저상굴절 궤도차량의 AWS ECU 테스트 플랫폼을 위한 가상 주행환경 개발

초록

기존 운송 수단에 비하여 탑승자의 편의성과 차량의 정시성, 수송 용량에 있어서의 장점을 동시에 갖춘 새로운 도시 교통 시스템의 필요성이 대두됨에 따라 Bi-modal 저상 굴절 궤도 차량이 개발 중에 있다. Bi-modal 차량은 교통 약자를 배려하여 차체 높이가 낮은 특성을 가지고 있으며 이를 위하여 각 차축에는 더블 위시본 형식의 독립현가장치가 사용된다 [1,2]. 또한, Bi-Modal 차량에는 차량의 3개 차축, 총 6개의 전체 차륜을 조향하는 All-Wheel-Steering system(AWS)이 적용되었다. 증가한 차량의 전장과 축거, 차체 굴절 특성에 의해 요구되는 조향 성능을 충족시키기 위하여 AWS System을 통합 제어하는 알고리즘이 개발되었으며[3], 전 차륜 조향 알고리즘은 각종 센서에 의한 차량의 주행 환경 및 운전자의 조작을 입력받아 각 차륜의 조향각을 제어하게 된다. 실제 차량에서의 조향 알고리즘의 구현을 위해서는 차량에 직접 장착되어 독립적으로 작동할 조향 전용 ECU가 필요함에 따라 조향 제어 ECU가 개발되고 있으며, 추가적으로 개발된 조향 제어 ECU가 탑재된 Bi-Modal 차량의 조향 제어 시스템의 성능을 평가하면서도 실차를 이용한 실험에서의 수고와 비용, 시간을 줄일 수 있는 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation) 시스템이 구현 중에 있다. Bi-modal 차량의 2차축과 3차축의 차륜에는 조향을 위하여 유압 액추에이터가 적용된 기구학적 링크 장치가 적용되어 있으며, HILS 시스템에서 또한 동일한 장치가 적용된다. 실차와 동일한 조건의 조향 HILS 시스템 개발을 위해서는 차량 조건 및 주행 조건에 따른 횡방향 조향 반력의 제어가 필수적이다. 이는 타이어에서 발생하는 횡방향 조향 반력이 조향 시스템의 구동부에 작용하여 차량의 조향 응답성에 영향을 주기 때문이다. 본 논문에서는 Bi-modal 차량의 조향 시스템을 평가하기 위한 HILS 시스템을 구성하고, 차량 동역학 모델을 이용하여 주어진 상황에서 발생하는 차량의 횡방향 조향 반력을 도출하며, 이를 HILS 시스템의 동역학 모델에 적용하여 실제 HILS 시스템의 조향 반력 구현 장치에서 필요한 토크를 계산한다.