It is expected that personal urban electric vehicles will be used in the future because of restriction on emission of carbon dioxide, rising energy demands and high oil price. With change of number of wheels and various steering systems, alternative chassis structures can be used for the personal urban electric vehicle.
10 different chassis structures are investigated for the personal urban electric vehicle. The chassis structures, which need high driving torque and show extreme oversteer characteristics at the cornering identi-fied and are not investigated further. Power consumption of the 6 different applicable chassis structures([four-wheel, Ackermann(Front), Fixed(Rear)], [four-wheel, Ackermann(Front), Skid(Rear)], [four-wheel, Ackermann(Front), Ackermann(Rear)], [three-wheel, Ackermann(Front), Fixed(Rear)], [three-wheel, Skid(Front), Ackermann(Rear)], [three-wheel, Ackermann(Front), Ackermann(Rear)]) were compared through the driving cycle simulation and steady circle turning simulation. The driving cycle simulation was performed to understand the weight change effect. The steady circle turning simulation was done for understanding the various steering system effects on the power consumption. According to the driving cycle simulation results 1% of weight reduction cause about 0.67% power consumption reduction. The lightest chassis structure of the 6 different applicable ones can reduce 2.6 % power consumption by weight reduction of steering system and wheel. To investigate the various steering system effect, the weight of the 6 different applicable chassis structures were tuned to be identical in the steady circle turning simulation. The [four-wheel, Ackermann(F), Skid(R)] and [three-wheel, Skid(F), Ackermann(R)] chassis structure can reduce 5~10% power consumption in the steady circle turning simulation by optimally the Ackermann and skid steering. The main reason of power consumption reduction is the longitudinal rolling resistance reduction caused by the side slip angle and steering angle changes. Reduction of the yaw rate caused by the steering angle decrease is compensated by skid steering to keep the yaw rate unchanged.
The personal urban electric vehicles can be classifiable into a four-wheel vehicle and a three-wheel vehicle by number of wheels. Rollover stability of the three-wheel and four-wheel vehicles were studied based on the same criteria because the three-wheel vehicle is prone to rollover at the cornering. To understand the rollover stability, rollover vehicle models of the three-wheel and the four-wheel vehicle were designed and their accuracy was verified by CarSim. Rollover threshold of the three-wheel and the four-wheel vehicle were compared by the rollover vehicle model and the CarSim. According to the simulation result, height of mass center of the three-wheel vehicle should be designed under 40 cm for same rollover performance of a compact vehicle and under 50 cm for same rollover performance of a sport utility vehicle. The aforementioned maximum height of mass center for rollover stability requirement of the three-wheel vehicle is not low, considering that the height of mass center of the compact vehicle is 50 ~ 58 cm and the height of mass center of the sports vehicle is 45 ~ 50 cm, especially when the battery is located in lower position.
에너지의 수요 및 이산화 탄소 배출 증가, 고 유가에 의한 영향으로 개인용 도심주행 전기자동차를 사용할 것이라 전망하고 있다. 바퀴 수의 변화 및 조향 장치의 다양성으로 여러 가지 샤시 구조가 개인용 도심주행 전기자동차의 샤시 구조의 대안이 될 수 있다.
10개의 샤시 구조가 개인용 도심주행 전기자동차의 샤시 구조가 된다. 이 여러 가지 샤시 구조 대안 중 선회 시 고 토크를 요구하거나 오버 스티어링 특성을 띠는 샤시 구조는 제외하였다. 이 샤시 구조를 제외한 6 종류([네 바퀴, Ackermann(앞), Fixed(뒤)], [네 바퀴, Ackermann(앞), Skid(뒤)], [네 바퀴, Ackermann(앞), Ackermann (뒤)], [세 바퀴, Ackermann(앞), Fixed(뒤)], [세 바퀴, Skid(앞), Ackermann(뒤)], [세 바퀴, Ackermann(앞), Ackermann(뒤)])의 샤시 구조에 대해 주행모드 모의 시험, 선회 모의 시험을 하여 파워 소비를 비교 하였다. 주행모드 모의 시험은 각 샤시별 무게 변화에 의한 영향을 알아보기 위하여 수행하였으며, 정상상태 선회 모의 시험은 조향 장치의 변화에 따른 파워 소비를 비교하기 위해 하였다. 주행모드 모의 시험 결과 무게 1% 감소에 따라 소비되는 파워는 0.67% 감소함을 알 수 있었다. 적용 가능한 샤시 구조 중 가장 가벼울 것이라 예상되는 [세 바퀴, Skid(앞), Ackermann(뒤)] 샤시 구조가 약 2.6%정도의 파워 소비 감소 효과를 가져왔다. 선회 모의 시험은 샤시 구조의 변화에 따른 파워 소비를 비교하기 위한 것이므로 무게를 동일하게 하였다. 선회 모의 시험 결과, 액커만 조향장치와 스키드 조향 장치를 같이 사용하는 샤시 구조가 5~10% 정도의 파워 소비 감소 효과를 가져왔다. 선회 시 파워 소비 감소 효과를 가져올 수 있는 이유는 선회 시 조향각 증가에 의해 발생되는 선회 저항력을 조향각 감소를 통해 줄여줄 수 있어 파워 소비가 감소된다. 기존 차량의 경우 조향각 감소로 인해 요율이 감소되지만, 액커만 조향과 스키드 조향을 가지는 샤시 구조의 경우 스키드 조향 장치에 의한 요율 보상으로 요율은 변화되지 않아 기존 차량과 같은 회전 반경으로 선회하게 된다.
개인용 도심 주행 전기자동차에 적용 가능한 여러 가지 샤시 구조를 바퀴 수의 개수에 따라 네 바퀴 차량과 세 바퀴 차량으로 분류할 수 있다. 바퀴가 하나 없는 세 바퀴 차량의 경우 네 바퀴 차량과 비교하여 더 쉽게 전복현상이 발생될 수 있을 것이라 예상되어 네 바퀴 차량과 세 바퀴 차량의 선회 시 전복현상을 알아보는 전복 안정성 연구가 하였다. 이를 위해 네 바퀴 차량과 세 바퀴 차량의 전복 차량 모델을 설계하며 이를 CarSim을 통해 검증하고 두 차량의 횡 방향 가속도 전복 한계점을 비교했다. 전복 차량 모델과 CarSim의 모의 시험 결과, 세 바퀴 차량의 경우 소형 차량의 전복 한계 값의 성능을 확보하기 위해서는 무게 중심의 높이가 40 cm이하로 설계해야 되고SUV 성능을 만족하기 위해선 무게 중심의 높이가 50 cm이하로 설계해야 된다. 소형 차량의 무게 중심의 높이가 50 cm ~ 58 cm, 스포츠 차량의 무게 중심의 높이가 45 cm ~ 50 cm 임을 고려했을 때, 세 바퀴 차량의 무게 중심 높이가 많이 낮지 않음을 알 수 있었다.
