A study on tire-road friction coefficient estimation considering practical issues

Abstract

차량 종방향 안정성을 향상 시키기 위해서는 종방향 마찰계수는 차량 동역학 관점에서 주요한 인자로 고려된다. 본 논문에서는 저슬립 구간의 정보를 활용해서, 최대 노면 마찰계수 추정에 대해 수행하였다. 이전에도 많은 종류의 추정 방법들에 관한 연구가 있었지만, 슬립-기울기를 기초로한 방법이 직관성과 간편함으로 인해서 널리 사용되었다. 대부분의 슬립-기울기를 기초로한 예전 연구들은 학술적 목적의 이론적인 뮤 슬립 곡선을 을 고려하였다. 하지만 실제 자동차 산업에서는 실용적 문제점들때문에 이러한 방법을 양산용 차량에 적용하고 있지 않다. 본 논문에서는 위에서 언급된 슬립-기울기를 기초로한 추정 방법에서 제기되는 문제점들에 대해서 주로 다루었다. 일반적으로 타이어힘에 대한 정보는 쿨롱 마찰을 정의하기 위해서는 꼭 필요한 정보이다. 그래서 종방향, 수직방향 타이어 힘추정이 휠 다이나믹스를 활용해서 먼저 선행되었다. 그리고 휠 다이나믹스에는 구동토크와 제동 토크가 포함되어있는데, 예전 연구들에서는 이러한 값들을 알고 있는 값이라고 가정하였다. 불행히도, 양산차량에서는 이러한 토크를 직접 재는 센서가 비용, 유지, 설치 등의 문제로 존재하지 않는다. 그래서 구동 토크와 제동 토크에 관한 확장형 칼만 필터와 슬라이딩 모드 관측기 등의 모델 기반의 관측기 설계가 수행되었다. 이러한 추정된 값들은 최적 클러치 컨트롤, 하이드로닉 브레이크 유닛 컨트롤 등 다른 연구 분야에서도 활용 될 수있다. 이러한 토크에 관한 추정을 거친 후에, 최대 노면 마찰계수는 쿨롱 마찰식을 기반으로하여서 저슬립 구간에서 추정 될 수있다. 슬립-기울기 방법은 뮤 슬립 곡선의 저슬립구간에서의 선형적 관계를 활용해서 추정될 수있다. 본 논문에서는 이전 방법들의 약점을 보완 할 수 있는 발전된 추정 알고리즘을 제시한다. 최소 자승 방법을 이용한 실시간 커브 피팅이 변곡점을 포함하는 3차 다항식 모델을 기반으로 하여서 수행되었고, 카심을 활용한 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 차량 실험 을 통해서 검증 되었다. 검증결과는 수렴 속도, 즉 종방향 제어가 가진 되기전에 먼저 추정하는 면에서 좋은 성능을 보였다. 따라서, 제안된 알고리즘은 종방향 차량 다이나믹스 컨트롤에 활용할 수있다.