공군 활주로 제설작전 차량 무인화를 위한 경로추종 알고리즘 설계
Path Tracking Algorithm Design for Unmanned Air Force Vehicle for Runway Snow Removal Operation
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초록
본 논문에서는 각각 6개, 4개의 바퀴가 장착된 트랙터-트레일러 형 차량에 대한 경로추종 알고리즘을 제안한다. 해당 차량은 뒷바퀴 축에서 조향된다는 구조적 특이성을 가지므로 기존에 없던 새로운 동역학 모델을 유도하였다. 또한, 경로추종 성능과 control effort를 동시에 고려하기 위해 에러 다이나믹스를 위한 linear quadratic regulator (LQR) 컨트롤러를 설계하였다. LQR 컨트롤러의 성능은 차량 시뮬레이션 프로그램인 Trucksim으로 검증하였다. 시뮬레이션은 LQR 컨트롤러의 설계 변수인 R 값을 다르게 하며 진행되었다. 경로추종 알고리즘과 관련된 오차항들에 대한 시뮬레이션 결과는 해당 차량이 성공적으로 직선 및 곡선 구간을 추종하는 것을 보여준다. 트랙터와 트레일러 사이의 종방향 각도 차이인 hitch 각도는 차량의 성능과 안정성에 영향을 미치므로 이에 대한 시뮬레이션 결과도 포함하였다. 시뮬레이션 데이터로부터 R이 hitch 각도에 영향을 미치지 않음을 확인하였다.
Abstract
In this paper, path tracking algorithm for tractor-trailer type vehicle, which has 6 wheels in tractor and 4 wheels in trailer, is presented. Since this vehicle steer at the rear wheel axis, dynamic model is newly derived for its structural specificity. To consider the path tracking performance and control effort simultaneously, linear quadratic regulator(LQR) controller is designed for error dynamics. The performance of the proposed LQR controller is verified by vehicle simulation program, Trucksim. The simulation is performed by changing R, which is the design variable of LQR controller. The simulation results for error terms related to path tracking algorithm show that the vehicle successfully follows the straight and curved path. Since the hitch angle, difference of the heading angle between the tractor and the trailer, affects the performance and stability of the vehicle, simulation result for the angle difference is also included. The data show that the R does not affect the hitch angle.
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