KR101628463B1 - 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 오토크루즈 속도 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오토크루즈 주행 속도 제어를 위한 피드포워드 토크 연산이 부정확해질 경우, 부정확 정도를 판단하여 피드포워드 토크를 보정함으로써, 오토크루즈 속도 제어 성능을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 구름저항을 비롯하여 공기저항 및 구배저항을 기반으로 피드포워드 토크를 산출하는 피드포워드 제어부와; 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어를 하여 피드백 토크를 산출하는 피드백 제어부와; 피드포워드 제어부에서 산출된 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하여, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주는 피드포워드 토크 보정부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치 및 방법을 제공한다.

Description

자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치 및 방법{Device and method for controlling auto cruise of vehicle}

본 발명은 자동차의 오토크루즈 속도 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오토크루즈 주행 속도 제어를 위한 피드포워드 토크 연산이 부정확해질 경우, 부정확 정도를 판단하여 피드포워드 토크를 보정함으로써, 오토크루즈 속도 제어 성능을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 오토크루즈(Auto Cruise) 컨트롤 시스템은 정속 주행장치 또는 자동 속도 조절 장치로서, 간단한 작동 스위치 조작에 의하여 차량속도가 정해진 주행속도로 유지되도록 함으로써, 가속 페달 조작력을 대폭 저하시켜 운전의 편의성을 제공하는 장치이다.

가솔린 및 디젤 차량의 오토크루즈 주행은 엔진에 대한 연료 공급 제어 등을 통하여 이루어지지만, 모터를 동력원으로 하는 하이브리드 차량 및 전기자동차의 경우에는 모터 토크 제어에 의하여 오토크루즈 주행이 이루어진다.

이를 위해, 종래에는 하이브리드 차량 및 전기자동차(이하, 친환경 차량이라 칭함)의 오토크루즈 주행을 위한 모터 토크 제어가 이루어질 때, 차량의 현재속도와 목표속도 차이에 따라 PI 속도제어를 통해 주행용 모터의 가용토크 범위내에서 오토크루즈 운전 토크가 결정된다.

보다 상세하게는, 친환경 차량의 오토크루즈 주행시 속도 제어는 피드포워드 토크(Feedforward tq)와 피드백 토크(Feedback tq)의 합인 오토크루즈 토크(AutoCruise tq)에 의하여 결정된다.

이때, 상기 피드포워드 토크를 연산하기 위한 피드포워드 제어는 구름저항 + 공기저항 + 구배저항을 연산하여 목표 속도와 도로 상황에 따라 실제 차량에 걸리는 부하 토크를 연산하는 방법이 사용된다.

또한, 상기 피드백 토크를 연산하기 위한 피드백 제어는 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어가 사용된다.

여기서, 첨부한 도 4를 참조로 종래의 오토크루즈 속도 제어를 위한 오토크루즈 토크 제어 과정을 살펴보면 다음과 같다.

상기와 같이 오토크루즈 속도 제어시 피드포워드 토크 제어와 목표속도를 추종하기 위한 피드백 토크 제어를 같이 수행하고 있다.

상기 피드포워드 토크 제어를 통해 PI 제어의 단점을 보완하는 동시에 도로 구배나 목표속도 변동에 따라 빠르게 응답할 수 있으며, 이를 위해 피드포워드 토크는 차량의 구름저항 + 공기저항 + 구배저항으로 결정된다.

이때, 상기 구름저항과 공기저항은 차량의 하드웨어 물성치를 고려하여 미리 계산된 값으로 차속에 따라 결정되고, 상기 구배저항은 종가속도 센서값을 이용하여 연산되며 구배에 따라 결정된다.

도 4에서 보듯이, 피드포워드 제어부(10)에서 차량의 구름저항 + 공기저항 + 구배저항을 통하여 피드포워드 토크를 결정하고, 또한 피드백 제어부(20) 즉, PI 제어부에서 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어를 통하여 P-텀(term) 토크와 I-텀(term) 토크를 결정하게 된다.

좀 더 상세하게는, 상기 피드백 제어부의 통상적인 PI 제어를 통하여 얻어지는 P-텀 토크는 에러에 P게인(Kp)을 곱하여 에러를 없애준 토크를 말하고, 상기 I-텀 토크는 에러에 I게인(Ki)을 곱한 후, 적분하여 산출된 토크로서 에러를 없애도록 적정 수준으로 증가된 토크를 말하며, 이렇게 PI 제어를 통하여 얻어진 P-텀 토크 및 I-텀 토크의 합이 피드백 토크가 된다.

최종적으로, 위와 같이 결정된 P-텀 토크 및 I-텀 토크를 포함하는 피드백 토크와 피드포워드 토크가 합쳐져 최종적인 오토크루즈 토크가 결정된다.

그러나, 상기한 종래의 오토크루즈 토크 제어 과정은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 피드포워드 토크를 산출하기 위한 피드포워드 제어시 토크 산출이 부정확해지는 문제점이 있다.

즉, 피드포워드 토크 산출을 위한 인자로서 공기저항은 미리 계산된 값과 실제의 저항값이 크게 달라지지 않지만, 구름저항은 차량의 무게에 따라(탑승인원이나 적재중량 등) 실제 구름저항과 달라지고, 구배저항 또한 종가속도센서 값을 기반으로 연산하므로 종가속도 센서의 페일(Fail) 이나 잘못된 가속도 값을 사용할 경우 구배저항 또한 실제 값과 달라지게 되므로, 피드포워드 토크 산출이 부정확해지는 문제점이 있다.

둘째, 피드포워드 토크에 대한 부정확한 연산으로 인하여, 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 피드백 제어기(PI 속도 제어기)의 제어 부담이 가중되는 문제점이 있다.

즉, 피드백 제어기의 피드백 토크 산출 연산시, 정상 상태에서의 I-텀 토크에 비하여 (+) 또는 (-)의 I-텀 토크가 지속적으로 쌓여, 결국 도로상황의 변화나 목표속도의 변화에 민감하게 대응하지 못하고, 실제 피드백 제어기에서 산출되는 피드백 토크가 실제 오토크루즈 정속 유지 토크에 비하여 낮거나 높은 언더슛(Undershoot) 및 오버슛(Overshoot) 현상이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 오토크루즈 주행 속도 제어를 위한 피드포워드 토크 연산이 부정확해질 경우, 부정확 정도를 판단하여 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주는 보정을 해줌으로써, 오토크루즈 속도 제어 성능을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 구름저항을 비롯하여 공기저항 및 구배저항을 기반으로 피드포워드 토크를 산출하는 피드포워드 제어부와; 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어를 하여 피드백 토크를 산출하는 피드백 제어부와; 피드포워드 제어부에서 산출된 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하여, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주는 피드포워드 토크 보정부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 구름저항을 비롯하여 공기저항 및 구배저항을 기반으로 피드포워드 토크를 산출하는 단계와; 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어를 하여 피드백 토크를 산출하는 단계와; 피드포워드 제어부에서 산출된 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하는 단계와; 피드포워드 토크가 부정확한 것으로 판정되면, 보정팩터를 부정확한 피드포워드 토크에 곱해주는 피드포워드 토크 보정 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 오토크루즈 속도 제어 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하는 단계에서, PI 제어시 I-텀 토크를 학습한 후, 학습된 I-텀 토크가 기준값을 초과하는 시간이 기준시간 이상 지속되면 피드포워드 토크가 부정확한 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 피드포워드 토크 보정 단계에서, 피드포워드 토크가 정속 유지 토크에 비하여 큰 경우, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주어 정속 유지 토크까지 감소되도록 하고, 피드포워드 토크가 정속 유지 토크에 비하여 작은 경우, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주어 정속 유지 토크까지 증가되도록 한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 피드포워드 토크 보정 단계에서, 보정팩터는 학습된 I-텀 토크와 오토크루즈 목표속도를 인자로 하는 맵 데이터로부터 추출되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 오토크루즈 주행 속도 제어를 위한 피드포워드 토크 연산이 부정확해질 경우, 부정확 정도를 판단하여 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주는 보정을 해줌으로써, 피드백 토크 및 피드포워드 토크의 합인 오토크루즈 토크를 정확하게 산출하여 오토크루즈 속도 제어 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치 및 그 제어 과정을 나타낸 제어도,
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 오토크루즈 속도 제어 방법을 나타낸 순서도,
도 3은 피드포워드 토크의 부정확도에 따라 PI 제어의 I-텀 토크를 학습하는 것을 설명하는 도면,
도 4는 종래의 오토크루즈 속도 제어를 위한 오토크루즈 토크 제어 과정을 나타낸 제어도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

친환경 차량의 오토크루즈 주행을 위한 모터 토크 제어가 이루어질 때, 오토크루즈 속도 제어를 위하여 피드포워드 토크 제어와 목표속도를 추종하기 위한 피드백 토크 제어를 함께 수행된다.

본 발명은 피드포워드 토크 제어시 산출되는 피드포워드 토크가 부정확해지는 경우를 감안하여, 부정확한 피드포워드 토크를 보정해줌으로써, 오토크루즈 속도 제어가 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치 및 그 제어 과정을 나타낸 제어도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차의 오토크루즈 속도 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

첨부한 도 1에서 보듯이 본 발명의 오토크루즈 속도 제어 장치는 구름저항을 비롯하여 공기저항 및 구배저항을 기반으로 피드포워드 토크를 산출하는 피드포워드 제어부(10)와; 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어를 하여 피드백 토크를 산출하는 피드백 제어부(20)와; 피드포워드 제어부에서 산출된 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하여, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주는 피드포워드 토크 보정부(30)를 포함하여 구성된다.

상기 피드포워드 제어부(10)는 현재속도가 목표속도에 추종하도록 차량의 구름저항 + 공기저항 + 구배저항을 기반으로 피드포워드 토크를 산출한다.

또한, 상기 피드백 제어부(20) 즉, PI 제어부에서 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어를 통하여 P-텀(term) 토크와 I-텀(term) 토크의 합인 피드백 토크를 산출한다.

전술한 바와 같이, 상기 피드백 제어부(20)의 통상적인 PI 제어를 통하여 얻어지는 P-텀 토크는 에러에 P게인(Kp)을 곱하여 에러를 없애준 토크를 말하고, 상기 I-텀 토크는 에러에 I게인(Ki)을 곱한 후, 적분하여 산출된 토크로서 에러를 없애도록 적정 수준으로 증가된 토크를 말하며, 이렇게 PI 제어를 통하여 얻어진 P-텀 토크 및 I-텀 토크의 합이 피드백 토크가 된다.

이때, 상기 피드포워드 토크를 산출하기 위한 피드포워드 제어시 토크 산출이 부정확해질 수 있다.

즉, 첨부한 도 3에서 보듯이 오토크루즈 목표속도에 추종하기 위한 피드포워드 토크 즉, 정속 유지 토크(real load)에 비하여 피드포워드 제어부에서 산출된 피드포워드 토크가 큰 경우, 피드백 제어부의 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 속도 제어 부담이 가중되기 때문에 이상적인 I-텀 토크가 (-)방향으로 쌓이며 쏠리는 경향을 나타내고(도 3에 case1으로 표시됨), 반면에 정속 유지 토크(real load)에 비하여 피드포워드 제어부에서 산출된 피드포워드 토크가 작은 경우에도 피드백 제어부의 오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 속도 제어 부담이 가중되기 때문에 이상적인 I-텀 토크가 (+)방향으로 쌓이며 쏠리는 경향을 나타낸다(도 3에 case2으로 표시됨).

이에, 상기 피드포워드 토크 보정부(30)에 의하여 I-텀 토크의 양과 부호에 따라 피드포워드 토크에 보정팩터를 곱하는 보정이 이루어진다.

즉, 상기 피드포워드 토크 보정부(30)에서 피드포워드 제어부(10)에서 산출된 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하여, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주는 보정 제어가 이루어진다.

이때, 상기 피드포워드 토크 보정부(30)에서 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하는 단계는 피드백 제어부(20)의 PI 제어시 I-텀 토크를 학습하는 과정(S101)과, I-텀 토크 학습값(A)이 기준값을 초과하는 동시에 기준값을 초과하는 시간이 기준시간 이상 지속되면, 피드포워드 토크가 부정확한 것으로 판정하는 과정(S102)으로 진행된다.

이어서, 상기 피드포워드 토크가 부정확한 것으로 판정되면, 보정팩터를 부정확한 피드포워드 토크에 곱해주는 피드포워드 토크 보정 단계가 진행된다(S103).

이때, 상기 보정팩터는 I-텀 토크 학습값(A)과 오토크루즈 목표속도를 인자로 하는 맵 데이터로부터 추출된다.

이러한 피드포워드 토크 보정 단계에서, 피드포워드 토크가 정속 유지 토크에 비하여 큰 부정확도를 나타내는 경우, 위와 같이 보정팩터를 부정확한 피드포워드 토크에 곱해줌으로써, 피드포워드 토크가 오토크루즈 목표속도를 추종하는 정속 유지 토크까지 감소되도록 한다.

반면, 피드포워드 토크 보정 단계에서, 피드포워드 토크가 정속 유지 토크에 비하여 작은 경우, 위와 같이 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해줌으로써, 피드포워드 토크가 오토크루즈 목표속도를 추종하는 정속 유지 토크까지 증가되도록 한다.

최종적으로, 상기 피드백 제어부(20)에서 결정된 P-텀 토크 및 I-텀 토크를 포함하는 피드백 토크와, 위와 같이 보정된 피드포워드 토크가 합쳐져 최종적인 오토크루즈 토크가 결정된다(S104).

10 : 피드포워드 제어부
20 : 피드백 제어부
30 : 피드포워드 토크 보정부

Claims (5)

1. 구름저항을 비롯하여 공기저항 및 구배저항을 기반으로 피드포워드 토크를 산출하는 피드포워드 제어부와;
   오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어를 하여 피드백 토크를 산출하는 피드백 제어부와;
   피드포워드 제어부에서 산출된 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하여, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주는 피드포워드 토크 보정부;
   를 포함하고,
   상기 피드포워드 토크 보정부는,
   상기 피드백 제어부의 PI 제어시 I-텀 토크를 학습한 후, 학습된 I-텀 토크가 기준값을 초과하는 시간이 기준시간 이상 지속되면 피드포워드 토크가 부정확한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 오토크루즈 속도 제어 장치.
   
2. 구름저항을 비롯하여 공기저항 및 구배저항을 기반으로 피드포워드 토크를 산출하는 단계와;
   오토크루즈 목표속도를 추종하기 위한 PI 제어를 하여 피드백 토크를 산출하는 단계와;
   피드포워드 제어부에서 산출된 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하는 단계와;
   피드포워드 토크가 부정확한 것으로 판정되면, 보정팩터를 부정확한 피드포워드 토크에 곱해주는 피드포워드 토크 보정 단계;
   를 포함하고,
   상기 피드포워드 토크의 부정확 정도를 판단하는 단계에서, PI 제어시 I-텀 토크를 학습한 후, 학습된 I-텀 토크가 기준값을 초과하는 시간이 기준시간 이상 지속되면 피드포워드 토크가 부정확한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 자동차의 오토크루즈 속도 제어 방법.
   
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 피드포워드 토크 보정 단계에서, 피드포워드 토크가 정속 유지 토크에 비하여 큰 경우, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주어 정속 유지 토크까지 감소되도록 하고, 피드포워드 토크가 정속 유지 토크에 비하여 작은 경우, 보정팩터를 피드포워드 토크에 곱해주어 정속 유지 토크까지 증가되도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 오토크루즈 속도 제어 방법.
   
5. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 피드포워드 토크 보정 단계에서, 보정팩터는 학습된 I-텀 토크와 오토크루즈 목표속도를 인자로 하는 맵 데이터로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 자동차의 오토크루즈 속도 제어 방법.

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