KR101359375B1 - 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법 - Google Patents

차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에서 현재 차량의 질량을 추정하기 위한 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법에 있어서, 상기 차량의 엔진 토크 또는 제동력를 이용하여 상기 차량의 가속 또는 감속 상황을 판단하고; 상기 차량의 가속 또는 감속 후 상기 차량의 자유 회전 구간인가 판단하고; 상기 차량의 자유 회전 구간에서 상기 차량이 주행하는 노면이 평지 조건인가 판단하고; 및 상기 평지 조건인 경우 상기 엔진 토크 또는 제동력에 대한 상기 차량의 가속도 값 또는 감속도 값을 이용하여 상기 차량의 질량을 추정하는 것;을 포함한다.

Description

차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법{Method to deduce mass of vehicle in Electronic Stability Control system}
본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에서 현재 차량의 질량을 추정하기 위한 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법에 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 운전 자의 브레이크 작동에 의한 제동력과 차량의 가감속도를 통한 차량의 질량 추정도 가능하다. 이와 같이 ESC 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 이유는 차량의 질량 추정을 통해 차량의 주행 안정성을 확보하기 위함이다.
그러나, 종래 ESC 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법은 속도가 일정하고 수평한 노면을 주행하면서 롤이 발생하지 않는다는 가정을 포함하여 모두 평지에서만 가능한 방법으로 구배진 노면(언덕)에서는 적용할 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 질량을 추정할 뿐만 아니라 평지를 판단하는 방법도 같이 제시하여 정확한 차량의 질량을 추정함으로써 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있는 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법에 있어서, 상기 차량의 엔진 토크를 이용하여 상기 차량의 가속 상황을 판단하고; 상기 차량의 가속 후 상기 차량의 자유 회전 구간인가 판단하고; 상기 차량의 자유 회전 구간에서 상기 차량이 주행하는 노면이 평지 조건인가 판단하고; 및 상기 평지 조건인 경우 상기 엔진 토크에 대한 상기 차량의 가속도 값을 이용하여 상기 차량의 질량을 추정하는 것;을 포함한다.
상기 노면이 평지 조건인가 판단하는 것은, 상기 차량의 가속 후 상기 차량 의 자유 회전 구간에서 상기 차량의 자연 감속 경향으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법은 상기 판단된 상기 차량의 가속도 값을 저장하는 것;을 더 포함하고, 상기 차량의 질량을 추정하는 것은, 상기 엔진 토크에 대하여 상기 저장된 상기 차량의 가속도 값을 이용하여 상기 차량의 질량을 추정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법에 있어서, 상기 차량의 제동력을 이용하여 상기 차량의 감속 상황을 판단하고; 상기 차량의 감속 후 상기 차량의 자유 회전 구간인가 판단하고; 상기 차량의 자유 회전 구간에서 상기 차량이 주행하는 노면이 평지 조건인가 판단하고; 및 상기 평지 조건인 경우 상기 제동력에 대한 상기 차량의 감속도 값을 이용하여 상기 차량의 질량을 추정하는 것;을 포함한다.
이러한 본 발명에 의한 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법은 평지를 추정하는 조건이 만족된 후에 차량의 질량을 추정함으로써 보다 정확한 차량의 질량 추정이 가능하여 정확한 ESC 차량 모델을 생성함으로써 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있다는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 차량 안정성 제어(ESC) 시스템의 구성 블록도로서, 엔진 정보 입력부(10), 마스터 압력센서(12), 제어부(14), 엔진 토크 조절기(16) 및 제동력 조절기(18)를 포함하여 구성된다.
엔진 정보 입력부(10)는 차량의 CAN 신호에서 제공하는 엔진 토크, 엔진 RPM, 토크 컨버터 RPM 등의 엔진 정보를 제어부(14)에 입력하고, 마스터 압력센서(12)는 차량의 제동력을 검출하여 제어부(14)에 입력한다.
제어부(14)는 엔진 정보 입력부(10)로부터 입력된 엔진 정보(엔진 토크)와 마스터 압력센서(12)에서 검출된 차량의 제동력(제동 토크)를 이용하여 차량의 가속 또는 감속상황을 판단한 후 차량의 자유 회전(Free Rolling) 상황을 파악하여 차량이 주행하는 노면의 조건이 평지인지 판단하고, 평지 조건이 만족된 후에야 엔진 토크, 제동력에 대한 차량 가속도 값 또는 감속도 값을 이용하여 차량의 질량을 추정하는 전자제어유닛(ECU)이다.
엔진 토크 조절기(16)는 제어부(14)로부터 출력되는 엔진제어신호에 따라 엔진 토크를 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 TCS 제어블록과 협조 제어하여 엔진의 구동력을 제어하고, 제동력 조절기(18)는 제어부(14)로부터 출력되는 제동신호에 따라 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 ABS 제어블록과 협조 제어하여 브레이크 압력을 발생한다.
이하, 상기와 같이 구성된 차량 안정성 제어 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법에 대한 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
먼저, 평지에서 직진 주행 상태의 차량 질량을 추정하는 방법에 대하여 설명 한다.
본 발명은 뉴튼 제2법칙인 힘과 가속도의 관계식을 이용하여 입력된 엔진 토크와 차량 가속도의 관계식으로부터 차량의 질량을 추정하는 방법(가속 상황 시)과 브레이크 제동시 제동력과 차량 가속도의 관계식으로부터 차량의 질량을 추정하는 방법(제동 상황 시)을 아래의 [식 1], [식 2]을 이용하여 구한다.
[식 1]
Figure 112008065606308-pat00001
[식 2]
Figure 112008065606308-pat00002
여기에서, T w : 엔진에서 차량 휠로 전달되는 토크, r w : 차량 회전반경, I eff : 차량 부가 관성모멘트, a v : 차량 가속도, F brk : 브레이크 제동력, F aero : 주행 중 차량의 공기 저항력, μ rr : 노면 마찰계수, sinθ: 노면 구배 이다.
차량의 종방향 동역학식인 [식 1]을 차량 질량에 대한 관계식으로 정리하면 [식 2]와 같이 된다. [식 2]에서 추정할 수 없는 파라미터는 노면 구배에 해당하는 sinθ로 만약 차량이 주행하는 노면이 평지인 경우 [식 2]은 아래의 [식 3]으로 변경되어 차량 질량 추정이 가능해 진다.
[식 3]
Figure 112008065606308-pat00003
이와 같이, 노면 구배가 없는 상황이면 엔진 토크로부터 차량 휠에 전달되는 추력을 계산할 수 있고, 차량의 부가 관성 모멘트도 차량 제원으로 제공될 수가 있으며, 주행에 따른 공기 저항력은 일반적으로 공기 저항센서를 통해 계산할 수가 있고, 일반 노면에서 노면 마찰계수도 알려져 있기 때문에 차량 질량 추정이 가능하다. 차량의 가속도는 ESC 시스템의 휠 속도센서를 통해 계산할 수 있다.
다음에는, 차량이 주행하는 노면이 평지인지 판단하는 방법에 대하여 설명한다.
기본적으로 평지 판단은 도 2에 도시한 바와 같이, 차량이 일정거리를 가속(일정가속 구간) 후 자유 회전(Free Rolling;차량 가속과 브레이크가 없는 상태) 시 차량 자연 감속 경향으로 [식 4]을 이용하여 판단한다.
[식 4]
Figure 112013095172574-pat00004

여기에서, rw : 차량 회전반경, Ieff : 차량 부가 관성모멘트, av : 차량 가속도, Faero : 주행 중 차량의 공기 저항력, μrr : 노면 마찰계수, sinθ: 노면 구배, M: 최종 구하고자 하는 실제 차량 질량, M0: 공차 상태의 차량 질량이다.
[식 4]에서 알 수 있듯이 자유 회전(Free Rolling) 상황에서 차량은 공기 저항력, 노면 마찰계수, 차량 관성과 노면 구배에 의해 감속하게 되는데 노면이 평지인 경우에는 우측항의 sinθ가 0이 된다. 결국 평지에서 차량이 자유 회전(Free Rolling) 할 경우의 차량 감속도는 일정 범위로 추정할 수 있고, 이 일정 범위를 벗어나게 되면 구배진 노면(언덕)이라고 판단하여 평지 판단에서 제외시킨다.
다시 말하면, 평지 판단을 먼저 수행한 이후, 평지일 경우 차량 가속도와 엔진 토크를 이용하여 차량 질량을 구할 수가 있다.
이때, 평지 판단시에는 실제 차량 질량(M) 대신 공차 상태의 차량 질량(Mo)를 이용해도 오차가 크지 않고(Free-rolling 상태이기 때문에 질량의 영향성이 상대적으로 작기 때문), 평지 판단하기 전에는 실제 차량 질량(M)을 알 수 없기 때문에 공차 상태의 차량 질량(Mo)를 이용하게 된다.
따라서, 공차 상태의 차량 질량(Mo)를 이용하여 평지를 판단하게 되면, 평지 가속조건(엔진토크와 차량 가속상태)을 이용할 수가 있어 차량의 질량을 추정할 수가 있다.
이것은 도 2에 도시한 일정 가속 후 자유 회전(Free Rolling) 상황뿐 아니라, 도 3에 도시한 일정 제동(일정감속 구간) 후 자유 회전(Free Rolling) 상황에도 동일하게 적용된다.
예를 들어, 일정 엔진 토크를 가해서 차량이 가속할 경우, 만일 노면의 구배가 바뀌게 되면 차량의 가속력이 노면에 의해서 변하게 된다. 이럴 경우 차량 질량 추정을 금지한다. 그 이유는 추정 노면이 일정 평지가 아니기 때문이다. 이는 가속 상황 뿐 아니라, 제동 상황에도 동일하게 적용된다.
결론적으로, 일정 입력 포스에 대한 일정 출력이 유지되는 상황을 판단한 후, 곧이어 차량 자유 회전(Free Rolling) 상황이 감지될 경우에 평지를 판단하여 차량의 질량을 추정하게 되는 것이다.
이러한 동작을 정리하면 도 4와 같다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 차량 안정성 제어 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4에서, 차량 주행인 경우(100) 제어부(14)는 엔진 정보 입력부(10)로부터 입력된 엔진 정보(엔진 토크)와 마스터 압력센서(12)에서 검출된 차량의 제동력(제동 토크)를 이용하여 차량의 가속 상황을 판단한 후(102) 판단된 차량의 가속도 값 또는 감속도 값을 임시 저장한다(104).
이후, 제어부(14)는 가속 페달의 해제 상황을 판단하여 차량 가속과 브레이크가 없는 상태에서 자유 회전 구간인가를 판단하여(106), 자유 회전 구간인 경우 엔진 토크와 제동력을 이용하여 차량의 감속 경향을 파악한다(108).
따라서, 제어부(14)는 파악된 차량의 감속 경향으로 노면 구배를 판단하여(110) 평지 조건이 만족된 후(112) 엔진 토크와 제동력에 대한 차량 가속도 값을 이용하여 차량의 질량을 추정한다(114).
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 차량 안정성 제어 시스템의 구성 블록도이다.
도 2는 차량의 가속 이후 자유 회전 상황에서 엔진 토크를 나타낸 도면이다.
도 3은 차량의 제동 이후 자유 회전 상황에서 제동력을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 차량 안정성 제어 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 엔진 정보 입력부 12 : 마스터 압력센서
14 : 제어부 16 : 엔진 토크 조절기
18 : 제동력 조절기

Claims (4)

  1. 차량 안정성 제어 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 차량의 엔진 토크를 이용하여 상기 차량의 가속 상황을 판단하고;
    상기 차량의 가속 후 상기 차량의 자유 회전 구간인가 판단하고;
    상기 차량의 자유 회전 구간에서 상기 차량이 주행하는 노면이 평지 조건인가 판단하고; 및
    상기 평지 조건인 경우 상기 엔진 토크에 대한 상기 차량의 가속도 값을 이용하여 상기 차량의 질량을 추정하되;
    상기 노면이 평지 조건인가 판단하는 것은,
    상기 차량의 가속 후 상기 차량의 자유 회전 구간에서 상기 차량의 자연 감속 경향으로 하기 [식 4]를 이용하여 판단하는 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법.
    [식 4]
    Figure 112013095172574-pat00009
    여기에서, rw : 차량 회전반경, Ieff : 차량 부가 관성모멘트, av : 차량 가속도, Faero : 주행 중 차량의 공기 저항력, μrr : 노면 마찰계수, sinθ: 노면 구배, M: 최종 구하고자 하는 실제 차량 질량, M0: 공차 상태의 차량 질량이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판단된 상기 차량의 가속도 값을 저장하는 것;을 더 포함하고,
    상기 차량의 질량을 추정하는 것은,
    상기 엔진 토크에 대하여 상기 저장된 상기 차량의 가속도 값을 이용하여 상 기 차량의 질량을 추정하는 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법.
  4. 차량 안정성 제어 시스템에서 차량의 질량을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 차량의 제동력을 이용하여 상기 차량의 감속 상황을 판단하고;
    상기 차량의 감속 후 상기 차량의 자유 회전 구간인가 판단하고;
    상기 차량의 자유 회전 구간에서 상기 차량이 주행하는 노면이 평지 조건인가 판단하고; 및
    상기 평지 조건인 경우 상기 제동력에 대한 상기 차량의 감속도 값을 이용하여 상기 차량의 질량을 추정하되;
    상기 노면이 평지 조건인가 판단하는 것은,
    상기 차량의 감속 후 상기 차량의 자유 회전 구간에서 상기 차량의 자연 가속 경향으로 하기 [식 4]를 이용하여 판단하는 차량 안정성 제어 시스템의 차량 질량 추정방법.
    [식 4]
    Figure 112013095172574-pat00010
    여기에서, rw : 차량 회전반경, Ieff : 차량 부가 관성모멘트, av : 차량 가속도, Faero : 주행 중 차량의 공기 저항력, μrr : 노면 마찰계수, sinθ: 노면 구배, M: 최종 구하고자 하는 실제 차량 질량, M0: 공차 상태의 차량 질량이다.
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