Optimal Control of Rear Wheel Steering Vehicle for Enhanced Maneuverability

Abstract

이 논문은 기동성 향상을 위한 후륜 조향 시스템(RWS) 차량의 최적 제어에 대해 서술했다. 차량의 기동성은 조향각 입력에 따른 요 레이트와 차체 슬립 각도로 결정된다. 차량의 기동성은 후륜 조향의 개입으로 향상될 수 있다. 후륜 조향 차량의 성능 한계를 파악하기 위해 최적 계산을 진행했다. 후륜 조향각 입력을 고려하는 이차계획법을 수립하여 고차원의 궤도 최적화 문제를 계산했다. 차량의 거동을 나타내기 위해 액추에이터 서브모델을 포함하는 14 자유도 차량 모델을 설계했다. 차량의 성능을 평가하기 위해 스텝 조향각 입력 시나리오와 정현파 조향각 입력 시나리오를 진행했다. 각각의 시나리오에 대해 기동성과 안정성 평가를 위한 성능 지표를 선정했다. 비용 함수는 요 레이트의 오버슛, 반응 속도, 그리고 차체 슬립 각도를 고려한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 차량의 정성 상태의 성능과 과도 상태의 성능을 평가했다. 차량의 성능은 평가 웹을 통해 도식화하여 다른 차량들과 비교했다. 시뮬레이션 결과를 통해 최적 제어된 후륜 조향 차량은 다른 차량들에 비해 성능이 향상된 것을 확인할 수 있었다.

This paper presents an optimal control of rear wheel steering vehicle for enhanced maneuverability. The maneuverability of vehicles is evaluated in terms of yaw rate, body slip angle and steering wheel angle input. The maneuverability can be improved by rear wheel steering interventions. To obtain performance limits of rear wheel steering vehicle, the optimal control history is designed. The high dimensional trajectory optimization problem is solved by formulating a quadratic program considering rear wheel steer input. To describe vehicle behavior 14 degree-of-freedom vehicle model with actuation sub-models is designed. A step steer input test, and a sinusoidal steer input test are conducted to evaluate rear wheel steering vehicle. For each scenario, performance indexes for maneuverability and stability were developed. The cost function is overshoot, response time of yaw rate, and side slip angle of vehicle. The steady-state performance and transient performance of vehicle are evaluated via computer simulations. The performance of the vehicle was visualized through the assessment webs. It has been shown from simulation studies that optimal controlled rear wheel steering vehicle provides improved performance compared to others.