KR101102769B1 - Rollover Sensing Apparatus of Automobile and its Sensing Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량의 롤오버 감지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 ESP센서를 이용하여 롤각과 롤레이트를 추정하여 차량의 전복여부(rollover)를 판단하는 차량의 롤오버 감지장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차량의 롤오버 감지장치는 차량의 횡가속도를 측정하는 횡가속도 센서와; 상기 측정된 횡가속도값을 이용하여 롤각과 롤레이트를 추정하는 추정부와; 상기 추정된 롤각과 롤레이트와 기준치를 비교하여 차량의 전복상황을 판단하는 롤오버 판단부를 포함한다.The present invention relates to an apparatus for detecting a rollover of a vehicle, and more particularly, to an apparatus for detecting a rollover of a vehicle by estimating a roll angle and a roll rate using an ESP sensor of the vehicle. Rollover detection apparatus for a vehicle according to the present invention includes a lateral acceleration sensor for measuring the lateral acceleration of the vehicle; An estimator for estimating a roll angle and a roll rate using the measured lateral acceleration values; And a rollover determination unit that determines the rollover situation of the vehicle by comparing the estimated roll angle with a roll rate and a reference value.
Description
도 1은 본 발명에 따른 차량의 롤오버 감지장치의 제어블록도.1 is a control block diagram of a rollover detection apparatus for a vehicle according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 차량의 롤오버를 감지하기 위한 롤오버 운동모델을 나타내는 그림.2 is a view showing a rollover motion model for detecting a rollover of a vehicle according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 차량의 특성에 따른 차량의 전복상황판단을 위한 기준을 나타내는 도표.3 is a table showing a criterion for overturn situation determination of a vehicle according to the characteristics of the vehicle according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 차량의 전복상황 감지방법을 나타내는 제어흐름도.Figure 4 is a control flow diagram showing a rollover detection method of the vehicle according to the present invention.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*[Description of the Reference Numerals]
10 : 횡가속도 센서 12 : ECU(Electronic Control Unit)10: lateral acceleration sensor 12: ECU (Electronic Control Unit)
14 : 브레이크 엑츄에이터 16 : 엔진출력 엑츄에이터14 Brake Actuator 16 Engine Output Actuator
본 발명은 차량의 롤오버 감지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 ESP센서를 이용하여 롤각과 롤레이트를 추정하여 차량의 전복여부(rollover)를 판단하는 차량의 롤오버 감지장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for detecting a rollover of a vehicle, and more particularly, to an apparatus for detecting a rollover of a vehicle by estimating a roll angle and a roll rate using an ESP sensor of the vehicle.
일반적으로, 차량의 안전성을 향상시키기 위해 미끄러운 노면에서의 슬립에 의한 브레이크의 잠김을 방지하고 제동 중 운전자에 의한 조향이 가능하도록 하는 ABS(Anti-lock Brake System)가 마련된다. 또한, 미끄러운 노면에서 차량이 출발하거나 급발진시 차량의 스립을 방지하기 위한 TCS(Traction Control System)가 설치되는 것이 일반적이다. 더 나아가 최근에는 차량의 자세를 안정적으로 제어하기 위한 ESP(Electronic Stability Program : 차량 안정성 시스템)가 차량에 설치되는 것이 보통이다. In general, an anti-lock brake system (ABS) is provided to prevent the lock of the brake due to slip on the slippery road surface and to allow steering by the driver during braking to improve the safety of the vehicle. In addition, it is common to install a TCS (Traction Control System) for preventing the vehicle from slipping when the vehicle starts or suddenly starts on a slippery road. Furthermore, in recent years, an ESP (Electronic Stability Program) is generally installed in a vehicle for stably controlling the attitude of the vehicle.
이러한 차량의 안전성을 향상시키는 장치의 작동을 위해서는 많은 센서들이 차량에 마련된다. 각 차륜의 속도를 감지하는 휠스피드 센서, 조향각을 체크하는 조향각 센서, 차량이 횡 방향의 가속도를 감지하는 횡가속도 센서 등 다양한 센서가 마련된다. Many sensors are provided in a vehicle for operation of a device that improves the safety of such a vehicle. Various sensors are provided, including a wheel speed sensor that detects the speed of each wheel, a steering angle sensor that checks the steering angle, and a lateral acceleration sensor that detects acceleration in the lateral direction.
최근 SUV차량의 증가로 차량의 전복(rollover)사고에 대한 관심이 높아지고 있는 것이 현실이다. 이는 SUV차량이 차폭에 비해 차고가 높아 차량의 무게중심이 노면으로부터 다른 차량에 비해 높기 때문이다. 차량의 전복에 의한 사고는 전체 사고에서 차지하는 비중은 낮지만 사망자의 비율은 매우 높아 치명적인 인명사고를 일으키는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유 때문에 각국의 전복사고를 방지할 수 있는 방법에 대해 많은 관심을 갖고 있고 그에 대한 안전기준도 높아지는 것이 현실이다.Recently, due to the increase in SUVs, the interest in rollover accidents is increasing. This is because SUVs have higher garages than car widths, so the center of gravity of the vehicle is higher than other vehicles. Accidents caused by vehicle overturning are known to cause fatal casualties, although the proportion of total accidents is low. For this reason, there is a lot of interest in how to prevent overturning accidents in each country, and the safety standards for them are raised.
차량의 전복(rollover)가능성을 미리 감지하여 차량의 ESP 등과 연계하여 차량의 엔진출력 또는 각 차륜의 제동력을 제어하여 차량의 rollover를 방지하는 것 이 매우 중요하게 되었다. It is very important to detect the possibility of rollover of the vehicle in advance and to prevent the rollover of the vehicle by controlling the engine output of the vehicle or the braking force of each wheel in connection with the vehicle's ESP.
종래에는 이러한 rollover의 감지를 위해 roll-rate 센서를 별도로 장착하여 차량의 거동을 판단함으로서 차량의 전복상황을 예측하고 ESP시스템을 통해 제어하는 방법을 사용하고 있었다. 그러나 이러한 종래의 제어방법은 센서의 설치를 위해 추가적인 비용의 투입이 필요하고 제조공정상의 번거로움과 차량의 내부구성이 복잡해지는 문제점이 있다.Conventionally, in order to detect such a rollover, a roll-rate sensor is separately installed to determine the behavior of the vehicle, thereby predicting the vehicle overturning situation and controlling the ESP system. However, such a conventional control method requires an additional cost for installing the sensor, hassles in the manufacturing process, and complicates the internal configuration of the vehicle.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량에 이미 장착된 ESP센서를 이용하여 차량의 전복상황의 판단을 위한 롤각(roll angle)과 롤레이트(roll rate)를 추정하여 차량의 rollover여부를 판단하는 차량의 롤오버감치장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to estimate the roll angle (roll angle) and roll rate (roll rate) for the determination of the vehicle rollover situation using the ESP sensor already installed in the vehicle An object of the present invention is to provide a rollover sensing apparatus for a vehicle for determining whether a vehicle is rolled over.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 롤오버 감지장치는 차량의 횡가속도를 측정하는 횡가속도 센서와; 상기 측정된 횡가속도값을 이용하여 롤각과 롤레이트를 추정하는 추정부와; 상기 추정된 롤각과 롤레이트와 기준치를 비교하여 차량의 전복상황을 판단하는 롤오버 판단부를 포함한다.Rollover detection apparatus for a vehicle according to the present invention for achieving the above object is a lateral acceleration sensor for measuring the lateral acceleration of the vehicle; An estimator for estimating a roll angle and a roll rate using the measured lateral acceleration values; And a rollover determination unit that determines the rollover situation of the vehicle by comparing the estimated roll angle with a roll rate and a reference value.
또한, 상기 롤오버 판단부는 상기 차량의 전복상황을 차량이 전복되기 전까지를 복수의 전복상황단계로 나누고 각 단계에 대응하는 복수의 기준치를 마련하여 상기 차량의 전복상황을 상기 각 단계의 기준치를 이용하여 차량의 전복상황을 판 단하는 것을 특징으로 한다. In addition, the rollover determination unit divides the rollover situation of the vehicle into a plurality of rollover situation stages until the vehicle is overturned, and prepares a plurality of reference values corresponding to each stage to use the rollover situation of the vehicle using the reference value of each stage. It is characterized by determining the rollover situation of the vehicle.
또한, 상기 차량의 각 차륜의 제동력과 차량의 엔진출력을 조절하여 차량의 자세를 제어하는 제어부에 전달하여 상기 각 단계에 대응하여 차량의 자세를 제어하도록 상기 롤오버 판단부의 판단결과를 상기 제어부에 전달하는 전달수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the braking force of each wheel of the vehicle and the engine output of the vehicle is adjusted to the control unit for controlling the attitude of the vehicle and transmits the determination result of the rollover determination unit to the control unit to control the vehicle attitude in response to each step. Characterized in that it further comprises a transmission means.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 롤오버 감지방법은 차량의 횡가속도를 측정하는 단계; 상기 측정된 차량의 횡가속도를 이용하여 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하는 단계; 상기 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 차량의 전복상황을 판단하는 단계를 포함한다.Rollover detection method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of measuring the lateral acceleration of the vehicle; Estimating a roll angle and a roll rate of the vehicle using the measured lateral acceleration of the vehicle; And determining a rollover situation of the vehicle using the estimated roll angle and roll rate.
또한, 상기 차량의 전복상황을 판단하는 단계에서 상기 차량의 전복상황을 차량이 전복되기 전까지를 복수의 전복상황단계로 나누고 각 단계에 대응하는 복수의 기준치를 마련하여 상기 차량의 전복상황을 상기 각 단계의 기준치를 이용하여 차량의 전복상황을 판단하는 것을 특징으로 한다.In the determining of the rollover situation of the vehicle, the rollover situation of the vehicle is divided into a plurality of rollover situation stages before the vehicle is overturned, and a plurality of reference values corresponding to the respective stages are provided to determine the rollover situation of the vehicle. It is characterized by determining the rollover situation of the vehicle using the reference value of the step.
또한, 상기 차량의 각 차륜의 제동력과 차량의 엔진출력을 조절하여 차량의 자세를 제어하는 제어부에 전달하여 상기 각 단계에 대응하여 차량의 자세를 제어하도록 상기 롤오버 판단부의 판단결과를 상기 제어부에 전달하는 전달단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the braking force of each wheel of the vehicle and the engine output of the vehicle is adjusted to the control unit for controlling the attitude of the vehicle and transmits the determination result of the rollover determination unit to the control unit to control the vehicle attitude in response to each step. It characterized in that it further comprises a delivery step.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 롤오버 감지장치의 제어블록도이다. ESP가 장 착된 차량에는 조향각센서, 휠 스피드센서, 요레이트 센서 등 많은 센서들이 마련된다. 본 발명에 따른 롤오버의 진단을 위해서는 횡가속도센서는 차량의 횡가속도를 측정하여 제어부(ECU : Electronic Control Unit)로 입력한다. 이렇게 입력된 횡가속도값은 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하는데 이용된다. 차량의 롤각과 롤레이트가 추정되면 이를 이용하여 차량의 전복상황을 추정하게 된다. 차량의 전복상황으로 판정되기 위해서는 롤각이 양수이고 이 롤각이 증가상태에 있어야 한다. 즉 롤각과 롤레이트가 모두 양수인 상태에 있는 경우 시간에 따라 롤각이 증가하게 되어 차량이 전복에 이를 수 있게 된다. 이렇게 차량의 전복이 예측되면 제어부(ECU)는 각 차륜의 제동력을 조절하거나 엔진의 출력을 조절하여 차량의 자세를 제어한다. 즉 롤각이 증가하면 그 롤각이 감소하는 방향으로 차량의 자세를 제어하여 전복상황을 미연에 방지하게 된다.1 is a control block diagram of a rollover detection apparatus for a vehicle according to the present invention. Vehicles equipped with ESP are equipped with many sensors such as steering angle sensor, wheel speed sensor and yaw rate sensor. In order to diagnose the rollover according to the present invention, the lateral acceleration sensor measures the lateral acceleration of the vehicle and inputs it to an electronic control unit (ECU). The lateral acceleration value thus input is used to estimate the roll angle and roll rate of the vehicle. When the roll angle and the roll rate of the vehicle are estimated, the rollover situation of the vehicle is estimated using this. The roll angle must be positive and this roll angle must be in an increased state in order to be judged as a vehicle rollover situation. That is, when both the roll angle and the roll rate are in a positive state, the roll angle increases with time, so that the vehicle can overturn. When the vehicle is predicted to be overturned, the control unit ECU controls the vehicle attitude by adjusting the braking force of each wheel or adjusting the output of the engine. That is, as the roll angle increases, the vehicle posture is controlled in a direction in which the roll angle decreases, thereby preventing a rollover situation.
도 2는 본 발명에 따른 차량의 롤오버를 감지하기 위한 롤오버 운동모델을 나타내는 그림이다. 차량의 횡가속도()를 측정하여 좌측으로 차량이 쏠리는 경우 만큼의 롤각을 형성하게 된다. 이 롤각은 차량의 저면의 중심(A)를 기준으로 측정되는 값으로 차량의 역학관계에 대해서는 차량의 무게중심(B)을 기준으로 계산된다. 도 2에는 차량의 무게중심에는 차량에 작용하는 중력과 차량의 횡가속도에 의한 힘이 작용하고 있는 것이 표시되어 있다. 이러한 역학관계는 적절한 모델링을 통해 미분방정식으로 표시될 수 있다. 이러한 미분방적식을 이용하여 횡가속도로부터 롤각과 롤레이트를 추정할 수 있게 된다.2 is a diagram illustrating a rollover motion model for detecting a rollover of a vehicle according to the present invention. Lateral acceleration of the vehicle ( ) And the vehicle is pulled to the left As much roll angle is formed. The roll angle is measured based on the center A of the bottom of the vehicle. The roll angle is calculated based on the center of gravity B of the vehicle. FIG. 2 shows that the gravity center of the vehicle is acting on the gravity and the lateral acceleration of the vehicle is acting on the vehicle's center of gravity. These dynamics can be expressed as differential equations through appropriate modeling. Using this differential equation, it is possible to estimate the roll angle and the roll rate from the lateral acceleration.
도 3은 본 발명에 따른 차량의 특성에 따른 차량의 전복상황판단을 위한 기 준을 나타내는 도표이다. SUV차량의 경우 차량의 무게중심이 노면으로부터 높게 형성되어 있고 승용차의 경우 그 무게중심이 SUV차량보다 낮은 위치에 형성된다. 이렇게 SUV차량이 승용차보다 무게중심이 높게 형성되어 있어 전복의 위험성이 큰것은 앞서 언급한 바와 같다. 다만 전복은 차량이 약간 기울어진 상태에서부터 한쪽 부분의 바퀴가 노면에서 떨어지기 직전의 상태를 거쳐 전복직전의 상황까지 여러 단계를 거쳐 일어나게 된다. 따라서 각 단계에 대응하여 적절하게 차량을 제어하는 것이 필요하고 각 단계의 특성에 따라 그 기준치도 달라질 것이다. 즉 전복이 일어나기 직전의 차량의 제어와 차량이 약간 기울어진 정도에서의 차량의 제어는 다를 것이고 그러한 상황을 판단하는 기준치도 다를 것이므로 전복 직전까지를 복수의 단계로 나누고 각 단계에 대응하는 기준치를 마련하여 각 상황에 맞게 차량의 자세를 제어하는 것이 더욱 바람직 할 것이다. 즉 Layer1은 차량의 전복가능성이 가장 큰 경우로서 엔진 및 브레이크 제어를 가장 극대화하여 차량을 안정화할 수 있도록 ESP제어를 하게 된다. Layer2는 전복상황의 진입부로서 엔진제어를 통해 차량의 속도를 저감하고 기본적인 브레이크 제어량을 증대시키는 영역이다. Layer3은 Layer1과 Layer2에서 발생된 제어량을 차량의 안정영역까지 유지하기 위한 완충영역이다. 3 is a diagram showing a criterion for determining the rollover situation of the vehicle according to the characteristics of the vehicle according to the present invention. In the case of SUV vehicles, the center of gravity of the vehicle is formed higher from the road surface, and in the case of passenger cars, the center of gravity of the vehicle is formed at a lower position than the SUV vehicle. As mentioned above, the SUV has a higher center of gravity than a passenger car, so the risk of overturning is high. However, overturning takes place in several stages, from the state in which the vehicle is slightly inclined to the state just before the wheels on one side fall off the road surface. Therefore, it is necessary to control the vehicle appropriately for each step, and the reference value will vary according to the characteristics of each step. In other words, the control of the vehicle just before the overturn occurs and the control of the vehicle at the slight inclination of the vehicle will be different, and the reference value for judging such a situation will be different. It would be more desirable to control the attitude of the vehicle according to each situation. In other words,
이러한 Layer1, 2, 3은 각 전복상황단계의 특성에 따라 적절한 기준치가 마련되며 원점에서 멀어질수록 차량이 전복되기 쉬운 상태이다.These
도 4는 본 발명에 따른 차량의 전복상황 감지방법을 나타내는 제어흐름도이다. 우선 차량에 마련된 횡가속도센서로부터 차량의 횡가속도를 측정하여 제어부(ECU)로 입력한다.(S410단계) 제어부(ECU)는 입력된 횡가속도를 입력으로하 여 차량의 롤운동모델로부터 얻은 미분방정식을 계산하여 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하게 된다.(S420단계) 제어부(ECU)는 추정된 롤각과 롤레이트를 기준치와 비교하여 차량의 전복상황을 판단하게 된다. 차량의 전복상황의 판단은 앞서 언급한 바와 같이 복수의 단계로 나누어 판단하는 것이 바람직할 것이다.(S430단계) 차량의 전복상황이 감지되면 각 전복단계에 따라 각 차륜의 제동력과 엔진출력을 조절하여 차량의 자세를 제어하게 된다. 이 단계의 차량의 자세제어는 S430단계에서 복수의 단계 중에서 판단된 각 단계에 대응하는 자세제어를 수행하는 것이 바람직할 것이다.(S440, S450단계)4 is a control flowchart illustrating a method of detecting a rollover situation of a vehicle according to the present invention. First, the lateral acceleration of the vehicle is measured from the lateral acceleration sensor provided in the vehicle and input to the control unit ECU (step S410). The control unit ECU receives the input lateral acceleration as an input differential differential equation obtained from the roll motion model of the vehicle. In operation S420, the control unit ECU determines the rollover situation of the vehicle by comparing the estimated roll angle and the roll rate with a reference value. As described above, it is preferable to determine the vehicle overturning situation by dividing the vehicle into a plurality of stages (step S430). When the vehicle overturning state is detected, the braking force and the engine output of each wheel are adjusted according to each overturning stage. The vehicle attitude is controlled. In the posture control of the vehicle in this step, it is preferable to perform the posture control corresponding to each step determined from the plurality of steps in step S430. (Steps S440 and S450).
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 별도의 롤오버를 판단하는 센서를 마련함 없이 기존의 센서를 이용하여 차량의 롤오버를 판단하고 그에 따라 적절한 제어를 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 차량의 전복상황을 복수의 단계로 나누고 각 단계에 맞는 적절한 제어를 함으로써 차량의 현 상태에 가장 적당한 제어를 하여 차량의 자세를 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention has an effect of determining the rollover of the vehicle using an existing sensor and appropriately controlling the rollover without providing a sensor for determining a separate rollover. In addition, by dividing the rollover situation of the vehicle into a plurality of stages and by performing appropriate control for each stage, the most appropriate control of the current state of the vehicle can be performed to stably maintain the attitude of the vehicle.
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