자동차에서의 도어트림

도어트림은 도어 바디 안쪽에 장착되어 도어 개폐 및 윈도 글라스 작동 등의 편의사항을 승객에게 제공하고 측면 충돌 발생 시 차체와 승객 사이에서 충격을 완화시키고 충격으로 인하여 부품이 파손되어 승객에 상해를 가할 수 있는 날카로운 Sharp edge를 발생시키지 않도록 설계되어 승객 보호 기능을 담당하는 최종 부품으로써 플라스틱 소재가 많이 사용되고 있으며 내장부품의 미관 및 고급감을 제공하기 위하여 표피재를 적용하고 있고 부품 조립방법으로는 열융착 및 스크루 등의 조립방법이 사용되고 있는 도어트림에 대해서 조사해보자

 

1. 도어트림 이란

 

도어트림은 사출성형을 통해 제작된 부품들을 단계별 조립라인과 융착공정 작업(수작업/자동)을 거쳐 조립한 후 패드와 랩을 부착하고 외관 및 작동검사를 진행하여 이상 유무를 파악하고 최종적으로 합격 제품을 완성차 업체에 납품하고 있는 제품으로 도어트림에 요구되는 제품 특성으로는 편의성, 안정성, 감성품질, 차폐기능 및 친환경적인 성능이 요구되며 편의성 항목으로는 탑승자가 암레스트에 팔을 거치할 수 있는 공간이 확보되어야 하며, 물병 및 소지품을 수납할 수 있도록 맵포켓 공간이 확보되어야 하고 또한 도어 개폐 및 스위치, 핸들 등 작동 부품의 작동 하중과 위치가 적절하게 유지되어야 한다.

 

 

안정성 항목으로는 측면충돌발생 시 도어 패널과 탑승자 사이에서 충격을 완화시키는 역할을 해야 하며, 도어트림의 파손으로 탑승자에게 상해를 가하거나 에어백을 파손시키는 샤프 에지가 발생하지 않아야 하며 감성품질 항목으로는 인간의 오감을 만족시키기 위한 것으로 색상, 광도, 질감, 냄새, 표면 거칠기, 주행 중 혹은 부품 작동 시 소음이 발생하지 않아야 하고 여기서 소음은 제품에서 의도하지 않은 소리를 의미하며 이음으로 대표되며 차폐기능 은 차량 외부에서 유입되는 소음이나 바람을 차단하는 기능을 의미하고 마지막으 로 친환경 요소로는 다양한 소재 사용으로 경우 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 등의 유기화합물 VOC가 발생하는 경우 기준치 이하로 관리되어야 하며, 모든 부품은 재활용이 가능한 소재를 사용해야 한다.

 

Photo by Devon Janse van Rensburg on Unsplash

2. BSR 이란

 

BSR은 감성품질의 대표적인 특성치로서, 시스템의 조립이음새, 체결부 또는 마찰 부위에서 발생하며, 이음 도는 잡음이라고도 하며 버즈(Buzz)는 구조물 진동으로 인한 소음, 스퀵(Squeak)은 구성품 간의 상대 운동으로 인한 마찰 소음, 래틀(Rattle)은 구성품 간 충돌에 의한 소음을 의미하는데 NVH분야에 있과거에는 실내 소음 저감을 중요시하였으나 점차 흡차움재의 고급화, 엔진 소음 특성의 개선 및 차체 제진 성능 및 방음 성능의 향상 등의 이유로 점차 BSR이 중요한 소음 특성으로 나타나게 되었고 BSR을 발생시키는 원인으로는

 

1. 제품 개발 단계에서의 초기 설계조건(간격, 공진, 간섭, 조립불량 및 사용조건)과 가진 조건에 따른 BSR 발생.

 

2. 제품 조립단계에서의 부주의 혹은 문제점, 결합 재질간의 부조화.

 

3. 재료열화: 환경 (온도, 습도, 자외선) 변화로 인해 폴리머 물성(강성, 열팽창 계수, 밀도)이 변하고 영구 변형이 발생하며, 이 때문에 공차 조건이 달라지면서 BSR 유발.

 

4. 체결부 열화, 스냅, 볼트체결, 힌지 등에서의 외부 가진 반복으로 인한 체결력 완화, 토크 풀림이 발생하면 시스템 강성 변경으로 인해 BSR 발생. 다섯째, 접촉부 변형 및 마모 열화: 외부 하중의 반복에 의해 발생하는 변형 및 표면 마모 증가(열화)로 스피커 내구 음원 선정 스피커 내구 시험을 진행하기 위해서는 출력, 내구 음원, 내구 시간 3가지 조건이 필요하다는 부분이고

 

 

이 중 출력 조건은 가장 가혹한 조건으로 볼륨을 최대조건으로 시험이 가능하지만 내구 음원과 내구 시간은 추가 검증이 필요하며 가속 내구를 위해서는 음원이 가혹할수록 유리한 측면이 있는데 스피커 BSR 평가용으로 검토되었던 음원 중 BSR 문제 검출에 효과적이며 강한 출력을 가지고 있는 음원을 대상으로 도어트림의 Lateral 방향의 가속도 크기를 비교한 결과 시험 결과 공진주파수 음원과 Beat성이 강한 음원 A가 가장 가혹한 음원으로 확인되었다.

 

 

공진주파수 음원과 음원A를 적용하여 중형차 운전석 도어트림의 스피커 내구 BSR 시험을 진행하였는데 스피커 출력은 최대 조건으로 설정하였으며 스피커 내구 시간은 내구 진행 경향 분석을 위하여 100시간으로 설정하였고 공진주파수 음원과 음원 A로 내구시험을 진행한 결과 2가지 문제점이 확인되었으며 첫 번째 문제는 공진주파수 음원에 노출된 도어트림의 플랜지 갭이 변화가 없었다는 것이며, 두 번째 문제는 음원 A에 노출된 도어트림은 플랜지 갭이 증가하는 경향은 확인이 되었으나 부품별 변위량 차이가 크다는 점이다.

 

 

공진주파수 음원은 내구 진행 효과가 없어 내구음원으로 적합하지 않았으며, 음원 A는 부품별 내구 수준의 차이로 도어트림 전체 내구 BSR 성능을 확인하기에 적합하지 않았으며 스피커 내구시험 결과를 살펴보면 공진주파수 출력 가속도가 음원 A 출력 가속도 대비 1.6배 가혹한 수준인데 공진주파수 음원에서는 내구가 진행되지 않고 음원 A에서는 내구가 진행되는 모순점을 발견할 수 있다. 모순점의 원인을 확인하기 위하여 입력 파형에 대한 상세분석을 실시하였고 상세분석 결과 공진주파수 음원에서는 증폭이 계속 유지되어 가속도의 변화가 없는 반면 음원 A에서는 증폭과 감쇠가 반복이 되고 있으며 증폭/감쇠 반복이 충격효과를 발생시키고 이러한 충격이 누적되어 도어트림의 내구가 진행된 것으로 유추할 수 있다.

 

 

끝으로 이러한 유추를 바탕으로 개선음원을 개발하였는데 공진주파수 음원을 베이스로 사각 파형을 적용하여 합성 음원을 만들었으며 음원이 100% 출력에 이르는 시간을 측정하여 증폭/감쇠 시간을 적적히 배정하는 방식으로 최대 출력을 유지하게 한결 과로 확인시험 결과 플랜지 갭이 선형 증가하는 경향을 확인할 수 있으며 도어 바디와 체결되는 Pull handle부위를 제외한 부품별 가속도 크기가 유사한 수준임을 확인할 수 있다는 부분이 있다.