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문제 정의
- 본 논문에서는 공기스프링과 관련 구성품의 수학적 모델을 통해 현 개발중인 자기부상 차량의 현가시스템 설계의 적합성 및 그 성능을 이론적 접근을 통해 설계를 고찰하고자 한다.
- 부상제어기 또는 전원공급장치의 부분적 고장에서 공기스프링의 차량 하중 재분배를 위한 별도의 배기밸브를 설치하고 있으며, 이 기능을 이용하여 차량의 운행 신뢰성을 향상하고자 한다. 본 시뮬레이션 모델에 배기밸브의 모델링은 별도로 하지 않았으며, 공기스프링의 수직력이 고장시점에서 사라지는 것으로 가정하여 그림 9과 같은 시뮬레이션 결과를 도출하였다.
- 본 연구에서는 공기스프링을 포함한 자기부상차량의 수학적 모델링을 개발하고, 자기부상차량 전체의 단순화 모델을 현수장치의 거동을 분석하였다. 그 결과 16개의 공기스프링와 3 레밸링 밸브의 복합적 거동을 예측할 수 있었고, 차체의 편심과 부상장치 고장시 차량 하중의 재분배 기능을 확인하여, 현재의 설계가 타당함을 간접적으로 확인하였다.
가설 설정
- 이러한 수식은 열역학 1법칙와 이상기체 방정식을 활용하여 수학적 모델을 작성하였으며, 실제 모델링에서는 오리피스네 임계속도를 추가적으로 고려하였다. 공기스프링과 보조공기통내에서는 공기의 상태가 균일한 균일상태, 균일 유동과정 (uniform-state, uniform-flow precess)로 가정하였다.
- 모델은 그림 3과 같이 실제 성능 그래프를 look-up table화 하여 그 기본적인 거동을 표현하였으며, 밸브를 지나는 기체는 상기절에서와 같이 이상기체로 가정하고, 출력단의 압력이 유량에 영향을 미치는 않는 것으로, 입력단은 8bar의 상온공기가 무한정 공급되는 것으로 하고, 흡기와 배기의 유속은 대칭으로 가정한다.
- 2절에서 제안한 공기 스프링/보조공기통 16개를 차체하부에 배치하고, 상기절에서 언급한 레벨링밸브의 배관으로 구성한다. 자기스프링(electromagnetic suspension)은 차량 모델링의 단순화를 위해 모듈당 2개의 유효 스프링으로 가정하여 모델링한다. 질점의 자유도는 차체의 거동은 수직, 피치, 롤 3자유도만을 고려하고, 모듈은 수직과 피치의 운동만을 고려하여, 전체 19개의 운동방정식으로 단순화하여 현수장치의 특성을 검토하였다.
- 부상제어기 또는 전원공급장치의 부분적 고장에서 공기스프링의 차량 하중 재분배를 위한 별도의 배기밸브를 설치하고 있으며, 이 기능을 이용하여 차량의 운행 신뢰성을 향상하고자 한다. 본 시뮬레이션 모델에 배기밸브의 모델링은 별도로 하지 않았으며, 공기스프링의 수직력이 고장시점에서 사라지는 것으로 가정하여 그림 9과 같은 시뮬레이션 결과를 도출하였다. 본 시뮬레이션은 5초~7초 사이에 8번 공기스프링이 배기를 통해 수직력이 감소토록 하였으며, 레벨링 밸브를 통해 하중의 재분배를 진행하는 과정을 보인다.
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