차량 안정성 제어를 위한 구동장치 모델링 및 차량의 롤 각 추정기 설계 = Modeling of driveline for vehicle stability control and design of vehicle roll estimator

국문 초록 (Abstract)

최근 차량의 안정성 제어 시스템의 사용이 증가 되고 있다. 이러한 차량 안정성 제어 시스템은 브레이크를 기반으로 한 시스템 (ESP)과, 구동 토크를 기반으로 한 시스템 (ELSD, TVD)으로 구분할 수 있다. 브레이크를 기반으로 한 시스템은 차량의 동적 특성을 나쁘게 하기 때문에 최근 ELSD, TVD 등의 구동계를 이용한 차량의 자세 제어에 대한 연구가 진행되고 있다.
ELSD와 TVD를 전륜에 사용하게 되면, 조향특성이 나빠지기 때문에, 일반적으로 이러한 장치는 후륜에 사용하게 된다. 이에 본 논문에서는 Coupling 장치의 모델링 및 제어 로직을 구현하여 전륜 구동 기본 차량의 전 • 후 토크 분배가 가능하도록 하였으며, 시뮬레이션과 실차 시험을 수행하여, 모델링 및 제어로직의 타당성을 검증하였다.
더욱이 Coupling 장치에서 사용한 드라이브라인을 변형하여, ELSD와 TVD를 모델링하고, LSD가 차량동역학에 끼치는 영향력을 다양한 각도(속도, 노면, 종 방향 가속, 조향 각)에서 분석하여, 구동 토크를 기반으로 한 차량 안정성 제어 시스템의 영향력을 살펴보았다. 그리고 이를 통해, ELSD와 TVD의 제어로직을 제안하였으며, 시뮬레이션을 통해 제안한 제어로직의 차량 안정성 향상을 검증하였다.
그리고 차량의 롤 각 추정기를 설계하여, 롤에 의해 발생하는 구동장치의 부정적 영향을 최소화 할 수 있도록 하였으며, 목표 값의 상한 값을 제한하였을 때 차량의 안정성이 향상될 수 있음을 검증하였다.
개발된 모델, 제어로직, 그리고 추정기의 검증의 시뮬레이션은 CarSim, Matlab/Simulink를 이용하였다.

목차 (Table of Contents)

• 차 례 1
• 국문요지 3
• Nomenclature 4
• 그림 / 표 목차 6
• 제 1 장 서론 9
• 1.1 연구 필요성 9
• 1.2 연구 범위 11
• 1.3 Outline 12
• 제 2 장 차량의 요구 요 변화율 (desired yaw rate) 13
• 2.1 2자유도 평면 차량 모델 (bicycle model) 13
• 2.2 요구 요 변화율 (desired yaw rate) 제한 15
• 2.3 요구 요 변화율 제한 시뮬레이션 16
• 제 3 장 드라이브라인 모델 17
• 3.1 비틀림 모델 17
• 3.2 전자기식 다 판 클러치 (Electromagnetic, multi-plate clutch) 17
• 제 4 장 Coupling 장치 모델링 및 실차 시험 20
• 4.1 4WD 차량 모델링 구현 (전체 시스템 구성) 22
• 4.2 Coupling의 구조 및 토크 분배 23
• 4.3 제어로직 구현 25
• 4.3.1 Lookup table 25
• 4.3.2 수식 기반 26
• 4.4 시뮬레이션 결과 28
• 제 5 장 ELSD 제어 31
• 5.1 ELSD 모델링 구현 (전체 시스템 구성) 32
• 5.2 ELSD 구조 및 토크 분배 33
• 5.3 ELSD의 영향 34
• 5.3.1 무게 중심 이동 현상의 영향과, 예상 보정 모멘트 34
• 5.3.2 노면 조건의 영향 38
• 5.3.3 종 방향 가속의 영향 38
• 5.3.4 조향각의 영향 39
• 5.4 ELSD 제어 로직 40
• 5.4.1 전제 제어 알고리즘 40
• 5.4.2 요 변화율 제어 40
• 5.4.3 시뮬레이션 결과 41
• 5.5 ESP, ELSD 통합 로직 43
• 5.5.1 ESP logic 43
• 5.5.2 통합 로직 44
• 제 6 장 TVD 제어 47
• 6.1 TVD 모델링 구현 49
• 6.2 TVD 구조 및 토크 분배 50
• 6.3 TVD 제어로직 53
• 6.3.1 전체 제어 알고리즘 53
• 6.3.2 요 변화율 제어 (yaw rate control) 53
• 6.3.3 시뮬레이션 결과 54
• 제 7 장 시 연속 Kalman 필터를 이용한 차량의 롤 각 추정기 설계 56
• 7.1 차량 모델 58
• 7.2 시 연속 Kalman 필터 61
• 7.2.1 Riccati 식 유도 61
• 7.2.2 파라미터 선정 63
• 7.3 Simulation 결과 66
• 7.3.1 50km/h double lane change 67
• 7.3.2 50km/h step steer 67
• 7.3.3 80km/h double lane change 68
• 7.3.4 80km/h step steer 68
• 7.3.5 시뮬레이션 결과 분석 68
• 참고자료 70
• ABSTRACT 72
• 감사의 글 73
• 연구윤리 서약서 75
• Declaration of Ethical Conduct in Research 76