KR101294037B1 - 차량의 거동 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 거동 제어장치로, 차량의 선회시에 검출되는 횡가속도와 롤 오버 모델의 한계값을 비교하여 차량의 전복 위험이 있는 경우 엔진 출력 및 차속을 제어하여 안정된 자세를 유지시키는 것이다.

본 발명은 차량의 주행이 개시되면 차속과 조향각의 변화를 검출하여 기준 차속 이상에서 선회하고 있는지 판단하는 과정, 기준 차속 이상에서 선회하고 있으면 롤 오버의 발생 가능성으로 판단하여 횡방향 가속도 센서의 값을 검출한 다음 모델링된 롤 오버 한계값과 비교하는 과정, 횡방향 가속도 센서의 값이 모델링된 롤 오버 한계값을 초과하는 경우 차속과 요레이트 값으로부터 횡방향 가속도를 추출하는 과정, 차속과 요레이트 값에서 추출된 횡방향 가속도와 모델링된 롤 오버 한계값을 비교하는 과정, 비교 결과 횡방향 가속도가 모델링된 롤 오버 한계값을 초과하면 전복 위험성이 있는 것으로 판정하여 연료량 제한 및 점화시기 제어로 엔진 출력을 제어하고 ESP를 제어하여 속도를 제어하는 과정을 포함한다.

롤 오버, 횡방향 가속도, 요레이트, 모델링 한계값

Description

차량의 거동 제어장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING BEHAVIOR OF VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 차량의 거동 제어장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 차량의 선회시에 검출되는 횡가속도와 롤 오버 모델의 한계값을 비교하여 차량의 전복 위험이 있는 경우 엔진 출력 및 차속을 제어하여 안정된 자세를 유지시키는 차량의 거동 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에 장착되는 자세 제어 시스템으로 제동시 휠의 미끄러짐을 방지하는 ABS 시스템(Anti-Lock Brake System), 차량의 급발진 또는 급가속시 구동륜의 슬립을 방지하는 TCS 시스템(Traction Control System), 상기 ABS 시스템과 TCS 시스템을 연동 제어하여 차량의 거동을 안정적으로 유지시키는 자세 제어시스템인 ESP(Electronic stability program) 시스템 등이 있다.

ESP 시스템은 운전자가 통제하기 어려운 속도로 선회를 하고 있을 경우 센서를 통해 얻어진 차량의 운동량과 추정을 통해 얻어진 노면상태 등을 이용해 정해진 안정기준값 보다 실제 차량 운동량이 클 경우 적절한 엔진 출력 및 차속을 제어하여 차량의 안정성을 확보해 준다.

예를 들어, 후륜 타이어와 노면이 접착 한계에 도달하여 오버 스티어 현상이 발생하는 경우 ESP 시스템은 전륜을 제동시켜 전륜에 의해 발생하는 과도한 선회 모멘트를 줄여준다.

반대로 전륜 타이어와 노면이 접착 한계에 도달하여 언더 스티어 현상이 발생하는 경우 차량은 미끄러지면서 정상적인 선회 반경을 넘어서게 되므로, 후륜을 제동 제어한다.

차량이 주행중 선회를 하게 되면 차량의 무게 중심이 회전 중심에서 바깥쪽으로 이동되므로서 차체가 쏠리는 현상이 발생하는데, 일정속도 이상의 주행중에 과도한 선회를 하게 되면 차량은 롤 오버(Roll over)의 한계점을 벗어나 전복된다.

그러나, 현재의 차량에는 이와같이 급선회에 따른 롤 오버의 한계점을 벗어나는 경우에 대하여 차량의 자세를 능동적으로 제어하는 방법이 제시되어 있지 않아 급커브에서 차량의 전복 사고가 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 일정 속도 이상의 주행중 선회가 검출되는 경우 횡가속도 센서의 값과 롤 오버 모델의 한계값과 비교하고, 한계값을 초과하는 경우 차속과 요 레이트 센서의 신호로부터 횡가속도를 산출하여 상기 롤 오버 모델의 한계값과 다시 한번 비교하여 횡가속도가 한계값을 초과하는 경우 차량의 전복 위험이 있는 것으로 판단하여 엔진 출력 및 차량 속도 제어를 실행시키도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량의 거동 제어장치는, 차량의 전륜 및 후륜에 각각 장착되어 각 차륜의 차속을 검출하는 휠 센서; 차량의 선회시에 발생되는 횡방향 가속도를 검출하는 횡방향 가속도 센서; 차량의 선회시에 발생하는 요 모멘트를 검출하는 요레이트 센서; 스티어링 컬럼에 장착되어 스티어링 휠에 의해 조정되는 조향각을 검출하는 조향각 센서; 상기의 각 센서의 정보를 분석하여 차량이 일정 속도 이상에서 선회로 검출되면 전복 가능성이 있는 것으로 판단되면 횡방향 가속도값과 모델링된 롤 오버 한계값을 비교하여 전복 위험성이 있는 것으로 판정되면 연료량 제한 및 점화시기 지각 제어로 엔진 출력을 제어하고 ESP를 제어하여 속도를 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 차량의 거동 제어방법은, (a) 차량의 주행이 개시되면 차속과 조향각의 변화를 검출하여 기준 차속 이상에서 선회하고 있는지 판단하는 과정; (b) 기준 차속 이상에서 선회하고 있으면 롤 오버의 발생 가능성으로 판단하여 횡방향 가속도 센서의 값을 검출한 다음 모델링된 롤 오버 한계값과 비교하는 과정; (c) 횡방향 가속도센서의 값이 모델링된 롤 오버 한계값을 초과하는 경우 차속과 요레이트 값으로부터 횡방향 가속도를 추출하는 과정; (d) 상기 (c)에서 추출된 횡방향 가속도와 모델링된 롤 오버 한계값을 비교하는 과정; (e) 상기 (e)의 비교 결과 횡방향 가속도가 모델링된 롤 오버 한계값을 초과하면 전복 위험성이 있는 것으로 판정하여 연료량 제한 및 점화시기 지각 제어로 엔진 출력을 제어하고 ESP를 제어하여 속도를 제어하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 횡방향 가속도와 롤 오버 모델링의 한계값을 중복으로 비교하여 차량의 전복 위험에 능동적으로 대응함으로써, 차량의 운행에 안정성 및 신뢰성을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 거동 제어장치에 대하여 개략적인 구성을 도시한 도면으로, 도시된 바와 같이 휠 센서(11)와 횡방향 가속도 센서(12) 요레이트(yaw rate) 센서(13) 및 조향각 센서(14)를 포함하는 센서부(10)와 제어부(20)를 포함한다.

상기에서 휠 센서(11)는 차량의 전륜 및 후륜에 각각 장착되어 주행중 각 차륜의 차속을 검출하여 주행 차속의 정보를 제어부(20)에 제공한다.

횡방향 가속도 센서(12)는 차량의 선회시에 발생되는 횡방향 가속도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(20)에 제공한다.

요레이트 센서(13)는 차량의 선회시에 발생하는 요 모멘트(yaw moment)를 검출하여 제어부(20)에 제공한다.

조향각 센서(14)는 스티어링 컬럼에 장착되어 스티어링 휠에 의해 조정되는 조향각을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(20)에 제공한다.

제어부(20)는 상기 센서부(10)내의 휠 센서(11)로부터 검출되는 차속이 일정 속도 이상이고, 조향각 센서(14)에서 검출되는 조향각의 정보가 차량의 선회로 판단되면 횡방향 가속도 센서(12)의 정보를 검출하여 롤 오버 모델의 한계값을 초과하는지 판단하고, 롤 오버 모델의 한계값을 초과하면 차속과 요 레이트 센서(13)에서 검출되는 정보를 이용하여 횡방향 가속도를 추출하여, 상기 롤 오버 모델의 한계값과 비교하고, 마찬가지로 횡방향 가속도가 롤 오버 모델의 한계값을 초과하면 차속 및 엔진 제어를 실행하여 차량의 전복이 발생되는 것을 방지한다.

상기 제어부(20)의 차속 및 엔진 제어는 연료량 제한과 점화시기 지각 제어를 통해 실행한다.

전술한 구성을 갖는 본 발명에서 차량의 거동 제어를 실행하는 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 3을 참조하여 차량의 선회에 따른 동적 거동에서 준정적 롤 오버를 모델링하면 다음과 같다.

차량이 선회하는 과정에서 지면과 외륜 중앙부의 접촉면에 모멘트를 가하는 경우 하기의 수학식 1 및 수학식 2와 같은 힘이 발생하게 된다.

ΣM)Fzo = M * ay * h + Fzi * t - Mg * t/2 = 0

ay / g = (t/2 - Fzi * t/Mg) / h

상기 수학식 1 및 수학식 2에서 C.G : 무게중심(center of gravity), M : 차량 질량, Mg : 차량 무게, ay : 횡방향 가속도(lateral acceleration), Fzi : 내륜측 수직방향 하중, Fyi : 내륜측 횡방향 하중, Fzo : 외륜측 수직방향 하중, Fyo : 외륜측 횡방향 하중, h : 무게중심의 높이, t : 타이어 간 폭(tread)을 의미한다.

차량의 횡방향 가속도가 증가하면 롤 모멘트에 의해 내륜측에 걸리는 힘은 점점 감소하게 되고, 외륜측으로 로드(load)가 이동한다.

내륜의 로드가 모두 외륜으로 전달되는 시점에 도달하면 차량이 롤 평면에서 더 이상 평형을 유지하지 못하고 롤 오버(전복)가 발생하게 되는데, 이 한계를 롤 오버 한계값(rollover threshold)라고 부른다.

상기한 수학식 2에서 내륜측 수직방행 하중인 Fzi가 0 이 되는 시점을 차량의 롤 오버 한계점이라고 정의할 경우, 하기의 수학식 3이 결정된다.

ay / g = t /(2*h)

ay = (g*t) / (2*h)

여기서, 타이어 간 폭인 "t" 와 중력 가속도인 "g" 및 무게중심의 높이인 "h" 는 정해진 물리적 값이므로, 횡방향 가속도가 일정 한계 값을 넘는지의 유무에 따라 차량의 롤 오버의 순간을 판정할 수 있게 된다.

상기하 바와 같이 차량의 동적 거동에 대하여 롤 오버 모델링을 실행한 상태에서 실질적인 필드 주행에서의 차량의 거동을 제어하는 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

차량이 주행하는 상태에서(S101) 제어부(20)는 각 차륜에 장착되는 휠 센서(11)에서 인가되는 정보로부터 차속을 검출하고, 스티어링 컬럼에 장착되는 조향각 센서(14)의 정보로부터 조향각의 변화를 검출한다(S102).

이후, 차속 및 조향각의 정보를 분석하여 차속이 설정된 기준차속 이상, 바람직하게는 30Km/h 이상이고, 조향각의 정보가 차량의 선회로 검출되는지 판단한다(S103).

상기 S103의 판단에서 기준 차속 이상의 주행이며, 차량이 선회하고 있는 상태이면 롤 오버를 발생시킬 수 있는 가능성이 있는 상황으로 판단하여(S104) 횡방향 가속도 센서(12)의 값을 판독한다(S105).

그리고 판독되는 횡방향 가속도값과 전술한 바와 같이 모델링된 롤 오버 한계값을 비교하여(S106), 횡방향 가속도값이 롤 오버 모델의 한계값을 초과하고 있는지를 판단한다(S107).

상기 S107의 판단에서 횡방향 가속도 센서(12)로부터 검출되는 횡방향 가속도값이 롤 오버 한계값을 초과하는 상태이면 차속 및 요레이트 센서(13)의 값을 판독하여(S108) 차속과 요레이트 값을 적용하여 하기의 수학식 4와 같이 횡방향 가속도를 추출한다(S109).

ay = V(차속) * r(요레이트)

그리고, 차속과 요레이트의 값으로 추출한 횡방향 가속도값과 롤 오버 모델링의 한계값을 다시 한번 비교하여(S110) 횡방향 가속도값이 롤 오버 모델링의 한계값을 초과하고 있는지를 판단한다(S111).

상기에서 차속과 요레이트의 값으로부터 횡방향 가속도를 추출하여 한계값과 비교하는 절차는 횡방향 가속도 센서의 신호만을 의지하는 경우 센서의 이상으로 인해 롤 오버의 한계값이 오감지되는 현상이 발생될 수 있으므로, 중복 체크를 통해 차량의 거동 제어에 안정성 및 신뢰성을 제공하기 위함이다.

상기 S111의 판단에서 횡방향 가속도값이 롤 오버 모델링의 한계값을 초과하는 상태이면 제어부(20)는 차량의 전복 위험이 있는 것으로 판단하여 연료 분사량의 제한과 분사 타이밍의 지각, 스로틀 밸브의 폐쇄 등을 통해 연료량 제한 제어를 실행하고, 점화시기를 지각 제어하여 엔진 출력을 제한함과 동시에 ESP 시스템을 통해 차량의 차속을 감속 제어하여 차량이 전복되는 현상을 차단한다(S112).

그러나, 상기의 S107 및 S111의 판단에서 횡방향 가속도가 롤 오버 모델링의 한계값을 초과하지 않는 경우에는 ESP 시스템은 전륜 및 후륜에 대하여 정상적인 거동을 제어한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 거동 제어장치를 도시한 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 차량의 거동 제어를 실행하는 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 차량의 준정적 롤 오버 모델을 정의한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 센서부 20 : 제어부

Claims (4)

1. 삭제
2. 차량의 전륜 및 후륜에 각각 장착되어 각 차륜의 차속을 검출하는 휠 센서;

   차량의 선회시에 발생되는 횡방향 가속도를 검출하는 횡방향 가속도 센서;

   차량의 선회시에 발생하는 요 모멘트를 검출하는 요레이트 센서;

   스티어링 컬럼에 장착되어 스티어링 휠에 의해 조정되는 조향각을 검출하는 조향각 센서;

   상기의 각 센서의 정보를 분석하여 엔진 출력 및 속도를 제어하는 제어부를 포함하고,

   상기 제어부는 횡방향 가속도 센서에서 검출되는 횡방향 가속도값과 모델링된 롤 오버 한계값을 1차로 비교하고, 차속과 요레이트 값을 적용하여 횡방향 가속도값을 추출한 다음 롤 오버 한계값과 2차로 비교하여 전복 위험성을 판단하고, 연료량 제한 및 점화시기 지각 제어와 ESP를 제어하여 차량의 거동을 제어하는 차량의 거동 제어장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제어부는 횡방향 가속도값과 모델링된 롤 오버 한계값의 비교 결과 한계값을 초과하는 경우 전복 위험성이 있는 것으로 판정하여 연료량 제한 및 점화시기 제어로 엔진 출력을 제어하고, ESP를 제어하여 속도를 제어하는 차량의 거동 제어장치.
4. (a) 차량의 주행이 개시되면 차속과 조향각의 변화를 검출하여 기준 차속 이상에서 선회하고 있는지 판단하는 과정;

   (b) 기준 차속 이상에서 선회하고 있으면 롤 오버의 발생 가능성으로 판단하여 횡방향 가속도 센서의 값을 검출한 다음 모델링된 롤 오버 한계값과 비교하는 과정;

   (c) 횡방향 가속도센서의 값이 모델링된 롤 오버 한계값을 초과하는 경우 차속과 요레이트 값으로부터 횡방향 가속도를 추출하는 과정;

   (d) 상기 (c)에서 추출된 횡방향 가속도와 모델링된 롤 오버 한계값을 비교하는 과정;

   (e) 상기 (d)의 비교 결과 횡방향 가속도가 모델링된 롤 오버 한계값을 초과하면 전복 위험성이 있는 것으로 판정하여 연료량 제한 및 점화시기 제어로 엔진 출력을 제어하고 ESP를 제어하여 속도를 제어하는 과정을 포함하는 차량의 거동 제어방법.

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