This paper shows the feasibility of reference model following control for the three-wheeled urban electric vehicle by implementing control to the scale-down vehicle.
A Three-wheeled Urban Electric Vehicle is one of the new concept of future vehicles. This concept is getting popular due to $CO_2$ emission regulation, environmental pollution and rising energy demands. The Three-wheeled Urban Electric Vehicle (TWUEV) has high-efficiency and easy-parking mechanism because of its three-wheeled structure and in-wheel motor technology. However, the vehicle has different handling and ride feeling and lateral stability by the characteristics of three-wheeled structure and rear-wheel steering system.
From this reason, reference model following controller (MFC) has developed. To emulate conventional vehicles or ideal four-wheel steering vehicles’ dynamic characteristics, its longitudinal velocity, yaw rate, and body side-slip angle should be matched. But it is impossible to have exact same vehicle body side-slip angle in every situation due to its huge differences in steering axis location (Front-wheel steering & Rear-wheel steering). Thus, control performance is analyzed with hardware limitations.
Furthermore, the controller should be applicable in real world. So, 1/5 scaled model vehicle is designed with R/C car component. Wheel speed encoder and 6-DOF IMU sensor are installed with Arduino controller. Arduino control logic is developed with considering hardware limitations such as motor torque limitation and road-tire friction coefficient.
In this research, the reference following controller for the scale-down three-wheeled urban electric vehicle is designed and verified by experiment.
본 논문은 기준모델 추종 제어의 삼륜 도심형 전기자동차 적용 가능성을 축소모형 자동차를 통한 실험을 통해 보이고 있다.
삼륜 도심형 전기자동차는 미래 운송수단의 한 종류이다. 이러한 형태는 최근 자동차의 이산화탄소 배출량 규제, 환경 오염과 더불어 에너지 고갈문제로 인해 더욱 각광받고 있는 운송수단의 형태이다. 이 삼륜 도심형 전기자동차는 삼륜의 구조와 인휠모터 기술을 활용하여 에너지 효율과 주차측면에서 유리한 특징을 가지고 있다. 하지만, 이러한 구조적 특징과 더불어 후륜조향의 형태로 인해 일반적인 자동차와 비교할 경우 다른 운전감각을 안겨주며, 조향 안정성 측면에서도 불리한 단점을 가지고 있다.
이를 해결하기 위하여, 기준모델 추종 제어기가 개발되었다. 일반적인 자동차 혹은 이상적인 사륜 조향 자동차의 동특성을 재현하기 위하여, 종방향 속도, 요율, 사이드슬립각을 제어할 수 있다. 하지만, 조향축의 위치 차이로 인해 사이드슬립각을 완벽하게 모든 상황에서 제어하는 것은 불가능하다. 따라서, 하드웨어 한계를 고려한 제어 성능분석이 진행되었다.
나아가, 제어기는 실제로 적용이 가능하여야 한다. 이를 위해 1/5 축척의 모형 자동차가 설계되었다. 차량에는 아두이노 제어기와 함께 휠 속도 측정 센서와 6자유도 센서가 장착되었다. 아두이도 제어 로직은 모터토크 한계 혹은 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 고려하여 개발되었다.
본 연구를 통해, 삼륜 도심형 전기자동차 축소모형을 위한 기준모델 추종 제어기가 설계되고, 이를 실험을 통해 검증하였다.
