타이어 수직 하중 측정을 이용한 타이어-지면 간 마찰 계수 예측에 관한 연구

Abstract

최근 차량의 사고를 방지하기 위해서 ESC와 같은 차량의 안정성을 증가시키기 위한 제어기가 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 ESC 제어기의 제어성능을 향상시키기 위해서는 타이어-지면 간 마찰 계수의 정확한 정보가 필요하다. 그리고 차량의 거동은 타이어에서 발생되는 종방향, 횡방향의 마찰력에 의해 결정되기 때문에 차량의 주행 특성은 노면의 상태에 따라서 크게 달라진다. 그러므로 차량의 거동에 있어서도 노면 마찰 계수가 중요한 변수로 작용한다. 그러나 이러한 타이어-지면 간 마찰 계수를 측정하기에는 기술적, 경제적인 어려움이 있어서 노면 마찰 계수를 예측해야 한다. 본 연구에서는 타이어 내부에 변형량 센서를 부착하여 변형량 정보를 얻을 수 있는 인텔리전트 타이어 시스템을 활용하여 타이어-지면 간의 마찰 계수를 예측할 수 있는 모델을 개발하였다. 이러한 타이어-지면 간 마찰 계수 예측 모델은 차량이 선회 시 노면 마찰 계수에 따라서 차량의 weight shifting이 달라진다는 점에 착안하여 개발되었고, 차량의 속도, steer angle, weight shifting 정보들을 입력으로 하여 노면 마찰 계수를 출력하는 신경망 모델이다. 먼저 노면 마찰 계수에 따른 weight shifting 정보를 얻기 위해서 CarSim 프로그램을 활용하여 각 주행 조건, 노면 조건에 따른 좌, 우 타이어 수직 힘 정보를 얻었고 이를 인텔리전트 타이어 기준 모델에 입력으로 하여 노면 마찰 계수에 따른 각 타이어 변형량을 간접적으로 얻을 수 있었다. 이렇게 얻어진 변형량 데이터들은 수직 힘 추출 로직을 통하여 좌, 우 수직 힘을 예측함으로써 노면 마찰 계수에 따른 weight shifting 정보를 얻을 수 있었고 이 정보는 타이어-지면 간의 마찰 계수를 예측하기 위한 입력 값으로 사용된다.