International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.565-573
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2017
This paper presents a multistage in-flight alignment (MIFA) method for a strapdown inertial navigation system (SDINS) suitable for moving vehicles with no initial attitude references. A SDINS mounted on a moving vehicle frequently loses attitude information for many reasons, and it makes solving navigation equations impossible because the true motion is coupled with an undefined vehicle attitude. To determine the attitude in such a situation, MIFA consists of three stages: a coarse horizontal attitude, coarse heading, and fine attitude with adaptive Kalman navigation filter (AKNF) in order. In the coarse horizontal alignment, the pitch and roll are coarsely estimated from the second order damping loop with an input of acceleration differences between the SDINS and GPS. To enhance estimation accuracy, the acceleration is smoothed by a scalar filter to reflect the true dynamics of a vehicle, and the effects of the scalar filter gains are analyzed. Then the coarse heading is determined from the GPS tracking angle and yaw increment of the SDINS. The attitude from these two stages is fed back to the initial values of the AKNF. To reduce the estimated bias errors of inertial sensors, special emphasis is given to the timing synchronization effects for the measurement of AKNF. With various real flight tests using an UH60 helicopter, it is proved that MIFA provides a dramatic position error improvement compared to the conventional gyro compass alignment.
From the view point of railway vehicle dynamics, the interaction between wheel and rail have an huge effect on the behavior of the vehicle. This phenomenon is an unique motion, only for railway vehicles. Furthermore, close investigation of the backgrounds of the interaction is the key to estimate the dynamic behavior of the vehicle, successfully. To evaluate the model including flexible bodies such as car body and catenary system of the next generation express train, it is necessary to develop proper dynamic solver including a wheel rail contact module. In this study, wheel-rail contact module is developed using the general purpose dynamic solver. First of all, the procedure for calculation of the wheel-rail contact force has been established. Generally, yaw angle of the wheelset is ignored. Sets of information are summarized as tables and splined for further uses. With this information, normal force and creep coefficient can be extracted and used for FASTSIM algorithm, which has been shown good reliability over years. Normal force and longitudinal, lateral force at the contact surface are also calculated. Those data are verified by commercial railway simulation program 'VAMPIRE'. This procedure and program can offer a basic process for estimation of the dynamic behavior and wear of the wheel-rail system, even while running on the curved rail. Finally, multi-dimensional inspection tool will be developed including the prediction of the derailment.
Kim, In-Tae;Kim, Cheolho;Kim, Sang-Hyun;Ko, Donghyeong;Moon, Seong-Ho;Park, Hwanghi;Kwon, Jaewoong;Jin, Bongyong
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.466-477
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2021
There are three different well-known methods for predicting the manoeuvrability of ships: (1) free running model test, (2) direct manoeuvring simulation using CFD and (3) system-based manoeuvring simulation. In this paper, the manoeuvrability of the KVLCC2 was estimated using CFD with rigid body motion and body force propeller method. The free running manoeuvre at the different time steps were also simulated. The yaw checking ability and the turning ability of KVLCC2 were predicted using CFD and could have been confirmed that the IMO criteria was satisfied. When the results were compared with the model test and system-based method, the free running simulation showed better agreement to that of the model test. It could also be confirmed that the results vary depending on the time step. Overall, the CFD results using the body force propeller method estimated most accurately the test results.
An Attitude and Heading Reference System (AHRS) provides the attitude of a vehicle with a constant velocity using an Inertial Measurement Unit (IMU) and a magnetometer. In this case, in order to avoid the disadvantage of a gyroscope, an AHRS using a Gyro-Free IMU (GF-IMU) that is composed of only accelerometers may be considered instead of the gyroscopes. In this paper, a design method of an AHRS using a GF-IMU is proposed. The proposed AHRS consists of roll and pitch calculation, yaw calculation, angular acceleration and angular velocity calculation, attitude calculation, and a Kalman filter. In particular, since the angular velocity cannot be measured from a gyroscope, the angular acceleration is obtained from the accelerometer output, and the angular velocity is calculated by integrating it. In order to show the usefulness of the proposed method, a performance evaluation was carried out. The performance evaluation results show that the attitude estimation performance of the proposed AHRS is similar to that of the conventional AHRS.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.25
no.2
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pp.21-29
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2017
For the efficient and stable operation of autonomous vehicles or advanced driver assistance systems being actively studied nowadays, it is important to determine the positions of the vehicle accurately and economically. A satellite based navigation system is mainly used for positioning, but it has a limitation in signal blockage areas. To overcome this limitation, sensor fusion methods including additional sensors such as an inertial navigation system have been mainly proposed but the high sensor cost has been a problem. In this work, we develop a vehicle position estimation algorithm using in-vehicle sensors and a low-cost imaging sensor without any expensive additional sensor. We determine the vehicle positions using the velocity and yaw-rate of a car from the in-vehicle sensors and the position and attitude of the camera based on the single photo resection process. For the evaluation, we built a prototype system, acquired test data using the system, and estimated the trajectory. The proposed algorithm shows the accuracy of about 40% higher than an in-vehicle sensor only method.
In general, the effect of roll motion is not considered in the study on maneuverability in calm water. However, for high-speed twin-screw ships such as the DTMB 5415, the coupling effects of roll and other motions should be considered. Therefore, in this study, the estimation of maneuverability using a 4-degree-of-freedom (DOF; surge, sway, roll, yaw) maneuvering mathematical group (MMG) model was conducted for the DTMB 5415, to improve the estimation accuracy of its maneuverability. Furthermore, a study on the change in turning performance according to the fin angle was conducted. To accurately calculate the lift and drag forces generated by the fins, it is necessary to consider the three-dimensional shape of the wing, submerged depth, and effect of interference with the hull. First, a maneuvering simulation model was developed based on the 4-DOF MMG mathematical model, and the lift force and moment generated by the side fins were considered as external force terms. By employing the CFD model, the lift and drag forces generated from the side fins during ship operation were calculated, and the results were adopted as the external force terms of the 4-DOF MMG mathematical model. A 35° turning simulation was conducted by altering the ship's speed and the angle of the side fins. Accordingly, it was confirmed that the MMG simulation model constructed with the lift force of the fins calculated through CFD can sufficiently estimate maneuverability. It was confirmed that the heel angle changes according to the fin angle during steady turning, and the turning performance changes accordingly. In addition, it was verified that the turning performance could be improved by increasing the heel angle in the outward turning direction using the side fin, and that the sway speed of the ship during turning can affect the turning performance. Hence, it is considered necessary to study the effect of the sway speed on the turning performance of a ship during turning.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.174-180
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2006
The wheel slip control systems are able to control the braking force more accurately and can be adapted to different vehicles more easily than conventional braking control systems. In order to achieve the superior braking performance through the wheel slip control, real-time information such as the tire braking force at each wheel is required. In addition, the optimal target slip values need to be determined depending on the braking objectives such as minimum braking distance, stability enhancement, etc. In this paper, a wheel slip control system is developed for maintaining the vehicle stability based on the braking monitor, wheel slip controller and optimal target slip assignment algorithm. The braking monitor estimates the tire braking force, lateral tire force and brake disk-pad friction coefficient utilizing the extended Kalman filter. The wheel slip controller is designed based on the sliding mode control method. The target slip assignment algorithm is proposed to maintain the vehicle stability based on the direct yaw moment controller and fuzzy logic. The performance of the proposed wheel slip control system is verified in simulations and demonstrates the effectiveness of the wheel slip control in various road conditions.
Kim, Jeongwoo;Jung, Chihoon;Ahn, Dongchan;Lee, Kyujoon
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.3
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pp.97-108
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2018
It is definitely important to measure thrust during ground test when developing air-breathing engine, and in case of air-breathing engine, gross thrust should be calculated considering not only the measured thrust but also the force induced by the air flow of engine intake. Also, side thrust like yaw and pitch should be measured and analyzed using multi-component thrust measurement system. Engine performance was accurately evaluated by calculating the gross thrust of air breathing engine precisely which is analyzed from below serial procedure: labyrinth seal isolation, 1-axis gross thrust calculation, develop multi-component thrust measurement system, and side thrust analysis.
Kim, Kyuwon;Kim, Beomjun;Kim, Dongwook;Yi, Kyongsu
Journal of Auto-vehicle Safety Association
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v.5
no.1
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pp.44-49
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2013
This paper presents a lateral collision risk index between an ego vehicle and a rear-side vehicle. The lateral collision risk is designed to represent a lateral collision risk and provide the appropriate threshold value of activation of the lateral collision management system such as the Blind Spot Detection(BSD). The lateral collision risk index is designed using the Time to Line Crossing(TLC) and the longitudinal collision index at the predicted TLC. TLC and the longitudinal collision index are calculated with the signals from the exterior sensor such as the radar equipped on the rear-side of a vehicle and a vision sensor which detects the distance and time to the lane departure. For the robust situation assessment, the perception of driving environment determining whether the road is straighten or curved should be determined. The relative motion estimation method has been proposed with the road information via the integrated estimator using the environment sensors and vehicle sensor. A lateral collision risk index was composed with the estimated relative motion considering the relative yaw angle. The performance of the proposed lateral collision risk index is investigated via computer simulations conducted using the vehicle dynamics software CARSIM and Matlab/Simulink.
To share an understanding of trajectory measurement in surveys using borehole, this tutorial summarizes the relevant mathematical principles of the borehole deviation survey based on coordinate transform. For uncased or open holes, calculations of the azimuth-deviation-tool face rotation using three-component accelerometer and magnetometer measurements are summarized. For the steel-cased holes, calculations are based on the time-derivative formula of the coordinate transform matrix; yaw-pitch-roll angles through time are mathematically determined by integrating the threecomponent angular velocity measurements from the gyroscope while also removing the Earth's rotation effect. Sensor and data fusion to increase the accuracy of borehole deviation survey is explained with an example of the method. These principles of borehole deviation surveys can be adapted for attitude estimation in air-borne surveys or for positioning in tunnels where global positioning system (GPS) signals cannot be accessed. Information on the optimization filter that must be incorporated in sensor fusion is introduced to help future research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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