목적 기반 차량의 탑승객 위치에 따른 선회 승차감 개선을 위한 4WS 제어 전략 = 4WS control strategy for improving ride comfort during cornering according to passenger position in Purpose-Built Vehicle

국문 초록 (Abstract)

최근 자율주행 기술의 급속한 발전은 단순한 이동 수단의 역할을 넘어 모빌리티 패러다임을 근본적으로 변화시키고 있다. 자율주행 시스템의 고도화에 따라 운전자의 역할이 점진적으로 축소되면서, 차량 내부 공간은 더 이상 운전에 집중해야 하는 환경이 아닌 다목적 활동 공간으로 재정의되고 있다. 이러한 기술적 변화는 탑승객의 위치와 활동의 자유도를 획기적으로 확장시키며, 기존의 운전자 중심 설계 패러다임에서 벗어나 독립적이고 유연한 공간 활용이 가능한 미래형 모빌리티로 진화하고 있다.
자율주행 기술의 발전과 함께 승차감은 물리적 진동 및 충격의 최소화를 넘어, 탑승객의 편의성, 안락함, 심리적 안정성 그리고 전반적인 이동 경험의 질을 결정하는 핵심 요소로 자리 잡고 있다. 특히 목적 기반 차량의 내부 공간 설계가 기존의 좌석 배열 및 위치 중심에서 벗어나 다기능적인 활동 공간으로 전환됨에 따라, 탑승객이 위치한 특정 좌석이나 활동 영역에서의 승차감 특성을 고려한 연구의 필요성이 증가하고 있다.
기존의 승차감 관련 연구는 주로 차량의 질량 중심(Center of Gravity, CG)점을 기준으로 차량 전체의 거동을 최적화하는 데 초점이 맞춰져 왔다. 이러한 연구들은 차량의 전반적인 안정성과 거동 특성을 향상시키는 데 효과적이지만, 탑승객의 개별적인 위치와 활동에 따른 승차감 변화를 충분히 반영하지 못한다는 한계를 지닌다. 특히, 자율주행 기술의 도입으로 차량 내 탑승객의 위치와 자세가 더욱 다양화되고, 탑승객의 활동 역시 다목적으로 변화함에 따라 특정 위치에서의 승차감 특성을 고려한 연구의 필요성이 더욱 부각되고 있다. 이에 따라, 탑승객의 위치에 따른 승차감 특성을 반영하여 차량 내 특정 위치에서의 승차감을 정량적으로 평가하고 이를 개선하기 위한 설계 방안이 요구되고 있다.
따라서 본 연구는 목적 기반 차량 내에서 선회 시 탑승객의 특정 위치에 따른 승차감을 정량적으로 평가하고, 이를 개선하기 위한 4WS(4-Wheel Steering) 제어 알고리즘 개발을 목표로 한다. 특히, 기존의 차량의 무게중심 위주 설계 방식과 차별화된 탑승객 위치에 따른 설계 방식을 제안함으로써 미래 자율주행 모빌리티의 승차감을 한층 향상시킬 수 있는 새로운 연구 방향을 제시하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The recent rapid development of autonomous driving technology is fundamentally changing the mobility paradigm beyond the role of a simple means of transportation. As the role of the driver is gradually reduced due to the advancement of autonomous driving systems, the interior space of a vehicle is being redefined as a multi-purpose activity space rather than an environment that must focus on driving. These technological changes are dramatically expanding the freedom of passenger location and activity, and are evolving from the existing driver-centered design paradigm to a future-oriented mobility that allows independent and flexible space utilization.
With the development of autonomous driving technology, ride quality is becoming a key factor that determines the convenience, comfort, psychological stability, and overall quality of the travel experience of passengers, beyond minimizing physical vibration and shock. In particular, as the interior space design of purpose-based vehicles shifts from the existing seating arrangement and location-centered to a multi-functional activity space, the need for research that considers the ride quality characteristics of specific seats or activity areas where passengers are located is increasing.
Existing studies on ride quality have mainly focused on optimizing the behavior of the entire vehicle based on the vehicle's center of gravity (CG). These studies are effective in improving the overall stability and behavioral characteristics of vehicles, but they have the limitation that they do not sufficiently reflect changes in ride quality according to the individual positions and activities of passengers. In particular, with the introduction of autonomous driving technology, the positions and postures of passengers in vehicles have become more diverse, and the activities of passengers have also changed for various purposes, so the need for research that considers ride quality characteristics at specific locations has become more prominent. Accordingly, a design method that quantitatively evaluates ride quality at specific locations in vehicles and improves it by reflecting ride quality characteristics according to the positions of passengers is required.
Therefore, this study aims to develop a 4WS (4-Wheel Steering) control algorithm to quantitatively evaluate ride quality according to specific positions of passengers when turning in a purpose-based vehicle and to improve it. In particular, by proposing a design method according to passenger positions that is differentiated from the design method centered on the center of gravity of existing vehicles, we aim to present a new research direction that can further improve the ride quality of future autonomous driving mobility.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 1.1 Research Background 1
• 1.2 Research Trends 3
• 1.3 Research Objectives 5
• 2. 4-Wheel Steering Vehicle 6
• 2.1 Single-Track 차량 모델 6
• 2.2 4WS Controller 9
• 3. 4WS 차량 모델링 및 환경구성 11
• 3.1 4WS Virtual 차량 모델링 12
• 3.2 4WS 차량의 조향특성 적용 18
• 3.3 Zero Side Slip Angle을 위한 Critical Speed 21
• 4. 선회 시 탑승객 위치에 따른 승차감 개선 목표 설계 26
• 4.1 탑승객 위치에 따른 Side Slip Angle 최소화 28
• 5. Simulation 30
• 5.1 Scenario Environment 30
• 5.2 Test Result 31
• 5.2.1 Scenario 1 : Step Steer Scenario 31
• 5.2.2 Scenario 2 : Slalom Scenario 39
• 6. Conclusion 45
• 참고문헌 48
• Abstract 51