자동차 공학 보고서(유리창 활용방안)목 차□서 론□차유리 활용방안□접목시킬 기술소개□기술접목 가능성과 개선점□결 론 및 고 찰1. 서론도입배경 - 조원들과 상의해본 결과 평소에 시야확보 외에는 다른 기능을 할 수 없는 차체 유리를 활용할 수 있는 방안을 모색해본 결과 속도 계기판, 네비게이션, 동영생 재생등의 기능을 융합시킬 수 있는 기술을 만들어보고자 하였다.2. 차유리 활용방안a. 앞유리 : OLED 기술을 이용한 시각적 활용방안EX) 주행시 : 네비게이션, 계기판주·정차시 : 외부 메모리와 연계하여 동영상 재생 가능(영화·TV 시청)b. 옆유리, 뒷유리 : 밝고 어둠을 조절 가능하게 하여 시각적 활용을 극대화 시키거나 개인취향에 따라 언제든지 변화가 가능하게끔 하는 방안3. 접목시킬 기술 소개a.(1) OLED(앞유리)유기발광바이오드, 유기EL이라고도 한다. 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광 현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 '자체발광형 유기물질'을 말한다. 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있다. 넓은 시야각과 빠른 응답속도를 갖고 있어 일반 LCD와 달리 바로 옆에서 보아도 화질이 변하지 않으며 화면에 잔상이 남지 않는다. 또한 소형 화면에서는 LCD 이상의 화질과 단순한 제조공정으로 인하여 유리한 가격 경쟁력을 갖는다.휴대전화나 카오디오, 디지털카메라와 같은 소형기기의 디스플레이에 주로 사용하고 있다. 2004년 현재 OLED의 기판 재질로는 유리를 사용하고 있으나 필름을 사용하면 구부려서 들고 다닐 수 있는 디스플레이장치를 만들 수 있다.LED(Light Emitting Diode)라는 용어는 익숙할지 모르나 OLED(Organic?Light Emitting Diode)라는 용어는 생소할 것이다.정리를 해보자면 LED는 무기물인 반도체를 이용한 발광 다이오드이다. 반도체에 전류를 흘려주면 반도체 재료의 band갭 만큼 에너지 발산이 이루어지는데 주로 열이 생성되어 사라지게 된다. 하지만 특이하게도 몇몇의 재문에 빛의 직진성이 강하고 열이 발생한다.OLED는 유기 발광 다이오드, 즉 유기물(탄소, 산소, 질소 등의 화학기호로 이루어진 단량체 및 폴리머)가 빛을 내는 현상을 이요한 것이다. 점, 선, 면 광원으로 모두 사용할 수 있는 다양성을 내포하고 있으며, 휘거나 구부려도 빛이 나온다. 밀봉(봉지)상태에 따라 수명이 짧아질 수 있다는 것이 단점이나 기술력 극복중에 있다.< OLED 종류 >PM (Passive Matrix Type)OLEDAM(Active Matric Type)OLED방식가로선에 신호를 순차적으로 인가하여가로 방향의 Dot들이 한 줄, 한 줄씩순차적로 발광하는 방식이다.따라서 PM 방식은 화면의 밝기와해상도(가로선 수)에 한계가 발생하게 된다.AM 방식은 PM 방식의 비효율적인'순차발광'의 단점을 없애기 위해 가로선과세로선의 교차점에 박막 트랜지스터를각각 형성하여 Dot 전부가 동시에 發光할 수있도록 한 방식이다.장점제조공정이 단순저가격저 소비 전력고해상도 가능대면적 가능단점전력소비가 커서,대면적 구현에 부적합.고소비 전력복잡한 Process(Fixel 형성공정이 복잡)고비용a.(2) OLED HUD 구성OLED유리창에 head up display를 구현시키기 위해서는 가장 기본이 되는 속도계와 방향지시등을 지원할 수 있는 hud controller가 필요하다. 따라서 hud controller는 기계작동에 사용하는 c++과 함께 전자회로에서 배운 기판으로 구현할수 있다. hud controller는 엔진룸에 부착하여 자동차의 회전바퀴수 인식센서와 또는 위성의 전파를 통해 바퀴회전수를 수집한 후 프로그램으로 만든 파일로 계산하여 OLED유리창에 띄우는 전선을 통해 전송하는 역할을 한다. 또한 한 차량이 아닌 다양한 차종에 따른 , 또는 제품소프트웨어 upgrade를 하기 위해 지금 네비게이션 매립 시 usb를 꽂는 센터페시아 패널을 이용하여 합리적으로 사용하게끔 만들었다. 그리고 예전 수동으로 눌렀던 것과는 달리 블루투스를 통한 음성인식을 통해 어 구동하고 hud controller에 부착되어 있는 블루투스 인식기능을 통해 hud를 구현시킨다. hud 컨트롤러에 사용되는 제어 프로그램은 Visual Studio를 통해 c++로 간단하게 자동차 속도를 측정해서 제어하는 회로를 만들어 보았다. 통신포트를 몇 개 만들어 위성의 전파가 받지 않을 때 속도계가 뜨지 않는 지금의 네비게이션 프로그램을 수정하고자 아까 위에서 말했던 것과 같이 회전바퀴수 인식센서를 연결해 출력할 수 있도록 만들었다. c++을 통해 hex파일을 만든다. HEX파일이란 기계어로 기계(MCU)를 조작하기 위한 언어다. HEX파일을 다운로딩할 수있는 프로그램과 이를 연결시켜 줄 에뮬레이터(라이터나 ISP, 기타 방법등)를 통해 hud controller를 제어한다.:020000020000FC:100000000C94AE000C9451000C9457000C945000CA:100010000C9450000C9450000C945D000C94500013:100020000C9450000C9450000C9468000C945000F8:100030000C9450000C9473000C9450000C945000DD:100040000C949A000C9450000C9450000C945000A6:100050000C*************0485544204B4F522D96:10*************87*************3820504334FB:10**************************6F6F2059656F80:100080006E672C204A656F6E67205665722E32307F:10*************1*************B6D2F68000053:1000A00018950F930FB79FEF0FBF0F9118950F93F0:1000B0000FB79FEF0FBF0F9118950F930FB70F93C7:1000C0007FEF00270DBD0CBD0F910FBF0F9118954D:1000D0000F930FB70F9363956D3708F08FEF0F09177000193EC17FD0710F0EBE714:10011000F0E0E0937600F093770000917A00039589:1001200000937A00FF91EF91DF91CF910F910FBF74:100130000F9118950F931F930FB70F932F9304B13F이런 작업을 통해 우린 간단하게 속도계를 제어할 수 있는 프로그램을 만들었다.b. 가스 or 전기변색 유리창(옆유리, 뒷유리)현재 사용되고 있는 전기변색 유리창은 일반적으로 우리가 아는 선팅이라기보다는 유리가 흐리게 변하는 정도이다. 그래서 찾아본 기술이 2004년에 독일 프라운호퍼 태양에너지연구소(ISE)가 개발한 '가스변색 유리창'이다. 버튼만 누르면 몇초 후 기존 햇빛의 25%정도만 통과시켜 유리창을 어둡게 만든다. 이중 유리의 내부에 넣은 얇고 투명한 텅스텐산화물 때문이다. 물을 수소와 산소로 분리해 아주 약간의 수소를 유리창에 퍼뜨리게 하는 기계를 이용하면 텅스텐산화물이 특정 빛의 파장을 막아 유리창이 어두워진다. 다시 버튼을 누르면 물에서 만들어진 산소가 유리창에 고루 퍼져 원래의 투명한 색깔로 돌아간다. 버튼 조작에 따라 색의 강도와 태양 차단 정도를 자유롭게 조절할 수 있는 것이 장점이다. 가스는 사용 후 다시 물로 돌아오며, 유리창과 연결장치의 수명은 20년 정도다. 쓰이는 가스 양이 극히 적고, 텅스텐산화물도 인체에 해가 없어 유리가 깨지더라도 별 문제가 없다.일명 스마트유리라고 하는데 전기가 흐르지 않을때는 짙은 청색을 유지하다가 전기를 흘려보내면 유리가 투명 상태로 변하는 특성을 가지고 있다. 다시 말해서 전기를 연결하면 투명해져서 창을 통해 들어오는 빛이 많이 들어오게 되고, 전기를 끄게 되면 창이 검은색이나 우윷빛으로 변하게 되어 빛이 차단된다. 이때 색을 변하게 하는데 걸리는 시간은 종류에 따라 1천분의 1초에서 몇 분이 소요되고 빛 통과율은 보통 1~30%로써 투명한 유리의 40~80%와는 현격히 차이가 난다.또한, 전기를 쓰지 않고도 단순히 태양빛 열은 밖으로 나가지않게 되고 또한 외부의 열은 실내로 들어오지 않게, 냉,난방의 부하에 대한 에너지 낭비가 절약되는 탁월한 효능을 발휘하게 된다.스마트 유리는 기능성을 나타내는 재료의 종류에 따라 액정(LCD), 분극입자분산(SPD), 포토크롬(CP), 일레트로크로믹(EC), 써모크롬(LTC)등으로 구분되고 있다. 차세대 고기능성 및 고부가가치의 제품으로 각광받게 되면서 선전기업과 관련 연구기관에서는 막대한 예산을 투입하여 개발을 추진하고 있다. 현재 실용화되고 있는 스마트 유리로는 액정을 이용한 것과 일렉트로크로믹 유리 및 포토크로믹 유리가 있다.다음은 재료의 종류에 따른 특성을 나타내었다.(1) 액정(liquid-crystal)- 액정 필름과 적어도 두장의 투명한 유리판이나 색 유리판으로 구성된다.- Off 상태에선 판유리가 유백색의 반투명한 상태이지만 전기가 통하면 순간적으로 투명도가 높아진다.- 투명하게 만들려면 계속 전기를 흘려줘야하므로 액정 유리창은 에너지절약이란 차원에선 별로이다.- 액정 유리판은 칸막이나 전시용 상자, 은행 스크린 등 내부에서 주로 사용된다.(2) 투과도 가변 유리 SPD 장치(suspended-particle-device)- SPD 스마트 유리창은 두 장의 유리 사이에 전도성이 있는 필름이 들어가 있다.- 이 필름엔 빛을 흡수하는 미세한 부유(浮遊)입자가 들어 있다. 빛을 흡수하는 미세 입자가 얇은 필름에 분산돼있다. 전기가 통하지 않을 땐 이 입자들이 빛을 흡수해서 유리창은 검은 색으로 보인다. 전류를 흘려주면 이 입자들이 정렬해서 빛이 통과할 수 있게 된다. 흘려주는 전기량을 수동이나 자동으로 조정하면 빠르고 정확하게 SPD유리창을 통과하는 빛의 양을 조절할 수 있다.- 이런 유리창은 버튼을 돌려서 조정이 가능하지만 유리창을 투명하게 유지하려면 전기를 계속 흘려줘야한다는 단점이 있다. 하지만 이런 종류의 유리엔 장점도 있다. 전색성 유리창은 반응 속도가 느리고 수명이 있으며 색 변화도 유리의 바깥쪽에서 시작돼 중심으로 이동있다.
구조정보 디자인-Term Project-- 목 차 -1. 주제선정 및 계획- 분석 주제- 분석 목표- 일정 계획2.모델링- 자료조사- 모델링을 위한 가정- 구체적인 모델링- Pro-e 모델링3.해석- 물성치 조사- 해석상의 가정- 형태변화에 따른 해석- 어셈블러 해석4.비교 분석 및 검증- 낚싯대의 작동과 특성- 분석 및 확인5.결론1.분석주제 와 목표-분석 주제 : 낚시를 하는 과정에서 낚싯대에 작용하는 하중과 변위를 분석한다.-분석 목표 : 낚싯대의 형상에 따라 낚싯대에 작용하는 하중과 변위가 어떻게 달라지는지 알아본다.-일정계획10/210/1610/3011/1311/2712/1112/25자료조사ANSYS 실습구조물 모델링구조물 해석결과분석실제수행10/210/1610/3011/1311/2712/1112/25자료조사ANSYS 실습구조물 모델링구조물 해석결과분석2.모델링-자료조사낚싯대 제작의 구성요소1) 공대(Blank)낚시 공대의 원료는 여러 종류가 있으며 기본적으로 Fibre Glass가 가격이 싸고, 순수 Graphite카본이나 Boron등은 가격이 비싸다. 합성 Graphite카본(Composite Graphite)이 가격면이나 성능으로 보아 권할만 하다. 낚시 공대는 수백가지가 넘으며 낚시 목적에 따라 예민한 싸이스 1-2 플라이(Fly)대부터 갯바위낚시 또는 대어 게임대까지 다양 하다. 다목적 낚시대란 없다.2) 밑둥(Butt)갯바위 낚시나 비치 낚시용은 10-15cm 또는 그보다 긴 나무로 깍은 Sand Spike를 사용한다. 이것은 낚싯대를 바위사이나 모래에 꽂아두어도 손잡이나 대가 상하지 않게 하기 위해서다. 가벼운 낚싯대나 주로 손에 들고 쓰는 낚싯대에는 고무나 플라스틱으로 만든 Cap을 쓰고 게임 낚싯대는 김볼켑(Gimbal Cap)을 쓴다. 김볼켑도 낚싯대 강도에 따라 플라스틱부터 알류미늄으로 만든것 까지 다양하다. 또한 Baitcaster 릴용으로는 피스톨 그립(Pistol Grip)이 있으며 이것은 밑둥, 뒷손잡이, 릴대(Reel Seat)등이 하나로 붙어 있는 것이다.3) 릴대(Reel Seat)릴대의 종류나 싸이스는 다양하다. 크게 나누어 보면 보통 낚싯대에 쓰는 파이프형이 있고 Baitcaster 릴에 쓰는 방아쇠형(Trigger)이 있다. 주로 사용하는 상표는 Fuji사에서 만든 것이며 모든 것이 Graphite몸통에 스테인레스 또는 알류미늄으로 보강한 릴 고리이다.4) 손잡이(Grip)코르크는 물기가 묻어도 미끄럼이 적고 낚싯대와의 느낌이 좋아 고급 낚싯대에 주로 쓰인다. 게임 낚싯대에는 동물 가죽으로도 코르크위에 감아 쓰기도 하나 이는 실용성 보다 미관상으로 쓰여 진다. 대부분의 낚싯대는 Hypalon이나 EVA 합성 고무(Duralon)로 손잡이를 한다. 코르크에 비해 가격도 저렴하고 낚싯대에 쉽게 붙일수 있어 많이 쓰인다. Hypalon은 EVA 합성 고무보다 약간 무겁지만 질겨서 갯바위 낚싯대에 적합 하다. 다만 지금은 구하기가 쉽지 않은 것이 단점이다.5) 가이드와 팁(Guides &Tip)링(Ring)형과 롤러(Roller)형이 있다. 롤러형은 게임 낚싯대에 쓰이며 추천할만한 상표는 AFTCO사다. 링형은 역시 Fuji사에서 만든것 외에는 추천 할만한 것이 없다. 낚시줄과 직접적인 마찰이 일어나는 링은 탄화규소(Sic)나 알루미늄??산화물(Aluminium Oxide) 또는 하드로이(Hardloy)로 세분화한다. 탄화규소링은 낚시줄과의 마찰이 거의 없고 오랜 마찰에도 열이나지 않는 장점이 있지만 가격이 비싸고(2배 가량) 깨지기가 쉽다. 필자는 가이드는 알루미늄 산화물로 사용하고 팁만은 탄화규소링으로 사용 한다. 이는 팁이 낚시줄과의 마찰이 심하기 때문이다. 링을 받치는 프레임(Frame) 종류도 다양 하다. 낚싯대의 강도에 따라 외다리용 부터 다리 세개짜리 까지 있다. 주로 스테인레스나 니켈 또는 타이타늄(Titanium)으로 만든다. 플라이 낚싯대에는 스테인레스 절사로 된 전통적인 웜가이드(Worm Guide)를 쓰고 있으나 위의 가이드를 써도 된다.-모델링을 위한 가정1) 구성요소의 모델링 계획구성요소분석모델링 계획공대(blank)->해석의 가장 중요한 부분이음부에 Detail 한 모델링밑둥->낚싯대며 연속적이며 공대를 지지해주는 복잡한 요소가 많은 부분공대와 같은 재질로 원통형으로 추상적인 모델링릴대손잡이가이드와 팁->낚싯줄을 이용하여 낚싯대에 걸리는 하중을 각 마디로 분산시켜 주는 장치모델링 생략2) 구성요소의 단순화공대의 마디의 연결부분가정1. 마디와 마디의 연결이 빠지지 않도록 마디의 굵기는 뒤로 갈 수록 굵어지게 된다.=> 마디 처음의 굵기와 끝의 굵기는 같게 한다.2. 마디마다의 굵기는 낚싯대의 무게중심 특성에 따라 굵기를 조절 하여 증가 시킨다.=> 마디 마다의 굵기는 일정한 비율로 증가 한다.3. 실제 연결부분의 길이와 마디의 길이는 마디가 굵어질수록 조금씩 길어지게 된다.=> 모델링할 연결부분의 길이와 마디의 길이는 같게 한다.4. 연결된 길이는 낚싯대의 무게중심 특성에 따라 조정된다.=> 위의 그림의 비율과 같이 연결된 길이는 마디의 1/ 6 이다.3) 공대와 손잡이 부분의 연결손잡이공대(blank)123=> 2번 방식을 택함으로써 모델링의 단순화를 쉽게 한다.-구체적인 낚싯대 설계1) 표본이 될 모델 채택전장5300mm강대의 길이423mm강대에서의 마디 갯 수12개마디마다의 길이360mm선경1mm원경22mm강대손잡이 밑둥 릴대총 접은 길이=116 cm9cm107 cm81 cm2618cm1. 모델링 칫수마디의길이 = 360mm연결된길이 = 60mm손잡이 이음부 들어가는 연결품 길이 = 180 mm13요소의 길이 = 80 mm손잡이 밑둥릴대 = 30cm연결폼 = 20cm외경(mm)내경***************************************7*************32523손잡이2523~0연결품230-Pro-e 모델링3.해석- 물성치 조사=>일반탄성 PREPREG(24TON)사용?Tensile Strength(MPa)?Tensile Strength(kgf/m㎡)?Tensile Modulus(GPa))?Tensile Modulus(kgf/m㎡)?Elongation(%)?Mass per Unit Length tex(g/1000m)?Density(g/㎤)?4900?500?230?24000?2.1?800?1.80출처 : 한국카본- 해석상의 가정1. 선형상태로 rod의 끝부분에 수직방향의 하중이 작용한다고 가정한다.2. 이때 걸리는 힘은 월척을 잡았을 때 낚싯줄에 의해 공중에 떠있는 힘을 견딜 수 있어야한다고 가정한다.최대무게 2.1433Kg중력가속도 10m/s^2F=mg =2.1433×10=21.455 => 25NP=25N3. MESH 생성 시 해석하고자 하는 모델링의 구조가 복잡한 형상의 해석을 요구하는 것이 아니므로 자동으로 MESH생성 한다.-형태변화에 따른 해석낚싯대의 형태에 따라 낚싯대의 하중을 ANSYS로 분석해본다. (형태의 변화는 두께의 변화)12번 파이프 d=23mm, l=5m, P=25N1번 파이프 d=1mm , l=5m, P=25N인장강도가 4900MPa 인데 이미 최소 응력이 4900MPa 넘어버림 True scale에 형상 또한 현실적이지 않게 나타남외경내경IS10.00103.14159E-123.1416E-0920.0030.0012.51327E-108.3776E-0830.0050.0031.70903E-093.4181E-0740.0070.0055.57947E-097.9707E-0750.0090.0071.30690E-081.4521E-0660.0110.0092.53841E-082.3076E-0670.0130.0114.37310E-083.3639E-0680.0150.0136.93161E-084.6211E-0690.0170.0151.03346E-076.0792E-06100.0190.0171.47027E-077.7382E-06110.0210.0192.01565E-079.5983E-06120.0230.0212.68166E-071.1659E-053번파이프 d=5mm, L=5m, P=25N3번파이프 d=5mm, L=3m, 2번파이프 d=3mm, L=3mP=25N=>3번과 2번 파이프 사이에서 응력집중이 발생하게 된다. 실제라면 조립된 부품이라 응력집중이 크게 생기지는 않을 것이다. (하나의PART로 해석)-어셈블러 해석4.비교 분석 및 검증-낚싯대에 동작과 특성STEP1STEP2STEP3STEP4STEP5낚싯대는 한 끝점에 힘이 작용하는 것이 아니고 낚싯줄이 걸쳐서 있는 지점에서 힘이 작용 한다. (낚싯줄은 아랫방향으로 당긴다고 가정)1 단계에서는 낚싯대 상단의 1파이프가 힘을 받게 된다. 힘은 점점 증가하고 1파이프가 변형하게 되면서 다음파이프에 실이 걸쳐서 2파이프가 힘을 받게 된다. 힘은 점점증가하고 2파이프가 변형하게 되면서 다음파이프에 실이 걸쳐서 3파이프가 힘을 받게 된다. 3파이프와 2파이프의 변형에 의해 1파이프는 낚싯줄과 수평이 되어 힘을 받지 않게 된다. 만약 이때까지의 힘이라면 1파이프는 견디지 못할 것 이다. 힘이 증가하면서 이와 같은 방법이 계속 진행되어진다.결국 낚싯대는 뒤쪽의 굵은 직경의 파이프에 의하여 점진적으로 증가하는 강한힘을 견딜 수 있고 앞쪽의 얇은 직경의 파이프에 의하여 탄성력을 갖을 수 있게 된다.1) 직경이 굵을수록 강한 힘을 견딜 수 있는가?2) 얇은 직경의 파이프는 변형률이 높은가?3) 혼합 사용시 변화되는 특성이 있는가?1) 직경과 응력과의 관계- ANSYS 해석 데이터값1파이프3파이프13파이프최대 응력(MPa)1.3624*10^51236.429.536=> 파이프는 번호가 커질수록 직경이 커지며, 직경이 커질수록 파이프에 작용하는 최대응력은 작아진다.이는식을 만족시킨다.즉 낚싯대에 작용하는 최대응력을 줄이기 위해서는 직경이 굵은 파이프를 사용해야 한다.2) 직경과 변형률의 관계1파이프3파이프13파이프변형률(%)0.567666.1822*10^-31.2842*10^-4=> 1파이프는 현실적이지 않다 하지만 파이프직경이 작아질수록 변형률이 높아진다는 것은 설명할 수 있다. 변형률이 높아진다면 변형에너지의 축척이 많아지고 탄성력과 복원성을 좋아지게 한다.
