The dynamic characteristics of a heavy special vehicle system, which has a complicated suspension system and a mechanism to fire a projectile, are investigated.
A mathematical model with nine degrees of freedom is considered as the first model and the corresponding equations of motion are derived. The solutions for the dynamic characteristics of the vehicle body, the firing mechanism and the driver are obtained for the case of firing. The solutions are also obtained when the vehicle passes by a given road profile and an obstacle. It is shown that, when the vehicle passes by an obstacle, the vertical and rotational displacement of the vehicle body, the magnitude and frequency of the acceleration acting on the driver, and the dynamic forces acting on the torsion bar and the shock absorber are increased as the roadwheel mass is increased. This tendency is also obserbed when the damping coefficient for the compression stroke of the shock absorber is taken to be equal to that for the rebound stroke.
In order to simplify the complicated mathematical analysis involved in the first model with nine degrees of freedom, the following three simplified models are studied separately:
1) A model having three degrees of freedom
The complicated suspension system of the vehicle is simplified to two equivalent springs and dashpots, and the motion of the firing mechanism is taken into account.
2) A model consisting of two independent systems, each having single degree of freedom
The overall vehicle system is devided into two independent systems, each having single degree of freedom, in which the vehicle body including the firing mechanism is represented by two equivqlent masses, i.e., the front mass and the rear mass. The complicated suspension system is also represented by two equivalent springs and dashpots. Thus, when the vehicle passes by a given road profile, the dynamic characteristics of the vehicle can be obtained by the linear combination of the results of two independent systems.
3) A model consisting of two independent systems, each having two degrees of freedom
In order to take into consideration of the departure of a roadwheel mass from the ground, two equivalent roadwheel masses are added to the model consisting of two independent systems each having single degree of freedom, so that the effect of the departure of the roadwheel mass can be taken into account. The dynamic characteristics of the vehicle can be obtained by the linear combination of the results of two independent systems.
The equations of motion for these three simplified models are solved, and discussed. It is found that, in the case of the road profile with a long base-length, three simplified models can appropriately predict the dynamic characteristics of the vehicle, and in the case of an obstacle, the predicted dynamic characteristics of the vehicle by three simplified models are different in some extents from the results obtained by the model with nine degrees of freedom. It is also found that the model consisting of two independent systems each having two degrees of freedom, which has been considered to take into account of the departure of the roadwheel mass from the ground, does not appropriately predict the effect of the departure of the roadwheel mass.
이 논문은 비행탄체 발사장치와 복잡한 현수장치를 지니고 있는 중량급 특수차량이 비행탄체를 발사하는 경우와 가정한 도로 및 장애물형상을 통과할때 차량의 동적특성에 관한 연구를 내용으로 한다.
실제 차량과 유사한 제1모형을 선정하여 운동방정식을 유도하고, 차량에서 비행탄체를 발사할때 차체 및 발사장치의 동적특성과 Driver 위치에서의 수직가속도를 구하였다.
차량이 가정한 도로 및 장애물형상을 통과할때 발사장치와 차체의 동적 특성을 구하고 차량의 Driver 위치에서의 수직가속도 특성과 토-션바와 충격흡수기에 작용되는 Dynamic Force 를 구하였다.
그리고, 차량이 장애물을 통과하는 경우에서, 차륜질량이 증가하면, 차체의 수직 및 회전변위가 크게 되고, Driver 위치에서의 수직가속도의 크기가 증가되며 Frequency 가 높아지고, 토-션바와 충격흡수기에 작용되는 Dynamic Force 가 증가하게 됨을 밝혔으며, 충격흡수기의 감쇄특성 은 압축시보다 반동시에 감쇄력이 크도록 하는 것이 차체에 안정성을 주고 승무원에게 안정감을 주게 됨을 밝혔다.
선정한 제2모형에서 Impedance Method 와 차체의 수직운동과 회전운동의 고유진동수, 감쇄인수 Spring Center 와 Damping Center 를 일치시켜 제2모형을 구하고, 차량의 관성계와 현수장치의 탄성계를 결합하고, 차체의 수직운동과 회전운동의 감쇄인수를 일치시키고, 비행탄체 발사장치의 자유도는 무시하여 제3모형을 구하고, 제3모형을 변환하여 얻을때와 같은 방법으로 Impedance Method 에 복소수 개념을 도입하여 상당 차륜 질량을 설정한 제4모형을 구하여 각각 가정한 도로 및 장애물 형상을 통과 할 때 차체의 특성을 구하고, 제1모형에서 얻은 결과와 비교하여 도로형상의 Base Length 가 긴 경우에는 간단화된 세 모형으로서도 차체의 동적특성을 구할 수 있음을 보였고, Base Length 가 짧아지면, 차륜질량의 관성효과가 증대하고, 차륜의 지면이탈의 영향이 크게 되어 결과에 차이가 있음을 밝혀, 간단한 모형을 선정하여 차량이 장애물을 통과하는 경우의 동적특성을 구하려 할 때, 차륜질량의 관성효과와 지면이탈의 영향 때문에 실제와는 차이가 나는 결과를 얻게 됨을 밝혔다.
제3모형과 제4모형을 풀이할때는, 1자유도계 또는 2자유도계를 독립적으로 푼 다음, 그 결과를 선형조합하여 차체의 특성을 구하였다.
운동방정식의 풀이에는 수치적분법중 Runge-Kutta Method 와 Hamming의 Predictor-Corrector Method를 이용하였다.
