The automotive industry is currently confronted with the problems like air pollution and traffic congestion in urban areas, and as the solution to these, micro electric vehicles are receiving the spotlight. The micro electric vehicles are even smaller than the existing small cars, and they are developed for the purpose of slow driving of a short distance in urban areas. In case of micro electric vehicles, as their size is smaller, a car’s space available for installation of drivetrain is obviously
becomes smaller than the existing small cars. Accordingly, there have been researches about application
of in-wheel motors which in/directly connect the motor, a replacement for the engine, to the wheel. When the in-wheel motors apply to vehicles, it comes with the advantages of improvement of cabin space efficiency and power transmission efficiency; however, since the motor of driving source connects to the wheel directly, the unsprung mass rises up, leading to loss of ride comfort in vehicles. Other problems can also occur such as a change in driveability due to the reduction of road holding ability. For the loss of ride comfort, some studies were carried out to improve the ride comfort by applying semi-active and active suspension. Nonetheless, micro electric vehicles mainly run slowly unlike the existing vehicles, and the cases of using in-wheel motors even among them are limited. Considering the cost and limits on energy available for micro electric vehicles which are developed for the purpose of applying low speed in the downtown, and use motors as driving source, application of semi-active and active suspension can cause shortcomings in the aspect of energy and cost efficiency, and it means that problems would happen from the angle of practical use of micro electric vehicles.
In addition, in-wheel motors are located under the suspension, and its positional characteristics would allow shock from the uneven road surface to go straight to the in-wheel motor assembly without shock absorbing. When faults occur in the in-wheel motor assembly during driving because of such shock, it could be led to accidents, so the automotive standards need to be met in the pre-design stage. However, there were no standards available regarding how much load can be applied to the in-wheel motor assembly. That is why we need examination of shock loading available for the in-wheel motor assembly of on-road vehicles with the in-wheel motor.
This thesis aims to introduce the design analysis of chassis for improvement of ride comfort in micro electric vehicle with the in-wheel motor installed. To improve ride comfort in micro electric vehicle, parameters of passive suspension and motor housing were considered, and through a series of processes the analysis of maximizing the ride comfort was suggested. Then, for verification of the suggested analysis, Armadillo-T, one of the micro electric vehicles with the in-wheel motor, was used, and after applying the design analysis of chassis devised for Armadillo-T, the test of ride comfort was conducted. As the result of the test, the level of ride comfort jumped from original ‘fairly uncomfortable’ to ‘not uncomfortable’. Consequently, it was confirmed that we can secure a certain level of ride comfort which agrees with the purpose of use of micro electric vehicles with the in-wheel motor without additional application of semi-active or active suspension.
Also, shock loading analysis is carried out investigation into the valid design standards about shock loading which is acceptable in the in-wheel motor assembly of on-road vehicles. For this, with the road surface conditions in consideration which could cause relatively big shock loading during driving, the design criteria appropriate for shock loading applied to the in-wheel motor assembly was suggested through simulation.
현재 자동차 산업은 대기오염 및 도심지에서의 교통 혼잡 등의 문제에 직면해 있으며, 이에 대한 대안으로써 초소형 전기자동차가 주목을 받고 있다. 초소형 전기자동차는 기존의 경차 보다 작으며 도심지에서의 근거리 저속운행을 위한 활용 목적으로 개발 된다. 초소형 전기자동차의 경우, 차량의 크기가 작아짐에 따라 차량의 구동계를 설치하기 위해 허용되는 공간이 기존의 경차보다도 작아지게 된다. 이에 차륜에 엔진을 대신한 모터를 직/간접적으로 연결하는 인휠 모터의 적용에 대한 연구가 이루어진 바 있다. 인휠 모터를 차량에 적용할 경우 내부 공간 및 전달효율이 향상되는 장점이 있다. 하지만 구동원인 모터가 차륜에 직접 연결됨에 따라, unsprung mass가 증가하게 되고 이는 차량의 승차감 저하로 이어지게 된다. 또한, 도로 접지 능력 감소에 따른 운전성 또한 변화하게 되는 등 문제점이 발생하게 된다. 이러한 승차감 저하에 대해, 반능동 및 능동형 서스펜션을 적용하여 승차감을 향상시킨 기존 연구들이 존재한다. 하지만 기존의 차량과는 달리 초소형 전기자동차는 주로 저속으로 운행되며, 이 중에서도 인휠 모터를 사용한 경우에 대해서는 그 사례가 제한적인 실정이다. 또한, 모터를 구동원으로 사용하고, 도심에서의 저속 활용 목적으로 개발되는 초소형 전기자동차의 이용할 수 있는 에너지 제한과 비용 측면을 고려하였을 때, 반능동 및 능동형 서스펜션의 적용은 에너지 및 비용 효율의 측면에서 단점이 발생하게 되며, 이는 초소형 전기자동차의 실용적 활용 관점에서 문제점을 야기할 수 있다.
또한, 인휠 모터는 서스펜션 아래에 위치하게 되며, 이는 위치적인 특성상 불규칙한 노면으로부터 발생하는 충격이 완충 없이 인휠 모터 어셈블리에 가해질 우려가 있다. 이러한 충격으로 인해 주행 중 인휠 모터 어셈블리에 고장이 발생할 경우 사고로 이어질 수 있으므로, 사전 설계 단계에서 자동차 산업 표준을 만족시킬 필요가 있다. 하지만, 현재 인휠 모터 어셈블리에 가해지는 충격 하중에 대한 기준은 마련되어있지 않은 상태이다. 이에 인휠 모터를 장착한 도로 차량의 인휠 모터 어셈블리에 허용 가능한 충격 하중에 대한 검토가 필요하다.
본 논문에서는 인휠 모터를 장착한 초소형 전기자동차의 승차감 향상을 위한 섀시 디자인 방법을 소개한다. 초소형 전기자동차의 승차감 향상을 위해 패시브 서스펜션과 모터 하우징의 파라미터를 고려하고, 이를 일련의 과정을 통해 승차감을 최대화할 수 있는 방법을 제안하였다. 이후, 제안한 방법의 검증을 위해, 인휠 모터를 장착한 초소형 전기자동차인 아마딜로-티를 활용하였다. 아마딜로-티에 고안된 섀시 디자인 방법을 적용하여 승차감 평가를 실시하였다. 평가 결과, 기존 ‘fairly uncomfortable’한 수준의 승차감이 ‘not uncomfortable’ 수준의 승차감으로 향상되는 결과를 도출하였다. 이에 따라, 반능동 혹은 능동형 서스펜션의 추가적인 적용 없이 인휠 모터를 장착한 초소형 전기자동차의 사용 목적에 부합하는 수준의 승차감이 확보될 수 있음을 확인하였다.
또한, 도로 차량에서의 인휠 모터 어셈블리에 허용 가능한 충격 하중에 대한 타당한 설계 기준 검토를 실시하였다. 이를 위해, 주행 중 비교적 큰 충격 하중을 일으킬 수 있는 노면 조건을 고려하여 인휠 모터 어셈블리에 가해지는 충격 하중에 대한 타당한 설계 기준을 시뮬레이션을 통해 제안하였다.
