다양한 컨셉의 연속 가변 댐핑력 제어의 R&H 성능 효과 평가
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학술지명
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발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
167-168(2쪽)
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연속 가변 댐핑력 제어는 현재의 차량 R&H 성능 관련 제어 분야에서 가장 기본적이며 중요한 제어 기술 중 하나이다. 1970년 대 스카이훅(Skyhook) 이란 개념이 최초로 언급된 이후로 관련된 수 많은 개념 및 방법론이 제안되었으며, 각 문헌들은 저마다 기존 스카이훅 보다 혹은 다른 방법 보다 우수하다고 언급하고 있다. 하지만 제어 방법들의 성능을 평가함에 있어 승차감 뿐만 아니라 핸들링 성능까지 고려하거나, 제어로직에 포함될 수 있는 파라미터의 영향까지 고려하여 이들을 객관적으로 평가한 사례는 매우 드문 편이다. 이와 같은 배경을 바탕으로 본 논문의 목적은 다양한 종류의 연속 가변 댐핑력 제어 방법을 객관적으로 평가하는 것이다. 이를 위하여 실제적인 노면 조건, 타이어 인벨로핑 모델 및 비교적 상세한 제어 로직이 포함된 4륜 차량 동역학 모델을 구현하고 활용한다. 특히 본 논문에서는 스카이훅 방법 뿐만 아니라 본래 의미의 그라운드훅(Groundhook)과 로드홀딩(Road Holding)이 차량 핸들링 성능에 미치는 효과에 대해서 언급한다. 누군가 “어떤 반능동 댐퍼 제어 방법이 차량 R&H 성능 측면으로 가장 유리한가?” 그리고 “댐핑력 제어가 차량 성능에 어떠한 영향을 미치는가?” 라는 질문을 제시한다면 본 논문은 그 대답의 일부를 제공해줄 수 있을 것이다.
Fig.1은 차량 수직 운동을 대변하는 가장 일반적인 모델인 1/4 차량 모델을 보여준다. 기본 차량 모델은 차체 및 스프링 하질량(m<sub>s</sub>, m<sub>us</sub>), 스프링(k<sub>s</sub>), 타이어(k<sub>t</sub>) 및 항상 구동되는 패시브 댐퍼(b<sub>s</sub>)로 구성되어 있다. 가변 댐퍼 제어가 포함되는 경우 역시 댐퍼는 동일한 개념으로 위치되지만 그 작동 원리는 각 제어 개념을 기반으로 하게 된다. Fig.1 (a)는 다양한 종류의 가상 요소들이 사용되는 댐퍼 제어의 개념을 보여준다. 가상 요소들의 종류로는 대상 요소의 속도에 기반한 일반적인 가상 댐퍼 뿐만 아니라 질량과 같이 가속도 기반으로 작동하는 가상 이너터(Inerter), 가상 스프링 등이 존재한다. 각 요소는 개념적으로 차체, 언스프링 질량, 관성 좌표(Inertial Frame), 노면 사이에 부착될 수 있으며, 하나의 요소가 한곳에 위치할 수도 있지만, 두 개 이상의 요소가 두 곳 이상의 위치에 부착될 수도 있다. 예를 들어 제어 개념이 적용되지 않은 패시브 댐핑은 차체와 스프링 하 질량 사이에 댐퍼가 부착되어 작동하는 것이며, 앞서 언급한 대표적인 반능동 제어 개념인 스카이훅의 경우 가상의 댐퍼가 차체와 관성 좌표 사이에 부착되는 개념이라 생각할 수 있다. 또한, 승차감 향상에 유리하다고 알려진 ADD(Acceleration Driven Damper)의 경우 가상의 이너터가 차체와 관성 좌표 사이에 위치하여 작동하는 개념이라고 할 수 있겠다.
Fig.2는 전체 차량 및 제어 시스템의 개요를 보여준다. 본 논문의 목표인 다양한 제어개념의 차량 R&H성능 영향 평가를 위하여 단순한 모델과 이상적인 조건들을 바탕으로 수행할 수도 있으나 본 논문에서는 차량 모델, 제어 로직(ECS, Electronic Controlled Suspension), 외란 등 성능과 연관된 전체 요소들을 가능한 상세히 구현하였다. 전체 시스템은 차량 모델을 제외하고 대략적으로 총 5개의 시스템으로 구성된다. - ① 노면 및 타이어, ② 상태 및 파라미터 추정기, ③ 댐핑력 제어기, ④ 상세 로직 구성, ⑤ 노면 등급 분류기
앞서 언급한 연구 목적과 이를 달성하기 위하여 구축한 가상 환경을 이용하여 수행한 본 연구의 주요 내용을 정리하면 아래와 같다.
⑴ 다양한 제어 컨셉 및 실제적인 로직 및 요소들이 고려된 연속 가변 댐핑력 제어 로직 및 이를 포함된 가상의 성능 평가 환경을 구축하였다.
⑵ 각 가변 댐퍼 제어 컨셉에 따라서 차량 승차감 뿐만 아니라 핸들링 성능에 미치는 영향을 정량 평가하였다.
⑶ 기존 널리 통용되는 스카이훅과 차별화되는 본래의 그라운드훅 개념 및 이에 의한 로드 홀딩 향상이 전차량 핸들링 성능에 미치는 영향을 제시하였다.
본 연구에서 제시하는 그라운드훅 혹은 하이브리드 제어 방법은 개념의 타당성 및 세부적인 구현 가능성을 검토해야하나 이를 통해 기존 가변 댐퍼 로직으로는 구현할 수 없었던 차별화된 로드홀딩을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
〈그림 본문 참조〉
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