자동차 시트는 주행시 운전자의 편의와 안전을 제공하는 하나의 부품이다. 최근 그 시트는 의자와 같은 용도 외에 외부의 충격이나 진동으로부터 운전자를 보호하고 편의를 주는 역할을 하고 있다. 자동차의 충돌 안전성 및 내구성과 같이 시트 프레임의 구조적인 기능에 대한 설계가 중요하다. 본 연구에서는 시트 프레임의 구조적인 안전성과 내구성을 높이기 위하여 시트 백 프레임 부분에 환봉을 1개씩 증가하여 시트를 설계하였다. 설계 및 해석 프로그램으로는 CATIA와 ANSYS를 사용하여 본 연구를 수행하였다. 구조해석과 진동해석을 통한 본 연구 결과로서는 Model 4가 타 모델 대비 더 뛰어난 내구성을 가지는 것을 알 수 있었다. 이 결과를 이용함으로서 구조적인 안전성과 내구성을 가진 자동차 시트 프레임 설계를 할 때에 유용한 자료가 될 것이라고 사료되며, 자동차 시트 프레임의 디자인을 융합기술에 접목하여 미적 감각을 나타낼 수 있다.
대덕연구단지 내에 자리잡은 한국표준과학연구원의 박세진박사팀은 최근 대원산업의 시트연구실과 공동으로 운전자의 체형을 자동감지하는 자동차시트 개발에 성공했다. 박박사팀이 이번 개발한 자동체형감지시트는 운전자가 시트에 앉았을때 가장 편안한 운전자세를 유지할 수 있도록 시트의 위치 및 각도가 운전자의 신체특성에 따라 자동으로 조절되는 인공지능형 자동시트로 지난 3월 특허출원을 마치고 상용화를 준비중이다.
이 논문에서는 반능동 진동 흡수기를 통합 시트/섀시 현가 장치에 확대, 적용하여 그 성능을 조사하였다. 통함 현가시스템의 성능분석을 위해 집중 인체질량과 함께 실험적으로 입증된 한 비선형 시트 쿠션 모델을 도입하였다. 또한 3 자유도 시트/섀시 현가시스템의 효과적인 진동제어를 위해 리아푸노브 바이스테이트 제어법칙을 사용하였다. 시뮬레이션결과 반능동 통합 현가장치는 시트 쿠션 모델과 관계없이 운전자의 승차감과 관련 있는 시트의 절대가속도 크기와 시트쿠션의 시트 트랙에 대한 상대변위를 상당히 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다. 그러나, 주로 사용되어온 선형 쿠션 모델을 사용한 경우보다 비선형쿠션 모델을 사용한 경우의 제진성능이 약간 저조함을 알 수 있었다. 따라서, 자동차 시트 설계시 성능분석을 위해서는 실제의(비선형의) 시트 쿠션 특성을 적용해야 함을 알 수 있다.
차량 충돌시 자동차의 시트는 승객 및 운전자를 보호해야 한다. 따라서 자동차시트는 충분한 강도를 가져야 하며 이것은 여러 가지 법규에 의해서 제재되고 있다. 물리적 실험 결과가 법규에 정한 규정치를 만족시키기 위해 과대설계 될 수 있다. 그러나 이것은 연비를 줄이기 위한 경량화의 만족이라는 설계요구에 상충한다. 본 논문에서는 헤드레스트 강도시험을 시뮬레이션하고 과대 설계되어 있다고 판단되는 어퍼암을 최적화 모델로 최적설계를 수행하였다. 순차 이차 계획법인 PLBA 알고리즘과 민감도 해석을 위하여 직접근사해석법을 사용하였다.
개개인의 생활 수준 향상으로 자동차가 개인 교통 수단이나 레저 생활용으로 더욱 많이 활용되면서 장시간 운전이 늘어감에 따라, 운전자의 신체적 피로는 운전 중의 사고의 원인이 되고 있으며, 장시간 운전시의 피로감의 원인이라고 할 수 있는 엔진과 노면으로부터 인체에 전달되는 진동에 대한 대비책으로, 시트 부분의 내진 및 감쇠 설계가 실제로 운전자가 느끼는 승차감 즉 안락성에 결정적인 역할을 한다고 볼 수 있다. 국내의 경우 자동차 시트 기술은 대부분 외국 기술에 의존하고 있는 실정이어서 전문적인 연구는 매우 미흡한 실정이다.(중략)
자동차는 지난 한 세기의 짧은 역사를 가지고 현재에 이르기까지 급속한 발전을 이루어왔다. 초기의 기능은 단순히 운송수단과 부의 상징이었지만 최근에는 소비자의 감성과 문화적인 흐름을 반영하는 모습이다. 그리하여 소비자의 감성 분석이 자동차 내장의 가장 중요한 부분으로 여기게 되었다. 자동차에 대한 새로운 감성요구를 실현하기 위해서는 인체와 오랜 시간 접촉해 있는 시트 표피재의 분석이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 자동차 시트 표피재의 역학적 특성과 감성을 고려한 고급감을 예측하여 고감성 내장 표피재 개발에 기여하고자 한다. 감성용어는 Softness(유연한), Elasticity(탱글탱글한), Volume(풍성한), Stickiness(끈끈한)를 설정하였으며, 이와 대응하는 표피재의 역학적 특성 치를 측정하였다. 감성 평가에서는 현재까지 알려진 가장 확실하고 재현성 있는 측정법인 일대일 비교법을 통해 고급감에 대해 평가하였다. 이를 통하여 역학적 특성 치와 인간의 감성 평가 치와의 회귀 분석을 실시하여 평가 예측을 가능케 하였다. 즉, 자동차 표피재 중 피혁의 4 가지 물리량으로 인간의 감성인 표피재의 고급감을 예측하여 고감성 자동차 시트 표피재의 개발을 위한 평가 모델링을 구축하였다.
자동차 시트 시스템의 개발은 주요한 연구 과제가 되어 왔으며, 이러한 분야의 연구들은 일반적으 로 두 개의 형태로 나누어지는데, 그 첫 번째는 자동차 시트의 위치나 인체 측정학적인 요구 조건에 대한 연구이고, 두 번째는 시트의 안락감 성능에 대한 연구이다. 본 연구는 후자인 시트의 안락감 성능을 평가하기 위한 방법론적인 접근을 하고자 한다. 안락감을 평가하는 방법으로는 크게 정성적인 평가방법과 정량적인 평가 방법이 있다. 과거에는 주로 정성적인 평가방법이 사용되었지만, 최근에는 정량적인 평가 방법들이 많이 개발되어 활용되고 있다. 따라서 이러한 평가 방법들을 체계적으로 분석해 봄으로써 각 방법들에 대한 장ㆍ단점을 이해하고 적절하게 활용하는 가이드라인을 제공하고자 하였다.
In the development of automated driving, interest in the interior parts of vehicle is to become more significant in terms of the occupant safety and comfort. This study proposed an optimal design of front seat according to the design requirements for frame stiffness and seat comfort. For the seat comfort, the appropriate foam thickness was obtained using the structural analysis under reclined occupant loadings. While the strength and stiffness analyses were performed to evaluate the seat frame structure. Topology optimization was carried out based on the simulation results and the derived optimal model and baseline seat design was updated. The conceptual seat design for the autonomous vehicle in this study showed that the model development process is appropriate for the design parameters in both frame stiffness and seat comfort.
자동차 시트의 만족도 평가방법은 디자인을 평가하는 방법에서부터 출발하여 완충시스템과 재료를 평가하는 기계적 방법을 지나 인간의 주관적인 감정을 평가하는 현재까지 이르렀다. 국외에서는 지난 10여 년간 자동차 시트의 만족도 평가를 위한 수많은 연구가 진행 되었고, 2006년에 설문지에 기반을 둔 통계적으로 신뢰할 만한 평가방법이 만들어져 외국에서 널리 사용되고 있다(Baba 등, 2008). 그러나 우리나라에서는 아직까지 이 방법이 활용되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Smith 등 (2006)의 연구방법을 중심으로 기존 연구를 분석하여 한국인에 적합한 평가 설문지를 새로 개발하였다. 6명의 자동차회사 및 시트 전문회사의 전문가들의 의견을 반영하여 기존연구에서 감성평가 항목이 중복되어 있거나 우리나라에는 적합하지 않는 항목은 제외시키고 유사한 항목들은 통합 하여 36개의 평가항목을 새로 개발하였다. 이들 항목은 유사성을 고려하여 대분류, 중분류, 소분류로 분류하였다. 36개 평가항목은 중요도가 다르기 때문에 계층화분석법(AHP)을 사용하여 평가 항목의 중요도를 결정하였다. 본 연구에서 개발된 자동차 시트 만족도 설문지는 우리나라에서 생산되는 자동차 시트의 주관적 감성 평가에 널리 활용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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