차선 유지 시스템의 횡방향 제어를 위한 self-aligning 토크를 이용한 back-stepping 제어기 설계

Abstract

차량 주행에 있어서 편의성과 안정성을 향상시키기 위한 방법으로 차선 유지 시스템이 고안되고 있다. 이러한 차선 유지 시스템을 위한 종방향 횡방향 제어 중 횡방향 제어에서는 기존 방법은 별도의 하드웨어가 요구되었다. 추가적으로 횡방향 장비에 로봇이나 모터를 별도로 장착하는 것이다. 하지만 이런 추가적인 로봇이나 모터의 장착으로 인한 제어의 경우 추가 비용이 발생하게 되며, 운전자가 횡방향 제어 중 중간 개입이 어렵다. 본 논문에서는 양산 차량에 장착된 EPS(Electric Power Steering, 전기식 동력 조향 시스템)을 이용한 횡방향 제어기를 설계한다. EPS 시스템의 동력학적 모델링을 하여 자율 주행을 위한 EPS 제어기로 back-stepping controller와 augmented observer를 설계하였다. 실제 운전자의 운전 방식을 모사하기 위한 self-aligning 토크를 제어기에 사용하는 알고리즘을 구성하였다. 본 논문에서 설계한 차선 유지 시스템을 위한 횡방향 제어기는 별도의 추가 비용이 발생하지 않고, 주행 중 운전자의 중간 개입이 가능하다. 제안한 알고리즘의 성능은 실제 EPS 장비를 통해 HILS 실험으로 self-aligning 토크를 사용 유무에 따른 결과를 도출하였고, self-aligning 토크를 사용한 경우의 EPS 조향각의 tracking performance 정확도가 향상됨을 통해 제어기를 검증하였다.