[논문]궤도차량의 다양한 노면 주행에서의 궤도장력 추정

허건수; 홍대건; 서문석; 서일성

doi:10.22634/ksme-a.2000.24.10.2603

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In this paper, track tension estimation methods are developed for tracked vehicles which are subject to various maneuvering tasks such as longitudinal driving on sloping and/or rough roads. The information of the track tension is very important for the tracked vehicles because the track tension is c...

In this paper, track tension estimation methods are developed for tracked vehicles which are subject to various maneuvering tasks such as longitudinal driving on sloping and/or rough roads. The information of the track tension is very important for the tracked vehicles because the track tension is closely related to the maneuverability and the durability of the tracked vehicles. A modified 3 DOF dynamics model is derived for the tracked vehicles and is utilized for estimating the tractive force and track tension for the longitudinal driving case. The tension estimation performance of the proposed methods is verified through the simulation of the Multi-body Dynamics tool. The simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed method under various maneuvering tasks of the tracked vehicles.

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문제 정의

본 논문에서는 다양한 주행상황, 즉 경사면 주행, 횡경사면 주행, 험지 주행, 범프 통과 등에서궤도장력을 추정할 수 있는 방법이 개발되었다.

가설 설정

같은 가정이 Tsj2 와 丁中 사이에도 적용될 수 있다. 두번째로 아이들러와 스프로킷 사이의 궤도장력은 변하지 않는다고 가정할 수 있다. 왜냐하면 그 사이에서의 궤도장력은 궤도의 질량과 롤러와 궤도 사이의 마찰그리고 움직이는 궤도의 거동에 의해 거의 변하지않기 때문이다.
노면조건을 고려하기 위하여 궤도차량의 수정된동적 모델이 유도되 었고 차량의 롤각과 피 치각은측정 가능하다고 가정하였다. 이 모델을 바탕으로확장된 칼만필터 (Extended Kalman Filter)를 사용하여 직진방향의 궤도와 지면사이의 상호작용에 의해 발생하는 견인력이 온라인으로 추정되었다.

제안 방법

이러한 하중이동은 궤도에 작용하는 수직응력과, 전단응력에 영향을 미치며 따라서궤도와 지면사이의 직진방향의 견인력에 영향을준다. 본 논문에서는 로드휠들의 관성효과가 매우작으므로 식 (3)과 식 (4)의 조합을 통하여 스프로킷 주위의 궤도장력의 추정 방법을 제안하고 있다.
범위를 벗어나므로 생략한다. 이러한 다물체 동력학 시뮬레이션 툴을 사용하여 경사면, 횡경사면, Profile IV 에서의 주행 그리고 범프 통과의다양한 주행상황에 대하여 실제 궤도장력값을 얻었다.
단단하고 거친 노면을 가진 험지에서 궤도장력을 추정하였다. 본 연구에서 사용된 험지노면인 Profile IV 노면은 Fig.
9 와 같이 다양한 크기 와 형태의 범프로 구성되어 있다. 시뮬레이션 조건은 10 초동안 정지상태에서 약 20km/h 까지 가속을하고 그 후 10 초동안 등속주행 하였다. 식 (5)와식 (14)로부터 아이들러 주위와 스프로킷 주위의궤도장력을 추정하였고 각각 Fig.
궤도차량이 횡경사면을 주행할 때 궤도장력을추정하였다. 본 논문에서 사용된 노면은 Fig.
궤도차량이 범프를 통과할 때의 궤도장력을 추정하였다. 본 논문에서 사용된 범프는 Fig.
방법을 개발하였다. 이를 위하여 경사면이 고려된 궤도차량의 동적 모델이 유도되었고 궤도장력을 추정하기 위하여 확장된 칼만필터가 설계되어 궤도와 지면 사이의 상호작용으로 발생하는 견인력을 추정하였다. 이를 바탕으로 종경사면, Profile IV 횡경사면에서의 주행 그리고 범프 통과에서 스프로킷 주위의 궤도장력을 추정하고 검증하였다.
이를 위하여 경사면이 고려된 궤도차량의 동적 모델이 유도되었고 궤도장력을 추정하기 위하여 확장된 칼만필터가 설계되어 궤도와 지면 사이의 상호작용으로 발생하는 견인력을 추정하였다. 이를 바탕으로 종경사면, Profile IV 횡경사면에서의 주행 그리고 범프 통과에서 스프로킷 주위의 궤도장력을 추정하고 검증하였다. 아이들러 주위의 궤도장력은 노면조건이나 상태등의 여러가지 주행조건에 관계없이 추정할 수 있음을 보였다.

대상 데이터

제안된 추정방법의 추정성능은 궤도차량의 상세 시뮬레이션 툴로부터 얻어진 장력값과 비교하였으며 이 시뮬레이션 툴은 약 1000 자유도를 가진 다물체 동력학으로 구성되어 있다.(4)
추정하였다. 본 연구에서 사용된 험지노면인 Profile IV 노면은 Fig. 9 와 같이 다양한 크기 와 형태의 범프로 구성되어 있다. 시뮬레이션 조건은 10 초동안 정지상태에서 약 20km/h 까지 가속을하고 그 후 10 초동안 등속주행 하였다.
본 논문에서 사용된 범프는 Fig. 15 와같이 반지름 0.2m 의 반원형 범프로써 좌우 궤도에 같은 노면입력이 되는 대칭 범프이며 속도 입력은 20km/h 의 등속 주행이다. 식 (5)와 식 (14) 를 바탕으로 아이들러와 스프로킷 주위의 궤도장력을 추정하였으며, 추정성능은 Fig.

데이터처리

제안된 방법에 근거한 궤도장력의 추정 결과는다물체 동력학 시뮬레이션 툴, (4) 로부터 얻어진 장력값과 비교를 통하여 검증하였다. 다물체 동역학시뮬레이션 툴은 954 자유도의 궤도차량 모델에기초하고 있으며 189 개의 바디와 36 개의 회전 조인트 그리고 152개의 부싱 요소로 구성되어 있다.
7 에 실제값과 비교 하였다. 스프로킷 주위의 궤도장력은식 (14)를 사용하였으며 Fig. 8 에 실제값과 비교하였다. 두 부분 모두에서 추정결과는 실제값과 잘일치함을 볼 수 있다.

이론/모형

信, .를 추정하기 위하여 확장된 칼만필터 알고리즘이 적용되었으며 이를 통하여 스프로킷 주위의 궤도장력은 식 (1), 식 (4), 식 (6) 그리고 식 (11)을 사용하여 표현될 수 있다.
아이들러 주위의 궤도장력은 노면조건이나 상태등의 여러가지 주행조건에 관계없이 추정할 수 있음을 보였다. 추정성능의 검증을 위하여궤도차량의 운동변수와 궤도장력의 실제값들은 다물체 동역학 모델을 사용하였다. 시뮬레이션 결과는 제안된 궤도장력 추정 방법이 다양한 주행상황에서 적용될 수 있음을 보여주었고 그 성능도 실제값과 잘 일치함을 보여주었다.

성능/효과

왜냐하면 그 사이에서의 궤도장력은 궤도의 질량과 롤러와 궤도 사이의 마찰그리고 움직이는 궤도의 거동에 의해 거의 변하지않기 때문이다. 이러한 영향은 다물체 동력학 모델을 사용하여 궤도장력의 일반적인 크기와 비교를 통해 5% 미만으로 무시할 수 있음을 확인하였다.
추정성능의 검증을 위하여궤도차량의 운동변수와 궤도장력의 실제값들은 다물체 동역학 모델을 사용하였다. 시뮬레이션 결과는 제안된 궤도장력 추정 방법이 다양한 주행상황에서 적용될 수 있음을 보여주었고 그 성능도 실제값과 잘 일치함을 보여주었다.

참고문헌 (5)

Baladi, G.Y. and Rohani, B., 1979, 'A Terrain-Vehicle Interaction Model for Analysis of Steering Performance of Track-Laying Vehicles,' Technical Report GL-79-6, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station
Grewal, M.S. and Sndrews, A.P., 1993, Kalman Filtering Theory and Practice, Chapter 5, Prentice Hall
허건수, 조병희, 서문석, 서일성, 박동창, 2000, '궤도 차량의 진직주행시 궤도장력 감지,' 대한기계학회 논문집 A, 제 24 권 제 6 호, pp. 1608-1615

원문보기 상세보기
Ryu, H.S., Bae, D.S., Choi, J.H. and Shabana, A., 1999, 'A Compliant Tank Link Model for High-Speed, High -Mobility Tracked Vehicle,' International Journal for Numerical Methods in Engineering (accepted for publication)
Wong, J.Y., 1993, Theory of ground Vehicle, 2nd ed., John Wiley & sons

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