KR100827689B1 - 댐퍼의 감쇠력 제어를 통한 차량 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 오버 스티어 또는 언더 스티어를 방지하기 위한 차량 제어 방법에 관한 것으로서, 차량의 선회시 오버 스티어 또는 언더 스티어가 발생할 경우 감쇠력의 제어를 통해 오버 스티어 또는 언더 스티어가 발생하는 것이 억제되도록 하여 조향 안정성이 향상되는 차량 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량 제어 방법은 차량의 속도와 조향각을 측정하여 상기 차량의 요 레이트를 계산하는 단계와, 상기 차량의 요 레이트를 측정하는 단계와, 상기 계산된 요 레이트와 상기 측정된 요 레이트를 비교하여 오버 스티어 또는 언더 스티어 상태인지를 검지하는 단계와, 차량의 횡가속도를 측정하는 단계와, 상기 측정된 요 레이트와 상기 측정된 횡가속도를 이용하여 차량의 전륜/후륜의 코너링 포스를 계산하는 단계와, 상기 코너링 포스와 상기 요 레이트를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 결정하고, 결정된 감쇠력에 따라 차량의 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계를 포함한다.
댐퍼, 감쇠력, 언더 스티어, 오버 스티어, 차속, 조향각, 요(yaw)

Description

댐퍼의 감쇠력 제어를 통한 차량 제어 방법 {VEHICLE CONTROLING METHOD USING DAMPING FORCE CONTROL}
도 1은 일반적인 차량의 선회시 발생하는 힘을 도시한 도.
도 2는 일반적인 차량의 선회시 발생하는 힘을 그래프로 나타낸 도.
도 3은 본 발명에 따른 차량 제어 방법의 블록 다이어그램.
도 4의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 차량 제어 방법에 따른 차량의 이동상태를 보인 도.
도 5는 본 발명에 따른 차량 제어 방법에 의해 오버 스티어가 발생한 상태의 댐퍼 감쇠력 제어를 나타낸 도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 차속 센서 20 : 조향각 센서
30 : 요 레이트 센서 40 : 횡가속도 센서
50 : 오버/언더 스티어 검출기 60 : 전륜/후륜 코너링 포스 계산기
70 : 전륜/후륜 감쇠력 분배기
본 발명은 차량의 오버 스티어 또는 언더 스티어를 방지하기 위한 차량 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 전륜과 후륜의 선회력을 추정하여 감쇠력을 제어함으로 차량의 선회시 발생하는 오버 스티어 또는 언더 스티어를 방지할 수 있는 댐퍼의 감쇠력 제어를 통한 차량 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고속으로 주행하는 차량은 급격하게 커브길을 회전할 경우, 차량이 회전하는 방향의 법선 방향으로 원심력이 작용한다. 이와 같이 차량의 법선 방향으로 작용하는 원심력에 의해 차량이 회전 방향의 법선 방향으로 쏠리는 현상이 발생하며, 원심력이 과도하게 커질 경우 차량이 뒤집어 지는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라 종래의 차량 제어 방법은 댐퍼의 감쇠력을 제어하여 차량의 오버 스티어 또는 언더 스티어 현상을 억제하는 방법이 사용되고 있다.
종래의 차량 제어 방법에 따르면, 감쇠력 가변식 댐퍼의 감쇠력을 제어하여 리바운드 행정이 이루어지는 내륜측 댐퍼를 하드하게 하고, 압축 행정이 이루어지는 외륜측 댐퍼 또한 하드하게 하여 차체의 오버 스티어 또는 언더 스티어 현상을 억제하고 있다.
한편, 차량의 선회시 상기 원심력과 회전력의 차이에 의해 차량의 선회궤도가 정상 주행시의 궤도를 벗어나는 언더 스티어 또는 오버 스티어 현상이 발생한다. 이와 같이 차량에 언더 스티어 또는 오버 스티어 현상이 발생하는 이유로는 도로 노면의 상태와 차량의 운행속도, 그리고 차량이 진행하는 커브길이 회전각도 등과 밀접한 관계가 있으며, 차량의 타이어 마모율과 도로의 좌우 경사도 및 차량 의 측면을 강타하는 횡풍의 세기 등에 의해서도 영향을 받는다.
이와 같이 종래에는 차량 제어 방법은 차량에 언더 스티어 또는 오버 스티어가 발생할 경우, 전륜 또는 후륜에 제동력을 발생시켜 이를 해결하고 있으나, 아직까지 감쇠력을 제어하여 차량의 언더 스티어 또는 오버 스티어를 해결할 수 있는 방안이 제시되고 있는 않은 실정이며, 아직까지 더욱 개선의 여지가 있다.
본 발명은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량의 선회시 오버 스티어 또는 언더 스티어가 발생할 경우 감쇠력의 제어를 통해 오버 스티어 또는 언더 스티어가 발생하는 것이 억제되도록 하여 조향 안정성이 향상되는 차량 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량 제어 방법은 차량의 속도와 조향각을 측정하여 상기 차량의 요 레이트를 계산하는 단계와, 상기 차량의 요 레이트를 측정하는 단계와, 상기 계산된 요 레이트와 상기 측정된 요 레이트를 비교하여 오버 스티어 또는 언더 스티어 상태인지를 검지하는 단계와, 차량의 횡가속도를 측정하는 단계와, 상기 측정된 요 레이트와 상기 측정된 횡가속도를 이용하여 차량의 전륜/후륜의 코너링 포스를 계산하는 단계와, 상기 코너링 포스와 상기 요 레이트를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 결정하고, 결정된 감쇠력에 따라 차량의 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계는 상기 전륜 또는 후륜에 작용하는 코너링 포스의 방향과 상기 요 레이트에 의한 차량의 회전 방향이 같을 경우 댐퍼의 감쇠력을 하드하게 제어한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 차량 제어 방법은 차량의 속도와 조향각을 측정하여 상기 차량의 요 레이트를 계산하는 단계와, 상기 차량의 요 레이트를 측정하는 단계와, 상기 계산된 요 레이트와 상기 측정된 요 레이트를 비교하여 오버 스티어 또는 언더 스티어 상태인지를 검지하는 단계와, 차량의 횡가속도를 측정하는 단계와, 상기 측정된 요 레이트와 상기 측정된 횡가속도를 이용하여 차량의 전륜/후륜의 코너링 포스를 계산하는 단계와, 상기 코너링 포스와 상기 요 레이트를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 결정하고, 결정된 감쇠력에 따라 차량의 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계는 상기 전륜 또는 후륜에 작용하는 코너링 포스의 방향과 상기 요 레이트에 의한 차량의 회전 방향이 다를 경우 댐퍼의 감쇠력을 소프트하게 제어한다.
삭제
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 차량의 선회시 발생하는 힘을 도시한 도이고, 도 2는 일반적인 차량의 선회시 발생하는 힘을 그래프로 나타낸 도이다. 여기서, A는 감쇠력 분배를 나타낸 것이고, B는 작용되는 횡가속도의 크기를 나타낸 것이다. 도 1과 도 2를 참고하면, 차량은 선회시 좌우방향으로 힘의 차(ΔF)가 발생함을 알 수 있다.
여기서, Fy는 차량에 작용하는 원심력으로, 차량의 외륜측에 작용하는 힘 Fyo와 차량의 내륜측에 작용하는 힘 Fyi의 합력이다. 또한, 상기 외륜측 또는 상기 내륜측에는 차량의 차체 거동에 따라 그 반발력이 서로 다르게 나타난다. 즉, 상기 외륜측에는 차량의 노말 로드시의 힘인 Fz와 차량의 거동에 따른 힘인 ΔFz가 더해져 작용하고, 상기 내륜측에는 차량의 노말 로드시의 힘인 Fz와 차량의 거동에 따른 힘인 ΔFz가 감해져 작용한다. 이때, 상기 내륜과 상기 외륜의 거리 차이는 tw이고, 차량의 거동에 따라 차체가 Φ각도 틀어진 상태로 이동한다.
한편, 차량에 발생하는 내, 외륜의 노말 포스(normal force) 차가 커지면, 타이어 등의 특성에 의해 횡력이 상대적으로 감소하게 된다. 이와 같이, 횡력의 차이(ΔFy)에 따라 노말 포스에 차이(ΔFz)가 나게 되며, 이러한 노말 포스의 차는 차량의 롤 감쇠 정도에 비례하게 된다.
이와 같이, 횡력의 차이(ΔFy) 및 노말 포스의 차이(ΔFz)는 [수학식 1]을 통해 얻어질 수 있다.
Figure 112007000722664-pat00001
이와 같이, 차량의 코너링시 발생하는 힘은 요 레이트 센서 및 횡 가속도 센서를 통해 계산할 수 있으며, 차량의 요 제어를 통해 차량의 언더 스티어 또는 오버 스티어를 제어하는 것이 가능하다.
이와 같이, 차량의 요 제어를 하기 위해서는 전륜과 후륜의 감쇠력 차를 크게 함으로써, 전륜과 후륜에 가해지는 횡력의 차이를 각각 줄이거나 크게 할 수 있으며, 이를 이용하여 오버 스티어 또는 언더 스티어의 제어가 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 차량 제어 방법의 블록 다이어그램으로, 차속 센서(10)와, 조향각 센서(20), 요 레이트 센서(30), 횡가속도 센서(40)를 포함한다. 또한, 상기 차속센서(10)에서 측정된 속도 정보와 상기 조향각 센서(20)에서 측정된 조향각 정보는 오버/언더 스티어 검출기(50)로 전송되고, 상기 오버/언더 스티어 검출기(50)는 상기 요 레이트 센서(30)로부터 계측된 차량의 실제 요 레이트 정보를 얻는다. 여기서, 상기 오버/언더 스티어 검출기(50)는 상기 차속센서(10)와 상기 조향각 센서(20)로부터 얻은 차속과 조향각을 통해 요 레이트를 계산하고, 상 기 요 레이트 센서(30)로부터 측정된 요 레이트와 비교하여 오버/언더 스티어인지를 검출하게 된다.
한편, 상기 요 레이트 센서(30) 및 상기 횡가속도 센서(40)로부터 측정된 요 레이트 및 횡가속도는 전륜/후륜 코너링 포스 계산기(60)에서 적분되어 각각의 코너링 포스가 계산된다.
이와 같이, 상기 오버/언더 스티어 검출기(50)와 상기 전륜/후륜 코너링 포스 계산기(60)에서 계산된 정보는 전륜/후륜 감쇠력 분배기(70)로 전달되어, 상기의 정보에 따라 각각의 감쇠력을 제어한다. 여기서, 상기 차속과 조향각을 통해 요 레이트를 계산하는 방법과 코너링 포스를 계산하는 방법은 공지의 알려진 계산식에 의해 알 수 있다.
한편, 상기 오버/언더 스티어 검출기(50), 상기 전륜/후륜 코너링 포스 계산기(60) 또는 전륜/후륜 감쇠력 분배기(70)는 별도의 구성으로 이루어지거나, 하나의 중앙처리장치(ESP) 내에 구현될 수 있다.
전술된 차량 제어 방법을 실시예를 통해 더욱 자세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 차량의 선회시 오버 스티어 또는 언더 스티어 상황을 인지하기 방법을 살펴보면, 차량의 ESP(중앙처리장치)는 조향각센서와 차속센서에 의해 측정된 조향각과 차속을 이용하여 운전자가 요구하는 차량의 요 레이트(yaw rate)를 차량 특성을 고려하여 계산한다. 그리고, 차량에 장착된 요 레이트 센서(30)를 이용하여 실제 차량의 요 레이트를 계측한다. 다음으로 상기 요 레이트 센서(30)로부터 계측된 실제 요 레이트와, 상기 ESP에서 계산된 요 레이트를 비교하여 오버 스티어 또 는 언더 스티어 상태인지를 판단한다.
다음으로 상기 요 레이트 센서(30)에 의해 계측된 요 레이트와 횡가속도를 이용하여 전륜과 후륜 각각의 코너링 포스를 추정하고, 상기 추정된 코너링 포스에 따라 댐퍼의 감쇠력을 제어한다.
이때, 상기 전륜 또는 후륜에 작용하는 코너링 포스의 방향과 상기 요 레이트에 의한 차량의 회전 방향이 같을 경우 댐퍼의 감쇠력을 하드하게 제어한다. 이와 반대로, 상기 전륜 또는 후륜에 작용하는 코너링 포스의 방향과 상기 요 레이트에 의한 차량의 회전 방향이 다를 경우 댐퍼의 감쇠력을 소프트하게 제어한다. 이와 같이, 상기 댐퍼의 감쇠력을 제어함에 따라 오버 스티어 또는 언더 스티어를 방지할 수 있다.
도 4의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 차량 제어 방법에 따른 차량의 이동상태를 보인 도이다.
도 4의 (a)와 같이, 전륜의 코너링 포스가 요 레이트를 증가시키는 방향이면, 차량이 오버 스티어 상태가 되므로, 전륜의 감쇠력을 하드하게 하여 코너링 포스의 발생량을 줄인다.
한편, 도 4의 (b)와 같이, 전륜의 코너링 포스가 요 레이트를 감소시키는 방향이면, 차량이 언더 스티어 상태가 되므로, 전륜의 감쇠력을 소프트하게 하여 코너링 포스의 발생량을 증가시킨다.
한편, 차량의 오버 스티어 또는 언더 스티어시 후륜의 감쇠력을 제어하여 차량의 오버 스티어 또는 언더 스티어를 막을 수 있으며, 더욱 바람직하게는 전륜과 후륜의 감쇠력을 동시에 제어하여 오버 스티어 또는 언더 스티어 현상을 더욱 신속하게 억제할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 차량 제어 방법에 의해 오버 스티어가 발생한 상태의 댐퍼 감쇠력 제어를 나타낸 도이다. 여기서, 우측에서 좌측 방향으로 작용하는 힘의 방향을 (+)방향이라 정의하고, 요 레이트가 반시계방향으로 회전하는 방향을 (+)방향이라 정의한다. 또한, L1은 전륜의 코너링 포스를 도시한 선도이고, L2는 후륜의 코너링 포스를 도시한 선도이며, L3은 요 레이트를 도시한 선도이다.
도 5의 (a)와 같이, 전륜에 (+)방향의 코너링 포스가 발생하고, 후륜에 (-)방향의 코너링 포스가 발생하며, 요 레이트가 (+)방향으로 작용할 경우, 전륜과 후륜이 모두 오버 스티어를 발생하는 방향으로 힘이 발생하므로 이를 감소시키기 위해 전륜과 후륜의 댐퍼 감쇠력을 모두 하드하게 제어한다.
그리고, 도 5의 (b)와 같이, 전륜에 (+)방향의 코너링 포스가 발생하고, 후륜에 (+)방향의 코너링 포스가 발생하며, 요 레이트가 (+)방향으로 작용할 경우, 전륜은 오버 스티어를 발생을 증가시키는 방향으로 힘이 발생하므로 전륜의 댐퍼 감쇠력을 하드하게 제어한다. 반면에, 후륜은 오버 스티어의 발생을 감소시키는 방향으로 힘이 발생되므로 후륜의 댐퍼 감쇠력을 소프트하게 제어한다.
또한, 도 5의 (c)와 같이, 전륜에 (-)방향의 코너링 포스가 발생하고, 후륜에 (+)방향의 코너링 포스가 발생하며, 요 레이트가 (+)방향으로 작용할 경우, 전륜과 후륜이 모두 오버 스티어를 감소시키는 방향으로 힘이 발생되므로 전륜과 후륜의 댐퍼 감쇠력을 모두 소프트하게 제어한다.
한편, 도 5의 (d)와 같이, 전륜에 (-)방향의 코너링 포스가 발생하고, 후륜에 (+)방향의 코너링 포스가 발생할 경우, 요 레이트가 (-)방향으로 작용할 경우, 선회되는 방향이 전환된 상태로 오버 스티어가 발생하는 상태이다. 따라서, 전륜과 후륜이 모두 오버 스티어를 발생하는 방향으로 힘이 발생하므로 이를 감소시키기 위해 전륜과 후륜의 댐퍼 감쇠력을 모두 하드하게 제어한다. 즉, 도 5의 (d)는 도 5의 (a)와 선회방향이 서로 반대방향으로 작용하는 경우에 오버 스티어가 발생하는 경우로서, 댐퍼의 감쇠력이 동일한 조건으로 제어되다.
더불어, 도 5의 (e)와 같이, 전륜에 (-)방향의 코너링 포스가 발생하고, 후륜에 (-)방향의 코너링 포스가 발생하며, 요 레이트가 (-)방향으로 작용할 경우, 전륜은 오버 스티어를 발생을 증가시키는 방향으로 힘이 발생하므로 전륜의 댐퍼 감쇠력을 하드하게 제어한다. 반면에, 후륜은 오버 스티어의 발생을 감소시키는 방향으로 힘이 발생되므로 후륜의 댐퍼 감쇠력을 소프트하게 제어한다. 즉, 도 5의 (e)는 도 5의 (b)와 선회방향이 서로 반대방향으로 작용하는 경우에 오버 스티어가 발생하는 경우로서, 댐퍼의 감쇠력이 동일한 조건으로 제어되다.
따라서, 도 5의 (a) 내지 (e)와 같이 감쇠력을 제어하는 과정에서 오버 스티어 상태가 감소되어 안정적인 자세 제어가 가능해진다.
이상과 같이 본 발명에 따른 차량 제어 방법을 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량 제어 방법은 차량의 속도와 조향각에 따라 언더/오버 스티어인지를 판단하고, 요 레이트와 횡가속도에 의해 결정된 감쇠력에 따라 댐퍼의 감쇠력을 조절하여 차량의 오버/언더 스티어를 방지할 수 있고, 이에 따라 조향 안정성이 향상되며, 더욱이 차량의 속도를 저하시키지 않은 상태에서도 오버/언더 스티어를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 차량의 속도와 조향각을 측정하여 상기 차량의 요 레이트를 계산하는 단계와,
    상기 차량의 요 레이트를 측정하는 단계와,
    상기 계산된 요 레이트와 상기 측정된 요 레이트를 비교하여 오버 스티어 또는 언더 스티어 상태인지를 검지하는 단계와,
    차량의 횡가속도를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 요 레이트와 상기 측정된 횡가속도를 이용하여 차량의 전륜/후륜의 코너링 포스를 계산하는 단계와,
    상기 코너링 포스와 상기 요 레이트를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 결정하고, 결정된 감쇠력에 따라 차량의 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계는 상기 전륜 또는 상기 후륜에 작용하는 코너링 포스의 방향과 상기 요 레이트에 의한 차량의 회전 방향이 같을 경우 댐퍼의 감쇠력을 하드하게 제어하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
  3. 차량의 속도와 조향각을 측정하여 상기 차량의 요 레이트를 계산하는 단계와,
    상기 차량의 요 레이트를 측정하는 단계와,
    상기 계산된 요 레이트와 상기 측정된 요 레이트를 비교하여 오버 스티어 또는 언더 스티어 상태인지를 검지하는 단계와,
    차량의 횡가속도를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 요 레이트와 상기 측정된 횡가속도를 이용하여 차량의 전륜/후륜의 코너링 포스를 계산하는 단계와,
    상기 코너링 포스와 상기 요 레이트를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 결정하고, 결정된 감쇠력에 따라 차량의 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 전륜 또는 후륜의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 단계는 상기 전륜 또는 상기 후륜에 작용하는 코너링 포스의 방향과 상기 요 레이트에 의한 차량의 회전 방향이 다를 경우 댐퍼의 감쇠력을 소프트하게 제어하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
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