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실시간 주행 안정성 분석을 위한 6X6 스키드 조향 무인 자율 주행 차량의 경로 추종 제어
Path Tracking Control of 6X6 Skid Steering Unmanned Ground Vehicle for Real Time Traversability 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.41 no.7, 2017년, pp.599 - 605  

홍효성 (충남대학교 메카트로닉스공학과) ,  한종부 (충남대학교 메카트로닉스공학과) ,  송하준 (충남대학교 메카트로닉스공학과) ,  정사무엘 (부산대학교 기계공학부) ,  김성수 (충남대학교 메카트로닉스공학과) ,  유완석 (부산대학교 기계공학부) ,  원문철 (충남대학교 메카트로닉스공학과) ,  주상현 (국방과학연구소 제5기술연구본부)

초록
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무인 자율 주행 차량이 야지 환경에서 안전하게 주행하기 위해서는 차량의 주행 안정성이 반드시 고려되어야 한다. 본 논문에서는 실시간 주행 안정성 분석을 위한 자율 주행 시뮬레이션에 적용되는 경로 추종 제어기를 제시한다. 경로 추종 제어기는 Preview 거리를 사용하여 차량의 지향 각을 제어하고, 요 모멘트 관측기로부터 추정된 외란 모멘트를 보상하여 지향 각 오차와 횡 방향 거리 오차를 감소시킨다. 곡선 경로에서는 곡률을 이용하여 차량의 주행 속도를 결정한다. 대상 차량은 6X6 스키드 조향 차량이기 때문에 6개의 휠에 서로 다른 구동력을 분배하는 방법을 사용하여 주어진 경로를 주행한다. ADAMS에서 모델링 된 차량을 MATLAB과 연동시켜 시뮬레이션하고, 경로 추종 제어기 성능을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

For an unmanned vehicle to be driven on the off-road terrain, it is necessary to consider the vehicle's stability. This paper suggests a path tracking controller for simulation of real-time vehicle stability analysis. The path tracking controller uses the preview distance to track the given trajecto...

주제어

#무인자율차량   #스키드 조향   #경로주행제어   #아담스   #다물체 동역학   #주행성분석  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 야지 고속 주행 무인 자율 주행 차량의 실시간 주행 안정성 분석 시뮬레이션을 위한 경로 추종 제어기를 제시하였다. 실시간 주행 안정성 분석 시뮬레이션에서는 매 100 ms 마다 차량에 장착된 LiDAR 센서에 의해 주어진 약 15 m의 경로에 대하여 주행 시뮬레이션을 실시하고 동시에 차량의 주행 안정성을 예측하는 것을 목표로 한다.
  • 본 연구에서는 야지 고속 주행 무인 자율 주행 차량의 실시간 주행 안정성 분석 시뮬레이션을 위한 경로 추종 제어기를 제시하였다. 실시간 주행 안정성 분석 시뮬레이션에서는 매 100 ms 마다 차량에 장착된 LiDAR 센서에 의해 주어진 약 15 m의 경로에 대하여 주행 시뮬레이션을 실시하고 동시에 차량의 주행 안정성을 예측하는 것을 목표로 한다. 따라서 제한된 시간 내에 시뮬레이션을 수행하기 위한 경로 추종 제어 알고리즘은 간결하면서 안정적인 특성을 갖춰야 할 필요성이 있다.

가설 설정

  • 7과같다. 시뮬레이션에서 사용된 경로는 실제 차량이 주행한 경로를 GPS를 통해 수집한 데이터이며, 본 연구에서는 경로 추종 제어기의 성능 검증을 위해 동일 경로를 평지 주행 조건으로 가정 하여 시뮬레이션 하였다. 여기서 차량의 속도는 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
경로 추종 제어기는 어떤 기능이 있는가? 본 논문에서는 실시간 주행 안정성 분석을 위한 자율 주행 시뮬레이션에 적용되는 경로 추종 제어기를 제시한다. 경로 추종 제어기는 Preview 거리를 사용하여 차량의 지향 각을 제어하고, 요 모멘트 관측기로부터 추정된 외란 모멘트를 보상하여 지향 각 오차와 횡 방향 거리 오차를 감소시킨다. 곡선 경로에서는 곡률을 이용하여 차량의 주행 속도를 결정한다.
무인 차량이 전복 같은 위험 상황이 발생하지 않도록 필요한 것은 무엇인가? 무인 차량이 야지 환경에서 주행하게 될 경우 차량의 속도를 적절히 조절하지 않으면 전복이 되거나 주어진 경로를 이탈하게 되는 등 위험 상황이 발생할 수 있다. 따라서 주행 중 전방의 지형 정보를 실시간으로 분석하고 지형의 특성에 맞추어 차량의 경로와 속도를 결정하는 주행성 분석(Real time Traversability) 방법이 필요하게 된다. 야지에서 안정적인 주행을 위해 주어진 지형과 경로를 주행 중에 미리 시뮬레이션을 해봄으로써 차량의 응답 특성을 예측하고, 그 결과에 따라 차량의 속도 명령을 조절할 수 있다.
6개의 휠에 서로 다른 구동력을 분배하는 방법을 사용하여 주어진 경로를 주행하는 이유는 무엇인가? 곡선 경로에서는 곡률을 이용하여 차량의 주행 속도를 결정한다. 대상 차량은 6X6 스키드 조향 차량이기 때문에 6개의 휠에 서로 다른 구동력을 분배하는 방법을 사용하여 주어진 경로를 주행한다. ADAMS에서 모델링 된 차량을 MATLAB과 연동시켜 시뮬레이션하고, 경로 추종 제어기 성능을 검증하였다.
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참고문헌 (9)

  1. Kang, J., Kim, W., Lee, J. and Yi, K., 2010, "Design, Implementation, and Test of Skid Steering-based Autonomous Driving Controller for a Robotic Vehicle with Articulated Suspension," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 24, No. 3, pp. 793-800. 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. Hong, S., Choi, J.-S., Kim, H.-W., Won, M.-C., Shin, S.-C., Rhee, J.-S. and Park, H., 2009, "A Path Tracking Control Algorithm for Underwater Mining Vehicles," Journal of Mechanical Science and Technology 23, pp. 2030-2037. 

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  3. KRZYSZTOF KOZLOWSKI, DARIUSZ PAZDERSKI, 2004, "Modeling and Control of a 4-wheel Skid-steering Mobile Robot," Int. J. Appl. Math. Comput. Sci., Vol. 14, No. 4, pp. 477-496. 

    상세보기

  4. Lhomme-Desages, D., Grand, Ch. and Guinot, J-C., 2007, "Trajectory Control of a Four-wheel Skid-steering Vehicle Over Soft Terrain using a Physical Interaction Model," IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1164-1169. 

  5. Yi, J., Song, D., Zhang, J. and Goodwin, Z., "Adaptive Trajectory Tracking Control of Skidsteering Mobile Robots," 2007, IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 2605-2610. 

  6. Cho, W., Yoon, J., Yim, S., Koo, B. and Yi, K., 2010, "Estimation of Tire Forces for Application to Vehicle Stability Control," IEEE Trans. Veh. Technol., Vol. 59, No. 2, pp. 638-649. 

    상세보기 crossref

  7. Jiang, K., Pavelescu, A., Victorino, A. C. and Charara, A., 2014, "Estimation of Vehicle's Vertical and Lateral Tire Forces Considering Road Angle and Road Irregularity," 17th IEEE conference of Intelligent Transportation Systems (ITSC), pp. 342-347. 

  8. Fiala, E., 1954, "Lateral Forces on Rolling Pneumatic Tires," Zeitschrift VDI, 96, pp. 973-979. 

  9. Rajamani, R., Piyabongkarn, D., Lew, J. and Grogg, J., 2006, "Algorithms for Real Time Estimation of Individual Wheel Tire-Road Friction Coefficients," Proceedings of American Control Conference, pp. 4682-4687. 

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