KR100215343B1 - 차체의 슬립각 추정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 파라미터로서 감지된 조향각, 차체 속도, 횡방향 가속도 및 제동력에 근거하여 요 레이트를 연산하는 수단과; 감지된 조향각, 차체속도, 힁방향 가속도와 제동력 및 요 레이트에 근거하여 차체의 슬립각을 연산하는 수단과; 상기 요 레이트 연산 수단에 의한 연산에 근거하는 기준 요레이트와 감지된 요 레이트 사이의 차이에 대해 한계도를 감지하는 수단과; 상기 한계도에 따라 제 1 및 제 2 피드백 요소를 변경하여 타이어에 작용하는 횡력과 타이어의 슬립각 사이의 비선형 영역이 상기 제 1 및 제 2 피드백 요소의 변경에 의해 변경되는 수단을 포함하며, 상기 차체의 슬립각은 차체 슬립각 추정 장치에 의해 추정되며, 제 1 피드백 요소는 감지된 요 레이트 및 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산된 요 레이트 및 자동차에 고유한 고정 파라미터 사이의 차이를 곱해서 연산된 요 레이트가 감지된 요 레이트에 수렴하도록 하며, 상기 요 레이트는 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산되며, 제 2 피드백 요소는 감지된 요 레이트 및 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산된 요 레이트 및 자동차에 고유한 고정 파라미터 사이의 차이를 곱해서 연산된 요 레이트가 감지된 요 레이트에 수렴하도록 하는 차체 슬립각 추정 장치를 제공한다.

Description

차체의 슬립각 추정 장치
도 1은 본 발명에 합체된 차체의 슬립각 추정 장치의 자동차 안정성 제어 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 차체의 슬립각을 추정하기 위한 장치에 의해 수행된 전체 작동을 나타낸 플로 차트.
도 3은 한계도(Sa)와 노면 마찰 계수(μ)의 추정 오차(△μ)를 연산하기위한 도 2의 단계(100)의 작동을 나타낸 상세 플로 차트.
도 4는 자동차 모델 및 요 모멘트에 근거한 타이어의 횡력의 연산을 위한 도 2의 단계(200)의 작동을 나타낸 상세 플로 차트.
도 5는 노면 마찰 계수를 연산하기 위한 나타낸 도 2의 단계(300)의 작동을 나타낸 상세 플로 차트.
도 6은 피드백 게인(Kb 및 Kg)를 연산하기 위한 도 2의 단계(400)의 작동을 나타낸 상세 플로 차트.
도 7은 도 2의 단계(500)의 작동을 나타낸 상세 플로 차트.
도 8은 요 레이트 편차(△γ)의 절대값과 한계도(Sa) 사이의 관계를 나타내는 맵.
도 9는 한계도(Sa)와 노면 마찰 게수(△μ)의 추정 오차 사이의 관계를 나타내는 맵.
도 10은 타이어의 슬립각(βi(i=f, r))과 타이어의 힁력 사이의 관계를 나타내는 맵.
도 11은 한계도(Sa)와 필터 시정수(Tm) 사이의 관계를 나타내는 맵.
도 12는 한계도(Sa)와 가중치(W1, W2, W3) 사이의 관계를 나타내는 맵.
도 13은 오버 스티어 상태에서 후륜의 한계도(Sa)와 가중치 사이의 관계를 나타내는 맵.
도 14는 언더 스티어 상태에서 전륜의 한계도(Sa)와 가중치 사이의 관계를 나타내는 맵.
도 15는 자동차의 저속 주행시에 대해 타이어 접지력의 분산 영역(p1, p2)을 나타내는 그래프.
도 16은 자동차의 고속 주행시에 대해 타이어 접지력의 분산 영역(p1 및 p2)을 나타내는 그래프.
도 17은 타이어 접지력을 국소 추정하기 위해 타이어의 슬립각(βi(i=f,r))과 타이어의 힁력 사이의 관계를 나타내는 맵.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 자동차 12 : 차량 안정성 제어 장치
14 : 제동력 제어 장치 16 : 제동 장치
18FR 내지 18RL : 오른쪽 전륜과 왼쪽 전륜, 오른쪽 후륜과 왼쪽 후륜
20 : 차량 속도 센서 22 : 전후 가속도 센서
24 : 힁가속도 센서 26 : 요 레이트 센서
28 : 압력 센서 32 : 엔진 제어 수단
[발명의목적]
[발명이속하는기술분야및그분야의 종래기술]
본 발명은 차체의 슬립각을 추정하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관련 파라미터의 반복적인 컴퓨터 피드백 연산을 통해 차체의 슬립각을 추정하는 장치에 관련된 것이다.
자동차 안정성 제어 분야에서 현재 컴퓨터에 기초한 자동차 거동 제어가 종래 기술에서 널리 행해지고 있으며, 여기에서 차체의 슬립각은 효과적인 자동차의 거동 제어에 가장 필요한 파라미터이다. 차체의 슬립각은 바로 감지가 가능하다. 다양한 직접적으로 감지 가능한 파라미터, 예를 들면 조향각, 차체 속도, 힁방향 가속도, 요 레이트(yaw rate) 등에 근거하여 추정된다. 그러나 보다 본질적으로는 차체의 슬립각은 타이어와 지면 사이의 직접적으로 감지하지 못하는 마찰 계수에 근거하며, 보다 나쁘게는 비선형 영역에서의 한계특성을 나타내는 데 있다. 따라서 고정밀도로 차체의 슬립각을 추정하는 일은 매우 어렵다.
일본 특허 공개 소 62-83,247호에는 횡방향 가속도와 요 레이트와 차체 속도로부터 연산된 차체의 조향각과 차체 속도 및 슬립각과 같은 입력 자료와 함께 입력된 자동차 모델에서 추정된 차체의 슬립각과의 비교를 통해서 차체의 슬립각을 추정하는 한편 전륜과 후륜의 코너링 파워를 변경하는 방법이 기재되었다.
자동차 모델이 자동차의 거동을 추정하기 위해 채택된 경우, 추정은 노면에 대한 타이어의 접지력이 타이어의 슬립각에 대해 비례적인 경우 통상 선형 영역에서는 상대적으로 높은 정밀도가 가능하지만, 자동차가 타이어의 슬립각의 증가에 따라 선형 영역에서 벗어나는 경우 상기 정밀도는 급속하게 낮아진다. 관련 파라미터의 반복적인 컴퓨터 연산을 통해 특정 파라미터를 추정하는 종래 기술에서는 매우 작은 오차라 할지말도 누적되어 추정치가 전혀 쓸모 없을 정도로 큰 오차를 발생시킬 수 있다.
[발명이 이루고자하는 기술적 과제]
관련된 파라미터의 반복적인 컴퓨터 연산을 통해 자동차 타이어와 노면 사이의 비선형 한계 마찰 접촉에 의해 영향을 받는 파라미터의 추정에서의 상기 곤란함에 대해, 본 발명의 목적은 타이어 접지력이 타이어의 슬립각에 비례적인 선형 영역과, 타이어의 접지력이 타이어의 슬립각의 증가에 따라 한계 상황이 되는 비선형 영역을 통틀어 높은 정밀도로 차체의 슬립각을 추정하기 위한 개선된 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 문제점은 전륜 및 후륜의 조향각과 차체 속도와 요 레이트와 힁방향 가속도와 제동력을 감지하는 수단을 구비하며, 차체를 지지하는 전륜 및 후륜을 구비하는 자동차의 차체의 슬립각을 추정하는 장치에 있어서, 가변 파라미터로써 감지된 조향각, 차체 속도, 횡방향 가속도 및 제동력에 근거하여 요 레이트를 연산하는 수단과; 감지된 조향각, 차체 속도, 힁방향 가속도와 제동력 및 요 레이트에 근거하여 차체의 슬립각을 연산하는 수단과; 상기 요 레이트 연산 수단에 의한 연산에 근거하는 기준 요 레이트와 감지된 요 레이트 사이의 차이에 대해 한계도를 감지하는 수단과;
상기 한계도에 따라 제 1 및 제 2 피드백 요소를 변경하여 타이어에 작용하는 횡력과 타이어의 슬립각 사이의 비선형 영역이 상기 제 1 및 제 2피드백 요소의 변경에 의해 변경되는 수단을 포함하며, 상기 차체의 슬립각은 차체 슬립각 추정 장치에 의해 추정되며, 제 1피드백 요소는 감지된 요 레이트 및 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산된 요 레이트 및 자동차에 고유한 고정 파라미터 사이의 차이를 곱해서 연산된 요 레이트가 감지된 요 레이트에 수렴하도록 하며, 상기 요 레이트는 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산되며, 제 2 피드백 요소는 감지된 요 레이트 및 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산된 요 레이트 및 자동차에 고유한 고정 파라미터 사이의 차이를 곱해서 연산된 요 레이트가 감지된 요 레이트에 수렴하도록 하는 차체 슬립각 추정 장치를 통해 해결된다.
상술한 장치에서, 상기 제 1 및 제 2 피드백 게인은 세 개 이상의 게인성분을 제공하기 위해 상기 한계도 값을 증가시킴에 따라 세 개 이상의 다른 방식으로 연산되며, 제 1, 제 2, 제 3 가중치는 상기 한계도 값에 대응하여 제1, 제 2, 제 3 가중치가 상기 한계도의 서로 다른 값에서 피크값을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 피드백 게인은 각각 대응하는 가중치에 의해 가중되는 제 1, 제 2 및 제 3 게인 성분 각각의 합에 의해 생성된다.
또한 상술한 장치에서, 상기 한계도가 큰 경우에 상기 비선형 영역의 존재를 나타내고, 상기 제 2 피드백 게인은 차체의 추정 슬립각이 감지된 요레이트가 증가하는 방향과 반대로 증가하도록 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한 상술한 장치에서, 상기 기준 요 레이트와 감지된 요 레이트 사이의 차이는 그 지향 방향에 대한 요 레이트(감지되었거나 연산되었거나 간에)와 다르며, 최소한 제 1 및 제 2 피드백 게인 중의 하나는 후륜에 작용하는 횡력이 상기 요 레이트와 차체 슬립각 연산 보다 작도록 추정되며, 기준 요레이트와 감지된 요 레이트 사이의 차이가 그 지향 방향에 대한 요 레이트(감지되었거나 연산되었거나 간에)와 같은 경우에 최소한 제 1 및 제 2 피드백게인 중의 하나는 전륜에 작용하는 횡력이 상기 요 레이트와 차체 슬립각 연산 보다 작다.
본 발명은 연산을 수렴하도록 하는 피드백 게인을 사용하여 차체의 슬립각과 차체의 요 레이트 사이의 상관 관계의 반복적인 컴퓨터 연산을 통해 차체의 슬립각을 추정하고자 한다. 차체의 요 레이트는 차체의 슬립각과 매우 밀접한 관계가 있으며, 요 레이트의 변화는 대응하는 차체의 슬립 각속도(즉, 슬립각의 미분값)의 변화에 반영되며, 그 역도 성립한다. 차체의 요 레이트는 직접적으로 감지가 가능하다. 따라서 차체의 슬립각의 추정에서의 오차를 요레이트의 추정에서 대응하는 오차를 통해 검사한다면, 요 레이트의 추정 오차가 직접적으로 감지된 요 레이트의 슬립각에 대해 영(zero)으로 수렴한다면 차체의 정확한 슬립각의 추정이 가능할 것이다.
보다 상세하게는 차체의 추정 슬립각(βe)의 미분값을 βe, 차체의 추정요 레이트(γe)의 미분값을 γ, 차체의 감지된 요 레이트를 γ, 차체의 슬립각에 대해 감지된 요 레이트와 추정 요 레이트 사이의 차이(γ-γe)의 피드백 게인을 Kb, 추정값에 대해 요 레이트의 감지된 값과 추정된 값 사이의 차이의 피드백 게인을 Kg, 차체 속도를 V, 전륜과 후륜에 작용하는 힁력을 각각 Ff와 Fr, 차체의 중력 중심에서 전륜과 후륜의 전후 거리를 각각 Lf와 Lr로 한다면, 다음의 관계식이 성립한다.
[수학식 1]
[수학식 2]
전륜과 후륜에 작용하는 횡력(Fr 및 Fr)은 각각 전륜과 후륜의 슬립각(βf 및 βr)으로 추정되며, 전륜과 후륜의 코너링 파워(Cf 및 Cr)는 각각 다음과 같다.
[수학식 3]
Ff = Cf * βf
[수학식 4]
Fr = Cr * βf
공지 기술에서 코너링 파워(Cf 및 Cr)는 슬립각(βf 및 βr)이 상대적으로 작을 경우 상수이며, 슬립각(βf 및 βr)이 증가하는 경우 각각 최소값으로 점점 감소한다. βf 및 βr은 전륜 및 후륜의 조향각(δf 및 δr), 차체의 추정 슬립각(βe), 차체의 중력 중심에서 전륜과 후륜의 전후 거리(Lf 및 Lr), 요 레이트(추정값(γe)으로써) 및 차체 속도(V)로부터 다음과 같이 추정된다.
[수학식 5]
βfe = δf ㅡ Lf * γe / V
[수학식 6]
βre = δf ㅡ Lr * γe / V
βfe와 βre를 얻기 위해 수학식 3과 수학식 4를 수학식 5와 수학식 6과 치환하고, Ff와 Fr을 얻기 위해 수학식 1과 수학식 3을 수학식 3과 수학식 4에 치환하고, 그 결과를 행렬의 형식으로 표현하면 다음의 관계식이 얻어진다.
[수학식 7]
학식 7은 다시 다음과 같이 쓸 수 있다.
[수학식 8]
X = (A -LC) *X +B *d +γ *K
수학식 8을 다시 변형시키면,
[수학식 9]
X = (A -LC) *X +(A -LC)(A -LC)-1(B*d +γ*K)
= (A -LC) {X -(A -LC)-1(-B*D -γ*K)}
[수학식 10]
X = (A -LC)(X - Xc)
수학식 10은 X가 Xc로 수렴하면 풀린다. 상기 식은 이차원이기때문에, p1과 p2로 표시되는 두 개의 극(pole)을 가진다. 이제 극(p1 및 p2)을 사용하면 βc와 γc는 다음과 같다.
[수학식 11]
[수학식 12]
[수학식 13]
[수학식14]
Kg = a11 +a22 -p1-p2
타이어의 슬립각(βf 및 βr)이 상대적으로 작은 경우에 제 1 종의 피드백 게인(Kb 및 Kg)으로써, 본 출원과 동일한 양수인에 의한 일본 특허 출원제 7-10782 호에 기술된 바와 같이 결정되며, 상기 출원에 따르면 p1과 p2는 임의의 양의 상수(C11, Cl2, C21, C22)를 사용하여 다음과 같이 표현된다.
[수학식 15]
p1= -C11-C12/V
[수학식 16]
p2 = -C21-C22/V
슬립핑 조건이 앞서서 자동차에 스핀이 발생하는 경우, 차체의 슬립각은 요 레이트의 방향과 반대인 방향으로 증가한다. 따라서 자동차의 선응이 상기와 같이 시뮬레이트(simulate)되면, 수학식 11의 상기 관계에서 비례 계수(γ)는 음수이며, 다른 말로 하자면, 추정 슬립각이 추정 요 레이트가 증가하는 방향의 반대 방향으로 증가하며, 추정은 보다 더 정확해진다. 다른 한편 추정요 레이트가 감지된 요 레이트에 수렴하기 때문에, 수학식 12의 비례 계수(γ)는 반드시 양수이다. 따라서 상기와 같은 자동차 구동 조건에서 p1과 p2는 다음의 조건을 만족하도록 설정된다.
[수학식 17]
[수학식 18]
수학식 17과 수학식 18의 조건을 만족하는 p1과 p2 값이 도 15와 도16에 나타낸 바와 같이 p1과 p2를 좌표로서 해치(hatch)된 패턴으로 도시되었으며, 도 15가 자동차의 저속 주행시의 패턴을 나타낸다면 도 16은 자동차의 고속 주행시의 패턴을 나타낸다. 패턴은 차체 속도가 증가함에 따라 도 15에 나타낸 패턴에서 점점 도 16에 나타낸 패턴과 같이 변화한다.
전륜과 후륜에 작용하는 횡력(Ff 및 Fr)이 대체적으로 타이어의 슬립각에 대해 비례적인 관계로 사라질 때 타이어의 슬립각(βf 및 βr)이 추가적으로 증가하여도 17의 βm의 값에 접근하는 경우, 상기 추정은 다시 변경된다.
βm 부근의 영역에 대해 횡력(Ff 및 Fr)과 추정 슬립각(βfe 및 βre) 사이의 관계는 다음과 같다.
[수학식 19]
Ff = Cf*βfe +Ff0 十△Ff
[수학식 20]
Fr = Cr*βre +Fr0 十△Fr
여기에서, △Ff와 △Fr은 코너링 파워의 추정 오차와 노면 마찰 계수(μ)를 포함한다. Ff0과 Fr0이 상수가 아니고 실제로는 βfe와 βre의 함수이지만, Ff0과 Fr0은 βm에서 및 부근에서 대략적으로 상수로 간주해도 좋다.
수학식 1과 수학식 2의 Ff와 Fr에 수학식 19와 수학식 20을 치환하고, 그 결과를 다시 정리하고, 라플라스(Lap1ace) 변환을 적용하면, AFf, AFr과 βe, γe 사이의 관계는 다음과 같이 얻어진다.
[수학식 21]
그리고, 다시 정리하면,
[수학식 22]
여기에서,
α = - (1 +Kg)이고,
[수학식 23]
비선형 영역에서의 추정 횡력이 매우 큰 오차를 포함하고 있기 때문에, 바람직하게,α를 조정시켜, 전륜이 접지력의 한계 영역에 있는 경우 △Ff에서 βe로의 전달 함수가 영(zero)이 되고, 한편 후륜이 접지력의 한계 영역에 있는 경우, Fr에서 βe로의 전달 함수를 영이 되도록 한다.
△Ff에서 βe로의 전달 함수를 영이 되도록 하기 위해서,α는 다음과 같다.
[수학식 24]
Fr에서 βe로의 전달 함수를 영이 되도록 하기 위해서,α는 다음과 같다.
[수학식 25]
또한, Cf와 Cr 양자 모두가 비선형 영역에서 작다고 생각되기 때문에, 영(zero)으로 근사할 수 있다. 따라서 α값은 최종적으로 다음과 같다.
전륜이 한계 상황일 때, 즉 언더 스티어의 경우,
[수학식 26]
후륜이 한계 상황일 때, 즉 오버 스티어의 경우,
[수학식 27]
[발명의 구성 및 작용]
이하에 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 차체의 슬립각을 추정하는 장치는 오른쪽 전륜과 왼쪽 전륜, 오른쪽 후륜과 왼쪽 후륜(18FR,18FL,18RR 및 18RL)로 개략적으로 도시된 자동차(10)의 차량 안정성 제어 장치(12)와 합체된다. 차량 안정성 제어 장치(12)는 필요하다면 자동차의 차체 자체를 나타낼 수도 있다. 차량 안정성 제어 장치(12)는 차량 속도 센서(20)로부터의 차량 속도(V), 전후가속도 센서(22)로부터의 전후 가속도(Gx), 횡가속도 센서(24)로부터의 횡가속도(Gy), 요 레이트 센서(26)로부터의 요 레이트(γ), 압력 센서(28)로부터의 각횔의 횔 실린더에 걸리는 제동 장치 액압(Pbi), 네 개의 조향 수단으로부터의 전륜 조향각(δf)와 후륜의 조향(δr), 엔진 제어 수단(32)으로부터의 각 타이어에 대한 마찰력(Ti)이 제공된다. 상기 장치는, 본 출원의 양수인과 동일하게 양수된 병행 출원 중인 특허 출원에 상세히 설명된 바와 같이, 제동력 제어장치(14)와 제동 장치(16)를 구비하며, 차량 안정성 제어 장치(12)의 제어 하에 제동력 제어 장치(14)에 의해 제동 장치가 구동된다. 필요하다면 상기 차량 안정성 제어를 위해 특허 출원 제 1116, 1118, 1120, 1122, 1124, 1128, 1130 호가 참조된다.
도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 차량 안정성 제어 장치(12)와 내부에 합체되는 차체의 슬립각 추정 장치는 실제로는 중앙 처리 유닛과, 롬(ROM)과, 램(RAM)과, 입력 포트 장치와, 출력 포트 장치와, 상기 요소를 상호 접속하는 양방향성의 공통 버스를 포함하는 기본 구성의 전자 컴퓨터에 의해 구축된다.
본 발명에 따른 차체의 슬립각 추정 장치는 도 2 내지 도 7을 참조하여, 반복적으로 소정의 시간 주기 동안 후술하는 일련의 연산을 수행하며, 계속적으로 수학식 1과 수학식 2의 해가 수렴하도록 하며, 특히 전자 컴퓨터에 특유한 피드백 조정을 통한 디지탈 적분에 의해 아날로그량을 대체한다.
도 2를 참조하여 단계(100)의 연산의 개요를 나타내며, 입력 신호가 읽혀지며, 본원에서 한계도(Sa)와 노면 마찰 계수의 추정 오차(△μ)로 지칭되는 파라미터는, 양자 모두 후술에서 상세히 설명될 것이지만, 도 3의 루틴에 따라 연산된다.
단계(200)에서, 타이어 횡력은 도 4에 나타낸 루틴에 따라 서로 다른 두 가지 방법으로 연산되며, 제 1 타이어 횡력은 자동차 모델에 의거하여 연산되고, 제 2 타이어 횡력은 네 개의 타이어에 작용하는 제동력의 차이에 실질적으로 근거하는 요 모멘트(yaw moment)에 의거하여 연산된다.
단계(300)에서, 노면의 마찰 계수(μ)는 도 5에 나타낸 루틴에 따라 추정되며, 상기 추정은 자동차 모델에 근거하여 연산된 타이어 횡력과 요 모멘트에 근거하여 연산된 타이어 횡력의 차이에 의해 반복적으로 조정된다.
단계(400)에서, 피드백 게인(Kb 및 Kg)은 도 6에 나타낸 루틴에 따라 수행된다.
단계(500)에서, 차체의 슬립각(βe)과 요 레이트(γe)는 도 7에 나타낸 루틴에 따라 추정된다.
다음으로, 각 단계를 보다 상세히 설명한다.
도 3을 참조하여 한계도(Sa)와 노면 마찰 계수(μ)의 추정 오차(△μ)의 연산을 설명한다.
단계(110)에서, 목표 요 레이트(γc)는 차체 속도(V), 조향각(δf 및 δr), 횔 베이스(H)와 적합한 비례 상수(Kh)에 근거하여 연산되며, 이후에 γc는 기준 요 레이트(γt)를 얻기 위해 널리 알려진 라플라스 함수(1/(Tt+s))를 통해 일차 지연을 얻도록 다음과 같이 변경된다.
[수학식 28]
γc = V*(δf -δr)/{(1+Kh* V2)*H}
[수학식 29]
γt = γc/(1+Tt*s)
단계(120)에서 요 레이트 편차(△γ)는 다음과 같이 얻어진다.
[수학식 30]
△γ = ( γt -γ)/V
단계(130)에서, 도 8에 나타낸 것과 같은 맵을 참조하면, 한계도(Sa)는 △γ의 절대값에 대해 연산되어 한계 상황에 도달할 때까지 △γ의 절대값의 증가를 따라 증가하는 타이어 접지 한계력의 정도를 나타내는 파라미터를 생성한다.
단계(140)에서, 도 9에 나타낸 것과 같은 맵을 참조하면, 노면 마찰 계수(μ)의 추정 오차(△μ)는 한계도(Sa)에 대해 연산되며, 한계도(Sa)가 증가함에 따라 더욱 작게 된다.
다음으로 도 4를 참조하여, 자동차 모델과 요 모멘트에 근거하여 타이어 힁력의 연산을 설명한다.
단계(210)에서, 차체의 중력 중심에서 전륜(앞축)과 후륜의 전후 거리를 Lf와 Lr로 각각 지칭하고, 각 타이어의 슬립각(βi(i=fr, fl, rr, fl))은 조향각(δf 및 δr), 차체 속도(V), 차체 슬립각(βe: 앞선 주기에서 추정된), 요 레이트(γe: 마찬가지로 앞선 주기에서 추정된)에 근거하여 다음과 같이 추정된다.
[수학식 31]
βfr = βf1=δf -βe -Lf*γe/V
[수학식 32]
βrr=βr1= δr -/βe -Lr* γe/V
단계(220)에서, 제동 장치 액압(Pbi(i=fr, fl, rr, rl))의 변환 계수를 제동력으로 전환하면, 즉 각각의 타이어에 대응하는 전후력(Fxi(i=fr, fl, rr, rl))을 B로 하면, 전후력(Fxi)는 다음과 같이 추정된다.
[수학식 33]
Fxi = B *Pbi -Ti
단게(230)에서, 각 타이어에 대한 하중(Wi(i=fr, fl, rr, rl))은 차체 무게(m), 전후 가속도(Gx) 및 횡방향 가속도(Gy)에 근거하여 연산되며, 각 타이어의 최대 횡력(Fymaxi(i=fr, fl, rr, rl))은 다음과 같이 추정된다.
[수학식 34]
Fymaxi={ (μ*Wi)2-Fxi2}1/2
단계(240)에서, 각 타이어의 코너링 파워를 Cpi(i=fr, fl, rr, rl)이라 하면, 각 타이어의 횡력(Fyi(i=fr, fl, rr, rl))은 다음과 같이 추정된다.
[수학식 35]
Fyi = Fymaxi* tanh(Cpi*βi/Fymaxi)
또는, 각 타이어에 대한 횡력(Fyi)은 슬립각(βi)에 대해 도 10에 도시한 것과 같은 맵으로부터 얻을 수 있으며, 여기에서 직선(Lcp)은 코너링 파워를 나타낸다.
단계(250)에서, 전륜과 후륜의 제 1 추정 횡력(Fyf1 및 Fyrl)은 다음과 같이 추정된다.
[수학식 36]
Fyf1 = Fyf1 +Fyfr
[수학식 37]
Fyr1 = Fyr1 +Fyrr
단계(260)에서, 자동차의 접지력을 T라 하고, 각각의 타이어에 대한 제동력의 차이에 기인하는 요 모멘트(M)는 다음과 같이 연산된다.
[수학식 38]
M = (Fxfr -Fxfl+Fxrr -Fxrl) *T/2
단계(270)에서, 자동차의 관성 모멘트(Iz)와 요 레이트(γ)의 미분값(γ:γdif라 참조되는)에 근거하여, 전륜과 후륜의 제 2 추정 횡력(Fyf2 및 Fyr2)은 다음과 같이 추정된다.
[수학식 39]
Fyf2 = (Lr *Gy *9.8 *m +Iz *γdif -M) /H
[수학식 40]
Fyr2 = (Lf *Gy *9.8 *m +Iz *γdif -M) /H
다음으로, 도 5를 참조하여, 노면 마찰 계수(μ)의 추정을 설명한다.
단계(310)에서, 제 1 추정 힁력에 근거한 값에 대한 제 2 추정 횡력에 근거한 타이어 접지력의 비가 이전 주기에서 추정한 노면 마찰 계수의 값에 대한 실제 노면 마찰 계수 값과의 비가 같은 경우, 전륜과 후륜의 마찰 계수의 실제값은 다음과 같다.
[수학식 41]
μtmpf = μ *(Fyf22+Fxf2)1/2/(Fyf11+Fxf2)1/2
[수학식 42]
μtmpf =μ * (Fyr22+Fxr2)1/2/(Fyr12+Fxr2)1/2
단계(320)에서,μtmpf와 μtmpr 중 큰 값이 추정 노면 마찰 계수(μtmp)로서 선택된다.μtmpf와 μtmpr 중 큰 값이 선택되는 이유는 노면 마찰 계수가 실제값에 비해 작은 값으로 추정되면, 차량 안정성 제어 장치가 차체의 슬립각을 너무 큰 값으로 허용할 수 있기 때문이다.
단계(330)에서, 도 11에 나타낸 것과 같은 맵을 참조하면, 필터(μtmp)로 서 시정수(Tm)는 한계도(Sa)에 대해 한계도(Sa)가 증가함에 따라 작아지도록 결정된다.
단계(340)에서, 샘플링 타임을 Tsp라고 하면, 필터 계수(R)는 다음과 같이 연산된다.
[수학식 43]
R = Tsp/Tm
단계(350)에서,μtmp는 추정 마찰 계수(μe)를 얻기 위해 필터 계수(R)에 따라 다음과 같이 필터링된다.
[수학식 44]
μe=(1-R)*μe+μtmp*R
단계(360)에서, 노면 마찰 계수(μ)는 단계(140)에서 얻은 △μ에 의해 μe를 보정하여 최종적으로 다음과 같이 추정한다.
[수학식 45]
μe = μe +△μ
다음으로 도 6을 참조하여, 차체의 슬립각과 요 레이트를 추정하기 위한 위한 피드백 게인(Kb와 Kg)의 연산에 대해 설명한다. 이 루틴에서는 각각 세 종류의 피드백 게인이 제 1, 제 2, 제 3 피드백 게인 성분(Kb1, Kb2, Kb3과 Kg1과 Kg2와 Kg3)으로서 그와 같은 성분의 가중합 조합에 의해 Kb와 Kg를 추정하기 위해 연산된다.
단계(410)에서, 수학식 15와 수학식 16에 따른 p1과 p2의 연산에 근거하여, 제 1 피드백 게인 성분(Kb1 및 Kg1)은 수학식 13과 수학식 14에 따라서 다음과 같이 연산된다.
[수학식 46]
Kb1 ={(a11-p1-p2) +p1*p가/a21+a12
[수학식 47]
Kg1 = a11 +a22 -p1 -p2
단계(420)에서, 제 2 피드백 게인 성분(Kb2 및 Kg2)을 연산하기 위한 파라미터(p1 및 p2)는, 저속 주행시는 도 15의 해치된 영역에, 고속 주행시는 도 16의 해치된 영역에 들어가도록 도 15와 도 16을 참조하여 설명한 값과 같은 차체 속도에 따라 결정된다.
단계(430)에서, 상술한 p1과 p2의 값을 사용하여, 제 2 피드백 게인 성분(Kb2 및 Kg2)는 다음과 같이 연산된다. 자세한 내용은 후술한다.
[수학식 48]
Kb2 ={(a11 -p1-p2) +p1*p2}/a21+a12
[수학식 49]
Kg2 = a11+a22 -p1-p2
단계(440)에서, 제 3 피드백 게인 성분(Kb3 및 Kg3)은 다음과 같이 연산되며, τ는 상수이다.
[수학식 50]
Kb3 = 1/τ
Kg3 = -(1 +α)
[수학식 51]
α=-(Iz*Kg3)/(m*V*Lf), 단 △γ 0 일 때.
[수학식 52]
α=(Iz*Kg3)/(m*V*Lf), 단 △γ 0 일 때.
단계(450)에서, 도 12에 나타낸 것과 같은 맵을 참조하면, 제 1, 제 2, 제 3 피드백 게인 성분에 대한 가중치(W1, V氾, `V3)는 한계도(Sa)에 대해 연산된다.
단계(460)에서, 피드백 게인(Kb 및 Kg)는 최종적으로, 가중합(Kbl, Kb2와 Kb3 및 Kgl, Kg2와 Kg3)으로써 각각 연산된다.
[수학식 53]
Kb = W1 *Kb1 +W2 *Kb2 +W3 *Kb3
[수학식 54]
Kg = W1 *Kg1 +W2 *Kg2 +W3 *Kg3
다음으로, 도 7을 참조하여, 차체의 슬립각(βe 및 γe)의 최종적인 연산을 설명한다.
단계(510)에서, △γ*γ로 한계 상황인 후륜의 타이어 접지력이 음수이면 자동차가 오버 스티어된 상태라고 판단하거나, 또는 △γ*γ로 한계 상황인 전륜의 타이어 접지력이 양수이면 자동차가 언더 스티어된 상태라고 판단한다(이판단에서 γ는 감지된 요 레이트이거나 추정된 요 레이트이다.).
단계(510)에서의 판단이 아니오이면, 즉 자동차가 오버 스티어의 경우에, 제어 프로세스는 단계(520)으로 진행하고, 상기 판단이 예이면, 즉 자동차가 언더 스티어인 경우, 제어 프로세스는 단계(530)으로 진행한다.
단계(520)에서, 도 15에 나타낸 것과 같은 맵을 참조하면, 후륜의 제 2추정 힁력(Fyr2)을 얻기 위한 가중치(Wdr)는 한계도(Sa)에 대해 연산된다.
단계(530)에서 전륜과 후륜의 횡력(Fyf 및 Fyr)은 Wdr을 사용하여 연산되며, 따라서 후륜에 작용하는 횡력의 추정에서 제 1 추정 횡력(Fyrl)의 가중치는 제 2 추정 힁력(Fyr2)에 대해 다음과 같이 더욱 감소하게 된다.
[수학식 55]
Fyf = Fyf1
[수학식 56]
Fyr=(1-Wdr)*Fyr1+Wdr*Fyr2
다른 한편, 단계(530)에서, 도 14에 나타낸 것과 같은 맵을 참조하면, 가중치(Wdf)는 전륜의 제 2 추정 횡력(Fyf2)을 얻기 위해 한계도(Sa)에 대해 추정된다.
단계(550)에서, 전륜과 후륜의 횡력(Fyf 및 Fyr)은 Wdf를 사용하여 다음과 같이 연산된다.
[수학식 57]
Fyf=(1-Wdf)*Fyr1+Wdf*Fyf2
[수학식 58]
Fyr = Fyr1
단계(560)에서, 차체의 슬립각(βe)과 요 레이트(γe)는 다음과 같이 추정된다.
[수학식 59]
[수학식 60]
본 발명을 적합한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 당업자에게는 본 발명의 정신에서 이탈하지 않고도 개시된 실시예에 대해 다양한 변형이 가능하다는 것은 분명하다.

Claims (4)

  1. 전륜 및 후륜의 조향각과 차체 속도와 요 레이트와 횡방향 가속도와 제동력을 감지하는 수단을 구비하며, 차체를 지지하는 전륜 및 후륜을 구비하는 쟈동차의 차체의 슬립각을 추정하는 장치에 있어서, 가변 파라미터로써 감지된 조향각, 차체 속도, 힁방향 가속도 및 제동력에 근거하여 요 레이트를 연산하는 수단과; 감지된 조향각, 차체 속도, 힁방향 가속도와 제동력 및 요 레이트에 근거하여 차체의 슬립각을 연산하는 수단과; 상기 요 레이트 연산 수단에 의한 연산에 근거하는 기준 요 레이트와 감지된 요 레이트 사이의 차이에 대해 한계도를 감지하는 수단과; 상기 한계도에 따라 제 1 및 제 2 피드백 요소를 변경하여 타이어에 작용하는 횡력과 타이어의 슬립각 사이의 비선형 영역이 상기 제 1 및 제 2피드백 요소의 변경에 의해 변경되는 수단을 포함하며, 상기 차체의 슬립각은 차체 슬립각 추정 장치에 의해 추정되며, 제 1피드백 요소는 감지된 요 레이트 및 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산된 요 레이트 및 자동차에 고유한 고정 파라미터 사이의 차이를 곱해서 연산된 요 레이트가 감지된 요 레이트에 수렴하도록 하며, 상기 요 레이트는 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산되며, 제 2 피드백 요소는 감지된 요 레이트 및 상기 요 레이트 연산 수단에 의해 연산된 요 레이트 및 자동차에 고유한 고정 파라미터 사이의 차이를 곱해서 연산된 요 레이트가 감지된 요 레이트에 수렴하도록 하는 것을 특징으로 하는 차체의 슬립각 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 피드백 게인은 세 개 이상의 게인 성분을 제공하기 위해 상기 한계도 값을 증가시킴에 따라 세 개 이상의 다른 방식으로 연산되며, 제 1, 제 2, 제 3 가중치는 상기 한계도 값에 대응하여 제 1, 제 2, 제 3 가중치가 상기 한계도의 서로 다른 값에서 피크값을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 피드백 게인은 각각 대웅하는 가중치에 의해 가중되는 제 1, 제 2 및 제 3 게인 성분 각각의 함에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 차체의 슬립각 추정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 한계도가 큰 경우에 상기 비선형 영역의 존재를 나타내고, 상기 제 2 피드백 게인은 차체의 추정 슬립각이 감지된 요 레이트가 증가하는 방향과 반대로 증가하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 차체의 슬립각 추정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 요 레이트와 감지된 요 레이트 사이의 차이는 그 지향 방향에 대한 요 레이트(감지되었거나 연산되었거나 간에)와 다르며, 최소한 제 1 및 제 2 피드백 게인 중의 하나는 후륜에 작용하는 횡력이 상기 요 레이트와 차체 슬립각 연산 보다 작도록 추정되며, 기준 요 레이트와 감지된 요 레이트 사이의 차이가 그 지향 방향에 대한 요 레이트(감지되었거나 연산되었거나 간에)와 같은 경우에 최소한 제 1 및 제 2 피드백 게인 중의 하나는 전륜에 작용하는 힁력이 상기 요 레이트와 차체 슬립각 연산 보다 작은 것을 특징으로 하는 차체의 슬립각 추정 장치.
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