셀프레벨링 쇽업소버의 모델링 및 수치 시뮬레이션

Abstract

SLSA에는 쇽업소버로서의 기능 수행에 필요한 부품에 부가하여, 차량 높이(차체 자세)제어의 기능을 수행하기 위한 부품들도 포함되어 있다. 이들 부품 가운데서 차량 높이 제어에 소요되는 부품인 기름 펌핑 기구 및 부속기기들은 기존의 유압 기기들에서 볼 수 없는 매우 독특한 구조로 제작된다. SLSA는 여러 가지 부품들로 이루어져 매우 복잡한 형태를 가지고 있으므로 하나의 파라미터를 바꾸는 것이 쇽업소버의 특성에 어떠하게 반영되는 것을 알기는 매우 힘들다. SLSA의 모델링과 수치 시뮬레이션 프로그램의 개발을 통해 제품의 파라미터들을 제품에 반영하기 전에 그 특성을 미리 예측하여 설계에 반영 할 수 있다. 본 연구에서는 SLSA의 수학적 모델링, 수치 시뮬레이션 모델 개발, 물리적 파라미터 도출을 위한 기초실험, 감쇠력 특성 실험 및 시뮬레이션, 펌핑 특성 실험 및 시뮬레이션을 수행하였다. SLSA의 수학적 모델링을 위해서 SLSA의 전체 구조 및 작동을 이해하고, SLSA 작동시 내부 기름 유동을 상세히 분석하여 수학적으로 등가 모델링 한다. 수학적 모델을 바탕으로 유압 해석 소프트웨어(AMEsim)를 사용하여 시뮬레이션 모델 구성 및 시뮬레이션 프로그램을 작성하고, 시뮬레이션에 필요한 각종 물리 파라미터를 결정하였다. 시뮬레이션에 필요한 물리 파라미터 결정이 어려운 감쇠력 기구(multi plate orifice)와 펌핑 기구(spiral orifice)의 물리 파라미터 도출을 위한 실험 방법을 개발하고 도출한 물리 파라미터를 사용하여 시뮬레이션에 적용하여 감쇠력 기구, 펌핑 기구의 시뮬레이션 모델의 신뢰성을 검증하였다. SLSA의 주요 기능인 감쇠력 및 펌핑 성능의 확인을 위해 쇽업소버 실험장치(MTS 849)를 사용하여 실험을 하고 같은 조건에서의 시뮬레이션 결과를 비교하여 시뮬레이션의 신뢰성을 검증한다. 검증된 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 각종 SLSA의 내부 파라미터 변화가 SLSA의 감쇠력 및 펌핑 성능에 미치는 영향을 예측하였다. 본 연구에서 개발한 시뮬레이션프로그램을 이용하여 SLSA의 특성을 예측하게 되면 실제로 제품을 제작하여 바꾸어 보지 않고서도 개발자가 알고자 하는 특성을 확인 할 수 있기 때문에 제품을 만드는 기간과 비용 그리고 인력 절감 효과가 있을 것이다.

A self leveling shock absorber (SLSA) is a shock absorber with multiple functions. The SLSA basically has a function of shock absorbing in a vehicle suspension system. Additionally, the SLSA has a function of fixing height unbalance in the rear side of a vehicle due to overloading. Therefore, the SLSA has not only the parts for shock absorbing function but also the parts for vehicle's height control function. Among the parts of the SLSA, an oil pumping mechanism and other components which are used to control the unbalance of vehicles' height have structural uniqueness not shown in conventional hydraulic machinery. This study suggests mathematical models for describing oil flow in a SLSA in detail and the processes for evaluating various physical parameters in a SLSA. Also this study investigates the reliability of the suggested the models through the comparison between experimental results and simulated results. First, in this study suggests the mathematical modeling of the SLSA, the development of the numerical simulation model. And the basic experiments to obtain physical parameters are done, finally the experimental results and simulation results of the damping and pumping performances are described. By understanding the structures and the operations of the SLSA and analysing the oil flows in the SLSA, the equivalent mathematical modelling could be obtained. Using AMEsim which is the hydraulic analysis software, the simulation models were derived. To determine some physical parameters that are used in AMEsim, some experiments had been done. The physical parameters of the damping component(the multi plate orifice) and the pumping one(the spiral orifice) which are hard to determine are derived by carrying out some experiments. Using these parameters, the simulation model of the SLSA is verified. To confirm the damping and pumping performances, the MTS 849 which is the shock absorber testing system is used. And the performances between experiments and simulations are compared. Finally the characteristics of the damping and pumping of the SLSA are expected when several internal parameters are changed. The periods, costs and man powers of the investigating and manufacturing the SLSA can be reduced, because the characteristics of the SLSA can be expected using the developed simulation program.