KR101020553B1 - A vehicle stability control system using a virtual disturbance sensor and a control method using the same - Google Patents
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Abstract
본 문서는 조향각 및 종속도의 센서값을 입력받아 기준 요레이트 모델에 따라 기준 요레이트 값을 산출하는 기준 요레이트 생성부와, 조향각, 종속도, 횡가속도 및 요레이트의 센서값을 입력받아 요레이트 외란 값을 추정하는 가상 외란 센서부, 상기 기준 요레이트 값과 상기 요레이트 센서값의 차이인 요레이트 오류값과 상기 요레이트 외란값을 입력받아 다수의 제어이득값 중에서 선택되는 하나를 적용하여 제어 모멘트 값을 출력하는 요레이트 제어부 및 상기 제어 모멘트 값에 따라 차량의 제동력을 분배하는 제동력 분배 로직부를 포함하는 가상 외란 센서를 이용한 차량 안정성 제어 시스템을 설명한다. In this document, the reference yaw rate generator calculates the reference yaw rate value according to the reference yaw rate model by receiving the sensor values of the steering angle and the subordinate degree, and the sensor values of the steering angle, the subordinate degree, the lateral acceleration and the yaw rate. A virtual disturbance sensor unit for estimating a rate disturbance value, receives a yaw rate error value and the yaw rate disturbance value that is the difference between the reference yaw rate value and the yaw rate sensor value by applying one selected from a plurality of control gain values A vehicle stability control system using a virtual disturbance sensor including a yaw rate control unit for outputting a control moment value and a braking force distribution logic unit for distributing a braking force of the vehicle according to the control moment value.
요레이트 외란, 실조향각, 요레이트 제어 Yaw rate disturbance, actual steering angle, yaw rate control
Description
본 문서는 차량 안정성 제어 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로 가상 외란 센서를 이용한 차량 안정성 제어 시스템 및 그에 따른 제어 방법에 관한 것이다.This document relates to a vehicle stability control system, and more particularly, to a vehicle stability control system using a virtual disturbance sensor and a control method accordingly.
차량 안정성 제어시스템(Electronic Stability Program; 이하 ESP 시스템이라 한다)에 있어서, 이 ESP 시스템은 기본적으로 차량의 요 거동을 제어하기 위한 것으로, 운전자의 운전 중 타이어의 접촉 한계에 이르는 위험한 상황에서 휠을 적절히 제어함으로써 차량을 운전자가 원하는 방향으로 운동시키는 시스템이다. 보통, 차량이 선회 주행하는 경우 차량이 원하는 주행코스보다 바깥쪽으로 밀려 나가는 궤도이탈 아웃 (Drift out)인 언더스티어가 발생하여 차량이 원하는 선회 궤적에서 바깥쪽으로 밀려나게 되어 차량의 안정성을 해치게 된다. 이를 방지하기 위해 ESP 시스템에서는 언더스티어시 후륜 내측 휠에 제동력을 가하여 차량의 안쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 생성시킴으로써 차량이 원하는 궤적에서 바깥쪽으로 밀려 나는 것을 방지시켜 차량을 안정적으로 주행시킨다.그러나, 종래의 ESP 시스템에서는 추정된 요 레이트 및 차량 중심에서 본 사이드 슬립각을 이용하여 후륜 내측 휠에 제동력을 가하여 궤도이탈를 제어하였으나, 사이드 슬립각의 추정이 어려워 궤도이탈 제어의 변수로 사용하기가 어렵고, 적절하지 않은 제동력으로 인하여 차량의 안정성과 승차감이 떨어지는 문제점이 있었다.In the Electronic Stability Program (ESP system), the ESP system is primarily intended to control the yaw behavior of the vehicle, and to properly adjust the wheels in dangerous situations that reach the limit of tire contact while the driver is driving. By controlling, the system moves the vehicle in the direction desired by the driver. In general, when the vehicle is turning, an understeer, which is a deviation out of the track, is pushed outward from the desired driving course, and the vehicle is pushed outward from the desired turning trajectory, thereby deteriorating the stability of the vehicle. To prevent this, the ESP system applies a braking force to the inner wheel of the rear wheel during understeer to generate a compensating moment acting inwardly of the vehicle, thereby preventing the vehicle from being pushed outward from the desired trajectory, so that the vehicle can run stably. In the ESP system, the deviation of the track was controlled by applying braking force to the rear wheels using the estimated yaw rate and the side slip angle seen from the center of the vehicle.However, the side slip angle is difficult to estimate, making it difficult to use as a variable for the track departure control. There was a problem in that the stability and ride comfort of the vehicle is lowered due to the braking force that is not.
본 문서는 가상 외란 센서를 통해 생성되는 요레이트 외란값을 이용하는 차량 안정성 제어 시스템 제공을 해결 과제로 한다. This document provides a vehicle stability control system using a yaw rate disturbance value generated by a virtual disturbance sensor.
또한, 전/후 코너링 강성값과 종속도 값에 따라 제어이득값을 선택하여 전/후 코너링 강성값과 종속도를 실시간으로 반영하여 제어하는 차량 안정성 제어 시스템 제공을 해결 과제로 한다.In addition, it is a problem to provide a vehicle stability control system that selects the control gain value according to the before / after cornering stiffness value and the dependence value to reflect the front / rear cornering stiffness value and the dependency degree in real time.
또한, 실조향각값을 추정하여 이용하는 차량 안정성 제어 시스템 제공을 해결 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a vehicle stability control system which estimates and uses a real steering angle value.
상술한 과제를 해결하기 위한 일 수단으로서의 가상 외란 센서를 이용한 차량 안정성 제어 시스템은, 조향각 및 종속도의 센서값을 입력받아 기준 요레이트 모델에 따라 기준 요레이트 값을 산출하는 기준 요레이트 생성부, 조향각, 종속도, 횡가속도 및 요레이트의 센서값을 입력받아 요레이트 외란 값을 추정하는 가상 외란 센서부, 상기 기준 요레이트 값과 상기 요레이트 센서값의 차이인 요레이트 오류값과 상기 요레이트 외란값을 입력받아 다수의 제어이득값 중에서 선택되는 하나를 적용하여 제어 모멘트 값을 출력하는 요레이트 제어부 및 상기 제어 모멘트 값에 따라 차량의 제동력을 분배하는 제동력 분배 로직부를 포함한다.A vehicle stability control system using a virtual disturbance sensor as one means for solving the above problems, the reference yaw rate generating unit for receiving a sensor value of the steering angle and the degree of dependency to calculate the reference yaw rate value according to the reference yaw rate model, A virtual disturbance sensor unit for receiving a steering angle, subordinate degree, lateral acceleration, and yaw rate sensor values, and a yaw rate disturbance value, and a yaw rate error value and the yaw rate which is a difference between the reference yaw rate value and the yaw rate sensor value. And a yaw rate control unit for receiving a disturbance value and outputting a control moment value by applying one selected from a plurality of control gain values, and a braking force distribution logic unit for distributing a braking force of the vehicle according to the control moment value.
그리고, 상술한 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서의 가상 외란 센서를 이용한 차량 안정성 제어 방법은, 조향각 및 종속도의 센서값을 입력받아 기준 요 레이트 모델에 따라 기준 요레이트 값을 산출하는 단계, 조향각, 종속도, 횡가속도 및 요레이트의 센서값을 입력받아 요레이트 외란 값을 추정하는 단계, 상기 기준 요레이트 값과 상기 요레이트 센서값의 차이인 요레이트 오류값과 상기 요레이트 외란값을 입력받아 다수의 제어이득값 중에서 선택되는 하나를 적용하여 제어 모멘트 값을 출력하는 단계 및 상기 제어 모멘트 값에 따라 차량의 제동력을 분배하는 단계를 포함한다.In addition, the vehicle stability control method using a virtual disturbance sensor as another means for solving the above-described problem, the step of calculating the reference yaw rate value according to the reference yaw rate model by receiving the sensor value of the steering angle and the degree of dependency, steering angle, Estimating the yaw rate disturbance value by receiving the sensor values of the dependent degree, the lateral acceleration and the yaw rate, and receiving the yaw rate error value and the yaw rate disturbance value which are the difference between the reference yaw rate value and the yaw rate sensor value. Outputting a control moment value by applying one selected from a plurality of control gain values and distributing a braking force of the vehicle according to the control moment value.
상기 요레이트 제어부는, 수학적 모델에 따라 제어하는 게인 스케쥴드 견실 요레이트 제어기(gain-scheduled robust yaw rate controller)가 사용될 수 있다.The yaw rate controller may use a gain-scheduled robust yaw rate controller that controls the mathematical model.
상기 요레이트 제어부는, 전/후 코너링 강성의 변화 추정값과 상기 종속도 값에 기초하여 상기 다수의 제어이득값 중에서 하나를 선택할 수 있다.The yaw rate controller may select one of the plurality of control gain values based on a change estimate value before and after the cornering stiffness and the dependency value.
상기 전/후 코너링 강성의 변화 추정값은, 횡가속도 센서값과 롤 모델에 기초하여 추정된 롤 모션값과 도로의 횡경사값 중 하나 이상이 보상되는 횡가속도 센서값을 이용하여 추정될 수 있다.The change estimation value of the before and after cornering stiffness may be estimated using a lateral acceleration sensor value at which one or more of a roll motion value estimated based on the lateral acceleration sensor value and the roll model and a lateral slope value of the road are compensated.
상기 요레이트 제어부는, 조향각 센서값과 조향 기어비에 따른 기구학적 조향값에 횡가속도 센서값를 더 고려하여 실조향각 센서값을 추정하는 실조향각 추정기를 포함할 수 있다.The yaw rate control unit may include a real steering angle estimator for estimating a real steering angle sensor value by further considering a lateral acceleration sensor value to a kinematic steering value according to a steering angle sensor value and a steering gear ratio.
상기 제동력 분배 로직부는 수직항력, 타이어-노면 마찰계수, 횡력 등의 함수인 여유 제동력과 수학적 모델을 이용한 각 휠의 수직 항력, 횡력 추정하여 각 휠에서의 여유 제동력 계산하고, 이 각 휠의 여유 제동력 고려하고, 요모멘트 민감도 고려하여 종방향 속도로의 영향 최소화하도록 브레이크 제어 개입 우선 순위 결 정할 수 있다.The braking force distribution logic unit calculates the braking force at each wheel by estimating the vertical braking force and the lateral force of each wheel by using the free braking force as a function of vertical drag, tire-road friction coefficient, and lateral force, and a mathematical model. Considering the yaw moment sensitivity, the brake control intervention can be prioritized to minimize the effect on the longitudinal velocity.
상기 기준 요레이트 값과 실제 차량의 요레이트 센서값을 비교하여 언더/오버스티어를 판단하는 언더/오버스티어 판단부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an under / oversteer determining unit configured to determine an under / oversteer by comparing the reference yaw rate value with the actual yaw rate sensor value of the vehicle.
상기 차량은, 브레이크 바이 와이어 시스템(Brake-by-wire system)이 장착된 차량일 수 있다.The vehicle may be a vehicle equipped with a brake-by-wire system.
본 발명에 따르면 기존 발명에서 고려하지 않던 요레이트 외란을 가상 센서로 추정하여 보다 정확한 차량안정성 개입량을 결정하는 효과가 있다.According to the present invention, the yaw rate disturbance, which is not considered in the existing invention, may be estimated by a virtual sensor to determine a more accurate vehicle stability intervention amount.
그리고, 차량 횡동력학에 영향을 끼치는 전/후 코너링 강성(Cf,Cr), 종속도(Vx)에 따라 이득제어값이 스케쥴링되는 견실 요레이트 제어기를 이용할 수 있다.In addition, a robust yaw rate controller may be used in which a gain control value is scheduled according to the front and rear cornering stiffnesses Cf and Cr and the degree of dependency Vx that affect the vehicle lateral dynamics.
또한, 견실 요레이트 제어기에서는 조향각 센서값과 차량 횡가속도를 이용하여 정확한 실조향각(실타각)를 추정하여 보다 정확한 제어의 수행이 가능한 효과가 있다.In addition, the steady yaw rate controller has an effect of performing more accurate control by estimating an accurate actual steering angle (real angle) using the steering angle sensor value and the vehicle lateral acceleration.
추가적으로 요레이트 에러를 줄이는 방향으로 전/후 코너링 강성을 업데이트 하여 실시간으로 추정할 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect that can be estimated in real time by updating the front and rear corner stiffness in the direction of reducing yaw rate error.
그리고, 차량 횡가속도 센서값과 차량의 롤 모델을 사용하는 롤각 추정기법을 설계하여, 이를 보상한 차량 횡가속도 성분을 추출하는 효과가 있다.In addition, by designing a roll angle estimation method using the vehicle lateral acceleration sensor value and the roll model of the vehicle, there is an effect of extracting the vehicle lateral acceleration component to compensate for this.
이하 도면을 참조하여 가상 외란 센서를 통해 생성되는 요레이트 외란값을 이용하여 차량의 제어 모멘트값을 산출하는 차량 안정성 제어 시스템에 관한 본 발명의 실시예들을 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention regarding a vehicle stability control system for calculating a control moment value of a vehicle by using a yaw rate disturbance value generated by a virtual disturbance sensor will be described.
본 발명은 브레이크 바이 와이어 시스템(Brake-by-wire system)이 장착된 차량에서와 같이 조향각(δ), 횡가속도(ay) 및 요레이트(r)의 센서값이 생성되는 차량에서 적용될 수 있는 차량 안정성 제어 시스템에 관한 것으로, 요레이트 외란을 추정하는 가상 센서와 모델 기반의 게인 스케쥴드 견실 요레이트 제어기(gain-scheduled robust yaw rate controller)를 구비하여 차량 안정화 성능을 극대화하고자 한다.The invention can be applied in a vehicle in which the sensor of the steering angle (δ), the lateral acceleration (a y) and yaw rate (r), as shown in the attached vehicle brake-by-wire system (Brake-by-wire system) generated The present invention relates to a vehicle stability control system, and includes a virtual sensor estimating yaw rate disturbance and a model-based gain-scheduled robust yaw rate controller to maximize vehicle stabilization performance.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a vehicle stability control system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템은, 기준 요레이트 생성부(100), 가상 외란 센서부(110)와 기준 요레이트 생성부(100)에서 생성되는 기준 요레이트 값(rref)과 실제 차량의 요레이트 센서값(r)을 비교하여 언더/오버스티어를 판단하는 언더/오버스티어 판단부(120)를 포함한다. 그리고, 요레이트 제어부(130), 및 요레이트 제어부(130)에서 생성되는 제어 모멘트 값(MDB)에 따라 차량의 제동력을 분배하는 제동력 분배 로직부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the vehicle stability control system according to the present exemplary embodiment may include a reference yaw rate value generated by the reference
본 실시예에 따른 기준 요레이트 생성부(100)에서는 조향각(δ) 및 종속도(Vx)의 센서값을 입력받아 기준 요레이트 모델에 따라 기준 요레이트 값(rref)을 산출한다. 본 실시예에 따른 기준 요레이트 생성부(100)에서 사용될 수 있는 기준 요레이트 모델의 일례를 아래 수학식 1에 나타낸다.The reference
수학식 1은 이륜 차량 모델을 기반으로 한 것으로 수학식 1에서 β는 차량의 바디 횡슬립, r은 차량의 요레이트, δ는 조향각, Vx는 종속도를 나타내고, Cf, Cr은 각각 전/후 코너링 강성, Iz는 요 관성 모멘트, m은 차량의 질량, lf, lr은 각각 전/후 바퀴축과 차량무게중심 사이의 거리를 나타낸다. 본 실시예에 따른 기준 요레이트 생성부(100)에서는 수학식 1에 따라 요레이트 값을 산출하고 이를 기준 요레이트 값(rref)으로 설정한다.Equation 1 is based on a two-wheeled vehicle model, where β is the transverse slip of the body of the vehicle, r is the yaw rate of the vehicle, δ is the steering angle, V x is the degree of dependence, and C f and C r are respectively. Front and rear cornering stiffness, I z is the moment of inertia, m is the mass of the vehicle, l f and l r are the distances between the front and rear wheel axles and the center of gravity of the vehicle, respectively. The reference
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 수학적 모델에 따른 요레이트 변화와 실측 요레이트 변화를 비교한 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이 수학적 모델에 따른 요레이트 변화와 실측 요레이트 변화가 거의 일치하는 것으로 확인되는 바 수학적 모델 사용의 타당성을 입증할 수 있다.2 is a graph comparing a yaw rate change and a measured yaw rate change according to a mathematical model in a vehicle stability control system according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, it is confirmed that the change in the urine rate and the measured change in the urine rate according to the mathematical model are almost identical, thereby validating the use of the mathematical model.
본 실시예에 따른 가상 외란 센서부(110)는 조향각(δ), 종속도(Vx), 횡가속도(ay) 및 요레이트(r)의 센서값을 입력받아 요레이트 외란 값(w)을 추정한다. 본 실시예에 따른 가상 외란 센서부(110)는 브레이크 바이 와이어 시스템에서와 같이 제동력을 센서로 계측하는 시스템에서 유효하며 제동력 제어 시 실시간으로 요레이 트 외란의 추정이 가능하므로 이를 반영하여 적절히 복원 요모멘트 제어값을 결정할 수 있게 한다.The virtual
본 실시예에 따른 가상 외란 센서부(110)는 요레이트 동역학를 이용하여 이론상의 요레이트과 실제 차량의 요레이트값의 차이로부터 실제 차량에 가해지고 있는 요레이트 외란(w)을 추정한다. 본 실시예에 따른 가상 외란 센서부(110)에서 요레이트 외란 값(w)을 추정하는 방법의 일례를 아래 수학식 2a 내지 수학식 2i를 통해 설명한다.The virtual
수학식 2a는 요레이트 동역학식을 나타낸다. 수학식 2a에서는 요레이트(r), 횡가속도(ay) 및 조향각(δ)의 계수를 각각 a, b1, b2로 설정함을 나타낸다.Equation 2a represents the yaw rate kinetics. In Equation 2a, coefficients of yaw rate r, lateral acceleration a y and steering angle δ are set to a, b 1 and b 2 , respectively.
수학식 2b와 수학식 2c에서 K 제어이득값, ΔP는 브레이크 압력을 나타낸다. 수학식 2b는 수학식 2a의 요레이트 동역학식에서 추가 성분을 표시한 것으로 수학식 2c에 나타낸 바와 같이 수학식 2b에서 노미날 성분을 제외한 나머지를 모두 요레이트 외란 값(w)으로 추정할 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다.In Equations 2b and 2c, the K control gain value ΔP represents a brake pressure. Equation 2b represents additional components in the yaw rate dynamics of Equation 2a. As shown in Equation 2c, all of the remaining components except the nominal component in Equation 2b may be estimated as the yaw rate disturbance value (w). This will be described in more detail below.
수학식 2d에 나타낸 바와 같이 z값을 정의한다면, z에 대한 차량 모델의 역학식은 수학식 2e와 같이 나타낼 수 있다. 그리고, z에 대한 오류 역학을 포함하는 승객 모델의 역학식은 아래 수학식 2f와 같이 나타낼 수 있다.If z is defined as shown in Equation 2d, the dynamics of the vehicle model for z can be expressed as Equation 2e. And, the dynamics of the passenger model including the error dynamics for z can be expressed as Equation 2f below.
수학식 2f에서 y는 수학식 2g와 같이 나타낼 수 있으며, 이를 수학식 2f에 대입한 후 위 수학식 2e에서 구한 차량 모델의 역학식과의 차를 구하면 아래 수학 식 2h와 같이 나타낼 수 있다.In Equation 2f, y may be expressed as Equation 2g, and after substituting this in Equation 2f, the difference from the dynamics of the vehicle model obtained in Equation 2e may be expressed as Equation 2h below.
수학식 2h에서 z 값을 다시 수학식 2d에서 나타냈던 값으로 변환하고 Ad, Cd, Ld 값을 대입하면 아래 수학식 2i와 같이 나타낼 수 있다.In Equation 2h, the z value is converted back to the value shown in Equation 2d, and the values A d , C d , and L d are substituted.
본 실시예에 따르면, 상술한 방법에 따라 조향각(δ), 종속도(Vx), 횡가속도(ay) 및 요레이트(r)의 센서값을 입력받아 요레이트 외란 값(w)을 추정할 수 있다.According to the present embodiment, the yaw rate disturbance value (w) is estimated by receiving the steering angle (δ), the subordinate degree (V x ), the lateral acceleration (a y ), and the sensor values of the yaw rate (r) according to the above-described method. can do.
본 실시예에 따른 요레이트 제어부(130)는, 수학적 모델에 따라 제어하는 게인 스케쥴드 견실 요레이트 제어기가 사용되며, 기준 요레이트 생성부(100)에서 생성되는 기준 요레이트 값(rref)과 요레이트 센서값(r)의 차이인 요레이트 오류값(e)과 가상 외란 센서부(110)에서 생성되는 요레이트 외란값(w)을 입력받아 다수의 제어이득값(K(s)) 중에서 선택되는 하나를 적용하여 제어 모멘트 값(MDB)을 출력한다.먼저, 임의의 제어이득값(K(s))을 이용하여 제어 모멘트 값(MDB)을 생성하는 방법을 이하 수학식 3a 내지 수학식 3c를 통해 설명한다.The
수학식 3a는 제동력에 의한 복원 요모멘트에 대한 이론적 제어값을 나타낸다. 수학식 3b은 상술한 수학식 2a의 요레이트 동역학식에 본 실시예에 따른 제어 모멘트 값(MDB)을 적용한 것을 나타낸다. 즉, 수학식 3a의 이론적 제어값을 수학식 3b에 적용하면 가 되어 이상적인 값에 접근함을 알 수 있다. Equation 3a represents a theoretical control value for the restoring yaw moment by the braking force. Equation 3b indicates that the control moment value M DB according to the present embodiment is applied to the yaw rate dynamics of Equation 2a. That is, if the theoretical control value of Equation 3a is applied to Equation 3b, We can see that we are approaching the ideal value.
그리고, 수학식 3c는 본 실시예에 따라 요레이트 오류값(e=rref-r)과 가상 외란 센서부(110)에서 생성되는 요레이트 외란값(w)이 적용된 제동력에 의한 복원 요모멘트에 대한 실제 제어값을 나타낸다. 즉, 수학식 3c를 통해 임의의 제어이득값(K(s))을 이용하여 제어 모멘트 값(MDB)을 생성할 수 있다.Equation 3c is applied to the restoring yaw moment by the braking force to which the yaw rate error value (e = r ref -r) and the yaw rate disturbance value w generated by the virtual
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 요레이트 제어부(130)의 구성의 일부를 구체화한 도면이다.3 is a view showing a part of the configuration of the yaw
본 실시예에 따른 요레이트 제어부(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 제어기를 포함하는 제어기 열(210)과 다수의 제어기 중 하나를 선택하는 스위치(230) 및 스위치의 동작을 제어하는 제어 스케쥴러(220)를 포함하는 게인 스케쥴드 제어부(200)를 포함하여 이루어진다. The yaw
본 실시예에 따른 제어 스케쥴러(220)는 전/후 코너링 강성(Cf, Cr)의 변화 추정값과 종속도 값(Vx)에 기초하여 다수의 제어이득값(K(s)) 중에서 하나를 선택하는 제어 신호를 생성하고 이를 스위치(230)로 전달한다. 본 실시예에서 제어기 열(210)에 포함되는 각 제어기는 수학적 모델에 따라 미리 설정된 제어이득값을 나타내는 것으로 상기 상술한 바와 같이 전/후 코너링 강성(Cf, Cr)의 변화 추정값과 종속도 값(Vx)에 기초하여 제어이득값(K(s))을 설정하고 이를 이용하여 제어 모멘트 값(MDB)을 생성할 수 있다.The
수학식 4는 본 실시예에 따라 다수의 제어이득값(K(s)) 중 전/후 코너링 강성(Cf, Cr)의 변화 추정값과 종속도 값(Vx)에 기초하여 선택되는 하나의 예를 나타 낸다.
본 실시예에 따라 제어이득값(K(s))을 선택하기 위해 사용되는 전/후 코너링 강성(Cf, Cr)의 변화 추정값은, 횡가속도 센서값(ay)과 롤 모델에 기초하여 추정된 롤 모션값(Φ)과 도로의 횡경사값 중 하나 이상이 보상되는 횡가속도 센서값(ay)을 이용하여 추정될 수 있다. 이때 롤 모델에 기초하여 추정된 롤 모션값(Φ)에 대한 수학적 모델을 아래 수학식 5에 나타낸다.Estimates of changes in the before and after cornering stiffnesses C f and C r used to select the control gain value K (s) according to the present embodiment are based on the lateral acceleration sensor values a y and the roll model. One or more of the estimated roll motion value Φ and the lateral inclination value of the road may be estimated using the lateral acceleration sensor value a y . At this time, a mathematical model for the roll motion value Φ estimated based on the roll model is shown in Equation 5 below.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 수학적 모델에 따른 롤 각 변화와 실측 롤 각 변화를 비교한 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이 수학적 모델에 따른 롤 각 변화와 실측 롤 각 변화가 거의 일치하는 것으로 확인되는 바 수학적 모델 사용의 타당성을 입증할 수 있다.4 is a graph comparing a roll angle change and a measured roll angle change according to a mathematical model in a vehicle stability control system according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, it can be proved that the use of the mathematical model is proved that the change in the roll angle and the measured roll angle according to the mathematical model are almost identical.
한편, 본 발명에 따르면 차량의 횡방향 하중변화, 노면마찰계수 및 타이어 횡경사에 의해 끊임없이 변화하는 전/후 코너링 강성(Cf, Cr) 변화를 추정하고, 차량 횡가속도를 계측하는 횡가속도 센서에 오프셋으로 영향을 미치는 차량 롤모션과 도로 횡경사각을 적절히 보상해 줄 수도 있다.On the other hand, according to the present invention to estimate the change in the front and rear cornering stiffness (Cf, Cr) constantly changing by the lateral load change, road friction coefficient and tire lateral inclination of the vehicle, and to measure the lateral acceleration It can also compensate for vehicle roll motion and road sloping angles that are affected by offsets.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 전/후 코너링 강성(Cf, Cr)의 변화 추정값을 생성하는 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an example of a method of generating a change estimation value of before and after cornering stiffness C f , C r in a vehicle stability control system according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따르면 도 5에 도시된 바와 같이 먼저, 요레이트(r), 횡가속도(ay) 및 조향각(δ)를 입력값으로 받아 단계 S50에서 롤 효과를 제거한다. 이때 수학식 5를 통해 설명한 롤 모션값(Φ)에 대한 수학적 모델을 이용할 수 있을 것이다. 그리고, 단계 S51 및 단계 S52에 전/후 타이어 횡력(Fyf, Fyr)을 추정한다. 타이어 횡력은 이론적으로 코너링 강성과 타이어 횡 경사각과의 곱이므로 이를 이용하여 다음수학식 6a와 같이 나타낼 수 있다.According to the present embodiment, as shown in FIG. 5, first, the yaw rate r, the lateral acceleration a y , and the steering angle δ are received as input values, and the roll effect is removed in step S50. In this case, a mathematical model of the roll motion value Φ described through Equation 5 may be used. Then, the front and rear tire lateral forces F yf and F yr are estimated in steps S51 and S52. Since the tire lateral force is theoretically the product of the cornering stiffness and the tire lateral inclination angle, it can be expressed as Equation 6a.
이때 본 실시예에 따라 수학식 6b에 나타낸 바와 같이 도로의 횡경사각 효과를 제거해 줄 수 있다.At this time, as shown in Equation 6b according to the present embodiment can eliminate the lateral inclination effect of the road.
그리고, 단계 S53 및 단계 S54에서 각각 선형 타이어 모델을 적용한다. 이를 적응규칙(adaptive law)을 이용하여 전/후 코너링 강성(Cf, Cr)을 추정하기 위한 선형 파라미터 모델로 정리하면 다음 수학식 6c와 같다.And a linear tire model is applied in step S53 and step S54, respectively. This can be summarized as the following Equation 6c by using a linear parameter model for estimating the front and rear cornering stiffness (C f , C r ) using an adaptive rule.
,, , ,
단계 S55에서 바디 횡슬립(β) 효과를 소거한다. 그리고, 단계 S56에서 적응 추정 기법을 적용하여 전/후 코너링 강성(Cf, Cr)의 변화 추정값을 생성하면 아래 수학식 6d 및 수학식 6e와 같이 나타낼 수 있다.In step S55, the body side slip (β) effect is canceled. Then, in step S56, the adaptive estimation technique is applied to generate the change estimation value of the before and after cornering stiffnesses (C f , C r ), which may be expressed as Equations 6d and 6e below.
또한, 본 발명에 따르면, 아래 수학식 7에 나타낸 바와 같이 요레이트 제어부(130)를 포함하는 각 구성에서, 조향각 센서값(δSW)과 조향 기어비(1:n)에 따른 기구학적 조향값에 횡가속도 센서값(ay)를 더 고려하여 실조향각 센서값을 추정하는 실조향각 추정기를 포함할 수 있다. Further, according to the present invention, as shown in Equation 7 below, in each configuration including the yaw
그리고, 본 실시예에 따른 제동력 분배 로직부(140)는 요레이트 제어부(130)에서 생성되는 제어 모멘트 값(MDB)에 따라 차량의 제동력을 분배한다. 견실 요레이트 제어기에서 결정된 목표 복원 요모멘트는 제동력 분배로직에 따라 적절히 각 차륜의 제동압으로 환산된다.In addition, the braking force
본 실시예에 따른 제동력 분배 로직부(140)의 제동력 분배 로직은 수직항력, 타이어-노면 마찰계수, 횡력 등의 함수인 여유 제동력과 수학적 모델을 이용한 각 휠의 수직 항력, 횡력 추정하여 각 휠에서의 여유 제동력 계산하고, 이 각 휠의 여유 제동력 고려하고, 요모멘트 민감도 고려하여 종방향 속도로의 영향 최소화하도록 브레이크 제어 개입 우선 순위 결정한다. 이 개입 우선 순위의 일례를 아래 표 1에 나타낸다.The braking force distribution logic of the braking force
그리고, 설정된 엔진 개입 기준에 따라 개임 시점을 제어하는데 이 엔진 개입 기준은 언더스티어 제어 시 개입하고, 개입 시점은 브레이크 개입 시점보다 빠르도록 설정될 수 있다.Then, the opening time is controlled according to the set engine intervention criteria. The engine intervention criteria may be set during the understeer control, and the intervention may be set faster than the brake intervention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 제동력 분배 로직에 따라 결정된 좌/우 타이어 제어 압력을 나타내는 그래프이고, 도 7은 차량 안정성 제어 시스템에서 제동력 분배 로직에 따라 결정된 제어 압력에 따른 요레이트 제어 효과를 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing left / right tire control pressures determined according to braking force distribution logic in a vehicle stability control system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a graph illustrating control pressures determined according to braking force distribution logic in a vehicle stability control system. This is a graph showing the effect of yaw rate control.
마찰 계수는 0.9인 남양 범용로에서 초기 차속 100kph에서 더블 레인 체인지 즉, 연속하여 차선을 이동했다가 다시 돌아오는 경우에 를 실시 하였을 때 도 6의 (a) 및 (b)는 각각 좌/우 타이어 제어 압력의 변화를 나타내고 도 7의 (a) 및 (b)는 ESC On/Off 각각의 차량 요레이트 거동을 나타낸다. 도 6 및 도 7을 통해, ESC 제어 없을 때와 비교하여 ESC 제어시 적절한 제어 압력에 따라 실제 차량 거동이 목표 요레이트에 근접하여 차량의 거동이 안정화 되는 것을 확인할 수 있다.6 (a) and 6 (b) are the left and right tires, respectively, when a double lane change, ie, the lane is continuously moved and then returned, is performed at the initial vehicle speed of 100 kph in the Namyang universal road where the friction coefficient is 0.9. The change in the control pressure is shown, and FIGS. 7A and 7B show vehicle yaw rate behavior of each of ESC On / Off. 6 and 7, it can be seen that the actual vehicle behavior approaches the target yaw rate and stabilizes the vehicle behavior according to the appropriate control pressure in the ESC control compared to the absence of the ESC control.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the drawings and embodiments, those skilled in the art that the present invention can be variously modified and changed within the scope without departing from the spirit of the invention described in the claims below I can understand.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a vehicle stability control system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 수학적 모델에 따른 요레이트 변화와 실측 요레이트 변화를 비교한 그래프이다. 2 is a graph comparing a yaw rate change and a measured yaw rate change according to a mathematical model in a vehicle stability control system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 요레이트 제어부(130)의 구성의 일부를 구체화한 도면이다.3 is a view showing a part of the configuration of the yaw
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 수학적 모델에 따른 롤 각 변화와 실측 롤 각 변화를 비교한 그래프이다. 4 is a graph comparing a roll angle change and a measured roll angle change according to a mathematical model in a vehicle stability control system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 전/후 코너링 강성의 변화 추정값을 생성하는 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a method of generating a change estimation value of before and after cornering stiffness in a vehicle stability control system according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템에서 제동력 분배 로직에 따라 결정된 좌/우 타이어 제어 압력을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing left and right tire control pressures determined according to braking force distribution logic in a vehicle stability control system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 차량 안정성 제어 시스템에서 제동력 분배 로직에 따라 결정된 제어 압력에 따른 요레이트 제어 효과를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the yaw rate control effect according to the control pressure determined by the braking force distribution logic in the vehicle stability control system.
<도면의 주요구성에 대한 부호의 설명><Description of the code for the main configuration of the drawings>
100: 기준 요레이트 모델부 110: 가상 센서부100: reference yaw rate model unit 110: virtual sensor unit
120: 언더/오버 스티어 판단부 130: 요레이트 제어부120: under / over steer determination unit 130: yaw rate control unit
140: 제동력 분배 로직부140: braking force distribution logic
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