다목적 차량 전복 시 차체 안전 평가 방안에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

국내에서 신규 개발한 다목적 차량(Multi-purpose Vehicle, 이하 MPV)은 해외 전술차량의 개발 개념인 고기동성, 다목적성, 생존성을 강화한 차량이다. MPV는 국내 자동차관리법 등에 의거하여 차량의 안전성 평가가 적용되지 않는 차량이다. 하지만, 차량의 특성, 운용환경의 특성 등의 측면에서 검토하였을 때 전복의 위험성이 높아 이에 대한 차량 안전성 평가가 필요함을 확인하였다.

하지만 앞서 간단히 언급하였듯이 MPV의 차량 안전성 평가를 위한 법규는 없으며, 이에 따라 MPV 전복 시 차량 안전성 평가기준 수립을 위해 국내·외 법규와 관련 연구결과를 검토하였다. 그 결과들을 바탕으로 MPV 전복 시 차량 안전성 평가를 위한 기준으로 ECE R 66(전복시험)과 ECE R 29(천장강도시험)를 선정하였다.

본 논문에서는 CAE(Computer-Aided Engineering) 해석 방법을 이용하여 MPV의 차량 안전성 평가기준으로 선정된 법규에 근거하여 전복 시 차체 안전 해석 기법을 제시하였다. 먼저 MPV의 3차원 트림차체(Trimmed body) 설계 모델을 기초로 상세 유한요소 모델을 구성한 후, 실차 모달시험 결과와의 진동특성 비교를 틍해 해석모델의 신뢰성을 검토하였다. 다음으로 ECE R 66 법규에 맞는 전복해석 모델과 ECE R 29 법규에 맞는 임팩터(Impactor) 모델을 구성하였다. 최종적으로 트림차체 모델과 해석 조건별 모델들을 결합하여 MPV 전복 시 차량 안전 해석을 수행하였으며, 해석 결과로부터 차체 변형 및 탑승자의 생존성을 검토하였다.

그 결과, MPV는 두 법규에서 각각 요구하는 안전 기준인 생존공간이 보존되어 MPV 전복 시 차체 변형에 의한 탑승자 안전성은 충분히 확보한 것으로 확인되었다. 또한, MPV의 차량 안전에 대한 추가적인 확인을 위해 법규를 상회하는 가혹조건을 적용한 해석을 수행하였고 그 결과 역시 법규 기준을 만족하여 충분한 차량 안전성을 통해 탑승자의 생존성을 확보 할 수 있음을 확인하였다.

이러한 MPV의 차체 안전 연구는 아직 명확한 기준이 없는 국내 전술차량의 차체 안전성 확보를 위한 기초 자료를 제공하였다. 또한, 차체 안전해석을 통해 실차 시험비용과 투입 맨아워(Man-hour)를 절감하는 효과를 거둘 수 있으리라 판단된다. 추가적으로 본 해석 기법을 활용하면 계열차량 개발 시 사전에 차체 안전성을 평가하는 것이 가능할 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Newly developed MPV(Multi-purpose Vehicle) has strengthened high mobility, multi purpose and survivability which are the developing concepts of foreign tactical vehicles. MPV is not applied to the safety assessment according to the related domestic acts such as automobile management, enforcement decree of the automobile management etc. However, when considering the characteristics of the vehicle and the operating environment, the high risk of rollover confirms the need of the safety assessment of the vehicle.

However, as briefly mentioned earlier, there are no regulations for assessing vehicle safety of MPVs, so domestic and foreign laws and related researches were reviewed to establish the criteria for assessing vehicle safety in case of MPV rollover. Base on these studies, ECE R 66(Rollover Test) and ECE R 29 (Roof Strength Test) were selected as criteria for assessing vehicle safety in case of an MPV rollover.

In this thesis, the body safety analysis method is presented by using Computer-Aided Engineering(CAE) based on regulations selected by MPV's rollover safety assessment criteria. First, the detailed FE(Finite Element) model was designed based on the 3-D trimmed body design model of the MPV, and then the reliability of the analytical model was reviewed by comparing vibration characteristics of the modal test with those of FE model analysis. Next, the rollover analysis model and the impactor model are designed based on ECE R 66 and ECE R 29, respectively. Finally, vehicle safety analyses were performed on the MPV by combining the trimmed body model and other models according to the criteria, and the vehicle’s deformation and the survivability of the occupants were reviewed.

As a result, the MPV’s residual spaces for each requirement in criteria were preserved. So, it is confirmed that MPV has sufficient safety margin for passengers due to the deformation of the body when the MPV is analyzed by criteria. In addition, for the further confirmation of vehicle safety of MPV, analysis applying severe conditions exceeding criteria was carried out and the results also satisfied.
This CAE method to evaluate the body safety of the MPV provided basic data for securing body safety for domestic tactical vehicles which have no clear criteria yet. And body safety analysis can expect the effect which is reducing cost of actual vehicle test and input of man-hour. In addition, this analysis method can be applied to evaluate body safety in advance when developing other variants.

목차 (Table of Contents)

• 목 차 i
• List of figures iii
• List of tables v
• 국문초록 vi
• 1. 서 론 1
• 가. 연구 배경 1
• 나. 연구 동향 6
• 다. 연구 내용 19
• 2. 차체 안전 규격 및 이론적 검토 21
• 가. 개요 21
• 나. 대상 차량 선정 23
• 다. 차체 안전 시험기준 26
• 라. 차체안전해석 이론 31
• 3. 유한요소해석 모델 40
• 가. 개요 40
• 나. 차체 모델 40
• 다. 전복해석 모델 42
• 라. 생존 공간 모델 45
• 마. 임팩터 모델 46
• 바. 인체더미모델 47
• 사. 해석 모델 검증 50
• 4. 해석결과 분석 54
• 가. 개요 54
• 나. 전복 해석 결과 54
• 다. 차량중량 조건 증가에 따른 전복 해석 결과 58
• 라. 천장강도 해석 결과 61
• 마. 천장강도 추가 해석 결과 64
• 바. 해석 결과 분석 66
• 5. 결 론 67
• Reference 69
• Abstract 79