이 논문은 볼 스크루 기반 시리즈 탄성 액추에이터 구동 현가장치(BSSEA-S)와 객실(카빈) 상하(heave) 가속도 진동을 억제하기 위한 제어 프레임워크를 제시함으로써 차량 승차감을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 기존의 볼 스크루 기반 강성 액추에이터 구동 현가장치(BSRA-S)에 시리즈 탄성(SE)을 통합함으로써 BSSEA-S는 볼 스크루의 관성 효과 및 마찰을 완화하는 시리즈 탄성 액추에이터(SEA) 메커니즘을 구현한다. 이를 통해 외부 입력에 대한 민감도가 향상되어 노면 입력에 대해 매끄럽고 신속한 응답이 가능해진다. BSSEA-S의 기계적 이점은 동역학 해석과 4분의 1 차량(quarter-car, QC) 모델 시뮬레이션을 통해 검증된다. 제어 프레임워크는 통합된 SE를 활용하여 현가장치에 대한 고도로 민감하고 직접적인 힘 제어를 달성하며, 이는 기존의 감쇠력에 해당하는 기능을 대체하는 내측 루프(inner-loop) 제어기로서 이상적인 힘원(ideal force source) 역할을 수행한다. 이 제어기는 운동학적 관계를 통해 현가 스트로크를 추정하고 적절한 제어력을 적용하여 현가 특성을 조절 가능하게 한다. 내측 루프 제어기를 기반으로, 외측 루프 제어기는 스프링 질량(sprung mass) 가속도 피드백 제어를 구현하며, 시스템의 주파수 응답 데이터(FRD)와 나이퀴스트 플롯을 이용해 설계한다. 설계는 내측 루프 제어기를 포함하는 현실적인 시스템 특성을 고려하며, 승차감에 중요하다고 판단되는 주파수 범위 내에서 시스템의 민감도 함수(sensitivity function)를 감소시킨다. 개발된 BSSEA-S와 실험 장치를 이용하여 스피드 범프 및 ISO 등급 D 무작위(random) 노면 등 다양한 노면 입력 조건에서 수행한 실험은, 광범위한 주파수 범위에서 객실 상하 가속도 진동을 억제함으로써 향상된 승차감이 검증됨을 보여준다.

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