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최적 타이어 힘 분배를 이용한 6WD/6WS 차량의 등판 주행 성능 향상
Improvement of Hill Climbing Ability for 6WD/6WS Vehicle using Optimum Tire Force Distribution Method 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.4, 2011년, pp.1523 - 1531  

김상호 (한양대학교 기계공학과) ,  김창준 (한양대학교 기계공학과) ,  한창수 (한양대학교 기계공학과)

초록
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본 다축 차량은 험지와 야전에서 높은 이동성 때문에 비포장도로를 주행해야 하는 군용차량으로 사용된다. 특히 군용차량은 군 요구 사항에 의거 기본적으로 60% 경사로에서 안정적인 등판 성능을 지녀야 한다. 따라서 본 논문은 최적 타이어 힘 분배 방법을 통한 6WD/6WS차량의 등판능력 향상을 다루었다. 경사로 등판 시 사용할 최적 타이어 힘 분배 방법을 위하여 운전자로부터, 목표로 하는 종 방향 힘과 횡 방향 힘, 요 모멘트를 계산하였고, 마찰 원이론과 목적함수에 따른 최적화 된 토크가 각 륜에 분배되었다. 알고리즘 성능을 확인하기 위해서, 트럭심 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 하였고, 비교를 위하여 2대의 차량을 제안하였다. 한 대의 차량은 최적타이어 힘 분배 방법이 적용되었고, 나머지 한 대는 궤도 차량과 같은 균등 힘 분배 방법이 적용되었다. 경사로에서 등판능력은 최적 타이어 힘 분배 방법에 의해서 향상 되어졌다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Multi-axle driving vehicle are favored for military use in off road operations because of their high mobility on extreme terrains and obstacles. Especially, Military Vehicle needs an ability to driving on hills of 60% angle slope. This paper presents the improvement of the ability of hill climbing f...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 6WD/6WS 전기 차량을 위한 최적 타이어 힘 분배 방법을 이용하여, 60% 직선 경사로 등판 주행 성능 향상 연구를 하였다. 6륜 구동 차량의 구동력 분배 방법에 따른 연구 결과는 다음과 같다.
  • 본 논문은 최적 타이어 힘 분배 방법을 이용하여 경사로에서 6WD/6WS 차량의 힘 분배 방법에 따른 등판 성능 향상에 대하여 다룬다. 먼저 6WD/6WS 차량의 모델을 설정하고 라그랑지 승수 방법(Lagrange Multiplier Method)로 풀이한 최적 타이어 힘 분배 방법을 이용하여 목적 함수를 최소화 시키는 타이어 힘을 계산한다.

가설 설정

  • 본 논문에서는 군 요구사항(ROC)[4]을 만족하는 직선 60% 경사로 등판을 목표한 시뮬레이션을 위하여 경사각을 약 31°의 각도로 설정하고, 경사로는 마른 노면인 정상상태로 가정하여 마찰계수를 1로 가정한다.
  • 또한 조향 입력으로부터 계산된 목표 요 속도를 이용하여 목표 요 모멘트를 결정하고 최적화 된 토크를 각 륜에 분배한다. 본 논문에서는 도로 환경을 직선 경사로로 가정하여 차량의 등판 주행성능 향상 여부를 검증함으로 제어알고리즘은 직선주행만을 고려한다.
  • 제안된 알고리즘을 사용한 차량과 균등 분배 방법을 사용한 차량을 직선 경사로에서 비교함으로써 알고리즘에 따른 등판 성능을 검증, 비교한다. 본 논문은 경사각 추정[9]과 모터 성능은 고려하지 않고, 목표로 하는 휠 토크는 실제 휠 토크와 같다는 가정만을 고려하였다.
  • 정상 상태 직선 주행으로 가정한다면 Mzdes는 0이 되어야 한다.
  • 실선은 속도 프로파일(Profile)을 나타내고 점선은 조향각 프로파일(Profile)을 나타낸다. 직선 등판 주행 시 모터의 최대 토크를 만들기 위하여 10kph로 가정하였으며 조향각은 0도로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
6WD 차량의 능력 및 장점은 무엇입니까? 다축 구동차량은 군사용 또는 기타 특수 목적용으로 사용되어진다. 3축을 가진 6WD 차량은 탱크와 같은 궤도 차량이 보유한 제자리 선회 및 험지 주행 능력을 가진다. 그리고 급가속 및 급제동 시에 하중이 중륜에도 배분 되어 피치각이 감소되는 구조적인 이점도 가지고 있다. 6WD 차량은 2WD, 4WD 차량에 비하여 우수한 가속력 및 제동력으로 험지 및 미끄러운 노면에서도 좋은 성능을 보인다. 또한 다수의 독립 휠 구동으로 인하여 외부 타격 혹은 내부 고장에도 주행이 가능하다. 
차량 주행 시 동특성은 어떠한 요인들에 의한 영향을 받습니까? 차량 주행 시 동특성은 타이어와 노면 등의 조건과 차량의 횡가속도, 현가장치에 의한 하중의 이동 및 다양한 원인에 의하여 영향을 받는다. 본 논문에서 목표로 하는 차량은 6X6 군용 차량으로서 다축 차량모델을 지원해주 는 트럭심(TruckSim)을 이용하고, 통합시뮬레이션 (Co-simulation) 환경은 그림 4와 같이 매트랩 시뮬링크 (Matlab Simulink)를 사용한다.
각 휠에 모터를 탑재한 다축 전기 차량 또는 4륜 차량이 지니는 이점은 무엇입니까? 최근 배터리 기술의 발달 및 인휠 모터(In-Wheel Motor)의 개발로 인하여 각 휠에 모터를 탑재한 다축 전기 차량 또는 4륜 차량이 연구되고 있다. 이들은 제어적인 관점에서 빠른 응답성과 정확한 토크 발생, 독립구동 의 이점을 가진다[1]. 특히 이러한 시스템의 다축 차량은 일반 조향(normal steering)과 스키드 조향(skid-steering) 및 복합 조향이 가능하며 많은 자유도를 포함하기 때문에 차량 운동 해석 및 제어가 어렵다.
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참고문헌 (11)

  1. Y.Hori, Y.Toyota, 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. 

  2. J. Kang, W. Kim, K Yi and S. Jung, "Skid Steering Based Maneuvering of Robotic Vehicle with Articulated Suspension", SAE, Vol, 645-652, 2009. 

  3. D. Kim, C. Kim, Y. Kim, C. Han, "A Study on an Independent 6WD/6WS System for Electric Vehicles using the Optimum Tire Force Distribution," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems Vol. 16, No. 7, July 2010. 

  4. 신현인, "비무기체계 표준품목의 상용전환 연구", 민군규격통일화사업 보고서, pp. 48-55 

  5. Ossama Mokhiamar and Masato Abe, "Simultaneous Optimal Distribution of Lateral and Longitudinal Tire Force for the Model Following Control", Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol. 126, pp. 753-763, 2004. 

  6. M. Abe and W. Manning, Vehicle Handling Dynamics: Theory and Application, ELSEVIER, Amsterdam, 2009. 

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

  8. Mian Ashfaq Ali, Changjun Kim, Hyunsoo Shin, Jaeho Jang, Changsoo Han, "Study on the Characteristics of Skid Steering for Six Wheel Drive Vehicle (6x6)," KSAE Annual Conference, pp. 325, 2008(In Korea). 

  9. Hiroshi Ohnishi, Junichi Ishii, Mitsuo Kayano, Hiroshi Katayama, "A study on road slope estimation for automatic transmission control," JSAE Reveiw, pp.235-240, 2000. 

  10. Naoki Ando, Hiroshi Fujimoto, "Yaw-rate Control for Electric Vehicle with Active Front/Rear Steering and Driving/Braking Force Distribution of Rear Wheels", IEEE Int. Workshop Advanced Motion Control, pp. 726-731, 2010. 

  11. Martin Larsson, "Road Slope Estimation", Master Thesis, Linkopings universitet, 2010 

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