상용차 시트용 평행사변형구조 마그네틱 현가기구의 설계 및 성능평가 The Design and Performance Evaluation of a Parallelogram Type Magnetic Spring Suspension for Commercial Vehicle Seat원문보기
상용차 운전자들은 운전시간이 길고, 엔진폭발에 의한 아이들 진동 등으로 인하여 일반인보다 많은 피로감을 느낀다. 본 논문에서는 아이들 진동에 의해 상용차 운전석에 전달되는 진동을 줄여 승차감을 향상시키기 위하여, 마그네틱 스프링을 이용한 시트현가장치를 제안하였다. 또한 최적설계를 통해 평행사변형 마그네틱 현가기구를 설계하였으며 이 제안된 시트를 장착한 차량의 진동 및 성능을 연구하였다. 그 결과 진동 전달률은 코일스프링 현가기구가 0.990, 평행사변형 마그네틱 현가기구는 0.823로 우수한 성능을 보여주었다.
상용차 운전자들은 운전시간이 길고, 엔진폭발에 의한 아이들 진동 등으로 인하여 일반인보다 많은 피로감을 느낀다. 본 논문에서는 아이들 진동에 의해 상용차 운전석에 전달되는 진동을 줄여 승차감을 향상시키기 위하여, 마그네틱 스프링을 이용한 시트현가장치를 제안하였다. 또한 최적설계를 통해 평행사변형 마그네틱 현가기구를 설계하였으며 이 제안된 시트를 장착한 차량의 진동 및 성능을 연구하였다. 그 결과 진동 전달률은 코일스프링 현가기구가 0.990, 평행사변형 마그네틱 현가기구는 0.823로 우수한 성능을 보여주었다.
Commercial drivers feel tired more than the general public, because their driving times are long and they experience more idle vibration. In this study, we developed a nonlinear model of a magnetic, linear spring seat suspension to determine the optimal design to improve ride comfort. The resonant f...
Commercial drivers feel tired more than the general public, because their driving times are long and they experience more idle vibration. In this study, we developed a nonlinear model of a magnetic, linear spring seat suspension to determine the optimal design to improve ride comfort. The resonant frequency for the optimal design of the suspension was found to be 3.5 Hz, and the stiffness was analyzed through displacement-load experiments. Additionally, the vibration transmissibility was analyzed by the suspension stiffness, and the existing coil spring type vibration transmissibility was found to be 0.99. A parallelogram type magnetic spring was determined to result in a better performance than the existing spring with a vibration transmissibility of 0.823.
Commercial drivers feel tired more than the general public, because their driving times are long and they experience more idle vibration. In this study, we developed a nonlinear model of a magnetic, linear spring seat suspension to determine the optimal design to improve ride comfort. The resonant frequency for the optimal design of the suspension was found to be 3.5 Hz, and the stiffness was analyzed through displacement-load experiments. Additionally, the vibration transmissibility was analyzed by the suspension stiffness, and the existing coil spring type vibration transmissibility was found to be 0.99. A parallelogram type magnetic spring was determined to result in a better performance than the existing spring with a vibration transmissibility of 0.823.
따라서, 본 연구에서는 아이들 진동을 저감시키기 위해 3세대 현가기구인 자석을 이용하여 공기 스프링이 가지는 비선형성 강성 특성의 재현이 가능하고 비선형적인 댐퍼 특성을 동시에 가지고 있어 진동특성에 대한 감쇠효과가 뛰어난 마그네틱 스프링 타입을 검토 하였다. 또한 운전자의 승차감을 향상시키기 위하여 평행사변형 마그네틱 현가기구를 모델링 및 상세설계를 하고 시제작하여 진동시험을 통한 성능평가를 수행하였으며 선진 마그네틱 현가기구인 D사의 제품과 강성, 진동전달률, 승차감지수, 진동저감율 등을 비교 평가를 하여 평행사변형 마그네틱 현가기구의 유효성을 확인하고자 하였다.
제안 방법
따라서, 본 연구에서는 아이들 진동을 저감시키기 위해 3세대 현가기구인 자석을 이용하여 공기 스프링이 가지는 비선형성 강성 특성의 재현이 가능하고 비선형적인 댐퍼 특성을 동시에 가지고 있어 진동특성에 대한 감쇠효과가 뛰어난 마그네틱 스프링 타입을 검토 하였다. 또한 운전자의 승차감을 향상시키기 위하여 평행사변형 마그네틱 현가기구를 모델링 및 상세설계를 하고 시제작하여 진동시험을 통한 성능평가를 수행하였으며 선진 마그네틱 현가기구인 D사의 제품과 강성, 진동전달률, 승차감지수, 진동저감율 등을 비교 평가를 하여 평행사변형 마그네틱 현가기구의 유효성을 확인하고자 하였다.
현가기구의 성능평가를 위한 진동특성 관찰을 위해 Fig. 6과 같이 유압식 진동시험기에 각 스프링 타입별로 현가기구를 장착하여 실험을 수행하였다. 변위-하중 실험은 기존의 코일 스프링 타입과 선진사인 D사의 마그네틱 스프링 타입과 평행사변형 마그네틱 스프링 타입을 각각 실험하였다.
대상 데이터
따라서 일반적 선형 스프링과 자석의 힘을 조합하여 비선형 특성을 갖는 시트 현가기구를 구성하여 변위가 작은 고주파에서는 강성이 약하고, 변위가 큰 저주파에서는 강성이 큰 시스템 구현할 수 있다. 본 논문에서는 자석(50×20×5mm) 2개를 이용하여 마그네틱 현가기구에 사용 될 마그네틱 스프링을 설계하였으며 스프링의 자석 gap은 3.5 mm를 선정하였다. 이는 선형 스프링의 강성 산포 및 시트 안정성을 고려하였다.
데이터처리
규격(ISO 10326, BS6841, ISO 2631)에 따르면 수직방향 가속도에 대한 인체의 반응을 고려한 승차감의 척도인 반응함수는 주파수 영역에서 주어지고 가중함수는 반응함수의 제곱에 대한 역을 반응함수의 면적으로 나누어 얻을 수 있다. 측정된 PSD(Power Spectral Density) 결과를 보정함으로써 주파수에 따라 인체의 반응을 다르게 나타내는 주파수영역에서의 PSD 진폭을 보상하는 효과를 주게 된다. 운전석의 수직방향 가속도에 대한 PSD를 P(f)라 하면 PSD의 WRMS(Weighted RMS)는 식 (6)과 같이 계산할 수 있다.
성능/효과
(1) 진동 전달률은 코일스프링 현가기구가 0.990, D사의 마그네틱 현가기구는 0.875, 평행사변형 마그네틱 현가기구는 0.823로 가장 우수한 성능을 보여주었다.
(2) 승차감 지수는 코일스프링 현가기구가 0.765, D사의 마그네틱 현가기구는 0.699, 평행사변형 마그네틱 현가기구는 0.756으로 확인되었으며 D사의 마그네틱 현가기구보다 평행사변형 현가기구의 승차감 지수가 떨어지는 것으로 확인되었지만 피곤을 유발하는 승차감 지수 1 보다는 낮은 결과값을 보여주었다.
(3) 40Hz 영역에서의 운전석 수직방향 진동저감율은 스프링 현가기구 대비하여 D사 마그네틱 현가기구가 58.4%, 평행사변형 마그네틱 현가기구가 20.3%,로 시트의 진동 저감율이 향상되었음을 확인할 수 있었다.
후속연구
하지만 평행사변형 마그네틱 현가기구의 경우 하중의 증가와 감소를 주면서 변위의 차가 큼을 알 수 있다. 이러한 현상의 현가계의 다양한 변수에 의해 발생 되지만 마그네틱 스프링의 특성상의 한계로 판단되며 이를 해결할 수 있는 평행사변형 마그네틱 현가기구의 추가연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시트진동을 억제하기 위해 어떤 필요성이 대두되었느가?
이로 인하여 운전자는 피로를 느끼게 되고, 또한 질병 등 건강상의 문제를 가지게 되었다. 이러한 시트진동을 억제하기 위해 주 현가장치 이외에 캐빈 현가장치와 시트 현가장치의 장착 필요성이 대두가 되었다. (2,3) 이러한 운전석 현가장치에 사용되는 제어방식에 1, 2, 3세대 현가장치로 나뉠수 있다.
과거 상업차량의 설계중점은 무엇인가?
이에 앞으로 상업용 차량 개발의 중요한 요인 중 하나인 운전자의 피로감을 줄이는 장치에 대한 연구가 필수적이다. 과거 상업차량(Commercial Vehicle)의 설계중점은 운행동안의 차량전복방지나 조종 안정성 등으로 시트의 설계는 크게 주목을 받지 못하였다. (1) 그러나 조종 안정성을 위해 전륜에 작용하는 큰 롤강성으로 인해 운전자의 시트는 큰 진동에 노출되게 된다.
운전석 현가장치의 1세대와 2세대는 어떤 방식인가?
(2,3) 이러한 운전석 현가장치에 사용되는 제어방식에 1, 2, 3세대 현가장치로 나뉠수 있다. 1세대 현가기구인 코일 스프링, 2세대 현가기구인 공기 스프링 방식이 있다. (4~6)
참고문헌 (11)
Amirouche, F., Palkovics, L. and Woodrooffe, J., 1994, "Optimal Driver Seat Suspension Design for Heavy Trucks," Trans. of the ASME, Vol. 291, pp. 277-291.
Rahkeja, S., Afework, Y. and Sankar, S., 1994, "An Analytical and Experimental Investigation of the Driver-Seat-Suspension System," Vehicle System Dynamics, Vol. 23, pp. 501-524.
Choi, S. B., Choi, J. H., Nam, M. H., Cheong, C. C. and Lee, H. G., 1999, "A Semi-Active Suspension Using ER Fluids for a Commercial Vehicle Seat," Journal of Intelligent Material System and Structure, Vol. 9, No. 8, pp. 601-606.
Jeon, G. J., Kim, M. S., Ahn, S. J., Jeong, W. B. and Yoo, W. S., 2010, "Human Response to Idle Vibration of Passenger Vehicle Related to Seating Postrue," Trans. of the KSNVE, Vol. 20, No. 12, pp. 1121-1127.
Song, P. G., Maksym, S. and Yoo, H. Y., 2008, "Robust Design Optimization of the Vehicle Ride Comfort Considering Variation of Design Parameters," Trans. of the KSNVE, Vol. 18, No. 12, pp. 1217-1223.
Seong, M. S., Choi, S. B., Kim, C. H. H., Lee, K., Baek, J. H., Han, H. H. and Woo, J. K., 2010, "Experimental Performance Evaluation of MR Damper for Integrated Isolation Mount," Trans. of the KSNVE, Vol. 20, No. 12, pp. 1161-1167.
Ju, H. J., Kim, D. S., Lee, B. H., Kim, J. I. and Kim, C. J., 2011, "A Study on the Magnetic Suspension System for Commercial Vehicle," Trans. of the KSNVE, Spring Conference, pp. 409-414
Cheung, W. S., Kim, Y. T., Kwon, H. S. and Hong, D. P., 2003, "Experimental Investigation of the Response Characteristics of Korean-Seated Subjects Under Vertical Vibration," Trans. of the KSNVE, Vol. 13, No. 8, pp. 645-650.
Ahn, K. W., Kim, W. Y., Im, H. E. and Hwang, W. G., 1999, "A Study on the Evaluation of the Ride Comfort of a Large Bus," Trans. of the KSAE, Vol. 7, No. 2, pp. 343-351.
Wu, X. and Griffin, M. J., 1997, "A Semi-Active Control Policy to Reduce the Ocurrence and Severity of End-Stop Impacts in a Suspension Seat with an Electrofheological Fluid Damper," Journal of Sound and Vibration, Vol. 203, No. 5, pp. 781-793
Song, P. G., Spiriyagin, M. and Yoo, H. Y., 2008, "Robust Design Optimization of the Vehicle Ride Comfort Considering Variation of the Design Parameters," Trans. of the KSNVE, Vol. 18, No. 12, pp. 1217-1223.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.