KR100277313B1 - 가속도 추정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노이즈나 노면 등의 영향을 억제하여 차속으로부터 정확히 가속도를 추정하는 것으로서, 차량의 주행속도를 검출하는 차속 검출수단과, 이 차속신호와 추정차속과의 편차(Verr)를 연산하는 차속편차 연산수단과, 이 차속편차(Verr)와 정상게인(K), 적분기(11)로부터 피드백 보상출력(VH)을 연산하는 피드백 보상연산수단과, 이 피드백 보상출력(VH)에 의거하여, 지연요소 1/TM에 의해 추정차속(V-1)을 연산하는 적분기(12)를 구비하고, 추정차속(V-1)을 출력하는 적분기(12)의 입력을 추정가속도(αV)로서 출력한다.

Description

가속도 추정장치
본 발명은 차량 등에 채용되는 가속도, 추정장치의 개량에 관한 것이다.
종래부터 차량용 가속도 추정장치는 자동변속기나 트랙션콘트롤(traction controll)등의 제어장치에 적용되고 있고, 이와 같은 가속도 추정장치로서는 예를들면 과거의 차속신호와 현재의 차속신호로부터 구한 차속변화량부터, 디지털 미분법을 이용하여 차량에 발생하는 가속도를 추정하는 것이 알려져 있다.
이 가속도 추정장치를 무단변속기의 변속기 제어장치에 적용한 경우에서는, 추정가속도와 스로틀개도로부터 평탄로나 내리막길 등의 도로 구배를 판정하여, 주행상태에 따른 변속비로 제어할 수 있다.
그러나, 상기 종래의 가속도 추정장치에 있어서는 정속주행중인 경우라도 연산정밀도나 노면의 영향 등에 의해, 차속신호에 약간의 노이즈가 발생하고, 제11도에 도시하는 바와 같이 차속신호가 +0.1(Km/h) 변동하면, 가속도를 연산하는 주기가 10(msec)인 경우, 추정가속도에는 0.566(G)의 오차를 발생하게 되어, 상기와 같은 변속비 제어장치에서는 이 오차에 의해 정확한 제어를 행할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
그래서 본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 노이즈나 노면등의 영향을 억제하여 정확하게 가속도를 추정하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 본 발명의 일실시형태를 도시하는 자동변속기의 개략구성도.
제2도는 마찬가지로 가속도 추정장치의 블록도.
제3도는 차속이 약 100km/h부터 타성감속한 경우의 차속과 추정가속도의 관계를 도시하는 그래프도.
제4도는 차속이 약 40krn/h부터 급가속한 경우의 차속과 추정가속도의 관계를 도시하는 그래프도.
제5도는 제2의 실시형태를 도시하고, 가속도 추정장치의 블록도.
제6도는 위상보상을 행하지 않는 경우의, 발진가속시의 차속과 추정가속도의 관계를 도시하는 그래프도.
제7도는 위상보상을 행한 경우의, 발진가속시의 차속과 추정가속도의 관계를 도시하는 그래프도.
제8도는 제3의 실시형태를 도시하고, 가속도 추정장치의 블록도.
제9도는 제4의 실시형태를 도시하고, 가속도 추정장치의 블록도.
제10도는 제5의 실시형태를 도시하고, 가속도 추정장치의 블록도.
제11도는 종래예에 의한 차속과 가속도의 관계를 도시하는 플로우챠트도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 가속도 추정장치 2 : 변속제어 콘트롤러
3 : 자동변속기 4 : 입력축 회전센서
5 : 출력축 회전센서
제1의 발명은 차량의 주행속도를 검출하는 차속 검출수단과, 이 차속신호와 추정차속과의 편차를 연산하는 차속편차 연산수단과, 이 차속편차와 소정 함수보다 피드백 보상출력을 연산하는 피드백 보상연산수단과, 이 피드백 보상출력에 의거하여, 적어도 하나 이상의 적분기를 구비한 지연 요소에 의해 추정차속을 연산하는 추정차속 연산수단을 구비하고, 상기 추정차속 연산수단 중, 추정차속을 출력하는 적분기의 입력을 추정가속도로서 출력한다.
또 제2의 발명은, 차량의 주행속도를 검출하는 차속 검출수단과, 이 차속신호와 추정차속과의 편차를 연산하는 차속편차 연산수단과, 이 차속편차와 소정 함수보다, 피드백 보상출력을 연산하는 피드백 보상 연산수단과, 이 피드백 보상출력과 추정차속의 편차를 지연요소 GM(s)로 미리 설정된 지연시간 TM으로 나눗셈한 것을 추정 차속으로 하는 추정차속 연산수단을 구비한다.
또 제3의 발명은 상기 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 상기 추정차속 연산수단의 지연요소 GM(s)는 지연시간을 TM, 라플라스연산자를 s로 하였을 때에,
GM(s)=1/(TMs+1)
로 표시된다.
또 제4의 발명은, 상기 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 상기 피드백 보상출력의 함수를 적분기와 정상 게인으로 구성한다.
또 제5의 발명은, 상기 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 상기 피드백 보상출력의 함수를 적분기, 정상 게인 및 위상보상기로 구성한다.
또 제6의 발명은, 상기 제5의 발명에 있어서, 상기 위상보상기 Gh(s)를 제1 및 제2 위상보상정수 T1, T2로 이루어지는 일차식,
Gh(s)=(T2s+1)/(T1s+1)
로 구성한다.
또 제7의 발명은, 상기 제2의 발명에 있어서, 상기 추정차속 연산수단의 지연 요소 GM(s)는 낭비시간 GM(s)=exp(-TMs)로 구성되고, 상기 피드백 보상출력과 추정차속의 편차를 낭비시간 GM으로 나눗셈한 것을 추정가속도로 한다.
따라서, 제1의 발명은 차속신호로부터 적분기와 지연요소에 의해 현재의 차속을 추정연산하고, 이 추정차속을 연산하는 적분기 입구의 값을 추정가속도로 하기 때문에, 상기 종래예와 같은 노이즈를 억제할 수 있고, 차속에 의거하는 추정가속도를 고정밀도로 구할 수 있으며, 이 추정가속도를 이용하는 제어장치, 예를 들면 변속비 제어장치나 앤티스키드브레이크 장치 등의 제어정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 제2의 발명은 지연요소의 입구와 출구의 편차를 지연시간으로 나눗셈한 것으로, 차속에 의거하는 추정 가속도를 고정밀도로 구하는 것이 가능해진다.
또 제3의 발명은 지연요소 GM(s)의 지연시간을 TM을 조정함으로써, 연산되는 추정 가속도의 응답을 변경할 수 있고, 가속도 추정장치의 설계의 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또 제4의 발명은 피드백 보상출력은 적분기와 정상 게인으로 구성하였기 때문에, 간이한 구성으로 가속도의 추정을 고정밀도로 행할 수 있다.
또, 제5의 발명은 피드백 보상출력을 적분기, 정상 게인 및 위상보상기로부터 산출하기 때문에, 위상보상기에 의해 추정가속도의 응답을 개선할 수 있다.
또 제6의 발명은 위상보상기 Gh(s)의 제1 및 제2 위상보상정수 T1, T2를 변경함으로써 추정가속도의 응답을 변경할 수 있고, 가속도 추정장치의 설계의 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또 제6의 발명은 지연요소 GM(s)를 낭비시간 GM(s)=exp(-TMs)로 구성하고, 피드백 보상출력과 추정차속의 편차를 낭비시간 GM으로 나눗셈한 것을 추정가속도로 하기 때문에, 상기 종래예와 같은 노이즈를 억제할 수 있고, 차속에 의거하는 추정 가속도를 고정밀도로 구할 수 있다.
이하, 본 발명의 가속도 추정장치(1)를 변속비 제어장치에 적용한 경우의 일실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
제1도에 있어서, 자동변속기(3)는 입력축 회전센서(4)로부터의 입력회전수와, 출력시 측에 배설된 차속센서(5)(출력축 회전수 센서)로부터의 차속(V)(=출력축 회전수)을 변속제어콘트롤러(2)에 송출함과 동시에, 변속제어콘트롤러(2)는 가속도 추정장치(1)가 연산한 추정가속도와, 도시하지 않는 스로틀개도에 따라 목표변속비를 연산하고, 자동변속기(3)의 제어를 행하는 것이다.
여기서, 가속도 추정장치(1)는 제2도의 블록도와 같이 구성되어 있고, 우선 차속편차(Verr)는 차속센서(5)로부터 읽어들인 현재의 실차속(V)과 전회의 추정차속(V-1)으로부터 다음식에 의해 연산된다.
Figure kpo00001
다음에, 차속편차(Verr)를 입력으로 하여, 미리 설정한 피드백 게인(K)으로부터 적분기(11)에 의한 다음 적분연산에 의해 피드백 보상출력(VH)을 산출한다.
Figure kpo00002
단, S:라플라스 연산자
또한, 정상 피드백 게인(K)과 적분기(11)는 피드백 보상연산부를 구성한다.
그리고, 피드백 보상출력(VH)을 입력으로서, 다음식과 같은 일차 지연 GM(S)에 의해 추정차속(V-1)을 산출한다.
Figure kpo00003
단, Tm : 일차지연시 정수로 임의로 설정된 값
이리하여, 속도(V)의 적분치가 가속도이기 때문에, 추정가속도(αv)는 추정차속(V-1)을 출력하는 적분기(12)의 입구로부터 출력된다.
그리고, 적분기(11)의 출력인 추정차속(V-1)은 상기 차속편차(Verr)의 연산에 사용된다.
이상과 같이, 피드백 보상출력(VH)을 입력으로 하는, 지연요소를 적어도 하나 이상의 적분기(12)로 구성하고, 추정차속(V-1)을 출력하는 적분기(12)의 입구의 신호를 추정가속도(αv)로 함으로써, 차속(V)으로부터 구한 추정가속도(αv)는 제3도, 제4도에 도시하는 바와 같이 된다.
제3도는 V=100km/h부터 액셀페달을 떼고 타성감속을 행한 경우의 추정가속도(αv)와 차속(V)의 관계를 나타내고, 본 실시형태의 가속도 추정기(1)의 추정가속도(αv)를 실선으로, 상기 종래예의 디지털 미분법에 의한 추정가속도를 도면중 파선으로 나타내고, 또 실차속(V)은 도면 중 실선으로, 추정차속(V-1)을 도면 중 일점쇄선으로 나타낸다.
제4도는 차속 V=40km/h부터 급가속한 경우의 추정가속도(αv)와 차속(V)의 관계를 도시하고, 본 실시형태의 가속도 추정기(1)의 추정가속도(αv)를 실선으로, 상기 종래예의 디지털 미분법에 의한 추정가속도를 도면중 파선으로 나타내고, 또 실차속(V)은 도면중 실선으로, 추정차속(V-1)을 도면중 일점쇄선으로 각각 나타낸다.
이들 제3도, 제4도로부터 알 수 있듯이, 피드백 보상출력(V-1H)에 시정수(TM)의 일차지연을 부여하였기 때문에, 상기 종래예와 같은 노이즈를 억제할 수 있고, 차량에 발생하는 가속도를 고정밀도로 추정할 수 있으며, 변속제어콘트롤러(2)로 이루어지는 변속비제어의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 상기 실시형태에서는 변속제어에 가속도 추정기(1)를 적용하였지만, 도시하지 않지만 앤티 스키드(anti-skid)브레이크장치나 구동력 제어장치(트랙션콘트롤)등, 차륜속도로부터 차량에 발생하는 가속도를 추정할 경우에도 적용할 수 있다.
제5도는 제2의 실시형태를 나타내고, 상기 제1실시형태의 가속도 추정장치(1)에 1차/1차의 위상보상기(13)를 부가한 것으로, 기타의 구성은 상기 제1실시형태와 동일하다.
상기 제1실시형태와 같이, 정상게인(K)과 적분기(11)로부터 피드백 보상 연산부를 구성한 경우, 계의 전달함수 G(s)는 다음식으로 나타낼 수 있다.
[수 1]
Figure kpo00004
단,
[수 2]
Figure kpo00005
[수 3]
Figure kpo00006
상기(4)∼(6)식의 고유진동수(ωn), 감쇄율(ξ)에 주목하면, 다음과 같이 된다.
우선, 실차속(V)과 추정차속(V-1)의 편차를 작게 하기 위해, 피드백 게인(K)을 크게 하면, 「고유진동수(ωn)가 높고, 감쇄가 나쁜」계가 된다.
또, 일차지연시정수(TM)가 큰 경우도 「감쇠가 나쁜」계가 된다.
그래서, 계의 응답특성을 설계자가 자유로이 설정할 수 있도록 하기 위해, 피드백 보상연산부에 1차/1차의 위상보상기(13)를 부가하고, 이 위상보상기(13)에 의해 일순전달함수 G(s)는 다음식과 같이 표현된다.
[수 4]
Figure kpo00007
단,
[수 5]
Figure kpo00008
이고,
Pm : 일차지연극
T1: 위상보상정수 1
T2: 위상보상정수 2
상기 (8)∼(10)식에 주목하면 미지수가 3개(1차지연극 Pm, 고유진동수 ωn, 감쇄율 ξ)에 대해, 설계자가 임의로 설정할 수 있는 정수도 3개(위상보상정수 T1, T2, 피드백게인 K)이다.
따라서, 설계자가 희망하는 1차 지연극(Pm), 고유진동수(ωn), 감쇄율(ξ)이 되도록, 상기 (8)~(10)식에 의거하여 위상보상정수(T1,T2) 및 피드백게인(K)을 결정할 수 있다.
그리고, 발진가속시의 추정가속도(αv)를 제6도, 제7도에 도시하고, 제6도는 위상보상을 행하지 않는 상기 제1실시형태와 동일한 경우를, 제7도는 위상보상을 행한 경우를 각각 도시한다.
상기 제6도, 제7도의 비교로부터 위상보상기(13)를 부가한 경우에서는 발진 직후의 2.5~5.0[sec]에서의 추정가속도(αv)의 응답이 개선되어 매끄럽게 되어 있다.
또한, 위상보상기(13)를 부가하지 않은 경우의 각 정수는 예를 들면,
일차지연시정수 TM=0.5[s]
피드백 게인 K=10.0
이고, 위상보상기(13)를 부가한 경우의 각 정수는 예를 들면,
위상보상정수 1 T1=0.125[s]
위상보상정수 2 T2=0.49[s]
일차지연시정수 TM=0.5[s]
피드백 게인 K=4.0
이 된다.
제8도는 제3의 실시형태를 도시하고, 상기 제1실시형태와 동일하게 하여 구한 피드백 보상출력(VH)의 편차를, 일차지연시정수(TM)로 나눗셈하여 추정가속도(αv)를 구하는 것으로, 기타의 구성은 상기 제1실시형태와 동일하다.
상기 제1실시형태에서는 추정가속도(αv)를 1차지연의 적분기(12)의 입력이고, 다음식과 같이 표현된다.
[수 6]
Figure kpo00009
또, 본 실시형태에서는 추정가속도(αv)를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수 7]
Figure kpo00010
상기(11)(12)식에 주목하면, (12)식은 상기 제1실시형태의 (11)식의 우변을 지연시간(TM)의 역수에 대해 정리한 것이고, 상기 (11),(12)식은 등가가 되어, 상기 제1실시형태와 동일하게 정확히 가속도를 추정할 수 있다.
제9도는 제4의 실시형태를 도시하고, 상기 제2실시형태와 동일하게 하여 위상보상한 피드백 보상출력(VH)의 편차를, 일차지연시정수(TM)로 나눗셈하여 추정가속도(αv)를 구하는 것으로, 기타의 구성은 상기 제2실시형태와 동일하다.
이 경우도 상기 제2실시형태와 동일한 작용, 효과를 얻을 수 있고, 추정가속도(αv)의 응답을 자유로이 설정할 수 있으며, 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 것이다.
제10도는 제5의 실시형태를 도시하고, 상기 제3실시형태의 지연요소 GM(s)를 다음식과 같은 낭비시간으로 치환한 것으로, 기타의 구성은 상기 제3실시형태와 동일하다.
Figure kpo00011
지연요소를 낭비시간으로 한 경우, 추정차속(V-1)은 피드백보상출력(VH)의 TM[sec]전의 값이다. 따라서, 추정차속(V-1)과 실차속(V)이 일치하면, 추정가속도(αv)는 디지털 미분법에 의해 다음식으로부터 구할 수 있다.
[수 8]
Figure kpo00012
따라서, 상기 제3실시형태와 동일하게 가속도의 추정을 정확히 행할 수 있다.

Claims (7)

  1. 차량의 주행속도를 검출하는 차속 검출수단과, 이 차속신호와 추정차속과의 편차를 연산하는 차속편차 연산수단과, 이 차속편차와 소정 함수로부터 피드백 보상출력을 연산하는 피드백 보상연산수단과, 이 피드백 보상출력에 의거하여, 적어도 하나 이상의 적분기를 구비한 지연요소에 의해 추정차속을 연산하는 추정차속 연산수단을 구비하고, 상기 추정차속 연산수단 중, 추정차속을 출력하는 적분기의 입력을 추정가속도로서 출력하는 것을 특징으로 하는 가속도 추정장치.
  2. 차량의 주행속도를 검출하는 차속 검출수단과, 이 차속신호와 추정차속과의 편차를 연산하는 차속편차 연산수단과, 이 차속편차와 소정 함수로부터 피드백 보상출력을 연산하는 피드백 보상연산수단과, 이 피드백 보상출력과 추정차속의 편차를 지연요소 GM(s)로 미리 설정된 지연시간 TM으로 나눗셈한 것을 추정 차속으로 하는 추정차속 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 가속도 추정장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 추정차속 연순수단의 지연요소 GM(s)는 지연시간을 TM, 라플라스연산자를 s로 하였을 때에, GM(s)=1/(TMs+1)로 나타나는 것을 특징으로 하는 가속도 추정장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피드백 보상출력의 함수를 적분기와 정상 게인으로 구성한 것을 특징으로 하는 가속도 추정장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피드백 보상출력의 함수를 적분기, 정상 게인 및 위상보상기로 구성한 것을 특징으로 하는 가속도 추정장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 위상보상기 Gh(s)를 제1 및 제2 위상보상정수 T1, T2로 이루어지는 일차식, Gh(s)=(T2s+1)/(T1s+1)로 구성한 것을 특징으로 하는 가속도 추정장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 추정차속 연산수단의 지연요소 GM(s)는 낭비시간 GM(s)=exp(-TMs)로 구성되고, 상기 피드백 보상출력과 추정차속의 편차를 낭비시간 GM으로 나눗셈한 것을 추정가속도로 한 것을 특징으로 하는 가속도 추정장치.
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