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Capstone Design for the Better World

[No.8] 자율주행차량을 위한 종방향 무가속 시스템

  • 최용운 [ 인천대학교 ]
  • 조회수201 리뷰수0 좋아요3
  • 작품번호 : 미입력
  • 공개여부 : 공개
  • 카테고리 : 전자, 기계, 생활
  • 등록일 : 2020-09-11
  • 팀원(공동개발자) : 곽성찬, 김승호, 김형규
  • 출품작 : 제16회 인천대학교 창의적종합설계경진대회

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수행 목적

멀미는 사람의 몸의 여러 감각기관들이 느낀 정보가 일치하지 않아 발생하는 현상이다. 여러 감각기관 중 눈(시각)은 주변의 평형 상태 정보를, 귀는 소리 외에 균형을 담당하는 반고리관(균형)으로부터 차량의 진동을 뇌에 보내게 된다. 이 때, 뇌에서 두 정보의 균형이 일치하지 않아 혼란이 발생하고 이것이 멀미로 이어진다. 현재 차량의 트렌드가 사람 주행에서 자율 주행으로 변화함에 따라, 차량 내·외부 환경의 변화와 주행 환경의 변화가 생기고 이에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 자율주행 차량은 사람이 차량의 주행 의도를 파악하기 어렵기 때문에 탑승자가 멀미를 느끼기 쉽다. 이러한 환경을 개선하기 위해, 차량의 시트를 능동적으로 제어함으로써 가·감속, 코너링의 관성을 제어하고 승차감을 향상시키는데 목적을 둔다.

상세설명

1. 수행배경

  • 차량 감속 및 가속 상황 시에 발생하는 관성에 의한 쏠림 현상을 보정하여 탑승자의 승차감을 높이고 멀미를 방지하는 시스템을 제작한다. 이를 위해, 자율주행 차량의 주행 의도를 파악하여 현재 주행 전략에 대응하는 역방향 가속을 짧은 지연시간 내에 시트에 전달함으로써 사람의 신체가 느끼는 가속도를 0으로 만드는데 주력한다. 차량 내 통신(CAN)을 이용하여 차량의 주행 정보를 알아내고, 차량의 시트에 IMU센서를 장착하여 사람이 느끼게 되는 가속도를 파악함으로써 실제 사람의 감각기관이 느끼는 가속도를 보여준다. 최종적으로, 위의 데이터들을 결합하여 실제 시트 제어에 적용함으로써, 승차감을 향상시키는데 목적을 둔다.

2. 수행기간

작품 제작

내용

추진일정

비 고

5

6

7

8

9

시트개조

 

 

 

 

 

 

시트레일설계

 

 

 

 

 

 

IMU 데이터 처리

 

 

 

 

 

 

PID 제어기 설계 및 검증

 

 

 

 

 

 

알고리즘 설계 및 검증

 

 

 

 

 

 

시스템 통합

 

 

 

 

 

 

최종 테스트

 

 

 

 

 

 


3. 개발작품 설명

  • 최종 개발 목표
- 차량 시트의 실시간 제어를 통한 탑승자 탑승감 향상
  • 주요 개발 내용

- IMU 데이터 처리, 정확도 향상

- 가속도 기반 PID 컨트롤러 제작

- 하중 150kg을 가정한 시스템의 모터 실시간 제어

  • 기술 활용
- 칼만필터
IMU 데이터 처리시 칼만 필터를 가장 보편적으로 사용한다. 본 과제에서는, 데이터 처리시 칼만 필터 적용 뿐 아니라, 중력 가속도 필터링을 위한 각 축에 대한 가속도 가중치 스케일을 능동적으로 조절함으로써 본 과제에 적합한 결과를 도출해 내는 과정을 포함한다.
-PID 컨트롤러
모터를 현 상태와 동등하게 유지시키기 위해 PID 컨트롤러를 설계·사용한다. 이때, 시스템에서 요구하는 상태 유지는 탑승자가 느끼는 관성을 0에 가깝게 만드는 것에 있으므로, 입력되는 요구 유지 상태를 IMU 데이터에 의존한다. IMU는 최소 2개가 필요하며, 사용자가 탑승하는 시트와 가속도를 발생시키는 기구에 각각 설치된다. 가속도 발생 기구의 IMU는 실제로 전체 하드웨어가 받는 가속도를 측정하며, 이는 PID 컨트롤러가 모터를 제어하여 원하는 상태를 위한 데이터로 활용된다. 시트의 IMU는 모터 제어를 통해 탑승자가 느끼는 관성을 측정하여 얼마나 목표한 데이터에 가까워졌는지 판단한다. 이 시스템이 서로를 피드백하여 최종 목표 상태를 만들어낸다. 보편적인 시스템과 달리 모터의 Encoder를 활용한 PID 제어가 아닌 외부 센서(IMU)와 통신하며 목표 상태를 추종하는 특징이 있다.
  • 하드웨어 구성도
-작동 흐름

- 실제 하드웨어 구성

 

 

4. 활용방안

  • 자율 주행 자동차 시대가 도래함에 따라차량 내부의 환경이 바뀌고 있다완전한 자율 주행 차량이 구현되고 상용화되면차량의 운전대는 사라지고 차량 내부 공간은 편의시설이 들어서게 될 것이다.
    차량 내부의 편의시설 중 가장 핵심이 되는 부분은 탑승자의 시트이다비행기의 이코노미 클래스와 비즈니스 클래스퍼스트 클래스의 시트를 생각하면 이해가 쉽다장거리를 이동할수록탑승자의 편안함이 자동차 시장에서 더 큰 메리트가 될 것이다본 과제에서는 차량 내부의 시트를 개조함으로써탑승자의 승차감을 향상시킨다.

 

소개 슬라이드

기타자료

  • 첨부파일이 없습니다.

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