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제안 방법
- 의자의 진동을 감쇠시키기 위하여 의자의 수직 방향의 속도와 운전자의 승차감과 피로도를 결정짓는 머리에서의 가속도를 줄이기 위하여 머리의 가속도를 제어기의 입력으로 사용하였다. 2자유도의 서스펜션 모델과 4자 유도의 인체모델을 기반으로 시뮬레이션을 수행하였다. 사람에게 가장 치명적인 4~8Hz영역의 진동에서 퍼지제어를 사용했을 경우가 연속 스카이훅 제어를 사용했을 때에 비해 운전자 머리 부분에서의 가속도의 크기와 SEAT값이 우수하였다.
- 4Hz 사인파와 불규칙 신호를 가진기에 입력하여 차체의 진동을 모사하였다. 이때 연속 스카이 훅 제어기의 이상적 감쇠 계수, 大/를 실험을 반복하여 튜닝한 다음 퍼지 제어기와 성능을 비교 평가하였다.
- MR댐퍼를 이용한 의자 서스펜션을 제어하기 위하여 퍼지논리를 이용한 퍼지제어기가 제안되었다. 의자의 진동을 감쇠시키기 위하여 의자의 수직 방향의 속도와 운전자의 승차감과 피로도를 결정짓는 머리에서의 가속도를 줄이기 위하여 머리의 가속도를 제어기의 입력으로 사용하였다.
- 또한 멀미를 발생시키고 피로가 쌓이도록 하는 변수가 운전자의 머리에서의 가속도이므로 [6] 머리 부분에서의 가속도 财를 입력변수로 사용하였다. 각 입력변수(弥, ae)가 모두 0이 되도록 하는 것이 본 제어기 설계의 목표이므로 측정된 财와 财를 에러로써 정의하고 퍼지 논리를 이용하여 되먹임하였다.
- 의자의 진동상태를 측정하기 위해 의자의 위치, 속도, 가속도를 사용할 수 있지만 사람의 무게에 따라 평형위치가 다르고 절대위치를 측정하기 어렵기 때문에 위치정보는 사용에 어려움이 따르고 기계적인 미세한 진동에 의하여 많은 노이즈가 포함되는 가속도정보 또한 사용에 어려움이 따랐다. 따라서 가장 효과적으로 진동 상태를 측정할 수 있는 의자의 속도 财를 입력변수로 사용하였다. 또한 멀미를 발생시키고 피로가 쌓이도록 하는 변수가 운전자의 머리에서의 가속도이므로 [6] 머리 부분에서의 가속도 财를 입력변수로 사용하였다.
- 따라서 가장 효과적으로 진동 상태를 측정할 수 있는 의자의 속도 财를 입력변수로 사용하였다. 또한 멀미를 발생시키고 피로가 쌓이도록 하는 변수가 운전자의 머리에서의 가속도이므로 [6] 머리 부분에서의 가속도 财를 입력변수로 사용하였다. 각 입력변수(弥, ae)가 모두 0이 되도록 하는 것이 본 제어기 설계의 목표이므로 측정된 财와 财를 에러로써 정의하고 퍼지 논리를 이용하여 되먹임하였다.
- 2(b)와 같이 변형하여 퍼지제어기가 노이즈 영역에서 둔감하도록 하였다. 또한 센서신호가 절대값에 의해 크기가 결정되고 부호에 의해 방향이 결정되는 대칭성을 가지므로 계산과정을 줄이기 위하여 다음과 같은 부호 변수를 설정하고 절대값으로 멤버쉽 함수를 구성하였다.
- 5Hz~10Hz의 성분을 갖는 불규칙 진동을 갖도록 하였다. 또한 센서의 노이즈와 기계적 노이즈를 고려하여 센서 출력값에 가우시안 노이즈를 포함시켰다.
- 본 연구에 사용된 의자 서스펜션은 일반적인 가위 형태를 사용하였으며 MR 댐퍼를 수직으로 장착하였다. 실험은 유압식 가진 기를 통하여 실험실 내에서 이루어졌으며 차체의 진동은 멀미가 가장 쉽게 일어나는 4Hz의 사인파[6]와 불규칙진동으로 모사하였다.
- 그러나 연속 스카이훅 제어기는 운전자 신체의 진동 정보가 제어기에 반영되지 않는 단점이 있다. 본 연구에서는 의자의 수직 속도와 함께 운전자 머리에서의 가속도를 제어기의 입력으로 사용하였다. 의자의 진동상태를 측정하기 위해 의자의 위치, 속도, 가속도를 사용할 수 있지만 사람의 무게에 따라 평형위치가 다르고 절대위치를 측정하기 어렵기 때문에 위치정보는 사용에 어려움이 따르고 기계적인 미세한 진동에 의하여 많은 노이즈가 포함되는 가속도정보 또한 사용에 어려움이 따랐다.
- 본 논문에서는 수학적인 모델 없이 제어기 설계가 가능한 퍼지논리를 이용하였다. 시스템을 크게 의자 서스펜션과 운전자의 조합으로 가정하고 퍼지 제어기의 수직 방향의 의자의 수직방향의 속도와 운전자의 머리 부분에서의 수직 방향의 가속도를 사용하였다. 퍼지논리는 수학적인 접근에 비해 제어기 설계에 많은 자유도가 있으므로[4][5] 보다 구체적인 제어기 구성이 가능하였다.
- 실험은 유압식 가진 기를 통하여 실험실 내에서 이루어졌으며 차체의 진동은 멀미가 가장 쉽게 일어나는 4Hz의 사인파[6]와 불규칙진동으로 모사하였다. 설계된 퍼지 제어기는 시뮬레이션과 실험을 통하여 성능을 검증하였으며 연속 스카이훅 제어기와 비교하여 우수성을 확인하였다.
- 의자의 진동을 감쇠시키기 위하여 의자의 수직 방향의 속도와 운전자의 승차감과 피로도를 결정짓는 머리에서의 가속도를 줄이기 위하여 머리의 가속도를 제어기의 입력으로 사용하였다. 2자유도의 서스펜션 모델과 4자 유도의 인체모델을 기반으로 시뮬레이션을 수행하였다.
- 차체의 진동을 모사하였다. 이때 연속 스카이 훅 제어기의 이상적 감쇠 계수, 大/를 실험을 반복하여 튜닝한 다음 퍼지 제어기와 성능을 비교 평가하였다.
- 인체 진동연구 분야에서 널리 이용되는 인체모델링을 기반으로 운전자를 4자 유도[6], 운전석을 2자유도로 하여 Fig. 1과 같은 의자 서스펜션 시스템을 구성하였다. 차체는 4Hz 의 사인파와 0.
- 2와 같이 财와 财를 각각 퍼지화하는 멤버쉽 함수를 구성하였다. 측정된 센서 신호는 -1 에서 1사이의 값을 갖도록 크기를 조절하였으며 각각의 입력변수는 절대값에 대해 매우 작음(VS), 작음 (S), 조금 작음 (LS), 조금 큼 (LB), 큼 (B), 매우큼 (VB)의 6단계의 퍼지 집합으로 구분하였다. 멤버쉽 함수는 계산 속도가 가장 빠른 삼각형 형태를 사용하였다.
대상 데이터
- 스프링과 MR댐퍼가 각 프레임에 대해 수직으로 장착되었고 위치정보를 획득하기 위하여 LVDT가장착되었다. 운전자 머리 부분의 가속도를 측정하고 승차감을 평가하기 위하여 실험에 참가한 운전자는 가속도센서가 부착된 헬멧을 착용하였다. 피 실험자는 키 177Cm, 몸무게 70Kg의 20대의 성인 남성과 키 153Cm, 몸무게 42Kg의 20대의 성인 여성으로 구성되었다.
- 운전자 머리 부분의 가속도를 측정하고 승차감을 평가하기 위하여 실험에 참가한 운전자는 가속도센서가 부착된 헬멧을 착용하였다. 피 실험자는 키 177Cm, 몸무게 70Kg의 20대의 성인 남성과 키 153Cm, 몸무게 42Kg의 20대의 성인 여성으로 구성되었다. 또한 동일한 조건하에서 실험을 여러 번 반복하여 중간정도의 성능을 가지는 값을 선택하였다.
데이터처리
- 실험은 유압식 가진 기를 통하여 실험실 내에서 이루어졌으며 차체의 진동은 멀미가 가장 쉽게 일어나는 4Hz의 사인파[6]와 불규칙진동으로 모사하였다. 설계된 퍼지 제어기는 시뮬레이션과 실험을 통하여 성능을 검증하였으며 연속 스카이훅 제어기와 비교하여 우수성을 확인하였다. 실험결과는 가진 기와 의자의 진동 전달률을 통하여 분석하였고, 운전자의 머리에서 가속도 데이터를 측정하여 SEAT값을 구하고 이를 통해 승차감을 평가하였다[6].
- 설계된 퍼지 제어기는 시뮬레이션과 실험을 통하여 성능을 검증하였으며 연속 스카이훅 제어기와 비교하여 우수성을 확인하였다. 실험결과는 가진 기와 의자의 진동 전달률을 통하여 분석하였고, 운전자의 머리에서 가속도 데이터를 측정하여 SEAT값을 구하고 이를 통해 승차감을 평가하였다[6].
이론/모형
- 한계가 있다. 본 논문에서는 수학적인 모델 없이 제어기 설계가 가능한 퍼지논리를 이용하였다. 시스템을 크게 의자 서스펜션과 운전자의 조합으로 가정하고 퍼지 제어기의 수직 방향의 의자의 수직방향의 속도와 운전자의 머리 부분에서의 수직 방향의 가속도를 사용하였다.
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