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감지시스템을 통한 차량의 횡 속도 및 슬립각 추정
Monitoring System Design for Estimating Lateral Velocity and Sideslip Angle 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.19 no.1, 2011년, pp.51 - 57  

한상오 (한양대학교 자동차공학과) ,  허건수 (한양대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Information of the lateral velocity and the sideslip angle in a vehicle is very useful in many active vehicle safety applications such as yaw stability control and rollover prevention. Because cost-effective sensors to measure the lateral velocity and the sideslip angle are not available, reliable a...

주제어

#횡 방향 속도   #슬립각   #미지입력을 고려한 슬라이딩 모드 관측기   #최소 자승법  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에는 차량의 주행 안정성 제어를 위해 주요한 상태변수 중 하나인 차량의 횡 속도와 선형 2자 유도 차량모델을 대상으로 강인한 슬라이딩 모드 관측기를 설계하였다. 미지입력을 고려한 슬라이딩 모드 관측기는 추정에 악영향을 미치는 모델링 오차, 센싱편차 그리고 미지의 입력 등의 불확실요소가 있음을 고려하여 슬립각 추정 알고리즘에 대해 기술하였다.
  • 본 논문에는 차량의 주행 안정성 제어를 위해 주요한 상태변수 중 하나인 차량의 횡 속도와 선형 2자 유도 차량모델을 대상으로 강인한 슬라이딩 모드 관측기를 설계하였다. 미지입력을 고려한 슬라이딩 모드 관측기는 추정에 악영향을 미치는 모델링 오차, 센싱편차 그리고 미지의 입력 등의 불확실요소가 있음을 고려하여 슬립각 추정 알고리즘에 대해 기술하였다.

가설 설정

  • 차량의 주행신호를 얻기 위하여 상용 소프트웨어인 Carsim® Ver. 6을 사용하였으며 불확실한 요소에 대한 관측기의 성능을 평가하기 위하여 다음과 같은 불확실 요소가 존재한다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
횡 가속도를 적분하여 횡 속도를 추정할 수는 있어도 신뢰하기 어려운 이유는? 이러한 횡 속도를 직접적으로 측정하기 위해 광학 센서나 GPS 센서 등이 사용되고 있으나 가격이 고가이며 차량에 장착할 만큼의 신뢰성과 경제성을 갖춘 센서가 없어 횡 가속도 센서를 통하여 간접적으로 추정된다. 횡 가속도를 적분하여 횡 속도를 추정할 수 있으나 이는 센싱 편차, 외란, 센싱 잡음 등으로 추정치를 신뢰할 수 없다. 횡속도를 추정하기 위해 사용되는 Luengerger 관측기나 Kalman Filter1) 등의 선형 관측기들은 불확실한 요소가 존재하거나 급속한 횡 거동으로 주행할 경우 횡 속도의 추정정도는 현저히 떨어진다.
슬립각 추정의 방법 중, 동역학 모델 기반의 추정과 kinematics 기반의 추정의 차이는? 슬립각 추정의 방법으로는 타이어모델을 포함하는 동역학 모델 기반의 추정, kinematics 기반의 추정 그리고 index 등을 활용한 추정방법5,6) 등이 있다. 모델 기반의 추정1,3)인 경우 도로의 횡 경사각, 센서오차, 바이어스 오차 등에 강인하나 차량의 상태변수 등에 대해 민감하다. 반면 kinematics 기반의 추정인 경우, 차량의 상태변수와 tire-road 조건 그리고 주행조건에 강인하나 센서오차 도로의 횡 경사각에 민감하다.
차량의 횡 속도와 슬립각은 무엇을 파악할 수 있는 요소인가? 차량의 횡 속도와 슬립각은 차량 안정성제어(vehicle stability control) 및 챠량 샤시제어 시스템(global chassis control system)을 위해 차량의 횡 거동을 파악할 수 있는 중요한 차량 시스템의 변수이다. 이러한 횡 속도를 직접적으로 측정하기 위해 광학 센서나 GPS 센서 등이 사용되고 있으나 가격이 고가이며 차량에 장착할 만큼의 신뢰성과 경제성을 갖춘 센서가 없어 횡 가속도 센서를 통하여 간접적으로 추정된다.
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참고문헌 (12)

  1. J. Farrelly and P. Wellstead, "Estimation of Vehicle Lateral Velocity," Proceedings of he 1996 IEEE International Conference on Control Applications, Dearborn, MI, pp.552-557, 1996. 

  2. L. R. Ray, "Nonlinear Tire Force Estimation and Road Friction Identification, Simulation and Experiments," Automatica, Vol.33, No.10, pp.1819-1833, 1997. 

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  3. G. Baffet, J. Stephant and A. Charara, "Vehicle Sideslip Angle and Lateral Tire-Force Estimations in Standard and Critical Driving Situations: Simulations and Experiments," The 8th International Symposium on AVEC, AVEC060026, 2006. 

  4. J. Ryu and J. C. Gerdes, "Estimation of Vehicle Roll and Road Bank Angle," Proceedings of the 2004 American Control Conference, Vol.3, pp.2110-2115, 2004. 

  5. A. Nishio, K. Tozu, H. Yamaguchi, K. Asano and Y. Amano, "Development of Vehicle Stability Control System Based on Vehicle Sideslip Angle Estimation," 2001 SAE World Congress, SAE 2001-01-0137, 2001. 

  6. D. Piyabongkarn, R. Rajamani, J. A. Grogg and J. Y. Lew, "Development and Experimental Evaluation of a Slip Angle Estimator for Vehicle Stability Control," IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol.17, No.1, pp.78-88, 2009. 

    상세보기 crossref

  7. B. L. Walcott and S. H. Zak, "Combined Observer-Controller Synthesis for Uncertain Dynamical Systems with Applications," IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Vol.18, No.1, pp.88-104, 1988. 

    상세보기

  8. B. L. Walcott and S. H. Zak, "Observer Design for Systems with Unknown Inputs," Int. J. Appl. Math. Comput. Sci., Vol.15, No.1, pp. 431-446, 2005. 

  9. S. Kwon and W. K. Chung, "A Discrete-Time Design and Analysis of Perturbation Observer for Motion Control Applications," IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol.11, No.3, pp.399-407, 2003. 

    상세보기

  10. S. H. You, S. Yoo, J. O. Hahn and K. L. Lee, "Real-Time Estimation of Vehicle Lateral Velocity and Road-Bank Angle," KSAE 2005 Fall Conference, KSAE05-F0130, pp.829-835, 2005. 

  11. W. Deng and H. Zhang, "RLS-Based Online Estimation on Vehicle Linear Sideslip," Proceedings of the 2006 American Control Conference, ThC13.3, 2006. 

  12. G. Baffet, A. Charara and G. Dherbomez, "An Observer of Tire-Road Forces and Friction for Active Security Vehicle Systems," Mechatronics, IEEE/ASME, Vol.12, pp.651-661, 2007. 

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