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Special Guest) 단군유석의 홍익로봇

[VEHICLE LATERAL MODEL] 0. Introduction

차량의 횡운동을 간단하게 모델링할 때는 주로 [자전거모델(Bicycle Model)]로 묘사된다.

자전거모델은 크게 [차량(=차체,Vehicle,Body)]와 [바퀴(=차륜,Wheel,Tire)]으로 구성되며,
차량의 좌, 우 바퀴는 동일한 각도로 조향(steering)된다고 가정하여 하나의 바퀴로 표현된다.
따라서 차륜은 앞바퀴(Front Wheel)와 뒷바퀴(Rear Wheel)만 표시되어 자전거의 모양을 띈다[그림1].

차량의 횡운동에서는 다양한 각도 변수들이 등장한다.
특히 [차량(=차체,
Vehicle,Body)]관련 각도정보와 [바퀴(=차륜,Wheel,Tire)]관련 각도정보 구분에 주의하자.

그림1. 차량의 횡동역학 관련 각도 변수

 

자전거모델은 힘을 고려하지 않고 동작만 고려하는 [기구학모델(kinematic model)]과 운동을 일으키는 힘을 고려하는 [동역학(dynamic model)]로 나눌 수 있다. 이 모델들은 횡방향 관련 조향 제어 시스템을 설계하는데 사용될 수 있다.

1. Kinematic vehicle model : 운동을 일으키는 힘을 고려하지 않고 기구학만 고려하는 모델. 자동주차(automated parking)과 같은 저속의 차량 제어에 유용하다.

2. Dynamic vehicle model : 운동을 일으키는 힘, 특히 횡력을 고려한다. Lane keeping , Yaw stability control, Rollover prevention applications등의 시스템 설계에 사용된다. 상태변수를 무엇으로 설정하느냐에 따라 다양한 모델이 있을 수 있다.
          2-1 : Dynamic vehicle model in terms of inertial lateral position and yaw angle
          2-2 : Dynamic vehicle model in terms of road-error variables
          
2-3 : Dynamic vehicle model in terms of yaw rate and vehicle slip angle

다음장에서 각각의 모델을 살펴보자.