KR101569223B1 - 지면에 대한 차속 판단을 이용한 차량 제어 시스템 - Google Patents

지면에 대한 차속 판단을 이용한 차량 제어 시스템 Download PDF

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장 루이 린다
다니엘 왈세르
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꽁빠니 제네날 드 에따블리세망 미쉘린
미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 차륜의 회전에 기초한 측정을 제공할 수 있는 센서가 각각 장착된 적어도 두 개의 차륜(1)을 포함하는 차량의 선형 지면 속도를 각 순간에서 판단하는 것을 포함하는 지면에 대한 차량의 거동을 제어하는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 대응 센서(11)의 측정에 기초한 각각의 차륜(1)을 위한 원주 방향 속도 지시계(101, 102)와, 지면에 대한 차량의 순간 속도(Vv)의 추산값을 생성하기 위해 각각의 상기 차륜에 대해 측정된 원주 방향(Vr)의 사용을 확인하기 위하여 상기 차륜의 순간 조건의 파라미터 특징을 진단하기 위한 시스템을 포함한다. 진단 시스템은 특히 차륜의 순간 가속에 기초한 차륜의 점착 손실을 진단하기 위한 수단(109), 차륜 점착 효율의 측정으로부터 차륜 속도 지시의 유효성을 진단하는 수단(107), 및 차륜의 활주의 판단에 기초한 차륜 점착의 회복 또는 연속성을 진단하는 수단(113)을 포함한다. 차량 속도 지시계(119)는 수행된 진단의 말기에서 미거절된 정보에 기초한 지면에 대한 차량 속도의 추산값을 생성한다. 또한, 본 발명은 구동시 개별 전기 기계에 각각 결합된 차량 차륜의 순간 활주를 판단하기 위하여, 그리고 차량 거동을 향상시키기 위해서 이 활주에 기초한 각각의 상기 차륜에 인가된 토오크를 제어하기 위한 속도 추산 시스템의 사용에 관한 것이다.

Description

지면에 대한 차속 판단을 이용한 차량 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING A VEHICLE WITH DETERMINATION OF THE SPEED THEREOF RELATIVE TO THE GROUND}
본 발명은 지상 차량, 특히 도로용 차량에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 차량 거동을 판단하여 주행 조건과 안전성을 향상시키는 매개변수들을 조절하기 위해 도로용 차량을 제어하고 이를 위해 지면에 대한 속도를 판단하기 위한 기술을 목적으로 한다. 본 발명은 지면에서의 차량 이동이 필요에 따라 구동 토오크나 제동 토오크를 구동 차륜에 인가하기 위해 구동 차륜에 결합된 하나 이상의 특수 전기 기계에 의해 제어되는 경우에 특히 적합하다.
최근들어 전기 자동차에 대한 제안들이 크게 진전되고 있다. 예컨대 미국 특허 제5,418,437호를 언급할 수 있는데, 이 특허에서는 각각의 차륜이 그에 특수한 전기 기계에 의해 구동되고 제어부가 차륜 내에 통합된 모터를 제어할 수 있도록 하고 교류 발전기나 배터리에서 모터로 진행되는 에너지 공급의 관리를 처리하는 직렬 하이브리드형인 4륜 차량을 설명한다. 에너지 공급이 차단되는 경우, 차량의 관성 작용으로 인한 차륜의 이동은 다시 전기 기계를 구동시키고 전기 기계가 해당 차륜에 소위 재생성 제동 토오크를 인가함으로써 전기 부하에 대해 제너레이터로서 동작할 수 있도록 한다.
상기 특허는 얻어진 전기적 제동의 관리에 대해서는 아무런 언급이 없지만, 종래 기술에는 종래의 마찰을 이용한 기계적 제동 제어를 보상하기 위한 이런 관리의 예들이 있다. 따라서, 예컨대 영국 특허 출원 공개 GB 2344799는 전통적인 기계적 제동 기능과 더불어 내연기관과 정상적으로 이용 가능한 압축 또는 엔진 제동에 의한 제동을 시뮬레이팅하는 기능을 제공하기 위해 전기 견인 모터로부터 여러 수준의 재생성 제동 동력을 생성할 수 있는 차량을 설명한다.
일반적으로, 차량에 탑재된 전기 기계가 제공하는 설비를 이용하여 전기 기계가 설치된 차량의 차륜에 인가되는 토오크를 유연하고 정확하게 제어하는 것이 이미 제안된 바 있다. 이런 가능성은 예컨대 차륜 잠금-방지 시스템과 이용되고 있다. 미국 특허 제6,709,075호는 전기 모터 견인 시스템이 설치된 차량을 설명한다. 제너레이터로서 이런 모터의 작업에 의해 도출되는 제동 기능은 차량에 설치된 ABS 시스템(antilock braking system, 잠금 방지 제동 시스템)에 의해 판단되는 차륜 거동의 함수로서 각 차륜에 인가되는 마찰 제동 토오크에 부가될 수 있다. 배열은 재생성 제동이 마찰 제동을 조절하기 위한 ABS 시스템의 정확한 작업과 충돌하지 않도록 이루어진다.
차륜에 인가되는 토오크를 정교하게 제어하기 위한 이런 설비는 보다 일반적으로 제동 토오크만을 변조하거나 엔진 토오크를 함께 변조함으로써 안전성 제어 시스템에 적합하다. PCT 특허 출원 공개 WO01/76902는 내연 기관에 의해 구동되기 쉬운 각각의 차륜이 요(yaw) 센서에 응답하여 동작하는 차량 안전성 제어 시스템의 여러 제어부의 기능으로서 추가의 엔진 토오크나 제동 토오크를 차륜에 선택적으로 인가하는 것이 가능한 전기 기계에도 결합된 차량 추진 및 제동 시스템을 설명한다.
마지막으로, 영국 특허 출원 공개 GB 2 383 567도 내연기관을 구비하는 차량의 특정 차륜에 토오크를 제공하는 전기 기계가 마련된 시스템을 설명한다. 이런 추가 토오크의 수준은 요 센서가 제공하는 데이터의 함수로서 변조된다.
따라서, 내연기관에 의해 차량의 차륜에 인가되는 힘을 조절하기 위해 전기 기계에 의해 제공되는 엔진 또는 제동 토오크를 이용하는 것은 잘 알려져 있다. 또한, 전기 견인 차량의 차륜에 인가되는 마찰 제동력을 조정하기 위해 이런 기계에 의해 생성되는 토오크를 이용하는 것도 알려져 있다.
전술한 두 가지 예에서는 요 센서가 차량에 탑재되어 원하는 거동 효과를 얻기 위해 차량의 특정 차륜에 인가되거나 부가될 토오크 수준을 판단한다. 그 밖의 매개변수가 이런 목적을 위해 측정되어 이용될 수 있다. 유럽 특허 출원 EP 0 881 114는 안내 여부에 관계없이 각각의 차륜에 엔진 또는 제동 토오크를 인가하는 것이 가능한 독립적인 전기 모터에 각각 결합된 네 개의 차륜을 구비한 차량을 위한 제어 시스템을 제시한다. 종래의 디스크 제동 시스템도 마련되어 있으며 조향각 센서는 매순간마다 안내 차륜의 방향을 알 수 있도록 한다. 각각의 차륜 모터에는 차륜 속도 센서가 설치된다. 지면에 대한 차량 속도의 지시값은 차륜 센서가 전송한 신호로부터 얻은 정보를 시스템의 제어부가 조합함으로써 얻어진다. 이런 지시값은 탑재 가속도계와 위성 항법 시스템에서 얻은 정보를 이용하여 특정될 수 있음이 (보다 세부적인 내용없이) 지시되어 있다. 시스템의 제어부는 각각의 차륜에 인가되는 토오크 수준과, 해당 차륜의 속도 및 조향각과, 차량의 추산 지면 속도를 계속 추적한다. 또한, 제어부는 요 레이트(yaw rate)를 계산하고, 이런 모든 정보에 기초하여 차륜 각각의 순간 슬립을 판단한다. 제어부는 각각의 차륜에 대해 판단된 슬립값의 함수로서 그리고 운전자의 명령에 응답하여 제동, 가속 및 조향각을 최적화하는 방식으로 견인 및 제동 토오크를 제어한다.
실제로, 차량의 지면 속도 지시값은 상기 공보에서 제시된 제어 시스템에 중요한 데이터이다. 차량의 거동을 특징짓는 데 기본적인 이런 데이터에 대해 단지 용이한 것만이 아니라 무엇보다 비용 효과적이고 신뢰할만한 접근을 자체적으로 가능하게 만드는 차량 탑재 장치로부터의 직접 측정이 없다. 따라서 그것은 직접적으로 얻기에 보다 용이한 다른 측정값에 기초한 계산에 의해 판단되어야 한다. 각 차륜의 순간 속도가 외적으로는 지면 프로파일의 균일도 및 지표면 조건 모두에 대한 지면 조건에 의해 영향을 받고, 내적으로는 차륜이 받게 되고 차륜 방향 및 차륜에 인가되는 토오크 모두에 영향을 주는 명령과 차량의 현가 장치를 거쳐 전달되는 차량 자체의 동적 반응에 의해 영향을 받는 근본적으로 가변적인 인자라는 것은 알려져 있다.
따라서, 개개의 차륜 센서에 의해 생성된 측정 신호를 단순히 조합하는 것만으로는 차량 및 차륜 거동의 실시간 측정을 위해 충분히 정교하고 동적이고 신뢰할만한 지면 상대 차속에 대한 유효한 판단을 얻는 데 불충분하다. 더불어, 실제적 면에서 허용 가능하기 위해서는 솔루션이 차량에 용이하고 저렴하게 구현될 수 있어야 한다.
이미 다양한 솔루션이 이런 문제의 해결책을 개선하기 위한 시도로서 제시되어 있다. 예컨대 프랑스 특허 출원 공개 FR 2 871 889호에서 설명하는 시스템은 해당 차륜에 부착된 센서에 의해 공급되는 회전 속도에 기초하여 차륜의 종방향 속도에 대한 각각의 순간 측정값의 품질을 진단하고 선행 진단에서 도출된 품질 지수에 의해 얻어지고 가중된 종방향 차륜 속도의 평균값으로부터 차량의 종방향 속도를 계산한다. 진단은 또한 각각의 해당 차륜의 종방향 속도가 상기 특허의 요지인 계산 방법이 적용 가능하도록 보장하는 (15 kph보다 작지 않고 250 kph보다 높지 않은) 값의 범위에 있는지를 점검하는 것을 포함한다. 이런 진단은 또한 각각의 해당 차륜의 회전 속도의 유도값이 적합하지 않은 지시값을 배제하기 위해 차륜이 고정되지도 슬립하지도 않음을 나타내는 특정 범위 내에 있음을 점검하는 것을 포함한다. 따라서, 상기 방법은 이들 다양한 범위를 벗어나면 적용되지 않는다. 계산은 슬립의 측정값을 적절히 공급하기 위한 이들 한계를 벗어나면 더 이상 유효하지 않다. 소정 순간에 적합한 지시값이 전혀 없는 경우, 시스템은 이전 순간에 판단된 값들로부터 추론된 차속값을 제공한다. 모든 상황에 대한 제안된 방법의 적용 가능성에 대한 모든 논의에 독립해서, 제안된 추론 기술은 예컨대 시스템이 일반적으로 오류 검출 다음 수분의 1초후 속도의 새로운 유효 측정을 수반하는 로드 그립(road grip)의 회복을 허용하는 잠금 방지 제어의 경우, 불연속적 작업의 경우와 달리 수초간 지속될 수 있는 전이 단계 동안 또는 연속적인 시스템에 의해 차량의 거동을 모니터링하기에 부적절하다.
상술한 난점을 극복하기 위한 다른 제안이 프랑스 특허 출원 공개 FR 2 894 033에 설명되어 있는데, 이 특허에서 차량의 종방향 속도는 선택된 특정 차륜들의 회전 속도를 측정하는 센서에서 얻은 이들 특정 차륜의 종방향 속도의 추산값을 조합함으로써 계산된다. 계산 방법은 각각의 차량 구동 모드에 적용된다. 각 차륜의 종방향 속도는 회전시 차륜의 가능 위치의 함수로서 보정되며, 뒤이어 차륜의 상태(고정 또는 슬립)가 해당 차륜에 인가된 토오크 값의 함수로서 시험된다. 그 후, 미리 얻어진 종방향 속도로부터 얻은 가속도 값과 차량 탑재 가속도계가 제공하는 종방향 가속 측정값 간의 일관성에 대한 시험이 수행된다. 일관성이 확인되면, 계산된 종방향 속도가 유지된다. 그렇지 않은 경우, 종방향 속도는 사용된 가속도계에서 제공하는 측정값을 적분함으로써 얻어지는 값이다.
실제로, 가속도계에서 제공하는 측정값은 차량이 이동 중인 지면의 가능한 경사에 따른 지구 가속도 성분으로 인한 오차에 의해 영향을 받는다. 이는 한편으로 차륜에 대해 제시된 종방향 속도 측정값에 대한 유효성 시험이 차속에 관한 신뢰할만한 지시값을 제공하기에 충분히 정교하지 않은 것처럼 보이도록 하고, 다른 한편으로 가속도의 일관성을 시험하고 일관성 오류가 있는 경우 속도를 판단하기 위해 제시된 방법이 예컨대 비상 제동(또는 확연한 가속)이 지속될 경우 수초간 연장될 수 있는 기간 동안의 연속 작업과 양립하지 않는 오차에 의해 영향을 받는 결과가 된다.
따라서, 지면에 대한 차량의 전반적인 속도의 판단 작업은 개발 중인 차량 거동 제어 시스템에서 핵심적인 문제로 남아 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 하나 이상의 차륜 각각이 독립적인 전기 기계에 결합된 차량의 경우 특히 문제가 된다. 더불어, 이 문제는 견인뿐 아니라 제동도 전기 에너지로부터 충분하고 직접적으로 도출되는 전기 차량의 경우 특히 중요하다. 예컨대 최근에 특허 출원 WO 2007/107576는 모든 상황에서도 어떠한 부가적 기계적 제동을 하지 않고도 차량의 안전성을 보장하기에 충분하게 각각의 해당 차륜에 재생성 전기적 제동 토오크를 인가하는 능력이 있도록 보장하기 위한 신뢰할만한 수단이 설치된 그런 차량을 제시한다. 이런 차량의 거동을 제어하기 위한 전기 기계에 의해 제공된 동적이고 정확한 견인 및 제동 토오크 제어 수단을 장점으로 하는 차량을 가질 수 있도록 하는 것이 제안된다.
도로에 대한 이들 차륜 또는 차량의 거동에 민감한 센서로부터 검출될 때 주행 환경의 함수로서 각각의 이들 차륜에 인가된 특정한 운동적 또는 제동 토오크를, 주행시, 조정하도록 차량의 두 개 이상의 차륜에 대하여 개별적 전기 기계의 존재에 의해 수여된 제어 가요성으로부터 장점을 얻기를 명백하게 시도하고 있다. 다양한 측정값들이 이 목적을 위하여 차량에 대해 수일간 공통적으로 수행된다. 예를 들어, 차량 제동방지 제어 시스템에 대한 검출 매개변수를 제공하도록 각각의 차륜의 가속 및/또는 각속도를 측정하는 것이 가능하다. 또한, 차량 안정 제어 시스템에서 요(yaw) 각도 변화 측정값을 얻는 것은 통상적이다. 제시간에 측정된 매개변수는 차륜에 인가된 토오크를 실시간 또는 유사 실시간으로 제어하게 하도록 결합된다. 이제, 매우 일반적으로, 이들 매개변수를 결정하는 것은 제어되는 차량의 하나 이상의 차륜의 각속도뿐만 아니라 전체적인 또는 평균의 선형 속도 및 당해 차륜의 레벨에서의 선형 속도에 대해 정확히 아는 것이 요구된다. 실제로, 차량의 차륜의 속도는 턴의 경우에 모두 동일하지 않다. 또한, 소정 차륜의 레벨에서 차량의 선형 속도는, 주목할만하게, 지면에 의해 이들 차륜의 접촉 영역에서의 제동 또는 가속 힘에 의해 유도된 슬립과 같은 차량의 동적 거동으로 인한 인자들 때문에, 상기 차량 상에 측정된 각속도로부터 추론할 수 없다.
전술한 종래 기술에서 이미 제시된 발전 상황에 비추어, 본 발명의 주제는 차량의 선형 속도의 신뢰할만한 추산값을, 각각의 순간마다, 제공할 수 있고, 지면에 대한 차륜의 거동의 임의의 매개변수를 현저하게 제어하는 것이 가능하게 하는 시스템이다. 본 발명은 특히 차량의 각각의 구동 차륜의 구동 및 제동이 당해 차륜의 특수한 하나의 동일한 전기 기계로부터 완전히 또는 전체적으로 얻어지는 차량에 특히 아주 적합하다.
이를 위해, 하나의 태양에 따른, 본 발명의 주제는 차륜의 회전의 함수인 측정값을 제공하기에 적합한 센서가 각각 설치된, 적어도 두 개의 차륜을 구비한 차량의 지면에 대한 순간 속도의 추산값을 포함하는 차량 제어 시스템이며, 본 발명의 차량 제어 시스템은,
a) 대응하는 센서의 측정값으로부터 각각의 차륜에 대한 원주 방향 속도의 함수인 지시값을 당해 순간에 제공하기에 적합한 지시계와,
b) 상기 차륜의 조건을 진단하기 위한 단계의 완료 시에 지시계 a)로부터 얻어진 지시값의 함수로서 당해 순간에 차량 지면 속도 추산값을 생성하기에 적합한 차량 속도 지시계를 포함한다.
시스템은, c) 차량 탑재 상의 다른 측정값으로부터 얻어진 지시값으로부터 얻어진 적어도 하나의 슬립 정보 항목에 기초하여, 차륜이 롤링하는 지면의 상태에 상관없이 차륜이 로드 그립을 유지하거나 회복하는 것을 지시하는, 상기 차륜의 로드 그립의 보유 또는 회복를 진단하는 장치를 또한 포함하는 것을 특징으로 하고, 차량 속도 지시계(313)는 상기 진단 장치에 의해 로드 그립 조건에서 검출된 차륜으로부터 얻어진 원주 방향 속도 지시값으로부터 순간 차량 속도 추산값을 생성하도록 상기 진단 장치 c)로부터 얻어진 정보에 따라 작동하는 것을 특징으로 한다. 상기 슬립 정보 항목은 차량 속도의 기존 추산값에 기초한 판단 및/또는 로드 그립 계수 측정값에 기초하는 것이 바람직할 수 있다. 시스템은 차륜이 주행하는 지면의 표면의 상태에 상관없이 차륜의 로드 그립 회복 정보 항목을, 임의의 경우에 매우 빠르게, 제공할 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 차량 제어 시스템은,
d) 대응하는 차륜 센서로부터 얻어진, 양 또는 음의, 차륜 가속 측정값에 기초한 차륜 로드 그립의 손실을 진단하기 위한 장치와,
e) 상기 차륜의 로드 그립 계수의 측정값에 기초하여 구하고자 하는 차량 속도의 수용가능한 근사값을 제공하도록 원주 방향 차륜 속도 지시값의 유효성을 진단하기 위한 장치를 포함하고,
차량 속도 지시계는 장치 c) 내지 장치 e)의 일부분에 대한 적어도 두 개의 긍정적인 진단을 받은 상태를 갖는 단지 이들 차륜으로부터 얻어진 원주 방향 속도 지시값에 기초한 상기 순간 차량 속도 추산값을 생성하도록 진단 장치로부터 얻어진 정보에 따라 선택적으로 작동하는 것을 특징으로 한다.
이 실행을 위한 양호한 실시예에 따르면, 차량 제어 시스템은, 상기 차륜의 로드 그립 계수의 측정값에 기초하여 구하고자 하는 차량 속도의 수용가능한 근사값을 제공하도록 원주 방향 차륜 속도 지시값의 유효성을 진단하기 위한 장치 e)가, 제1 임계값에 대해 측정된 로드 그립 계수의 값을 시험하기에 적합하며, 제1 임계값 미만에서 원주 방향 차륜 속도가 이 목적을 위해 유효한 근사값을 제공하는 것을 또한 특징으로 한다.
차륜의 순간적인 슬립의 시험에 따라 차륜의 로드 그립의 회복 또는 유지를 진단하기 위한 장치 c)는, 소정의 임계값에 대하여 선행하는 순간에서의 차량 속도의 추산값으로부터 얻어진 차륜의 순간 슬립율의 값 및/또는 제1 임계값보다 작은 제2 임계값의 함수로서의 로드 그립 계수의 값을 시험할 수 있도록 제공하는 것이 바람직하다.
양호한 실시예에 따르면, 차량 속도 지시계는 유효성 스테이지의 완료 시에 유지된 속도 지시값의 평균값을 계산한다.
로드 그립의 손실을 갖는 차륜에 대응하는 지시값을 거절하도록, 상기 차륜이 가속 또는 감속을 받는지에 따라 달라지는 임계값에 따른 각각의 차륜의 로드 그립의 손실을 검출할 수 있도록 진단 장치 d)가 설비되는 것이 바람직하다.
각각의 이들 차륜에 대해 그리고 각각의 당해 차륜 상의 차량의 동적 부하의 지시계에 대해 주행시 인가된 토오크의 지시값에 응답하여 로드 그립 계수를 계산하기 위한 모듈이 제공되는 것이 바람직하다.
제어 시스템은, 차량의 턴 반경의 함수 및 턴 에서 이러한 차륜의 위치의 함수로서 정정된 각각의 차륜의 원주 방향 속도의 지시값을 생성하도록 차량의 턴 반경의 함수인 순간 지시값을 진단 장치 및 차량 속도 지시계에 제공하기에 적합한 센서를 또한 포함한다. 차량의 순간 조향 반경을 감지하는 센서는 구하고자 하는 턴 각도의 양호한 근사값을 제공할 수 있다.
양호한 특징에 따르면, 시스템은 적어도 하나의 차량 이동 가속 센서를 또한 포함하고, 차량 지면 속도 지시계는, 원주 방향 차륜 속도가 진단 장치에 의해 유지될 수 없는 경우에, 상기 센서 측정값의 함수로서 차량 지면 속도 값을 계산하기에 적합하다. 우선적으로, 이 지면 속도 지시계는, 적어도 하나의 차륜 센서 측정값으로부터 생성된 수평에 대한 차량의 경사도와, 시간 슬롯 동안 통합되기에 적합한 차량 이동 가속 지시값을 생성하도록, 차량과 합체된 다른 각도 센서로부터의 지시값으로부터 계산하기 위한 스테이지를 포함하며, 시간 슬롯의 말기에서 차량 속도 지시값이 진단 장치에 의해 유지될 수 없다.
상기 진단 및 지시 장치를 제공하는 차량의 데이터 전송 네트워크 및/또는 차륜 센서의 작동의 완결성을 모니터링하도록 다른 진단 장치가 추가로 제공될 수 있다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 주행시 견인 및/또는 제동 토오크를 받는 적어도 하나의 차륜의 순간 슬립의 지시값의 발생에 기초한 지면에 대한 차량을 제어하는 시스템에 관한 것이고, 상기 차륜의 회전의 함수인 측정값을 제공하기에 적합한 센서와, 상기 센서의 측정값에 기초한 원주 방향 차륜 속도의 함수로서 양을 제공하기에 적합한 제1 지시계를 포함한다. 시스템은, 본 발명의 위의 설명에서 한정된 바와 같은 차량의 순간 속도를 추산하기 위한 시스템에 기초하여, 상기 차륜의 위치에서 지면에 대한 차량의 전진의 속도의 함수인 지시값을 제공하기에 적합한 제2 지시계와, 당해 차륜의 위치에서 차량의 전진의 속도와 차륜의 원주 방향 속도 사이의 편차의 함수로서 상기 차륜의 슬립의 지시값을 제공하도록 소정 순간에서 제1 및 제2 지시계에 응답하여 작동하는 계산 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 특징에 따르면, 이 시스템은 주행시 견인 및/또는 제동 토오크를 받는 적어도 두 개의 차륜에 대한 순간 슬립의 지시값을 발생시키기에 적합하고, 각각의 상기 차륜의 원주 방향 속도의 함수로서 각각의 지시값을 제공하도록 제1 지시계에 결합된, 차량의 각각의 상기 차륜을 위한 센서를 포함하며, 슬립이 계산되는 차륜들 중 하나의 차륜의 위치에서, 제2 차량 이동 지시계는, 다른 차륜과 합체된 센서로부터의 적어도 측정값에 따라 작동한다.
터닝시 차륜의 거동을 고려하기 위해서, 당해 순간에서의 차량의 가능한 턴 반경과 턴에서 상기 차륜의 위치에 따라 각각의 차륜에 대하여 계수가 발생되고, 슬립이 계산되는 각각의 차륜의 위치에서 지면 상의 차량 전진 속도를 판단하도록 지면에 대한 전체 차량 전진 속도를 나타내는 양을 설정한다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은, 견인에서 또는 제동에서의 당해 차륜을 구동시키는 적어도 하나의 회전 전기 기계와 상기 차륜을 위한 회전 센서를 포함하는 차량의 차륜 상의 토오크 제어 시스템에 관한 것이고, 이 시스템은,
상술한 본 발명의 설명에 따라, 지면에 대한 차량의 순간 속도의 추산값을 제공하기에 적합한 시스템과,
지면에 대한 상기 차량 속도 추산값과 상기 센서로부터 도출된 당해 순간에서의 당해 차륜에 대한 속도 지시값에 응답하여 소정 순간에서의 차륜의 슬립을 계산하기 위한 스테이지와,
슬립이 소정 세트포인트(setpoint) 관계에 따르도록 당해 순간에서 계산된 차륜의 슬립의 값의 함수로서 차륜에 인가된 토오크를 조정하기에 적합한, 전기 기계 내의 전류를 제어하는 유닛을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 상기 세트포인트 관계는 순간의 주행 조건에서의 차륜의 소정의 최소 지면 로드 그립 레벨의 유지에 대응한다. 이것은 프로그램된 세트포인트 값 아래로 계산된 슬립을 유지하는 것에 대응한다. 일 실시예에서, 상기 세트포인트 값은 각각의 차륜에 대해 동일하다. 상기 세트포인트 우선적인 값은 15%의 부근에 위치된다.
최종적으로, 본 발명은 견인 및 제동에서의 당해 차량을 완전히 구동시키기에 적합한 회전 전기 기계에 결합된 적어도 하나의 차륜이 설치된 전기 견인 차량과, 위의 설명에 따른 지면 거동을 제어하기 위한 시스템을 또한 목표로 한다. 견인 및 제동이, 당해 기계로부터 순수하게 또는 완전하게 전기 방식으로, 즉 차량에 대한 기계적 마찰 토오크의 어플리케이션을 포함하지 않으면서, 얻어지는 이들 차량에 대한 어플리케이션이 설계된다.
본 발명의 다른 목적과 장점은 첨부 도면에서 예시하는 비제한적이지만 바람직한 다음의 예시적 실시예에 대한 설명에 의해 보다 자명하게 될 것이다.
도 1a는 탑재 장치에 의한 전기 에너지 생성을 하는 네 개의 구동 차륜을 구비한 전기 차량의 구동 및 제동을 제어하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a 도시된 차량의 일부를 보다 상세히 도시한 다이어그램이다.
도 2는 지면에 대한 해당 차륜의 슬립의 함수로서 차륜의 로드 그립 계수의 변화를 나타내는 도표이다.
도 3은 본 발명의 일 태양에 따른, 슬립을 측정하고 이런 측정값의 함수로서 전류를 조절하기 위한 모듈의 작업을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 시스템의 다른 모듈의 작업을 도시한 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 차량이 측정한 데이터로부터 지면의 경사각을 판단하는 것에 대한 설명도이다.
도 6은 경사각 및 가속도 측정값을 보정하기 위한 신호 처리 스테이지를 아주 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 도 6의 신호 처리 스테이지에서 생성된 신호를 도시한 도표이다.
도 8은 차량에 작용하는 힘의 인가점을 정의하는 도면이다.
도 1a는 네 개의 차륜(1AvG, 1AvD, 1ArG, 1ArD)를 구비한 차량의 개략도이다. 차륜은 좌측 전륜이 1AvG로, 우측 전륜이 1AvD로, 좌측 후륜이 1ArG로, 우측 후륜이 1ArD로 지시된다. 각각의 차륜에는 차륜에 기계적으로 결합된 전기 기계가 설치된다. 전기 기계(2AvG, 2AvD, 2ArG, 2ArD)들을 볼 수 있다. 이하, 명료한 설명에 도움이 되지 않을 경우, 차량의 차륜(1)이나 전기 기계(2)의 위치를 구체적으로 지시하는 지수들을 반복하지 않기로 한다. 견인 전기 기계(2)는 자기 제어식 동기형(self-controlled synchronous type) 3상 기계이다. 이들 기계에는 각각 기계 뒷쪽에 통합된 리졸버(resolver)형 각방향 위치 센서(11)(도 3)가 설치되고 전선(21)에 의해 전기 기계들과 연결된 각각의 전자식 차륜 제어 모듈(23)에 의해 제어된다.
전자식 차륜 제어 모듈(23)은 전기 기계의 전류에 대한 측정값과 각방향 위치 센서(11)에서 제공하는 측정값에 기초하여 전기 기계를 토오크와 관련하여 제어하도록 설계된다. 각각의 전자식 차륜 제어 모듈(23)은 진폭과 신호가 사전 결정된 제어 토오크를 해당 차륜에 선택적으로 부가할 수 있도록 한다. 이 때문에, 전기 기계는 모터 및 제너레이터로서 사용될 수 있다. 각각의 전자식 모듈은 전기 기계의 회전자의 회전 속도(Ωr)와 각가속도(Ω'r)를 계산하기 위해 디지털 처리 기능을 이용한다. 토오크나 종방향 힘이 없는 상태에서 한 번의 차륜 회전에 대해 차량이 이동한 선형 거리로서 정의되는 차륜, 보다 정확하게는 차륜 타이어의 기준 전진량(reference development)을 알고, 회전자의 축선과 차륜 간의 연결 기어장치의 감속비를 알면, 각각의 전자식 모듈(23)은 각속도(Ωr)와 각가속도(Ω'r)를 각각 차량으로 복원되는 선형 속도(Vr)와 선형 가속도(γr)로 전환한다. 그러나, 예컨대 모터가 설치되지 않은 차륜의 경우에도, ABS(블록킹 방지 시스템) 또는 임의의 다른 원리에 입각한 작동을 위해 홀-효과 센서형 속도 센서를 이용하기 위한 독립적인 차륜 속도 측정값을 이용하여 본 발명의 특정 원리를 구현하는 것이 가능할 수 있음을 주목해야 한다.
공식적으로, 본 실시예에서 각각의 후륜(1ArG, 1ArD)에도 정지될 때 차륜을 위한 기계식 제동 장치(71)가 설치되고, 정지될 때에만 제동 제어부에 의해 구동되는 전기 액츄에이터(7)에 의해 제어된다. 본 출원에서 설명하는 발명 적용에서, 차량의 차륜 중 어느 것도 기계적 서비스 브레이크를 포함하지 않는다. 제동 제어 신호의 진폭에 관계없이, 즉 가장 강력한 제동 상황에서도, 제동은 전기 기계들을 제너레이터 모드로 조정하는 것에 의해서만 처리된다. 특히 강력한 제동 상황에서도 생성된 모든 동력의 소모를 보장하기 위한 수단이 마련된다. 이들 수단은 저장 커패시턴스, 실시간 생성되는 에너지를 사용하기 위한 회로 및 선행하는 두 개의 소모 모드의 여분 동력을 소멸시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 각각의 차륜은 각각의 차륜에 대해 선택적인 제동력을 생성할 수 있도록 하기 위해 하나 이상의 전용 전기 기계를 포함하는데, 이 경우 차륜 사이에 기계식 변속기와 차동 장치가 있을 수 있기 때문에, 이런 작업은 예컨대 액슬의 차륜과 같이 여러 차륜에 공통적인 전기 기계로는 수행될 수 없었다. 전기 기계는 각각의 차륜에 최고의 가능 제동력을 부가하기에 적절한 치수를 갖는다.
공지된 전기 축전기는 차량의 무게가 진짜로 너무 무거워지도록 커패시턴스를 설치한 것을 제외하고는 긴급 제동에 의해 생성된 전력을 흡수할 수 없거나 장기간에 걸친 제동에 의해 생성된 모든 전기 에너지를 흡수할 수 없기에, 높은 전력을 흡수할 수 있도록 하기 위해서 예컨대 물의 순환에 의해 효과적으로 냉각되는 소산형 전기 레지스터가 설치되었다. 따라서, 예컨대 출원인 중 한 명의 명의로 공개된 특허 출원 WO 2007/107576 A1에서 상세한 설명을 확인할 수 있는 본 명세서에 제시된 전기 시스템은 환경에서 격리되어 차량 외부와 전기 에너지가 교환되지 않는 자율형 전기 시스템이고, 따라서 모터 차량에도 적용 가능한데, 이런 전기 제동 시스템의 적용은 기차나 도시용 전차와 같이 전기망에 연결된 차량의 경우보다 훨씬 어렵다.
예컨대 토오크가 서로 부가되는 여러 개의 전기 기계를 구비하도록 선택하는 것이 가능하다. 이 경우, 전자식 차륜 모듈은 하나의 동일한 차륜에 병렬 설치된 여러 개의 전기 기계를 구동할 수 있다. 차륜에 여러 개의 전기 기계를 설치하는 주제와 관련하여 예컨대 특허 출원 WO 2003/065546 및 특허 출원 FR 2776966을 참조해야 한다.
본 출원에서 선택되고 예시된 실시예는 탑재 장치(on board)의 전기 에너지를 처리하는 차량에 대한 적용을 설명한다. 도 1a는 중심 전기 라인(40)으로 전류를 전달하는 연료 전지(4)를 도시한다. 배터리와 같이 전기 에너지를 공급하기 위한 임의의 다른 수단이 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 전자식 회수 모듈(50)에 의해 중심 전기 라인(40)에 링크된 본 실시예에서 고용량 커패시터들로 이루어진 전기 에너지 저장장치(5)가 있음을 알 수 있다. 소산형 전기 레지스터(6)가 바람직하게는 (도시 안된) 교환기로 열량을 소산시키는 냉각제에 침지되어 제동 상황 동안에 전기 기계 세트에 의해 생성되는 전기 에너지를 흡수할 수 있는 에너지 흡수 장치를 형성함을 알 수 있다. 소산형 레지스터(6)는 전자식 소산 모듈(60)에 의해 중심 전기 라인(40)에 연결된다.
중앙 계산 및 제어 유닛(3)은 차량의 전기 견인 시스템을 포함하는 다양한 기능을 관리한다. 중앙 유닛(3)은 전선(30A)(CAN bus®)을 통해서 전자식 차륜 제어 모듈(23) 및 전자식 회수 모듈(50)과 대화한다. 중앙 유닛(3)은 또한 도 1b에 상세히 도시된 복수의 제어 장치, 즉 특히 전선(30E)을 통해서 가속도 제어부(33)와 대화하고, 전선(30F)을 통해서 제동 제어부(32)(서비스 브레이크)와 대화하고, 전선(30C)을 통해서 전진 및 후진 기어 선택 제어부(31)와 대화한다. 중앙 유닛(3)은 또한 차량의 조향 제어부(41)에 연결되어 조향각 반경(Ray)을 판단할 수 있도록 하는 측정 센서 또는 시스템(35)과 전선(30G)을 통해서 대화한다. 마지막으로, 본 실시예에서 차량의 동적 거동을 관리하기 위해, 중앙 유닛(3)은 차량의 종축(X)을 따라 가속도(γx)를 감지하는 센서(34)와 전선(30D)을 통해서 대화하고, 차량의 횡축(Y)을 따라 가속도(γy)를 측정하기 위한 센서 또는 시스템(36)과 전선(30H)을 통해서 대화하고, 차량의 수직축(Z)을 중심으로 한 각방향 요 레이트(Ωz)를 감지하는 센서(37)와 전선(30I)을 통해서 대화하고, 차량의 횡축(Y)에 대한 각속도(Ωy)를 감지하는 센서(38)와 라인(30J)을 통해서 대화한다. 이들 센서에서 얻은 정보는 중앙 유닛(3)이 다른 결과 중에서도 차륜에 가해지는 동적 부하가 차량의 전륜 및 후륜 사이 그리고 우륜 및 좌륜 사이의 부하 편차로 인해 발생할 때, 한편으로 종방향(축 X를 따르는) 가속도 및 횡방향(차량의 이동에 대해 횡축 Y) 가속도의 함수로서 차륜에 대한 동적 부하를 계산할 수 있도록 한다.
중앙 유닛(3)은 차량의 종방향 변위의 관리를 처리하며 이로 인해 중앙 유닛은 모든 전자식 차륜 제어 모듈(23)을 제어한다. 중앙 유닛은 한편으로 그 진폭이 차량에 바람직한 전체 견인력을 나타내고 가속 제어부(33)에서 제공하는 제어 신호에 의해 가동되는 견인 작동 모드와, 다른 한편으로 그 진폭이 차량에 바람직한 전체 제동력을 나타내고 제동 제어부(32)에서 제공하는 제어 신호에 의해 가동되는 제동 작동 모드를 포함한다. 이들 각각의 작동 모드에서, 각각의 제어 신호의 진폭에 관계없이, 중앙 유닛(3)은 회전하는 전기 기계에서 제공하는 모든 차륜(1)에 대한 종방향 힘의 합이 제어 신호의 상기 진폭의 함수이도록 모든 전자식 차륜 제어 모듈(23)을 제어한다. 특히 제동 작동 모드의 경우 그러하다. 즉 기계적 서비스 브레이크가 없으며, 본 출원에서 설명되는 전기식 제동 시스템은 차량의 서비스 브레이크이다.
또한, 중앙 유닛(3)은 사전 결정된 거동 프로그램에 따라 각각의 타이어 일(tyre work)을 수행하기 위해 각 차륜의 동적 부하의 함수로서 각 차륜에 대한 특정 설정점 토오크의 인가를 제어하도록 프로그램된다. 따라서, 본 출원에서 설명된 실시예에서, 프로그램은 선험적으로 고정된 외부 전략에 따라 각각의 차륜에 가해지는 토오크(따라서 각각의 차륜에 의해 지면에 각각 인가되는 접선력)를 조절한다. 반대로, 아래에서 보게되는 바와 같이, 각각의 전자식 차륜 제어 모듈은 중앙 유닛으로부터 토오크 설정점을 받아서 이로부터 대응하는 전기 기계의 제어 전류를 위한 대응 설정점 값 Icc를 판단한다.
도 1a로 돌아가서, 이미 지시한 바와 같이, 기계식 주차 브레이크 장치(39)의 액츄에이터(7)는 주차 상황 외에 이런 브레이크를 사용하지 못하도록 하기 위해 제공되는 안전 장치의 제동 제어부(32)에 의해서가 아닌 오직 이러한 주차 브레이크 제어부(39)에 의해서만 전선(30K)을 통해 제어된다. 마지막으로, 전자식 회수 모듈(50)은 전선(30B)을 통해서 전자식 소산 모듈(60)과 대화한다.
이하, 본 발명의 적절한 구현예와 관련한 양태를 설명한다. 도 2는 차량이 주행 중인 지면과 접촉 상태로 측정된 슬립(λ)의 함수로서, 통상적으로 타이어가 설치될 수 있는 차륜(2)의 로드 그립 계수(μ)의 변화를 나타내는 곡선으로서, 한 곡선(101)은 건조한 지면의 경우이고 다른 곡선(102)은 젖은 상태, 따라서 보다 미끄러운 지면의 경우이고, 세 번째 곡선(103)은 빙판, 따라서 아주 미끄러운 지면의 경우인 곡선을 도시한다. 이들 곡선에서, 이들 곡선의 로드 그립 계수의 최대값을 연결하는 선에 의해 우측에 범위가 정해진 제1 음영 영역(Z1)을 식별하는 것이 가능하다. 이 영역(Z1)에서, 차륜의 작업은 안정적인데, 다시 말해서 슬립이 증가할수록 로드 그립 계수도 증가한다. 이는 차륜에 인가되는 엔진 또는 제동 토오크로 인한 접선력을 지면으로 전달할 수 있도록 한다. 보다 높은 슬립값에 대응하는 제2 영역(Z2)에서, 작업은 불안정하게 된다. 곡선(101)에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 슬립이 특정 한계, 이 경우 대략 15%를 넘어서면, 로드 그립 계수는 떨어진다. 따라서 지면으로 전달된 접선력은 떨어지고 전달되지 않은 여분의 토오크는 차륜의 회전 속도를 더욱 감소시키고 이는 또한 슬립 증가 등을 야기하는데, 이것은 차량 변위의 역방향으로 미끄럼 모드로 회전하기 전에 제동에 의해 차륜의 회전 속도를 순간적으로 상쇄시키거나 차량의 변위 방향으로 가속에 의해 급속히(일반적으로 수십분의 1초 내에) 미끄러지도록 유도하는 로드 그립 현상의 손실이다.
로드 그립 계수(μ)의 최대값은 타이어와, 차량이 주행 중인 지면의 조건(건조, 젖음 등)의 특성에 따른다. 양호한 로드 그립 품질을 갖는 타이어가 설치된 승객용 차량의 경우, 로드 그립 계수의 최적값은 약 5% 내지 15%에 위치하는 슬립율에 대응한다. (본 출원에서 고려된) 로드 그립 계수가 차륜과 지면의 접촉 영역에서 지면 접선력 대 지표면에 대한 수직 하중의 비율에 의해 정의됨을 알면, 언급된 값들은 이에 따라 최적 값에서 지면 상에서 차륜의 작동점을 유지할 수만 있다면 건조한 지면 상에서 1.15 g(g는 중력 가속도)의 최대 감속, 젖은 지면 상에서 0.75 g의 최대 감속 및 빙판 지면 상에서 0.18 g의 최대 감속을 허용한다. 본 발명이 추구하는 목적 중 하나는 차량의 차륜 중 적어도 일부, 특히 전기 기계에 의해 구동 및 제동을 하는 차륜에 대해 매순간 인가되는 토오크의 적절한 제어를 통해 이런 작업에 가능한 근접하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 해당 차륜에 대해 이루어진 슬립 값의 함수로서 대응하는 전기 기계(2)에 의해 각각의 차륜에 인가되는 견인 또는 제동 토오크를 제어하기 위한 장치의 요소들을 아주 개략적으로 도시한다. 이런 표현 양식은 다음 설명을 잘 이해하기에 편리하다. 명백하게, 본 발명은 도로용 차량을 관리 및 제어함에 있어 사용되는 프로그램 가능한 하드웨어 장치와 종래의 소프트웨어를 이용하여 구현될 수 있다. 전자식 차륜 모듈(23)의 주 역할은 이것과 연계된 모터 또는 모터들의 토오크를 제어하는 것이다. 자기 제어식 3상 동기화 기계(2)의 토오크-전류 특징은 잘 알려져 있는데, 따라서 이들 기계에서 전류 제어는 이들 기계를 토오크와 관련하여 제어하는 것과 동일하다. 차륜 제어 모듈(23)에서, 이런 기본 기능은 전류 설정점 Ic와 리졸버(11)에서 전달하는 전기 기계(2)의 회전자의 각방향 위치 측정값 αr로부터 전선(21) 상의 전류를 제어하는 모듈(23A)에 의해 도표적으로 표현된다. 계산 모듈(23F)은 중앙 유닛(3)에 의해 전달한 토오크 설정점 Cc를 이런 토오크를 생성하는 데 필요한 전류 설정점 Icc로 전환할 수 있도록 한다. 리졸버(11)에 의해 전달하는 전기 기계(2)의 회전자의 각방향 위치 정보 αr도 모듈(23B)이 상기 회전자의 각속도 Ωr 및 각가속도 Ω'r를 계산하는 데 사용된다. 종방향 토오크나 힘이 없는 상태에서 한 번의 차륜 회전에 대해 차량이 이동한 선형 거리로 정의되는 차륜, 보다 정확하게는 차륜 타이어의 기준 전진량을 알고, 회전자의 축선과 차륜 간의 연결 기어장치의 감속비를 알면, 모듈(23C)은 회전자의 각속도 Ωr와 각가속도 Ω'r를 각각 (후술하는 바와 같이 차량으로 복원되는) 원주 방향 선형 차륜 속도 지시값 Vr과 원주 방향 선형 차륜 가속도 지시값 γr로 전환한다. 이들 원주 방향 선형 차륜 속도 지시값 Vr과 원주 방향 선형 차륜 가속도 지시값 γr은 CAN 통신 버스(30A)를 거쳐 중앙 유닛(3)으로 전달된다.
토오크 설정점(Cc)과 더불어, 제어 모듈(23)은 중앙 유닛(3)으로부터 CAN 통신 버스(30A)를 거쳐 최대 가용 슬립 설정점(λc)과 적절한 차량의 지면 속도의 지시값(Vv)을 받는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
중앙 유닛(3)에서 전달하는 디지털 지시값(Vv)과 모듈(23C)에서 전달하는 디지털 지시값(Vr)을 받는 블록(23D)에 의해 개략적으로 표현된 차륜 제어 모듈(23)은 1 ms 내지 2 ms의 주기성을 갖고 공식 (Vr-Vv)/Vv에 따라 해당 순간의 슬립율 λ에 대한 계산을 한다. 차륜 가속 단계에서, 차륜 속도는 차속보다 크고 슬립율은 위에서 정의된 공식에 따라 양의 값인 반면에, 제동 중에 원주 방향 선행 차륜 속도 지시값 Vr는 차속 Vv보다 작고 슬립율은 음의 값이다. 간단한 설명을 위해, 이하 λ를 슬립의 절대값으로 간주하며, 마찬가지로 최대 슬립 설정점 λc와 전류 설정점 Icc는 항상 양의 값으로 간주한다. 계산된 슬립 지시값은 중앙 유닛(3)에서 전달하는 설정점 슬립(λc)과 계산된 슬립 간의 편차 ελ를 지시하는 신호를 제공하기 위해 [비교 모듈(16)에 의해 개략적으로 표현되는 바와 같이] 사용된다. 설정점 슬립 λc과 계산된 슬립 λ 간의 편차 ελ가 이런 최대 설정점이 순간 슬립율 만큼 초과됨을 지시하는 경우, 이 정보는 예컨대 종래의 PID(Proportional Integral Derivative) 조절기일 수 있는 조절기(23E)에 의해 사용되어 전류 설정점 Iλc를 생성한다. 그 후, 전체 전류 설정점(Ic)은 (ⅰ) 토오크 설정점[블록(23F)]에서 생성한 초기 전류 설정점 Icc와 (ⅱ) 조절기(23E)에서 얻은 전류 설정점 Iλc를 합산함으로써 계산된다[합산 블록(17)]. 전기 기계(2)의 전류를 제어하고 리졸버(11)에서 전달하는 전기 기계의 회전자에 대한 각방향 위치 지시값도 수신하는 모듈(23A)에 인가되는 것은 이런 전체 설정점 Ic이다. 따라서, 예컨대, 슬립 λ가 설정점 λc보다 작은 상태로 남아 있기만 하다면, 가속 단계 동안에는 아무것도 발생하지 않는다. 차륜이 미끄러지기 시작해서 λ가 λc보다 커지면, 설정점 슬립에 대한 편차는 음의 값이 된다. 따라서, 모듈(23E)의 출력에서 대응하는 전류 지시값 Iλc는 역시 음의 값이며 차륜에 인가되는 토오크를 감소시키고 λc에서 슬립을 최대로 유지하기 위해 합산 블록(17)에서 초기 설정점 전류 Icc의 지시값을 저감시킨다.
중앙 유닛(3)에서 처리된 정보(토오크 설정점 Cc, 차속 Vv 및 슬립 설정점 λc)는 비교적 느리지만 차량 거동 동역학에 적절한 10 내지 20 ms의 비교적 느린 속도로 차륜 모듈(23)로 전달된다. 반대로, 각각의 차륜에 특수한 모듈(23B, 23C 등)로부터 얻은 정보와 모듈(16, 17, 23D, 23E)에 의해 수행되는 처리 작업은 차륜 동역학에 적절한 1 내지 2 밀리초의 기간에 대응하는 비교적 빠른 속도로 전달된다. 마지막으로, 각각의 전자식 차륜 제어 모듈(23)이 진폭 및 신호가 사전 결정된 제어 토오크를 해당 차륜에 선택적으로 부가할 수 있도록 한다는 것을 유의하면, 이에 따라 제동 방향(역방향 회전 방지) 및 이동 방향(미끄럼 방지)으로 그리고 전기 기계에 의해 견인 및 제동이 충분하고 단독으로 제어되는 각각의 차륜에 대해 진행하는 슬립 제어를 허용하는 빠르고 효과적인 시스템이 있다. 타이어를 갖는 차륜의 로드 그립에 대한 진정한 자동 제어가 이런 방식으로 생성된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 시스템은 탑재 장치로부터 얻은 순간 측정값을 이용하여 전반적으로 차량 지면 속도를 나타내는 값을 판단하는 것이 가능하도록 하고, 대응하는 슬립 계산이 모든 상황, 특히 회전시에 가능한 정밀하게 유지되도록 하기 위해 가능하게는 이 값을 각 차륜의 위치에서의 차량 지면 속도를 얻도록 보정하는 것이 가능하도록 구성된다.
이런 기술의 여러 양태는 해당 순간의 소정 차륜의 로드 그립 계수의 판단에 의존하는데, 우선 이것을 설명하기로 한다. (차륜이 어떠한 내연기관 구동이나 통상적으로 마찰에 기반한 기계적 제동을 포함하지 않기 때문-출원인이 출원을 하고 서두에서 검토한 특허 출원의 지시에 따라-이거나 해당 순간에 순간적으로 이런 조건에 있기 때문에) 차륜이 해당 차륜에 결합된 전기 기계 또는 전기 기계들이 제공하는 토오크만을 받을 때, 차륜에 가해지는 이 토오크는 상기 전기 기계 또는 전기 기계들(2)을 통과하는 전류에 직접적으로 대응한다. 차륜(1)의 기준 반경을 알면, 이로부터 차륜에 의해 지면에 가해지는 접선력을 매순간 유도하는 것이 가능하다.
또한, 차량의 차륜 기부 E(도 8 참조)와, 차량의 총무게 M과, 후방 액슬 시스템 및 전방 액슬 시스템 사이의 무게 분포 kM 및 (1-k)M과, 무게중심 높이 Hg를 알고, 마지막으로 측정 센서 또는 시스템(34, 36)(도 1b)에서 제공하는 선형 가속도 γx과 γy를 알면/측정하면, 중앙 유닛(3)은 매순간 전방 및 후방 액슬 시스템 상에 가해지는 부하 또는 수직력 FAV 및 FAR을 측정할 수 있다. 차량의 윤거(track width) V를 알면, 중앙 유닛(3)은 또한 전방 및 후방 액슬 시스템 각각의 차륜 사이의 부하 분포를 판단할 수 있다.
무게 및 무게중심 위치량은 차량이 적절한 센서 시스템이나 그 밖의 임의의 균등물에 의해 동력을 받을 때 측정될 수 있다. 본 출원에서 설명되는 실시예에서는, 보다 간단히 두 명의 승객이 탑승한 해당 차량 모델에 대응하는 명목값을 택했다. 이에 따라, 이미 지시된 바와 같이, 중앙 유닛은 해당 순간에 차륜에 의해 지면에 가해지는 접선력과 수직력 사이의 비율로서 차륜의 순간 로드 그립 계수 μr을 계산한다.
이제 다시 차속 판단으로 돌아가면, 차속 판단은 센서(11)의 측정값에서 도출되고 이하 설명될 기준에 따라 사전 인가된 원주방향 차륜 속도값들 Vr의 평균값에 대한 계산에 기초하여 이들 값 중에서 이런 계산을 위해 신뢰할만한 것으로 판단되는 값들만을 유지한다. 따라서, 차륜 속도값들 중에서 적어도 하나의 값이 유효하기만 하다면, 이들 기준에 따라, 그 값은 다음 수학식에 따라 소정 순간의 기준 차속을 판단하기에 이용될 것이다.
Vv = 유효 Vr의 합/Nb_유효_차륜 (g)
소정 순간에 어떤 원주방향 차륜 속도도 유효하지 않다면, 차속은 후술하는 바와 같이 추산된 차량의 이동 가속도 지시값을 적분함으로써, 얻어진 최종 유효 차속으로부터 중앙 유닛에 의해 계산된다.
측정값 Vr은 다음 조건이 충족될 경우에 유효한 것으로 고려된다.
(a) 시스템이 CAN 버스(30A)를 통한 디지털 정보 계산의 교환시에 어떠한 오류도 검출하지 않는다. 특히 CAN 버스에서의 통신 관리를 담당하고 각각 중앙 유닛(3) 내에 그리고 각각의 전자식 차륜 모듈(23)에 통합된 전자식 구성요소들은 통신 시스템의 정확한 작업과 내부의 디지털 정보 계산의 완전성을 점검한다. 상기 구성요소들은 경우에 따라 중앙 유닛(3) 및/또는 전자식 차륜 제어 모듈(23)에 의해 사용될 수 있는 CAN 오류 정보를 생성한다. 또한, 중앙 유닛(3)은 10 ms 내지 20 ms(여기에서는 16 ms)의 속도로 전자식 차륜 모듈(23)로 정보(설정점, Vv, 등, 도 3 참조)를 규칙적으로 전송한다. 이 속도가 관찰되지 않을 경우, 전자식 모듈은 CAN 오류(고장 추적 중앙 유닛 부재, CAN 접속 차단 등)를 검출하고 CAN 버스에서 나온 데이터를 무시한다. 대칭적으로, 전자식 차륜 모듈(23)은 16 ms의 동일한 속도로 중앙 유닛에 응답한다(Vr, 전류, 오류 등). 중앙 유닛에 의해 이 속도가 전자식 모듈(23) 중 하나에 대해 관찰되지 않는 것으로 확인되면, 중앙 유닛은 해당 모듈이 없는 것으로 선언하고 그 데이터(특히 Vr)를 무시한다.
(b) 해당 차륜과 연계된 전자식 제어 모듈(23)은 리졸버(11)에 대해 어떠한 오류도 검출하지 않는다.
(c) 상기 차륜은 지면 로드 그립을 손실하지 않았다. 이와 관련하여, 주로 원주방향 차륜 가속도 γr이 비정상적일 때, 즉 차량의 물리적 특성에 대해 너무 높을 때 로드 그립의 손실이 있는 것으로 간주된다. 예컨대, 이동 방향으로 0.7 g보다 크고 제동 방향으로 1.2 g보다 큰 값은 차륜 로드 그립의 손실을 지시하는 것으로 간주된다. 이들 가속도 값은 리졸버(11)에서 차륜 제어 모듈(23)과 중앙 유닛으로 제공하는 정보로부터 도출됨을 주목하라. 차륜들 중 하나의 차륜에서 로드 그립의 손실이 검출될 때, 정상 로드 그립, 따라서 상기 차륜에 대한 유효 속도 측정값으로의 복귀는 해당 차륜에 대한 슬립 값이 차속 측정값에 대한 오차가 허용가능(3%)하거나 그렇지 않은 경우 μr이 지면 조건에 무관하게 차륜 로드 그립을 보장할 정도로 충분히 낮다(도 2의 곡선 103에 대응하는 아주 미끄러운 지면 조건을 가정하면 15%)고 간주할 수 있도록 충분히 낮은 값을 취하는 경우에만 발생한다.
(d) 해당 순간에 계산된 로드 그립 계수(μr)는 한계값(μlim)보다 작은데, 이 한계값보다 크면, 도 2의 곡선 μ(λ)에서 얻어지는 슬립은 원주방향 차륜 속도를 상기 차륜의 위치에서 허용가능한 제1 차속 근사치로 계속 간주할 수 있도록 하기에는 너무 큰 것으로 판단된다. 예컨대, 50%의 영역에서 나타나는 것과 같은 값(μlim)을 생각하면, 이 한계값 보다 작은 값 μr에 대응하는 슬립값들은 작다는 것을 확인할 수 있다(곡선 101 및 102). 이들 슬립값은 허용 가능한 것으로 판단되는 1.5 내지 3%를 넘지 않는 평균 속도를 판단함에 있어 오차를 야기한다.
도 2의 곡선들을 관찰하면 지면에서의 최대 로드 그립 μmax가 μ-lim보다 클 때(곡선 101 및 102에 대해 μmax1 와 μmax2), 상기 곡선들은 (50% 영역에서) μ_lim보다 작은 μr의 값에 대해 지면 조건에 대한 의존성을 거의 갖지 않음을 알게 된다. 이후, 특히 50%보다 작은 μ에 대해 사용된 타이어의 특징 μ(λ)을 알면, 해당 순간에서의 일 μr에 대응하는 슬립 λ을 판단하고 이에 따라 차륜 속도 측정값 Vr에 가중치를 더하는 것이 가능할 것이다.
설명된 바와 같이 판단되는 로드 그립 계수의 지시값은 예컨대 차륜 상의 수직력을 계산하기 위해 감안된 명목 부하에 대한 차량의 실제 부하의 편차에 대응하는 오차에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러나, 곡선 101 및 102를 관찰하면, 대략 50%의 로드 그립 계수에 대해 큰 오차는 대응하는 슬립값에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 실제로, 본 출원에서 설명된 유효성 기준(즉 차륜의 위치에서 측정된 차속 대신 차륜의 원주 방향 속도를 사용하는 것으로 이루어진 근사값의 유효성)을 적용하는 경우, 이들 부정확성은 로드 그립 계수값에 기초해서 이루어진 결정의 품질에 실질적인 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.
이제 특별히 낮은 로드 그립 계수를 갖는 지면의 경우를 보면(곡선 103), (μ-lim)에 대해 지시된 값은 지면의 최대 로드 그립 계수 μmax보다 크다. 해당 차륜은 비정상적인 방식으로 아주 빠르게 가속되는 경향이 있지만, 이후 로드 그립의 손실이 위에서 설명한 기준 (c)에 의해 검출된다. 한편, 로드 그립 계수 μ가 15%보다 작다면, 차륜은 지면의 상태와 무관하게 지면과의 로드 그립 상황에 있다(곡선 101, 102 또는 103). 이 값은 차륜의 로드 그립을 유지하거나 복원하기 위한 시험 공식을 제공한다(도 4에서 단계 113 참조).
따라서 시스템은 차량의 사전 결정된 고정 지점(예컨대 차량의 무게중심)의 속도를 엄밀히 나타내지 않고 본 출원에서 "전반적"이란 용어로 한정되는 차속값을 판단한다. 소정 차륜의 슬립을 계산하기 위해서, 시스템은 또한 이 값이 해당 순간에 차량 궤도에서 해당 차륜 위치에서 차량의 지면 속도에 충분히 근접한 것을 점검해야만 한다. 이런 것은 보통 차량이 직선으로 이동하는 경우이다. 이 경우, 중앙 유닛에 의해 모듈(23)로 전송되는 전반적인 속도 Vv는 차륜 속도 지시값 Vr로부터 슬립의 적절한 표현을 직접 얻을 수 있도록 한다. 이런 것은 다른 한편으로 차량이 회전 중인 경우가 아니다. 이 경우, 차량의 전반적인 속도와 차륜 수준에서의 차속은 회전 중인 차륜의 회전 반경과 차륜 위치(내측 또는 외측) 모두의 함수인 보정 계수만큼 다르다. 중앙 유닛(3)은 조향 제어부(41)에 연결된 측정 시스템(35)으로부터 전선(30G)을 통해 전달된 조향각 반경 Ray의 지시값의 함수로서 그리고 회전 중인 차륜의 위치(내측 또는 외측)를 감안한 인자에 의해 이런 보정 계수를 판단하도록 프로그램된다.
보정 계수는 해당 차량의 각 유형에 대한 경험 관계에 따라, 본 실시예에서는 해당 차량에 대해 수행되는 실제 측정에 기초해서 수립된다. 차량의 순간 상황(회전 방향 및 회전 반경)에서 각 차륜에 적절한 보정 계수값은 중앙 유닛(3)이 다음의 대응하는 원주방향 속도 보정값을 계산하는 데 사용하는데, 회전중 내측(int) 및 외측(ext)에서 전륜(Av) 및 후륜(Ar)에 대해,
ΔVrAr int, ΔVrAr ext, ΔVrAv int and ΔVrAv ext, = f(Ray)
(여기서 Ray는 조향각 반경을 나타냄)이다.
전체 속도값 Vv는 각 차륜에 대응하여 제어 모듈(23)로 전송되고 보정된 차량의 원주 방향 속도와 결합(Vr+ΔVr)되어 대응하는 순간의 슬립값을 충분한 정확도를 갖고 판단한다. 본 출원에서는 명료성을 위해 도 3이 보정 속도값을 전달하고 생성하는 과정을 도시하지 않았음을 주의해야 한다. 한편, 이런 보정의 원리는 아래에 설명하는 도 4b의 흐름도에서 명백하게 고려된다.
출원인의 시도는 모든 해당 차륜에 대해 1.5% 내로 일정한 보정 측정값을 제공하는 보정 계수를 각각의 차륜에 대해 판단하는 것이 가능했음을 보이는 것이다.
이 단계에서, 도 4a 및 도 4b는 도 1에서와 마찬가지로 토오크가 전기적으로 제어되는 4개의 차륜을 구비한 차량에 대해 차속을 판단하는 절차를 개략화한 흐름도이다. 도 4b의 흐름도는 소정 순간에 차량의 우측 전륜 1AVD에서 전송된 원주 방향 속도 신호 VrAVD의 절차(단계 101)를 도시하며, 차량의 조향각 반경 및 회전 방향에 대한 차륜 1AVD의 위치 모두를 고려한 인자 f(Ray, avd)에 의해 임의의 회전수에 대해 보상된 이런 차속값 Vrc AVD을 계산하는 단계(단계 102)에서 시작한다. 이후, 시스템은 이 차륜의 위치 또는 장소에서 제1 차속 근사값으로서 그 유효성을 검토한다. 이를 위해, 다음 사항들이 연속으로 점검된다. 즉 CAN 네트워크 상의 오류 부재를 점검하고(단계 103) 대응하는 리졸버(11)에서 전송되는 정보의 오류 부재 점검하고(단계 105), 결과가 긍정이면, 이후 미끄럼 상태로 진입하기 위한 상한과 차륜의 회전 방향의 전환을 야기할 수 있는 감속에 대응하는 하한에 대한 상기 차륜의 각가속도의 값을 점검(단계 109)한다. 이런 가속도 값이 이들 한계에 의해 한정된 범위 밖인 경우, 로드 그립 오류 지시계가 가동된다(단계 111). 그렇지 않다면, 과정은 최종 계산된 슬립 값이 3%보다 작은지, 또는 곡선 103의 경우(빙판, 도 3)에도 차륜이 로드 그립의 손실 이후 지면 로드 그립 조건으로 복귀한 결과를 갖고 로드 그립 계수 μ의 값이 15%보다 작은지 여부를 시험(단계 113)한다. 시험이 긍정이면, 로드 그립 지시계가 가동된다(단계 115). 그 결과가 부정이면, 과정은 지시계(111, 115)의 상태를 점검하며(단계 117), 로드 그립 지시값이 검출되면, 그 순간에 차륜에 대해 판단된 로드 그립 계수 μ의 값이 상한 μlim보다 작은지 여부를 점검한다(단계 107). 시험들 중 하나(103, 105, 117 또는 107)의 결과가 부정이면, 과정은 직접적으로 해당 순간의 차륜 1AVD에 대한 처리 작업(121 지점)을 종료하고 (도 4a의 흐름도를 참조로 후술하는 바와 같이) 다음 차륜으로 진행한다. 단계 107의 완료시 시험이 긍정이라면, 해당 순간에 대해 검토된 순서에서 차륜 신호 Vr의 처리를 완료할 때 선택된 차륜의 수를 기록하는 카운터가 증분된다. 선택된 마지막 차륜의 속도가 이미 선택된 차륜의 속도의 합 ΣVr에 더해진다(단계 119).
위에서 검토한 절차는 이미 언급한 선택 차륜 카운터 및 선택 차륜 속도 합산 레지스터의 초기화(단계 301)와 함께 시작되는 전반적 차량 속도를 판단(300 지점)하기 위한 과정에서 단계 301의 일부이다. 지시된 바와도 같이, 차륜 A1에서 전송된 신호는 처리 단계 303 내지 309에서 연속으로 처리된다. 이런 단계를 완료하면, 선택된 차량 카운터의 상태가 점검된다(단계 311). 그 수가 0이 아니면, 시스템은 선택된 차륜 속도의 평균 Vv를 계산하고(단계 313) 그 값을 과정 종료시에 해당 순간(315 지점)에 대한 전반적인 차량 속도로서 표시한다. 단계 311에서 선택된 차륜이 없음을 검출하면, 출력은 후술하는 바와 같이 보조 과정(단계 317)을 가동한다.
따라서, 차륜 센서나 리졸버(11)로부터 얻은 어떤 원주 방향 차륜 속도 측정값도 예컨대 강력한 제동의 경우와 같이 소정 순간에 차륜의 지면 속도를 추산하는 데 유지될 수 없을 때, 중앙 유닛(3)은 이전 순간에 판단된 전반적인 속도로부터 종방향 이동 가속도 γx-mvt을 디지털 적분하여 차속을 계산한다. 이후, 매순간 i의 차속이 다음 공식에 의해 제공된다.
Vv(i) = Vv(i-1) + γx- mvt.Δt (f)
여기에서, Vv (i)는 순간 ti에 추산된 차속이고 Vv (i-1)는 순간 t(i-1)에 추산된 차속이고 γx- mvt는 차량의 이동 가속도이고 Δt는 두 번의 연속적인 계산 사이의 시간 간격(또는 본 실시예에 대해 지시된 바와 같이 16 ms)이다.
물론, 차량 이동 가속도 γx-mvt의 신뢰할만한 측정값을 얻는 것이 중요하다. 종래에, 본 실시예에서 사용된 가속도계(34)는 차량의 종방향 변위의 방향과 선상에서 차량에 인가되는 힘으로 인한 가속도 γx-mes를 감지한다. 설명을 단순화하기 위해, 가속도계(34)의 축은 차량이 정지되고 차체의 피치 진동이 초기에 무시될 때 지면에 평행하게 배향되는 것으로 가정한다. 지면이 수평인 경우, 가속도계(34)에서 전송되는 측정값 γx-mes는 실제로 차량의 이동 가속도 γx-mvt에 대응한다. 한편, 차량이 주행 중인 지면(280)이 경사져서 수평에 대해 각도 δ를 형성하는 경우(도 5a), 변위축 XX를 따르는 차량(285)의 이동 가속도는 변위축 XX를 따라 측정된 가속도 γx mes와 상기 차량 변위축 XX를 따르는 중력 가속도 g의 성분의 합이다(도 5a 및 도 5b 참조). 이 성분의 값은 측정된 가속도 값 γx mes와 실제 차량 이동 가속도 값 γx-mvt 사이의 편차 gㆍsinδ을 나타낸다. 따라서, 예컨대, 보상 안된 5%의 경사도는 1 g의 제동이 인가될 경우 가속도 측정값에 5%의 오차를 유도하고 (그러나 단지 0.5 g의 제동만이 인가되는 경우는 10%) 속도에는 4초후 7 km/h의 오차를 유도한다. 결국, 다음 수학식에 따라 슬립을 조절하기 위해 허용가능한 차속 측정값을 갖도록 이동 가속도 값 γx-mvt를 보정해야만 한다.
γx- mvt = γx mes - g.sinδy (a)
보정은 결과적으로 각도 δ의 값에 대한 신뢰할만한 정보를 필요로 하는 중앙 유닛(3)에 의해 이루어진다.
우선 각도 δ는 차륜 센서(11)로부터 얻은 측정값을 이용하여 접근될 수 있다. 중앙 유닛(3)은 각각의 차륜으로부터 차륜 모듈(23)에 의해 전달되는 원주 방향 가속도 γr로부터 차량의 제1 이동 가속도 근사값 γx wheels을 계산한다. 상기 수학식 a는 다음 수학식에 따라 실질적으로 각도 δ의 추산값을 도출할 수 있도록 한다.
δy- acc = Arcsin[(γx mes - γx　 wheels)/g] (b)
이 계산은 도 6에서 블록(201)에서 설명하는 디지털 신호 처리의 제1 스테이지(F1)의 주제이다.
실제로, 이런 추산에 대응하는 신호는 소음에 아주 민감하다. 다음 절차는 지면 경사도의 변화시 시간의 함수로서 0에서 1까지(임의의 값)의 각도 δ-real 변화(200)와 스테이지 F1의 출력에서의 추산값(221)[수학식 (b)]의 대응하는 변화를 도시하는 도표를 나타내는(그래프 200) 도 7a에 의해 도시된다. 측정값의 품질을 개선하기 위한 추가 단계는 F1에서 도출한 디지털 값의 저역 디지털 필터링(스테이지 F2-블록 203)을 적용하는 것으로 구성된다. 도 7a는 각도 변화에 대해 지연되지만 장기간에 걸쳐 양호한 정확성을 제공하는 F2에서 출력되는 신호 δy-slow의 변화 곡선(223)을 도시한다.
정확하고 충분히 동적인 각도 δ의 개선된 지시값을 얻기 위해, 중앙 유닛(3)은 센서(38)에서 제공하는 지면에 평행하고 차량 이동축 XX에 수직한 축 YY에 대한 차량 각속도 Ωy의 측정값으로부터 도출되는 각도 δ-dyn의 다른 근사값과 그 결과를 조합한다. 이 신호는 시간에 걸쳐 통합되어(스테이지 F3, 도 6의 블록 205) 도 7b의 도표에서 225로 표현되는 F2에서 출력된 각도 δ의 변화 추산값(δy-Ωy)을 제공한다. 이 신호는 단기간에 걸쳐 얻으려하지만 장기간에 걸쳐 드리프트를 받는 각도 변화를 잘 나타낸다. 신호는 도 7b에 표시(227)된 디지털 지시값을 제공하기 위해 스테이지 F2에 의해 적용되는 저역 필터링과 동일한 시간 상수를 갖고 고역 디지털 필터링(스테이지 F4-블록 207-도 6)을 받게 된다. 스테이지 F2와 F4의 출력(도 6)은 스테이지 209에서 합산되어 각도 δ에 대해 얻고자 하는 보상 지시값 210을 제공한다(도 7c의 도표에서 곡선 210 참조).
본 발명에 따른 전반적인 차량 속도를 판단하기 위한 전체 과정에서 위에서 상세히 설명된 작업의 위치는 도 4a의 흐름도에서 단계 317에 의해 표현된다. 원하는 정확성을 갖는 각도 δ를 알면, 시스템은 수학식 (a)에 대해 설명된 이동 가속도를 계산하고, 이후 전반적인 차량 속도가 수학식 (f)에 따라 계산된다. 해당 순간에 대해 적절히 계산된 전반적인 차량 속도는 단계 315에서 표시되어, 차륜 신호로부터 직접 얻어질 수 있는 유효한 판단을 할 수 없다.
실제로, 경사각 δ는 두 성분, 즉 차량이 주행 중인 실제 지면의 경사각 δ1과 축 YY에 대한 차량의 피치 드리프트의 함수로서 차량의 변위축 XX 및 지면 사이의 각도 δ2의 합이다. 실제로, 계산과 시험에 의하면, 엄밀히 말해서 상황에 따라 선행하는 원칙에 따른 계산에 의해 보정이 수행될 수 있음을 감안할 때, 이 각도의 변화는 요구되는 보정 정밀도에 거의 영향을 주지 않음을 알게 된다.
위에서 상세히 설명한 원리에 기초한 예시적인 실시예에서, 전기 기계에 의해서만 제어되는 네 개의 차륜을 구비하는 차량, 다시 말해서 특히 이동에 대한 기계적 제동을 하지 않는 차량을 이용하여, 건조한 지면 상에서 대략 1 내지 1.05 g에서 80 km/h 내지 0 km/h 사이의 평균 제동 감속이 얻어졌다. 본 실시예에서, 모든 차륜에 대해 15%로 설정된 단일한 슬립 설정점 값이 채용되었다. 그러나, 본 발명의 구현은, 예컨대 해당 순간에 슬립 조절기의 가동을 야기하는 로드 그립이나 임의의 다른 관련 인자를 관찰함으로써, 그 순간의 특별한 주행 조건에서 로드 그립과 양호한 차량 거동을 유지할 수 있도록 하는 차륜의 최적 감속값에 가능한 밀접한 범위까지 슬립 설정점이 자기 적응식으로 변화되는, 보다 정교한 제어 구조를 채용하는 것을 배제하지 않는다.
물론, 실제로, 이루어진 측정값을 정확하게 이용하기 위해 필요한 특정 데이터에 접근하기 위한 다른 방법들도 있다. 따라서, 예컨대, 차량 탑재식 경사계를 이용하면 각도 δ의 순간 판단에 대한 신뢰도를 증가시키기 위해 추가 측정값을 제공할 수 있었다.
따라서 대응하는 차륜 센서로부터 직접 차속값을 얻기 위해 하나 이상의 차륜에 인가되는 토오크의 아주 짧은 중단에 기초하여 차속을 판단하기 위한 공지 기술도 있다. 차륜 시스템(예컨대 Av 또는 Ar) 상의 토오크는 수분의 일초 동안 주기적으로 저감될 수 있음으로 해서, 미끄러운 지면 상에서 차륜의 로드 그립을 일시적으로 복원하고, 예컨대 차륜 센서에서 전송되는 유효 신호가 없을 때 이동 가속도의 적분이 수행될 수 있게 하는 전반적 속도 추산값의 재설정 값을 얻기 위해 유효하게 인식되는 하나 이상의 속도 측정값 Vr을 얻는다.
본 발명의 용도가 위에서 예시적으로 유지된 것과 같은 시스템에 적절한 점을 강조하는 것은 중요하다. 이런 차량에는 견인과 제동이 기계적 제동 없이 전적으로 전기 기계에 의해 대응하는 차륜에 가해진 토오크에 의해 얻어지도록 설계되고 배열된 각각의 회전식 전기 기계에 각각 결합되는 네 개의 구동 차륜이 설치된다. 이 시스템은 실제로 이들 토오크의 방향과 강도를 항상 정확히 알 수 있게 하고 그 결과 각 차륜의 로드 그립을 독립적으로 그리고 모든 상황에서 최적화하도록 계산된 슬립값의 함수로서 이들 방향과 강도를 정확히 제어한다.
본 발명은 또한 회전식 전기 기계에 결합된 단지 하나 또는 두 개의 차륜(예컨대 전륜)과 하나 또는 두 개의 비-구동 차륜을 구비한 차량에도 적용될 수 있다. 이 경우, 구동 차륜은 순수한 전기적 제동의 장점을 갖거나 기계적 제동과 더불어 전기적 제동의 장점을 가질 수 있는데, 이로써 브레이크 제어 페달은 두 개의 전륜에 대한 순수한 전기적 제동을 위해 중앙 유닛을 거쳐 그 이동의 제1 부분에서 센서를 가동시킨다. 그 이동을 계속할 시에, 브레이크 페달은 네 개의 차륜에 대한 추가의 기계적 제동을 생성하기 위해 종래의 유압 회로에 작용한다.
차속을 판단하는 원리는 모터가 설치된 단지 두 개의 차륜(예컨대 전륜) 상에서의 속도 측정에 대해 맞춰질 수 있다. 이 경우, 위에서 설명한 바와 같이, 지면 상대 차량 속도의 지시값을 생성함에 있어 도움이 되기 위해 차량의 후륜에 속도 센서만을 설치하는 것을 구상하는 것도 가능하다. 그러면, 슬립 조절기는 운동 감지시 전륜 상에서 완벽히 적절하게 동작할 수 있다(미끄럼 방지). 슬립 조절기는 또한 제동 감지시 제동이 순전히 전기적인 경우 브레이크 페달의 이동의 제1 부분에서 차륜 회전의 무효화 및 반전을 방지하도록 동작할 수 있다.
본 발명은 본 명세서에서 설명되고 표현된 실시예에 제한되지 않으며 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 내용에서 벗어나지 않고 다양한 변경을 할 수 있음은 물론이다.

Claims (22)

  1. 소정의 순간에서의 차륜의 회전의 함수인 측정값을 제공하도록 구성된 센서가 각각 설치된, 적어도 두 개의 차륜을 구비한 차량의 지면에 대한 순간 속도 추산값을 포함하고,
    a) 대응하는 센서의 측정값으로부터 각각의 차륜에 대한 원주 방향 속도의 함수인 지시값을 당해 순간에 제공하도록 구성된 지시계(23C)와,
    b) 상기 차륜의 조건을 진단 또는 시험하기 위한 단계의 완료 시에 상기 지시계(23C)로부터 얻어진 지시값의 함수로서 당해 순간에 차량의 지면에 대한 순간 속도 추산값을 생성하도록 구성된 차량 속도 지시계(313)를 포함하는 차량 제어 시스템이며,
    c) 차량 탑재 상의 다른 측정값으로부터 얻어진 적어도 하나의 슬립 정보 데이터에 기초하여, 차륜이 롤링하고 있는 지면의 상태에 상관없이 차륜이 로드 그립 조건에 있음을 가리키는 로드 그립 진단 또는 시험을 수행하기 위한 제1 수단(113)을 포함하는 확인 장치를 포함하고,
    차량 속도 지시계(313)는, 제1 수단에 의해 알아낸 로드 그립을 갖는 적어도 하나의 차륜의 원주 방향 속도 지시값으로부터 상기 차량의 지면에 대한 순간 속도 추산값을 생성하도록 상기 확인 장치로부터 얻어진 정보의 함수로서 작동하고,
    차량의 턴 반경과 턴에서의 이러한 차륜의 위치의 함수로서 보정된 각각의 차륜의 원주 방향 속도의 지시값을 생성하도록 차량의 순간 턴 반경의 함수로서의 지시값을 확인 장치와 차량 속도 지시계에 공급하도록 구성된 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬립 정보는 차량 속도의 이전 추산값 및/또는 로드 그립 계수 측정값에 기초하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 수단의 시험은 3% 이하인 슬립 기준 및/또는 15% 이하인 로드 그립 계수 기준에 기초하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    확인 장치는 d) 차륜 로드 그립의 손실을 시험하도록 구성된 제2 수단(109)을 포함하고, 제1 수단은 제2 수단에 의한 로드 손실 없는 파지티브 시험(positive test)을 받는 차륜에서만 작동하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    d) 제2 수단(109)은 대응하는 차륜 센서로부터 얻어진, 양 또는 음의 차륜 가속 측정값으로부터 차륜 로드 그립의 손실을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    d) 제2 수단(109)은, 로드 그립의 손실이 있는 차륜에 대응하는 지시값을 배제하도록, 차륜이 가속되는지 또는 감속되는지에 따라 달라지는 임계값의 함수로서 각 차륜의 로드 그립의 손실을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    확인 장치는, 또한, e) 상기 차륜의 로드 그립 계수의 측정값에 기초하여 구하고자 하는 차량 속도의 수용가능한 근사값을 제공하도록 원주 방향 차륜 속도 지시값의 유효성을 시험하기 위한 제3 수단(107)을 포함하고,
    차량 속도 지시계(313)는, 제1 수단, 제2 수단, 제3 수단 중 적어도 두 개에 의한 파지티브 시험을 받은 조건의 차륜으로부터만 얻은 원주 방향 속도 지시값으로부터 상기 차량의 지면에 대한 순간 속도 추산값을 생성하도록 선택적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    제3 수단(107)은, 제1 임계값에 대한 로드 그립 계수의 값을 시험하도록 구성되며, 제1 임계값 미만에서는, 원주 방향 차륜 속도가 해당 차륜의 위치에서 차량의 지면 속도의 계산을 위해 유효한 근사값으로서 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    슬립 정보 데이터의 함수로서 경사진 지면의 상태에 상관없이 차륜의 로드 그립 조건을 알아내도록 구성된 제1 수단(113)은, (i) 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값의 함수로서 로드 그립 계수의 측정 시험 및/또는 (ii) 소정의 임계값에 대하여 선행하는 순간에서의 차량의 지면에 대한 순간 속도 추산값으로부터 계산된 순간 차륜 슬립률의 값의 시험에 기초하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    d) 제2 수단(109)은, 대응하는 차륜 센서로부터 얻은 양 또는 음의 차륜 가속 측정값으로부터 해당 차륜의 로드 그립의 손실을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    d) 제2 수단(109)은, 로드 그립의 손실이 있는 차륜에 대응하는 지시값을 배제하도록, 차륜이 가속되는지 또는 감속되는지에 따라 달라지는 임계값의 함수로서 각 차륜의 로드 그립의 손실을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    차량 속도(313) 지시기(319)는 고려 중인 순간에서의 확인 장치에 의해 유지된 속도 지시값의 평균값을 계산할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    확인 장치는, 또한, 확인 스테이지의 입력에 연결된 차량의 데이터 송신 네트워크(들) 및/또는 차륜 센서의 동작의 완전성(integrity)을 진단하는 수단(103)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    확인 장치는, 주행시 해당 차륜의 각각에 인가되는 토오크의 지시값에 응답하여 및 해당 차륜의 각각에 대한 차량의 동적 부하의 지시값에 응답하여 동작하는 로드 그립 계수를 계산하기 위한 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  15. 삭제
  16. 제4항에 있어서,
    상기 제1 수단은, 차량 속도의 이전 추산값에 기초하여 계산된 차륜 슬립의 값이 약 3%의 임계값 이하인지를 시험함으로써 차륜의 로드 그립 조건을 알아내도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  17. 제4항에 있어서,
    상기 제1 수단은, 차륜에 대한 로드 그립 계수의 계산값이 약 15% 이하인지를 시험함으로써 차륜의 로드 그립 조건을 지시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  18. 주행시 견인 및/또는 제동 토오크를 받는 적어도 하나의 차륜(1)의 순간 슬립의 지시값의 발생에 기초하여 지면에 대한 차량을 제어하고,
    차륜의 회전의 함수인 측정값을 제공하도록 구성된 센서(11)와,
    상기 센서의 측정값에 기초한 원주 방향 차륜 속도의 함수로서 양을 제공하기에 적합한 제1 지시계(23C)를 포함하는 차량 제어 시스템이며,
    제1항, 제4항, 제7항, 또는 제9항 중 어느 한 항에 따른 차량 제어 시스템에 기초하여, 상기 차륜의 위치에서 지면에 대한 차량의 순간 속도 추산값을 공급하도록 구성된 제2 지시계(3, Vv)와,
    해당 차륜의 위치에서 차량의 이동의 속도와 차륜의 원주 방향 속도 사이의 편차(el)의 함수로서 상기 차륜의 슬립의 지시값을 제공하도록 소정 순간에 제1 및 제2 지시계에 응답하여 작동하는 계산 스테이지(16, 17, 23D, 23E)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  19. 제1항, 제4항, 제7항, 또는 제9항 중 어느 한 항에 따른 차량 제어 시스템을 포함하는, 견인 및 제동에서의 해당 차륜을 완전하게 단독으로 구동하도록 구성된 회전 전기 기계에 연결된 적어도 하나의 차륜이 설치된 전기 견인 차량.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
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