차량 조향성과 안정성 향상을 위한 능동 조향 제어 알고리즘 연구

Abstract

본 연구에서는 후륜 조향 적용 차량의 동역학을 분석하고, 차량 조향성과 안정성을 최적화 할 수 있는 능동 조향 제어 알고리즘을 연구하였다. 연구에 앞서 기존 연구된 능동 조향 제어 알고리즘들을 정리 분석하여 제어 목표를 설정하였으며, 제어 목표를 구체화하기 위해 설계인자를 도입해 참조 모델을 제시하였다. 제어 목표를 달성하기 위한 후륜 조향과 전, 후륜 능동 조향의 차량 동역학 조향 성능을 분석하였으며, 분석을 토대로 새로운 통합 제어 알고리즘 제시하였다. 기존의 제어 알고리즘이 차량의 횡방량 슬립각을 사용하여 횡방향 슬립각을 최소화 하였다면, 본 연구에서 제안한 후륜 조향 제어 알고리즘은 슬라이딩 모드 제어 (Sliding mode control, SMC)와 단순 비선형 타이어 모델의 특성을 통해 횡방향 슬립각을 이용하지 않고 횡방향 슬립각을 최소화 하는 방법을 제시 하였다. 전, 후륜 능동 조향 제어 알고리즘은 후륜 조향의 횡방향 슬립각 최소화 역할을 유지하면서 참조 모델의 요구 요우 각속도를 추종하는 알고리즘을 제시하였으며, 이를 정상상태와 과도상태로 구분하여 정상상태에서는 슬라이딩 모드 제어를 통한 횡방향 슬립각 최소화, 과도상태에서는 PD를 통한 요우 각속도 에러 최소화를 목표로 각 모드에 맞는 알고리즘을 제시하였다. 그리고 본 연구에서 제안한 능동 조향 시스템의 위상 평면 분석을 통해 ESC (Electronic Stability Control) 연계시 ESC 진입조건을 결정하는 방안을 제시하였다. 그리고 Matilab/Simulink를 이용하여 제어 알고리즘을 구현하고 동역학 시뮬레이션 툴인 Carsim으로 통합 시뮬레이션 환경을 구축하여 제안한 알고리즘의 타당성을 검증하였다. 결과적으로 후륜 조향 알고리즘과 전, 후륜 능동 조향 알고리즘을 통해 요우 각속도 및 횡방향 슬립각 응답성 개선을 확인할 수 있었고, 각 시스템이 ESC와 연계시 ESC 제어시점 지연 및 제어량 축소 효과를 확인하였다.|In this study, we proposed an active wheel steering control algorithm for improving vehicle handling and stability. To do so, we analyzed vehicles in accordance with rear wheel steering system, and proposed a new reference model for rear wheel steering system and active front and rear wheel steering system. In contrast to the existing control algorithm that uses side slip angle to minimize side slip angle, the rear wheel steering control algorithm proposed in this study minimized side slip angle without using side slip angle, using the properties of sliding mode control and nonlinear simple tire models. The active front and rear wheel steering control algorithm proposed in this study was proposed as an integrated form of sliding mode control and proportional–derivative control. This was divided into the normal state, in which the goal was to minimize side slip angle via sliding mode control, and the transient state, in which the goal was to increase yaw rate response via proportional–derivative control. In addition, the phase plane analysis of the active steering system proposed in this study suggests a way to determine the Electronic Stability Control (ESC) entry conditions when linking Electronic Stability Control. The proposed algorithm was verified by CarSim® and MATLAB/Simulink®. As a result, we could confirm improvements in yaw rate and side slip angle responses, ESC entry delay and ESC control reduction through active wheel steering control algorithm.; In this study, we proposed an active wheel steering control algorithm for improving vehicle handling and stability. To do so, we analyzed vehicles in accordance with rear wheel steering system, and proposed a new reference model for rear wheel steering system and active front and rear wheel steering system. In contrast to the existing control algorithm that uses side slip angle to minimize side slip angle, the rear wheel steering control algorithm proposed in this study minimized side slip angle without using side slip angle, using the properties of sliding mode control and nonlinear simple tire models. The active front and rear wheel steering control algorithm proposed in this study was proposed as an integrated form of sliding mode control and proportional–derivative control. This was divided into the normal state, in which the goal was to minimize side slip angle via sliding mode control, and the transient state, in which the goal was to increase yaw rate response via proportional–derivative control. In addition, the phase plane analysis of the active steering system proposed in this study suggests a way to determine the Electronic Stability Control (ESC) entry conditions when linking Electronic Stability Control. The proposed algorithm was verified by CarSim® and MATLAB/Simulink®. As a result, we could confirm improvements in yaw rate and side slip angle responses, ESC entry delay and ESC control reduction through active wheel steering control algorithm.