[논문]차량의 선회시 주행 안정성 강화를 위한 ESP 시스템 개발 및 성능 평가 (II)

송정훈

doi:10.3795/ksme-a.2006.30.12.1551

차량의 선회시 주행 안정성 강화를 위한 ESP 시스템 개발 및 성능 평가 (II)
Development and Evaluation of ESP Systems for Enhancement of Vehicle Stability during Cornering (II) 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.30 no.12 = no.255, 2006년, pp.1551 - 1556

Abstract ▼ AI-Helper

Two yaw motion control systems that improve a vehicle lateral stability are proposed in this study: a rear wheel steering yaw motion controller (SESP) and an enhanced rear wheel steering yaw motion controller (ESESP). A SESP controls the rear wheels, while an ESESP steers the rear wheels and front outer wheel to allow the yaw rate to track the reference yaw rate. A 15 degree-of-freedom vehicle model, simplified steering system model, and driver model are used to evaluate the proposed SESP and ESESP. A robust anti-lock braking system (ABS) controller is also designed and developed. The performance of the SESP and ESESP are evaluated under various road conditions and driving inputs. They reduce the slip angle when braking and steering inputs are applied simultaneously, thereby increasing the controllability and stability of the vehicle on slippery roads.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 단점을 개선하기 위하여 이 연구에서는 차량의 주행상태를 고려하여 후륜 조향 각도를 능동적으로 제어할 수 있는 시스템을 설계한다. 이를 위하여 기준 요 속도(reference yaw rate)를 설정하고 후륜 조향을 이용하여 목표 값을 추종하는 SESP(steer ESP) 제어기를 제안하고 성능을 분석한다.

가설 설정

여기서 조향 입력은 차량이 진행하고자 하는 목표 경로와 차량 무게 중심 과의 거리, 운전자의 주시거리 그리고 요 각도의 함수로 가정하였다. 보다 자세한 사항은 참고 문헌 (7)을 참고하기 바란다.
이 조건에서는 운전자의 조향 입력에 의한 영향은 존재하지 않지만 차량의 횡방향 운동은 발생되므로 ESP 시스템의 성능 평가에 많이 사용되고 있다(U&D. 이 연구에서는 오른쪽 전륜 및 후륜은 젖은 아스팔트 노면 위를 21리고 왼쪽 전륜 및 후륜은 눈길 위를 주행한다고 가정한다. 또한 차량의 초기 속도는 30m/sec 이며 조향 입력은 가해지지 않았다.
8은 시간에 따른 횡방향의 목표 주행 궤적을 나타낸다. 즉 차량은 1.0초에 차선 변경을 시작하여 5.0초에 완료하는 것으로 가정하였다. 노면 조건은 눈길이며 초기 주행 속도는 20m/sec이다.
같다. 초기 속도는 30m/sec 이며 제동 입력이 가해진 후 0.5sec 에서 조향 입력이 시작되었다고 가정 한다[Fig. 2(a) 그림].

제안 방법

SESP 및 ESESP 의 성능을 다양한 운전조건에서 검증하였다. 또한 ABS 만을 장착한 차량과 횡 방향 안정성, 조향 성능 그리고 제어 성능 등을 비교하였다.
split-n 노면에서 조향 입력 없이 제동 입력 만을 가하였을 때 차량 및 제어기의 성능을 평가하였다. split-g 노면이란 좌우 바퀴의 노면 조건이 현저히 다른 노면을 의미한다.
계산한다.板8)또한 운전자에 의한 조향 입력을 보다 정확히 모사하기 위하여 운전자 모델을 사용하며 simplified steering system model 을 이용하여 조향 장치 및 조향 입력을 조향 바퀴 (steering wheel)에서부터 모델링 하였다.仰
이 연구에서 제안되는 SESP 제어기는 향각을 이용하여 요 운동을 발생시킨다. 끄러운 노면에서 차량의 조향 성능을 占 하기 위하여 PID 제어 방법을 이용하여 깥쪽 바퀴의 제동 압력을 동시에 제어하는 ESESP 제어기도 설계한다.
검증하였다. 또한 ABS 만을 장착한 차량과 횡 방향 안정성, 조향 성능 그리고 제어 성능 등을 비교하였다. 아래에 실시된 모든 운전 조건은 시뮬레이션의 시작과 동시에 제동 입력이 가해지며 ABS 는 바퀴의 잠김을 방지하기 위하여 거의 동시에 동작을 개시한다.
있었다. 또한 차선 변경시 조향 입력을 감소 시켜 운전 편의성을 증가시켰다.
ABS 의 기능을 구현하기 위하여 슬라이 딩 모드 제어법을 적용하였다. 완성된 차량 모델 및 제어기의 성능은 다양한 조향 입력과 노면 조건을 이용하여 검증하였다.
이 연구에서 제안되는 SESP 제어기는 향각을 이용하여 요 운동을 발생시킨다. 끄러운 노면에서 차량의 조향 성능을 占 하기 위하여 PID 제어 방법을 이용하여 깥쪽 바퀴의 제동 압력을 동시에 제어하는 ESESP 제어기도 설계한다.
이 연구에서는 차량의 횡방향 안전성 향상을 위하여 후륜 조향각을 제어하는 SESP 제어기와 후륜 조향각 뿐만 아니라 전륜 바깥쪽 바퀴까지 제어하는 ESESP 제어기를 제안하였다.
제어할 수 있는 시스템을 설계한다. 이를 위하여 기준 요 속도(reference yaw rate)를 설정하고 후륜 조향을 이용하여 목표 값을 추종하는 SESP(steer ESP) 제어기를 제안하고 성능을 분석한다. 또한 횡방향 안정성을 보다 개선하기 위하여 전륜 바깥쪽 바퀴의 제동 압력까지 동시에 제어하는 ESESP (Enhanced SESP) 제어기도 제안한다.
젖은 아스팔트 노면에서 제동 입력 및 사인 (sine) 파형의 조향 입력을 동시에 가하였을 때 차량 및 제어기의 성능을 살펴보았다. 입력으로 사용된 사인 파형의 파장은 ±20。이며 0.
차량 및 제어기의 성능을 평가하기 위하여 젖은 아스팔트 및 눈길의 노면 조건에서 시뮬레이션을 실시하였으며 다양한 조향 입력을 이용하여 횡 방향 힘을 발생시켰다.

대상 데이터

차량 모델(鱼11 car model)은 동력 발생 및 전달기구, 서스팬션, 바퀴, 샤시 그리고 노면 조건 등과 같은 몇 개의 부분 모델(sub-model)로 구성된다. 이 모델들에 대한 자세한, 기술은 Fig.

이론/모형

비선형 차량 모델을 사용하며 종방향 안전성 확보를 위하여 ABS(Anti-lock Brake System)제어기를 이용한다. ABS 의 기능을 구현하기 위하여 슬라이 딩 모드 제어법을 적용하였다. 완성된 차량 모델 및 제어기의 성능은 다양한 조향 입력과 노면 조건을 이용하여 검증하였다.
ESP 제어기의 성능을 평가하기 위하여 15 자유도의 비선형 차량 모델을 사용하며 종방향 안전성 확보를 위하여 ABS(Anti-lock Brake System)제어기를 이용한다. ABS 의 기능을 구현하기 위하여 슬라이 딩 모드 제어법을 적용하였다.
이 연구에서는 운전자에 의한 차선 변경을 모사하기 위하여 운전자 모델을 사용하였다. 여기서 조향 입력은 차량이 진행하고자 하는 목표 경로와 차량 무게 중심 과의 거리, 운전자의 주시거리 그리고 요 각도의 함수로 가정하였다.
제동 압력은 각 바퀴에 독립적으로 적용되 며 sliding mode control 방법을 사용하여 계산된다. 이 방법은 강인 제어 (robust control)의 일종으로 외란에 강인하며 비선형 시스템을 제어할 수 있다는 장점이 있다.
한편 타이어에서 발생되는 힘은 Dugoff 모델을 이용하여 계산한다.板8)또한 운전자에 의한 조향 입력을 보다 정확히 모사하기 위하여 운전자 모델을 사용하며 simplified steering system model 을 이용하여 조향 장치 및 조향 입력을 조향 바퀴 (steering wheel)에서부터 모델링 하였다.

성능/효과

이에 따라 미끄러짐 긱도와 요속도 그리고 횡방향 가속도가 발생된다. 결과를 살펴보면 ABS 차량은 가장 큰 미끄러짐 각과 요 속도 및 횡방향 가속도를 나타내었다. 이는 ABS 가 차량의 횡방향 안전성을 보장해주지 못하기 때문이다.
결과를 살펴보면 미끄러운 노면에서 제동 입력과 동시에 J-tum 및 사인 파형의 조향 입력이 가해지면 SESP 및 ESESP 제어기는 차량의 횡 방향 안전성 및 조향 성능을 개선시켰음을 알 수 있었다. 결과적으로 oversteering 현상을 억제시킬 수 있었으며 운전자의 운전의지를 차량의 거동에 적절히 반영시킬 수 있었다.
결과적으로 oversteering 현상을 억제시킬 수 있었으며 운전자의 운전의지를 차량의 거동에 적절히 반영시킬 수 있었다.
10에 나타낸 결과는 각 제어기에 따른 주행 경로가 크게 다르지 않음을 나타내고 있다. 따라서 차량 및 제어기의 응답도 다른 조건에서의 결과와 비교하면 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다(Fig. 9). 하지만 ESESP 시스템을 장착한 차량은 비슷한 경로를 주행함에도 요구되는 조향 입력이 작아졌으며 미끄러짐 각도도 감소하였다.
5 초에서 발생된 횡 방향 가속도의 급격한 변화는 차량이 완전히 젖은 아스팔트 노면으로 넘어갔음을 의미한다. 이 후 SESP, ESESP 장착 차량은 거의 직진 주행하는 것을 알 수 있다.
한편 split-p 노면에서 SESP 및 ESESP 제어기는 차량이 노면 마찰계수가 큰 쪽으로 편향되는 것을 방지하여 안전성을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한 차선 변경시 조향 입력을 감소 시켜 운전 편의성을 증가시켰다.

참고문헌 (11)

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Song, J., Boo, K., Kim, H. S., Lee, J., and Hong, S., 2004, 'Model Development and Control Methodology of a New Electric' Power Steering System,' Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers Part D, Journal of Automobile Engineering, Vol. 218, No. 9, pp. 967-976

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Kiencke, U., and Nielsen, L., 2000, Automotive Control Systems, Society of Automotive Engineers
Bang, M. S., Lee, S. H., Han, C. S., Maciuca, D. B. and Hedrick, J. K., 2001, 'Performance Enhancement of a Sliding Mode Wheel Slip Controller by the Yaw Motion Control,' Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers Part D, Journal of Automobile Engineering, Vol. 215, No. 4, pp. 455-468

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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