KR101090914B1 - 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법에 관한 것으로, ESP 시스템에서 TCS 엔진제어를 위해 목표토크를 계산함에 있어 차량의 기어 비와 가속도, 차량의 요 거동 정보에 따라 엔진토크를 보상하여 차량의 요 거동(Yaw Motion)을 안정화시키는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 차량 안정성 제어시스템에서 TCS 엔진제어의 목표토크를 제어하는 방법에 있어서, 차량 가속도와 기어 단수를 검출하여 TCS 엔진제어의 목표토크를 설정하는 단계; 차량속도와 조향각을 검출하여 운전자가 원하는 요 레이트를 추정하는 단계; 요 레이트를 검출하여 차량의 요 레이트를 측정하는 단계; 측정된 요 레이트 및 추정된 요 레이트의 차에 따라 요 레이트 오차를 산출하는 단계; 및 산출된 요 레이트 오차에 기초하여 설정된 TCS 엔진제어의 목표토크를 보정하는 단계를 포함하는 것이다.

Description

차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법{Method to control engine of Electronic Stability Program}

도 1은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 구성 블록도,

도 2는 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법의 동작 흐름도,

도 3은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어에서 차량 가속도와 기어 단수에 따라 목표토크를 설정하는 방법을 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어에서 차량 요 거동을 이용하여 목표토크를 보정하는 방법을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 조향각센서 20 : 휠 속도센서

30 : 요 레이트센서 40 : 가속도센서

50 : 기어단수 판독부 60: ESP 제어기

61 : 요 레이트 추정부 62 : 요 레이트 오차산출부

63 : 목표토크 설정부 66 : 오버스티어/언더스티어 제어부

70 : 브레이크 제어부 80 : 엔진 제어부

본 발명은 차량 안정성 제어시스템에서 TCS 엔진토크 제어를 통해 차량의 요 거동(Yaw Motion)을 안정화시키는 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 전자제어시스템은 차량의 슬립현상을 효율적으로 방지하여 강력하고 안정된 제동력을 얻기 위한 것으로, 제동 시 휠의 미끄러짐을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(Anti-Lock Brake System;이하, ABS라 한다)과, 차량의 급발진 또는 급가속시 구동 휠의 슬립을 방지하는 트랙션 제어시스템(Traction Control System;이하, TCS라 한다)과, ABS와 TCS를 조합하여 브레이크 액압을 제어함으로써 차량의 주행 안정성을 향상시켜주는 차량 안정성 제어시스템(Electronic Stability Program;이하, ESP 시스템이라 한다) 등이 개시되어 있다.

이중에서, ESP 시스템은 기본적으로 차량의 요 거동을 제어하기 위한 것으로, 차량의 선회주행 시 타이어의 접촉한계에 이르는 위험한 운전상황에서 제동장치와 엔진을 제어하여 운전자가 원하는 궤적으로 선회가 가능하도록 유도해주는 장치이다.

보통, 차량이 선회 주행하는 경우 차량이 안정된 선회궤적을 기준으로 안쪽으로 말려드는 스핀 아웃(Spin out)인 오버스티어(Over steer)나, 이와 반대로 바깥쪽으로 밀려나가는 드리프트 아웃(Drift out)인 언더스티어가 발생하여 차량의 안정성을 해치게 된다.

이를 방지하기 위해 ESP 시스템은 차량의 회전반경이 급격히 작아지면서 운전자가 원하는 궤적에 비해 차량이 안쪽으로 말려들어 스핀되는 오버스티어 시 전륜 외측 휠에 제동력을 가하여 차량의 바깥쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 생성시킴으로서 차량이 주행궤적에서 안쪽으로 치우치는 것을 방지하며, 이와 반대로 차량의 회전반경이 커지면서 차량이 운전자가 원하는 궤적의 바깥쪽으로 밀려나가는 언더스티어 시 후륜 내측 휠에 제동력을 가하여 차량의 안쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 생성시킴으로써 차량이 원하는 궤적에서 바깥쪽으로 밀려나가는 것을 방지하여 차량의 궤적을 안정한 상태로 유지시켜 준다.

이와 같이, ESP 시스템은 선회하는 차량의 안정성을 확보하기 위하여 전륜과 후륜에 적절한 제동압력을 가함과 동시에 TCS 엔진토크의 제어를 통하여 선회 안정성을 확보하도록 하고 있다.

이러한 ESP 시스템에서 TCS 엔진제어의 목표토크를 계산함에 있어 기어 비와 차량 가속도에 따라 선형적으로 증가하는 목표토크를 사용하고 있다. 그 결과 노면변화에 따라 적절한 최적 토크를 계산하는 과정에서 빙판길 노면에서 설정해 놓은 목표토크의 값이 눈길이나 젖은 아스팔트 노면에서는 적절하지 않은 경우가 많다.

이에, 기어 비와 차량 가속도에 따라 설정한 목표토크를 노면 정보를 이용하여 보상한 값을 사용하는 방법이 제안되었으나, 이 방법 역시 차량의 요 거동은 고려하지 않아 운전자가 원하는 차량 거동제어가 원활하게 이루어지지 못하는 문제가 발생하였다.

또한, ESP 시스템에서 요 제어에 의해 엔진토크가 제어중인 경우에는 노면의 마찰력을 적절히 반영하지 못하여 요 거동이나 RPM 거동이 자주 변동하는 문제가 발생하였다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 ESP 시스템에서 TCS 엔진제어를 위해 목표토크를 계산함에 있어 차량의 기어 비와 가속도, 차량의 요 거동 정보에 따라 엔진토크를 보상하여 차량의 요 거동(Yaw Motion)을 안정화시키는 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량 안정성 제어시스템에서 TCS 엔진제어의 목표토크를 제어하는 방법에 있어서, 차량 가속도와 기어 단수를 검출하여 TCS 엔진제어의 목표토크를 설정하는 단계; 차량속도와 조향각을 검출하여 운전자가 원하는 요 레이트를 추정하는 단계; 요 레이트를 검출하여 차량의 요 레이트를 측정하는 단계; 측정된 요 레이트 및 추정된 요 레이트의 차에 따라 요 레이트 오차를 산출하는 단계; 및 산출된 요 레이트 오차에 기초하여 설정된 TCS 엔진제어의 목표토크를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 TCS 엔진제어의 목표토크를 보정하는 단계는, 산출된 요 레이트 오차의 결과값에 따라 차량의 상황이 오버스티어인지 언더스티어인지를 판단하고, 산출된 요 레이트 오차의 변화량에 따라 TCS 엔진제어의 목표토크를 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 TCS 엔진제어의 목표토크를 보정하는 단계는, 차량의 상황이 언더스티어이면 산출된 요 레이트 오차의 변화량에 따라 조절하는 TCS 엔진제어의 목표토크를 오버스티어보다 낮게 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 TCS 엔진제어의 목표토크를 보정하는 단계는, 산출된 요 레이트 오차의 절대값을 미리 정해진 기준값과 비교하여 상기 요 레이트 오차의 절대값이 기준값보다 크면 TCS 엔진제어의 목표토크를 낮추는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 구성 블록도로서, 본 발명의 ESP는 조향각센서(10), 휠 속도센서(20), 요 레이트센서(30), 가속도센서(40), 기어단수 판독부(50), ESP 제어기(60), 브레이크 제어부(70) 및 엔진 제어부(80)를 포함하여 구성된다.

상기 조향각센서(10)는 조향 시 조향핸들의 조향각 크기를 검출하고, 휠 속도센서(20)는 다수(예를 들어, 4개)의 휠에 각각 설치되어 차량속도를 검출한다.

상기 요 레이트센서(30)는 차량의 요 레이트(MY; 선회속도)를 검출하고, 가속도센서(40)는 차량의 가속도(Ax)를 검출하며, 기어단수 판독부(50)는 차량의 기어 단수(1단, 2단, 3단, 4단의 기어 비)를 판독한다.

상기 ESP 제어기(40)는 조향각센서(10), 휠 속도센서(20), 요 레이트센서(30), 가속도센서(40) 및 기어단수 판독부(50)로부터 검출된 신호를 입력받아 차량의 상황이 오버스티어인지 언더스티어인지를 판단하고, 각 휠의 제동압력과 엔진토크를 제어하기 위한 브레이크 제어부(70)와 엔진 제어부(80)를 제어하는 것으로, 요 레이트 추정부(61), 요 레이트 오차산출부(62), 목표토크 설정부(63), 스핀량 계산부(64), 노면 판단부(65) 및 오버스티어/언더스티어 제어부(66)를 포함한다.

상기 요 레이트 추정부(61)는 상기 조향각센서(10)와 휠 속도센서(20)로부터 검출된 조향각과 차량속도를 이용하여 차량모델로부터 운전자가 원하는 요 레이트(CY)를 추정하고, 상기 요 레이트 오차산출부(62)는 요 레이트 센서(30)에서 검출된 요 레이트(MY)와 요 레이트 추정부(61)에서 추정된 요 레이트(CY)를 비교하여 요 레이트의 차이값 즉, 요 레이트 오차(DY)를 산출한다.

상기 목표토크 설정부(63)는 가속도센서(40)로부터 검출된 차량 가속도와 기어단수 판독부(50)로부터 읽어 들인 기어 단수에 따라 차량의 목표토크를 설정하고, 스핀량 계산부(64)는 다수의 휠 속도센서(20)로부터 검출된 값으로 각 구동 휠의 속도를 측정하여 각각의 구동 휠에서 발생한 스핀량을 계산한다.

상기 노면 판단부(65)는 조향각센서(10), 휠 속도센서(20), 요 레이트센서(30) 및 가속도센서(40)로부터 검출된 값을 미리 정해진 Threshold값(ESP 제어시작의 값)과 비교하여 차량의 노면마찰계수 즉, 노면상태를 판단한다.

상기 오버스티어/언더스티어 제어부(66)는 요 레이트 오차산출부(62)에서 산출된 요 레이트의 차이값을 이용하여 차량의 상태가 오버스티어 또는 언더스티어인지를 판단하고, 판단된 오버스티어 또는 언더스티어에 따라 브레이크 제어부(70), 엔진토크 제어부(80) 단독 또는 ABS 제어블록(71) 및 TCS 제어블록(81)과 협조 제어하여 차량의 안정성을 확보하기 위한 TCS 엔진제어의 목표토크를 보정하여 결정한다.

상기 브레이크 제어부(70)는 ESP 제어기(60)로부터 출력되는 제동신호에 따라 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 ABS 제어블록(71)과 협조 제어하여 제동압력을 발생하고, 엔진 제어부(80)는 ESP 제어기(60)로부터 출력되는 엔진제어신호에 따라 엔진토크를 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 TCS 제어블록(81)과 협조 제어하여 엔진의 구동력을 제어한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

본 발명은 ESP 시스템에서 TCS 엔진제어의 목표토크를 계산함에 있어 차량의 기어 비와 가속도, 차량의 요 거동정보를 이용하여 구동 휠의 스핀을 안정화시키도록 제어하는 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법의 동작 흐름도이다.

도 2에서, 주행 중인 차량의 가속도(Ax)를 가속도센서(40)에서 읽어 들이고, 차량의 기어 단수(1단, 2단, 3단, 4단의 기어 비)를 기어단수 판독부(50)에서 읽어 들인다(S100).

읽어 들인 차량 가속도(Ax)와 기어 단수를 ESP 제어기(60)의 목표토크 설정부(63)에서 입력받아 제어해야 되는 차량의 목표토크를 설정한다(S110).

이는, 각각의 기어 단수에 따라 제어해야 되는 엔진토크의 양이 다르기 때문이다.

예를 들어, 1단 기어의 경우 더 작은 토크 레벨에서 차량의 휠에 스핀이 발생하며, 차량의 트랙션 확보를 위해 더 많은 양의 토크 다운이 요구된다.

기어의 단수가 올라갈수록 1단 기어의 경우에 비해 보다 적은 양의 토크 다운이 요구되나, 요구되는 토크 다운의 양은 비선형적으로 증가한다.

빙판길(Ice) 노면의 경우, 더 작은 토크 레벨에서 차량의 휠에 스핀이 발생하며, 차량의 트랙션 확보를 위해 더 많은 양의 토크 다운이 요구되는데, 노면의 마찰계수가 올라갈수록 빙판길 노면의 경우에 비해 보다 적은 양의 토크 다운이 요구된다. 그러나 이 양은 비선형적으로 증가한다. 이러한 내용을 도 3에 도시하였다.

도 3에서, 목표토크 값에 현재 토크 제어량과 차량의 휠 거동에 대한 정보를 이용하여 보상을 수행한다. 차량의 휠 거동이 안정적인 경우라면 목표토크는 이전 엔진 제어량을 유지하고, 차량의 거동이 선회중인 경우라면 목표토크를 보다 더 낮게 낮춰준다.

다음에는, ESP 시스템에서 TCS 엔진제어의 목표토크를 계산함에 있어 상기와 같은 보상을 통해 목표토크가 계산되면, 차량에 장착된 센서 정보를 이용하여 차량의 요 거동을 제어에 이용하게 된다.

이를 위해, ESP 제어기(60)의 요 레이트 추정부(61)는 조향각센서(10)와 각 휠 속도센서(20)로부터 차량속도(Vx)와 조향각을 읽어 들이고(S120), 읽어 들인 차량속도(Vx)와 조향각 데이터를 이용하여 차량모델로부터 운전자가 원하는 요 레이트(CY)를 추정한다(S130). 상기 요 레이트 추정부(61)에서 차량속도(Vx)와 조향각 데이터를 이용하여 요 레이트(CY)를 추정하는 방법은 일반적인 공지 기술로 상세한 설명을 생략한다.

그리고, ESP 제어기(60)의 요 레이트 오차산출부(62)는 차량의 실제 주행 시 요 레이트센서(30)로부터 요 레이트(MY)를 읽어 들이고(S140), 요 레이트 센서(30)로부터 측정된 요 레이트(DY)와 요 레이트 추정부(61)에서 추정된 요 레이트(CY)를 비교하여 상기 두 요 레이트의 차이값 즉, 요 레이트 오차(DY=MY-CY)를 산출한다(S150).

이때, 상기 요 레이트 오차산출부(62)에서 산출된 요 레이트 오차(DY)는 오버스티어 상황에서 양수(Positive) 값을 가지며, 언더스티어 상황에서 음수(Negative) 값을 가진다.

따라서, ESP 제어기(60)는 차량이 오버스티어 상황인지를 판단하여(S160), 오버스티어 상황이면 요 레이트 오차(DY)의 절대값을 미리 정해진 기준값(DY2; Threshold)과 비교하여(S170) 요 레이트 오차(DY)의 절대값이 기준값(DY2)보다 큰 경우에는 TCS 엔진제어의 목표토크를 낮게 설정하여 차량의 요 거동을 안정화시키도록 제어한다(S180).

한편, ESP 제어기(60)는 상기 S160에서 차량이 언더스티어 상황이면 요 레이트 오차(DY)의 절대값을 미리 정해진 기준값(DY1; Threshold)과 비교하여(S190) 요 레이트 오차(DY)의 절대값이 기준값(DY1)보다 큰 경우에는 TCS 엔진제어의 목표토크를 오버스티어 상황보다 낮게 설정하여 차량의 요 거동을 안정화시키도록 제어한다(S200).

그리고, ESP 제어기(60)는 오버스티어나 언더스티어 상황에서 요 레이트 오차(DY)의 절대값이 기준값(DY2 또는 DY1)보다 작은 경우에는 TCS 엔진제어의 목표토크를 보상없이 그대로 유지한다(S210)

그러나, 요 레이트 오차(DY)의 절대값이 기준값(DY2 또는 DY1)보다 큰 경우에는 목표토크를 낮게 설정하여 차량의 요 거동을 안정화시키는데 주력한다.

이와 같이, 오버스티어 상황인 경우, 목표토크를 보상하는 시점이 언더스티어 상황보다 느리고, 목표토크를 보상하는 량도 언더스티어 상황보다 적다. 이러한 내용을 도 4에 도시하였다.

ESP 제어기(60)는 차량의 요 거동이 불안정 영역에 놓여 있거나 불안정 영역으로 빠르게 진행되고 있는 경우, 트랙션 제어를 통해 노면과 휠 사이에 스핀이 억제되어 토크 업(Rise)을 수행해야 하는 경우에도 차량의 요 거동을 안정화하기 위하여 토크 다운을 수행하게 된다.

또한, ESP 제어기(60)는 차량의 요 거동이 안정 영역에 놓여 있거나 안정 영역으로 빠르게 진행되고 있는 경우에, 토크 업(Rise)을 수행해야 하는 경우에도 트랙션 제어량이 부족하여 노면과 휠 사이에 스핀이 증가되는 경우에는 RPM 거동을 안정화하기 위하여 토크 다운을 수행하게 된다.

이러한 내용을 수식으로 정리하면 아래와 같다.

토크 보상 = PGY*DY +DGY*DDY +PGS*DV +DGS*DDV

여기서, PGY는 요 레이트 오차의 크기 차이에 따라 토크 보상을 수행하는 경우에 사용되는 게인 값, DY는 요 레이트 오차의 크기, DGY는 요 레이트 오차의 크 기에 따라 토크 보상을 수행하는 경우에 사용되는 게인 값, DDY는 요 레이트 오차의 변동량, PGS는 휠 스핀의 크기에 따라 토크 보상을 수행하는 경우에 사용되는 게인 값, DV는 휠 스핀 거동을 대표하는 변수 값, DGS는 휠 스핀 증가량의 크기에 따라 토크 보상을 수행하는 경우에 사용되는 게인 값, DDV는 휠 스핀 증가량이다.

이와 같이, ESP 시스템에서 차량의 주행정보를 이용하여 각 휠의 압력을 제어함과 동시에 엔진토크를 제어함으로서 ESP 제어와 같은 위험한 상황에서도 차량의 안정성을 최대한으로 확보할 수 있게 된다.

상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법에 의하면, ESP 시스템에서 TCS 엔진제어를 위해 목표토크를 계산함에 있어 차량의 기어 비와 가속도, 차량의 요 거동 정보에 따라 엔진토크를 보상하여 차량의 요 거동(Yaw Motion)을 안정화시킬 수 있다는 효과가 있다.

상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 차량 안정성 제어시스템에서 TCS 엔진제어의 목표토크를 제어하는 방법에 있어서,

   차량 가속도와 기어 단수를 검출하여 TCS 엔진제어의 목표토크를 설정하는 단계;

   차량 속도와 조향각을 검출하여 운전자가 원하는 요 레이트를 추정하는 단계;

   요 레이트를 검출하여 차량의 요 레이트를 측정하는 단계;

   측정된 요 레이트 및 추정된 요 레이트의 차에 따라 요 레이트 오차를 산출하는 단계; 및

   산출된 요 레이트 오차의 결과값에 따라 차량의 상황이 오버스티어인지 언더스티어인지를 판단하고, 차량의 상황이 언더스티어이면 산출된 요 레이트 오차의 변화량에 따라 조절하는 TCS 엔진제어의 목표토크를 오버스티어보다 낮게 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법.
4. 차량 안정성 제어시스템에서 TCS 엔진제어의 목표토크를 제어하는 방법에 있어서,

   차량 가속도와 기어 단수를 검출하여 TCS 엔진제어의 목표토크를 설정하는 단계;

   차량 속도와 조향각을 검출하여 운전자가 원하는 요 레이트를 추정하는 단계;

   요 레이트를 검출하여 차량의 요 레이트를 측정하는 단계;

   측정된 요 레이트 및 추정된 요 레이트의 차에 따라 요 레이트 오차를 산출하는 단계; 및

   산출된 요 레이트 오차의 결과값에 따라 차량의 상황이 오버스티어인지 언더스티어인지를 판단하고, 차량의 상황이 오버스티어이면 산출된 요 레이트 오차의 변화량에 따라 조절하는 TCS 엔진제어의 목표토크를 낮게 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어시스템의 엔진제어방법.

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