[논문]능동전륜조향장치를 채택한 사륜조향차량의 횡방향 안정성 강화에 대한 연구

송정훈

doi:10.7467/ksae.2012.20.2.015

능동전륜조향장치를 채택한 사륜조향차량의 횡방향 안정성 강화에 대한 연구
A Study on Lateral Stability Enhancement of 4WS Vehicle with Active Front Wheel Steer System 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.20 no.2, 2012년, pp.15 - 20

송정훈 (동명대학교 메카트로닉스공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study is to propose and develop an integrated dynamics control system to improve and enhance the lateral stability and handling performance. To achieve this target, we integrate an AFS and a 4WS systems with a fuzzy logic controller. The IDCS determines active additional steering angle of front wheel and controls the steering angle of rear wheel. The results show that the IDCS improves the lateral stability and controllability on dry asphalt and snow paved road when double lane change and step steering inputs are applied. Yaw rate of the IDCS vehicle tracks reference yaw rate very well and body slip angle is reduced about by 50%. Response time of the IDCS vehicle is also decreased.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이 연구에서 사용되어질 차량 모델은 8자유도의 전체 차량 모델이다. 이 모델은 선행 연구에서 개발된 차량 모델에 AFS 및 4WS를 적용시킬 수 있도록 개선시킨 것이다.
이 연구는 차량의 횡방향 안정성 및 조향성을 개선시키기 위하여 능동 전륜 조향각 제어 장치인 AFS 및 4WS 차량의 후륜 조향각 제어 장치의 통합 제어장치를 개발하기 위한 것이다. 이를 위하여 yaw rate error 및 body slip angle error를 입력으로 하고 전륜 추가 조향각 및 후륜 조향각을 출력으로 하는 IDCS fuzzy logic controller를 개발하였다.
그림에서 조향 입력 δ_f는 운전자의 조향입력을 의미한다. 이 연구를 통하여 AFS 및 4WS 장치로 구성된 샤시 통합운동제어장치가 차량의 성능향상에 미치는 역할을 확인하고 향후 연구 방향을 제시하고자 한다.
이 연구에서는 4WS 제어기 및 AFS 제어기를 통합 제어하는 조향장치 통합운동제어장치(IDCS, Integrated Dynamics Control with Steering system)를 제안 및 개발하고자 한다. 통합제어가 필요한 이유는 AFS 및 4WS 장치가 독립적으로 제어되면 이들의 장점이 충분히 발휘되지 않을 뿐만 아니라 오히려 성능 악화를 발생시킬 수도 있기 때문이다.

가설 설정

9(c) 및 10(c)에 나타내었다. 노면 조건은 건조한 아스팔트 및 눈길로 가정하였으며 초기 속도는 각각 30m/s, 15m/s로 설정하였다.
yaw rate는 센서 혹은 observer를 이용하여 측정 혹은 추정 가능하나 body slip angle은 observer 를 이용하여 추정하여야 한다. 한편 reference yaw rate은 다음 수식을 이용하여 계산하며 reference body slip angle은 0으로 가정한다.^8,10)

제안 방법

이 연구에서 개발된 IDCS의 성능 평가는 건조한 아스팔트와 눈길에서 차선 변경 조향 입력과 회전 조향 입력을 이용하여 실시되었다. 시뮬레이션은 Matlab/Simulink를 이용하여 실시하였다.
이 연구는 차량의 횡방향 안정성 및 조향성을 개선시키기 위하여 능동 전륜 조향각 제어 장치인 AFS 및 4WS 차량의 후륜 조향각 제어 장치의 통합 제어장치를 개발하기 위한 것이다. 이를 위하여 yaw rate error 및 body slip angle error를 입력으로 하고 전륜 추가 조향각 및 후륜 조향각을 출력으로 하는 IDCS fuzzy logic controller를 개발하였다. 이 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.

대상 데이터

이 연구에서 사용되어질 차량 모델은 8자유도의 전체 차량 모델이다. 이 모델은 선행 연구에서 개발된 차량 모델에 AFS 및 4WS를 적용시킬 수 있도록 개선시킨 것이다.
2-4에 표시되어 있다. 이 연구에서 사용된 차량 모델은 Fig. 4에 나타내었다. 그 외 8자유도 전체 차량에 대한 자세한 사항은 참고문헌 (6-9)를 참고하기 바란다.
IDCS는 차량의 횡방향 안정성 및 조향성을 강화하기 위하여 yaw rate 및 body slip angle이 목표값을 추종하도록 제어한다. 이를 위하여 fuzzy logic 제어기를 개발하였으며 8자유도의 차량 모델을 사용하였다. Fig.

이론/모형

이 연구에서 개발된 IDCS의 성능 평가는 건조한 아스팔트와 눈길에서 차선 변경 조향 입력과 회전 조향 입력을 이용하여 실시되었다. 시뮬레이션은 Matlab/Simulink를 이용하여 실시하였다.
5에 나타낸 membership function에 따라 언어적 입력으로 변환된다. 이 연구에서는 가장 일반적으로 사용되는 Mamdani 퍼지 추론 모델을 사용하였다. 한편, Fig.

성능/효과

1) IDCS를 장착한 차량에 차선 변경 조향 입력이 가해지면 yaw rate는 목표값을 거의 일치하게 추종하였으며 body slip angle은 최대값을 기준으로 약 50% 가까이 감소시킬 수 있었다. 또한 조향 입력에 대한 차량의 반응 속도도 매우 빨라짐을 확인할 수 있었다.
2) 차량 회전 조향 입력이 가해질 경우 IDCS를 장착한 차량은 그렇지 못한 차량에 비하여 body slip angle이 건조한 아스팔트 노면에서 약 48%, 눈길에서 약 56%감소된 것을 볼 수 있다. 또한 yaw rate는 referece yaw rate를 잘 추종하였다.
3) 이러한 연구 결과를 바탕으로 본 연구에서 개발되어진 차량 샤시 통합제어장치인 IDCS는 차량의 횡방향 안정성 및 조향성 개선 그리고 응답성 향상에 큰 역할을 할 수 있음을 확인하였다.
1) IDCS를 장착한 차량에 차선 변경 조향 입력이 가해지면 yaw rate는 목표값을 거의 일치하게 추종하였으며 body slip angle은 최대값을 기준으로 약 50% 가까이 감소시킬 수 있었다. 또한 조향 입력에 대한 차량의 반응 속도도 매우 빨라짐을 확인할 수 있었다.
한편 IDCS를 장착한 차량의 body slip angle은 IDCS를 장착하지 않은 차량에 비하여 최대값을 기준으로 건조한 노면에서 약 49%, 눈길에서 약 47% 감소하였다(Fig. 7(b) 및 Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	4WS 제어기 및 AFS 제어기의 통합제어가 필요한 이유는 무엇인가?	이 연구에서는 4WS 제어기 및 AFS 제어기를 통합 제어하는 조향장치 통합운동제어장치(IDCS, Integrated Dynamics Control with Steering system)를 제안 및 개발하고자 한다. 통합제어가 필요한 이유는 AFS 및 4WS 장치가 독립적으로 제어되면 이들의 장점이 충분히 발휘되지 않을 뿐만 아니라 오히려 성능 악화를 발생시킬 수도 있기 때문이다.3,4)
	사륜조향자동차는 무엇인가?	사륜조향자동차(4WS, Four Wheel Steer)는 1962년 일본에서 제안되어진 기술로 보통의 차량이 전륜만을 조향하는 것에 비하여 후륜까지 조향하는 차량을 뜻한다. 많은 연구자 및 자동차 회사에서는 관련 연구를 진행하였으며 1980년 대 후반 혼다자동차 및 마쯔다자동차의 일부 차량에 장착되기 시작하였다.
	4WS 차량의 장점은 무엇인가?	많은 연구자 및 자동차 회사에서는 관련 연구를 진행하였으며 1980년 대 후반 혼다자동차 및 마쯔다자동차의 일부 차량에 장착되기 시작하였다. 4WS 차량은 타이어와 노면과의 마찰을 효과적으로 이용하기 때문에 조종 안전성과 빠른 응답성, 저속에서의 회전 반경 감소와 고속에서의 주행 안정성을 동시에 얻을 수 있는 장점이 있다. 초기 차량 속도 및 전륜 조향각을 이용하여 후륜 조향각을 단순히 결정하는 것으로 부터 최근 yaw rate가 reference yaw rate를 추종하도록 후륜 조향각을 결정하는 장치까지 개발되고 있다.

참고문헌 (12)

T. Chengwei, Z. Changfu, Z. Hongyu, Z. Tianjun and M. Li, "4WS the Integrated Control of SBW and 4WS," SAE 2007-01-3674, 2007.
W. Klier, G. Reimann and W. Reinelt, "Concept and Functionality of the Active Front Steering System," SAE 2004-21-0073, 2004.
J. He, D. A. Crolla, M. C. Levesley and W. J. Manning, "Coordination of Active Steering, Driveline, and Braking for Integrated Vehicle Dynamics Control," Proc. IMechE, Part D: J. Automobile Engineering, Vol.220, pp.1401-1421, 2006.
B. Mashadi, P. Ahmadizadeh and M. Majidi, "Integrated Controller Design for Path Following in Autonomous Vehicles," SAE 2011-01-1032, 2011.
U. Kiencke and L. Nielsen, Automotive Control Systems, SAE, New York, 2000.
J. Song and W. S. Che, "Comparison and Evaluation of Brake Yaw Motion Controllers with an Antilock Brake System," Proc. IMechE, Part D : J. Automobile Engineering, Vol.222, No.7, pp.1273-1288, 2008.
J. Song, "Comparison and Evaluation of Steer Yaw Motion Controllers with an Anti-lock Brake System," Proc. IMechE, PartD : J. Automobile Engineering, Vol.223, No.4, pp.503-518, 2009.
J. Song and W. S. Che, "Comparison between Braking and Steering Yaw Moment Controllers Considering ABS Control Aspects," Mechatronics, Vol.19, No.7, pp.1126-1133, 2009.

상세보기
J. Song, "Design of a Robust Controller to Enhance Lateral Stability of a Four Wheel Steer Vehicle with a Nonlinear Observer," Transactions of KSAE, No.15, No.6, pp.120-127, 2007.
M. J. L. Boada, B. L. Boada, A. Munoz and V. Diaz, "Integrated Control of Front-wheel Steering and Front Braking Forces on the Basis of Fuzzy Logic," Proc. IMechE, Part D: J. Automobile Engineering, Vol.220, pp.253-267, 2006.
H. T. Nguyen, N. R. Prasad, C. L. Walker and E. A. Walker, A First Course in Fuzzy and Neural Control, Chapman & Hall/CRC, New York, 2003.
R. Rajamani, Vehicle Dynamics and Control, Springer, New York, 2006.

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