주행차량의 공기역학적 주행안정성 평가를 위한 수치해석 알고리즘 개발연구 :

김창선

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김창선 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 김철호

발행연도: 2015

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2015

주행차량의 공기역학적 주행안정성 평가를 위한 수치해석 알고리즘 개발연구

김창선 자동차공학과 2015.01 학위논문

2014

주행차량의 공기역학적 주행안전성 평가를 위한 알고리즘 개발연구

김창선 , 김철호 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회 2014.11 학술대회자료

주행차량의 공기역학적 주행안전성 평가를 위한 알고리즘 개발연구

김창선 , 이승현 , 김철호 한국자동차공학회 춘계학술대회 2014.05 학술대회자료

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본 연구에서는 세단형 차량이 도로를 주행할 때 측풍에 의해 차체에 발생하게 되는 운동모멘트의 크기를 산출하고 이러한 운동모멘트가 차량의 주행안정성에 심각한 영향을 미치는지를 판단하는 차체의 공기역학적 주행안정성 평가를 위한 알고리즘을 완성하였다. 연구를 위한 대상 모델차량은 SAE에서 추천하는 세단형 차량형상을 기본모델로 하였으며, 차량이 측풍을 받으며 주행할 때 차체에 발생하는 압력저항과 압력중심(CP)의 위치를 CFD기법을 이용하여 산출하였으며, 이를 바탕으로 차량의 무게중심(CG)점에서 차체에 발생하는 피칭, 롤링 그리고 요잉모멘트를 계산하였다.
본 연구를 통해 도출된 주행안정성 알고리즘을 이용하여 모델차량이 5~45m/s의 측풍 하에서 60~120km/h 속도로 직진 주행할 때와 곡선 주행할 때 각각의 공기역학적 주행안정성의 문제를 판단해 본 결과, 직진 주행할 경우에는 측풍에 의해 차체에 발생하는 롤링, 요잉, 피칭모멘트에 비해 모델차량의 중량에 의한 회전저항 모멘트가 충분히 크므로 5~45m/s의 측풍조건에서 60~120km/h 속도로 주행하여도 모델차량은 충분히 주행 안전성이 보장된다고 판단되었다. 그러나 곡선 주행 시에는 알고리즘에 고려되지 못한 변수들을 고려하여 안전계수를 10%정도로 가정한다면 측풍 30m/s에서 롤링모멘트의 값이 10,129 (N·m) 산출되어 위험하다고 판단할 수 있고 이는 곡면도로에서의 원심력과 돌풍에 의한 공기력이 더해져 차량이 도로를 이탈하거나 전복되는 사고가 발생할 수 있다. 본 연구를 통해 개발된 차량의 공력주행안정성 판단의 알고리즘을 통한 회전모멘트 값들과 차체에서 발생하는 회전저항 모멘트 크기의 비교를 통해 차량의 도로이탈, 전복을 판단하는 주행안정성의 판단 근거로 활용할 수 있으며 또한 차량의 주행안정성 확보를 위한 제어알고리즘 개발에 매우 유용하게 활용될 수 있기를 기대된다.

In this study, the sedan type vehicle aerodynamic driving safety evaluation of the vehicle body to determine how the significant effects on the driving safety of the vehicle is calculated and the size of this moment motion movement moment generated in the vehicle body by a crosswind when traveling the road which resulted in the completion of the algorithm for vehicle aerodynamic driving safety evaluation. The target vehicle model for the study was a sedan type vehicle recommended by SAE as the base model, the pressure resistance and the position of the center of pressure (CP) that occur in the vehicle body to receive a driving crosswind was calculated using CFD techniques. Based on this, the pitching, the rolling and yawing moments caused on the vehicle body at the center of gravity (CG) of the vehicle was calculated.
Responsibility of each issue of the aerodynamic driving safety driving safety when using the algorithm derived from this study to model the vehicle is traveling straight and curved when traveling to 60 ~ 120km/h speed under crosswind of 5 ~ 45m/s. The result, when traveling straight, the rolling, yaw, occurring in the vehicle body by a crosswind in crosswind conditions of 5 ~ 45m/s in the rolling resistance moment due to the mass of the model vehicle large enough for the pitching moment 60 ~ 120km/h vehicle traveling at the speed was determined by a model that sufficiently guarantees driving safety. However, during curve driving, the value of the variable has not been taken into account by considering the rolling moment on the crosswind 30m/s, so assuming a 10% safety factor the algorithm 10,129 (N·m) may be determined that the risk is calculated in which the road surface aerodynamic forces caused by the centrifugal force of the blast and the addition of a vehicle accident which may occur departure or overthrow the road. By an algorithm running safety of the aerodynamic vehicle is determined developed in this study rotation moment generated in the vehicle body resistance values and the rotation moment of the vehicle by comparing the size of the departure road, be used as a determination basis for determining the safety of the traveling and rollover In addition, it is expected to be very useful in developing control algorithm utilized for the driving safety of the vehicle.

#Vehicle driving stability (차량주행안정성) #Aerodynamic design (공기역학적 설계) #Side wind (횡풍) #CFD (전산유체역학)

Ⅰ. 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구목적 2
1.3 연구내용 2
Ⅱ. 차량의 공력 설계 이론 4
2.1 물체주위에서 발생하는 유동현상 4
2.1.1 공기 저항력의 개념 4
2.1.2 압력항력의 발생원리 5
2.1.3 점성항력의 발생워리 5
2.2 차량의 공기역학적 힘과 회전모멘트 6
III. CFD 해석기법 7
3.1 물체의 표면에 작용하는 힘의 산출 7
3.2 각 축에 대한 회전모멘트의 산출 8
3.2.1 각 셀에서의 회전 모멘트 산출 8
3.2.2 각 축에 대한 개별 힘의 모멘트 크기 8
3.3 수치해석 연구를 위한 해석기법 10
IV. 공기역학적 주행안정성 평가 이론 12
4.1 요잉 모멘트(Yawing moment) 12
4.2 롤링 모멘트(Rolling moment) 13
4.3 피칭 모멘트(Pitching moment) 14
4.4 차량에 작용하는 공력의 영향 15
4.4.1 요잉 모멘트(Yawing moment)의 영향 15
4.4.2 롤링 모멘트(Rolling moment)의 영향 15
4.4.3 피칭 모멘트(Pitching moment)의 영향 15
4.5 차량의 회전운동에 대한 저항에너지 16
4.5.1 요잉 저항 모멘트(Yawing Resistance Moment) 16
4.5.2 롤링 저항 모멘트(Rolling Resistance Moment) 17
4.5.3 피칭 저항 모멘트(Pitching Resistance Moment) 18
4.6 곡선 주행 시 발생하는 원심력 19
4.7 차량의 회전운동에 대한 안전성 판단 20
Ⅴ.사례연구(Case Study) 21
5.1 SAE모델의 제원 21
5.2 SAE모델의 공력특성 23
5.3 수치해석 경계 및 초기조건 25
5.4 수치해석 연구를 위한 격자 생성법 26
5.5 연구결과 및 고찰 27
5.5.1 수치해석 분석이론 28
5.5.2 측풍을 받는 SAE모델의 공력특성 분석 30
5.5.3 SAE모델을 활용한 저항모멘트 산출 35
5.5.4 SAE모델을 활용한 측풍에 대한 동적안전성 분석 36
VI. 결론 41
참고문헌 42
Abstract 44
감사의 글 46

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