크루즈 컨트롤, 속도 제한기 및 견인력제어 시스템으로 구성된 종 방향 차량 모션 제어 시스템은 차량 운전을 보조하고 차량의 주행 안정성을 개선하기 위해 양산 자동차를 대상으로 개발되고 있다. 자율주행 및 전동화 파워트레인 기술이 발전함에 따라 종 방향 모션 제어 시스템은 차량의 필수 구성 요소가 되었으며 관련 기술도 계속 진화하고 있다. 본 논문에서 제안하는 종 방향 차량 모션 제어 시스템의 주요 핵심은 성능 사양을 충족하고 대량 생산을 위한 효율적인 제어 시스템을 개발하며 환경 조건에 관계없이 탑승자의 편안함과 안전을 보장하기 위해 원하는 모션 동작을 제공하는 것이다. 이에 차량 모션 제어 시스템은 성능 만족을 위해 정상상태 오차를 최소화하고 외란과 모델 불확실성에 의한 제어 성능 저하를 막을 수 있어야 한다. 본 박사학위 논문에서는, 성능 사양 만족을 보장하면서 제어기의 복잡성을 최소화하기 위해, 외란 관측기 기반 제어 ...
크루즈 컨트롤, 속도 제한기 및 견인력제어 시스템으로 구성된 종 방향 차량 모션 제어 시스템은 차량 운전을 보조하고 차량의 주행 안정성을 개선하기 위해 양산 자동차를 대상으로 개발되고 있다. 자율주행 및 전동화 파워트레인 기술이 발전함에 따라 종 방향 모션 제어 시스템은 차량의 필수 구성 요소가 되었으며 관련 기술도 계속 진화하고 있다. 본 논문에서 제안하는 종 방향 차량 모션 제어 시스템의 주요 핵심은 성능 사양을 충족하고 대량 생산을 위한 효율적인 제어 시스템을 개발하며 환경 조건에 관계없이 탑승자의 편안함과 안전을 보장하기 위해 원하는 모션 동작을 제공하는 것이다. 이에 차량 모션 제어 시스템은 성능 만족을 위해 정상상태 오차를 최소화하고 외란과 모델 불확실성에 의한 제어 성능 저하를 막을 수 있어야 한다. 본 박사학위 논문에서는, 성능 사양 만족을 보장하면서 제어기의 복잡성을 최소화하기 위해, 외란 관측기 기반 제어 알고리즘을 제안하여, 종래 기술보다 향상된 종 방향 차량 모션 제어 시스템을 개발한다. 첫째로, 크루즈 컨트롤 시스템의 성능 향상을 위해, 외란 관측기 기반의 차량 속도제어 알고리즘을 제안한다. 외란 관측기 기반 제어기는 모델 불확실성과 외란을 모두 외란 항으로 처리한다. 공칭 모델은 외란 관측기 및 속도제어기를 구현하는 데에 사용된다. 공칭 모델에는 적분기가 있어, 별도의 적분기를 추가하지 않더라도 페루프 제어 시스템에는 적분 동작이 있다. 따라서 피드백 제어기는 비례 게인 제어기어기만으로 구현되며, 정상상태 오차를 0으로 만들 수 있다. 이와 더불어, 역 모델 기반 피드포워드 제어기를 추가하여 목표 속도가 변화하는 상황에서 제어 추종성능을 향상시킨다 속도 제한기에서는, 외란 관측기와 속도 관측기를 결합한 제어기를 제안한다. 피드백 제어기는 크루즈 컨트롤에서 구현한 속도제어기와 동일하게 외란 관측기를 사용하여 구현한다. 비레 제어기를 사용하여 폐루프 시스템을 1차 시스템으로 만들 수 있으며, 급 가속 조건에서도 오버슈트 없은 시스템 응답을 얻을 수 있다. 또한 속도 관측기는 통신으로 인한 오프셋 및 지연의 영향을 감소시켜 제어기의 성능을 향상시킨다. 마지막으로 견인력 제어 시스템에서는, 종래 외란 관측기를 수정하여 제어 성능을 향상시키는 제어 알고리즘을 제안한다. 본 제어기도 크루즈 컨토롤 및 속도 제한기와 동일한 목표를 달성하기 위해, 외란 관측기를 사용하여 설계되었다. 통상적으로 외란 관측기에서 사용하는 저역 통과 필터 대신 대역 통과 필터를 사용하여 휠 슬립을 유발하는 특정 주파수 대역의 외란을 추출하고 노이즈도 최소화한다. 또한 외란을 효과적으로 차단하기 위해 비레 게인 보상기와 적분기가 사용된다. 본 박사학위 논문에서는 제안된 차량 모션 제어 시스템의 성능을 검증하기 위해 하이브리드전기자동차를 대상으로 차량 시험을 수행하고 기존 제어 알고리즘과 비교하였다. 그 결과 제안된 제어기는 기존 제어기보다 우수한 성능을 달성하였다.
크루즈 컨트롤, 속도 제한기 및 견인력 제어 시스템으로 구성된 종 방향 차량 모션 제어 시스템은 차량 운전을 보조하고 차량의 주행 안정성을 개선하기 위해 양산 자동차를 대상으로 개발되고 있다. 자율주행 및 전동화 파워트레인 기술이 발전함에 따라 종 방향 모션 제어 시스템은 차량의 필수 구성 요소가 되었으며 관련 기술도 계속 진화하고 있다. 본 논문에서 제안하는 종 방향 차량 모션 제어 시스템의 주요 핵심은 성능 사양을 충족하고 대량 생산을 위한 효율적인 제어 시스템을 개발하며 환경 조건에 관계없이 탑승자의 편안함과 안전을 보장하기 위해 원하는 모션 동작을 제공하는 것이다. 이에 차량 모션 제어 시스템은 성능 만족을 위해 정상상태 오차를 최소화하고 외란과 모델 불확실성에 의한 제어 성능 저하를 막을 수 있어야 한다. 본 박사학위 논문에서는, 성능 사양 만족을 보장하면서 제어기의 복잡성을 최소화하기 위해, 외란 관측기 기반 제어 알고리즘을 제안하여, 종래 기술보다 향상된 종 방향 차량 모션 제어 시스템을 개발한다. 첫째로, 크루즈 컨트롤 시스템의 성능 향상을 위해, 외란 관측기 기반의 차량 속도제어 알고리즘을 제안한다. 외란 관측기 기반 제어기는 모델 불확실성과 외란을 모두 외란 항으로 처리한다. 공칭 모델은 외란 관측기 및 속도제어기를 구현하는 데에 사용된다. 공칭 모델에는 적분기가 있어, 별도의 적분기를 추가하지 않더라도 페루프 제어 시스템에는 적분 동작이 있다. 따라서 피드백 제어기는 비례 게인 제어기어기만으로 구현되며, 정상상태 오차를 0으로 만들 수 있다. 이와 더불어, 역 모델 기반 피드포워드 제어기를 추가하여 목표 속도가 변화하는 상황에서 제어 추종성능을 향상시킨다 속도 제한기에서는, 외란 관측기와 속도 관측기를 결합한 제어기를 제안한다. 피드백 제어기는 크루즈 컨트롤에서 구현한 속도제어기와 동일하게 외란 관측기를 사용하여 구현한다. 비레 제어기를 사용하여 폐루프 시스템을 1차 시스템으로 만들 수 있으며, 급 가속 조건에서도 오버슈트 없은 시스템 응답을 얻을 수 있다. 또한 속도 관측기는 통신으로 인한 오프셋 및 지연의 영향을 감소시켜 제어기의 성능을 향상시킨다. 마지막으로 견인력 제어 시스템에서는, 종래 외란 관측기를 수정하여 제어 성능을 향상시키는 제어 알고리즘을 제안한다. 본 제어기도 크루즈 컨토롤 및 속도 제한기와 동일한 목표를 달성하기 위해, 외란 관측기를 사용하여 설계되었다. 통상적으로 외란 관측기에서 사용하는 저역 통과 필터 대신 대역 통과 필터를 사용하여 휠 슬립을 유발하는 특정 주파수 대역의 외란을 추출하고 노이즈도 최소화한다. 또한 외란을 효과적으로 차단하기 위해 비레 게인 보상기와 적분기가 사용된다. 본 박사학위 논문에서는 제안된 차량 모션 제어 시스템의 성능을 검증하기 위해 하이브리드 전기자동차를 대상으로 차량 시험을 수행하고 기존 제어 알고리즘과 비교하였다. 그 결과 제안된 제어기는 기존 제어기보다 우수한 성능을 달성하였다.
Longitudinal motion control system, which consists of a cruise control (CC), speed limiter (SL) and traction control system (TCS), has been developed in commercial electrified vehicles to assist drivers and improve vehicle safety. As autonomous driving and electrification powertrain technologies adv...
Longitudinal motion control system, which consists of a cruise control (CC), speed limiter (SL) and traction control system (TCS), has been developed in commercial electrified vehicles to assist drivers and improve vehicle safety. As autonomous driving and electrification powertrain technologies advance, the longitudinal motion control system has become an essential component of vehicles, and related technologies continue to evolve. The main focus of the longitudinal vehicle motion control system is to satisfy performance specifications and develop and efficient control system for mass production as well as to provide desired motion behavior to ensure the occupants’ comfort and safety regardless of environmental conditions. There are several challenges in the performance the longitudinal vehicle motion control, such as obtaining a zero steady state error and rejecting an effect of external disturbance as well as minimizing the effect of model uncertainty. In this dissertation, in order to guarantee the performance specifications and minimize the complexity of the controller, a disturbance observer (DOB) based control algorithm is proposed to develop improved longitudinal vehicle motion control system. In CC, a DOB based vehicle speed control algorithm is proposed. The controller is designed using the DOB to lump the model uncertainty and external disturbances into a disturbance term. A nominal plant model is used to implement the DOB and deriving speed control law. The closed-loop system has an integral action, since the nominal plant model has a type of integrator. Therefore, the closed-loop system has zero steady state error without an integral term in the controller. Moreover, an inverse model-based feedforward term improves tracking performance when the speed reference varies. In SL, a feedback controller combining with a DOB and speed observer is proposed. The DOB realizes a nominal model following as the same way in CC. The proportional controller is employed so that the closed-loop system can be emulated as the first-order system to minimize overshoot in accordance with a rapid acceleration condition. In addition, the speed observer reduces the effect of offset, lag, and delay of the source vehicle speed due to the speed display regulation (Ministry of Land, 2009) and controller area network (CAN) communication between the vehicle controller and the display controller. In addition, a modified DOB based control algorithm for TCS is presented. The controller is designed using the DOB to achieve the same objective to the CC and SL. Instead of a low pass filter, a band pass filter is employed to extract relatively high frequency disturbances causing wheel-slip, and to minimize noise as well. Moreover, the PI compensator is applied to reject the disturbances effectively. To validate the effectiveness of the proposed vehicle motion control system, vehicle experiments were performed on the hybrid electric vehicle and compared with the conventional controller. As a result, the proposed controller achieves superior performance than the conventional controller.
Longitudinal motion control system, which consists of a cruise control (CC), speed limiter (SL) and traction control system (TCS), has been developed in commercial electrified vehicles to assist drivers and improve vehicle safety. As autonomous driving and electrification powertrain technologies advance, the longitudinal motion control system has become an essential component of vehicles, and related technologies continue to evolve. The main focus of the longitudinal vehicle motion control system is to satisfy performance specifications and develop and efficient control system for mass production as well as to provide desired motion behavior to ensure the occupants’ comfort and safety regardless of environmental conditions. There are several challenges in the performance the longitudinal vehicle motion control, such as obtaining a zero steady state error and rejecting an effect of external disturbance as well as minimizing the effect of model uncertainty. In this dissertation, in order to guarantee the performance specifications and minimize the complexity of the controller, a disturbance observer (DOB) based control algorithm is proposed to develop improved longitudinal vehicle motion control system. In CC, a DOB based vehicle speed control algorithm is proposed. The controller is designed using the DOB to lump the model uncertainty and external disturbances into a disturbance term. A nominal plant model is used to implement the DOB and deriving speed control law. The closed-loop system has an integral action, since the nominal plant model has a type of integrator. Therefore, the closed-loop system has zero steady state error without an integral term in the controller. Moreover, an inverse model-based feedforward term improves tracking performance when the speed reference varies. In SL, a feedback controller combining with a DOB and speed observer is proposed. The DOB realizes a nominal model following as the same way in CC. The proportional controller is employed so that the closed-loop system can be emulated as the first-order system to minimize overshoot in accordance with a rapid acceleration condition. In addition, the speed observer reduces the effect of offset, lag, and delay of the source vehicle speed due to the speed display regulation (Ministry of Land, 2009) and controller area network (CAN) communication between the vehicle controller and the display controller. In addition, a modified DOB based control algorithm for TCS is presented. The controller is designed using the DOB to achieve the same objective to the CC and SL. Instead of a low pass filter, a band pass filter is employed to extract relatively high frequency disturbances causing wheel-slip, and to minimize noise as well. Moreover, the PI compensator is applied to reject the disturbances effectively. To validate the effectiveness of the proposed vehicle motion control system, vehicle experiments were performed on the hybrid electric vehicle and compared with the conventional controller. As a result, the proposed controller achieves superior performance than the conventional controller.
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