KR101970519B1

KR101970519B1 - 차량 질량 추정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101970519B1
Application number: KR1020180091705A
Authority: KR
Inventors: 이성기; 윤태봉; 김진호; 임인섭; 차병기
Original assignee: (주)코스텍
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2019-04-19

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법은, (a) 제2 시점 보다 이전 시점인 제1 시점에서 측정된 차량 상태에 관련된 제1 차량 측정 데이터와, 제2 시점에서 측정된 차량 속도를 각각 획득하는 단계; 및 (b) 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 이용하여, 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 질량 추정 방법 및 장치{Method and apparatus for estimating vehicle mass}

본 발명은 차량 질량 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행 차량의 과거 시점에서의 측정 데이터를 이용하여 현재 시점에서의 차량 질량을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

주행 중인 차량의 질량(이하, “차량 질량”이라 지칭함)은 차량의 운동 상태에 따라 변동한다. 이러한 차량 질량에 대한 정보는, 예를 들어 전자적 자세 제어 장치(Electronic Stability Control; ESC), 능동 롤 제어 장치(Active Roll Stabilization; ARS), 연속 댐핑 제어 장치(Continuous Damping Control; CDC), 타이어 공기압 모니터링 시스템(Tire Pressure Monitoring System; TPMS) 등과 같이 차량에 장착된 다양한 장치의 양호한 작동을 위해 반드시 필요하다. 가령, 차량 질량의 변동이 발생할 경우, 타이어 슬립 발생에 따른 엔진 회전수 변동, 변속 쇼크 발생에 따른 승차감 저하 등의 현상이 나타날 수 있다.

즉, 차량 전체의 양호한 작동을 위해, 변동되는 차량 질량을 정확하고 신속하게 추정하는 기술이 필요하다. 하지만, 종래 기술로 사용되는 칼만 필터(Kalman filter)를 통한 차량 질량의 추정 기술은 노이즈(noise)로 인해 추정된 차량 질량의 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.

KR 10-2017-0064926 A

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 주행 차량의 과거 시점에서의 측정 데이터를 이용하여 정확하고 신속하게 현재 시점의 차량 질량을 추정할 수 있는 차량 질량 추정 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법은, (a) 제2 시점 보다 이전 시점인 제1 시점에서 측정된 차량 상태에 관련된 제1 차량 측정 데이터와, 제2 시점에서 측정된 차량 속도를 각각 획득하는 단계, (b) 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 이용하여, 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 단계를 포함한다.

상기 제1 차량 측정 데이터는, 제1 시점의 차량 속도(v[k-1]), 제1 시점의 엔진 토크(T_e[k-1]), 제1 시점의 변속 및 추진 기어비(i_tf[k-1]), 및 제1 시점의 공기 저항력(F_air[k-1])을 포함할 수 있다. (단,

,

, ρ_air는 공기 밀도, C_d는 공기 저항 계수, A_f는 차량 전면부 면적)

상기 (b) 단계는, 하기 식으로 주어지는 차량 운동 방정식에 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 대입하여 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 대입 단계를 포함할 수 있다.

(식)

(단, η_tf는 구동축 동력전달효율, v[k]는 제2 시점의 차량 속도, Δt는 제1 시점과 제2 시점의 시간차, r_w는 바퀴의 반지름,

,

, f_r는 구름 저항 계수, θ는 도로 기울기, m은 차량 질량, m_r은 회전 관성 질량으로서 일정 상수 값)

상기 회전 관성 질량(m_r)은 0으로 근사 처리될 수 있다.

상기 (b) 단계는, 클러치 페달의 작동 중이거나 제2 시점의 차량 속도가 일정 미만인 경우에 제1 시점의 차량 질량으로 추정한 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정할 수 있으며, 클러치 페달의 미작동 중에 제2 시점의 차량 속도가 일정 이상인 경우에 상기 대입 단계를 수행할 수 있다.

상기 (b) 단계는, b1) 차량 운동 방정식에 서로 다른 값을 갖는 다수의 추정 질량 후보 값 및 제1 차량 측정 데이터를 각각 대입하여, 각 추정 질량 후보 값에 따른 제2 시점의 차량 속도를 추정하는 단계, b2) 각 추정 제2 시점 차량 속도와 측정 제2 시점 차량 속도를 비교하여, 측정 제2 시점 차량 속도에 가장 가까운 추정 제2 시점 차량 속도를 도출하는 단계, b3) 도출된 추정 제2 시점 차량 속도를 추정하기 위해 b1)에서 사용한 추정 질량 후보 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 장치는, (1) 제2 시점 보다 이전 시점인 제1 시점에서의 차량 상태에 관련된 제1 차량 측정 데이터와, 제2 시점에서의 차량 속도를 각각 측정하는 측정부, (2) 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 이용하여, 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 추정부를 포함한다.

,

상기 추정부는, 하기 식으로 주어지는 차량 운동 방정식에 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 대입하여 제2 시점의 차량 질량을 추정할 수 있다.

(식)

,

상기 추정부는, (1) 차량 운동 방정식에 서로 다른 값을 갖는 다수의 추정 질량 후보 값 및 제1 차량 측정 데이터를 각각 대입하여, 각 추정 질량 후보 값에 따른 제2 시점의 차량 속도를 추정하는 제1 과정, (2) 각 추정 제2 시점 차량 속도와 측정 제2 시점 차량 속도를 비교하여, 측정 제2 시점 차량 속도에 가장 가까운 추정 제2 시점 차량 속도를 도출하는 제2 과정, (3) 도출된 추정 제2 시점 차량 속도를 추정하기 위해 제1 과정에서 사용한 추정 질량 후보 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정하는 제3 과정을 각각 수행할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법 및 장치는 주행 차량의 과거 시점에서의 측정 데이터를 이용하여 정확하고 신속하게 현재 시점의 차량 질량을 추정할 수 있다.

도 1은 주행 차량에 작용하는 힘을 나타낸다.
도 2는 차량의 구동계를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법을 나타낸다.
도 4는 추정 단계(S20)의 보다 상세한 과정의 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 장치(10)의 블록 구성도를 나타낸다.

본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.

본 명세서에서, “예를 들어”와 같은 표현에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법은 주행 차량의 운동 상태에 따라 변동되는 차량 질량을 추정하기 위한 방법으로서, 본 발명의 차량 질량 추정 원리에 대해 설명하기 위해, 주행 차량에 작용하는 힘에 대해서 먼저 설명하도록 한다.

도 1은 주행 차량에 작용하는 힘을 나타낸다.

'θ'의 경사각을 가지는 경사로 상에서 주행 중인 차량에 작용하는 힘은, 도 1에 도시된 바와 같이, 견인력(F_tractive), 공기 저항력(F_air), 구름 저항력(F_rolling) 및 주행 방향 상의 중력(F_gravity)이 있다. 이때, 견인력(F_tractive)은 주행을 위해 차량을 밀도록 공급되는 힘이며, 나머지 공기 저항력(F_air), 구름 저항력(F_rolling) 및 주행 방향 상의 중력(F_gravity)은 견인력(F_tractive)을 감소시키는 외력에 해당한다.

즉, 공기 저항력(F_air)은 공기가 차량의 움직임을 저지하려는 힘이고, 구름 저항력(F_rolling)은 차량 바퀴의 전동(轉動)으로 말미암아 주행의 반대방향으로 작용하는 힘이며, 경사로 상의 중력(F_gravity)은 차량에 작용하는 중력 중에서 주행 방향 상에서 작용하는 중력 성분이다.

구체적으로, 이들 힘에 의해 발생하는 차량 가속도의 관계는 하기 (식1)과 같은 힘 평형 방정식으로 나타낼 수 있다. 단, (식1)에서 m은 차량 질량, v*는 속도 변화량(Δv) / 시간 변화량(Δt)를 각각 나타낸다.

(식1)

- 견인력(F_tractive) -

(식1)에서 견인력(F_tractive)을 보다 상세한 식으로 표현하기 위해, 차량의 구동계에서 힘이 전달되는 과정을 살펴보도록 한다.

도 2는 차량의 구동계를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 차량의 구동계는 엔진(engine; 1), 클러치(cluch; 2), 변속기(transmission; 3), 추진축(propeller shaft; 4), 최종 구동장치(final drive; 5), 구동축(axle shaft; 6) 및 바퀴(wheel; 7)를 포함한다.

이때, 엔진(1)에서 발생한 제1 토크(T_e)는 엔진(1)에서의 회전관성에 따른 토크량이 감소되면서 제2 토크(T_t)가 되어 변속기(3)로 전달된다. 이는 하기 (식2)와 같이 나타낼 수 있다. 단, (식2)에서 I_e는 엔진(1)에서의 회전관성, w_e*는 엔진 각속도 변화량(Δw_e) / 시간 변화량(Δt)를 각각 나타낸다.

(식2)

이후, 제2 토크(T_t)는 변속기(3)에서의 기어비(이하, “변속 기어비”라 지칭함)만큼이 증폭된 후에 변속기(3)에서의 회전 관성에 따른 토크량이 감소되면서 제3 토크(T_f)가 된다. 이는 하기 (식3)과 같이 표현할 수 있다. 단, (식3)에서 i_t는 변속 기어비, I_t는 변속기(3)에서의 회전관성을 각각 나타낸다.

(식3)

이후, 제3 토크(T_f)는 추진축(4)에서의 기어비(이하, “추진 기어비”라 지칭함)만큼 증폭된 후에 추진축(4)에서의 회전관성에 따른 토크량이 감소 감소되어 제4 토크(T_w)가 되면서 최종 구동장치(final drive)에 입/출력된다. 이는 하기 (식4)와 같이 표현할 수 있다. 단, (식4)에서 i_f는 추진 기어비, I_f는 추진축(4)에서의 회전관성, w_p*는 추진축 각속도 변화량(Δw_p) / 시간 변화량(Δt)을 각각 나타낸다.

(식4)

또한, (식4)를 견인력(F_tractive)과 관련시켜 표현하면 (식5)와 같이 나타낼 수 있다. 단, (식5)에서 r_w는 바퀴(7)의 반지름, I_w는 바퀴(7)에서의 회전관성, w_w*는 바퀴 각속도 변화량(Δw_w) / 시간 변화량(Δt)을 각각 나타낸다.

(식5)

이때, 각속도와 기어비의 관계는 하기 (식6) 및 (식7)과 같이 나타낼 수 있다. 단, (식7)에서 i_tf는 변속 기어비(i_t)와 추진 기어비(i_f)의 곱(이하, “변속 및 추진 기어비”라 지칭함)을 나타낸다.

(식6)

(식7)

한편, 바퀴(7)가 지면에서 미끄러지지 않을 경우에는 하기 (식8)과 같이 가정할 수 있다.

(식8)

이에 따라, (식5)의 견인력(F_tractive)은 하기 (식9)와 같이 정리될 수 있다.

(식9)

- 공기 저항력(F_air) -

다음으로, (식1)에서 공기 저항력(F_air)은 차량 속력에 비례하고, 차량 이동 방향의 면적, 즉 차량 전면부의 면적에 비례하므로, 하기 (식10)과 같이 나타낼 수 있다. 단, (식10)에서 ρ_air는 공기 밀도, C_d는 공기 저항 계수, A_f는 차량 전면부 면적을 각각 나타낸다.

(식10)

?

- 구름 저항력(F_rolling) -

다음으로, (식1)에서 구름 저항력(F_rolling)은 바퀴(7) 변형의 결과로 발생하며, 차량 질량과 차량 속력에 비례하므로, 하기 (식11)과 같이 나타낼 수 있다. 단, (식11)에서 f_r는 구름 저항 계수, m은 차량 질량, g는 중력 가속도, θ는 도로 기울기를 각각 나타낸다.

(식11)

- 주행 방향 상의 중력(F_gravity) -

다음으로, (식1)에서 주행 방향 상의 중력(F_gravity)은 주행 방향에서 작용하는 중력 성분이므로, 하기 식(12)와 같이 나타낼 수 있다. 단, (식12)에서 m은 차량 질량, g는 중력 가속도, θ는 도로 기울기를 각각 나타낸다.

(식12)

- 관계식의 조합 -

다음으로, (식1)에 (식9) 내지 (식12)를 대입하여 조합하면, 하기 (식13)과 같이 나타낼 수 있다.

(식13)

단, (식13)에서 η_tf는 엔진(1)의 축동력이 바퀴(7)의 축인 구동축(6)에 최종 전달되는 동력의 비율인 구동축 동력전달효율로서, 구동계의 마찰손실(mechanical friction loss of driveline components)을 반영한 동력전달효율이다. 예를 들어, 수동변속인 경우, 마찰손실을 반영하여 97%로 설정할 수 있다. 유체 클러치로 연결된 자동변속기의 경우, 수동변속인 경우 보다 동력 전달 손실이 더 크다. η_tf는 차량 제조사가 제공하는 기어 단수에 따른 구체적인 값을 획득하여 대입할 수 있다.

한편, 식(13)에서 m_r은 회전 관성 질량으로서, 하기 식(14)와 같이 나타낼 수 있다.

(식14)

또한, sin(θ) + cos(θ)tan(y) = sin(θ+y) / cos(y)로 나타낼 수 있으며, y = tan^-1(f_r) 이므로, (식13)은 하기 (식15)와 같이 나타낼 수 있다.

(식15)

이때,

,

,

로 각각 나타내면, 식(15)는 하기 (식16)과 같은 차량 운동 방정식으로 나타낼 수 있다.

(식16)

이때, (식16)의 차량 운동 방정식은 v와 Ф₁에 대하여 비선형적인 특징을 갖는다. (식16)의 차량 운동 방정식을 직접 적분하여 실측 차량 속도와 비교하는 방식으로 접근하기 위해, (식16)을 차분 형태로 변환하면 하기 (식17)과 같은 차량 운동 방정식으로 나타낼 수 있다.

(식17)

단, (식17)에서 k-1은 제2 시점 보다 이전 시점인 제1 시점이고, k는 차량 질량을 추정하려는 시점인 제2 시점이다. 예를 들어, k-1은 과거 시점일 수 있고, k는 현재 시점일 수 있다.

즉, (식17)에서 η_tf는 구동축 동력전달효율, v[k]는 제2 시점의 차량 속도, v[k-1]은 제1 시점의 차량 속도, T_e[k-1]은 제1 시점의 엔진 토크, i_tf[k-1]는 제1 시점의 변속 및 추진의 기어비, Δt는 제1 시점과 제2 시점의 시간차, r_w는 바퀴의 반지름, α₁(F_air[k-1])은 F_air[k-1]로서 제1 시점의 공기 저항력을 각각 나타낸다. 이때, m_r은 그 크기가 매우 작으므로, 0 또는 그 외 다른 상수 값으로 처리할 수 있다.

특히, (식17)에서 차량 질량(m)과 제2 시점의 차량 속도(v[k])를 제외한 나머지 항목은 차량 상태에 관련된 제1 차량 측정 데이터이므로, 제2 시점의 차량 속도(v[k])와 제1 차량 측정 데이터를 측정하여 (식17)에 대입함으로써 나머지 변수인 차량 질량(m)의 값을 추정할 수 있다. 이것이 바로 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법의 주요 내용이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법을 나타낸다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 획득 단계(S10) 및 추정 단계(S20)를 포함한다. 이때, 획득 단계(S10)는 제2 시점의 차량 속도와 제1 차량 측정 데이터를 측정하여 획득하는 단계이다. 또한, 추정 단계(S20)는 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 이용하여, 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 단계이다.

이때, 제1 차량 측정 데이터는, 제1 시점의 차량 속도(v[k-1]), 제1 시점의 엔진 토크(T_e[k-1]), 제1 시점의 변속 및 추진 기어비(i_tf[k-1]), 및 제1 시점의 공기 저항력(F_air[k-1])을 포함한다. (단,

,

구체적으로, S20 단계는 (식17)으로 주어지는 차량 운동 방정식에 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도(v[k])를 각각 대입하여 제2 시점의 차량 질량을 추정할 수 있다. 이때, 회전 관성 질량(m_r)은 0으로 근사 처리될 수 있다.

특히, S20 단계는 (식17)이 유효한 주행 구간만을 선택하여 (식17)을 적용할 필요가 있다. 예를 들어, 정지 상태, 제동 상태, 일정 이하 주행 속도 상태 등에 대해서는 식(2.1)이 유효하지 않을 수 있다.

따라서, S20 단계는 제2 시점의 차량 속도(v[k])가 일정 미만(가령, 30km/h 미만)인 경우나, 클러치 페달의 작동하는 경우(즉, 사용자가 클러치 페달을 밟은 경우)에 제1 시점의 차량 질량으로 추정한 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정할 수 있다. 또한, S20 단계는 클러치 페달의 미작동(즉, 사용자가 클러치 페달을 밟지 않은 경우) 중에 제2 시점의 차량 속도가 일정 이상(가령, 30km/h 이상)인 경우에 (식17)으로 주어지는 차량 운동 방정식에 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도(v[k])를 각각 대입하여 제2 시점의 차량 질량을 추정할 수 있다.

도 4는 추정 단계(S20)의 보다 상세한 과정의 일 예를 나타낸다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법은 S20을 도 4와 같이 수행할 수도 있다. 즉, 도 4를 참조하면, S20은 S21 단계 내지 S23 단계를 포함할 수 있다.

이때, S21은 속도 추정 단계로서, (식17)의 차량 운동 방정식에 서로 다른 값을 갖는 다수의 추정 질량 후보 값 및 제1 차량 측정 데이터를 각각 대입하여, 각 추정 질량 후보 값에 따른 제2 시점의 차량 속도(v[k]')를 추정한다.

즉, n개(단, n은 2 이상의 자연수)의 배열을 할당하되, 각 배열에 서로 다른 값을 갖는 추정 질량 후보 값을 할당할 수 있다. 예를 들어, 공차 중량부터 시작하여 일정 단위(가령, 200kg)로 차량의 최대 적재량보다 크게 n개의 배열에 추정 질량 후보 값을 저장할 수 있다. 이후, 각 배열의 추정 질량 후보 값과 제1 차량 측정 데이터를 (식17)에 대입하며, 그 결과로 각 배열에 대해 n개의 제2 시점의 추정 차량 속도(v[k]')를 획득한다.

S22는 근접 차량 속도 도출 단계로서, 각 추정 제2 시점 차량 속도(v[k]')와 S10에서 측정된 측정 제2 시점 차량 속도(v[k])를 비교하여, n개의 추정 제2 시점 차량 속도(v[k]') 중에서 측정 제2 시점 차량 속도(v[k])에 가장 가까운 추정 제2 시점 차량 속도(v[k]'')를 도출한다.

S23은 차량 질량 도출 단계로서, 도출된 최근접 추정 제2 시점 차량 속도(v[k]'')를 추정하기 위해 S21에서 사용한 추정 질량 후보 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정한다. 즉, n개의 배열 중에서 최근접 추정 제2 시점 차량 속도(v[k]'')를 획득하는데 사용한 배열의 추정 질량 후보 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정한다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 장치(10)에 대하여 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 장치(10)의 블록 구성도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 장치(10)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 질량 추정 방법을 수행하는 장치로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 측정부(11), 추정부(12) 및 저장부(13)를 포함할 수 있으며, 추가적으로 표시부(미도시), 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

측정부(11)는 제1 차량 측정 데이터와 제2 시점에서의 차량 속도를 각각 측정하는 것으로서, S10을 수행할 수 있다. 이때, 측정부(11)는 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점에서의 차량 속도를 측정하는데 필요한 다양한 센서를 포함할 수 있으며, 측정 정보를 추정부(12)로 전송할 수 있다. 다만, S10에 대한 상세한 설명은 상술한 바와 같으므로 이하 생략하도록 한다.

추정부(12)는 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 이용하여 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 것으로서, S20을 수행할 수 있다. 또한, 추정부(12)는 S21 내지 S23을 수행할 수도 있다. 다만, S20, S21 내지 S23에 대한 상세한 설명은 상술한 바와 같으므로 이하 생략하도록 한다.

저장부(13)는 측정부(11)에서 측정한 측정 정보, 추정부(12)에서 추정한 차량 질량 등을 저장 보관한다. 특히, 추정부(12)가 S20을 수행하는데 필요한 정보, 즉 제1 차량 측정 데이터와 제2 시점에서의 차량 속도를 제공할 수 있다.

예를 들어, 저장부(13)는 그 유형에 따라 하드디스크 타입(hard disk type), 마그네틱 매체 타입(Sagnetic media type), CD-ROM(compact disc read only memory), 광기록 매체 타입(Optical Media type), 자기-광 매체 타입(Sagneto-optical media type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Sultimedia card micro type), 플래시 메모리 타입(flash memory type), 롬 타입(read only memory type), 램 타입(random access memory type) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 저장부(13)는 그 용도/위치에 따라 캐시(cache), 버퍼, 주기억장치, 또는 보조기억장치이거나 별도로 마련된 저장 시스템일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

표시부는 측정부(11)에서 측정된 측정 정보 또는 추정부(12)에서 추정한 결과 정보를 표시하는 구성이다. 이때, 추정부(12)에서 추정한 결과 정보를 표시할 경우, 표시부는 추정부(12)에서 추정한 제2 시점에서의 차량 질량 외에도, 시간에 따른 차량 질량의 추이 등을 표시할 수 있다. 표시부는 비발광형 패널 또는 발광형 패널로 구성될 수 있다.

예를 들어, 발광형 패널은 발광 다이오드 디스플레이 패널(light emitting diode display panel), 유기전계발광 디스플레이 패널(organic electroluminescence display panel, 또는 OLED[organic light emitting diode] panel), 백라이트형 액정 디스플레이 패널(backlight liquid crystal display panel) 및 양자점 디스플레이 패널(quantum dot display panel) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 비발광형 패널은 액정 디스플레이 패널(liquid crystal display panel), 전기영동 디스플레이 패널(electrophoretic display panel), 콜레스테릭 액정 디스플레이 패널(cholesteric liquid crystal display panel), 마이크로전기기계 시스템 디스프레이 패널(micro-electromechanical system display panel), 일렉트로웨팅 디스플레이 패널(electrowetting display panel) 및 전자유체 디스플레이 패널 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

통신부는 측정부(11)에서 측정된 측정 정보 또는 추정부(12)에서 추정한 결과 정보를 타 단말 또는 서버 등에 전송할 수 있다. 이때, 통신부는 다양한 통신 방식의 유/무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 유선 통신 모듈은 유선 통신 모듈은 LANs(Local Area Networks) 모듈, WANs(Wide Area Networks) 모듈, MANs(Metropolitan Area Networks) 모듈, ISDNs(Integrated Service Digital Networks) 모듈 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 무선 통신 모듈은 와이파이(WiFi) 통신 모듈, 블루투스 통신 모듈, NFC(Near Field Communication) 통신 모듈, BAN(Body Area Network) 통신 모듈, 지그비(ZigBee) 통신 모듈, 사물 인터넷 통신 모듈(LoRaWAN, SigFox, W-MBUS, Wi-SUN 등), 기타 근거리 통신 모듈, 또는 이동 통신 모듈(LET-M 등) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 엔진 2: 클러치
3: 변속기 4: 추진축
5: 최종 구동장치 6: 구동축
7: 바퀴 10: 차량 질량 추정 장치
11: 측정부 12: 추정부
13: 저장부

Claims

(a) 제2 시점 보다 이전 시점인 제1 시점에서 측정된 차량 상태에 관련된 제1 차량 측정 데이터와, 제2 시점에서 측정된 차량 속도를 각각 획득하는 단계; 및
(b) 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 이용하여, 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 차량 측정 데이터는,
제1 시점의 차량 속도(v[k-1]), 제1 시점의 엔진 토크(T_e[k-1]), 제1 시점의 변속 및 추진 기어비(i_tf[k-1]), 및 제1 시점의 공기 저항력(F_air[k-1])을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 질량 추정 방법.
(단,
,
, ρ_air는 공기 밀도, C_d는 공기 저항 계수, A_f는 차량 전면부 면적)
삭제
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
하기 식으로 주어지는 차량 운동 방정식에 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 대입하여 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 대입 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 질량 추정 방법.
(식)

(단, η_tf는 구동축 동력전달효율, v[k]는 제2 시점의 차량 속도, Δt는 제1 시점과 제2 시점의 시간차, r_w는 바퀴의 반지름,
,
, f_r는 구름 저항 계수, θ는 도로 기울기, m은 차량 질량, m_r은 회전 관성 질량으로서 일정 상수 값)
제3항에 있어서,
상기 회전 관성 질량(m_r)은 0으로 근사 처리되는 것을 특징으로 하는 차량 질량 추정 방법.
제3항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
클러치 페달의 작동 중이거나 제2 시점의 차량 속도가 일정 미만인 경우에 제1 시점의 차량 질량으로 추정한 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정하며,
클러치 페달의 미작동 중에 제2 시점의 차량 속도가 일정 이상인 경우에 상기 대입 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 질량 추정 방법.
제3항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
b1) 차량 운동 방정식에 서로 다른 값을 갖는 다수의 추정 질량 후보 값 및 제1 차량 측정 데이터를 각각 대입하여, 각 추정 질량 후보 값에 따른 제2 시점의 차량 속도를 추정하는 단계;
b2) 각 추정 제2 시점 차량 속도와 측정 제2 시점 차량 속도를 비교하여, 측정 제2 시점 차량 속도에 가장 가까운 추정 제2 시점 차량 속도를 도출하는 단계;
b3) 도출된 추정 제2 시점 차량 속도를 추정하기 위해 b1)에서 사용한 추정 질량 후보 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 질량 추정 방법.
제2 시점 보다 이전 시점인 제1 시점에서의 차량 상태에 관련된 제1 차량 측정 데이터와, 제2 시점에서의 차량 속도를 각각 측정하는 측정부; 및
제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 이용하여, 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 추정부;를 포함하며,
상기 제1 차량 측정 데이터는,
제1 시점의 차량 속도(v[k-1]), 제1 시점의 엔진 토크(T_e[k-1]), 제1 시점의 변속 및 추진 기어비(i_tf[k-1]), 및 제1 시점의 공기 저항력(F_air[k-1])을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 질량 추정 장치.
(단,
,
, ρ_air는 공기 밀도, C_d는 공기 저항 계수, A_f는 차량 전면부 면적)
삭제
제7항에 있어서,
상기 추정부는,
하기 식으로 주어지는 차량 운동 방정식에 제1 차량 측정 데이터 및 제2 시점의 차량 속도를 각각 대입하여 제2 시점의 차량 질량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량 질량 추정 장치.
(식)

(단, η_tf는 구동축 동력전달효율, v[k]는 제2 시점의 차량 속도, Δt는 제1 시점과 제2 시점의 시간차, r_w는 바퀴의 반지름,
,
, f_r는 구름 저항 계수, θ는 도로 기울기, m은 차량 질량, m_r은 회전 관성 질량으로서 일정 상수 값)
제9항에 있어서,
상기 추정부는,
차량 운동 방정식에 서로 다른 값을 갖는 다수의 추정 질량 후보 값 및 제1 차량 측정 데이터를 각각 대입하여, 각 추정 질량 후보 값에 따른 제2 시점의 차량 속도를 추정하는 제1 과정;
각 추정 제2 시점 차량 속도와 측정 제2 시점 차량 속도를 비교하여, 측정 제2 시점 차량 속도에 가장 가까운 추정 제2 시점 차량 속도를 도출하는 제2 과정; 및
도출된 추정 제2 시점 차량 속도를 추정하기 위해 제1 과정에서 사용한 추정 질량 후보 값을 제2 시점의 차량 질량으로 추정하는 제3 과정;
을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 질량 추정 장치.