KR100774120B1 - 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법 - Google Patents

차량 안정성 제어 시스템의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각 상태변수에 대해 독립적인 슬라이딩 평면을 정의하여 구조가 간단하고 강인성을 가지는 다중 슬라이딩 모드 제어를 이용하여 휠슬립을 제어할 수 있는 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 바퀴의 상태에 해당하는 슬라이딩 평면과 바퀴의 유압 압력에 해당하는 슬라이딩 평면을 산출하고 그에 따라 제어를 행함으로써, 다중 슬라이딩 모드 제어 방법에 의해 휠의 슬립율을 최적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 유압을 제어하는 전자밸브의 작동소음을 저감시키는 효과가 있다.

Description

차량 안정성 제어 시스템의 제어방법{Control method of electronic stability program for vehicle}
도 1은 본 발명에 따른 안티록 브레이크 시스템의 구성을 설명하기 위한 유압회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 안티록 브레이크 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 안티록 브레이크 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
3,4:전자밸브 6:모터
11:FL차륜속도감지부 12:FR차륜속도감지부
13:RL차륜속도감지부 14:RR차륜속도감지부
20:제동감지부 30:제어부
40:구동부
본 발명은 독립적인 슬라이딩 평면을 정의하여 구조가 간단하고 강인성을 가지는 다중 슬라이딩 모드 제어를 이용하여 휠슬립을 제어할 수 있는 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
종래의 ABS는 각 바퀴에 장착된 속도센서와 이를 입력으로 하여 각 바퀴의 압력제어모드를 결정하는 ECU, 실제 압력제어를 수행하는 다수의 전자밸브들로 구성된다.
상기 종래의 ABS는 각 바퀴에 장착된 속도센서를 이용하여 각 바퀴의 원주속도 및 가속도(또는 감속도)를 구하고, 이를 이용하여 차체속도를 추정하고 이를 슬립율 계산에 이용한다. 계산된 각 바퀴의 감속도와 슬립율에 따라 각 바퀴의 압력제어 모드가 결정된다.
그러나 실제 노면과 타이어간의 접촉면에서 마찰력에 대한 정보를 직접적으로 구할 수 없기 때문에 마찰력-슬립율을 항상 최적으로 유지할 수없어 제동거리 측면에서 불리하며, 전자밸브에 의해 각 바퀴의 압력을 계단식으로 제어하기 때문에 작동소음이 큰 단점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 각 상태변수에 대해 독립적인 슬라이딩 평면을 정의하여 구조가 간단하고 강인성을 가지는 다중 슬라이딩 모드 제어를 이용하여 휠슬립을 제어할 수 있는 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법은, 바퀴의 상태에 해당하는 슬라이딩 평면과 바퀴의 유압 압력에 해당하는 슬라이딩 평면을 산출하고 그에 따라 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 차량 안정성 제어시스템은 비선형적인 차량운동과 유압 제어시스템으로 인하여 모델의 불확실성과 외란에 강인성을 가지는 비선형 제어방법인 슬라이딩 모드 방법에 의한 제어기 설계가 필수적이다. 일반적인 슬라이딩 모드제어방법은 각 입출력관계에 대하여 상대차수(Relative degree)에 따른 슬라이딩 평면을 정의한다.
삭제
본 발명의 차량 안정성 제어시스템에서는 각 상태변수에 대해 독립적인 슬라이딩 평면을 정의하여 구조가 간단하고 강인성을 가지는 다중 슬라이딩 모드 제어기 설계방법을 이용한 휠 슬립 제어기 설계방법을 제안한다.
바퀴의 휠 슬립제어기는 직접 요 모멘트 제어기에서 결정한 기준 휠 슬립율을 각 바퀴가 유지하게 함으로써 원하는 제동력과 요 모멘트를 발생시킨다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 유압회로도이다.
도 1을 참조하면, 제동시 운전자에 의해 조작되는 브레이크 페달(1)과, 페달(1)로부터 전달된 힘을 증폭시켜 브레이크 액압을 생성시키기 위한 배력장치(1a) 및 마스터실린더(1b)가 마련된다. 그리고, 생성된 브레이크 액압을 휠실린더(2)에 공급하기 위한 다수의 전자밸브(3)(4)와, 휠실린더(2)에서 토출된 브레이크 액이 일시적으로 저장되는 저압 어큐뮬레이터(LPA; 5)와, 그 저압 어큐뮬레이터(5)에 저장된 브레이크 액을 펌핑하여 마스터실린더(1b) 또는 휠실린더(2)로 환류시키기 위한 모터(6) 및 펌프(7), 펌프(7)의 구동시 환류되는 브레이크 액압의 맥동을 감쇄시키기 위한 고압 어큐뮬레이터(HPA; 8)가 마련되며, 이들은 모듈레이터 블록(9)에 콤팩트하게 설치된다.
전자밸브(3)(4)는 마스터실린더(1b)에서 발생되어 휠실린더(2)로 공급된 브레이크 액압을 유입 또는 유출하기 위해 휠실린더(2)의 입구측과 출구측에 각각 배설되는데, 전자밸브(3)는 평상시(off) 개방상태를 유지하는 노말오픈형(NO) 솔레노이드 밸브이고 전자밸브(4)는 평상시(off) 폐쇄상태를 유지하는 노말클로즈형(NC) 솔레노이드 밸브이다.
도 2는 본 발명에 따른 안티록 브레이크 시스템을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량은 안티록 브레이크 시스템은 각 차륜의 속도를 감지할 수 있도록 FL차륜속도 감지부(11)와, FR차륜속도 감지부(12)와, RL차륜속도 감지부(13)와, RR차륜속도 감지부(14)를 구비한다. 또한 브레이크 페달(1)의 작동에 따라 제동신호를 발생시키는 제동감지부(20)와, 각 차륜속도 감지부(11 내지 14)로부터 전송되는 정보에 따라 차량의 상태정보를 판단하는 제어부(30)와, 제어부(30)의 제어에 따라 모듈레이터 블록(9)의 각 전자밸브를 구동하는 구동부(40)를 포함한다. 상기 차륜속도 감지부(11 내지 14)는 각 차륜의 회전속도를 검출하는 것으로 전자픽업의 회전센서가 사용된다.
상기 구동부(40)는 제어부(30)의 제어에 따라 주파수 폭 변조 방식으로 상기 전자밸브를 구동한다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법을 설명하도록 한다.
자동차 바퀴의 제동력을 발생시키기 위한 유압 제어시스템은 각 바퀴에 2개의 전자밸브를 이용하여 구동한다. 이 밸브들은 각각 2개의 온/오프 만으로 제어된다. 이 유압시스템을 주파수 폭 변조방법을 이용하여 구동한다면 온/오프형태의 구동기를 연속적인 입력을 사용하는 시스템과 같이 사용할 수 있다. 이 주파수 폭 변조방법을 다음 [식 1]과 같이 주기(T)와 주기비율(Duty ratio : τ1, τ2)에 따라 입력하게 된다.
[식 1]
ui ={ 1 for tk < t < tk + τ1, 0 for tk +τ1 < t < tk + T }
ui ={ 1 for tk < t < tk + τ1, 0 for tk +τ1 < t < tk + T }
일반적인 시스템의 주파수 폭 변조 제어방법의 타당성은 아래와 같이 보일 수 있다. 주파수 폭 변조 입력(u)을 가지는 제어 시스템은 [식 2]와 같이 표현할 수 있다.
[식2]
x = f(x) + g(x)u
이 시스템의 거동은 다음 [식 3]과 같이 계산된다.
[식3]
x(t+T) = x(t) +
Figure 112003015785542-pat00001
이 시스템의 주기를 [식 4]와 같이 영으로 접근시키면, 주파수 폭 변조 입력(u)시스템의 근사적인 시스템의 거동은 [식 5]와 같이 주기 비율 입력을 가지는 시스템과 같이 표시할 수 있다.
[식 4]
Figure 112003015785542-pat00002
[식 5]
x(t) = f(x) + τ1g(x)
따라서, 제어 주파수가 무한대로 증가하면 주파수 폭 변조 제어기 시스템의 이상적인 평균거동은 [식 5]와 같이 연속시간 입력의 주기비율을 가지는 연속응답으로 표현할 수 있다.
도 3에 도시한 1/4 차축 모델에 대한 제동시스템 모델은 다음과 같이 유도할 수 있다.
차량의 종 방향 운동 방정식은 다음과 같다.
[식 6]
Figure 112003015785542-pat00003
(단,
Figure 112003015785542-pat00004
는 불확실성으로 구름저항, 공기항력 등이다.)
바퀴의 회전방향 운동방정식은 다음 [식 7]과 같다.
[식 7]
Figure 112003015785542-pat00005
(단, Te 는 구동토크, Tb 는 제동토크이며,
Figure 112003015785542-pat00006
는 불확실성으로 구름저항, 공기항력 등이다.)
구동토크(Te)는 수동변속기 차량에서 클러치에 의하여 구동력 전달이 제거되면 영(zero)이 되고, 차축에 주어지는 입력은 제동토크(Tb)만이 주어진다.
제동력을 발생시키기 위한 전자밸브의 운동방정식은 다음과 같다.
[식 8]
Figure 112007059423396-pat00031
,
Figure 112007059423396-pat00032
압력을 제어하는 전자밸브와 제동력을 발생시키는 제동토크는 다음과 같다.
Tb =Cp p
타이어의 종 방향 힘(Fx)는 다음 식과 같이 휠 슬립(λ)에 의해 지배되므로, 임의의 제동력을 발생시키기 위해서는 그에 해당하는 휠 슬립을 제어한다.
[식 10]
Fx =Fx (Fz,μ,λ,α)
따라서 본 발명에서는 바퀴의 진행속도에 대한 노면과의 접점에서의 속도비인 휠 슬립(λd)에 비례하는 선형 휠슬립(χ)을 다음 식[11)과 같이 정의하고, 이를 제어하고자 한다.
[식 11]
χ=kv-rw, k=1-λd,
Figure 112003015785542-pat00009
상기한 전자밸브의 운동방정식은 다음과 2개의 입력 형태로 표시할 수 있다.
[식 12]
Figure 112007059423396-pat00033

각의 밸브 방정식은
Figure 112007059423396-pat00034
,
Figure 112007059423396-pat00035
의 관계를 가진다.
삭제
이 시스템은 제어변수인 선형 휠 슬립을 2번 미분하여야 입력이 표시되기 때문에 상대차수는 2가 된다. 이와 같이 상대 차수가 2인 시스템에 대한 기존의 슬라 이딩 모드제어기는 측정 변수의 미분항 등이 포함되기 때문에 실제 구현이 어려운 점이 많다.
이하에서는 다중 슬라이딩 모드에 따른 제어를 설명하도록 한다.
다중 슬라이딩 모드 제어방법을 이용하여 기준 휠 슬립을 추종하기 위한 슬라이딩 평면은 제 1 슬라이딩 평면(s1), 제 2 슬라이딩 평면(s2)이 있으며 다음과 같다.
제 1 슬라이딩 평면(s1)은 선형 휠 슬립을 정의하는 것으로 s1=kv-rw이며, 제 2 슬라이딩 평면(s2)은 바퀴의 유압압력과 가상입력인 압력에 의해 정의하는 것으로, S2=p-pd이다.
즉,
[식 13]
s1 =kv-rw,s2 =p-pd
(v:속도, w:각속도, k 및 r:상수, p:바퀴유압압력, pd:가상입력인 압력)
두 번째 슬라이딩 평면이 수렴하기 위한 조건은 다음과 같다.
[식 14]
Figure 112007059423396-pat00036
상기 식은 두개의 입력을 가지지만 동시 제어 입력이 아니기 때문에 각각의 제어입력을 다음과 같이 결정할 수 있다. 각각의 입력은 주파수 폭 변조율이 된다.
[식 15]
Figure 112007059423396-pat00037
,
Figure 112007059423396-pat00038

(단, P1, P2 : 바퀴유압압력, u1, u2 : 주파수 폭 변조입력, K2 : 상수,
Figure 112007059423396-pat00039
: 가상입력인 압력의 미분치이다.)
[식 16]
Figure 112007059423396-pat00040
첫 번째 슬라이딩 평면이 수렴하기 위한 조건은 다음과 같다.
[식 17]
Figure 112007059423396-pat00041
이때의 가상 입력은 다음 식과 같다.
[식 18]
Figure 112007059423396-pat00042
삭제
상기 가상 입력은 다음식과 같은 저주파 통과 필터를 이용하여 미분치를 산출할 수 있다.
[식 19]
Figure 112007059423396-pat00043

(단,
Figure 112007059423396-pat00044
: 가상입력인 압력의 노이즈를 제거한 필터링 후의 신호, T : 필터의 시정수, S : 라플란스 변환,
Figure 112007059423396-pat00045
: 필터링 후의 신호 미분치이다.)
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 안정성 제어 시스템에 의하면, 다중 슬라이딩 모드 제어 방법에 의해 휠의 슬립율을 최적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 유압을 제어하는 전자밸브의 작동소음을 저감시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법에 있어서,
    바퀴의 상태에 해당하는 제 1슬라이딩 평면과 바퀴의 유압 압력에 해당하는 제 2슬라이딩 평면을 다음 식으로 구하고, 상기 구해진 제 1 및 제 2 슬라이딩 평면을 이용하여 바퀴에서 발생되는 제동력을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법.
    s1 =kv-rw, s2 =p-pd
    (s1:제 1 슬라이딩평면(선형 휠 슬립), s2:제 2 슬라이딩 평면(유압압력), v:속도, w:각속도, k 및 r:상수, p:바퀴유압압력, pd:가상입력인 압력)
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    바퀴의 진행속도에 대한 노면과의 접점에서의 속도비인 휠슬립(λd)과 상기 제 1 슬라이딩평면을 나타내는 선형 휠슬립(χ)을 다음의 식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법.
    χ=kv-rw ,
    k=1-λd,
    Figure 112007024021909-pat00022
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 슬라이딩 평면(s2)은 동시입력이 아닌 두개의 입력을 가지며 조건
    Figure 112007059423396-pat00046
    에 의해 다음의 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법.
    Figure 112007059423396-pat00047
    Figure 112007059423396-pat00048
    (P1, P2 : 바퀴유압압력, u1, u2 : 주파수 폭 변조입력, K2 : 상수,
    Figure 112007059423396-pat00049
    : 가상입력인 압력의 미분치)
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 식에서 가상입력은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템의 제어방법.
    Figure 112007059423396-pat00050
    Figure 112007059423396-pat00051
    (
    Figure 112007059423396-pat00052
    : 가상입력인 압력의 노이즈를 제거한 필터링 후의 신호, T : 필터의 시정수, S : 라플란스 변환,
    Figure 112007059423396-pat00053
    : 필터링 후의 신호 미분치)
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KR100234834B1 (ko) * 1991-03-20 1999-12-15 가나이 쓰도무 자동차의 안티스키드 제어장치 및 그 제어방법

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