KR100751221B1 - 차량의 안정성 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 안정성 제어시스템에 관한 것으로, 상세하게는 운전자에 의한 충분한 제동압력이 발생하지 않을때 이를 보조하기 위한 보조 제동 시스템이 구비된 차량의 안정성 제어 시스템에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명은,

현재 긴급 제동 상황인가를 판단하는 단계, 긴급 제동 상황이면 급제동 제어조건인가를 판단하는 단계, 급제동 제어조건이면 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계, 상기 추정된 노면의 마찰계수를 이용하여 급제동 제어의 수행여부를 판단하는 단계로 이루어진다.

급제동, 마찰계수

Description

차량의 안정성 제어 시스템{System for controlling the stability of vehicles}

도 1은 본 발명에 따른 차량용 전자제어식 브레이크 시스템의 구성을 보인 유압 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 보인 블록도.

도 3은 본 발명의 제어 흐름도.

도 4는 마스터실린더의 제동압력과 휠 실린더의 제동압력과의 관계를 보인 실차실험 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 압력센서 2: 제어부

2a : 급제동 판단부 2b : 노면마찰계수 추정부

2c : 급제동 제어부 2b' : 압력비교 테이블

40 : 유압 모듈레이터

본 발명은 차량의 안정성 제어시스템에 관한 것으로, 상세하게는 운전자에 의한 충분한 제동압력이 발생하지 않을때 이를 보조하기 위한 보조 제동 시스템이 구비된 차량의 안정성 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 안티록 브레이크 시스템(Anti lock brake system 이하 ABS라 함)은 차륜속도로부터 연산되는 슬립률에 따라 휠에 가해지는 제동압을 적절히 조절하여 바퀴의 록킹(locking)을 방지하는 것이고, 트랙션 콘트롤 시스템(Traction control system 이하 TCS라 함)은 차량의 급발진이나 급가속시 과대한 슬립을 방지하기 위해 엔진의 구동력을 조절하는 것이다.

안티록 브레이크 시스템(ABS)과 트랙션 콘트롤 시스템(TCS)은 차량이 직선 도로를 주행하는 경우 양호한 성능을 발휘할 수 있으나, 커브 도로를 선회 주행하는 경우에는 바깥쪽으로 과도하게 기울어지는 언더스티어(Under steer)가 일어날 수 있고 이와 반대로 안쪽으로 과도하게 기울어지는 오버스티어(Over steer)가 일어날 수 있다.

그래서 차량이 주행하는 어떠한 상황에서도 차량의 자세를 안정적으로 제어하는 즉 차량의 조향성 상실을 방지하기 위한 차량 안정성 시스템(Electronic stability program 이하 ESP라 함)이 요구되고 있다. 일예로 선회주행시 운전자가 원하는 주행궤적에서 바깥으로 밀려나가는 언더스티어(Under steer)가 발생하는 상황에서는 후륜 내측 바퀴에 제동력을 가함으로써 차량이 바깥쪽으로 밀려 나가는 것을 방지하고, 선회주행시 차량의 선회속도가 과도하게 커져 운전자 원하는 주행궤적에서 안쪽으로 기울어지는 오버스티어(Over steer)가 발생하는 상황에서는 전 륜 외측 바퀴에 제동력을 가하는 동작이 필요하다.

선회주행시 차량 안정성을 제어하기 위해서는 운전자가 희망하는 차량의 선회속도를 정확히 예측하고, 예측된 선회속도에 따라 차량이 주행하도록 전륜과 후륜에 적절한 제동압을 가할 수 있는지에 따라 시스템의 성능이 결정된다.

또한 차량의 안정성을 제어함에 있어서 전술한 ABS 및 TCS의 성능을 떨어뜨리지 않아야 하며, 이와 반대로 ABS 및 TCS에 의하여 차량의 안정성이 떨어지는 악영향을 미쳐서도 않된다. 그러므로, 차량의 운동 상태에 적절하게 차량의 안전성을 제어하기 위해서는 기존의 ABS 및 TCS와 서로 연계하여 협조 제어하는데 주안점을 두는 것이 바람직하다.

상기와 같은 종래의 차량 안정성 시스템은 운전자가 브레이크 페달을 조작하면 그 조작력으로 차량의 휠에 제동압을 형성하여 차속을 줄이게 되는데 노약자나 여성 운전자의 경우 급제동을 수행하여야 할 상황에서 충분한 조작력을 형성하지 못해 제동거리가 길어지게 되는 문제점 있다. 그러한 문제점을 보완하기 위해 보조 제동 시스템(BAS : Brake assist system)을 마련하게 되는데, 도 1을 참조하여 상기 보조 제동시스템에 관해 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

긴급상황에서 운전자에 의한 급제동 조건이 발생하면, TC밸브(47)를 닫고, 셔틀밸브(48)을 오픈하여 흡입유로(48a)를 형성, 모터(45)를 구동하여 마스터실린더(20)의 유압을 휠 실린더(30)에 직접적으로 인가함으로써 급제동제어가 수행되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 보조 제동시스템은 노면의 상태, 즉 마찰력은 고려하지 않은채 수행됨에 따라 바퀴가 잠김상태가 되는 슬립발생 제동압이 낮은 저마찰 노면에서는 상기 보조 제동시스템의 동작이 필요없음에도 가동되는 현상이 발생하여 불필요한 제동력이 발생하게 된다.

상기와 같이 불필요한 제동력이 발생함에 따라 제동력 손실이 유발되는 한편, 사용자에게는 기대하지 않은 제동력으로 인해 발생되는 제동 소음 및 진동으로 불쾌한 느낌을 받게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 긴급상황 발생시 보조 제동시스템이 수행됨에 있어서, 노면의 마찰계수를 추정하고 추정된 노면마찰계수를 이용하여 보조 제동시스템의 구동을 제어하는 차량 안정성 제어시스템을 제공하도록 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

현재 긴급 제동 상황인가를 판단하는 단계, 긴급 제동 상황이면 급제동 제어조건인가를 판단하는 단계, 급제동 제어조건이면 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계, 상기 추정된 노면의 마찰계수를 이용하여 급제동 제어의 수행여부를 판단하는 단계로 이루어진다.

상기 긴급제동 상황인가를 판단하는 단계는 마스터 실린더의 토출압력 변화율이 설정값 초과인지 판단하는 단계, 설정값 초과이면 현재 마스터 실린더의 토출압력값이 설정값 이상이면 긴급제동 상황으로 판단하는 단계로 구성된다.

상기 급제동 제어조건인가를 판단하는 단계는 긴급제동 상황에서 마스터 실린더의 토출압력 변화율이 설정값 이하이면 급제동 제어조건으로 판단함을 특징으로 한다.

상기 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계는 마스터 실린더의 토출압력을 이용하여 휠 실린더의 제동압력을 추정하는 단계, 상기 추정된 휠 실린더의 제동압력값이 설정값 이상이면 고마찰 노면으로 판단하고, 설정값 미만이면 저마찰 노면으로 판단하는 단계로 수행됨을 특징으로 한다.

상기 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계는 상기 긴급제동 상황으로 판단하는 시점의 마스터 실린더 토출압력을 이용하여 휠 실린더의 제동압력을 추정하는 특징을 더 포함한다.

상기 급제동 제어 수행여부를 판단하는 단계는 추정된 노면의 마찰계수가 설정값 이상이면 급제동 제어를 수행함을 특징으로 한다.

상기와 같은 동작을 수행하기 위한 본 발명의 구성은,

운전자가 브레이크 페달을 조작함에 따른 제동압을 형성하기 위한 마스터 실린더와 상기 마스터 실린더의 토출유압의 압력을 측정하기 위한 압력센서와, 차량의 주행시 각각의 횡축과 종축의 감가속도를 측정하기 위한 횡 가속도센서, 종 가속도센서와, 상기 마스터 실린더의 토출유압을 휠 실린더측에 개방 및 폐쇄하여 주는 다수개의 TC밸브와, 상기 마스터 실린더에서 토출되는 유압을 휠 실린더 측으로 차단 및 개방하여 제동동작이 수행되도록 하는 다수개의 솔레노이드 밸브와, 상기 휠 실린더에 인가된 유압을 흡입하여 마스터 실린더로 공급하기 위한 펌프와, 상기 펌프를 구동하는 모터와, TCS 모드시 마스터실린더의 오일이 펌프의 인렛으로 흡입되게 안내하는 오일 흡입유로와, 그 오일 흡입유로에 구성되어 흡입유로를 개방 및 폐쇄하여 주는 셔틀밸브가 구성된 차량에 있어서, 상기 압력센서의 센싱값을 입력하여 긴급제동상황 발생시 급제동 제어의 수행여부를 판단하는 제어부를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 압력센서의 센싱값을 입력하여 긴급상황발생을 판단하고, 급제동 제어조건인지를 판단하여 제어신호를 출력하는 급제동 판단부와, 상기 압력센서의 센싱값을 압력비교 테이블을 이용하여 휠 실린더의 압력값을 추정하고, 상기 추정된 압력값으로 노면의 마찰계수를 추정하는 노면 마찰계수 추정부와, 상기 급제동 판단부에서 급제동 제어개시 신호가 입력되면 상기 노면 마찰계수 추정부에서 추정된 노면 마찰계수를 입력하여 입력된 노면 마찰계수가 설정값 이상이면 급제동 제어를 위한 신호를 출력하는 급제동 제어부로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 전자제어식 브레이크 시스템의 구성을 보인 유압 회로도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 보인 블록도 이며, 도 3은 본 발명의 제어 흐름도, 도 4는 마스터실린더의 제동압력과 휠 실린더의 제동압력과의 관계를 보인 실차실험 그래프이다.

먼저, 도 1을 참조하여 그 유압 회로를 살펴보면,

본 발명에 따른 차량용 전자제어식 브레이크 시스템은 마스터실린더(20)의 프라이머리 포트(21)와 두개의 휠실린더(30)를 연결하여 액압 전달을 제어하는 프라이머리 유압회로(40A)와, 마스터실린더(20)의 세컨더리 포트(22)와 나머지 두개의 휠실린더(30)를 연결하여 액압 전달을 제어하는 세컨더리 유압회로(40B)와, 전기적인 구동요소를 제어하기 위한 제어부(도 2참조;2)를 갖추고 있으며, 이들은 모듈레이터블럭(40)에 콤팩트하게 설치된다.

이 프라이머리 유압회로(40A) 및 세컨다리 유압회로(40B)는 각각 두개씩의 휠실린더(30)측으로 전달되는 제동유압을 제어하기 위한 솔레노이드밸브(41)(42)들과, 휠실린더(30)측에서 빠져나온 오일 또는 마스터실린더(20)로부터 오일을 흡입하여 펌핑하는 펌프(44)와, 휠실린더(30)에서 빠져나오는 오일을 일시 저장하기 위한 저압어큐뮬레이터(43)와, 펌프(44)로부터 펌핑되는 액압으로부터 압력맥동을 저감시키기 위한 고압어큐뮬레이터(46)와, TCS 모드시 마스터실린더(20)의 오일이 펌프(44)의 인렛으로 흡입되게 안내하는 오일 흡입유로(48a)를 포함하고 있다.

다수개의 솔레노이드밸브(41)(42)는 휠실린더(30)의 상류측 및 하류측과 연계되는데, 이것은 각 휠실린더(30)의 상류측에 배치되며 평상시 개방된 상태로 유지되는 노말 오픈형 솔레노이드밸브(41)와, 이의 하류측에 배치되며 평상시 폐쇄된 상태로 유지되는 노말 클로즈형 솔레노이드밸브(42)로 구별된다. 이러한 솔레노이드밸브(41)(42)의 개폐작동은 각 휠측에 배치된 휠센서(미도시)를 통해 차량속도를 감지하는 제어부(2)에 의해 제어되며, 감압 제동에 따라 노말 오픈형 솔레노이드밸브(42)가 개방되어 휠실린더(30)측에서 빠져 나온 오일은 저압어큐뮬레이터(43)에 일시적으로 저장된다.

펌프(44)는 모터(45)에 의해 구동되어 저압어큐뮬레이터(43)에 저장된 오일을 흡입하여 고압어큐뮬레이터(46)측으로 토출함으로써(ABS 증압 또는 유지 모드 시), 액압을 휠실린더(30)측 또는 마스터실린더(20)측으로 전달하게 된다.

또한, 마스터실린더(20)와 펌프(44)의 아웃렛을 연결하는 메인유로(47a)에는 트랙션 콘트롤 제어를 위한 NO형 솔레노이드밸브(47, 이하에서는 TC밸브라 칭함)가 설치된다. 이 TC밸브(47)는 평상시 개방된 상태를 유지하여, 브레이크페달(10)을 통한 일반 제동시 마스터실린더(20)에서 형성된 제동 액압이 메인유로(47)를 통해 휠실린더(30)측으로 전달된다.

또한, 오일 흡입유로(48a)는 메인유로(47)에서 분기되어 마스터실린더(20)의 오일을 펌프(44)의 인렛측으로 흡입되게 안내하는 것으로, 여기에는 오일이 펌프(44) 인렛으로만 흐르도록 하는 셔틀밸브(48)가 설치되어 있다. 즉, 전기적으로 작동되는 셔틀밸브(48)는 오일 흡입유로(48a)의 중도에 설치되어 평상시 폐쇄되고 TCS 모드시 개방되게 작동한다.

상기 제어부(2)는 도 2에 도시된 바와 같이,

상기 압력센서(1)의 센싱값을 입력하여 긴급상황발생을 판단하고, 급제동 제어조건인지를 판단하여 제어신호를 출력하는 급제동 판단부(2a)와, 상기 압력센서(1)의 센싱값을 압력비교 테이블(2b')을 이용하여 휠 실린더(30)의 압력값을 추정하고, 상기 추정된 압력값으로 노면의 마찰계수를 추정하는 노면 마찰계수 추정부(2b)와, 상기 급제동 판단부(2a)에서 급제동 제어개시 신호가 입력되면 상기 노면 마찰계수 추정부(2b)에서 추정된 노면 마찰계수를 입력하여 입력된 노면 마찰 계수가 설정값 이상이면 급제동 제어를 위한 신호를 출력하는 급제동 제어부(2)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제어 과정은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 현재 긴급 제동 상황인가를 판단하는 단계, 긴급 제동 상황이면 급제동 제어조건인가를 판단하는 단계, 급제동 제어조건이면 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계, 상기 추정된 노면의 마찰계수를 이용하여 급제동 제어를 수행여부를 판단하는 단계로 수행된다.

이하 그 상세동작을 살펴보면 다음과 같다.

운전자에 의해 브레이크 페달(10)이 조작되어 마스터 실린더(20)에 제동압력이 형성되면 제어부(2)는 마스터 실린더(20)에 구성된 압력센서(1)에서 감지한 제동압력값을 입력하게 된다.

제어부(2)의 급제동 판단부(2a)는 상기 압력센서(1)에서 감지한 압력값을 입력하여 그 변화율, 즉 기울기를 산출하게 된다.

제어부(2)의 급제동 판단부(2a)는 산출된 압력의 변화율과 압력센서(1)에서 출력되는 압력값을 입력하여 긴급제동상황인지를 판단하게 되는데,

먼저, 산출된 변화율(ΔP)이 미리 설정된 값 초과인지 판단하게 된다. 즉, 운전자에 의한 제동압력의 상승률이 설정값 이상인지 판단하게 되고, 설정값 이상이면 현재 압력센서(1)에서 센싱된 압력값이 미리 설정된 값 이상인지 판단하게 된다.

다시 말해, 급제동 판단부(2a)는 상기에서 설명한 바와 같이 제동압력의 상 승률과 현재 압력값이 각각 미리 설정된 설정값 이상일때 긴급제동상황이라고 판단하는 것이다.

상기와 같이 긴급제동상황이라고 판단되면, 급제동 판단부(2a)는 급제동제어 조건인지 판단하게 되는데, 상승하고 있는 압력 변화율이 미리 설정된 급제동제어 설정값 보다 작으면 급제동 제어개시라고 판단하여 급제동 제어부(2c)에 제어신호를 출력하게 되는 것이다.

한편, 노면 마찰계수 추정부(2b)는 상기 압력센서(1)에서 센싱한 데이터를 이용하여 휠 실린더(30)에 인가되는 압력값을 추정하게 되는데, 상기 압력센서(1)는 마스터 실린더(20)측에 구성되어 있는 것으로, 마스터 실린더(20)의 제동압력과 휠 실린더(30)의 제동압력은 도 4의 실차실험 관계 그래프와 같은 특징을 보인다.

즉, 도 4의 그래프에서와 같이 마스터 실린더(20)의 제동압력과 휠 실린더(30)의 제동압력은 상호 반비례적인 관계를 보이며, 이를 비교 테이블(2b')화 하여 압력센서(1)의 센싱값을 토대로 휠 실린더(30)의 압력값을 추정하게 되는 것이다.

상기 추정된 휠 실린더(30)의 압력값을 토대로 현재 주행중인 노면의 마찰계수를 추정하게 되는데, 상기 급제동 판단부(21)의 긴급상황 발생시라고 판단하는 시점의 휠 실린더(30) 압력값을 노면 마찰계수 추정부(2b)는 검출하여 노면의 마찰게수 추정에 이용하게 된다. 즉, 운전자에 의한 브레이크 페달이 조작될 때의 휠 실린더(30) 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하게 되는 것이다.

급제동 제어부(2c)는 급제동 판단부(2a)에서 급제동 제어신호가 입력되면 상 기 노면마찰계수 추정부(2b')에서 추정한 노면의 마찰계수를 이용하여 급제동 제어의 수행여부를 결정하게 되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 추정된 마찰계수(μ)가 미리 설정된 설정마찰계수(μ1)보다 크면 급제동 제어를 수행하고, 그렇지 않으면 급제동 제어를 수행하지 않고 일반 제동제어를 수행하는 것이다.

즉, 추정 마찰계수(μ)가 설정 마찰계수(μ1)보다 크다는 의미는 현재 주행중인 노면이 고마찰 노면이다는 의미이고, 작다는 의미는 중간정도의 마찰 또는 저마찰 노면이다는 의미이다.

급제동 제어부(2c)는 상기 추정된 노면의 마찰계수가 고마찰 노면으로 판단되면 급제동 제어를 수행하게 되고, 저마찰 노면으로 판단되면 급제동 제어를 수행하지 않음으로써 저마찰 노면에서의 불필요한 제동력 손실을 막게 되는 것이다.

상기에서와 같이 본 발명에서는 노면의 마찰계수를 이용하여 급제동 수행여부를 결정하게 하여, 급제동 제어의 조건시 고마찰 노면에서만 급제동 제어가 수행되게 함으로써 신속한 제동거리 단축을 구현하게 하며, 급제동 제어조건이더라도 저마찰 노면에서는 급제동 제어가 수행되지 않도록 함으로써 불필요한 제동력 손실을 방지하는 한편, 제동 소음 및 진동을 예방함으로 사용자에게 질 높은 제동시스템을 제공한다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 차량의 움직임 정보를 감지하기 위한 다수개의 센서가 구비된 차량의 안정성 제어 시스템에 있어서,

   현재 긴급제동 상황인가를 판단하는 단계, 긴급제동상황이면 급제동 제어조건인가를 판단하는 단계, 급제동 제어조건이면 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계, 상기 추정된 노면의 마찰계수를 이용하여 급제동 제어 수행여부를 판단하는 단계로 수행되고,

   상기 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계는 상기 긴급제동 상황으로 판단하는 시점의 마스터 실린더 토출압력값을 이용하여 휠 실린더의 제동압력을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 긴급제동 상황인가를 판단하는 단계는 마스터 실린더의 토출압력 변화율이 설정값 초과인지 판단하는 단계, 설정값 초과이면 현재 마스터 실린더의 토출압력값이 설정값 이상이면 긴급제동 상황으로 판단하는 단계로 수행됨을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 급제동 제어조건인가를 판단하는 단계는 긴급제동 상황에서 마스터 실린더의 토출압력 변화율이 설정값 이하이면 급제동 제어조건으로 판단함을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계는 마스터 실린더의 토출압력을 이용하여 휠 실린더의 제동압력을 추정하는 단계, 상기 추정된 휠 실린더의 제동압력값이 설정값 이상이면 고마찰 노면으로 판단하고, 설정값 미만이면 저마찰 노면으로 판단하는 단계로 수행됨을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
9. 삭제
10. 차량의 움직임 정보를 감지하기 위한 다수개의 센서가 구비된 차량의 안정성 제어 시스템에 있어서,

    현재 긴급제동 상황인가를 판단하는 단계, 긴급제동상황이면 급제동 제어조건인가를 판단하는 단계, 급제동 제어조건이면 휠 실린더의 제동압력값을 이용하여 노면의 마찰계수를 추정하는 단계, 상기 추정된 노면의 마찰계수를 이용하여 급제동 제어 수행여부를 판단하는 단계로 수행되고,

    상기 급제동 제어 수행여부를 판단하는 단계는 추정된 노면의 마찰계수가 설정값 이상이면 급제동 제어를 수행함을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.

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