KR101081797B1 - 차량 안정성 제어 시스템에서의 차량 전복 상태 감지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 안정성 제어 시스템(ESP)에서의 차량 전복 상태 감지방법에 관한 것으로, ESP의 센서 신호와 차량 롤 모델로부터 추정 롤각 및 롤 레이트를 계산하는 제1 단계와; 상기 제1 단계에서 추정한 롤각 및 롤 레이트를 지오메트리(geometry) 특성에 따라 각각의 임계값의 롤각과 롤 레이트로 변환하는 제2 단계와; 차량의 주행시 발생하는 현재 상태의 롤각과 롤 레이트로부터 상기 임계값의 롤각과 롤 레이트까지의 거리를 제1 소정식을 통해 구하는 제3 단계와; 위상평면에 현재의 차량 상태에서의 롤각과 롤 레이트를 적용하여 순간 속도 벡터의 크기를 구한 다음, 이 벡터 속도로부터 상기 제3 단계에서 구한 거리까지 진행에 필요한 시간을 결정하는 제4 단계; 및 현재 시간으로부터 전복 상황을 예방하기 위해 필요한 시간과, 필요 하드웨어가 차량의 전복 모멘트를 상쇄시키는 필요한 시간에 따라 차량의 전복 여부를 판단하는 제5 단계로 이루어진 방법을 제공함으로써, 전복 시간 예측을 통하여 운전자가 전복이 언제 일어날지 판단하기 쉽게 하도록 하여 전복 예측이 매우 효율적인 효과가 있다.

차량 안정성 제어 시스템(ESP), 차량 전복 감지

Description

차량 안정성 제어 시스템에서의 차량 전복 상태 감지방법{Method for Detecting Vehicle Rollover Conditions of Electronic Stability Program}

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 차량 안정성 제어 시스템에서의 동작 과정을 보인 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전복 상태를 감지하는 동작 과정을 보인 흐름도.

도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 차량의 롤 운동을 보인 예시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 전복 상태 판단을 위한 위상평면 그래프.

본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에서의 차량 전복 상태 감지방법에 관한 것으로, 특히 차량에 장착된 ESP 센서와 차량 롤 모델(Roll model)을 통해 롤각(Roll angle)을 추정하고, 위상평면(Phase plane) 기법을 이용 차량의 운동특성을 통해 전복 시간을 추정하여 차량 전복 가능성을 판단하는 방법에 관한 것이다.

종래에 있어서는 차량의 전복 가능성 판단을 하는 방법으로는, 전복 후 판단하거나 전복 전 상황을 판단하는 방법으로 나뉘는데, 보통 페루프 적응 관측기(closed-loop adaptive observer)를 이용하여 차량의 롤각과 롤 레이트(roll rate)를 추정하는 방법과 롤 레이트, 차량 횡속도(lateral velocity) 및 횡 가속도(lateral acceleration)를 이용한 위상 평면 설계기법을 통해 전복을 예측하는 방법 등 다양한 기법이 제안되고 있다.

그러나, 종래 방법들은 전복 시간 예측을 하지 않기 때문에 운전자가 전복이 언제 일어날지 판단하기 쉽지 않아 전복 예측이 매우 비효율적인 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 차량에 장착된 ESP 센서와 차량 롤 모델(Roll model)을 통해 롤각(Roll angle)을 추정하고, 위상평면(Phase plane) 기법을 이용 차량의 운동특성을 통해 전복 시간을 추정하여 차량 전복 가능성을 판단하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량 안정성 제어 시스템에서의 차량 전복 상태 감지방법은, 차량 안정성 제어 시스템(ESP)의 센서 신호와 차량 롤 모델로부터 추정 롤각 및 롤 레이트를 계산하는 제1 단계와; 상기 제1 단계에서 추정한 롤각 및 롤 레이트를 지오메트리(geometry) 특성에 따라 각각의 임계값의 롤각과 롤 레이트로 변환하는 제2 단계와; 차량의 주행시 발생하는 현재 상 태(current status)의 롤각과 롤 레이트로부터 상기 임계값의 롤각과 롤 레이트까지의 거리를 제1 소정식을 통해 구하는 제3 단계와; 위상평면에 현재의 차량 상태에서의 롤각과 롤 레이트를 적용하여 순간 속도 벡터의 크기를 구한 다음, 이 벡터 속도로부터 상기 제3 단계에서 구한 거리까지 진행에 필요한 시간을 결정하는 제4 단계; 및 현재 시간으로부터 전복 상황을 예방하기 위해 필요한 시간과, 필요 하드웨어가 차량의 전복 모멘트를 상쇄시키는 필요한 시간에 따라 차량의 전복 여부를 판단하는 제5 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 차량 안정성 제어 시스템에서의 동작 과정을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 차속, 조향각, 선회속도, 횡 가속도 및 브레이크 압력센서에 의해서 측정된 값(101)과, 센서를 이용하여 측정할 수 없는 타이어와 노면 사이의 마찰계수 및 차체 미끄럼각(side slip angle)을 추정(102)한 다음 이를 이용하여 차량의 실제운동량(103) 및 차량동역학에 의한 운전자가 원하는 차량운동량(104)을 구한다.

이후, 상기 두 값(103, 104)을 비교(105)한 다음 이를 통해 차량의 언더스티어(plow) 및 오버스티어(spin-out)를 결정한다(106).

상기의 결정한 것이 오버스티어인 경우에는 후륜에서 타이어와 노면 사이의 접착한계에 도달했을 때 오버스티어 현상이 나타나므로, 전륜의 제동장치를 제어하 여 전륜에 의해 발생되는 선회모멘트를 줄인다.

반대로, 언더스티어인 경우에는 전륜에서 타이어와 노면 사이의 접착한계에 도달한 것이므로, 후륜의 제동장치를 제어하여 차량이 원하는 궤적으로 운동하도록 한다.

또한, 노면마찰계수 변화시에는 매우 심한 오버스티어 현상이 나타날 수 이Tssep, 차량운동량과 안정기준값의 차이가 설정된 값 이상의 변화율로 증가할 경우에는 전륜 바깥쪽 바퀴 이외에 후륜 바깥쪽 바퀴도 같이 제어함으로써 차량 안정성을 확보한다.

이와 같이 안정성 확보를 위해 동작하는 차량에서의 전복 상황 감지 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전복 상태를 감지하는 동작 과정을 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 차량의 전복상황을 판단하기 위해서는 롤각에 대한 정보가 중요한 위치를 차지하는데, 롤각 추정을 위하여 도 3에 도시한 바와 같이 장착된 횡 가속도 센서 신호(

)로부터 횡 가속 센서로부터의 롤각(

)과 횡 가속 센서로부터의 롤 레이트(

)를 수학식 1로부터 계산한다(S200)

상기 단계(S200)에서 추정한 롤각 및 롤 레이트를 지오메트리(geometry) 특성에 따라 각각의 임계값의 롤각과 롤 레이트로 변환한다(S210).

상기 단계(S210)의 수행이 완료되면 차량의 주행시 발생하는 현재 상태(current status)의 롤각과 롤 레이트로부터 상기 임계값의 롤각과 롤 레이트까지의 거리를 수학식 2를 통해 구하는데(S220), 수학식 1은 다음과 같다.

상기 수식에서,

는 거리이고,

는 횡 가속 센서로부터의 롤각이며,

는 횡 가속 센서로부터의 롤각 임계값이고,

는 횡 가속 센서로부터의 롤 레이트이고,

는 횡 가속 센서로부터의 롤 레이트 임계값이다.

상기 단계(S220) 수행 후에는 도 4에 도시한 바와 같이 위상평면에 현재의 차량 상태에서의 롤각과 롤 레이트를 적용하여 순간 속도 벡터의 크기를 구하며, 이때 순간속도 벡터의 크기(

)는 수학식 3을 통해 구한다.

이후, 상기 벡터 속도로부터 상기 단계(S)에서 구한 거리(d)까지 진행에 필 요한 시간(

)은 수학식 4를 통해 결정한다(S230).

상기 단계(S230)에서 구한 현재 시간으로부터 전복 상황을 예방하기 위해 필요한 시간(t_thres)과, 필요 하드웨어가 차량의 전복 모멘트를 상쇄시키는 필요한 시간(t_rollover)에 따라 차량의 전복 여부를 판단하는데(S240 ~ S260), 예를 들어 차량의 전복 모멘트를 상쇄시키는 필요한 시간이 전복예측시간 이하인 경우에는 차량 전복으로 판단하여 운전자에게 경고메시지를 전달한다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 차량 안정성 제어 시스템에서의 차량 전복 상태 감지방법은, 전복 시간 예측을 통하여 운전자가 전복이 언제 일어날지 판단하기 쉽게 하도록 함으로써, 전복 예측이 매우 효율적인 효과가 있다.

Claims (3)

1. 차량 안정성 제어 시스템(ESP)의 센서 신호와 차량 롤 모델로부터 추정 롤각 및 롤 레이트를 계산하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계에서 추정한 롤각 및 롤 레이트를 지오메트리(geometry) 특성에 따라 각각의 임계값의 롤각과 롤 레이트로 변환하는 제2 단계와;

   차량의 주행시 발생하는 현재 상태(current status)의 롤각과 롤 레이트로부터 상기 임계값의 롤각과 롤 레이트까지의 거리를 제1 소정식을 통해 구하는 제3 단계와;

   위상평면에 현재의 차량 상태에서의 롤각과 롤 레이트를 적용하여 순간 속도 벡터의 크기를 구한 다음, 이 벡터 속도로부터 상기 제3 단계에서 구한 거리까지 진행에 필요한 시간을 결정하는 제4 단계; 및

   현재 시간으로부터 전복 상황을 예방하기 위해 필요한 시간과, 필요 하드웨어가 차량의 전복 모멘트를 상쇄시키는 필요한 시간에 따라 차량의 전복 여부를 판단하는 제5 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템에서의 차량 전복 상태 감지방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 단계의 제1 소정식은

   

   상기 수식에서,

   

   는 거리이고,

   

   는 횡 가속 센서로부터의 롤각이며,

   

   는 횡 가속 센서로부터의 롤각 임계값이고,

   

   는 횡 가속 센서로부터의 롤 레이트이고,

   

   는 횡 가속 센서로부터의 롤 레이트 임계값인 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템에서의 차량 전복 상태 감지방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제5 단계는

   차량의 전복 모멘트를 상쇄시키는 필요한 시간이 전복예측시간 이하인 경우에는 차량 전복으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템에서의 차량 전복 상태 감지방법.

Images