KR100417603B1 - 차량의능동형전자제어제동방법 - Google Patents

차량의능동형전자제어제동방법 Download PDF

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KR100417603B1 KR10-1998-0050727A KR19980050727A KR100417603B1 KR 100417603 B1 KR100417603 B1 KR 100417603B1 KR 19980050727 A KR19980050727 A KR 19980050727A KR 100417603 B1 KR100417603 B1 KR 100417603B1
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Abstract

본 발명은 차량의 주행중에 노면의 상태나 차량의 주행 상태에 따라 차량 전륜의 좌,우륜과, 차량 후륜의 좌,우륜을 각각 독립적/능동적으로 전자 제어 제동하는 전자 제어 제동 방법에 관한 것으로, 차량에 대한 목표 요잉 각속도를 설정하는 제 1 단계; 상기 목표 요잉 각속도와 상기 차량의 주행중에 발생된 실제 요잉 각속도와의 차분을 연산하는 제 2 단계; 상기 차량의 스티어링 상태가 언더 스티어링 상태인지 또는 오버 스티어링 상태인지를 판별하는 제 3 단계; 상기 요잉 각속도차와 상기 차량의 스티어링 상태에 따라 각 차륜을 제동하기 위한 목표 슬립을 설정하는 제 4 단계; 상기 설정된 목표 슬립에 의거하여 상기 각 차륜을 독립적으로 제동하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

차량의 능동형 전자 제어 제동 방법{ACTIVE ANTI-ROCK BRAKE METHOD}
본 발명은 차량의 주행시 차량의 상태에 따라 능동적으로 차량 바퀴에 제동력을 분배함으로서, 운전자가 원하는 궤적으로 차량이 주행하도록 제어하는 차량의능동형 전자 제어 제동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 제동 장치를 구비하여, 주행중에 운전자가 브레이크 페달을 밟으면, 차륜에 유압이 전달되어 마찰력을 생성함으로서, 필요한 제동력을 얻게된다.
이러한 제동 장치에 전자 제어 기능을 부가한 것이 전자 제어 제동 장치(Anti-lock Brake System ; ABS)이다. 전자 제어 제동 장치는 차량의 제동시에 노면 상태를 판별하고, 판별 결과에 따라 제동 유량을 조절함으로서, 차륜에 전달되는 제동력을 조절한다.
도 1에는 종래의 전자 제어 제동 장치가 도시된다. 도 1을 참조하면, 운전자가 브레이크 페달(도면에 도시되지 않았음)을 밟으면, 마스터 실린더(10)에 의해 유압 모듈레이터(12)의 유압이 4개의 휠브레이크 실린더(14,16,18,20)에 각각 전달된다. 휠브레이크 실린더(14,16,18,20)는 유압 모듈레이터(12)로부터 제공되는 유압에 의거하여 각각 대응되는 차륜(22,24,26,28)에 마찰력을 생성하고, 이에 따라 필요한 제동력을 얻게된다.
한편, 차륜속 센서(30,32,34,36)는 차량 전륜의 좌,우륜 및 차량 후륜의 좌,우륜의 속도를 각각 검출하여 제어부(40)에 제공한다.
제어부(40)는 브레이크 스위치(38)로부터 제공되는 신호에 의거하여 차량의 브레이크 작동 상태를 판별한다. 브레이크가 작동하면, 제어부(40)는 차륜속 센서(30,32,34,36)로부터 제공되는 차량 전륜의 좌,우륜(22,24) 및 차량 후륜의 좌,우륜(26,28) 속도를 각각 판별한후, 차량의 슬립(slip)량을 계산한다. 차량의슬립량이 기준 슬립량보다 크면, 제어부(40)는 유압 펌프(42)를 제어하여, 유압 모듈레이터(12)의 유량이 줄어들도록 한다. 유압 모듈레이터(12)의 유량이 줄어들면, 휠브레이크 실린더(14,16,18,20)의 제동력이 줄어드는 반면, 차륜속이 회복된다. 차륜속이 회복되면 제어부(40)는 다시 유압 펌프(42)를 제어하여, 유압 모듈레이터(12)에 유량이 증가되도록 한다. 유량의 증가는 휠브레이크 실린더(14,16,18,20)의 제동력을 강화한다.
종래의 전자 제어 제동 장치는 이와같이 운전자가 브레이크를 밟으면 차륜속과, 슬립량에 따라 제동력의 약화/강화를 반복하면서 제동력을 조절하였다.
한편, 차량이 선회 주행을 할 경우, 차량에는 원심력이 작용하며, 이에 대응하는 코너링 포스(cornering force)가 발생한다. 코너링 포스는 차량의 선회시 바퀴가 슬립함으로서 발생하는 것으로, 차량 전륜이 발생하는 코너링 포스는 차량 중심점을 중심으로 좌회전의 모멘트(moment)를 발생하고, 차량 후륜이 발생하는 코너링 포스는 차량 중심점을 중심으로 우회전의 모멘트를 발생한다.
노면이나 차량의 주행 상태로 인하여, 차량 전륜의 모멘트와 차량 후륜의 모멘트간에 불균형이 발생하면 오버 스티어링(over steering) 현상이나, 언더 스티어링(under steering) 현상을 유발한다. 매우 심한 횡가속도를 발생시키는 선회 주행의 경우에는 이러한 현상이 더욱 심화되어 차량의 주행 안정성을 상실하는 결과를 초래한다. 특히, 차량의 주행이 불안정한 상태에서 운전자가 갑작스럽게 브레이크를 밟으면 차량에 요 모멘트(yaw moment)가 발생하여 곧바로 사고로 이어지는 경우가 종종 있다.
그런데, 종래의 전자 제어 제동 장치는 운전자가 브레이크를 밟고 나면, 비로소 작동을 시작하였다. 따라서, 운전 미숙으로 인하여 차량의 주행 안정성이 어느 정도 상실된 상태에서 브레이크를 밟을 경우, 전자 제어 제동 효과가 반감될 수밖에 없었다. 또한 전자 제어 제동을 위해 필요한 정보를 차륜 속도에만 의존하므로, 차량의 상태 및 운전자의 주행 의도를 정확하게 반영하고 있지 못한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 운전자가 브레이크를 밟지 않더라도, 주행중에는 항상 노면 상태 및 차량의 주행 상태를 체크하고, 체크 결과에 능동적으로 전자 제어 제동을 작동시킴으로서, 전자 제어 제동 효과를 극대화하고, 전자 제어 제동을 위해 보다 다양한 정보를 반영함으로서, 정밀한 전자 제어 제동을 할수 있는 전자 제어 제동 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 주행중에 노면의 상태나 차량의 주행 상태에 따라 차량 전륜의 좌,우륜과, 차량 후륜의 좌,우륜을 각각 독립적/능동적으로 전자 제어 제동하는 전자 제어 제동 방법에 있어서: 상기 차량에 대한 목표 요잉 각속도를 설정하는 제 1 단계; 상기 목표 요잉 각속도와 상기 차량의 주행중에 발생된 실제 요잉 각속도와의 차분을 연산하는 제 2 단계; 상기 차량의 스티어링 상태가 언더 스티어링 상태인지 또는 오버 스티어링 상태인지를 판별하는 제 3 단계; 상기 요잉 각속도차와 상기 차량의 스티어링 상태에 따라 각 차륜을 제동하기 위한 목표 슬립을 설정하는 제 4 단계; 상기 설정된 목표 슬립에 의거하여상기 각 차륜을 독립적으로 제동하는 단계를 포함하여 이루어진다.
도 1은 종래 기술의 전자 제어 제동 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 능동형 전자 제어 제동 방법을 수행하기 위한 전자 제어 제동 장치를 도시한 도면.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
102,104,106,108 : 차륜속 센서 110 : 요잉 각속도 센서
112 : 횡가속도 센서 114 : 종가속도 센서
116 : 조향각 센서 120 : 차속 계산부
122 : 2 자유도 차량 모델부 124 : 요잉 각속도차 연산부
126 : 목표 슬립 계산부 128 : 유압 제어부
130 : 유압 펌프 132 : 유압 모듈레이터
134,136,138,140 : 휠브레이크 실린더
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 전자 제어 제동 방법을 수행하기 위한 전자 제어 제동 장치가 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자 제어 제동 장치는 4개의 차륜속 센서(102,104,106,108), 요잉(yawing) 각속도 센서(110), 횡가속도 센서(112), 종가속도 센서(114), 조향각 센서(116), 차속 계산부(120), 2 자유도 차량 모델부(122), 요잉 각속도차 연산부(124), 목표 슬립 계산부(126), 유압 제어부(128), 유압 펌프(130), 유압 모듈레이터(132), 휠브레이크 실린더(134,136,138,140)로 구성된다.
도 2를 참조하면, 차륜속 센서들(102,104,106,108)은 각각 차량 전륜의 좌륜 속도(V_fl), 차량 전륜의 우륜 속도(V_fr), 차량 후륜의 좌륜 속도(V_rl), 차량 후륜의 우륜 속도(V_rr)를 검출하여 차속 계산부(120)에 제공하고, 종가속도 센서(114)는 차량의 종가속도(a_x)를 검출하여 차속 계산부(120)에 제공한다.
차속 계산부(120)는 수학식 1에 나타난 바와 같이, 차량 전륜의 좌륜 속도(V_fl), 차량 전륜의 우륜 속도(V_fr), 차량 후륜의 좌륜 속도(V_rl), 차량 후륜의 우륜 속도(V_rr)중 가장 속도가 큰 것을 제 1 후보 속도로 정하고, 수학식 2에 나타난 바와 같이 차량의 종가속도(a_x)를 적분한값을 제 2 후보 속도로 정한다.
V_x1``=``max(V_fl,``V_fr,``V_rl,``V_rr )
V_x2``=``int a_x
차속 계산부(120)는 수학식 3에 나타난 바와 같이, 제 1 후보 속도(V_x1)와 제 2 후보 속도(V_x2)를 비교하여 두값중 보다 큰값을 갖는 후보 속도를 차량의 주행 속도(V_x)로 결정한후 2 자유도 차량 모델부(122)에 제공한다.
V_x``=``max (V_x1 , V_x2 )
2 자유도 차량 모델부(122)에는 차속 계산부(120)로부터 차량의 주행 속도(V_x)가 입력되고, 종가속도 센서(114)로부터 차량의 종가속도(a_x)가 입력되며, 횡가속도 센서(112)로부터 차량의 횡가속도(a_y)가 입력되고, 조향각 센서(116)로부터 차량의 조향각(δ_f)이 입력된다.
2 자유도 차량 모델부(122)는 차량의 주행 속도(V_x), 종가속도(a_x), 횡가속도(a_y), 및 조향각(δ_f)으로부터 2 자유도 차량 모델의 동력학적인 해석을 통해 현재 주행 상황에서 차량이 발생시키는 목표 횡미끄러짐 각속도(β_w)와 제 1 후보 목표 요잉 각속도(φ_w1)를 계산한다. 그런후, 2 자유도 차량 모델부(122)는 수학식 4에 나타난 바와 같이, 목표 횡미끄러짐 각속도(β_w)와, 주행 속도(V_x), 및 횡가속도(a_y)로부터 제 2 후보 목표 요잉 각속도(φ_w2)를 연산한다.
차량의 주행 속도(V_x)가 속도(V1)로 선회를 하는 순간 발생한 횡가속도(a_y)가 a1이라면, 물리적인 추축으로부터 이순간 차량이 발생할수 있는 요잉 각속도는 일정함 범위(φ1∼ φ2)를 가질것이라고 예상할수 있다. 이러한 예상으로부터 2 자유도 차량 모델부(122)는 제 2 후보 목표 요잉 각속도(φ_w2)를 기준으로 일정 각도(d)만큼의 오차 범위를 갖는 제 1 및 제 2 한계 요잉 각속도(φ_w21,φ_w22)를 설정한다. 여기에서 제 1 및 제 2 한계 요잉 각속도(φ_w21,φ_w22)는 각각 수학식 5와 수학식 6에 의해 나타낼수 있다.
φ_w21``=φ_w2 - φ_d
φ_w22``=φ_w2 + φ_d
φ_d : d만큼의 오차를 갖는 요잉 각속도
2 자유도 차량 모델부(122)는수학식 7을 이용하여, 제 1 후보 목표 요잉 각속도(φ_w1)와, 제 1 및 제 2 한계 요잉 각속도(φ_w21,φ_w22)로부터 목표 요잉 각속도(φ_w3)를 검출하여 요잉 각속도 차 연산부(124)에 제공한다. 수학식 7은 제 1 후보 목표 요잉 각속도(φ_w1)와, 제 1 및 제 2 한계 요잉각속도(φ_w21,φ_w22)를 비교하여 제 1 후보 목표 요잉 각속도(φ_w1)가 제 1 및 제 2 한계 요잉 각속도(φ_w21,φ_w22) 범위내에 속하면 이값을 채택하고, 제 1 한계 요잉 각속도(φ_w21)보다 작을 경우 제 1 한계 요잉 각속도(φ_w21)를, 제 2 한계 요잉 각속도(φ_w22)보다 클 경우 제 1 한계 요잉 각속도(φ_w21)를 목표 요잉 각속도로 채택한다.
φ_w3``=``min (φ_w22 , max (φ_w1 , φ_w21 ) )
요잉 각속도차 연산부(124)에는 2 자유도 차량 모델부(122)로부터 목표 요잉 각속도(φ_w3)가 입력되고, 요잉 각속도 센서(110)로부터 실제 요잉 각속도(φ_w)가 입력된다.
요잉 각속도차 연산부(124)는 수학식 8에 의해 목표 요잉 각속도(φ_w3)와 실제 요잉 각속도(φ_w)간의 차이를 검출하여 목표 슬립 계산부(126)에 제공한다.
△φ``=``φ_w - φ_w3
△φ : 요잉 각속도차
목표 슬립 계산부(126)에는 요잉 각속도차 연산부(124)로부터 요잉 각속도차(△φ)가 입력되고, 조향각 센서(116)로부터 조향각(δ_f)이 입력된다.
목표 슬립 계산부(126)는 요잉 각속도차(△φ)의 부호로부터 차량의 좌륜 및 우륜에 대한 제 1 제어 슬립 상수(λ_1, λ_2)를 결정한다.
즉, △φ〉0이면, λ_1=C1, λ_2=C2이고, △φ≤0이면, λ_1=C2, λ_2=C1으로 제 1 제어 슬립 상수(λ_1, λ_2)를 결정하되, C1과 C2는 기설정된 상수이다.
또한, 목표 슬립 계산부(126)는 수학식 9에 나타난 바와 같이, 요잉 각속도차(△φ)와 조향각(δ_f)의 곱으로부터 현재 차량의 상태가 언더 스티어링 상태인지 또는 오버 스티어링 상태인지를 판별하여 차량의 전륜 및 후륜에 대한 제 2 제어 슬립 상수(λ_3,λ_4)를 결정한다.
if δ_f ×△φ_w〉0 →λ_3=C3,λ_4=C4,
if δ_f ×△φ_w≤0 →λ_3=C4,λ_4=C3,
목표 슬립 계산부(126)는 수학식 10에 나타난 바와 같이, 제 1 제어 슬립 상수(λ_1, λ_2)와 제 2 제어 슬립 상수(λ_3,λ_4)로부터 차량 전륜의 좌륜과 우륜, 차량 후륜의 좌륜과 우륜을 독립적으로 제어하기 위한 목표 슬립량을 결정하여 유압 제어부(128)에 제공한다. 제 1 제어 슬립 상수(λ_1, λ_2)에 의해 같은측의 전륜과 후륜을 구동시키고, 제 2 제어 슬립 상수(λ_3,λ_4)에 의해 전륜과 후륜의 제동력 차이를 결정한다.
λ_fl ``=``λ_2 × (1+λ_3 )
λ_fr ``=``λ_1 × (1+λ_3 )
λ_rl ``=``λ_2 × (1+λ_4 )
λ_rr ``=``λ_1 × (1+λ_4 )
여기에서, λ_fl은 차량 전륜/좌륜의 목표 슬립량이고, λ_fr은 차량 전륜/우륜의 목표 슬립량이며, λ_rl은 차량 후륜/좌륜의 목표 슬립량이고, λ_rr은 차량 후륜/우륜의 목표 슬립량이다.
유압 제어부(128)는 차량 전륜/좌륜의 목표 슬립량(λ_fl)과, 차량 전륜/우륜의 목표 슬립량(λ_fr)과, 차량 후륜/좌륜의 목표 슬립량(λ_rl), 및 λ_rr은 차량 후륜/우륜의 목표 슬립량(λ_rr)에 의거하여 유압 펌프(130)와 유압 모듈레이터(132)를 제어한다.
유압 펌프(130)는 유압 제어부(128)의 제어 신호에 의거하여 유압 모듈레이터(132)의 유압을 조절한다.
따라서, 유압 모듈레이터(132)는 유압 제어부(128)로 부터의 제어 신호와 유압 펌프(130)의 유압 조절에 의거하여 휠브레이크 실린더(134,136,138,140)의 제동력을 조절하되, 차량 전륜/좌륜의 목표 슬립량(λ_fl)과, 차량 전륜/우륜의 목표 슬립량(λ_fr)과, 차량 후륜/좌륜의 목표 슬립량(λ_rl), 및 λ_rr은 차량 후륜/우륜의 목표 슬립량(λ_rr)에 대응한 제동력이 발생되도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 운전자가 브레이크를 밟지 않더라도, 주행중에는 항상 노면 상태 및 차량의 주행 상태를 체크하고, 체크 결과에 능동적으로 전자 제어 제동을 작동시킴으로서, 전자 제어 제동 효과를 극대화하고, 전자 제어 제동을 위해 보다 다양한 정보를 반영함으로서, 정밀한 전자 제어 제동을 할수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 차량의 주행중에 노면의 상태나 차량의 주행 상태에 따라 차량 전륜의 좌,우륜과, 차량 후륜의 좌,우륜을 각각 독립적/능동적으로 전자 제어 제동하는 전자 제어 제동 방법에 있어서,
    상기 차량에 대한 목표 요잉 각속도를 설정하는 제 1 단계;
    상기 목표 요잉 각속도와 상기 차량의 주행중에 발생된 실제 요잉 각속도와의 차분을 연산하는 제 2 단계;
    상기 차량의 스티어링 상태가 언더 스티어링 상태인지 또는 오버 스티어링 상태인지를 판별하는 제 3 단계;
    상기 요잉 각속도차와 상기 차량의 스티어링 상태에 따라 각 차륜을 제동하기 위한 목표 슬립을 설정하는 제 4 단계; 및
    상기 설정된 목표 슬립에 의거하여 상기 각 차륜을 독립적으로 제동하는 제 5 단계;
    를 포함하되,
    상기 제 1 단계는, 상기 차량의 주행 속도, 횡가속도, 종가속도, 및 조향각으로부터 2 자유도 차량 모델의 동력학적인 해석을 통해 목표 횡미끄러짐 각속도와 제 1 후보 목표 요잉 각속도를 검출하는 제 1 과정; 제 1 식에 의해 제 2 후보 목표 요잉 각속도를 연산하는 제 2 과정; 상기 제 2 후보 목표 요잉 각속도를 기준으로 기설정 각도만큼 오차 범위를 갖는 제 1 및 제 2 한계 요잉 각속도를 설정하는제 3 과정; 및 상기 제 1 후보 목표 요잉 각속도와 상기 제 1 한계 요잉 각속도, 및 제 2 한계 각속도중 어느 하나를 상기 목표 요잉 각속도로 설정하는 제 4 과정;으로 이루어지고,
    상기 제 3 단계는, 상기 차량의 조향각과 상기 요잉 각속도차의 곱이 0보다 작거나 같으면 언더 스티어링 상태로 판별하고, 상기 차량의 조향각과 상기 요잉 각속도차의 곱이 0보다 크면 오버 스티어링 상태로 판별하고,
    상기 제 4 단계는, 상기 요잉 각속도차에 부호에 의해 차량 좌,우륜에 대한 제 1 제어 슬립량을 검출하고, 상기 차량의 상태에 의해 차량 전,후륜에 대한 제 2 제어 슬립량을 검출한후, 상기 제 1 및 제 2 제어 슬립량으로부터 상기 목표 슬립량을 설정하는 차량의 능동형 전자 제어 제동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차량의 주행 속도는, 상기 차량의 차량 전륜의 좌륜과 우륜 속도, 상기 차량 후륜의 좌륜과 우륜 속도중 가장 속도가 큰 것을 제 1 후보 속도로 정하고, 상기 차량의 종가속도를 적분하여 검출된 값을 제 2 후보 속도로 정한후 제 1 후보 속도와 제 2 후보 속도중 보다 큰값을 갖는 후보 속도를 상기 차량의 주행 속도로 결정하는 차량의 능동형 전자 제어 제동 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 과정은, 상기 제 1 후보 목표 요잉 각속도와 상기 제 1 한계 요잉 각속도를 비교하여 보다 작은값을 갖는것을, 다시 상기 제 2 한계 각속도와 비교하여 보다 큰값을 갖는 것을 상기 목표 요잉 각속도로 설정하는차량의 능동형 전자 제어 제동 방법.
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