차량의 구동방식 중 네 바퀴에 동력이 전달되는 방식을 4륜구동(4WD)이라고 부른다. 4륜구동 방식은 2륜구동과 비교하여, 비포장도로와 같은 험로, 경사가 급한 도로 및 노면이 미끄러운 도로를 주행 시 네바퀴에 구동력을 전달함으로 인해 향상된 주행성능 특성을 보인다. 4륜구동(Four Wheel Drive, 4WD) 차량은 1980년대까지 주로 험로(Off Road) 주행용 차량에 적합하게 적용되어 왔으나, 전/후륜의 토크 조절을 통해서 노면상태 변화에 따른 주행안정성이 2륜구동차량보다 우수해서 최근에는 상시 4륜구동(Full ...
차량의 구동방식 중 네 바퀴에 동력이 전달되는 방식을 4륜구동(4WD)이라고 부른다. 4륜구동 방식은 2륜구동과 비교하여, 비포장도로와 같은 험로, 경사가 급한 도로 및 노면이 미끄러운 도로를 주행 시 네바퀴에 구동력을 전달함으로 인해 향상된 주행성능 특성을 보인다. 4륜구동(Four Wheel Drive, 4WD) 차량은 1980년대까지 주로 험로(Off Road) 주행용 차량에 적합하게 적용되어 왔으나, 전/후륜의 토크 조절을 통해서 노면상태 변화에 따른 주행안정성이 2륜구동차량보다 우수해서 최근에는 상시 4륜구동(Full Time 4WD)기능이 장착된 레저용 차량(Sports Utility Vehicle, Recreational Vehicle)을 중심으로 주행성 향상을 위한 고급 승용차에까지도 적용 범위를 넓혀 가고 있는 추세이다. 본 논문에서는 차량의 구동계 라인을 포함하는 4륜구동 차량에 대한 수학적 모델링을 수립하고 이를 이용하여 4륜구동 차량의 종방향 및 횡방향의 동특성을 분석한 후, 다양한 주행조건 하에서 4륜구동차량의 종방향 구동성능과 횡방향 선회 안정성을 향상시켜 줄 수 있는 제어 알고리즘을 개발하였다. ITD(Intelligent Torque Distribution)를 이용하여 차량 전/후, 좌/우 구동력 배분을 하였으며, TCS(Traction Control System)를 사용하여 차량 종방향 및 횡방향 운동 시에 최적의 Slip ratio를 유지하여 최대의 구동력을 낼 수 있도록 하였다. 4륜구동 차량의 종방향 및 횡방향 차량 동역학적 성능을 극대화시키기 위하여 기존 ESC 시스템과의 통합 제어에 관한 연구를 수행하였으며, 차량의 4바퀴에 가해지는 구동력과 제동력을 복합적으로 제어하여 통상적인 주행상황으로부터 긴급 회피상황까지의 다양한 주행상황에 대해 구동 성능 및 선회 안정성을 향상시키고자 한다. 또한 노면 마찰 계수와 노면 경사도 추정을 통하여 노면 상황에 따라 4륜구동 차량의 각 바퀴에 구동력을 배분해 줌으로써 저마찰 노면이나 언덕구배 노면에서의 차량 가속성능, 등판성능 향상 및 선회 안정성에 대해서 좋은 성능을 보일 수 있도록 하였다. 각각의 제어 시스템들은 제어 성능 향상과 외란에 대한 강성을 보장하기 위해 최적화(Optimizaiton) 기법을 이용한 PID제어기법을 사용하여 구성하였다. 또한 간단한 모델링을 통한 저자유도 차량 모델의 단점인 낮은 신뢰성을 높이기 위하여 27자유도의 전 차량 모델을 가지고 있는 CarSim의 차량 모델을 사용하여 제어기 성능 검증과 차량 모델에 대한 신뢰성을 높였다.
차량의 구동방식 중 네 바퀴에 동력이 전달되는 방식을 4륜구동(4WD)이라고 부른다. 4륜구동 방식은 2륜구동과 비교하여, 비포장도로와 같은 험로, 경사가 급한 도로 및 노면이 미끄러운 도로를 주행 시 네바퀴에 구동력을 전달함으로 인해 향상된 주행성능 특성을 보인다. 4륜구동(Four Wheel Drive, 4WD) 차량은 1980년대까지 주로 험로(Off Road) 주행용 차량에 적합하게 적용되어 왔으나, 전/후륜의 토크 조절을 통해서 노면상태 변화에 따른 주행안정성이 2륜구동차량보다 우수해서 최근에는 상시 4륜구동(Full Time 4WD)기능이 장착된 레저용 차량(Sports Utility Vehicle, Recreational Vehicle)을 중심으로 주행성 향상을 위한 고급 승용차에까지도 적용 범위를 넓혀 가고 있는 추세이다. 본 논문에서는 차량의 구동계 라인을 포함하는 4륜구동 차량에 대한 수학적 모델링을 수립하고 이를 이용하여 4륜구동 차량의 종방향 및 횡방향의 동특성을 분석한 후, 다양한 주행조건 하에서 4륜구동차량의 종방향 구동성능과 횡방향 선회 안정성을 향상시켜 줄 수 있는 제어 알고리즘을 개발하였다. ITD(Intelligent Torque Distribution)를 이용하여 차량 전/후, 좌/우 구동력 배분을 하였으며, TCS(Traction Control System)를 사용하여 차량 종방향 및 횡방향 운동 시에 최적의 Slip ratio를 유지하여 최대의 구동력을 낼 수 있도록 하였다. 4륜구동 차량의 종방향 및 횡방향 차량 동역학적 성능을 극대화시키기 위하여 기존 ESC 시스템과의 통합 제어에 관한 연구를 수행하였으며, 차량의 4바퀴에 가해지는 구동력과 제동력을 복합적으로 제어하여 통상적인 주행상황으로부터 긴급 회피상황까지의 다양한 주행상황에 대해 구동 성능 및 선회 안정성을 향상시키고자 한다. 또한 노면 마찰 계수와 노면 경사도 추정을 통하여 노면 상황에 따라 4륜구동 차량의 각 바퀴에 구동력을 배분해 줌으로써 저마찰 노면이나 언덕구배 노면에서의 차량 가속성능, 등판성능 향상 및 선회 안정성에 대해서 좋은 성능을 보일 수 있도록 하였다. 각각의 제어 시스템들은 제어 성능 향상과 외란에 대한 강성을 보장하기 위해 최적화(Optimizaiton) 기법을 이용한 PID제어기법을 사용하여 구성하였다. 또한 간단한 모델링을 통한 저자유도 차량 모델의 단점인 낮은 신뢰성을 높이기 위하여 27자유도의 전 차량 모델을 가지고 있는 CarSim의 차량 모델을 사용하여 제어기 성능 검증과 차량 모델에 대한 신뢰성을 높였다.
The longitudinal performance of the 4WD vehicles is better than that of the 2WD vehicles since 4WD vehicle can control both the front and rear wheel torques, For this reason, the 4WD system, which was mainly adopted in SUV and off-road vehicles, is now growing in demand for the passenger vehicles as...
The longitudinal performance of the 4WD vehicles is better than that of the 2WD vehicles since 4WD vehicle can control both the front and rear wheel torques, For this reason, the 4WD system, which was mainly adopted in SUV and off-road vehicles, is now growing in demand for the passenger vehicles as well. Despite its advantages, the 4WD system with the fixed torque distribution ratio between the front and rear wheels does not show satisfactory cornering performance when the vehicle is accelerated. It is because, when cornering, the optimal torque distribution ratio of the four wheels must change with the turning radius and the road friction coefficient. To solve the above problem, significant research efforts are being made in the automotive industries by studying power distribution devices which can distribute front and rear wheel torques in an optimal way with an electronic control. The transfer case, which is a device that can distribute engine output torque over the front and rear wheels, is a core component of the 4WD system. The cornering performance of the 4WD vehicle can be improved by adjusting the front and rear wheel torques by means of transfer case. Without proper torque distribution in accordance with the driving conditions, however, the wheels can still slip excessively and the lateral driving performance can deteriorate. The objective of this study is to establish a mathematical model of the mechanical 4WD system containing the transfer case, and to develop a control algorithm that can improve traction, stability and handling performance of the 4WD vehicles under various driving conditions. To this end, the algorithm judges the driving condition based upon the driver input signals, the vehicle motion signals, and estimation of the road friction. To validate the designed algorithm, simulation was performed under various driving conditions to show longitudinal acceleration and gradient performance, lateral cornering and lane change performance, and its results are given and analyzed in this paper.
The longitudinal performance of the 4WD vehicles is better than that of the 2WD vehicles since 4WD vehicle can control both the front and rear wheel torques, For this reason, the 4WD system, which was mainly adopted in SUV and off-road vehicles, is now growing in demand for the passenger vehicles as well. Despite its advantages, the 4WD system with the fixed torque distribution ratio between the front and rear wheels does not show satisfactory cornering performance when the vehicle is accelerated. It is because, when cornering, the optimal torque distribution ratio of the four wheels must change with the turning radius and the road friction coefficient. To solve the above problem, significant research efforts are being made in the automotive industries by studying power distribution devices which can distribute front and rear wheel torques in an optimal way with an electronic control. The transfer case, which is a device that can distribute engine output torque over the front and rear wheels, is a core component of the 4WD system. The cornering performance of the 4WD vehicle can be improved by adjusting the front and rear wheel torques by means of transfer case. Without proper torque distribution in accordance with the driving conditions, however, the wheels can still slip excessively and the lateral driving performance can deteriorate. The objective of this study is to establish a mathematical model of the mechanical 4WD system containing the transfer case, and to develop a control algorithm that can improve traction, stability and handling performance of the 4WD vehicles under various driving conditions. To this end, the algorithm judges the driving condition based upon the driver input signals, the vehicle motion signals, and estimation of the road friction. To validate the designed algorithm, simulation was performed under various driving conditions to show longitudinal acceleration and gradient performance, lateral cornering and lane change performance, and its results are given and analyzed in this paper.
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