보고서 정보
주관연구기관 |
한국기술교육대학교 산학협력단 |
연구책임자 |
유승한
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-11 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201800002903 |
과제고유번호 |
1711044168 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-04-14
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키워드 |
코너링 강성.차량 모델.차량 동역학.모델 정확도.추정기.실시간 파라미터 추정.자전거 모델.차량 횡방향 모델.차량 타이어 조향각.차량 제어 로직 분석.롤전복 이른 예측.Vehicle Lateral Model.Cornering Stiffness.Model Accuracy.Tire Steering Angle.Parameter Estimation.Single Track Model.Analysis of Chassis Control System.Early Rollover Detection.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800002903 |
초록
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연구의 목적 및 내용
차량의 횡방향 거동과 연관된 제어기 및 관측기 설계 시 single track model이 기준 모델로 널리 사용되고 있다. 그런데, 기존의 일반적인 2자유도 single track model 모델은 선형 타이어 횡력 모델에 근거하며 다수의 가정 및 단순화로 인해 많은 오차 요인을 갖고 있으며 이로 인해 특별한 보완이나 대응책 수립 없이 그대로 모델을 사용할 경우 주행 상황에 따라 큰 오차를 발생하게 된다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 우선 single track model의 오차 요인들을 도출하고
연구의 목적 및 내용
차량의 횡방향 거동과 연관된 제어기 및 관측기 설계 시 single track model이 기준 모델로 널리 사용되고 있다. 그런데, 기존의 일반적인 2자유도 single track model 모델은 선형 타이어 횡력 모델에 근거하며 다수의 가정 및 단순화로 인해 많은 오차 요인을 갖고 있으며 이로 인해 특별한 보완이나 대응책 수립 없이 그대로 모델을 사용할 경우 주행 상황에 따라 큰 오차를 발생하게 된다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 우선 single track model의 오차 요인들을 도출하고 요인 간 민감도 분석을 통해 정량적인 오차 영향도를 파악한다. 또한, 파악된 오차 요인 별 영향도를 바탕으로 single track model 기본 구조를 유지하면서 정확도 개선을 위해 오차 요인 별 보완책(타이어 조향각 모델 도입, 종방향 및 수직방향 타이어힘 연동 타이어 횡력 모델 도입 등)을 마련하여 이를 single track model에 반영하여 기존 대비 모델의 정확도를 높이고, 그 개선 정도를 시뮬레이션과 실차 시험 데이터를 기반으로 검증하였다.
연구결과
- 모델 오차 요인 도출 및 오차 영향도 해석
1) single track model 제약/가정 사항 조사, 2) 타이어 조향각 관련 오차 요인 도출 완료(전/후륜 Roll steer, compliance steer 등), 3) 타이어 횡력 특성 관련 오차 요인 도출 완료 (코너링 강성의 비선형 특성 및 종/수직 방향 타이어힘과의 의존성 등), 4) 양산 차량 파라미터가 반영된 CARSIM(범용 차량 동역학 해석 SW)을 활용하여 다양한 주행 조건에서의 오차 요인 별 오차영향도 해석 완료(한계영역:코너링강성 오차 영향도 증가, 횡슬립각의 경우 후륜조향각 오차 영향도 증가)
- 차량 횡방향 모델의 정확도 개선
1) 가용 센서 기반 전/후 타이어 조향각 추정 로직 개발, 2) 실제 타이어 횡력 특성(비선형성, Fz/Fx의존성 등) 고려한 전/후 타이어 코너링 강성 파라미터 가변화 모델 개발, 3) 세부 추정 모델 시뮬레이션 및 실차 검증 검증완, 4) 실시간 코너링 강성 적응 기법 개발 및 시뮬레이션/실차 검증
- 차량 횡방향 모델의 정확도 개선 검증
1) 실차 테스트/계측 환경 구축하고 다양한 테스트 시나리오 설계, 2) 기본 주행 시나리오에 대한 실차 레벨 모델 정확도 개선도 검증, 3) 급제동/급가속 상황(코너링 강성의 Fx 의존성 확인), 4WD의 구동력 전/후 배분 제어 상황과 같은 다양한 복합 주행 조건에서 개선도 추가 검증 및 보완
연구결과의 활용계획
개발된 정확도 개선 차량 횡방향 모델은 차량 모션 제어 개발 시 목표 차량 거동 모델, 차량 샤시 제어 시스템의 고장진단을 위한 기준 모델, 롤방향 동역학 모델로 확장, 제안 모델 기반의 고성능 차량 상태 관측기 개발 등으로 활용이 가능하다. 우선, 개발된 기술을 차량 샤시 제어 기술의 제어 벤치마킹 분석에 적용하여 관련 중소기업이 경쟁력 있는 차량 계측/평가/분석 업체로 성장할 수 있도록 육성 지원할 계획이다. 또한, 개선 횡방향 모델 기반의 차량 상태 관측기, 롤 전복 예측 로직 개발을 국내 자동차 부품업체 혹은 완성차 업체와 공동으로 추진하여 연구 결과가 실제 양산 기술에 적용 될 수 있도록 노력할 예정이다.
(출처 : 한글요약문 4P)
Abstract
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Purpose & contents
A single track model is widely used as a reference model in the design of controllers and observers associated with the lateral behavior of the vehicle. However, the conventional 2-DOF(degree-of-freedom) single track model is based on the linear tire lateral force model and has
Purpose & contents
A single track model is widely used as a reference model in the design of controllers and observers associated with the lateral behavior of the vehicle. However, the conventional 2-DOF(degree-of-freedom) single track model is based on the linear tire lateral force model and has many error factors due to a large number of assumptions and simplifications. Thus, a large model error occurs depending on the driving situation when the model is used without careful considerations. In order to overcome this problem, we first derive the error factors of the single track model and quantitatively analyze the influence of the errors through the sensitivity analysis. Based on identified error factors, new error-compensating approaches for each error factor (introduction of a tire steering angle model and cornering stiffness model depending longitudinal and vertical directional forces) are proposed and the new single track model reflects on the improved subsystem model shows more accuracy than the conventional model. The accuracy improvement was verified based on computer simulation and vehicle experimental data.
Result
- Model-error factor derivation and error influence analysis
1)investigation of single track model constraints/assumptions, 2)completion of derivation of error factors related to tire steering angle (front and rear wheel roll steer, compliance steer, etc.), 3)calculation of error factors related to tire lateral force characteristics (nonlinear characteristics of cornering stiffness, dependence on longitudinal/vertical tire force, etc.), 4)CARSIM (general purpose vehicle dynamics analysis SW) that reflects the mass-production vehicle parameters is used to analyze the influence of the error on various driving conditions (friction limit region: cornering stiffness error is dominant, the influence of the rear wheel steering angle error also increases in the case of the lateral slip angle)
- Improved accuracy of vehicle lateral model
1)Development of available sensor based front / rear tire steering angle estimation logic,
2)development of front and rear tire cornering stiffness parameter variation model considering actual tire lateral force characteristics (nonlinearity, Fz / Fx dependence, etc.), 3)detailed estimation model simulation and actual vehicle verification 4)real-time cornering stiffness adaptation technique development, Simulation/actual vehicle verification
- Verification of accuracy improvement of vehicle lateral model
1)development of the actual vehicle test/measurement environment and design various test scenarios, 2)verification of the improvement of the actual vehicle level model accuracy for the basic driving scenario; 3)Verification of the improvement in various combined/complex driving conditions such as urgent braking/acceleration (confirmation of Fx-dependence of cornering stiffness) and different front/rear Fx distribution of 4WD logic
Expected Contribution
Accuracy-improved vehicle lateral model can be used as a target vehicle behavior model for vehicle motion control design, a reference model for fault diagnosis of vehicle chassis control system, a base model for vehicle state observer with high performance, and also can be expanded to the vehicle roll dynamics model.
First, the developed technology will be applied to the vehicle control system benchmarking analysis and can support related SMEs to grow into a competitive vehicle measurement/evaluation/analysis company. In addition, the development of vehicle state observer and rollover prediction logic based on the proposed lateral model will be jointly carried out with domestic supplier and OEM in the automotive industry, and the research results will be applied to actual mass production technologies.
(출처 : SUMMARY 5P)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
- 3. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15
- 4. 연구결과의 활용계획 ... 17
- 5. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 18
- 6. 참고문헌 ... 18
- 7. 연구성과 ... 19
- 8. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 20
- 9. 기타사항 ... 20
- 별첨 : 세부 목표 관련 증빙 ... 21
- 별첨 : 대표연구성과 ... 27
- 끝페이지 ... 39
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