KR101979310B1 - 측면충돌시험 후석 기준 충족을 위한 자동차 도어트림의 예비 시험방법 - Google Patents

측면충돌시험 후석 기준 충족을 위한 자동차 도어트림의 예비 시험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측면충돌시험 후석 기준 충족을 위한 자동차 도어트림의 예비 시험방법이 개시된다. 본 발명의 구체예들에 따른 자동차 도어트림의 예비 시험방법은 실제 측면충돌분석 결과값들을 기반으로 후석 도어트림 단품 샘플과 실제 상해치(변형량)의 관계식을 생성하고, 시험 대상이 되는 후석 도어트림 단품에 정하중을 가하여 얻은 반력값을 상기 관계식에 대입하거나 상기 관계식을 기반으로 반력값을 기준으로 하는 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블을 생성하고 이와 비교함으로써 상기 후석 도어트림 단품이 장착된 실차가 측면충돌시험을 거쳤을 때 후석 기준을 충족시키는지 여부를 예측할 수 있다. 따라서 실차에 적용되기 전에 부품의 품질을 향상시킬 수 있는 시험법으로 기능할 수 있는 바, 제품의 품질 향상 및 시험 비용 절감의 효과를 거둘 수 있다.

Description

측면충돌시험 후석 기준 충족을 위한 자동차 도어트림의 예비 시험방법{METHOD FOR PRE-TESTING DOOR TRIM OF VEHICLE}
본 발명은 자동차 도어트림의 예비 시험방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실차의 측면충돌시험 이전에 미리 충돌시험 후석 기준을 충족하는지 여부를 확인하기 위하여 자동차 도어트림 단품에 행해지는 예비 시험방법에 관한 것이다.
일반적으로, '신차 안전도 평가'(NCAP, New Car Assessment Program)는 해당 지역이나 국가에 판매되는 자동차에 대한 안전도를 평가하는 것을 말한다. 신차 안전도 평가는 국가별로 규정이 되며, 정면 충돌 시험, 측면 충돌 시험, 차대차 충돌 시험, 전복 안전도 시험 등의 다양한 평가 항목으로 구성된다. 신차 안전도 평가의 점수는 신차의 판매량에 큰 영향을 주므로 대부분의 차량 메이커들은 이들 평가에서 높은 점수를 받고자 연구개발에 많은 신경을 쓰고 있다.
중국과 함께 자동차 최대 시장으로 손꼽히는 북미 시장의 경우, 크게 두 종류의 신차 안전도 평가가 있다. 미국도로교통안전국(NHTSA)에서 주관하는 신차 안전도 평가와, 미국고속도로안전보험협회(IIHS)에서 주관하는 충돌 안전도 평가가 그것이다. 전자의 경우 NCAP으로, 후자의 경우는 IIHS로 약칭된다.
한편, 신차 안전도 평가의 항목들 중 측면충돌시험이 있다. 시험 대상이 되는 실제 차량(실차)을 세워두고, 시속 50km~55km로 접근하는 물체를 실차의 측부에 충돌시키는 시험이다. 이 때, 실차 내부에 위치한 인체 더미(dummy)에 장착된 센서에서 측정되는 상해 정도를 기반으로 차량의 안전도를 평가한다. 차량의 측부에는 도어 및 도어트림이 위치한다. 측면충돌시험을 통해 자동차 도어트림(door trim)에 대한 평가가 이루어지는 이유다.
차량 내부에 배치되는 시트는 일반적으로 전방 시트(front seat, 전석)와 후방 시트(rear seat, 후석)로 구분될 수 있다. 이 중 후석 평가와 관련하여, 북미 NCAP에서는 2019년부터 상해 평가부를 증대시키기로 결정하였다. 구체적으로, 종래에는 북미 NCAP의 측면충돌시험에서 후석 평가시에 인체 더미(모델명: SID-IIs)의 머리 부위와 골반 부위를 상해 평가부로 지정하고 있었으나, 2019년부터는 여기에 가슴/복부 부위를 신규 상해 평가부로 추가하였다. 이에 따라 북미 IIHS와 동일하게 북미 19MY NCAP에서부터 가슴/복부 부위 후석 평가가 진행될 예정이다(상황에 따라 19MY 이후 적용될 수도 있음). 따라서 도어트림 메이커들은 차기 북미 NCAP의 상해 평가부 증대(가슴/복부 부위가 상해 평가부로 추가됨)에 대응할 필요가 생기게 되었다.
한편, 상술한 측면충돌시험은 실제 차량을 대상으로 이루어지므로, 도어트림 메이커들은 실제 차량에 도어트림이 장착되기 전에 해당 제품이 측면충돌시험을 통과할 수 있을지를 예측할 필요가 있다. 시험 결과가 나온 후에 대응하기에는 많은 비용이 소요되기 때문이다. 그러므로 후석 도어트림 단품에 있어서, 실차의 측면충돌시험 이전에 미리 충돌시험 후석 기준을 충족하는지 여부를 확인할 필요가 있다.
본 발명은 후석 도어트림 단품이 실차의 측면충돌시험에서의 후석 기준을 충족하는지 여부를 예비적으로 시험할 수 있는 자동차 도어트림의 예비 시험방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, a) 제품별(실차) 기존 측면충돌시험 결과값(제품분류기호, 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량),시험결과에 따른 등급을 포함함)들을 기 설정된 차종분류기준 A에 따라 3 이상의 차종으로 분류하는 단계; b) 상기 기존 측면충돌시험 결과값을 갖는 제품의 후석 도어트림의 단품 샘플들을 각각의 인체 더미의 골반 중앙 부근에 특정된 기준점의 좌표값인 T값, H값 및 인체 더미의 상체가 가상의 수직축과 이루는 각도에 해당하는 토르소 앵글값을 포함하는 제1 착좌 포인트 정보에 따라 3D 모델링 소프트웨어를 이용하여 후석 도어트림의 단품 샘플을 3D 모델링한 제1 오브젝트를 디스플레이에 배치하고, 인체 더미를 3D 모델링한 제2 오브젝트를 동일 디스플레이에 배치한 후, 상기 제2 오브젝트로 모델링 된 인체 더미를 제1 오브젝트로 모델링된 후석 도어트림의 단품 샘플의 후석 시트에 착좌 모델링하고, 각 단품 샘플의 암레스트가 인체 더미와 접촉하는 최초 접촉 지점을 좌표화하여 각 단품 샘플의 제1 타겟 포인트를 각각 특정하는 단계; c) 단품 샘플들을 개별로 시험지그에 장착하고, 부하자로 상기 제1 타겟 포인트에 정하중을 가하여 단품 샘플들을 개별로 변형시키는 단계; d) 각 단품 샘플의 하중 변위가 기 정해진 최대 변위값에 도달하면 정하중을 중단하고, 최대 변위값에 도달할 때까지의 최대 반력값에 해당하는 제1 반력값을 각각 획득하는 단계; e) 상기 차종분류기준 A에 따라 분류된 종류별로, 상기 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량)을 종속 변수로 하고 상기 제1 반력값을 독립 변수로 하는 선형 회귀 분석을 통해 Y=aX+b(Y는 후석의 실제 상해치(변형량), X는 제1 반력값(kN), a,b는 상수) 관계식의 상수 a,b를 각각 산출함으로써, 상기 차종분류기준 A에 따라 분류된 종류별로 상수 a,b가 상이한 관계식을 각각 생성하는 단계; 및 f) 상기 관계식들에 기반하여 반력값을 기준으로 하는 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블을 생성하는 단계를 포함하는 자동차 도어트림의 예비 시험방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 구체예들에 따른 자동차 도어트림의 예비 시험방법은 실제 측면충돌분석 결과값들을 기반으로 후석 도어트림 단품 샘플과 실제 상해치(변형량)의 관계식을 생성하고, 시험 대상이 되는 후석 도어트림 단품에 정하중을 가하여 얻은 반력값을 상기 관계식에 대입하거나 상기 관계식을 기반으로 반력값을 기준으로 하는 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블을 생성하고 이와 비교함으로써 상기 후석 도어트림 단품이 장착된 실차가 측면충돌시험을 거쳤을 때 후석 기준을 충족시키는지 여부를 예측할 수 있다. 따라서 실차에 적용되기 전에 부품의 품질을 향상시킬 수 있는 시험법으로 기능할 수 있는 바, 제품의 품질 향상 및 시험 비용 절감의 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 착좌 모델링을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 착좌 모델링에서 타겟 포인트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 정하중 시험기를 이용하여 후석 도어트림 단품 샘플에 하중을 가하는 모습을 도시한다.
도 4는 선형 회귀 분석을 통해 관계식을 생성하는 일 예시를 나타내는 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 하기의 설명은 본 발명을 구체적인 예시를 들어 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술적 사상이 하기의 설명에 한정되는 것은 아니다. 그리고 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 첨부된 도면에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 각 부재의 두께나 크기 등은 설명의 편의 등을 위해 과장, 생략, 개략적으로 도시될 수 있다.
본 발명은 자동차 도어트림의 예비 시험방법을 제공한다. 보다 구체적으로는, 후석 도어트림 단품이 실차의 측면충돌시험에서의 후석 기준을 충족하는지 여부를 예비적으로 시험할 수 있는 자동차 도어트림의 예비 시험방법을 제공한다.
자동차 도어트림의 예비 시험방법을 수행하기 위해서는, 우선 평가 기준을 설정해야 한다. 그러나 북미 NCAP의 측면충돌시험에서 인체 더미의 가슴/복부 부위의 상해치 판정 기준이 현재 마련되지 않은 상황이므로, 본 발명에서는 기존 북미 IIHS 측면충돌시험 결과들로부터 획득한 실차의 상해치값과 후석 도어트림 단품 샘플들의 선형 회귀 분석을 기반으로 관계식을 생성하고, 시험 대상이 되는 후석 도어트림의 단품의 시험값을 상기 관계식에 대입하여 예상 상해치값을 산출함으로써 예비 평가를 수행하는 것을 일 특징으로 한다. 이하, 본 발명의 구체예들에 따른 자동차 도어트림의 예비 시험방법의 각 단계를 구체적으로 설명한다.
단계 a)
단계 a)에서는 제품별 기존 측면충돌시험 결과값들로부터 획득한 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량) 복수개를 기 설정된 차종분류기준 A에 따라 3 이상의 차종으로 분류한다.
여기에서 "제품별 기존 측면충돌시험 결과값"은 실제 차량에 대해 행해진 측면충돌시험 결과값을 의미하며, 보다 구체적으로는 후석(rear seat)에서의 측면충돌시험 결과값을 의미하며, 보다 구체적으로는 후석의 상해 평가부 중 가슴/복부 부위의 측면충돌시험 결과값을 의미한다.
일 구체예에 있어서, 기존 측면충돌시험 결과값은 제품분류기호, 후석의 가슴/복부 부위에서의 실제 상해치값, 시험결과에 따른 등급 등의 정보를 포함할 수 있다. 제품분류기호는 각 제품을 구분하기 위해 붙여지는 기호로, 예컨대 제품명이나 제품번호일 수 있다. 실제 상해치값은 측면충돌시험에서 차량 측부에 물체가 충돌하였을 때, 충돌로 인해 차량이 변형을 일으키는 정도에 해당하는 차량 측부의 변위값(단위:mm) 데이터들 중 가슴/복부 부위의 변위값일 수 있다. 변위값이 높을수록 차량 내부에 탑승한 인체의 상해 정도가 더 클 것이라는 합리적 추측이 투영된 결과다. 시험결과에 따른 등급은 상기 실제 상해치값이 기 설정된 범위로 분류된 등급들 중에서 어디에 해당하는지를 나타낸다. 예를 들어, 실제 상해치값(변위값)이 50mm 이상일 때에는 "Poor" 등급, 43mm~50mm 미만일 때에는 "Marginal" 등급, 35mm~42mm인 경우에는 "Acceptable" 등급, 34mm 이하인 경우에는 "Good" 등급으로 분류될 수 있다.
기존 측면충돌시험 결과값은 시험을 주관하는 기관(예컨대 북미 NCAP, 북미 IIHS)이 보유할 수 있으며, 이들 기관에 요청함으로써 획득 가능하다. 일 구체예에 있어서, 제품별 기존 측면충돌시험 결과값은 북미 IIHS에서 보유하고 있는 후석의 상해 평가부 중 제품별 가슴/복부 부위의 측면충돌시험 결과값(변위값을 포함)을 포함할 수 있다. 북미 NCAP에서는 종래에 가슴/복부 부위를 상해 평가부로 지정하고 있지 않아 관련 측면충돌시험 결과값을 미보유하기 때문이다.
다음으로, 제품별 기존 측면충돌시험 결과값들을 기 설정된 차종분류기준 A에 따라 3 이상의 차종으로 분류한다. 차종분류기준 A는 특정되는 것은 아니고, 다양한 분류기준이 적용될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 제품별 기존 측면충돌시험 결과값들은 배기량을 기준으로 하여(차종분류기준 A), 소형 차량, 중형 차량, 대형 차량으로 분류될 수 있다. 제품별 기존 측면충돌시험 결과값은 제품분류기호를 포함하며, 제품분류기호를 통해 제품(실차)의 배기량을 확인 가능한 바 이러한 분류가 가능하다. 예를 들어 제품분류기호를 통해 해당 제품(실차)의 배기량을 확인하고, 배기량을 기반으로 하는 분류기준을 적용시켜 제품별 기존 측면충돌시험 결과값들을 '소형 차량', '중형 차량', '대형 차량'으로 각각 분류하는 식이다.
물론 이와는 달리 분류되는 것도 가능하다. 예컨대 한국에서는 자동차 분류를 배기량과 차체 크기를 기준으로 분류하고 있으며, 구체적으로 ⅰ) 배기량 1,600cc 미만에 차체의 길이/너비/높이가 4.7m/1.7m/2.0m 이하의 차량은 소형으로, ⅱ) 배기량 1,600cc ~ 2,000cc 미만이거나 차체의 길이/너비/높이 중 어느 하나라도 소형을 초과하는 경우에는 중형으로, ⅲ) 배기량 2,000cc 이상이거나 길이/너비/높이가 모두 소형을 초과하는 것은 대형으로 분류한다. 한편, 미국에서는 연방 정부에서 정한 자동차 실내 용적(cubic feet)에 따라 차량을 분류한다. 따라서 강화된 북미 NCAP 후석 기준에 대응하기 위하여, 상기 차종분류기준 A는 미국의 자동차 분류 기준과 동일할 수 있다.
단계 b)
단계 b)에서는 상기 기존 측면충돌시험 결과값을 갖는 제품의 후석 도어트림의 단품 샘플들을 각각의 제1 착좌 포인트 정보에 따라 인체 더미를 후석 시트에 착좌 모델링하고, 각 단품 샘플의 암레스트가 인체 더미에 접촉하는 최초 접촉 지점을 좌표화하여 각 단품 샘플의 제1 타겟 포인트로 각각 선정한다.
여기에서 "제품의 후석 도어트림의 단품 샘플들"은 기존 측면충돌시험 결과값이 확보된제품(실제 차량)에 적용되는 후석 도어트림 단품 샘플을 의미한다. 예를 들면 차량 제품 "가"의 "기존 측면충돌시험 결과값"을 확보한 경우, 상기 차량 제품 "가"에 적용된 후석 도어트림 단품과 동일한 사양(SPEC)을 갖는 후석 도어트림의 단품 샘플이다.
다음으로, 후석 도어트림의 단품 샘플들을 각각의 제1 착좌 포인트 정보에 따라 인체 더미를 후석 시트에 착좌 모델링한다. 여기에서 "착좌 모델링"은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어 "착좌 모델링"은 3D 모델링 소프트웨어를 이용하여 수행할 수 있다. "착좌 모델링"의 개념을 설명하면, 3D 모델링 소프트웨어를 이용하여 후석 도어트림의 단품 샘플을 3D 모델링한 제1 오브젝트를 디스플레이에 배치하고, 인체 더미를 3D 모델링한 제2 오브젝트를 동일 디스플레이에 배치한다. 그리고 상기 제2 오브젝트로 모델링 된 인체 더미를 제1 오브젝트로 모델링된 후석 도어트림의 단품 샘플의 제1 착좌 포인트 정보에 맞춰 배치하는 작업이다. 한편, 인체 더미는 실차 측면충돌시험의 후석 시험 조건에 사용되는 인체 더미의 사양(spec)과 동일한 사양을 갖도록 3D 모델링될 수 있다. 예컨대 인체 더미는 북미 IIHS 및 NCAP 에서 모두 통용되는 SID IIs SBL D(5% Female) 모델일 수 있다.
관련하여 도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 착좌 모델링을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 작업자는 3D 모델링 소프트웨어 등을 통하여 후석 도어트림 단품 샘플을 3D 모델링한 제1 오브젝트(10)가 디스플레이에 배치시키고, 인체 더미를 3D 모델링한 제2 오브젝트(20)를 디스플레이에 배치시킨다.
"제1 착좌 포인트 정보"는 후석 측면충돌시험에 대응하여 제품별 후석 도어트림의 단품 샘플에 대해 인체 더미를 배치시키기 위한 기준 좌표 정보를 포함한다. 구체적으로 제1 착좌 포인트 정보는 T값, H값 및 토르소 앵글값을 포함할 수 있다. T값과 H값은 인체 더미의 골반 중앙 부근에 특정된 기준점(도 1에서 P로 표기됨)의 좌표값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 표시된 원점(도 1에서 O로 표기됨)으로부터 수평 방향의 좌표값이 T값이고, 상기 원점으로부터 수직 방향의 좌표값이 H값일 수 있다. 한편 토르소 앵글값(Torso angle)은 인체 더미의 상체가 기준점에서 수직 방향으로 형성되는 가상의 수직축(도 1에서 Y로 표기됨)과 이루는 각도(°)를 의미한다. 말하자면 T값, H값, 토르소 앵글값은 인체 더미의 자세를 정의하는 값들이며, 이들 값들은 제품별 후석 도어트림의 단품 샘플마다 상이하게 주어지는 고유의 값이다. 제품별로 차체 크기나 외관이 상이하므로 후석에 착좌하는 인체의 자세 역시 달라질 수 밖에 없기 때문이다. 작업자는 각 제품의 후석 도어트림의 제1 착좌 포인트에 맞추어 제2 오브젝트(20)를 배치시킨다.
다음으로, 각 단품 샘플의 암레스트(11)가 인체 더미에 접촉하는 최초 접촉 지점을 좌표화하여 각 단품 샘플의 제1 타겟 포인트로 선정한다.
관련하여 도 2는 도 1의 착좌 모델링에서 타겟 포인트를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 제1 타겟 포인트(도 2에서 T로 표기됨)는 후석 도어트림의 단품 샘플을 3D 모델링한 제1 오브젝트(10)를 인체 더미쪽으로 이동시켰을 때, 인체 더미를 3D 모델링한 제2 오브젝트(20)의 가슴/복부 부위와 최초로 접촉하는 제1 오브젝트(10)의 지점을 좌표화한 값으로 정의될 수 있다. 후석 도어트림의 단품 샘플의 내측에는 암레스트(armrest, 도 2에서 11로 표기됨)가 형성되어 있다. 암레스트는 내측 방향으로 소정 정도 돌출되어 형성되므로, 제1 오브젝트(10)에서 제2 오브젝트(20)와 최초로 접촉하는 지점은 암레스트이다. 즉, 제1 타겟 포인트(T)는 후석 도어트림의 단품 샘플의 암레스트 상에 위치한다.
제1 타겟 포인트(T)는 x값, y값, z값을 포함할 수 있다. x값은 도 1에 표시된 원점(O)으로부터 수평 방향의 좌표값이다. y값은 도 1에 표시된 원점(O)으로부터 수직 방향의 좌표값이다. z값은 도 1에 표시된 원점(O)으로부터 z 방향의 좌표값이다. 따라서 x값, y값, z값에 의해 제1 오브젝트(10) 상의 제1 타겟 포인트(T)가 특정될 수 있다. 이와 같은 제1 타겟 포인트(T)의 특정은 대상이 되는 제품의 후석 도어트림의 단품 샘플들 모두에 대하여 각각 수행될 수 있다.
단계 c) 및 단계 d)
단계 c)에서는 후석 도어트림의 단품 샘플들을 개별로 시험지그에 장착하고, 부하자로 제1 타겟 포인트(T, 도 2 참조)에 정하중(Static load)를 가하여 단품 샘플들을 개별 변형시킨다. 단계 d)에서는 각 단품 샘플의 하중 변위가 기 정해진 최대 변위값에 도달하면 정하중을 중단하고, 최대 변위값에 도달할 때까지의 최대 반력값에 해당하는 제1 반력값(Reaction force)을 각각 획득한다.
단계 c) 및 단계 d)는 시험실에서 정하중 시험기(또는 시트 점정하중 고용 시험기라고도 함)를 이용하여 이루어질 수 있다. 시험실의 환경은 실차의 측면충돌시험에서의 환경과 동일하거나 동등한 수준의 조건을 갖도록 세팅될 수 있다. 예컨대 시험실의 온도는 상온(23±5℃)으로 설정될 수 있다. 정하중 시험기는 시험체에 하중을 가하여 가압시와 감압시의 하중-변형 량의 관계를 측정할 수 있는 장치로, 정하중 시험기의 기술 원리 및 세부적인 기술적 사항은 당업계에 알려져 있는 바, 정하중 시험기에 대한 설명은 생략하도록 한다.
관련하여 도 3은 정하중 시험기(50)를 이용하여 후석 도어트림 단품 샘플에 하중을 가하는 모습을 도시한다. 도 3을 참조하면, 시험지그(30)는 지면을 기준으로 수평하게 위치할 수 있다. 시험지그(30)의 상부에는 후석 도어트림 단품 샘플(100, 이하 단품 샘플)이 배치된다. 단품 샘플(100)의 위치 고정을 위해 시험지그(30)의 상부에는 복수의 고정블록(31)들이 배치될 수 있다. 고정블록(31)들은 단품 샘플(100)의 테두리에 위치하여, 단품 샘플(100)이 좌우로 움직이지 못하게 고정시킨다. 고정블록(31)들의 배치는 단품 샘플(100)의 테두리 치수 등에 따라 달라질 수 있다. 나아가 단품 샘플(100)의 테두리는 시험지그(30) 상에 통상의 결합부재들(볼팅, 마운팅 부재 등)을 이용하여 결합됨으로써 단품 샘플(100)이 시험지그(30) 상에 견고히 고정될 수 있다.
단품 샘플(100)의 상부 공간에는 부하자(40)가 정하중 시험기에 결합된 형태로 위치할 수 있다. 부하자(40)는 좌우 및 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 부하자(40)는 전면이 둥근 원주면을 갖도록 형성되되, 상하면이 평평한 형상을 갖도록 형성될 수 있다 부하자(40)는 적절한 강도를 갖는 금속 재질로 형성될 수 있다. 정하중 시험기는 부하자(40)의 위치나 부하자(40)에 의해 가해지는 가압 정도 등을 제어할 수 있다.
단계 c)에서 부하자(40)가 단품 샘플(100)의 제1 타겟 포인트(T)를 가압하여 정하중을 가한다. 단품 샘플(100)은 제1 타겟 포인트(T)를 중심으로 가압에 의해 변형이 일어난다. 부하자(40)로 제1 타겟 포인트(T)를 가압하기 이전에 부하자(40)의 배치를 조정하는 단계를 거칠 수 있다. 구체적으로는, 양측 단부가 단품 샘플(100)의 길이 방향으로 수평하게 배치되어 있던 부하자(40)를 단품 샘플(100)의 토르소 앵글값에 맞추어 회전시킬 수 있다. 이 경우 부하자(40)가 제1 타겟 포인트(T)와 토르소 앵글값을 갖도록 배치된 상태에서 가압을 하게 되므로, 보다 실차 측면충돌시험의 시험 조건에 가까운 상태로 세팅될 수 있다(실차 측면충돌시험에서는 토르소 앵글값으로 상체가 배치된 인체 더미가 착좌하고 있기 때문임). 부하자(40)가 정하중을 가하면, 정하중 시험기에서는 가압시의 하중-변형 량의 관계를 나타내는 그래프를 생성하여 표시한다.
단계 d)에서 부하자(40)에 의한 정하중은 단품 샘플(100)의 하중 변위가 기 정해진 최대 변위값에 도달할 때까지 이루어질 수 있다. 여기에서 "최대 변위값"이란 기존 측면충돌시험 결과값(구체적으로는, 후석의 상해 평가부 중 가슴/복부 부위의 측면충돌시험 결과)에서 기준을 충족시키지 못하는 변위값을 의미한다. 예를 들어 2019년 북미 NCAP의 후석 상해 평가에 있어, 실제 상해치값(변위값)이 50mm 이상일 때에는 "Poor" 등급을 받게 되어 기준을 충족하지 못한다. 이 때, 50mm가 "최대 변위값"이 될 수 있다.
단품 샘플(100)의 하중 변위가 최대 변위값에 도달하면 정하중이 중단되는 바, 최대 변위값에 도달할 때까지의 최대 반력값에 해당하는 제1 반력값을 획득할 수 있다. 예를 들어 50mm가 최대 변위값인 경우, 단품 샘플(100)의 변위값이 0mm에서 50mm까지 변화하는 동안 단품 샘플(100)에서 측정되는 최대 반력값이 제1 반력값에 해당한다. 반력(reaction force)은 외력에 대한 저항력으로 발생하는 것인 바, 일반적으로는 변위값이 높아질수록 반력도 증가하는 경향을 보인다. 하지만 변위값이 증가하는 동안 반력이 낮아지는 구간도 존재할 수 있다. 최대 변위값에 도달할 때까지의 구간에 대해 최대 반력값을 확인해야 하는 이유다. 단계 e)까지 완료하면, 차종별 각 단품 샘플(100)의 제1 반력값들을 획득하게 된다.
단계 e)
단계 e)에서는 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량)과 제1 반력값 사이의 관계식을 생성한다. 상기 관계식은 단계 a)에서 분류된 차종별로 생성한다. 구체적으로, 단계 a)에서 획득한 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량)을 종속 변수로 하고, 단계 d)에서 획득한 제1 반력값을 독립 변수로 하는 선형 회귀 분석(linear regression)을 통해 하기 [식 1]의 상수 a,b를 산출함으로써 관계식을 생성한다. 예를 들어, 단계 a)에서 차종분류기준 A에 따라 차종을 소형 차량', '중형 차량','대형 차량'으로 분류하였다면, ⅰ)'소형 차량'의 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량)과 제1 반력값과의 관계식, ⅱ) '중형 차량'의 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량)과 제1 반력값과의 관계식, ⅲ) '대형 차량'의 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량)과 제1 반력값과의 관계식을 각각 생성한다. 상수 a,b의 산출은 상용화 된 통계 소프트웨어를 통해 이루어질 수 있다.
[식 1]
Y=aX+b
(Y는 후석의 실제 상해치(변형량), X는 제1 반력값(kN), a,b는 상수)
단계 f)
단계 f)는 단계 e)에서 생성한 관계식들에 기반하여 반력값을 기준으로 하는 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블을 생성한다.
일 구체예에 있어서, 실차 측면충돌시험의 후석 기준이 앞서 설명한 것처럼 상해치값(변위값)이 50mm 이상일 때에는 "Poor" 등급, 43mm~50mm 미만일 때에는 "Marginal" 등급, 35mm~42mm인 경우에는 "Acceptable" 등급, 34mm 이하인 경우에는 "Good" 등급으로 분류된다고 가정한다. 이 경우, 상기 Y=aX+b(식 1)에서 후석 기준에 따라 Y값을 특정하면, 상수 a,b의 값은 결정되어 있으므로 X값(반력값)을 산출할 수 있다. 즉, 실차 측면충돌시험의 후석 기준의 각 등급별 반력값을 산출할 수 있다. 따라서 임의의 후석 도어트림 단품의 반력값을 알게 되면, 상기 후석 도어트림 단품이 장착된 실차의 측면충돌시험시의 후석 기준에서 판정 등급이 어떻게 나오는지를 예측할 수 있다. 예컨대 상기에서 생성된 측면충돌시험 결과 판정 등급 테이블에서 반력값이 2.46kN 이상인 경우 "Poor" 등급이 나온다고 가정한다. 이 경우 후석 도어트림 단품의 반력값을 측정하였을 때, 2.7kN이 나온다면, 본 후석 도어트림 단품을 장착한 실차의 측면충돌시험시의 후석은 "Poor" 등급이 나올 가능성이 높을 것이다.
단계 g)
단계 a) 내지 단계 e)를 통해 후석 도어트림 단품을 예비 평가할 수 있는 관계식을 생성하였다. 상기 관계식은 후석 도어트림 단품에 정하중을 가하였을 때 발생하는 반력과, 이로 인해 발생하는 후석 도어트림 단품의 변형량의 관계를 나타내는 식이다.
단계 g)에서는 시험 대상이 되는 후석 도어트림 단품을 기 설정된 제2 착좌 포인트 정보에 따라 인체 더미를 후석 시트에 착좌 모델링하고, 후석 도어트림 단품의 암레스트가 인체 더미에 접촉하는 최초 접촉 지점을 산출하여 제2 타겟 포인트로 선정한다.
여기에서, "후석 도어트림 단품"은 시험하고자 하는 후석 도어트림 부품 제품을 의미한다. 이와 같은 "후석 도어트림 단품"은 단계 b)의 "제품의 후석 도어트림의 단품 샘플들"과 동일할 사양을 갖출 수도 있고 상이한 사양을 갖출 수도 있다. 예컨대 신제품에 적용되는 후석 도어트림 단품의 경우 기 존재하는 "제품의 후석 도어트림의 단품 샘플들"과는 사양이 상이할 것이기 때문이다.
"제2 착좌 포인트 정보"는 후석 측면충돌시험에 대응하여 "후석 도어트림 단품"에 대해 인체 더미를 배치시키기 위한 기준 좌표 정보를 포함한다. 제2 착좌 포인트 정보는 단계 b)에서 설명한 제1 착좌 포인트 정보와 유사하게 T값, H값 및 토르소 앵글값을 포함할 수 있다(이들 값들은 고유값에 해당함). T값, H값 및 토르소 앵글값에 대한 중복 설명은 생략한다. 단계 b)에서와 마찬가지로 작업자는 3D 모델링 소프트웨어 등을 통하여 후석 도어트림 단품을 3D 모델링한 오브젝트를 디스플레이에 배치시키고, 인체 더미를 3D 모델링한 오브젝트를 디스플레이에 배치시킨다. 상기 인체 더미는 제2 착좌 포인트 정보에 따라 착좌 모델링 된다.
다음으로, 후석 도어트림 단품의 암레스트가 인체 더미에 접촉하는 최초 접촉 지점을 좌표화하여 각 단품 샘플의 제2 타겟 포인트로 선정한다. 여기에서 제2 타겟 포인트는 단계 b)에서 설명했던 제1 타겟 포인트와 동일한 개념으로, x값, y값, z값을 포함할 수 있다.
단계 h) 및 단계 i)
단계 h)에서는 후석 도어트림 단품을 시험지그에 장착하고, 부하자로 제2 타겟 포인트에 정하중을 가하여 단품 샘플들을 변형시킨다. 단계 i)에서는 상기 후석 도어트림 단품의 하중 변위가 기 정해진 최대 변위값에 도달하면 정하중을 중단하고, 최대 변위값에 도달할 때까지의 최대 반력값에 해당하는 제2 반력값을 획득한다.
단계 h) 및 단계 i)는 앞에서 설명한 단계 c) 및 단계 d)와 유사하게 수행될 수 있다. 단계 h) 및 단계 i)는 시험실에서 정하중 시험기를 이용하여 이루어질 수 있으며, 시험실의 환경은 실차의 측면충돌시험에서의 환경과 동일하거나 동등한 수준의 조건을 갖도록 세팅될 수 있다. 후석 도어트림 단품이 시험지그에 고정되면, 부하자로 상기 후석 도어트림 단품의 제2 타겟 포인트를 가압하여 정하중을 가한다. 이 때, 부하자로 제2 타겟 포인트를 가압하기 이전에 부하자의 배치를 조정하는 단계를 거칠 수 있다. 구체적으로는, 양측 단부가 후석 도어트림 단품의 길이 방향으로 수평하게 배치되어 있던 부하자를 후석 도어트림 단품의 토르소 앵글값에 맞추어 회전시킬 수 있다. 이 경우 부하자가 제2 타겟 포인트와 토르소 앵글값을 갖도록 배치된 상태에서 가압을 하게 되므로, 보다 실차 측면충돌시험의 시험 조건에 가까운 상태로 세팅될 수 있다.
단계 i)에서 부하자에 의한 정하중은 후석 도어트림 단품의 하중 변위가 기 정해진 최대 변위값에 도달할 때까지 이루어질 수 있다. 여기에서 "최대 변위값"은 앞에서 설명한 단계 d)에서의 최대 변위값과 그 의미가 동일하므로 중복 설명은 생략한다. 일 구체예에 있어서 단계 h)의 "최대 변위값"은 50mm일 수 있다.
후석 도어트림 단품의 하중 변위가 최대 변위값에 도달하면 정하중이 중단되는 바, 최대 변위값에 도달할 때까지의 최대 반력값에 해당하는 제2 반력값을 획득할 수 있다. 제2 반력값은 후석 도어트림 단품의 사양별로 상이한 값을 가질 수 있다.
단계 j)
단계 j)에서는 단계 i)에서 획득한 제2 반력값을 단계 f)에서 생성한 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블에 대입함으로써 상기 후석 도어트림 단품의 실차 측면충돌시험 후석의 판정 등급을 판정할 수 있다. 예컨대 상술한 예에서와 같이 상기 판정 등급 테이블에서 반력값이 2.46kN 이상인 경우 "Poor" 등급이 나온다고 가정한다. 이 때, 상기 제2 반력값이 2.7kN이 나오는 경우에는 상기 후석 도어트림 단품을 장착한 실차의 측면충돌시험시의 후석 등급이 "Poor" 등급이 나올 것이라는 것을 예측할 수 있게 된다. 즉, 상기 후석 도어트림 단품이 장착된 실차가 측면충돌시험을 거쳤을 때 후석 기준이 어떤 등급이 나오는지를 예측할 수 있게 되며, 내부 기준에 따라 낮은 등급을 받은 경우에는 원인 및 개선안을 검토하고, 개선안을 반영하여 해당 후석 도어트림 단품의 품질 개선을 할 수 있을 것이다.
단계 k)
단계 k)는 단계 j)를 대체하여 수행되거나, 또는 단계 j)와 함께 수행될 수 있다.
단계 k)에서는 상기 후석 도어트림 단품을 단계 a)에서의 차종분류기준 A에 따라 분류하고, 차종에 따라 단계 e)에서 생성한 해당 관계식에 제2 반력값을 대입함으로써 후석의 예상 상해치를 산출한다.
구체적으로, 단계 e)에서는 Y=aX+b(식 1)의 형식을 갖는 관계식이 생성되고 이는 단계 a)에서의 차종분류기준 A에 따라 분류된 차종별로 생성된다. 상기 관계식은 반력(X)과 변형량(Y)의 관계를 나타낸다.
편의를 위해 단계 i)에서 제2 반력값이 대입될 해당 관계식을 [식 2]라 지칭하기로 한다. [식 2]는 [식 1]들 중에서 상기 후석 도어트림 단품이 속하는 분류에 해당하는 관계식으로 특정된다.
[식 2]
Y'=aX'+b
(Y'는 후석의 예상 상해치(변형량), X'는 제2 반력값(kN), a,b는 상수로써 상기 후석 도어트림 단품이 속하는 분류(상기 차종분류기준 A에 따름)에서의 상기 [식 1]의 상수 a,b와 동일함)
예를 들어, 단계 g) 내지 단계 i)에서 시험 대상이 되는 후석 도어트림 단품이 사양상 "중형 차종"에 해당된다고 가정한다. 이 경우, 단계 g) 내지 단계 i)를 거치면서 상기 후석 도어트림 단품의 제2 반력값을 획득하고, 상기 제2 반력값을 단계 e)에서 생성한 관계식들 중 "중형 차종"의 관계식(Y'=aX'+b, 식 2)의 X'에 대입한다. 이 경우 Y'이 산출되며, Y'는 해당 후석 도어트림 단품을 장착한 실차의 측면충돌시험시 후석의 예상 상해치(변형량)가 된다.
이어서, 후석의 예상 상해치에 따라 기 설정된 기준에 따라 상기 후석 도어트림 단품의 예상 품질등급을 판정한다. 단계 j)의 [식 2]에 상기 후석 도어트림 단품의 제2 반력값을 대입함에 따라, 해당 후석 도어트림 단품을 장착한 실차의 측면충돌시험시 후석의 예상 상해치(Y')를 얻을 수 있으며, 상기 예상 상해치를 기 설정된 기준에 대입함으로써 상기 후석 도어트림 단품의 예상 품질등급을 판정할 수 있다.
예를 들어, 단계 a)에서 설명한 등급의 일 예시를 인용하면, 상해치값(변위값)이 50mm 이상인 경우에는 "Poor" 등급이 나오며, 상해치값(변위값)이 34mm 이하인 경우에는 "Good" 등급이 나온다. 즉, 상기 후석 도어트림 단품이 장착된 실차가 측면충돌시험을 거쳤을 때 후석 기준이 어떤 등급이 나오는지를 예측할 수 있게 되며, 내부 기준에 따라 낮은 등급을 받은 경우에는 원인 및 개선안을 검토하고, 개선안을 반영하여 해당 후석 도어트림 단품의 품질 개선을 할 수 있을 것이다.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차 도어트림의 예비 시험방법은 실제 측면충돌분석 결과값들을 기반으로 후석 도어트림 단품 샘플과 실제 상해치(변형량)의 관계식을 생성하고, 시험 대상이 되는 후석 도어트림 단품에 정하중을 가하여 얻은 반력값을 상기 관계식에 대입하거나 상기 관계식을 기반으로 반력값을 기준으로 하는 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블을 생성하고 이와 비교함으로써 상기 후석 도어트림 단품이 장착된 실차가 측면충돌시험을 거쳤을 때 후석 기준을 충족시키는지 여부를 예측할 수 있다. 따라서 실차에 적용되기 전에 부품의 품질을 향상시킬 수 있는 시험법으로 기능할 수 있는 바, 제품의 품질 향상 및 시험 비용 절감의 효과를 거둘 수 있다.
실시예
이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 본 발명의 이해를 돕고자 한다. 그러나 본 발명은 하기 실시예로 한정되는 것이 아니다.
(1) 북미 IIHS로부터 실차 측면충돌시험의 결과값을 요청하여 획득하였다. 상기 결과값은 시험 대상이 되는 차종(모델명)과, 상해치(변형량, mm) 및 판정 등급 정보를 포함한다.
(2) 상기 결과값에 포함되는 차종들을 미리 설정된 기준에 따라 '소형 차량', '중형 차량', '대형 차량'으로 분류하였다. 그리고 시험 대상이 되는 차종(모델명)에 적용되는 후석 도어트림 단품 샘플을 확보하고, 3D 모델링을 통해 제1 타겟 포인트를 특정하였다.
(3) 이어서 단품 샘플들을 정하중 시험기를 통해 제1 타겟 포인트에 정하중을 가하여 최대 변위값에 도달할 때까지의 최대 반력값들을 획득하였다.
(4) 나아가 상기 결과값에 포함되는 상해치(변형량, mm)와 상기 (3)에서 획득한 반력값을 선형 회귀 분석을 통해 분석하여 '소형 차량' 관계식, '중형 차량'관계식, '대형 차량' 관계식을 각각 생성하였다. 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다(일부 데이터만 표시함). 한편, 관련하여 도 4는 선형 회귀 분석을 통해 관계식을 생성하는 일 예시를 나타내는 이미지이다.
차종 구분 모델 A:실제 상해치
(mm)		 B:최대 반력값
(kN)		 A-B 관계식
소형
 가 50.2 3.17 Y=6.52X+33.94
나 45 3.00
중형




 다 48 2.80 Y=6.52X+24.74
라 45 2.50
마 12 2.30
바 27 2.30
사 33 1.40
아 28 1.00
대형
 자 16 2.18 Y=6.52X+12.14
차 33 2.71
다음으로, 북미 IIHS의 실차 측면충돌시험 후석 기준에 따라 각 등급에 해당하는 반력값을 산출하여, 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블을 생성하였다. 생성된 테이블을 하기 [표 2]에 나타내었다.
Good 등급
(변형량 34mm 이하)		 Acceptable 등급
(변형량 35~42mm)		 Marginal 등급
(변형량 43~50mm)		 Poor 등급
(변형량 50mm 이상)
소형 - ~1.39kN 1.39~2.46kN 2.46kN
중형 ~1.57kN 1.57~2.8kN 2.8~3.87kN 3.87kN
대형 ~3.5kN 3.5~4.73kN 4.73~5.4kN 5.8kN
[표 2]를 참조하여 예시하면, 중형 차량에 적용되는 후석 도어트림 단품의 제2 타겟 포인트에 정하중을 가하여 획득한 제2 반력값이 2.9 kN인 경우, 해당 후석 도어트림 단품이 장착된 실차의 실제 측면충돌시험에서의 후석 등급은 Marginal 등급이 나올 가능성이 높을 것이다.
이상에서와 같은 테이블을 생성함으로써, 후석 도어트림 단품이 실차의 측면충돌시험에서의 후석 기준을 충족하는지 여부를 예비적으로 시험할 수 있게 되었다.
이상, 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이러한 변형 역시 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.
10: 제1 오브젝트
20: 제2 오브젝트
30: 시험지그
40: 부하자
50: 정하중 시험기

Claims (6)

  1. a) 제품별(실차) 기존 측면충돌시험 결과값(제품분류기호, 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량),시험결과에 따른 등급을 포함함)들을 기 설정된 차종분류기준 A에 따라 3 이상의 차종으로 분류하는 단계;
    b) 상기 기존 측면충돌시험 결과값을 갖는 제품의 후석 도어트림의 단품 샘플들을 각각의 인체 더미의 골반 중앙 부근에 특정된 기준점의 좌표값인 T값, H값 및 인체 더미의 상체가 가상의 수직축과 이루는 각도에 해당하는 토르소 앵글값을 포함하는 제1 착좌 포인트 정보에 따라 3D 모델링 소프트웨어를 이용하여 후석 도어트림의 단품 샘플을 3D 모델링한 제1 오브젝트를 디스플레이에 배치하고, 인체 더미를 3D 모델링한 제2 오브젝트를 동일 디스플레이에 배치한 후, 상기 제2 오브젝트로 모델링 된 인체 더미를 제1 오브젝트로 모델링된 후석 도어트림의 단품 샘플의 후석 시트에 착좌 모델링하고, 각 단품 샘플의 암레스트가 인체 더미와 접촉하는 최초 접촉 지점을 좌표화하여 각 단품 샘플의 제1 타겟 포인트를 각각 특정하는 단계;
    c) 단품 샘플들을 개별로 시험지그에 장착하고, 부하자로 상기 제1 타겟 포인트에 정하중을 가하여 단품 샘플들을 개별로 변형시키는 단계;
    d) 각 단품 샘플의 하중 변위가 기 정해진 최대 변위값에 도달하면 정하중을 중단하고, 최대 변위값에 도달할 때까지의 최대 반력값에 해당하는 제1 반력값을 각각 획득하는 단계; 및
    e) 상기 차종분류기준 A에 따라 분류된 종류별로, 상기 후석 도어트림의 실제 상해치값(변형량)을 종속 변수로 하고 상기 제1 반력값을 독립 변수로 하는 선형 회귀 분석을 통해 하기 [식 1]의 상수 a,b를 각각 산출함으로써, 상기 차종분류기준 A에 따라 분류된 종류별로 상수 a,b가 상이한 관계식을 각각 생성하는 단계를 포함하는 자동차 도어트림의 예비 시험방법.
    [식 1]
    Y=aX+b
    (Y는 후석의 실제 상해치(변형량), X는 제1 반력값(kN), a,b는 상수)
  2. 청구항 1에 있어서,
    f) 상기 관계식들에 기반하여 반력값을 기준으로 하는 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블을 생성하는 단계를 더 포함하는 자동차 도어트림의 예비 시험방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    g) 시험 대상이 되는 후석 도어트림 단품을 기 설정된 제2 착좌 포인트 정보에 따라 인체 더미를 후석 시트에 착좌 모델링하고, 후석 도어트림 단품의 암레스트가 인체 더미에 접촉하는 최초 접촉 지점을 산출하여 제2 타겟 포인트로 선정하는 단계;
    h) 상기 후석 도어트림 단품을 시험지그에 장착하고, 부하자로 상기 제2 타겟 포인트에 정하중을 가하여 상기 후석 도어트림 단품을 변형시키는 단계; 및
    i) 상기 후석 도어트림 단품의 하중 변위가 기 정해진 최대 변위값에 도달하면 정하중을 중단하고, 최대 변위값에 도달할 때까지의 최대 반력값에 해당하는 제2 반력값을 획득하는 단계를 더 포함하는 자동차 도어트림의 예비 시험방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    j) 상기 제2 반력값을 상기 단계 f)에서 생성한 측면충돌시험(후석) 결과 판정 등급 테이블에 대입함으로써 상기 후석 도어트림 단품의 실차 측면충돌시험 후석의 판정 등급을 예측하는 단계를 더 포함하는 자동차 도어트림의 예비 시험방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    k) 상기 후석 도어트림 단품을 상기 차종분류기준 A에 따라 분류하고, 차종에 따라 단계 e)에서 생성한 해당 관계식인 하기 [식 2]에 제2 반력값을 대입함으로써 후석의 예상 상해치를 산출하는 단계를 더 포함하는 자동차 도어트림의 예비 시험방법.
    [식 2]
    Y'=aX'+b
    (Y'는 후석의 예상 상해치(변형량), X'는 제2 반력값(kN), a,b는 상수로써 상기 후석 도어트림 단품이 속하는 분류(상기 차종분류기준 A에 따름)에서의 상기 [식 1]의 상수 a,b와 동일함)
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 착좌 포인트 정보 및 제2 착좌 포인트 정보는 인체 더미의 상체가 가상의 수직축과 이루는 각도에 해당하는 토르소 앵글값을 포함하고,
    상기 단계 c)의 부하자는 해당 단품 샘플의 토르소 앵글값으로 회전된 상태에서 정하중을 가하며,
    상기 단계 h)의 부하자는 해당 후석 도어트림 단품의 토르소 앵글값으로 회전된 상태에서 정하중을 가하는 것인 자동차 도어트림의 예비 시험방법.
KR1020170138363A 2017-10-24 2017-10-24 측면충돌시험 후석 기준 충족을 위한 자동차 도어트림의 예비 시험방법 KR101979310B1 (ko)

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