다중목적 최적화 기법을 이용한 전륜 현가장치의 기구학적 설계

Abstract

차량의 조종성과 안정성에 연관된 다양한 기구학적 특성인자들은 차량의 운동변화에 따라 서로가 영향을 끼치므로, 이러한 것들을 동시에 고려한 현가장치 설계가 필요하다. 본 연구에서는 더블 위시본 형식의 현가장치를 기구학적으로 해석하고 다양한 특성인자들을 차량의 기구학적 조종성과 안정성의 함수로 분류한 후, 가중치 합법과 거리함수법을 이용한 다중목적 함수를 설정하고, 전역해를 찾는데 효과적인 유전알고리즘을 적용한 하드 포인트의 최적 위치를 결정하였다. 최적화 결과를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다. (1) 휠 스트로크 시 각 특성인자들의 이상값을 일정하게 준 거리함수법을 적용한 최적화 방법을 제시하여 최적화가 타당하게 수행되었음을 확인하였다. (2) 조종성과 안정성의 함수들을 고려한 경우 조종성에 중요도를 크게 두었을 때 캠버 각, 토우 각, 킹핀 각, 그리고 캐스터 각의 변화폭이 상대적으로 최소화 되었고, 안정성에 중요도를 크게 두었을 때 롤 센터 높이, 퍼센트 안티 다이브의 변화폭이 상대적으로 최소화되었다. (3) 조종성 혹은 안정성 함수만을 고려한 경우도 가중치를 크게 준 특성인자의 변화폭이 다른 경우의 변화폭에 비해 크게 감소하였다. 특히, 토우 각의 특성은 이상점에 거의 일치하며 변화폭이 매우 최소화 된 결과를 얻었다. (4) 현가장치의 동역학적 설계를 하기 전, 기구학적 설계단계에서 각 특성인자들이 주어진 구속조건을 만족시키며 조종성, 안정성, 그리고 부분 가중치에 따른 설계자의 원하는 기구학적 특성을 최대한 얻는데 효율적인 방법임을 확인하였다.; Performance parameters related to controllability and stability of a car have an effect on each other while wheels are under the wheel stroke. Thus, it is essential to consider those simultaneously for the kinematic design of the suspension mechanism. Exemplary model was established as a double wishbone type of a front suspension mechanism, and various performance parameters were classified into two objective functions related to controllability and stability. We performed the multi-objective optimization using genetic algorithm, an attractive method based on natural selection, which can obtain a global solution and needs no initial point. In the case of considering of the objective function related to controllability and stability, variations of each performance parameter related to controllability, such as camber, toe, king pin, and caster angle, were relatively minimized by emphasizing the weighting factor of controllability, while variations of each performance parameter related to stability, such as roll center height and percent anti-dive, were relatively minimized by emphasizing the weighting factor of stability. Also, in the case of considering only each objective function, variations of each performance parameter were minimized by emphasizing each partial weighting factor. Especially, variation of toe angle having on effect of tire-wear was remarkably minimized and closer to ideal point when the weighing factor of toe angle was emphasized. It was found that the method of distance functions provides the effective kinematic performance a designer more preferred by using the weighting parameters.