히치 각도 제어 알고리즘을 이용한 카라반 횡 방향 안정성 향상 :Improving Caravan Lateral Stability using Hitch angle Control Algorithm

김창영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김창영 (목포대학교, 목포대학교 대학원)

지도교수: 변경석

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

히치 각도 제어 알고리즘을 이용한 카라반 횡 방향 안정성 향상

김창영 기계공 2022.01 학위논문

2021

히치 각도 제어 알고리즘을 통한 카라반 스웨이 저감 장치 개발

김창영 , 유정주 , 변경석 융합신호처리학회 논문지 2021.12 학술저널

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최근 언택트 여행이 트렌드로 자리 잡으면서 차박, 캠핑 등 그 형태도 다양해지고 있다. 특히 2020년은 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19) 여파로 캠핑 열풍이 불면서 카라반에 대한 관심이 급증하였다. 한국교통안전공단의 통계에 따르면 2020년 2월부터 10월까지 튜닝 캠핑카 판매 대수가 전년 동기보다 267.4% 증가하였다고 밝혔다. 하지만 캠핑카에 대한 수요가 증가하면서 다수의 운전자들이 직면하게 되는 위험요소도 그만큼 증가하였다. 그중 견인차랑에 연결되어 운용되는 카라반은 조향 또는 동력, 브레이크의 기능이 없는 상태이므로 외부의 물리적 요인에 쉽게 영향을 받을 수밖에 없어 탑승자들이 스웨이 현상(Sway phenomenon)과 같은 위험한 상황에 자주 노출된다. 스웨이 현상이란 카라반과 견인차량이 주행 중 측면 바람 등의 물리적 원인에 의해 물고기 꼬리처럼 흔들리는 현상을 가리키며 피시테일 현상이라고도 불린다. 이러한 스웨이 현상은 카라반 이동방향에 수직으로 부는 바람 혹은 회피기동, 급정거, 잘못된 하중분포 등 다양한 원인에 의해 발생한다. 이처럼 일반적으로 카라반은 횡 방향 안정성이 좋지 않다.
이에 본 논문에서는 카라반 스웨이 현상을 저감시킬 수 있도록 횡 방향 안정성 향상을 위한 새로운 제어 알고리즘 및 스웨이 저감 장치 개발에 관하여 연구를 진행하였다. 구체적으로는 견인차량과 카라반의 연결부인 Hitch point를 중심으로 견인차량과 카라반 각각에 장착된 IMU 센서를 통해 카라반의 초기 불안정성을 감지하고, PID 제어기를 이용하여 Hitch point에서 발생하는 Hitch angle과 Hitch yaw rate를 Desired hitch angle과 Desired hitch yaw rate로부터의 오차를 줄일 수 있도록 제어 값을 산출한다. 그리고 산출된 제어 값에 따라 카라반의 횡 방향으로 발생하는 힘을 감쇄시키기 위해 카라반 좌우 브레이크에 다른 제동토크를 생성하여 분배하고 제어한다. 실차 실험을 통해 스웨이 저감 장치의 성능을 검증한 결과 제어를 했을 경우에 제어하지 않은 경우보다 Hitch angle이 감소한 것을 확인할 수 있었고, 횡 방향 안정성 향상률은 스웨이 저감 장치 제어 후의 Hitch angle 감소량이 제어 전에 비해 85.4% 향상된 것을 확인하였다. 실차 실험은 KS R ISO 9815 시험방법에 의거하여 진행하였다.
본 논문에서 설계 및 개발한 제어 알고리즘은 견인차량과 카라반 동역학 해석 3D 모델을 기반으로 Recurdyn에서 시뮬레이션 및 검증하였다. 검증한 제어 알고리즘을 적용한 스웨이 저감 장치를 설계 및 개발하기 위해서 National instruments 사의 LabVIEW 프로그램과 CompactRIO 컨트롤러, 아날로그 및 디지털 I/O 모듈을 사용하였다.

As untact travel has recently become a trend, its forms such as car camping and so on are diversifying. In particular, interest in caravans surged in 2020 due to the camping craze in the aftermath of COVID-19. According to statistics from the Korea Transportation Safety Authority, the number of tuning camping cars sold from February to October 2020 increased 267.4% year-on-year. However, as the demand for camping cars increased, the risk factors faced by many drivers also increased. Among them, the caravan connected to the tow truck has no steering, power, or brake functions, so passengers are often exposed to dangerous situations such as Sway phenomenon as it is easily affected by external physical factors. The Sway phenomenon refers to a phenomenon in which caravans and tow vehicles shake like fish tails due to physical causes such as side winds while driving, and is also called a fishtail phenomenon. The sway phenomenon occurs due to various causes such as wind blowing perpendicular to the direction of movement of the caravan, avoidance maneuver, sudden stop, and incorrect load distribution. As such, caravans generally have poor lateral stability.
Therefore, in this paper, research was conducted on the development of new control algorithms and sway reduction devices for improving lateral stability to reduce the caravan sway phenomenon. Specifically, the control value is calculated to detect the initial instability of the caravan through the IMU sensor and to reduce the error value obtained by subtracting the values measured through the sensor from the target values Desired angle and Desired yaw rate. In addition, different braking torques are generated, distributed, and controlled on the left and right brakes of the caravan in order to attenuate the force generated in the transverse direction of the caravan according to the calculated control value. Through the driving experiment, it was confirmed that the Hit angle decreased compared to the case where the control was not performed, and the lateral stability improvement rate improved by 94.49% compared to before control. The actual test was conducted according to the KS R ISO 9815 test method.
The control algorithm developed in this paper was simulated and verified by Recurdyn program. National instruments'' LabVIEW program, CompactRIO controller, and analog and digital I/O modules were used to design and develop a sway reduction device with verified control algorithms.

#Hitch angle #Hitch yaw rate #Control algorithm #Caravan

Nomenclatures Ⅲ
List of Tables Ⅴ
List of Figures Ⅵ
국문초록 Ⅷ
제 1장 서 론 1
1.1 연구배경 및 동향 1
1.2 연구목적 4
제 2장 견인차량-카라반 모델링 6
2.1 동역학 방정식 6
2.2 Recuydyn 동역학 모델링 조건 9
2.3 3D모델링 및 검증 11
제 3장 제어 알고리즘 개발 및 시뮬레이션 14
3.1 제어 알고리즘 14
3.2 시뮬레이션 환경 17
3.3 시뮬레이션 결과 및 분석 18
제 4장 스웨이 저감 장치 설계 24
4.1 제어기 설계 24
4.1.1 제어기 구성요소 24
4.1.2 스웨이 제어 시스템 구축 29
4.2 제어 프로그래밍 32
4.2.1 스웨이 현상 제어 프로그램 32
4.2.2 스웨이 현상 측정 프로그램 37
제 5장 실차 실험 및 결과 39
5.1 제동토크 측정 39
5.1.1 제동토크 측정 조건 39
5.1.2 제동토크 측정 프로그램 44
5.1.3 제동토크 측정 결과 45
5.2 실차 실험 47
5.2.1 실차 실험 조건 및 방법 47
5.2.2 실차 실험 결과 및 분석 54
제 6장 결론 및 향후과제 58
참고문헌(References) 60
영문초록(Abstract) 63
감사의 글 65

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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