KR101200126B1 - 차량 거동 안정화 제어 장치 - Google Patents

Abstract

VSA 및 RTC를 적합하게 조합하여, 한계 거동 및 통상 거동을 포함하는 전체 주행 영역에서 유효한 제어를 가능하게 한다.
RTC의 출력을 소정의 전달 특성에 의해 변환하고, 그 결과를, VSA의 실제 차량 특성 모델에 입력되는 전륜 조향각(δ_f)으로부터 가감산한다. 이것은 VSA의 입력 전륜 조향각(δ_f)을 RTC의 출력인 후륜의 스러스트각 또는 토우각에 기초하여 변화시킬 수 있는 것을 의미한다. 이것에 의해, VSA 및 RTC의 협조 제어가 가능해지고, 또한 기존의 VSA 자체의 구성을 변경하지 않고 양자 모두를 조화롭게 조합할 수 있다.

Description

차량 거동 안정화 제어 장치{VEHICLE BEHAVIOR STABILIZATION CONTROL DEVICE}

본 발명은, 적어도 전륜 조향각을 제어 입력으로서 이용하여 좌우륜 및/또는 전후륜의 제동력 및/또는 구동력의 배분을 제어하는 제1 제어 장치(VSA)와, 적어도 전륜 조향각을 제어 입력으로서 이용하여 차량 후륜의 조향각을 제어하는 제2 제어 장치(RTC)를 병용하는 차량 조종성 안정화 제어 장치에 관한 것이다.

차량의 거동을 안정화하는 제어 장치로서 차량 운동 제어 장치(이하 VSA로 약칭)가 알려져 있다(특허문헌 1). 이것은 좌우 또는 전후의 브레이크를 자동적으로 작동시킴으로써, 제동력의 밸런스에 의해 차량의 거동 혼란을 통상의 거동으로 복귀시키는 작용을 하지만, 이것은 미리 결정한 차량 운동에 대한 편차를 피드백함으로써 성립되고 있다. 특히, 특허문헌 1은 드라이버의 의지로서의 조향각을, 횡가속도로부터 구해지는 횡미끄럼각(side slip angle) 속도의 변화로 규제하는 것을 개시하고 있다.

한편, 후륜 토우각(toe angle) 제어 장치(이하 RTC로 약칭)가 제안되어 있고, 종래부터 4륜 조향 장치(4WS)로서, 예컨대 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 차량의 횡미끄럼각을 영으로 하는 것(또는 미리 설정한 값으로 하는 것)을 목표값으로 하여 차량의 거동을 안정화하는 제어 장치가 알려져 있다. 이 방법에 관해서, 속도에 따라 전륜과 후륜의 조향각비를 바꾸는(저속은 역상, 고속에서는 동상) 등 여러 가지 방법이 개시되어 있지만, 기본적으로는 RTC 또는 4WS는 조향각에 대한 실제 차량 특성 모델의 요 레이트 응답의, 이상(理想) 차량 특성 모델의 요 레이트 응답에 대한 편차를 최소화하도록 하는 피드포워드 제어를 제어의 기본으로 하고 있다.

상기 VSA는 원리적으로 제동력의 밸런스로 요 모멘트를 발생시키기 위해 타이어의 횡미끄럼각이 한계를 초과한 영역 즉 차량의 한계역에서도 효과를 발생시킬 수 있지만, 브레이크를 빈번히 거는 것은 실용상 허용할 수 없기 때문에, 어느 정도 극단적인 사태(한계 거동)에 대응하여 기동된다. 한편, RTC는 후륜의 미소 횡미끄럼각을 이용하여 요 모멘트를 발생시키기 때문에 통상 영역(통상 거동)에서의 제어에 적합하다. 따라서 VSA와 RTC를 조합시키면, 전체 주행 영역에서 효과 있는 차량 거동 안정화 장치가 실현된다. 그러나, VSA 및 RTC는 각각 피드백계 및 피드포워드계의 제어 원리에 기초하는 것이기 때문에, 단순히 VSA 및 RTC를 동시에 기동하면, 서로의 간섭이 악영향을 미쳐 제어 동작이 불안정해지는 것을 생각할 수 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 제3214824호 특허문헌 2: 일본 특허 제3179271호 특허문헌 3: PCT/JP2007/001140

이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여, 본 발명의 주된 목적은 VSA 및 RTC를 적합하게 조합하여, 한계 거동 및 통상 거동을 포함하는 전체 주행 영역에서 유효한 제어가 가능한 차량 거동 안정화 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 VSA 및 RTC를 각각 개별로 설계된 장치로서 조합할 수 있는 차량 거동 안정화 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제3 목적은 기존 형식의 VSA 및 RTC를, 서로 조합하기 위해 원래 설계에 대폭적인 변경을 가하지 않고 적합하게 조합할 수 있는 차량 거동 안정화 제어 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제는, 본 발명에 의하면, 적어도 전륜 조향각을 제어 입력으로서 이용하여 좌우륜 및/또는 전후륜의 제동력 및/또는 구동력의 배분을 제어하는 제1 제어 장치(VSA)와, 적어도 전륜 조향각을 제어 입력으로서 이용하여 차량 후륜의 조향각을 제어하는 제2 제어 장치(RTC)와, 상기 제2 제어 장치의 제어 출력에 기초하여, 상기 제1 제어 장치의 제어 입력을 변환하는 협조 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 안정화 제어 장치를 제공하는 것에 의해 달성된다.

이와 같이, RTC의 출력을 소정의 전달 특성에 의해 변환하고, 그 결과에 기초하여, VSA의 실제 차량 특성 모델에 입력되는 전륜 조향각(δ_f)을 보정한다. 이것은 VSA의 입력 전륜 조향각(δ_f)을 RTC의 출력인 후륜의 스러스트각(thrust angle) 또는 토우각(toe angle)에 기초하여 변화시킬 수 있는 것을 의미한다. 이것에 의해, VSA 및 RTC의 협조 제어가 가능해지고, 또한 기존의 VSA 자체의 구성에 변경을 가하지 않고 양자를 협조적으로 조합하는 것이 가능해진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제1 제어 장치(VSA)는 부여된 전륜 조향각에 대한 실제 차량 특성 모델과 실제 차량과의 출력차에 기초하여 좌우륜 및/또는 전후륜의 제동력 및/또는 구동력의 배분을 결정하고, 상기 제2 제어 장치(RTC)는 부여된 전륜 조향각에 대한 이상(理想) 차량 특성 모델과 실제 차량 특성 모델과의 출력차에 기초하여 후륜 조향각을 결정하며, 상기 협조 제어 유닛은 상기 제2 제어 장치의 제어 출력에 기초하여, 상기 제1 제어 장치의 실제 차량 특성 모델의 제어 입력을 변환한다. 상기 협조 제어 유닛은 상기 제2 제어 장치의 제어 출력에 기초하는 보정 신호를, 상기 제1 제어 장치의 실제 차량 특성 모델의 제어 입력에 가감산하는 것일 수도 있다. 상기 제어 출력은 요 레이트(yaw rate)를 포함하는 것일 수도 있다.

또한, 제2 제어 장치(RTC)로서는, 후륜의 조향(스러스트)각을 이용하는 것일 수도 또는 후륜의 토우각을 이용하는 것일 수도 있다.

도 1은 공지된 VSA 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2는 공지된 RTC 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 3은 VSA 시스템 및 RTC 시스템을 조화롭게 조합한 본 발명에 기초하는 차량 거동 안정화 제어 장치의 블록도이다.

도 1은 VSA 시스템의 블록도이다. 전륜 조향각(δ_f)이 실제 차량 특성 모델[G_γ0(s)]에 입력되면, 실제 차량 특성 모델로부터 규범 요 레이트가 출력되어, 차량의 실제 요 레이트와 규범 요 레이트와의 차가 VSA 피드백 전달 특성[R(s)]에 입력되며, 그 결과 적절하게 결정되는 구동력 또는 제동력의 각 휠에의 분배비에 따른 요 모멘트가 차량에 부가된다. 전륜 조향각에 기초하는 차량 자체의 요 모멘트에 VSA 시스템으로부터의 부가 요 모멘트의 합이 차량에 작용하고, 그 적분량이 차량의 실제 요 레이트로서 얻어지게 된다. 이것에 의해, 외란으로서의 요 모멘트가 작용하여도, 제어계의 피드백 작용에 의해, 차량의 주행 안정성이 유지된다.

도 2는 RTC 시스템의 블록도이다. 전륜 조향각(δ_f)이 실제 차량 특성 모델[G_γ0(s)] 및 이상 차량 특성 모델[G_ideal(s)]에 입력되면, 양 모델의 출력 간의 편차가 RTC 피드포워드 전달 특성[P(s)]에 입력된다. 한편, 이상 차량 특성 모델의 출력과 차량의 실제 요 레이트와의 편차는 RTC 피드백 전달 특성[Q(s)]에 입력된다. RTC 피드포워드 전달 특성[P(s)] 및 RTC 피드백 전달 특성[Q(s)]의 출력의 합이 부가 요 모멘트로서 차량에 작용하고, 전륜 조향각에 기초하는 차량 자체의 요 모멘트와 부가 요 모멘트와의 합의 적분량이 차량의 실제 요 레이트로서 얻어지게 된다. 이 경우는 외란으로서의 요 모멘트가 작용하여도, 제어계의 피드백 작용에 의해, 차량의 주행 안정성이 유지되는 것에 추가로, 이상 차량 특성 모델의 거동을 규범으로 하는 피드포워드 제어 작용에 의해, 차량의 주행 안정성과 높은 응답성을 함께 향상시킬 수 있다.

이 경우, 예컨대 특허문헌 3에 기재되어 있는 바와 같이, δ_r=G_r?δ_f의 전달 특성을 부여했을 때의 차량의 운동 방정식이 이하의 식으로 주어지고,

후륜의 조향각(δ_r)은 이하의 식으로 주어진다.

----- 식 (1)

여기서, m: 차량 질량, l: 휠 베이스, l_f, l_r: 전후 차축과 무게 중심 간의 거리, δ_f: 전륜 조향각, k_r, k_f: 전후륜의 코너링 파워, V: 차속이다. 또한 G_ideal(s)은 도 2에서의 이상 차량 특성 모델이고, G_γ0(s)은 δ_r=0일 때의 실제 차량 특성 모델이며, 기본적으로는 도 1의 실제 차량 특성 모델과 동일하다.

식 (1) 및 도 2로부터, RTC의 피드포워드 전달 특성 P(s)는,

----- 식 (2)

인 것을 알 수 있다. 또한, 도 2에서는 요 모멘트를 차량에 부가하는 구성으로 되어 있지만, 이것은 후륜 조향각 δ_r과 l_r의 곱으로 되어 있기 때문에, 편의상, RTC의 출력은 δ_r인 것으로 한다.

여기서, VSA 및 RTC를 단순히 조합한 경우에, 동작이 불안정해지는 이유에 대해서 설명한다. VSA 및 RTC의 피드백의 기준값이 되는 차량 특성에 착안하면, VSA는 실제 차량 특성 모델을 채용하는 한편, RTC는 이상 차량 특성 모델을 채용한다. 차량 특성 모델은 VSA 등의 차량 거동 안정화 장치가 없는 경우의 차량의 실제특성에 기초하는 것이고, 이상 차량 특성은 RTC 등을 작동시켜, 차량 특성을 변화시킴으로써 얻어지는 이상적인 차량 특성이기 때문에, 통상 이들은 서로 상이하다. 따라서, VSA는 RTC가 차량 특성을 변화시킴으로써 발생하는 요 모멘트를 외란으로서 상쇄하고자 작용한다. 한편, RTC는 이상 차량 특성 모델에 대하여 피드백하기 위해, 역시 VSA의 요 모멘트를 외란으로서 상쇄하고자 한다. 이것이 VSA에 다른 차량 거동 안정화 장치를 단순히 조합하고자 하면 동작이 불안정해지는 이유이다.

이것을 해결하는 하나의 수단은 VSA의 차량 특성 모델을 RTC의 이상 차량 특성에 맞추는 것이고, 다른 하나의 수단은 RTC의 이상 차량 특성을 VSA의 차량 특성에 맞추는 것이다. 그러나, 후자는 RTC가 이상 특성에 피드포워드하는 기능을 잃기 때문에 의미가 없고, 전자는 이미 설정된 VSA의 컨트롤러의 설정을 바꿔야 하기 때문에 RTC가 있는 차량과 RTC가 없는 차량으로 각각 특성 모델을 설정해야 하므로 VSA의 세팅 등에 많은 공정수가 요구된다.

도 3은 이러한 문제를 해소하기 위해 제안된 본 발명에 기초하는 차량 거동 안정화 제어 장치를 도시하는 블록도이다. 이것은, 도 1 및 도 2에 도시된 VSA 및 RTC의 출력을, 차량 자체의 요 모멘트에 대한 부가 요 모멘트로서 인가하는 것에 추가로, RTC의 출력을 소정의 전달 특성에 의해 변환하고, 그 결과를 VSA의 실제 차량 특성 모델에 입력되는 전륜 조향각(δ_f)으로부터 감산하도록 한 것이다. 단, 이 감산은 전달 특성의 부호 설정에 따라서는 가산이 된다. 즉, 이것은 VSA의 입력 전륜 조향각(δ_f)을 RTC의 출력인 후륜의 스러스트각 또는 토우각에 기초하여 변화시킬 수 있는 의미한다. 상기한 바와 같이, VSA 및 RTC를 동시에 작동시킨 경우의 문제점은 VSA의 제어 목표가 RTC를 작동시키지 않는 경우의 요 레이트 응답인 것에 원인이 있지만, 본 실시예에서는, 이것을 VSA 자체의 구성에 변경을 가하지 않고 해결할 수 있다.

다음으로, 이 때 RTC의 출력을 어떤 전달 특성에 의해 변환하면 좋을지에 대해서 고찰한다. 식 (1)을 변형하면, 이하의 식 (3)을 얻을 수 있다.

----- 식 (3)

이 식으로부터, VSA의 차량 특성 모델의 전달 특성에 있어서, G_γ0(s)?δ_f로 되어 있는 것을,

----- 식 (4)

로 변환하면, VSA의 차량 특성 모델에는 외견상 전륜 조향각(δ_f)이 입력되어 있는 것에 상관없이, RTC의 목표 요 레이트를 VSA의 차량 특성 모델의 출력으로서 얻을 수 있다. 즉, 도 3에서, 변환 전달 특성을 T(s)로 하면 좋은 것을 알 수 있다. 여기서,

----- 식 (5)

상기 실시예에서는, 후륜의 조향(스러스트)각을 이용하여 설명하고 있지만, 후륜의 토우각을 이용한 경우는, 토우각(θ)으로 했을 때, δ_r=K?α_y?θ(K: 롤 강성, 트레드 등으로부터 정해지는 상수, α_y: 횡가속도)에 따라 스러스트각으로 변환할 수 있기 때문에, 스러스트각과 마찬가지로 θ?K?α_y를 상기 전달 특성에 통과시킴으로써, VSA와의 협조 제어를 달성할 수 있다. 또한, RTC 이외에도 부가 요 모멘트를 발생시킴으로써 차량의 거동을 안정화시키는 제어 장치의 부가 요 모멘트를 후륜 조향각으로 대체하는 것으로도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면,

(1) VSA 및 RTC가 서로 협조하여, 각각의 효과를 충분히 발휘하기 때문에, 통상 영역으로부터 한계 영역까지 광범위하게 걸쳐 차량의 거동 안정화를 제어할 수 있다.

(2) 차량 특성의 변화 등에 따르지 않고 협조 제어를 할 수 있기 때문에 개발 공정수를 대폭 단축할 수 있다.

이상으로 구체적 실시형태의 설명을 끝내지만, 당업자이면 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 상기 실시형태나 변형예에 한정되지 않고 폭넓게 변형 실시될 수 있다.

본 출원의 파리 조약에 기초하는 우선권 주장의 기초 출원의 전체 내용 및 본 출원중에 인용된 종래 기술의 전체 내용은 그것에 언급한 것과 함께 본원 명세서의 일부로 한다.

Claims (4)

1. 적어도 전륜 조향각을 제어 입력으로서 이용하여 규범 요 레이트를 구하고,상기 규범 요 레이트에 기초하여 좌우륜과 전후륜 중 어느 하나 또는 양자 모두의 제동력과 구동력 중 어느 하나 또는 양자 모두의 배분을 제어하는 제1 제어 장치(VSA)와,
   적어도 전륜 조향각을 제어 입력으로서 이용하여 차량 후륜의 조향각을 제어하는 제2 제어 장치(RTC)와,
   상기 제2 제어 장치의 제어 출력에 기초하여, 상기 제1 제어 장치가 상기 규범 요 레이트를 구하기 위하여 이용하는 상기 제어 입력으로서의 전륜 조향각을 보정하는 협조 제어 유닛
   을 포함하고,
   상기 협조 제어 유닛은 상기 제2 제어 장치(RTC)의 출력을 소정의 전달 특성에 의해 변환하고, 그 결과를 상기 전륜 조향각의 보정에 사용하며,
   상기 제1 제어 장치(VSA)는 보정된 상기 전륜 조향각만을 조향각의 제어 입력으로서 이용하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 안정화 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 제어 장치(VSA)는 부여된 전륜 조향각에 대한 실제 차량 특성 모델과 실제 차량과의 출력차에 기초하여 좌우륜과 전후륜 중 어느 하나 또는 양자 모두의 제동력과 구동력 중 어느 하나 또는 양자 모두의 배분을 결정하고,
   상기 제2 제어 장치(RTC)는 부여된 전륜 조향각에 대한 이상(理想) 차량 특성 모델과 실제 차량 특성 모델과의 출력차에 기초하여 후륜 조향각을 결정하며,
   상기 협조 제어 유닛은 상기 제2 제어 장치의 제어 출력에 기초하여, 상기 제1 제어 장치의 실제 차량 특성 모델의 제어 입력으로서의 전륜 조향각을 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 안정화 제어 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 협조 제어 유닛은 상기 제2 제어 장치의 제어 출력에 기초하는 보정 신호를, 상기 제1 제어 장치의 실제 차량 특성 모델의 제어 입력으로서의 전륜 조향각에 가감산하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 안정화 제어 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어 출력은 요 레이트(yaw rate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 거동 안정화 제어 장치.

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