KR102297499B1

KR102297499B1 - 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 abs 고정시간 슬립 제어 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치

Info

Publication number: KR102297499B1
Application number: KR1020200022782A
Authority: KR
Inventors: 김원희; 유세선; 길정환
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-09-06
Also published as: KR20210108527A

Abstract

상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법은, 차량의 휠 속도 센서로부터 획득한 휠 속도를 확장 상태 관측기로 입력하는 단계; 상기 확장 상태 관측기를 통해 상기 휠 속도를 기초로 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 추정하는 단계; 상기 확장 상태 관측기에서 도로와 타이어의 마찰력을 외란으로 정의한 차량 동역학 상태 공간 방정식을 통해 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성하는 단계; 상기 차량의 종방향 속도와 상기 슬립 지령을 기초로, 차량의 휠 속도 지령을 생성하는 단계; 및 상기 휠 속도 지령과 오차를 기초로 휠 속도의 오차가 수렴하는 도달 시간을 유도하여, 고정된 시간의 범위를 가진 ABS(Anti-lock Braking Systems)의 제어 입력 토크를 출력하는 단계;를 포함한다. 이에 따라, 다른 센서들이 필요 없이 휠 속도 센서의 정보만으로 빠른 반응성의 ABS 제어가 가능하다.

Description

상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치{FIXED TIME SLIP CONTROL METHOD FOR ANTI-LOCK BRAKING SYSTEMS OF ELECTRIC VEHICLES BASED ON EXTENDED STATE OBSERVER, RECORDING MEDIUM AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD}

본 발명은 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추가적인 센서 없이 휠 속도 피드백만을 이용하여 ABS 시스템을 구현하여 응급 급브레이크 상황에서 빠른 반응성을 통해 차량의 안정성을 높이기 위한 기술에 관한 것이다.

ABS(Anti-lock braking systems)는 운전자의 안전성을 향상시키는 대표적인 차량 제어 기술 중 하나이다. ABS는 차량의 휠이 잠기는 것을 방지하면서 차량 조향성을 유지시키고 제동 거리와 시간을 감소시키기 위해 사용되었다. 대표적으로 ABS 제어는 Rule 기반 제어와 Slip 기반 제어로 나누어진다.

Rule 기반 ABS 제어는 Slip 정보와 도로 노면의 상태는 상관없이 미끄러진 바퀴를 고정된 Slip 비가 되도록 바로 잡는 방법이다. 반면, Slip 기반 ABS 제어는 Slip 제어를 통해 최대의 마찰력을 내도록 제어한다. 따라서, Rule 기반의 ABS 제어 보다 제동 거리, 조향성 유지, 제동 시간 모든 면에서 높은 성능을 볼 수 있다.

Slip은 차량의 종방향 속도와 휠 속도의 차이이며, 종방향 차량 속도 정보가 필요하다. 이에 따라, 종방향 차속을 얻기 위하여 다양한 관측기들이 설계되었다. GPS 기반의 관측기는 종방향 차속에 대한 피드백을 GPS를 통해 얻는다.

Sliding mode 관측기 및 비선형 modular 관측기는 휠 속도와 inertial measurement unit(IMU) 센서에서 차량의 가속도 정보를 얻어 설계된다. 또한, 서스펜션에 수직항력 센서를 부착하여 수직항력으로부터 종방향 차속을 얻는 방법이 개발되었다. 슬라이딩 모드 제어기를 통한 ABS 제어 알고리즘은 유한한 시간 안에 Slip 에러를 0으로 보내고 강인함을 향상시키기 위해 개발되었다.

그러나, Rule 기반 ABS 제어는 Slip 정보와 도로 노면의 상태는 상관없이 미끄러진 바퀴를 고정된 Slip 비가 되도록 바로 잡는 방법으로 Slip 기반 ABS 제어보다 제동 거리, 제동 시간 면에서 성능이 떨어진다.

또한, Slip 기반 ABS 제어는 Slip 정보 획득을 위해 여러 가지 부가 센서가 많이 사용된다. 예를 들어, 종방향 차속을 얻기 위한 방법들은 GPS 시스템, IMU센서, 가속도계, 수직항력 센서 같은 추가적인 센서가 필요하기 때문에 경제적이지 못하다. 센서를 사용한다고 하더라도 GPS 측정값이 언제 어디서든 정확한 값이 아니며 IMU센서를 통해 얻는 신호는 noise가 많이 첨가된 신호이다.

또한, Rule 기반 ABS 제어는 차량 및 타이어의 종류에 따라 제어이득을 새롭게 설정해야 하기 대문에 tuning 시간이 길다. 슬라이딩 모드 제어기는 chattering 이라는 단점을 갖는데 chattering은 액츄에이터에 피로를 누적시키며 내구성을 떨어뜨릴 수 있는 문제점이 있다.

KR 10-2009-0062321 A KR 10-1152296 B1 KR 10-2019-0094907 A

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 휠 속도 피드백만을 이용한, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법은, 차량의 휠 속도 센서로부터 획득한 휠 속도를 확장 상태 관측기로 입력하는 단계; 상기 확장 상태 관측기를 통해 상기 휠 속도를 기초로 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 추정하는 단계; 상기 확장 상태 관측기에서 도로와 타이어의 마찰력을 외란으로 정의한 차량 동역학 상태 공간 방정식을 통해 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성하는 단계; 상기 차량의 종방향 속도와 상기 슬립 지령을 기초로, 차량의 휠 속도 지령을 생성하는 단계; 및 상기 휠 속도 지령과 오차를 기초로 휠 속도의 오차가 수렴하는 도달 시간을 유도하여, 고정된 시간의 범위를 가진 ABS(Anti-lock Braking Systems)의 제어 입력 토크를 출력하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성하는 단계는, 상기 도로와 타이어의 마찰력을 통해 실시간으로 도로 노면 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 고정된 시간의 범위를 가진 ABS의 제어 입력 토크를 출력하는 단계는, 고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간의 범위 내에서 오차를 유한한 경계로 한정할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법은, 확장 상태변수와 추정된 확장 상태변수를 갖는 차량 동역학의 상태 공간 방정식으로 상기 확장 상태 관측기를 설계하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 확장 상태 관측기를 설계하는 단계는, 차량 종방향 속도, 차량의 휠 속도, 도로와 타이어 사이의 마찰력, 브레이킹 토크, 휠 유효 동반경, 휠 이너시아, 공기저항계수 및 차량 무게 중 적어도 하나의 정보를 이용할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 확장 상태 관측기에서 외란으로 정의된 도로와 타이어의 마찰력은, 차량의 전륜 왼쪽 타이어, 전륜 오른쪽 타이어, 후륜 왼쪽 타이어 및 후륜 오른쪽 타이어의 마찰력을 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다.

상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치는, 차량의 휠 속도 센서로부터 획득한 휠 속도를 기초로 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 추정하는 확장 상태 관측기; 상기 확장 상태 관측기에서 도로와 타이어의 마찰력을 외란으로 정의한 차량 동역학 상태 공간 방정식을 통해 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성하는 도로 노면 판단부; 상기 차량의 종방향 속도와 상기 도로 노면 판단부에서 생성된 슬립 지령을 기초로, 차량의 휠 속도 지령을 생성하는 휠 지령 생성부; 및 상기 휠 속도 지령과 오차를 기초로 휠 속도의 오차가 수렴하는 도달 시간을 유도하여, 고정된 시간의 범위를 가진 ABS(Anti-lock Braking Systems)의 제어 입력 토크를 출력하는 고정 시간 슬립 제어기;를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 도로 노면 판단부는, 상기 도로와 타이어의 마찰력을 통해 실시간으로 도로 노면 상태를 판단할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 고정 시간 슬립 제어기는, 고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간의 범위 내에서 오차를 유한한 경계로 한정할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 확장 상태 관측기는, 확장 상태변수와 추정된 확장 상태변수를 갖는 차량 동역학의 상태 공간 방정식으로 설계될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 확장 상태 관측기는, 차량 종방향 속도, 차량의 휠 속도, 도로와 타이어 사이의 마찰력, 브레이킹 토크, 휠 유효 동반경, 휠 이너시아, 공기저항계수 및 차량 무게 중 적어도 하나의 정보를 이용할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 확장 상태 관측기에서 외란으로 정의된 도로와 타이어의 마찰력은, 차량의 전륜 왼쪽 타이어, 전륜 오른쪽 타이어, 후륜 왼쪽 타이어, 후륜 오른쪽 타이어의 마찰력을 포함할 수 있다.

이와 같은 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법에 따르면, 추가적인 센서 없이 휠 속도 피드백만을 이용하여 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 함께 추정할 수 있다. 또한, 고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간 안에 오차를 유한한 경계로 한정시키므로, 응급시 급브레이크 상황에서 빠른 반응성을 통해 차량의 안정성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 확장 상태 관측기의 추종 성능을 스플릿(Split) 도로 환경에서 시뮬레이션한 결과이다.
도 3은 본 발명의 확장 상태 관측기의 추종 성능을 점프(Jump) 도로 환경에서 시뮬레이션한 결과이다.
도 4는 본 발명과 종래 기술의 스플릿(Split) 도로 환경에서 제어 성능을 비교한 결과이다.
도 5는 본 발명과 종래 기술의 점프(Jump) 도로 환경에서 제어 성능을 비교한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법의 흐름도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치의 블록도이다.

본 발명에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치(10, 이하 장치)는 슬립(Slip) 기반 제어 알고리즘으로서, 여러가지 부가적인 센서를 사용하지 않고 휠 속도 센서만을 사용한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 확장 상태 관측기(130), 도로 노면 판단부(150), 휠 지령 생성부(170) 및 고정 시간 슬립 제어기(190)를 포함한다. 도 1에서는 차량에 부착되거나 내장된 휠 속도 센서부(110)를 함께 도시하였다.

본 발명에 따른 장치(10)는 상태 확장 관측기(130)를 설계하여 도로와 타이어 사이의 마찰력과 종방향 차량 속도 정보를 함께 추정하여 슬립(Slip) 정보를 얻는다. 또한, 추정된 도로와 타이어 사이의 마찰력 정보를 통해 실시간으로 도로 노면의 상태를 판단하고, 고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간 안에 오차를 유한한 경계로 한정시켜 빠른 반응성을 유도한다.

본 발명의 상기 장치(10)는 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어를 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 확장 상태 관측기(130), 상기 도로 노면 판단부(150), 상기 휠 지령 생성부(170) 및 상기 고정 시간 슬립 제어기(190)의 구성은 상기 장치(10)에서 실행되는 상기 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어를 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.

상기 장치(10)는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 확장 상태 관측기(130), 상기 도로 노면 판단부(150), 상기 휠 지령 생성부(170) 및 상기 고정 시간 슬립 제어기(190)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.

상기 장치(10)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 상기 장치(10)는, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

상기 확장 상태 관측기(130)는 차량의 휠 속도 센서부(110)로부터 획득한 휠 속도를 입력 받아 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 추정한다.

상기 확장 상태 관측기(130)는 차량의 휠 속도 정보만 피드백 받아 도로와 타이어 사이의 마찰력 및 종방향 차량 속도 정보를 함께 추정하도록 설계된다. 차량동역학 수식은 아래의 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

여기서,

는 차량의 종방향 속도,

는 휠 속도,

는 도로와 타이어 사이의 마찰력,

는 브레이킹 토크,

는 휠 유효 동반경,

는 휠 이너시아,

는 공기저항계수,

은 차량 무게, 'fl' 은 front left로 전륜 왼쪽 타이어, 'fr' 은 front right로 전륜 오른쪽 타이어, 'rl' 은 rear left로 후륜 왼쪽 타이어, 'rr' 은 rear right로 후륜 오른쪽 타이어를 나타낸다.

특히, 휠 유효 동반경, 휠 이너시아, 공기저항계수 및 차량 무게는 미리 알아야 하는 상수 파라메터이다.

도로 사이의 마찰력을 외란으로 정의하고 확장 상태 관측기를 설계하면 다음의 수학식 2와 같다.

[수학식 2]

먼저 확장 상태변수

, 추정된 확장 상태변수

를 정의하면 다음의 수학식 3과 같다.

[수학식 3]

수학식 1의 차량 동역학을 차량 동역학 상태 공간 방정식으로 표현하면 아래의 수학식 4와 같다.

[수학식 4]

여기서, 각 행렬은 다음과 같다.

이에 따라, 본 발명에서 제안된 확장 상태 관측기의 형태는 다음의 수학식 5와 같다. 여기서,

는 외란의 미분이다.

[수학식 5]

여기서 각 행렬은 다음과 같다.

상기 도로 노면 판단부(150)는 상기 확장 상태 관측기(130)에서 도로와 타이어의 마찰력을 외란으로 정의한 차량 동역학 상태 공간 방정식을 통해 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성한다. 상기 도로 노면 판단부(150)는 상기 도로와 타이어의 마찰력을 통해 실시간으로 도로 노면 상태를 판단할 수 있다.

상기 휠 지령 생성부(170)는 상기 차량의 종방향 속도와 상기 도로 노면 판단부(150)에서 생성된 슬립 지령을 기초로, 차량의 휠 속도 지령을 생성한다.

도로 노면에 따른 슬립(Slip) 지령이 생성된다고 가정하면, 휠 속도의 지령과 오차는 다음의 수학식 6과 같다. 여기서,

는 생성된 최적 Slip 지령이다.

[수학식 6]

,

제어 입력은 토크는 다음의 수학식 7과 같이 정의된다.

[수학식 7]

여기서,

는 양수의 상수로 제어 이득이며, p 와 q 는 양수의 상수로 p > 1, 0 < q < 1을 만족한다.

상기 고정 시간 슬립 제어기(190)는 상기 휠 속도 지령과 오차를 기초로 휠 속도의 오차가 수렴하는 도달 시간을 유도하여, 고정된 시간의 범위를 가진 ABS(Anti-lock Braking Systems)의 제어 입력 토크를 출력한다.

고정 시간 제어 알고리즘은 다음과 같다. 제어 입력을 수학식 7과 같이 설정하면 오차의 동역학은 아래의 수학식 8과 같이 정의된다. 여기서,

는 각 바퀴 속도의 오차이다.

[수학식 8]

도달 시간을 유도하면 다음의 수학식 9와 같이 초기 오차와는 상관없는 고정된 시간의 범위가 도출된다. 여기서,

는 오차가 수렴되는 고정 시간의 상계이다.

[수학식 9]

이에 따라, 고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간의 범위 내에서 오차를 유한한 경계로 한정할 수 있게 되어, 응급시 급브레이크 상황에서 빠른 반응성을 통해 차량의 안정성을 높일 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어에 따른 효과를 검증하기 위한 성능 실험의 결과를 설명한다.

도 2는 본 발명의 확장 상태 관측기의 추종 성능을 스플릿(Split) 도로 환경에서 시뮬레이션한 결과이다. 도 3은 본 발명의 확장 상태 관측기의 추종 성능을 점프(Jump) 도로 환경에서 시뮬레이션한 결과이다.

본 발명에서 제안된 방법을 검증하기 위해 검증된 차량 동역학 해석 연산 소프트웨어 CarSim과 MATLAB/SIMULINK를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 좌우가 다른 도로 노면 상태를 가진 도로에서 확장 상태 관측기의 추종 성능은 도 2와 같다.

도 2를 참조하면, 스플릿(Split) 도로 환경의 시뮬레이션에서 도로와 타이어 사이의 마찰계수가 왼쪽은 0.2, 오른쪽은 0.8로 설정되었다. 도로와 타이어 사이의 마찰력 및 종방향 차량 속도를 잘 추정하는 것을 확인할 수 있으며, 도 2d에서 설정된 도로에 해당하는 도로와 타이어 사이의 마찰계수를 추정하는 것을 확인할 수 있다.

50m 후에 도로와 타이어 사이의 마찰계수가 0.2에서 0.8로 변하는 점프(Jump) 도로 환경에서 시뮬레이션을 한 결과는 도 3과 같다.

도 3을 참조하면, 도로와 타이어 사이의 마찰력 및 종 방향 차량 속도를 잘 추정하는 것을 볼 수 있으며, 도 3d에서 설정된 도로에 해당하는 도로와 타이어 사이의 마찰계수를 추정하는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에서 제안된 고정 시간 제어 알고리즘의 제어 성능을 평가하기 위해 종래의 PI 제어기와 비교를 한 결과는 다음과 같다.

도 4는 본 발명과 종래 기술의 스플릿(Split) 도로 환경에서 제어 성능을 비교한 결과이다. 도 5는 본 발명과 종래 기술의 점프(Jump) 도로 환경에서 제어 성능을 비교한 결과이다.

도 4a는 도로와 타이어 사이의 마찰계수가 왼쪽은 0.2, 오른쪽은 0.8인 스플릿(Split) 도로 환경에서 목표 슬립비와 본 발명의 슬립비를 나타낸 것이고, 도 4b는 목표 슬립비와 종래의 PI 제어기와 슬립비를 나타낸 것이다. 도 4c는 본 발명의 휠 추적 오차를 나타낸 것이고, 도 4d는 종래의 PI 제어기의 휠 추적 오차를 나타낸 것이다.

도 5a는 도로와 타이어 사이의 마찰계수가 0.2에서 0.8로 변하는 2번의 점프(Jump) 도로 환경에서 목표 슬립비와 본 발명의 슬립비를 나타낸 것이고, 도 5b는 목표 슬립비와 종래의 PI 제어기와 슬립비를 나타낸 것이다. 도 5c는 본 발명의 휠 추적 오차를 나타낸 것이고, 도 5d는 종래의 PI 제어기의 휠 추적 오차를 나타낸 것이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에서 제안된 방법은 유한한 시간 안에 오차를 작은 값으로 수렴시키는데 비해 PI 제어기는 오차가 수렴하는데 더 많은 시간이 필요한 것을 확인할 수 있다. 또한, 제어 지령의 과도 응답 상태에서도 빠르게 오차가 작은 값으로 수렴되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에서는 오직 휠 속도 센서만을 사용하여 도로와 타이어 사이의 마찰력과 종 방향 차속을 함께 추정할 수 있으며, 추정된 종 방향 차속을 통해 슬립(Slip) 정보를 얻을 수 있다. 또한, 도로의 노면 상태를 실시간으로 판단할 수 있고, 고정시간 제어 알고리즘을 통해 오차를 초기오차와 관계없이 유한한 시간에 수렴시킨다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법의 흐름도이다.

본 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법은, 도 1의 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 장치(10)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.

또한, 본 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법은 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어를 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)에 의해 실행될 수 있다.

본 발명에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법은 슬립(Slip) 기반 제어 알고리즘으로서, 여러가지 부가적인 센서를 사용하지 않고 휠 속도 센서만을 사용한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법은, 차량의 휠 속도 센서로부터 획득한 휠 속도를 확장 상태 관측기로 입력되면, 상기 확장 상태 관측기를 통해 상기 휠 속도를 기초로 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 추정한다(단계 S30).

본 발명은 상태 확장 관측기를 설계하여 도로와 타이어 사이의 마찰력과 종방향 차량 속도 정보를 함께 추정하여 슬립(Slip) 정보를 얻는다. 또한, 추정된 도로와 타이어 사이의 마찰력 정보를 통해 실시간으로 도로 노면의 상태를 판단하고, 고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간 안에 오차를 유한한 경계로 한정시켜 빠른 반응성을 유도한다.

일 실시예에서, 확장 상태변수와 추정된 확장 상태변수를 갖는 차량 동역학의 상태 공간 방정식으로 상기 확장 상태 관측기를 설계하는 단계(단계 S10)를 더 포함할 수 있다.

상기 확장 상태 관측기는 차량의 휠 속도 정보만 피드백 받아 도로와 타이어 사이의 마찰력 및 종방향 차량 속도 정보를 함께 추정하도록 설계된다.

상기 확장 상태 관측기를 설계 과정에서, 차량 종방향 속도, 차량의 휠 속도, 도로와 타이어 사이의 마찰력, 브레이킹 토크, 휠 유효 동반경, 휠 이너시아, 공기저항계수 및 차량 무게 중 적어도 하나의 정보를 이용할 수 있다. 특히, 휠 유효 동반경, 휠 이너시아, 공기저항계수 및 차량 무게는 미리 알아야 하는 상수 파라메터이다.

또한, 상기 확장 상태 관측기에서 외란으로 정의된 도로와 타이어의 마찰력은, 차량의 전륜 왼쪽 타이어, 전륜 오른쪽 타이어, 후륜 왼쪽 타이어 및 후륜 오른쪽 타이어의 마찰력을 포함할 수 있다.

상기 확장 상태 관측기에서 도로와 타이어의 마찰력을 외란으로 정의한 차량 동역학 상태 공간 방정식을 통해 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성한다(단계 S50). 여기서, 상기 도로와 타이어의 마찰력을 통해 실시간으로 도로 노면 상태를 판단할 수 있다.

상기 차량의 종방향 속도와 상기 슬립 지령을 기초로, 차량의 휠 속도 지령을 생성한다(단계 S70).

상기 휠 속도 지령과 오차를 기초로 휠 속도의 오차가 수렴하는 도달 시간을 유도하여, 고정된 시간의 범위를 가진 ABS(Anti-lock Braking Systems)의 제어 입력 토크를 출력한다(단계 S90).

이와 같은, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 추가적인 센서 없이 휠 속도 피드백만을 이용하여 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 함께 추정할 수 있다. 또한, 고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간 안에 오차를 유한한 경계로 한정시키므로, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS에 유용하게 적용될 수 있다.

10: 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치
110: 휠 속도 센서부
130: 확장 상태 관측기
150: 도로 노면 판단부
170: 휠 지령 생성부
190: 고정 시간 슬립 제어기

Claims

차량의 휠 속도 센서로부터 획득한 휠 속도를 확장 상태 관측기로 입력하는 단계;
상기 확장 상태 관측기를 통해 상기 휠 속도를 기초로 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 추정하는 단계;
상기 확장 상태 관측기에서 도로와 타이어의 마찰력을 외란으로 정의한 차량 동역학 상태 공간 방정식을 통해 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성하는 단계;
상기 차량의 종방향 속도와 상기 슬립 지령을 기초로, 차량의 휠 속도 지령을 생성하는 단계; 및
상기 휠 속도 지령과 오차를 기초로 휠 속도의 오차가 수렴하는 도달 시간을 유도하여, 고정된 시간의 범위를 가진 ABS(Anti-lock Braking Systems)의 제어 입력 토크를 출력하는 단계;를 포함하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성하는 단계는,
상기 도로와 타이어의 마찰력을 통해 실시간으로 도로 노면 상태를 판단하는 단계를 포함하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 고정된 시간의 범위를 가진 ABS의 제어 입력 토크를 출력하는 단계는,
고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간의 범위 내에서 오차를 유한한 경계로 한정하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법.
제1항에 있어서,
확장 상태변수와 추정된 확장 상태변수를 갖는 차량 동역학의 상태 공간 방정식으로 상기 확장 상태 관측기를 설계하는 단계를 더 포함하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법.
제4항에 있어서, 상기 확장 상태 관측기를 설계하는 단계는,
차량 종방향 속도, 차량의 휠 속도, 도로와 타이어 사이의 마찰력, 브레이킹 토크, 휠 유효 동반경, 휠 이너시아, 공기저항계수 및 차량 무게 중 적어도 하나의 정보를 이용하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 확장 상태 관측기에서 외란으로 정의된 도로와 타이어의 마찰력은, 차량의 전륜 왼쪽 타이어, 전륜 오른쪽 타이어, 후륜 왼쪽 타이어 및 후륜 오른쪽 타이어의 마찰력을 포함하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법.
제1항에 따른 상기 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체.
차량의 휠 속도 센서로부터 획득한 휠 속도를 기초로 도로와 타이어의 마찰력과 차량의 종방향 속도를 추정하는 확장 상태 관측기;
상기 확장 상태 관측기에서 도로와 타이어의 마찰력을 외란으로 정의한 차량 동역학 상태 공간 방정식을 통해 도로 노면에 따른 슬립(slip) 지령을 생성하는 도로 노면 판단부;
상기 차량의 종방향 속도와 상기 도로 노면 판단부에서 생성된 슬립 지령을 기초로, 차량의 휠 속도 지령을 생성하는 휠 지령 생성부; 및
상기 휠 속도 지령과 오차를 기초로 휠 속도의 오차가 수렴하는 도달 시간을 유도하여, 고정된 시간의 범위를 가진 ABS(Anti-lock Braking Systems)의 제어 입력 토크를 출력하는 고정 시간 슬립 제어기;를 포함하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치.
제8항에 있어서, 상기 도로 노면 판단부는,
상기 도로와 타이어의 마찰력을 통해 실시간으로 도로 노면 상태를 판단하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치.
제8항에 있어서, 상기 고정 시간 슬립 제어기는,
고정시간 제어 알고리즘을 통해 초기 오차와 상관없이 고정된 시간의 범위 내에서 오차를 유한한 경계로 한정하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치.
제8항에 있어서, 상기 확장 상태 관측기는,
확장 상태변수와 추정된 확장 상태변수를 갖는 차량 동역학의 상태 공간 방정식으로 설계되는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 확장 상태 관측기는,
차량 종방향 속도, 차량의 휠 속도, 도로와 타이어 사이의 마찰력, 브레이킹 토크, 휠 유효 동반경, 휠 이너시아, 공기저항계수 및 차량 무게 중 적어도 하나의 정보를 이용하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 확장 상태 관측기에서 외란으로 정의된 도로와 타이어의 마찰력은, 차량의 전륜 왼쪽 타이어, 전륜 오른쪽 타이어, 후륜 왼쪽 타이어, 후륜 오른쪽 타이어의 마찰력을 포함하는, 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 ABS 고정시간 슬립 제어 장치.