파워 싱킹 시트 프레임 쿠션 브라켓 구조의 강도 최적화 설계 연구

A Study on the Strength Optimized Design of Cushion Bracket on Power Sinking Seat Frame

최근 자율주행 기술의 발전과 함께 차량이 단순한 이동 수단을 넘어 휴식과 업무 공간으로 변화함에 따라, 차량 내 공간 활용성을 극대화하기 위한 시트 프레임 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 격납식 싱킹 시트의 전동화는 수동식에서 자동식으로 전환되면서 시트 프레임 내 부품의 강도 설계가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 본 연구에서는 싱킹 시트 프레임의 수동식 접이 메커니즘을 전동 모터를 활용한 자동 메커니즘으로 전환하고, 그 과정에서 요구되는 부품의 사양과 강도 설계를 수행하였다. 전동화를 위한 주요 구성요소를 간소화하였고, 특히 쿠션 브라켓 부위에 적용되는 전동 모터의 배치 각도와 길이에 따른 설계변수를 3수준으로 설정하여 3D 모델링을 진행하였다. 연구 결과 첫째, 다물체 동역학 해석을 통해 전동 모터의 허용 범위를 분석한 결과, 기준 배치와 비교하여 모터의 힘과 토크를 각각 30.25%, 6.7% 감소시킬 수 있는 최적의 배치 각도를 확인하였다. 둘째, 쿠션 브라켓 배치에 따른 모터의 최대 허용치와 후방 모멘트를 고려하여 강도 해석을 수행한 결과, 변형량과 응력을 각각 13.76%, 34.95% 감소시킬 수 있는 최적의 각도와 길이를 도출하였다. 최종적으로, 다물체 동역학 해석 결과와 일치하는 쿠션 브라켓의 최적 배치를 결정하였으며, 이 과정은 향후 시트 프레임의 자동화 설계 방안에 유용한 참고 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

With recent advancements in autonomous driving technology, vehicles are evolving beyond being simple means of transportation to become spaces for rest and work. As a result, the development of seat frames that maximize the use of interior space has been actively pursued. In particular, the electrification of containment sinking seats has emerged as a significant challenge, especially regarding the structural strength design of seat frame components as they transition from manual to automated systems. This study aims to convert the manual folding mechanism of the sinking seat frame into an automated mechanism using electric motors and to design the required component specifications and strength during the process. The main components for electrification were simplified, and, in particular, the design variables related to the placement angle and length of the electric motor applied to the cushion bracket were set at three levels, with subsequent 3D modeling conducted. The study results are as follows: Firstly, multi-body dynamic analysis showed that, compared to the standard configuration, an optimal motor arrangement angle can reduce motor force and torque by 30.25% and 6.7%, respectively. Secondly, strength analysis, considering the maximum allowable motor load and rear moment for each cushion bracket configuration, indicated that deformation and stress could be reduced by 13.76% and 34.95%, respectively, through the optimal angle and length. Finally, the optimal configuration of the cushion bracket, which aligns with the multi-body dynamic analysis results, was determined. This process is expected to provide a useful reference for future design strategies for automated seat frames.