[논문]ER유체의 역학적 특성이 반능동 현가시스템에 미치는 영향

김옥삼; 김일겸; 조남철; 박우철

문제 정의

ER유체의 역학적 특성 변화에 따른 ER댐퍼의 성능 변화를 고찰하기 위하여 온도 의존성과 침전 현상에 대하여 실험한 결과를 제시하였다.
조성한 ER유체의 온도 의존성과 침전 현상을 살펴보고. 이러한 ER유체의 역학적 특성변화가 ER유체를 웅용한 ER댐퍼의 댐핑력에 미치는 여러가지 기계적 특성에 대한 영향을 규명하고자 한다.
현재 ER댐퍼를 실제 자동차에 장착할 경우가장 문제가 될 수 있는 요소 중에 하나는, 장시간 사용할 때 발생되는 ER유체의 침전 문제이다. 장시간 ER댐퍼를 작동시키지 않았을 때 발생되는 침전이 미치는 영향을 고찰하고자 한다. 시험 방법으로는 ER유체를 봉입한 후 침전시간을 늘려가면서 댐핑력을 측정하였다.
)를 자체 제작 하였다. 조성한 ER유체의 온도 의존성과 침전 현상을 살펴보고. 이러한 ER유체의 역학적 특성변화가 ER유체를 웅용한 ER댐퍼의 댐핑력에 미치는 여러가지 기계적 특성에 대한 영향을 규명하고자 한다.

제안 방법

230cc로 부피를 일정하게 하여 메스실린더에 담아 ER유체의 시간 경과에 따른 입자 용적의 높이 변화를 측정하였고 침전률로 환산하였다. ER 유체 자체의 침전현상과 침전현상이 응용장치에 미치는 영향을 비교하기 위하여 응용장치의 하나인 ER댐퍼에 채워지는 유량을 일정하게 하였다.
2절의 침전현상 실험을 토대로 침전현상이 급격히 일어나는 부분과 일정 시간 진행된 뒤, 시간 경과에 따른 댐핑력의 변화를 고찰하였다. 가진 진 폭±20mm, 가진 주파수 1.4Hz로 설정하여 ER댐 퍼를 가진하였으며, 전기장은 0, 3, 5kV/mm로 증가시켰다.
따라서 본 연구에서도 이 값을 항복응력으로 하였다. (a)그림에 도시된 바와 같이 ITMC₂₅의 ER 유체는 65C까지는 온도 증가와 함께 항복응력이 증가하지만.
이러한 침전영향을 고려하기 위하여 ITMC₂₅의 ER유체와 상용화된 ER유 체 (TPAI 3565, Bayer)의 침전현상 결과를 비교하였다. 비교를 위해 ER유체의 시간에 따른 침전 률을 계산하였다. 시간 경과에 대한 침전 용적의 변화를 처음 용적에 대한 비율로 표시하면 침전정도를 비교할 수 있는데, 이를 침전률 (sedimentation ratio)로 하고, 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.
장시간 ER댐퍼를 작동시키지 않았을 때 발생되는 침전이 미치는 영향을 고찰하고자 한다. 시험 방법으로는 ER유체를 봉입한 후 침전시간을 늘려가면서 댐핑력을 측정하였다. 침전시간 설정은 2.
이때 양면에 (-)전원과 ( + )전원을 부하시 키면 전기장이 형성되어 흐르던 ER유체는 항복 응력을 갖게 되고 이로 인하여 흐름에 저항하게 되어 댐핑력을 조절한다. 실험방법으로는 ER유체의 온도 변화에 따른 ER댐퍼의 댐핑력 성능 변화를 고찰하기 위하여 ER 댐퍼 내의 온도를 25℃. 35 ℃, 45℃로 변화시켰다.
75mm로 된다. 아래측 챔버 끝에 가스실을 두어 잔류 공기에 의한 유압 변동현상이나 열팽창의 변화에 대하여 보 상되도록 하였으며, 댐퍼 내부의 가스 충전은 외부에 설치된 질소 가스탱크에서 레귤레이터를 통하여 압력 조절기를 거쳐 체크밸브가 내장된 가스 주입구로 일정한 압력을 주입하도록 하였다.
ER유체는 용매와 입자간 밀도 차이에 의하여 침전현상이 발생한다. 이러한 침전영향을 고려하기 위하여 ITMC₂₅의 ER유체와 상용화된 ER유 체 (TPAI 3565, Bayer)의 침전현상 결과를 비교하였다. 비교를 위해 ER유체의 시간에 따른 침전 률을 계산하였다.
시험 방법으로는 ER유체를 봉입한 후 침전시간을 늘려가면서 댐핑력을 측정하였다. 침전시간 설정은 2.2절의 침전현상 실험을 토대로 침전현상이 급격히 일어나는 부분과 일정 시간 진행된 뒤, 시간 경과에 따른 댐핑력의 변화를 고찰하였다. 가진 진 폭±20mm, 가진 주파수 1.
차체의 피치(pitch). 히브(heave) 그리고 롤(roll)운동이 고려된 스카이훅 제어 알고리즘을 통해 현가장치의 성능 향상을 도모하였다.

대상 데이터

제안된 ER댐퍼에서는 전극 형태를 실린더형으로 하였는데, 이는 평판형에 비하여 댐퍼 내부에 장착이 용이하고, 전기장의 작용 단적이 넓어져 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. ER댐퍼에 전기장을 부과하기 위한 전극부 의 크기는 길이 190mm, 안쪽 실린더의 외경 38.5mm 로 하였다. 이를 평판으로 환산하면 22, 969mm²이며 전극 간격은 0.
4와 같이 설계하였다.댐핑력의 크기는 소형 승용차용 댐퍼를 기준으로 하였으며, ER댐퍼의 행정거리(strock)는 92mm, 그리고 바깥쪽 실린더의 외경은 60mm이다. ER 댐퍼의 성능은 피스톤 및 피스톤 로드 직경.
본 연구에서는 전도성 입자로 메틸 셀루로우즈 입자를 사용하여 ER유체 (ITMC₂₅)를 자체 제작 하였다. 조성한 ER유체의 온도 의존성과 침전 현상을 살펴보고.
최대 5kV/mm 전기장 부하시 300N정도의 댐핑력을 얻었다. 일본의 S. Morishita2)도 같은 형식의 ER가변댐퍼를 제작하였고 실험적으로 연속가변댐퍼의 가능성을 제시하였다. N.

성능/효과

따라서 본 연구에서도 이 값을 항복응력으로 하였다. (a)그림에 도시된 바와 같이 ITMC₂₅의 ER 유체는 65C까지는 온도 증가와 함께 항복응력이 증가하지만. 85 ℃ 에서 전단력 감소를 나타내고 있다.
둘째, 댐핑력의 온도의존성을 실험한 결과, 전기장 무부하시는 온도증가에 따라 점성계수의 저하와 댐핑력 감소가 나타났다.
마지막으로 ER유체의 침전에 따른 댐핑력 실험 결과, 침전률이 증가함에 따라 인장일 경우 댐핑력이 증가하여 일정하게 유지되며, 압축일 경우는 댐핑력이 증가하다 10일이 경과한 후 감소하는 양상을 나타냈다.
셋째, 전기장 부하시에는 온도가 상승함에 따라 활성화된 극전하 현상에 기인하여 댐핑력이 증가하는 현상을 보여주었다.
전극 의 너비, 길이, 전극 간격 및 체크밸브 등의 조건에 영향을 받는다. 제안된 ER댐퍼에서는 전극 형태를 실린더형으로 하였는데, 이는 평판형에 비하여 댐퍼 내부에 장착이 용이하고, 전기장의 작용 단적이 넓어져 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. ER댐퍼에 전기장을 부과하기 위한 전극부 의 크기는 길이 190mm, 안쪽 실린더의 외경 38.
첫째, ER유체를 -5t, 25℃, 35℃와 45℃, 65 ℃, 85℃로 변화시켰을 때, 온도가 높을수록 같은 크기의 전기장에 대한 항복응력과 전류밀도가 증 가함을 알 수 있다.

후속연구

그러나 상용 ER유 체 인 TPAI3565는 자체 조성한 ER유체에 비하여 급격한 침전률 변화가 없으며, 시간이 경과함에 따라 서서히 증가하고 있다. 따라서 향후 ER유체를 개발하는 과정에서는 침전현상이 적게 발생하도록 입자와 용매의 밀도차를 조절하여야 할 것이다.

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