KR101208365B1 - 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법 - Google Patents

차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법 Download PDF

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Abstract

차량의 전복 상황에서 조향 변동 시 제동력 형성 시간을 줄일 수 있는 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법을 개시한다. 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법은 차량이 전복 상황에 있는지 판단하고, 차량이 전복 상황에 있는 것으로 판단되면 차량이 전복되는 것을 방지할 수 있도록 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠 또는 선회하는 방향의 내측 2개의 휠에 유압력을 작용시켜 제동력을 가하고, 차량의 전복 방지를 위한 제어 중 상기 차량의 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 거동이 발생하는지 확인하고, 상기 차량의 전복 방지를 위한 제어 중 상기 차량의 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 거동이 발생하면 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠 또는 선회하는 방향의 내측 2개의 휠 중 후륜에 작용하는 유압력을 회수하지 않고 바로 전륜에 작용도록 제어하여 전륜의 제동력 형성 시간을 절감할 수 있다.

Description

차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법{METHOD PREVENTING ROLLOVER OF VEHICLE IN CONDITIONS OF ELECTRONIC STABILITY PROGRAM}
본 발명은 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 제동력을 제어하여 차량의 전복을 방지하는 방법에 관한 것이다.
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 슬립을 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.
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.
최근에는 일반적인 승용차보다 차고가 높은 SUV(Sports Utility Vehicle)가 레저문화의 확산에 따라 많이 보급되고 있다. 이러한 SUV는 차량의 무게중심이 높게 형성되어 불균일한 노면상황이나 차량의 급격한 선회동작에 의한 전복가능성이 승용차에 비해 높아진다. 이러한 전복에 의해 발생하는 사고는 사망률이 높은 치명적인 교통사고의 비율이 높아 차량의 전복을 감지 및 방지하는 방법에 대한 관심이 높아져 가고 있다.
통상 차량에 마련된 차량 안정성 제어시스템은 ESP센서를 이용하여 차량의 상태를 파악하고 이를 기준으로 차량의 자세를 제어하기 위해 제동력 내지는 엔진 구동력을 제어하게 된다. 하지만, 차량에서 급격한 조향에 의해 차량 롤 거동이 증폭되는 상황에서는 다른 휠에 대한 제동 압력 형성 시간이 오래 걸리게 되고, 이러한 제동 압력 형성의 지연은 차량을 전복시킬 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전복 상황에 따른 제동 중 차량의 조향 변경이 발생하면 전반에 작용하던 유압력을 회수하지 않고 후반에 작용하는 유압력으로 바로 전환할 수 있는 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법은 차량이 전복 상황에 있는지 판단하고, 상기 차량이 전복 상황에 있는 것으로 판단되면 상기 차량이 전복되는 것을 방지할 수 있도록 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠 또는 선회하는 방향의 내측 2개의 휠에 유압력을 작용시켜 제동력을 가하고, 상기 차량의 전복 방지를 위한 제어 중 상기 차량의 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 거동이 발생하는지 확인하고, 상기 차량의 전복 방지를 위한 제어 중 상기 차량의 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 거동이 발생하면 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠 또는 선회하는 방향의 내측 2개의 휠 중 후륜에 작용하는 유압력을 회수하지 않고 바로 전륜에 작용도록 제어하여 전륜의 제동력 형성 시간을 절감할 수 있다.
상기 차량이 전복 상황에 있는지 판단하는 것은, 상기 차량의 횡가속도 정보에 따라 상기 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하고, 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 상기 차량의 전복 상황을 판단할 수 있다.
상기 차량이 전복되는 것을 방지할 수 있도록 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠 또는 선회하는 방향의 내측 2개의 휠에 유압력을 작용시켜 제동력을 가하는 것은, 상기 차량이 오버스티어로 인한 전복 상황이면 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠에 유압력을 발생시켜 제동력을 가하고, 상기 차량이 언더스티어로 인한 전복 상황이면 상기 차량이 선회하는 방향의 내측 2개의 휠에 유압력을 발생시켜 제동력을 가할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전복 상황 제어 중 차량의 급격한 조향 변경에 의해 차량의 롤 거동이 증폭되는 경우에도 다른 휠에 대한 제동 압력 형성 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 차량의 롤오버를 감지하고 차량의 자세제어를 위한 개략적인 차량 안정성 시스템의 제어블록도
도 2a는 오버스티어로 인한 전복상황에 대응하여 선회되는 방향의 외측 바퀴에 제동력을 가한 상태에서 휠에 가해지는 유압의 흐름을 도시한 도면
도 2b는 도 2a의 외측 바퀴에 제동력을 가한 상태에서 급격한 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 차량의 거동이 있는 경우 휠에 가해지는 유압의 흐름을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지를 위한 제어흐름도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 차량의 롤오버를 감지하고 차량의 자세제어를 위한 개략적인 차량 안정성 시스템의 제어블록도이다. 차량의 롤오버상태는 횡가속도센서(66)에서 감지된 차량의 횡가속도를 이용하여 ECU(30,“전자제어유닛”)에서 롤오버 운동모델을 통해 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 판단한다. 한편, 롤오버 운동모델은 한국공개특허 제10-2007-0104985호에 상세히 기재되어 있다.
차량의 현재상태는 ESP센서부(60)에 포함된 다양한 센서를 이용하여 판단하게 된다. 즉, 조향각센서(64)를 이용하여 운전자의 조향의지를 파악하고 요레이트 센서(62)를 이용하여 차량의 현재 선회상태를 파악할 수 있다.
이밖에 휠스피드 센서(미도시), 마스터실린더 압력 센서(미도시) 등을 이용하여 차량의 현재 상태를 파악하고, 제동압 제어부(40)를 통해 각 차륜(3a,3b,3c,3d)의 제동력을 제어하거나, 구동력 제어부(50)를 통해 엔진부(51)의 토크를 조절하여 차량의 안정성을 확보한다.
ESP의 제어에는 차량의 선회 시 발생하는 언더스티어나 오버스티어를 방지하여 차량의 안정성을 확보하는 제어도 포함되는데 차량의 전복도 고마찰 노면에서 차량이 선회하는 경우에 통상적으로 발생하므로 ESP제어와 차량의 전복을 방지하기 위한 제어는 중복되는 것이 보통이다.
전자제어유닛(30)은 차량의 상태가 차량이 선회하는 방향의 내측으로 쏠리게 되는 오버스티어 상태인지, 차량이 선회되는 방향의 바깥쪽으로 벗어나게 되는 언더스티어 상태인지를 판단하여 오버스티어 상태에는 차량이 선회되는 방향의 외측 바퀴에 제동력을 가하고, 언더스티어 상태에는 선회 내측 바퀴에 제동력을 가하여 브레이크 액압을 가압하여 차량의 자세제어를 수행함으로서 차량의 전복을 방지한다.
전자제어유닛(30)은 차량이 오버스티어 또는 언더스티어로 인한 전복상황인지 확인하고, 오버스티어로 인한 전복상황이면 차량이 선회되는 방향의 외측 바퀴에 제동력을 가하고, 언더스티어로 인한 전복상황이면 차량이 선회되는 방향의 내측 바퀴에 제동력을 가한다.
전자제어유닛(30)은 차량의 횡가속도에 대한 정보를 수신받고, 수신된 횡가속도를 이용하여 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하고, 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 차량의 전복상황을 판단할 수 있다. 전복상황으로 판단되기 위해서는 롤각이 양수이고 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 전자제어유닛(30)은 차륜의 제동력을 조절하여 차량의 자세를 제어하게 된다.
전자제어유닛(30)은 상술한 전복 상황(예를 들면, 오버스티어로 인한 전복상황)으로 판단되어 차량이 선회되는 방향의 외측 바퀴에 제동력을 가한 상태에서 급격한 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 차량의 거동이 있는 것으로 판단되면 초반에 선회되는 방향의 외측 바퀴에 대해 형성된 후륜 유압력을 이용하여 전륜 유압력를 바로 형성한다.
전자제어유닛(30)는 상술한 전복 상황(예를 들면, 언더스티어로 인한 전복상황)으로 판단되어 차량이 선회되는 방향의 내측 바퀴에 제동력을 가한 상태에서 급격한 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 차량의 거동이 있는 것으로 판단되면 초반에 선회되는 방향의 내측 바퀴를 통해 형성된 후륜 유압력을 이용하여 후반에 전륜 유압력를 바로 형성한다.
이하. 전자제어유닛(30)에서 전복 상황 제어(오버스티어로 인한 전복상황에 대응한 제어) 중 급격한 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 차량의 거동이 있는 것으로 판단되는 경우 초반에 형성된 후륜 유압력을 이용하여 전륜 유압력을 어떻게 형성하는지 설명하기로 한다. 여기서, 언더스티어로 인한 전복상황에 대한 제어는 오버스티어로 인한 전복상황 제어와 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
도 2a는 오버스티어로 인한 전복상황에 대응하여 선회되는 방향의 외측 바퀴에 제동력을 가한 상태에서 휠에 가해지는 유압의 흐름을 도시한 것이며, 도 2b는 도 2a의 외측 바퀴에 제동력을 가한 상태에서 급격한 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 차량의 거동이 있는 경우 휠에 가해지는 유압의 흐름을 도시한 것이다.
먼저 브레이크 유압 시스템의 구성을 설명하고, 휠에 가해지는 유압의 흐름을 후술하기로 한다.
브레이크 유압 시스템은 마스터실린더(1)의 프라이머리 포트(2a)와 연계된 프라이머리 유압회로(10)와, 마스터실린더(1)의 세컨더리 포트(2b)와 연계된 세컨더리 유압회로(20)를 구비하며, 이 프라이머리 유압회로(10)와 세컨더리 유압회로(20)는 각각 4개의 휠브레이크(3a,3b)(3c,3d)와 연결되며 서로 대칭되게 이루어져 있다. 여기서 부호 1a는 한 쌍의 유압회로를 구비하는 일반적인 브레이크 시스템에 채용되어 텐덤식으로 마련되는 마스터실린더(1)에 오일을 공급하도록 연결되는 통상의 오일탱크(1a)로서, 이러한 오일탱크(1a)는 그 내부 하측 공간이 격벽을 통해 프라이머리 포트(2a) 및 프라이머리 유압회로(10)와 연계되는 일측 공간과 세컨더리 포트(2b) 및 세컨더리 유압회로(20)와 연계되는 타측 공간으로 각각 구획되고, 격벽 상부공간은 양측이 서로 연통되도록 마련되며, 오일탱크(1a) 내부에 채워지게 되는 오일은 통상 최소레벨이 격벽보다 높게 유지되도록 마련된다.
각각의 유압회로(10)(20)는 휠브레이크(3a,3b)(3c,3d)로 전달되는 제동유압을 제어하기 위한 다수개의 솔레노이드밸브(11a,11b,11c,11d)(21a,21b,21c,21d)와, 감압 모드 시 휠브레이크(3a,3b)(3c,3d)에서 빠져나온 오일을 일시 저장하는 저압어큐뮬레이터(12)(22)와, 이 저압어큐뮬레이터(12)(22)에 저장된 오일을 흡입하여 토출하는 펌프(13)(23)와, 마스터실린더(1)의 각 포트(2a)(2b)측과 각 펌프(13)(23)의 인렛측을 연결하는 오일 흡입유로(14)(24)와, 이 오일 흡입유로(14)(24)의 중도에 설치되어 이를 개폐하는 노말 클로즈형 일렉트릭 셔틀밸브(15)(25)와, 마스터실린더(1)의 각 포트(2a)(2b)와 펌프(13)(23)의 아웃렛측을 연결하는 메인유로(16)(26)의 중도에 설치되어 이를 개폐하는 트랙션 컨트롤 솔레노이드밸브(17)(27)와, 전기적인 구성요소를 제어하기 위한 전자제어유닛(30)을 구비하고 있다.
다수개의 솔레노이드밸브는 각 휠브레이크(3a,3b)(3c,3d)의 상류측에 배치되는 NO형 솔레노이드 밸브(11a,11b)(21a,21b)와 하류측에 배치되는 NC형 솔레노이드밸브(11c,11d)(21c,21d)로 구별되며, 전자제어유닛(30)에 의해 제어된다. 즉, 전자제어유닛(30)은 차속을 감지한 후 이를 통해 각 솔레노이드밸브(11a,11b,11c,11d)(21a,21b,21c,21d)의 개폐작동을 제어하게 된다.
그리고, 저압어큐뮬레이터(12)(22)는 감압모드 시 휠브레이크(3a,3b)(3c,3d) 측에서 빠져 나온 오일이 일시 저장되도록 NC형 솔래노이드밸브(11c,11d)(21c,21d)의 하류측과 연계되게 독립적으로 마련된다.
이러한 다수개의 솔레노이드밸브(11a,11b,11c,11d)(21a,21b,21c,21d)와 각 펌프(13)(23), 노말 클로즈형 일렉트릭 셔틀밸브(15)(25), 저압어큐뮬레이터(12)(22) 등은 알루미늄으로 제작된 직육면체상의 유압블럭(미도시) 내에 콤팩트하게 설치된다.
도 2a에 도시한 것처럼, 전자제어유닛(30)은 오버스티어로 인한 전복상황이 발생하면 선회하는 방향의 외측 바퀴에 제동력을 가한다. 이러한 경우에는 오일 흡입유로(14)(24)의 셔틀밸브(15)(25)는 개방, 메인유로(16)의 노말 오픈형 솔레노이드밸브(17)는 폐쇄 작동시키며, 펌프(13)(23)가 구동된다. 즉, 마스터실린터(1)측 오일이 오일 흡입유로(14)를 통해 펌프(13)(23)의 인렛으로 흡입되며, 펌프(13)(23)의 아웃렛으로 토출된 오일은 메인유로(16)(26)와 개방된 솔레노이드밸브(11a)(21a)를 통해 휠브레이크(FR, RR)에 공급된다.
이 때, 전자제어유닛(30)은 도 2a의 제어 상태 즉, 오버스티어로 인한 전복 상황 제어 중 급격한 반대방향 핸들링 또는 급격한 반대방향의 거동이 있다고 판단되면 도 2b에 도시한 것처럼, 반대로 선회되는 방향의 외측 전륜에 제동력을 형성한다. 이 때, 외측 전륜에 가해지는 유압력은 도 2a의 전복 상황에 대응하여 형성된 후륜 유압력을 이용하여 형성된다. 즉, 전복 상황에 대응하여 마스터실린더(1)측 오일이 오일 흡입유로(14)를 통해 펌프(13,23)의 인렛으로 흡입되고, 펌프(13)(23)의 아웃렛으로 토출되고 있던 오일은 회수되지 않고, 바로 다른 솔레노이브밸브(21b)를 통해 전륜(FL)에 전달된다. 즉, 초반 전복상황에서 형성된 후륜(RR) 압력이 후반 전복상황의 전륜(FL) 압력 형성을 위해 이용되게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지를 위한 제어흐름도이다.
전자제어유닛(30)은 차량이 전복 상황인지 확인한다. 전자제어유닛(30)은 차량의 횡가속도에 대한 정보를 수신받고, 수신된 횡가속도를 이용하여 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하고, 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 차량의 전복상황을 판단할 수 있다. 전복 상황 감지 방법에 대해서는 한국공개특허 제2007-0081195에 상세히 기재되어 있다.(100)
전자제어유닛(30)은 차량이 전복 상황인 것으로 판단되면 전복 상황에 대응하여 2개의 휠의 제동력을 제어한다. 전자제어유닛(30)은 오버스티어로 인한 전복 상황이면 차량이 선회되는 방향의 외측 2개의 바퀴에 제동력을 가한다. 전자제어유닛(30)은 언더스티어로 인한 전복 상황이면 차량이 선회되는 방향의 내측 2개의 바퀴에 제동력을 가한다.(110)
전자제어유닛(30)은 전복 상황에 대한 제동력 제어 중 급격한 반대방향의 핸들링 또는 급격한 반대방향의 거동이 발생하는지 확인한다. 여기서, 급격한 반대방향의 핸들링은 미리 설정된 속도 이상으로 핸들링이 반대방향으로 변경하는 것을 나타내며, 급격한 반대방향의 거동은 미리 설정된 속도 이상으로 차량이 반대방향의 거동을 나타내는 것을 나타낸다.(120)
전자제어유닛(30)은 전복 상황에 대한 제동력 제어 중 급격한 반대방향의 핸들링 또는 급격한 반대방향의 거동이 발생한 것으로 확인되면 초반에 2개의 휠에 제동력을 가하기 위해 발생한 유압력을 회수하지 않고 후반에 전륜 압력을 형성하는데 바로 사용한다. 이로 인해, 제동력 발생 시간을 줄일 수 있다.(130)
전자제어유닛(30)은 전복 상황 또는 전복 상황 제어 중 급격한 반대방향의 핸들링 또는 차량의 급격한 반대방향의 거동 시 윗 단계에서 설명한 제동력 제어를 수행하면서 차량의 전복 방지 제어를 수행한다.(140)

Claims (3)

  1. 차량이 전복 상황에 있는지 판단하고,
    상기 차량이 전복 상황에 있는 것으로 판단되면 상기 차량이 전복되는 것을 방지할 수 있도록 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠 또는 선회하는 방향의 내측 2개의 휠에 유압력을 작용시켜 제동력을 가하고,
    상기 차량의 전복 방지를 위한 제어 중 상기 차량의 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 거동이 발생하는지 확인하고,
    상기 차량의 전복 방지를 위한 제어 중 상기 차량의 반대방향의 핸들링 또는 반대방향의 거동이 발생하면 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠 또는 선회하는 방향의 내측 2개의 휠 중 후륜에 작용하는 유압력을 회수하지 않고 바로 전륜에 작용도록 제어하여 전륜의 제동력 형성 시간을 절감하는 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량이 전복 상황에 있는지 판단하는 것은,
    상기 차량의 횡가속도 정보에 따라 상기 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하고, 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 상기 차량의 전복 상황을 판단하는 것인 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량이 전복되는 것을 방지할 수 있도록 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠 또는 선회하는 방향의 내측 2개의 휠에 유압력을 작용시켜 제동력을 가하는 것은,
    상기 차량이 오버스티어로 인한 전복 상황이면 상기 차량이 선회하는 방향의 외측 2개의 휠에 유압력을 발생시켜 제동력을 가하고, 상기 차량이 언더스티어로 인한 전복 상황이면 상기 차량이 선회하는 방향의 내측 2개의 휠에 유압력을 발생시켜 제동력을 가하는 것인 차량 안정성 시스템에서 차량의 전복 방지 방법
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