KR100267641B1 - 자동차의 abs제어용 차량속도추정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 ABS 제어에 관한 것으로, 차륜이 회전속도를 기준으로 차량의 실제 차속을 보다 정확하게 추정하여, 차량의 제동중 조향안정성을 확보하고 동시에 제동거리를 줄이는 등 ABS의 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 차속추정방법에 있어서, 4개의 차륜속도 검출센서로부터 검출된 검출값중 최대값을 선택하여 제1기준속도(Vref₀)를 구하는 최대속도 선택단계와, 상기 제1기준속도(Vref₀)를 컷오프주파수 f₁인 로패스필터를 통과시켜 고조파를 제거한 제2기준속도(Vref₁)를 구하는 최대속도 필터링단계와, 상기 제2기준속도(Vref₁)을 차분하여 제1기준속도(Aref₁)를 구하는 가속도 산출단계와, 상기 제1기준속도(Aref₁)를 컷오프주파수 f₂인 로패스필터를 통과시켜 고조파를 제거한 제2기준속도(Aref₂)를 구하는 가속도 필터링단계와, 상기 제2기준속도가 현재마찰계수(μ)보다 크면 (μ≤Aref₃≤0), 상기 제2기준가속도를 추정가속(Aref₃)로 설정하고, 상기 제2기준가속도가 현재 마찰계수(μ)보다 작으면 (Aref₂≤μ≤0), 현재마찰계수를 추정가속도(Aref₃)로 설정하는 방법으로 추정가속도(Aref₃)를 구하는 추정가속도 설정단계 및, 상기 추정가속도(Aref₃)를 적분하여 추정차량속도(Vref)를 산출하는 추정차량속도 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 ABS제어용 차량속도 추정방법을 제공한다.

Description

자동차의 ABS제어용 차량속도 추정방법.

본 발명은 차량의 ABS제어에 관한 것으로, 특히 차량의 4개 차륜 각각으로부터 측정된 차륜의 회전속도를 기준으로 차량의 실제 차속을 보다 정확하게 추정하여, 차량의 제동중 조향안정성을 확보하고 동시에 제동거리를 줄이는 등 ABS의 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.

일반적으로 자동차에는 차량의 속도제어를 위해 브레이크장치를 구비하고 있는 바, 최근에는 차량의 제동능력향상과 제동중의 조향안정성 확보를 위해 제동력제어시스템(ABS : anti blocking system, 이하 ABS라고 칭한다)를 구비하고 있다.

ABS는 제동마찰계수가 낮은 노면에서 고속주행중 제동할 때 제동력을 노면에 충분히 전달할 수 없어서 야기되는 고착상(blocking)즉, 제동 중 차륜은 회전하지 않아도 차량은 미끄러져 진행하게 되는 차륜의 상태를 대비한 것으로서, 제동중 차륜의 고착상태가 있기 전에 이를 사전에 감지하고 고착의 발생을 방지하기 위한 시스템이다.

이 시스템은 제동시, 차량의 전후륜에 설치된 차륜회전속도 검출센서를 이용하여 차속을 추정하고 이를 기초로 현재의 슬립률과 감속도를 계산한 후, 이들 자료를 입력변수로하여 차량의 고착상태발생을 예측하고 그 전에 브레이크 압력을 감소시켜 차륜회전속도를 차속에 근접시키고 다시 차륜의 회전속도의 일정치를 초과하기 전에 브레이크 압력을 증가시켜 차륜을 제동시키는, 일련의 동작을 반복하여 슬립률을 바람직한 상태로 유지시키도록 제어하는 것으로서, 차륜의 고착상태의 발생함으로 조향성상실 및 주행안정성상실의 상태가 되는 것을 사전에 방지하고 제동능력을 향상시킨다.

따라서, 이러한 제어를 위한 ABS의 구성의 주요요소는 브레이크 휠실린더의 유압을 직접 조절하는 밸브기구와, 차륜의 현재속도에 대한 정보를 기초로 차량의 차속 및 슬립률을 추정하고 밸브의 개폐를 제어하는 전자제어장치이다.

또한 제어의 정밀성 제고와 그에 따른 ABS제어효율을 극대화하기 위해서는 현재차량의 슬립상태를 일정범위에 유지시킨 상태에서 제동력을 전달하여야 하는 바, 가능한 한 정확한 슬립률을 연산해 내야 하고 슬립률의 연산기초 자료인 현재의 차속을 정확히 측정하여야 할 것이다.

그러나 현재에는 차량의 차속을 정확히 측정할 수 있는 수단은 비용상승으로 장착할 수 없고, 따라서 측정가능한 차륜의 회전속도를 기초로 차량의 속도를 추정하는 방법을 사용할 수 밖에 없다. 종래의 차량의 현재속도를 추정하는 방법은 4개 차륜의 현재속도 중 가장 큰 값을 선택하는 방법, 두번째로 큰 값을 선택하는 방법, 또는 이들 자료로 부터 일정 연산수단에 의해 연산하는 방법 등이 있으나 어느 것이든 현재 차속과는 같다고 할 수 없고, 다만 ABS제어에 큰 지장이 없는 한 현재 차속보다 약간 작은 것을 선택 할 뿐이다.

따라서, ABS의 제어성능을 높이기 위해서는 보다 실제 차속에 근접한 차량 속도를 추정해 낼 것이 요구된다.

본 발명은 전술한 종래의 ABS제어수단이 지니고 있는 부족한 점을 개선하기 위한 것으로서, 4개 차륜의 속도로부터 실제 차속에 가까운 차속을 추정해 낼 수 있는 방법을 제공하여 보다 정확한 현재 슬립률을 계산해 내고, 그 결과 ABS제어의 효율을 높이는 것을 기술적 과제로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 차량속도 추정방법의 개략적 설명도.

제2도는 본 발명에 따른 차량속도 추정방법중 마찰계수를 정하는 방법을 나타내는 흐름도.

본 발명은 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로, ABS제어를 위한 차속추정방법에 있어서,

4개의 차윤속도 검출센서로부터 검출된 검출값중 최대값을 선택하여 제1기준속도(Vref₀)를 구하는 최대속도 선택단계와,

상기 제1기준속도(Vref₀)를 컷오프주파수 f₁인 로패스필터를 통과시켜 고조파를 제거한 제2기준속도(Vref₁)를 구하는 최대속도 필터링단계와,

상기 제2기준속도(Vref₁)를 차분하여 제1기준속도(Aref₁)를 구하는 가속도 산출단계와,

상기 제1기준속도(Aref₁)를 컷오프주파수 f₂인 로패스필터를 통과시켜 고조파를 제거한 제2기준속도(Aref₂)를 구하는 가속도 필터링단계와,

상기 제2기준속도가 현재마찰계수(μ)보다 크면(μ≤Aref₂≤0), 상기 제2기준가속도를 추정가속도(Aref₃)로 설정하고, 상기 제2기준가속도가 현재마찰 계수(μ)보다 작으면(Aref₂≤μ≤0), 현재마찰계수를 추정가속도 (Aref₃)로 설정하는 방법으로 추정가속도(Aref₃)를 구하는 추정가속도 설정단계 및,

상기 추정가속도(Aref₃)를 적분하여 추정차량속도(Vref)를 산출하는 추정차량속도 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 ABS 제어용 차량속도 추정방법을 제공한다.

이하 본발명의 구성단계를 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

첫번째의 최대속도 선택단계에서는 4개의 차륜속도 검출센서로부터 검출된 검출값중 최대값을 선택하여 제1기준속도(Vref₀)를 구한다. 차륜의 회전속도의 측정은 종래의 방법에 따르며, 이때 차륜으로부터 직접 얻은 것을 현재의 차속이라 할 수는 없고 ABS제어의 실패를 막기 위해 가장 큰 값을 정하는 것은 가장 간단한 시도로서 많이 사용되고 있다. 따라서 이 과정은 모든 ABS의 제어방법에서 첫번째 작업단계이다.

다음으로, 최대속도 필터링단계는 앞에서 구한 제1기준속도(Vref₀)를 컷오프주파수가 약 f₁=5hz 내지 15hz정도되는 로패스필터를 통과시키고, 그 결과 고조파를 제거한 상태인 제2의 기준속도(Vref₁)를 구한다. 이 결과를 가지고 추정차속을 정하는 경우 역시 많이 사용 된다. 이는 실제 차량의 차속이 약 2hz정도의 낮은 주파수를 갖는 다는 점에서 잡음을 제거하는 수단이 된다.

다음의 단계는 차량의 추정가속도를 구하는 첫번째 단계로 제1기준가속도(Aref₁)를 산출하는 단계이다. 이는 앞서 구한 제2기준속도(Vref₁)를 차분하여 제1기준가속도(Aref₁)를 구하며, 이때 관계식은 다음과 같다.

Aref₁= Vref₁- Z^-1* Vref₁

다음은 가속도 필터링단계로 앞서의 제1기준가속도 (Aref₁) 를 컷오프주파수 f₂가 5hz 이하인 로패스필터를 통과시켜 고조파를 제거하여 제2기준가속도 (Aref₂) 를 실제차량의 가속도로 사용할 수 있는가를 평가하고, 조건을 만족하면 그대로 사용하고 그렇지 않으면 보정을 하여 보정된 값을 현재차량의 가속도로 정한다.

제2기준가속도 (Aref₂) 가 현재마찰계수 (μ)보다 크면 (μ≤Aref₂≤0), 제2기준가속도를 추정가속도 (Aref₃)로 설정하게 된다.

한편, 제2기준가속도가 현재마찰계수(μ)보다 작으면 (Aref₂≤μ≤0), 현재마찰계수를 추정가속도 (Aref₃)로 설정하는 방법으로 추정가속도 (Aref₃)를 구한다.

이러한 문제가 시작되는 이유는 실제 가속도 값을 실측하기 곤란하기 때문이며, 마찰계수에 한정하는 이유는 마찰계수가 극히 낮은 노면에서 4개의 차륜이 동시에 록킹되는 현상이 생기면 실제차속이 0에 근접한 것으로 평가되므로 제어를 종료하는 극한의 경우를 고려한 것으로 차량의 감속도를 마찰계수로 한정해야 하여 이 경우에도 실제차량의 차속을 구해야 하기 때문이다.

한편 일반적으로 제동상태에서는 속도이 줄게되므로 차량의 실제 가속도는 0보다는 작고 타이어와 노면의 마찰계수보다는 큰것으로 음수 값을 갖는다는 것을 알 수 있다.

또한 현재 노면과 타이어 사이의 마찰계수는 어떻게 설정할 것인가가 문제이다. 이를 또 다른 방법으로 구랗 수도 있을 것이나, 본 발명에서는 다음과 같은 방법을 추가로 제안하고자 한다.

제2도는 이러한 과정을 그린 흐름도이다. 연산에는 이전 제어주기에서의 연산결과를 이용하여야 하므로, 아무런 데이타가 없는 첫번째 주기와 두번째 이상의 주기로 나누어서 연산해야 한다.

먼저 최초의 ABS제어주기에서는 4개 차륜으로 부터 감압회수를 세어 이를 연산에 반영한다. 일반적으로 마찰계수가 작은 노면에서의 감압회수가 마찰계수가 큰 노면에서 보다도 많다는 사실을 이용한다.

4개의 차륜으로 부터의 감압회수를 이용해 전체 차륜의 평균감압회수를 구하고, 그 회수가 일정회수(n₁) 15 내지 25회를 넘어서면 일정회수(n₁)를 감압회수(n)로 정한다. 바람직하기로는 20회를 기준으로 함이 좋다.

한편, 일정회수(n₁)에 미달되면 평균감압회수를 감압회수(n)로 하여 다음식에 의해 구하도록 한다.

μ=-1G + (n-n₂) * K

여기서, G는 중력가속도를 의미하는 것으로, 통상 차량의 감속도를 통해 노면과의 마찰계수를 정의함에 있어, 마찰계수는 차량의 감속도를 중력가속도로 나눈 값으로 표현하기 때문에 G를 표기한 것이므로 차원이 없는 수치인 바, 상기 -1G는 엄밀히 말한다면 무차원의 정수이며, 차량의 감속도가 대략 -10m/s²정도임을 의미하는 것이다(중력가속도를 대략 10m/s²로 하여 산술한 값임).

그리고, 이때 n₂값은 수차례의 시험을 거쳐 경험적으로 산출된 정수값으로 5 내지 10으로 하며, 바람직하기로는 6이 좋다.

또한 상기 K는 상수로서 0.05 내지 .01 사이의 값을 택하며, 바람직한 기로는 0.08이 좋다.

두 번째 ABS 제어주기부터는 일정시간을 정하고 그 간격에서의 차량의 평균가속도를 현재의 마찰계수로 설정한다. 실험적으로는 약 1초 정도의 간격이 적당하다.

마지막단계인 추정차량속도 산출단계에서는 앞서의 추정가속도(Aref₃)를 적분하여 추정차량속도 (Vref)를 산출하여 추정차속을 설정한다.

이러한 방법에 의해서 차량의 가속도를 간단하고도 보다 실제차속에 가깝게 측정할 수 있으므로 ABS 제어의 효율을 높이고, 이에따라 차량의 안정성과 승차감을 개선할 수 있게 되었다.

Claims (4)

1. ABS제어를 위한 차속추정방법에 있어서,

   4개의 차륜속도 검출센서로부터 검출된 검출값중 최대값을 선택하여 제1 기준속도 (Vref₀)를 구하는 최대속도 선택단계와.

   상기 제1기준속도 (Vref₀)를 컷오프주파수 f₁인 로패스필터를 통과시켜 고조파를 제거한 제2기준속도 (Vref₁)를 구하는 최대속도 필터링단계와,

   상기 제2기준속도 (Vref₁)를 차분하여 제1기준가속도 (Aref₁)를 구하는 가속도 산출단계와 ,

   상기 제1기준속도 (Aref₁)를 컷오프주파수 f₂인 로패스필터를 통과시켜 고조파를 제거한 제2기준속도를 (Aref₂) 구하는 가속도 필터링단계와,

   상기 제2기준가속도가 현재마찰계수 (μ)보다 크면 (μ≤Aref₂≤0), 상기 제2기준가속도를 추정가속도(Aref₃)로 설정하고, 상기 제2기준가속도가 현재마찰 계수 (μ)보다 작으면 (Aref₂≤μ≤0), 현재마찰계수를 추정가속도 (Aref₃)로 설정하는 방법으로 추정가속도(Aref₃)를 구하는 추정가속도 설정단계 및,

   상기 추정가속도 (Aref₃)를 적분하여 추정차량속도 (Vref)를 산출하는 추정차량속도 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 ABS제어용 차량속도 추정방법.
2. 제1항에 있어서, 현재마찰계수는 첫번째 ABS제어주기에서는 4개 차륜의 평균감압회수를 구하고, 그 회수가 일정회수(n1)를 넘어서면 일정회수(n₁)를 감압회수(n)로 하고, 일정회수(n₁)에 미달되면 평균감압회수를 감압회수(n)로 하여 다음식에 의해 구하고,

   μ=-1G + (n - n₂) * K ------[여기서, G는 차량의 감속도를 중력가속도로 나눈 무차원의 정수값이고, n₂는 경험적 수치임].

   두 번째 ABS 제어주기부터는 일정시간 사이의 차량의 평균가속도를 현재의 마찰계수로 설정하는 방법으로 구하는 것을 특징으로 하는 자동차의 ABS제어용 차량속도 추정방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 최대속도 필터링단계의 컷오프주파수(f₁)는 10±5Hz이고, 가속도 필터링단계의 컷오프주파수(f₂)는 5Hz이하인 것을 특징으로 하는 자동차의 ABS제어용 차량속도 추정방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 일정호수(n₁)는 15 내지 25의 값이며, 상수 n₂는 5 내지 10이며, 상수 K는 0.05 내지 0.1인 것을 특징으로 하는 자동차의 ABS제어용 차량속도 추정방법.