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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 강연식
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수26
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본 논문은 자율주행 차량의 횡 방향 슬립이 과도하게 증가한 상황에서 자세를 제어하며 주어진 경로를 안정적으로 추종하는 것을 목표로 하고 있다. 차량의 구동 및 제동력을 제어하여 차량의 미끄러짐을 방지하는 기존의 기술로는 ABS(Anti-lock Braking System), TCS(Traction Control System), ESC(Electronic Stability Control) 등이 있다. 이러한 기존의 기술들은 슬립을 최소화하는 방향으로 작동하며, 차체 횡 슬립이 과도한 상황에서는 제대로 차량의 자세를 제어하기 어렵다. 하지만 레이싱 경기 등에서 전문 운전자들이 사용하는 드리프트 주행 기법은 차체 횡 슬립이 과도한 상황에서, 역으로 슬립을 발생시키고 이를 이용하여 차량의 자세를 제어하며 안정적으로 주어진 경로를 추종한다.
자율주행 차량의 횡 방향 슬립이 큰 상황에서 차량의 자세 제어 및 경로 추종 제어 기법을 실차를 바탕으로 연구하기에는 위험 부담이 크기 때문에, 본 연구에서는 스케일 카를 기반으로 제어 알고리즘을 검증했다. 이를 위해 실내에서 스케일 카의 위치 및 상태를 추정하기 위해 4m 위에 두 개의 카메라를 설치하고 칼만 필터를 적용하였다. 비선형 3 자유도 바이시클 모델을 사용하여 드리프트 평형 상태를 분석하고, 이를 바탕으로 전륜 조향 각과 차량의 종 방향 속도에 따른 드리프트 평형 상태를 3D맵으로 구축했다. 그리고 구축된 3D 맵을 통해 매 스텝마다 추종해야 할 드리프트 평형 상태를 산출한다. 시뮬레이션 및 스케일 카 실험을 통해 차체 횡 방향 슬립이 큰 상황에서의 자세제어 및 경로 추종 성능을 확인했다. 이러한 기법이 향후 운전자 보조시스템이나 자율주행 차량에 적용되어 사고 발생 및 치사율 감소에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.
자율주행 차량의 횡 방향 슬립이 큰 상황에서 차량의 자세 제어 및 경로 추종 제어 기법을 실차를 바탕으로 연구하기에는 위험 부담이 크기 때문에, 본 연구에서는 스케일 카를 기반으로 제어 알고리즘을 검증했다. 이를 위해 실내에서 스케일 카의 위치 및 상태를 추정하기 위해 4m 위에 두 개의 카메라를 설치하고 칼만 필터를 적용하였다. 비선형 3 자유도 바이시클 모델을 사용하여 드리프트 평형 상태를 분석하고, 이를 바탕으로 전륜 조향 각과 차량의 종 방향 속도에 따른 드리프트 평형 상태를 3D맵으로 구축했다. 그리고 구축된 3D 맵을 통해 매 스텝마다 추종해야 할 드리프트 평형 상태를 산출한다. 시뮬레이션 및 스케일 카 실험을 통해 차체 횡 방향 슬립이 큰 상황에서의 자세제어 및 경로 추종 성능을 확인했다. 이러한 기법이 향후 운전자 보조시스템이나 자율주행 차량에 적용되어 사고 발생 및 치사율 감소에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.
목차
1. 서론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 61.3 연구 목표 72. 비선형 차량 모델 분석 82.1 개요 82.2 차량 및 타이어 모델 82.2.1 3 자유도 바이시클 모델 82.2.2 브러쉬 타이어 모델 92.3 드리프트 평형 상태 분석 123. 제어기 설계 223.1 개요 223.2 칼만필터 기반 관측기 설계 233.3 경로 추종을 위한 조향 제어기 설계 253.4 드리프트를 위한 후륜 구동 제어기 설계 274. 시뮬레이션 및 결과 314.1 개요 314.2 시뮬레이션 결과 및 분석 314.2.1 시뮬레이션 시나리오 1 334.2.2 시뮬레이션 시나리오 2 385. 스케일 카 실험 및 결과 435.1 개요 435.2 스케일 카 실험 환경 구성 435.2.1 1:10 스케일 카 정보 및 제원 435.2.2 카메라 및 컴퓨터 정보 및 제원 475.2.3 제어 시스템 구성 495.3 스케일 카 실험 결과 및 분석 515.3.1 실험 시나리오 1 515.3.2 실험 시나리오 2 566. 결론 61참고문헌 62Abstract 65
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