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최적 타이어 힘 분배 방법을 통한 전기차의 독립 6WD/6WS에 관한 연구
A Study on an Independent 6WD/6WS of Electric Vehicle using Optimum Tire Force Distribution 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.16 no.7, 2010년, pp.632 - 638  

김동형 (한양대학교 기계공학과) ,  김창준 (한양대학교 기계공학과) ,  김영렬 (아주대학교 시스템공학과) ,  한창수 (한양대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents an optimum tire force distribution method for 6WD/6WS(6-Wheel-Drive and 6-Wheel-Steering) electric vehicles. Using an independent steering and driving system, the performance of 6WD/6WS vehicles can be improved, as, for example, with respect to their maneuverability under low spe...

주제어

#6WD/6WS   #multi-axle   # $6{\times}6$ vehicle   #optimum tire force distribution method  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 6WD/6WS 전기 차량을 위한 최적 타이어 힘 분배를 제안하였으며, 이를 통해 결국 6WD/6WS 차량 각 휠의 최적 구동 토크 및 조향각을 계산하였다. 이러한 계산 과정을 제어 시스템으로 구성하여 차량의 운동을 시뮬레이션 하였다.
  • 본 논문은 6WD/6WS 차량, 즉 6휠 독립 구동 및 6휠 독립 조향이 가능한 차량의 최적 타이어 힘 분배 방법을 다룬다. 단순화된 2차원 모델을 기본으로, 목표 요 모멘트 및 타이어 힘을 정의한 뒤, 운전자의 조향 입력, 가속 페달 및 브레이크 페달 입력에 따른 목표 요 모멘트, 목표 종 방향 힘 및 목표 횡 방향 힘을 생성한다.
  • 본 논문은 그림 2과 같은 2차원 평면상에서의 6WD/6WS 차량 모델을 목표 모델로 다룬다. 무게중심으로부터 전륜, 후륜까지의 거리는 각각 lf , lr이다.
  • 본 논문은 독립 구동 및 조향이 가능한 6WD/6WS 전기 차량의 구동 및 조향을 목표로 하므로, 각 타이어 힘을 발생시키기 위한 각 휠의 구동 토크 및 조향각 결정 방법을 제안한다.
  • 이러한 계산 과정을 제어 시스템으로 구성하여 차량의 운동을 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션은 최적 구동 토크 및 조향각이 적용된 차량과 균등 토크 분배가 된 차량을 비교해 봄으로써, 그 성능을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
6륜 차량이 가지는 특징은 무엇인가? 군사 혹은 기타 특수 목적으로 다양한 종류의 6륜 차량들이 사용되어 왔고, 이들은 탱크와 같은 궤도차량이 보유하는 제자리 선회 능력 및 험지주행 능력을 갖는다. 또한 이러한 6륜 차량은 하중을 전·후륜뿐만 아니라 중륜 에도 배분함으로써 급가속시나 급제동시의 피치각을 감소시키는 구조적 안정성을 지닌다. 이러한 차량은 다수의 휠을 구동시키므로, 한 개 또는 두 개의 휠이 failure일 시에도 차량으로서의 기본 성능을 만족하며, 보다 중요한 것은 fail-safe 관점에서 failure 발생시 그 failure에 따른 차량 제어 전략을 소프트웨어적으로 빠르게 보상 할 수 있다는 것이다.
제어적인 측면에서 전력 구동 시스템의 이점은? (1) 가·감속 두 경우에 대하여 매우 빠르고 정확한 토크 발생이 가능하다. 내연기관 차량은 엔진 throttle를 여는 대만 200ms 이상의 응답시간이 요구되는 반면, 모터는 10ms 미만의 응답 속도를 갖는다. 따라서 이러한 모터의 특성을 활용하여 ABS (Antilock brake system) 및 TCS (Traction control system)의 성능을 향상시킬 수 있다. (2) 휠에 생성되는 토크를 쉽게 예측할 수 있다. 내연기관 차량의 경우, 엔진 공기 유입량과 같은 제어 입력과 휠에 생성되는 토크 사이에 매우 큰 비선형성 및 불확실성이 존재한다. 따라서 정확한 토크 값을 얻기 힘든 반면, 휠이 모터로 바로 구동될 경우에는 모터에 인가되는 전류 값으로만 구동 토크를 정확히 파악하여 이를 직접적으로 제어할 수 있다. (3) 모터는 각각의 차륜에 탑재 될 수 있다. 따라서 좌우륜에 서로 다른 크기의 토크를 발생시킴으로써 DYC (Direct Yaw-Moment Control)와 같은 제어기법을 통해 차량의 선회안정성을 제어하기 용이하다.
6륜 차량들은 어떤 목적으로 사용되어 왔는가? 군사 혹은 기타 특수 목적으로 다양한 종류의 6륜 차량들이 사용되어 왔고, 이들은 탱크와 같은 궤도차량이 보유하는 제자리 선회 능력 및 험지주행 능력을 갖는다. 또한 이러한 6륜 차량은 하중을 전·후륜뿐만 아니라 중륜 에도 배분함으로써 급가속시나 급제동시의 피치각을 감소시키는 구조적 안정성을 지닌다.
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참고문헌 (9)

  1. Y. Hori, Y. Toyoda, and Y. Tsuruoka, "Traction control of electric vehicle: Basic experimental results using the test EV, UOT," IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 34, pp. 1131-1138, 1998. 

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  2. K. Watanabe, J. Yamakawa, M. Tanaka, and T. Sasaki, "Turning characteristics of multi-axle vehicles," Journal of Terramechanics, vol. 44, pp. 81-87, 2007. 

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  3. O. Mokhiamar and M. Abe, "Simultaneous optimal distribution of lateral and longitudinal tire forces for the model following control," Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol. 126, pp. 753-763, 2004. 

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  4. J. Kang, W. Kim, K. Yi, and S. Jung, "Skid steering based maneuvering of robotic vehicle with articulated suspension," SAE International Journal of Passenger Gars-Mechanical Systems, vol. 2, no. 1, pp. 645-652, Oct. 2009. 

    상세보기 crossref

  5. M. Young, The Technical Writer's Handbook, Mill Valley, Seoul, 1989. 

  6. 미안 아시팍 알리, 김창준, 신현수, 장재호, 한창수, "Study on the Characteristics of Skid Steering for Six Wheel Drive Vehicle (6x6)," 한국자동차 공학회 추계 학술대회, pp. 325, 2008. 

  7. T. D. Gillespie, Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, 2009- 01-0437, 2009. 

  8. H. Fujimoto, T. Saito, A. Tsumasaka, and T. Noguchi, "Motion control and road condition estimation of electric vehicles with two in-wheel motors," Proc. of IEEE Int. Conference on Control Applications, pp. 1266-1271, 2004. 

  9. N. Ando and H. Fujimoto, "Fundamental study of integrated control for active front/rear steering and driving/braking force distribution based on least square solution of electric vehicle," Proc. of IEE of Japan, IIC-09-139, 2008 (in Japanese). 

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