DYNAMIC MODELING AND ANALYSIS OF A DRIVING PASSENGER VEHICLE

Abstract

본 논문은 선회주행 승용차량의 동역학 모델을 제시하고, 이 모델을 활용하여 서스펜션 시스템(서스펜션 및 안티롤바)의 강성과 감쇠가 차체의 동적 응답에 미치는 영향을 분석한 연구를 제시한다. 먼저, 선회주행 차량 모델을 정립하기 위해 애커만 기하학 모델을 이용하여 핸들 조향각 변화와 주행 속도에 따라 차량에 작용하는 원심력 계산식을 도출하였다. 이후, 원심력이 작용하는 차량의 거동을 나타낼 수 있는 총 7자유도의 차량 동역학 모델을 구축하였다. 이 모델을 기반으로 라그랑주 방정식을 이용하여 운동방정식을 유도하였다. 차량 동역학 모델은 선회주행 상태의 실제 차량 응답과 차량 모델의 응답을 비교하여 검증되었다. 먼저, 실험장치를 장착한 시험차량을 가지고 스티어링 휠 조종에 따른 3가지 주행시험(slalom, double lane change, step steer tests)을 실시하였다. 이후 차량 동역학 모델을 가지고 위 주행시험들과 동일한 조건의 선회주행 시뮬레이션을 수행하였다. 차량 4개의 서스펜션들의 수직방향 변형량에 대한 주행시험의 계측결과와 시뮬레이션 계산 결과를 비교하여 차량 동역학 모델의 타당성을 검증하였다. 검증된 차량 동역학 모델을 기반으로 서스펜션 시스템의 설계변수들의 변화에 따른 동특성을 분석하였다. 서스펜션 시스템의 설계변수는 서스펜션의 등가강성과 안티롤바의 비틀림 강성을 고려하였고, 이들 값의 변화가 차량의 고유진동수에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 서스펜션의 강성과 감쇠 그리고 안티롤바의 비틀림 강성의 변화가 선회주행 차량의 차체 응답에 미치는 영향을 분석하였다. 이 분석결과를 토대로 선회주행 차량의 조종 안정성을 확보할 수 있는 서스펜션 시스템의 설계방향을 확보하였다. 본 연구에서 제시한 차량 동역학 모델은 차량 설계자가 주행시험을 수행하지 않고 선회주행 차량의 조종 안정성을 예측하는 데 도움이 될 수 있다.