[2026학년도 1학기 캡스톤디자인] JLP Dynamics_지형 적응형 4륜 독립조향 e-모빌리티

Abstract

본 과제는 불규칙한 요철과 급격한 경사 변화를 동반한 야전 오프로드 및 국방 표준 기동시험장 환경에서 경량형 UGV의 기동 불능을 방지하고 주행 안정성을 극대화하기 위한 가변 현수 및 조향 시스템 개발을 목표로 한다. 기존 수동형 서스펜션 차량은 능선 교차 구간 통과 시 차체 하부가 지면에 걸리는 ‘배걸림(Center high-centering)’ 현상에 취약하며, 험지 주행 시 발생하는 고주파 진동과 과도한 동적 하중 이동으로 인해 구동륜의 접촉력이 상실되는 한계를 지닌다.

본 과제에서는 이러한 한계를 극복하고자 사용자 인터페이스(UI) 조작 및 능동 제어를 통해 주행 중 실시간으로 지상고를 150 mm에서 250 mm까지 가변할 수 있는 가변 지상고 메커니즘과, 선회 반경을 최소화하는 4WS 독립 조향 시스템을 유기적으로 결합한 하이브리드 기동 플랫폼을 제안한다.플랫폼 설계의 타당성 및 신뢰성 검증을 위해 본 과제에서는 기구학적 상충 관계(Trade-off) 해석과 Simscape Multibody 기반의 고충실도(High-fidelity) 3차원 동역학 시뮬레이션을 수행하였다. 차량의 구동계는 험지 저항 조건을 고려하여 역산된 휠 1기당 소요 동력 653.24 W을 기반으로 테스트베드용 600W급 BLDC 모터 사양을 반영하였으며, 전기적·기계적 파라미터를 가상 환경에 정밀 매핑하여 설계 치수 대비 98.5%의 극도로 높은 거동 유사도를 확보하였다. 지형 검증에서는 야전 사면 요구 경사각(21.3º) 대비 UGV 사면 단면 경사각(24.4º)의 기하학적 마진(+14.55%)을 입증하여 하부 간섭을 완벽히 회피하였다. 아울러 불규칙 구체 외란 노면 조건에서 4륜 실시간 개별 지상고 조절 시스템을 적용한 결과, 수동 고정 모드 대비 Peak-to-Peak 롤링 및 피칭 진동 폭이 각각 47.4%, 20.2% 감소하는 정량적 거동 감쇄 성과를 도출하였다.또한 야전의 가혹한 수직 충격 하중에 대응하고자 ANSYS 기반 유한요소해석(FEA) 및 형상최적화를 선제적으로 적용하여 핵심 부품인 로커암과 너클의 안전계수를 2 이상으로 설계 확보하였다. 본 과제는 향후 전방 지형 인지 기반의 예측 제어(Preview Control) 알고리즘 고도화와 600W급 테스트베드 실물 검증을 병행함으로써, 다목적 군용 무인 플랫폼의 생존성과 오프로드 주행성 향상을 위한 핵심 원천 기술을 제공하고자 한다.