KR100599662B1 - 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인분석방법 - Google Patents

차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 스티어 특성을 언더스티어, 오버스티어, 파워 오프 반응 항목으로 분리하여 분석하되 언더스티어는 차량 선회 궤적과 관련하여 선회곡률과 선회속도 인자를 사용하고, 오버스티어는 차량자세와 관련하여 노즈각과 노즈각 시간변화율을 이용하며, 파워 오프 반응은 노즈각의 기울기, 변화율 및 변화량을 이용하고, 이들 인자들은 차량의 거동 상태가 안정된 준 정상상태 시험으로부터 얻어진 기준 데이터와 비교하여 스티어 특성을 정량적으로 결정하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

Description

차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법{Method for Quantitative Measuring of Handling Characteristics of a Vehicle/Tire}
도 1은 언더스티어 (understeer)의 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 오버스티어 (oversteer)의 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 파워 오프 반응 (power off reaction)의 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 차선 변경 (lane changing) 시험 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 가혹한 차선 변경 (severe lane changing) 시험 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 궤도 코너링 (circuit cornering) 시험 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 선회 시 파워 온/오프 (power on/off) 시험 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 언더스티어의 분석방법을 도시한 도면이다.
도 9는 오버스티어의 분석방법을 도시한 도면이다.
도 10은 파워 오프 반응 분석방법을 도시한 도면이다.
도 11은 조타각 (steering angle)에 대한 기준 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 12는 차선변경 시험에서 선회곡률 (turning curvature)과 선회속도 (turning velocity)를 나타낸 그래프이다.
도 13은 차선변경 시험에서 노즈각 (nose angle)과 노즈각 시간변화율 (nose angle time rate)을 나타낸 그래프이다.
도 14는 가혹한 차선변경 시험에서 선회곡률과 선회속도를 나타낸 그래프이다.
도 15는 가혹한 차선변경 시험에서 노즈각과 노즈각 시간변화율을 나타낸 그래프이다.
도 16은 궤도 코너링 시험에서 선회곡률과 선회속도를 나타낸 그래프이다.
도 17은 궤도 코너링 시험에서 노즈각과 노즈각 시간변화율을 나타낸 그래프이다.
도 18은 선회 시 파워 온/오프 시험에서 선회곡률과 선회속도를 나타낸 그래프이다.
도 19는 선회 시 파워 온/오프 시험에서 노즈각과 노즈각 시간변화율을 나타낸 그래프이다.
도 20은 선회 시 파워 온/오프 시험에서 노즈각 변화를 나타낸 그래프이다
본 발명은 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성 분석방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 차량의 스티어 (steer) 특성을 언더스티어, 오버스티어, 파워 오프 반응 항목으로 분리하여 분석하되 언더스티어는 차량 선회 궤적과 관련하여 선회곡률과 선회속도 인자를 사용하고, 오버스티어는 차량자세와 관련하여 노즈각과 노즈각 시간변화율을 이용하며, 파워 오프 반응은 노즈각의 기울기, 변화율 및 변화량을 이용하고, 이들 인자들은 차량의 거동 상태가 안정된 준 정상상태 시험으로부터 얻어진 기준 데이터와 비교하여 스티어 특성을 정량적으로 결정하는 방법에 관한 것이다.
Walter의 미국특허 제 4,969,212호에서는 기준 데이터 개념을 이용하여 차량의 언더스티어와 오버스티어 특성을 정량적으로 분석하는 기술을 제공하고 있다. 이 특허는 주행 중 발생하는 횡 가속도와 요율 (yaw rate)을 미리 설정된 기준 횡 가속도와 기준 요율 값과 비교하여 언더스티어와 오버스티어 정도를 정량적으로 분석하는 기술이다.
Gauthier 등의 미국특허 제 6,580,980호는 정상상태 선회 (steady-state turn), 리프트 오프 (lift off), 과도상태 (transient state), 긴급차선변경 (emergency lance change), 긴급 J-턴 (emergency J-turn) 시험들을 이용하여 타이어의 성능 평가 방법을 제시하고 있다. 이 특허는 각각의 시험법에 대한 주관적인 평가 방법과 계측 데이터를 이용한 객관적 평가 (objective test) 방법을 모두 이용하여 타이어의 조종안정성능을 정량적으로 분석하는 방법을 제시하고 있다.
차량/타이어 설계에 있어서 최종 성능 평가는 전문 운전자의 주관적 평가 (subjective assessment)에 의해서 이루어지고 있고, 특히 조종 안정성 평가에서는 많은 부분이 이와 같은 주관적 평가 방법에 의존하고 있기 때문에 모든 분석법은 주관적 평가 결과를 잘 반영하는 것이 매우 중요하다. 상기 미국특허 제 4,969,212호와 제 6,580,980호의 분석 방법에서는 횡 가속도, 요율, 차량 속도와 같은 차량 거동과 관련된 기본적인 인자를 그대로 사용하여 전문 평가자의 주관적 평가 결과를 나타내고자 하였다. 하지만 실제 전문 평가자는 위와 같은 기본적인 차량 거동 인자들 보다는 각 평가 항목에 해당하는 지각 인자 (perceptual parameter)들을 이용하여 주관적 평가를 수행하고 있다. 따라서 상기 기술의 방법에서는 전문 평가자의 주관적 평가를 현실적으로 반영하기 어려운 단점이 있다.
실차계측은 차량에 여러 가지 센서를 장착하여 실제 주행 중인 차량의 거동과 운전자의 정보를 직접 데이터로 얻을 수 있는 시험 방법이다. 본 발명의 목적은 이러한 실차 계측을 이용하여 주관적 평가 결과를 객관적으로 평가 할 수 있는 분석법을 개발하여 차량 성능을 정량적으로 분석하기 위한 방법으로서, 우선 스티어 특성 항목들에 대한 주관적 평가와 실차 계측을 동시에 수행 하거나 혹은 각각 수행을 하는 방법을 이용하여 실제 주관적 평가 시 나타나는 차량 거동과 운전자의 정보를 분석하는 방법을 이용하게 되는 것이다. 기존의 대부분 기술에서는 정상 원 선회 시험과 같은 정상상태 조건에서 스티어 특성을 나타냈으나, 본 발명에서는 차선변경과 궤도 주행 시 나타나는 과도 (transient) 선회 조건에서의 스티어 특성을 나타내고자 하는 것이다. 실제 현실적인 측면에서는 스티어 특성에 대한 주관적 평가는 정상상태 보다는 차선변경, 궤도 코너링 시험과 같은 과도 상태에서 주로 평 가되고 있다. 따라서 본 발명은 차량/타이어 설계에 직접 적용할 수 있는 현실적인 것이라는 점이 특징이다.
본 발명은 차량에 실차 계측 장비를 장착하고, 차량의 스티어 특성인 언더스티어, 오버스티어 및 파워 오프 반응 분석을 위한 실차 시험을 수행하여 얻은 계측 데이터로부터 선회곡률, 선회속도, 노즈각, 노즈각 시간변화율을 구하고, 이들을 미리 결정된 선회곡률, 선회속도, 노즈각의 기준 데이터와 비교 분석하여 스티어 특성의 정도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석 방법인 것이다.
이와 같은 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 스티어 특성은 언더스티어, 오버스티어 및 파워 오프 반응의 세 항목으로 분리한다. 언더스티어와 오버스티어 항목은 스티어 특성에서 차량의 언더스티어와 오버스티어 발생량을 나타내는 반면에 파워 오프 반응은 선회시의 파워 온/오프 시험에서 언더스티어와 오버스티어의 변화 특성을 나타낸다.
본 발명에서의 스티어 특성에 대한 정의는 다음과 같다.
언더스티어는 차량이 선회 운동 시 요구 궤적으로부터 바깥쪽으로 벗어나려는 현상을 말하는 것으로 타이어의 전륜 그립 (grip) 특성과 밀접한 관련이 있다. 즉, 언더스티어는 전륜 그립이 작은 경우 주로 발생한다. 여기서 언더스티어 정도에 대한 주관적 평가는 평가자 마다 갖고 있는 특별한 기준에 의해서 정해진다.
도 1은 실제 운전자가 느끼는 언더스티어 현상을 설명하기 위해서 나타낸 것이다. 차량이 도 1과 같은 코너 (corner)를 안전하고 빠르게 통과하기 위해서는 이상궤적 (ideal path)으로 주행해야 한다. 여기서 언더스티어 특성이 큰 차량의 경우 도 1과 같이 차량이 이상 궤적에서 바깥으로 선회하여 선회반경이 증가하게 된다. 이러한 경우, 운전자가 차량을 이상궤적으로 유도 선회하도록 하기 위해서는 조타각을 더 많이 입력하게 된다. 따라서 큰 언더스티어 현상은 조종성이 용이하지 않으므로 바람직하지 않다. 실제 운전자는 도 1과 같은 시험에서 선회 시 요구되는 조타각의 크기와 차량의 선회거동 특성을 자신이 설정한 기준과 비교하여 언더스티어 정도를 평가하게 된다.
오버스티어 특성은 언더스티어와는 반대로 차량이 선회 운동 시 선회 궤적의 안쪽으로 말려 들어가려는 현상으로서, 주로 후륜 그립 특성과 밀접한 관련이 있다. 일반적으로 후륜 그립이 부족한 경우 오버스티어 현상이 크게 발생한다.
도 2는 선회운동 시 차량의 오버스티어 현상을 나타낸 것이다. 오버스티어가 발생한 경우 차량이 향하는 방향과 실제 차량이 움직이는 방향 (속도 벡터 방향) 사이의 각으로 정의되는 차량자세 (vehicle attitude)에 큰 차이를 보이게 된다.
즉, 오버스티어 현상이 클 수록 차량 자세 각이 크게 된다. 일반적으로 큰 오버스티어 현상은 일반 운전자가 제어하기 어렵기 때문에 바람직하지 않다. 언더스티어에서와 마찬가지로 운전자는 선회 시 발생하는 차량 자세를 미리 설정해 놓은 기준치와 비교하여 오버스티어 정도를 평가하게 된다.
파워 오프 반응은 선회 중 발생하는 언더스티어와 오버스티어의 특성 변화를 나타내며, 일반적으로 도 3과 같은 선회시의 파워 온/오프 시험을 통하여 평가 한다. 여기서 언더스티어와 오버스티어 특성 변화를 일으키는 메커니즘은 크게 두 가지로 나누어 진다. 첫 번째는 고정 스티어링 (fixed steering) 상태에서 정상상태로 선회 중 풀 트로틀 온 (full throttle on)에 의한 타이어 그립력의 변화에 의한 것이다. 여기서 차량의 구동방식에 따라서 그립력 변화가 일어나는 위치가 다르게 된다. 전륜 구동 차량인 경우 최대한의 트로틀 온에 의해서 전륜 타이어에 구동력이 발생하고 이로 인하여 전륜 타이어의 코너링 힘 (cornering force)은 감소하며, 후륜 구동 차량의 경우는 반대로 후륜 타이어의 코너링 힘이 감소하게 된다. 또한 가속에 의해서 전륜에서 후륜으로 하중이동이 발생하여 전륜 타이어에 작용하는 수직하중이 감소하고 반대로 후륜 타이어에 작용하는 수직하중은 증가하여 전/후륜의 그립력 변화를 일으키게 된다.
두 번째는 일정한 스티어링 상태에서 갑작스런 트로틀 오프 (throttle off)에 의한 타이어의 그립력 변화에 의한 것이다. 선회 운동 중에 갑자기 트로틀 오프를 하게 되면 후륜에서 전륜으로 하중이동이 심하게 일어나며, 이로 인해 타이어에 작용하는 수직하중의 변화가 발생하여 타이어의 그립력 변화가 일어나게 된다. 또한 구동력이 없어지면서 타이어의 코너링 힘에 변화를 주어 전륜 또는 후륜의 타이어의 그립력 변화를 일으키게 된다. 운전자는 위와 같은 풀 트로틀 온과 급박한 트로틀 오프에 의해서 나타나는 언더스티어와 오버스티어의 변화를 감지하여 파워 오프 반응 특성을 평가하게 된다. 여기서 운전자는 오버스티어 현상과 관련된 차량 자세를 이용하여 파워 오프 반응 정도를 평가하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 전륜 구동 차량의 경우 풀 트로틀 온 시에는 언더스티어 현상이 발생하며, 급작스 런 트로틀 오프 시에는 오버스티어 현상이 발생한다. 여기서 언더스티어에서 오버스티어로 스티어 특성의 변화가 작을수록 차량을 제어하기가 용이하기 때문에 성능 측면에서 유리하다. 일반적으로 파워 온에서 파워 오프로의 변화 시 스티어 특성의 변화가 작을수록 바람직하다.
본 발명은 상기한 스티어 특성 분석을 위한 실차 시험 방법을 제공하기 위한 것으로, 언더스티어와 오버스티어의 분석을 위한 차선 변경, 가혹한 차선변경, 궤도 코너링 시험 방법과, 파워 오프 반응 분석을 위한 선회시의 파워 온/오프 시험방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 차선 변경 시험은 도 4에서와 같이 전방에 있는 장해물을 피하기 위하여 1차선을 변경하는 상황에 해당하는 시험으로서, 차선 변경 시 차량운동은 도 4와 같이 방향이 반대인 두 개의 연속된 선회운동을 포함하게 된다. 일반적으로 차선 변경 초반부와 중반부에서는 언더스티어 특성이 나타내며, 차선 변경 후반부에서는 오버스티어 특성이 나타난다. 차선 변경 시험에서 조타각 입력 방법은 운전자 마다 약간 다르지만 대략 아래와 같은 방법으로 진행된다.
Figure 112004045125511-pat00001
본 발명에 따른 차선 변경은 1차선 변경 시험으로 차선 변경 폭은 2.5 ~ 4.5m로 하고, 핸들 입력은 사인파 형태로 하며, 핸들 입력 각의 크기는 -180 ~ +180deg로 하고, 차량 속도는 40 ~ 350 kph 범위에서 정속으로 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 가혹한 차선 변경 시험은 도 5에서와 같이 고속 주행 중에 전방에 갑작스럽게 나타난 장해물을 피하고 원래의 차선으로 돌아오는 상황에 해당하는 시험이다. 위급한 상황이므로 일반적으로 운전자는 트로틀 오프를 하게 되며, 도 5와 같이 세 개의 연속된 선회 운동을 포함하고 있다. 가혹한 차선 변경 첫 번째 선회와 두 번째 및 세 번째 선회의 초반부에서는 언더스티어 특성이 나타나며, 두 번째와 세 번째 선회의 후반부에서는 오버스티어 특성이 나타난다. 시험방법은 트로틀 오프와 동시에 아래와 같이 진폭이 90˚ 정도인 사인 곡선 형태로 조타각을 입력한다. 조타각이 차선 변경에서 보다 크고 급격하게 입력되므로 차량 운동은 상당히 가혹하게 되고 후륜 안정성 (rear axle stability) 까지도 문제가 된다.
Figure 112004045125511-pat00002
본 발명에 의하면 상기 가혹한 차선 변경은 차량의 1차선 변경 후 다시 원래의 차선으로 복귀하는 시험으로 차선 변경 폭은 2.5 ~ 4.5m 정도로 하고, 차량 속도는 60 ~ 200 kph에서 직진 주행 중 핸들 입력과 동시에 가속 페달을 오프 시키는 방법으로 수행하는 것이 좋다.
도 6은 핸들링 궤도 (handling circuit)에서 수행되는 궤도 코너링 시험방법에 대해서 나타낸 것으로, 본 발명에 따르면 레이싱 코스 주행 시험으로 수행하는 바, 코너 진입부 (입구)와 출구에서 각각 언더스티어와 오버스티어의 변화를 평가할 수 있다. 일반적으로 코너 진입부에서는 언더스티어 현상이 발생되며, 코너 출구에서는 차량 구동방식에 따라서 언더스티어와 오버스티어가 발생하게 된다. 코너 중앙부 (mid-corner)에서는 차량이 정상상태로 운동을 한다. 레이싱 차량의 경우 대부분 후륜 구동 방식이며, 코너출구에서 가속을 하게 되면 후륜 타이어의 구동력 발생에 따른 후륜 타이어의 코너링 힘의 감소로 인해 언더스티어에서 오버스티어로 스티어 특성에 변화가 일어난다.
도 7은 선회 시의 파워 온/오프 시험을 통한 스티어 특성을 평가하는 방법에 대해서 나타낸 것이다. 선회시의 파워 온/오프 시험의 가장 큰 목적은 선회운동 중에 급격한 트로틀 변화를 주었을 때 전륜축과 후륜축 사이에서 발생하는 하중이동에 의한 차량의 안정성을 평가하는 것이다. 이와 같은 하중이동에 대해서 차량의 거동 변화가 얼마나 민감한지는 파워 오프 반응 특성을 통해서 주관적으로 평가된다. 일반적으로 전륜 구동 차량의 경우 풀 트로틀 온을 하면 언더스티어 경향이 증가 되며, 후륜 구동 차량의 경우는 반대로 언더스티어 경향이 줄어들고 심한 경우는 오버스티어 현상까지 발생하게 된다.
상기 선회 시 파워 온/오프 시험은 차량이 정상 선회 중 가속페달을 급하게 입력하여 일정기간 유지 후 가속 페달을 다시 급하게 오프 시키는 방법으로 수행하되 여기서, 초기 정상선회 속도는 횡 가속도 0.5g 이상이 되도록 설정하고, 가속페달의 입력기간은 1.0 ~ 5.0 초 (sec) 동안 가속페달의 최대 입력 변위를 A 0 (mm) 라고 했을 때, 가속페달의 입력크기는 A 0 의 1/2 ~ 1.0 비율의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스티어 특성 분석법은 주관적 평가 결과를 잘 반영할 수 있 는 것이 특징이다. 앞에서 설명한 바와 같이 스티어 특성에 대한 주관적 평가 방법을 자세히 분석하여 스티어 특성에 대한 주관적 평가와 관련된 운전자의 지각 (perceptual) 인자들을 이용하여 스티어 특성 분석법을 실시한다.
먼저, 주관적 평가를 잘 반영하는 언더스티어 특성 분석을 위하여 도 8과 같은 차량동역학 개념을 이용한다. 전륜 축의 그립이 작아서 언더스티어 특성이 큰 차량의 경우 도 8과 같이 차량이 선회 궤적 밖으로 벗어나게 된다. 이와 같은 특성을 나타내기 위해서 선회반경 (R d ), 선회곡률 (k d ), 선회속도 (
Figure 112004045125511-pat00003
) 인자를 사용한다. 주관적 평가 결과를 잘 반영하기 위해서 이들 인자들은 모두 운전석에서 추출되는 값들로써 다음과 같은 방법으로 구하게 된다.
Figure 112004045125511-pat00004
여기서 a yd 와 V d 는 운전석에서 차량 횡 가속도와 차량속도이다. 선회 반경을 이용하여 언더스티어 정도를 표현할 수 있지만, 차량이 직진하고 있는 상태에서는 R d 가 무한대로 되므로 적절히 표현하기가 어렵다. 따라서 언더스티어 정도는 다음과 같이 선회 시 발생된 차량의 선회곡률 (k d )이 기준 선회곡률 (k d(N) )과 비교하여 나타내는 것이 더 효율적이다. 여기서 기준 선회곡률은 차량이 중립 스티어 (neutral steer) 성능을 나타내는 경우의 선회곡률을 나타낸다.
Figure 112004045125511-pat00005
식 (3)은 차량이 선회운동 시 움직이는 궤적을 이용하여 언더스티어 정도를 표현한 수식이다. 여기서, 언더스티어 정도를 분석하는 방법은 상기 기준 선회곡률 (k d(N) )과 실차 시험의 운전석 근처 또는 차량 무게중심 근처에서 측정된 선회곡률 (k d )을 모두 Y-축에 표시하고, 시간 또는 조타각을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 선회곡률 그래프에서 상기 식 (3)과 같은 방법으로 선회곡률 차이를 구하여 분석한다. 여기서, 선회곡률 차이가 클수록 언더스티어 현상이 큰 것으로 분석한다.
실제 전문 운전자는 언더스티어 정도를 평가할 때 이와 같은 특성 이외에 차량의 거동적인 측면도 고려한다. 도 8에서 주어진 궤적을 원만히 잘 통과하기 위해서는 선회속도 (
Figure 112004045125511-pat00006
)가 알맞게 발생되어야 한다. 차량이 부드럽게 주어진 궤적을 통과할 때 발생되는 기준 선회속도를
Figure 112004045125511-pat00007
(N) 이라고 하면, 운전자는 이 경우 중립 스티어를 느끼게 될 것이다. 또한 선회운동 시 발생되는
Figure 112004045125511-pat00008
가 기준값
Figure 112004045125511-pat00009
(N) 보다 작은 경우 차량은 기준 선회 궤적에서 밖으로 벗어나 운전자는 언더스티어를 느끼게 된다. 이와 같은 개념을 수식으로 나타내면 다음과 같이 된다.
Figure 112004045125511-pat00010
여기서, 언더스티어 정도의 분석은 상기 기준 선회속도 (
Figure 112004045125511-pat00011
(N) )와 실차시험 중에 측정된 선회속도 (
Figure 112004045125511-pat00012
)를 모두 Y-축에 표시하고 시간 또는 조타각을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 선회속도 그래프에서 상기 식 (4)와 같은 방법으로 선회 속도 차이를 구하여 분석한다.
위 식에서 언더스티어 정도는 선회 중 발생되는 선회속도 (
Figure 112004045125511-pat00013
)가 기준 선회속도 (
Figure 112004045125511-pat00014
(N) ) 보다 작을수록 크게 된다.
식 (3)과 식(4)를 이용하여 언더스티어 계수 (understeer coefficient) US를 다음과 같이 정의한다.
Figure 112004045125511-pat00015
여기서
Figure 112004045125511-pat00016
는 언더스티어 가중 값 (understeer weighting factor)이며, 이 값들은 전문 평가자나 시험조건에 의해서 결정된다.
여기서, 언더스티어 정도를 분석하는 방법은 언더스티어 인자 US를 상기 선회곡률의 차이와 상기 선회속도의 차이를 이용하여 상기 식(5)와 같이 설정하되 선회곡률 차이 (
Figure 112004045125511-pat00017
) 와 선회속도의 차이 (
Figure 112004045125511-pat00018
)는 실차 시험으로부터 얻어지는 선회 곡률과 선회속도 그래프에서 최대값 또는 평균값으로 하여 정량적으로 분석한다.
상기 식(5)로부터 실제 시험에서 발생되는 선회곡률과 선회속도가 기준치 보다 작을수록 언더스티어 정도가 크게 됨을 알 수 있다.
한편, 오버스티어에 대한 전문 운전자의 주관적 평가는 도 9에 나타낸 바와 같이 차량 자세에 주로 영향을 받는다. 오버스티어는 선회 시 후륜 그립이 부족하여 후륜 쪽에 슬립이 더 많이 발생하는 현상이다. 이때 차량이 향하는 방향과 실제 차량이 움직이는 방향 사이의 각으로 정의되는 노즈각으로 오버스티어 현상을 설명할 수 있다. 운전자 위치에서의 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00019
)을 다음과 같이 정의한다.
Figure 112004045125511-pat00020
여기서 V xd 와 V yd 는 각각 운전자 위치에서 전진(longitudinal)과 횡 (lateral) 방향 속도성분이다. 노즈각의 시간에 대한 변화량도 운전자가 느끼는 오버스티어와 관련되어 있으며 다음과 같은 관계로부터 구할 수 있다.
Figure 112004045125511-pat00021
여기서
Figure 112004045125511-pat00022
은 요율을 나타낸다.
언더스티어에서와 마찬가지로 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00023
)과 기준 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00024
(N) )을 이용하여 오버스티어 인자를 다음과 같이 결정한다.
Figure 112004045125511-pat00025
여기서, 오버스티어 정도의 분석은 기준 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00026
(N) )과 실차 시험 중에 측정된 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00027
)을 모두 Y-축에 표시하고 시간 또는 조타각을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 노즈각 그래프에서 상기 식(8)과 같은 방법으로 노즈각 차이를 구해서 분석을 한다.
또한 정상상태에서 기준 노즈각 시간변화율 (
Figure 112004045125511-pat00028
)은 영(zero)이 되므로 노 즈각 시간변화율 (
Figure 112004045125511-pat00029
) 만을 이용하여 오버스티어 인자를 다음과 같이 결정한다.
Figure 112004045125511-pat00030
여기서 오버스티어 정도의 분석은 실차 시험 중에 측정된 노즈각 시간변화율 Y-축에 표시하고 시간 또는 조타각을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 상기 노즈각 시간변화율 그래프에서 상기 식(9)와 같은 방법으로 노즈각 시간변화율을 구하여 분석한다.
여기서, 노즈각 시간변화율 차이가 클수록 오버스티어 현상이 큰 것으로 분석한다.
오버스티어 현상을 나타내주는 오버스티어 계수 (oversteer coefficient) OS는 식 (8)의
Figure 112004045125511-pat00031
과 식 (9)의
Figure 112004045125511-pat00032
을 이용하여 다음과 같이 정의한다.
Figure 112004045125511-pat00033
여기서
Figure 112006028176813-pat00211
과
Figure 112006028176813-pat00212
는 오버스티어 가중값 (oversteer weighting factor) 들이며 전문 평가자나 시험조건에 의해서 결정된다.
오버스티어 정도의 분석은 오버스티어 인자 OS를 노즈각의 차이와 노즈각 시간변화율의 차이를 이용하여 상기 식(10)과 같은 방법으로 구하되 상기 노즈각의 차이 (
Figure 112004045125511-pat00035
)와 노즈각 시간변화율의 차이 (
Figure 112004045125511-pat00036
)는 실차 시험으로부터 얻어지는 노즈각과 노즈각 시간변화율 그래프에서 최대값 또는 평균값으로 하여 정량적으로 분석한다. 상기 식 (10)에서 선회 중 발생하는
Figure 112004045125511-pat00037
과
Figure 112004045125511-pat00038
이 기준치 보다 클수록 오버스 티어 현상이 크게 발생하게 된다.
한편, 차량이 도 10과 같이 정상상태로 선회 중 트로틀 온을 하게 되면 일반적으로 언더스티어 현상이 발생되며, 이 상태에서 다시 트로틀 오프를 하게 되면 후륜에서 전륜으로 하중이동 현상이 발생하여 후륜 타이어의 그립이 감소하여 오버스티어가 발생하게 된다. 파워 오프 반응은 이와 같이 선회 중 트로틀이나 브레이크 조작에 의해서 차량에 외란을 주었을 때 스티어 특성이 변화 (언더스티어 →오버스티어)하는 성질을 나타낸다. 전문 운전자가 느끼는 파워 오프 반응 특성은 주로 도 10에 나타낸 바와 같이
Figure 112004045125511-pat00039
과 밀접한 관련이 있을 것으로 분석된다.
실제 선회 시 파워 온/오프 시험에 대한 계측 데이터를 분석해 보면
Figure 112004045125511-pat00040
의 변화가 상당히 심한 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는 파워 오프 반응 계수 PR (power off reaction coefficient)를
Figure 112004045125511-pat00041
을 이용하여 다음과 같이 정의한다.
Figure 112004045125511-pat00042
여기서
Figure 112004045125511-pat00043
는 파워 오프 반응 가중 값 (power off reaction factor) 들이며, 전문 평가자나 시험조건에 의해서 결정된다.
Figure 112004045125511-pat00044
은 도 20에 나타낸 바와 같이 노즈각의 기울기를 나타낸 것이다. 또한
Figure 112004045125511-pat00045
은 노즈각의 변화율로 도 20에 나타낸 바와 같이 정상상태에서의
Figure 112004045125511-pat00046
과 파워 온/오프 시험에서 발생한 최대
Figure 112004045125511-pat00047
과의 차이
Figure 112004045125511-pat00048
를
Figure 112004045125511-pat00049
로 나눈 값이다.
Figure 112004045125511-pat00050
는 노즈각의 변화량으로 파워 온/오프 시험에서 발생한
Figure 112004045125511-pat00051
의 최대 변화 크기를 나타낸 것이다. 운전자가 느끼는 파워 오프 반응 특성은 다양하기 때문에 이와 같이 세 개 인자를 사용하여 파워 오프 반응 특성을 분석하였다.
상기 식(11)에 의한 파워 오프 반응 정도의 분석은 노즈각(
Figure 112004045125511-pat00052
)을 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프에서 노즈각의 기울기(
Figure 112004045125511-pat00053
)및 노즈각의 변화율 (
Figure 112004045125511-pat00054
)과 노즈각의 변화량 (
Figure 112004045125511-pat00055
)을 정량적으로 구하여 분석한다.
결국 PR은 선회 시 파워 온/오프 시험에서 차량의 노즈각이 얼마나 급하게 변화하는가를 나타낸다. 일반적으로 노즈각의 변화량이 작고 부드럽게 발생하면 차량의 운동이 안정되므로 성능 측면에서 유리하다고 할 수 있다.
지금까지 설명한 분석법에서 언더스티어와 오버스티어는 실제 주행 중에 발생하는 선회곡률 (k d ), 선회속도 (
Figure 112004045125511-pat00056
) 및 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00057
)을 기준 선회곡률 (k d(N) ), 기준 선회 속도 (
Figure 112004045125511-pat00058
(N) ) 및 기준 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00059
(N) )과 비교하여 나타내었다. 이와 같은 분석법은 기준값을 중립 스티어로 표현한 것이다. 본 발명의 분석 기술에서는 차량이 정상상태 조건에서 안정되게 운동하는 것을 중립 스티어로 정의 한다. 따라서, 본 발명에서는 기준 데이터를 추출하기 위한 시험 조건으로 차량의 과도특성이 나타나지 않도록 조타각을 천천히 입력하는 정상 원선회, 위브 스티어링 (weave steering), 또는 프로그래시브 스티어링 (progressive steering) 시험 방법을 사용한다.
상기 정상 원선회는 일정 차량속도에서 선회반경을 변화시키는 시험 방법을 사용하는데 여기서 차량속도는 실차 평가 시험에서 수행되는 40 ~ 350kph 범위로 선정하고, 선회반경은 핸들 입력 범위가 -360 ~ 360 deg 정도가 될 수 있도록 10 ~ 200m 정도로 한다.
위브 스티어링 시험은 일정 차량 속도에서 조타각을 삼각파 또는 사인파로 천천히 스윕 (sweep)하는 방법을 사용한다. 여기서 핸들 입력 각의 범위는 가능한 -360 ~ 360 deg로 조타각이 큰 영역에 대한 기준 데이터까지 모두 포함하도록 하며, 핸들 입력 속도는 1 ~ 50 deg/s 이하로 천천히 한다. 또한 차량 속도는 실제 실차평가 시험에서 수행되는 40 ~ 350kph 범위로 선정 한다. 핸들 입력은 한 주기 또는 여러 주기에 대한 시험이 가능하며, 여러 주기 핸들 입력에 대한 데이터는 평균을 취하여 기준데이터로 사용한다.
프로그래시브 스티어링 시험은 일정 차량 속도에서 좌측 또는 우측 선회에 대한 시험을 각각 수행하여 기준 데이터로 사용하거나 또는 좌/우측 선회 시험을 모두 수행하여 좌/우측 데이터를 합하여 기준 데이터로 사용한다. 여기서 핸들 입력 범위는 가능한 -360 ~ 360deg로 조타각이 큰 영역에 대한 기준 데이터까지 모두 포함하도록 하며, 핸들 입력 속도는 1 ~ 50 deg/s로 천천히 한다. 또한 차량 속도는 실제 실차평가 시험에서 수행되는 40 ~ 350kph 범위에서 선정한다.
위와 같은 방법으로 구해진 기준 선회곡률, 선회속도, 그리고 노즈각을 조타각의 함수로 곡선적합 (curve fitting)하여 도 11과 같이 나타낼 수 있다.
지금까지 스티어 특성 분석을 위한 시험방법, 예를 들면 차선변경, 가혹한 차선변경, 궤도 코너링, 선회 시 파워 온/오프와 분석 인자, 예를 들면 US, OS, PR 들에 대해서 설명하였다.
본 발명에 따른 상기 시험방법과 분석인자를 적용한 스티어 분석 특성 결과는 다음과 같다.
도 11은 차량 1과 차량 2의 기준 데이터를 앞에서 제시한 위브 스티어링 시험 방법을 이용하여 구한 결과를 나타낸 것이다. 도 11은 스티어 특성 분석에 중요하게 이용될 기준 데이터들인 선회곡률, 선회속도, 노즈각, 노즈각 시간변화율을 조타각에 대해서 나타내었다. 노즈각 시간변화율은 전 조타각 영역에 대해서 거의 영이 되는 것을 알 수 있다.
도 12는 차선 변경 시험에서 언더스티어 분석 방법을 나타낸 것이다. 도 12(a)는 언더스티어 정도를 분석하기 위해서 기준 선회곡률 (k d(N) )과 차선 변경 시험 중에 측정된 선회곡률 (k d )을 모두 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프이다. 차선 변경 초반부의 첫 번째 선회와 중반부의 두 번째 선회에서 k d 와 k d(N) 의 크기를 비교한다. 첫 번째와 두 번째 선회구간 모두에서
Figure 112004045125511-pat00060
는
Figure 112004045125511-pat00061
보다 작아서 언더스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 도 12(b)에서와 같이 첫 번째와 두 번째 선회구간의
Figure 112004045125511-pat00062
도
Figure 112004045125511-pat00063
보다 작아서 언더스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 차선 변경에서는 크게 두 개 구간에서 언더스티어가 발생하는 것으로 분석할 수 있다.
kd 와 kd(N) 을 식 (3)에 대입하여
Figure 112006028176813-pat00064
를 구하고
Figure 112006028176813-pat00213
와
Figure 112006028176813-pat00066
(N) 를 식 (4)에 대입하여
Figure 112006028176813-pat00067
를 구한다. 그리고
Figure 112006028176813-pat00068
과
Figure 112006028176813-pat00069
를 식 (5)에 대입하여 두 구간에 대한 US 값을 얻을 수 있다.
도 13은 차선 변경 시험에서 오버스티어 분석 방법을 나타낸 것이다. 그림 13(a)는 오버스티어 정도를 분석하기 위해서 기준 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00070
(N) )과 차선변경 시험 중에 측정된 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00071
)을 모두 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프이다. 차선변경 후반부에서
Figure 112004045125511-pat00072
의 크기는
Figure 112004045125511-pat00073
보다 커서 오버스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 도 13(b)에서와 같이
Figure 112004045125511-pat00074
도 차선 변경 후반부에서 크게 발생하는 것을 알 수 있다.
Figure 112006028176813-pat00075
와
Figure 112006028176813-pat00076
(N) 을 식 (8)에 대입하여
Figure 112006028176813-pat00077
를 구하고
Figure 112006028176813-pat00214
를 식 (9)에 대입하여
Figure 112006028176813-pat00079
를 구한다. 또한
Figure 112006028176813-pat00080
과
Figure 112006028176813-pat00081
를 식 (10)에 대입하여 OS 값을 얻을 수 있다.
도 14는 가혹한 차선 변경 시험에서 언더스티어 분석 방법을 나타낸 것이다. 도 14(a)는 언더스티어 정도를 분석하기 위해서 기준 선회곡률 (k d(N) )과 가혹한 차선 변경 시험 중에 측정된 선회곡률 (k d )을 모두 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프이다. 가혹한 차선 변경 첫 번째 선회와 두 번째 선회 그리고 세 번째 선회 구간의 초반부에서
Figure 112004045125511-pat00082
와
Figure 112004045125511-pat00083
의 크기를 비교한다.
Figure 112004045125511-pat00084
의 크기는
Figure 112004045125511-pat00085
보다 작아서 언더스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 도 14(b)에서와 같이 첫 번째와 두 번째 그리고 세 번째 선회 구간 초반부의
Figure 112004045125511-pat00086
도
Figure 112004045125511-pat00087
보다 작아서 언더스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 가혹한 차선 변경에서도 세 개 구간 모두에서 언더스티어가 발생하는 것으로 분석할 수 있다. k d 와 k d(N) 을 식 (3)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00088
를 구하고
Figure 112004045125511-pat00089
와
Figure 112004045125511-pat00090
(N) 를 식 (4)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00091
를 구한다. 또한
Figure 112004045125511-pat00092
과
Figure 112004045125511-pat00093
를 식 (5)에 대입하여 세 구간에 대한 US 값을 얻을 수 있다.
도 15는 가혹한 차선 변경 시험에서 오버스티어 분석 방법을 나타낸 것이다. 도 15(a)는 오버스티어 정도를 분석하기 위해서 기준 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00094
(N) )과 가혹한 차선변경 시험 중에 측정된 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00095
)을 모두 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프이다. 가혹한 차선 변경의 두 번째 및 세 번째 선회구간의 후반부에서
Figure 112004045125511-pat00096
의 크기는
Figure 112004045125511-pat00097
보다 커서 오버스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 도 15(b)에서와 같이
Figure 112004045125511-pat00098
도 가혹한 차선 변경의 두 번째 및 세 번째 선회구간의 후반부에서 크게 발생하는 것을 알 수 있다.
Figure 112004045125511-pat00099
와
Figure 112004045125511-pat00100
(N) 를 식 (8)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00101
를 구하고
Figure 112004045125511-pat00102
를 식 (9)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00103
를 구한다. 또한
Figure 112004045125511-pat00104
d 과
Figure 112004045125511-pat00105
를 식 (10)에 대입하여 두 구간에 대한 OS 값을 얻을 수 있다.
도 16은 궤도 코너링 시험에서 언더스티어 분석 방법을 나타낸 것이다. 도 16(a)는 언더스티어 정도를 분석하기 위해서 기준 선회곡률 (k d(N) )과 궤도 코너링 시험 중에 측정된 선회곡률 (k d )을 모두 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프이다. 궤도 코너링에서
Figure 112004045125511-pat00106
의 크기는
Figure 112004045125511-pat00107
보다 작아서 언더스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 도 16(b)에서와 같이
Figure 112004045125511-pat00108
도
Figure 112004045125511-pat00109
보다 작아서 언더스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. k d 와 k d(N) 를 식 (3)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00110
를 구하고
Figure 112004045125511-pat00111
와
Figure 112004045125511-pat00112
(N) 를 식 (4)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00113
를 구한다. 또한
Figure 112004045125511-pat00114
과
Figure 112004045125511-pat00115
를 식 (5)에 대입하여 US 값을 얻을 수 있다.
도 17은 궤도 코너링 시험에서 오버스티어 분석 방법을 나타낸 것이다. 도 17(a)는 오버스티어 정도를 분석하기 위해서 기준 노즈각 (
Figure 112006028176813-pat00116
(N) )과 궤도 코너링 시험 중에 측정된 노즈각 (
Figure 112006028176813-pat00117
)을 모두 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프를 이용한다. 궤도 코너링에서
Figure 112006028176813-pat00215
의 크기는
Figure 112006028176813-pat00216
보다 커서 오버스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 도 17(b)에서와 같이
Figure 112006028176813-pat00120
도 궤도 코너링에서 크게 발생하는 것을 알 수 있다.
Figure 112006028176813-pat00121
와
Figure 112006028176813-pat00122
(N) 를 식 (8)에 대입하여
Figure 112006028176813-pat00123
를 구하고
Figure 112006028176813-pat00124
를 식 (9)에 대입하여
Figure 112006028176813-pat00125
를 구한다. 또한
Figure 112006028176813-pat00126
과
Figure 112006028176813-pat00127
를 식 (10)에 대입하여 두 구간에 대한 OS 값을 얻을 수 있다.
도 18은 선회 시 파워 온/오프 시험에서 언더스티어 분석 방법을 나타낸 것이다. 도 18은 언더스티어 정도를 분석하기 위해서 기준 선회곡률 (k d(N) )과 선회 시 파워 온/오프 시험 중에 측정된 선회곡률 (k d )을 모두 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프이다. 선회 시 파워 온/오프에서 파워 온 영역에서
Figure 112004045125511-pat00128
의 크기는
Figure 112004045125511-pat00129
보다 작아서 언더스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로
Figure 112004045125511-pat00130
도
Figure 112004045125511-pat00131
보다 작아서 언더스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. k d 와 k d(N) 를 식 (3)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00132
를 구하고
Figure 112004045125511-pat00133
와
Figure 112004045125511-pat00134
(N) 를 식 (4)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00135
를 구한다. 또한
Figure 112004045125511-pat00136
과
Figure 112004045125511-pat00137
를 식 (5)에 대입하여 세 구간에 대한 US 값을 얻을 수 있다.
도 19는 선회 시 파워 온/오프 시험에서 오버스티어 분석 방법을 나타낸 것이다. 도 19는 오버스티어 정도를 분석하기 위해서 기준 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00138
(N) )과 선회 시 파워 온/오프 시험 중에 측정된 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00139
)을 모두 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프를 이용한다. 선회 시 파워 온/오프에서 파워 오프 영역에서
Figure 112004045125511-pat00140
의 크기는
Figure 112004045125511-pat00141
보다 커서 오버스티어가 발생하는 것을 알 수 있다. 마찬가지로
Figure 112004045125511-pat00142
도 파워 오프 영역에서 크게 발생하는 것을 알 수 있다.
Figure 112004045125511-pat00143
와
Figure 112004045125511-pat00144
(N) 를 식 (8)에 대입하여
Figure 112004045125511-pat00145
를 구하고 식 (9)에
Figure 112004045125511-pat00146
를 대입하여
Figure 112004045125511-pat00147
를 구한다. 또한
Figure 112004045125511-pat00148
과
Figure 112004045125511-pat00149
를 식 (10)에 대입하여 두 구간에 대한 OS 값을 얻을 수 있다.
도 20은 선회 시 파워 온/오프 시험에서 파워 오프 반응 분석 방법을 나타낸 것이다. 파워 오프 반응 정도를 분석하기 위해서 노즈각 (
Figure 112004045125511-pat00150
)을 Y-축에 표시 하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프를 이용한다. 파워 온 영역에서 노즈각의 변화가 거의 없고 파워 오프와 동시에 노즈각이 크게 변화하는 것을 볼 수 있다. 따라서 노즈각의 기울기 (
Figure 112004045125511-pat00151
_slope ) 및 변화율 (
Figure 112004045125511-pat00152
_pp /Dt)과 변화량 (
Figure 112004045125511-pat00153
_pp )를 도 20과 같이 구하여 식 (11)에 대입하여 PR 값을 구할 수 있다.
본 발명에서 제시한 스티어 특성 분석 방법의 효율성을 검증하기 위하여 표 1과 같은 여러 가지 시험을 수행하였다. 표 1의 시험에 대한 스티어 특성 분석 결과로부터 제시된 분석 기술이 얼마나 주관적 평가 결과를 잘 반영하는 가를 검증하고자 한다. 표 1의 세트 (set) 1에서는 차량과 타이어 변화에 대한 그룹 (group) 1, 그룹 2, 그룹 3 시험을 수행하였다. 그룹 1은 전륜 구동 차량의 2인 승차 조건에서 타이어의 크기, 공기압, 패턴을 변화시켰으며, 그룹 2는 전륜 구동 차량의 만차 (gross vehicle weight) 조건에서 타이어 공기압을 변화시킨 시험이다.
(표 1)
Figure 112004045125511-pat00154

그룹 3은 후륜 구동 차량에서 타이어의 설계 인자 변경에 대한 시험이다.
여러 운전자 변화에 대해서도 제시된 분석 기술이 유용한 가를 검증하기 위해서 세트 2에 대한 시험을 수행하였다. 세트 2에는 드라이버 3인 (드라이버 1, 드라이버 2, 드라이버 3)에 대한 시험을 수행하였다.
다음 표 2는 본 발명에서 제시된 언더스티어 분석 방법으로 식 (3), 식 (4), 식 (5)를 이용하여 차선 변경, 가혹한 차선 변경, 궤도 코너링, 선회 시 파워 온/오프 시험에 대한 언더스티어 분석을 수행하고 주관적 평가 결과와 상관성을 나타낸 것이다. 여기서 상관성 정도는 R 2 값으로 값이 클수록 주관적 평가 결과와 상 관성이 높은 것을 나타낸다. 거의 모든 시험에서 US의 상관성 정도가 0.9 이상으로 높은 것을 알 수 있다. 또한 식(5)와 같이 정의된 US 계수는 언더스티어와 관련된 선회곡률과 선회속도 두 개 인자들 중에서 주관적 평가 결과와 상관성이 높은 것을 선택하는 기능을 갖고 있다.
다음 표 3은 본 발명에서 제시된 오버스티어 분석 방법으로 식 (8), 식 (9), 식 (10)를 이용하여 차선 변경, 가혹한 차선 변경, 궤도 코너링, 선회 시 파워 온/오프 시험에 대한 오버스티어 분석을 수행하고 주관적 평가 결과와 상관성을 나타낸 것이다. 거의 모든 시험에서 OS의 상관성 정도가 0.9 이상으로 높은 것을 알 수 있다. 또한 식(10)과 같이 정의된 OS 계수는 오버스티어와 관련된 노즈각과 노즈각 시간변화율 두 개 인자들 중에서 주관적 평가 결과와 상관성이 높은 것을 선택하는 기능을 갖고 있다.
다음 표 4는 본 발명에서 제시된 파워 오프 반응 분석 방법으로 식 (11)을 이용하여 선회 시 파워 온/오프 시험에 대한 파워 오프 반응 분석을 수행하고 주관적 평가 결과와 상관성을 나타낸 것이다. 대부분의 시험에서 PR의 상관성 정도가 0.9 이상으로 높은 것을 알 수 있다. 식 (11)의 파워 오프 반응 계수는 노즈각의 변화량에 해당하는 노즈각의 기울기와 변화율 그리고 변화량의 크기를 포함하여 주관적 평가와의 상관성을 높이는 기능을 하고 있다.
(표 2)

(표 3)
Figure 112004045125511-pat00156

(표 4)
Figure 112004045125511-pat00157

Claims (14)

  1. 차량에 실차 계측 장비를 장착하고, 차량의 스티어 특성인 언더스티어, 오버스티어 및 파워 오프 반응 분석을 위한 차선 변경, 가혹한 차선 변경, 궤도 코너링 및 선회 시 파워 온/오프 실차 시험을 수행하여 얻은 계측 데이터로부터 선회곡률, 선회속도, 노즈각, 노즈각 시간변화율를 구하고, 이들을 미리 결정된 선회곡률, 선회속도, 노즈각의 기준 데이터와 비교하고, 또한 파워 온/오프 시험에서 노즈각의 기울기, 변화율, 변화량을 구하여 스티어 특성의 정도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 차선 변경은 1차선 변경 시험으로 차선 변경 폭은 2.5 ~ 4.5 m로 하고, 핸들 입력은 사인파 형태로 하며, 핸들 입력 각의 크기는 -180 ~ +180 deg로 하고, 차량 속도는 40 ~ 350 kph 범위에서 정속으로 수행하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가혹한 차선 변경 시험은 차량의 1차선 변경 후 다시 원래의 차선으로 복귀하는 시험으로 차선 변경 폭은 2.5 ~ 4.5m 정도로 하고, 차량 속도는 60 ~ 120 kph에서 직진 주행 중 핸들 입력과 동시에 가속 페달을 오프 시키는 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 선회 시 파워 온/오프 시험은 차량이 정상선회 중 가속페달을 급하게 입력하여 일정기간 유지 후 가속 페달을 다시 급하게 오프 시키는 방법으로 수행하되 여기서, 초기 정상선회 속도는 횡 가속도 0.5g 이상이 되도록 설정하고, 가속페달의 입력기간은 1.0 ~ 5.0 초 동안 가속페달의 최대 입력크기를 A 0 (mm) 라고 했을 때, 가속페달의 입력크기는 A 0 의 1/2 ~ 1.0 비율의 범위로 설정하여서 되는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  5. 제 1항에 있어서, 기준데이터는 차량에 실차계측 장비를 장착하고, 차량의 운동상태가 안정된 준 정상상태 시험인 정상 원선회, 위브 스티어링, 또는 프로그래시브 스티어링 시험으로부터 차량의 언더스티어, 오버스티어와 관련된 선회곡률, 선회속도, 노즈각을 조타각에 대해서 곡선 적합하여 함수로 나타내는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 정상 원선회는 일정 차량속도에서 선회반경을 변화시키는 시험방법을 사용하되 차량속도는 실차평가시험에서 수행되는 40 ~ 350kph 범위로 선정하고, 선회반경은 핸들 입력범위가 -360 ~ 360 deg가 될 수 있도록 10 ~ 200m로 하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 위브 스티어링 시험은 일정차량속도에서 조타각을 삼각파 또는 사인파로 천천히 스윕하는 방법을 사용하되 핸들 입력각의 범위는 -360 ~ 360deg로 조타각이 큰 영역에 대한 기준 데이터까지 모두 포함하도록 하며, 핸들 입력 속도는 1 ~ 50deg/s 이하로 천천히 하고, 차량속도는 실제 실차평가시험에서 수행되는 40 ~ 350kph 범위에서 선정하며, 핸들입력은 한 주기 또는 여러 주기에 대한 시험이 가능하며, 여러 주기 핸들 입력에 대한 데이터의 평균을 취하여 기준 데이터로 사용하여서 되는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 프로그래시브 스티어링 시험은 일정 차량 속도에서 좌측과 우측 선회에 대한 시험을 각각 수행하여 좌/우측 데이터를 합하여 기준데이터로 사용하되 핸들 입력 범위는 -360 ~ 360 deg로 조타각이 큰 영역에 대한 기준데이터까지 모두 포함하도록 하고, 핸들속도는 1 ~ 50 deg/s로 천천히 하며, 차량 속도는 실제 실차평가 시험에서 수행되는 40 ~ 350kph 범위에서 산정하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  9. 제 1항에 있어서, 계측 데이터인 선회곡률, 선회속도, 노즈각, 노즈각 시간 변화율, 그리고 기준데이터인 선회곡률, 선회속도, 노즈각은 모두 운전석 근처 또는 차량 무게중심 근처에서 추출하여서 되는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  10. 제 1항에 있어서, 언더스티어 분석방법은 차량에 실차 계측 장비를 장착하고, 언더스티어 평가와 관련된 실차 시험을 수행하여 얻은 계측 데이터로부터 선회곡률과 선회속도를 구하고, 이들을 미리 결정된 기준 선회곡률과 선회속도와 비교 분석하여 언더스티어를 결정하여서 되는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 언더스티어 정도의 분석은 상기 기준 선회 곡률 (k d(N) ) 과 실차 시험 중에 측정된 선회 곡률 (k d )을 모두 Y-축에 표시하고, 시간 또는 조타각을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 선회곡률 그래프에서 다음 식과 같은 방법으로 선회곡률 차이를 구하고
    Figure 112004045125511-pat00158
    또한 기준 선회속도 (
    Figure 112004045125511-pat00159
    d(N) )와 상기 실차시험 중에 측정된 선회속도 (
    Figure 112004045125511-pat00160
    d )를 모두 Y-축에 표시하고 시간 또는 조타각을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 선 회속도 그래프에서 다음 식과 같은 방법으로 선회속도 차이를 구하고
    Figure 112004045125511-pat00161
    언더스티어 정도의 분석은 언더스티어 계수 US를 상기 선회곡률의 차이와 상기 선회속도의 차이를 이용하여 다음 식과 같이 설정하되 선회곡률 차이 (
    Figure 112004045125511-pat00162
    )와 선회속도의 차이 (
    Figure 112004045125511-pat00163
    )는 실차 시험으로부터 얻어지는 선회곡률과 선회속도 그래프에서 최대값 또는 평균값으로 하여 정량적으로 분석하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
    Figure 112004045125511-pat00164
    상기 식에서
    Figure 112004045125511-pat00165
    과
    Figure 112004045125511-pat00166
    는 언더스티어 가중 값들이며 평가자의 성향을 고려해서 결정된다.
  12. 제 1항에 있어서, 오버스티어 분석방법은 차량에 실차 계측 장비를 장착하고, 오버스티어 평가와 관련된 실차 시험을 수행하여 얻은 계측 데이터로부터 노즈각과 노즈각 시간변화율을 추출하고 이들을 미리 결정된 기준 노즈각과 비교하여 오버스티어를 결정하여서 되는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 오버스티어 정도의 분석은 상기 기준 노즈각 (
    Figure 112006028176813-pat00167
    )과 상기 실차 시험 중에 측정된 노즈각 (
    Figure 112006028176813-pat00168
    )을 모두 Y-축에 표시하고 시간 또는 조타각을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 상기 노즈각 그래프에서 다음 식과 같은 방법으로 노즈각 차이를 구하고
    Figure 112006028176813-pat00169
    또한 실차 시험 중에 측정된 노즈각 시간변화율 (
    Figure 112006028176813-pat00170
    )을 Y-축에 표시하고 시간 또는 조타각을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 상기 노즈각 시간변화율 그래프에서 다음 식과 같은 방법으로 노즈각 시간변화율을 구하고
    Figure 112006028176813-pat00171
    오버스티어 정도의 분석은 오버스티어 계수 OS를 상기 노즈각의 차이와 노즈각 시간변화율을 이용하여 다음 식과 같은 방법으로 구하되 상기 노즈각의 차이 (
    Figure 112006028176813-pat00172
    )와 노즈각 시간변화율 (
    Figure 112006028176813-pat00173
    )는 실차 시험으로부터 얻어지는 노즈각과 노즈각 시간변화율 그래프에서 최대값 또는 평균값으로 하여 정량적으로 분석하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
    Figure 112006028176813-pat00174
    상기 식에서
    Figure 112006028176813-pat00217
    과
    Figure 112006028176813-pat00218
    는 오버스티어 가중값들이며 평가자의 성향을 고려해서 결정된다.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 파워 오프 반응 분석방법은 차량에 실차 계측장비를 장착하고, 상기 파워 오프 반응 평가와 관련된 실차시험에서 얻은 계측데이터로부터 노즈각을 구하여 Y-축에 표시하고 시간을 X-축으로 설정한 그래프를 이용하되 다음 식과 같이 노즈각의 기울기 (
    Figure 112004045125511-pat00178
    ), 노즈각의 변화율(
    Figure 112004045125511-pat00179
    ), 노즈각의 변화량 (
    Figure 112004045125511-pat00180
    )을 이용하여 정량화하여 분석하는 것을 특징으로 하는 차량/타이어의 조종안정성을 위한 스티어 특성의 정량적인 분석방법.
    Figure 112004045125511-pat00181
    여기서
    Figure 112004045125511-pat00182
    ,
    Figure 112004045125511-pat00183
    ,
    Figure 112004045125511-pat00184
    는 파워 오프 반응 가중 값들이며, 평가자의 성향을 고려해서 결정된다.
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