Electric Power Steering (EPS) is the device which assists the driver in maneuvering the steering wheel using a motor. Nowadays, the EPS substitutes HPS (Hydraulic Power Steering) because it increases fuel efficiency and other advantages. However, the EPS has a few drawbacks. So, many studies for developing a control logic to improve the problems have been done in recent years.
To develop a control logic and apply a developed control logic to cars efficiently, HILS (Hardware in the Loop Simulation) is needed for substituting a real vehicle test which needs heavy cost. So, many previous researches about HILS for EPS have been done in recent years. In the study about HILS for EPS, it is very important to calculate an accurate reaction torque generated by tire. So, almost all of the researches used a high order vehicle model to calculate a reaction torque. But the method has a critical problem. Using a high order vehicle model is too complex to calculate an accurate reaction torque because the vehicle model needs a lot of vehicle parameters. It is very hard to estimate numerous vehicle parameters because it needs a lot of vehicle tests and a complex algorithm. Although we know the vehicle parameters, we can’t assure the vehicle model because the tire has very nonlinear characteristics.
To overcome the critical problem, we suggested a new method and additional ideas for developing a reliable HILS for EPS in this study. We composed HILS hardware based on EPS system dynamics model to identify system characteristics of HILS with that of EPS. After that we verified that the additional ideas which can improve the reliability of HILS are feasible. We derived the simple reaction torque equation from real vehicle tests. So, we could calculate an accurate reaction torque without a high order vehicle model and confirm that the calculated reaction torque is very similar to measured reaction torque. Moreover, we could reduce the cost for HILS according to using the simple reaction torque equation, not the previous complex equations for calculating reaction torque in real time.
In conclusion, through this study, we can easily compose a reliable HILS for EPS at low cost.
EPS 는 모터를 이용하여 운전자의 핸들 조향력을 보조하는 시스템이다. 요즘 EPS 는 유압으로 핸들 조향력을 보조하던 HPS 보다 연료 효율을 비롯한 여러 면에서 장점을 가지므로 HPS 를 대체하고 있다. 하지만 EPS 는 조향감, 안정성 측면에서 단점을 갖고 있는데 이를 해결하기 위한 제어기 개발에 많은 연구가 이루어지고 있다.
효율적으로 제어기를 개발하고 이를 차량에 적용하기 위해서는 비용이 많이 드는 실차 실험을 대체할 수 있는 HILS 시스템이 필요하다. 그래서 최근 EPS HILS 에 관한 여러 연구들이 있었는데, EPS HILS 연구에서 가장 중요한 점은 타이어에서 발생하는 노면 반력을 정확히 계산하는 것이다. 그래서 대부분의 연구들이 고차원의 차량 동역학 모델을 이용하여 노면 반력을 계산하였는데, 이는 문제점을 갖고 있다. 고차원의 차량 모델은 매우 많은 차량 변수들을 갖고 있어서 정확한 노면 반력을 계산하는데 매우 복잡하고 어렵다. 방대한 차량 변수를 도출하기 위해서는 많은 실차 실험과 함께 복잡한 estimation algorithm 이 필요하게 되며, 그리고 타이어가 매우 비선형적인 특성을 갖고 있어서 차량 변수들을 알고 있다고 하더라도 차량 모델이 부정확할 가능성이 농후하다.
이런 문제점을 해결하고 신뢰성 있는 HILS 를 개발하기 위하여 이 논문에서는 새로운 방법을 도입하였다. EPS 모델링에 근거하여 HILS 하드웨어를 구성하였고 두 시스템의 특성을 동일하게 하기 위한 아이디어를 제시하였다. 그리고 실차 실험 데이터를 통해서 정확한 노면 반력을 구현하기 위한 방정식을 도출하였다. 결과적으로 고차원의 차량 모델을 사용하지 않고 노면 반력을 계산하였으며, 도출된 노면 반력의 값이 실제 실험값과 비교하였을 때 매우 정확한 것을 확인하였다. 게다가 고차원의 차량 모델을 사용하지 않음으로써 실시간으로 복잡한 계산을 하지 않아도 되기 때문에 HILS 시스템을 구성하는 비용을 줄일 수 있었다.
결과적으로 이 연구를 통해서 저비용으로 신뢰성 있는 EPS HILS 를 쉽게 구성할 수 있게 되었다.
