차량의 조정 안정성 및 승차감은 현가장치의 기구학 및 컴플라이언스(K&C, Kinematics & Compliance) 특성에 의해 주로 지배 받으며 차량의 초기 개발단계에서 이와 관련된 CAE(Computer-Aided Engineering) 기술의 활용이 일반화 되고 있다. 특히 차량 샤시 시스템의 다물체 동역학 해석(Multi-body dynamic analysis)은 차량의 초기 개발단계인 설계과정에서 널리 사용되고 있다. 차량 샤시 시스템 해석은 현가장치의 준정적 해석(Quasi-static analysis)과 차량 동역학 해석(Vehicle dynamic analysis)으로 구분 할 수 있으며, 이들 해석을 통한 차량의 조종 안정성 및 승차감의 정확한 평가는 개발 차량의 기간 단축 및 비용 절감에 중요한 역할을 한다. 이후 실차 주행시험은 차량 샤시 시스템 해석 모델에 대한 평가 결과의 유효성을 검증하는 중요한 수단이다.
일반적으로 차량이 굽은 도로를 회전하거나 선회시 횡 방향 힘에 의하여 차체에는 롤(Roll)이 발생하여 선회력(Cornering force)을 감소시키며, 특히 차고가 높은 자동차인 경우에 급 선회시 롤 오버(Roll over)를 유발시켜 전복되는 경우가 있다. 이와 같이 과도한 롤이 생기는 경우에는 조종 안정성과 승차감에 악영향을 미치므로 롤을 줄이는 것은 매우 중요하다.
본 논문에서는 전방엔진-후륜구동(FR ; Front engine - Rear drive) 중형버스에 대하여 롤 레이트(Roll rate) 향상을 통한 만족스러운 조정 안정성을 얻기 위하여 스테빌라이저 바를 사용한다. 스테빌라이저 바는 안티롤바(Anti-roll bar)라고도 불리며, 차량 선회시 원심력에 의해 롤이 발생하는 경우나 도로 위 범프에 의해 한쪽 차륜만 높아지는 경우에 양 끝단에서 비틀림 각이 발생하게 된다. 이 때 생성된 토크는 양쪽 차륜이 같은 높이가 되도록 하여 차량의 과도한 롤을 억제시키며, 차량의 안정적 거동에 중요한 역할을 한다.
본 논문에서는 이러한 스테빌라이저 바의 롤 강성(Roll stiffness)을 정확하게 구현하기 위해 보 요소의 개수에 따른 4가지 보 요소 모델(이하 Beam model)을 고려하여, 스테빌라이저 바 단품의 롤 강성 시험결과와 각 Beam model의 롤 강성 해석 결과를 상호 비교하여 적절한 보 요소 모델링 방법을 제시하였다. 그리고 스테빌라이저 바 모델링에 대한 최적의 Beam model과 이전 연구자들에 의해 수행 되어왔던 모델링 방법인 회전 비틀림 스프링을 이용한 모델(이하 Kt model), 그리고 부싱 강성을 고려한 모델(이하 Bushing model)에 대하여 각각 전방 현가장치의 서브 해석모델을 구성한 후, 준정적 해석을 수행하여 현가 컴플라이언스 특성들을 고찰하였다. 이에 대한 결과 비교를 통해 Beam model이 Kt model 및 Bushing model과 비교하여, 보 요소 자체의 유연성(Flexibility)으로 인해 스테빌라이저 바의 비틀림과 굽힘 현상을 잘 반영함을 알 수 있었다.
마지막으로 Beam model은 112 자유도, Kt model은 73 자유도, 그리고 Bushing model은 77 자유도를 갖는 전체 차량 모델을 구성하였으며, 전체 차량의 동적 특성 검토를 위하여 차선변경 해석을 수행하여 이 결과를 실차 시험 결과와 비교하였다. 차량 동특성의 4가지 주요 평가 항목인 롤 각(Roll angle) 및 롤 레이트(Roll rate), 그리고 요 레이트(Yaw rate)와 횡 가속도(Lateral acceleration)에 대한 Beam model의 해석 결과 값이 모두 시험 결과에 근접한 경향을 보임을 알 수 있었다. 결론적으로 본 논문에 적용된 스테빌라이저 바의 보 요소 모델링 방법(Beam modeling method)은 그 해석의 타당성과 신뢰성을 바탕으로 다른 샤시 부품들에도 적용 가능함과 동시에 차량의 조종 안정성을 예측하는데 있어 보다 효과적일 것으로 판단된다.

The vehicle''s handling performance and ride comfort are mainly governed by the kinematics and compliance (K & C) characteristics of the vehicle, and the use of computer-aided engineering (CAE) technology is becoming common in the early stages of vehicle development. In particular, multi-body dynamic analysis of the vehicle is widely used in the design process, which is an early stage of vehicle development. Vehicle''s system analysis can be divided into quasi-static analysis and vehicle dynamic analysis of the suspension system. It plays an important role in shortening development period and reducing costs. The real vehicle driving test is then an important means of validating the evaluation results for the vehicle''s simulation model.
In general, when the vehicle turns a curved road, rolling is occurred in the body due to lateral force, thereby reducing the cornering force. Especially in a high-vehicle garage, roll over may be occurred. In the case of such excessive rolling, it is very important to reduce the rolling because it adversely affects the handling performance and ride comfort.
In this paper, a stabilizer bar is used to obtain satisfactory handling performance by improving the roll rate for the front engine-rear drive (FR) medium bus. The stabilizer bar is also called an anti-roll bar, and the torsion angle occurs at both ends when the roll is generated by centrifugal force during vehicle turning or when only one wheel is raised by bumps on the road. At this time, the generated torque keeps both wheels at the same height to suppress excessive roll of the vehicle and plays an important role in the stable behavior of the vehicle.
In this paper, in order to accurately implement the roll stiffness of the stabilizer bar, we proposed an appropriate beam element modeling method considering the four beam element models (hereafter, Beam Model) according to the number of beam elements, by comparing the roll stiffness analysis results of the beam model.
After constructing a sub-analysis model of the front suspension for the optimal beam model for stabilizer bar modeling and the model using rotating torsion springs (hereafter, Kt model), and the model considering bushing stiffness(hereafter, Bushing model), the suspension compliance characteristics were examined by quasi-static analysis.
Compared with the results of the beam model, Kt model and the bushing model, it can be seen that in beam model the torsion and bending characteristics of the stabilizer bar are well reflected due to the flexibility of the beam element itself.
Finally, the beam model consists of 112 degrees of freedom, the Kt model of 73 degrees of freedom, and the bushing model of 77 degrees of freedom, and the lane change analysis is carried out to examine the dynamic characteristics of the vehicle. With comparing the results, the beam model results for the four main evaluation items of the vehicle dynamics; roll angle, roll rate, yaw rate and lateral acceleration, have a tends to be close to test results.
In conclusion, the beam modeling method of the stabilizer bar applied in this paper can be applied to other chassis parts and be more effective in predicting the handling performance of the vehicle based on the validity and reliability of the analysis.