[논문]휠 슬립 제어기 및 최적 슬립 결정 알고리즘을 이용한 차량의 최대 제동력 제어

홍대건; 황인용; 선우명호; 허건수

doi:10.3795/ksme-a.2006.30.3.295

휠 슬립 제어기 및 최적 슬립 결정 알고리즘을 이용한 차량의 최대 제동력 제어
Maximum Braking Force Control Using Wheel Slip Controller and Optimal Target Slip Assignment Algorithm in Vehicles 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.30 no.3 = no.246, 2006년, pp.295 - 301

홍대건 (한양대학교 정밀기계공학과) , 황인용 (한양대학교 자동차공학과) , 선우명호 (한양대학교 자동차공학과) , 허건수 (한양대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The wheel slip control systems are able to control the braking force more accurately and can be adapted to different vehicles more easily than conventional ABS systems. In order to achieve the superior braking performance through the wheel-slip control, real-time information such as the tire braking force at each wheel is required. In addition, the optimal target slip values need to be determined depending on the braking objectives such as minimum braking distance, stability enhancement, etc. In this paper, a robust wheel slip controller is developed based on the adaptive sliding mode control method and an optimal target slip assignment algorithm. An adaptive law is formulated to estimate the longitudinal braking force in real-time. The wheel slip controller is designed using the Lyapunov stability theory and considering the error bounds in estimating the braking force and the brake disk-pad friction coefficient. The target slip assignment algorithm is developed for the maximum braking force and searches the optimal target slip value based on the estimated braking force. The performance of the proposed wheel-slip control system is verified In simulations and demonstrates the effectiveness of the wheel slip control in various road conditions.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 EHB 의 경우에 대하여 타이어 제동력을 추정하고 추정된 제동력을 바탕으로 최대제동력을 얻기 위한 최적 목표 슬립(target slip)을 결정하며 결정된 목표 슬립과 추정된 제동력을 사용하여 슬립을 제어하는 휠 슬립 제어 시스템을 개발하였다. 제동력 추정과 슬립 제어기는 Lyapouov 안정성 이론을 바탕으로 한 적응 슬라이딩 제어(adaptive sliding control) 기법을 적용하여 제동력 추정 오차와 브레이크 패드의 마찰계수의 변화에 강인하도록 설계하였으며 최대 제동력을 얻기 위한 목표 슬립은 제동력의 변화가 0 이 되는 슬립값을 찾아가는 방법으로 설계하였다.

제안 방법

EHB brake-by-wire 시스템에 대하여 최대 제동력을 위한 휠 슬립 제어시스템을 개발하였다. 적응 슬라이딩 제어를 사용하여 측정하기 어려운 타이어 제동력을 추정하고 추정된 제동력을 바탕으로 최대 제동력을 위한 최적의 슬립율을 결정하며, 결정된 최적 슬립을 추종하는 휠 슬립 제어기를 설계하였다.
휠 슬립 제어에 대해서는 EMB(Electro-Mechanical Brake)에 대해서 즉정된 제동 토크로부터 타이어의 제동력를 계산하여 휠 슬립 제어를 수행한 연구가 발표되었고, (3) 제동력을 측정 또는 추정할 수 있다는 가정 하에 슬라이딩 모드 제어기를 적용한 연구도 발표되었다.“) 그리고 제동력을 경계값(bound) 만을 알 수 있는 불확실성(uncertainty)으로 가정하고, 슬라이딩 모드 제어기를 적용하여 불확실성에 강인한 휠 슬립 제어에 대한 연구°)가 있었으며 퍼지제어를 사용한 연구도 수행되었다.何 그러나 이러한 방법들은 모두 제어 입력이 제동 토크값으로 결정되었으며 따라서 유압구동 방식의 EHB에 대해서는 제동력을 알기 어렵고 제어 입력이 압력값으로 주어야 하므로 적용하기에 문제점이 있다.
설계된 휠 슬립 제어 시스템의 제어 입력은 EHB 의목표 압력값으로 이는 압력 서 보 기능을 가지 는 EHB 액추에이터를 통하여 네 바퀴 휠에 작용하게 된다. 개발된 휠 슬립 제어 시스템은 다양한 조건에서의 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
시뮬레이션에서 실차를 대신하여 실차와 검증된 상용 소프트웨어인 CarSim«°을 사용하였다. 다양한 노면 조건에서 시뮬레이션을 수행하였으며 본 논문에서는 정상 노면에서 미끄러운 노면으로 노면 조건이 변화하는 경우에 대하여 그 결과를 Fig. 6 ~ Fig. 9 에 나타내었다.
사용된다. 목표 슬립 결정 알고리즘으로부터 최대 제동력을 얻을 수 있는 최적 슬립이 결정되고 슬립 제어기에서 슬립 오차에 대하여 EHB 액추에이터의 목표 압력값 형태로 목표 슬립을 추종할 수 있는 적절한 제어 입력을 계산한다. EHB 액추에이터는 휠 슬립 제어기로부터 입력 받은 목표 압력값을 생성하여 차량의 브레이크에 가하며 이를 통하여 최대 제동력을 위한 목표 슬립을 추종하게 된다.
본 논문에서 제안한 휠 슬립 제어 시스템을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션에서 실차를 대신하여 실차와 검증된 상용 소프트웨어인 CarSim«°을 사용하였다.
본 논문에서는 유압을 사용하는 EHB 액추에이터를 사용하므로 휠 슬립 제어입 력은 EHB 의 목표 압력 형태로 계산되어야 한다. 따라서 Fig.
본 논문에서는 차량의 제동력을 주정하고 주정된 제동력 오차와 브레이크 디스크-패드의 마찰계수 변화에 강인한 방법으로 휠 슬립이 목표 슬립값을 추종할 수 있도록 Lyapouov 안정성 이론 기반의 적웅 슬라이딩 (adaptive sliding control) 제어 기법을 적용하여 휠 슬립 제어기를 설계하였다, 먼저 적응 슬라이딩 제어의 sliding surface 는 식 (6)과 같이 목표 휠 슬립과 현재 휠 슬립의 오차로 설정하였다.
본 논문에서는 최대 제동력을 위한 최적 슬립율을 찾기 위해 추정된 제동력을 사용하여 상대적인 제동력의 변화가 0 이 되는 슬립율을 찾아가는 방법으로 search direction 을 식 (27) 및 Fig. 5 와 같이 상대적 제동력 변화에 대한 포화함수로 제안한다.
적응 슬라이딩 제어를 사용하여 측정하기 어려운 타이어 제동력을 추정하고 추정된 제동력을 바탕으로 최대 제동력을 위한 최적의 슬립율을 결정하며, 결정된 최적 슬립을 추종하는 휠 슬립 제어기를 설계하였다. 슬립 제어기는 제동력 추정 정보를 사용하며 제동력 추정 오차 및 브레이크 패드의 마찰계수 변화에 강인하도록 설계하였다. 본 논문에서 개발된 시스템은 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 검증하였으며 이를 통하여 차량의 최대의 제동력을 얻을 수 있음을 확인하였다.
적응 슬라이딩 제어를 사용하여 측정하기 어려운 타이어 제동력을 추정하고 추정된 제동력을 바탕으로 최대 제동력을 위한 최적의 슬립율을 결정하며, 결정된 최적 슬립을 추종하는 휠 슬립 제어기를 설계하였다. 슬립 제어기는 제동력 추정 정보를 사용하며 제동력 추정 오차 및 브레이크 패드의 마찰계수 변화에 강인하도록 설계하였다.

이론/모형

그러므로 추정된 제동력 정보로부터 최적점을 찾기 위한 제동력 변화를 직접 계산하기는 어렵다. 따라서 본 논문에서는 상대적 제동력 변화량 A心을 Recursive Least Square (RLS) 방법으로 주정하였다. RLS 설계를 위한 regression model 은 식 (28) 과 같이 설정하였으며 상대적 제동력 변화는 '식 (29) 에 나타낸 과정을 통하여 추정된다.
적응 법칙을 통하여 제동력을 추정하고 추정된 제동력은 목표 슬립 결정 알고리즘 및 휠 슬립 제어기에서 사용된다. 목표 슬립 결정 알고리즘으로부터 최대 제동력을 얻을 수 있는 최적 슬립이 결정되고 슬립 제어기에서 슬립 오차에 대하여 EHB 액추에이터의 목표 압력값 형태로 목표 슬립을 추종할 수 있는 적절한 제어 입력을 계산한다.
제동력 추정과 슬립 제어기는 Lyapouov 안정성 이론을 바탕으로 한 적응 슬라이딩 제어(adaptive sliding control) 기법을 적용하여 제동력 추정 오차와 브레이크 패드의 마찰계수의 변화에 강인하도록 설계하였으며 최대 제동력을 얻기 위한 목표 슬립은 제동력의 변화가 0 이 되는 슬립값을 찾아가는 방법으로 설계하였다. 설계된 휠 슬립 제어 시스템의 제어 입력은 EHB 의목표 압력값으로 이는 압력 서 보 기능을 가지 는 EHB 액추에이터를 통하여 네 바퀴 휠에 작용하게 된다.

성능/효과

그림에서 보듯이 최대 제동력을 위한 최적 슬립값은 전륜의 경우 정상노면에서는 약 15%, 미끄러운 노면에서는 약 11% 그리고 후륜의 경우 정상 노면에서는 약 12%, 미끄러운 노면에서는 11%로 결정 되었으며, 각 전륜과 후륜에서 제동력 추정 성능과 휠 슬립 제어 성능은 우수함을 볼 수 있다. 그리고 휠 슬립 제어의 정상상태 결과에서는 정상노면과 미끄러운 노면에서 각 휠은 최대제동력을 발생시키는 휠 슬립값으로 유지됨을 볼 수 있다.
9 는 휠 슬립에 따른 생성된 제동력을 나타낸다. 그림에서 보듯이 최대 제동력을 위한 최적 슬립값은 전륜의 경우 정상노면에서는 약 15%, 미끄러운 노면에서는 약 11% 그리고 후륜의 경우 정상 노면에서는 약 12%, 미끄러운 노면에서는 11%로 결정 되었으며, 각 전륜과 후륜에서 제동력 추정 성능과 휠 슬립 제어 성능은 우수함을 볼 수 있다. 그리고 휠 슬립 제어의 정상상태 결과에서는 정상노면과 미끄러운 노면에서 각 휠은 최대제동력을 발생시키는 휠 슬립값으로 유지됨을 볼 수 있다.
이러한 슬립 oscillation 은 그 폭이 클 수록 제동력의 저하를 야기하게 된다. 따라서 본 논문에서 제안한 최대 제동력 제어를 위한 휠 슬립 제어 시스템은 기존의 상용 ABS 에서 필연적으로 나타나는 슬립 oscillation 없이 일정한 최적 슬립율을 유지하는 기법으로서 제동 제어 시스템의 성능 향상을 가져올 수 있을 것으로 판단된다.
슬립 제어기는 제동력 추정 정보를 사용하며 제동력 추정 오차 및 브레이크 패드의 마찰계수 변화에 강인하도록 설계하였다. 본 논문에서 개발된 시스템은 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 검증하였으며 이를 통하여 차량의 최대의 제동력을 얻을 수 있음을 확인하였다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
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상세보기
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CarSim, Version 5.16b, 2004, Mechanical Simulation Corporation

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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