바퀴의 실험적 식별

Aug 27, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16015(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

직선 운동과 미끄럼 방지 및 미끄러짐 코너링 조건의 경우 특정 지형 사례(아스팔트, 콘크리트)와의 휠 상호 작용이 알려져 있고 잘 설명되어 있으므로 스키드 스티어링 휠 차량 사례를 분석해야 합니다. 다양한 공격각도에 따른 사이드슬립에 대한 연구가 필요하다. 프로젝트에서 보여지는 연구의 주요 관심 분야는 다양한 지형 조건에서 스키드 스티어링 휠 차량의 에너지 수요 계산입니다. 바퀴당 개별 전기 모터가 장착된 순수 전기 자동차의 경우 완전히 제어된 회전을 수행하려면 종방향 힘과 횡방향 힘을 정밀하게 평가해야 합니다. 저자가 설계하고 개발한 실험용 스탠드를 사용하면 다양한 지형 조건과 다양한 주행 방향에 대한 바퀴 표면 상호 작용을 테스트할 수 있습니다. 건조하고 젖은 모래와 화강암 포장에 대한 테스트 데이터를 획득했습니다. 견인력과 측면력을 획득하여 추진되지 않은 바퀴에 대한 바퀴-토양 상호작용 모델 매개변수를 식별하는 데 사용했습니다. 종방향 힘과 횡방향 힘을 포함한 시계열 형태의 결과는 스키드 조향 동역학 계산에 필수적인 스틱 및 슬립 현상에 대한 공격 각도, 하중 및 표면 상태 간의 관계를 보여줍니다. 측정 결과는 받음각과 수직 하중의 함수로서 종방향 및 횡방향 힘 계수를 계산하는 데 사용됩니다. 테스트는 자연 환경에서 수행되었으므로 변화하는 조건의 영향을 받습니다. 해당 영향을 제거하기 위해 여러 번의 실행이 사용됩니다. 설명된 실험은 테스트 검증 FEM 모델을 사용한 결과 일반화를 포함하는 프로젝트의 일부입니다. 설명된 작업은 새로운 지면-타이어 상호 작용 모델을 개발하기 위한 것이 아니며, 비추진 휠인 수동 모드를 포함한 다양한 조건에 대한 수치적으로 효율적인 견인력 계산 방법에 중점을 둡니다.

모든 지형 차량, 특히 무인 및 자율 기계는 크기와 무게를 최소화하기 위해 최적화됩니다. 결과적으로 소형, 중형, 대형 무인 차량의 설계에는 덜 복잡한 변속기 및 조향 시스템이 사용됩니다. 가장 일반적인 솔루션은 전기 또는 유압 견인 모터를 사용하는 탄성 서스펜션 및 스키드 조향입니다. 전기 추진 시스템을 갖춘 오프로드 차량의 경우 중요한 매개변수는 에너지 저장 용량입니다. 과부하 능력이 높은 전기 추진 시스템의 경우 중간 연속 토크 및 출력을 평가하는 것이 중요하며, 발전소, 에너지 저장 시스템 및 추진 모터를 올바르게 조정할 수 있는 최대 성능 매개변수도 평가해야 합니다. 다양한 지형에서의 전력 소비에 대한 적절한 분석과 정확한 임무 정의를 통해 임무 요구 사항에 따라 구성된 모듈식 설계 배터리를 사용할 수 있는 배터리 시스템을 최적화할 수 있습니다. 에너지 수요를 평가하기 위해서는 에너지 사용량 예측을 위한 보편적이고 빠른 수치적 방법을 만드는 것이 필수적입니다.

본 문서에 설명된 작업은 다양한 유형의 차량 및 지형 조건에 대한 현대 추진 시스템의 설계, 최적화 및 분석을 위한 보편적인 방법론 개발에 초점을 맞춘 프로젝트의 일부입니다. 온로드 차량의 거동과 성능이 잘 설명되어 있기 때문에 다양한 유형의 차량의 오프로드 성능에 관한 접근 가능한 지식이 부족합니다. 견인력을 평가하는 방법은 한편으로는 복잡하고 종종 부적절한 이론적 모델을 기반으로 하고 다른 한편으로는 특정 유형의 차량에 대한 실험적 테스트를 기반으로 합니다. 본 논문에서 제안된 방법론은 허용 가능한 정확도로 빠른 견인력 계산을 수행할 수 있는 실험적, 이론적 및 수치적 방법의 조합입니다. 연구의 가장 중요한 측면은 추진되지 않은 바퀴에 대한 횡력과 종방향 힘을 예측하는 것이었습니다. 궤도 차량에 대해 수행된 이전 연구에서 관찰된 바와 같이 내부 궤도에서 에너지를 회수할 가능성이 있으며 차륜형 차량에 대해서는 추가 연구에서 조사될 가능성이 있습니다. 전기 모터에 의해 생성되는 토크 측면에서 가장 간단하고 가장 까다로운 것은 제로 회전입니다. 다양하고 완벽하게 제어되는 회전의 경우 다양한 공격 각도에 대해 추진되지 않은 바퀴에 대한 저항력을 조사하고 가능한 에너지 회복 수준을 계산하는 것이 중요합니다.