http://chineseinput.net/에서 pinyin(병음)방식으로 중국어를 변환할 수 있습니다.
변환된 중국어를 복사하여 사용하시면 됩니다.
최적 제어 기반 자율 주행 차량의 최적 속도 프로파일 탐색 기법 연구
김택수(Tacksu Kim),박도현(Dohyun Park),이웅(Woong Lee),김남욱(Namwook Kim) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
차량 산업의 지속적인 발전으로 차량은 일상적인 이동 및 운송수단으로서 매우 중요한 역할을 하고 있지만, 교통량 증가로 인한 교통 혼잡 문제, 배기 가스로 인한 대기 오염 및 에너지 고갈 문제 등과 같은 문제점들이 함께 수면위로 떠오르고 있다. 교통 혼잡 문제를 해결하기 위해서 교통공학에서의 신호 및 교통흐름과 관련된 연구도 진행이 되고 있지만, 자율주행차량에서의 차량이 능동적으로 주변 상황을 관측하고 판단하여 제어하는 기술을 적용하여 문제를 해결할 수 있다. 자율주행차량은 운전자의 주행 부담을 줄일 수 있으며, 산업적인 측면에서는 트럭 등과 같은 상용차의 무인화를 통해 인건비 절감, 운전자의 주행 피로로 인한 사고 증감 등의 문제를 해결할 수 있는 솔루션이 될 수 있다. 한편, 대기 오염 및 에너지 고갈 등과 같은 문제를 해결하기 위하여 차량의 전동화를 통해 CO2 배출 감소 등의 연구가 이루어지기도 하였지만, 차량 시스템 단위에서의 제어 최적화로 주행 효율을 향상시킴으로써 에너지 소모량을 감소하는 연구 또한 마찬가지로 진행되고 있다. 이 논문에서는 후자에 해당하는 연구방향으로 차량 주행 효율을 향상시키고자 하였으며, 주행 상황을 스스로 제어할 수 있는 자율주행차량을 대상으로 주행 시 에너지를 최소화할 수 있는 주행 속도 프로파일을 탐색해 봄으로써 특정 조건에 대한 자율 주행 차량의 제어 방법을 제시해보고자 한다. 차량 시스템 효율을 높이기 위한 방법으로 최적 제어 이론인 동적 계획법(Dynamic Programming)과 폰트리야긴 최소화 원리(Pontryagin’s Minimum Principle) 등과 같은 이론을 적용하여 최적화할 수 있는데, 이 연구에서는 동적 계획법을 적용하여 내연기관 자율주행차량의 주행 소모 에너지를 최소화하고자 하였다. 동적 계획법은 연산량이 많기 때문에 실시간 제어에는 적합하지 않은 방법이지만 주어진 제한 조건하에서는 최적의 제어방법을 도출할 수 있는 방법으로, 특정 주행 상황을 가정하여 최적화된 솔루션을 탐색하고 자율주행차량의 최적 주행경로를 제시해보고자 한다. 내연 기관 차량에서의 연료 소모량 최소화를 목적함수로 설정하여 제어 파라미터인 엔진 작동점과 변속단을 제어함으로써 특정 초기속도, 최종속도가 주어진 제한조건에서의 cost를 최소화할 수 있는 주행 경로를 동적 계획법을 적용하여 탐색해보는 연구를 진행하였다. 〈수식 본문 참조〉
커넥티드 기술을 활용하는 전기자동차에 대한 속도 최적화
이웅(Woong Lee),김택수(Tacksu Kim),정해성(Haeseong Jeoung),박도현(Dohyun Park),김남욱(Namwook Kim) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
지난 몇 십년 동안 통신 기술과 빅 데이터 처리 기술이 고도화되면서 커넥티드 시스템을 이용해 차량의 성능을 향상시키는 제어 전략이 주목받고 있다. V2V(Vehicle To Vehicle)와 V2I(Vehicle To Infra)와 같은 커넥티드 시스템의 통신기술을 기반으로 전방 주행정보를 예측하고, 이를 활용하여 차량이 소모하는 에너지 혹은 주행 안정성 등을 최적화하는 예측 제어 기술을 구현할 수 있다. 특히, 이 예측 제어 기술의 효과는 사람의 제어를 배제함으로써 보다 정밀하게 제어할 수 있는 자율 주행 차량에 극대화될 것으로 기대된다. 최적 제어 이론은 대표적으로 동적 계획법(Dynamic Programming)과 폰트리아긴 최소 원리(Pontryagin’s Minimum Principle)로 나눌 수 있다. 동적 계획법의 경우 제어에 의한 시스템의 상태가 도달할 수 있는 모든 경우를 탐색하여 절대 최적의 해를 찾을 수 있는 반면에 높은 계산 량을 요구하여 실제 차량에 적용하기 힘들다는 단점이 있다. 폰트리아긴 최소 원리는 특정 조건을 만족하는 경우 동적계획법에 근사한 절대 최적의 해를 찾을 수 있고 실제 차량에 적용이 용이한 장점이 있다. 본 논문에서는 연구의 초기 단계로써, 최적 제어 이론 중 하나인 동적 계획법을 기반으로 커넥티드 시스템을 통해 얻은 미래 주행 정보를 활용하여 자율 주행 전기 자동차의 속도 프로파일을 최적화하는 연구를 진행한다. 개발된 제어 전략은 전기 자동차의 에너지 소모량을 최소화할 수 있는 궁극적인 속도 프로파일을 제시하고, 추후 연구에서 폰트리아긴 최소 원리를 기반으로 개발된 제어 전략의 성능을 검증하는 용도로 활용될 예정이다. 〈수식 본문 참조〉