Shimmy 특성에 기인한 타이어 성능 평가

Abstract

최근 가상의 공간에서 차량의 각종 주행시험을 수행하여 설계 및 해석에 필요한 데이터를 얻을 수 있는 기술로 CAE(Computer Aided Engineering) 를 기반으로 한 VPG(Virtual Proving Ground) 기술이 주목받고 있다. 이러한 기술의 응용으로 차량의 개발기간을 단축 및 소요 비용의 절감 효과를 얻을 수 있으며, 극한 상황에서의 실차 시험에 대한 위험부담을 줄일 수 있기 때문에 차량 전산 역학 기술의 진보와 더불어 매우 유용한 방법으로 인식되고 있다. VPG 기술을 활용하여 차량의 동특성 해석 및 진동 특성 해석을 수행하기 위해서는 정확한 차량 동역학 모델 및 설계 특성 파라미터는 필수적이다. 또한, 주행 중 노면으로부터 가진을 받는 타이어는 차량의 비선형성을 증가시키는 가장 중요한 인자로 작용하며, 타이어에서 발생한 힘이 차체의 운동을 발생시키게 되므로 차량의 주행 동특성에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 VPG 기술을 이용한 전산 해석을 수행하기 위해서는 실제 타이어의 다양한 운동 특성을 정확히 표현할 수 있는 신뢰성 있는 타이어 모델이 필수적이다. 본 논문에서는 차량의 조향 핸들에서 발생하는 Shimmy 진동의 저감 방안을 타이어의 관점에서 모색하였으며, MSC.ADAMS/Car를 이용하여 차량 동역학 모델을 구성하였다. 차량 동역학 모델에서 각 단품들을 지지하고 연결시켜주는 스프링, 댐퍼, 부쉬와 같은 전달 요소 부품에 대한 전용 특성 시험을 수행하였고, 이를 반영하여 해석에 대한 신뢰도를 향상시켰다. VPG 기술을 위한 타이어 모델은 반실험적 타이어 모델인 MF-Swift Tire Model을 선정하였으며, 타이어 단품에 대한 다양한 특성 시험을 수행하여 얻은 데이터를 기반으로 타이어 모델을 개발하였다. 이를 모델에 적용하여 차량/타이어/노면이 연계된 VPG 차량 동역학 모델을 구성하였고, 가상공간에서의 해석을 수행하였다. 구성된 차량 동역학 모델은 실차 주행 시험 및 해석 결과 데이터를 비교/분석하여 검증하였으며, 검증된 모델을 이용하여 타이어 관점에서의 Shimmy 민감도 해석을 수행하였다. Shimmy에 대한 타이어 성능을 평가하기위하여 조향계 진동 전달 경로상에 가속도 데이터를 추출하였고, 이를 비교/분석하여 Shimmy 현상에 영향력을 가지는 타이어 설계인자를 도출하였다. 최종적으로 이를 조합하여 Shimmy 현상을 저감시키기 위한 타이어 설계 파라미터를 도출하였다.