One of the effective designs to isolate the transmitted force from the engine to the chassis is the direct drive electro-dynamic type active engine mount (AEM). Electro-dynamic actuator, instead of electro-magnetic actuators, was employed as the active element due to the linear force-current relationship, and feed-forward control algorithm was used as the control scheme to reduce the transmitted force to the chassis by the engine.
If the phase of control force computed by the feed-forward controller is not exactly opposite to the incident vibration because of the change of the dynamic characteristics, those two vibrations would blindly add to be reinforced instead of being balanced. To avoid such a problem, adaptive feed-forward controllers use the feed-back signals in addition to the reference signals from vibration sources so that they can adjust the phase of the control force based on the feed-back signal. Among others, Filtered-X LMS algorithm is employed due to the good performance and simplicity.
The AEM with adaptive feed-forward controller is harmonic-tested with a material testing machine for the verification of the adaptive feed-forward control performance. Experimental results show that the proposed controller can improve the vibration isolation performance in comparison with the model based feed-forward control scheme. In addition, 6 degrees of freedom motion of the AEM system is numerically investigated to check the possible problems in replacing one or two of the four optimized conventional engine mounts with the AEM endowed with near zero dynamic stiffness.
본 연구에서는, 입력전류에 대하여 선형적으로 힘이 발생하여 제어하기에는 용이하지만 발생힘의 크기가 전자석 구동기에 비하여 상대적으로 작은 단점을 가진 전동식 구동기를 이용하여 엔진으로부터의 전달력을 효과적으로 줄이기 위해 기존에 제안된 전동식 직접구동형 능동 엔진마운트에, Filtered-X LMS알고리즘을 이용한 Adaptive feed-forward 제어기를 적용하여 마운트 각 구성부의 동특성 변화에 크게 영향을 받지 않으면서 엔진으로부터의 진동을 효과적으로 절연할 수 있음을 simulation과 실험을 통하여 보였다. 또한, 6자유도 운동을 하는 실제의 엔진-트랜스미션 계에 능동 엔진마운트를 적용하였을 때, 배치된 능동 엔진마운트에서 발생하는 제어력이 전체 엔진마운트 계의 진동절연성능을 악화시키지 않는 것을 simulation을 통하여 확인하였다.
마운트 구성요소의 동특성 변화를 제어에 반영시키는 방법으로, Adaptive feed-forward 제어와 Feed-back 제어가 있으나, Feed-back 제어기는 동적 외란에 대하여 완벽한 진동절연 성능을 확보할 수 없음을 simulation을 통하여 알 수 있었다.
마운트 구성요소의 동특성 중 (1) 구동기의 전달함수에 magnitude오차가 존재하고 주고무강성 전달함수에 magnitude오차와 phase오차가 동시에 존재는 경우와 (2) AEM으로 입력되는 엔진가진의 기준신호가 실제의 가진입력보다 늦게 추정되었을 때의 경우를 simulation하였다. Filtered-X LMS알고리즘을 적용한 적응 Feed-forward제어를 한 결과, Filtered-X LMS알고리즘에 의하여 Feed-forward Gain이 적절하게 실시간으로 update되어 magnitude오차와 phase오차를 보상하여, 잘못된 model정보에도 불구하고, 차체로의 전달력을 완전히 상쇄함을 알 수 있었다.
Filtered-X LMS알고리즘을 적용한 적응 Feed-forward제어기를 사용하여 능동 엔진마운트의 1자유도 진동제어 실험을 수행하였다. 실험을 통하여 5Hz ~ 80Hz의 가진주파수 영역에서 차체로의 전달력이 기존의 Feed-forward제어를 한 결과보다 크게 감소하는 것을 알 수 있었다. 특히, 50Hz이상의 고주파수 가진 영역에서 두드러진 성능의 개선을 확인할 수 있었는데, 고주파수에서 발생하기 쉬운, 가진력과 제어력 사이의 phase오차를 Filtered-X LMS알고리즘이 적절하게 보상한 것이 성능개선의 원인으로 생각된다.
1자유도 운동에서 6자유도 운동으로 확장되었을 때, AEM이 전체 엔진마운트 계의 진동절연성능에 미칠 수 있는 영향을 확인하기 위하여 엔진마운트 계의 6자유도 운동을 simulation하였다. (1) Roll Rear (R/R)부위만 AEM으로 교체된 경우와 (2) Roll Front (R/F)부위와 Roll Rear (R/R)부위가 모두 AEM으로 교체된 경우에 대하여, 각각 서로 다른 cost function을 사용한 LMS알고리즘을 적용하여 29.7Hz(890rpm), 50Hz(1500rpm), 100Hz(3000rpm)에서 simulation 하였다. R/R만을 AEM으로 교체한 경우와 R/R와 R/F모두를 AEM으로 교체한 경우 모두에 대하여, AEM으로 교체된 부위의 전달력은 크게 줄었으나 다른 수동마운트들을 통한 전달력은 크게 영향을 받지 않는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 가진 주파수가 증가함에 따라 다른 수동마운트들을 통한 전달력의 변화량이 줄어드는 것을 알 수 있었는데, 그 이유는 고주파수에서 엔진-트랜스미션 계의 관성력이 커지므로 AEM의 제어력이 엔진-트랜스미션 계의 진동 진폭에 영향을 거의 줄 수 없기 때문인 것으로 생각된다.
