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차량 전복 방지를 위한 강인 제어기 설계
Design of a Robust Controller for Vehicle Rollover Prevention 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.11, 2012년, pp.1311 - 1318  

임성진 (서울대학교 차세대융합기술연구원) ,  김용무 (충남대학교 기계공학과) ,  오동호 (충남대학교 기계공학과)

초록
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본 논문에서는 차량 전복 방지를 위해 강인 제어기를 설계하고 적용하는 방법에 대해 제시한다. 운행 중인 차량은 속도나 무게중심과 같은 파라미터 변화가 쉽게 발생하는데, 차량 전복 방지 제어기가 파라미터 변화에 대해 강인하게 설계된다면 차량 전복 방지 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이를 위해 본 논문에서는 이산시간영역에서 LMI 를 이용하여 $H_2$ 및 $H_{\infty}$ 강인제어기를 설계하고, 실험에 대한 신뢰도가 높은 차량 시뮬레이션 패키지인 CarSim 에서 차량 전복 방지를 위한 제어기의 성능을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Vehicle systems are frequently exposed to parameter uncertainties such as vehicle speed and height of center of gravity. If a controller is designed to be robust against these parameter uncertainties, the rollover prevention capability can be considerably enhanced. In this study, robust controllers ...

주제어

#차량 전복 방지   #강인 제어   #$H_2$ 제어   #$H_{\infty}$ 제어   #선형행렬부등식  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 차량의 전복을 방지하기 위해 차량의 파라미터 변화에 대해 강인한 제어기를 설계하고 시뮬레이션을 수행함으로써 강인 제어기의 성능을 검토하였다. Bode 선도 해석을 통해 H2 제어에 비해 H∞ 제어가, 그리고 강인 제어기가 공칭 제어기에 비해 더 향상된 차량 전복 방지 성능을 보이며 그 결과로서 기준 요율 추종 성능이 더 저하되는 것을 확인하였으며 CarSim 에서의 시뮬레이션을 통해 이 사실을 확인하였다.

가설 설정

  • 본 논문에서 파라미터 불확실성은 polytopic 형태로 가정한다. 시스템에 있는 불확실한 파라미터의 수가 q 라고 가정할 때, 각 파라미터 변동의 상한과 하한을 결정한 후 이들을 조합하면 p=2q 개의 절점에 해당하는 Ai, B1,i, B2,i 를 만들어 낼 수 있으며 이들의 선형결합을 통해 식 (19)와 같이 파라미터 불확실성을 고려한 상태공간 방정식을 구성한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
차량 전복 방지 방법은 무엇인가? 일반적으로 차량 전복은 고속 주행시 높은 마찰 노면에서 과도한 조향에 의해 횡가속도가 급격하게 증가하여 발생한다. 따라서 대부분의 차량 전복 방지 방법은 운전자의 의지를 나타내는 차량의 기준요율을 저하시켜 선회반경을 크게 하고 차량의 횡가속도를 줄임으로써 차량의 전복을 방지한다.(3~6) 대표적인 방법으로는 Odenthal 등,(3) Ungoren과 Peng,(4) 윤장열(5)과 임성진(6)의 방법이 있다.
차량 전복이 발생하는 이유는 무엇인가? 일반적으로 차량 전복은 고속 주행시 높은 마찰 노면에서 과도한 조향에 의해 횡가속도가 급격하게 증가하여 발생한다. 따라서 대부분의 차량 전복 방지 방법은 운전자의 의지를 나타내는 차량의 기준요율을 저하시켜 선회반경을 크게 하고 차량의 횡가속도를 줄임으로써 차량의 전복을 방지한다.
강인 제어기의 기준요율 추종 성능이 공칭 제어기에 비해 더 저하된다는 것은 어떠한 의미인가 이것은 앞서 설명하였듯이 강인 제어기의 기준요율 추종 성능이 공칭 제어기에 비해 더 저하된다는 것을 의미한다. 또 다른 의미로 이것은 운전자의 의도대로 차를 조향할 수 없음을 의미한다.
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참고문헌 (19)

  1. National Highway Traffic Safety Administration, 2003, "Motor Vehicle Traffic Crash Injury and Fatality Estimates, 2002 Early Assessment," NCSA(National Center for Statistics and Analysis) Advanced Research and Analysis. 

  2. Fatality Analysis Reporting System (FARS), 2009, http://www-fars.nhtsa.dot.gov. 

  3. Odenthal, D., Bunte, T. and Ackermann, J., 1999, "Nonlinear Steering and Braking Control for Vehicle Rollover Avoidance," European Control Conference, Karlsruhe, Germany. 

  4. Ungoren, A.Y. and Peng, H., 2004, "Evaluation of Vehicle Dynamic Control for Rollover Prevention," International Journal of Automotive Technology, Vol. 5, No. 2, pp.115-122. 

  5. Yoon, J., Yi, K. and Kim, D., 2006, "Rollover Index-Based Rollover Mitigation System," International Journal of Automotive Technology, Vol. 7, No. 7, pp.821-826. 

  6. Yim, S., Park, Y. and Yi, K., 2010, "Design of Active Suspension and Electronic Stability Program for Rollover Prevention," International Journal of Automotive Technology, Vo. 11, No. 2, pp.147-153. 

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  7. Lee, A.Y., 2002, "Coordinated Control of Steering and Anti-roll Bars to Alter Vehicle Rollover Tendencies," ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol. 124, pp.127-132. 

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  8. Gaspar, P., Szabo, Z. and Bokor, J., 2005, "The Design of Integrated Control System in Heavy Vehicles Based on an LPV Method," Proceedings of the 44th IEEE Conference on Decision, and European Control Conference, pp.6722-6727, Seville, Spain. 

  9. Yim, S., Jeon, K. and Yi, K., 2012, "An Investigation into Vehicle Rollover Prevention by Coordinated Control of Active Anti-roll Bar and Electronic Stability Program," International Journal of Control, Automation, and Systems, Vol. 10, No. 2, pp.275-287. 

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  10. Yim, S. and Park, Y., 2011, "Design of Rollover Prevention Controller with Linear Matrix Inequality-Based Trajectory Sensitivity Minimisation," Vehicle System Dynamics, Vol. 49, No. 8, pp.1225-1244. 

    상세보기 crossref

  11. Yim, S., 2012, "Design of a Robust Controller for Rollover Prevention with Active Suspension and Differential Braking," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 26, No. 1, pp.213-222. 

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  12. Rajamani, R., 2006, Vehicle Dynamics and Control, New York, Springer. 

  13. Bryson, A.E. and Ho, Y.C., 1975, Applied Optimal Control, New York: Hemisphere. 

  14. Gahinet, P., Nemirovski, A., Laub, A.J. and Chilali, M., 1995, LMI Control Toolbox User's Guide. Natick, MA: The MathWorks. 

  15. Akbari, A. and Lohmann, B., 2008, "Multi-Objective Preview Control of Active Vehicle Suspensions," Proceedings of the 17th World Congress IFAC, Seoul, Korea, pp.3398-3403 

  16. Cho, W., Yoon, J., Kim, J., Hur, J. and Yi, K., 2008, "An Investigation into Unified Chassis Control Scheme for Optimised Vehicle Stability and Maneuverability," Vehicle System Dynamics, Vol. 46 Supplement, pp.87-105. 

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  17. Wang, J. and Longoria, R.G., 2006, "Coordinated Vehicle Dynamics Control with Control Distribution," Proceedings of the 2006 American Control Conference, Minneapolis, Minnesota, USA, pp.5348-5353. 

  18. Mechanical Simulation Corporation, 2005, CarSim User Manual Version 5. 

  19. National Highway Traffic Safety Administration, 2004, "Testing the Dynamic Rollover Resistance of Two 15-Passenger Vans with Multiple Load Configurations," US Department of Transportation. 

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