KR100976222B1 - 차량 안정성 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

차량 안정성 제어 시스템을 개시한다. 본 발명은 차량 안정성 제어 시스템의 요 모멘트에 상응하는 제동력을 발생시켜 한계 조향 상황에서 차량의 거동을 안정화시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 차량 안정성 제어 시스템은, 안정된 차량 자세 확보를 위해 요구되는 슬립과 실제의 슬립을 획득하고, 안정된 차량 자세 확보를 위해 요구되는 슬립과 실제의 슬립 사이의 차에 비례하도록 휠의 제동 압력을 증압과 유지, 감압 가운데 어느 하나의 상태로 제어한다.

Description

차량 안정성 제어 시스템{STABILITY CONTROL SYSTEM OF A VEHICLE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 제어 계통을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 제어 특성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 또 다른 제어 특성을 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

3a, 4a : 전륜 좌측 솔레노이드밸브

3b, 4b : 전륜 우측 솔레노이드밸브

10 : 제어부

20a ~ 20d : 휠 속도센서

30 : 펄스폭 변조부

202 : 실제 슬립 곡선

204 : 측정된 슬립 곡선

206 : 압력 제어 곡선

본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 ABS(Anti-lock Brake System)이나 TCS(Traction Control System) 등의 전자 제어 제동 시스템을 구비한 차량의 주행 안정성 제어 시스템에 관한 것이다.

차량 안정성 제어 시스템은 차량의 주행 안정성을 확보하기 위한 시스템으로서, 차량의 지나친 플로우(plow, 차량이 원하는 주행코스보다 바깥쪽으로 밀려나가는 현상)나 스핀 아웃(spin-out, 차량의 원하지 않는 선회 속도 증가로 인하여 선회 반경이 급격히 줄어들면서 차량 안정성을 잃어버리는 현상)을 방지하기 위하여 제동력 및 구동력을 제어함으로써 원하지 않는 차량 선회 모멘트를 보상하는 방법을 이용한다.

차량의 선회 모멘트는 각 휠의 압력 제어에 의한 제동력을 통해 발생된다. 이와 같은 휠의 슬립 제어 분야는 ABS/TCS(Anti-lock Brake System/Traction Control System)의 슬립 제어 분야와 동일하지만, 기존의 ABS/TCS에서는 제동 거리 단축 및 잠김(locking) 방지만을 목적으로 하기 때문에 최대 제동력 생성에 중점을 두어왔다. 그러나 차량 안정성 제어 시스템에서의 휠 슬립 제어 장치는 한계 조향 상황에서 차량의 거동을 안정화시키기 위한 요 모멘트에 상응하는 제동력을 발생시키기 위하여 보다 정밀하고, 모델링 오차에 강인한 설계가 요구된다.

종래의 ABS는 각 휠에 장착된 속도 센서와, 이를 입력으로 하여 각 휠의 압력 제어 모드를 결정하는 ECU, 실제 압력 제어를 수행하는 온/오프 밸브 등으로 구성 된다. 또한 종래의 ABS의 제어 방법은 각 휠에 장착된 속도 센서를 이용하여 각 휠의 원주 속도 및 가속도(또는 감속도)를 구하고, 이를 이용하여 차체 속도를 추정하여 이를 슬립률 계산에 활용한다. 계산된 각 휠의 가속도(감속도)와 슬립률에 따라 각 휠의 압력 제어 모드(증압, 유지, 감압)가 결정된다.

그러나 이와 같은 경우, 실제 노면과 타이어간의 접촉면에서 마찰력에 대한 정보를 직접적으로 구할 수 없기 때문에 마찰력-슬립률 선도 상에서 항상 최적의 구간에서 ABS를 작동시키기가 곤란하여 제동 거리 측면에서 불리한 단점이 있다. 또한 종래의 ABS의 경우 온/오프 밸브를 이용하여 각 휠의 압력을 계단 모양으로 제어하기 때문에 이에 따른 작동 소음 측면에서도 매우 불리하다.

본 발명은 차량 안정성 제어 시스템의 요 모멘트에 상응하는 제동력을 발생시켜 한계 조향 상황에서 차량의 거동을 안정화시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적의 본 발명에 따른 차량 안정성 제어 시스템은, 안정된 차량 자세 확보를 위해 요구되는 슬립과 실제의 슬립을 획득하고, 안정된 차량 자세 확보를 위해 요구되는 슬립과 실제의 슬립 사이의 차에 비례하도록 휠의 제동 압력을 증압과 유지, 감압 가운데 어느 하나의 상태로 제어한다.

또한, 실제의 슬립의 진행 속도에 따라 휠의 제동 압력의 증압 또는 감압의 기울기도 함께 변화한다.

또한, PID 제어를 이용한 위상 평면 방식으로 속도별, 노면별 다른 이득을 가지며, 위상에 따라 제동 압력의 증압, 유지, 감압이 결정된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 안정성 제어 장치의 제어 계통을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 차량의 전반적인 제어 동작에 관여하는 제어부(10)의 입력단에는 네 개의 차륜에 각각 대응하도록 마련되는 네 개의 휠 속도 센서(20a~20d)가 연결된다.

제어부(10)의 출력단에는 전륜 좌우 휠의 상시 개방형 솔레노이드밸브(3a, 3b)를 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation ; 이하 PWM 라 칭함) 제어하는 펄스폭 변조부(30)가 연결된다.

제어부(10)에는 카운터(10a)가 마련되는데, 이 카운터(10a)는 펄스폭 변조부(30)에서 발생하는 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 따라 카운트 값을 증가 또는 감소시킨다.

제어부(10)는 전륜 좌우 휠의 상시 개방형 솔레노이드밸브(3a, 3b)를 PWM 제어하여 이 상시 개방형 솔레노이드밸브(3a, 3b)에 공급되는 전류의 PWM 듀티비를 조절함으로써 밸브의 개도를 조절한다. 즉, 기존의 오/오프 제어 대신에 PWM 제어하여 증압 모드에서 밸브를 한꺼번에 여는 것이 아니라 처음에는 일부만 열고 이후 조금씩 더 열어서 휠 압력이 서서히 선형적으로 증가하도록 제어한다. 이때 밸브의 개폐 정도는 밸브 내의 솔레노이드코일의 마그네틱 힘을 PWM 제어를 통해 조절해 주는 것으로 마그네틱 힘은 곧 PWM 듀티비의 크기와 비례한다고 할 수 있다. 즉, PWM 듀티비 0%는 노멀오픈형 솔레노이드밸브를 완전 개방하였을 때를 의미하고, PWM 듀티비는 100%는 밸브를 완전히 폐쇄했을 때를 의미하고, 중간 값은 일부만 열었을 때에 해당한다.

특히 제어부(10)는 차량의 안정성을 확보하기 위한 슬립과 실제의 슬립 사이의 관계에 근거하여 휠 브레이크의 압력을 PID 제어함으로써 차량 안정성 제어 시스템의 요 모멘트에 상응하는 제동력을 발생시켜 한계 조향 상황에서 차량의 거동을 안정화시킬 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 제어 특성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 차량의 안정성을 확보하기 위한 슬립(204)과 실제로 검출된 슬립(202) 사이의 차를 획득하고, 그 차에 비례하여 제동 압력(206)을 증압/유지/감압 가운데 어느 하나의 상태로 제어하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템은 액튜에이터(actuator)를 이용해 보상 요 모멘트(compensation yaw moment)를 생성한다. 본 발명에서의 슬립 제어의 기본 원리는 보상 요 모멘트를 만들기 위해 필요한 슬립만큼 제어 휠에 제동력을 가해주는 것인데, 이 때 다음과 같은 식으로 계산되는 PID 제어를 이용한 위상 평면(phase plane) 방법을 이용한다.

(1)

위의 식 (1)에서

은 안정된 차량 자세 확보를 위해 요구되는 슬립이고,

는 실제로 제어하고자 하는 휠에서 직접 측정된 슬립이다. 이 때 PID 제어 이득은 노면 상태와 차량 속도에 따라 다른 값을 갖기 때문에, 위상 평면 역시 노면 상태와 차량 속도에 따라 다르다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 또 다른 제어 특성을 나타낸 도면으로서, 각 위상에 의해 휠에 가해지는 압력 패턴(증압, 유지, 감압)이 바뀌면 휠의 슬립이 진행되는 속도에 따라서 압력의 증압 또는 감압의 기울기도 함께 변화하는 것을 나타낸 것이다.

본 발명은 차량 안정성 제어 시스템의 요 모멘트에 상응하는 제동력을 발생시켜 한계 조향 상황에서 차량의 거동을 안정화시킬 수 있도록 한다.

Claims (3)

1. 각 구동륜의 휠 속도센서;

   상기 구동륜의 솔레노이드밸브를 펄스폭 변조 제어하는 펄스폭 변조부와;

   상기 휠 속도센서에 따른 실제의 슬립을 획득하고, 안정된 차량 자세 확보를 위해 요구되는 슬립과 상기 실제의 슬립 사이의 차에 비례하도록 휠의 제동 압력을 증압과 유지, 감압 가운데 어느 하나의 상태로 제어하고 상기 펄스폭 변조부에서 발생하는 신호의 듀티비에 따라 카운트 값을 증가 또는 감소시키는 카운터를 포함하는 제어부를 포함하는 차량 안정성 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 휠 속도센서에 따른 실제의 슬립의 진행 속도에 따라 상기 휠의 제동 압력의 증압 또는 감압의 기울기도 함께 변화하도록 제어하고 상기 펄스폭 변조부에서 발생하는 신호의 듀티비에 따라 카운트 값을 증가 또는 감소시키는 카운터를 포함하는 차량 안정성 제어 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   PID 제어를 이용한 위상 평면 방식으로 차량의 속도별, 노면별 다른 이득을 가지며, 상기 위상에 따라 상기 제동 압력의 증압, 유지, 감압이 결정하도록 제어하고 상기 펄스폭 변조부에서 발생하는 신호의 듀티비에 따라 카운트 값을 증가 또는 감소시키는 카운터를 포함하는 차량 안정성 제어 시스템.

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