차량 과도 역학 모델링 및 감쇠 자유진동을 이용한 무게중심 높이 추정

Abstract

본 논문은 차량의 종방향 과도 역학 모델링을 통해 새로운 차량 모델을 제안하였으며, 이를 통해 차량의 무게중심 높이를 비롯한 다양한 차량 파라미터를 추정하는 방법을 제안한다. 차량 무게중심 높이는 차량의 질량 변화에 의해 변하는 파라미터이다. 특히 버스와 화물 차량의 경우 질량 변화가 크기 때문에 무게중심 높이도 크게 변하게 되며, 따라서 실시간으로 무게중심 높이를 추정할 필요가 있다. 무게중심 높이는 차량의 동적 거동에 큰 영향을 끼친다. 무게중심 높이가 높을수록 롤오버가 발생하기 쉬우며, 타이어의 수직하중 변화에도 관여한다. 또한, 무게중심 높이는 다양한 차량 상태 추정기에 사용되며, 롤오버 방지 제어와 스티어링 제어와 같은 차량 제어에 사용된다. 이러한 종방향과 횡방향 거동 제어 성능은 탑승자의 안전과 직결되기 때문에 정확한 무게중심 높이 추정을 필요로 한다. 기존의 연구들의 경우, 정상 상태를 가정하고 롤 또는 피치 관성 모멘트의 영향을 무시하였으나, 실제 주행 상황에서는 이러한 정상 상태 조건을 만족시키기 어렵다. 이러한 문제를 해결하고자, 본 논문에서는 차량이 정차할 때 발생하는 감쇠 자유진동을 통해 무게중심 높이를 추정하였다. 이를 위해 차량의 과도 역학을 모델링하였으며, 이후 ITD(Ibrahim time domain) 방법을 통해 가속도 신호만을 사용하여 실차 적용을 용이하게 하였다. 제안한 차량 모델과 추정 방법은 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다.