The objective of this study is to develop a control logic of suspension for the ride comfort in a passenger car. The current trend of the functional requirement of the road vehicles is not confined to transportation but includes the ride comfort and stability. Advancement in the design and development of the automotive sensor systems and controllers makes it possible for the vehicles to be equipped with active or semi-active suspensions. Especially, the controllers using preview control logic, neural network and/or artificial intelligence control begin to be implemented in commercial vehicles. The incorporation of a frequency-dependent weighting matrix allows us to emphasize or de-emphasize the variables related to the vibration at the specific band of frequencies. So a control logic is derived using a frequency and time mixed shape performance index with the control forces divided into feedforward and feedback ones. The performance index is constructed to improve the variables related with human comfort in the frequency domain and reduce the variables such as tire deflections and rattle spaces in the time domain.
Here, a speed and road-adaptive preview logic is developed based on the general road shapes. This preview logic is an approximate to Riccati equation and gives better solution than non-preview logic for those road shapes tested.
Because the amount of calculation for the feedforward control force is massive, it is difficult to implement in real time. The road data is stored in a shift register and multiplied by the feedforward gain matrix. In this procedure, two methods can be applied : one is the sequential calculation and the other is the paralell calculation. The latter is adequate for realization and the neuro-controller can perform this. The input patterns for teaching the neural network are the road data set stored in the shift register and the output patterns are the feedforward control force calculated from the optimal controller.
In the design of a semi-active suspension, we are following a procedure that transforms the active control law to a semi-active one. However, compared to a fully-active suspension, there are times when a semi-active suspension cannot create the required control force. Thus we must set up a cost function to minimize the differences in control forces for the two systems and suppress the unnecessary variation in the damping coefficient of the semi-active damper. For this objective, we introduce the concept of the 'Damping Of the Damping coefficient variation (DOD)'. Using DOD, we can reduce the excessive variation of the damping coefficients and prevent the singularity problem.
A nonlinear simulation program for the vehicle motion is developed using Kane's method and symbolic computation using MACSYMA. The formulation of the equation of motion is made specific for the dynamic analysis of the vehicle modeled as 16 degrees of freedom multi-body system which includes roll, pitch and yaw as well as the coordinate of the steer and the tire model. In the numerical results, it is found that the feedforward neuro-controlled active suspension with preview greatly reduces the vertical acceleration of the driver's seat and the sprung mass motions at the unfavorable band of frequencies.
현재의 자동차는 단순히 이동수단으로의 역할뿐 아니라 승차시 안락감과 안정성이 중요시 되고 있다. 이를 추구하기 위해 차량제원의 최적설계와 각종 제어기의 장착이 현실화 되고 있다. 특히 과거 이론적인 연구에만 그치던 예견제어, 신경망회로의 이용, 인공지능제어 등도 센서와 제어기의 발달에 따라 구현이 가능하게 되어 실제 장착 생산에까지 이르고 있다. 이러한 연구중 예견 능동형 현가장치는 차량의 안정성과 승차감 향상에 탁월한 역할을 해준다.
본 연구에서는 주파수와 시간영역의 복합형태의 성능지수를 이용하여 제어로직을 유도해내고 이를 피드백과 피드포워드 제어력의 항으로 분리하여 컴퓨터 모의실험을 통하여 성능을 조사한다. 최적제어에 이용되는 통상의 성능지수는 대개 시간 영역의 것이었으나 주파수 형태의 가중함수를 도입하면 특정 주파수 대역을 강조하거나 억제할수 있다. 본 연구에서는 주파수역에서 인체의 승차감과 관계가 있는 변수에만 가중치를 주고 나머지 변수는 분리하여 시간역에서만 성능지수에 내포시키도록 성능지수를 시간역과 주파수역의 복합형태로 구성하였다. 본 연구에서는 상태방정식과 출력방정식에 외란항을 포함하게 된다. 최적조건을 이용하여 외란항을 포함한 리카티 방정식을 유도하고 그로부터 제어로직을 얻을수 있다. 즉 제어력을 피드백과 피드포워드의 항으로 분리할 수가 있다. 피드포워드항은 노면의 예견으로 구할수 있는데 본 연구에서는 유한 노면예견으로 노면형태와 차량속도에 무관하게 어떤 상황이든 피드포워드항을 구할수 있도록 식유도를 하였다. 이렇게 하여 얻은 제어로직은 완전한 능동 현가장치를 위한것이기 때문에 반능동 현가 장치에 적용하기 위해서는 적절한 변환이 필요하다. 즉 능동현가장치의 제어력을 최대한 가깝게 반능동 현가장치가 발생하도록 해서 불필요한 감쇠계수 변화를 억제시키는 의도의 목적함수를 세워 최적설계의 기법으로 문제를 푼다. 또한 실시간 제어를 위한 방안으로 신경회로망을 이용하여 학습을 시켜 신경제어기 장착 능동 현가장치를 구성한다.
비선형 시뮬레이션을 행하기 위한 비선형모델의 운동방정식은 복잡한 다물체계의 해석에 유리한것으로 알려진 Kane's equation을 이용하여 유도하였다. 본 연구에서는 이를 부호적으로 행하기 위해 부호계산용 상용프로 그램 MACSYMA의 명령어들로 구성된 운동방정식 유도 프로그램을 구성하였다. 이렇게 구성된 프로그램에 선형관측기와 제어기를 장착한 차량의 비선형 시뮬레이션을 행한다. 그 결과 승차감과 안정성의 측면에서 제안한 제어기의 성능이 우수하다는 것을 입증했다.
