[논문]전륜 횡력의 포화를 고려한 ESC와 AFS의 통합 섀시 제어

임성진

doi:10.5302/j.icros.2015.15.0126

전륜 횡력의 포화를 고려한 ESC와 AFS의 통합 섀시 제어
Integrated Chassis Control with Electronic Stability Control and Active Front Steering under Saturation of Front Lateral Tire Forces 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.21 no.10, 2015년, pp.903 - 909

Abstract ▼ AI-Helper

This article presents an integrated chassis control with electronic stability control (ESC) and active front steering (AFS) under saturation of front lateral tire force. Regardless of the use of AFS, the front lateral tire forces can be easily saturated. Under the saturated front lateral tire force, AFS cannot be effective to generate a control yaw moment needed for the integrated chassis control. In this paper, new integrated chassis control is proposed in order to limit the use of AFS in case the front lateral tire force is saturated. Weighed pseudo-inverse control allocation (WPCA) with variable weight is adopted to adaptively use the AFS. To check the effectiveness of the proposed scheme, simulation is performed on a vehicle simulation package, CarSim. From simulation, the proposed integrated chassis control is effective for vehicle stability control under saturated front lateral tire force.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

사용한다. 본 논문에서는 타이어 슬립각 정보를 바탕으로 전륜 타이어 횡력의 포화 여부를 판단한다. 타이어 슬.
본 논문에서는 통합 섀시 제어기에서 AFS의 사용을 제한하기 위해 그림 5와 같이 가변 가중치 〃의 적응 조절 규칙을제안한다. 그림 5에서 %, % 와 % 의 값은 각각 0.
본 논문에서는 통합 섀시 제어에서 전륜의 타이어 횡력이포화되어 AFS가 효과가 없어질 때 WPCA의 가변 가중치를조절하여 AFS의 사용을 제한하는 방법을 제안하였다. 본 논문에서는 요모멘트 분배 문제를 최적화 문제로 정식화하였고 가변가중치를 가지는 WPCA# 이용하여 최적해를 구하였다.
위해서 슬라이딩 모드 제어를 이용한다. 차량 안정성제어의 목적은 차량의 조종 안정성과 횡 방향 안정성을 유지하는 것이다. 요율 에러는 차량의 실제 요율과 기준 요율의차이로서 식 (6) 과 같이 정의된다.

가설 설정

2자유도 자전거 모델은 종방향 속도가 일정하다고 가정하고 횡방향 운동과 요방향 운동을 기술하며 운동 방정식은식 ⑴과 같다. 식 (1) 에서 丹는 차량의 횡 방향 가속도이다.

제안 방법

이러한 대표적인 방법이 UCC (Unified Chassis Control)이다[5, 6]. ESC와 AFS를 이용하여 제어 요 모멘트를 만들어 내는 UCC 에서는 하위 제어기에서 타이어 힘을 결정하는 문제를 최적화 문제로 정식화하였고 Karush-Kuhn-Tucker 최적성 조건을이용하여 대수적으로 최적해를 구하였다. UCC에서 최적화의목적 함수는 AFS의 조향각을 최대한 활용하여 ESC의 제동입력을 최소화하는 것이다.
본 논문에서는 요모멘트 분배 문제를 최적화 문제로 정식화하였고 가변가중치를 가지는 WPCA# 이용하여 최적해를 구하였다. 관측기를 이용하여 타이어 횡슬립각을 구하고 이를 기반으로 WPCA의 가변가중치를 조절하여 AFS의 사용을 제한하는 방법을 제안하였다. 차량 시뮬레이션 패키지인 CarSim에서 시뮬레이션을 수행하여 제안된 방법의 타당성을 검증하였다.
립각 정보를 구하기 위해 관측기를 사용한다. 기존의 연구 [11] 와 같이 요 모멘트 분배를 위해 가변 가중치를 가지는가중 의사역행렬 기반 제어 할당 방법(WPCA)을 적용한다 [12] , 타이어 슬립각 정보를 기반으로 物CA의 목적 함수에서 가변 가중치를 조절하여 전륜 타이어 횡력이 포화되었을때 AFS의 사용을 제한하는 방법을 제안한다. 제안된 방법의성능을 검증하기 위해 차량 시뮬레이션 패키지인 CarSim을이용하여 시뮬레이션을 수행한다[13].
먼저 타 어이 슬립 각을 계산하기 위해 CASE1 차량에 대해사용된 관측기의 성능을 확인한다. 그림 6은 횡 방향 속도 관측기의 시뮬레이션 결과를 보여 준다.
본 논문에서 제시하는 통합 섀시 제어는 ESC와 AFS를 구동기로 사용한다. 본 논문에서는 타이어 슬립각 정보를 바탕으로 전륜 타이어 횡력의 포화 여부를 판단한다.
AFS의 사용을 제한하는 방법을 제안하였다. 본 논문에서는 요모멘트 분배 문제를 최적화 문제로 정식화하였고 가변가중치를 가지는 WPCA# 이용하여 최적해를 구하였다. 관측기를 이용하여 타이어 횡슬립각을 구하고 이를 기반으로 WPCA의 가변가중치를 조절하여 AFS의 사용을 제한하는 방법을 제안하였다.
MPCA에서 〃 의 값을。. 이과 1로 고정한 경우(각각 CASE1 과 CASE2)와제안된 적응 가변 가중치 조절 방법(CASE3)에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 적응 가변 가중치 방법(CASE3)에서 AFS 를 우선적으로 사용하도록 초기 〃값은 0.
제안된 통합 섀시 제어 방법의 성능을 검증하기 위해 차량시뮬레이션 패키지 CarSim에서 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션 조건은 운전자 모델을 이용하여 moose test track을 추종하는 것이다[17].
보상하였다. 하지만 이 방법에서는 타이어 슬립 각에 대한 정보가 없는 상태에서 전륜 타이어 횡력의 최대값만을 기준으로 AFS의 제한 여부를 판단하였고 횡력의 최대값을 초과한 부분에 대해서만 ESC로 보상하였다. 또한 이 방법을 적용하기 위해서는노면 마찰계수와 타이어 수직력을 알아야 한다.

대상 데이터

이 값은 매우 낮은 값으로서 다져진눈길을 의미한다. 시뮬레이션 시간은 10초이다. MPCA에서 〃 의 값을。.
()1로 설정한다. 차량 모델은 CarSim에서 제공하는 소형 SUV 모델이며 차량모델의 파라미터는 표 1과 같다.

데이터처리

기존의 연구 [11] 와 같이 요 모멘트 분배를 위해 가변 가중치를 가지는가중 의사역행렬 기반 제어 할당 방법(WPCA)을 적용한다 [12] , 타이어 슬립각 정보를 기반으로 物CA의 목적 함수에서 가변 가중치를 조절하여 전륜 타이어 횡력이 포화되었을때 AFS의 사용을 제한하는 방법을 제안한다. 제안된 방법의성능을 검증하기 위해 차량 시뮬레이션 패키지인 CarSim을이용하여 시뮬레이션을 수행한다[13].
관측기를 이용하여 타이어 횡슬립각을 구하고 이를 기반으로 WPCA의 가변가중치를 조절하여 AFS의 사용을 제한하는 방법을 제안하였다. 차량 시뮬레이션 패키지인 CarSim에서 시뮬레이션을 수행하여 제안된 방법의 타당성을 검증하였다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 제안한 방법은 AFS 대신 ESC를 사용하여 차량의 속도를 어느 정도 감소시키지만 결과적으로 횡슬립각을 감소시킨다는 것을 확인하였다.

이론/모형

본 논문에서는 ESC와 AFS의 타이어 힘, A/弟과 如를 결정하기 위해 WPCA를 이용한다[12]. WPCA의 목적 함수는식 (17) 과 같다.
실제 차량에서 값을 계측하는 것은 매우 어려우므로 관측기를 이용하여 구한다. 본 논문에서는 기존의 연구에서 제안된 관측기를 이용한다[16]. 이 관측기는 차량에서 쉽게 계측할 수 있는 횡가 속도와 요율을 이용하여 횡 방향 속도 些를예 즉한다.
상위 제어기는 차량을 안정화시키는데 필요한 제어 요 모멘트를 계산하기 위해 그림 1과 같은 2자 유도 자전거 모델을 이용한다. 2자유도 자전거 모델은 종방향 속도가 일정하다고 가정하고 횡방향 운동과 요방향 운동을 기술하며 운동 방정식은식 ⑴과 같다.

성능/효과

UCC에서 최적화의목적 함수는 AFS의 조향각을 최대한 활용하여 ESC의 제동입력을 최소화하는 것이다. 결과적으로 ESC의 제동 압력에따른 운전자의 불쾌감이 없고 ESC에 비해 더 적은 에너지를소모하며 제동 압력이 없으므로 차량의 속도도 작게 감소하게 된다.
이에 따라 AFS가 사용되지 않는 구간에서 ESC를 사용함으로써 그림 7(c)에서 보듯이 CASE3는 CASE1 에 비해 차량의 속도는 감소하지만 ESC의 제동력에의해 그림 7(b)처럼 횡 슬립 각이 크게 감소했음을 알 수 있다. 결론적으로 본 논문에서 제안한 방법은 전륜의 타이어 횡력이 포화되는 경우 타이어 슬립각 정보를 기반으로 MPCA의가변 가중치를 조절함으로써 AFS 의 사용을 제한흐]였고 이에따라 ESC의 제동 입력을 적용함으로써 차량의 속도와 횡슬립각을 감소시켰음을 알 수 있다.
차량 시뮬레이션 패키지인 CarSim에서 시뮬레이션을 수행하여 제안된 방법의 타당성을 검증하였다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 제안한 방법은 AFS 대신 ESC를 사용하여 차량의 속도를 어느 정도 감소시키지만 결과적으로 횡슬립각을 감소시킨다는 것을 확인하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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