[논문]기동성을 위한 후륜 조향 차량의 최적 성능에 대한 연구

안국진; 좌은혁; 박관우; 윤영식; 이경수

doi:10.22680/kasa2019.11.2.023

[국내논문] 기동성을 위한 후륜 조향 차량의 최적 성능에 대한 연구
An Experimental Study of Optimal Performance of Rear Wheel Steering Vehicle for Maneuverability 원문보기

자동차안전학회지 = Journal of Auto-Vehicle Safety Association, v.11 no.2, 2019년, pp.23 - 28

안국진 (서울대학교 공과대학 기계항공공학부) , 좌은혁 (서울대학교 공과대학 기계항공공학부) , 박관우 (서울대학교 공과대학 기계항공공학부) , 윤영식 (현대자동차) , 이경수 (서울대학교 공과대학 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents an optimal performance of rear wheel steering vehicle for maneuverability. The maneuverability of vehicle is evaluated in terms of yaw rate, body slip angle and driver input. The maneuverability of vehicle can be improved by rear wheel steering system. To obtain optimal performance of rear wheel steering vehicle, the optimal control history is designed. The high dimensional trajectory optimization problem is solved by formulating a quadratic program considering rear wheel steer input. To evaluate handling performance 7 degree-of-freedom vehicle model with actuation sub-models is designed. A step steer test is conducted to evaluate rear wheel steering vehicle. A response time, a TB factor, overshoot, and yaw rate gain are investigated through objective criteria, assessment webs. The handling performance of vehicle is evaluated via computer simulations. It has been shown from simulation studies that optimal controlled rear wheel steering vehicle provides improved performance compared to others.

Keyword

표/그림 (6)

그림 Fig. 1 완전 차량 모델
그림 Fig. 2 피드포워드 게인
그림 Fig. 3 후륜 조향 차량의 성능 분석을 위한 오프라인 최적화 구성
그림 Fig. 4 단계 조향각 시험: 30kph
그림 Fig. 5 단계 조향각 시험: 110kph
그림 Fig. 6 평가 웹: 단계 조향각 시험

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 기동성을 위한 후륜 조향 장치 평가를 위하여 단계 조향각 입력 시험을 진행하였다. 또한 최적화 기반 시뮬레이션을 통해 후륜 조향 장치의 성능을 평가 웹을 통해 제시하였다.
본 연구에서는 기동성 향상을 위한 후륜 조향 차량의 최적 제어를 제시하였다. 최적화 계산을 통하여 후륜 조향 차량의 성능향상 한계를 파악했다.
이 논문에서는 단계 조향각 입력 시험를 통해 차량의 과도 응답 특성과 정상 상태 응답 특성을 나타내는 평가지표를 산정하였다. 후륜 조향 시스템을 제안된 평가 방법에 따라 평가하였고 최적화 기법을 이용하여 후륜 조향시스템의 성능 향상 한계를 파악하였다.

제안 방법

본 논문은 기동성을 위한 후륜 조향 장치 평가를 위하여 단계 조향각 입력 시험을 진행하였다. 또한 최적화 기반 시뮬레이션을 통해 후륜 조향 장치의 성능을 평가 웹을 통해 제시하였다.
본 논문에서는 후륜 조향 차량의 반응을 분석하기 위해 Fig. 1과 같이 서스펜션을 고려한 7 자유도 3차원 모델을 설계하였다. 이 차량 모델은 비선형 파체카 타이어 모델을 포함한다.
개방 루프 제어 차량의 후륜 조향각은 최적화 결과를 바탕으로 제어한다. 개방 루프 제어의 피드포워드 후륜 조향각은 정상상태에서 최적화 기반 후륜 조향각과 일치하도록 피드포워드 게인을 튜닝하였다. 최적화 기반 후륜 조향각은 정상상태의 차량에서 차체 미끄러짐 각도를 최소화시킨다.
기동성에 대한 후륜 조향 장치의 성능 평가를 위해 단계 조향각 시험을 진행하여 각각의 시나리오에 대해 성능 지표를 선정하였다. 성능 지표는 차량의 과도 응답 특성과 정상 상태 응답 특성을 나타내도록 선정하였다.
기동성에 대한 후륜 조향 장치의 성능 평가를 위해 단계 조향각 시험을 진행하여 각각의 시나리오에 대해 성능 지표를 선정하였다. 성능 지표는 차량의 과도 응답 특성과 정상 상태 응답 특성을 나타내도록 선정하였다. 또한 다양한 속도에서 후륜 조향 장치를 평가하기 위해 동일한 시나리오를 저속(30kph)과 고속(110kph)에 대하여 진행하였다.
성능 지표는 차량의 과도 응답 특성과 정상 상태 응답 특성을 나타내도록 선정하였다. 또한 다양한 속도에서 후륜 조향 장치를 평가하기 위해 동일한 시나리오를 저속(30kph)과 고속(110kph)에 대하여 진행하였다.
동일한 횡방향 가속도를 발생시키기 위하여 속도에 따라조향각 입력 값이 달라지게 된다. 차량의 기동성 평가를 위해 4가지 성능 지표를 선정했다. 오버슛과 응답 시간그리고 게인 지표는 요 레이트를 기준으로 측정한다.
앞에서 정한 성능지표를 기준으로 성능 향상 한계를 파악하기 위해 후륜 조향각의 최적화를 진행했다. 차량의 제어 입력은 전륜 조향 각도, 후륜 조향각, 쓰로틀 총 3가지이다.
이중 후륜 조향각을 제외한 전륜 조향 각도와 쓰로틀은 시나리오에 따라서 결정된다. 최적화 프로그램인 GPOPS-2⁽¹³⁾를 이용하여 주어진 시나리오에 대해 비용함수를 최소화 시키는 후륜 조향각을 결정하는 최적화를 진행했다. 주어진 차량 모델에 스텝 조향각 입력 시나리오에 해당 하는 드라이버 인풋을 입력한다.
6자유도 현대자동차 제네시스 DH 차량 모델을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 성능 비교를 위해 기본 차량과 최적화 기반의 후륜 조향 차량, 그리고 피드포워드 후륜 조향 차량을 비교했다. 기본 차량과 각각의 후륜 조향 차량의 성능을 평가웹을 통해 평가하였다.
성능 비교를 위해 기본 차량과 최적화 기반의 후륜 조향 차량, 그리고 피드포워드 후륜 조향 차량을 비교했다. 기본 차량과 각각의 후륜 조향 차량의 성능을 평가웹을 통해 평가하였다.
본 연구에서는 기동성 향상을 위한 후륜 조향 차량의 최적 제어를 제시하였다. 최적화 계산을 통하여 후륜 조향 차량의 성능향상 한계를 파악했다. 7자유도 차량 모델을 설계하고, 최적 제어를 위해 성능 지표와 이를 최적화하는 비용 함수를 설정했다.
최적화 계산을 통하여 후륜 조향 차량의 성능향상 한계를 파악했다. 7자유도 차량 모델을 설계하고, 최적 제어를 위해 성능 지표와 이를 최적화하는 비용 함수를 설정했다.
최적화 기반의 후륜 조향각은 오프라인 최적화 기법을 통해 비용 함수를 최소화하도록 결정되었다. 피드포워드 후륜 조향각은 정상상태에서 최적화 기반의 후륜 조향각과 일치하도록 피드포워드 게인을 튜닝하였다.
이 논문에서는 단계 조향각 입력 시험를 통해 차량의 과도 응답 특성과 정상 상태 응답 특성을 나타내는 평가지표를 산정하였다. 후륜 조향 시스템을 제안된 평가 방법에 따라 평가하였고 최적화 기법을 이용하여 후륜 조향시스템의 성능 향상 한계를 파악하였다. 연구를 통해 후륜 조향 차량의 기동성 성능이 기본 차량에 비해 향상됨을 알 수 있다.

대상 데이터

최적화 시뮬레이션에는 7 자유도 3차원 모델을 사용하였다.
이 논문의 시뮬레이션은 Matlab과 GPOPS-2를 이용하여 진행되었다. 6자유도 현대자동차 제네시스 DH 차량 모델을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 성능 비교를 위해 기본 차량과 최적화 기반의 후륜 조향 차량, 그리고 피드포워드 후륜 조향 차량을 비교했다.

이론/모형

미끄러짐 각도가 일정 하더라도 종방향 힘이 증가함에 따라 횡방향 힘이 감소함을 나타낸다. 타이어의미끄러짐 각도는 완화거리 타이어(RLT) 모델을 적용하였으며, 아래 식과 같이 나타낸다.
이 논문의 시뮬레이션은 Matlab과 GPOPS-2를 이용하여 진행되었다. 6자유도 현대자동차 제네시스 DH 차량 모델을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다.
최적화 기반의 후륜 조향각은 오프라인 최적화 기법을 통해 비용 함수를 최소화하도록 결정되었다. 피드포워드 후륜 조향각은 정상상태에서 최적화 기반의 후륜 조향각과 일치하도록 피드포워드 게인을 튜닝하였다.

성능/효과

후륜 조향 시스템을 제안된 평가 방법에 따라 평가하였고 최적화 기법을 이용하여 후륜 조향시스템의 성능 향상 한계를 파악하였다. 연구를 통해 후륜 조향 차량의 기동성 성능이 기본 차량에 비해 향상됨을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	후륜 조향 시스템에 대한 연구가 진행 되면서 이를 평가하기 위한 평가 방법에 대해 다양한 자동차 업체들은 어떤 연구를 진행하였는가?	최근 후륜 조향 시스템에 대한 연구가 진행 되면서 이를 평가하기 위한 평가 방법에 대해 다양한 자동차 업체들이 연구하고 있다. 피아트(1)에서는 단계 조향각 입력시험과 이중 차선 변경 시험에 대해서 인덱스를 설정하여 핸들링 퀄리티를 평가하였고, 운전자의 주관적 평가와의 상관관계를 보였다. 메르세데스 벤츠(2)에서는 요 레이트와 횡방향 가속도 에 대하여 웹 평가를 통해 전륜 조향각 제어, 후륜 조향 제어, 4륜 조향 제어 차량을 평가하였다.BMW(3)에서는 J-turn 시나리오를 통해 반응 시간과 차체 미끄러짐 각도의 곱인 TB 인자를 이용하여 핸들링 특성을 평가하였다. 볼보(4)에서는 개방 루프 정현파 입력시험을 통하여 안정성 기준을 선정해 차량의 안정성을 평가하였다. 또한 도요타(5)와 가나가와 대학(6)에서는 운전자 모델의 매개 변수값을 통해 핸들링 퀄리티를 평가하였다.
	후륜 조향 시스템의 특징은?	그중 rear wheel steeringsystem은 1980년대부터 상용화가 이루어지기 시작했다. 후륜 조향 시스템은 작동 시 다른 샤시 제어 시스템과는 달리 속도 감소가 없기 때문에 운전자에게 느껴지는 이질감이 적다.
	샤시 제어 시스템이 개발된 이유와 개발된 기술은 무엇이 있는가?	자동차가 보편화된 이래로 차량의 민첩성, 조종성, 안정성을 향상시키기 위해 ABS(Anti-lock Braking System),ESC(Electronic Stability Control), ECS(Electronic ControlSuspension), TCS(Traction Control System)과 같은 샤시 제어 시스템이 개발되었다. 그중 rear wheel steeringsystem은 1980년대부터 상용화가 이루어지기 시작했다.

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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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