Recently, according to environmental regulations, the automobile industry has been conducting various research on the use of composite materials to increase fuel efficiency. However, there has not been much research on lightweight chassis components. Therefore, in this research, the purpose of this study is to apply composite materials to the sub-frame of chassis components to achieve equivalent levels of stiffness, strength, NVH performance and 50% lightweight compared to the steel sub-frame. First, the Natural frequency of steel and composite specimens was compared to the damping characteristics of composite materials. Then, in this study, the Lay-up Sequence was derived to maximize the stiffness and strength of the sub-frame by applying composite materials. And this lay-up Sequence is proposed to avoid heat shrinkage due to curing during manufacturing. This process was designed based on a FEM structural analysis, and a Natural frequency and frequency response function graph was confirmed based on a modal analysis. The prototype type composite sub-frame was manufactured based on the design and the F.E.M analysis was verified through a modal experiment. Furthermore, it was fitted to the actual vehicle to verify the natural frequency and the indoor noise vibration response, including idling and road noise. This result was confirmed to be equivalent to the steel sub-frame. Finally, the composite sub-frame weight was confirmed to be about 50% of the steel sub-frame.

최근 환경 규제에 의하여 자동차 업계는 차량의 연비를 높이기 위해서 복합소재를 활용한 경량화 연구가 다양하게 진행되고 있다. 하지만 샤시계 부품들은 복합소재를 활용한 경량화 연구가 미진하다. 따라서 본 연구에 서는 샤시계 부품 중 서브프레임에 복합재료를 활용하여 스틸 동등 수준의 강성, 강도 그리고 NVH 성능과, 50% 의 경량화를 이끌어 내는 것이 목표다. 우선, 복합재료의 Damping 특성을 확인하기 위하여, 스틸과 복합재료 시 편을 활용하여 고유 진동수를 1차 비교하였다. 본격적으로 서브프레임 개발에 들어가 강성, 강도를 극대화 할 수 있는 Lay-up Sequence를 제시하였고, 제작과정 중 경화에 의한 열 수축을 피할 수 있는 Lay-up Sequence를 제시하 였다. 이 과정은 구조해석을 바탕으로 설계를 하였고, Modal 해석을 바탕으로 고유 진동수와 주파수 응답 그래프 를 확인하였다. 설계 안을 바탕으로 프로토 타입 서브프레임을 제작하였고 단품 모달 실험을 통하여 구조해석 설 계 안을 검증하였다. 나아가서 실차에 장착하여 공진점 확인 및 아이들링, 로드 노이즈 포함하여 실내 소음 진동 응답 비교를 하였고, 기존 스틸 서브프레임과 동등한 수준의 성능임을 확인하였다. 최종적으로 경량화는 기존 부 품 대비 약 50% 무게 경량화 효과를 확인하였다.

Keywords: Composite materials, Chassis Part, Sub-frame, Noise Vibration Harshness

Keywords: 복합재료, 샤시부품, 서브프레임, NVH