[WaveCam] 자동차 문과 타이어의 변형 동역학 분석(Automotive, Door, Tyre, Tire, Displacement, Strain, Analyzing Vehicle Safety: Dynamic Deformation)

 

목차

 

"관련제품 문의는 로고 클릭 또는 공지사항의 연락처를 통해 하실 수 있습니다."

 

 

 

 

 

WaveCam으로 자동차 문과 타이어의 변형 동역학 탐구

 

시험 셋업

 

자동차의 안전성과 성능을 개선하려면 다양한 충격 조건에서 차량 부품이 어떻게 작동하는지 이해하는 것이 필수적입니다. 예를 들어, 충격 중 자동차 문이 어떻게 반응하는지 분석하면 충돌 시 성능을 파악할 수 있으며, 이를 통해 더 안전한 설계를 개발할 수 있습니다. 또한, 진동을 흡수하거나 완화하는 데 효과적인 재료를 선택하는 데 도움이 되어 차량의 전반적인 안전성에 크게 기여합니다.

 

자동차 문과 타이어의 설계와 소재 선택

자동차 문뿐 아니라, 도로 장애물(예: 포트홀, 연석 등)에서 발생하는 힘에 가장 먼저 반응하는 타이어는 이러한 충격에 어떻게 대응하느냐가 매우 중요합니다. 타이어의 설계와 재료는 차량이 이러한 충격을 얼마나 잘 처리하는지를 좌우하며, 진동을 최소화하거나 완화하면 고객이 차량의 품질과 세심한 설계를 더 긍정적으로 평가하게 됩니다. 이는 브랜드 평판을 높이는 데도 기여합니다.

 

 

자동차 부품의 동적 변형 이해

차량의 안전성과 승차감을 최적화하려면 자동차 문이 닫힐 때 또는 타이어가 장애물에 부딪힐 때와 같이 동적 과정 및 스트레스 상황에서 부품이 어떻게 변형되는지 이해하는 것이 중요합니다. 하지만 전통적인 측정 방법은 넓은 영역을 포괄적으로 다루기 어렵다는 한계가 있습니다. 이에 비해, WaveCam을 사용하면 비디오 데이터만으로도 필요한 통찰을 효율적이고 간단하게 얻을 수 있습니다.

 

 

실험 설정

테스트 실험에서는 다음과 같은 설정이 사용되었습니다.

 

• Chronos 고속 카메라: 초당 1000프레임으로 동영상 데이터를 캡처.
• 시각적 패턴 적용: 문과 타이어의 균일한 표면에 흰색 테이프를 십자 패턴으로 적용하여 변형을 시각적으로 명확히 포착.
• 카메라 배치: 삼각대를 사용해 카메라를 1.5m 거리에서 다양한 각도로 재배치.
• 조명 환경: 어두운 테스트 시설에서 깜빡임 없는 조명을 사용하여 이미지 품질 최적화.

 

 

 

전통적 방법과 비교한 WaveCam의 장점

기존의 측정 시스템(예: 가속도 센서, 다중 포인트 레이저 도플러 진동계)은 다음과 같은 한계를 가집니다.

 

• 비용 및 복잡성: 설치가 복잡하고 비용이 많이 듬.
• 구조에 미치는 영향: 센서는 무게를 추가해 구조 변형에 영향을 미칠 수 있음.
• 조건 제한: 레이저 시스템은 반복하기 어려운 조건과 테스트 해머 자극을 요구.

 

WaveCam은 간단한 장비만으로 효율적인 측정을 가능하게 하며, 이러한 전통적 방법의 한계를 극복합니다.

 

 

측정 시나리오 #1: 자동차 문 변형 분석

자동차 문이 닫힐 때, 상당한 힘이 문 패널과 내부 구조를 통해 전달됩니다. 이 동적 과정은 몇 밀리초 내에 발생하므로 정확히 포착하는 것이 중요합니다.

 

실험 진행: Chronos 고속 카메라와 조명을 다양한 각도로 배치했으며, 가장 유효한 데이터는 자동차에 대해 약 30~40도의 각도에서 얻었습니다.

 

WaveCam 분석:

비디오 데이터를 WaveCam 소프트웨어에 입력하여 인간의 눈으로는 보이지 않는 진동을 증폭 및 시각화.

시각화 결과에서 빨간색은 최대 변형을 나타내고, 연한 파란색은 최소 변형 영역을 나타냄.

 

 

측정 시나리오 #2: 타이어 변형 분석

장애물에 부딪힐 때 타이어가 어떻게 반응하는지 이해하기 위해 타이어의 변형 행동을 분석했습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

실험 설정:

• 타이어의 측면에 고무 해머로 제어된 충격을 가해 충격 자극을 시뮬레이션.
• 분석 중 림(휠 테두리)의 반응이 아닌 타이어 자체의 반응을 확인하기 위해, 후처리에서 림 부분을 제거.
• 약 30도 각도에서 가장 유익한 데이터를 캡처.

 

WaveCam 분석:

타이어 변형의 스트레스 포인트와 패턴을 시각화.

주파수 ODS(Frequency Operational Deflection Shape) 결과:

39Hz에서 강한 공명, 188Hz에서 타이어 외부 부분의 고주파 모드 관찰.

 

 

 

결과 및 전망

 

이번 실험을 통해 WaveCam 기술과 고속 카메라를 결합한 진동 분석 방법이 자동차 부품의 변형 행동을 시간 및 주파수 영역에서 정확하게 파악할 수 있다는 점이 입증되었습니다.

 

먼저, 자동차 문의 경우, 충격 에너지가 문 구조 전체로 전달되는 과정을 분석한 결과, 문 손잡이 주변과 문 아래쪽 중앙 부위에서 가장 강한 반응이 나타나는 것을 확인했습니다. 이는 해당 부위가 구조적으로 더 많은 에너지를 흡수하거나 변형되기 쉽다는 점을 시사하며, 이러한 데이터를 기반으로 해당 영역의 설계를 보완하거나 강성을 높이는 재료를 선택할 수 있는 근거를 제공합니다.

 

 

타이어의 경우, 충격 에너지가 타이어 전체로 어떻게 이동하는지를 분석한 결과, 특정 주파수에서 강한 공명 현상이 발생하는 것을 확인했습니다. 특히 39Hz에서는 타이어의 큰 영역에서 강한 공명이 관찰되었고, 188Hz에서는 타이어 외부의 고주파 모드가 두드러지게 나타났습니다. 이러한 정보는 타이어 구조의 약점이나 개선이 필요한 부분을 식별하는 데 유용하며, 타이어의 내구성과 안정성을 높이는 설계로 이어질 수 있습니다.

 

이번 연구는 WaveCam 기술이 기존의 복잡하고 고가의 측정 시스템을 대체할 수 있는 경제적이고 효율적인 대안임을 보여줍니다. 특히 간단한 장비와 짧은 시간 안에 넓은 영역에서의 변형과 진동 데이터를 수집하고 분석할 수 있어 자동차 설계와 테스트 과정의 효율성을 대폭 개선할 수 있습니다.

 

향후 연구에서는 더 작은 테이프나 패턴이 있는 필름을 사용하여 해상도를 높이고, 다양한 각도(예: 타이어의 상단 뷰)에서 데이터를 추가로 수집하여 더 심층적인 분석을 진행할 수 있습니다. 이러한 개선을 통해 WaveCam 기술은 차량의 안전성과 승차감을 최적화하는 데 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

 

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

팜테크