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타이어의 동적 특성을 반영한 종방향 타이어 강성계수 추정
도종용(Jongyong Do),최세범(Seibum Choi),현동윤(Dongyoon Hyun) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
브레이크 시스템이 효율적으로 작동하기 위해서는 타이어와 노면 사이 마찰계수를 추정하는 것이 중요하며, 특히 마찰계수가 최대가 되도록 종방향 슬립을 조절할 수 있다면 최적의 제동 성능을 발휘할 수 있다. 종방향 타이어 강성계수를 알고 있다면 구동 및 제동 상황에서 마찰계수와 슬립의 관계를 조기에 알아낼 수 있다. 종방향 타이어 강성계수 추정에 관한 기존 연구들은 모두 정적 타이어 모델을 사용한다는 공통점이 있는데, 실제로는 타이어에 변형이 생길 때 즉각적으로 정상 상태에 도달하지 않고 동적인 특성을 나타낼 것이며 이에 따라 노면에 전달되는 힘에 지연 현상이 발생할 것이다. 본 연구에서는 타이어의 횡방향 변형에 대한 개념인 relaxation length를 종방향에 적용한 타이어 다이나믹스를 고려하여 종방향 타이어 강성계수 추정 성능을 향상시키고자 한다. 우선 차량 제동 실험을 통하여 타이어의 동적 특성에 의한 효과를 확인하였고, 타이어 브러쉬 모델을 바탕으로 타이어 동적 모델을 구성하였다. 이후 차량 동역학과 타이어 다이나믹스를 고려하여 종방향 타이어 강성계수를 추정하는 관측기를 설계하였다. 이때 휠의 슬립과 타이어에 작용하는 종방향 힘을 정확하게 추정하기 위해서 확장 칼만 필터를 활용하였다. 종방향 타이어 강성계수 추정 성능검증은 시뮬레이션을 통하여 진행하였으며 기존 연구 방법으로 추정한 결과와 비교하였다.
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반복하중 재하 시 모래-타이어칩 혼합토의 최대전단탄성계수 변화
류병욱(Byeonguk Ryu),박정희(Junghee Park),추현욱(Hyunwook Choo) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회논문집 Vol.22 No.12
본 연구의 목적은 모래와 타이어칩 혼합토의 반복하중조건 전후 공학적 특성 변화를 파악하는 것이다. 반복하중 시, 시료에 함유된 타이어칩 함량 및 모래와 타이어칩 입자 간의 크기비에 따른 최대전단탄성계수의 변화를 정량화 하고자, 전체 중량 대비 타이어칩 중량을 0, 10, 20, 40, 60, 100%로 하여 시료를 조성하였으며, 타이어칩 평균입경 대비 모래의 평균입경(입자크기비)을 0.44, 1.27, 1.87, 4.00으로 설정하여 혼합토를 조성하였다. 초기 상대밀도 50%의 시료를 floating wall 형태의 몰드에 조성 후, 공기압 축기(air compressor), 압력 패널(pressure panel) 및 뉴메틱 밸브(pneumatic valve)를 이용하여 정하중 재하(=50kPa), 반복하중 재하(=50-150kPa), 정하중 재하(=400kPa) 및 제하 순으로 실험이 이루어 졌다. 위의 실험이 진행됨에 따라 시료의 침하량과 전단파속도를 측정하였다. 시험 결과, 모래-타이어칩 혼합토에 가해지는 반복하중은 시료를 이루는 입자 간 접촉을 타이어칩-타이어칩 또는 타이어 칩-모래에서 모래-타이어칩 또는 모래-모래로 전환시켰으며, 이로 인해 타이어칩 함량 40%에서 가장 큰 최대전단탄성계수의 증가를 확인하였다. 또한 입자크기비가 감소함에 따라 동일 타이어칩 함량에서 반복하중 시 최대전단탄성계수 증가량은 증가하였다. This study investigated the changes in engineering characteristics of sand-tire chip mixtures during repetitive loading. To quantify the changes in the maximum shear modulus according to the tire chip content in the mixtures and the particle size ratio between sand particle and tire chip, the samples were prepared with tire chip content of TC = 0, 10, 20, 40, 60, and 100%, and the particle size ratios SR were also set to be SR = 0.44, 1.27, 1.87, and 4.00. The stress of the prepared sample was applied through a pneumatic cylinder. The experiment was conducted in the order of static loading (= 50 kPa), cyclic loading (= 50-150 kPa), static loading (= 400 kPa) and unloading. The stress applied to tested mixtures was controlled by a pressure panel and a pneumatic valve by using an air compressor. The shear wave velocity was measured during static and cyclic loadings by installing bender elements at the upper and lower caps of the mold. The results demonstrated that the change in maximum shear modulus of all tested materials with varying SR during repetitive loading is the most significant when TC ~ 40%. In addition, the mixture with smaller SR at a given TC shows greater increase in maximum shear modulus during repetitive loading.
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농업용 트랙터의 차축 구동 토크 예측을 위한 동역학 시뮬레이션 모델 개발
전현호,백승민,백승윤,김용주 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集A Vol.47 No.11
농업용 트랙터는 시장 수요에 맞게 지속적으로 개선 및 개발되고 있다. 이러한 과정에서 트랙터는 다양한 설계 변경이 이루어진다. 설계 변경에 따라 내구성 확보를 위해서는 반드시 성능평가가 수행되어야 한다. 농업기계분야에서는 대부분 시제품을 이용한 성능평가들이 이루어지고 있으며, 이는 많은 시간과 비용을 필요로 한다. 이를 해결하기 위해 최근 시뮬레이션 모델을 이용한 성능평가에 대한 연구가 다양하게 수행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 농업용 트랙터의 성능평가를 위해 동역학 시뮬레이션 모델을 개발 및 검증에 대한 연구를 수행하였다. 시뮬레이션 모델 개발은 타이어 계수 측정 시스템 및 계측용 트랙터 개발을 통해 수행되었다. 트랙터 모델 구성은 차량의 제원 및 상용프로그램인 Recurdyn(V9R4, Functionbay Co. Ltd., Korea)을 이용하여 수행하였다. 모델 검증은 시뮬레이션 결과 값 및 계측 값의 평균 차축토크 비교 분석을 통해 수행하였으며, 분석결과 6%의 오차를 보였다. 해당 모델을 이용하여 트랙터의 차축 부하 예측이 가능할 것으로 판단되며, 본 모델은 차후 연구에서 쟁기 및 로타리 등 주요 트랙터 작업 조건에서의 차축 부하 예측에 활용할 예정이다. Agricultural tractors are continuously being developed to improve performance. In this process, the tractor design has to be changed. To secure durability according to the design change, performance evaluation has to be conducted. Performance evaluation using prototypes is mostly conducted in agricultural machinery, which requires a lot of time and money. Various studies on performance evaluation using simulation models have been recently conducted to solve this problem. Therefore, this study is conducted to develop and validate a dynamic simulation model for the performance evaluation of agricultural tractors. The development of the simulation model is conducted through the development of a tire stiffness and a tractor measurement system. The tractor model is configured using the commercial program for dynamics simulation. The simulation model is validated through a comparison of the average axle torque of the simulation result and measurement data. It shows that there was an error of 6. It is deduced that it is possible to predict the axle torque of the tractor using the dynamic simulation model of an agricultural tractor. In future, studies will be conducted using this simulation model to predict the axle torque in conditions of tractor operation such as the plow and rotary tillage.
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