동적 가진을 고려한 로터리댐퍼 기어 치형 최적화 및 전달오차 저감

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확장요약문

쇽 업소버(shock absorber)는 차량 주행 중 발생하는 진동 에너지를 소산시켜 차체 진동을 억제하는 현가장치의 구성 요소이다. 기존의 수동형(Passive) 쇽 업소버는 사전에 설정된 감쇠 특성에 따라 작동하므로, 다양한 노면 및 주행 조건에 대응하는 데 한계가 있다. 반면, 능동형(Active) 현가 시스템은 외부 에너지로 구동되는 액추에이터를 이용하여 제어력을 발생시키고 차체 거동을 제어한다(1).

본 연구에서는 능동형 현가 시스템에 적용되는 전동식 로터리댐퍼의 기어 치형을 수정하여 전달오차를 저감하고자 하였다. 이를 위해 모터, 2 단 유성기어 감속기, 스윙암 및 링크 기구 등으로 구성된 기존 로터리댐퍼와 기 구축된 감쇠 성능 평가 설비를 활용하였다(2). 해당 시험 환경에서는 전자기식 액추에이터에 의한 동적 가진으로 모터의 회전 방향, 속도 및 토크가 반복적으로 변동한다. 이러한 동적 운전 조건에서 기어 전달오차를 저감하기 위해, 먼저 로터리댐퍼와 시험 설비를 포함하는 다물체 동역학(Multibody Dynamics, MBD) 모델을 구축하였다. 이후 감쇠 성능을 비교 지표로 활용하여 시험 결과와 해석 결과 간의 상관성을 검토하였다. 시험 및 해석 결과는 유사한 경향을 보였으며, 이를 통해 모델이 시스템의 감쇠 특성을 전반적으로 재현함을 확인하였다. 이후 해당 모델을 활용하여 동적 운전 조건을 고려한 기어 치형 수정을 수행하였다. 수정된 치형을 적용한 로터리댐퍼를 제작하고, 진동 측정을 통해 치형 수정의 효과를 평가하였다.

또한 동적 가진 시 시험 설비의 구조적 특성이 감속기 내부의 캐리어 및 축 거동에 영향을 미칠 가능성을 고려하였다. 이에 시험 설비의 대변위 운동에 따른 영향을 최소화하고, 외부 가진력에 의한 감속기 내부 거동을 분석할 수 있도록 설비 구성을 변경하고 시험 환경을 개선하였다. 더불어 로터리댐퍼 하우징에 홀 및 나사홀을 가공하고 갭 센서를 설치하여, 축 방향으로 배치된 세 지점과 원주 방향으로 배치된 두 지점에서 변위를 측정하였다. 이러한 측정 결과는 내부 거동 메커니즘의 상세 분석과 동적 가진을 고려한 기어 치형 최적화 프로세스 개발을 위한 자료로 활용될 수 있다.

(1) Mei, Y., Wang, R., Ding, R., and Jiang, Y., 2025, Classification Evolution, Control Strategy Innovation, and Future Challenges of Vehicle Suspension Systems: A Review, Actuators, Vol. 14, No. 10, Article 485.

(2) Lee, S. M., Pyeon, J. S., Lee, M. S. and Oh, S. H., 2024, Evaluation of Damping Force for Suspension Electric Rotary Damper, Proceedings of the KSAE Annual Autumn Conference, pp. 307–310.