초록 ▼

지난 수년동안 적응식, 반능동식, 능동식 현가시스템에 관한 연구와 개발이 지속적으로 이루어져 왔다. 적응식 현가시스템(adaptive suspension)의 경우 느린 시스템 응답속도에 의하여 성능향상에 큰 효과를 보이지 못하였다. 또한 능동형 현가시스템(active suspension)의 경우에는 높은 에너지 소모와 설치비용의 문제점으로 시장에서 점차 사라지게 되었다. 반면에 최근 들어서 반능동형 현가시스템(semi-active suspension)은 상대적으로 낮은 에너지 소모와 설치비용으로 각광을 받기 시작하고 있다. 반능동

지난 수년동안 적응식, 반능동식, 능동식 현가시스템에 관한 연구와 개발이 지속적으로 이루어져 왔다. 적응식 현가시스템(adaptive suspension)의 경우 느린 시스템 응답속도에 의하여 성능향상에 큰 효과를 보이지 못하였다. 또한 능동형 현가시스템(active suspension)의 경우에는 높은 에너지 소모와 설치비용의 문제점으로 시장에서 점차 사라지게 되었다. 반면에 최근 들어서 반능동형 현가시스템(semi-active suspension)은 상대적으로 낮은 에너지 소모와 설치비용으로 각광을 받기 시작하고 있다. 반능동 댐퍼로서는 다단 또는 연속 가변식 댐퍼가 사용되고 있으며 제어 알고리즘으로는 주로 스카이 훅 제어개념을 기반으로 하여 승차감과 주행안정성의 성능향상을 목표로 연구되고 있다. 그러나 반능동 댐퍼의 비선형 특성으로 인하여 성능향상의 정도가 이론적인 기？에 미치기 어려우며 따라서 댐퍼의 등록성을 고려한 보완된 반능동 제어 알고리즘의 연구에 대한 필요성이 제기되고 있다. 그러나 반능동 댐퍼의 동특성 해석을 위한 수학적 모델의 정립은 결코 용이하지 않으며 좀더 실제와 근사한 수학적 모델을 바타으로 한 시뮬레이션 수행결과로부터 실용적인 제어 알고리즘을 개발하기에는 매우 제한적이다. 따라서 전체 차량의 차량동력학적 특성은 실시간 해석 소프트우어에 의해 시뮬레이션 되고 그 밖의 모델릉에 어려움이 있는 작동 요소는 하드웨어의 동특성이 직접 실시간 해석 소프트웨어에 연결되는 이른바 Hardware-in-the-loop(HWIL) Simulation 기법의 응용이 제기되었다. 본래 HWIL 기법은 1980년대 말부터 차량의 제동장김방지장치(ABS)의 제어기 설계 및 튜닝에 널리 활용되던 기술로서 최근에 들어서는 능동형 현가장치의 제어기 설계를 위하여 확대 활용되기 시작하고 있다. 이러한 기술현황을 바탕으로 본 연구에서는 실험용 연속가변식댐퍼를 제작하여 실시간 차량 동력학 해석 소프트웨어와 결함시킴으로써 HWIL 시험시스템을 구축한 후, 기존에 알려진 스카이훅 제어개념을 바탕으로 하여 댐퍼 등록성을 고려한 실용적인 반능동형 현가시스템의 제어기 설계를 응용하였다. 본 연구결과는 연속가변댐퍼를 이용한 첨단 반능동형 현가시스템의 실용화된 제어기 설계 기술개발에 활용될 수 있으리라 생각된다.

Abstract ▼

For the past few years, researches on the adaptive, semi-active, and active suspension systems have been continuously conducted. The adaptive suspension system, however, has failed to yield significant performance upgrade due to slow dynamic response. And the active suspension system has been disapp

For the past few years, researches on the adaptive, semi-active, and active suspension systems have been continuously conducted. The adaptive suspension system, however, has failed to yield significant performance upgrade due to slow dynamic response. And the active suspension system has been disappearing from the market due to high energy consumption and high installation cost. Recently the semi-active suspension system is getting widely adopted in the passenger vehicles due to low energy requirement and affordability. For the semi-active damper, the multi-step variable damper or the continuously variable damper is popular. Most control algorithms for the semi-active suspension system center around the well-known skyhook logic and they try to achieve additional improvement in driving comfort and safety. The nonlinear dynamic characteristics of the semi-active damper, however, does not allow the actual controlled system to yield performance that is as good as the result predicted theoretically. Therefore it becomes important to design a controller for the semi-active suspension system with the damper dynamics considered. The damper dynamics occurs as a result of complex mechanism and it is very difficult to obtain a reliable mathematical model. One way to do this, although it takes significant time and efforts, is to conduct experiments to verify dynamic characteristics of the nonlinear model parameters. A practical semi-active suspension controller designed from the pure mathematical model and computer simulations can only be expected to perform well in the restrictive manner. A hardware-in-the-loop(HWIU simulation technique has been proposed as a solution to the difficulty mentioned above [1-2]. The HWIL simulates the vehicle dynamics using the real-time analysis software and it incorporates with the software the active hardware parts that are difficult to model.
The HWIL technique has been used since the end of 1980's mainly for design and tuning of the controller of the anti-lock brake system, and recently it is getting widely accepted in the field of controller design of the semi-active suspension system [3-5]. Being inspired by the current research trends in this field, a skyhook-based controller for the semi-active suspension system has been designed in this study using the HWIL technique. A prototype continuously variable damper has been made and it has been incorporated with the real-time vehicle dynamics solver in the HWIL framework so as to accurately accounts for the damper dynamics in the controller design. It is expected that the results in this research be applicable to the design of a practical controller for the advanced semi-active suspension system that uses a continously variable damper.

목차 Contents

• 표지...1
• -목차-...2
• 제출문...3
• 연구계획서 요약문 (국문)...4
• 연구결과 요약문 (국.영문)...5
• 1. 서론...7
• 2. 반능동형 현가 시스템 모델 및 제어알고리즘...7
• 2.1 1/4 차량 반능동 현가 시스템 모델...7
• 2.2 반능동 제어 알고리즘...9
• 2.2.1 On/Off 스카이훅 감쇠제어...9
• 2.2.2 연속 스카이훅 감쇠 제어...10
• 2.2.3 수정된 스카이훅 감쇠 제어...10
• 2.3 댐퍼 동특성을 고려한 반능동 현가시스템 제어...11
• 2.3.1 뎀퍼모델링...11
• 2.3.2 댐퍼 등록성을 고려한 반능동 현가 시스템 모델...12
• 2.3.3 PID 제어기를 이용한 감쇠력 추종제어...12
• 3. 컴퓨터 시뮬레이션 수행 및 결과 분석...13
• 3.1 댐퍼의 동특성을 고려한 시뮬레이션 결과...13
• 3.2 감쇠력 추종 제어를 이용한 시뮬레이션 결과...15
• 4. Hardware-in-the-loop 시뮬레이터 설계 및 제작...18
• 4.1 반능동현가시스템용 HWIL 실험장치구성...18
• 4.2 실시간 차량 동력학 해석 모델...20
• 4.3 실험용 연속가변댐퍼...21
• 4.3.1 댐퍼의 특성...22
• 4.3.2 댐퍼의 감쇠 계수-저어 전압 모델...23
• 5. Hardware-in-the-loop 시뮬레이터를 이용한 실험결과...24
• 5.1 실험용 연속 가변 댐퍼의 검증...24
• 5.2 개회로 감쇠력 제어를 이용한 실험결과...28
• 5.2.1 시간 영역에서의 HWIL 시뮬레이션 결과...28
• 5.2.2 주파수 영역에서의 HWIL 시뮬레이션 결과...29
• 5.3 폐회로 감쇠력 추종제어를 이용한 실험결과...31
• 6. 결론...34
• 참고문헌...35
• 논문발표목록서...36
• 자체평가서...37