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문제 정의
- HILS 시스템을 이용한 EPS 의 성능 평가를 위하여 본 연구에서는 ISO 에 규정된 다양한 시험모드를 수행할 수 있는 가상 주행환경을 구축하였다. 이를 위해 CarSim 의 Animation 기능을 활용하였으며, J-turn(Step steer), on-center handling, SLC(Single lane change), DLC(Double lane change), slalom 의 시험을 수행할 수 있는 환경을 구축하였다.
- 이를 위해 로봇 조향 시스템은 운전자의 조향 입력과 마찬가지로 서보모터의 제어를 통하여 시험 조건에 따라 조향 각을 컬럼에 인가해 주어야 한다. 따라서, 본 절에서는 시험 조건에 정의되어 있는 조향 각을 로봇 조향 시스템이 정확하게 구현하는지 확인함으로써 성능을 검증하였다.
- 본 논문에서는 EPS HILS 시스템을 위한 지그를 설계함에 있어 Fig. 3 과 같이 향후 다양한 타입의 EPS 시스템을 장착할 수 있도록 호환성을 고려하여 설계하였다. EPS HILS 시스템의 지그부는 크게 노면 반력 구현 시스템을 위한 부분과 로봇 조향 시스템을 위한 부분으로 나뉜다.
- EPS 시스템은 운전자의 조향을 돕기 위해 기존의 유압 보조력 대신 전기적인 보조력을 생성하는 장치이다. 본 논문에서는 국내 소형 차량에 적용된 12V 전원 45A 용량의 DC Brushed 모터를 장착한 C-EPS 를 사용하여 HILS 를 개발하였다. Fig.
- 본 논문에서는 최근 승용차량에 널리 보급되어지고 있는 EPS 의 조향성능 개선 및 평가를 위한 EPS HILS 시스템을 개발하였다. 이를 위해 다음과 같은 연구를 수행하였다.
- 본 연구에서는 노면 반력 구현부의 PD 제어기 게인을 찾기 위해, 먼저 P 와 D 게인의 적절한 범위를 개별적으로 선정한 다음, 이들을 조합하였을 때 최적의 성능을 주는 게인을 찾는 방법으로 PD 게인을 선정하였다.
- HILS 시스템은 실차 시험 상황을 실험실에서 구현할 수 있도록 설계되어야 하기 때문에, 운전자의 조향 입력과 차량의 주행조건에 따른 차량 거동의 변화를 실시간으로 모사할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 노면으로부터 타이어를 통해 랙에 가해지는 힘을 추정하고 이를 컬럼에 전달하여 조향 성능을 평가할 수 있도록 노면 반력 제어시스템을 구현하였다. 또한 다양한 시험모드의 조향 입력 조건을 반복적으로 수행하여 신뢰성 있는 데이터들에 대한 통계적 분석이 가능하도록 운전자의 조향 입력을 대신하는 로봇 조향 시스템을 구현하였다.
- 본 연구에서는 조향 입력에 따른 EPS 의 출력 특성을 관찰할 수 있도록 EPS 의 입출력 부위에 두 개의 토크 센서를 장착하였다.
- 본 절에서는 EPS HILS 시스템의 성능 검증을 위한 실차와 HIL 시뮬레이션 시험 결과에 대한 분석 내용을 보여준다. 성능 검증을 위한 실차 시험은 자동차부품연구원 내의 PG (Proving Ground)에서 진행되었으며, 조향시스템 평가 목적에 부합하는 시험항목들로 J-turn 시험과 온-센터 핸들링(Oncenter handling) 시험을 수행하였다.
- 본 절에서는 노면 반력 구현 시스템의 성능 검증을 위하여 서보모터 제어에 의해 출력되는 토크가 차량의 실제 노면 반력에 상응하는 값으로 랙에 가해지고 있는지 알아보았다.
- 이러한 배경을 바탕으로 본 연구에서는 EPS의 신뢰성 있는 성능 평가를 위하여 정확한 조향 입력의 반복 구현이 가능한 로봇 조향 시스템을 적용한 EPS HILS 시스템을 개발하였다. HILS 시스템은 실차 시험 상황을 실험실에서 구현할 수 있도록 설계되어야 하기 때문에, 운전자의 조향 입력과 차량의 주행조건에 따른 차량 거동의 변화를 실시간으로 모사할 수 있어야 한다.
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