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조향 토크 예측과 HILS 시스템을 이용한 전기 유압식 조향 장치 모터 속도 맵 개발 : Development of Electro-Hydraulic Power Steering Motor Speed Map Using Steering Torque Estimation and HILS system

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Authors
김성한
Advisor
주종남
Major
기계항공공학부
Issue Date
2012-02
Publisher
서울대학교 대학원
Abstract
본 논문에서는 전기 유압식 조향 장치(EHPS)의 모터 속도 맵을 개발하기 위한 체계적인 방법을 제시하였다. 모터 속도 맵을 개발하기 위한 기존 방법은 성능 시험장에서 실차 시험 위주로 이루어졌으며 이는 정확하지 못한 차속과 조향 각속도 입력, 모터 용량에 대한 타당성 검토 시험의 부재, 시험 운전자의 주관적인 조향감에 의존적인 모터 속도 맵 개발 결과와 같은 단점들을 가지고 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위해 본 논문에서는 이론적 예측 및 실험에 기반한 모터 속도 맵 개발 방법을 제시하였으며, 이렇게 개발된 맵을 실차 시험을 통해 검증하였다.
모터 속도 맵 개발을 위해 먼저 대상 차량의 차속 및 조향각에 대한 조향 토크를 이론적으로 예측하였다. 이를 위해 대상 차량의 타이어 특성을 측정하였고, 각 주행 조건에 대한 대상 차량의 타이어 미끄럼각과 앞 타이어에 가해지는 수직힘을 차량 동역학과 차량 모델링을 이용하여 예측하였으며, 조향 장치 모델링을 통해 최종적으로 운전자에게 가해지는 조향 토크를 예측하였다. 이렇게 예측된 조향 토크는 실차 검증 후, EHPS HILS 시스템의 저항 모터에 입력되었다. 실험을 통한 모터 속도 맵 개발을 위해 EHPS HILS 시스템을 구성하였으며, 또한 조향감과 catch-up 현상과 같은 정성적 인자를 정량화하기 위해 각 주행 조건에 대한 기준 조향 토크를 개발하였다. 이론적인 조향 토크 예측, EHPS HILS 시스템, 기준 조향 토크를 통해 개발된 대상 차량의 모터 속도 맵은 기존 방법을 통해 개발된 맵과 비교하여 실용 영역에서 최대 1950 RPM 낮은 모터 속도를 보여주었으며, 모든 영역에서 낮은 모터 속도에도 불구하고 기존 맵과 동등한 조향감을 운전자에게 제공하였다.
본 연구에서 제시된 전기 유압식 조향 장치 모터 속도 맵 개발 방법을 통해 각 대상 차량에 최적화된 모터 속도 맵 개발이 가능하고 이는 더 나아가 조향 장치에서 소모되는 에너지 저감, 낮은 모터 속도로 인한 모터 내구성 향상으로 이어진다. 또한 이 개발 방법은 각 대상 차량에 맞는 모터 용량에 대한 타당성 검토 시험과 차량 및 모터 설계 변수 변경에 대한 빠른 대응을 가능하게 함으로써 맵 개발에 소비되는 비용과 시간을 절감할 수 있게 해준다.
This study proposed a systematic method to develop EHPS motor speed maps. In order to overcome weaknesses of the existing method which depends on the test drivers steering feel at the proving ground, this study utilized theoretical approaches and experimental developments to develop an optimal EHPS motor speed map.
Steering torque of the target vehicle according to steering angle and vehicle speed was estimated through theoretical calculations. For the theoretical estimation of steering torque, tire properties of the target vehicle were measured, vehicle dynamics was employed to estimate slip angles and the steering system was modeled. These estimation results were verified through field tests and then they were applied to the resistant motor of the EHPS HILS system, which represents the moments generated between the ground and tires. As the experimental development of the EHPS motor speed map, an EHPS HILS system was set up and the concept of desirable steering torque was developed to quantify steering feels and catch-up effects. By means of the desirable steering torque, steering feels that were subject to the test drivers hands had criteria at various driving conditions. As the final procedure, the developed motor speed map was numerically compared with the existing map developed by the existing method and then it was verified through field tests with the target vehicle. The developed motor speed map provided sufficient steering assists to the driver and prevented catch-up effects at all driving conditions. In addition, the steering torque from both maps had the same profiles at all driving conditions even if the developed map demands lower motor speeds up to 1950 RPM than the existing map at almost all driving conditions.
The development method proposed in this study enables the development of the optimal EHPS motor speed map and it leads to reduction of energy consumption and improvement of the motor pump durability. In addition, the method also enables feasibility tests of a motor pump capacity and prompt responses to changes of vehicle design parameters and settings.
Language
eng
URI
https://hdl.handle.net/10371/156272

http://dcollection.snu.ac.kr:80/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000001680
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College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Mechanical Aerospace Engineering (기계항공공학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._기계항공공학부)
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