전기적 동력 보조 조향 시스템의 타이어 휠 모델을 이용한 노면 외란 추정

Abstract

차량의 조향 안정에 중요한 역할을 하는 EPS(Electric power steering) 제어를 위해서는 노면에서부터 EPS 시스템으로 들어오는 외란에 대한 측정 및 추정이 필수적이다. 조향 안정성 뿐만 아니라 차량의 주행 안전성을 위해서 노면에서 타이어와 휠을 통해서 들어오는 외란 성분에 대한 추정은 차량 역학 및 제어에서 굉장히 중요한 연구 분야중 하나이다.

전자동력조향장치인 EPS을 제어하기 위해서 이전까지 진행된 많은 연구에서는 토크센서의 토션바 강성을 제외한 나머지 부분들을 강체로 가정한 후 2 자유도의 EPS 시스템 모델을 만들어 그에 맞춘 제어기를 설계하였었다. 또한 노면으로부터 타이어와 휠로 들어오는 외란은 Steering column, Motor, Pinion & Rack bar로 이루어진 하나의 Lumped mass로 들어오는 값으로 추정하였다.

하지만 2 자유도의 EPS 시스템 모델을 가지고 시스템의 다양한 특성을 다 파악하기 어렵고 여러가지 조향 시스템을 통과해서 같이 들어오는 시스템 내부 마찰력을 외란 성분에서 분리해내기 어렵다. 또한 EPS 시스템에 연결되어 최종적인 결과가 나타나는 차량 앞바퀴 휠의 움직임 또한 EPS 시스템을 고려하여 판단 할 수 없다. 외란 추정에서는 Lumped mass로 들어오는 외란을 추정하기 때문에 타이어와 노면 사이의 주행에서의 움직임을 파악할 수가 없다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해서 본 연구에서는 앞바퀴의 Dynamics를 추가시킨 3 자유도의 EPS 모델을 제시하고 해당 모델을 이용하여 노면 외란을 추정하였다. 모델을 이용한 노면 외란 추정을 위해서 먼저 System의 parameter identification 과정을 실시하였고, 찾은 parameter 값을 이용하여 노면 외란을 추정한 결과 reference 값에 거의 일치할 뿐만 아니라 타이어와 노면 사이에서 발생하는 힘에 대한 관계(stick-slip 현상)까지 추정이 가능하였다.