KR101172384B1 - 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 동적거동 상황이나 횡경사 노면과 같은 상황에서도 정확한 노면마찰계수를 측정할 수 있도록 한 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 차량의 동적거동 시 또는 횡경사 노면에서의 주행 시에도 정확한 노면 마찰계수를 측정할 수 있도록 함과 아울러 실시간으로 노면마찰계수를 측정할 수 있도록 함으로써, 차량 주행 안정성을 대폭 향상시킬 수 있는 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 차량 선회 시 조향 토크센서(2)에서 출력된 토크값(Ts)을 조향각 센서(1)에서 출력된 조향각(θ)으로 나눈 값을 일정한 상수 A 값과 비교하여 상수 A보다 작으면 저마찰노면으로 판단하고, 크면 고마찰노면으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법, 노면마찰계수

Description

토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법{method to estimate road surface coefficient using torque sensor}

도1은 본 발명에 따른 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법을 나타낸 블록도,

도2는 본 발명에 따른 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법에서 조향각과 조향토크의 관계를 도시한 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 조향각센서 2: 조향토크센서

3: ECU

본 발명은 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 동적거동 상황이나 횡경사 노면과 같은 상황에서도 정확한 노면마찰계수를 측정할 수 있도록 한 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 주행중에 안정성을 향상시키기 위한 장치로서는 제동 시 슬립 방지를 위한 ABS(ANTI-LOCK BRAKE SYSTEM)과, 급발진 시 슬립을 방지하기 위한 TCS(TRACTION CONTROL SYSTEM)와, 전자식 조향 장치인 EPS(ELECTRONIC POWER STEERING SYSTEM)등을 많이 사용하게 된다.

또한, 차량의 주행중 차량 자세를 안정적으로 유지하여 주행 안정성을 향상시키는 안정성 시스템 ESP(ELECTRONIC STABILITY PROGRAM)을 사용하게 된다.

상기한 ESP 시스템은 휠 속도 센서, 브레이크 압력 센서, 조향각 센서, 요레이트 센서, 횡가속도 센서등과 같은 다수의 센서를 통해 차량 상태를 판단하고, 이에 따라 차량 상태가 언더스티어인지 또는 오버스티어인지를 파악하여 각각 내외측휠에 브레이킹 동작을 수행하여 차량 자세가 안정적이 되도록 하는 것이다.

여기서, 상기한 차량 상태를 안정적으로 유지하기 위해서는 현재 차량이 주행중인 노면의 상태가 매우 중요한 바, 상기한 노면의 상태가 고마찰노면인지 저마찰노면인지에 따라 차량 제어가 달라져야 한다.

즉, 노면이 저마찰노면일 경우에는 노면이 정상 상태일 때에 비해 미끄럽기 때문에 이에 적합하도록 제어를 해야 하는 바, 상기한 노면마찰계수는 선회 주행시 횡가속도 센서에서의 출력값을 이용하여 노면마찰계수를 추정하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같이 횡가속도 센서에서의 출력값을 통해 노면마찰계수를 추정하게 되면, 차량의 동적거동시 또는 횡경사 노면에서의 주행등과 같은 상황에서 정확한 노면마찰계수의 추정이 어렵게 되고 이로 인해 차량 안정성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량의 동적거동 시 또는 횡경사 노면에서의 주행 시에도 정확한 노면 마찰계수를 측정할 수 있도록 함과 아울러 실시간으로 노면마찰계수를 측정할 수 있도록 함으로써, 차량 주행 안정성을 대폭 향상시킬 수 있는 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 차량 선회 시 조향 토크센서에서 출력된 토크값(Ts)을 조향각 센서에서 출력된 조향각(θ)으로 나눈 값을 일정한 상수 A 값과 비교하여 상수 A보다 작으면 저마찰노면으로 판단하고, 크면 고마찰노면으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

도1과 도2는 본 발명에 따른 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법을 도시한 블록도이고, 노면마찰계수 추정방법에 따른 조향각과 조향토크의 관계를 도시한 개략도로서, 차량의 선회 동작 시 운전자가 스티어링 휠을 조향하게 되면, EPS 시스템에서 차량의 조향 정보를 위해 사용하는 조향토크센서(2)와 조향각센서(1)가 조향에 따른 조향각도(θ)와 조향토크(Ts)를 측정하게 된다.

조향 토크와 조향각을 측정하게 되면 상기한 각 값을 ECU(3)에 전송하게 되고, ECU(3)에서는 상기한 조향토크(θ)와 조향각(Ts)을 비교하여 현재 차량이 주행중인 노면이 고마찰노면인지 아니면 저마찰노면인지를 판단하게 된다.

즉, 미리 ECU(3)에 저장되어 있는 상수 A 값과 조향토크(Ts)/조향각(θ)의 값을 비교하여 상수 A보다 작으면 저마찰노면으로 판단하고, 크면 고마찰노면으로 판단하게 되는 것이다.

이를 식으로 표현하면 하기한 수학식1과 같다.

[수학식1]

상기한 노면마찰계수에 따른 조향각과 조향토크의 관계는, 저마찰 노면일 경우에는 접지 마찰력이 작기 때문에 동일한 조향입력을 가할 때 조향토크가 작아도 동일한 조향각을 형성하고, 고마찰노면일 경우에는 접지 마찰력이 크기 때문에 동일한 조향입력을 가할 때 조향토크가 커야 한다.

따라서, 상기한 조향각 대비 조향토크의 크기만으로도 현재 노면의 마찰계수를 추정할 수 있게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 조향토크(Ts)와 조향각(θ)과의 관계로 노면마찰계수를 추정하게 되면, 차량이 동적 거동 상태이거나 횡경사 노면을 주행중일 때에도 정확하게 노면마찰계수를 측정하여 현재 고마찰노면인지 저마찰노면인지를 판단할 수 있고, 이에 따라 차량 자세를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

특히, 상기한 노면마찰계수를 실시간으로 알고자 할 경우에는 상기한 조향토크/조향각의 값에 일정한 비례상수 K값을 곱해서 이를 아날로그값으로 변환시켜 실시간으로 노면마찰계수를 알 수 있게 된다.

즉, 상기한 조향토크(Ts)/조향각(θ)의 값을 아날로그화하여 여기에 적절한 보상값인 비례상수 K 값을 가해주게 되면, 실시간으로 노면마찰계수를 알 수 있게 됨으로써, 보다 효과적으로 차량 자세 제어를 할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 조향토크/조향각의 출력값이 일정값이상이면 고마찰노면으로 판단하고 그 이하이면 저마찰노면으로 판단하여 노면마찰계수를 판단함으로써, 차량의 외적 상황에 관계없이 정확한 노면마찰계수의 측정이 가능하게 되어 차량의 안정적인 제어를 할 수 있게 되는 잇점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 차량 선회 시 조향 토크센서에서 출력된 토크값(Ts)을 조향각 센서에서 출력된 조향각(θ)으로 나눈 값을 일정한 상수 A 값과 비교하여 상수 A보다 작으면 저마찰노면으로 판단하고, 크면 고마찰노면으로 판단하고,

   상기 토크값(Ts)을 조향각(θ)으로 나눈 값에 비례상수 K 값을 곱해서 아날로그값으로 변환시켜 실시간으로 노면마찰계수를 판단하는 것을 특징으로 하는 토크센서를 이용한 노면마찰계수 추정방법.
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