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Extended Kalman Filter 기반 Side Slip Angle 추정 및 이를 기반한 차량의 횡방향 Sliding Mode Control 설계
최민성(M. S. Choi),최효서(H. S. Choi),이민영(M. Y. Lee),차무현(M. H. Cha),김경수(K. S. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
오늘날, 전기자동차 및 자율주행차의 수요에 따라 차량 횡방향 제어기의 중요성 또한 급증하고 있다. 전자식 주행안정 장치(Electronic Stability Control, ESC)는 차량의 안정성을 향상시키고 미끄러짐을 예방하는 능동안전기술이다. ESC 에는 대표적으로 스티어링 제어를 통한 Active Steering Control 과 브레이크 제동력을 이용하는 Direct Yaw Moment Control 기법이 있다. 본 논문에서 진행되는 Direct Yaw Moment Control 을 위해서는 차량의 Side Slip Angle 추정이 필수적인데, Bicycle Model 의 Yaw Rate 에 기반한 Kalman Filter 추정기법이 대표적이다. 그러나 급선회와 같은 상황에서는 차량의 타이어 힘의 Saturation 이 발생하기 때문에 극심한 비선형성을 갖게 되고 Kalman Filter 로는 한계를 갖는다. 따라서 본 논문에서는 먼저 Kalman Filter 기반 Side Slip Angle 추정을 보이고, 급선회 상황에서 선형화에 기반한 Extended Kalman Filter 으로 Side Slip Angle 을 추정한다. 이 때는 또한 차량의 Lateral Force 까지 추정이 가능하다. 이 후 추정된 Side Slip Angle 기반 Sliding Mode Control 설계로 Electronic Stability Control 을 선보인다. 실제 차량의 ESC 실험에서는 각 타이어에 걸리는 힘을 정확하게 알아야 하며 마찰계수의 실시간 추정 혹은 수직력의 추정이 필요하다. 본 논문에서는 차량 동역학 소프트웨어 CarSim-simulink 를 이용하여 마찰계수와 수직력을 알고 있다고 가정하고 시뮬레이션을 통해 선보인다.