KR20030006360A - 차체 설계 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차체 설계 방법에 관한 것으로, 차체 설계에 있어서 각 설계 대상 부분의 두께, 중량, 강성 등을 해석하고 이를 전체적으로 조합하여 각 부분별로 최적화함으로써 기존의 강성을 유지 또는 향상시키면서 중량을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 차체의 설계 대상 부재를 복수개의 부분으로 분할하는 단계와, 상기 분할된 각 부분에 대해 중량 변화에 대한 강성변화로 정의되는 민감도를 구하는 단계, 구해진 민감도에 따라 최소 중량에 최대 강성을 가질 수 있도록 각 부분의 두께를 결정하는 단계로 이루어진 차체 설계 방법을 제공한다.

Description

차체 설계 방법{Method for designing body of automobile}

본 발명은 자동차의 차체 설계를 최적화하는 방법에 관한 것으로, 특히 자동차 차체의 두께와 강성을 최적화할 수 있도록 한 차체 설계 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 차체(body)와 섀시(chassis)로 구분할 수 있는데, 첨부된 도면의 도 1에 도시된 것과 같이 차체는 엔진을 비롯하여 동력전달장치, 조향장치, 현가장치, 주행 및 제동장치 등의 섀시가 장착되는 자동차의 골격을 이루는부분으로서, 각종 패널과 보강재 등의 구조물이 용접 등의 방법으로 결합되어 있다.

그런데, 종래에는 이러한 차체를 설계하고 제작함에 있어서 차체의 각 부분들이 외력에 의한 차체의 구조적 강성과 두께, 중량 등을 최적으로 만족시킬 수 있도록 설계되지 못하였다.

예컨대, 차체의 사이드도어 내측 패널이나 사이드도어 외측 보강재의 경우, 강성 주요 부위에 적절히 배치되거나 전체적인 강성 만족을 위하여 일체화된 패널로 적용되어 왔다.

또한, 중량 저감 및 효율적 강성 배분을 위하여 맞대기 이음 용접 기법(TWB; Tailor Welded Blanks)이 적용되어 왔는데, 종래에는 이와 같이 맞대기 이음 용접 기법을 적용함에 있어서 설계자의 경험에 의하여 별다른 근거없이 설계에 적용되어 왔는 바, 이로 인하여 차체의 각 부분의 설계에 있어서 최적의 두께와 중량에 대한 효율적인 강성 배분이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 차체 설계에 있어서 각 설계 대상 부분의 두께, 중량, 강성 등을 해석하고 이를 전체적으로 조합하여 각 부분별로 최적화함으로써 기존의 강성을 유지 또는 향상시키면서 중량을 최소화할 수 있는 차체 설계 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 자동차의 차체를 나타내는 도면

도 2는 본 발명의 차체 설계 방법을 나타낸 순서도

도 3a와 도 3b는 각각 본 발명의 차체 설계 방법의 적용례를 나타낸 차체의 사이드도어 내측 패널과 사이드도어 외측 보강재를 나타낸 도면

도 4a와 도 4b는 각각 본 발명의 차체 설계 방법 적용례에 의해 결정된 사이드도어 내측 패널과 사이드도어 외측 보강재의 맞대기 이음 용접 라인의 일례를 나타낸 도면

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차체의 설계 대상 부재를 복수개의 부분으로 분할하는 단계와, 상기 분할된 각 부분에 대해 중량 변화에 대한 강성변화로 정의되는 민감도를 구하는 단계, 구해진 민감도에 따라 최소 중량에 최대 강성을 가질 수 있도록 각 부분의 두께를 결정하는 단계로 이루어진 차체 설계 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 따른 차체 설계 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 중량 저감 및 효율적 강성 배분을 위한 맞대기 이음 용접 라인(TWB Line)을 결정하는 차체 설계방법을 순차적으로 나타낸 것으로, 먼저 설계하고자 하는 대상 부분을 복수개의 부분으로 분할한 다음, 각 부분에 대한 민감도를 해석하고, 이 해석된 민감도에 따라 민감한 부분의 두께는 증가시키고 민감하지 않은 부분의 두께는 줄임으로써 최소 중량에 대해 최대의 강성을 가질 수 있게 된다.

여기서, 상기 민감도는 각 부재의 두께 변화에 대한 강성 및 무게 변화의 민감도를 구한 다음, 이와 같이 구해진 민감도 값에 따라 무게 변화에 대한 강성변화의 민감도 값을 구함으로써 얻어진다.

즉, 두께변화에 대한 강성변화의 민감도 값은 ??K/??t=강성변화/두께변화로 나타내어지고, 두께변화에 대한 중량변화의 민감도 값은 ??W/??t=중량변화/두께변화로 나타내어지는바, 중량변화에 따른 강성변화의 민감도 값은 상기 두 민감도 값에 의해 ??K/??W=강성변화/중량변화=(??K/??t)/(??W/??t)로 구해질 수 있다.

본 발명의 차체 설계방법에 대해 차체의 사이드도어 내측 패널과 사이드도어 외측 보강재를 설계하는 것을 일례로 하여 좀더 구체적으로 설명하면, 먼저 도 3a에 도시된 것과 같이 사이드도어 내측 패널을 14개 부분으로 분할하고, 도 3b에 도시된 바와 같이 사이드도어 외측 보강재를 17개의 부분으로 분할한다.

이어서, 상기 사이드도어 내측 패널과 사이드도어 외측 보강재의 각 분할된 부분들에 대한 민감도를 계산하는데, 이 민감도는 상용 소프트웨어(예컨대 NASTRAN)를 사용하여 계산할 수 있다.

상기와 같이 해석된 민감도 값에 따라, 민감도가 큰 부분은 두께를 증가시키고 민감도가 작은 부분은 두께를 줄임으로써 최소 중량에 대해 최대 강성을 얻을 수 있도록 최적화되는데, 이와 같은 최적화 해석 결과 도 4a와 도 4b에 도시된 것과 같이 사이드도어 내측 패널은 1.2t와 1.6t의 두 부분으로 분할되고, 사이드도어 외측 보강재는 1.0t와 1.6t의 두 부분으로 분할되는 바, 이 분할된 부분들의 경계선이 맞대기 이음 용접 라인(TWB Line)으로 결정되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 설계하고자 하는 차체 부분에 대해 최소 중량에 대한 최대 강성을 얻을 수 있는 맞대기 이음 용접 라인이 결정되고, 이에 따라 각 부분에 대해서 최적의 설계가 가능하게 된다.

즉, 차체의 중량은 저감시키면서 강성은 증대시킬 수 있게 되고, 정해진 해석 프로세스에 따른 최적 설계가 가능해져 원가가 절감되며, 제품의 신뢰도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 차체의 설계 대상 부재를 복수개의 부분으로 분할하는 단계;

   상기 분할된 각 부분의 민감도를 구하는 단계;

   구해진 민감도에 따라 최소 중량에 최대 강성을 가질 수 있도록 각 부분의 두께를 결정하는 단계로 이루어진 차체 설계 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 민감도는 중량 변화에 대한 강성변화로 정의되는 것을 특징으로 하는 차체 설계 방법.