The motion of a vehicle is determined by the friction forces generated by the interaction of the tire and the road surface. Therefore, a quantitative model which describes the tire force characteristics properly is necessary for vehicle control. In previous studies, individual tire models which have tire longitudinal slip ratio $\lambda$, tire side slip angle $\alpha$, and tire vertical load $F_z$ of each tire as its arguments have been used for vehicle control. However, those conventional models have a limitation that the dependency of tire vertical load on tire longitudinal slip ratio is ignored because they treat the two variable $\lambda$ and $F_z$ as independent variables. This study proposed a tire-vehicle interactive model by which the interaction between tires and the vehicle via load transfer is internally considered. Brush tire model was adopted to take combined-slip effect of tire into consideration in the integration of proposed tire model. In addition, direct yaw moment controller with optimal torque distribution in vehicle-level was designed based on the proposed tire model. The verification and comparison of the controller were performed for double lane change maneuver, sine wave test maneuver, and steady-state cornering maneuver in Matlab/Simulink/CarSim simulation environment. Simulation results indicate that the controller based on the proposed model improves yaw rate tracking performance compared with the controller based on the conventional brush tire model.
차량의 거동은 타이어와 노면 사이의 상호작용으로 발생하는 마찰력에 의해 결정된다. 따라서 차량의 적절한 제어를 위해서는 타이어의 특성을 반영하는 타이어 마찰력 모델이 필요하다. 기존 연구에서는 각 바퀴 타이어의 종방향 슬립율 $\lambda$와 횡방향 슬립각 $\alpha$, 수직 하중 $F_z$를 변수로 갖는 개별 타이어 모델이 사용이 되었다. 하지만 이러한 개별 타이어 모델들은 타이어 종방향 슬립율 $\lambda$와 수직 하중 $F_z$를 독립으로 취급하여 두 변수 사이의 의존성을 고려하지 못했다. 본 연구에서는 타이어 종방향 슬립율 $\lambda$와 수직 하중 $F_z$ 사이의 의존성을 반영하기 위해 타이어 모델과 차량의 지배 방정식, 하중 이동 모델을 통합함으로써 하중 이동을 매개로 타이어와 차량의 상호 작용을 내부적으로 고려하는 타이어-차량 인터랙티브 모델을 제안하였다. 이때 타이어의 복합슬립 효과를 반영하는 브러시 타이어 모델이 통합 타이어 모델의 구성을 위해 사용되었다. 이후 제안한 타이어 모델을 적용하여 차량 레벨에서의 토크 분배의 최적화가 이루어지는 직접 요 모멘트 제어기를 설계하였다. 제어기는 매트랩/시뮬링크/카심 시뮬레이션 환경에서 이중 차선 변경(DLC) 거동, 사인파 조향(SWT) 거동 및 정상 상태 선회 거동에 대해 검증과 비교가 진행되었고, 그 결과 제안된 타이어 모델을 기반으로 토크 분배를 수행한 경우 기존 브러시 타이어 모델을 활용한 경우에 비해 요 레이트 추종 성능의 향상을 보였다.
