KR101440424B1 - 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치에 관한 것으로서, 휠 하중센서에서 측정된 횡하중을 이용하여 차량의 자세를 제어함으로써 기존 차량자세제어 장치에 비해 빠른 제어가 가능하며, 단일 종류의 센서만을 사용함으로써 신호처리과정 및 비용을 줄일 수 있는 장치 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각 휠의 횡 방향 하중을 측정하는 휠 횡하중 측정부; 측정된 전륜 및 후륜 휠에 대한 사이드 슬립각 및 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산하는 연산부; 차량자세제어 및 조향 여부를 판단하여 차량자세를 유지시키는 판단부; 및 과대조향 또는 부족조향 여부에 따라 해당 휠로 브레이크 압력을 출력하는 브레이크 압력 출력부; 를 포함한다.

Description

휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING VEHICLE USING LATERAL LOAD OF WHEEL}

본 발명은 차량 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휠 횡하중센서를 통해 측정된 휠 횡하중을 이용하여 차량의 자세를 안정적으로 제어할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래에는 차량 안정성제어를 위해 조향각, 차속센서에서 요구되는 요레이트를 계산하고, 실제 요레이트 센서 신호와 비교하여 그 차이만큼 브레이크압력을 제어하거나 횡가속도 센서 신호를 추가하여 코너링포스를 산출함으로써 제동압력을 제어하였다.

한편, 상술한 바와 같은 종래 차량 안정성 제어 시스템에 관한 기술과 관련해서는, 한국공개특허 제10-2007-0102787호(이하, '선행문헌')외 다수 출원 및 공개되어 있다.

선행문헌에 따른 제어 시스템은, 차량의 움직임 정보를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에 의해 감지된 차량의 움직임 정보를 이용하여 산출된 전륜과 후륜의 코너링 포스(cornering force)에 따라 차량 제어 장치에 반영될 제어량을 결정하는 제어부; 를 포함하여 이루어진다.

그러나, 선행문헌을 포함한 종래 기술은, 요레이트 센서의 시간지연이 포함되고 다양한 센서의 신호처리과정이 포함되어 신뢰성 확보가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 휠 하중센서에서 측정된 횡하중을 이용하여 차량의 자세를 제어함으로써 기존 차량자세제어 장치에 비해 빠른 제어가 가능하며, 단일 종류의 센서만을 사용함으로써 신호처리과정 및 비용을 줄일 수 있는 장치 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치에 관한 것으로서, 각 휠의 횡 방향 하중을 측정하는 휠 횡하중 측정부; 측정된 전륜 및 후륜 휠에 대한 사이드 슬립각 및 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산하는 연산부; 차량자세제어 및 조향 여부를 판단하여 차량자세를 유지시키는 판단부; 및 과대조향 또는 부족조향 여부에 따라 해당 휠로 브레이크 압력을 출력하는 브레이크 압력 출력부; 를 포함한다.

또한 상기 휠 횡하중 측정부는, 휠 하중을 측정하는 하중센서인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연산부는, 상기 휠 횡하중 측정부를 통해 측정된 두 전륜 휠의 평균값과 두 후륜 휠의 평균값을 계산하여 전륜 및 후륜에 대한 사이드 슬립각을 계산하고, 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산하는 것을 특징으로 한다.
휠 횡하중으로부터의 사이드 슬립각 도출은, 2002년 출판된 "차량동역학"에 정의된 값에 의해 도출되며, 하중센서에 의해 측정된 휠 횡하중은 [수학식 1]에 의해 표현되고, 슬립각은 [수학식 2]를 통해 도출된다.
[수학식 1]

[수학식 2]

이때, Yf는 전륜의 휠 횡하중이고, Kf는 전륜의 횡강성이며, βf는 전륜의 사이드 슬립각이다.

또한 상기 판단부는, 상기 연산부를 통해 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 제어 판단모듈; 및 전후륜의 사이드 슬립각을 비교하여 과대조향 또는 부족조향 여부를 판단하는 슬립모드 판단모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어 판단모듈은, 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어난 경우, 차량자세제어 작동이 필요한 것으로 판단하고, 상기 사이드 슬립각의 차이값 만큼의 브레이크 압력을 결정하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 브레이크 압력 출력부는, 과대조향으로 판단한 경우, 결정된 브레이크 압력을 외측 휠로 출력하여 제동하는 것을 특징으로 하며, 부족조향으로 판단한 경우, 결정된 브레이크 압력을 내측 휠로 출력하여 제동하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 방법에 관한 것으로서, (a) 휠 횡하중 측정부가 각 휠의 횡 방향 하중을 측정하는 과정; (b) 연산부가 측정된 전륜 및 후륜 휠에 대한 사이드 슬립각 및 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산하는 과정; (c) 판단부가 차량자세제어 및 조향 여부를 판단하여 차량자세를 유지시키는 과정; 및 (d) 브레이크 압력 출력부가 과대조향 또는 부족조향 여부에 따라 해당 휠로 브레이크 압력을 출력하는 과정; 을 포함한다.

또한 상기 (b) 과정은, (b-1) 상기 연산부가 상기 휠 횡하중 측정부를 통해 측정된 두 전륜 휠의 평균값과 두 후륜 휠의 평균값을 계산하여 전륜 및 후륜에 대한 사이드 슬립각을 계산하는 단계; 및 (b-2) 상기 연산부가 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 (c) 과정은, (c-1) 상기 판단부가 연산부를 통해 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 단계; (c-2) 상기 (c-1) 단계의 판단결과, 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어난 경우, 상기 판단부가 차량자세제어 작동이 필요한 것으로 판단하고, 상기 사이드 슬립각의 차이값 만큼의 브레이크 압력을 결정하는 단계; 및 (c-3) 상기 판단부가 전후륜의 사이드 슬립각을 비교하여 과대조향 또는 부족조향 여부를 판단하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 (c-4) 상기 (c-1) 단계의 판단결과, 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어나지 않은 경우, 상기 판단부가 차량자세제어 작동이 필요치 않은 것으로 판단하여 프로세스를 종료하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 휠 하중센서에서 측정된 횡하중을 이용하여 차량의 자세를 제어함으로써 요레이트 센서 신호를 사용하는 기존 차량자세제어장치(ESC:Electronic Stability Control)에 비해 빠른 제어가 가능하여 안정적인 제어성능을 향상시킬 수 있고, 단일 종류의 센서만을 사용하여 신호처리과정 및 비용을 줄일 수 있어 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래 차량 안정성 제어 시스템에 관한 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치를 개념적으로 도시한 전체 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 방법에 관한 전체 흐름도.
도 4 는 요레이트와 휠 횡하중의 응답 특성을 보이는 그래프.
도 5 는 본 발명에 따른 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치의 성능을 평가하기 위한 차량자세제어 모델을 보이는 일예시도.
도 6 은 본 발명에 따른 도 5 의 차량자세제어 모델을 통한 차체 슬립각 비교를 보이는 그래프.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치 및 그 방법에 관하여 도 2 내지 도 6 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치(A)를 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 휠 횡하중 측정부(100), 연산부(200), 판단부(300) 및 브레이크 압력 출력부(400)를 포함하여 이루어진다.

휠 횡하중 측정부(100)는 각 휠의 횡 방향 하중을 측정한다.

이때, 휠 횡하중 측정부(100)는 각 휠에 설치되는 하중센서로서, 전륜(FL, FR) 및 후륜(RL, RR)을 포함하여 다수개 설치될 수 있다.

연산부(200)는 측정된 전륜 및 후륜 휠에 대한 사이드 슬립각 및 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산한다.

구체적으로, 연산부(200)는 상기 휠 횡하중 측정부(100)를 통해 측정된 두 전륜 휠의 평균값과 두 후륜 휠의 평균값을 계산하여 전륜 및 후륜에 대한 사이드 슬립각을 계산하고, 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산한다.
휠 횡하중으로부터의 사이드 슬립각 도출은, 2002년 출판된 "차량동역학"에 정의된 값에 의해 도출되며, 하중센서에 의해 측정된 휠 횡하중은 [수학식 1]에 의해 표현되고, 슬립각은 [수학식 2]를 통해 도출된다.
[수학식 1]

[수학식 2]

이때, Yf는 전륜의 휠 횡하중이고, Kf는 전륜의 횡강성이며, βf는 전륜의 사이드 슬립각이다.

판단부(300)는 차량자세제어 및 조향 여부를 판단하여 차량자세를 유지시키는 기능을 수행하는 바, 상기 도 2 에 도시된 바와 같이 제어 판단모듈(310) 및 슬립모드 판단모듈(320)을 포함한다.

구체적으로, 제어 판단모듈(310)은 상기 연산부(200)를 통해 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어나는지 여부를 판단한다.

판단결과, 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어난 경우, 제어 판단모듈(310)은 차량자세제어 작동이 필요한 것으로 판단하고, 상기 사이드 슬립각의 차이값 만큼의 브레이크 압력을 결정한다.

한편, 본 실시예에서 상기 설정범위는 ±2°인 것으로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이가 -2°~ 2°범위를 벗어날 경우, 제어 판단모듈(310)은 차량자세제어 작동이 필요한 것으로 판단한다.

슬립모드 판단모듈(320)은 전후륜의 사이드 슬립각을 비교하여 과대조향 또는 부족조향 여부를 판단한다.

이때, 슬립모드 판단모듈(320)은 전륜의 사이드 슬립각이 후륜의 사이드 슬립각보다 적을 경우 과대조향으로 판단하며, 전륜의 사이드 슬립각이 후륜의 사이드 슬립각보다 클 경우 부족조향으로 판단한다.

브레이크 압력 출력부(400)는 과대조향 또는 부족조향 여부에 따라 해당 휠로 브레이크 압력을 출력한다.

구체적으로, 브레이크 압력 출력부(400)는 과대조향으로 판단한 경우, 상기 제어 판단모듈(310)을 통해 결정된 브레이크 압력을 외측 휠로 출력하여 제동하고, 부족조향으로 판단한 경우, 상기 제어 판단모듈(310)을 통해 결정된 브레이크 압력을 내측 휠로 출력하여 제동함으로써 차량의 자세를 유지한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 장치를 통한 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 방법에 관하여 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 따른 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 휠 횡하중 측정부(100)는 각 휠의 횡 방향 하중을 측정한다(S10).

이후, 연산부(200)는 상기 휠 횡하중 측정부(100)를 통해 측정된 두 전륜 휠의 평균값과 두 후륜 휠의 평균값을 계산하여 전륜 및 후륜에 대한 사이드 슬립각을 계산하고(S20), 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산한다(S30).

뒤이어, 판단부(300)의 제어 판단모듈(310)은 상기 연산부(200)를 통해 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어나는지 여부를 판단한다(S40).

제S40 단계의 판단결과, 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어난 경우, 상기 제어 판단모듈(310)은 차량자세제어 작동이 필요한 것으로 판단하고, 상기 사이드 슬립각의 차이값 만큼의 브레이크 압력을 결정한다(S50).

또한, 판단부(300)의 슬립모드 판단모듈(320)은 전후륜의 사이드 슬립각을 비교하여 과대조향 또는 부족조향 여부를 판단한다(S60).

그리고, 브레이크 압력 출력부(400)는 과대조향 또는 부족조향 여부에 따라 해당 휠로 브레이크 압력을 출력한다(S70).

이때, 과대조향으로 판단한 경우, 상기 제어 판단모듈(310)을 통해 결정된 브레이크 압력을 외측 휠로 출력하여 제동하고, 부족조향으로 판단한 경우, 상기 제어 판단모듈(310)을 통해 결정된 브레이크 압력을 내측 휠로 출력하여 제동함으로써 차량의 자세를 유지한다.

그리고, 상기 제S40 단계의 판단결과, 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어나지 않은 경우, 상기 판단부(300)의 제어 판단모듈(310)은 차량자세제어 작동이 필요치 않은 것으로 판단하여 프로세스를 종료한다.

한편, 차량 시뮬레이션 모델을 구성하여 도 4 와 같은 요레이트와 휠 횡하중의 응답특성에 관한 해석을 수행한 결과, 휠 횡하중은 요율보다 0.1초 정도 빠른 응답을 나타내었다. 이에 따라, 휠 횡하중을 이용한 차량제어를 할 경우 좀 더 빠른 차량자세제어가 가능할 것으로 예상된다.

본 발명에서 제안한 휠 횡하중을 이용한 차량 안정성 제어 장치의 성능을 시뮬레이션으로 평가하기 위해 도 5 에 도시된 바와 같은 차량자세제어 모델을 구성하여 분석한 결과, 도 6 에 도시된 바와 같이 기존 요레이트 제어를 기준으로 볼 때 시간지연(0.1초) 요레이트 제어의 경우 차체슬립각에서는 33% 성능저하를 나타냈고, 휠 횡하중 제어의 경우 70%의 성능향상을 나타냈다.

차체슬립각이 작아진다는 것은 횡 방향 미끄러짐이 작아진다는 것으로 원하는 궤적을 좀 더 잘 따라갈 수 있으므로 주행안정성을 향상시키고, 주행손실을 줄일 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

A: 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치
100: 휠 횡하중 측정부 200: 연산부
300: 판단부 310: 제어 판단모듈
320: 슬립모드 판단모듈 400: 브레이크 압력 출력부

Claims (12)

1. 각 휠의 횡 방향 하중을 측정하는 휠 횡하중 측정부(100);
   측정된 전륜 및 후륜 휠에 대한 사이드 슬립각 및 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산하는 연산부(200);
   차량자세제어 및 조향 여부를 판단하여 차량자세를 유지시키는 판단부(300);
   및
   과대조향 또는 부족조향 여부에 따라 해당 휠로 브레이크 압력을 출력하는 브레이크 압력 출력부(400); 를 포함하되,
   상기 휠 횡하중 측정부(100)는, 휠 횡하중을 측정하는 하중센서를 포함하고,
   상기 연산부(200)는,
   상기 휠 횡하중 측정부(100)를 통해 측정된 두 전륜 휠의 평균값과 두 후륜 휠의 평균값을 계산하여 전륜 및 후륜에 대한 사이드 슬립각을 계산하고, 전후륜간의 사이드 슬립각 차이를 계산하며,
   상기 하중센서에 의해 측정된 휠 횡하중은 [수학식 1]에 의해 도출되고, 슬립각은 [수학식 2]를 통해 도출되며,
   상기 판단부(300)는,
   상기 연산부(200)를 통해 계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이값이 설정범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 제어 판단모듈(310); 및 전후륜의 사이드 슬립각을 비교하여 과대조향 또는 부족조향 여부를 판단하는 슬립모드 판단모듈(320); 을 포함하고,
   상기 제어 판단모듈(310)은,
   계산된 전후륜간의 사이드 슬립각의 차이가 -2°~ 2°의 설정범위를 벗어난 경우, 차량자세제어 작동이 필요한 것으로 판단하여 상기 사이드 슬립각의 차이값 만큼의 브레이크 압력을 결정하며,
   상기 브레이크 압력 출력부(400)는,
   과대조향으로 판단한 경우, 결정된 브레이크 압력을 외측 휠로 출력하여 제동하는 것을 특징으로 하는 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치.
   [수학식 1]
   

   

   
   [수학식 2]
   

   

   
   이때, Yf는 전륜의 휠 횡하중이고, Kf는 전륜의 횡강성이며, βf는 전륜의 사이드 슬립각이다.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 브레이크 압력 출력부(400)는,
   부족조향으로 판단한 경우, 결정된 브레이크 압력을 내측 휠로 출력하여 제동하는 것을 특징으로 하는 휠 횡하중을 이용한 차량 제어 장치.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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