사륜 구동 차량의 발진 제어 알고리즘 최적화에 관한 연구

Abstract

본 논문은 사륜 구동 (four wheel drive, 4WD) 차량에 대한 최적화된 제어 알고리즘을 설계하는 방법론에 대해 서술한다. 사륜 구동 차량은 전∙후륜으로 최적의 구동 토크를 분배하여 차량의 성능을 극대화하고, 차량이 불안정한 상황에 빠졌을 때 이를 빠져나올 수 있도록 도와준다. 따라서 주행 상황과 노면 조건에 따른 최적의 구동 토크를 도출할 수 있는 제어 알고리즘이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 설계 초기 단계부터 차량의 상태에 따라 피드백 (feedback)되는 제어뿐만 아니라 차량의 성능 향상을 위해 선 제어 (pre-control)되어야 할 부분까지 고려하는 최적의 제어 알고리즘을 제시한다. 이를 위해 사륜 구동 장치에 대한 수학적인 모델링을 수행하고, 상용 차량 동역학 해석 프로그램인 CarSim 과 연동하여 시뮬레이션 환경을 구축하여 차량의 동특성을 분석한다. 이와 같은 차량의 동특성 분석으로부터 차량 성능에 영향을 미치는 주요 제어 인자를 선정하고, 이들 주요 제어 인자를 기반으로 하는 비선형 PID 제어 알고리즘을 제시한다. 제안한 비선형 PID 제어 알고리즘의 성능을 극대화하기 위해 주요 제어 인자를 유전 알고리즘 (genetic algorithm)기반의 최적화 기법에 따라 최적화 하는 방법론을 제시한다. 또한 이와 같은 일련의 개발 방법론을 전기식 사륜 구동 (electric four wheel drive, E-4WD) 차량의 구동 제어 알고리즘 개발에 확장시켜 최적 발진 제어 알고리즘을 제시한다. 추가적으로 전기식 사륜 구동 차량의 하이브리드 성능을 극대화하기 위해 동적 계획법 (dynamic programming) 기반의 효율 제어 알고리즘 개발 방법론을 제시한다. 최종적으로 제안한 최적 발진 제어 알고리즘과 효율 제어 알고리즘의 통합 제어 시 발생할 수 있는 사례를 중심으로 분석한 후 합 전략을 제시한다. 제안된 최적 사륜 구동 제어 알고리즘들은 CarSim과 Matlab/Simulink 를 연동한 시뮬레이션 환경에서 검증된다.