일반기술

Sliding Mode 제어기법을 이용한 자동차 ABS 제어

차량의 ABS는 제동력 및 조종성을 극대화 하기위하여 타이어와 노면사이의 슬립을 적정한 값으로 유지하는 시스템이다. 차량의 제동거동은 불확정 시변 매개변수 및 수직력의 변동에 따른 비선형성이 매우 강하며, 또한 구동계와 브레이크의 상호작용 및 타이어와 노면의 접촉특성의 변화에 따라 크게 영향을 받으므로 이의 제어를 위해서는 매우 강인한 제어방법이 필요하다. 현재까지 현장에서의 ABS 제어기법 개발은 다양한 조건에 대하여 실험을 통하여 얻은 경험적인 제어 데이타를 테이블화하는 방법이 주류를 이루었다. 이론적인 관점에서는 매우 강인한 특성을 가진 슬라이딩 모드 제어기법이 여러 연구자에 의하여 연구되었으며, 경험적인 지식을 최대한 이용할 수 있는 퍼지 제어기법이 시도되었다. 버클리 대학의 H.S.Tan등은 슬라이딩 모드 제어기법을 ABS에 적용하여, 0차 슬라이딩 평면과 1차 슬라이딩 평면을 제안하였고, 이 중 1차 슬라이딩 평면을 이용한 제어가 0차 슬라이딩 평면을 이용한 제어보다 성능이 월등함을 시뮬레이션 및 실험을 통하여 검증하였다. 또한, 최근에는 일본 닛산 자동차의 Kawabe등이 새로운 슬라이딩 평면개념과 바퀴의 각가속도 되먹임 기법을 이용하여 슬라이딩 제어기를 설계하고, 실시간 시뮬레이션과 실차 실험을 통하여 이를 검증하였다. 그러나 H.S.Tan등은 비선형 상태변수인 바퀴의 슬립률을 제어변수로 이용함으로써, 제어기의 설계가 불필요하게 복잡해 졌으며, Kawabe등은 새로이 제시한 슬라이딩 평면의 유용성을 검증하지 못하였으며, 아울러 이론적 근거가 모호한 바퀴의 각가속도 되먹임 제어에 지나치게 의존하여 슬라이딩 모드제어의 특성을 충분히 이용하지 못하였다. 우리 실험실에서는 선형화된 상태변수에 대하여 H.S.Tan이 제안한 0차 및 1차 슬라이딩 평면을 이용한 제어기법을 도입하였다. 또한 0차 및 1차 슬라이딩 평면상에서의 거동을 지배하는 등가제어입력을 차량과 브레이크 작동기 거동을 고려하여 해석적으로 도출하였다. 제안된 모델과 제어기의 거동은 MATLAB을 이용한 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. 상기에서 제안된 제어 알고리듬을 실차상태에서 검증하기위하여, In-door Test Bench를 제작하였다. 기 제작된 Test Bench는 차량의 무게에 해당하는 관성질량을 가진 대형 Wheel상에 차량의 앞, 뒷바퀴를 위치시켜, Test Bench상에서 차량이 도로상에서 직진 주행하는 상황을 재현하는 것이다. 향후 실차실험을 통하여 제안된 알고리듬의 타당성을 검증할 예정이다.