KR100357612B1

KR100357612B1 - 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치 및 그제어방법

Info

Publication number: KR100357612B1
Application number: KR1020000081843A
Authority: KR
Inventors: 권영도
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-10-25
Also published as: KR20020052541A

Abstract

본 발명은 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 상기 제어장치는, 액티브 부스터의 차압에 대한 차압 명령치를 인가받아 설정된 응답 모델에 따라 상기 차압 명령치를 가변시켜 출력하는 응답 모델부와; 상기 응답 모델부의 출력값을 액티브 부스터의 출력값과 비교하여 동일성 여부를 검출하기 위한 에러 검출부와; 상기 차압 명령치와 상기 에러 검출부의 검출 결과에 따라 제어명령의 이득계수를 가변적으로 설정하고, 상기 설정된 이득계수가 반영된 차압 명령치를 산정하여 상기 산정된 차압 명령치에 따라 상기 액티브 부스터의 차압을 제어하는 적응 제어부와; 상기 적응 제어부의 제어에 따라 차압이 조절되고, 형성된 실제 차압을 검출하여 상기 에러 검출부로 출력하기 위한 액티브 부스터를 포함하여 이루어져, 설정된 응답 특성 모델의 출력을 추종하는 적응 제어기법을 통해 진공 부스터의 차압 제어를 부드럽게 수행함으로써 운전자의 감속 느낌을 향상시킬 수 있다.

Description

액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치 및 그 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING DIFFERENTIAL PRESSURE WITH FLEXIBLE GAIN ADAPTION OF ACTIVE BOOSTER}

본 발명은 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 지능형 주행이나 정지/서행 제어시 설정된 응답 특성에 따라 가변적으로 이득을 적응시키기 위한 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 운행을 자동화하기 위한 지능형 주행 시스템 또는 정지/서행 제어 시스템의 감속장치는 진공형태의 액티브 부스터(Active Booster)에 장착된 솔레노이드 밸브를 제어하여 원하는 차압을 형성한다. 상기 감속장치는 EVB(Electronic Vacuum Booster)를 적용하는 것이 일반적이다.

상기 감속장치를 포함한 액티브 부스터의 개략적인 구성이 도1에 도시되어 있다.

도1에 따르면, 흡기 다기관(12)을 통해 엔진(11)으로 인입되는 공기는 진공 부스터(13)에 부압을 제공하게 된다. 그래서 운전자가 브레이크 페달(16)을 밟을 때, 차압 제어수단(14)이 솔레노이드 밸브(15)를 제어하여 상기 진공 부스터(13)의 차압을 형성한다. 상기 차압이 형성된 진공 부스터(13)에 의해 구동륜(18)의 브레이크를 작동시키기 위한 마스터 실린더(17)의 유압 작동 속도가 조절된다.

상기 진공 부스터(13)에는 EVB를 적용하고, 차압 제어수단(14)에는 주로 PI 제어기(Proportional Integral Controller)를 사용한다. 즉, 차압 센서로부터 피드백된 정보를 이용하여 간단한 PI 제어기를 구현하게 된다.

이러한 PI 제어기에 의해 솔레노이드 밸브(15)의 개폐량이 결정되는데, 상기 개폐량(u)은 아래의 수학식1과 같이 결정된다.

단, K_P, K_I: 이득계수

상기 수학식 1에서 △P는 부스터내에 형성된 실제의 차압이고, 상기 △Pcmd는 제어하고자 하는 차압의 명령치이다.

상기 이득계수는 다수의 시험에 의한 실험 데이터에 근거하여 결정된다.

그런데, 이상 설명한 종래의 PI 제어기는 모든 구간에서 최적의 응답 특성을 만족시키기 위한 이득계수 K_P와 K_I를 결정하기가 어려운 문제점이 있다. 예들 들어, 큰 명령치에 대해 이득을 조정해 놓으면 작은 명령치에 대해서는 오버슈트(Overshoot)가 발생하여 운전자가 불쾌감을 느끼게 된다. 즉, 도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 이득계수를 차압 명령치(△Pcmd)가 120인 경우를 기준으로 튜닝을 한 상태에서 차압 명령치로 30이 인가되면, 도2의 (b)와 같이 오버슈트가 발생되는 것이다.

더불어, 상기 PI 제어기는 액티브 부스터의 자체적인 응답 지연을 고려할 수 없기 때문에 오버슈트가 발생되는 문제점이 있다. 예를 들어, 현재의 차압 명령치에 대한 명령값이 액티브 부스터에 인가되는 경우에도 실제적인 반응은 약간의 시간이 지연된 후에 나타나게 된다. 이때, 제어 명령에 대한 에러는 급격히 누적되게 되고 결과적으로 오버슈트 및 진동 현상이 발생된다.

이처럼 발생되는 오버슈트 및 진동은 차량의 운전자에게 불쾌감을 유발하는중요 요인이 된다.

따라서, 각기 다른 명령치에도 동일한 반응을 보일 수 있도록 제어기의 이득계수를 가변시킬 필요가 있다. 일반적으로는 검색 테이블(Look-Up Table) 방식으로 동작구간을 여러 개로 나누어 각기 다른 이득계수를 설정하여 사용하게 된다. 그러나 이러한 경우에도 각 동작구간에 대한 최적의 이득계수를 찾아내기 위해서는 많은 실험이 필요하고, 실제 최적의 이득계수를 얻기는 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 지능형 주행이나 정지/서행 제어시 설정된 응답 특성에 따라 가변적으로 이득을 적응시키기 위한 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치와 상기 장치에 적용되는 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어방법을 제공하는 데 있다.

도1은 일반적인 액티브 부스터의 개략적인 구성도.

도2a는 도1에서 차압 제어수단의 튜닝 파형도.

도2b는 도1에서 차압 제어수단의 오버슈트 및 진동 파형도.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치의 블록도.

도4는 도3에서 응답 모델부의 응답 모델 파형의 예시도.

도5는 본 발명의 실시예에 의한 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어방법의 순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 응답 모델부 22 : 에러 검출부

23 : 적응 제어부 24 : 액티브 부스터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치는, 액티브 부스터의 차압에 대한 차압 명령치를 인가받아 설정된 응답 모델에 따라 상기 차압 명령치를 가변시켜 출력하는 응답 모델부와; 상기 응답 모델부의 출력값을 액티브 부스터의 출력값과 비교하여 동일성 여부를 검출하기 위한 에러 검출부와; 상기 차압 명령치와 상기 에러 검출부의 검출 결과에 따라 제어명령의 이득계수를 가변적으로 설정하고, 상기 설정된 이득계수가 반영된 차압 명령치를 산정하여 상기 산정된 차압 명령치에 따라 상기 액티브 부스터의 차압을 제어하는 적응 제어부와; 상기 적응 제어부의 제어에 따라 차압이 조절되고, 형성된 실제 차압을 검출하여 상기 에러 검출부로 출력하기 위한 액티브 부스터를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어방법은, 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치로 입력되는 차압 명령치와 액티브 부스터내의 차압을 각각 검출하고, 상기 차압 명령치에 따른 응답 모델부의 출력값과 적응 제어부의 적응 제어 명령값을 각각 결정하는 단계와; 상기 적응 제어부의 적응 제어 명령에 의해 변화된 상기 액티브 부스터내의 차압과 상기 응답 모델부의 출력값간의 동일성 여부에 따라 적응 제어부의 이득계수를 갱신시키는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도3은 본 발명에 의한 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치의 블록도이고, 도4는 도3에서 응답 모델부의 응답 특성도이고, 도5는 본 발명에 의한 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어방법의 순서도이다.

도3에 따르면, 응답 모델부(21)는 사용자가 원하는 응답 모델을 보유하여 입력되는 차압 명령치(△Pcmd)에 대한 응답 특성을 결정한다. 바람직하게는 상기 응답 모델부(21)의 응답 모델에 의한 출력값(△Pm)은 아래의 수학식2와 같이 결정된다.

단, s : 상태변수 연산 오퍼레이터

상기 수학식 2와 같은 응답 모델을 통해 각기 다른 차압 명령값에 대해서도 액티브 부스터(13, 도1 참조)의 차압에 대해 오버슈트가 없는 동일 응답 특성이 유지되도록 할 수 있다.

이러한 응답 모델부(21)는 저역 통과 필터를 사용하여 구현할 수 있으며, 그 응답 특성은 도4와 같다. 도4에 도시된 바와 같이, 응답 모델부(21)는 액티브 부스터(24) 자체에서 발생되는 지연시간을 고려하여 입력되는 제어명령(△Pcmd)을 부드럽게 하기 위한 응답 모델을 설정함으로써, 종래의 PI 제어기에서 나타나는 에러의 누적에 의한 오버슈트 및 진동 현상을 방지하게 된다.

그리고 액티브 부스터(24)는 압력센서 등의 감지수단을 이용하여 실제 차압을 검출하게 되며, 적응 제어부(23)에서 출력되는 적응 제어명령에 따라 솔레노이드 밸브(15, 도1 참조)를 구동시킴으로써 차압을 조절한다.

또한, 에러 검출부(24)는 상기 응답 모델부(21)의 출력값과 상기 액티브 부스터(24)의 출력값을 상호 비교하여 그 동일성 여부를 확인한다. 이때 상기 2개의 입력값이 서로 상이한 경우에는 에러 판정을 내리고 상기 입력값간의 차이에 대한 정보를 적응 제어부(23)로 전달한다.

더불어 적응 제어부(23)는 외부에서 입력되는 상기 차압 명령치에 따른 제어명령을 출력하여 액티브 부스터(24)의 차압을 제어하고, 상기 차압 제어에 의한 결과를 피드백 검출하여 상기 제어명령을 수정하게 된다. 이때 상기 적응 제어부(23)로는 상기 에러 검출부(22)의 동일성 여부 판단에 대한 결과가 피드백 된다.

상기 적응 제어부(23)의 적응 제어명령은 상기 에러 검출부(22)에서 에러가 검출되지 않도록 이득계수를 가변적으로 설정함으로써, 최적의 차압을 형성하게 된다. 바람직하게는 상기 적응 제어부(23)의 적응 제어명령(u)은 아래의 수학식 3과 같이 결정한다.

단, k(t) 및 l(t) : 가변이득계수

상기 수학식 3과 같이 적응 제어명령은 액티브 부스터(24)의 차압(△P)과 차압 명령치(△Pcmd) 및 에러 판정을 고려하여 결정되며, 상기 에러 검출부(22)에서 에러가 검출되지 않도록 제어하게 된다.

이상 설명한 장치에 적용되는 제어방법을 설명한다.

도5에 따르면, 가변이득 적응 차압 제어장치로 차압 명령치(△Pcmd)가 인가되면, 액티브 부스터(24)는 실제 차압(△P)을 검출한다(ST21, ST22)

상기 인가된 차압 명령치는 응답 모델부(21)와 적응 제어부(23)로 동시에 입력된다. 그래서 상기 차압 명령치는 응답 모델부(21)를 경유함으로써, 사용자에 의해 미리 설정된 응답 모델에 의해 부드러운 응답 특성(△Pm)을 갖게 된다. 또한, 적응 제어부(23)는 상기 차압 명령치에 따라 액티브 부스터(24)의 차압을 제어하기위한 적응 제어명령을 결정한다(ST23, ST24).

상기 응답 모델부(21)는 차압 명령치가 어떤 값으로 입력되는 경우에도, 도4와 같은 응답 특성을 보이도록 적응 제어부(23)의 가변이득을 변화시키면서 제어하기 때문에 오버슈트가 없는 안락한 차압 제어를 수행할 수 있게 된다. 이러한 응답 모델은 제어하고자 하는 목적에 따라 용이하게 설계될 수 있기 때문에 다양한 형태의 출력 특성에 맞는 적응 제어장치의 설계가 가능케 된다.

상기 적응 제어부(23)에서 결정된 적응 제어명령에 의해 액티브 부스터(24)의 차압이 제어되면, 액티브 부스터(24)는 실시간으로 실제 차압을 검출하게 된다(ST25).

상기 단계 ST25에서 액티브 부스터(24)의 실제 차압이 실시간으로 검출되면, 에러 검출부(22)는 상기 액티브 부스터(24)의 실제 차압(△P)과 상기 응답 모델부(21)의 출력값(△Pm)간의 동일성 여부를 판단하게 된다. 그래서 에러 검출부(22)는 (△P-△Pm)=0의 관계가 성립되면 에러값을 0으로 설정하고, 상기 관계가 성립되지 않는 경우에는 에러값을 1로 설정한다(ST26).

상기 단계 ST26에서 에러 검출부(22)에 의해 설정된 에러값은 적응 제어부(23)로 전달된다. 상기 에러값이 1인 경우에는 차압의 적응 제어가 충분하지 못한 것이므로, 적응 제어부(22)는 상기 검출된 실제 차압과 차압 명령치 및 에러값을 고려하여 가변이득계수 k(t) 및 l(t)를 적절히 가변시키게 된다(ST27).

상기 단계 ST27에서 적응 제어부(23)는 실제 차압이 어떠한 제어명령에서도 응답 모델부(21)의 설정된 응답 특성에 따르도록 가변이득계수의 갱신 규칙을 설정한다. 바람직하게는 가변이득계수의 갱신 규칙을 리아프노프(Lyapunov) 설계기법으로부터 유추하여 아래의 수학식 4 및 수학식 5와 같이 설정한다.

단, e : 제어 명령치와 실제 차압간의 출력값간의 차이

상기 수학식 4와 수학식 5에서임의의 이득값으로, PI 제어기의 이득값과는 달리 튜닝을 해줄 필요가 없고 적당히 작은 값을 잡으면 된다.

이러한 리아프노프 설계기법은, 일종의 코스트 함수(Cost Function)인 리아프노프 함수를 아래의 수학식 6과 같이 설정하는 경우에 함수값을 최소화시킬 수 있는 제어 입력을 구하기 위해 사용되는 기법이다.

상기 수학식 6에서 e는 제어 명령치와 실제 차압의 출력값의 차이를 지시한다. 그러므로, V'=-kV를 만족하도록 제어기의 가변이득 갱신 규칙을 결정하면, 결국의 비율에 따라 0으로 접근하게 된다. 그래서 모델과 플랜트간의 출력 오차 e도 0이 되고, 시간이 지남에 따라 요구되는 응답 특성(△Pm)과 실제 차압(△P)간의 차이도 0이 된다.

따라서 매 제어 주기마다 가변이득계수 k(t)와 l(t)를 아래의 수학식 7 및 수학식 8과 같이 결정하게 되면, 제어하고자 하는 진공 부스터 또는 액티브 부스터의 차압(△P)은 응답 모델부의 출력값(△Pm)을 추종하게 된다.

상기 수학식 7 및 수학식 8과 같이, 적응 제어부(23)의 가변이득 k(t)와 l(t)를 매 제어 주기마다 갱신시켜 주게 되면, 궁극적으로 각 상태에 적합한 가변이득 제어장치를 구성한다. 즉, 적응 차압 제어장치는 PI 제어기의 제어 이득을 자동으로 조정할 수 있게 된다.

상기 가변이득계수의 갱신을 통해 액티브 부스터(24)의 실제 차압(△P)이 가변됨으로써, 사용자가 미리 결정해 놓은 응답 모델의 출력값(△Pm)을 추종할 수 있게 된다. 그러므로 △P-△Pm의 연산으로 산정되는 에러값이 0이 되도록 제어기의 가변이득을 실시간으로 갱신시키면, 적응 제어부(23)가 제어하고자 하는 액티브 부스터(24)의 응답 특성(△P)이 응답 모델부(21)에 미리 설정되어 있는 응답 모델의 응답 특성(△Pm)에 따라 제어될 수 있는 것이다.

이상 설명한 본 발명의 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치 및 그제어방법에 따르면, 동역학적인 특성을 모르는 액티브 부스터에 대해 사용자가 원하는 응답 특성을 미리 설정하고 그 모델을 잘 추종할 수 있는 적응 제어 로직을 실시간으로 갱신시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고 액티브 부스터의 현재 차압과 설정된 응답 특성 모델의 출력을 고려하여 출력 모델을 잘 추종할 수 있도록 이득계수를 매 제어 주기마다 갱신시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 적응 제어기법을 적용하여 진공 부스터의 차압 제어를 부드럽게 수행함으로써 운전자의 감속 느낌을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.

더불어 향후에 Brake-By-Wire 시스템의 제어기법의 기초 기술로써 적용되어, 모든 차종에 대해 운전자의 일반적 감속 형태를 모사하여 동일한 감속 제어를 수행할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims

액티브 부스터의 차압에 대한 차압 명령치를 인가받아 설정된 응답 모델에 따라 상기 차압 명령치를 가변시켜 출력하는 응답 모델부와;

상기 응답 모델부의 출력값을 액티브 부스터의 출력값과 비교하여 동일성 여부를 검출하기 위한 에러 검출부와;

상기 차압 명령치와 상기 에러 검출부의 검출 결과에 따라 제어명령의 이득계수를 가변적으로 설정하고, 상기 설정된 이득계수가 반영된 차압 명령치를 산정하여 상기 산정된 차압 명령치에 따라 상기 액티브 부스터의 차압을 제어하는 적응 제어부와;

상기 적응 제어부의 제어에 따라 차압이 조절되고, 형성된 실제 차압을 검출하여 상기 에러 검출부로 출력하기 위한 액티브 부스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 응답 모델부는,

상기 액티브 부스터의 사용자가 요구하는 응답 모델로 설정되어 상기 입력되는 차압 명령치를 경과시간에 따라 가변시키는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치.
액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어장치로 입력되는 차압 명령치와 액티브 부스터내의 차압을 각각 검출하고, 상기 차압 명령치에 따른 응답 모델부의 출력값과 적응 제어부의 적응 제어 명령값을 각각 결정하는 단계와;

상기 적응 제어부의 적응 제어명령에 의해 변화된 상기 액티브 부스터내의 차압과 상기 응답 모델부의 출력값간의 동일성 여부에 따라 적응 제어부의 이득계수를 갱신시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어방법.
제 3항에 있어서,

상기 적응 제어부의 적응 제어명령 결정은 리아프노프 함수를 이용하여 상기 이득계수를 매 제어 주기마다 갱신하고, 상기 갱신된 이득계수를 반영하여 수행되는 것을 특징으로 하는 액티브 부스터의 가변이득 적응 차압 제어방법.