[논문정리] 차량무게중심의 측정 및 추정에 관한 연구

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VCGM에서 개발한 KATRT를 이용하여 차량 중량과 적재 위치를 측정한 후 차량 매개변수인 차량 중량, 구동축 및 지붕 높이와 연계한 무게 중심 높이 측정하기

차량무게 중심 측정 이론

• 차량무게 중심의 횡방향 위치
  • 좌측륜에 대해서 모멘트 평형을 취하면 다음과 같이 계산한다.

    

    $$x = \frac{(W_r - W_l) \times T}{2W_T}$$

    • $W_r$ : 차량 우측륜 중량
    • $W_l$ : 차량 좌측륜 중량
    • $T$ : 차량 윤거
    • $W_T$ : 차량중량

• 차량무게중심의 종방향 위치
  • 전륜에 대해서 모멘트 평형을 취하면 다음과 같이 계산됨

    

    $$y = \frac{W_r \times L}{W_T}$$

    • $W_R$ : 차량 후륜 중
    • $L$ : 차량 축거
    • $W_T$ : 차량중량

• 차량 무게중심 높이 측정

  펜둘럼(pendulum)과 같이 흔들 수 있는 장치 사용

  

  • 차량 무게 중심 높이 측정 순서
    1. 차량을 탑재하지 않는 상태에서 답판(아래 받침대일듯) 자체의 무게 중심 구하기

       

       • 답판 끝단에 적당한 중량(Wa)를 가하여 답판을 기울인 후 회전중심에 대한 모멘트 평형을 취하여 장치의 무게중심($H_{pp}$) 구하기

         $$W_a(lcos\theta_p - H_{ph}sin\theta_p) = W_p \cdot H_{pp}sin\theta_p$$

       • 상기 식을 회전 중심(펜둘럼 베어링 중심 위치)에서 펜드럼 무게중심까지의 거리 ($H_{pp}$)에 대해 식 정리하면 다음과 같음

       $$H_{pp} = \frac{W_a(lcos\theta_p - H_{ph}sin\theta_p)}{W_psin\theta_p}$$

    2. 방금 측정한 차량중심의 종방향 위치(y)가 베어링(회전중심점)과 수직선에 일치하도록 차량을 고정시킴
    3. 차량을 장치에 적재하고 Fig 5(위에 그림)와 같이 답판에 적당한 무게($W_a$, 30kg 및 60kg)을 가하여 답판을 기울이고 회전중심점에 대해 모멘트 평형을 취함

       $$W_a \times (lcos\theta_p - H_{ph}sin\theta_p) \\=W_t \times(H_{vp}sin\theta_p - x_{cg}cos\theta_p) + W_p \times H_{pp}sin\theta_P$$

       • 상기 식을 $H_{vp}$(베어링과 차량중심위치 사이의 거리)에 대해 정리하면 다음 식과 같음.

       $$H_{vp} = \frac{W_a(lcos\theta_p - H_{ph}sin\theta_p)}{W_tsin\theta_P} + \frac{x_{cg}}{tan\theta_p} - \frac{W_p \cdot H_{pp}}{W_t}$$

       

       • 위 그림처럼 $H = H_{ph} - H_{vp}$ 이므로 그에 맞게 식을 정리해줌

         $$H = H_{ph}- [\frac{W_a(lcos\theta_p - H_{ph}sin\theta_p)}{W_t sin\theta_p} + \frac{x_{cg}}{tan\theta_p} - \frac{W_pH_{pp}}{W_t}]$$

         • $H$ : 차량 무게 중심 높이 (mm)
         • $H_{ph}$ : 회전 중심점에서 답판 바닥까지의 거리 (mm)
         • $H_{pp}$ : 회전중심에서 펜드럼 무게 중심까지의 거리 (mm)
         • $l$ : 회전중심에서 추자 중량 작용점까지의 수평 거리 (mm)
         • $x_{cg}$ : 측정시 발생하는 답판에 대한 차량의 길이 방향 이동변위 (mm)
         • $\theta_p$ : 답판의 기울기 각도(°)
         • $W_p$ : 답판 및 펜둘럼의 중량 (kg)
         • $W_t$ : 차량중량 (kg)
         • $W_a$ : 추가중량 (kg)

결론

• 대부분 차량 지붕 높이의 약 37% 높이에 차량 무게 중심이 있음.
  • x방향 무게중심 : 윤거의 1/2에서 -3%지점 (중심으로부터 좌측)
  • y방향 무게중심 : 축거의 43%지점
  • 차량 무게중심높이 / 차량 지붕높이 비
    • suv : 0.36~0.41
    • van : 0.35~0.38
    • sedan : 0.36~0.38
    • truck : 0.34~0.38

      

• 중량이 무거울수록 차량 무게 중심 높이가 상승됨.

• 동일 차종일때 2륜구동 차량에 비해 4륜구동 무게 중심 높이가 낮음

• 동일차종 일 때 가솔린 엔진보다 디젤엔진이 무게중심이 낮음

• 차량 객실내보다 차량 루프에 화물적재 시 약 4배 이상 무게중심 높이를 증가시킴

  ⇒ 위험성 증가!

맨 마지막에 표 형태로 무게 중심이 계산되어 있음…

감사합니다. ㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠ

약 39종의 차량이 있음…

ref : 이명수, and 김상섭. "차량무게중심의 측정 및 추정에 관한 연구." 한국자동차공학회논문집 18.5 (2010): 91-99.