KR102335528B1 - 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템 및 방법 - Google Patents

타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 주행 중 타이어가 파열된 상태를 감지하여, 타이어가 파열시 차량 진행방향에 대한 반대방향으로의 조향토크를 자동으로 어시스트할 수 있도록 한 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 전동식 파워스티어링 장치의 조향 토크, 차량의 주행 신호(횡가속도, 요레이트) 등을 이용하여 타이어의 파열을 감지한 후, 타이어 파열에 따른 차량 진행방향에 대한 반대 방향으로의 조타를 위한 조향 토크를 어시스트하여, 운전자가 차량 진행방향에 대한 반대방향으로의 조타를 신속하면서도 원활하게 할 수 있도록 한 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템 및 방법{System and method for sensing tire blowout and assist steering}
본 발명은 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 주행 중 타이어가 파열된 상태를 감지하여, 타이어가 파열시 차량 진행방향에 대한 반대방향으로의 조향토크를 자동으로 어시스트할 수 있도록 한 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전동식 파워스티어링 장치(MDPS: motor driven power steering)는 주행속도에 따른 조타력을 변화시키기 위한 일종의 차속 감응형 파워스티어링 장치로서, 전동식 파워스티어링 모듈의 ECU가 차량속도에 따라 조향각 및 모터 움직임을 제어하면서 최적의 조향감을 운전자에게 제공하는 기능을 한다.
상기 전동식 파워스티어링 장치가 탑재된 차량의 주행 중 타이어가 파열되면, 도 1에서 보듯이 차량은 자세를 잃고 본래 주행방향과 다른 방향(타이어 파열된 쪽)으로 급격하게 진행하게 되어, 운전자 뿐만 아니라 주변 차량까지도 위험하게 만드는 차량 사고로 이어질 수 있다.
특히, 타이어 파열 상태임을 운전자가 알아차리고 타이어 파열에 따른 차량 진행방향과 반대방향으로의 조타(counter steer)를 시도하더라도, 조타를 위한 에포트(effort; 차속에 따른 조향휠 무게감) 즉, 조타력이 급격히 올라간 상태라서 운전자가 순간적인 카운터 스티어 대응 반응에 어려움을 겪게 된다.
한편, 차량의 타이어 압을 감지하는 TPMS(Tire pressure monitoring system)의 경우, 타이어 파열을 감지하는 반응속도가 느려서(약, 4초) 타이어 파열 감지에 따른 후속 대응(조타력 보조 등)이 신속하면서도 원활하게 이루어질 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전동식 파워스티어링 장치의 조향 토크, 차량의 주행 신호(횡가속도, 요레이트) 등을 이용하여 타이어의 파열을 감지한 후, 타이어 파열에 따른 차량 진행방향에 대한 반대 방향으로의 조타를 위한 조향 토크를 어시스트하여, 운전자가 차량 진행방향에 대한 반대방향으로의 조타를 신속하면서도 원활하게 할 수 있도록 한 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는: 조향토크 신호 및 요레이트값 신호, 또는 조향 토크 신호 및 횡가속도 신호를 이용하여 타이어 파열 상태임을 나타내는 차량 이상 거동 계수를 출력하는 차량 이상 거동 감지 모듈과; 상기 차량 이상 거동 계수와 상기 조향토크 신호로부터 추출된 긴급 조향토크를 이용하여 조향토크 어시스트량을 산출하는 긴급 어시스트 모듈; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템을 제공한다.
상기 차량 이상 거동 감지 모듈은: 조향토크를 미분한 값과, 요레이트값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이거나, 조향토크를 미분한 값과, 횡가속도를 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이면, 차량 이상 거동을 유발하는 타이어 파열 상태로 판정하여 차량 이상 거동 계수를 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 차량 이상 거동 감지 모듈은 상기 조향토크, 요레이트값, 횡가속도를 미분할 때 노이즈 제거를 위한 저주파 필터를 더 포함한다.
상기 긴급 어시스트 모듈은: 조향토크 신호로부터 긴급 조타에 따른 긴급 조향토크를 추출한 후, 추출된 긴급 조향토크에 맞는 긴급 어시스트량을 튜닝맵에서 얻은 다음, 긴급 어시스트량에 차량 이상 거동 계수를 곱한 값을 조향토크 어시스트량으로 산출하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 긴급 어시스트 모듈은 상기 조향토크 신호로부터 긴급 조향토크만을 추출하기 위한 고주파 필터를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는: 차량 주행 중 조향토크, 요레이트값, 횡가속도를 감지하는 단계; 상기 조향토크 및 요레이트값, 또는 조향토크 및 횡가속도를 이용하여 타이어 파열 상태임을 나타내는 차량 이상 거동 계수를 산출하는 차량 이상 거동 감지 단계; 및 상기 차량 이상 거동 계수와 상기 조향토크 신호로부터 추출된 긴급 조타토크를 이용하여 조향토크 어시스트량을 산출하는 조향토크 긴급 어시스트 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 방법을 제공한다.
상기 차량 이상 거동 감지 단계에서, 조향토크를 미분한 값과, 요레이트값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이거나, 조향토크를 미분한 값과, 횡가속도를 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이면, 차량 이상 거동을 유발하는 타이어 파열 상태로 판정하여 차량 이상 거동 계수를 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 차량 이상 거동 감지 단계에서 상기 조향토크, 요레이트값, 횡가속도를 미분할 때 저주파 필터를 이용하여 노이즈를 제거하는 단계가 더 진행된다.
상기 조향토크 긴급 어시스트 단계에서, 조향토크 신호로부터 긴급 조타에 따른 긴급 조향토크를 추출한 후, 추출된 긴급 조향토크에 맞는 긴급 어시스트량을 튜닝맵에서 얻은 다음, 긴급 어시스트량에 차량 이상 거동 계수를 곱한 값을 조향토크 어시스트량으로 산출하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 조향토크 긴급 어시스트 단계에서 고주파 필터를 이용하여 상기 조향토크 신호로부터 긴급 조향토크만을 추출한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 타이어 파열과 같은 상황에서 차량이 자세를 잃고 본래 주행방향과 다른 방향(타이어 파열된 쪽)으로 급격하게 진행될 때, 차량 진행방향(타이어가 파열된 쪽)에 대한 반대 방향으로의 조타를 위한 조향 토크를 어시스트함으로써, 운전자가 차량 진행방향에 대한 반대방향으로의 조타를 신속하면서도 원활하게 할 수 있고, 그에 따라 타이어 파열시와 같은 상황에서도 차량의 자세를 안전한 상태로 유지시켜 안전사고를 예방할 수 있다.
도 1은 타이어 파열시 차량 진행 방향을 도시한 개략도,
도 2는 타이어 파열시 조향 토크 변화를 나타낸 그래프
도 3은 타이어 파열시 횡가속도 또는 요레이트 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템을 도시한 구성도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 방법을 나타낸 제어 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 타이어 파열 감지시 조향 토크의 어시스트가 이루어지는 것을 도시한 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 차량의 주행 중 타이어가 파열되는 순간, 운전자의 조타 의도 방향과 차량의 진행방향이 정반대 상태가 된다.
첨부한 도 2에서 보듯이, 타이어가 파열되는 순간 MDPS에 의한 조향토크가 순간적으로 떨어지고, 그에 따라 타이어 파열에 따른 차량 진행방향에 대한 반대 방향으로의 스티어링 에포트가 급격하게 증가하게 된다.
일반적으로 차량의 횡가속도 또는 요레이트값이 커지면 동일한 방향으로 스티어링 에포트가 증가하지만, 첨부한 도 3에서 보듯이 타이어가 파열되는 순간에 횡가속도 및 요레이트값이 순간적으로 증가하면, 반대방향(타이어 파열시 차량 방향과 반대방향)으로의 스티어링 에포트 즉, 운전자에 의한 조타력이 순간적으로 커지게 된다.
이에, 본 발명은 차량의 주행 신호(횡가속도, 요레이트) 및 조향 토크 신호 등을 이용하여 타이어의 파열을 감지한 후, 타이어 파열에 따른 차량 진행방향에 대한 반대 방향으로의 조타를 위한 조향 토크를 어시스트함으로써, 운전자가 타이어 파열에 따른 차량 진행방향에 대한 반대방향으로의 조타를 신속하면서도 원활하게 할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템을 도시한 구성도이다.
도 4에서 보듯이, 본 발명에 따른 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템은 주행 중 차량 이상 거동(타이어 파열 상태)을 감지하는 차량 이상 거동 감지 모듈(10)과, 차량 이상 거동(타이어 파열시)시 조향토크 어시스트량을 산출하는 긴급 어시스트 모듈(20)을 포함하여 구성된다.
상기 차량 이상 거동 모듈(10)은 조향토크 신호 및 요레이트값 신호, 또는 조향토크 신호 및 횡가속도 신호를 이용하여 타이어 파열 상태임을 나타내는 차량 이상 거동 계수를 출력한다.
보다 상세하게는, 상기 차량 이상 거동 감지 모듈(10)은 조향토크 신호 및 요레이트값 신호를 수신한 후, 조향토크를 미분한 값과, 요레이트값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이면, 차량 이상 거동을 유발하는 타이어 파열 상태로 판정하여 차량 이상 거동 계수를 출력한다.
또는, 상기 차량 이상 거동 감지 모듈(10)은 조향토크 신호 및 횡가속도 신호를 수신한 후, 조향토크를 미분한 값과, 횡가속도값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이면, 차량 이상 거동을 유발하는 타이어 파열 상태로 판정하여 차량 이상 거동 계수를 출력한다.
이때, 상기 차량 이상 거동 감지 모듈(10)에는 저주파 필터(12)가 포함되며, 이 저주파 필터(12)는 상기 조향토크, 요레이트값, 횡가속도를 미분할 때 노이즈를 제거한다.
상기 긴급 어시스트 모듈(20)은 차량 이상 거동 감지 모듈(10)에서 산출된 차량 이상 거동 계수와 상기 조향토크 신호로부터 추출된 긴급 조향토크를 이용하여 조향토크 어시스트량을 산출한다.
보다 상세하게는, 상기 긴급 어시스트 모듈(20)은 조향토크 신호로부터 긴급 조타에 따른 긴급 조향토크를 추출한 후, 추출된 긴급 조향토크에 맞는 긴급 어시스트량을 튜닝맵에서 얻은 다음, 긴급 어시스트량에 차량 이상 거동 계수를 곱한 값을 조향토크 어시스트량으로 산출하여 MDPS에 출력한다.
이때, 상기 긴급 어시스트 모듈(20)에는 고주파 필터(22)가 포함되는데, 이 고주파 필터(22)는 상기 조향토크 신호로부터 긴급 조향토크만을 추출하는 기능을 한다.
이에, 위와 같이 긴급 어시스트 모듈(20)에서 산출된 조향토크 어시스트량이 MDPS에 출력됨으로써, 운전자는 타이어 파열에 따른 차량 진행방향(타이어 파열시 차량 진행방향)에 대한 반대 방향으로의 조타를 위한 조향 토크를 MDPS에 의하여 어시스트 받게 됨으로써, 운전자가 타이어 파열에 따른 차량 진행방향에 대한 반대방향으로의 조타를 신속하면서도 원활하게 할 수 있고, 그에 따라 타이어 파열시와 같은 상황에서도 차량의 자세를 안전한 상태로 유지시켜 안전사고를 예방할 수 있다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 과정에 대한 실시예를 도 5 내지 도 7을 참조로 좀 더 구체적으로 설명하되, 조향토크와 요레이트값을 이용하는 예로 설명하기로 한다.
먼저, 차량 주행 중 차량에 탑재된 조향토크 센서, 요레이트 센서에서 각각 조향토크와 요레이트값을 감지하고, 감지된 조향토크와 요레이트값이 차량 이상 거동 감지 모듈(10)에 입력된다.
다음으로, 도 5에서 보듯이 상기 조향토크 및 요레이트값이 각각 미분되며, 이때 미분을 하는 이유는 조향토크의 변화율과 요레이트의 변화율이 일정 수준 이상으로 클 때 조향토크 어시스트 작동이 이루어질 수 있도록 함에 있다.
이러한 조향토크 및 요레이트값에 대한 미분시 노이즈가 많으므로 저주파 필터(12)를 이용하여 노이즈를 제거하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 조향토크를 미분한 값과, 요레이트값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한다.
연이어, 상기 조향토크를 미분한 값과, 요레이트값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값(u)이 차량 이상거동 튜닝맵에서 x축 좌표값으로 사용된다.
이때, 상기 차량 이상거동 튜닝맵은 튜닝 파라미터로서, 도 5에서 보듯이 0부터 1로 예로 들었지만, 1보다 크게 튜닝은 가능하고, 또한 일정수준(limit)는 상기한 미분값의 곱이 일정 이상일 때만 작동하도록 정해진 임계값이며, 일정수준(limit)>0 일 때 조향토크 어시스트를 위한 차량 이상 거동 계수가 출력된다.
다시 말해서, 상기 차량 이상 거동 감지 모듈(10)은 상기 조향토크를 미분한 값과, 요레이트값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이면, 차량 이상 거동을 유발하는 타이어 파열 상태로 판정하여 차량 이상 거동 계수를 출력한다.
다음으로, 상기 긴급 어시스트 모듈(20)에서 상기 차량 이상 거동 계수와 상기 조향토크 신호로부터 추출된 긴급 조타토크를 이용하여 조향토크 어시스트량을 산출하는 단계가 진행된다.
상기 조향토크 어시스트량을 산출하기 위하여, 먼저 조향토크 신호로부터 긴급 조타에 따른 긴급 조향토크를 추출한다.
즉, 타이어 파열에 따른 차량 진행방향에 대한 반대 방향으로의 긴급 조타에 대해서만 조향토크 어시스트를 하기 위해 현재 조향토크 신호로부터 고주파 필터(22)로 이용하여 긴급하게 조타한 조향토크를 추출한다.
연이어, 추출된 긴급 조향토크에 맞는 긴급 어시스트량이 미리 시험을 통해 구비한 긴급 어시스트 모듈 튜닝맵으로부터 얻어지게 된다.
이어서, 상기 긴급 어시스트 모듈 튜닝맵으로부터 얻어진 긴급 어시스트량에 차량 이상 거동 계수를 곱함으로써, 타이어 파열시와 같은 긴급 상황에서 운전자에 의한 조타력을 증대시킬 수 있는 최종적인 조향토크 어시스트량이 산출된다.
이때, 상기 긴급 어시스트 모듈(20)에서 산출된 최종 조향토크 어시스트량이 스티어링 조향 토크를 보조하는 MDPS의 모터에 출력된다.
따라서, 운전자는 타이어 파열에 따른 차량 진행방향(타이어 파열시 차량 진행방향)에 대한 반대 방향으로의 조타를 위한 조향 토크를 최종 조향토크 어시스트량에 의하여 어시스트 받아 어시스트 전에 비하여 증대시킬 수 있으므로(도 7 참조), 운전자가 타이어 파열에 따른 차량 진행방향에 대한 반대방향으로의 조타를 신속하면서도 원활하게 할 수 있고, 그에 따라 타이어 파열시와 같은 상황에서도 차량의 자세를 안전한 상태로 유지시켜 안전사고를 예방할 수 있다.
10 : 차량 이상 거동 감지 모듈
12 : 저주파 필터
20 : 긴급 어시스트 모듈
22 : 고주파 필터

Claims (10)

  1. 조향토크 신호 및 요레이트값 신호, 또는 조향 토크 신호 및 횡가속도 신호를 이용하여 타이어 파열 상태임을 나타내는 차량 이상 거동 계수를 출력하는 차량 이상 거동 감지 모듈과;
    상기 차량 이상 거동 계수와 상기 조향토크 신호로부터 추출된 긴급 조향토크를 이용하여 조향토크 어시스트량을 산출하는 긴급 어시스트 모듈;
    을 포함하여 구성되고,
    상기 차량 이상 거동 감지 모듈은:
    조향토크를 미분한 값과, 요레이트값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이거나, 조향토크를 미분한 값과, 횡가속도를 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이면, 차량 이상 거동을 유발하는 타이어 파열 상태로 판정하여 차량 이상 거동 계수를 출력하는 것임을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 이상 거동 감지 모듈은 상기 조향토크, 요레이트값, 횡가속도를 미분할 때 노이즈 제거를 위한 저주파 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 긴급 어시스트 모듈은:
    조향토크 신호로부터 긴급 조타에 따른 긴급 조향토크를 추출한 후, 추출된 긴급 조향토크에 맞는 긴급 어시스트량을 튜닝맵에서 얻은 다음, 긴급 어시스트량에 차량 이상 거동 계수를 곱한 값을 조향토크 어시스트량으로 산출하여 출력하는 것임을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 긴급 어시스트 모듈은 상기 조향토크 신호로부터 긴급 조향토크만을 추출하기 위한 고주파 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 시스템.
  6. 차량 주행 중 조향토크, 요레이트값, 횡가속도를 감지하는 단계;
    상기 조향토크 및 요레이트값, 또는 조향토크 및 횡가속도를 이용하여 타이어 파열 상태임을 나타내는 차량 이상 거동 계수를 산출하는 차량 이상 거동 감지 단계; 및
    상기 차량 이상 거동 계수와 상기 조향토크로부터 추출된 긴급 조타토크를 이용하여 조향토크 어시스트량을 산출하는 조향토크 긴급 어시스트 단계;
    를 포함하고,
    상기 차량 이상 거동 감지 단계에서,
    조향토크를 미분한 값과, 요레이트값을 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이거나, 조향토크를 미분한 값과, 횡가속도를 미분한 값과, 차량 거동이 조향토크와 반대방향임을 의미하는 -1을 서로 곱한 값이 일정 수준 이상이면, 차량 이상 거동을 유발하는 타이어 파열 상태로 판정하여 차량 이상 거동 계수를 출력하는 것을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 차량 이상 거동 감지 단계에서 상기 조향토크, 요레이트값, 횡가속도를 미분할 때 저주파 필터를 이용하여 노이즈를 제거하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 조향토크 긴급 어시스트 단계에서,
    조향토크 신호로부터 긴급 조타에 따른 긴급 조향토크를 추출한 후, 추출된 긴급 조향토크에 맞는 긴급 어시스트량을 튜닝맵에서 얻은 다음, 긴급 어시스트량에 차량 이상 거동 계수를 곱한 값을 조향토크 어시스트량으로 산출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 조향토크 긴급 어시스트 단계에서 고주파 필터를 이용하여 상기 조향토크 신호로부터 긴급 조향토크만을 추출하는 것을 특징으로 하는 타이어 파열 감지 및 긴급 조향 어시스트 방법.
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