KR101024498B1 - 차량의 바퀴들림 검출방법 - Google Patents

차량의 바퀴들림 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전 반경 안쪽에 위치한 바퀴에 관측을 위한 일정 크기의 제동 압력을 가한 후 미리 정해진 크기 이상의 슬립이 발생하면 그 바퀴가 바퀴들림(Lift-off) 현상이 발생한 것으로 판단함으로서 고가의 롤 레이트센서를 구비하지 않더라도 차량 전복 방지 기능을 갖춘 ESP 시스템에 장착된 센서값을 이용하여 바퀴들림 상황을 보다 간편하게 판단할 수 있다.
이를 위해 본 발명은 차량의 선회시, 선회 내측바퀴에 소정 제동압력을 가하고, 소정 제동압력을 가한 선회 내측바퀴의 휠 속도로부터 슬립량을 산출하고, 산출된 슬립량이 미리 설정된 값 이상인 경우, 선회 내측바퀴에 바퀴들림현상이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 바퀴들림 검출방법 {Detection method for lift off in a vehicle}
도 1은 차량 선회시 차량이 전복되는 과정을 보인 도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 차량 자세제어장치의 브레이크 액압회로도이다.
도 3은 차량 선회시 바퀴들림현상이 발생하는 경우, 선회내측바퀴와 선회외측바퀴사이의 슬립량차이를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량의 바퀴들림 검출방법에 대한 제어흐름도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
MC : 마스터실린더
PC1~PC4 : 노멀오픈형 입구밸브
PC5~PC8 : 노멀클로즈형 출구밸브
WS1~WS4 : 휠 속도센서 10 : 전자제어유닛(ECU)
11 : 조향각센서 12 : 요레이트센서
13 : 횡가속도센서
본 발명은 차량의 바퀴들림 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 전복 방지 기능을 갖춘 차량 자세제어장치(이하 ESP 시스템)에서 바퀴들림 상황을 판단할 수 있는 차량의 바퀴들림 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 최근 들어 스포츠유틸리티차량(SUV) 차량 및 픽업(Pick-Up) 차량의 수요가 증가하면서 이에 따라 치명적인 교통사고율도 증가하고 있다. 이러한 차량의 경우 차량의 무게중심이 일반 세단형 승용차에 비해 비교적 높은 곳에 위치하고 있기 때문에 전복(Roll over) 사고의 위험에 노출되어 있으며 실제로 치명적인 교통사고에서 전복 사고의 비율이 상당 부분을 차지한다. 차량 자세제어장치(이하 ESP 시스템)의 경우, 주행 한계 영역에서 차량의 위험 상황을 판단하여 엔진과 제동장치를 적절히 제어해 줌으로써 사고로 진행되지 않도록 막아주며 특히 전복 상황을 막는데도 효과적이다. 따라서 전복 방지 기능을 효과적으로 구현하기 위해서는 전복 가능 상황을 미리 정확하게 판단하는 것이 필수적이며 이를 위해 도 1과 같이, 한 바퀴(wheel) 혹은 동일 측 두 바퀴가 노면에서 들려 노면 접지력을 완전히 잃게 되는 상황인 바퀴 들림 현상(lift-off)을 판단할 수 있어야 보다 효과적인 전복 방지 기능을 구현할 수 있다.
기존 ESP 시스템에서 차량의 전복 상황을 판단하는 방법으로는 크게 롤 레이트 센서(Roll Rate Sensor)를 사용하는 방법과, ESP 시스템에 장착된 센서들만을 이용하여 판단하는 방법으로 나눌 수 있다. 궁극적으로 두 방법 모두 차량의 롤 각(Roll Angle)과 롤 레이트(Roll Rate)를 추정/측정하여 미리 선정된 기준 값을 넘어설 경우 전복 발생 가능 상황으로 인지하도록 하는데 초점을 맞추고 있다. 즉 차량에 장착된 센서 값을 이용하여 차량의 록 다이나믹(Roll dynamic) 관련 안정/ 불안정 상태를 판단하도록 하는 것이다. 이 방법들의 경우 노면 경사가 없는 한 비교적 판단 신뢰성이 높으며 특히 롤 레이트 센서(Roll Rate Sensor)를 추가적으로 사용하는 경우 판단 신뢰성을 더욱 높일 수 있으나 가격 상승의 요인으로 작용하게 된다. 롤 레이트 센서(Roll Rate Sensor)를 사용하지 않는 경우에는 노면 경사와 같은 외부 영향에 의해 오판할 가능성을 안고 있으며 이에 따라 추가적으로 차량의 전복 상황을 판단할 수 있는 방법을 요구하게 된다.
본 발명의 목적은 고가의 롤 레이트센서를 구비하지 않더라도 차량 전복 방지 기능을 갖춘 ESP 시스템에 장착된 센서값을 이용하여 바퀴들림 상황을 보다 간편하게 판단할 수 있는 차량의 바퀴들림 검출방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 바퀴들림 검출방법은 차량의 선회시, 선회 내측바퀴에 소정 제동압력을 가하는 단계와, 소정 제동압력을 가한 선회 내측바퀴의 휠 속도로부터 슬립량을 산출하는 단계와, 산출된 슬립량이 미리 설정된 값 이상인 경우, 상기 선회내측바퀴에 바퀴들림현상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
차량의 횡가속도를 검출하고, 검출된 횡가속도가 미리 설정된 값 이상일 때, 상기 선회 내측바퀴에 소정 제동압력을 가하는 것을 특징으로 한다.
상기 산출된 슬립량과 상기 미리 설정된 값 사이의 비율에 기초하여 바퀴들림량을 판단하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 자세제어장치의 브레이크 액압 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브레이크 페달(BP)의 압박에 의한 진공부스터(VB)의 작동에 의해 브레이크압력을 발생시키는 마스터실린더(MC)를 구비한다.
이 마스터실린더(MC)는 두 개의 챔버(MCP, MCS)를 가지며, 마스터실린더(MC)로부터 휠 실린더(WFR, WRL)에 전달되는 브레이크 액압을 제어하기 위해 첫 번째 챔버(MCP)와 전륜 우측 바퀴(FR)와 후륜 좌측 바퀴(RL)에 각각 설치된 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 주액압라인(MF)에는 노멀오픈형 컷밸브(SC1)가 마련된다. 그리고, 이 노멀오픈형 컷밸브(SC1)와 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 유압라인(MFr,MFl)에는 노멀오픈형 입구밸브(PC1, PC2)가 마련된다. 이 노멀오픈형 입구밸브(PC1, PC2)에는 병렬로 각각 체크밸브(CV1, CV2)가 설치된다. 휠 실린더(WFR, WRL)에서의 브레이크액은 이 체크밸브(CV1, CV2)를 거쳐 컷밸브(SC1)를 통해 마스터실린더(MC)로 리턴한다.
또한, 브레이크액이 휠 실린더(WFR, WRL)의 출구측에는 노멀클로즈형 출구밸브(PC5, PC6)가 마련된다. 이 노멀클로즈형 출구밸브(PC5, PC6)의 출구측에는 휠 실린더(WFR, WRL)에서 배출되는 브레이크액을 일시 저장하는 저압 어큐뮬레이터(RS1) 및 이 저압 어큐뮬레이터(RS1)에 저장된 브레이크액을 펌핑하여 각 휠 실린더측으로 강제 환류시키는 유압펌프(HP1)와 모터(M)가 마련된다.
한편, 유압펌프(HP1)의 흡입측과 마스터실린더(MC)의 첫 번째 챔버(MCP)사이 의 보조액압라인(MFc)사이에는 노멀오픈형 입구밸브(SI1)가 마련된다. 그리고, 체크밸브(CV5, CV6)는 보조액압라인(MFc)에 의해 분기되는 두 개의 액압라인상에 각각 설치된다. 이에 따라, 입구밸브(SI1)가 폐쇄되면 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1)사이의 보조액압라인(MFc)는 차단되고, 입구밸브(SI1)가 개방되면 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1)사이의 보조액압라인(MFc)는 연결된다. 이때, 체크밸브(CV5)는 브레이크액이 저압 어큐뮬레이터(RS1)로 유입되는 것을 방지한다.
한편, 전륜 좌측 바퀴(FL)와 후륜 우측 바퀴(RR)의 유압회로에서는 각각의 부품들이 상술한 전륜 우측 바퀴(FR)와 후륜 좌측 바퀴(RL)의 유압회로와 동일하게 구성된다.
참고로, 참조부호 DP1, DP2는 고압 어큐뮬레이터이다.
도 2의 컷밸브(SC1, SC2), 입구밸브(SI1, SI2), 그리고 각 휠 실린더(WFR, WRL, WFL, WRR)에서의 입구밸브(PC1~PC4)와 출구밸브(PC5~PC8), 유압펌프(HP1,HP2)를 작동시키는 모터(M)는 ESP 모드 등의 제어모드를 수행하는 전자제어유닛(ECU)(10)에 의해 작동되어 해당 바퀴의 제동압력을 증가시키거나, 감소 또는 유지시킨다.
전륜 좌우측 바퀴(FL, FR)와 후륜 좌우측 바퀴(RL, RR)에 각각 마련된 휠 속도센서(WS1~WS4)는 검출된 바퀴의 속도를 제공할 수 있도록 전자제어유닛(ECU)(10)에 전기적으로 연결된다.
또한, 전자제어유닛(10)에는 차량의 거동을 판단하기 위한 각종센서들이 접속되며, 특히 핸들의 조향 샤프트에 설치되며 운전자의 핸들 조작에 따른 조향각 및 조향각속도를 검출하는 조향각센서(11)와, 차량의 선회속도를 검출하는 요레이트센서(12)와, 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도센서(13)가 전기적으로 연결된다. 이때, 전자제어유닛(10)은 차량이 천천히 선회하는지 급격하게 선회하는지의 선회정도 및 선회방향을 조향각센서(11), 요레이트센서(12) 또는/ 및 횡가속도센서(13)의 출력값 중 어느 하나 또는 조합된 출력값의 전압레벨 및 부호형태에 의해서 각각 인식하게 된다. 일예로, 본 발명에서는 횡가속도센서(13)를 통해 검출된 횡가속도값의 전압레벨과 부호형태에 따라 차량의 선회정도 및 선회방향을 인식한다.
상기한, 전자제어유닛(10)은 각 휠 속도센서(WS1~WS4)로부터 차속정보을 얻고, 조향각센서(11)로부터, 조향각 및 조향각속도 정보를 얻고, 요레이트센서(12)로부터, 요레이트정보를 얻고, 횡가속도센서(13)로부터, 횡가속도정보를 얻고, 상기한 각각의 정보들을 이용하여 ESP 제어를 수행하게 된다.
본 발명의 주된 아이디어는, 차량의 바퀴(wheel) 거동을 통해 바퀴가 노면 접지력을 충분히 유지하고 있는 안정 영역에 있는지, 아니면 바퀴들림(lift-off) 상황에 이르러 노면 접지력을 거의 잃었는지를 판단하도록 하는데 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 급선회시에는 차량의 선회 회전반경 안쪽으로부터 바깥쪽으로 하중이동이 발생하여 회전반경 안쪽에 위치한 바퀴의 경우 작은 제동압력을 가해도 비교적 큰 슬립량이 발생한다. 이때, 휠 속도센서(WS1~WS4)를 통해 입력된 각 바퀴의 속도로부터 추정된 차량속도를 휠 속도에서 뺀 값을 차량속도로 나눈 비율을 바퀴 슬립량(slip ratio)이라고 한다. 이와 같은 현상을 이 용하여 급선회시 노면 한계에 도달한 것으로 예상되는 시점에서 회전 반경 안쪽에 위치한 바퀴에 일정 크기의 제동 압력을 가한 후 발생하는 슬립량의 크기를 통해 차량의 회전 반경 안쪽에 위치한 바퀴의 안정 상태를 파악하게 되고 나아가 어느 정도의 차량 롤 각(Roll Angle)이 발생했는지를 추정할 수 있게 된다. 즉, 차량이 노면 한계 상황에 이르러 록 각(Roll Angle)이 크게 발생한 경우 결국 바퀴들림(Lift-off) 현상에 이른 후 전복 상황으로 진행되게 되는데 이 때 바퀴들림(Lift-off) 상황에 이른 바퀴의 경우 거의 노면 접지력을 잃었기 때문에 작은 제동 압력만 가하여도 큰 슬립을 형성하게 된다. 따라서 회전 반경 안쪽에 위치한 바퀴에 관측을 위한 일정 크기의 제동 압력을 가한 후 미리 정해진 크기 이상의 슬립이 발생한다면 이 때를 해당 바퀴가 바퀴들림(Lift-off) 상황에 거의 이르렀다고 추정할 수 있다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 도 4와 같이, 먼저, 전자제어유닛(10)는 단계 S100에서 횡가속도센서(13)를 통해 횡가속도(Ay)를 검출한다.
그리고, 단계 S101에서, 검출된 횡가속도를 이용하여 차량이 선회하는지를 판단한다. 이때, 횡가속도의 전압레벨과 부호형태에 따라 차량의 선회 및 선회방향을 인식한다.
단계 S101의 판단결과 차량이 선회하면, 바퀴의 들림현상이 발생할 수 있을 정도의 차량의 급선회인지를 판단하기 위하여 단계 S102에서 검출된 횡가속도(Ay)가 차량의 급선회 판단을 위해 미리 설정된 횡가속도값(Aref)이상이면, 단계 S103에서 선회 내측바퀴측 입구밸브(PC1~PC4)와 모터(M)를 제어하여 일정 제동압력을 제공한다. 그리고, 단계 S104에서 선회 내측바퀴에 마련된 휠 속도센서를 통해 선회 내측 바퀴의 속도를 검출하고, 단계 S105에서, 검출된 선회 내측바퀴의 속도 및 나머지 각 바퀴의 속도를 이용하여 선회 내측 바퀴의 슬립량(λ)을 산출한다.
그런 후 단계 S106에서, 산출된 선회 내측 바퀴의 슬립량(λ)이 바퀴들림판단을 위해 미리 설정된 슬립량(λref)이상이면, 단계 S107에서, 선회 내측 바퀴에 바퀴들림현상이 발생한 것으로 판단하고, 산출된 선회 내측 바퀴의 슬립량(λ)이 바퀴들림판단을 위해 미리 설정된 슬립량(λref)미만이면, 단계 S108에서, 선회 내측 바퀴에 바퀴들림현상이 발생하지 않은 것으로 판단한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 회전 반경 안쪽에 위치한 바퀴에 관측을 위한 일정 크기의 제동 압력을 가한 후 미리 정해진 크기 이상의 슬립이 발생하면 그 바퀴가 바퀴들림(Lift-off) 현상이 발생한 것으로 판단함으로서 고가의 롤 레이트센서를 구비하지 않더라도 차량 전복 방지 기능을 갖춘 ESP 시스템에 장착된 센서값을 이용하여 바퀴들림 상황을 보다 간편하게 판단할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 차량의 선회시, 차량의 횡가속도를 검출하고 검출된 횡가속도가 미리 설정된 값 이상일 때, 선회 내측바퀴에 소정 제동압력을 가하면서 상기 횡가속도의 부호에 따라 선회방향을 판단하는 단계와,
    소정 제동압력을 가한 선회 내측바퀴의 휠 속도 및 나머지 각 바퀴의 속도로부터 상기 선회 내측바퀴의 안정 상태를 파악할 수 있는 차량의 롤 각(Roll Angle) 슬립량을 산출하는 단계와,
    산출된 슬립량이 미리 설정된 값 이상인 경우, 상기 선회내측바퀴에 바퀴들림현상이 발생한 것으로 판단하며, 상기 판단된 선회방향에 따라 차량이 어느 방향으로 바퀴들림현상이 발생하는지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 바퀴들림 검출방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 산출된 슬립량과 상기 미리 설정된 값 사이의 비율에 기초하여 바퀴들림량을 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 바퀴들림 검출방법.
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