed and corrected result in the step with a result calculated in a preceding step; and adjusting a range of the load history signal determined in the step A step of standardizing and making the database into a database for use by a user And the use of the database data in the step is confirmed. By collecting the load history data acting on each part of the vehicle at a certain distance when driving to the automobile endurance, it is possible to accurately predict the endurance life using the computer And to reduce the time and expense required for the running durability test.
Description
이 발명은 자동차 내구로 주행시 차량의 각 부품에 작용하는 하중이력을 데이터베이스(database)로 만듦으로써 컴퓨터(computer)를 이용한 내구 수명 예측이 가능하도록 한 것이다.The present invention makes it possible to predict the durability life of a vehicle by making a database of the load history acting on each part of the vehicle when driving in an automotive durability.
현재 차량을 설계 및 개발하는 데에 과정에서, 개발 기간의 단축이 중요한 문제로 대두되고 있으며, 이것이 개발 기술력을 결정하는 주요한 인자로 인식되고 있다.In the process of designing and developing a vehicle, shortening of the development period is becoming an important issue, and this is recognized as a major factor determining the development technology.
개발 기간을 단축하기 위해서는 무엇보다도 설계 초기에 차량의 제반 성능을 예측하여 원가 및 중량을 고려한 최적 설계가 이루어지도록 하는 것이 중요하다.In order to shorten the development period, it is important to predetermine the overall performance of the vehicle at the beginning of the design, and to optimize the design considering cost and weight.
그 중에서도 내구 시험의 경우는 시제품을 제작한 후 시험에 소요되는 시간이 대단히 크므로, 개발 기간중 큰 비중을 차지한다.Among them, the durability test takes a great deal of time during the development period because the time required for the test after manufacturing the prototype is very large.
일반적으로 자동차의 내구 성능 시험은 고객의 사용 조건에서 주행하여 검증하는 것이 아니라, 가혹한 험로 조건으로 제작된 내구 성능 평가 전용 도로를 일정 거리만큼 주행하여 이상이 없으면 내구 성능상의 문제가 없는 것으로 평가하여 자동차를 생산하게 된다.In general, the durability test of an automobile is carried out by a certain distance on a durability performance evaluation road made under severe hurricane conditions, not by running on a customer's conditions of use, .
그리고, 이러한 경우, 내구 성능 전용 도로와 고객의 사용 도로간의 가혹도 비율이 반드시 정밀하게 평가 및 설정되어 있어야 한다는 전제 조건이 있다.In this case, there is a precondition that the severity ratio between the road for exclusive use of durability performance and the use road of the customer must be precisely evaluated and set.
그러나, 내구 성능 시험을 만족하지 못하면 다시 설계 수정 및 개발, 그리고 시간이 많이 소요되는 시험을 반복하게 되므로 개발 기간을 단축하는 데 가장 큰 단점이 되고 있다.However, if the endurance performance test is not satisfied, it is the biggest disadvantage in shortening the development period because the design is revised and developed again and the time consuming test is repeated.
요즘은 이러한 단점을 극복하기 위하여, 실차 주행 내구 시험의 전 단계로, 즉 설계 초기나 부품 개발 단계에서 자동차 부품의 수명을 예측하거나 실험실에서의 시험을 통하여 조기에 내구 성능을 평가하고 있다.Recently, in order to overcome these shortcomings, we evaluate the durability performance early in the actual vehicle running durability test, that is, in the early stage of the design or component development, by predicting the life of the automobile parts or by testing in the laboratory.
그런데, 내구 성능 예측이나 실험실에서의 내구 전용 시험 도로의 조건으로 수명을 예측 혹은 시험하기 위해서는 내구 전용 도로에서 자동차로 입력되는 하중을 정확하게 측정하여 데이터베이스화되어야 한다.However, in order to predict or test the life expectancy under the condition of the durability performance prediction and the durability test road in the laboratory, the load input to the vehicle from the durability road must be accurately measured and stored in a database.
따라서, 이 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동차 내구로 주행시 일정 거리만큼 차량의 각 부품에 작용하는 하중이력 데이터를 수집하여 데이터베이스로 만듦으로써, 컴퓨터(computer)를 이용한 내구 수명 예측이 정확하게 이루어지도록 하고, 주행 내구 시험에 소요되는 시간 및 경비를 줄일 수 있도록 하는 내구로 하증이력 데이터베이스화 방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a vehicle- The present invention is to provide a method of durability history database which makes it possible to predict the durability life accurately and to reduce the time and expense required for the running durability test.
상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
시험을 통한 부품의 스트레인 신호를 측정하고, 내구로 주행시의 휠 센터 하중이력 신호를 측정하는 단계와; 유한 요소 하중 모델링을 하고 상기 단계에서 측정한 스트레인 신호와 휠 센터 하중이력 신호를 이용하여 각 부품에 작용하는 응력을 계산하고 최대 하중을 계산하는 단계와; 상기 단계에서 측정한 스트레인 신호와 휠 센터 하중이력 신호를 정규 분포화하여 통계 처리하고 신호 보정을 수행하는 단계와; 상기 단계에서 통계 처리되고 보정된 결과와 그보다 더 앞선 단계에서 계산된 결과를 비교하여 신호를 확정하는 단계와; 상기 단계에서 확정된 하중이력 신호의 범위를 조절하고 다수의 내구 수명 사용자가 사용할 수 있도록 표준화하여 데이터베이스화하는 단계와; 상기 단계에서 데이터베이스화된 자료의 사용법을 확정하는 단계로 이루어져 있다.Measuring a strain signal of the part through the test, and measuring a wheel center load history signal at the time of endurance running; Calculating a stress acting on each component by using the strain signal and the wheel center load history signal measured in the step of finite element load modeling and calculating a maximum load; Statistically processing the strain signal and the wheel center load history signal measured in the step and performing signal correction; Determining a signal by comparing the statistically processed and corrected result in the step with a result calculated in a preceding step; Adjusting a range of the load history signal determined in the step and standardizing the load history signal for use by a plurality of endurance life users to form a database; And determining how to use the database data in the above step.
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 내구로 하중이력 데이터베이스화 방법을 적용한 순서도이고,FIG. 1 is a flowchart illustrating an endurance load history database creation method according to an embodiment of the present invention.
제2도는 프런트 서스펜션의 구조를 나타낸 사시도이고,2 is a perspective view showing the structure of the front suspension,
제3도는 프런트 서스펜션의 유한 요소 하중 모델을 나타낸 도면이고,3 is a view showing a finite element load model of the front suspension,
제4도는 프런트 서스펜션의 유한 요소 상세 모델을 나타낸 도면이고,4 is a view showing a detailed finite element model of the front suspension,
제5도는 내구 주행로로부터 측정된 노면 하중이력 신호를 나타낸 그래프이고,5 is a graph showing a road surface load history signal measured from an endurance running road,
제6도는 제5도의 신호를 하중 크기별로 분포도화한 그래프이고,FIG. 6 is a graph showing distribution of the signal of FIG. 5 by load size,
제7도는 제5도의 신호를 사이클 카운팅하여 작성한 블럭 다이어그램이다.FIG. 7 is a block diagram prepared by cyclically counting signals of FIG. 5; FIG.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
제1도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 내구로 주행 하중 측정신호 데이터베이스화 방법은 다음과 같다.As shown in FIG. 1, an endurance running load measurement signal database according to an embodiment of the present invention is as follows.
컴퓨터를 이용한 차량의 내구 수명 계산시 선행되는 계산은 먼저 유한 요소 모델을 이용하여 차량의 주행시 부품에 작용하는 응력을 계산하는 것이다.In calculating the durability of a vehicle using a computer, the preceding calculation is to calculate the stress acting on the parts of the vehicle using the finite element model.
그러나, 먼저 시험을 통한 정확한 스트레인 신호를 측정하여야 차후 계산치와 비교를 통한 데이터베이스화가 가능하다.However, it is possible to make a database by comparing the measured value with the calculated value by measuring the accurate strain signal through the test.
우선, 시험을 통한 부품의 스트레인 신호를 측정한다(S10).First, the strain signal of the part through the test is measured (S10).
즉, 비교하고자 하는 부품을 선정하고 하중 작용에 문제가 발생되는 취약 부위를 선정하여 균열 발생이 예상되는 수직 방향으로 스트레인 게이지(strain gage)를 부착한다.That is, the part to be compared is selected, and a strain gage is attached in a vertical direction in which a crack is expected to occur by selecting a vulnerable part where a problem of load action occurs.
그리고 내구로를 주행하여 스트레인 신호를 측정하되 반드시 3회 이상 실기하여, 데이터의 값에 신뢰도를 높일 수 있도록 한다.Then, the strain signal is measured by running in the sphere, but it must be performed more than 3 times so that the reliability of data value can be increased.
그 예로 제5도에 도시된 것과 같은 신호를 얻을 수 있는데, 이 측정된 신호는 아날로그(analog) 신호이므로, 컴퓨터에서 인식할 수 있도록 디지털(digital) 신호로 변환한다.For example, a signal as shown in FIG. 5 can be obtained. Since the measured signal is an analog signal, it is converted into a digital signal so that the signal can be recognized by a computer.
그리고 나서, 내구로 주행시의 휠 센터(wheel center) 하중이력 신호를 측정한다(S20).Then, the wheel center load history signal at the time of running to the endurance is measured (S20).
즉, 차량의 휠 센터에 6분력계를 장착하여 내구로 주행시의 하중이력을 측정하며, 이때 측정하는 것은 휠 센터의 전후, 좌우, 상하의 하중이력과 그때의 3방향 모멘트(moment)이다.That is, the load history at the time of driving the vehicle is measured by mounting a 6-component force meter on the vehicle's wheel center. The measured load history is the forward and backward, left-right, up-and-down load history of the wheel center and the three-
상기와 같이 측정되는 데이터를 자기 테이프(magnetic tape)를 이용하여 아날로그 데이터로 기록하고, 다시 디지털 데이터로 변환한다.The data measured as described above is recorded as analog data by using a magnetic tape, and is again converted into digital data.
이 데이터의 측정 이유는 수명 예측을 위한 유한 요소 시스템(system) 해석시 하중 입력점이 휠 센터이기 때문이다.The reason for measuring this data is that the load input point is the wheel center in finite element system analysis for life prediction.
그리고 나서, 유한 요소 하중 모델링을 하고, 상기 단계에서 측정한 스트레인 신호와 휠 센터 하중이력 신호를 이용하여 각 부품에 작용하는 응력을 계산하고 최대 하중을 계산한다(S30).Then, finite element load modeling is performed, and the stress acting on each part is calculated using the strain signal and the wheel center load history signal measured in the above step, and the maximum load is calculated (S30).
즉, 예측하고자 하는 부품이 제2도에 도시된 것과 같은 프런트(front) 서스펜션(suspension)이라면, 제3도에 도시된 것과 같이 시스템의 유한 요소 모델을 구성한다.That is, if the part to be predicted is a front suspension as shown in FIG. 2, it constitutes a finite element model of the system as shown in FIG.
그리고, 제4도에서 보는 바와 같이 유한 요소 상세 모델링을 하여 구성된 시스템 모델의 휠 센터에, 시험시 측정한 휠 센터의 상하, 전후, 좌우 3방향의 최대 하중치를 입력하여 각 부품의 결합부 반력을 계산한다.As shown in Fig. 4, by inputting the maximum load values in the three directions of up and down, front and rear, and left and right of the wheel center measured at the time of testing, the reaction force of the coupling parts of each component is inputted to the wheel center of the system model constituted by finite element detail modeling .
그리고 나서, 시스템을 구성하기 위한 각각의 부품에 대한 유한 요소 단품 모델링을 하고, 그 모델링된 단품을 이용하여 내구 성능을 예측하고자 하는 시스템의 시스템 모델을 구성한다.Then, finite element single part modeling is performed for each part for constituting the system, and a system model of the system for predicting the endurance performance is constructed by using the single modeled part.
이렇게 구성된 모델을 이용하여 휠 센터에 시험시 측정한 휠 센터 3방향의 최대 하중치를 입력하여 각 부품에 작용하는 응력을 계산한다.Using the model thus constructed, calculate the stress acting on each part by inputting the maximum load value of the wheel center measured in the wheel center in three directions.
그리고, 각각 단품으로 모델링된 유한 요소 모델을 이용하여 측정된 스트레인 신호의 최대치와 비교하여, 계산에 사용할 휠 센터의 최대 하중치를 구한다.Then, the maximum load value of the wheel center to be used in the calculation is obtained by comparing the maximum value of the strain signal measured by the finite element model modeled as a single product.
그리고 나서, 상기 단계에서 측정한 스트레인 신호와 휠 센터 하중이력 신호를 정규 분포화하여 통계 처리하고 신호 보정을 수행한다(S40).Then, the strain signal and the wheel center load history signal measured in the above step are normalized and statistically processed, and signal correction is performed (S40).
즉, 측정된 스트레인 신호나 하중이력은 제5도와 같이 나타나는데, 동일한 내구 시험로라도 측정할 때마다 그 오차의 분포가 크기 때문에, 이와 같은 데이터를 그대로 데이터베이스화시켜 사용할 수가 없다.That is, the measured strain signal and the load history appear as in FIG. 5, and since the distribution of the error is large at every measurement even in the same endurance test, such data can not be converted into a database.
그러므로, 이것을 보정하기 위하여 이 측정된 신호를 통계 처리하는데, 제6도에 도시된 것과 같이 분포도가 나타나고, 이 측정된 데이터는 일반적으로 대수 정규 분포를 가지지만, 처리상의 편의를 위하여 정규 분포로 가정한다.Thus, to calibrate this, the measured signal is statistically processed. As shown in FIG. 6, a distribution diagram is shown, and the measured data generally have an algebraic normal distribution, but assume a normal distribution for processing convenience do.
그리고, 이 과정에서 측정된 데이터 값중에서 정규 분포의 범위를 벗어나는 데이터는 소거한다.Then, among the data values measured in this process, data that deviates from the range of the normal distribution is erased.
즉, 값이 큰 첨두값 중 분포의 범위를 벗어나는 값을 소거하고, 아울러 파손 손상량 계산에 영향을 미치지 않는 평균값 부근의 적은 첨두값도 소거하도록 한다.That is, a value whose peak value is out of the range of the distribution is erased, and the small peak value near the average value which does not affect the damage damage amount calculation is also erased.
상기와 같이 데이터의 값을 소거하는 이유는, 이 소수의 값이 큰 첨두값이 전체 손상량 계산에 미치는 영향은 크지만 데이터의 표준화를 위하여 소거하는 것이고, 작은 값을 소거하는 이유는 손상량에 영향을 미치지 않는 값을 소거함으로써 내구 수명 예측에 소요되는 계산 시간을 줄이기 위함이다.The reason for erasing the data value as described above is that the peak value of the prime number has a large influence on the calculation of the total damage amount but is erased for standardization of the data, And to reduce the computation time required to predict the durability by erasing values that do not affect the performance.
아래의 표 1과 표 2에 그에 따른 데이터를 사이클 카운팅(cycle counting)하여 작성한 값들이 있는데, 이 값들을 이용하여 히스토 다이어그램(histo-diagram)을 만들 수 있다.There are values created by cycle counting the data according to the following Tables 1 and 2, and a histo-diagram can be created using these values.
그리고, 상기에서 만들어진 히스토 다이어그램을 이용하여 제7도에 도시된 것과 같은 블럭 다이어그램(block diagram)을 작성하여 내구 수명 예측에 사용할 수 있도록 한다.Then, a block diagram as shown in FIG. 7 can be created using the histogram created above to be used for the durability life prediction.
상기와 같이 스트레인 신호와 휠 센터 하중이력 신호를 정규 분포화하여 통계 처리하고 신호 보정을 수행하고 나서, 상기 단계(S40)에서 통계 처리되고 보정된 결과와 그보다 더 앞선 단계(S30)에서 계산된 결과를 비교하여 신호를 확정한다(S50).As described above, the strain signal and the wheel center load history signal are statistically processed and statistically processed, signal correction is performed, and the statistically processed and corrected result in the step S40 and the result calculated in the step S30, To determine a signal (S50).
이때, 확정의 기준은 대표적인 응력-수명 곡선을 이용한 손상량 계산에서 동일한 손상량을 나타내도록 확정한다.At this time, the criterion of determination is determined to represent the same amount of damage in the calculation of the damage amount using a typical stress-life curve.
그리고 나서, 상기 단계에서 확정된 하중이력 신호의 범위를 조절하고 다수의 내구 수명 사용자가 사용할 수 있도록 표준화하여 데이터베이스화한다(S60).Then, the range of the load history signal determined in the above step is adjusted and standardized to be usable by a plurality of endurance users (S60).
즉, 상기 단계(S50)에서 확정된 휠 센터의 하중이력 신호를 다수의 내구 수명 예측자가 사용 가능하도록 다시 수정하고, 사용자가 식별이 가능하도록 코드 (code)를 부여하여 컴퓨터에 데이터베이스화한다.That is, the load history signal of the wheel center determined in the step S50 is corrected again so that a plurality of life expectancy predictors can be used, and a code is given to the user so that the user can identify the load history signal.
이때, 하중의 최대치는 '+999' 또는 '-999'가 되도록 표준화하여 데이터베이스화하며, 코드에는 대상 내구로와 사용 환경을 병기한다.At this time, the maximum value of the load is standardized to be '+999' or '-999', and the code is stored in the code.
상기와 같이 하고 나서, 상기 단계에서 데이터베이스화된 자료의 사용법을 확정한다(S70).After the above-described steps, the usage of the database data is determined in step S70.
즉, 상기 단계(S60)에서 확정 및 표준화되어 데이터베이스화된 하중이력을 다수의 사용자가 용이하게 사용할 수 있도록 사용 환경을 설정하는데, 이때 데이터 베이스에 사용된 차량의 차종과 만차 중량, 그리고 히스토 다이어그램과 블럭 다이어그램 등을 표기한다.That is, in step S60, the user environment is set so that a plurality of users can easily use the database history of the determined and standardized load history. At this time, the vehicle type, the full load weight, and the histogram And block diagrams.
여기서, 히스토 다이어그램은 사용자가 내구로와 다른 노면을 묘사할 경우 데이터 변환의 유용한 자료가 되고, 블럭 다이어그램은 시험자가 지그(zig)에서 일정 진폭의 단위 하중을 블럭으로 구성하여 짧은 시간 내에 정확한 시험을 하고자 하는 경우에 사용 가능한 하중 진폭과 그때의 회수를 도시한 것이다.Here, the histogram is useful data for the user when describing the roads and other roads, and the block diagram is a block diagram in which the tester constructs a unit load of constant amplitude in a zig block, And the number of times at which the load amplitude is available.
상기 다이어그램의 작성 요령은 데이터베이스화된 랜덤(random)한 하중이력과 블럭 다이어그램의 하중이력을 이용하여 수명을 예측하더라도 그 계산된 손상량이 동일하도록 조정하여 작성하여야 한다.The diagram should be prepared by adjusting the database to use the random load history and the load history of the block diagram so that the calculated damage amount is the same even if the lifetime is predicted.
그리고, 상기에서 작성된 최종 데이터베이스에는 이때 결정된 표준 편차의 크기 및 그때의 첨두값을 기록하고, 아울러 신뢰도도 표기하여, 내구 수명을 예측하기 위하여 최종 데이터베이스를 사용할 때에 참조할 수 있도록 한다.In the final database created above, the magnitude of the standard deviation determined at this time and the peak value at that time are recorded, and the reliability is also indicated so that the final database can be referred to when using the final database to predict the life expectancy.
따라서, 상기와 같은 이 발명은 자동차 내구로 주행시 일정 거리만큼 차량의 각 부품에 작용하는 하중이력 데이터를 수집하여 데이터베이스로 만듦으로써, 컴퓨터를 이용한 내구 수명 예측이 정확하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.Therefore, the present invention as described above has an effect of correctly predicting the durability life prediction using the computer by collecting load history data acting on each part of the vehicle by a certain distance when driving on an automotive durability and making it into a database.
그리고, 평가의 오차를 사전에 줄여서 시험 결과의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.There is an effect that the reliability of the test result can be improved by reducing the evaluation error in advance.
또한, 실차 내구 시험의 단계를 대폭 줄일 수 있으므로, 주행 내구 시험에 소요되는 시간 및 경비를 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.Further, since the step of the actual vehicle running test can be greatly reduced, the time and cost required for the running endurance test can be reduced.
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