주행모드에서의 선회 안정성 확보를 위한 다축 조향 차량 조향각 설계

Abstract

국문요지

경제가 발전하면서 고층빌딩 신축 및 공장 건설 등에서 크레인 차량의 사용 빈도가 증가하고 있다. 크레인 차량은 주행 유무에 따라 고정식 크레인과 이동식 크레인으로 나눌 수 있다. 그 중에서 이동식 크레인 차량은 다양한 작업환경에서 운용될 수 있도록 5가지 (도로 주행 모드인 Road steering mode, 저속에서 최대로 선회하기 위한 All wheel steering mode, 좁은 공간에서 차량이 평행이동하기 위한 Crab steering mode, 좁은 공간에서 차량이 주변 장애물에 충돌하지 않고 이동하기 위한 Reduced swing out mode, 운전자가 조향 각을 임의로 설정하여 주행할 수 있는Independent steering mode) 주행모드를 필요한다. 그래서 이러한 주행모드을 만족하기 위해 기본적으로 Akerman 식을 사용하여 차량 조향각을 설계에 활용한다. 하지만 고려된 이론 설계식들은 동역학적인 영향을 고려하지 않은 기구학적 조향각 설계에만 한정된다는 단점을 가진다. 또한 이동식 크레인 차량은 도로 주행을 할 수 있어야하기 때문에, 기구학적인 조향각으로 설계하는 것에는 제한이 있어 차량 주행성능 분석을 고려한 조향각 설계를 고려해야 한다. 본 연구에서는 차량이 선회 주행 시 발생되는 타이어의 변형 특성을 활용하여 Understeering stiffness를 계산하여 주행 모드를 설계하였으며, 이와 함께 Lateral Force Coefficient(LFC)를 고려하였다. Understeering stiffness가 0보다 작다면 Oversteering 상태로 구분되며, 이 상태에서는 차량의 roll 방향의 안정성이 매우 낮아진다. 이에 Understeering stiffness가 0보다 크거나 같도록 조향각을 설계하였다. 이후 설계된 조향각에 대한 적용 시점을 설정하기 위해 LFC를 이용하였으며, LFC를 통해 차량의 yaw 방향의 안정성이 불안정해지는 순간을 분석하여 설계 조향각 적용 시점을 설정하였다. 설계된 조향각을 검토하기 위해 설계 결과의 적용 전과 후의 Understeering stiffness를 비교하여 속도에 따른 안정성을 비교하였으며, 설계 전보다 차량 전복 발생하는 속도 한계가 기존 대비 70% 증가하였다. 이를 통해 이동식 크레인의 주행 모드에 대하여 선회시 안정성 확보를 위한 조향 설계를 수행하였으며, 동적인 영향을 고려한 조향 설계를 통해 선회시의 안정성을 확보하면서 주행할 수 있는 속도를 대폭 증가시켰다.