SUV 차량의 실내 이상 소음 저감을 위한 엔진 마운트 브래킷의 최적설계

정대영 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

재료 및 공정 변수 산포가 프레스 성형품의 품질 변화에 미치는 영향과 고유진동수를 활용한 검사 방법에 관한 연구

지현구 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

일반적으로 1대의 자동차를 생산하기 위해서는 2만~3만 여개의 부품을 필요로 한다. 그 중에서도 프레스 성형공정을 통해 생산되는 부품의 경우 차체, 엔진, 조향 등 광범위하게 적용되고 있다. 자동차 산업에 사용되는 프레스 성형품의 품질 검사의 경우 조립성 및 감성품질 확보를 위한 상대부품간의 Gap이나 단차에 대한 품질 규정이 존재한다. 하지만, 국소 부위 두께 감소로 인한 불량품의 경우 품질 검사법이 정립되지 않은 상황이다. 특히 넥이나 크랙의 경우 검사자의 육안을 통한 검사가 주를 이루고 있으며 형상이 복잡하거나 육안 식별이 불가능할 경우 불량품이 후 공정 및 필드로 유출될 우려가 있다. 특히 육안 식별이 어려운 넥 불량품이 유출될 경우 피로 및 파괴에 취약하며 후 공정인 도장 및 조립에서 제품이 크랙으로 성장해 더 큰 품질 문제로 성장 할 수 있다. 따라서 이런 불량유형을 선별할 수 있는 검사법에 대한 연구가 필요한 상황이다. 본 연구는 재료 및 공정의 산포가 프레스 성형품의 품질변화에 미치는 영향에 관해 분석하고, 기계 구조물의 고유 성질인 고유진동수를 활용하여 프레스 성형품의 불량제품의 검사 방법에 관해 연구하였다. LDH 실험을 프레스 공정이라 가정하여 진행하였으며 실험과 해석의 유효성을 검증하였다. 유효성 검증 후 변수를 설정하여 유한요소 해석을 통해 연구하였으며 각각의 불량 유형에 고유진동수를 이용한 검사법이 적합한지 확인하였다. In general, 20,000 to 30,000 parts are required to produce one automobile. Particularly, the parts produced through the press forming process are widely applied such as body, engine, and steering. In the case of quality inspection of press-formed products used in the automotive industry, there is a quality regulation for the gap and the level difference between the relative parts for securing the assemblability and the sensitive quality. However, in the case of defective products due to the reduction of the local site thickness, the quality inspection method has not been established yet. Particularly, in the case of neck or crack, inspection through the naked eye is mainly made by the inspector. If the shape is complicated or the naked eye can not be identified, the defective product may be leaked to the post-process and field. Particularly, it is vulnerable to fatigue and fracture when a neck defect that is difficult to visually identify is leaked, and the products grows into cracks in the subsequent painting process and assembly, which can lead to a critical quality problem. Therefore, it is necessary to study the test method for distinguishing fair products and defective products. The purpose of this study is to investigate the effect of variation of materials and processes on the quality change of press-formed products, and to investigate the method of inspection defective products of press-formed products by using the natural frequency. In this study, LDH experiments were supposed as a press process and the validity of the experiment and the analysis were verified. After validation, variables were set up and analyzed through finite element analysis, and it was confirmed that the test method using natural frequency was suitable for each failure type.

EURO-4 Retrofit Urea-SCR 시스템의 Diffuser 형상과 분무압력 및 배기유량에 따른 NH₃ 유동균일도에 관한 연구

이준섭 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

전세계적인 온난화로 인해 온실가스를 줄이기 위하여 선진국을 중심으로 많은 노력을 기울이고 있다. 자동차 배기가스는 대기오염에 직접적인 영향을 미치며, 전체의 약 82%를 차지한다. De-NOx 기술에는 Urea-SCR, HC-SCR, LNT등의 기술이 있으며 이 중 넓은 온도범위에서 높은 NOX 저감효율을 보이는 Urea-SCR이 활발히 연구되고 있다. Urea-SCR은 SCR 전단에서 수용액형태의 urea가 분사되어 SCR의 환원제로 사용되며 urea tank를 별도로 설치를 해야 한다는 단점이 있지만 타 De-NOX 저감기술에 비해 효율이 좋고 연비가 우수한 장점이 있다. EURO-6 대상 경유자동차들은 강화된 배기가스 규제를 만족하기 위하여 EGR, 흡입공기량 제어 등을 통해 engine out NOX 컨트롤을 하여 배기가스가 후처리장치에 도달하기 전에 미리 감소시키는 특징이 있다. 하지만 EURO-4 대상 경유자동차들은 engine out으로 나가는 배기가스를 엔진에서 먼저 저감시키지 않고 후처리장치에서만 NOX 저감이 이루어진다. 본 연구의 대상차는 Retrofit Emission Control System의 중대형경유자동차로써 SCR 촉매가 해당차에 맞도록 compact하게 설계되어 있기 때문에 주어진 size안에서 EURO-6 대상 차량과 동일한 NOX 저감이 이루어져야 하며, 따라서 SCR system의 NOX 저감 성능을 담당하는 중요한 인자 중 하나인 diffuser 형상 설계가 고려되어야 한다. 본 연구는 수도권 대기질 개선의 문제를 해결해보고자 충분한 물량확보가 가능하고, 환경오염 부하율이 높은 EURO-4 이하 중대형 운행차량을 대상으로 SCR 시스템의 diffuser 형상을 연구해보고자 한다. Due to the accelerating global warming many countries are making efforts to reduce exhaust gas emissions. Automobile emissions are directly affecting the air pollution, it is about 82 % of the total air pollution. There are Urea-SCR, HC-SCR and LNT in the description of a technology, The Urea-SCR, which shows a high NOX reduction efficiency in various temperature conditions, is under noticed. Urea which is used as a reducing agent in the form of aqueous solution and injected in front of SCR is used on Urea-SCR. It has weakness that it is installed separately, but has advantages which are more higher efficiency of NOx reduction and Fuel efficiency than HC-SCR. EURO-6 target heavy-duty diesel vehicles control engine out NOX through EGR, inlet air flow etc. to satisfy the regulation. It has feature that it reduce exhaust gas in advance before arriving at after-processing equipment. But EURO-4 Retrofit Emission Control System heavy-duty diesel vehicles do not use EGR inlet air flow etc. before engine out. The subject of this study is Retrofit Emission Control System EURO-4 heavy-duty diesel vehicles. The SCR system is designed to fit the corresponding vehicle. So the same amount of NOX reduction of EURO-6 vehicles should be achieved within the given size. Therefore Diffuser designs that one of the most important factor based on NOX reduction performance should be considered. This paper for Diffuser design of Urea-SCR system was researched for EURO-4 heavy-duty diesel vehicles to solve the problem of improving air quality in the metropolitan area.

현가장치의 코너링 컴플라이언스와 시정수 값에 의한 핸들링 성능 설계방법

조범근 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

자동차의 설계과정에서 R&H 성능개발 목표를 설정하여 설계자들이 개발차량의 성능을 예측 할 수 있는 설계 프로세스의 정립이 요구되고 있다. 본 논문에서는 핸들링 목표 성능 달성을 위하여 성능목표를 정량화하고, 현가장치의 동적인 코너링 컴플라이언스와의 관계식을 유도한다. 3자유도 (횡방향/요/롤) 횡방향 동역학 차량 모델을 사용하여 설계 방법을 개발한다. 또한 설계된 샤시 파라미터로 성능목표에 대한 민감도를 구하고 변화량을 예측한다. 함수형 현가장치 모델을 이용한 전차량 모델에 앞서 개발한 3자유도 모델의 결과를 적용하여 설계 방법의 타당성과 모델의 신뢰도를 검증한다. It is required to establish the design process that can predict the performance of the developed vehicle by setting the R&H performance development goal in the design process of the vehicle. In this paper, we quantify the performance goals and derive a relationship with the dynamic cornering compliance of the suspension to achieve handling target performance. Develop a design method using three degrees of freedom (Lateral / yaw / roll) transverse dynamic vehicle model. In addition, the designed chassis parameters are used to obtain sensitivity to performance targets and predict changes. The validity of the design method is verified by applying the results of the three degree of freedom model developed before the vehicle model using the Functional Suspension Model (FSM).

상용차의 주행 안정성 개선을 위한 후륜 현가장치 최적설계에 관한 연구

김완 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

본 연구에서는 상용차의 후륜 현가장치에 주로 사용되는 판스프링의 최적설계를 통하여 차량의 주행안정성을 향상시키는 설계기법을 제안한다. 주행성능을 분석하고 최적화를 수행하기 위해 차량 동역학 모델과 판스프링 유한요소모델을 개발하였으며, 개발된 모델의 타당성을 검증하기 위해 국제표준화기구인 ISO에서 규정한 주행성능 평가방법으로 도로 및 운전조건을 모사하여 정상상태 원 선회시험과 횡 방향 과도응답시험을 다물체 동역학 해석을 통하여 수행하였다. 개발된 모델의 차량 동특성에 영향을 미치는 설계인자를 일차적으로 선정하기 위해 Plackett-Burman 실험계획법을 이용하여 주행성능에 영향을 미치는 성능인자를 검사(screening) 하여 설계인자들을 선정하였다. 선정된 설계인자들을 이용하여 반응표면법에 기초한 실험계획법을 이용하여 주행성능 향상을 고려한 반응표면함수를 도출하였으며, 이들 함수에 대한 후륜 현가장치의 최적설계를 위해 민감도 분석을 통하여 주행성능에 기여도가 큰 하드 포인트, 두께 및 형상 정보를 설계 변수로 결정하였다. 결정된 설계변수들과 롤강성 및 롤센터 높이에 대한 제약조건으로 최적 설계를 수행하였고, 이 과정을 통하여 판스프링의 최적설계 문제 정식화를 수행하여 판 스프링 최적화 모델을 도출하였으며, 최적화된 판스프링을 차량 동역학 모델에 적용하여 동특성 성능평가를 수행하여 주행성능이 향상되었음을 확인하였다. This study presents an optimal design for the leaf spring rear suspension that is suitable for improving the running stability of commercial vehicles. A vehicle dynamics model and leaf spring finite element model were developed to analyze and optimize the running stability. To verify the validity of the developed model, steady-state circular driving and transverse lateral response tests were performed through multibody dynamics analysis. Sensitivity analysis was conducted to determine the design variables of the leaf spring that affect the vehicle dynamics. By designing experiments based on the response surface method, the response surface function considering the improvement of the running stability was derived using the selected design variables. For the optimal design of the leaf spring, the hard point, thickness, and width, which contributed to the running stability, were utilized as design variables. The optimal design was determined with constraints on roll stiffness and roll center height with respect to the selected design variables. Through this process, an optimization model of the leaf spring was obtained. By applying the optimized leaf spring to the vehicle dynamics model, the dynamics characteristics were evaluated to confirm that the running stability was improved.

전기자동차 및 하이브리드 자동차용 이중3상 동기전동기의 벡터제어기법 연구

왕치 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내박사

Due to the advantages of low-voltage high-power, less torque ripple, and excellent fault tolerance ability, the multi-phase motor drive system is essentially capable of meeting the requirement of high-power electric drive system for the practical application. In the past, the multi-phase motor was widely used in the military purpose, high-reliability requirement and high-power applications such as aerospace and ship propulsion. The dual three-phase synchronous machine is a symmetric twelve-phase system according to the stator winding structure, an asymmetric six-phase system according to the control circuit. It is because of this winding configuration, the k=6n±1(n=1, 3, 5,⋯) order air-gap flux harmonics of the three-phase were eliminated. Therefore, the copper losses produced by these harmonics as well as torque harmonics were eliminated. These advantages make the dual three-phase synchronous machine have the best prospect. In the last few years, the dual three-phase synchronous machine has been gradually employed in the automobile component such as Electric Power Steering (EPS), Integrated-Starter-Generator (ISG), Belt-Stator-Generator (BSG), alternator and so on. However, there are many technical issues still existed in reality as an emerging technology, which is worth much research and discussion. Hence, this paper considers a 30° shift Y-connection dual three-phase synchronous machine as a study object. Several major issues of the dual three-phase synchronous machine drive system were comprehensively studied. It is of benefit for improving the motor performance and practical applications. Firstly, this paper deduced the self-inductance and mutual inductance of the dual three-phase permanent magnet synchronous machine (PMSM) by two-reaction theory. And the mathematical models were deduced based on different reference frame transformation of the double d-q and vector space decomposition (VSD) coordinate, respectively. Accordingly, the vector control based on the double d-q model is equivalent to control the two three-phase machines, whereas the VSD model has six-dimension vectors in three sub-planes that orthogonal to each other. According to the VSD analysis, the current in the fundamental wave sub-plane is the only one have the contribution to the electromechanical torque, and the currents in the other two sub-planes are non-participate in the energy conversion. However, the current in the z1-z2 sub-plane has the effect on the harmonics, and the current in the o1-o2 sub-plane is zero due to the separated neutral point. Therefore, the four-dimension current can be used for the vector control. This paper extensively introduce the internal relation between two kinds of the vector control strategy based on the different model. The theoretical difference is that the vector control based on VSD model could directly and effectively control the harmonic current component in the z1-z2 sub-plane what is irrelevant to electromechanical energy conversion. Afterwards, this paper has an in-depth analysis of the pulse width modulation (PWM) scheme for the dual three-phase machine based on the VSD model because of its good control degree of freedom. The conventional two-vector space vector PWM (SVPWM) has the better DC-link voltage utilization but the injected harmonic voltage is too high. The four-vector SVPWM only could be used for the sinusoidal voltage that restricts its modulation range. To address this issue, this study extended the four-vector SVPWM to the over-modulation region to acquire the identical modulation range to the two-vector SVPWM scheme and meanwhile reduced the injected harmonic voltages and currents. However, the four-vector SVPWM is very complicated and the PWM waveforms of the six-phase voltage source inverter (VSI) are asymmetric, which make the implementation more difficult in a microprocessor and the switch losses are large as well. Consequently, a new PWM modulation scheme is proposed based on analyzing the injected harmonics in the z1-z2 sub-plane to enhance the voltage utilization. Due to the flexible control features of the VSD model, a three-stage vector control strategy is proposed corresponding to the different modulation regions. It consists of the sinusoidal current modulation region, the sinusoidal voltage modulation region, and the non-sinusoidal voltage region. The first region is linear modulation region where the four-dimension current control is employed, and the two-dimension current control strategy is employed in the other two regions to achieve the improvement of DC-link voltage utilization. In addition, the VSD technique has the insufficient control of the harmonic current component in the z1-z2 sub-plane. This paper proposes a Proportional-Integral-Resonant (PI-R) controller that can directly and effectively control the larger magnitude of the harmonic current in the z1-z2 sub-plane. Consequently, the stator harmonic currents can be effectively suppressed to reduce the system losses. Eventually, a dual three-phase IPMSM used for EPS application is employed to verify the present algorithms. The experiment results show a good agreement with the analysis and the effectiveness and feasibility are demonstrated. 다상 전동기 드라이브 시스템은 낮은 토크 리플과 탁월한 고장 방지 능력으로 군사용, 항공 우주 및 선박 추진 등과 같은 고신뢰성을 요구하는 응용 분야에서 널리 사용된다. 이중 3상 동기 전동기 (PMSM)는 고정자 권선의 구조에 따라 6상 또는 12상 시스템으로 나눌 수 있다. 이러한 고정자 권선 구조를 가지는 동기 전동기는 k = 6n ± 1 (n = 1, 3, 5, ⋯) 차수의 고조파 성분이 제거되며, 토크 리플과 동손이 작다는 장점을 가진다. 이러한 장점으로 현재 자동차 분야에서는 이중 3상 동기 전동기가 각광 받고 있으며, Electric Power Steering (EPS), Integrated-Starter-Generator (ISG), Belt-Stator-Generator (BSG) 등과 같은 부품에 적용되고 있는 사례가 증가하고 있다. 이를 위해 여러 연구가 진행되고 있지만, 여전히 많은 기술적 한계를 지니고 있다. 따라서 본 논문에서는 30도 위상차를 가지는 Y결선의 이중 3상 동기 전동기의 몇 가지 주요 쟁점을 분석하여 최적의 제어 방법을 중심으로 연구하였으며, 이를 통해 전동기의 제어 성능을 향상시킬 수 있는 실용적인 적용 방법을 제안하였다. 먼저 본 논문에서 소개하는 두 종류의 벡터 제어 전략 사이의 관계를 증명하기 위해 Two-reaction 이론에 의한 이중 3상 동기 전동기의 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스를 도출하고, 이중 d-q 및 Vector Space Decomposition(VSD) 좌표의 서로 다른 참조 프레임 변환을 기반으로 전동기 수학적 모델을 도출하였다. 이중 d-q 모델에 기초한 벡터 제어는 2개의 3상 전동기를 제어하는 것과 동일하지만, VSD 모델은 서로 직교하는 3개의 서브 평면에 6차원 벡터를 갖는다. VSD 모델 분석을 통해 토크에 영향을 미치는 전류(α-β)와 고조파에 영향을 미치는 전류(z1-z2)를 벡터 제어에 사용함으로써 고조파 전류를 직접 및 효과적으로 제어 할 수 있다. 또한 VSD 모델을 기반으로 하는 이중 3상 시스템에 대한 펄스 폭 변조 (PWM) 방식에 대한 심층 분석을 하였다. 기존의 2개의 공간 벡터 전압 변조 방식(SVPWM)은 DC 링크 전압 이용률을 높여주지만 상전압의 고조파 비율이 높아진다는 단점이 있고, 4개의 공간 벡터 전압 변조 방식은 정현파 전압 변조만 가능하므로 전압 이용률이 낮다는 단점이 있다. 본 논문에서는 기존 2개의 공간 벡터 전압 변조 방식과 동일한 변조 범위를 얻을 수 있는 개선된 4개의 공간 벡터 전압 변조 방식을 제안하였으며, 이를 통해 전압과 전류의 고조파를 줄이는 결과를 얻었다. 그러나 이 전압 변조 방식을 이용한 6상 전압원 인버터 (VSI)의 PWM 파형은 비대칭이므로 마이크로 프로세서에서 구현이 어렵고 스위치 손실이 크다. 따라서 z1-z2에 주입 된 고조파를 분석하여 전압 이용률을 향상시키는 새로운 PWM 변조 기법과 VSD 모델의 유연한 제어 기능으로 인해 서로 다른 변조 영역(사인파 전류 변조 영역, 정현파 전압 변조 영역, 비 사인파 전압 영역) 에 해당하는 3단계 벡터 제어 전략을 제안 한다. 3단계 중에서 제 1영역은 선형 변조 영역으로 4차원 전류 제어를 사용하고, 다른 2개의 영역에서는 DC링크 전압 이용률을 개선하기 위해 2차원 전류 제어 기법을 사용한다. 또한 z1-z2 평면에서 고조파 전류 제어 성능을 개선 하기 위해 비례 적분 공진(PI-R) 제어 기법을 적용하여 시스템의 손실을 감소 시켰다. 본 논문에서 제안한 알고리즘은 EPS용 이중 3상 동기 전동기에 적용하여 실현 가능성을 입증하였다.

상용차 승차감 및 핸들링 성능 향상을 위한 설계목표전이기법 기반의 현가장치 최적화 설계 연구

유춘원 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

국 문 요 약 기존의 현가장치 설계프로세스는 차량 전체적인 관점에서의 성능을 고려지 않고 시스템 단계에서의 성능 목표에 맞춰 설계 및 개발을 수행하고 있다. 또한 차량설계와 같은 대형설계문제는 복잡하고 설계변수가 많으므로 승차감, 핸들링 등 다분야 최적설계 시에 효율성과 수렴정도가 떨어진다. 따라서 현재 많은 연구들이 이러한 설계상의 문제를 근본적으로 해결하기 위해서 설계목표전이기법(Target cascading method)을 적용하고 있다. 본 논문에서는 상용차량의 승차감 및 핸들링 성능 향상을 위해 다 단계 계층구조 모델링(multi-level modeling hierarchy)을 통해 각 레벨별로 설계모델 및 해석모델을 정의하여 설계목표전이기법 기반의 현가장치 최적화 설계프로세스를 정립 및 제안하였으며, 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 설계목표전이기법을 적용하기 위해 계층적 구조를 갖는 상용차 차량동역학 모델 라이브러리를 개발하였다. 모델링은 다물체 동역학 기반으로 하였으며, 객체 지향적 모델링 기법을 사용하여 모델 변경 및 수정이 용이하도록 하였다. 둘째, 승차감 및 핸들링을 평가할 수 있는 시험방법 및 성능지수를 선정하고, 각 시험에 대한 가상시험환경을 구축하였다. 또한 개발된 차량동역학 라이브러리의 타당성 검토를 위해 해석모델을 구축하여 R&H 성능 예측 정확도를 검증하였다. 셋째, 개발된 설계목표전이기법 기반의 현가장치 최적화 설계프로세스의 유효성을 검증하기 위해 최적설계를 수행하였다. 먼저 차량레벨에서는 앞서 검증된 차량의 승차감 및 핸들링 성능 최대화를 목적함수로 정의하여 메타모델 기반의 순차적 근사 최적화를 수행하였다. 그 결과 최적설계안(하드포인트, 힘 요소 특성)을 도출하였고, 초기모델보다 승차감 및 핸들링 성능이 개선됨을 확인하였다. 부품레벨의 설계문제는 차량레벨로부터 전이된 설계목표인 힘 요소 특성을 만족하는 부품(공기 스프링, 리프 스프링)을 설계하는 것으로, 유전자 알고리즘을 활용하여 힘 요소 특성을 구현할 수 있는 파라미터를 도출하였다. 이와 같은 설계프로세스를 통해 설계 초기 단계에서부터 차량의 목표성능을 고려하여 최적설계를 수행하게 되면 기존의 현가장치 설계문제를 개선할 수 있으며, 최적의 현가장치 구성요소(하드포인트, 스프링, 댐퍼, 부싱)를 설계할 수 있다. 본 연구를 통하여 개발된 설계프로세스를 차량과 같이 복잡하고 설계변수가 많은 대형설계문제에 적용할 경우 최적설계과정의 효율성 및 수렴도를 향상시킬 수 있으며, 설계기간을 단축할 수 있을 것으로 기대된다. 주요어 : 상용차(commercial vehicle), 승차감(ride comfort), 핸들링 (handling), 설계목표전이기법(target cascading method), 현 가장치(suspension), 최적화 설계(optimization design), 계층 구조 모델링(modeling hierarchy), 다물체 동역학(multi-body dynamics), 차량 동역학(vehicle dynamics). Abstract A Study on Optimization Design of Suspension System based on Target Cascading Method for Improving Ride Comfort and Handling Performance of Commercial Vehicle by Chun-won Yoo The Graduate School of Automotive Engineering, Kookmin University, Seoul, Korea The existing suspension design process is designed and developed based on the performance goals at the system level without considering the performance from the vehicle's whole point of view. In addition, large design problems such as vehicle design are complex and have many design variables, which reduces the efficiency and convergence of Multidisciplinary optimal design such as ride comfort and handling. Therefore, many researches have applied the target cascading method to fundamentally solve these design problems. In this paper, to improve the ride comfort and handling performance of commercial vehicles, define and propose suspension system optimization design process based on target cascading method by defining design model and analysis model for each level through multi-level modeling hierarchy. The main results are as follows. First, a vehicle dynamic model library of commercial vehicles with hierarchical structures has been developed to apply the target cascading method. Modeling is based on multi-body dynamics, and object - oriented modeling techniques were used to facilitate model changes and modifications. Second, a test method and performance index to evaluate ride comfort and handling were selected, and a virtual test environment for each test was constructed. In addition, an analysis model was constructed to verify the validity of the developed vehicle dynamics library and the accuracy of prediction of ride comfort and handling performance was verified. Third, the optimal design was performed to verify the effectiveness of the suspension system optimization design process based on target cascading method. First, at the vehicle level, meta model based sequential approximate optimization was carried out with the objective function of maximized ride comfort and handling performance of the previously verified vehicle. As a result, the optimal design proposal (hard point, force element characteristic) was derived, and the ride comfort and handling performance were improved than the base model. The design problem of the component level is to design components (air spring, leaf spring) satisfying the force element characteristic which is the design goal transferred from the vehicle level, parameters to implement force element characteristics were derived using genetic algorithms. Through this design process, if the optimal design is performed considering the target performance of the vehicle from the initial stage of the design, the existing suspension design problem can be improved, optimum suspension components (hard point, spring, damper, bushing) can be designed. When the design process developed from this study is applied to large design problems, such as vehicles, that are complex and have many design variables, it is expected that the efficiency and convergence of the optimal design process can be improved and the design period can be shortened. Key words : commercial vehicle, ride comfort, handling, target cascading method, suspension, optimization design, modeling hierarchy, multi-body dynamics, vehicle dynamics.

친환경자동차 부품의 피로 및 성능시험용 그립의 최적설계

송성환 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

피로 및 성능 시험용 그립이란 자동차, 선박, 항공, 전자, 바이오 등 산업전반에 걸쳐 연구개발 및 신뢰성 확보하기 위하여 물성, 재료, 내구, 피로시험 등을 할 때 시험편을 잘 잡아는 치구를 말한다. 이러한 그립 중 대표적인 그립 형태 중 공압실런더를 이용한 air 방식의 그립과 시험편을 잡아당길수록 접촉 압력이 높아져 시험편을 더 잘 잡을 수 있는 쇄기형 구조인wedge 방식 그립에 대해 연구하였다. 그립의 형태와 원리를 수학적 이해를 바탕으로 기존 모델에 대해 분석하고 개선된 디자인 모델을 분석하여 고객 친화적 디자인의 구조적 안정성을 해석을 통해 검증하고 개선 디자인의 유효성을 확인하였다. wedge 방식 형상 최적설계를 위해 다구찌법을 활용한 von Mises 해석을 하였으며 이를 통해 wedge의 각도, 높이 등의 최적 수치 결과와 기존의 원형 보다 직각, 육각 등의 형상을 바꾸며 해석하고 비교하였다. 또한 air방식의 그립과 wedge 방식 그립의 기존, 개선 디자인 모델 각각에 대해 스프링을 포함한 요소부품에 대하여 유한요소해석 연구결과를 얻었다. 또한 그립 바디의 고유진동수와 모드형상 해석을 통해 내진 설계를 위한 요소부품의 평가로 의미를 얻었으며 그립을 포한함 시스템의 내진실험의 결과와 비교평가할 때 신뢰성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 주제어 von Mises analysis, wedge action grip, air type grip, 피로시험, 내구시험, 성능시험, 인장시험, 만능재료시험기, 파지력 Grip for fatigue and performance test refers to a tool that holds test specimens when performing physical properties, materials, durability, and fatigue tests in order to ensure R&D and reliability throughout the industry such as automobile, ship, aviation, electronics and bio, etc,. I researched into two typical grips, which includes an air grip using a pneumatic cylinder and a wedge grip with a wedge-type structure that can hold the test specimen more and more with increasing contact pressure as the test piece is pulled. Based on the mathematical understanding, we analyzed the conformation and principle of the grip of the existing model and the improved model, and confirmed the verification and validation through the structural stability of the customer friendly design. For the optimal design of wedge shape, von Mises analysis using Taguchi method. The analysis was performed by changing the shape of the rectangular or hexagon in the existing circle. Through this, the optimal numerical results such as the angle and height of the wedge were deduced. In addition, finite element analysis results were obtained for the element parts (including spring) of each of the old and improved design models of air grip and wedge grip. Furthermore, the results of the study were obtained by evaluating the element parts for the seismic design through natural frequency and mode shape analysis of the grip body, and it was confirmed that the reliability can be obtained when comparing with the results of the seismic test of the system including the grip. Keyword von Mises Analysis, Wedge action grip, Air type grip, Fatigue test, Endurance test, Performance test, Tensile test, Universal material testing machine, Holding power

1.0L TGDI FFV 엔진의 가솔린 및 에탄올 混合氣 流動에 關한 解析的 硏究

최종근 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

국 문 요 약 화석연료의 사용 증가로 인한 대기오염과 이산화탄소 배출 문제가 심각해짐에 따라 대체연료의 관심이 커지고 있다. 바이오 연료의 생산량은 미국과 브라질을 중심으로 꾸준히 증가하고 있으며 수송용 연료로 사용하는 양도 증가하고 있는 추세이다. 또한 세계 주요국들은 석유의존도를 낮추기 위해 대체에너지 개발에 전력을 다하고 있다. 특히 가솔린을 대체하는 연료인 바이오에탄올의 보급이 증가하고 있으며, 이에 따라 가솔린과 에탄올 혼합연료를 사용하는 FFV(Flexible Fuel Vehicle) 기관의 성능 최적화가 요구되고 있다. 가솔린과 에탄올은 물성치가 다르고, 동일한 작동 조건에서 제어 전략이 다르기 때문에 실린더 내부의 혼합기 유동특성이 차이를 보이게 된다. 특히 GDI(Gasoline Direct Injection) 방식의 FFV 엔진은 실린더 내에 연료를 직접 분사하기 때문에 실린더 내부의 혼합기 유동이 연소특성에 더욱 직접적인 영향을 끼치게 된다. 따라서 FFV GDI 엔진의 엔진배기규제 대응과 엔진 효율 상승을 위해서는 연료에 따른 혼합기 형성 과정에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 1.0L TGDI FFV 엔진의 주 사용영역에서 엔진 회전속도, 부하, 인젝터 각도, 벽면 온도 변화에 따른 실린더 내 혼합기 유동 특성을 수치해석으로 분석하였다. 이를 통해 GDI FFV 엔진에서 연료분사전략에 도움이 되는 방안을 모색하고자 한다. Abstract Numerical Study on Gasoline and Ethanol Mixture Characteristics of 1.0L TGDI FFV Engine by Jong-Geun, Choi Graduate School of Automotive Engineering, Kookmin University, Seoul, Korea (Directed by professor Yong-Seok Cho, Ph. D.) As the use of fossil fuels increases, the problem of air pollution and particle emissions becomes more serious and the interest of alternative fuels is growing. The production of bio-fuels is steadily increasing in the United States and Brazil. Also the amount of bio-fuels used as transportation fuels is increasing. The world's major countries are also working to develop alternative energy sources to reduce dependence on oil. Especially, the spread of bio-ethanol, which is a fuel replacing gasoline, is increasing. Therefore, performance optimization of FFV engine using ethanol as main fuel is required. Since gasoline and ethanol have different properties and control strategies are different under the same operating conditions, the flow characteristics of the mixture in the cylinder are different. In particular, since the FFV engine of the TGDI method injects the fuel directly into the cylinder, the flow of the mixture inside the cylinder has a more direct influence on the combustion characteristics. Therefore, it is necessary to study the formation process of the mixture according to the fuel for the FFV TGDI engine to cope with engine exhaust regulation and increase the engine efficiency. In this study, numerical analysis of the flow characteristics of cylinder mixture with engine speed, load, injector angle and wall temperature change in the main use area of ​​1.0L TGDI FFV engine was analyzed. Through this, we plan to find ways to help fuel injection strategy in TGDI FFV engine.

고성능 자속 기반 토크제어를 이용한 8kW급 계자 권선형 동기 전동기의 차량용 BSG 시스템 개발

손두일 국민대학교 자동차공학전문대학원 친환경고안전자동차전공 2018 국내석사

현재 자동차 산업은 환경오염 및 에너지 자원 고갈로 연비 개선 및 CO2 배출량을 감축시키기 위해 자동차 부품으로 전동기가 많이 사용되고 있다. 그중 매입형 영구자석 동기 전동기가 큰 비중을 차지해왔다. 그러나 매입형 영구자석 동기 전동기의 회전자인 자석의 주재료인 희토류의 가격 상승으로 경제적 측면에서 경쟁력이 낮아지고, 영구자석의 역기전력으로 고속 운전 영역이 제한되는 단점을 갖고 있다. 이러한 이유로 회전자의 자속을 전류 제어를 통해 유동적으로 변경할 수 있는 계자 권선형 동기 전동기(WRSM : Wound Rotor Synchronous Motor)가 주목받고 있다. 본 논문은 8kw 급 계자 권선형 동기 전동기를 자속 기반 토크 제어를 이용해 BSG( Bent Driven Starter and Generator) system에 접목시켰다. 자속 기반 토크 제어 기술은 자동차의 배터리 변화에도 유동적으로 대응하며 고속 영역 운전이 가능토록 하는 기술이다. 본 연구는 이를 MATLAB을 통해 구현하는 방법과 검증하기 위해 필요한 전류 제어 알고리즘을 제안한다. 최종적으로 8kw 급 BSG 용 계자 권선형 동기 전동기를 차량 엔진과 다이나모 시스템에 접목하여 자속 기반 토크 제어 전류 맵과 알고리즘을 검증하였다. In the automotive industry, electric motors are widely used as automobile parts in order to improve fuel efficiency and reduce CO2 emissions. Of these, permanent magnet synchronous motors have occupied a large proportion. However, economical competitiveness is lowered due to an increase in the price of rare earths, which is the main material of the permanent magnet of the permanent magnet synchronous motor and the high speed operation region is limited due to the counter electromotive force of the permanent magnet. For this reason, Wound Rotor Synchronous Motor(WRSM) capable of flexibly changing the flux of a rotor through current control has been attracting attention. In this paper, an 8kw WRSM is combined with an BSG system using flux-based torque control. The magnetic flux-based torque control technology is a technology that enables the high-speed range operation to be flexibly responded to the battery change of an automobile. This study proposes a method to implement through the MATLAB and a current control algorithm to verify it. Finally, flux-based torque control current maps and algorithms were verified by applying 8kw BSG field synchronous motors to vehicle engine and dynamo system