차량의 롤 역학을 고려한 타이어 수직력 추정 및 능동 조향 제어

Abstract

최근 지능형 자동차 연구가 활발히 진행되는 가운데, 차량의 섀시 정보들을 고려한 능동 안전 시스템(Active Safety System)의 중요성이 커지고 있다. 자동차는 선회운동시 원심력에 의해 수직하중의 이동이 발생하게 되는데, 이는 차량의 전복과 선회 안정성에 중요한 영향을 미친다. 롤 각 및 타이어 수직력은 차량의 내부센서(In-Vehicle-Sensor)에서 직접 측정이 되지 않기 때문에, 다양한 추정기법들이 사용되어 왔다. 하지만 해당 추정기가 모델 불확실성을 제대로 보상하지 못 할 경우, 다양한 주행환경에서 유효한 성능을 보장할 수 없다. 본 연구에서는 모델 불확실성을 효과적으로 보상하기 위해, 샘플에 기반하여 covariance를 실시간으로 업데이트 하는 Unscented Kalman Filter (UKF) 로 타이어 수직력 추정기를 설계하였다. 또한 다양한 도로 환경에서의 롤 거동을 정확히 파악하기 위해, 롤 레이트를 측정값으로 추가하였다. 차량의 능동안전과 관련된 섀시 제어로는 Electronic Stability Control (ESC), Continuous Damping Control (CDC), Active Front Steering (AFS)등이 있다. ESC와 CDC의 경우 타이어 수직력의 정보를 고려한 제어전략을 수립하고 있는 반면에, AFS의 경우는 Planar 모션 만을 고려하여 제어시스템을 구성하였다. 하지만 차량의 롤 모션은 조향의 지연 및 간섭을 일으킨다고 알려져 있다. 따라서 롤 각이 커진 상황에서, AFS는 유효한 제어성능을 발휘할 수 없다. 본 연구에서는 롤 역학의 특성을 고려한 능동 전륜 조향 제어시스템 (Active Front Steering Control System) 알고리즘을 제안한다. 차량에서 발생되는 롤 거동을 Kalman Filter로 추정한 후, 이를 고려한 피드백 제어기와 피드포워드 제어기를 통해 차량의 선회 안정성을 향상시켰다 본 논문에서 제안된 타이어 수직력 추정기 및 능동 전륜 조향 제어시스템은 MATLAB/Simulink를 이용해 설계되었고, 차량동역학 해석프로그램인 CarSim 으로 그 성능을 검증하였다.