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문제 정의
- 차량의 조향력 (steering effort)을 보조하는 동력 조향 장치는 정지 시나 저속 주행 시 운전자의 조향 조작력에 대한 운전자의 부담을 덜어주는 것이 목적이다. 하지만 고속 주행 시에는 타이어의 접지 서항의 감소에 따라 조향력이 가벼워지게 되어 조향 안정성이 나빠지므로 이를 방지하기 위해서는 보조 조향력을 경감시키거나 오히려 핸들이 무거워 지도록 잡아주어야 한다.
- 그러나 보통은 모터의 관성 (motor anna lure inertia) 이나 조향계의 마찰 동이 조향 성능이나 조향감(steering feel), 그리고 차량 운동 성능에 영향을 주고, 모터 용량의 한계성 때문에 경차에만 주로 적용이 되어 왔다. 이후 중형급 이상의 차량에 적용하기 위하여 기존의 조향 컬럼에 연결하는 대신 랙바(rack bar) 에 직접 연걸하는 볼 스크류(ball screw)형의 전동식 동력 조향장치가 고안되어 사용되고 있으며 2), 3), 본 연구에서는 이를 위한 제어기를 설계하고 자 한다. 본 논문에서는 위에서 언급한 볼 스크류형 전동식 동력 조향 장치 시스템의 모델을 유도하고 이를 바탕으로 제어기를 설계하였다.
- 이후 중형급 이상의 차량에 적용하기 위하여 기존의 조향 컬럼에 연결하는 대신 랙바(rack bar) 에 직접 연걸하는 볼 스크류(ball screw)형의 전동식 동력 조향장치가 고안되어 사용되고 있으며 2), 3), 본 연구에서는 이를 위한 제어기를 설계하고 자 한다. 본 논문에서는 위에서 언급한 볼 스크류형 전동식 동력 조향 장치 시스템의 모델을 유도하고 이를 바탕으로 제어기를 설계하였다. 또한 조향 특성을 나타내는 지표로서 조향가 게인을 정의하고, 이에 대한 제어기의 영향을 주파수 영역 및 시간 영역에서 고찰함으로써 제어기의 유용성을 검증하였다.
- 따라서 적절한 자유도를 가진 정확한 모델을 구성하이 조향 장치 및 차량의 조향 안정성을 분석하며, MDPS 시스템의 제어 알고리즘을 산출하는데 목적이 있다.
- 조향감은 운전자의 반력 토오크 (driver's feedback torque)와 관계가 있고, 조향감을 수학적으로 나타내기 위해서는 조향 조작과 조향 반력 토오크가 연관된 식이 필요하다. 본 논문에서는 다음과 같이 조향각과 반력 토오크가 전달함수의 형식으로 표시된 조향각 게인 (steering angle gain)을 사용하여 조향감을 나타내는 지표로 삼고자 한다.
- 그러나 실제 차량의 조향 계는 부싱 (bushing)이나, 비선형 마찰, 현가 장치의 조향 효과 등 정확하게 모델링 하기에 난해한 요소들이 많다. 본 연구에서는 실제 차량에 가까운 응답을 얻어내기 위하여 실제 차량의 속도 및 조향 차에 따라 랙바에 걸리는 힘을 측정한 다음, 이 값을 이용하여 시뮬레이션상의 조향력을 보정하였다.
- 본 논문에서는 볼 스크류형의 MDPS 시스템에 대한 모델링을 수행하였으며, 이를 위한 제어기를 설계하였다. 제어기는 조향 토오크 외에 토오크의 변화율, 그리고 조향 각속도에 비례하는 제어기를 사용하였다.
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