KR100272631B1 - Safety operation control apparatus of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량의 브레이크 제어에 관한 것으로, 특히 차량동력학에 기초하여 차량측방 슬립각도와 4차륜의 목표 차륜슬립률을 정확하게 계산할 수 있도록 한 차량의 안전운행 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
통상, 차량의 제동 및 구동에 관련된 안전운행 제어장치는 차륜잠김 방지장치와 구동력 제어장치가 더욱 발전하여 이루어진 기술이다.In general, a safe driving control device related to braking and driving of a vehicle is a technology in which the wheel locking prevention device and the driving force control device are further developed.
차량에 탑재된 전자제어기는 차량이 안전하게 운행되는지 여부를 판단하여 차량이 주행경로에서 이탈하는 경향을 보일 때, 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않더라도 필요에 따라 4 차륜의 브레이크를 독립적으로 구동하여 차량이 운행 경로를 따라 안전하게 주행할 수 있도록 한다.The electronic controller mounted on the vehicle determines whether the vehicle is running safely, and when the vehicle tends to deviate from the driving path, even if the driver does not press the brake pedal, the vehicle independently operates by driving the brakes of the four wheels as needed. Make sure you can drive safely along the route.
도 1은 종래 안전운행 제어장치의 전체적 구성도를 나타낸 것으로, 1-4는 전후좌우의 4차륜, 11-14는 각각의 차륜속도 센서, 21-24는 각 차륜의 드럼 혹은 원판 브레이크이다.1 is a view showing the overall configuration of a conventional safe driving control device, 1-4 is the front and rear left and right four wheels, 11-14 are each wheel speed sensor, 21-24 is a drum or disc brake of each wheel.
6은 브레이크 마스터실린더에 연결된 유압 모듈레이터로, 유압관로 (31-34)를 통하여 드럼 브레이크의 휠실린더 혹은 원판 브레이크의 캘리퍼 내의 유압을 조절함으로써 차륜(1-4)에 미치는 브레이크 토오크를 변화시킨다.6 is a hydraulic modulator connected to the brake master cylinder, which changes the brake torque applied to the wheels 1-4 by adjusting the hydraulic pressure in the wheel cylinder of the drum brake or the caliper of the disc brake via the hydraulic conduit 31-34.
후륜 브레이크(23)(24)는 압력비례밸브 (25)(26)을 경유하여 유압 모듈레이터(6)에 연결된다.The
조향핸들 각도센서(8)는 조향핸들(7)의 회전각도를 측정한다. 차량의 무게중심에 설치된 요율센서(9)와 횡가속도센서(10)는 각각 운행중인 차체의 요율(yaw rate)과 횡가속도를 측정한다.The steering
5는 브레이크 압력센서로서 마스터 실린더의 유압을 측정한다. 전자제어기(40)는 차륜속도 센서(11-14)와 조향핸들 각도센서(8), 요율센서(9), 횡가속도센서(10), 브레이크 압력센서(5)의 전압신호를 입력으로 받아 차량의 동력학에 관련된 계산을 수행하여 제어신호선(16)을 통하여 유압 모듈레이터(6)를 구동한다.5 is a brake pressure sensor to measure the hydraulic pressure of the master cylinder. The
상기 유압 모듈레이터(6)내에는 다수의 솔레노이드 밸브가 내장되어 휠실린더 혹은 캘리퍼의 유압을 조절하므로, 차량의 운행안전도를 향상시키기 위한 제어신호선(16)은 다수의 전선으로 이루어진다.Since a plurality of solenoid valves are built in the
차량이 운행시에 운전자가 조향핸들(7)을 회전할 때, 전자제어기(40)는 조향핸들 각도센서(8)입력신호로부터 운전자가 지향한 운행 경로를 계산하며 상기와 같은 여러 센서신호로부터 차량의 실제 운행경로를 계산하여, 운전자 지향 운행경로와 실제 운행경로를 비교하여 그 차이가 적어지도록 4 차륜의 브레이크 토오크를 제어한다.When the driver rotates the
좀더 상세히 설명하면, 전자제어기(40)는 상기 여러 센서신호로부터 운전자가 지향한 차체의 요율과 측방슬립각도를 계산하며, 이것을 참고하여 목표요율과 목표 측방슬립각도로 취하고, 차량의 과대조향(oversteer) 혹은 과소조향(understeer)이 계산될 시에 캘리퍼의 유압을 조절함으로써 차체의 실제 요율과 측방슬립각도를 제어한다.In more detail, the
이때, 요율은 요율센서(9) 입력신호로부터 측정될 수 있지만, 차체의 측방슬립각도는 간단하게 측정될 수 없으며 브레이크 토오크 제어에 기준이 되는 목표 차륜슬립을 구하기 위해서는 차량 동력학에 기초한 일련의 복잡한 계산이 필요하다.At this time, the rate can be measured from the input signal of the
본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 차량동력학에 기초하여 목표차륜슬립률을 정확하게 계산하며 브레이크 토오크를 제어할 수 있는 차량의 안전운행 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide a safe driving control apparatus for a vehicle capable of accurately calculating a target wheel slip ratio and controlling brake torque based on vehicle dynamics.
도 1은 종래 차량의 안전운행 제어장치의 전체적인 구성을 나타낸 블록도1 is a block diagram showing the overall configuration of a safe driving control apparatus of a conventional vehicle
도 2는 본 발명에 따른 전자제어기의 블록도2 is a block diagram of an electronic controller according to the present invention.
도 3은 본 발명을 설명하기 위한 차량의 평면도3 is a plan view of a vehicle for explaining the present invention;
도 4는 본 발명의 조향각도와 타이어 슬립각도를 나타낸 도면4 is a view showing a steering angle and the tire slip angle of the present invention
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
6:유압 모듈레이터 40:전자제어기6: hydraulic modulator 40: electronic controller
42:노면 마찰 계수 산출부 44:타이어 마칠력 계산부42: road friction coefficient calculation unit 44: tire friction force calculation unit
46:차량 동력학 관측부 50:목표차량 측방 슬립 각도 계산부46: vehicle dynamics observation unit 50: target vehicle side slip angle calculation unit
52:목표 차륜슬립 계산부 54:차륜 슬립 계산부52: target wheel slip calculation unit 54: wheel slip calculation unit
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 전자제어기의 블록도로, 크게 차량(60)과 전자제어기(40) 및 유압 모듈레이터(6)로 구성된다.2 is a block diagram of an electronic controller according to the present invention, and is largely comprised of a
상기 차량(60)에 설치된 각종 센서에 의해 차륜속도 VW1, VW2, VW3,요율
이와같이 구성된 본 발명은 먼저,도 3은 서스펜션의 영향을 무시한 차량의 평면모델을 나타낸 것으로,
제동력은 타이어 평면에 평행하게 작용하며, 선회력은 타이어 평면에 수직으로 작용한다.
a와 b는 각각 차량의 무게중심으로부터 전륜차축 및 후륜차축까지의 거리이며, c는 차량의 무게중심으로부터 좌측 혹은 우측 차륜까지의 거리이다. xy축은 차량의 무게중심을 원점으로 하는 차체고정 좌표계를 나타내며, Ψ는 xy평면에 있어서 차체의 회전각도를 나타낸다.a and b are the distances from the center of gravity of the vehicle to the front and rear axles, respectively, and c is the distance from the center of gravity of the vehicle to the left or right wheels. The xy axis represents the vehicle body fixed coordinate system whose origin is the center of gravity of the vehicle, and Ψ represents the rotation angle of the vehicle body in the xy plane.
곡선 주행로에서 운전자는 차량을 선회하기 위하여 조향핸들을 회전시킨다. 이때 타이어와 노면의 접촉변에서 차량의 선회력을 발생하기 위하여 일반적으로 차체의 방향, 타이어 방향 및 차량의 진행속도 방향은 일치하지 않는다.On a curved road, the driver turns the steering wheel to turn the vehicle. In this case, in order to generate a turning force of the vehicle at the contact side of the tire and the road surface, the direction of the vehicle body, the tire direction, and the direction of the traveling speed of the vehicle do not coincide.
도 4는 타이어와 노면의 상호작용에 있어서 조향각도
타이어 마찰력 계산부(44)에서 수행하는 계산은 다음과 같다. 한 타이어의 종 및 횡방향의 타이어 마찰력
여기서,
여기서,
타이어 슬립각도 α가 미세하다고 가정하면 수학식6은 수학식1로부터 다음수학식7과 같이 된다.Assuming that the tire slip angle α is fine,
차량동력학 관측부(46)에서 수행하는 계산은 다음과 같다. 제3도에서 y방향에 대한 차량의 운동방정식은 수학식8로 주어지며, 수직 아래로 향하는 z방향에 대한 모멘트 운동방정정식은 수학식9로 주어진다.The calculation performed by the
여기서, m은 차량의 질량,
여기서, βF, βR은 각각 전방차축과 후방차축에서의 차량측방 슬립각도로서, 다음 수학식12,13과 같이 무게중심에서의 차량측방 슬립각도 β의 함수로 주어진다.Here, β F and β R are vehicle side slip angles at the front and rear axles, respectively, and are given as a function of the vehicle side slip angle β at the center of gravity as shown in
상기 수학식12,13을 수학식10,11에 대입하면 다음수학식14,15가 성립한다.Substituting
여기서,
한편, 수학식12,13을 수학식10에 대입하면 차량측방 슬립각도 β는 다음과 수학식 17과 같이 표시된다.Meanwhile, if
차륜속도
마찬가지로,목표요율 계산부(48)에서 목표요율
목표 차륜슬립계산부(52)에서 수행하는 계산은 다음과 같다.수학식14,15는 비선형 방정식이므로 선형화를 위하여 차륜슬립률
수학식19a,19b,19c를 수학식14,15에 대입하면 다음과 같이 선형화된 방정식이 성립한다.Substituting Equations 19a, 19b, and 19c into
여기서,here,
수학식20,21은 다음과 같이 상태공간형의 수학식24로 표시될수 있다.
여기서 a11-a22는 상태 행렬의 요소이고, b11-b24는 입력 행렬의 요소이다. 시변 선형 미분방정식으로 주어지는 행렬방정식24에 최적제어 문제법을 적용하여 대수학적 리카티 방정식을 풀면, 최적 상태에 해당되는 미세 차륜슬립률 λ1p, λ2p, λ3p, λ4p는 다음과 같이 미세 차량측방 슬립각도 βp와 미세 차체요율ψp의 함수로 구해진다.Where a 11 -a 22 are elements of the state matrix and b 11 -b 24 are elements of the input matrix. Solving the algebraic Ricaty equation by applying the optimal control problem method to the
여기서 최적이득 행렬요소 g11-g42는 수학식24의 행렬요소 a11-a22와 b11-b24의 함수로 주어진다. 행령요소 a11-a22, b11-b24는 차륜속도 센서(11),(12),(13),(14) 조향핸들 각도센서(8), 차체요율센서(9), 횡가속도센서(10)로 측정된 측정값과 수학식17로 계산되는 차량측방 슬립각도 β를 이용하여 직접 계산 가능하므로, 최적이득 행렬요소 g11-g42는 매 계산시간 마다 직접 계산이 가능하다.The optimal gain matrix elements g 11 -g 42 are given as functions of matrix elements a 11 -a 22 and b 11 -b 24 of
기준 차량측방 슬립각도 β0로 목표 차량측방 슬립각도 βm를 취하고, 기준 차체요율ψ0로 목표요율ψm를 취하면 수학식25로부터 목표 차륜슬립률 λ1m, λ2m,λ3m, λ4m은 다음과 같이 구해진다.Taking the target vehicle side slip angle β m at the reference vehicle side slip angle β 0 , and taking the target rate ψ m at the reference vehicle body ratio ψ 0 , the target wheel slip ratios λ 1m , λ 2m , λ 3m , and λ 4m Is obtained as follows.
여기서 λ1, λ2, λ3, λ4는 현재 계산시간에서의 차륜슬립률, β는 현재 계산시간에서의 차량측방 슬립각도, ψ는 현재 계산시간에서의 차체요율이다.Where λ1, λ2, λ3, and λ4 are the wheel slip rates at the current calculation time, β is the vehicle side slip angle at the current calculation time, and ψ is the vehicle body rate at the current calculation time.
이상에서 설명한 바와같은 본 발명은 센서로 측정된 4 차륜속도, 조향각도, 차체의 요율, 횡가속도를 이용하여 차량동력학에 기초한 식으로부터 차량측방 슬립각도와 목표 차량측방 슬립각도가 정확하게 계산된다. 또한 목표 차륜슬립률도 차량동력학에 기초하여 정확하게 계산되므로 4차륜의 브레이크 토오크를 독립적으로 제어하여 안전운행을 도모할 수 있는 효과가 있다.In the present invention as described above, the vehicle side slip angle and the target vehicle side slip angle are accurately calculated from the equation based on the vehicle dynamics using the four-wheel speed, the steering angle, the body's yaw rate, and the lateral acceleration measured by the sensor. In addition, since the target wheel slip ratio is accurately calculated based on the vehicle dynamics, the brake torque of the four wheels can be independently controlled to achieve safe driving.
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Cited By (2)
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KR102280297B1 (en) * | 2020-02-25 | 2021-07-22 | 중앙대학교 산학협력단 | Method for generating desired slip based on road condition detection for anti-lock braking systems of electric vehicles, recording medium and device for performing the method |
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- 1997-11-21 KR KR1019970061815A patent/KR100272631B1/en not_active IP Right Cessation
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KR102280297B1 (en) * | 2020-02-25 | 2021-07-22 | 중앙대학교 산학협력단 | Method for generating desired slip based on road condition detection for anti-lock braking systems of electric vehicles, recording medium and device for performing the method |
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