KR100592518B1 - 차량 안정성 제어방법 - Google Patents

차량 안정성 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 안정성 제어방법에 관한 것으로, 차량 안정성 제어시스템에서 횡가속도센서의 에러 발생시 부가적인 센서를 추가하지 않고 요 레이트 및 휠속도센서를 이용하여 횡가속도 값을 추정함으로서 차량을 안정되게 제어하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 차량의 움직임 정보를 감지하는 횡가속도, 휠속도 및 요 레이트센서를 이용하여 차량 안정성을 제어하는 방법에 있어서, 상기 횡가속도센서의 에러 발생을 검출하는 검출단계; 상기 횡가속도센서의 에러 발생시 상기 휠속도 및 요 레이트센서로부터 차량속도와 요 레이트를 검출하여 횡가속도를 추정하는 추정단계; 및 상기 추정된 횡가속도를 가지고 차량 안정성을 제어하는 제어단계를 포함하는 것이다.

Description

차량 안정성 제어방법{Method to control stability of vehicle}
도 1은 차량의 드리프트 아웃인 언더스티어 상태를 도시한 개념도,
도 2는 차량의 스핀 아웃인 오버스티어 상태를 도시한 개념도,
도 3은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 구성도,
도 4는 본 발명에 의한 차량 안정성 제어방법의 동작 흐름도,
* 도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명 *
10 : 조향각센서 20 : 휠속도센서
30 : 요 레이트센서 40 : 횡가속도센서
50 : ESP 제어기 51 : 요 레이트 추정부
52 : 요 레이트 오차산출부 53 : 노면판단부
54 : 횡가속도 추정부 60 : 브레이크 제어부
70 : 엔진 제어부 80 : 표시부
본 발명은 차량 안정성 제어시스템(Electronic Stability Program ;이하 ESP 시스템이라 한다)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ESP 시스템에서 횡가속도센서의 에러 시에도 횡가속도 값을 추정하여 차량을 안정되게 제어하는 방법에 관한 것이다.
차량의 전자제어시스템인 ESP 시스템은 기본적으로 차량의 요 거동을 제어하기 위한 것으로, 운전자의 운전 중 타이어의 접촉한계에 이르는 위험한 상황에서 휠을 적절히 제어함으로써 차량을 운전자가 원하는 방향으로 운동시키는 시스템이다.
보통, 차량이 선회 주행하는 경우 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 차량이 원하는 주행코스보다 바깥쪽으로 밀려 나가는 드리프트 아웃(Drift out)인 언더스티어나, 이와 반대로 안쪽으로 과도하게 기울어지는 스핀 아웃(Spin out)인 오버스티어(Over steer)가 발생하여 차량의 안정성을 해치게 된다.
이를 방지하기 위해 ESP 시스템에서는 도 1에 도시한 언더스티어 시 후륜 내측 휠에 제동력을 가하여 차량의 안쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 생성시킴으로써 차량이 원하는 궤적에서 바깥쪽으로 밀려나는 것을 방지하며, 이와 반대로 도 2에 도시한 오버스티어 시 전륜 외측 휠에 제동력을 가하여 차량의 바깥쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 생성시킴으로서 차량이 주행궤적에서 안쪽으로 치우치는 것을 방지하여 차량을 안정적으로 주행시킨다.
이와 같이, ESP 시스템은 선회하는 차량의 안정성을 확보하기 위하여 운전자가 원하는 차량의 선회속도를 정확히 예측하고, 예측된 선회속도를 추종하여 차량이 주행하도록 전륜과 후륜에 적절한 제동압력을 가할 수 있는지에 따라 시스템의 성능이 결정된다.
이러한 ESP 시스템은 차량의 언더스티어나 오버스티어를 제어하기 위해 조향각센서, 휠속도센서, 요 레이트센서 및 횡가속도센서 등으로부터 신호를 입력받도록 구성되어 있다.
이중에서, 횡가속도센서는 차량이 주행하는 노면(타이어와 휠 사이에 접지력)의 상태를 판단하고, 뱅크 로드(Bank Road) 감지 및 차량의 드리피트(Drift)를 위해 사용되는 중요한 소자로서, 종래의 ESP 시스템에서는 ESP 제어 중 횡가속도센서의 에러(고장)가 발생되면 즉시 시스템을 다운시키면서 경고램프를 점등시켜 운전자에게 차량의 이상상태를 확인할 수 있도록 하였다.
그런데, ESP 제어와 같은 위험한 상황에서 횡가속도센서의 에러가 발생하였다고 시스템을 바로 다운시키게 되면 차량의 안정성 및 조정성을 제어할 수 없게 되어 운전자를 적절히 보호할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 ESP 시스템에서 횡가속도센서의 에러 발생시 부가적인 센서를 추가하지 않고 요 레이트 및 휠속도센서를 이용하여 횡가속도 값을 추정함으로서 차량을 안정되게 제어할 수 있는 차량 안정성 제어방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량의 움직임 정보를 감지하는 횡가속도, 휠속도 및 요 레이트센서를 이용하여 차량 안정성을 제어하는 방법에 있어서, 상기 횡가속도센서의 에러 발생을 검출하는 검출단계; 상기 횡가속도센서의 에 러 발생시 상기 휠속도 및 요 레이트센서로부터 차량속도와 요 레이트를 검출하여 횡가속도를 추정하는 추정단계; 및 상기 추정된 횡가속도를 가지고 차량 안정성을 제어하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 추정단계는 상기 휠속도 및 요 레이트 센서로부터 검출된 차량속도와 요 레이트를 곱하여 차량의 횡가속도를 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 횡가속도센서의 에러 발생을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 제어 구성도로서, 본 발명의 ESP 시스템은 조향각센서(10), 휠속도센서(20), 요 레이트센서(30), 횡가속도센서(40), ESP 제어기(50), 브레이크 제어부(60), 엔진 제어부(70) 및 표시부(80)를 포함하여 구성된다.
상기 조향각센서(10)는 조향 시 조향핸들의 조향각을 검출하고, 휠속도센서(20)는 다수(예를 들어, 4개)의 휠(80)에 각각 설치되어 차량의 속도를 검출하며, 요 레이트센서(30)는 차량의 요 레이트(선회속도)를 검출하고, 횡가속도센서(40)는 차량의 횡방향 가속도를 검출한다.
상기 ESP 제어기(50)는 조향각센서(10), 휠속도센서(20), 요 레이트센서(30) 및 횡가속도센서(40)로부터 검출된 신호를 입력받아 각 휠의 제동압력과 엔진토크를 조절하기 위한 브레이크 제어부(60)와 엔진 제어부(70)를 제어하는 것으로, 요 레이트 추정부(51), 요 레이트 오차산출부(52), 노면판단부(53), 횡가속도 추정부 (54), 언더스티어/오버스티어 판단부(55) 및 언더스티어/오버스티어 제어부(56)를 포함한다.
또한, 상기 ESP 제어기(50)는 횡가속도센서(40)의 에러(고장) 발생시 ESP 제어중인가를 판단하여 ESP 제어중이면 ESP 제어종료 후 시스템을 다운시키고, ESP 제어중이 아니면 즉시 시스템을 다운시키면서 횡가속도센서(40)의 이상상태를 운전자가 알 수 있도록 표시해준다.
상기 요 레이트 추정부(51)는 상기 조향각센서(10)와 휠속도센서(21)로부터 검출된 조향각과 차량속도를 이용하여 차량모델로부터 운전자가 원하는 요 레이트를 추정하고, 상기 요 레이트 오차산출부(52)는 요 레이트 추정부(51)에서 추정된 요 레이트와 요 레이트 센서(30)에서 검출된 요 레이트를 비교하여 상기 두 요 레이트의 차이값(오차)을 산출한다.
상기 노면판단부(53)는 횡가속도센서(40)로부터 검출된 횡가속도를 이용하여 차량이 주행하는 노면의 상태를 판단하고, 상기 횡가속도 추정부(54)는 휠속도센서(20)와 요 레이트센서(30)로부터 검출된 차량속도와 요 레이트를 이용하여 차량모델로부터 운전자가 원하는 횡가속도를 추정한다. 상기 횡가속도센서(40)의 에러(고장) 시에는 상기 횡가속도 추정부(54)에서 추정된 횡가속도 값을 이용하여 ESP 제어를 행한다.
상기 언더스티어/오버스티어 판단부(55)는 상기 요 레이트 오차산출부(52)에서 산출된 요 레이트의 차이값과 상기 횡가속도센서(40) 또는 횡가속도추정부(54)로부터 입력된 횡가속도를 이용하여 차량의 상태가 언더스티어 또는 오버스티어인 지를 판단한다.
상기 언더스티어/오버스티어 제어부(56)는 상기 판단된 언더스티어 또는 오버스티어에 따라 브레이크 제어부(60), 엔진토크 제어부(70) 단독 또는 ABS 제어블록(61) 및 TCS 제어블록(71)과 협조 제어하여 차량의 안정성을 확보하기 위한 제동력 또는 엔진의 구동력을 제어한다.
상기 브레이크 제어부(60)는 ESP 제어기(50)로부터 출력되는 제동신호에 따라 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 ABS 제어블록(61)과 협조 제어하여 제동압력을 발생하고, 엔진 제어부(70)는 ESP 제어기(50)로부터 출력되는 엔진제어신호에 따라 엔진토크를 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 TCS 제어블록(71)과 협조 제어하여 엔진의 구동력을 제어한다.
상기 표시부(80)는 상기 횡가속도센서(40)의 에러(고장) 발생시 상기 ESP 제어기(50)로부터 출력되는 표시제어신호에 따라 경고램프를 점등시켜 운전자가 차량의 이상상태를 쉽게 확인할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명에 의한 차량 안정성 제어방법의 동작 흐름도이다.
도 4에서, ESP 제어기(50)의 요 레이트 추정부(51)는 조향각센서(10)와 각 휠속도센서(20)로부터 차량속도와 조향각을 읽어 들이고(S100), 읽어 들인 차량속도와 조향각 데이터를 이용하여 차량모델로부터 운전자가 원하는 요 레이트를 추정한다(S110). 상기 요 레이트 추정부(51)에서 차량속도와 조향각 데이터를 이용하여 요 레이트를 추정하는 방법은 일반적인 공지 기술로 상세한 설명을 생략한다.
상기 요 레이트 추정부(51)에서 추정된 요 레이트와 요 레이트 센서(30)로부터 검출된 요 레이트를 비교하여 상기 두 요 레이트의 차이값(오차)을 요 레이트 오차산출부(52)에서 산출한다(S120).
그리고, ESP 제어기(50)의 노면판단부(53)는 횡가속도센서(40)로부터 횡가속도를 읽어 들여 차량이 주행하는 노면의 상태를 판단하게 되는데(S130), 이러한 ESP 제어 중 횡가속도센서(40)의 에러(고장)가 발생하면(S140), 횡가속도 추정부(54)에서 휠속도센서(20)와 요 레이트센서(30)로부터 차량속도와 요 레이트를 읽어 들인다(S150).
상기 횡가속도센서(40)의 에러 발생을 검출하는 방법은 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제2004-4927에 개시되어 있다.
읽어 들인 차량속도와 요 레이트를 이용하여 차량모델로부터 운전자가 원하는 횡가속도를 추정하여(S160), 횡가속도센서(40)의 에러(고장) 시에도 횡가속도 추정부(54)에서 추정된 횡가속도 값을 이용하여 적절한 ESP 제어를 행한다.
상기 횡가속도 추정부(54)는 요 레이트센서(30)의 요 레이트 값과 휠속도센서(20)의 차량속도를 곱하여 횡가속도 값을 추정할 수 있고, 4 휠의 슬립량과 차량속도를 이용하여 횡가속도 값을 추정할 수도 있다.
이와 같이, 상기 횡가속도 추정부(54)에서 추정된 횡가속도와 상기 요 레이트 오차산출부(52)에서 산출된 요 레이트 차이값을 이용하여 차량의 상태가 언더스티어 또는 오버스티어인지를 언더스티어/오버스티어 판단부(55)에서 판단한다(S170).
상기 언더스티어/오버스티어 판단부(55)에서 판단된 언더스티어 또는 오버스티어에 따라 언더스티어/오버스티어 제어부(56)에서 브레이크 제어부(60), 엔진토크 제어부(70) 단독 또는 ABS 제어블록(61) 및 TCS 제어블록(71)과 협조 제어하여 차량의 안정성을 확보하도록 제동력 또는 엔진의 구동력을 제어한다(S180).
이와 같이, 횡가속도센서(40)의 에러 시에도 추정된 횡가속도 값을 이용하여 ESP 제어를 적절히 행함으로서 ESP 제어와 같은 위험한 상황에서도 차량의 안정성을 최대한으로 확보할 수 있게 된다.
ESP 제어종료 후, 표시부(80)에서 경고램프를 점등시켜 운전자가 차량의 이상상태를 확인할 수 있도록 하면서 시스템을 종료시킨다(S190).
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 차량 안정성 제어방법에 의하면, ESP 시스템에서 횡가속도센서의 에러 발생시 부가적인 센서를 추가하지 않고 요 레이트 및 휠속도센서를 이용하여 횡가속도 값을 추정함으로서 차량을 안정되게 제어할 수 있다는 효과가 있다.
상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (3)

  1. 차량의 움직임 정보를 감지하는 횡가속도, 휠속도 및 요 레이트센서를 이용하여 차량 안정성을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 횡가속도센서의 에러 발생을 검출하는 검출단계;
    상기 횡가속도센서의 에러 발생시 상기 휠속도 및 요 레이트센서로부터 차량속도와 요 레이트를 검출하여 횡가속도를 추정하는 추정단계; 및
    상기 추정된 횡가속도를 가지고 차량 안정성을 제어하는 제어단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 추정단계는 상기 휠속도 및 요 레이트 센서로부터 검출된 차량속도와 요 레이트를 곱하여 차량의 횡가속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 횡가속도센서의 에러 발생을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어방법.
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