세미-액티브 3륜 틸팅 차량을 위한 노면 추정 및 제어

Abstract

최근, 대기오염과 교통체증, 주차 공간 문제로 인하여 마이크로 모빌리티의 필요성이 높아지고 있다. 마이크로 모빌리티, 특히 3륜 마이크로 모빌리티의 경우 전통적인 4륜 차량이 가지는 여러 가지 문제점을 해결할 방법이지만, 차체의 구조적 특성으로 인해 높은 무게중심과 낮은 롤 안정성을 가진다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여, 3륜 마이크로 모빌리티에는 차체를 기울여 롤 안정성을 강화하는 틸팅 시스템이 필수적이다. 따라서 정확한 틸팅제어를 하는 것이 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다. 차량의 틸팅각도는 노면의 경사각과 차량의 운동상태에 의해 결정된다. 그러므로 틸팅제어를 최적화 하기 위하여 노면 경사각의 추정은 필수적이라고 할 수 있다. 또한 기존 액티브 틸팅 차량의 경우 틸팅을 위해 사용되는 동력계통의 에너지 손실이 크다는 단점을 가지고 있다. 따라서 기존 틸팅 시스템을 대체하기 위한 새로운 틸팅 메커니즘이 필요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는, 차량의 다이나믹 모델과 키네마틱 모델을 이용한 노면 경사각 추정기가 소개 될 것이다. 다이나믹모델은 차량 횡방향 속도, 요 각속도, 틸팅 각도와 틸팅 각속도 4개의 상태를 가진다. 마찬가지로, 키네마틱 모델은 차량의 전체 롤 각도와 피치 각도를 상태량으로 가진다. 추정기는 6축 자이로 센서에서 받는 각속도와 가속도를 기반으로 차량의 전체 롤각도와 피치 각도를 추정하게 될 것이다. 추정기 로직은 가상 측정값(Pseudo-Measurement)를 기반으로 슬라이딩 모드 로직을 적용한 키네마틱 모델 기반 슬라이딩 모드 추정기를 사용하였다. 마지막으로 추정기를 검증하기 위하여 차량시뮬레이션 전용 프로그램 Carsim과 시뮬레이션 프로그램 Matlab & Simulink를 사용하였다. 또한 기존 액티브 틸팅 시스템의 단점을 보완하기 위하여 세미-액티브 틸팅 메커니즘을 제안할 것이다. 세미-액티브 틸팅 메커니즘은 유성기어의 가변기어비를 이용한 틸팅 메커니즘으로써, 본 연구에서는 세미-액티브 틸팅 메커니즘의 기어비와 조향토크분석을 통해 세미-액티브 틸팅 시스템을 소개할 것이다.