KR101626163B1

KR101626163B1 - 차량 자세 제어 방법

Info

Publication number: KR101626163B1
Application number: KR1020100039472A
Authority: KR
Inventors: 이재천
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2016-05-31
Also published as: KR20110120005A

Abstract

본 발명은 차량 자세 제어 방법에 관한 것으로, 차량의 전륜 사이와 후륜 사이에 각각 장착된 횡가속도 센서를 통해 측정된 횡가속도를 통해서, 차량의 무게 중심을 산출하고 이를 통해 무게 중심에 따른 중심 횡가속도를 산출하고, 이를 통해 무게 중심에 따른 정확한 횡슬립각 및 롤각을 추정할 수 있으므로 차량 자세 제어의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

차량 자세 제어 방법{ELECTRONIC STABILITY CONTROL METHOD}

본 발명은 차량 자세 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 차량의 무게 중심을 산출하고 이를 통해 무게 중심에 따른 중심 횡가속도를 산출함으로써, 정확한 횡슬립각 및 롤각을 추정할 수 있으므로 차량 자세 제어의 성능을 향상시킬 수 있는 차량 자세 제어 방법에 관한 것이다.

최근에는 차량에는 운전자가 원하는 바와 다르게 자동차가 움직이게 되면 이것을 인지하고 차륜의 제동을 각각 별도로 제어함으로서 차량의 자세를 안정화시켜 주는 차량 자세제어장치(Electronic Stability Control Program System: 이하, 간단히 'ESP 시스템'라 한다) 장치가 설치되어 있다.

이러한 EPS 시스템에서는 각 휠 속도 센서, 브레이크 압력센서, 조향각 센서, 요레이트 센서, 횡가속도 센서, 종가속도 센서 등과 같은 다수의 센서를 통해 차량 상태와 노면 상태를 판단하고, 이에 따라 차량 상태가 언더스티어(under steer)인지 또는 오버스티어(over steer)인지를 파악하여 각각 선회, 내외측 바퀴에 제동 동작을 수행하여 차량 자세를 안정적으로 제어한다.

특히 요레이트센서, 횡가속도센서, 종가속도센서는 ESP 시스템에서 차량 자세 제어를 위해서는 필수적인 요소들이다. 그러나 이러한 ESP 시스템은 차량의 트렁크에 물건을 싣을 경우에 무게 중심이 상이해 지므로, 정확한 차량 자세를 제어하기 어렵다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 전륜 사이와 후륜 사이에 각각 장착된 횡가속도 센서를 통해 측정된 횡가속도를 통해서, 차량의 무게 중심을 산출하고 이를 통해 무게 중심에 따른 중심 횡가속도를 산출함으로써, 정확한 횡슬립각 및 롤각을 추정할 수 있으므로 차량 자세 제어의 성능을 향상시킬 수 있는 차량 자세 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 차량 자세 제어 방법은 제1횡가속도 센서 및 요레이트 센서를 포함하는 제1통합센서를 차량의 전륜 사이에 장착하여, 차량의 제1횡가속도와, 요레이트를 측정하는 제1측정 단계와, 상기 제1통합 센서와 동일한 구성의 제2통합 센서를 비틀어서 상기 차량의 후륜 사이에 장착하여, 차량의 제2횡가속도와, 롤각속도를 측정하는 제2측정 단계와, 상기 제1횡가속도와 제2횡가속도를 통해서 무게 중심을 보정하는 무게 중심 보정 단계와, 상기 무게 중심 보정 후, 보정된 상기 무게 중심에 대한 횡가속도인 중심 횡가속도를 산출하는 중심 횡가속도 산출 단계와, 상기 중심 횡가속도와, 차량의 속도 및 요레이트를 통해서, 횡슬립각을 산출하는 횡슬립각 산출 단계와, 상기 롤각속도와 중심 횡가속도를 통해서, 최종 롤각을 산출하는 롤각 산출단계 및 상기 중심 횡가속도 및 롤각을 추정하여 이를 통해 차량의 자세를 제어하는 ESC 제어 단계를 포함할 수 있다.

상기 제2통합센서는 차량에 비틀어서 장착하여, 요레이트를 측정하는 요레이트 센서가 롤각속도를 측정할 수 있다.

상기 횡슬립각은

을 통해 산출할 수 있다.

상기 제1횡가속도와 상기 제2횡가속도가 상이할 경우에 상기 차량의 무게 중심을 보정할 수 있다.

상기 롤각 산출단계에서는 상기 롤각속도를 통해 산출된 제1롤각과 수직 동력학 방정식을 통해 산출된 제2롤각을 상기 중심 횡가속도의 크기에 따라, 비율을 변경하여, 최종 롤각을 산출할 수 있다.

본 발명에 의한 차량 자세 제어 방법은 차량의 전륜 사이와 후륜 사이에 각각 장착된 횡가속도 센서를 통해 측정된 횡가속도를 통해서, 차량의 무게 중심을 산출하고 이를 통해 무게 중심에 따른 중심 횡가속도를 산출함으로써, 정확한 횡슬립각 및 롤각을 추정할 수 있으므로 차량 자세 제어의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 자세 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1을 수행하기 위해서 차량에 장착된 통합센서의 위치를 도시한 구조도이다.
도 3은 도 1의 차량 자세 제어 방법을 수행하기 위한 차량 자세 제어 시스템을 도시한 블록도이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 자세 제어 방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다. 그리고 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 차량에 장착된 통합센서의 위치가 도시되어 있다. 그리고 도 3을 참조하면, 도 1의 차량 자세 제어 방법을 수행하기 위한 차량 자세 제어 시스템을 도시한 블록도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 1의 차량 자세 제어 방법을 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하여 설명하고자 한다.

우선, 차량 자세 제어 방법은 제1횡가속도 센서 및 요레이트 센서를 포함하는 제1통합센서(13)가 차량의 전륜(11L, 11R) 사이에 장착되어, 차량의 제1횡가속도(ay1)와 요레이트(Y)를 측정하는 제1측정 단계(S1)를 실행한다. 여기서 제1통합센서(13)는 차량 전륜(11L, 11R) 사이의 횡가속도인 제1횡가속도(ay1)를 측정하는 횡가속도센서, 차량의 요레이트(Y)를 센싱하는 요레이트 센서 및 차량의 가속도(ax)를 측정하는 종가속도센서를 포함한다. 그러므로 제1측정 단계(S1)에서는 제1통합센서(13)의 각 센서를 통해서 제1횡가속도(ay1), 차량의 가속도(ax) 및 요레이트(Y)를 측정한다.

그리고 제1통합 센서(13)와 동일한 구성의 제2통합 센서(14)를 비틀어서 차량의 후륜(12L, 12R) 사이에 장착하여, 차량의 제2횡가속도(ay2)와, 롤각속도(VR)를 측정하는 제2측정 단계(S2)를 실행한다. 이러한 제2통합 센서(14)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1통합 센서(13)에서 상면(13a)과 하면(13b)과 동일한 면이 각각 제2통합 센서(14)에서 전면(14a)과 후면(14b)이 되도록 비틀어서 장착한다. 그러므로 제1통합 센서(13)에서 요레이트(Y)를 센싱하는 요레이트 센서가 제2통합 센서(14)에서는 롤각속도(VR)를 센싱하는 롤각속도 센서로 동작한다.

그리고 제1측정 단계(S1)와 제2측정 단계(S2)에서 각각 측정된 제1횡가속도(ay1)와 제2횡가속도(ay2)를 인가받은 ESC(Electronic Stability Control) 제어기(15)는 통해서 차량의 무게 중심을 보정하는 무게 중심 보정 단계(S3)를 실행한다.

그리고 무게 중심 보정 단계(S3)에서는 전륜(11L, 11R)사이에 장착된 제1횡가속도(ay1)와 후륜(12L, 12R) 사이에 제2횡가속도(ay2)가 상이할 경우에, 차량의 후륜(12L, 12R)이 더 빠르게 선회하는 언더 스티어(under steer)인지 차량의 전륜(11L, 11R)이 더 빠르게 선회하는 오버 스티어(over steer)인지 여부를 비교한다.

또한 무게 중심 보정 단계(S3)에서는 차량에 언더 스티어가 발생했다면, 후륜(12L, 12R)쪽에 비해서 전륜(11L, 11R)쪽이 더 무거운 상태로, 현재 무게 중심으로부터 제1통합 센서(13)의 방향인 전륜 쪽으로 무게 중심이 이동되도록 보정한다. 또한, 무게 중심 보정 단계(S3)에서는 차량에 오버 스티어가 발생했다면, 전륜(11L, 11R)쪽에 비해서 후륜(12L, 12R)쪽이 더 무거운 상태로, 현재 무게 중심으로부터 제2통합 센서(14)의 방향인 후륜 쪽으로 무게 중심이 이동되도록 보정한다.

그리고 ESC 제어기(15)는 제1횡가속도(ay1)와 제2횡가속도(ay2)를 통해서 보정된 차량의 무게 중심에 대한 횡가속도인 중심 횡가속도(ay)를 산출하는 중심 횡가속도 산출 단계(S4)를 실행한다. 이때, ESC 제어기(15)는 보정된 무게 중심으로부터 제1통합 센서(13)가 장착된 위치의 차이에 따라 제1횡가속도(ay1)를 보정하여 제1중심 횡가속도를 산출하고, 제2통합 센서(14)가 장착된 위치의 차이에 따라 제2횡가속도(ay2)를 보정하여 제2중심 횡가속도를 산출한다. 그리고 이와 같이 산출된 두 개의 제1중심 횡가속도와 제2중심 횡가속도를 필터링 하고, 평균값을 산출하여, 정확한 중심 횡가속도(ay)를 산출한다.

그리고 ESC 제어기(15)는 산출된 중심 횡가속도(ay)와 차량의 속도(Vx) 및 요레이트(Y)를 통해서 횡슬립각을 산출하는 횡슬립각 산출 단계(S5)를 실행한다. 이러한 횡슬립각(B)은 아래의 수학식 1에 의해서 산출한다.

여기서, B는 횡슬립각이고, ay는 중심 횡가속도이고, Vx는 차량이 속도 이며, Y는 요레이트 값이 된다. 즉, 횡슬립각(B)은 중심 횡가속도(ay)를 차속(Vx)로 나눈 값에서 요레이트(Y)를 뺀 값을 적분해서 산출한다. 이와 같은 횡슬립각(B)은 무게 중심에 따라 산출된 횡가속도(ay)를 통해서 산출하므로, 무게 중심에 따른 횡슬립각(B)이 된다.

그리고 ESC 제어기(15)는 롤각속도와 중심 횡가속도를 통해서, 최종 롤각을 산출하는 롤각 산출 단계(S6)를 실행한다. 우선, 제2측정 단계(S2)에서 롤각속도 센서를 통해 측정된 롤각속도(VR)를 적분하여, 제1롤각(R1)을 산출한다. 그리고 수직 동력학 방정식인 수학식 2를 통해서 제2롤각(R2)을 산출한다.

여기서, M은 차량의 질량이고, ay는 중심 횡가속도이고, h는 바닥부터 무게 중심까지의 높이이고, I는 롤 이너시아이고, Ay는 롤각 가속도이고, g는 중력이며, t는 트레드/2가 된다.

그리고 롤 이너시아(I)와 롤각 가속도(Ay)의 곱은 수학식 3을 통해서 산출한다.

여기서, Croll은 롤링 뎀핑 계수이고, Kroll은 롤 스프링 계수이다.

그리고 수학식 4는 수직 동력학 방정식을 통해 산출된 제2롤각(R2)과, 롤 가속도(VR)를 적분하여 산출된 제1롤각(R1)을 이용하여, 최종 롤각을 산출하기 위한 수식이다.

여기서, X는 중심 횡가속도가 4m/s²미만인 저속 구간에서는 수직 동력학 방정식인 수학식 2를 통해서 산출된 제2롤각(R2)이 정확도가 높기 때문에 X를 0에 가까운 값을 사용하여, 제2롤각(R2)을 최종 롤각(R)으로 산출한다. 또한 중심 횡가속도가 4m/s²내지 6m/s²의 구간에서는 X를 0.5에 인접한 값을 사용하여, 제1롤각(R1)과 제2롤각(R2)을 합산한 롤각을 최종 롤각(R)으로 산출한다. 또한, 중심 횡가속도가 6m/s²이상의 구간에서는 제1롤각(R1)을 우선으로 하기 위해서 0.5이상의 X를 이용하여 최종 롤각(R)을 산출한다. 이러한 최종 롤각(R)은 ESC 제어기(15)에서 산출한다.

그리고 ESC 제어기(15)는 차량의 무게 중심에 따른 최종 횡가속도(ay)와, 이를 통해 산출된 최종 롤각(R)을 통해서, 차량 자세 제어를 위해서 엔진(16)의 출력, 차륜의 브레이크(17)를 제어하는 ESC 제어 단계(S7)를 수행한다.

이러한, 상기 차량 자세 제어 방법은 차량의 전륜 사이와 후륜 사이에 각각 장착된 횡가속도 센서를 통해 측정된 횡가속도를 통해서, 차량의 무게 중심을 산출하고 이를 통해 무게 중심에 따른 중심 횡가속도를 산출함으로써, 정확한 횡슬립각 및 롤각을 추정할 수 있으므로 차량 자세 제어의 성능을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 차량 자세 제어 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

11; 전륜 12; 후륜
13; 제1통합 센서 14; 제2통합 센서
15; ESC 제어기

Claims

제1횡가속도 센서 및 요레이트 센서를 포함하는 제1통합센서를 차량의 전륜 사이에 장착하여, 차량의 제1횡가속도와, 요레이트를 측정하는 제1측정 단계;
상기 제1통합 센서와 동일한 구성의 제2통합 센서를 비틀어서 상기 차량의 후륜 사이에 장착하여, 차량의 제2횡가속도와, 롤각속도를 측정하는 제2측정 단계;
상기 제1횡가속도와 제2횡가속도를 통해서 무게 중심을 보정하는 무게 중심 보정 단계;
상기 무게 중심 보정 후, 보정된 상기 무게 중심에 대한 횡가속도인 중심 횡가속도를 산출하는 중심 횡가속도 산출 단계;
상기 중심 횡가속도와, 차량의 속도 및 요레이트를 통해서, 횡슬립각을 산출하는 횡슬립각 산출 단계;
상기 롤각속도와 중심 횡가속도를 통해서, 최종 롤각을 산출하는 롤각 산출단계; 및
상기 중심 횡가속도 및 롤각을 산출하여 이를 통해 차량의 자세를 제어하는 ESC 제어 단계를 포함하고,
상기 무게 중심 보정 단계에서는 상기 제1횡가속도와 상기 제2횡가속도가 상이할 경우에 상기 차량의 무게 중심을 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2통합센서는 차량에 비틀어서 장착하여, 요레이트를 측정하는 요레이트 센서가 롤각속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 횡슬립각은

을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 롤각 산출단계에서는
상기 롤각속도를 통해 산출된 제1롤각과 수직 동력학 방정식을 통해 산출된 제2롤각을 상기 중심 횡가속도의 크기에 따라, 비율을 변경하여, 최종 롤각을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.