Electric vehicles have gained increasing interests as new research area to reduce the air pollution as well as carbon dioxide. Electric vehicles are able to save energy that wasted during braking and do not need energy to keep engine start. In adittion, mechanical connection between motor and battery is not necessary to electric vehicles so that various type of structure can be applied to electric vehicles. TWVs(Three Wheel Vehicles) are one of the efficient type of vehicle to increase driving distance for their low weight and air resistance, although TWVs are weaker in rollover than FWVs(Four Wheel Vehicles). Rollover can take place by not only severe cornering or lane change but also side collision and flip over by obstacles. In addition, rollover motion of TWVs can be different from that of FWV because of basal plane of TWVs are different from that of FWVs.
This paper is concerned with auto-body frames and roof structures against rollover motion which could take place frequently with TWVs compared to FWVs because of the major difference of the loading between the two motions. Topology optimization is a mathematical approach that optimizes structure satisfying performance targets within a given design space and set of loads and boundary conditions. Topology optimization is utilized for conceptual design and preliminary design of the roof structure for various loading conditions. The roof structure for TWV consists of existing part of FWV and a new part called Cross-bar reinforcement. Material of A pillar and cantrail is DP780, DP980 is for B pillar, SPRC440 is for C pillar, and DP590 is for member structures. Although a test method for regulation of roof strength is with static loading, simulations are carried out for both static and dynamic cases. In the dynamic loading case, rate-dependency of a material needs to be considered for accurate results of FE analysis. In addition, the roof structure is modified into various types for a better result. The roof crush is investigated with various modification of the roof structure to figure out the best modification of the roof structure for TWV. Effects of each design parameters are calculated by using FE analysis. The better result is calculated when all member structures except for rear member are straight than when these are arch shape. Furthermore, rear member of arch shape makes the result better than that of straight shape. This difference is caused by different buckling mode. These result considering the effect of each design parameter can utilized to optimize roof structure.
전기자동차는 공기 오염과 이산화 탄소를 줄일 수 있는 새로운 연구 과제로 떠오르고 있다. 전기자동차는 제동 시 낭비되는 에너지를 축적할 수 있으며 정차 시 엔진 시동 유지를 위한 에너지 소비가 없다. 또한 전기 자동차에 사용도는 배터리와 모터는 기계적인 결합이 필요하지 않으므로 구조적인 제약조건에서 자유롭다. 따라서 전기 자동차의 구조는 다양한 형태로 만들어 지는 것이 가능하다. 삼륜차는 가볍고 공기 저항이 적기 때문에 한번 충전 시 주행 가능한 거리가 많으나 전복이 발생할 가능성이 사륜차에 비하여 높다. 전복은 급격한 선회나 차선 변경 중에 발생할 수 있을 뿐 아니라 충돌이나 장애물을 밟아 발생할 수 있다. 삼륜차와 사륜차의 기저면의 차이로 인해 전복 모션이 서로 다를 수 있다.
이 논문은 사륜차의 전복 모션과 다른 삼륜차의 전복 모션으로 인하여 사륜차와 다른 삼륜차의 전복 시 루프에 가해지는 하중 조건을 바탕으로 삼륜차의 루프 구조 설계를 기반으로 한다. 위상 최적화는 새로운 구조물을 설계하기 위해 사용 된다. 위상 최적화는 설계 공간 내에서 주어진 하중과 제한조건 내에서 가장 좋은 결과를 보이는 값으로 최적화 하는 기술이다. 위상 최적화는 개념적 설계 및 초기 설계를 위해 이용됐다. 삼륜차의 루프 구조는 사륜차의 루프 구조에 사용된 기존의 부품과 별도로 크로스바 보강부재라는 새로운 부품을 포함한다. 새로운 루프 구조의 A 필라와 캔트레일은 DP780, B 필라는 DP980, C필라는 SPRC440, 멤버 구조물은 DP590을 적용했다. 현재 차량 루프 구조를 시험하는 유일한 규격은 정적 하중을 루프 구조물에 가하는 방식이지만, 본 연구에는 실제 전복이 발생하는 상황을 고려하여 충격 하중이 가해지는 상황까지 고려했다. 충격 하중이 가해지는 경우 재료의 변형율에 따른 재료의 물성을 고려하는 것이 필수적이기 때문에 유한요소 해석에 이를 고려했다. 게다가 루프 구조물은 더 좋은 결과를 위해 다양하게 변형되었다. 다양한 유한요소 해석을 통해 가장 좋은 결과를 얻은 루프 구조물을 파악했다. 다양한 유한요소 해석을 통해 여러 가지 설계 변수에 따른 효과를 고려했다. 리어 멤버를 제외한나머지 멤버 구조물은 직선형일 때 더 좋은 결과를 도출한다. 리어 멤버의 경우 정적 시험일 때는 직선형일 때, 동적 시험일 때는 아치형일 때 더 좋은 결과를 도출한다. 이에 대한 차이는 좌굴 형상 차이에 따른 결과이다. 이렇게 효과를 고려한 결과는 구조의 최적화에 쓰일 수 있다.
