지능형자동차

목차

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1. 자동차 시뮬레이터

1.1. 차량 시뮬레이터의 정의
1.2. 운전 시뮬레이터 구성
1.3. 운동 기구
드럼식
실린더식
1.4. 시뮬레이션 요소
1.5. 차량 시뮬레이션 시스템
1.5.1. 시각 및 음향 시스템
1.5.2. 운동 시스템
1.5.3. 제어 힘 로딩 시스템
1.5.4. 시스템 통합

2. 실험 데이터를 통한 Human Parameter 분석

2.1. Speed / Clearance / Acceleration / Brake Torque / Throttle Plot
2.2. TTC-1 Plot
2.3. 속도에 따른 가/감속 특성 해석 및 결과 & 고찰

본문내용

는 플랫폼의 목표운동을 제어하여 정확하게 재현하는 제어알고리즘이다.
1.5.3. 제어 힘 로딩 시스템
운전자의 운전 조작행위를 정확히 검출하여 시스템에 피드백하고, 부가적으로 실제감을 느끼게 하기 위하여 계기판에 차량의 주행상태 정보를 적절히 표시하며, 각종 운전 조작부가 실차와 같은 느낌이 들도록 운전자에게 반력 및 반토크를 재현하는 것이 제어 힘 로딩 시스템이다. 현실감 측면에서 조향 핸들에 전달되는 반토크의 재현은 중요하며, 이는 기본적으로 차량에 의해 좌우되는 조향 시스템의 특성 및 주행 패턴에 의해 결정된다. 촉각은 인체의 다른 감각보다 예민하게 반응하므로 제어힘로딩 시스템은 빠른 재현률(Update Rates)로 큐를 전달하여야 한다.
1.5.4. 시스템 통합
차량 시뮬레이터의 개발은 운전자가 차량 운전 중 조작하는 모든 행위를 검출하여 차량의 거동을 실시간으로 해석하며, 이를 운전자에게 적절한 운동 및 시각적 신호로 변환하여 전달하여야 하는 고난이도의 시스템 통합 기술을 필요로 한다. 각 서브시스템의 정보 및 데이터를 동적으로 상호 교환하고, 동기화 등을 전체 시스템의 관점에서 관리하고 운용하는 시스템 통합은 시뮬레이터의 초기 개념설계 단계에서부터 신중히 고려되어 시뮬레이터의 성능이 극대화 될 수 있도록 하여야 한다.
차량 시뮬레이터에서 운전자에게 현실감을 부여하기 위해서는 운전자에게 전달되는 모든 시각, 청각 및 운동 큐가 운전 조작행위에 기인하여 예측되는 감각적 결과와 어떠한 지연 없이 반드시 일치하여야 한다. 그러나 이러한 지연은 시뮬레이션을 수행하는 환경에서는 필연적으로 발생하는 요소이다. 즉, 차량동력학의 해석에 걸리는 연산 시간과 시각 및 운동을 재현하는데 필요한 지연 등을 말하며, 이를 트랜스포트 지연(Transport Delay)이라 하는데 이는 각 서브시스템에 가해진 입력과 이에 반응하여 얻어지는 시간간격으로 정의할 수 있다. 때문에 최소한의 지연을 갖도록 시스템을 설계하여야하며, 필요시 이를 보상하여 동기화를 꾀하는 보상기법을 적용하여야 한다.
2. 실험 데이터를 통한 Human Parameter 분석
2.1. Speed / Clearance / Acceleration / Brake Torque / Throttle Plot
2.2. TTC-1 Plot
2.3. 속도에 따른 가/감속 특성 해석 및 결과 & 고찰
① 데이터 분석을 위해 아래 그래프에 나타나 있는 것처럼 저속/가속 구간의 데이터를 수집한다.
② 34.615s～37.26s, 42.645s～45.28s, 49.315s～53.145s의 세 구간을 선택한다.
③ 위 구간의 가속도와 역충돌시간(Inverse Time To Collision)의 그래프를 살펴보면 다음과 같다.
④ 저속/가속 상황의 가속도와 TTC-1의 크기를 분석하면 다음과 같다.
Acceleration analysis [m/s^2]
TTC-1 analysis [1/s]
Percentile
Percentile
95
Mean
5
95
Mean
5
Low speed /
Acceleration
0.0847
2.2605
3.9285
-1.7635
0.1469
1.1022
⑤ 가속도 분석은 차량 주행제어 설계에서 아주 중요한 역할을 하는데 TTC은 작을수록 충돌위험이 작고 편차가 작을수록 정상상태 주행을 하게 된다. 속도 프로파일과 TTC의 값을 비교해 보았을 때 고속 주행 상태에서는 저속 상태에 비해 상대적으로 TTC의 편차가 작은 것을 볼 수 있다. 즉, 일반적으로 고속 주행상태에서 위험할 것이라 생각하는데 실제로는 고속일 때가 저속일 때보다 덜 위험하게 된다. 즉, 급정차나 급출발의 위험이 없는 고속주행 상태에서는 운전자가 편하게 앞 차량 간의 거리를 일정하게 유지할 수 있고 이런 현상은 TTC의 값으로 확인된다.
데이터 분석을 위해 초점을 맞춘 구간은 저속 가속 상황의 구간이다. 즉, 앞 차량이 저속상태에서 주행하게 되는데 이 차량과 일정거리를 유지하기 위해 가감속이 연속적으로 이루어졌고, 이는 심하게 진동하는 throttle과 brake torque의 그래프 곡선 특성을 통해서도 확인된다. 그래서 결과적으로 TTC의 값이 동구간에서 심한 편차를 보이는 것을 확인할 수 있다. 즉, 주행상태가 매우 불안정하고 충돌의 위험이 아주 큰 상황인 것이다. 실제로 시뮬레이션 실험을 했을 때에도 처음 저속 구간에서 실험자가 앞 차량과의 거리를 유지하는데 고속 구간에 비해 상대적으로 어려움을 겪었던 것을 확인할 수 있었다.

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