KR20040005128A

KR20040005128A - 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법

Info

Publication number: KR20040005128A
Application number: KR1020020039430A
Authority: KR
Inventors: 이언구
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-01-16
Also published as: JP2004045379A; US6766225B2; CN1313808C; JP3820464B2; CN1482013A; DE10321212B4; US20040006410A1; DE10321212A1; KR100471240B1

Abstract

전륜 지오메트리 및 후륜 지오메트리가 동시에 포함되는 하나의 새로운 지오메트리 설계 파라미터를 개발하고, 동특성 예측을 위해 일반적으로 행하여지고 있는 복잡한 모델링을 통해 동력학 해석을 수행하지 않고서도 준정적 해석 결과로만으로부터 생성이 가능한 파라미터들의 특성 및 변하율에 의해 차량의 선회시 발생할 수 있는 조종 안정성능에 대한 경향을 예측할 수 있는 방법을 제공할 목적으로:

준정적 해석을 위한 설계 대상 차량의 모델을 제작하는 제1 단계와; 상기 제1 단계에서 제작된 차량 모델을 일정의 횡력을 받는 선회 조건에서 준정적 해석을 실시하는 제2 단계와; 상기 준정석 해석을 통해 지면에 대한 차체의 강체 변위를 이용하여 유한 스크류 축을 설정하는 제3 단계와; 상기 유한 스크류 축의 변화에 대한 고정 스크류 축의 움직임을 곡면화하는 제4 단계와; 상기 제2 단계의 준정적 해석 단계에서 초기 선회상태로 차체가 거동할 때, 횡력에 대한 스크류 파라미터들의 변화율을 산출하는 제5 단계와; 상기 제4 단계 및 제5 단계에서 산출된 고정스크류 축 곡면과, 스크류 파라미터 변화율에 의하여 성능을 예측하는 제6 단계로 이루어지는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법을 제공한다.

Description

자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법{METHOD OF PREDICTING ROLL GEOMETRY FOR SUSPENSION IN A VEHICLE}

본 발명은 자동차의 서스펜션 설계 초기 단계에서 지오메트리 설계시 전,후륜을 동시에 고려하여 차에의 롤 거동을 예측 가능하게 할 수 있는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 설계방법에 관한 것이다.

차량의 운동특성을 정확히 예측한다는 것은 대단히 어려운 일이며, 이러한 운동특성은 운전자에 대해 피로도의 가감, 운전하는 재미의 다소, 운전자의 생명까지도 영향을 미칠 수 있는 안정성등과 관련하여 그 영향도를 결정할 수 있는 대단히 중요한 인자이다.

이에 따라 차량을 개발할 때에는 반드시 이러한 운동특성에 대하여 설계 목표치를 정해 놓고 설계 상태의 수준이 설계 목표치에 만족할 수 있는지 여부를 확인하면서 설계 및 개발을 해나가게 된다.

그러나 이러한 운동 특성에 대한 사전 예측없이 무작정 단순 경험에 의해 차량을 개발하는 경우에는 많은 시행착오를 거쳐야 하는 것은 당연한 것이며, 이에 따른 인력, 비용, 설비투자가 크게 소요됨은 물론 실패 위험 확률도 상당히 커지게 된다.

따라서 차량을 개발할 때에는 그 차량에 장착될 서스펜션을 설계하고, 그 설계내용을 이용하여 실제 차량을 제작하기 전에 미리 성능을 예측한 후 그 성능 예측 결과가 목표치에 도달할 때까지 반복적으로 설계를 개선하여 어느 정도 만족할 정도가 되면, 차량을 제작하고, 실차 평가를 통해 최종적으로 성능을 확인하는 과정을 거치게 된다.

이러한 일련의 성능 예측 및 확인작업을 거치는 차량의 개발 과정은 인력,비용, 설비등의 절감은 물론 개발효율의 대폭적인 증대 및 개발품질의 향상 효과를 가져오기 때문에 다양한 효과등을 얻기 위한 수많은 예측 기법들이 많은 학자와 엔지니어들에 의해 개발되어 현재 차량 개발에 대단히 유용하게 사용되고 있다.

그러나, 이러한 많은 발전에도 불구하고 더 좋은 성능을 구현하기 위해 정확하면서 최적의 설계를 하고자하는 설계자의 욕구는 끊임없이 증대되고 있는 반면, 성능 예측 기법에 있어서는 아직도 많은 부분이 명확하지 않고 미흡한 상태로 남아 있는 것이 현실이다.

이러한 점을 고려하여 종래 서스펜션 지오메트리 설계방법을 살펴보면, 도 XX에서와 같이, 전, 후륜 서스펜션 지오메트리를 각각 분리하여 독립적으로 설계한 후 전차량 상태의 동특성 해석에서 전, 후륜에서의 서스펜션 튜닝부품들의 특성치 분포를 조절해 가면서 성능에 대한 최적 작업을 꾀하고 있는 방법을 이용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 설계방법에 의하면, 전,후륜 현가장치 지오메트리 특성이 롤 시에는 변화하면서 그 변화상태가 특히, 전,후륜 지오메트리의 상대적인 변화특성에 의해 많이 좌우 될 수 있는 롤 축의 변화상태가 최적의 상태가 아닐 때에는 개선한다고 하더라도 튜닝 파라미터들에 의한 튜닝에 의해서만 개선시킬 수 있기 때문에 근본적인 개선에 한계가 있다.

따라서 이러한 지오메트리 설계상의 문제를 근본적으로 해결하기 위해서는, 하나의 차체 거동은 전,후륜의 좌우 즉, 4개의 서스펜션 운동에 의하여 나타나므로4개의 서스펜션 지오메트리 인자가 동시에 포함되어 표현될 수 있는 어떤 파라미터에 의해 차체의 거동특성이 표현되고, 이렇게 표현된 거동특성에 의해 성능 예측에 대한 기본 잠재능력이 비교되면서 설계 초기단계에서부터 전,후륜 지오메트리에 대한 최적의 조합 및 조타까지 고려한 설계를 통하여 최고의 성능을 구현할 수 있는 성능 예측 지표들에 대한 개발이 요구된다.

이에 따라 본 발명은 상기의 요구에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 전륜 지오메트리 및 후륜 지오메트리가 동시에 포함되어 만들어지는 하나의 새로운 지오메트리 설계 파라미터를 개발하고, 동특성 예측을 위해 일반적으로 행하여지고 있는 복잡한 모델링을 통해 동력학 해석을 수행하지 않고서도 준정적(Quasi - Static) 해석 결과로만으로부터 생성이 가능한 파라미터들의 특성 및 변하율에 의해 차량의 선회시 발생할 수 있는 조종 안정성능에 대한 경향을 예측할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

도 1은 3차원 공간상에서 강체의 운동을 설명하기 의한 도면.

도 2는 자동차의 회전축에 대한 파라미터를 설명하기 위한 도면.

도 3은 차량의 운동과 고정 스크류 곡면의 관계를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 의한 예측 방법의 흐름도.

도 5는 본 발명에 적용된 차량 모델의 횡방형 개념도.

도 6은 본 발명에 적용된 차량 모델의 전후방향 개념도.

도 7은 본 발명에 의한 차량 모델의 전륜 지오메트리에 의한 요 거동을 설명하기 위한 도면.

도 8의 A, B, C는 각 차체 모델의 차체 거동에 의한 고정 스크류 곡면의 일예도.

도 9는 각 차체 모델의 스크류 파라미터 변화율 일예를 나타내는 도면.

도 10은 종래 서스펜션의 설계 흐름을 나타내는 도면이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 준정적 해석을 위한 설계 대상 차량의 모델을 제작하는 제1 단계와;

상기 제1 단계에서 제작된 차량 모델을 일정의 횡력을 받는 선회 조건에서 준정적 해석을 실시하는 제2 단계와;

상기 준정석 해석을 통해 지면에 대한 차체의 강체 변위를 이용하여 유한 스크류 축을 설정하는 제3 단계와;

상기 유한 스크류 축의 변화에 대한 고정 스크류 축의 움직임을 곡면화하는제4 단계와;

상기 제2 단계의 준정적 해석 단계에서 초기 선회상태로 차체가 거동할 때, 횡력에 대한 스크류 파라미터들의 변화율을 산출하는 제5 단계와;

상기 제4 단계 및 제5 단계에서 산출된 고정스크류 축 곡면과, 스크류 파라미터 변화율을 실제차량에서 구한 스크류 파라미터들과 비교하여 초기 성능을 예측하는 제6 단계로 이루어지는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 이론적 배경을 설명하기 위한 도면으로서, 3차원 공간상에서 강체의 운동은 선회운동과 병진 운동의 합에 의하여 이루어지며, 이 두 운동이 이루어질 때 그 운동의 형태는 공간상의 어느 한 축을 중심으로 스크류 운동을 하게 된다.

이때, 스크류 운동의 중심축을 유한 스크류 축이라고 할 수 있으며, 이의 유한 스크류 축(SA)는 도 1에서와 같이, 강체(M)가 1의 위치에서 2의 위치로 이동했을 때, 이 두 위치(P1)(P2)에 대한 회전축이 된다.

이와 같이 모든 강체(M)는 스크류 축(Screw Axis) 운동을 하며, 이러한 점을 고려하여 차체의 거동 특성을 살펴보면, 도 2에서 도시한 차량의 고정 회전축 파라미터에 관련된 좌표계에서와 같이, 공간상 위치점(x, y, z)과 방향벡터(Ux, Uy,Uz), 그리고 회전축에 대한 병진을 나타내는 S_pitch로 총 7개의 스크류 파라미터로 구성된다.

상기 파라미터 x는 공간상에서 회전축 위치에서의 임의의 값으로 선택할 수 있으며, 여기서는 차체 무게 중심점에 해당되는 좌표로 하였으며, 이 축의 방향 벡터인 Ux는 Uy, Uz의 함수로 단위벡터의 관계에 의해 결정될 수 있는 바, 차량의 회전축 특성은 파라미터 y, z, Uy, Uz, S_pitch의 5가지로 충분히 파악할 수 있다.

이와 같이 차체의 롤 운동시 거동은 3차원 공간상에서 전,후륜 전체 지오메트리에 의해 정의되는 스크류 축 운동에 의해 결정되는데, 이것은 전,후륜 서스펜션의 지오 메트리 특성에 의해 결정되는 순수 기구학적 롤 센터와 단순히 힘의 평형관계에 의해 얻어지는 Force -based 롤 센터의 개념이 동시에 포함된 것이다.

그리고 운동 자유도 1을 갖는 공간기구의 변위된 상태에서 정의되는 스크류 축의 궤적에 의해 만들어지는 곡면, 즉 순간 스크류 축과 강체가 운동을 하면서 순간 순간 형성되는 순간 스크류 축들이 연속적으로 이어지는 궤적인 스크류 축 곡면을 고정스크류 축 곡면(fixd screw axis surface. 2)라고 하고, 이 곡면상에서 미끄럼 접촉없이 선접촉으로 굴러가는 강체의 곡면을 이동 스크류 축 곡면(moving screw axis surface. 4)이라고 할 때, 도 3에서와 같이, 차체의 롤 운동은 차량의 현가장치에 의해 정의되는 고정스크류 축 곡면(2) 위를 차체와 동일 강체에 속하는 이동 스크류 곡면(4)이 미끄러짐 없이 굴러가는 것을 의미하게 된다.

이와 같이 차량 운동과 고정 스크류 축 곡면(2)의 관계는 고정 스크류 축 곡면(4)의 형상을 알면 차체의 롤 운동 특성의 경향을 쉽게 예측할 수 있게 된다.

이러한 고려하여 개발된 본 발명의 성능 예측 방법을 살펴보면, 도 4에서와 같이 이루어진다.

먼저, 차량 모델을 제작하고(S100), 이 차량 모델을 일정의 횡력을 받는 선회 조건에서 준정적(quasi-static) 해석을 실시하여(S110), 지면에 대한 차체의 강체 변위를 이용하여 유한 스크류 축을 설정한다(S120).

그리고 상기 유한 스크류 축의 변화에 대하여 가시화하고(S130), 변화율을 산출하여(S140), 유한 스크류 축 변화에 대한 형상과, 변화율을 실제차량에서 구한 스크류 파라미터들과 비교하여 초기 성능을 예측하게 된다(S150).

상기의 과정을 보다 구체적으로 살펴보면, S100 단계에서의 차량 모델은 설계하고자 하는 차량에 따라 달라질 수 있으나, 본 발명에서는 하기의 표1 에서와 같이 3가지 타입을 일예로 설명하기로 한다.

모델	전륜 서스펜션	후륜 서스펜션
1	맥퍼슨 스트럿	더블 위시본
2	더블 위시본	더블 위시본
3	더블 위시본	맥퍼슨 스트럿

상기 모델 1,2,3에서와 같이 차량 모델을 제작하되, 차량 제작모델은 도 5 및 6에서와 같이, 준정적 해석을 위해 제작하였다.

보다 구체적으로는, 수직하중에 대한 타이어의 변형을 표현할 수 있도록 스프링으로 휠과 컨택트 패치(Contact Patch)를 연결하였고, 이 컨택트 패치와 지면과의 핀 조인트 연결을 피하기 위하여 수직 방향으로는 운동이 없도록 하고, 횡방향으로는 기구학적 구속이 없이 횡력들이 평형을 이루도록 제작하여야 한다.

즉, 도 5는 후측에서 본 모델의 횡방향 개념을 소개한 것으로서, 차량이 선회할 때 나타나는 롤 거동을 표현하기 위해 차량의 무게 중심에 일정 크기로 증가하는 횡력을 가하고, 각 타이어에 걸리는 횡력분포를 지면과 컨택트하는 패치들에 가하여 횡방향의 힘 평형이 이루어지도록 함으로써, 지면과 컨택트 패치간에 횡방향으로는 기구학적인 구속이 없으므로 롤 거동에서 수반되는 범프-리바운드에 의한 휠 트레드 변화를 차량 거동에 반영할 수 있도록 하였다.

그리고 도 6은 측면에서 본 전후방향의 개념도로서, 좌,우륜에 가해지는 횡력이 차량의 종방향에 수직하는 동일 직선상에 존재한다고 가정하면 모멘트 평형이 이루어질 수 있으나, 실제 현가장치 지오메트리를 갖는 본 모텔 차량에서는 좌, 우륜이 각각의 범프와 리바운드 운동에 의하여 전후 방향으로 횡력이 가해지는 점이 다르게 되어 횡방향 힘 평형은 이루지만 모멘트 평형을 유지하지 못한다.

이와 같이 모멘트 평형이 이루어지지 않으면 요(yaw) 거동이 발생될 수 있으므로 이를 막기 위하여 횡방향과 전후 방향 중 한쪽은 거동 구속이 필요하게 하지만, 힘 평형 조건을 이용하고 있는 횡방향은 추가적인 운동 구속이 불가능하므로 전후 방향을 기구학적으로 구속하였다.

그리고 휠의 범프-리바운드에 의한 컨택트 패치의 전,후방향의 거동은 전륜과 후륜 공히 각각의 지오메트리에 의해 발생하고, 이 롤 거동중 휠 베이스의 변화를 가져오며, 이 휠 베이스의 변화를 해석에 반영하기 위해 전륜만 구속시키고, 후륜은 지오메트리에 의해 전후운동을 가질 수 있도록 모델링 하였다.

그러나 전륜을 기구학적 구속에 의하여 고정시키면, 도 7에서와 같이, 전륜의 지오메트리에 의해 요(yaw) 거동이 발생하게 되므로, 이를 방지하기 위하여 적절한 크기의 전후방향 운동으로 구속조건으로 하는 것이 바람직하다.

이에 따라 전륜의 전후 운동 설정을 위하여 전,후륜 모두 전후 거동 구속을 제거한 상태에서 차체를 상하방향으로 범프-리바운드시켜 전륜 패치의 전후 변위량을 측정하고, 이 이동량을 사인(Sin) 함수로 근사시켜 롤 거동 해석시 전륜의 변위 구속조건으로 사용한다.

이러한 방법을 이용하면 전륜의 전후방향을 기구학적으로 구속시켰기 때문에 횡방향 모멘트 불평형에 의한 요 거동을 막을 수 있으며, 전,후륜의 지오메트리 변화에 따른 휠 베이스 변화도 해석 반영할 수 있게 된다.

상기와 같은 조건을 만족할 수 있는 차량 모델이 만족하면, S110 단계에서와 같이 준정적 해석이 이루어지게 되는데, 이의 해석 프로그램은 여러 가지가 있겠으나, 본 발명에서는 ADAMS[12]를 이용하여 해석하였으며, 이 ADAMS[12]에서 제공하는 위치와 자세 정보를 서브루틴으로 계산하여 전차량 모델의 롤 거동에 대한 유한 스크류 축을 구하게 된다.

이때, 각 모델에서 롤 거동 이외의 인자들에 의한 해석 결과의 혼란을 방지하기 위하여 상용구간이라고 판단할 수 있는 -50mm 리바운드와 50 mm까지의 범프 구간에서 기본적인 서스펜션의 성능 인자들인 캠버, 토우 변화 경향을 근사하게 설정하고, 초기 위치에서의 롤 센터 높이를 동일하게 설정하는 것이 바람직하다.

그리고 상기의 S110 단계를 거쳐 구해진 유한 스크류 축의 움직임을 전후에서 입체적으로 관찰하기 위하여 전륜 휠 센터를 통과하고, 차량의 진행 방면에 수직인 면과 무게중심을 통과하는 면, 그리고 후륜 휠 센터를 통과하는 면들과 유한 스크류 축과의 교점을 구하여 이들을 각각 전륜과 무게중심 그리고 후륜의 롤센터로 가정하여 그 변화 경향을 비교 검토하게 된다.

상기 S110 단계에서 구해진 유한 스크류 축의 움직임과 횡력에 따른 스크류 파라미터의 변화율은 S120단계와 S130 단계에서와 같이 형상화하고, 변화율을 수치적으로 산출하면, 도 8의 A,B,C(0.5G의 횡력을 받는 상태에서의 스크류 축 곡면)와 도 9(직진 상태에서 초기 선회상태(0.1G의 횡력)로 차체가 거동할 때)와 같이 나타나며, 이를 근거로 초기 성능을 예측하여 보면 다음과 같다.

도 8의 A는 전륜은 맥퍼슨 스트럿, 후륜은 더블 위시본을 적용한 모델 1 차량의 유한 스크류 축의 변화를 도시한 것으로서, 이는 선회시 후륜의 롤 센터가 선회 내측 그리고 아래방향으로 크게 변화함을 알 수 있으며, 후륜에 맥퍼슨 스트럿을 적용한 모델 3은 도8의 C에서와 같이 후륜쪽 롤 센터가 선회 내측 하방향으로 변화됨으로써, 모델 1과 3은 상호 반대되는 경향으로 스크류 축이 움직이는 것을 알 수 있다.

그리고 이것으로 롤 거동을 살펴보면, 롤센터의 좌우 변화 경향은 무게 중심의 상하 변위와 관계되어 모델 1(도8의 A)은 전륜의 무게중심이 낮아지고(Lift Down), 후륜은 무게 중심이 높아지는(Lift Up) 경향인 것을 예측할 수 있다.

또한, 모델 2(도8의 B)의 경우에는 전,후륜쪽 무게 중심이 모두 높아지게 나타날 것이며, 모델 3(도8의 C)의 경우에는 후륜쪽이 낮아지고, 전륜쪽이 높아지는경향으로 예측할 수 있다.

이는 전,후륜 무게중심의 상하변위는 차체의 피칭과 관계되어 모델 1은 차체가 앞으로 기우는 방향으로 피칭이 발생되고, 모델 2는 선회시 차체의 앞쪽이 들리는 방향으로 피칭이 일어날 것으로 예측된다.

그리고 도 9에서 도시한 변화율은 도 8에서의 스크류 곡면에서 표현된 전체적인 스크류 파라미터들의 변화 경향과 함께 차량의 롤 운동 지표로 고려할 수 있다.

여기서 단위는 y,z,s_pitch에 대한 변화율은 mm/G이고, Uy, Uz는 1/G가 되며, 입력 조건등에 따라 분모가 힘(kgf), 롤각(deg), 혹은 시간(second)등이 될 수 있다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 스크류 파라미터 y의 변화율은 모델 1이 -385, 모델 2는 215, 모델 3은 53이며, 여기서 음수는 횡력이 작용함에 따라 스크류 파라미터 y가 선회 내측으로, 반대로 양수는 선회 외측으로 이동하는 것으로 의미하고, 모델 1은 선회내측으로 움직이고 모델 2,3은 선회 외측으로 움직이게 된다.

또한, 모델 2는 모델 3보다 4배 정도 변화율이 크므로 훨씬 크게 선회 외측으로 움직이는 것을 알 수 있다.

그리고 스크류 파라미터 z의 변화율은 모델 1이 -9, 모델 2는 2, 모델 3은 -0.1 이며, 여기서 음수는 횡력이 작용함에 따라 스크류 파라미터 z가 아래로, 반대로 양수는 위로 이동하는 것을 의미한다.

따라서 모델 2만 위로 움직이며, 모델1, 3은 아래로 움직이게 되지만 모델 1이 모델 3보다 변화율의 크기가 훨씬 큰 것을 알 수 있다.

스크류 파라미터 Uy의 변화율은 모델 1이 -0.25, 모델 2는 0.028, 모델 3이 0.042이며, 여기서 음수는 횡력이 작용함에 따라 스크류 파라미터 Uy가 차량 수직축을 중심으로 선회 내측으로, 반대로 양수는 선회 외측으로 이동하는 것으로 의미하므로 모델 1만 선회 내측 방향으로 회전하며, 모델 2,3은 선회 외측으로 움직이게 된다.

또한, 변화율 크기를 비교하면, 모델 1이 다른 모델에 비하여 10 ~20 배 가량 크고, 모델 3이 모델 2 보다 2배 정도 더 크다.

스크류 파라미터 Uz의 변화율은 모델 1이 -0.0038, 모델 2는 0.0003, 모델 3이 0.00057이며, 여기서 음수는 횡력이 작용함에 따라 스크류 파라미터 Uz가 차량 횡방향축을 중심으로 전경하는 방향으로 회전하는 것을, 반대로 양수는 후경하는 방향으로 회전하는 것을 의미하므로 모델 1만 전경되고, 모델 2,3은 후경하는 경향을 보여준다.

또한, 변화율 크기를 비교하면, 모델 1이 다른 모델에 비하여 7 ~ 10배 가량 크고, 그 중에서 모델 3이 모델 2 보다 2배 정도 더 크며, 이는 모델 1이 선회하면서 앞으로 기울어지는 스크류 축을 가진다고 예측할 수 있는 것이다.

상기와 같이 초기 성능 예측 과정에서는 차량의 제인자들의 변화가 스크류 축 곡면에 미칠 수 도 있는 바, 필요에 따라서는 차량의 제인자들의 변화를 주어 최종 성능을 예측할 수 있다.

차량의 제인자들로는 하중 증감과, 조향 입력, 컴플라언스 특성, 상하 운동중의 토우 변화, 롤 강성등을 들 수가 있다.

이러한 제인자들의 변화가 스크류 축 곡면에 미치는 영향을 측정하여 본 바, 상기 하중 증감에 따른 차량 자세의 변화에 의해 변할 수 있지만 변화 양상이 일정한 형태를 유지하므로 롤 지오메트리 설계시 상용구간에서 가장 이상적인 곡면의 형태를 구현하는 것에 의해 지오메트리 설계에 대한 최적 설계가 가능하다.

그리고 고무부싱등에 의한 컴플라이언스 특성의 변화와, 토우 지오메트리의 변화, 조타시에도 곡면 형태의 기본 형상은 거의 변함없이 유지되고, 이들은 고정 스크류 축 곡면의 형상은 튜닝 설계부분에 해당하는 입자들에 의해 영향 받지 않는다는 것을 의미한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전륜 지오메트리 및 후륜 지오메트리가 동시에 포함되어 만들어지는 하나의 새로운 지오메트리 설계 파리미터(유한 스크류 축)를 개발하고, 동특성 예측을 위해 일반적으로 행하여지고 있는 복잡한 모델링을 통해 동력학 해석을 수행하지 않고서도 준정적(Quasi - Static) 해석 결과로만으로부터 생성이 가능한 파라미터들의 특성 및 변하율에 의해 차량의 선회시 발생할 수 있는 조종 안정성능에 대한 경향을 예측할 수 있게 되는 바, 서스펜션 설계시의 비용 및 시간을 크게 절감할 수 있는 발명인 것이다.

Claims

준정적 해석을 위한 설계 대상 차량의 모델을 제작하는 제1 단계와;

상기 제1 단계에서 제작된 차량 모델을 일정의 횡력을 받는 선회 조건에서 준정적 해석을 실시하는 제2 단계와;

상기 준정석 해석을 통해 지면에 대한 차체의 강체 변위를 이용하여 유한 스크류 축을 설정하는 제3 단계와;

상기 유한 스크류 축의 변화에 대한 고정 스크류 축의 움직임을 곡면화하는 제4 단계와;

상기 제2 단계의 준정적 해석 단계에서 초기 선회상태로 차체가 거동할 때, 횡력에 대한 스크류 파라미터들의 변화율을 산출하는 제5 단계와;

상기 제4 단계 및 제5 단계에서 산출된 고정스크류 축 곡면과, 스크류 파라미터 변화율을 실제차량에서 구한 스크류 파라미터들과 비교하여 초기 성능을 예측하는 제6 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법.
제1항에 있어서, 제1 단계의 차량 모델은 수직하중에 대한 타이어의 변형을 표현할 수 있도록 스프링으로 휠과 컨택트 패치를 연결하고, 이 컨택트 패치와 지면과의 핀 조인트 연결을 피하기 위하여 수직 방향으로는 운동이 없도록 하고, 횡방향으로는 기구학적 구속이 없이 횡력들이 평형을 이루도록 함을 특징으로 하는자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 횡력들의 평형은 차량이 선회할 때 나타나는 롤 거동을 표현하기 위해 차량의 무게 중심에 일정 크기로 증가하는 횡력을 가하고, 각 타이어에 걸리는 횡력분포를 지면과 컨택트하는 패치들에 가하여 횡방향의 힘 평형이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 힘력의 평형을 의한 모멘트 평형을 위하여 전후 방향을 기구학적으로 구속함을 특징으로 하는 자동차 서스펜션의 룰 지오메트리 예측 방법.
제2항에 있어서, 휠의 범프-리바운드에 의한 컨택트 패치의 전,후방향의 거동은 전륜과 후륜 공히 각각의 지오메트리에 의해 발생하고, 이 롤 거동중 휠 베이스의 변화를 가져오며, 이 휠 베이스의 변화를 해석에 반영하기 위해 전륜만 구속시키고, 후륜은 지오메트리에 의해 전후운동을 가질 수 있도록 모델링함을 특징으로 하는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법.
제5항에 있어서, 전륜의 전후 운동 설정을 위하여 전,후륜 모두 전후 거동 구속을 제거한 상태에서 차체를 상하방향으로 범프-리바운드시켜 전륜 패치의 전후변위량을 측정하고, 이 이동량을 사인(Sin) 함수로 근사시켜 롤 거동 해석시 전륜의 변위 구속조건으로 사용함을 특징으로 하는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법.
제1항에 있어서, 제2 단계에서의 준정적 해석시 롤 거동 이외의 인자들에 의한 해석 결과의 혼란을 방지하기 위하여 상용구간이라고 판단할 수 있는 -50mm 리바운드와 50 mm까지의 범프 구간에서 기본적인 서스펜션의 성능 인자들인 캠버, 토우 변화 경향을 근사하게 설정하고, 초기 위치에서의 롤센터 높이를 동일하게 설정함을 특징으로 하는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법.
제1항에 있어서, 제 3단계에서의 유한 스크류 축 움직임을 전후에서 입체적으로 관찰하기 위하여 전륜 휠 센터를 통과하고, 차량의 진행 방면에 수직인 면과 무게중심을 통과하는 면, 그리고 후륜 휠 센터를 통과하는 면들과 유한 스크류 축과의 교점을 구하여 이들을 각각 전륜과 무게중심 그리고 후륜의 롤센터로 가정하여 그 변화 경향을 비교 검토함을 특징으로 하는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법.
제1항에 있어서, 제5 단계에서의 스크류 파라미터는 차체 무게 중심의 수직방향 이동에 관련하는 y와, 차체 무게 중심의 횡방향 이동에 관련하는 z과, 차체 피티 운동에 관련하는 Uy와, 차체 요 운동에 관련하는 Uz와, 차량의 코너 진입 빠르기에 관련하는 S_pitch로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 서스펜션의 롤 지오메트리 예측 방법.