Safety systems in intelligent cars have been developed to enhance driving convenience and safety of drivers. Adaptive Cruise Control(ACC) system, Pre-Crash Safety(PCS) system and Collision Avoidance(CA) system have been already developed by many automobile companies. These systems are designed to recognize conditions of object cars using radar and vision sensors. These systems perform the automatic braking function in situation of emergency and distance warning function to the subject car. But direct implementation of aforementioned approaches can’t reduce the damage caused by mismatch of bumper heights between two cars when rear-end collision occurs. The proposed control system is designed to reduce the crash damage, when unavoidable rear-end collisions occur, by controlling active suspension of the subject vehicle to match bumper heights. Assuming bumper heights are adjusted at time to crash, override/underride which cause critically serious damage to the subejct car can be prevented. For recently developed intelligent cars, time to collision or distance to collision can be estimated by evaluating relative movement between subject and object cars, therefore, It is unnecessary additional sensors for applying the proposed vehicle attitude control for crash damage reduction.
The optimal control schemes are applied to proposed active safety systems. The finite horizon LQ control and the receding horizon LQ control are modified to apply in practice. In a real situation, estimated time to collision may be varying at each sampling time by unpredictied driving conditions of subject and object cars. The horizon size can be reajusted at each sampling time in control problems. The tracking performance of the optimal finite horizon control and optimal varying horizon control is verified, but very large control input nearby final time is needed for tracking to the reference signal. The infinite horizon control is not good in view of energy. Because the bumper height is matched to the desired height as soon as the change of vehicle attitude occurs. These optimal control schemes are inadequate to be applied to proposed active safety system.
The two types of novel control methods are proposed to overcome the weakness of the optimal control schemes. In these methods, the imaginary step input from the present time to the final time can be solved to match the desired reference signal at final time. The peformance index of the proposed control method consists of error of final attitude and velocity and control input at final time. Comparing with previous optimal control, the proposed method is desinged to prevent that the influence of weighting matrix of control input is reduced as the time to collision goes to zero. Therefore, large control input isn’t needed for tracking to desired final attitude and velocity using the proposed control.
As a result of simulation, the proposed control method is better than the varing horizon LQ control and infinite horizon LQ control in terms of maximum control input and total energy and it guarantees good tracking peformance. The proposed method is appropriate to apply to real active safety system for attitude control.
지능형 자동차에 탑재되어 있는 능동 안전 시스템은 주행 시 편의성과 안전성을 향상시키기 위해 개발되어 왔다. 최근 개발된 능동 충돌 안전시스템으로는 PCS(Pre-Crash Safety System), ESP(Electric Stability Program), Advanced ACC, AFS(Active Front Steering)등이 있다. 능동 충돌 안전시스템은 차량의 전후방에 장착된 센서의 융합 기술을 기반으로 전방의 주행상황을 인식하여 자동으로 제동해주거나 운전자에게 경고해 줄 수 있다. 하지만 개발된 능동 충돌 안전 시스템은 불가피한 차 대 차 추돌 발생 시 범퍼의 높이 차이에 의한 피해량 증가를 방지하지 못한다. 제안된 시스템은 능동 현가 장치를 이용하여 차 대 차 추돌 사고 발생 시 범퍼 높이를 맞추어 줌으로써 피해량을 감소 시켜줄 수 있다. 범퍼 높이를 추돌 시간에 맞게 맞추어 줄 수 있다면, 차량에 치명적인 피해를 주는 오버라이드/언더라이드 현상을 방지해 줄 수 있다. 최근 개발된 지능형 자동차는 자신의 차량과 전방의 차량의 주행 상황을 인식할 수 있기 때문에 추돌 시간과 추돌 거리를 추정할 수 있다. 따라서 추가적인 센서 필요 없이 제안된 충돌 안전 시스템을 적용하여 추돌 시 차량의 피해량을 감소시켜 줄 수 있다.
최적 제어를 제안된 충돌 안전 시스템에 적용하였다. 유한 구간 LQ 제어와 이동 구간 LQ 제어를 실제 상황에 적용하기 위하여 수정하였다. 실제 상황은 추정된 추돌 시간이 예측 되지 않은 주행 상황의 변화로 인하여 매 샘플링 시간마다 추돌 시간이 변화할 수 있다. 제어 문제에서는 구간의 크기가 매 샘플링 시간 마다 변화하는 문제이다. 구간의 크기가 변화하는 LQ 제어의 최종 시간 범퍼 높이 추종 성능은 확인할 수 있었으나 최종 시간 근처에서 급격하게 큰 제어 입력이 사용되는 문제가 있었다. 무한 구간 LQ 제어는 차량의 자세가 변화하는 즉시 범퍼 높이를 맞추어줌으로써 에너지 관점에서 비효율적이었다. 따라서 기존의 최적 제어는 제안된 충돌 안전 시스템에 적용하는데 적당하지 않다.
이러한 최적 제어의 문제를 해결하고자 본 연구에서 새로운 제어 기법을 제안한다. 이 제어 기법은 현재 시간으로부터 미래의 최종 시간까지 가상의 일정한 제어 입력을 부가하는 방법이고, 이 때 성능 지수는 최종 시간의 자세, 속도와 기준신호의 오차와 최종 시간의 제어 입력으로 정의하였다. 최적 제어와 비교하였을 때 제안된 제어 기법은 제어 입력 목적 함수의 영향이 추돌 시간이 0으로 수렴해감에 따라 감소하지 않도록 설계하였다. 따라서 제안된 제어 기법을 이용할 경우 최종 시간에 원하는 자세와 속도를 추종하는 데 큰 제어 입력이 사용되지 않는다.
모의 실험의 이용하여 성능을 분석한 결과, 제안된 제어 기법은 추종 성능을 보장하면서도 구간의 크기가 변화하는 LQ 제어와 무한 구간 LQ 제어에 비하여 최대 입력과 에너지 측면에서 더 좋은 성능을 나타내었다. 제안된 제어 기법은 본 연구의 능동 충돌 안전시스템에 적용하는 것이 타당하다고 생각된다.
