[프레임] 프레임 1차 수정 (1월 3주차)

[21 이동규]

1. 이 글을 읽기 전...

- 1월 3주차 프레임 설계 수정 결과를 섀시 팀원들과 공유하기 위해 작성했던 글을 카페에 옮긴 글입니다. 섀시 팀원 중 그 글을 본 분들은 같은 글 임을 참고해주시면 좋을 것 같습니다.

- 이 글을 읽기 전 프레임 팀의 23 박민석이 쓴 '프레임 초안 완성' 글을 보고 오시는 것을 추천드립니다.

- 글을 다시 읽어보니 중간중간 터무니 없는 프레임 트러스 구조, 설계 이유가 적혀있습니다. 이를 수정해서 올리기 보단 이번 차량 설계의 시행착오라고 생각하고 기록하고자 합니다. 이에 대해 지적해주시고 댓글 남겨주시기 바랍니다.

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2. 지난주까지 진행된 프레임

(1) 약간의 수정을 준 것들

① 메인 롤 후프 ~ 전방 롤 후프 거리: 800mm → 790mm

- Why? → 지금 차량의 전장(외장을 제외한 파이프 센터라인 기준)이 2400mm가 나오는데 전년도 차량의 전장이 2360mm였다. 전장을 늘리는 것은 초기 컨셉에 없었던 사항이고 전장이 길어지면 목표하는 휠 베이스를 잡기 까다로워지기 때문에 임의로 드라이버 룸 공간을 10mm 줄여서 캐드 파일을 만들었다 → 드라이버 확정 이후 다시 치수를 확정해야 한다. 늘어나거나 줄어들 수 있다.

-  왜 전장이 늘어나면 안되나요? → 지금 우리 차 입장에서 전장이 늘어나면 Front와 Rear의 암이 달리는 위치 사이 거리가 늘어난다. 이때, A-arm의 벌어진 각도를 조정해서 목표한 휠 베이스를 맞출 수 있지만 벌어진 각도에서 손해를 보게 되어 스프레드를 증가시킨 의미가 줄어들게 된다.

② 밑에서부터 시작해서 올라오는 관점에서 메인 롤 후프의 벤딩이 시작되는 지점의 높이를 정수로 맞췄다: 411.796mm → 411mm

- Why? → 메인 롤 후프는 대칭의 형태이기 때문에 파이프 가공 시 양쪽의 대칭성에서 오차가 없도록 하고 싶었다. 그래서 파이프 벤딩 시 같은 R 값끼리 먼저 벤딩을 한다고 생각하면 가공 용이성을 생각해서 정수 값으로 맞추게 되었다 → 메인 롤 후프의 전체는 그대로 유지했다.

(2) 규정 check

① 차량 기술 규정 4장 12조 6항: 드라이버 공간 확인, 운전석 공간 확보를 위해 아래와 같은 측정도구를 사용한다. 측정도구는 메인 롤 후프 최상단부에서부터 수직방향으로 상단 부재의 하단까지 통과되어야 한다.

- CATIA의 Assembly Design 워크벤치를 활용한 규정 확인

상단 부재의 하단까지 내렸을 때, 간섭이 나는 곳 없이 통과되었다

② 차량 기술 규정 4장 12조 7항: 운전석 단면 확인, 드라이버 다리 공간 확보를 위해 아래의 그림과 같은 측정도구를 사용한다. 측정도구는 수직을 세워진 상태로 전방 롤 후프에서부터 페달의 가장 뒷면에서 100mm 떨어진 지점까지 수평으로 통과되어야 한다. 이때, 위치조정이 가능한 페달 시스템의 경우 차량의 가장 앞쪽에 위치한 상태로 측정한다.

-  CATIA의 Assembly Design 워크벤치를 활용한 규정 확인

페달의 위치가 확정이 나진 않았지만 충분히 차량의 앞쪽까지 템플릿을 보냈을 때, 간섭이 나는 부분이 없었다. 하지만 드라이버 확정과 함께 페달 위치가 정해지면 다시 한 번 규정을 검사해야 한다.

(3) 피드백 + 제안된 아이디어

① 측면 충돌 보호 구조의 중간 대각선 부재의 방향을 바꾸면 드라이버 룸 공간이 더 확보될 것 같다. (By 시농이형)

② 메인 롤 후프 뒷부분의 형태가 복잡해 보인다. (BY 시농이형) (= 제작이 어려울 것 같다) → 리어 부분의 하단 부재를 한 번 꺾어서 들어가는 것이 아니라 상단과 마찬가지로 메인 롤 후프에서 한 번에 이어보자

③ 측면 충돌 보호 구조의 가장 하단 부재에 벤딩을 주지 말자

④ 측면 충돌 보호 구조 위에 전방 롤 후프 지지대가 규정상 꼭 필요한 것은 아니니 없애보자

⑤ 전장 길이를 줄여보자

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3. 피드백과 아이디어를 반영한 Frame Ver.2

(1) 측면 충돌 보호 구종의 중간 대각선 부재의 방향을 바꾸면 드라이버 룸 공간이 더 확보될 것 같다.

① 이해를 돕기 위한 비교 사진

수정 전

수정 후

② 장점

- 실제로 드라이버 공간이 조금 증가했다.

- 외장을 만들기도 더 용이할 것이라는 17학번 선배님(시농이형)의 의견이 있었다.

③ 단점

- 단점으로 작용하지는 않지만 대각선 방향의 변화가 프론트와 리어의 트러스 구조에 영향을 줄 지 확인이 필요하다. 차량의 전, 후 트러스 구조를 유지할 수 있다면 위와 같이 수정하는 방향으로 가는 것이 드라이버 룸 공간 확보에좋다.

- 프론트와 리어의 트러스가 바뀐다고 가정하고 새로운 프레임 파일을 만들어보았을 때, 드라이버 레그룸 규정 템플릿의 간섭이 이전보다 일찍 발생한다. 

트러스 구조를 변화시킨 프레임

수정 전 보다 덜 들어간 상황에서 간섭이 발생한다

＊위의 트러스 구조는 제가 트러스 구조에 대한 판단이 정확히 서지 않아 대각선 부재의 노드들을 모두 이어야 한다는 생각으로 그렸던 프레임입니다. 지금 다시보니 굉장히 보기 어색한 구조입니다. 현재 프레임은 저렇지 않습니다.

(2) 메인 롤 후프 뒷 부분의 형태가 복잡해 보인다.

① 이해를 돕기 위한 사진

② 형태의 복잡성으로 인한 단점

- 파이프 부재의 수가 늘어난다. 이는 무게의 증가로 이어진다.

- 레이저 커팅을 맡겨야 할 파이프, 지그의 수가 늘어나 프레임 제작 비용이 증가한다.

- 직접 알따기를 하게 된다면 리어 암 힌지 위치에 오차가 발생할 가능성이 커진다.

③ 리어(메인 롤 후프~가장 후면)구조 단순화

-  위의 언급된 단점들을 해결할 수 있다.

-  작년과 달리 리어의 로어암이 달리는 위치의 프레임 너비가 좁아졌기 때문에 메인 롤 후프에서 바로 뻗게 되면 배터리 박스를 넣을 수 있는 공간의 폭이 줄어들게 된다 → 만약 배터리 박스의 크기가 저 공간에 마운트 가능한 수준이라면 단순화된 형태로 변경하고, 공간이 나오지 않는다면 리어의 로어암이 위치한 프레임 너비를 늘리거나 한 번 꺾어 들어가는 원래의 형태를 제작의 복잡성을 감안하고 채택해야 한다.

(3) 측면 충돌 보호 구조의 가장 하단 부재에 벤딩을 주지 말자

① 이해를 돕기 위한 사진

수정 전

수정 후

② 벤딩의 장점

- 드라이버 포지션을 잡기 더 수월하다.

- 드라이버의 시트 포지션 위치를 약간 더 아래로 위치시킬 수 있어 전체 무게 중심의 높이를 낮추는 데 기여할 수 있다.

③ 벤딩을 하지 않았을 때의 장점

- 파이프 벤딩 비용 절약 가능

- 직선적인 형태로 직접 용접 및 재단을 하는 어울수레의 입장에서 제작 시 오차를 줄일 수 있다.

(4) 측면 충돌 보호 구조 위에 위치한 전방 롤 후프 지지대를 없애보자

① 관련 규정

- 차량 기술 규정 제 16조 2항 5번, 전방 롤 후프가 후방으로 수직 축과 10도 이상 기울어진다면 전방 롤 후프 뒤쪽에 도 다른 지지대를 설치해야 한다.

- 현재 규정 상 꼭 필수적인 요소는 아니다.

- 하지만 무턱대고 빼기에는 강성의 문제가 발생할 수 있고 그냥 넣기에는 무게를 증가시키고 드라이버의 가동 범위를 제한하기 때문에 설계 근거가 필요하다.

② 해석을 활용한 해당 부재의 필요성 검증

- 현재 어울수레 회장 20 강정원님을 중심으로 해석 툴(ANSYS)에 대한 학습이 이루어지고 있다.

- 프레임 확정 이후 최대 제동 가속도 조건에서 충돌 해석 및 롤 상황에서 프레임의 비틀림 강성에 대한 해석을 진행하고 이를 근거로 전방 롤 후프 지지대의 유무를 결정한다.

(5) 전장 길이를 줄여보자

- 전장 길이를 줄이는 것은 현재까지 결정된 프레임 상에서 휠 베이스, 암 스프레드와 밀접한 관련이 있으며 추후 올려드릴 암 스프레드 결정에 대한 글을 바탕으로 이해해주시기 바랍니다.

- 전장 길이에 대한 근거 자료를 찾으시는 분은 새시 톡방에 공유해주시기 바랍니다. 저도 아직 현재 설계 상황에서 줄이는 것이 맞다고 판단했을 뿐 전장 길이가 영향을 주는 부분에 대해 구체적으로 고민하고 있습니다.

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4. 할 말 있어요...

: 1월 3주차 작업 당시 현가 쪽 하드 포인트가 수정 중에 있었고 프레임도 초안만 나온 상황이었기 때문에 유연한 수정이 가능했습니다. 그래서 여러 피드백과 아이디어를 꼭 실제 변경에 반영하지 않더라도 일단 캐드 파일로 직접 다 구현해보며 눈으로 그 영향을 확인하고자 했습니다. 덕분에 캐드 실력이 많이 상승했습니다. 이 글을 쓰고 있는 이 순간에도 캐드 실력이 설계 속도를 좌우한다는 것을 뼈저리게 느끼고 있습니다. 여러분 캐드 연습 많이 하시기 바랍니다. 곧 1월 4주차 프레임 2차 수정 글로 돌아오겠습니다.

[22 이영대]

대각선 부재 방향 바꾸는거는 아크 톡방에 물어봤을 때 트러스 규정 위반이 될 수 있다고 하더라구요… 크세에 QnA 올려보시길 바라요. 혹시 규정이 바뀌었을수도 있르니께

[21 이동규]

바로 QnA에 올려보겠습니다 괌솸다ㅏ