[논문]요우모멘트를 통한 주행안정성 향상 제어 알고리즘에 관한 연구

박중현; 김순호

요우모멘트를 통한 주행안정성 향상 제어 알고리즘에 관한 연구
A Study on Improving Driving Stability System by Yaw Moment Control 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.10 no.2, 2006년, pp.392 - 397

박중현 (신라대학교 자동차기계공학과) , 김순호 (신라대학교 자동차기계공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 ESP와 4WS차량의 동적성능에 관한 연구와 차량이 불안정 영역으로의 주행 시 안정영역으로의 거동으로 할 수 있게 하는 차량의 주행안정성 향상에 관한 연구를 수행하였다. 고속으로 주행하는 차량이 조향과 동시에 가${\cdot}$감속을 하는 경우 관련된 변수로는 종방향 및 횡방향의 속도변화, 요우잉 등을 들 수 있으며, 이 변수들은 타이어 특성, 차량의 중량, 제동력, 조향각등에 따른 동역학적 관계식들로 표현 할 수 있다. 본 연구는 위와 같은 제동${\cdot}$조향장치들을 제어하여, 차량의 주행 중 위급상황 시 탁월한 성능을 발휘 할 수 있는 시스템에 관하여 고찰하고, 주행시 안정성향상을 위한 제어시스템 알고리즘개발을 통하여 운전상황을 안전하게 하기 위함이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposed yaw moment control scheme using braking and active rear wheel steering for improving driving stability especially in high speed driving. Its characteristics the unified chassis control system of two equipment that 4WS(4 Wheel Steering) and ESP(Electronic Stability Program). in this study the performance of the vehicle was compared each equipment. And conventional ABS and TCS can only possible to control the longitudinal movement of braking equipment and drive which can only available to control of longitudinal direction. There after new braking system ESP was developed, which controls both of longitudinal and lateral, with adding of the function of controlling Active Yaw Moment. On this paper, we show about not only designing of improved braking and steering system through establishing of the integrated control system design of 4WS and ESP but also designing of the system contribute to precautious for advanced vehicle stability problem.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 4WS와 ESP 장착 차량의 동적 성능에 관한 연구와 차량이 불안정 영역으로의 주행 시 안정영 역으로의 거동으로 할 수 있게 하는 차량의 주행 안정성 향상에 관한 연구를 수행하였다. 고속으로 주행하는 차량이 조 향과 동시에 가.
본 연구에서는 4WS-VDC 협조 제어 시스템의 구현을 위한 물리적 개념을 제시하고, 향후 유사한 VDC 시스템 연구의 토대를 마련한, A.V. 血ten과 R.Erthardt의 연구 내용과 전륜 조향각에 비례하는 후륜 조향각을 설정하는 방식을 바탕으로 제어시스템을 설계하였다. 즉, 운전자의 의지를 판단하는 차량 입력값으로부터 운전자가 원하는 차량 거동을 파악하고 이를 차량 운동으로 구현하기 위해 차량의 요우각속도와 횡 미끄럼 각을 제어변수로 설정하였다.

가설 설정

후륜 조향각으로 본 연구에서는 좌측과 우측에 동일한 조향 입력을 가하였다. fx 는 타이어에 발생되는 구동력과 제동력을 포함하는 힘이 고, 九는 타이어의 미끄럼 각과 비례하는 힘을 발생시키는 단순한 타이어 모델이다는 각 타이어에 발생되는 구름 저 항력으로 그 크기는 모두 같고 합은 R이 라 가정한다. 刀는 공기저항으로 식(2) 와 같이 나타낸다.
본 논문에서는 4WS와 ESP 장착 차량의 동적 성능에 관한 연구와 차량이 불안정 영역으로의 주행 시 안정영 역으로의 거동으로 할 수 있게 하는 차량의 주행 안정성 향상에 관한 연구를 수행하였다. 고속으로 주행하는 차량이 조 향과 동시에 가. 감속을 하는 경우 관련된 변수로는 종방 향 및 횡 방향의 속도변화, 요우잉 등을 들 수 있으며 이 변수들은 타이어 특성, 차량의 중량, 제동력, 조향각 등에 따른 동역학적 관계식들로 표현 할 수 있다.

제안 방법

두 번째 제어블록에서는 위에서 결정된 목표슬립률 값과 실제 차륜의 슬립률 값과의 차이에 따라 브레이크 압력 의증 . 감압 및 후륜 조향각의 크기를 변화 시켜 차륜의 슬립률을 제어하게 되며 최종적으로 차륜의 변화된 슬립 률 값에 따라 차량의 거동이 목표값을 추종하도록 하였다.
두 번째 제어블록에서는 위에서 결정된 목표슬립률 값과 실제 차륜의 슬립률 값과의 차이에 따라 브레이크 압력 의증 . 감압 및 후륜 조향각의 크기를 변화 시켜 차륜의 슬립률을 제어하게 되며 최종적으로 차륜의 변화된 슬립 률 값에 따라 차량의 거동이 목표값을 추종하도록 하였다.
본 논문의 연구내용은 차량의 종방향, 횡 방향, 차량 종 축, 횡축, 수직 축 방향 회전운동 및 각 차륜의 회전운동에 대한 7자 유도 차량 모델을 제시하고 실험하였다. 이 실험을 통하여 제어 방법의 효과와 차이점을 비교 실험하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 논문의 연구내용은 차량의 종방향, 횡 방향, 차량 종 축, 횡축, 수직 축 방향 회전운동 및 각 차륜의 회전운동에 대한 7자 유도 차량 모델을 제시하고 실험하였다. 이 실험을 통하여 제어 방법의 효과와 차이점을 비교 실험하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서 볼 수 있듯이 종전에 개발되어오고 있던 4WS와 ESP는 각각의 장점 들을 수행하고 있었지만 고속 선회에 대한 단점들을 볼 수 있었다. 이러한 단점들을 보완하기 위해 4WS와 ESP의 통합적인 시스템 즉, 조향과 제동을 협조적으로 제어하여, 차량의 고속운동시에도차 량은 안정성을 유지하면서, 운전자에게는 어떠한 위화감도 조성시키지 않고, 운전자의 의지대로 조작 가능한 차량제어시스템을 구축하였다.
이러한 제어 알고리즘을 근거로 하여 시뮬레이션을 수행하였다. 4WS는 전.
Erthardt의 연구 내용과 전륜 조향각에 비례하는 후륜 조향각을 설정하는 방식을 바탕으로 제어시스템을 설계하였다. 즉, 운전자의 의지를 판단하는 차량 입력값으로부터 운전자가 원하는 차량 거동을 파악하고 이를 차량 운동으로 구현하기 위해 차량의 요우각속도와 횡 미끄럼 각을 제어변수로 설정하였다.
차량의 거동을 안정적 으로 제어하기 위한 제어 변수 값 으로 요우각속도와 횡 미끄럼 각을 설정하여 차량의 궤도 이탈을 방지할 수 있는 제어 시스템을 설계하였다.
차량이 고속에서 차선변경 시의 동특성을 비교하였다. 차선변경 시에는 국내 일반 고속도로의 폭(3.
d/, 但은 전. 후륜 조향각으로 본 연구에서는 좌측과 우측에 동일한 조향 입력을 가하였다. fx 는 타이어에 발생되는 구동력과 제동력을 포함하는 힘이 고, 九는 타이어의 미끄럼 각과 비례하는 힘을 발생시키는 단순한 타이어 모델이다는 각 타이어에 발생되는 구름 저 항력으로 그 크기는 모두 같고 합은 R이 라 가정한다.
4WS는 전. 후륜의 동위 상 조향만 하게 하였고, 시간에 따른 조향입 력을 다르게 하여 차선변경과 제동 중 선회 상황을 설정하여 각 상황에서 2WS, 4WS, ESP, 4WS-ESP 협조 제어 시스템의 차량 궤적, 요우각속도, 횡미 끄럼각을 비교분석하였다.

대상 데이터

차량의 동특성을 해석하기 위해 7자 유도 차량 모델을 수립하였다. 본 연구에서 구성한 차량의 수학적 모델을 Fig.
차량이 고속에서 차선변경 시의 동특성을 비교하였다. 차선변경 시에는 국내 일반 고속도로의 폭(3.6m)을 기준으로 실험하였다.

이론/모형

타이어는 차량의 비선형을 증가시키는 중요한 인자들 중 하나이며 타이어에서 발생한 힘 이 차체의 운동을 발생시킴으로써 차량의 주행을 예측할 수 있다. 특히 슬립률 변화에 따른 타이어와 노면 사이의 마찰계수가 다르기 때문에 본 연구에서는 타이어의 힘을 슬립률과 슬립 각으로 표현하는 H. Dugoff에 의해 제안된 모델을 이용하였다.

성능/효과

4WS 차량은 고속에서의 조향 시 언더스티어 현상이 강하게 나타났으며 조향 시 차량의 응답이 늦은 경향을 알 수 있었고, 후륜 조향의 특성상 발생되는 언더스티어 경향 때문에 운전자가 진행하고자 하는 것보다 회전반경이 줄어들어 민첩한 조향을 하기가 힘들다는 단점을 알 수 있었다. 그리고 ESP 차량은 그 응답이 너무 빨라 오버스티어 현상을 초래할 수 있다는 결과를 알 수 있었고, 운전자 가원하지 않는 브레이킹 포스에 의한 제어로 운전자에게 위화감을 느낄 수 있는 단점을 알 수 있었다.
4WS 차량은 고속에서의 조향 시 언더스티어 현상이 강하게 나타났으며 조향 시 차량의 응답이 늦은 경향을 알 수 있었고, 후륜 조향의 특성상 발생되는 언더스티어 경향 때문에 운전자가 진행하고자 하는 것보다 회전반경이 줄어들어 민첩한 조향을 하기가 힘들다는 단점을 알 수 있었다. 그리고 ESP 차량은 그 응답이 너무 빨라 오버스티어 현상을 초래할 수 있다는 결과를 알 수 있었고, 운전자 가원하지 않는 브레이킹 포스에 의한 제어로 운전자에게 위화감을 느낄 수 있는 단점을 알 수 있었다. 4WS 차량과 ESP 차량도 조향 입력을 변화시키거나 브레이크 압력을 증, 감압 시켜 4WS-ESP 차량과 같은 궤적을 나타낼 수는 있다.
본 연구에서 볼 수 있듯이 종전에 개발되어오고 있던 4WS와 ESP는 각각의 장점 들을 수행하고 있었지만 고속 선회에 대한 단점들을 볼 수 있었다. 이러한 단점들을 보완하기 위해 4WS와 ESP의 통합적인 시스템 즉, 조향과 제동을 협조적으로 제어하여, 차량의 고속운동시에도차 량은 안정성을 유지하면서, 운전자에게는 어떠한 위화감도 조성시키지 않고, 운전자의 의지대로 조작 가능한 차량제어시스템을 구축하였다.

후속연구

앞으로 조향장치와 제동장치의 협조 제어 뿐만 아니라 현가장치, 구동장치 등 차량의 전반적인 섀시 장치의 통합 제어화 및 모듈화를 구축하여, 차량의 종합적인 성능 향상에 기여할 수 있는 연구가 필요하다.

참고문헌 (6)

M. L. Edwards,S. Malone, 1987 'DriverCrash Avoidance Behavior', National highwayTrafficSafetyAdministration, Final Report, DOT HS 807112
A. V. Zanten, R. Erhart, 1996 'The Vehicle Dynamics Control System of Bosch', In'ABS TCS-VDC Where will the technology lead us', SAE PT 57, pp.497-514
車？システムのダイナミックスと制御, 社？法人日本機械？？絹, 養賢堂(1999)
J.Y. Kim, K. G. Kye, K. S. Park, K. S. Huh, K. Y. Chang, J.E. Oh, 1996 'Dynamic PerformanceAnalysis for 4WD /4WS Electric driven Vehicles' Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers Vol. 4, No.2, pp.209-220
Jong Hyeon Park, Woo Sung Ahn, 1999 'H $\infty$ Yaw Control with Blake for Improving Driving Performance and Stability' Proceedings of the 1999 IEEE/ASME Intimation Conference on Advanced Intelligent Mechatronics September 19 23, Atlanta, USA
H. Dugoff, P. S. fancher, L. Segl, 1970 'An Analysis of Tire Traction Properties and Their Influence on Vehicle Dynamic Performance' SAE Transactions, 79 :341-366, 1970, SAE Paper 700377 190-198 (1997)

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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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