A Study to Improve Vehicle Ride Comfort and Harvest Energy Using Dynamic Vibration Absorber : 동흡진기 시스템을 이용한 자동차의 승차감 향상 및 에너지 하베스트에 대한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently pollution and energy problem has become a significant issue. Vehicles especially takes a large role in both matters. To solve these two issues, studies must be conducted in order to improve the energy efficiency as well as comfort and stability of the vehicle.
The structure of manual suspension is most simple, and the cost is low so has high reliability. There is no need to control the vibration mode, so the energy cost is zero. However it cannot respond to continuously changing value of frequency from the road, making limits of improving the comfort and stability. Active suspension attaches an actuator between the cat body and axle to emit random force at will to control the comfort and stability of the vehicle, increasing the vehicle's static and dynamic characteristics. But the device is complicated and costs are high, and too much energy is consumed to control the vibration. Semi-active suspension uses variable damper to control the damper according to the magnitude of vibration and frequency from the road to improve the stability and comfort. Although this method has limits of improving the stability and comfort relatively to active suspension, the structure is simple and energy efficiency is high. As seen in above, there has been researches to improve the comfort and stability, but no studies concerning the use of vibration energy to convert into electrical energy have been done.
This thesis proposed a method to improve the comfort and gaining electrical energy at once. This method uses vibration system that consists the vibration energy harvester to produce resonance in same frequency as axle's natural frequency and attaching it to manual suspension's axle. The method can increase the level of comfort than manual suspension, and can gain electrical energy from vibration energy harvester.

국문 초록 (Abstract)

최근에는 환경오염과 에너지문제가 크게 대두되고 있는 실정이다. 특히 자동차의 경우 환경오염과 에너지소비에 한축을 담당한다. 자동차는 이러한 문제점들을 해결하기 위해 에너지효율과 승차감 및 조종안정성을 동시에 높이려는 연구들이 진행되어야한다.
수동현가장치는 구조가 단순하여 가격도 저렴하고 신뢰성도 높은 장점을 가진다. 또한 진동을 제어할 필요가 없기 때문에 에너지소모도 없다. 그러나 노면입력이 가지는 시시각각 변하는 모든 주파수에 대하여 승차감과 조종안정성을 개선시키기는 어렵다. 능동현가장치는 차체와 차축사이에 구동기를 부착하여 임의로 원하는 힘을 발생시켜 승차감과 조종안정성을 제어함으로써 자동차의 정적, 동적특성을 향상시킨다. 그러나 장치가 복잡하여 비용이 많이 들고, 진동을 제어하는데 많은 에너지가 소모된다. 반 능동현가장치는 가변감쇠기를 이용하여 노면에서 들어오는 진동의 크기와 주파수에 따라 감쇠의 크기를 적절하게 조절함으로써 승차감과 조종안정성을 향상시키는 방법이다. 이 방법은 능동현가장치에 비해 상대적으로 승차감과 조종안정성을 향상시키는 데에는 한계가 있으나 구조가 간단함하고 제어하는데 에너지가 적게 소모되는 장점을 가진다. 이상에서와 같이 승차감향상과 조종안정성개선을 위
한 수많은 연구가 수행되어왔지만 현가장치로 전달되는 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 수확하면서 진동을 줄이는 방법에 대한 연구는 미미한 상태이다.
본 논문에서는 승차감을 향상시키면서 전기에너지를 얻는 방법을 제안하였다. 이 방법은 진동에너지 하베스터를 구성하는 진동시스템을 차축부위의 고유진동수와 동일한 주파수에서 공진의 발생하도록 진동에너지 하베스터를 구축한 후에 이를 수동 현가장치의 차축에 부착하는 것이다. 그 결과 제안한 방법은 수동현가장치에 비해 승차감이 향상되고, 또한 승차감이 향상된 것에 비례하여 진동에너지 하베스터로부터 전기에너지를 얻을 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction
• 2. Background theory
• 2-1. Suspension System
• 2-2. Energy Harvester Vibration System using vibration
• 2-3. Dynamic Vibration Absorber Theory
• 2-4. Electromagnetism Vibration Generating System
• 3. Vibration Energy Harvester Design
• 3-1. Mathematical modeling of the 1/4 car suspension system
• 3-2. Vibration system design for the vibration energy harvester
• 3-3. Mathematical modeling of the 1/4 car suspension system attached with the vibration energy harvester
• 4. Simulation Results
• 5. Conclusion