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KATECH-ON6201-2004 KATECH-ON6201-2004 KATECH-ON6201-2004 KATECH-ON6201-2004 장착 승용차량 한계주행 장착 승용차량 한계주행 장착 승용차량 한계주행 장착 승용차량 한계주행 ESP ESP ESP ESP 특성평가 기술지원 특성평가 기술지원 특성평가 기술지원 특성평가 기술지원 기술지원 성과보고서 기술지원 성과보고서 기술지원 성과보고서 기술지원 성과보고서 ( ) ( ) ( ) ( ) 2004. 7. 2004. 7. 2004. 7. 2004. 7. 지원기업 주 만도 지원기업 주 만도 지원기업 주 만도 지원기업 주 만도 :( ) :( ) :( ) :( ) 지원기관 자동차부품연구원 지원기관 자동차부품연구원 지원기관 자동차부품연구원 지원기관 자동차부품연구원 : 산업자원부 산업자원부 산업자원부 산업자원부

KATECH-ON6201-2004 ESP 장착 승용차량 한계주행 특성평가 … · 2011-12-20 · - ESP data개발 중인 시스템의 주행특성 계측 및 를 활용 - W.F.T. 측정

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KATECH-ON6201-2004KATECH-ON6201-2004KATECH-ON6201-2004KATECH-ON6201-2004

장착 승용차량 한계주행장착 승용차량 한계주행장착 승용차량 한계주행장착 승용차량 한계주행ESPESPESPESP

특성평가 기술지원특성평가 기술지원특성평가 기술지원특성평가 기술지원

기술지원 성과보고서기술지원 성과보고서기술지원 성과보고서기술지원 성과보고서( )( )( )( )

2004. 7.2004. 7.2004. 7.2004. 7.

지원기업 주 만도지원기업 주 만도지원기업 주 만도지원기업 주 만도: ( ): ( ): ( ): ( )

지원기관 자동차부품연구원지원기관 자동차부품연구원지원기관 자동차부품연구원지원기관 자동차부품연구원::::

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

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- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하

본 보고서를 장착 승용차량 한계주행 특성평가 기술지원 지원기간“ESP ”( : 2003.

과제의 기술지원 성과보고서로 제출합니다8. 1 ~ 2004. 7. 31) .

2004. 7.2004. 7.2004. 7.2004. 7.

지원기관 자동차부품연구원지원기관 자동차부품연구원지원기관 자동차부품연구원지원기관 자동차부품연구원::::

대표자 노 영 욱 인대표자 노 영 욱 인대표자 노 영 욱 인대표자 노 영 욱 인( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

지원기업 주 만도지원기업 주 만도지원기업 주 만도지원기업 주 만도: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 오 상 수 인대표자 오 상 수 인대표자 오 상 수 인대표자 오 상 수 인( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

지원 책임자 최 규 재지원 책임자 최 규 재지원 책임자 최 규 재지원 책임자 최 규 재::::

참여 연구원 최 성 진참여 연구원 최 성 진참여 연구원 최 성 진참여 연구원 최 성 진::::

전 광 기전 광 기전 광 기전 광 기::::〃〃〃〃

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과 요약제 절 기술지원 성과 요약제 절 기술지원 성과 요약제 절 기술지원 성과 요약1111

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요2 ESP2 ESP2 ESP2 ESP

제 절 측정 시스템 및 시험 방법제 절 측정 시스템 및 시험 방법제 절 측정 시스템 및 시험 방법제 절 측정 시스템 및 시험 방법3 ESP3 ESP3 ESP3 ESP

제 절 실차 주행시험 결과제 절 실차 주행시험 결과제 절 실차 주행시험 결과제 절 실차 주행시험 결과4444

제 절 특성 평가 방안제 절 특성 평가 방안제 절 특성 평가 방안제 절 특성 평가 방안5 ESP5 ESP5 ESP5 ESP

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

부 록부 록부 록부 록

기술지원 일지기술지원 일지기술지원 일지기술지원 일지1.1.1.1.

국외출장 보고서국외출장 보고서국외출장 보고서국외출장 보고서2.2.2.2.

기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서3.3.3.3.

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제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

시스템은 차량의 주행한계 상황에서ESP(Electronic Stability Program)) wheel

등을 감지하여 각 바speed, yaw rate, lateral acceleration, steering wheel angle

퀴의 구동 제동력을 최적 제어하여 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있는 시스템으/

로 차량의 및 를 방지하여 차량 사고를 회피할 수 있는 첨단 주행 안spin-out drift

정 시스템이다.

주 만도는 차량 안정성 향상을 위한 제동시스템인 의 성공적인 개발 및( ) ABS, TCS

양산에 이어 주행 한계 상황에서 차량의 조종안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있,

는 고성능 시스템을 현재 개발하고 있다ESP .

이와 같은 시스템을 개발하는데 있어서 선진국에서는 시험적 평가를 통해 시ESP

스템 특성을 분석하고 각종 신호를 측정하여 제어 로직을 개발하고 있으나 국내에

는 이와 관련된 기술이 충분히 확보되어 있지 않은 실정이다.

이에 따라 주 만도에서도 선진 차량에 장착된 시스템의 시한계 상( ) ESP ON, OFF

황에서의 주행 특성 평가 및 개발 중일 시스템을 장착한 국내차량의 시험평가ESP

를 수행하고자 하나 관련 장비 및 전문가 부족으로 어려움을 겪고 있다.

실차 시험평가 및 계측신호의 처리를 통하여 제어로직을 보완할 수 있다면 개발하

고자 하는 시스템 신뢰성 향상에 기여하는 바가 클 것으로 판단되며 이와 관ESP

련된 기술의 확보가 시급한 실정이다.

다음은 기술지원 요청 기업의 애로 기술을 기술한 것이다.

정상 원선회 등 각종 시험 조건하에서의 선진Lane change, slalom, J-tum,①

시스템 동작 특성 측정 및 평가 기술ESP

측정된 차량 신호에 따른 제어로직 보완 및 개발 기술②

동작 한계 및 차량에 미치는 영향도 분석 기술ESP③

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선진 시스템 객관적 성능지표 측정 및 비교 분석 기술ESP④

본 기술지원 사업에서는 지원기관인 자동차부품연구원에서 보유하고 있는 정밀 측

정장비 및 시험 평가기술을 이용해 지원기업인 주 만도에 선진 장착 차량과( ) ESP

만도에서 자체 개발한 장착 국내 차량의 한계주행 측정 시험을 공동으로 협력ESP

하여 수행하고 시험 결과를 분석 평가하여 각종 시험조건에서 장착 차량의, , ESP

한계주행 특성 평가 방법 등의 기술을 지원하였다.

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제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

시스템을 국산화하기 위하여 현재 주 만도에서 개발하고 있는 시스템의 성능ESP ( )

및 신뢰성 향상을 위해 해외 선진 차창 및 국내 차량은 실차 주행시험 평가를 실시

하고 각 구성부품 및 제어조직 성능향상을 위한 기술지원을 목표로 한다.

장착 차량의 한계성능 평가 기술 확보- ESP

실차 주행시험 평가를 위한 측정 및 평가 시스템 구축①

시스템 시 주행 성능 평가ESP ON / OFF②

최대 한계 속도 이내: 10%

제어로직 성능 향상ESP③

선진 차량 제어특성 평가 및 분석:

이러한 목표를 달성하기 위한 세부 지원 계획은 다음과 같다.

실차 상태에서의 평가 시험방법 도출1. ESP

차량의 주행 조정 안전성 평가 방법과 기업에서 보유하고 있는 평가 방법을 토대:

로 반복적인 시험을 통하여 적정한 시험평가 방법을 도출

실차 주행시험 평가를 위한 측정 시스템 구축2.

실차 주행시험 시 측정해야 할 신호가 많고 각종 신호가 한경요건에 민감하여:

가 발생될 가능성이 많기 때문에 접지 보완 등을 통하여 측정의 정noise , cabling

확도를 높이고 측정 장비에 대한 활용 기술을 지원

장착 차량의 실차 주행시험 평가3. ESP

선진 장착 차량과 국내 개발 장착 차량의 성능 상대 비교: ESP ESP ESP

시험의 재현성을 위하여 전문 를 활용: test driver

도출된 평가 시험 방법을 이용하여 실차 주행시험을 실시하고 측정 신호 분: ESP

석 및 평가

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제어로직은 성능 향상 및 제어특성 평가4 ESP

반복적 시험을 통하여 세밀한 제어로직 변경에 의한 특성을 평가하고 제어: ESP

로직 시 특성을 규명하여 제어로직 보완 및 성능 향상을 위한 기술지원ON, OFF

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제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

본 기술지원에서는 시스템 개발을 위해 한계 주행 성능 평가 기술 및 개발품ESP

시험 평가를 위한 다음과 같은 기술 지원을 수행하였다.

실차 주행시험 평가를 위한 평가시스템 구축ㆍ

장착 선진 차량의 실차시험 평가 기술 지원ESPㆍ

개발 장착 차량의 실차시험 평가 기술 지원ESPㆍ

차량운동 신호 측정 및 처리 지원ㆍ

시험평가 구축databaseㆍ

시스템 시 차량 주행특성 계측 및 제어 특성 평가 지원ESP ON/OFFㆍ

시스템의 성능 및 신뢰성 향상을 위채 해외 선진 차량 및 국내 개발 차량의ESP

실차 시험평가를 통하여 시스템 동작 시 차량운동 특성 변화를 계측하여ESP

화하고 현재 개발 중인 제어로직 보완에 필요한 기술을 지원하였으database ESP

며 세부 지원 내용은 다음과 같다.

장착 차량 주행특성 평가를 위한 시스템 구축 지원ESP①

주행 반력 계측을 위한 시스템 구축- Tire Wheel force transducer

차량 주행 특성 측정을 위한 시스템 구축- gyro-platform

차량 주행 궤적 측정 시스템 구축-

측정 시스템 구축- Side slip angle

제동 압력 측정 시스템 구축-

조향 특성 측정 시스템 구축-

평가 주행 측정 모드 구축 지원ESP⑦

- Single lane change test

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- Double lane change test

- Slalom test

- J-turn test

- Sine wave test

- Steady-state cornering test

실차시험을 통한 동작 특성 평가 지원ESP③

선진 장착 차량 특성 평가 시- ESP (ESP ON, OFF )

개발 장착 차량 특성 평가 시- ESP (ESP ON, OFF )

동작 특성에 따른 차량 운동 성능 변화 계측 제어로직 보완 지원ESP ,④

와 마찰특성 상관도 분석- Wheel slip ratio

차속 변차에 따른 동작 특성 평가 분석- ESP

제어로직 영향인자 규명 지원-

제어로직 성능 향상 지원- ESP

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제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과 요약제 절 기술지원 성과 요약제 절 기술지원 성과 요약제 절 기술지원 성과 요약1111

본 기술지윈 사언은 를 국산화하기 위하여 현재ESP(Electronic Stability Program)

주 만도에서 개발하고 있는 시스템의 성능 및 신뢰성 향상을 위해 해외 선진 차량( )

및 국내 차량을 이용하여 실차 시험 평가를 실시하고 시험 결과의 분석을 통해

특성 평가 방안 제시 및 제어로직 성능향상을 위한 기술 지원을 최종 목표로ESP

하고 있다.

마른 노면에서의 한계 주행 측정 시험은 차량 전복 및 센서 파손 등의 우려가 있는

매우 위험한 시험으로 특성을 분석하는데 많은 어려움이 있다 따라서 대부분ESP .

장착 차량의 실차 시험은 주천 해외 빙판 노면에서 이루어졌으며 특성ESP , ESP

평가는 측정센서에서 측정된 신호를 분석한 객관적 평가보다는 주로 전문 운전자의

주관적 평가에 의존하고 있다.

본 사업에서는 성능 및 신뢰성 향상을 위해 가 장착된 해외 선진 차량 및ESP ESP

국내 차량의 실차 계측시험 평가를 통하여 시스템 동작 시 차량 운동 특성 변ESP

화를 측정하고 이를 화하여 평가 방안을 제시하고 현재 중인 제어로database ESP

직 보완에 필요한 기술을 지원하고자 하였으며 이를 위해 수행한 구체적인 연구,

및 지윈 내용을 요약하면 다음과 같다.

관련 국내외 자료 수집 및 시험평가 방안 조사1) ESP

장착 차량 주행특성 평가를 위한 측정 시스템 구축2) ESP

평가 주행 시험방법 및 모드 구축3) ESP

선진 장착 차랑 및 개발 장착 차량에 대한 실차 주행시험 실시4) ESP ESP

동작 특성에 따른 차량 운동 성능 변화 계측 및 시험결과 분석5) ESP

장착 차량의 주행특성 평가 방안 제시6) ESP

시험 결과 보고서 작성7)

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장착 차량의 실차 주행시험은 주 만도 평택사업부의 주행시험장에서 실시하였ESP ( )

으며 해외 선진 차량으로는 가 장착된 를 선정하였고, TEVES(MK60) ESP Audi TT ,

국내 시험 차량은 주 만도에서 개발한 가 장착된 투스카니 를 선정하여 마( ) ESP GK( )

른 아스팔트 노면에서 여러 가지 시험 방법으로 한계주행 특성평가를 위한 실ESP

차 시험을 실시하였다.

본 기술지원 사업의 결과는 장에 기술하였는데 절에서는 기술지원 성과에 대한2 , 1

요약하였고 절에서는 시스템에 대한 개요를 기술하였으며 절에서는, 2 ESP , 3 ESP

장착 차량의 특성을 평가하기 위한 실차 측정 시스템 및 시험 방법을 기술하였다.

절에서는 장착 차량의 실차 시험 결과를 이용해 각종 시험 방법에서의 차량4 ESP

운동 특성 제어에 의한 제동 압력 휠 하중 데이터 등에 그래프를 작성하여, ESP , -

분석하였다 절에서는 의 특성 평가를 위해 시험과 시. 5 ESP open loop close loop

험으로 나누어 각 평가 방안을 제시하고 장착 차량의 동적 거동과 특성ESP ESP

평가에 대하여 기술하였다.

기술지원 사업의 결과는 전술한 바와 같으며 활용방안은 다음과 같다.

신규 개발 및 시스템 개발에 활용①

개발 제어로직 성능향상 및 평가 기술에 활용- ESP

개발 중인 시스템의 주행특성 계측 및 를 활용- ESP data

측정 동적하중 데이터를 이용하여 발생량 및 제어에- W.F.T. yaw moment ESP

의한 보상 발생 메카니즘 분석yaw moment

개발 중인 제어로직 특성 분석 및 을 통한 성능- ESP tuning

장착 차량의 실차 성능 평가방법 정립- ESP

동작 한계 속도를 평가하여 시스템 안정성 향상에 활용- ESP ESP

시스템의 성능 및 신뢰성 향상- ESP

및 시스템EHB(electronic hydraulic brake) EMB(electronic mechanical brake)②

개발에 필요한 및 시험 평가방법 활용database

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제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요2 ESP2 ESP2 ESP2 ESP

년 이후 독일에서 발생한 차량 사고에서 부상자 및 사망자 수는 명에1991 300,000

서 명 사이의 비교적 일정한 수준을 유지하였으나 차량 사고에서 사망자350,000 ,

수가 차지하는 숫자는 년 명에서 년 명으로 꾸준히 감소해 오1991 7,000 1998 4,700

고 있다 는 이를 분석한 결과 사상자를 낸 여건의 차량 사고. Langwieder 17,000

중 가 회전하는 차량 에 의해 발생하였으며 회전하는 차20% ~ 25% (spinning car) ,

량 사고의 대략 는 단독 차량 사고였음을 보여주었다 이러한 사고는 주행 중60% .

운전자가 차량에 대한 제어 능력을 상실했을 때 발생하며 이를 해결하기 위해 차량

운동 제어시스템인 가 개발되기 시작하였다ESP .

미숙련 운전자는 차량이 회전하는 움직임을 보정하기 위해 단 한번의 횔 보정을 행-

하는 반면 숙련된 운전자는 차량 제어를 확보하기 위해 연속적인 조향보정을 수행,

한다 위험 교통 상황에서 당황한 운전자의 급격한 반응에 의해 차량 움직임은 종.

종 타이어와 노면 사이의 물리적 부착 한계 까지 도달하는데 이(limit of adhesion)

한계 상황에서는 타이어 거동이 급격히 비선형적으로 바뀌고 타이어 휠 브레이크- -

시스템은 불안정해져 차량은 급격히 회전할 수 있고 운전자는 이에 크게 놀라게 된

다 일반적으로 이러한 상황에서 운전자는 대체로 과도한 조향을 하게 되어 상황을.

더욱 악화시키며 이러한 연속적인 위험 상황에서 차량 운동 제어시스템인 는, ESP

운전자가 차량을 안전하게 제어할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

는 물리적 한계 주행상창에서 차량의 핸들링이 왜 어려운지를 설명하기Shibahata

위해 쉽게 설명할 수 있는 그림 과 간은2.1 β 를 개발하였다 만약 조향휠-mettled .

을 돌리면 차량의 는 타이머에서의 횡방향 힘에 의해 발생되며 이는yaw moment

차량의 변화를 유도한다 그러나 는 차량의yaw rate . yaw moment(Mc) slip angle

(β 에 의해 좌우되는데 이 증가함에 따라 은 감소한다) slip angle yaw moment gain .

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그림 과 와의 관계그림 과 와의 관계그림 과 와의 관계그림 과 와의 관계2.1 Slip angle yaw moment (2.1 Slip angle yaw moment (2.1 Slip angle yaw moment (2.1 Slip angle yaw moment (ββββ-method)-method)-method)-method)

큰 에서는 가 조향휠의 변화에 거의 영향을 받지 않아 일반slip angle yaw moment

적으로 물리적 한계 상황에서 차량의 조향 성능은 거의 사라진다 마른 아스팔트에.

서 물리적 한계는 이 약 에서 발생하는 반면 빙판에서는 대략slip angle ±12 , ±℃

에서 발생한다 만약 차량 이 이 특정값에 이르면 차량의 제어 능력은2 . Slip angle℃

상실되고 일반적인 운전자가 사고를 회피할 기회는 사라지게 된다 그림 은 마, . 2.1

른 아스팔트에서의 상황을 보여고 있으며 정상적인 운전을 하는 동안에 일반적인

운전자는 이 를 초과하지 않고 이 값이 초과되는 상황을 운전자는slip angle ±2 ,℃

좀처럼 경험하지 못한다.

는 장착 차량의 주행 안정성을 평가하기 위해 그림 와 같은Inagaki ESP 2.2

를 사용하였다 만약 조향각이 이라면 상사평면phase plane method . 0 (phase

의 원점은 안정적일 수렴점으로 구성됨을 보여주며 원점 주위의 일정한 영plane) ,

역 안정 영역 내에서 상사평면 점들은 원점으로 수렴한다 이 안정 영역 밖에서의( ) .

상사평면 점들은 원점으로부터 발산하게 되고 차량은 불안정하게 되며 조향각에 커

지면 이 안정 여유는 사라진다.

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이렇게 되면 안정적인 조합은 없고 차랑 움직임이 안정하게 될 수 없으며 이

러한 상황은 회전하는 차량의 원인이 되는 것이다.

그림그림그림그림 2.22.22.22.2 phase plane methodphase plane methodphase plane methodphase plane method

의 주요 기능은 차량이 회전하는 것을 방지하기 위해 을 제한하는 것ESP slip angle

과 약간의 을 유지하기 위해 을 특정값 이하로 유지시yaw moment gain slip angle

키는 일이다 만약 이 어떤 특정값에 도달하면 이 적어. slip angle yaw moment gain

져 운전자는 차량 제어를 잃어버리기 시작한다고 느끼고 당황하게 될 것이다 그러.

므로 는 이 특정 에 도달하기 전에 제어를 시작해야 한다 이러한 제ESP slip angle .

어 시작 시점은 특정 에서 가 선택한 휠에 능동 제동 및 구동 제어를slip angle ESP

통해 큰 를 발생시킬 수 있도록 하는데 이러한 현상은 그림 에 도yaw moment 2.3

시한 바와 같이 오른쪽으로 치전하는 차의 왼쪽 바퀴에서의 브레이크free rolling

슬립 값(brake slip) 의 영향으로 나타낼 수 있다.

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그림 에 의한 변화그림 에 의한 변화그림 에 의한 변화그림 에 의한 변화2.3 Slip control yaw moment2.3 Slip control yaw moment2.3 Slip control yaw moment2.3 Slip control yaw moment

FR( =λ 은 타이어에 작용하는 횡력이다 수직반력0) free rolling . FN과 이어 slip

angle α0 가 바뀌지 않았다고 가정할 때 횡력은, , brake slip 때문에 FS(

로 줄)

어들고 에 의해 제동력brake slip FB( 이 발생한다) . FR( 은 타이어에서의 합력이)

며 이는, FB( 와) FB( 의 벡터 합으로 만약 타이어 마찰이 포화상태 즉 타이어) ,

와 노면 사이의 부착 한계에 도달하면 FR( =λ 과0) FR(의 크기는 거의 같아지게)

된다 이 때는 의 영향이 뚜렷하다 의 변화는 타이어에서. brake slip . Brake slipλ

합력의 회전을 유발하게 되고 그 결과 차량의 가 바뀌며 차량에 대한yaw moment

횡방향 힘과 종방향 힘도 영향을 받는다.

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제어의 기본 개념은 필요한 를 발생시키기 위해 각각의 타이어에 어느yaw moment

정도의 을 변화시켜야 하는지를 결정하는 것이다 차량 속도 또는 가속도와 같slip .

은 경계조건은 타이어의 작동시점( 에서 알려진 값으로 가능한 일정하게 유지)

되어야 한다 그런데 불행하게도 차량의 을 측정하기 유용한 센서는 없으. slip angle

며 더구나 타이어와 노면 사이의 부착 한계를 측정 할 수 있는 유용한 센서도 없

다 는 제어를 하기 위해 측정 불가능한 값들을 구하는 추정 알고리즘을 사용. ESP

한다 특히 항상 신뢰할 만한 을 구하는 것은 불가능하기 때문에 센서로. slip angle

사용할 수 있는 제어와 제어가 에서 소개되었다yaw rate cascade inner loop .

는 차량 핸들링에서 측정된 공칭 값을 사용하고 차량의 자전거모델ESP yaw rate ,

을 사용해 근사화 한다 그러므로 제어를(bicycle model) . ESP inner loop yaw rate

모델에 따른 제어 라 한다 그러나 차량의 내구수명 동안(model following control) .

이 특성 핸들링 거동은 타이어 마모 또는 타이어 교체 등의 이유로 바뀔 수도 있기

때문에 이 고정 모델은 실제 차량의 핸들링 거동을 정확히 표현하지 못하고 이러,

한 변화는 제어에서 신중하게 고려되어야만 한다inner loop yaw rate .

는 그림 와 와 같이 와ESP 2.4 2.5 ABS(Antilock Brake System) TCS(Traction

또는 의 구성 부품을 사용한다 이러한 부품은 휠의 회전 속Control System ASR) .

도를 측정하는 센서 휠 브레이크에서 압력을 변환시키는 센서 센서 신호를 처리하, ,

여 유압 유닛을 작동시켜 제어 알고리즘을 실현시키는 전자 제어 유닛 등이다 또.

한 엔진 토크 을 측정하고 변경시키기 위해 엔진제어장치output (engine

와도 연결되어 있다 또한 운전자의 핸들링 조작과 차량의management controller) .

실제 핸들링 거동을 측정하기 위할 그림 와 같은 개의 센서가 필요하며2.5 4 ESP

이러한 센서는 조향각 센서 센서 횡가속도 센서 압력 센서이다, yaw rate , , .

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그림 차량에 장착된 구성 부품그림 차량에 장착된 구성 부품그림 차량에 장착된 구성 부품그림 차량에 장착된 구성 부품2.4 ESP2.4 ESP2.4 ESP2.4 ESP

그림 구성 부품그림 구성 부품그림 구성 부품그림 구성 부품2.5 ESP2.5 ESP2.5 ESP2.5 ESP

또한 시스템은 구동 제어 시 구동 휠의 브레이크 슬립 제어를 방지하기 위해ESP

스위치가 브레이크 라이트 스위치 핸드 브레이크 스위치 브레이크 액TCS-OFF , ,

압 스위치 점검을 위한 직렬 인터페이스와 데이터 버스 연결 등의 정보를, (CAN)

포함한다.

의 차량동역학 제어 부분은 그림 과 같이 여러 개의 처리 블록으로 구성되ESP 2.6

어 있으며 계층별 제어에서 상위 부분을 구성하고 하위 부분에서는 타이어 슬립이,

제어된다 첫 번째 블록에서는 각종 센서에서 발생하는 신호들을 처리하고 전체 차. ,

량 모델에 기초한 는 아래 그림에서 보이는 바와 같이 차량과 각 타이어의observer

온 추정하는데 사용된다slip angle .

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또한 각 타이어의 수직 하중 및 횡방향 힘 역시 계산된다 제어기는 차량 속, . Slip

도나 가속도 타이어 종방향 힘 등과 같은 에 필요한 정보를 제공한다, observer .

그림 제어그림 제어그림 제어그림 제어2.6 ESP block diagram2.6 ESP block diagram2.6 ESP block diagram2.6 ESP block diagram

의 요구 성능 은 주로 평균적인 운전자를 기준으로ESP (performance requirements)

만족시킬 수 있는 기능을 요구한다 운전자는 급조향 중 이루어지는 급제동 급가속. ,

등과 같은 모든 주행 상창에서 차량의 주행 방향 제어에 대한 안정감을 느껴야만

한다 이러한 주행 안전성을 확보하기 위해 급제동 또는 급가속 시 제어에 의. ESP

한 등에서 정밀한 가 생성되어야만 하며 운전자의 조향 에 대해yaw moment , input

가 즉각적으로 반응해야만 한다 작동에 대한 환경조건은 보통 주위yaw rate . ESP

온도 에서 사이에서 그리고 대략 해발 에 해당하는 이-20 120 , 2500m 0.75bar℃ ℃

상의 압력에서도 완전한 제어 성능이 요구된다.

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는 제동 시와 비제동 시 일반 노면ESP , , split 노면, jump 노면 등의 모든 상황

에서 운전자를 지원해 주어야 하며 운전자로부터 요구된 조향 의도가 실질적으로,

감소하는 방향 되어야 한다 따라서 운전자는 조향 코스에서 스포티한 운전을 할.

때 에 의해 가 장착되지 않은 차보다 느려진다는 느낌을 받게 해서는 안되ESP ESP

며 이 시스템은 거친 노면 파인 노면 또는 젖은 눈길 물기 많은 도로 자, , (deep) , ,

갈길과 같은 환경의 변화를 포함하고 물리적 한계 상황에 다다르기 이전에 간섭을

해서도 안된다.

앞에서 제시한 바와 같이 완전 제동 시 차량 및 타이어의 을 추정하는 것slip angle

은 가능하지만 충분히 정확하게 추정되지 않는 경우도 있다 그러한 경우에. sIip

속도의 절대값은 종종 규정치보다 작도록 유지되거나 의 불안정angle slip angle

전조가 발견된 후 몇 초간 어떤 최대값 보다 작은 값이 유지되어야 한다 이러한.

값은 차량 속도 횡가속도 조향 휠 각도 조향 휠 속도 등에 따라 더욱 감하게 되, , ,

며 특히 매우 미끄러운 노면, ( 상에서 경사 선회 운행 도중 공친<0.25) yaw rate

를 위해 을 사용한 불안정 차량 거동을 해석하는 것은 매우 어렵다bicycle model .

그러므로 일반적으로 매우 미끄러운 노면에서의 제어 민감도는 경사 선회 주행에서

의 불필요한 간접을 피하기 위해 둔감해져야 한다 에서 민감도 감소량을 제한. ESP

하기 위해 는 일반 도로에서 간섭하지 않도록 조율되어야 한다 예를 들어 경ESP .

주 트랙이나 횡방향 기울기가 큰 도로와 같이 에 의해 특수한 노면으로 인식되ESP

면 시스템은 정지하지만 횡가속도 신호를 이용하지 않고 에 의해, observer slip

이 결정될 수 있는 곳에서 완전 제동한 경우에는 이러한 감소는 필요하지 않angle

다 그러므로 매우 미끄러운 노면 주행 시 급제동에서도 의 완전한 성능이 적. ESP

용 가능하다 후진 기어로 운행 중일 때는 신호가 전진 기어 운행 시와. yaw rate

반대이며 이러한 상황은 에 의해 감지되어 간섭이 금지된다, ESP .

만약 타이어 의 절대값이slip angle 곡선의 최대값보다 크다면 그 회-slip angle

전반경은 최소값이 아니다 주행 한계상황에서 운전자는 대체로 과도한 조향을 하.

게 되며 는 운전자에게 즉각적인 반응을 주어 운전자로 하여금 과도ESP yaw rate

한 조향을 하려는 경향을 줄이도록 한다 따라서 작은 조향각에 대해서는 만약 노.

면 마찰계수가 낮다가 높은 것으로 갑자기 바뀐다면 조향각을 급격히 줄이고자 하

는 요구 또한 감소된다.

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에서 회전 반경이 궤적을 따라 점점 줄어드는 경우 고속도로에서의 출구에서J-turn (

일반적임 에 차량 속도에 대해 최소한의 영향을 주도록 하는 간섭에 대한 요) ESP

구사항은 우선 순위에서 밀려나며 차량의 속도를 줄임에 따라 회전 반경 또한 감소

될 수 있다.

원론적으로 는 타이어가 물리적 한계에 이르렀을 때 타이어 의 크기를 증ESP force

가시킬 수 없기 때문에 차량의 주행 안정성을 확보하기 위해 오직 차량 yaw

를 제어하게 된다 만약 이 줄어들면 차량과 타이어의 횡력 절대값은moment . slip

증가하고 회전반경은 감소될 수 있다 반대로 만약 타이어 이 증가하면 타이어. slip

와 차량의 횡력은 감소하는데 이것은 일반적으로 회전반경을 증대시킨다, .

의 간섭은 주행 증이거나 가속 중에 부드러운 주행을 방해하는데 이는 타이어ESP

의 제동력이 차량을 진동시키기 때문에 운전자에게 승차감이 나쁘거나 불안정하다

는 느낌을 주게 된다 그러므로 차량 제조사는 모든 주행 사항에 대하여 각각 다른.

성능을 요구한다 고속에서의 제동 중에는 감속이 직선 제동에서 가장 중요하ESP .

고 핸들링 중에는 안전성이 가장 중요하다, .

Split- 제동은 자동에 있어 특별한 상황을 제시하는데 이는 조향각이 선회, ESP

요구로 인식되지 않기 때문이다 제어는 앞 타이어의 비대칭적인 제동력 발생. ABS

의 과 뒷 타이어에서의 을 이용하여 좋은 감open loop control select low control

속 성능과 함께 차량 제어를 유지하지만 제어는 앞축 및 뒤축의 비대칭 제동, ESP

력에서 갖고 있다 제어는 운전자의 에closed loop control . ESP counter steering

따라 제동력 비대칭에 의한 를 타이어의 횡력에 의한 에yaw moment yaw moment

의해 균형을 유지한다 만약 운전자가 천천히 반응하면 비대칭 제동력에 의한. yaw

는 천천히 증가되어 하며 운전자의 반응이 빠르면 제동력 비대칭은 빠르게moment ,

증가한다 이러한 은 제품에 비해 이상 제동거리가. closed loop control ABP 15%

줄어들 수 있다.

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제어에서는 공칭 를 계산하기 위해 을 사용하는데 이ESP yaw rate bicycle Model

모델은 타이어 특성의 변화에 매우 민감하다 만약 겨울철 타이어를 사용하면 그.

공칭 는 여름철 타이어를 사용할 때와 다르며 축간 마모 차이에 의해 앞yaw rate ,

축 타이어가 뒷축 타이어와 다르면 두 축 타이어 마모량이 같은 경우와, yaw rate

가 달라진다 이는 제어 프로그램에서 타이어의 변화를 인지할 수 없기 때문. ESP

에 제어 민감도는 떨어지게 될 수도 있다 이것은 공칭 에 대해. yaw rate dead

을 도입함으로써 실현될 수 있으나 설정은 의 성능을 감소기zone , dead zone ESP

킬 수 있기 때문에 신중히 확인해야 한다 이 정확히 추정될 수 없는 경. Slip angle

우에서도 제어는 높은 수준의 성능을 유지해야만 한다 다행히 는 타ESP . observer

이어의 를 사용하므로 의 추정은 공칭lateral, longitudinal stiffness ratio slip angle

보다 타이어의 변화에 덜 민감하다 이것은 제어가 급제동에서와 같yaw rate . ESP

은 경우 타이어 변화에 대해 강건하다 는 것을 의미하미 뛰어난 성능을 유(robust)

지해야 한다.

또한 일반전인 마모와 찢어짐 작은 사고 등으로 인한 타이어와 차량 데이터 변화,

가 성능을 감소시켜서는 안되며 적어도 반대로 거동하게 해서는 안된다 특히ESP .

저온 상태에서는 신속한 능동 제동이 브레이크액의 점성 증가에 의해 힘들어지는

데 간섭이 차량에 필요한 를 적합한 시간에 충분히 형성할 수, ESP yaw moment

있는지 확인해야만 한다.

제어는 수동 및 자동 변속기에 대해 작동해야 하기 때문에 기어비는 항상 측ESP ,

정되어야 하며 만약 두 시스템 간의 통신이 단절되었을 경우애도 변속기에 대한

값을 가지고 있어야 한다 이 측정 루틴 작업은 나 반자동 변속기에서backup . CVT

사용되어서도 잘 자동되어야 한다.

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제 전 측정 시스템 및 시험 방법제 전 측정 시스템 및 시험 방법제 전 측정 시스템 및 시험 방법제 전 측정 시스템 및 시험 방법3 ESP3 ESP3 ESP3 ESP

측정 장비 및 신호처리측정 장비 및 신호처리측정 장비 및 신호처리측정 장비 및 신호처리1.1.1.1.

장착 차량의 한계주행 특성평가를 위해서는 차량에 많은 센서와 를ESP amplifier

장착해야 한다 실차 주행시험에서 사용한 측정 시스템의 구성도는 그림 에 도. 2.7

시한 바와 같으며 이를 구성하는 각 측정 장비의 주요 사양을 표 에 기술하였, 2.1

다 또한 각 측정 시스템의 주요 기능은 다음과 같다. .

1) Steering wheel sensor

운전자가 규정된 코스를 따라 을 조작할 때 의 조향steering wheel steering wheel

각도 조향 각속도 조향 측정할 수 있는 센서이다, , torque .

2) Gyro-platform

차체에 고정시켜 주행 중인 차량의 동적 거동을 측정할 수 있는 장비로서 차량의

병진 방향 전후 좌우 상하방향 의 가속도와 각 각 각( , , ) yaw rate, roll , pitch , yaw

등 차량의 운동 특성을 측정할 수 있다.

3) Speedometer

주행 중인 차량의 속도와 을 측정할 수 있는 광학식 센서이다slip angle .

4) Wheel force transducer

가공된 휠에 직접 장착하여 차량 주행시험 중 노면으로부터 각 휠에 걸리는 방향3

하중 과 방향 모멘트 휠 접선속도를 측정할 수 있는 센(Fx, Fy, Fz) 3 (Mx, My, Mz),

서이다.

브레이크 압력 센서5)

차량 네 바퀴에 작용하는 브레이크 압력을 측정할 수 있는 센서로서 각 휠의 브레

이크 제어 여부와 압력 크기를 측정할 수 있다.

6) Amplifier

각종 센서에서 측정한 미세한 신호를 받아 증폭시킨다.

신호처리 방법7)

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각 센서에서 측정된 신호는 에서 증폭되고 장비인amplifier data acquisition

사의 로 샘플링하여 신호로 바꾼다 전압신호SOMAT eDAQ 1,000Hz digital . Digital

는 다음 식을 이용하여 물리적인 값으로 변환한다.

물리적인 값 출척 전압신호= ( V) × sensitivity

그림 측정 시스템 구성도그림 측정 시스템 구성도그림 측정 시스템 구성도그림 측정 시스템 구성도2.7 ESP2.7 ESP2.7 ESP2.7 ESP

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표 측정 장비기 주도 사양표 측정 장비기 주도 사양표 측정 장비기 주도 사양표 측정 장비기 주도 사양2.1 ESP2.1 ESP2.1 ESP2.1 ESP

측정 장비 제작사 주요 사양

Gyro-platform

system

RMS

독일( )

lnclination angle : - Pitch : ±60°

- Roll : ±60°

- Yaw : ±180°

Yaw rate : ±60°/s or ±180°/s

Acceleration : - Longitudinal : ±2g

- Lateral : ±2g

- Vertical : ±2g

Steering wheel

sensor

RMS

독일( )

Torque range : ±200 or ±20 Nm

Angle range : ±90°, 180°, 360°, 720°

Angle range : ±400°/sec

Speedometer

CORRSYS

-DATRON

독일(

Longitudinal speed : 1.5 - 400km/h

Side slip angle : ±40°

Wheel force

transducer

VELOS

독일( )

Fx : ±20kN, Fy : ±12.5kN, Fz : ±20kN

Mx : ±4kNm, My : ±3.5kNm,

Mz : ±4kNm

MTS

미국( )

Fx : ±18kN(LH), ±21kN(RH)

Fy : ±14kN(LH), ±16kN(RH)

FZ : ±18kN(LH), ±21kN(RH)

MX : ±3.5kNm(LH), 4kNm(RH)

My : ±SkNm(LH), ±5kNm(RH)

Mz : ±3.5kNm(LH), ±4kNln(RH)

Brake pressure

sensor- up to 250 bar

eDAQ

(Data acquisition

system)

SOMAT

미국( )

Analogue input : up to 40 ch.

Digital input : up to 10 chl.

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실차 주행 측정 시스템실차 주행 측정 시스템실차 주행 측정 시스템실차 주행 측정 시스템2. Audi TT2. Audi TT2. Audi TT2. Audi TT

장착 선진 차량은 국내 개발 와의 성능 비교 및 을 위해ESP ESP benchmarking

를 선정하였으며 실차 주행시험 개요와 차량 제원을 표 에 요약하Audi TT , ESP 2.2

였다 또한 시험에 사용된 측정 장비 및 측정 신호를 표 에 요약하였으며 그림. 2.3 ,

에서 까지는 차량에 장착한 측정 장비를 나타냈다2.8 2.15 Audi TT .

표 차량 시험 개요 및 차량 제원표 차량 시험 개요 및 차량 제원표 차량 시험 개요 및 차량 제원표 차량 시험 개요 및 차량 제원2.2 Audi TT2.2 Audi TT2.2 Audi TT2.2 Audi TT

시험 일자 년 월 일 월 월 일 목2004 1 26 ( ) ~ 2 5 ( )

시험 장소 만도 평택사업소 주행시험장(PG)

시험 차량

spec.

엔진직렬 기통 밸브4 DOHC 5 , 1780cc

터보차저 인터쿨러&

구동 방식 전륜구동 방식 전자제어 차동장치,

변속기 단 동기 차합식 수동변속기5

조향 장치 방식 최소회전방식Rack & pinion , 10.48m

현가 장치 전륜 맥퍼슨 스트러트 후륜 토션 바( ), ( )

제동 장치(ESP) 전후륜 장착Disc brake(TEVES ESP )

휠 및 타이어 휠 가공 미쉐린 타이어16 ×7J( ), 205/55R 16( )″

타이어 공기압Front 36psi / Rear 32psi

규정치 화물* Audi TT : 36/30(2up), 36/33(2up+ )

최고 속도 228km/h

가속 성능 7.8sec (0 - 100km/h)

공차 중량 1280kgf

시험 시 총중량1459kgf

(455kgf(FL), 398kgf(FR), 280kgf(RL), 326kgf(RR)

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표 장착 측정 장비 및 측정 신호표 장착 측정 장비 및 측정 신호표 장착 측정 장비 및 측정 신호표 장착 측정 장비 및 측정 신호2.3 Audi2.3 Audi2.3 Audi2.3 Audi

측정 장비 신호 개수 측정 신호 기타 사항

Gyro-platform

system

(RMS)

5ch.

방향X, Y, Z Acce.lㆍ

Roll angleㆍ

Yaw rateㆍ

사용KATECH jig

Steering wheel

sensor2ch. Steering angle, rateㆍ 더미 핸들 타입

Speedometer

(DATRON)2ch. Longitudinal speed, side slip angleㆍ 차량 후미 장착

Wheel force

transducer

(VELOS)

12ch.Fx, Fy, Fz, My, Mz, Vㆍ

(Rear LH/RH)

휠 & hub adapter

제작 (16 × 7J)″

Wheel force

transducer

(MTS)

10ch.Fx, Fy, Fz, My, Mzㆍ

(Front LH/RH)

휠 & hub adapter

제작 (16 × 7J)″

Brake pressure ensor 4ch.Brake line pressure (~250bar)ㆍ

(FL, FR, RL, RL)

Date acquisition

system

(SOMAT)

-Analogue input : up to 40 ch.

Digital input : up to 10 ch.

Sampling rate

: 1,000Hz

신호 수Total 35ch.

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그림 시험차량그림 시험차량그림 시험차량그림 시험차량2.8 ESP (Audi TT)2.8 ESP (Audi TT)2.8 ESP (Audi TT)2.8 ESP (Audi TT)

그림그림그림그림 2.9 MTS W.F.T. (Front)2.9 MTS W.F.T. (Front)2.9 MTS W.F.T. (Front)2.9 MTS W.F.T. (Front)

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그림그림그림그림 2.10 VELOS W.F.T. (Rear)2.10 VELOS W.F.T. (Rear)2.10 VELOS W.F.T. (Rear)2.10 VELOS W.F.T. (Rear)

그림그림그림그림 2.11 Steeling wheel sensor2.11 Steeling wheel sensor2.11 Steeling wheel sensor2.11 Steeling wheel sensor

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그림그림그림그림 2.12 Gyro-platform2.12 Gyro-platform2.12 Gyro-platform2.12 Gyro-platform

그림 및그림 및그림 및그림 및2.13 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.13 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.13 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.13 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier

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그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서2.14 W.F.T. Amplifier2.14 W.F.T. Amplifier2.14 W.F.T. Amplifier2.14 W.F.T. Amplifier

그림그림그림그림 2.15 Speedometer2.15 Speedometer2.15 Speedometer2.15 Speedometer

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실차 주행 측정 시스템실차 주행 측정 시스템실차 주행 측정 시스템실차 주행 측정 시스템3. GK3. GK3. GK3. GK

주 만도에서 개발한 의 성능 및 차량의 동적 거동을 측정하고 제어로직 보완( ) ESP ,

을 위해 장착 차량인 투스카니 차량에 대한 실차 주행시험을 실시하였으ESP GK( )

며 표 에 실차 주행시험의 개요와 차량 제원을 요약하였다 또한 시험에 사용된, 2.4 .

측정 장비의 성능과 측정 신호는 표 에 요약하였으며 그림 에서 까지2.5 , 2.16 2.22

차량에 장착한 측정 장비를 나타냈다GK .

표 차량 시험 개요 및 차량 제원표 차량 시험 개요 및 차량 제원표 차량 시험 개요 및 차량 제원표 차량 시험 개요 및 차량 제원2.4 GK2.4 GK2.4 GK2.4 GK

시험 일자 년 월 일 금 월 일 금2004 2 6 ( ) ~ 2 13 ( )

시험 장소 만도 평택사업소 주행시험장(PG)

시험 차량

spec.

엔진 직렬 기통 엔진4 DOHC -2.0 VVT , 1975ccβ

구동 방식 전륜구동 방식

변속기 단 자동변속기4

조향 장치 방식Rack & pinion

현가 장치전륜 맥퍼슨 스트러트( ),

후륜 맥퍼슨 스트러트 듀얼링크( + )

제동 장치(ESP) 전후륜 만도 장착Disc brake( ESP )

휠 및 타이어 휠 가공 미쉐린 타이어15 ×6J( ), 195/65R 15( )″

타이어 공기압 Front 36psi / Rear 32psi

최고 속도 km/h

가속 성능 sec (0 - 100km/h)

공차 중량 1344kgf

시험 시 총중량1587kgf

(464kgf(FL), 492kgf(FR), 294kgf(RL), 337kgf(RR)

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표 장착 측정 장비 및 정 신호표 장착 측정 장비 및 정 신호표 장착 측정 장비 및 정 신호표 장착 측정 장비 및 정 신호2.5 GK2.5 GK2.5 GK2.5 GK

측정 장비 신호 개수 측정 신호 기타 사항

Gyro-platform

system

(RMS)

5ch.

방향X, Y, Z accel.ㆍ

Roll angle,ㆍ

Yaw rateㆍ

만도 사용jig

Steering wheel

만도sensor( )2ch. Steering angle, rateㆍ 더미 핸들 타입

Speedometer

(DATRON)2ch. Longitudinal speed, side slip angleㆍ 차량 후미 장착

Wheel force

transducer

(VELOS)

12ch.Fx, Fy, Fz, My, Mz, Vㆍ

(Rear LH/RH)

휠 & hub adapter

제작 (15 × 6J)″

Wheel force

transducer

(MTS)

10ch.Fx, Fy, Fz, My, Mzㆍ

(Front LH/RH)

휠 & hub adapter

제작 (15 × 6J)″

Brake pressure ensor 4ch.Brake line pressure (~250bar)ㆍ

(FL, FR, RL, RL)

Date acquisition

system

(SOMAT)

-Analogue input : up to 40 ch.

Digital input : up to 10 ch.

Sampling rate

: 1,000Hz

신호 수Total 35ch.

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그림 시험차량그림 시험차량그림 시험차량그림 시험차량2.16 ESP (GK)2.16 ESP (GK)2.16 ESP (GK)2.16 ESP (GK)

그림그림그림그림 2.17 MTS W.F.T. (Front)2.17 MTS W.F.T. (Front)2.17 MTS W.F.T. (Front)2.17 MTS W.F.T. (Front)

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그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서2.20 Gyro platform amplifier2.20 Gyro platform amplifier2.20 Gyro platform amplifier2.20 Gyro platform amplifier

그림 및그림 및그림 및그림 및2.21 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.21 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.21 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.21 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier

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그림그림그림그림 2.18 VELOS W.F.T. (Rear)2.18 VELOS W.F.T. (Rear)2.18 VELOS W.F.T. (Rear)2.18 VELOS W.F.T. (Rear)

그림그림그림그림 2.19 Steering wheel sensor2.19 Steering wheel sensor2.19 Steering wheel sensor2.19 Steering wheel sensor

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그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서그림 및 각종 센서2.20 Gyro platform amplifier2.20 Gyro platform amplifier2.20 Gyro platform amplifier2.20 Gyro platform amplifier

그림 및그림 및그림 및그림 및2.21 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.21 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.21 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier2.21 SOMAT eDAQ steering wheel sensor amplifier

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그림그림그림그림 2.22 Speedometer2.22 Speedometer2.22 Speedometer2.22 Speedometer

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주행시험 방법주행시험 방법주행시험 방법주행시험 방법4.4.4.4.

가 시험 코스가 시험 코스가 시험 코스가 시험 코스....

마른 아스팔트 노면에서 장착 차량의 한계주행 특성 평가를 위한 시험 방법으ESP

로는 single lane change, double lane change, slalom, sine wave, j-turn,

등의 주행 시험 코스를 선정하였으며 이를 그림 에서steady-state cornering 2.23

까지 도시하였다 시험 코스는 일반적인 시험 코스와 유사하2.28 . ride & handling

지만 과 같은 시험 코스는 차선, single lane change, double lane change, slalom

변경 구간이 매우 짧아 일정 주행 속도 이상에서는 차량의 타이어와 노면 사이의

접착력이 한계 상황에 쉽게 도달하고 차량의 이 크게 일어날 수 있어 시험slip ESP

코스로 적당하나 일반적인 차량의 실차 시험으로는 매우 위험한 시험 코스이다, .

그림 시험그림 시험그림 시험그림 시험2.23 Single lane change2.23 Single lane change2.23 Single lane change2.23 Single lane change 그림 시험그림 시험그림 시험그림 시험2.24 Double lane change2.24 Double lane change2.24 Double lane change2.24 Double lane change

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그림 시험그림 시험그림 시험그림 시험2.25 Slalom2.25 Slalom2.25 Slalom2.25 Slalom

그림 시험그림 시험그림 시험그림 시험2.26 Sine wave2.26 Sine wave2.26 Sine wave2.26 Sine wave 그림 시험그림 시험그림 시험그림 시험2.27 J-turn2.27 J-turn2.27 J-turn2.27 J-turn

그림 시험그림 시험그림 시험그림 시험2.28 Steady-state cornering (r=30m)2.28 Steady-state cornering (r=30m)2.28 Steady-state cornering (r=30m)2.28 Steady-state cornering (r=30m)

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나 실차시험 방법나 실차시험 방법나 실차시험 방법나 실차시험 방법....

본 연구에서는 마른 아스팔트 노면에서 장착 승용차량의 한계주행 특성평가를ESP

위해 선진 장착 차량 과 개발 중인 장착 차량 에 대하여 앞ESP (Audi TT) ESP (GK)

절에서 도시한 바와 같은 시험 장비를 장착한 후 설정된 시험 코스에서 실차 주행

시험을 실시하였다.

장착 차량의 실차 주행시험은 차량이 한계주행상황에서 실시간으로 각 휠의ESP

제동압력 제어를 통해 필요한 회전 모멘트를 유발하여 차량 안정성을 확보하고 시

험 코스를 무사히 통과할 때의 차량 동적 거동 데이터를 측정하는 시험으로서 한,

계주행상화에서 주행 시 순간적으로 운전자의 의도와는 다르게 차량이 되drift out

거나 이 발생될 수 있으며 심한 경우 차량이 전복 될 수 있기 때문에 많spin out ,

은 주의가 필요하다.

본 연구에서는 시에 대한 각 차량의 거동을 비교 평가하기 위해 동ESP ON/OFF ,

일한 시험 코스에서 스위치를 으로 하고 주행속도를 낮은 속도에서 높은ESP ON

속도로 조금씩 증가시켜 개의 휠 중 어떤 휠이라도 브레이크 라인압력이 이4 5bar

상 발생된 때를 제어 초기속도로 간주하였으며 조금씩 주행속도를 더 증가시ESP ,

켜 차량 안정성을 유지하면서 시험 코스를 무사히 통과하는 속도를 최대 주행가능

속도고 설정하였다 이 때 유의할 점은 상태에서 먼저 시험을 수행하여. ESP ON

한계상황이 발생되는 주행 속도를 확인한 후 상태에서의 시험을 수행해ESP OFFf

야만 사고를 예방할 수 있다는 점이다.

두 대의 장착 시험 차량에 대하여 표 에 요약한 바와 같이 각각 가지 방ESP 2.6 6

법으로 실차 주행시험을 실시하였으며 우선 주행 시험을, steady state cornering

통해 가 동작하는 시점의 횡가속도와 등의 중요 제ESP side slip angle, yaw rate

어인자의 수치를 확인한 후 이들 값을 바탕으로, J-turn, single lane change,

순서로 시험을 수행하였다 과double lane change, slalom, sine wave . J-turn

시험의 경우는 주행 속도와 조향 휠 각도를 조절하여 제어 초기속sine wave ESP

도와 최대 주행가속도를 찾아낼 수 있다.

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표 시험 방법표 시험 방법표 시험 방법표 시험 방법2.6 Audi TT, GK,2.6 Audi TT, GK,2.6 Audi TT, GK,2.6 Audi TT, GK,

시험

순서주행 코스

차량 속도

(kph) ESP

on/off

Driving

/Braking

기 타

Audi TT GK Audi TT GK

1Steady-state

cornering

10, 20, 30, ...

Vbest(60)

순차적 증가( )

회R-turn 2

회L-turn 2

(ESP on/off)

DrivingR = 30m

R = 30m

2 J-turn 60, 70 60회L-turn 2

(ESP on/off)Driving

조향각 :

100deg

조향각 :

130deg

3Single lane

change

60

Vbest(80)

60, 65

Vbest(70)ESP on/off Driving

ESP off,

에서90kph

발생drift out !

-

80 80, 85급제동

(ESP on/off)Braking 급제동 동시 동작 특성+ESP

4Double lane

changeVbest(55) Vbest(55) ESP on/off Driving 시험 가능ESP on, 60kph

5 Slalom70,

Vbest(55)Vbest(70) ESP on/off Driving -

6 Sine wave70,

Vbest(80)Vbest(75) ESP on/off Driving

조향각 90deg,

0.35Hz

조향각 90deg,

0.35Hz

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제 절 실차 주행시험 결과제 절 실차 주행시험 결과제 절 실차 주행시험 결과제 절 실차 주행시험 결과4444

시험 결과시험 결과시험 결과시험 결과1. Audi TT1. Audi TT1. Audi TT1. Audi TT

선진 를 장착한 차량에 대하여 실차 주행시험을 수행ESP(TEVES MK 60) Audi TT

하여 차량 동적 특성 및 선진 시스템 특성을 분석하였다ESP .

실차 주행시험 방법은 그림 에서 와 같이2.29 2.34 steady-state cornering, J-turn,

등의 시험 코스에서single lane change, double lane change, slalom, sine wave

시에 대하여 실차 주행시험을 실시하였다ESP ON/OFF .

실차시험 결과는 가 에서 마 에 각각 시험 코스로 나누어 장착 차량의 주행 특. . ESP

성을 총 개의 그래프로 도시하였다 이 결과 그래프는 제어에 있어 중요한4 . ESP

인자들인 등의 차steering angle, lateral acceleration, side slip angle, yaw rate

량 동특성 측정 데이터 의 제어 결과를 알 수 있는 개 휠의 브레이크 라인, ESP 4

압력 측정 데이터 에서 측정한 전륜 휠의 휠 하중과 모멘, wheel force transducer -

트 측정 데이터 후륜 휠의 휠 하중과 모멘트 측정 데이터를 이용하여 그래프로 도, -

시하였다.

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그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.29 Steady-state cornering (Audi TT)2.29 Steady-state cornering (Audi TT)2.29 Steady-state cornering (Audi TT)2.29 Steady-state cornering (Audi TT)

그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.30 J-turn (Audi TT)2.30 J-turn (Audi TT)2.30 J-turn (Audi TT)2.30 J-turn (Audi TT)

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그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.31 Single lane change (Audi TT)2.31 Single lane change (Audi TT)2.31 Single lane change (Audi TT)2.31 Single lane change (Audi TT)

그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.32 Double lane change (Audi TT)2.32 Double lane change (Audi TT)2.32 Double lane change (Audi TT)2.32 Double lane change (Audi TT)

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그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.33 Slalom (Audi TT)2.33 Slalom (Audi TT)2.33 Slalom (Audi TT)2.33 Slalom (Audi TT)

그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.34 Sine wave (Audi TT)2.34 Sine wave (Audi TT)2.34 Sine wave (Audi TT)2.34 Sine wave (Audi TT)

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가 시험 결과가 시험 결과가 시험 결과가 시험 결과. Steady-state cornering. Steady-state cornering. Steady-state cornering. Steady-state cornering

시험은 차량 조향특성을 평가하는 의 대표적인Steady-state cornering open loop

시험으로 이 시험을 통해 가 작동하는 시점에서의ESP lateral acceleration, side

등 차량의 동특성 데이터를 측정하여 다른slip angle, yaw rate, steering angle

시험의 주행속도 및 시험 조건을 도출하였으며 브레이크 라인 압력 데이터를 이용

하여 작동 초기 제어속도를 확인하였다 실차 시험 결과는 그림 에서ESP . 2.35

까지 도시하였으며 상태에서의 차량 동특성 측정 데이터를2.36 , ESP ON/OFF (a)

에 각 휠의 제동압 측정 데이터를 에 휠에서 측정하는 전 후륜의 하중과 모멘, (b) , ㆍ

트를 각각 에 나타내었다(c), (d) .

그림 는 경우의 결과 그래프로 주행속도는 이고 반시계 방향으2.35 ESP ON 60kph

로 회전하였을 때의 측정 데이터를 도시하였다 그래프는. (a) steering angle,

등의 차량 동특성 데이터를 나타낸lateral acceleration, side slip angle, yaw rate

것으로 가 작동하였을 때 은 약 정도 은ESP steering angle 150° , lateral acceleration

정도 은 정도 는 정도 발생함을 볼 수 있0.9g , side slip angle 8° , yaw rate 25°/s

다 그래프는 각 휠에 작동하는 브레이크의 압력을 측정한 데이터를 도시한 것. (b)

으로 반시계 방향으로 회전하는 경우이므로 는 차량 상태가 상황으로Audi TT drift

판단하여 후륜 왼쪽 휠에 비교적 일정한 제동압이 주기적으로 제어함을 볼 수 있

다 는 휠에서 측정된 하중과 모멘트를 측정한 데이터로서 에서는 전륜. (c), (d) , (c)

의 양쪽 휠에 제동압이 걸리지 않이 비교적 일정한 횡력을 가지고 있지만 에서(d)

는 후륜의 왼쪽 휠에 주기적으로 제동압이 작용하여 모멘트도 주기적으로 변화My

함을 알수 있다.

그림 은 상태의 결과 그래프로 경우와 비교 시 차량의 동2.36 ESP OFF ESP ON

작 거동 및 휠에서 발생하는 하중 및 모멘트는 거의 비슷하게 발생함을 볼 수 있

다 그러나 그림 의 결과 그래프에서 시 브레이크 제동압이 걸리. 3.8 (b) ESP OFF

지 않기 때문에 휠 모멘트는 변화가 없음을 확인할 수 있다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전류휠 하중 및 모멘트 전류휠 하중 및 모멘트 전류휠 하중 및 모멘트 전류(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

힐 하중 및 모멘트 후륜힐 하중 및 모멘트 후륜힐 하중 및 모멘트 후륜힐 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.35 Steady-state cornering (L-turn, 60kph, ESP ON)2.35 Steady-state cornering (L-turn, 60kph, ESP ON)2.35 Steady-state cornering (L-turn, 60kph, ESP ON)2.35 Steady-state cornering (L-turn, 60kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전류휠 하중 및 모멘트 전류휠 하중 및 모멘트 전류휠 하중 및 모멘트 전류(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

힐 하중 및 모멘트 후륜힐 하중 및 모멘트 후륜힐 하중 및 모멘트 후륜힐 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.36 Steady-state cornering (L-turn, 60kph, ESP OFF)2.36 Steady-state cornering (L-turn, 60kph, ESP OFF)2.36 Steady-state cornering (L-turn, 60kph, ESP OFF)2.36 Steady-state cornering (L-turn, 60kph, ESP OFF)

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나 시험 결과나 시험 결과나 시험 결과나 시험 결과. J-turn. J-turn. J-turn. J-turn

시험은 과도상태에서 차량의 응답특성을 평가하는 시험으로J-turn steady-state

시험과 마찬가지로 상태에서 를 평가할 수 있다 실차 시cornering open loop ESP .

험 결과는 그림 에서 까지 도시하였으면 상태에서의 차량2.37 2.38 ESP ON/OFF

동특성 측정 데이터를 에 각 휠의 제동압 측정 데이터를 에 휠에서 측정되(a) , (b) ,

는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각각 에 나타내었다(c), (d) .ㆍ

그림 은 경우의 결과 그래프로 주행속도는 이고 반시계 반향으2.37 ESP ON 70kph

로 회전하였을 때의 측정 데이터를 도시하였다 그래프는 가 작동할 때. (a) ESP

은 약 정도 은 정도steering angle 100° , lateral acceleration 0.8g , side slip angle

은 정도 는 정도에서 발생함을 달 수 있다 그래프는 각 휠8° , yaw rate 25°/s . (b)

에 작동하는 브레이크 압력을 측정한 데이터를 도시한 것으로 반시계 방향으로 회

전하는 경우이므로 는 차량 상태가 상황으로 판단하여 후륜 왼쪽 휠에Audi TT drift

제동압을 가해주고 있음을 볼 수 있으며 전륜 오른쪽 휠은 약 정도의 미소한4bar

제동압이 작동하였으나 차량의 거동에 영향을 줄 정도의 모멘트를 발생하지 않았으

며 이를 그림 에서 확인할 수 있다(c), (d) .

그림 은 상태의 결과 그래프로 경우와 비교 시 차량의 동2.38 ESP OFF ESP ON

적 거동 휠에서 발생하는 하중 및 모멘트는 거의 비슷하게 발생함을 볼 수 있다, .

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.37 J-turn (70kph, ON)2.37 J-turn (70kph, ON)2.37 J-turn (70kph, ON)2.37 J-turn (70kph, ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.38 J-turn (70kph, OFF)2.38 J-turn (70kph, OFF)2.38 J-turn (70kph, OFF)2.38 J-turn (70kph, OFF)

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다 시험 결과다 시험 결과다 시험 결과다 시험 결과. Single lane change. Single lane change. Single lane change. Single lane change

시험은 의 대표적인 시험으로 장애물 회피 등 차량Single lane change close loop

의 위험 상황에서 의 특성을 평가할 수 있는 시험이다 실차 시험 결과 중 그ESP .

림 에서 까지는 급제동을 하지 않은 경우의 결과를 도시하였으며 그림2.39 2.40 ,

에서 까는 급제동을 한 경우의 결과를 도시하였고 상태에2.41 2.42 , ESP ON/OFF

서의 차량 동특성 측정데이터를 에 각 휠의 제동압 측정 데이터를 에 휠에(a) , (b) ,

서 측정되는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각각 에 나타내었다 그림 는(c), (d) . 3.39ㆍ

경우의 결과 그래프로 주행속도는 로 주행하였을 때의 측정 데이터ESP ON 80kph

를 도시하였다 그래프는. (a) Steering angle, lateral acceleration, side slip angle,

등의 차량 동특성 데이터를 나타낸 것으로 그림에서 약 초 구간에서yaw rate 2.2

이 일정하게 유지되며 과다한 이 발생함을 볼 수 있lateral acceleration slip angle

는데 이는 차량이 이때 주행한계를 넘어서서 타이어와 노면사이에 이 발slip angle

생되었음 알 수 있다 그래프는 각 휠에 작동하는 브레이크 압력을 측정한 데. (b)

이터를 도시한 것으로 초 구간과 초 구간에서 가 작동하여 전륜 오른쪽 바퀴2 3 ESP

에서 제동압이 발생하였으며 이를 그림 의 휠 모멘트 그래프에서 확인(c) - FR_My

할 수 있다 그림 은 상태의 결과 그래프로 경우와 비교 시. 2.40 ESP OFF ESP ON

차량의 동적 거동 및 휠에서 발생하는 하중 및 모멘트는 거의 비슷한 경향이 발생

함을 볼 수 있으나 그림 결과 그래프에서 초 구간에서 전륜쪽에 일정 모멘트(c) 3

가 작용하고 있으며 이는 주행 속도를 맞추기 위해 차량이 가속되고 있음을 알 수

있다 또한 시 브레이크 제동압이 걸리지 않기 때문에 휠 모멘트는 변화. ESP OFF

가 없음을 확인할 수 있다 또한 의 주행코스에서. single lane change ESP

시 급제동에 따른 의 특성을 분석하였으며 그림 과 에 도시ON/OFF ESP 2.41 2.42

하였다 그림 과 의 에 도시한 바와 같이 급제동 시 가 작동하여. 2.41 2.42 (b) ESP

브레이크 압력 그래프가 확연히 구분됨을 알 수 있으며 작동에 의한 차량의ESP

거동도 확연히 다름을 알 수 있다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.39 Single lane change (80kph, ESP ON)2.39 Single lane change (80kph, ESP ON)2.39 Single lane change (80kph, ESP ON)2.39 Single lane change (80kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

SSSS

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.40 Single lane change (80kph, ESP OFF)2.40 Single lane change (80kph, ESP OFF)2.40 Single lane change (80kph, ESP OFF)2.40 Single lane change (80kph, ESP OFF)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림 급제동그림 급제동그림 급제동그림 급제동2.41S ingle lane change (80kph, ON)2.41S ingle lane change (80kph, ON)2.41S ingle lane change (80kph, ON)2.41S ingle lane change (80kph, ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림 급제동그림 급제동그림 급제동그림 급제동2.42 Single lane change (80kph, OFF)2.42 Single lane change (80kph, OFF)2.42 Single lane change (80kph, OFF)2.42 Single lane change (80kph, OFF)

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라 시험 결과라 시험 결과라 시험 결과라 시험 결과. Double lane change. Double lane change. Double lane change. Double lane change

시험은 시험과 마찬가지로 의Double lane change single lane change close loop

대표적인 시험으로 차선 변경 등의 위험 상황에서 의 특성을 평가 할 수 있는ESP

시험이다 실차 시험 결과는 그림 에서 까지 도시하였으며. 2.43 2.44 ESP ON/OFF

상태에서의 차량 동특성 측정 데이터를 에 각 휠의 제동압 측정 데이터를(a) , (b)

에 휠에서 측정되는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각각 에 나타내었다, (c), (d) .ㆍ

그림 은 경우의 결과 그래프로 주행속도 로 주행하였을 때의2.43 ESP ON 55kph

측정 데이터를 도시하였다 그래프. (a) steering angle, lateral acceleration, side

등의 차량 동특성 데이터를 나타낸 것으로 그래프에서slip angle, yaw rate lateral

이 정도 이 이상 가 이상의 과도acceleration 0.9% , slip angle 10° , yaw rate 30°/s

한 주행상황임을 확인할 수 있고 그래프 에서 작동에 따른 회전 모멘, (c), (d) ESP

트의 발생을 확인할 수 있다.

그림 는 상태의 결과 그래프로 경우와 비교 시 차량의 동2.44 ESP OFF ESP ON

적 거동 및 휠에서 발생하는 하중 및 모멘트는 거의 비슷한 경향이 발생함을 볼 수

있다.

시험의 경우 제 절기 평가 방안 제시 부분에서 상세Double lane change 5 ESP

한 평가내용을 기술하였다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.43 Double lane change (55kph, ESP ON)2.43 Double lane change (55kph, ESP ON)2.43 Double lane change (55kph, ESP ON)2.43 Double lane change (55kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.44 Double lane change (55kph, ESP OFF)2.44 Double lane change (55kph, ESP OFF)2.44 Double lane change (55kph, ESP OFF)2.44 Double lane change (55kph, ESP OFF)

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마 연속 조향 입력 시험 결과마 연속 조향 입력 시험 결과마 연속 조향 입력 시험 결과마 연속 조향 입력 시험 결과....

연속 조향 입력 시험은 주파수 영역에서의 차량의 응답특성을 평가하는 시험으로

본 연구에서는 일정 시험코스를 따라 주행하여 차량을 평가하는 시험과 일slalom

정한 를 조향입력으로 하여 평가하는 입력 조향 시험을 각각sine wave sine wave

실시하였다.

시험 결과는 그림 에서 까지 도시하였으며 상태에서Slalom 2.45 2.46 ESP ON/OFF

의 차량 동특성 측정 데이터를 에 각 휠의 제동압 측정 데이터를 에 휠에서(a) , (b) ,

측정되는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각각 에 나타내었다(c), (d) .ㆍ

그림 는 경우의 시험 결과 그래프로 주행속도가 일 때2.45 ESP ON slalom 80kph

의 측정 데이터를 도시하였다 그래프는. (a) steering angle, lateral acceleration,

등의 차량 동특성 데이터를 나타낸 것으로 일정 주행코side slip angle, yaw rate

스를 같은 속도로 주행하기 때문에 후반부의 주행 시는 steering angle, lateral

등 모든 데이터가 증가함을 볼 수 있으며 그래프 에서acceleration, yaw rate (b)

후반부로 주행하였을 때 차량은 주행 안정성을 확보하기 위해 가 작동하여 브ESP

레이크 압력이 점점 더 커짐을 알 수 있다 또한 그래프 에서 타이어의 횡. (c), (d)

력은 작동에 의해 시험코스 후반부로 진행해도 타이어의 횡력 발생이 증가하ESP

지 않고 일정하게 발생함을 알 수 있다.

그림 은 의 시험 결과로 차량 동특성 데이터는 경우와 비슷2.46 ESP OFF ESP ON

한 경향을 보이나 그래프 의 모멘트의 발생이 시험코스 후반부에 진행하면(c), (d)

서 차량의 횡력이 점점 더 증가함을 볼 수 있으며 횡력이 최고점에서 일정 부분 유

지를 하고 있어 차량이 거의 주행한계 상창에 도달하여 노면과 타이어에서 이slip

발생함을 알 수 있다.

조향 입력 시험은 운전자가 일정한 파를 조향 입력하여 차량의 특Sine wave sine

성을 평가하는 시험 결과로 시험 결과를 그림 에서 에 시2.47 2.48 ESP ON/OFFF

의 측정 데이터를 도시하였다 그림 에서 조향 입력이 일정하게 유지하고. 2.48 (a)

있기 때문에 차량 동특성의 각 데이터는 일정한 크기로 발생함을 알 수 있으며 그

래프 에서 미소량의 에 의한 브레이크 압력이 발생하고 있다(b) ESP .

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그래프 의 그래프에서도 일정한 하중과 모멘트가 발생함을 알 수 있으며 그(c), (d)

림 의 시의 시험 결과와 비교해 보았을 때 커다란 차이가 발생하지2.48 ESP OFF

않았다 이는 파의 조향입력에 의해 일정한 조향을 줌으로써 차량의 응답특성. sine

이 일정하여 속도를 높여도 차량이 주행 안정성을 확보하는 것으로 판단하여 ESP

가 쉽게 작동하지 않는 것으로 판단된다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.45 Slalom (80kph, ESP ON)2.45 Slalom (80kph, ESP ON)2.45 Slalom (80kph, ESP ON)2.45 Slalom (80kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.46 Slalom (80kph, ESP OFF)2.46 Slalom (80kph, ESP OFF)2.46 Slalom (80kph, ESP OFF)2.46 Slalom (80kph, ESP OFF)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.47 Sine wave (80kph, ESP ON)2.47 Sine wave (80kph, ESP ON)2.47 Sine wave (80kph, ESP ON)2.47 Sine wave (80kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.48 Sine wave (80kph, ESP OFF)2.48 Sine wave (80kph, ESP OFF)2.48 Sine wave (80kph, ESP OFF)2.48 Sine wave (80kph, ESP OFF)

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시험 결과시험 결과시험 결과시험 결과2. GK2. GK2. GK2. GK

현재 주 만도에서 개발 중인 시스템을 장착한 차량에 대하여 전절에서 기( ) ESP GK

술한 동일한 시험 방법으로 그림 에서 와 같이2.49 2.54 steady-state cornering,

등의 시험J-turn, single lane change, double lane change, slalom, sine wave

코스에서 시에 대하여 실차 시험을 실시하였다ESP ()N/OFF .

실차시험 결과는 각각의 시험 코스로 나누어 장착 차량의 주행 특성을 총 개ESP 4

의 그래프로 도시하였다 이 결과 그래프는 제어에 있어 중요한 인자들인. ESP

등의 차량 동특성steering angle, lateral acceleration, side slip angle, yaw rate

측정 데이터 의 제어 결과를 알 수 있는 개의 휠 브레이크 라인 압력 측정, ESP 4

데이터 에서 측정한 전륜 휠에 걸리는 휠 하중과 모멘트, wheel force transducer -

데이터 후륜 좌우 휠에 걸리는 휠 하중과 모멘트 데이터를 이용하여 그래프로 도, -

시하였다.

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그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.49 Steady-State cornering (GK)2.49 Steady-State cornering (GK)2.49 Steady-State cornering (GK)2.49 Steady-State cornering (GK)

그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.50 J-turn (GK)2.50 J-turn (GK)2.50 J-turn (GK)2.50 J-turn (GK)

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그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.51 Single lane change (GK)2.51 Single lane change (GK)2.51 Single lane change (GK)2.51 Single lane change (GK)

그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.52 Double lane change (GK)2.52 Double lane change (GK)2.52 Double lane change (GK)2.52 Double lane change (GK)

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그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.53 Slalom (GK)2.53 Slalom (GK)2.53 Slalom (GK)2.53 Slalom (GK)

그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면그림 시험장면2.54 Sine wave (GK)2.54 Sine wave (GK)2.54 Sine wave (GK)2.54 Sine wave (GK)

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가 시험 결과가 시험 결과가 시험 결과가 시험 결과. Steady-state cornering. Steady-state cornering. Steady-state cornering. Steady-state cornering

시험은 차량과 마찬가지로 이 시험을 통해 가Steady-state cornering Audi TT ESP

작동하는 시점에서 lateral acceleration, side slip angle, yaw rate, steering angle

등 차량의 동특성 데이터를 측정하여 다른 시험의 주행속도 및 시험 조건을 도출하

였으며 브레이크 라인 압력 데이터를 이용하여 작동 초기 제어 속도를 확인하ESP

였다.

실차 시험 결과는 그림 에서 까지 도시하였으며 상태에서의2.55 2.56 ESP ON/OFF

차량 동특성 측정 데이터를 에 각 휠의 제동압 측정 데이터를 에 휠에서 측(a) , (b) ,

정되는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각각 에 나타내었다(c), (d) .ㆍ

그림 은 경우의 결과 그래프로 주행 속도는 이고 반시계 방향2.55 ESP ON 60kph

으로 회전하였을 때의 측정 데이터를 도시하였다 그래프는. (a) steering angle,

등의 차량 동특성 데이터를 나타낸lateral acceleration, side slip angle, yaw rate

것으로 가 작동하였을 때 은 약 정도 은ESP steering angle 130° , lateral acceleration

정도 은 정도 는 정도 발생함을 볼 수 있0.8g , side slip angle 13° , yaw rate 27°/s

다 그래프는 각 휠에 작동하는 브레이크의 압력을 측정한 데이터를 도시한 것. (b)

으로 반시계 방향으로 회전하는 경우이므로 는 차량 상태가 상황으로 판ESP drift

단하여 후륜 왼쪽 휠에 제동압을 발생시키고 초 이후 구간에서 비교적 일정한 제, 2

동압을 주기적으로 제어하고 있다 이는 어느 정도 크기를 갖은 제동압을 계속 발.

생하고 있어 차량 특성에 의해 와는 제동압 제어 곡선이 약간 다르게GK Audi TT

발생함을 알 수 있다 는 휠에서 측정된 하중과 모멘트를 측정한 데이터로. (c), (d)

에서는 전륜의 양쪽 휠에 제동압이 걸리지 않아 비교적 일정한 횡력을 유지하고(c)

있지만 에서는 후륜의 왼쪽 휠에 에 의한 제동압이 작용하여 모멘트 변(d) ESP My

화가 발생함을 볼 수 있다.

그림 은 상태의 결과 그래프로 경우와 비교 시 차량의 동2.56 ESP OFF ESP ON

적 거동 및 휠에서 발생하는 하중 및 모멘트가 거의 비슷한 경향을 보이고 있고,

의 결과 그래프에서 시 브레이크 제동압이 걸리지 않기 때문에 휠 모(b) ESP OFF

멘트 변화가 없음을 확인할 수 있다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.55 Steady-state cornering (60kph, ESP ON)2.55 Steady-state cornering (60kph, ESP ON)2.55 Steady-state cornering (60kph, ESP ON)2.55 Steady-state cornering (60kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.56 Steady-state cornering (60kph, ESP OFF)2.56 Steady-state cornering (60kph, ESP OFF)2.56 Steady-state cornering (60kph, ESP OFF)2.56 Steady-state cornering (60kph, ESP OFF)

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나 시험 결과나 시험 결과나 시험 결과나 시험 결과. J-turn. J-turn. J-turn. J-turn

시험은 과도상태에서 차량의 응답특성을 평가하는 시험으로 상J-turn open loop

태에서 시스템을 평가할 수 시험이다 실차 시험 결과는 그림 에서ESP . 2.57 2.58

까지 도시하였으며 상태에서의 차량 동특성 측정 데이터를 에 각ESP ON/OFF (a) ,

휠 제동압 측정 데이터를 에 휠에서 측정되는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각(b) , ㆍ

각 에 나타내었다(c), (d) .

그림 은 경우의 결과 그래프로 주행속도는 이고 반시계 방향2.57 ESP ON 60kph

으로 회전하였을 때의 측정 데이터를 도시하였다 그래프는 가 작동할 때. (a) ESP

은 약 정도 은 정도steering angle 130° , lateral acceleration 0.8g , side slip angle

은 정도 는 정도 발생함을 볼 수 있다 그래프는 각 휠에13° , yaw rate 25°/s . (b)

작동하는 브레이크 압력을 측정한 데이터를 도시한 것으로 반시계 방향으로 회전하

는 경우이의로 는 차량 상태가 상황으로 판단하여 후륜 왼쪽 휠에 제ESP GK drift

동압을 가해주고 있음을 볼 수 있다 또한 는 제동압의 패턴이 삼각형 파형. Audi TT

을 나타내고 있으나 의 경우는 삼각파에서 약간 변형된 제동압이 작용하고 있어GK

이 부분에서 약간 차이가 발생하고 이를 그래프 에서 확인할 수 있으며 후(c), (d)

륜의 왼쪽 바퀴는 횡력 가 근처에서 발생해 타이어와 노면의 접촉이 거의 없음Fy 0

을 알 수 있다.

그림 는 상태의 결과 그래프 경우와 비교 시 제어가2.58 ESP OFF ESP ON ESP

자동되어 차량의 동적 거동 휠에서 발생하는 하중 및 모멘트는 약간의 차이가 있,

음을 볼 수 있다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.57 J-turn (60kph, ESP ON)2.57 J-turn (60kph, ESP ON)2.57 J-turn (60kph, ESP ON)2.57 J-turn (60kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.58 J-turn (60kph, ESP OFF)2.58 J-turn (60kph, ESP OFF)2.58 J-turn (60kph, ESP OFF)2.58 J-turn (60kph, ESP OFF)

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다 시험 결과다 시험 결과다 시험 결과다 시험 결과. Single lane change. Single lane change. Single lane change. Single lane change

국내 장착 차량의 시험 결과 그림 에서 까지 도ESP Single lane change 2.59 2.60

시하였으며 상태에서의 차량 동특성 측정 데이터를 에 각 휠의ESP ON/OFF (a) ,

제동압 측정 데이터를 에 휠에서 측정되는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각각(b) , ㆍ

에 나타내었다(c), (d) .

그림 은 경우의 결과 그래프로 주행소고 로 주행하였을 때에2.59 ESP ON 65kph

데이터를 도시하였다 그래프는. (a) steering angle, lateral acceleration, side slip

등의 차량 동특성 데이터를 나타낸 것으로 작동이angle, yaw rate ESP Audi TT

보다는 낮은 주행속도에서 작동하고 그래프 에서 차량이 주행코스를 진입 후, (b)

과도한 주행으로 과 이 크게 발생하여 전륜 오른쪽lateral acceleration slip angle

휠에서 에 의한 제동압이 발생하고 후 반부에서는 전륜 왼쪽 휠에서 제동압이ESP

발생함을 볼 수 있다 이는 과도한 주행 한계 상황으로 차량이 상황으로. spin-out

판단하고 있음을 알 수 있다.

그림 은 상태의 결과 그래프로 경우와 비교 시 차량의 동2.60 ESP OFF ESP ON

적 거동 및 휠에서 발생하는 하중 및 모멘트는 거의 비슷한 경향이 발생함을 볼 수

있다 결과 그래프에서는 전륜 쪽에 일정한 모멘트가 작용하여 차량의 주행 속. (c)

도를 일정하게 유지함을 알 수 있다.

또한 의 주행코스에서 시 작용에 따른Single lane change ESP ON/OFF ABS ESP

의 특성을 분석하였으며 이를 그림 와 에 도시하였다 그림 과 의2.61 2.62 . 2.61 2.62

에 도시한 바와 같이 급제동 시 가 작동하여 브레이크 압력 그래프가(b) ESP ESP

대비 많은 차이가 발생하고 있으며 경우 시 제동 패턴이 전륜OFF GK ESP OFF

의 왼쪽 휠과 후륜의 오른쪽 휠 전륜의 오른쪽 휠과 후륜의 왼쪽 휠이 비슷한 제,

어 패턴을 가지고 있음을 알 수 있으며 시는 에 의한 작동 제동압으, ESP ON ESP

로 인해 제어 패턴이 확연이 다르게 나타나고 있다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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- 96 -

휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.59 Single lane change(65kph, ESP ON)2.59 Single lane change(65kph, ESP ON)2.59 Single lane change(65kph, ESP ON)2.59 Single lane change(65kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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- 98 -

휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.60 Single lane change(65kph, ESP OFF)2.60 Single lane change(65kph, ESP OFF)2.60 Single lane change(65kph, ESP OFF)2.60 Single lane change(65kph, ESP OFF)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림 급제동그림 급제동그림 급제동그림 급제동2.61 Single lane change(85kph, ON)2.61 Single lane change(85kph, ON)2.61 Single lane change(85kph, ON)2.61 Single lane change(85kph, ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

Page 102: KATECH-ON6201-2004 ESP 장착 승용차량 한계주행 특성평가 … · 2011-12-20 · - ESP data개발 중인 시스템의 주행특성 계측 및 를 활용 - W.F.T. 측정

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림 급제동그림 급제동그림 급제동그림 급제동2.62 Single lane change(85kph, OFF)2.62 Single lane change(85kph, OFF)2.62 Single lane change(85kph, OFF)2.62 Single lane change(85kph, OFF)

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바 시험 결과바 시험 결과바 시험 결과바 시험 결과. Double lane change. Double lane change. Double lane change. Double lane change

시험 결과는 그림 에서 까지 도시하였으며Double lane change 2.63 2.64 ESP

상태에서의 차량 동특성 측정 데이터를 에 각 휠의 제동압 측정 데이ON/OFF (a) ,

터를 에 휠에서 측정되는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각각 에 나타내(b) , (c), (d)ㆍ

었다.

그림 는 경우의 결과 그래프로 주행속도 로 주행하였을 때의2.63 ESP ON 55kph

측정 데이터를 도시하였다 그래프는. (a) steering angle, lateral acceleration, side

등의 차량 동특성 데이터를 나타낸 것으로 그래프에서slip angle, yaw rate lateral

이 정도로 발생하고 최고점에서 일정하게 유지함을 볼 수 있어acceleration 0.9g

이미 과도한 한계 주행상황임을 확인할 수 있으며 차선을 변경할 때 가 작동, ESP

함을 그래프 의 제통압 그래프에서 확인할 수 있다 그래프 에서는 구동력과(b) . (c)

작동에 의한 회전 모멘트의 발생이 동시 작용함을 확인할 수 있다ESP .

그림 는 상태의 결과 그래프로 경우와 비교 시 차량의 동2.64 ESP OFF ESP ON

절 거동 및 휠에서 발생하는 하중 및 모멘트는 거의 비슷한 경향이 발생함을 볼 수

있다.

시험의 경우 제 절의 평가 방안 제시 부분에서 상세Double lane change 5 ESP

한 평가내용을 기술하였다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

Page 105: KATECH-ON6201-2004 ESP 장착 승용차량 한계주행 특성평가 … · 2011-12-20 · - ESP data개발 중인 시스템의 주행특성 계측 및 를 활용 - W.F.T. 측정

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.63 Double lane change(55kph, ON)2.63 Double lane change(55kph, ON)2.63 Double lane change(55kph, ON)2.63 Double lane change(55kph, ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.64 Double lane change(55kph, OFF)2.64 Double lane change(55kph, OFF)2.64 Double lane change(55kph, OFF)2.64 Double lane change(55kph, OFF)

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바 연속 조향 입력 시험 결과바 연속 조향 입력 시험 결과바 연속 조향 입력 시험 결과바 연속 조향 입력 시험 결과....

국내 장착 차량도 일정 주행코스를 따라 주행하여 를 평가하는 시ESP ESP slalom

험과 일정한 를 조향 입력하여 평가하는 입력 조향 시험을 실sine wave sine wave

시하였다.

시험 결과는 그림 에서 까지 도시하였으며 상태에서Slalom 2.65 2.66 ESP ON/OFF

의 차량 동특성 측정 데이터를 에 각 휠의 제동압 측정 데이터를 에 휠에서(a) , (b) ,

측정되는 전 후륜의 하중과 모멘트를 각각 에 나타내었다(c), (d) .ㆍ

그림 는 경우의 시험 결과 그래프로 주행속도가 일 때2.65 ESP ON slalom 70kph

의 측정데이터를 도시하였다 그래프는. (a) steering angle, lateral acceleration,

등의 차량 동특성 데이터를 나타낸 것으로 의side slip angle, yaw rate Audi TT

시험 결과와 같이 주행코스를 일정한 속도로 주행하기 때문에 후반부의 주행 시는

등 모든 데이터가 증가함을 볼 수steering angle, lateral acceleration, yaw rate

있으며 그래프 에서 후반부로 주행하였을 때 차량의 주행 안정성을 확보하기 위(b)

해 가 각 휠에 브레이크 압력을 가해줌을 알 수 있다 또한 그래프 에ESP . (c), (d)

서 주행코스 후반부에 진행할 때 는 작동하고 있으나 와는 달리 타이어ESP Audi TT

의 횡력이 증가하고 있어 차량이 이미 한계주행 상황으로 접어들어 있다고 사료된

다.

그림 은 의 시험 결과로 차량 동특성 데이터는 경우와 비슷2.66 ESP OFF ESP ON

한 경향을 보이고 있으며 그래프 의 모멘트의 발생이 주행코스 후반부에 진(c), (d)

행하면서 차량의 횡력이 점점 더 증가함을 볼 수 있다.

조향 입력 시험 결과는 그림 에서 에 시의 측정Sine wave 2.67 2.68 ESP ON/OFF

데이터를 도시하였다 그림 에서 조향 입력이 일정하게 유지하고 있기 때. 2.67 (a)

문에 차량 동특성의 각 데이터는 일정한 크기로 발생함을 알 수 있으며 그래프 (b)

에서 후륜의 오른쪽 휠과 왼쪽 휠에 미소량의 에 의한 브레이크 압력이 발생하ESP

고 있다 그래프 에서도 일정한 하중과 모멘트가 발생함을 알 수 있으며 그. (c), (d)

런 의 시의 시험 결과와 비교해 보았을 때 커다란 차이가 발생하지2.68 ESP OFF

않았다.

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이는 파의 조향입력에 의해 일정한 조향을 가짐으로써 차량의 응답특성이 일정sine

하여 속도를 높여도 차량이 주행 안정성을 확보하고 있는 것으로 판단하여 가ESP

쉽게 작동하지 않음을 알 수 있다.

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.65 Slalom (70kph, ESP ON)2.65 Slalom (70kph, ESP ON)2.65 Slalom (70kph, ESP ON)2.65 Slalom (70kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.66 Slalom (70kph, ESP OFF)2.66 Slalom (70kph, ESP OFF)2.66 Slalom (70kph, ESP OFF)2.66 Slalom (70kph, ESP OFF)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.67 Sine wave (75kph, ESP ON)2.67 Sine wave (75kph, ESP ON)2.67 Sine wave (75kph, ESP ON)2.67 Sine wave (75kph, ESP ON)

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차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터차량 동특성 데이터(a)(a)(a)(a)

각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압각 휠의 제동압(b)(b)(b)(b)

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휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜휠 하중 및 모멘트 전륜(c) ( )(c) ( )(c) ( )(c) ( )

휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜휠 하중 및 모멘트 후륜(d) ( )(d) ( )(d) ( )(d) ( )

그림그림그림그림 2.68 Sine wave (75kph, ESP OFF)2.68 Sine wave (75kph, ESP OFF)2.68 Sine wave (75kph, ESP OFF)2.68 Sine wave (75kph, ESP OFF)

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제 절 특성 평가 방안제 절 특성 평가 방안제 절 특성 평가 방안제 절 특성 평가 방안5 ESP5 ESP5 ESP5 ESP

는 과도한 조향이나 타이어와 노면의 비선형 접촉에 의해 발생하는 차량 한계ESP

주행상황을 판단하여 차량의 위험상황을 적극적으로 예방 대처할 수 있도록 제어,

함으로써 주행안정성을 확보하는 안전시스템이다.

시스템을 평가하기 위해서는 먼저 주행 안정성 조종 안정성 등의 차량 동적ESP ,

특성을 파악하여야 한다.

현재 차량의 주행안정성을 확보하기 위해 를 개발하는 부품업체들은 각 차량의ESP

한계 주행상황에 대한 정의에 따라 다양한 제어로직을 개발하고 있으며 최종적으로

는 주로 주관적 평가에 의한 개선과정을 통하여 제어로직 내부의 세부 특성 값들을

조정한다 그러나 전문 운전자에 의한 주관적인 평가방법을 사용하여 제어로직을.

개발하는 것은 시험의 반복성 및 정확성이 떨어지며 많은 에러 를 내포하고(error)

있는 것이 현실이다 이를 개선하기 위해 최근에는 정밀도가 높은 측정센서를 인용.

한 객관적 평가 방법이 연구되고 있다.

본 절에서는 특성을 평가하기 위해 정밀도가 높은 측정센서를 이용하여 각 주ESP

행 시험 조건으로 실차 주행시험을 실시하였으며 시험에서 측정된 각 데이터를 분

석하여 선진 장착 차량과 국내 개발 장착 차량의 시험 결과를 정리하였ESP ESP

으며 각 시험 모드별 즉 시험과 시험에 대한 평가 방안을open loop close loop

기술하였다.

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시험 평가시험 평가시험 평가시험 평가1. Open loop1. Open loop1. Open loop1. Open loop

가 시험 평가가 시험 평가가 시험 평가가 시험 평가. Steady-state cornering. Steady-state cornering. Steady-state cornering. Steady-state cornering

1) Under-steer gradient curve (lateral accel. - steering angle curve)

그림 에 나타낸 는 축에 횡가속도2.69 under-steer gradient curve X- (lateral

축에 조향휠 각도 를 나타낸 것으로서 일정acceleration), Y- (steering wheel angle)

반경 의 원형 시험 코스를 최대주행가능속도 까지(30m) 10kph, 20kph, , 60kph( )…

서서히 속도를 증가시키며 선회한 시험 결과를 도시한 것이다 그림에 도시한 바와.

같이 차량의 경우 시의 횡가속도에 대한 조향각의 특성 값은 횡GK ESP ON/OFF

가속도가 까지는 거의 일치하지만 이상의 한계 상황에서 시0.7g , 0.7g ESP OFF

의 횡가속도에 대한 조향각 곡선의 기울기는 급격히 증가하는 반면 시에, ESP ON

는 기울기가 상대적으로 완만하게 증가함을 볼 수 있다 이는 시 한계 주. ESP ON

행상황에서는 가 작동하여 제어 바퀴에 제동 압력이 가해져 보상ESP yaw moment

에 의해 조종 안정성 및 차량 안정성을 확보하기 때문이다.

그림그림그림그림 2.69 Under-steer gradient2.69 Under-steer gradient2.69 Under-steer gradient2.69 Under-steer gradient

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2) (Yaw rate/lateral acceleration/slip angle) - Brake pressure curve

그림 과 는 를 장착한 차량과 차량의2.70 2.71 ESP GK Audi TT steady-state

시험에서 각 차량 동특성에 대한 응답 특성을 나타낸 것으로서cornering ESP

제어의 중요 인자인 횡가속도 와ESP (lateral acceleration) yaw rate, side slip

에 대한 제어 발생 시점을 한눈에 볼 수 있는 유용한 그래프이다angle ESP .

그림에서 도시한 바와 같이 횡가속도에 대한 제동 압력 곡선 에 대한 제, yaw rate

동 압력 곡선 에 대한 제동 압력 곡선을 도시하여 장착 차량, side slip angle , ESP

이 한계 주행 중 가 작동하는 초기 시점의 동특성 값을 확인할 수 있다 그림ESP .

과 그림 에 도시한 그래프를 통해 를 장착한 두 시험 차량이 한계 상2.70 2.71 ESP

황에서 제어가 발생되는 시점의 동특성 값을 표 에 요약하였다2.7 .

표 제어 발생시점의 동특성 값 비교 시험표 제어 발생시점의 동특성 값 비교 시험표 제어 발생시점의 동특성 값 비교 시험표 제어 발생시점의 동특성 값 비교 시험2.7 (steady-state cornering )2.7 (steady-state cornering )2.7 (steady-state cornering )2.7 (steady-state cornering )

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그림 의 정상상태 한계주행 특성그림 의 정상상태 한계주행 특성그림 의 정상상태 한계주행 특성그림 의 정상상태 한계주행 특성2.70 GK2.70 GK2.70 GK2.70 GK

그림 의 정상상태 한계주행 특성그림 의 정상상태 한계주행 특성그림 의 정상상태 한계주행 특성그림 의 정상상태 한계주행 특성2.71 Audi TT2.71 Audi TT2.71 Audi TT2.71 Audi TT

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나 시험 평가나 시험 평가나 시험 평가나 시험 평가. J-turn. J-turn. J-turn. J-turn

시험에서 시의 차량 동특성 데이터인 횡가속도J-turn ESP ON/OFF (lateral

나 등을 그래프 상에서 평가acceleration) side slip angle, yaw rate time history

하는 것은 그림 와 같이 그 차이가 매우 작아 평가하피 어렵기 때문에 여기에2.72

서는 응답 동특성 평가와 차량 제적을 통해 평가하는 방안을 제안 하였다ESP .

그림 차량 동특성 그래프 비교 시험그림 차량 동특성 그래프 비교 시험그림 차량 동특성 그래프 비교 시험그림 차량 동특성 그래프 비교 시험2.72 time history (J-turn )2.72 time history (J-turn )2.72 time history (J-turn )2.72 time history (J-turn )

응답 동특성 평가 응답 속도1) ESP ( )

그림 에서 시험 결과를 보면 정상원 선회 시험의 한계 주행 상황에서2.73 J-turn ,

확인된 제어 발생 시점의 동특성 값 횡가속도 에ESP ( , yaw rate, side slip angle)

도달한 이후 얼마간의 시간이 흐른 후에 제어 동작이 발생되어 브레이크 압력ESP

이 형성되는 것을 알 수 있어 의 제어 응답 특성을 측정할 수 있다, ESP .

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이러한 제어 응답 속도는 시스템의 중요한 평가 항목이 될 수 있다고 판단되ESP

며 차량의 시험에서 횡가속도에 대한 제어 응답 속도의 차이를 표, J-turn ESP 2.8

에 요약하였다 여기에서 응답 속도의 초기 기준점은 정상상태 횡가속도의 도. 90%

달 시점에서 설정하였다.

표 제어 응답 속도 비교 시험표 제어 응답 속도 비교 시험표 제어 응답 속도 비교 시험표 제어 응답 속도 비교 시험2.8 (J-turn )2.8 (J-turn )2.8 (J-turn )2.8 (J-turn )

동특성 항목제어 응답 속도

GK Audi TT

Lateral acceleration 1.155 sec (0.72 g) 1.069 sec (0.78 g)

그림 응답 속도 비교 시험그림 응답 속도 비교 시험그림 응답 속도 비교 시험그림 응답 속도 비교 시험2.73 ESP (J-turn )2.73 ESP (J-turn )2.73 ESP (J-turn )2.73 ESP (J-turn )

차량 제적에 의한 평가2)

일반 차량의 경우 언더스티어 특성을 가지는데 시험에 사용된(under-steer) ESP

차량과 차량 또한 시 한계 상황에서 현상을 나타내고GK Audi TT ESP OFF drift

있다 하지만 상태에서는 그림 와 에서와 같이 이러한 를 보. ESP ON 2.74 2.75 drift

상하기 위해 측 휠에 제동 압력을 가하여 차량 자세를 안정적으로 유도하rear LH

여 주행코스를 유지하며 상대적으로 원활한 조향 특성을 나타내고 있다.

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차량의 경우 비교적 큰 제동 압력이 연속적으로 발생되어 주행코스의 변화가GK

크게 나타나지만 차량의 경우는 과도한 한계 상황까지 시험을 하지 못하, Audi TT

여 휠에 너무 약한 제어 제동압 가 발생되었고 이에 따라 차량 궤적에서는 별 차이( )

를 나타내지 않았다.

그림 시험에서의 차량 궤적그림 시험에서의 차량 궤적그림 시험에서의 차량 궤적그림 시험에서의 차량 궤적2.74 J-turn (GK)2.74 J-turn (GK)2.74 J-turn (GK)2.74 J-turn (GK)

그림 시험에서의 차량 궤적그림 시험에서의 차량 궤적그림 시험에서의 차량 궤적그림 시험에서의 차량 궤적2.75 J-turn (Audi TT)2.75 J-turn (Audi TT)2.75 J-turn (Audi TT)2.75 J-turn (Audi TT)

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다 시험 평가다 시험 평가다 시험 평가다 시험 평가. Sine wave. Sine wave. Sine wave. Sine wave

위상 평면 방법에 의한 평가1) J-turn

최근 특성 평가를 위해 과 같은 해외 완성차 업체에서는ESP Toyota, GM side slip

과 그의 미분값을 이용한angle 위상 평면 방법 을 사용(phase plane method)

하여 한계 주행특성을 규명하고자 시도한 적이 있다ESP .

그림 과 그림 은 차량과 차량의 시험 결과로2.76 2.77 GK Audi TT sine wave side

과 그의 미분값인slip angle 을 시간 영역에서 각각 나타내었으며 그림, 2.78

과 그림 는2.79 위상 평면으로 각각 나타내었다.

본 시험에서는 주행시험장치 폭이 좁고 를 장착한 상태에서wheel force transducer

시험을 하였기 때문에 과도한 한계 상황에 도달하기까지 시험을 할 수 없어 이 결

과 데이터로는 특별한 평가 방법을 제시하기가 어렵다.

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그림그림그림그림 2.762.762.762.76 와와와와 시간 영역 선도시간 영역 선도시간 영역 선도시간 영역 선도 (GK)(GK)(GK)(GK)

그림그림그림그림 2.772.772.772.77 와와와와 시간 영역 선도시간 영역 선도시간 영역 선도시간 영역 선도 (Audi TT)(Audi TT)(Audi TT)(Audi TT)

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그림그림그림그림 2.782.782.782.78 와와와와 위상 평면 결과 시험위상 평면 결과 시험위상 평면 결과 시험위상 평면 결과 시험(sine wave , GK)(sine wave , GK)(sine wave , GK)(sine wave , GK)

그림그림그림그림 2.792.792.792.79 와와와와 위상 평면 결과 시험위상 평면 결과 시험위상 평면 결과 시험위상 평면 결과 시험(sine wave , Audi TT)(sine wave , Audi TT)(sine wave , Audi TT)(sine wave , Audi TT)

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제어 휠 비교 평가2)

장착 차량의 시험에서는 그림 과 같이 차량 동특성 데이ESP sine wave 2.80, 2.81

터와 브레이크 작동 압력을 함께 도시하여 차량 동특성에 대한 각 제어 대상 휠에

서의 작동 여부를 관찰할 수 있다ESP .

그림 과 같이 차량의 경우 적은 압력이기는 하지만 개의 휠 모두에2.80 Audi TT 4

서 제동 압력이 발생하는 반면 그림 과 같이 차량의 경우 한계 상황에서, 2.81 GK

주로 측 휠과 휠이 단독적으로 작용하여 차량 자세를 보정하는 것이rear RH LH

차이점이다.

추후 이러한 점은 차량에 대한 보완 시험을 실시하여 좀 더 과도한 한계Audi TT

상황에서 주행 시의 시험 결과치를 측정한다면 더 나은 결과를 비교 평가할 수 있

으리라 판단된다.

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그림 차량 동특성에 대한 작동여부그림 차량 동특성에 대한 작동여부그림 차량 동특성에 대한 작동여부그림 차량 동특성에 대한 작동여부2.80 ESP (GK)2.80 ESP (GK)2.80 ESP (GK)2.80 ESP (GK)

그림 차량 동특성에 대한 작동여부그림 차량 동특성에 대한 작동여부그림 차량 동특성에 대한 작동여부그림 차량 동특성에 대한 작동여부2.81 ESP (Audi TT)2.81 ESP (Audi TT)2.81 ESP (Audi TT)2.81 ESP (Audi TT)

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시험 평가시험 평가시험 평가시험 평가2. Close loop2. Close loop2. Close loop2. Close loop

가 차량의 주행상황 평가가 차량의 주행상황 평가가 차량의 주행상황 평가가 차량의 주행상황 평가....

차량 한계 주행상황은 고속 주행 중 조향에 의한 등이 있으며 이는spin out, drift

대부분 별개의 현상으로 나타나지 않고 각 현상이 복합적이고 연속적으로 나타나

기존의 평가방법으로는 사용하기 어렵다 현재 시스템 개발업체는. ESP steering

등 차량에angle, yaw rate, side slip angle, lateral acceleration, vehicle speed

서 측정되는 객관적 데이터를 기초로 작성된 으로부터 값을 계산하고map desired

실제 주행상황에서의 값과 비교하여 차량 한계 주행상황을 판단하고 제measured

어를 수행하게 된다 따라서 시스템을 평가하기 위해서는 각 차량별 주행 특. ESP

성에 대한 자세한 정보를 입수해야 평가가 가능하다는 것을 의미하며 이는 현실상

많은 어려움을 가지고 있다 그러므로 를 평가하기 위해서는 먼저 차량의 한계. ESP

주행상황의 정의가 이루어져야 하며 정확한 차량의 거동 상태를 파악할 수 있어야

한다.

차량의 한계 주행상황은 차량별 주행 조건별로 차량의 동특성에 많은 차이를 보이,

고 있어 차량 일부 특성치로는 정규화하기 어렵기 때문에 시험 경로를 따라 차량에

일어나고 있는 한계 주행상황을 일일이 분석해야 평가할 수 있다.

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그림 시험그림 시험그림 시험그림 시험2.82 Double lane change2.82 Double lane change2.82 Double lane change2.82 Double lane change

그림 작동그림 작동그림 작동그림 작동2.83 ESP (double lane change)2.83 ESP (double lane change)2.83 ESP (double lane change)2.83 ESP (double lane change)

차량의 한계 주행상황을 평가하기 위해 그림 에 도시한 바와 같이2.82 close loop

시험인 시험을 이용하여 데이터를 분석하였으며 그림 은double lane change , 2.83

작동에 의해 각 휠에 작용하는 브레이크 압력 및 차량 동특성을 보여주고 있ESP

다.

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그림 는 차량과 차량의 조향측성을 도시한 그래프로 운전자는 주2.84 GK Audi 77

행 중 차량의 불안정 주행 상황을 감지하고 이전의 조향과는 다른 형태 즉 급격한,

조향변화를 가져오게 되는데 이를 토대로 차량 주행상황을 예측 평가할 수 있다, .

그림 에서 원으로 둘러싼 부분은 실차 시험에서 가 작동한 구간을 주고 있2.84 ESP

으며 두 그림글 비교해 볼 때 가장 큰 차이점은 조향각 최고점 부근에서의 조향각

및 조향 각속도의 변화가 발생한다는 점이다 의 경우 조향 최고점에서 급격한. GK

가 있으며 이후 부근에서 기울기가 변화하고 있는 것을 볼 수 있counter steer '0'

으며 반면 의 경우는 조향 각속도의 경사가 완만하며 계속적으로 조향 조, Audi TT

작을 행하는 것을 알 수 있다.

의 경우 주행 중 급격한 이후 기울기가 반등을 보이고 있는 것은GK counter steer

운전자가 차량 상태를 상황으로 판단하여 요 모멘트를 줄이기 위해 급격spin-out -

한 조향변화를 주괴 있는 것으로 분석할 수 있고 의 경우 완만한, Audi TT counter

이후 재속해서 조향입력이 이루어져 차량이 정상적으로 주행하고 있는 것으steer

로 분석할 수 있다 이러한 차량 주행강황에 대한 운전자의 조향반응을 분석하기.

위해 시험차량 별 시의 비교 그래프를 그림 에 도시하였다 왼쪽ESP ON/OFF 2.85 .

그림의 의 경우 상태에 비해 상태에서는 운전자의 불안전 조향GK ESP OFF ON

조작이 다소 감소했으나 여전히 불안정 조작이 남아 있는 반면 오른쪽 그림의,

의 경우 상태에서는 를 보상하기 위해 가 잠시Audi TT ESP OFF drift steering rate

양의 값으로 유지하는 상태를 보여주고 있으며 경우는 의, ESP ON steering rate

기울기가 완만하고 부드럽게 이어지는 것을 알 수 있다 따라서 의 경우. Audi TT

작동 영향으로 인해 상황을 운전자가 감지하지 못하고 자연스러운 조향ESP drift

이 가능했던 것으로 분석할 수 있다.

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(a) GK steering(a) GK steering(a) GK steering(a) GK steering (b) Audi TT steering(b) Audi TT steering(b) Audi TT steering(b) Audi TT steering

그림 한계 주행 상황에서의 운전자의 조향그림 한계 주행 상황에서의 운전자의 조향그림 한계 주행 상황에서의 운전자의 조향그림 한계 주행 상황에서의 운전자의 조향2.84 (ESP ON)2.84 (ESP ON)2.84 (ESP ON)2.84 (ESP ON)

그림 상태에서의 비교그림 상태에서의 비교그림 상태에서의 비교그림 상태에서의 비교2.85 ESP ON/OFF steering rate2.85 ESP ON/OFF steering rate2.85 ESP ON/OFF steering rate2.85 ESP ON/OFF steering rate

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그림 은 두 시험차량의 변화를 나타내었으며 이는 기본적인 차량2.86 steering rate

의 특성이 다소 차이가 있으나 전체적으로 의 경우 조향 각속도 변화가 작Audi TT

아 좀더 안정된 조향 조작을 하고 있음을 알 수 있다.

차량의 운동 상태가 상태인지 상태인지 결정되면 제어 대상 휠을 결spin-out drift

정하고 제어를 시작하게 되는데 이를 그림 에 도시하였다 그림에서 의 경2.87 . GK

우 와 에서 바깥쪽 휠에 제동력이 작용하는 것2nd counter steer 3rd counter steer

을 볼 수 있는데 이는 차량이 상태임을 보여주고 있으며 의 경우spill-out , Audi TT

는 반대로 안쪽 휠에 제동력이 작용하는 것을 볼 수 있어 차량이 상태임을 간drift

접적으로 보여주고 있다.

그림 차 에서 제어 휠의 작동 후 조향 각속도의 변화량이2.85 2.87 ESP ON OFF

상태보다 크기가 작음을 볼 수 있는데 이는 좀더 안정된 조향 조작을 수행함을 나

타낸다.

앞에서 설명한 바와 같이 차량의 주행 상황을 평가할 수 있는 방법으로 steering

를 이용하여 평가하는 것이 유용하다는 결론을 얻을 수 있으며 더 나아가rate ESP

의 평가 및 성능 개선을 위해 이용될 수 있으리라 판단된다.

의 주목적인 주행안정성이 극대화되어진다는 것은 곧 운전자의 추가적인 제어ESP

가 없이도 선회 및 위험상황 회피 성능이 발휘되어지는 것이라 할 수 있다 그림.

에서와 같이 성능 개선 전 후의 결과를 비교하여 추가적인 운전자의 조작이 줄2.87

어드는 방향으로 제어로직을 개선할 수 있으며 또 하나의 이점으로 능숙한ESP ,

운전자가 아닌 중급 수준의 운전자에 의해서도 성능 평가 및 성능 개선이 가ESP

능할 것으로 판단된다.

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그림 시스템의 차량 별 상대적 평가그림 시스템의 차량 별 상대적 평가그림 시스템의 차량 별 상대적 평가그림 시스템의 차량 별 상대적 평가2.86 ESP2.86 ESP2.86 ESP2.86 ESP

의 제동 휠의 제동 휠의 제동 휠의 제동 휠(a) GK(a) GK(a) GK(a) GK 의 제어 휠의 제어 휠의 제어 휠의 제어 휠(b) Audi TT(b) Audi TT(b) Audi TT(b) Audi TT

그림 의 변화가 제어 휠의 관계그림 의 변화가 제어 휠의 관계그림 의 변화가 제어 휠의 관계그림 의 변화가 제어 휠의 관계2.87 Steering rate2.87 Steering rate2.87 Steering rate2.87 Steering rate

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나 차량 한계 주행 중 보상 모멘트 측정나 차량 한계 주행 중 보상 모멘트 측정나 차량 한계 주행 중 보상 모멘트 측정나 차량 한계 주행 중 보상 모멘트 측정. (moment). (moment). (moment). (moment)

차량의 한계 주행시험 중 차량에서 발생하는 보상모멘트 크기는 차량 제원 및 휠에

서 측정되는 하중값을 이용하여 계산하게 된다.

보상 모멘트 계산을 위한 차량 질량 중심점은 차량이 정지 상태에 있을 때의 수직

하중을 이용하여 계산하고 선회 시 하중이동 영향은 고려하지 않았다.

그림 은 차량의 한계주행 시험에 사용된 국내 차량 및 해외 선진 차량2.88 (GK)

의 제원을 보여주고 있다 휠에 발생하는 축 방향의 힘 성분 중 차량의(Audi TT) . 6

요 모멘트에 영향을 크게 미치는 요소는 횡방향 힘과 종방향 힘으로 볼 수 있으며-

그림 는 선회 주행 중 각 휠에서 발생하는 하중을 도시하였다 그림 에서2.89 . 2.89

기준 좌표계는 차량 후방이 차량의 우측이 노면에 수직 윗방향이 로 설+X, +Y, +Z

정하였다.

주요 제원주요 제원주요 제원주요 제원(a) GK(a) GK(a) GK(a) GK 의 주요 제원의 주요 제원의 주요 제원의 주요 제원(b) TT(b) TT(b) TT(b) TT

그림 시험차량 제원그림 시험차량 제원그림 시험차량 제원그림 시험차량 제원2.882.882.882.88

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Mure : 타이어에 의해 발생하는 차량 전체 작용 모멘트

FXX : 횡방향 작용력

BFXX : 구동 제동력에 의한 차량 종방향 작용력

그림 차량의 요 모멘트에 영향 미치는 요소 및 계산 방법그림 차량의 요 모멘트에 영향 미치는 요소 및 계산 방법그림 차량의 요 모멘트에 영향 미치는 요소 및 계산 방법그림 차량의 요 모멘트에 영향 미치는 요소 및 계산 방법I 2.89I 2.89I 2.89I 2.89

휠에서 발생하는 하중에 의해 계산되는 전체 차량의 요 모멘트는 그림 의 수식2.89

과 같이 계산된다 실차 상태에서 작동 시 차량에서 발생하는 보상 모멘트의. ESP

크기는 그림 에 도시한 바와 같이 작동 전 후를 비교하면 순간적으로 모2.90 ESP ,

멘트가 변화하는 구간을 전체 보상 모멘트로 볼 수 있다.

보상 모멘트가 발생하는 시점에서 의 신호를 바탕으로 차량wheel force transducer

의 휠에서 발생하는 하중을 분석하면 그림 에서 까지 도시한 바와 같다2.91 2.93 .

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그림 차량에 작용하는 전체 모멘트의 변화와 작동그림 차량에 작용하는 전체 모멘트의 변화와 작동그림 차량에 작용하는 전체 모멘트의 변화와 작동그림 차량에 작용하는 전체 모멘트의 변화와 작동2.90 ESP2.90 ESP2.90 ESP2.90 ESP

그림 은 차량과 차량에 대하여 시 주행 중 휠에 작2.91 GK Audi TT ESP ON/OFF

용하는 종방향 힘을 나타내고 있다 시스템이 작동하여 제동력이 발생하면 종. ESP

방향 힘이 크게 증가하는 것을 알 수 있으며 이는 곧 차량의 보상 모멘트로 작용하

게 된다 그림 는 차량의 시 조향각에 대한 종방향 힘을 나. 2.92 GK ESP ON/OFF

타내고 있으며 위쪽의 차이가 작동에 의한 방향의 변화량이고 아래쪽의 차ESP +X

이는 엔진 의 구동력 상승으로 인한 종방향 힘의 변화량으 로 보상모멘트를(engine) _

계산할 수 있다.

이를 바탕으로 차량에 대한 전체 보상 모멘트와 작동에 의한 제동 휘의GK ESP

보상 모멘트를 계산해 보면 다음과 같다.

전체 보상모멘트 약= 1800 Nm

≠ 종방향 힘 모멘트암(0.6 kN) × (0.745 m)

= 447 Nm

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그림 제동에 의한 제어 휠의 종방향 힘의 변화그림 제동에 의한 제어 휠의 종방향 힘의 변화그림 제동에 의한 제어 휠의 종방향 힘의 변화그림 제동에 의한 제어 휠의 종방향 힘의 변화2.91 (GK, Audi TT)2.91 (GK, Audi TT)2.91 (GK, Audi TT)2.91 (GK, Audi TT)

그림 구동 제동에 의한 제어 종방향 힘의 변화그림 구동 제동에 의한 제어 종방향 힘의 변화그림 구동 제동에 의한 제어 종방향 힘의 변화그림 구동 제동에 의한 제어 종방향 힘의 변화2.92 (GK, ESP ON/OFF)2.92 (GK, ESP ON/OFF)2.92 (GK, ESP ON/OFF)2.92 (GK, ESP ON/OFF)

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계산 결과에서 볼 수 있듯이 순수한 제동력에 의한 보상 모멘트만으로는 차량에 발

생하는 전체 보상 모멘트 설명할 수가 없다 이는 다른 보상 모멘트가 존재하고 있.

음을 간접적으로 나타내고 있는 것이며 이 차이는 각 휠에 작용하는 횡 방향 힘의

변화와 무관하지 않음을 알 수 있다 이를 설명하기 위해 그림 은 상. 2.93 ESP ON

태에 주행 시 차량 각 휠에 작용하고 있는 횡 방향 힘의 변화를 나타내고 있으GK

며 그림 는 차량 전체에 발생하고 있는 여러 가지 특성을 작동 전, 2.94 GK ESP ,

후로 구분하여 나타내었다 여기서 차량의 주행 상태는 두 번째 선회를 위하여 오.

른쪽 조향의 최대점 부근이고 차량은 상황을 나타내고 있으며 왼쪽 앞spill-out ,

뒤 바퀴에 제동으로 인한 보상모멘트가 작동하고 있다.

그림 에서 제동압이 작동하는 부근의 후륜 안쪽 휠 의 횡방향2.93 2.4sec (rear. RH)

힘은 작동 이전에 이미 부근으로 떨어져 더 이상 차량 거동에 영향을 주지ESP '0'

않고 있으며 전륜 바깥쪽 휠 의 횡방향 힘은 작동으로 인해 횡방향, (front LH) ESP

하중이 일정하게 유지되고 있어 보상모멘트로써 역할을 가지지 못한다 그러나 후.

륜 바깥쪽 휠 의 횡방향 힘은 자동 후 계속 증가하게 되어 반 시계(rear LH) ESP

방향의 보상 모멘트로 작용하게 된다 반대로 전륜의 안쪽 휠 의 횡방향. (front RH)

힘은 감소하면서 작동이전 상태에 비하여 전체 모멘트를 감소시키는 역할을ESP

하게 되어 보상 모멘트처럼 작용하게 된다 따라서 위에서 설명한 바와 같이 각 요.

소를 정량적인 크기로 다시 계산해 보면 다음과 같다.

계산 결과 보상 모멘트가 약간 크게 작용하는 것을 나타남을 알 수 있는데 이는 조

향각에 따른 횡방향과 종방향 힘의 분력을 정확하게 대입하면 좀더 정확한 결과를

도출할 수 있으리라 판단된다.

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그림 선회 시 타이어에서의 횡 방향 힘의 변화그림 선회 시 타이어에서의 횡 방향 힘의 변화그림 선회 시 타이어에서의 횡 방향 힘의 변화그림 선회 시 타이어에서의 횡 방향 힘의 변화2.93 (GK, ESP, ON)2.93 (GK, ESP, ON)2.93 (GK, ESP, ON)2.93 (GK, ESP, ON)

작동 전작동 전작동 전작동 전(a) ESP(a) ESP(a) ESP(a) ESP 작동 후작동 후작동 후작동 후(b) ESP(b) ESP(b) ESP(b) ESP

그림 작동 전 후 하중 변화에 의한 전체 보상모멘트 변화그림 작동 전 후 하중 변화에 의한 전체 보상모멘트 변화그림 작동 전 후 하중 변화에 의한 전체 보상모멘트 변화그림 작동 전 후 하중 변화에 의한 전체 보상모멘트 변화2.94 ESP (GK)2.94 ESP (GK)2.94 ESP (GK)2.94 ESP (GK)ㆍㆍㆍㆍ

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결론적으로 차량의 한개 주행상황에서 각 휠 하중의 정확한 성분을 분석 평가함으-

로써 좀 더 정확한 제어시점과 제어 압력 크기를 결정하는데 많은 도움이 될 수 있

으며 이러한 평가방법을 이용하여 개발 및 성능개선에 있어 유용하게 사용되ESP

리라 사료된다.

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 연구는 현재 주 만도에서 개발하고 있는 의 성능 및 신뢰성 향상을 위해 해( ) ESP

외 선진 장착 차량 및 국내 개발 장착 차량에 대한 실차 시험 평가를 실ESP ESP

시하고 각 시스템의 특성을 분석하여 특성 평가 및 제어로직 성능 향상을 위ESP

한 기술 지원을 최종 목표로 하여 지술지원을 수행하였다.

이를 위해 관련 자료를 수집 검토하여 실차 주행시험 방법을 설정하였다 이ESP .

러한 시험 방법으로 선진 장착 차과 개발 장착 국내 차량의 실차 시험평ESP ESP

가를 통하여 선진 의 동작 특설 계측 및 화 하고 현재 개발 중인ESP database ESP

의 동작 특성을 비교 분석하여 향후 제어로직 보관에 필요한 기술을 지원하였다.

본 기술지원 사업에서 수행한 연구 및 지원 내용을 요약하면 다음과 같다.

관련 자료 수집 및 시험평가 방안 조사1) ESP

장착 차랑 실차 주행시험 평가를 위한 측정 시스템 구축2) ESP

실차 시험평가 방법 및 시험 모드 구축3) ESP

선진 장착 차량 및 개발 장착 차량에 대한 실차 주행시험 실시4) ESP ESP

동작 유무에 따른 차량 동적 운동 성능 측정 및 결과 분석5) ESP

장착 차량의 주행특성 시험평가 방안 정립6) ESP

실차시험 결과 보고서 작성7)

실차 주행시험은 가 장착된 와 주 만도에서 개발한 가 장TEVES ESP Audi TT ( ) ESP

착된 투스카니 에 대하여 주행시험장의 마른 아스팔트 노면에서 실시하였다GK( ) .

시험 방법은 steady-state cornering, J-turn, single lane change, double lane

등으로 설정하였고 각각의 시험 모드별change, slalom, sine wave , ESP ON/OFF

시에 대한 실차시험을 실시하고 측정된 데이터를 분식하였다.

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평가 방안은 시험과 시험으로 나누어 평가를 실시하였ESP open loop close loop

다.

시험인 시험에서는Open loop steady-state corneringl understeer gradient

압력에 대한 를 이용한curve, brake yaw rate/lateral acceleratin/slip angle curve

평가 방안을 제안하였고 시험에서는 응답 동특성 평가 차량 제적에, J-turn ESP ,

의한 평가 방안을 제안하였으며 시험에서는, sine wave slip angle(β 을) 위한

평면 을 이용한 평가 방안을 제시하였다(phase plane) .

시험인 시험을 통하여 차량의 한계 주행상황의Close loop doulble lane change

정의 및 조향 각속도 에 의한 평가 방안을 제시 하였다(steering angle rate) ESP .

또한 작동 시 제동압력 제어에 의해 각 휠에서 발생한 종방향 횡 방향 휠 하ESP , -

중의 변화량을 에서 측정하여 에 의해 생성된 차량치wheel force transducer ESP

보상 모멘트를 계산하였으며 이러한 절차를 통해 에 의한 보상 모멘트 생성 메ESP

커니즘을 실험에 의해 검증하였다.

이상과 같은 연구 수징에 의해 장착 차량의 한계상창 주행 특성을 평가하기ESP

위한 시험 방법 및 평가 방안을 정립하였으며 본 지원사업에서 제안한 평가 방안,

을 이용하여 국내 업체에서 개발 시 알고리즘 보완 및 특성 평가에 활용될 수ESP

있도록 기술을 치원하였다.

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