[논문]주행 시뮬레이터를 이용한 차량 안정성 제어기의 성능 검증

정태영; 이건복; 이경수

주행 시뮬레이터를 이용한 차량 안정성 제어기의 성능 검증
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This paper presents human-in-the-loop evaluations of vehicle stability control(VSC) system using a driving simulator. A driving simulator which contains full vehicle nonlinear model is evaluated by using actual vehicle test data on the same driving conditions. Braking control inputs for Vehicle Stability Control system have been directly derived from the sliding control law based on vehicle planar motion equations with differential braking. Closed-loop simulation results at realistic driving situations have shown that the proposed controller reduces driving effort of a driver and enhances stability of a vehicle.

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가설 설정

5는 제어기 설계를 위한 단순한 차량 모델을 나타낸다. 차량의 평면 운동을 고려한 3자유도 차량 모델에서 시스템에 작용하는 외력은 각 타이어에 작용하는 종방향 및 횡방향 힘의 합으로 가정 한다.

제안 방법

8) 주행시뮬레이터를 동일한 주행상황에서의 실차 실험 결과와 비교하여 검증했다. 실차 실험결과와 주행 시뮬레이터 실험결과는 동일한 주행조건에서 상당히 유사한 경향을 나타냈다.
검증했다. 또한 슬라이딩 제어기를 주행 시뮬레이터에 적용하여 고속에서의 차선변경, 일정반경 도로주행, 슬라롬 주행 등의 주행상황을 재현하여 실제 운전자의 반응과 이에 따른 제어기의 성능을 고찰했다.
제동시 속도변화는 고려하지 않는다. 본 연구에서는 3 자유도 차량 모델을 기반으로 제동력을 직접 제어 입력으로 사용하는 슬라이딩 제어기를 설계 했다. 3 자유도 차량모델을 이용하면 속도변화가 많은 주행조건에서의 성능향상을 기대할 수 있고 제동력을 직접 구함으로써 보다 효율적으로 제어기를 구성할 수 있다.
본 연구에서는 비선형 차량 모델을 포함한 주행시뮬레이터를 구성하고, 이를 실차실험 결과와 비교하여 검증했다. 또한 슬라이딩 제어기를 주행 시뮬레이터에 적용하여 고속에서의 차선변경, 일정반경 도로주행, 슬라롬 주행 등의 주행상황을 재현하여 실제 운전자의 반응과 이에 따른 제어기의 성능을 고찰했다.
본 연구에서는 차량 주행 시뮬레이터를 개발하여 실차실험을 통해 검증했고, 주행 시뮬레이터를 이용하여 3자유도 차량모델을 기반으로한 제동력 직접 입력 슬라이딩 제어기의 성능을 다양한 주행상황에서 검토했다.
슬라롬 주행은 60㎞/h 정도의 차속을 유지하면서 30m 간격의 장애물을 피하면서 주행하는 경 우에 대해 실험 했다. Fig.
주행 시뮬레이터는 Fig. 1과 같이 PC를 기반으로 한 Matlab xPC target을 이용하여 실시간 시뮬레이션 환경을 구현했다.⁵⁾ 호스트 PC에서 작성된 차량 모델 및 제어기 프로그램은 타겟 PC 메모리에 업로드된다.
주행 시뮬레이터를 이용한 모의 주행실험은 2장의 주행상황과 같은 일정반경 도로 주행, 슬라롬 주행상황에 대하여 수행되었다.
주행시뮬레이터를 검증하기 위하여 다음과 일정반경 도로 주행 및 슬라롬 주행에 대하여 실차 실험의 실측 데이터와 주행 시뮬레이터 실험 결과를 비교했다.

대상 데이터

PC를 기반으로 실시간 시뮬레이션 환경을 구성했고 23자유도 비선형 차량모델을 사용했다.⁸⁾ 주행시뮬레이터를 동일한 주행상황에서의 실차 실험 결과와 비교하여 검증했다.
회전반경 30m인 일반노면 도로를 시계방향으로 정지상태에서 가속하면서 회전반경을 유지할 수 없을 때까지 실험했다.

이론/모형

실시간 시뮬레이션에 사용된 차량모델은 차체의 6자유도와 각각 1/4현가장치의 8자유도를 고려했다, 구동계 모델은 정적 엔진모델 및 토크컨버터 모델, 자동변속장치를 적용했고 타이어모델은 Paccjka모델을 사용했다.⁶⁾

성능/효과

모의 주행실험 결과, 제안된 차량 안정성 제어기는 여러 가지 주행상황에서 운전자가 원하는 방향, 즉 요속도가 목표값을 정확하게 추종하고 차체 슬립 각을 감소시키는 방향으로 제동입력을 발생시키는 결과를 보였다. 각 주행상황에서 차량 안정성 제어기를 적용한 경우 보다 안정되고 작은 조향 입력으로 운전자의 핸들링 특성을 향상시킨다고 볼 수 있다.

후속연구

향후, 보다 실제 주행에 근접하게 주행상황을 재현할 수 있는 시뮬레이터를 개발하고 운전자의 느낌이나 반응을 정량적으로 산출하여 제어기 성능을 검증할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.

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