KR100372974B1 - 차량의구동력제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 고속선회시 차량의 횡가속도가 너무 크면(특히 전륜구동차량에서) 차량이 주행코스를 이탈하게 되는데(언더스티어현상) 이를 방지하기 위하여 차량의 속도를 유지하거나 감소시켜 더 이상 횡가속도가 커지는 것을 방지하는 차량의 구동력제어(Trace control) 방법으로, 특히 2륜 차량 모델을 기반으로 하여 차량의 주행노면을 예측하여 제어가 가능하도록 한 것임.

Description

차량의 구동력제어(Trace control) 방법{Trace control method of vehicle}

본 발명은 차량의 고속선회시 차량의 횡가속도가 너무 크면(특히 전륜구동차량에서) 차량이 주행코스를 이탈하게 되는데(언더스티어현상) 이를 방지하기 위하여 차량의 속도를 유지하거나 감소시켜 더 이상 횡가속도가 커지는 것을 방지하는차량의 구동력제어(Trace control) 방법에 관한 것으로, 특히 2륜 차량 모델을 기반으로 하여 차량의 주행노면을 예측하여 제어가 가능하도록 한 것이다.

종래에는 도1에 나타낸 바와 같이 차량의 4바퀴의 차륜속도를 측정하는 차륜 속도센서와, 운전자의 가속페달에 의해 작동되는 스로틀밸브와는 별도로 모타에 의해 작동되는 보조 스로틀밸브, 그리고 차륜속도로부터 구동륜의 슬립률과 차체 횡가속도를 연산하고 과도한 엔진 출력에 의한 구동륜의 슬립을 제어하여 최적의 구동력을 얻을 수 있게 하고, 가속 선회시에는 과도한 횡가속도에 의한 차량의 코스이탈(언더스티어현상)을 방지하도록 엔진의 출력을 저감시키도록 보조 스로틀밸브 개도를 제어하도록 하는 전자제어기로 구성되고 있다.

이와 같이 구성된 종래의 차량 구동력제어 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

노면 마찰계수가 적은 눈길, 빙판길등에서 과도한 엔진 출력으로 인하여 구동륜에 슬립이 발생하면 보조스로틀을 닫아 엔진 출력을 줄임으로써 구동륜의 과도한 슬립을 방지하여 최적의 구동력을 얻는 구동력제어 기능을 후행한다.

또한, 고속 선회시 구동륜의 슬립이 과도하게 발생하지 않아도 차량의 횡가속도가 너무 크면 차량은 주행 코스를 이탈하게 되는데 이러한 현상을 방지하기 위하여 보조스로틀을 닫아 엔진 출력을 줄여 차량의 횡가속도가 더 이상 커지는 것을 방지함으로써 차량의 안정성을 확보하는 구동력 제어를 제어하게 된다.

이처럼 종래에는 차량의 주행 코스 이탈 정도를 단순히 비 구동력의 좌·우 속도차를 이용하여 연산한 횡가속도만으로 판단하여 차체 횡가속도가 어느 정도 이상이면 엔진의 보조 스로틀을 이용하여 차량의 차속을 더 이상 증가 시키지 않고 유지 또는 감소시키는 제어 방법이 이용되고 있다.

도2에 도시된 바와 같은 차량의 언더스티어 현상이 발생하는 경우는 차량의 횡가속도가 커질수록 언더스티어 현상이 발생하게 되므로 차량 전륜의 옆미끄러짐각(wheel side silp angle)과 후륜의 옆미끄러짐각의 관계에서 판단하는 것이 더 이상적이다.

또한 도3에 나타낸 바와 같이 타이어와 노면의 횡력특성에서 알 수 있듯이 타이어의 옆미끄러짐각이 커지면 횡력은 증가하다 어느정도 옆미끄러짐각이 커지면 횡력은 감소하게 된다.

즉, 전륜의 슬립각이 후륜의 슬립각보다 점점 커지면 전륜이 횡력을 잃게 되고, 차량은 언더스티어 현상을 나타나게 된다.

따라서 단순히 차체 횡가속도만으로 차량의 언더스티어 현상을 판단하여 차량의 구동력 제어를 하는 것보다 차량의 전·후륜 옆미끄러짐각을 측정하여 차량의 언더스티어 현상을 판단하고, 이에 따라서 차량 엔진의 보조 그로틀을 닫아 차량의 횡가속도가 더 이상 커지지 않도록 하는 것이 효과적이다.

이에 본 발명에서는 차량의 구동력 제어시 전·후륜의 옆 미끄럼각(슬립각) 조향각 및 차륜속도로 부터 추정하여 전·후륜의 슬립각을 이용하여 차량의 언더스티어 현상을 판단하고, 이에 따라서 보조 스로틀을 제어하여 차량의 차속을 더 이상 증가하지 않도록 유지하거나 감소시키도록 하였는 바, 이를 첨부된 예시 도면을 참고하여 보다 그 구성 및 작용 효과를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 시스템 구성도,

도2는 차량의 언더스티어 현상을 나타낸 참고도,

도3은 차륜 슬립각과 횡력 관계를 나타낸 선도,

도4는 본 발명이 적용된 제어 흐름도,

도5는 본 발명의 실시예를 설명하는 참고도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1∼4: 각 차륜 속도센서 5 : 전자제어기

6 : 모터 7 : 가속페달

8 : 보조 스로틀밸브 9 : 주 스로틀밸브

10: 조향각센서

도1은 본 발명은 종래의 트레이스 제어 시스템을 구성하고 있는 4바퀴 차륜 속도 센서와 전자제어기 그리고 모타에 의해 작동되는 보조 스로틀 이외에 추가로 운전자의 조타 정도를 알수 있는 조향각센서를 설치하여 되는 구성으로 됨을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 동작 상태를 도4에 나타낸 제어 흐름도를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

차륜속도센서로부터 4바퀴 차륜속도를 받아들여 차체 속도를 연산하고 비구동력의 좌우바퀴속도차를 이용하여 차체의 요우레이트와 횡가속도를 다음과 같이 연산한다.

여기서 Tr : 차량의 트레드 (뒤바퀴 좌우간 거리)

Vr₁: 비구동륜(후륜) 왼쪽 차속

Vrr : 미구동륜(후륜) 오른쪽 차속

차량 차체의 옆 미끄럼각(Vehicle body slip sngle)은 다음과 같이 연산한다.

C₂,C₃: 차량제원에 의해 결정되는 상수

C₁: 차량제원 및 타이어 노면 특성에 의해 결정되는 상수

따라서 차량 전·후륜의 옆 미끄럼각은 다음과 같이 연산한다.

또한, 앞에서 차량의 차체 미끄럼각 β를 구하는데 있어서 상수 C₁은 차량이 어느 정도의 마찰계수를 갖는 노면을 주행하고 있는지를 판단하여야 한다.

따라서 주행 노면의 마찰계수를 추정(Estimation)하는 방법은 다음과 같다.

도5는 2륜 차량을 모델링한 것으로, 이에 도시된 바와 같이 2륜 차량 모델에서 부터 차속과 조향각을 알면 차량의 요우레이트를 연산할 수 있게 되는데 이때, 차량 모델의 주행 조건을 건조한 아스팔트 노면을 주행한다는 가정하에 연산한 값이다.

2륜 차량 모델에서 차속 및 조향각에 대한 계산된 요우레이트와 실제차량의 비구동륜 좌우속도차로 부터 연산한 차량의 요우레이트 값이 실제로 아스팔트 노면을 주행한다면 일치할 것이다.

그러나 실제로 차량이 눈길이나 빙판길을 주행한다면 비구동륜의 좌우 속도차를 이용한 차량의 요우레이트는 모델식으로 부터 연산한 요우레이트 보자 적게 계산 될 것이다.

모델식으로 부터 연산한 요우레이트와 실제 차량의 비구동륜의 좌·우 속도차를 이용한 요우레이트 값의 차이 정도를 가지고 실제 차량의 주행 노면의 마찰 계수를 추정할 수 있다.

이렇게 측정된 노면 마찰계수 값을 이용하여 차량의 차체 미끄럼각(body slip angle)β를 연산하는데 필요한 상수 C₁값을 수정하게 된다.

이와 같이 노면 상태가 고려된 차량 차체 슬립각 연산으로 부터 전·후륜의 슬립각을 측정하여 전·후륜의 슬립각이 어느 정해진 값보다 큰 경우에 타이어로 부터 얻을수 있는 횡력은 줄어들기 때문에 차량에 작용하는 원심력을 지지하지 못하고 차량이 주행 코스를 이탈하려는 것으로 판단하여 보조 스로틀을 닫아 차량의 차속을 더 이상 증가 시키지 않거나 감소하도록 제어할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 차량의 구동력 제어시 전·후륜의 옆 미끄럼각(슬립각) 조향각 및 차륜속도로 부터 추정하여 전·후륜의 슬립각을 이용하여 차량의 언더스티어 현상을 판단하고, 이에 따라서 보조 스로틀을 제어하여 차량의 차속을 더 이상 증가하지 않도록 유지하거나 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 바퀴의 차륜속도 센서와, 조향각 센서와, 모타에 의해 작동되는 보조 스로틀 밸브가 각각 전자제어기(5)에 연결되면서 설치되는 차량 구동력 제어를 구현하는 시스템에 있어서,

   상기 전자제어기(5)는 4바퀴의 차륜센서로부터 속도에 대한 정보를 전달받아 차량의 주행코스 이탈 정도를 판단하므로써 보조 스로틀을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.

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