KR101308355B1 - 차량 안정성 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 안정성 제어 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 차량의 엔진 토크를 감지하는 엔진토크 감지부, 상기 차량의 휠 속도, 종가속도, 제동압력, 요레이트를 감지하는 센서부, 상기 차량의 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 조절하는 제동력 조절부, 상기 엔진토크 감지부 및 센서부에서 감지된 데이터들을 이용하여 차량의 질량을 추정하고, 상기 추정된 질량에 따른 차량 안정성 제어 모델을 생성하고, 상기 생성된 차량 안정성 제어 모델에 따라 상기 제동력 조절부를 제어하여 차량의 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
차량, ESP, ESC

Description

차량 안정성 제어 시스템 {An Electronic Stability Control System of Vehicle}
본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의질량에 따라 제동제어를 수행하는 차량 안정성 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량 안정성 제어(Electronic Stability Control;이하 ESC라 한다) 시스템은 차량의 전반적인 주행자세를 안정적으로 제어하기 위한 시스템으로 기존의 ABS(Anti-lock Brake System)와 TCS(Traction Control System)와 연계하여 운전자가 별도의 제동을 하지 않아도 차량의 각 휠을 독립적으로 자동 제어해서 차량의 주행 안정성을 확보하는 것이다.
ESC 시스템에서 일반적으로 사용되는 모델은 2차원 선형 차량 모델이다. 이 모델은 차량의 CAN 신호에서 제공하는 엔진정보(엔진 토크, 엔진 RPM, 토크 컨버터 RPM 등)와 차량 트랜스미션 기어비 정보를 이용하여 차량 바퀴에 전달되는 토크를 산정하고, 이 산정된 차량 토크와 속도정보를 이용하여 가속 상황 시 현재 차량의 질량을 추정한다.
또한, ESC 시스템에 필수로 장착하는 마스터 압력센서 정보를 이용하여 운전자의 브레이크 작동에 의한 제동력과 차량의 가감속도를 통한 차량의 질량 추정도 가능하다. 이와 같이 ESC 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 이유는 추정된 차량의 질량에 따른 제어모델을 생성하고, 이렇게 생성된 제어모델에 따라 차량의 주행 안정성을 확보하기 위함이다.
그러나, 차량의 질량은 노면의 기울기 즉, 노면구배에 따라 변하기 때문에, 종래의 ESC 시스템은 노면구배를 구하여 차량의 질량을 추정해야 함에 따라 차량의 안정성 제어를 수행하는데 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 노면 구배와 무관하게 차량의 질량을 추정하여 차량의 안정성을 제어하는 차량 안정성 제어 시스템을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량의 엔진 토크를 감지하는 엔진토크 감지부, 상기 차량의 휠 속도, 종가속도, 제동압력, 요레이트를 감지하는 센서부, 상기 차량의 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 조절하는 제동력 조절부, 상기 엔진토크 감지부 및 센서부에서 감지된 데이터들을 이용하여 차량의 질량을 추정하고, 상기 추정된 질량에 따른 차량 안정성 제어 모델을 생성하고, 상기 생성된 차량 안정성 제어 모델에 따라 상기 제동력 조절부를 제어하여 차량의 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 센서부는 차량의 휠 속도를 감지하는 휠 속도센서, 상기 차량의 종가속도를 감지하는 종가속도센서, 상기 차량의 제동압력을 감지하는 제동압력센서, 상기 차량의 요레이트를 감지하는 요레이트센서로 구성된다.
또한, 상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 차량의 질량을 추정하는 차량 안정성 제어 시스템.
[수학식]
M =
Figure 112008065606443-pat00001
(여기에서,T w : 엔진에서 차량 휠로 전달되는 토크, r w : 차량 회전반경, I eff : 차량 부가 관성모멘트, a sensor : 종가속도 센서값, F brk : 브레이크 제동력, F aero : 주행 중 차량의 공기 저항력, μ rr : 노면 마찰계수, sinθ: 노면 구배, g: 중력, M: 차량의 질량)
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 종가속도 센서를 사용하여 노면 구배와 무관하게 차량의 질량을 구할 수 있으며, 이에 따라 차량 안정성 제어를 더 빠르고 정확하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명 하도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템을 도시한 블록도로써, 엔진정보 입력부(10), 센서부(30), 제동력 조절부(50), 제어부(70)를 포함하여 구성된다.
엔진 정보 입력부(10)는 차량의 CAN 신호에서 제공하는 엔진토크, 엔진RPM,토크 컨버터 RPM 등의 엔진 정보를 제어부(70)로 전송한다.
센서부(30)는 차량의 휠 속도를 감지하는 휠속도센서(32), 차량의 종가속도를 감지하는 종가속도센서(34), 유압제동장치(미도시)의 차량의 제동압력을 감지하기 위한 제동압력감지센서(36), 차량의 요레이트를 감지하는 요레이트센서(38)로 구성되며, 각 센서에서 감지된 정보는 제어부(70)로 전송한다.
제동력 조절부(50)는 제어부(70)로부터 출력되는 제동신호에 따라 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 한다.
제어부(70)는 차량의 질량에 따라 적합한 차량 안정성 제어 모델을 생성하며, 생성된 차량 안정성 제어 모델에 따라 제동력 조절부(50)를 제어하여 차량의 안정성 제어를 수행하도록 설정된다. 상기 차량 안정성 제어 모델이란, 차량의 제동제어시 차량의 질량에 따라 감속 및 가속되는 차량의 속도를 보완하기 위한 방법으로, 예를 들어 차량의 질량이 큰 경우의 가속도는 차량의 질량이 작은 경우보다 더 높으므로, 질량이 큰 차량의 제동제어시에는 차륜의 휠 실린더로 브레이크 액압을 좀더 많이 유출하여 질량차에 따른 차량의 제동을 보완하는 것이다.
제어부(70)는 전술한 차량의 안정성 제어 모델을 생성하기 위하여, 센서 부(30) 및 엔진 정보 입력부(10) 및 센서부(30)에서 입력받은 정보를 이용하여 하기 수학식 2의 우측항에 필요한 각 인자값들을 산출하고, 상기 산출된 값들과 입력받은 정보를 이용하여 차량의 질량을 구하도록 설정된다.
후술할 수학식 1 및 2 는 뉴튼 제 2 법칙인 힘과 가속도의 관계식을 이용하여 입력받은 엔진 토크와 차량 가속도의 관계식으로부터 차량의 질량을 추정하는 것이다.
Figure 112008065606443-pat00002
Figure 112008065606443-pat00003
(여기에서,T w : 엔진에서 차량 휠로 전달되는 토크, r w : 차량 회전반경, I eff : 차량 부가 관성모멘트, a v : 차량 가속도, a sensor : 종가속도 센서값, F brk : 브레이크 제동력, F aero : 주행 중 차량의 공기 저항력, μ rr : 노면 마찰계수, sinθ: 노면 구배, g: 중력, M: 질량 )
수학식 1 은 차량의 종방향 동역학식으로써, 차량 질량에 대한 관계식으로 정리하면 수학식 2가 된다. 수학식 2에서 차량 가속도와 노면 구배 정보는 종가속도 센서값으로 치환(즉, 종가속도 센서값 = 차량 가속도+ sinθ.g) 될 수 있으므로 수학식 2의 우측항이 최종적으로 성립된다.
제어부(70)에는 차량의 회전반경 및 차량의 부가 관성 모멘트와 같은 차량 제원이 기 설정되어 있으며, 노면의 마찰저항계수, 차량 가속도, 주행에 따른 공기저항력 등은 엔진정보 입력부(10) 및 센서부(30)에서 입력된 데이터들을 이용하여 산출한다.
제어부(70)는 수학식 2의 우측항에 존재하는 각각의 인자값에 해당하는 데이터를 입력하여 차량의 질량을 추정하면, 상기 추정된 차량의 질량에 다른 차량 안정성 제어 모델을 생성하고, 상기 생성된 제어 모델에 따라 차량의 안정성 제어를 수행한다.
이하에서는 도 2 를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 제어 방법을 간략히 설명하도록 한다.
차량의 주행중 제어부(70)는 일정시간마다 엔진정보 입력부(10)로부터 엔진정보(엔진토크), 센서부(30)로부터 차량의 제동력(제동토크), 휠속도, 종가속도, 요레이트 등의 데이터를 입력받는다(200).
제어부(70)는 입력된 데이터를 이용하여 전술한 수학식 1 및 2 에 필요한 인자값을 구하고, 입력받은 데이터 및 상기 구한 인자값을 수학식 2의 우측항에 적용하여 차량의 질량을 추정한다(210).
210 단계에서 차량의 질량이 추정되면, 제어부(70)는 추정된 차량의 질량에 따른 적합한 차량 안정성 제어 모델을 생성한다(220).
220 단계에서 차량 안정성 제어 모델이 생성되면, 제어부(70)는 생성된 차량 안정성 제어 모델에 따라 제동력 조절부(50)를 제어하여 차량의 안정성 제어를 수행한다(230).
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 제어 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 안정성 제어 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10: 엔진정보 입력부 30: 센서부
32: 휠속도센서 34: 종가속도센서
36: 제동압력감지센서 38: 요레이트센서
50: 제동력 조절부 70: 제어부

Claims (3)

  1. 차량의 엔진 토크를 감지하는 엔진토크 감지부;
    상기 차량의 휠 속도를 감지하는 휠 속도센서와, 상기 차량의 종가속도를 감지하는 종가속도센서와, 상기 차량의 제동압력을 감지하는 제동압력센서, 및 상기 차량의 요레이트를 감지하는 요레이트센서를 포함하는 센서부;
    상기 차량의 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 조절하는 제동력 조절부;
    상기 엔진토크 감지부 및 센서부에서 감지된 데이터들을 이용하여 차량의 질량을 추정하고, 상기 추정된 질량에 따른 차량 안정성 제어 모델을 생성하고, 상기 생성된 차량 안정성 제어 모델에 따라 상기 제동력 조절부를 제어하여 차량의 제어를 수행하는 제어부를 포함하되;
    상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 차량의 질량을 추정하는 차량 안정성 제어 시스템.
    [수학식]
    M =
    Figure 112013041243440-pat00007
    (여기에서,Tw : 엔진에서 차량 휠로 전달되는 토크, rw : 차량 회전반경, Ieff : 차량 부가 관성모멘트, asensor : 종가속도 센서값, Fbrk : 브레이크 제동력, Faero : 주행 중 차량의 공기 저항력, μrr : 노면 마찰계수, g: 중력 가속도, M: 차량의 질량, av: 차량 가속도)
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