자동차의 차량 좌표계와 6 자유도 운동 (Motion) 에 대한 정의

자동차의 운동을 분석하고 검토할 때 보통 공간 상에서 운동하는 강체(Rigid Body)로 보고 3축의 차량 좌표계에서 각 축에 대한 6 자유도의 운동으로 분석하게 됩니다. 각 운동에 대한 정의를 이해하는 것은 승차감과 조정안정성 등 자동차의 운동(Vehicle Dynamics)을 공부하는 데 있어 기본이 되는 것으로 자동차를 좋아하는 사람들은 꼭 숙지하고 계셔야 된다고 생각합니다. 따라서 오늘은 차량 좌표계와 자동차의 기본적인 운동에 대한 정의를 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

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차량 좌표계

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차량 좌표계는 위의 그림과 같이 개략적으로 표현할 수가 있습니다. 자동차 제조사마다 차이는 있지만 차량 개발 시 원점(0,0,0)을 정의하고 XYZ 축을 설정하게 됩니다. 여기서 XZ 면을 기준으로 차량 좌우는 대칭으로 설정하게 됩니다.

X 축 : 차량 앞뒤 방향의 기준 축
Y 축 : 차량 좌우 방향의 기준 축
Z 축 : 차량 위아래 방향의 기준 축

자동차의 운동에 대한 정의

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앞서도 설명드렸지만 각각의 질량을 갖는 강체(Rigid Body)는 공간상에서 6 자유도의 운동을 하게 됩니다. 또한 자동차는 스프링 상질량인 바디와 스프링 하질량인 프런트 서스펜션과 리어 서스펜션 3개의 질량을 갖는 강체로 표현되며 따라서 18 자유도의 운동을 하게 됩니다. 위의 그림은 독립현가(Independant Suspension)인 프런트 서스펜션, 솔리드 액슬 서스펜션인 리어 서스펜션으로 구성되어 있습니다.

Performance

XY면을 기준으로 좌우 대칭으로 자동차의 앞뒤 방향 X 축 방향의 운동을 표현합니다. 이는 주로 자동차의 가속, 감속할 때 발생하는 운동입니다.

Side Slip

자동차 바디(Body)의 좌우 방향 Y 축 방향의 운동을 표현합니다.

Bounce

자동차 바디 (Body)의 상하 방향 Z 축 방향의 운동을 표현합니다.

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Roll

자동차의 바디(Body)의 차량 좌표계 X 축을 기준으로 한 회전 운동을 표현합니다.

Pitch

자동차의 바디(Body)의 차량 좌표계 Y 축을 기준으로 한 회전 운동을 표현합니다.

Yaw

자동차의 바디(Body)의 차량 좌표계 Z 축을 기준으로 한 회전 운동을 표현합니다.

자동차의 각 질량별 운동의 정의 정리

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앞서 말씀드린 자동차의 3개의 질량을 갖는 강체의 운동을 테이블로 간략히 정리하면 아래와 같습니다.

	운동 모드	Body	독립 현가(Indepandent Susp.)	Solid Axle Susp.
각 축을 따라 병진 운동	X 축	Performance	Scuff	Scuff
	Y 축	Side Slip	Scrub	Shake
	Z 축	Bounce	Wheel Hop 또는 Bump와 Rebound	Wheel Hop 또는 Bump와 Rebound
각 축을 기준으로한 회전 운동	X 축	Roll	Camber Change	Tramp
	Y 축	Pitch	Caster Change	Wind-up
	Z 축	Yaw	Toe Change	Yaw 또는 Steer