주관기관 교육과학기술부 
시작일자 20100901 
종료일자 20170228 
교육과학기술부2010. 09. ~ 2017. 02.P3 DigiCar의 고효율 안정성을 고려한 차체 설계를 위하여 세 부분의 세부연구를 수행한다. 첫째, 기존의 차량과 전혀 다른 P3 DigiCar의 구동계 특성 및 Plug&Play를 고려하여 새로운 개념의 차체 설계안을 제시한다. 차체 설계안을 바탕으로 경량화 및 충돌안전성을 동시에 향상시키는 최적설계안을 도출한다. 둘째, P3 DigiCar에 적용 가능한 경량화 및 고강도 대응소재를 연구한다. 복합재료의 적용 가능성을 검토하고 이종재료의 접합기법을 연구한다. 셋째, 차체 및 모듈의 충돌 성능을 평가한다. 신성형공법 및 이종 접합특성을 고려한 정밀 충돌해석 모델을 개발한다. P3 DigiCar 모델의 정밀 충돌해석을 수행하여 설계 개선안을 제시한다.

a. 새로운 개념의 차체 설계 및 구조 최적화

P3 DigiCar는 개인용으로 개발되므로 크기가 작을 뿐 아니라 차량 내 중량분포가 기존의 차량과 큰 차이를 보인다. 기존 차량의 경우 엔진을 중심으로 파워 트레인에 많은 중량이 집중되어 있으나 P3 DigiCar의 경우 대용량 축전지의 탑재 및 다수의 모터 장착으로 인하여 중량분포의 양상이 완전히 달라진다.
P3 DigiCar는 차체의 크기가 기존의 차량보다 작으므로 협소한 공간 내에서 승객의 안전성을 확보하여야 하며, 연료탱크 대신 탑재되는 대용량 축전지의 폭발을 방지할 수 있도록 설계되어야 한다. 특히 축전지는 위험 물질이 다량 함유되어 있으며, 충격으로 인하여 폭발할 가능성도 높기 때문에 전기자동차 차체 설계 시 축전지를 보호하기 위한 설계가 꼭 필요하다.
그러므로 기존의 차체설계 개념에 더하여 새로운 개념의 차체설계 및 구조 최적화가 이루어져야 한다. 새로운 개념의 차체설계를 위하여 기존의 차체 설계 개념의 분석 및 평가가 필요하며 이를 바탕으로 축전지 및 모터를 포함한 파워트레인의 중량분배를 고려한 신개념 차체모델을 도출하여야 한다. 신개념 차체모델은 자동차 부품 모듈의 업그레이드 및 교체가 용이하도록 주요 부품들의 모듈화를 고려하여 Plug&Play가 가능하도록 고안되어야 한다. 또한 설계안 도출 단계에서 생산 단가의 최소화가 가능한 방안을 연구한다.
P3 DigiCar의 개념 설계안을 도출한 후, 충돌안정성 및 차체 경량화를 위하여 개념 설계안을 바탕으로 구조 최적화를 수행한다. 최적화 단계에서는 소재의 사용을 최소화하고 차체의 굽힘 및 비틀림 강성을 높이며 승객과 축전지의 안전성을 향상시키는 구조 설계 및 부재의 형상 설계안을 제시한다.

b. 경량화 및 고강도 대응소재 연구

P3 DigiCar는 에너지 효율 향상을 위하여 경량화가 실현되어야 하며 작은 차체로 인하여 충돌안전성의 확보가 중요하다. 경량화와 충돌안전성을 동시에 확보하기 위하여 충격 에너지 흡수 능력이 우수한 경량 소재의 적용이 필수적이며 이를 위한 이종재료의 접합 기술이 요구 된다.
차량구조의 경량화 방안에는 경량 소재사용 및 경량 설계, 경량 생산이 있다. 이 중 경량 소재 사용을 통한 경량화 효과가 가장 뛰어나다. 알루미늄의 경우, 내부식성이 강하며 자원 재활용성(90%)이 높은 장점이 있는 반면 국부응력에 취약하며 접합성이 나쁘다. 마그네슘 합금의 경우에는 실용 금속 중 가장 가벼우며 비강도, 비강성, 진동 흡수성이 우수하고 자원 재활용성이 100%인 반면, 고비용, 저내식성, 저연성, 낮은 용접 도장기술 수준 등의 단점이 있다. 탄소복합재료와 FRP(Fiber Reinforced Plastics)는 강도가 높고 진동 흡수성, 내부식성이 우수하지만 가격 경쟁력이 떨어지며 충격에 취약하고 자원 재활용성이 나쁜 단점이 있다.
P3 DigiCar의 경량화 및 충돌안전성 확보를 위하여 다양한 소재의 적용 가능성이 검토되어야 한다. 본 연구에서는 고분자 재료 (Engineering Plastics, CFRP, GFRP 등)의 적용 및 선택을 우선적으로 검토한다. 복잡한 구조나 전체구조를 단일 복합재료로 제작한다는 것은 비경제적, 비효율적이므로 이종재료의 사용이 요구된다. 복합재/금속재 간의 접합에 의한 경량화, 충격흡수 능력 및 가격 경쟁력을 고려하여 이종재료(예로서 알루미늄/GFRP Hybrid소재)를 선택 및 평가하고 이종재료의 접합기술을 연구한다. 또한, Hybrid system (aluminum/GFRP등) 의 충격흡수능력을 평가하기 위하여 실험 및 제작방법을 연구한다.

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