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매트랩 CMDPS와 카심 기반 완전차량모델의 동시시뮬레이션 기술에 관한 연구
Study on Concurrent Simulation Technique of Matlab CMDPS and A CarSim Base Full Car Model 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.4, 2013년, pp.1555 - 1560  

장봉춘 (안동대학교 기계공학과)

초록
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칼럼 타입의 전동조향장치(MDPS) 시스템은 차량 안전성과 연료 효율 향상을 보장하기에 승용차에 보편적으로 장착하고 있다. 시스템 해석과 제어기 개발을 위해서는 보통 Mechanical Simulation사에서 제작한 CarSim 프로그램과 매트랩 시뮬링크의 두 프로그램을 이용하여 제어 알고리즘과 차량 모델이 결합되어 하나의 시스템처럼 동시에 동작하도록 시뮬레이션을 수행한다. 매트랩 시뮬링크의 MDPS 제어 시스템과 완전 차량 모델의 동시시뮬레이션 기술개발에 대한 구체적이 방법이 소개된 적이 없기에 본 연구에서 상세히 소개하기로 한다. 본 연구에서는 사인 파형의 조향핸들입력을 이용한 시뮬레이션 결과가 보여 지고 실험결과와 잘 비교되었다. 이러한 동시시뮬레이션 기술은 차량의 핸들링 성능 평가나 CMDPS 평가 수행 및 로직 튜닝을 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Column type Motor Driven Power Steering(CMDPS) systems are generally equipped among passenger vehicles ensuring better vehicle safety and fuel economy. In general to analyze systems and to develop a controller a full vehicle model from CarSim developed by Mechanical Simulation Incorporation inte...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 사가 제공하는 ADAMS[9,10] 프로그램, 다물체 동역학 소프트웨어인 DADS[11] 프로그램, Mechanical Simulation사에서 제작한 CarSim[12] 프로그램 등이 있다. 매트랩과 아담스/대즈 차량의 두 프로그램을 이용하여 제어 알고리즘과 차량 모델이 결합되어 하나의 시스템처럼 동시에 동작하도록 하는 동시시뮬레이션 기술 개발[13]은 과거에 소개되었기에 간략히 소개하고, 본 논문에서는 카심과의 동시시뮬레이션 기술[14]에 초점을 두고자 한다.
  • 본 논문에서는 차량 동력학 및 제어 분야에서 중요한 이슈가 되고 있는 전동조향장치의 제어 알고리즘을 매트랩 시뮬링크[8]를 이용하여 구성하고 이를 하나의 차량 모델과 결합하기 위해 다양한 소프트웨어들로 완전 차량 동력학 모델을 완성한 후, 이 두 프로그램을 이용하여 제어 알고리즘과 차량 모델이 결합되어 하나의 시스템처럼 동시에 동작하도록 하는 기법 개발을 소개하고자 한다. 완전 차량 동력학 모델로는 Mechnical Dynamic Inc.
  • 본 절에서는 동시시뮬레이션 기술에 대하여 기존에 이미 소개된 내용이라 간략히 소개하고, 카심과 연동하는 기술에 대해 상세히 소개하기로 한다.
  • 본 절에서는 전동조향장치의 구조 및 제어 알고리즘에 관한 전반적인 사항과 조향장치, 서스펜션, 타이어를 포함하는 완전 차량모델 구성에 관하여 논의한 후에 전동조향장치 모듈과 차량 모델 사이의 인터페이스 기법을 보임으로써 전동조향장치를 갖춘 차량의 동적 특성을 살펴보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전동식 조향장치는 국내에서 언제 소개되었는가? 동력 조향장치의 하나로 국내에서는 2003년 전동식 조향장치(MDPS)가 소개된 후로 부가적인 조향력을 얻기 위해 유압식 파워[1,2] 대신에 전기 모터를 사용함으로써 유압펌프, 호스, 유체, 벨트 및 풀리 등과 같은 유압발생 장치가 불필요하므로 비교적 시스템이 간단하고 가볍다. 또한 전동조향장치의 경우 핸들을 돌릴 경우에만 모터가 동작하도록 설계된 시스템이기 때문에 연료소모량도 적은 장점이 있다.
MDPS의 구성요소? 전동조향장치는 Fig. 1에 나타난 바와 같이 조향기어, 조향 메카니즘, 전기모터 및 적절한 조향 응답성 확보를 위한 제어기 등의 부품들로 구성되어 있다. 중요한 입력신호로는 스티어링 핸들에 가해지는 토크, 토션바 각속도와 차속신호가 있는데 이 입력 신호들이 시스템 변수들과 함께 계속적으로 제어기에 입력된다.
전동조향장치의 장점? 동력 조향장치의 하나로 국내에서는 2003년 전동식 조향장치(MDPS)가 소개된 후로 부가적인 조향력을 얻기 위해 유압식 파워[1,2] 대신에 전기 모터를 사용함으로써 유압펌프, 호스, 유체, 벨트 및 풀리 등과 같은 유압발생 장치가 불필요하므로 비교적 시스템이 간단하고 가볍다. 또한 전동조향장치의 경우 핸들을 돌릴 경우에만 모터가 동작하도록 설계된 시스템이기 때문에 연료소모량도 적은 장점이 있다. 이러한 이유 때문에 최근에는 전동조향장치의 모델링[3], 하드웨어 및 소프트웨어 개발[4,5], 모터 개발[6,7]에 많은 연구가 집중되고 있고 전동조향장치를 탑재하는 차량이 중대형 차종으로 확대되고 있다.
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참고문헌 (14)

  1. B. C. Jang and S. C. Lee, Mathematical Model of a Power Steering System, Transactions of Korean Society of Automotive Engineers, Vol.5 No.4, pp.39-47, 1997. 

  2. T. O. Tak, K. C. Kim, and J. R. Yun, "Steering Model for Vehicle Dynamics Analysis", KSPE, Vol.16, No. 12, pp.214-221, 1999. 

  3. C. S. Hahn, J. Shin and J. E. Oh, "Study on the Graphical Inducing Method of State-space Equation of Bond Graph", Vol.22, No.9, pp.1675-1683, 1998. 

  4. T. J. Park, S. C. Yun and C. S. Han, "Development of Hardware-in-the-Loop Simulation System For a Electric Power Steering System", Transactions of Korean Society of Mechanical Engineers, A-Vol 24 No.12, pp. 2883-2890, 2000. 

  5. C. S. Hahn, M. H. Rhee, J. E. Oh, H. Park, "Development of Simulator for Performance Test of Electric Power Steering of Light Weight Vehicle Steering Simulator", Transactions of Korean Society of Mechanical Engineers, A-Vol. 25. No.6, pp. 923-929, 2001. 

  6. J. Bang, J. Song, et al., "Development of A 250 W DC Motor Controller," KAIS 2012 Spring Conference, pp. 693-695, 2012. 

  7. Y. S. Lee, et al., "Controller Design of PMSM Drive System Using Embedded Target in MATLAB/ SIMULINK," KAIS 2007 Fall Conference, pp. 148-151, 2007. 

  8. B. C. Jang, C. W. Liang, "Co-Simulation/Integration of Electric Power Steering System and Vehicle Dynamics", GM Internal Report., GME2000-12, Dec., 2000. 

  9. CarSim Manual v8.03, Mechanical Simulation Corp, 2010. 

  10. B. C. Jang, "Co-Simulation Technology Development for 'Free Control' of SUV Vehicle Equipped with Electric Power Steering System", KSME Kyungbook Div. Conference, April, pp.29-36, 2003. 

  11. B. C. Jang, "Study on Concurrent Simulation Technique of MDPS and A Full Car Model," KAIS 2010 Fall Conference, pp. 785-787, 2010. 

  12. MATLAB users manual, v. 5.3.1, MathWorks, Inc., 2000 . 

  13. ADAMS/Solver Reference Manual, Mechanical Dynamics, Inc., v. 10.0, 2000 . 

  14. Using ADAMS/Controls, ver. 10.0, Mechanical Dynamics, Inc., Aug. 15, 1999. 

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