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타타대우상용차김 재 연
Truck Ride Comfort Analysis by using Compose and MotionSolve
Ride Comfort Analysis
1. 목 적
1) Compose, MotionSolve를활용한 차량 모델링 / 승차감 해석 검토
2) ISO 8608 도로 모델링, ISO 2631 승차감 평가 by Compose
2. Truck Line-up - 다양한 차종에 대한 손쉬운 차량 모델링/해석 필요
건설 차량덤프/믹서
트렉터
카 고
2
Truck Ride Comfort Analysis
Ride Comfort Analysis
3. Truck Library
❖ Truck Library is a collection of essential and ancillary heavy vehicle components for assembling and testing trucks virtually.
[Truck Library]
Cabin, Steering System
Chassis
Multi-axle Suspensions
Tires
Heavy Duty Springs
Steering system Driveline Test Rigs
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[4x2 Cargo(MCV) w/ Truck Library]
Truck Ride Comfort Analysis
Ride Comfort Analysis
4. Ride Comfort Analysis
1) Post Shaker Simulation(Road Simulator)
① Input : Road Profile을 차량 속도에 따라 입력 시간을 지연시켜 동일 도로를 움직이도록 설정
② System : Vehicle Model, Post Shaker Model
③ Output : 운전석 Seat Floor 위치에서 가속도 결과
④ Perception : 승차감 기준(척도)에 따른 가속도 결과 평가
4
[6-Post Simulation][Ride Comfort Simulation]
[R/S TEST]
+
Truck Ride Comfort Analysis
Ride Comfort Analysis
4. Ride Comfort Analysis
2) Input
① Bump Road
– ITE Journal (Institute of Transportation Engineers)에소개된 Watts Profile Bump 사용(대부분의 차량이 25~30kph 속도에서 안전하게 통과 할 수 있는 Bump Profile)
– 차량 고유 진동수 응답 특성을 확실히 나타낼수 있음
5
[Speed Bump] [Bump 도로 Modeling – 30kph]
-20
0
20
40
60
80
100
120
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Hei
ght
(mm
)
Time (s)
Bump Profile
75mm
100mm
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4. Ride Comfort Analysis
2) Input
② Road Profiles for ISO 8608
– 노면의 형상을 결정하는 주요인자는 공간주파수와 진폭임
– 거칠기(높이)에 따른 ISO 8608 도로 등급(A~H) 모델링
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[PSD와 Spatial Signal의관계] [ISO 8608에따른 도로 거칠기 분류]
Truck Ride Comfort Analysis
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4. Ride Comfort Analysis
2) Input
③ ISO Road Modeling by Compose
– Random Road Profile : ISO 8608 도로 등급에 따른 Random 도로 Modeling
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[Compose Modeling]
Programming
Road Profile
ISO Classification
Truck Ride Comfort Analysis
Ride Comfort Analysis
4. Ride Comfort Analysis
2) Input
④ ISO Road Profiles for Simulation
– ISO Class A (hmax= ±15mm) : very good
– ISO Class B (hmax= ±25mm) : good
– ISO Class C (hmax= ±50mm) : average
– ISO Class D (hmax= ±100mm) : poor
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[Road Profile for Simulation]
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250
Class A Class B Class C Class D
Distance[m]
Ele
vation[m
m]
[ISO Classification]
Class A Class B
Class C Class D
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4. Ride Comfort Analysis
3) Perception
① ISO 2631 (Evaluation of Human Exposure to Whole-Body Vibration)
– 인체 진동에 대한 실험 결과를 이용하여 제정된 수평 및 수직 진동에 대한 인체의 전신 진동노출 한계
– 주파수에 따라 불편함을 느끼는 진동 가속도와 노출 시간이 다름
– Critical Frequency : 4~8 Hz(Vertical), 1~2 Hz(Longitudinal, Lateral)
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Truck Ride Comfort Analysis
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4. Ride Comfort Analysis
3) Perception
② ISO 2631 Comfort Graph by Compose
– 가속도 Output 값으로 주파수별 PSD, RMS 값을 계산하여 ISO 2631 Comfort Graph와 함께출력하여 Ride Comfort 평가
– Vehicle Type(Dump, Cargo, Tractor)에 따라 ISO Road Class, Velocity 기준 수립 필요
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* 1/3 octave frequency bands
* PSD in each band
* RMS acceleration in each band
* RMS weighted acceleration
[ISO 2631 Equations] [Compose - ISO 2631] [RMS Results]
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5. Quarter Car Model
1) Quarter Car
① 정의
– 도로 가진력에 대하여 Sprung Mass와 Unsprung Mass의 수직 운동을 적절히 표현할 수 있는2 자유도 모델
– 승차감 주파수(Ride Frequency)에대한 Suspension Parameter의 영향 평가
– Natural Frequency : 1~2 Hz(Sprung Mass), 10Hz(Unsprung Mass)
② Equations of Motion
Suspension ForcesWheel Load
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5. Quarter Car Model
2) Compose vs. MotionSolve
① Correlation between Compose and MotionSolve
– Road 가진에 대한 Sprung Mass의 가속도, FFT 비교
② Bump Road : Compose와 MotionSolve 결과가 일치함 [MotionSolve Modeling & Result]
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6. Half Car Model
1) Half Car
① 정의
– Pitch Motion을 표현할수 있는 4 자유도 모델
– Sprung Mass의 Bounce Motion, Pitch Motion, Unsprung Mass(Front, Rear)의 Bounce Motion
– Pitch Motion을 줄이기 위해서는 Front의 Spring Rate와 고유진동수가 Rear보다 약간 작아야함
– 최적 비율은 휠베이스, 평균 속도, 도로 파장에 달려있음
② Equations of Motion
Suspension ForcesWheel Load
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6. Half Car Model
2) Compose vs. MotionSolve
③ Bump Road: Compose와 MotionSolve 결과가 일치함
[MotionSolve Modeling & Result]
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7. Full Vehicle Model
1) Vehicle Model : HCV(Heavy-duty Commercial Vehicle), 10x4 Cargo
2) Road Simulator : Bump 및 ISO 도로 가진이 가능한 10 Post Shaker 모델링
Full Vehicle Dynamic Model
Input
Output
10 Post Road Simulator
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7. Full Vehicle Model
3) Bump Road Results
– Bump 높이 75mm, 100mm에 대한 공/적차시 CAB 가속도 FFT 결과
Unladen, 75mm Unladen, 100mm Laden, 75mm Laden, 100mm
15kph
30kph
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❖ ISO Road Simulation [Animation]
➢ 공차, 60km/h, Class B & D
Class B Class D
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7. Full Vehicle Model
4) ISO Road Results
① ISO Class A~D
– 도로 등급이 A에서 D로 갈수록 운전석 Seat부의 가속도 값이 증가함
[도로 등급에 따른 CAB 가속도, 주파수 분석(FFT) 결과]
Truck Ride Comfort Analysis
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7. Full Vehicle Model
4) ISO Road Results
② ISO Road B, D 등급에 대한 공/적차시 CAB 가속도 FFT 결과
Unladen, ISO B Unladen, ISO D Laden, ISO B Laden, ISO D
30kph
60kph
Truck Ride Comfort Analysis
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8. Ride Comfort for Full Vehicle
1) Design Change
① CAB Floor Acceleration(Az)
– 설계 변경안(ALT 1, 2) 검토시 가속도 결과 차이가 주파수별로 다르게 나타남
– FFT 결과만으로 차량 승차감을 평가하기가 어려움
[CAB Floor Acceleration(Az) – ISO B, 90km/h] [CAB Floor Acceleration(Az) – ISO D, 60km/h]
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8. Ride Comfort for Full Vehicle
1) Design Change
② 승차감 평가 (ISO 2631 Standard)
– 가속도 값의 RMS(Root Mean Square)를 주파수별 가중치를 부여하고 그 결과를 평가함(인체에 민감한 주파수별 Comfort 시간이 다름)
– ISO B 도로, 90km/h의 경우 8hr Comfort 선도를 만족함
– ISO D 도로, 60km/h의 경우 1Hz~3Hz 구간에서 2hr Comfort 선도에 근접함
[ISO 2631 Vibration Standard– ISO B, 90km/h] [ISO 2631 Vibration Standard– ISO D, 60km/h]
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8. Ride Comfort for Full Vehicle
2) 평가 기준
① ISO 2631
– ISO 도로 등급, 차량 속도, Comfort 선도(8hr, 2.5hr, 1hr …)에 대한 차량별(카고, 덤프, 트렉터등) 승차감 평가 기준 수립이 필요함 (예 : Golden Car*)
② Suspension Performance
– Vibration Isolation(Transmissibility Ratio), Suspension Travel(Rattle Space), Road Holding
[Golden Car Parameters] [ISO 2631 Standard – Golden Car vs. Truck(ISO D, 60km/h)]
* Golden Car : 미국 도로 roughness 측정 기준인International Roughness Index(IRI)에서 사용된Reference Quarter Car Model
Truck Ride Comfort Analysis
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9. 결 론
1) 승차감 해석 모델링
① Compose와 MotionSolve를이용하여 차량과 가진 도로 모델링
② Compose로 구현된 ISO 8608 도로를 MotionSolve와 Compose 차량 모델의 Input 조건으로 사용
③ Quarter Car, Half Car Model Correlation (Compose vs. MotionSolve)
2) 승차감 평가
① ISO 2631 Vibration Standard Graph Modeling by Compose
② MotionSolve 해석 결과(Output 가속도)를 Compose 모델에 Import하여승차감 평가 가능
→ HyperGraph에서 ISO 2631 Graph(Compose)가바로 그려질 수 있도록 Update 필요
10.향후 계획
1) 승차감 평가 기준 수립
– ISO 도로 등급, 차량 속도에 따른 차량별 기준
2) Vehicle Correlation
– Road Simulator Test 장비를 이용한 시험, 해석 Correlation
3) Suspension Parameter Optimization
– Vibration Isolation, Suspension Travel, Road Holding
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[R/S TEST]
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