KR100527783B1 - 차량 안정성 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 안정성 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 차량 상태 변화를 위해 작동되는 제어 대상에서 요구되는 예측 압력과 실제 발생 압력간에 생성되는 차이를 제어 대상을 구성하는 각 구성요소에 따른 차이로 세분화시켜 이상 발생 위치와 장치를 정확히 파악함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제어신호발생기(10)의 제어신호(K)를 받아 제어 대상을 작동하기 위한 유압을 공급받아 작동하는 구동계(20)와, 이 구동계(20)의 작동에 따른 차량의 요율을 측정해 차량 상태를 파악하는 미케니컬계(30) 및 해석적 중복기법을 통해 외란의 영향을 고려한 잔차 값를 산출하는 판단계(40)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 차량 제동시 제어신호발생기(10)에 따라 구동계(20)와 미케니컬계(30)에서 압력 신호 값(Za)과 차량 요율 값(Zm)을 판단계(40)로 전송하고, 상기 발생기(10)와 시스템 정보를 통해 추정된 압력 신호 값(Zo)과 시스템 외란 값(Zw) 및 상기 차량 요율 값(Zm)을 통해 추정된 압력 신호 값(Zp)을 판단계(40)쪽으로 보내주며, 상기 차량 요율 값(Zm)을 피드백시키고, 상기 제어 신호 값(Zo,Zw,Zp,Za)들을 이용해 추정과 실제 값간의 잔차값(r1,r2,r3)을 해석적 중복기법을 통해 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 안정성 제어 장치 및 그 방법{Stability control apparatus in vehicle and method thereof}

본 발명은 차량 안정성 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어신호에 의해 작동되는 시스템을 구성하는 각 부분에 대한 이상 여부를 정확히 파악할 수 있도록 된 이상 위치 파악을 위한 차량 안정성 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 다수 종류의 콘트롤러가 구비되어 해당 제어대상의 장비부품에서 발생되는 각종 상황을 감지 및 이를 통해 장비부품에 대한 이상유무를 검출할 수 있도록 되는데, 이와 같은 콘트롤러에는 엔진과 이에 관련된 주변 장비부품의 상태를 검출하여 이의 동작을 제어하는 엔진제어유니트(ECU)나, 변속기와 이에 관련된 주변 장비부품의 상태를 검출하여 이의 동작을 제어하는 변속제어유니트(TCU) 및 시트벨트나 도어잠금장치 내지 파워윈도우장치 등의 상태를 검출하여 이의 동작을 제어하는 ETACS(Electronic Time and Alarm Control System) 등이 있다.

이러한 종류의 콘트롤러는 해당 장비부품에 대한 상태 특히, 이상상태를 검출하여 이를 저장해 주행중 자동차의 상태를 파악해 차량 고장시 고장 부위에 대한 데이터를 이용하여 차량 고장을 해소할 수 있는데 기여하게 된다.

이중, 한 예로서 차륜의 회전속도를 검출하여 그 변화에 따라 변화시키는 유압을 통해 제동력을 제어해 어떠한 주행조건에서도 제동시 차륜에서 결코 로크(Lock)가 일어나지 않도록 하는 브레이크 안전장치인 ABS(Anti-lock Brake System)는 차량 사고와 직접 연관되는 특성상, 반드시 정상 상태 여부를 스스로 파악하여 항상 정상적인 작동이 유지되도록 하는 이상진단 기능이 매우 강화되어 있는 실정임은 물론이다.

그러나, 이와 같은 ABS 이상진단은 ABS 전체에 대한 이상 유·무만을 알 수 있는 한계가 있는데 이는, 이상진단을 위해서 ABS를 유압센서를 이용해 유압을 감지해 액튜에이터가 각 차륜으로 판단된 정확한 유압을 작용시키는 유압구동기로 이루어진 구동계(Actuation System)와, 자이로스코프 센서를 이용해 차량 요(Yaw)정도를 감지하는 미케니컬계(Mechanical System)로 크게 구분한 후, 이들 계 사이에 다수의 개(Open)·폐(Close)루프(Loop)를 적용해 제동시 요구되는 예측 압력과 실제 발생 압력간에 생성되는 차이만을 통해 이상 유·무를 판단하기 때문임은 물론이다.

이에 따라, 이와 같은 ABS 이상진단은 ABS 이상시 구동계를 이루는 액튜에이터나 압력센서나 미케니컬계를 이루는 자이로스코프센서등 중 어느 계에서 이상이 있는지 알 수 없을 뿐만 아니라 더 나아가 계를 구성하는 각 구성 요소 중 어느 구성요소인지 전혀 알 수 없는 한계가 있게 된다.

또한, 이와 같이 이상 부위에 대한 정확한 판단을 알 수 없는 경우에는 정비의 어려움이 클 뿐 아니라 ABS 전체의 신뢰성을 저하시키는 문제가 있게 됨은 물론이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 차량 상태 변화를 위해 작동되는 제어 대상에서 요구되는 예측 압력과 실제 발생 압력간에 생성되는 차이를 제어 대상을 구성하는 각 구성요소에 따른 차이로 세분화시켜 이상 발생 위치와 장치를 정확히 파악함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제어신호발생기의 제어신호를 받아 제어 대상을 작동하기 위한 유압을 공급받아 작동하는 구동계와, 이 구동계의 작동에 따른 차량의 요율을 측정해 차량 상태를 파악하는 미케니컬계 및 이 미케니컬계의 작동에 따른 결과를 해석적 중복기법을 통해 외란의 영향을 고려한 잔차 값를 산출하는 판단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 차량의 제동등과 같은 상태 변화시 차량 상태를 고려한 제어신호발생기의 제어신호를 전송 받은 구동계에서 압력 신호 값을 판단계쪽으로 보내면서 상기 구동계에 의해 실제적인 차량에 적용된 미케니컬계에서 발생된 차량 요율 값을 판단계쪽으로 보내주는 단계,

제어신호발생기의 제어신호와 미리 파악된 시스템 정보를 이용하여 추정된 압력 신호 값과 시스템 외란에 대해 추정된 시스템 외란 값 및 상기 미케니컬계에서 출력된 차량 요율 값을 이용해 추정된 압력 신호 값을 판단계쪽으로 보내주는 단계,

상기 미케니컬계에서 출력된 차량 요율 값을 제어신호발생기로 피드백 시키는 단계,

상기 판단계에서 추정된 제어 신호 값과 상기 구동계에서 발생된 신호 값들을 이용해 추정 결과와 실제 측정값간의 잔차값을 해석적 중복기법을 통해 판단하는 단계,

상기 잔차값이 산출되면 이를 위해 고려한 시스템 외란을 주요 해석 인자로 고려하는 외란제거방법이나 외란적응방법을 적용시켜 상기 잔차값을 구동계와 미케니컬계에 대한 상대적 크기로 표현해 해당 구성요소의 이상여부를 판단하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 차량 안정성 제어 장치의 개략적인 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 차량의 제동시와 같이 차량 상태 변화시 작동되기 위해 발생되는 제어신호(K)를 전송하는 제어신호발생기(10)와, 이 제어신호발생기(10)의 제어신호(K)를 받아 제동을 위한 유압을 액튜에이터를 통해 각 차륜으로 공급하면서 공급되는 유압을 압력센서를 통해 측정하는 구동계(20), 이 구동계(20)의 작동에 따른 차량의 요율(Yaw Rate)을 자이로스코프센서를 통해 측정하는 미케니컬계(30) 및 이 미케니컬계의 작동에 따른 결과를 해석적 중복기법을 통해 외란의 영향을 고려한 잔차값(미케니컬계로 명명된 실제 제어 대상인 차량의 작동에 따른 이론적인 예측 값과 실제 발생값의 차이 값)를 산출하는 판단계(40)로 이루어진다.

여기서, 상기 구동계(20)는 브레이크 유압시스템을 의미하면서 제어신호발생기(10)에서 발생된 밸브 구동신호인 제어신호(K)를 받아 조작되는 장치의 작동에 따라 압력 센서(A)에서 측정된 압력 신호 값(Za)을 발생하고, 상기 미케니컬계(30)는 실제 제동력이 작용하는 차량 모델로서 구동계(20)로부터 발생된 신호에 따라 반응되는 실제적인 차량과 같이 반응해 차량 요율 값(Zm)을 발생시켜주게 된다.

또한, 상기 판단계(40)는 제어신호발생기(10)에서 발생된 밸브 구동신호인 제어신호(K)와 미리 파악된 시스템 정보를 이용하여 추정된 압력 신호 값(Zo)을 발생시키면서 시스템 외란에 대해 추정된 시스템 외란 값(Zw)을 발생하는 수학적인 장치인 관측기(41)와, 상기 제어신호발생기(10)에서 발생된 밸브 구동신호인 제어신호(K)와 미리 파악된 시스템 정보를 이용하여 추정하면서 미케니컬계(30)에서 출력된 차량 요율 값(Zm)을 이용해 추정된 압력 신호 값(Zp)을 발생하는 수학적인 장치인 예측기(42), 상기 관측기(41)와 예측기(42)의 제어 신호 값(Zo,Zw,Zp)을 전송 받아 해석적 중복기법(실제 센서를 통해서나 또는 수학적 모델을 이용해 결과를 산출한다는 의미임)을 통해 발생된 모든 신호 값(Za,Zo,Zw,Zp)들을 고려해 외란의 영향에 따른 잔차 값(r1,r2,r3)들을 산출하는 연산기(43) 및 상기 미케니컬계(30)로부터 출력된 차량 요율 값(Zm)을 전송 받아 제어신호발생기(10)로 피드백(Feedback)시키는 피드백콘트롤러(50)로 이루어진다.

여기서, 상기 피드백콘트롤러(50)는 대상 시스템을 제어하는 제어기임은 물론이다.

이에 따라, 차량을 제동하는 경우와 같이 차량의 상태 변화가 이루어지면 각종 센서와 제어 로직을 내장한 콘트롤러등으로 이루어져 차속과 차량 상태등을 고려해 제어 값을 발생하는 제어신호발생기(10)의 제어신호(K)가 발생되고, 이 제어신호(K)가 각 차륜에 구비되어 제어대상을 작동하기 위한 액튜에이터등으로 구성된 구동계(20)로 보내지면, 이 구동계(20)를 이루는 액튜에이터가 상기 제어신호(K)에 따라 요구되는 유압을 제어 대상쪽으로 공급하도록 밸브의 개폐 정도를 조절해 차량을 상태를 조작하게 된다.

이와 같은 일련의 작용에 따라, 상기 구동계(20)는 제어신호(K)에 따라 반응되는 제어대상의 작동에 따른 압력 신호 값(Za)을 발생하게 되고, 이 구동계(20)의 이상신호 값(Za)을 입력받은 미케니컬계(30)는 실제 차량의 제동시 발생되는 차량의 요율(Yaw Rate)을 자이로스코프센서를 통해 측정해 차량 요율 값(Zm)을 발생시켜주고, 이에 따라 상기 구동계(20)의 제어 신호에 따라 작용하는 미케니컬계(30)로부터 발생된 실제 차량의 반응 값인 차량 요율 값(Zm)을 피드백 받아 제어신호발생기(10)쪽으로 전송하여 제어대상에 따른 제어값의 차이 정도를 판다하면서 제어신호(K)를 조절하여 주게 된다.

이때, 상기 판단계(40)에서 판단되는 잔차 값(r1,r2,r3)들을 산출하는 연산기(43)는 상기 관측기(41)와 예측기(42)의 제어 신호 값(Zo,Zw,Zp)과 상기 구동계(20)에서 발생된 신호 값(Za)들을 모두 고려한 잔차 값(r1,r2,r3)들을 산출하고, 이들을 통해 실제 차량 모델에서 제어 대상의 작동에 따라 제어 대상을 구성하는 각 구성 요소들의 이상유무를 판단하게 됨은 물론이다.

이와 같이, 차량의 상태 변화를 이루기 위해 작동되는 작동 대상에 따라 이를 구성하는 각 구성 요소들의 작동에 따른 결과를 이용해 작동 대상 전체의 이상유무를 판단하기 위해 본 발명에서 이용하는 해석적 중복기법은 도 2에 도시된 바와 같이 먼저, 상기 판단계(40)에서 추정된 제어 신호 값(Zo,Zw,Zp)과 상기 구동계(20)에서 발생된 신호 값(Za)들을 이용해 추정 결과와 실제 측정값간의 잔차값(r1,r2,r3)을 해석적 중복기법을 통해 판단하게 된다.

즉, 상기 잔차값(r1,r2,r3) 산출은 제어 대상의 작동시 제어신호발생기(10)에서 발생된 제어신호(K)를 받아 제동 작용을 하는 구동계(20)로부터 발생된 실제 계측되는 압력 신호 값(Za)과, 이에 더해 제어대상의 작동에 따라 실제 계측되는 차량의 요율(Yaw Rate)을 측정하는 미케니컬계(30)로부터 발생된 요율 신호 값(Zm), 상기 판단계(40)의 관측기(41)로부터 발생된 추정 압력 신호 값(Zo)과 시스템 외란을 고려한 시스템 외란 값(Zw) 및 예측기(42)로부터 발생된 추정 압력 신호 값(Zp)을 이용하여 결정되어진다.

이어, 상기 잔차값(r1,r2,r3)이 산출되면 이를 위해 고려한 시스템 외란(Disturbance)을 주요 해석 인자로 고려해 이상이 발생되는 구성요소를 판단하게 되는데, 이때 외란을 고려한 해석방법은 외란제거방법(DRA ; Disturbance Rejection Approach)와 외란적응방법(Disturbance Adaptation Approach)를 이용하게 되고, 이들 방법을 이용하여 각 구성요소들에 적용되어 산출된 잔차값(r1,r2,r3)의 크고 작음에 따라 해당 구성요소의 이상여부를 알 수 있게 된다.

즉, 상기 외란제거방법(DRA ; Disturbance Rejection Approach)을 이용하여 제어대상의 작동에 관련된 구동계(20)와 미케니컬계(30)에서 산출된 잔차값(r1,r2)은 도 3(가)에 도시된 바와 같이, 구동계(20)의 센서A와 액튜에이터에 대한 값과 센서B를 통한 미케니컬계(30)에 대한 값의 상대적 크기로 표현된다,

이때, 상기 잔차값(r1,r2)이 상대적으로 크다(Large)와 작다(Small)는 의미는 외란에 대해 해당 시스템에서 발생되는 추정 오차에 대한 차이로서 즉, 시스템이 정상 작동되면 모든 구성요소의 잔차 값이 작은 값을 가지고 시스템이 비정상 작동되면 모든 구성요소의 잔차 값이 큰 값을 가지므로 결국, 도 3(가)와 같이 잔차값(r1,r2)의 크고 작은 차이로 해당 구성 요소의 이상 유무를 판단할 수 있게 된다.

즉, 상기 잔차값 중 r1이나 r2 값이 큰(Large)일 경우에는 그 해당 부위 구성 요소가 고장이라고 판단하게 됨은 물론이다.

한편, 상기 외란적응방법(Disturbance Adaptation Approach)을 이용하여 ABS의 작동에 관련된 구동계(20)와 미케니컬계(30)에서 산출된 잔차값(r1,r3)은 도 3(나)에 도시된 바와 같이, 구동계(20)의 센서A와 액튜에이터에 대한 값과 센서B를 통한 미케니컬계(30)에 대한 값의 상대적 크기로 표현된다,

즉, 상기 외란적응방법(Disturbance Adaptation Approach)의 결과도 외란제거방법(DRA ; Disturbance Rejection Approach)을 이용하여 나타난 결과와 동일하게 잔차값(r1,r3)이 상대적으로 크다(Large)와 작다(Small)로 표현되고 이는, 외란에 대해 해당 시스템에서 발생되는 추정 오차에 대한 차이로서 즉, 시스템이 정상 작동되면 모든 구성요소의 잔차 값이 작은 값을 가지고 시스템이 비 정상 작동되면 모든 구성요소의 잔차 값이 큰 값을 가지므로 결국, 도 3(나)와 같이 잔차값(r1,r3)의 크고 작은 차이로 해당 구성 요소의 이상 유무를 판단할 수 있게 된다.

즉, 상기 잔차값 중 r1이나 r3 값이 큰(Large)일 경우에는 그 해당 부위 구성 요소가 고장이라고 판단하게 됨은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량의 상태 변화에 따라 제어 대상의 작동시 요구되는 예측값과 실제 작동시 발생된 관측값을 이용해 각 구성요소들에서 발생되는 차이인 잔차값을 산출하고, 이와 같이 산출된 잔차값을 제어 대상의 각 구성요소들이 갖는 상대적인 크기로 판단해 제어 대상을 구성하는 각 구성요소에 따른 차이로 세분화시켜 이상 발생 위치와 장치를 정확히 파악할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따라 각 구성 부품의 이상 위치 파악을 위한 차량 안정성 제어 장치의 개략적인 구성도

도 2는 본 발명에 따른 차량 안정성 제어 방법에 대한 순서도

도 3은 본 발명에 따라 외란 적용을 통한 진단 테이블

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제어신호발생기 20 : 구동계

30 : 미케니컬계 40 : 판단계

41 : 관측기 42 : 예측기

43 : 연산기 50 : 피드백콘트롤러

Claims (2)

1. 제어신호발생기(10)의 제어신호(K)를 받아 제어 대상을 작동하기 위한 유압을 공급받아 작동하는 구동계(20)와, 이 구동계(20)의 작동에 따른 차량의 요율을 측정해 차량 상태를 파악하는 미케니컬계(30) 및 이 미케니컬계(30)의 작동에 따른 결과를 해석적 중복기법을 통해 외란의 영향을 고려한 잔차 값를 산출하는 판단계(40)로 이루어지되,

   상기 판단계(40)는 제어신호발생기(10)에서 발생된 밸브 구동신호인 제어신호(K)와 미리 파악된 시스템 정보를 이용하여 추정된 압력 신호 값(Zo)을 발생시키면서 시스템 외란에 대해 추정된 시스템 외란 값(Zw)을 발생하는 수학적인 장치인 관측기(41)와, 상기 제어신호발생기(10)에서 발생된 밸브 구동신호인 제어신호(K)와 미리 파악된 시스템 정보를 이용하여 추정하면서 미케니컬계(30)에서 출력된 차량 요율 값(Zm)을 이용해 추정된 압력 신호 값(Zp)을 발생하는 수학적인 장치인 예측기(42), 상기 관측기(41)와 예측기(42)의 제어 신호 값(Zo,Zw,Zp)을 전송 받아 발생된 모든 신호 값(Za,Zo,Zw,Zp)들을 고려해 외란의 영향에 따른 잔차 값(r1,r2,r3)들을 산출하는 연산기(43) 및 상기 미케니컬계(30)로부터 출력된 차량 요율 값(Zm)을 전송 받아 제어신호발생기(10)로 피드백시키는 피드백콘트롤러(50)로 이루어진 차량 안정성 제어 장치.
2. 차량의 상태 변화시 작동되는 제어 대상을 위해 차량 상태를 고려한 제어신호발생기(10)의 제어신호(K)를 전송 받은 구동계(20)가 작동에 따라 발생된 압력 신호 값(Za)을 판단계(40)쪽으로 보내면서 상기 구동계(20)에 의해 실제적인 차량에 적용된 미케니컬계(30)에서 발생된 차량 요율 값(Zm)을 판단계(40)쪽으로 보내주는 단계,

   제어신호발생기(10)의 제어신호(K)와 미리 파악된 시스템 정보를 이용하여 추정된 압력 신호 값(Zo)과 시스템 외란에 대해 추정된 시스템 외란 값(Zw) 및 상기 미케니컬계(30)에서 출력된 차량 요율 값(Zm)을 이용해 추정된 압력 신호 값(Zp)을 판단계(40)쪽으로 보내주는 단계,

   상기 미케니컬계(30)에서 출력된 차량 요율 값(Zm)을 제어신호발생기(10)로 피드백 시키는 단계,

   상기 판단계(40)에서 추정된 제어 신호 값(Zo,Zw,Zp)과 상기 구동계(20)에서 발생된 신호 값(Za)들을 이용해 추정 결과와 실제 측정값간의 잔차값(r1,r2,r3)을 해석적 중복기법을 통해 판단하는 단계,

   상기 잔차값(r1,r2,r3)이 산출되면 이를 위해 고려한 시스템 외란을 주요 해석 인자로 고려하는 외란제거방법이나 외란적응방법을 적용시켜 상기 잔차값(r1,r2,r3)을 구동계(20)와 미케니컬계(30)에 대한 상대적 크기로 표현해 해당 구성요소의 이상여부를 판단하는 단계

   로 이루어진 차량 안정성 제어 방법.