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A study on tire-road friction coefficient estimation considering practical issues = 실용성을 고려한 타이어 노면 마찰계수 추정 방법에 관한 연구
서명 / 저자 A study on tire-road friction coefficient estimation considering practical issues = 실용성을 고려한 타이어 노면 마찰계수 추정 방법에 관한 연구 / Kyoungseok Han.
저자명 Han, Kyoungseok ; 한경석
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2015].
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초록정보

In order to enhance the vehicle longitudinal stability, longitudinal tire-road friction information was considered as crucial factor in vehicle dynamic control system such as Antilock Brake System(ABS). Estimation of maximum tire-road friction coefficient using information on low slip regions in mu-slip curve was performed in this Dissertation. There were many types of estimation methods in the previous studies, but slip-slope based estimation methods were widely used because of its intuitive and simplicity. Almost previous studies in indentification of maximum tire-road fircition coefficient based on slip-slope relationship have been only considered theoretical mu-slip curve which was widely used for academia purposes like magic formular and brushed tire model based on tire experimental results. The actual automotive industry, however, doesn’t adopts these method because of its practical issues to apply production cars. The above mentioned practical issues by adopting slip-slope based estimation method alone were mainly dealed in this Dissertation with the proposed methods. Generally, tire force information were necessary to define coulomb friction, therefore longitudinal and vertical tire force estimation should be preceded to obtain friction coefficient using wheel dynamics. And wheel dynamics contained drive torque and brake torque in their own structure. Previous studies assumed that those torques were available in their studies. Unfortunately, there were no sensors which directly measured those torques in the all of the production cars becuase of its cost, maintenance, installation issues. Therefore, drive torque and brake torque estimation were performed using model reference nonlinear observers like Extended Kalman Filter and Sliding Mode Observer. Those estimated torques could be also used in other research areas such as optimal clutch control and hydraulic brake unit control system. After those torque estimation procedure, maximum tire-road friction coefficient could be estimated on low slip region using coulomb friction formular. Slip-slope based method could estimate maximum tire road friction coefficient using linear relationship on the low slip between longitudinal slip ratio and road friction coefficient which is well known as mu-slip curve. The advanced estimation algorithms were proposed in this Dissertation which supplemented weakness of previous studies. Real-time curve fitting was performed using recursive least square algorithm based on proposed 3-order polynomial model containing inflection point. Several practical issues using conventional slip-slope based estimation method could be solved with this advanced estimation method. The performance of proposed advanced estimation algorithm was validated by computer simulation using Carsim and also verified actual test vehicle experimental on the dry asphalt on Sunny day with compact size hatchback(B-Class). The results of simulation and experimental shows good performance in convergence rate, namely early identifiacation of tire-road friction coefficient before longitudinal control. Therefore, it could be applicable to vehicle longitudinal control algorithms. In summary, tire-road friction coefficient information is essential for active safety system but could not be measured directly in the majority production cars. Therefore, indirect methods estimating real values using observer theory were developed in this Dissertation and validated with computer simulations with commercial software Carsim and MATLAB& SIMULINK and test vehicle experimental on the dry asphalt road surface.

차량 종방향 안정성을 향상 시키기 위해서는 종방향 마찰계수는 차량 동역학 관점에서 주요한 인자로 고려된다. 본 논문에서는 저슬립 구간의 정보를 활용해서, 최대 노면 마찰계수 추정에 대해 수행하였다. 이전에도 많은 종류의 추정 방법들에 관한 연구가 있었지만, 슬립-기울기를 기초로한 방법이 직관성과 간편함으로 인해서 널리 사용되었다. 대부분의 슬립-기울기를 기초로한 예전 연구들은 학술적 목적의 이론적인 뮤 슬립 곡선을 을 고려하였다. 하지만 실제 자동차 산업에서는 실용적 문제점들때문에 이러한 방법을 양산용 차량에 적용하고 있지 않다. 본 논문에서는 위에서 언급된 슬립-기울기를 기초로한 추정 방법에서 제기되는 문제점들에 대해서 주로 다루었다. 일반적으로 타이어힘에 대한 정보는 쿨롱 마찰을 정의하기 위해서는 꼭 필요한 정보이다. 그래서 종방향, 수직방향 타이어 힘추정이 휠 다이나믹스를 활용해서 먼저 선행되었다. 그리고 휠 다이나믹스에는 구동토크와 제동 토크가 포함되어있는데, 예전 연구들에서는 이러한 값들을 알고 있는 값이라고 가정하였다. 불행히도, 양산차량에서는 이러한 토크를 직접 재는 센서가 비용, 유지, 설치 등의 문제로 존재하지 않는다. 그래서 구동 토크와 제동 토크에 관한 확장형 칼만 필터와 슬라이딩 모드 관측기 등의 모델 기반의 관측기 설계가 수행되었다. 이러한 추정된 값들은 최적 클러치 컨트롤, 하이드로닉 브레이크 유닛 컨트롤 등 다른 연구 분야에서도 활용 될 수있다. 이러한 토크에 관한 추정을 거친 후에, 최대 노면 마찰계수는 쿨롱 마찰식을 기반으로하여서 저슬립 구간에서 추정 될 수있다. 슬립-기울기 방법은 뮤 슬립 곡선의 저슬립구간에서의 선형적 관계를 활용해서 추정될 수있다. 본 논문에서는 이전 방법들의 약점을 보완 할 수 있는 발전된 추정 알고리즘을 제시한다. 최소 자승 방법을 이용한 실시간 커브 피팅이 변곡점을 포함하는 3차 다항식 모델을 기반으로 하여서 수행되었고, 카심을 활용한 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 차량 실험 을 통해서 검증 되었다. 검증결과는 수렴 속도, 즉 종방향 제어가 가진 되기전에 먼저 추정하는 면에서 좋은 성능을 보였다. 따라서, 제안된 알고리즘은 종방향 차량 다이나믹스 컨트롤에 활용할 수있다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 15047
형태사항 vii, 75 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 한경석
지도교수의 영문표기 : Sei Bum Choi
지도교수의 한글표기 : 최세범
Including Appendix
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 References : p.
주제 tire-road friction coefficient
drive torque
brake torque
wheel dynamics
nonlinear observer
타이어 노면 마찰계수
구동 토크
제동 토크
휠 다이나믹스
비선형 관측기
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