KR102429180B1

KR102429180B1 - 차량 자세 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102429180B1
Application number: KR1020180004524A
Authority: KR
Inventors: 박균상
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2022-08-03
Also published as: US11014551B2; US20190217854A1; KR20190086239A

Abstract

본 발명은 차량 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행할 때 차량의 횡방향 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 개선된 차량 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 AFS와 ESC의 협조 제어를 통해 내리막 경사로에서의 선회 주행 시 운전자 요구 선회 궤적에 따라 차량이 선회 주행할 수 있도록 구성된 차량 자세 제어 장치 및 그 제어 방법이 개시된다.

Description

차량 자세 제어 장치 및 방법{Vehicle stability control system and method for the same}

본 발명은 차량 자세 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행할 때 차량의 안정성을 향상시키기 위한 차량 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 ESC(Electronic Stability Control) 시스템은 차량 주행의 불안정성을 방지하기 위해 차량의 자세를 제어하는 장치로서, 운전자 의도와 다른 차량의 불안정 거동이 발생할 때 엔진 토크를 줄이거나 개별 차륜에 대한 제동 제어를 실시하여 차량의 안정성을 향상시킨다.

이러한 ESC 시스템에서는 차량의 요레이트를 검출하는 요레이트 센서를 이용하여 운전자 조향 입력을 기준으로 차량의 움직임을 판단함으로써 제어 진입 여부를 결정한다.

보다 상세하게는, ESC 시스템은 휠속 센서를 이용하여 차속을 추정하고, 조향각 센서를 통해 운전자 의도를 판단하며, 요레이트 센서를 통해 차량의 불안정 거동(언더스티어, 오버스티어 등)을 판단한다.

차량의 불안정 거동으로는 언더스티어(understeer), 오버스티어(oversteer)가 알려져 있다.

이 중에서 언더스티어는 전륜 타이어 힘의 포화로 인해 운전자 의도와 달리 차량의 선회 반경이 커지는 현상을 말하며, 엔진 토크 제한 또는 선회 내측 방향 차륜에 대한 제동 제어를 수행한다.

오버스티어는 후륜 타이어 힘의 포화로 인해 운전자 의도보다 차량의 선회 반경이 작아지고 심하면 스핀-아웃(spin-out)이 발생하는 현상을 말하며, 선회 외측 방향 차륜에 대한 제동 제어를 수행하여 차량 거동을 안정화시킨다.

상기한 ESC 시스템은 차량의 안정성을 관장하는 장치로서, 샤시 신기술과의 협조 또는 통합 제어에 있어서 중추적인 역할을 담당하고 있으며, ESC 시스템과 관련하여 다양한 부가 기능의 로직들이 개발되고 있다.

한편, 차량이 내리막 경사로를 주행할 경우 평지 주행 상황과 달리 전륜으로의 하중 이동이 심하게 발생하고, 이러한 경우 선회를 하면 도 10에 나타낸 바와 같이 전륜에 작용하는 횡력의 증가로 인해 운전자 의도보다 선회 반경이 줄어들게 되어 사고의 위험성이 커지게 된다.

즉, 전륜의 하중이 후륜의 하중보다 상대적으로 커지기 때문에 선회 시 전륜 횡력이 평지보다 커지게 되어 선회 반경이 작아지는 것이며, 심지어 작아진 선회 반경에 대해 운전자가 적절한 카운터 스티어(counter steer)를 하지 못하면 심할 경우 롤 오버(roll over)로 이어지게 된다.

내리막 경사로 선회 상황에서 더욱 위험한 것은 하중 이동에 따른 선회 반경의 축소뿐만 아니라, 그로 인해 차량이 역 뱅크(reverse bank) 상황에 놓이게 되어 롤 오버의 위험성이 급격히 커진다는 것에 있다.

특허문헌: 한국등록특허 제10-1558761호 (2015.10.01)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행할 때 차량의 횡방향 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 개선된 차량 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 제어부에 의해, 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는지를 판단하는 단계; 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는 것으로 판단된 경우, 제어부에 의해, 조향각 및 차속에 따라 기본 목표 요레이트를 결정하고, 결정된 기본 목표 요레이트를 보정하는 단계; 제어부에 의해, 차량의 실제 요레이트와 보정된 목표 요레이트의 에러를 기반으로 목표 요모멘트를 결정하는 단계; 제어부에 의해, 상기 목표 요모멘트에 따라 전륜 조향각 보정치 및 편제동토크 제어량을 결정하는 단계; 전륜 조향각 보정 장치에 의해, 결정된 전륜 조향각 보정치에 따라 전륜 조향 보정을 실시하고, 결정된 편제동토크 제어량에 따라 선회 외측 차륜에 대한 제동 제어를 실시하는 단계;를 포함하는 차량 자세 제어 방법을 제공한다.

그리고, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 차량의 요레이트, 조향각 및 차속를 포함하는 차량 정보를 검출하는 감지부; 상기 감지부로부터 검출된 차량 정보를 입력받아, 현재 조향각 및 차속에 대한 목표 요레이트를 결정하도록 구성된 제어부; 전륜의 조향각을 보정하도록 구성된 전륜 조향각 보정 장치; 및 상기 제어부에 의하여 결정된 제동토크값에 따라 각 차륜을 제동하도록 구성된 제동부;를 포함하며, 상기 제어부는 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는지를 판단할 수 있도록 구성되고, 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는 것으로 판단된 경우 목표 요레이트를 보정하여, 차량의 실제 요레이트와 보정된 목표 요레이트의 에러를 기반으로 목표 요모멘트를 결정하도록 구성되고, 상기 제어부는 결정된 목표 요모멘트에 따라 전륜 조향각 보정치 및 편제동토크 제어량을 결정하도록 구성되며, 상기 전륜 조향각 보정 장치는 결정된 전륜 조향각 보정치에 따라 전륜 조향 보정을 실시하고, 제동부는 결정된 편제동토크 제어량에 따라 선회 외측 차륜에 대한 제동 제어를 실시하도록 구성되는 차량 자세 제어 장치를 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량 자세 제어 장치 및 방법에 의하면, 차량이 내리막 경사로에 진입한 상태에서 선회 거동을 하더라도, 운전자 요구 선회 궤적을 유지한 채 차량이 안정적으로 선회할 수 있으므로, 차량의 횡방향 안정성이 향상되며, 차량의 롤오버를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 제동 제어가 개입되기 전, 조향각 보정 장치에 의한 조향 제어를 우선적으로 실시함으로써 제동 제어의 개입을 최소화시킬 수 있으므로, 운전자의 위화감을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 방법의 제어 흐름을 도시한 것이다.
도 3은 내리막 경사로에서의 차량 모델을 도시한 것이다.
도 4는 최종 엔진토크에 매칭되는 종가속도 기준치 맵의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 기본 목표 요레이트를 결정하기 위한 차량 모델을 도시한 것이다.
도 6은 선회하는 차량에서 횡슬립이 발생하는 것을 도시한 것이다.
도 7은 목표 요레이트 제한치에 따라 목표 요레이트를 보정하는 것을 도시하고 있는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 방법을 도시한 것이다.
도 9a는 종래 기술에 따라 차량 선회 주행 시 내리막 경사로에서 운전자 의도 궤적 보다 실제 차량 궤적의 곡률이 축소되는 것을 도시한 것이고,
도 9b는 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 운전자 의도 선회 궤적에 따라 차량이 주행하는 것을 비교 도시한 것이다.
도 10은 내리막 경사로에서의 차량 선회 주행시 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행할 때 차량의 횡방향 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 개선된 차량 자세 제어 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이를 위해, 본 발명에서는 ESC 시스템과 AFS(Active Front Steering) 시스템 간의 협조 제어를 통해, 내리막 경사로에서 선회 거동 시, 차량 거동을 효과적으로 안정화시킬 수 있는 차량 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는 것에 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 장치를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 장치를 도시한 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 장치에서는 도 1에서와 같이, 차량의 상태 정보를 검출하기 위한 다수의 센서들을 포함하는 감지부(100)를 포함한다.

기존 ESC 시스템에서 종방향 내리막 경사로를 판단이 어려운 이유는 제동 또는 가속으로 인해 종가속도 센서값이 영향을 받기 때문에 종가속도 센서값으로 경사로 추정에 한계가 존재하게 된다. 하지만 현재 다양한 샤시 신기술들이 차량에 적용됨에 따라 기존 ESC (차량자세제어시스템)에서 알 수 있는 종/횡가속도 이외에 수직가속도값을 알 수 있게 되었다. 특히 ECS (Electronic Controlled Suspension) 시스템이 장착된 차량은 차량 바디 (Sprung mass)의 수직가속도 뿐만 아니라 휠의 수직 가속도 센서가 장착되어 있기 때문에 수직가속도 값을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 종가속도와 횡가속도는 물론, 수직 가속도 성분에 대한 측정값을 모니터링할 수 있도록 다양한 센서들을 구비할 수 있다. 아울러, 엔진토크, 차속, 조향각 및 요레이트 값을 측정하기 위한 센서들을 구비할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 장치는 상기 감지부(100)들로부터 전달받은 차량 정보들을 이용하여 차량 자세 제어를 실시하기 위한 제어부(201)를 포함하는 ESC 장치(200)를 포함하여 구성된다.

이와 관련, 도 1에서의 ESC 장치는 기존 차량에 탑재된 ESC 시스템과 동일한 것이나, 본 발명은 이와 같은 기존의 ESC 시스템을 포함하는 예로 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 ESC 장치는 제어부에 의하여 조향각 보정치를 결정하고, 각 바퀴의 제동 토크를 제어함으로써, 균등 제동 또는 편제동이 가능한 구성이라면 제한 없이 적용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 ESC 장치(200)에는 유압 조정 장치(202)가 포함되며, 유압 조정 장치(202)는 각 바퀴의 휠 실린더로 유압 라인에 의하여 연결된다. 즉, 유압 라인은 각 바퀴에 제동 토크를 인가하기 위한 제동부(400)로 연결되는데, 유압 조정 장치(202)의 밸브의 개폐 동작을 제어함으로써 각 바퀴로의 유압을 조절하여 제동토크량을 적절히 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 이와 같은 ESC 장치(200) 및 제동부(400)의 구성은 널리 알려진 구성들이므로, 여기에서는 설명을 생략하기로 한다.

제어부(201)는 감지부(100)로부터 전달된 차량 정보로부터 차량 자세 제어를 위해 요구되는 편제동 토크 및/또는 균등 제동 토크량을 결정하고, 이 결정된 토크제어량에 따라 유압 조정 장치(202) 및 제동부(400)를 제어할 수 있도록 구성된다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 장치는 제어부(201)로부터 결정된 조향각 보정치에 따라 전륜 조향각을 보정하도록 구성된 AFS 장치(300)를 포함하도록 구성된다.

이러한 AFS 장치(300)는 차량의 주행 상태에 따라 전륜의 조향각을 보정하기 위한 장치로, 조향각 보정을 위한 구성들을 포함한다. 한편, 이러한 AFS 장치(300) 또한 기공지된 구성이므로, 본 명세서에서는 상세 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명에서 AFS 장치(300)는 내리막 경사로에서 선회 궤적이 축소되는 문제를 해결하기 위하여 채용된 것으로, 선회 궤적이 축소되지 않도록 허용되는 범위 내에서 조향각을 보정하도록 이용된다.

이러한 구성들을 갖는 장치에 의하여 차량 자세 제어가 이루어지는 개략적인 과정은 도 2에 도시되어 있다.

즉, 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 장치는 제어 진입 여부를 판단하는 단계(S301), 목표 요모멘트를 결정하는 단계(S302), 결정된 목표 요모멘트를 기반으로 AFS/ESC 협조 제어를 실시(S303)하는 단계로 구분된다.

도 1에서와 같이, 제어부(201)에서는 감지부(100)로부터 엔진토크, 종가속도, 수직가속도, 차속, 조향각, 횡가속도, 요레이트와 같은 정보를 실시간으로 전달받게 된다.

제어부(201)는 감지부(100)로부터 입력된 정보에 따라 조향각 보정 제어 및 휠 제동 제어를 통해 차량 거동을 안정화시키기 위한 차량 제어를 실시하게 된다.

이를 위해, 먼저, 상기 제어부(201)는 본 구현예에 따른 차량 자세 제어가 수행되기 위한 제어 진입 여부를 판단하게 된다(S201). 이 경우 소정의 제어 진입 조건에 따라 제어 진입 여부를 결정하게 되는데, 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하는 상태를 기준으로 제어 진입 조건을 설정하게 된다. 바람직하게는, 운전자 의지에 따른 조향각이 기준치 이상이고, 차량이 내리막 경사로에서 주행하는 경우를 제어 진입 조건으로 설정할 수 있다. 이 때, 조향각 조건은 조향각과 관련된 파라미터를 기준치와 비교함으로써 선회 주행인지 여부를 확인하도록 구성할 수 있다.

한편, 차량이 내리막 경사로에 위치하는지 여부는 차량의 종가속도 및 수직가속도 측정값으로부터 차량이 내리막 경사로에서 주행하는지 여부를 결정하게 된다.

이와 관련, 도 3은 내리막 경사로에서의 차량 모델을 도시한 것이고, 도 4는 최종 엔진토크에 매칭되는 종가속도 기준치 맵의 일 예를 도시한 것이다.

먼저, 제어부(201)에서는 도 4에서와 같은 평지 주행 시에 대한 최종 엔진토크와 종가속도와의 상관관계에 대한 맵을 포함한다. 여기서, 최종 엔진토크는 엔진토크에서 차속에 따른 따라서, 엔진토크가 공기 항력(Aerodynamic drag) 성분을 제외한 실제 구동휠에 전달되는 엔진토크를 의미하는 것이다.

따라서, 이러한 엔진토크와 종가속도와의 맵을 기반으로, 현재 종가속도를 측정하고, 현재 엔진토크에 대한 기준치 이상의 종가속도가 발생한 경우라면 내리막 경사로에 위치한 것이라고 판단할 수 있다.

한편, 종가속도 센서값만으로 내리막 경사로임을 판단할 경우, 차량의 중량 변화 또는 풍속의 영향으로 인한 오차가 발생할 수 있다. 즉, 종가속도 센서값이 종가속도 기준치를 넘는 경우라 하더라도, 내리막 경사로 주행이 아닐 수 있다.

따라서 본 발명의 바람직한 일 구현예에서는 1차적으로는 종가속도 측정값에 의해 내리막 경사로 주행 여부를 판단하되, 수직가속도 값을 기반으로 내리막 경사도 주행 여부를 보충적으로 판단하는 과정을 거치게 된다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 수직가속도(a_z) 값은 노면의 경사도(θ)에 의해 평지 주행상황에서의 중력가속도(g) 값보다 작다. 따라서, 수직가속도(a_z) 값과 중력가속도(g) 값의 비율(σ)에 의해 내리막 경사로에서 차량이 주행중인지를 확인할 수 있다.

즉, 위 수학식 1에 따른 수직가속도(a_z) 값과 중력가속도(g) 값의 비율(σ)가 1 보다 작은 경우, 종가속도에 대한 조건을 충족하는 경우라면 차량이 내리막 경사로에서 주행하는 경우로 판단할 수 있다.

이와 같이, 종가속도와 수직가속도 성분을 모두 고려함으로써 내리막 경사로 주행 여부에 대한 판단 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

차량이 내리막 경사로에서 주행하고 있는 것으로 판단된 경우, 제어부(201)에서는 목표 요레이트를 보정하고, 보정된 목표 요레이트와 차량의 실제 요레이트를 기반으로 목표 요모멘트를 생성하게 된다.

구체적으로, 제어부(201)에서는 조향각 및 차속에 따라 기본 목표 요레이트를 결정하고, 결정된 기본 목표 요레이트를 보정하도록 구성된다.

기본 목표 요레이트는 에커만 요레이트를 의미하는 것으로, 도 5에서와 같은 차량 모델을 기준으로 아래 수학식 2와 같이 도출될 수 있다.

이와 관련, γ_ack는 에커만 요레이트이고, v는 차속, δ는 조향각, α_f는 전륜 슬립각, α_r는 후륜 슬립각, l_f는 전륜 중심에서 차량 중심까지의 거리, l_r은 후륜 중심에서 차량 중심까지의 거리, C_f는 전륜 타이어 횡방향 강성, C_r은 후륜 타이어 횡방향 강성, m은 차량 중량이고, v_ch는 차량 제원으로부터 얻어지는 특성속도 값이다.

위 수학식 2에 따라, 제어부(201)에서는 감지부(100)로터 차속 및 조향각을 입력받고, 상기 차속 및 조향각에 대한 기본 목표 요레이트를 연산한다.

한편, 본 구현예에 따르면, 차량 거동이 불안정해지는 것을 방지하고 차량이 운전자가 요구하는 선회 궤적을 따라 이동할 수 있도록 기본 목표 요레이트를 제한한다.

도 6에서는 선회하는 차량에서 횡슬립이 발생하는 것을 도시한 것인데, 목표 요레이트가 커지게 되면 도 6에서와 같이 차량 진행 방향과 차량 헤딩 방향 사이의 횡슬립각(β)이 커지게 된다. 횡슬립각이 발산하는 것을 방지하기 위하여, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 횡가속도를 기반으로 요레이트를 제한하게 된다.

한편, 횡가속도 기반으로 목표 요레이트를 제한하더라도, 선회 궤적이 운전자 의도 보다 작아지는 문제가 생길 수 있다.

구체적으로, 내리막 경사로 주행 시에는 전륜의 하중 이동으로 전륜 횡력이 후륜 횡력보다 더 커지게 되지만 차량 무게중심에서의 합산 횡력 기준으로 본다면 큰 차이가 없기 때문에 차량 관점에서의 횡가속도는 큰 변동이 없다. 하지만 전륜의 횡력이 커지고 후륜 횡력이 작아짐으로써 선회 궤적이 운전자 의도보다 작아지므로, 이를 방지하기 위해 수직 가속도 기반으로 목표 요레이트를 제한하는 과정을 부가적으로 수행하게 된다.

따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 횡슬립각 발산을 방지하기 위한 제1 목표 요레이트 한계치 및 수직가속도 성분을 기반으로 내리막 경사로에서 선회 궤적이 작아지는 것을 방지하기 위한 제2 목표 요레이트 한계치를 산출하고, 이들 값들에 의해 목표 요레이트를 제한하는 보정을 실시하게 된다.

구체적으로, 제1 목표 요레이트 한계치는 횡슬립각 발산을 방지하기 위한 것으로, 이와 같이 횡슬립각이 발산하지 않기 위해서는 횡슬립각(β)과 횡슬립각의 변화율(β')의 곱이 음수가 됨에 따라 횡슬립각(β)이 '0'으로 수렴하여야 한다.

따라서, 아래 수학식 3에서와 같은 조건을 만족하여야만 횡슬립각이 발산하지 않게 된다.

이 때, β≥0(γ<0)이면 a_y/v_x≤γ이어야 하고, β<0(γ>0)이면 a_y/v_x≥γ이어야 한다. 따라서, 위 두가지 경우를 조합하면 아래 수학식 4에서와 같이 요레이트가 제한되어야만 횔슬립각이 발산하지 않게 된다.

따라서, 제1 목표 요레이트 한계치(γ_max1)는 아래 수학식 3에서와 같이, 차속과 횡가속도에 따라 결정되고, 목표 요레이트는 이러한 제1 목표 요레이트 한계치를 초과하지 않도록 설정된다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 내리막 경사로에서 선회 궤적이 작아지는 것을 방지하기 위하여, 수직가속도 측정값을 기반으로 목표 요레이트를 추가로 제한 보정하게 된다.

즉, 내리막 경사도에 대한 텀으로, 경사도 가중치(η)를 설정하고, 이는 앞서 수학식 1에서의 수직가속도(a_z) 값과 중력가속도(g) 값의 비율(σ)에 게인을 곱한 값으로 설정된다.

따라서, 이와 같이 결정된 경사도 가중치(η)를 아래 수학식 7에서와 같이, 앞서의 제1 목표 요레이트 한계치에 곱하여 제2 목표 요레이트 한계치를 생성한다.

여기서, 경사도 가중치(η)를 산출하기 위한 게인(c₁)값은 0 < c₁ < 1 로 설정되며, 이 게인값은 튜닝에 의해 적절하게 선택될 수 있다.

도 7은 목표 요레이트 제한치에 따라 목표 요레이트를 보정하는 것을 도시하고 있는 그래프이다.

도 7에서 점선으로 표시된 곡선은 기본 목표 요레이트 곡선이고, 이러한 기본 목표 요레이트는 제1 목표 요레이트 한계치 및 제2 목표 요레이트 한계치를 초과하지 않도록 보정된다.

이와 같이 목표 요레이트가 보정되면, 보정된 목표 요레이트를 기반으로, 목표 요모멘트 값을 생성하여 차량 자세 제어를 실시할 필요가 있는지를 확인하게 된다.

즉, 요레이트 센서를 통해 현재 차량의 요레이트 값을 측정하고, 측정된 요레이트를 보정된 목표 요레이트와 비교한다. 이 때, 요레이트 측정값이 보정된 목표 요레이트 보다 작거나 같다면 후속 제어가 필요 없는 상황으로 보아, 제어부(201)에서는 제어를 종료한다.

반면, 측정값이 보정된 목표 요레이트 보다 크다면, 실제 요레이트를 목표 요멘트 이하로 떨어뜨리기 위한 제어가 수행된다. 이를 위해, 제어부(201)에서는 차량의 실제 요레이트와 보정된 목표 요레이트의 에러를 기반으로 목표 요모멘트를 결정한다.

목표 요모멘트(M_tar)는 아래와 같은 수학식 8에 의하여 결정된다.

목표 요모멘트가 결정되면, 이러한 목표 요모멘트에 따라 전륜 조향각 보정치 및 편제동토크 제어량을 결정하게 된다.

즉, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 앞서의 과정을 통해 결정된 목표 요모멘트에 따라 차량 자세를 제어함에 있어서, 전륜 조향각을 보정하고, 이와 함께 필요에 따라 선택적으로 선회 외측 차륜에 대한 편제동 제어를 수행하게 된다.

예를 들어, 도 1와 같은 차량 자세 제어 장치를 기준으로, 전륜 조향각 보정 장치에 의해, 기결정된 전륜 조향각 보정치에 따라 전륜 조향 보정을 실시하고, 기결정된 편제동토크 제어량에 따라 선회 외측 차륜에 대한 제동 제어를 실시하게 된다.

즉, 상기 목표 요모멘트는 전륜 조향각 보정에 의한 목표 요모멘트 및 편제동에 의한 목표 요모멘트로 분배되는데, 상기 전륜 조향각 보정 장치에 의해 보정가능한 최대 목표 요모멘트까지 우선적으로 생성하고, 그 나머지 목표 요모멘트 량만큼을 편제동에 의한 요모멘트로 생성하게 된다.

따라서, 상기 목표 요모멘트가 상기 전륜 조향각 보정 장치에 의한 최대 요모멘트를 초과하는 경우에만, 선회 외측 차륜에 대한 편제동 토크를 인가하여 목표 요모멘트를 추종하도록 제동부(400)를 제어하게 되고, 이에 따라 우선적으로는 차속을 유지하면서 차량 거동을 안정화시킬 수 있다.

전륜 조향각 보정 장치는 AFS 장치(300)일 수 있으며, 조향각 보정 장치에 의하여 보정할 수 있는 최대 요모멘트(M_{max_AFS})는 제1 목표 요레이트 한계치와 제2 목표 요레이트 한계치의 에러값에 기반하여 산출될 수 있다.

위 수학식 9에서와 같이 결정된 AFS 최대 요모멘트(M_{max_AFS})는 조향각 보정 장치로 분배될 요모멘트를 결정하는데 이용되는데, 즉, 조향각 보정장치로 분배될 요모멘트는 목표 요모멘트(M_tar)과 AFS 최대 요모멘트(M_{max_AFS}) 중 작은값으로 설정된다.

따라서, 목표 요모멘트(M_tar)가 AFS 최대 요모멘트(M_{max_AFS})를 초과하지 않는다면, 목표 요모멘트(M_tar)는 모두 조향각 보정치에 관련된 요모멘트 성분으로 분배된다. 이 때, 조향각 보정치는 AFS 요모멘트(M_AFS), 전륜 코너링 강성(C_f), 전륜 중심에서 차량 중심까지의 거리(l_f)로부터 결정될 수 있다. 이러한 조향각 보정치 산술 방식은 공지된 것이며, 조향각 보정치 산출을 위한 아래 수학식 10으로 설명을 대체한다.

반면, 목표 요모멘트(M_tar)가 AFS 최대 요모멘트(M_{max_AFS})를 초과하는 경우라면, 조향각 보정치로는 AFS 최대 요모멘트(M_{max_AFS})가 분배되고, 나머지가 편제동 제어에 의한 요모멘트, 즉, ESC장치에 의한 요모멘트로 분배된다. 따라서, ESC장치에 의한 요모멘트, 즉, ESC 목표 요모멘트(M_ESC)는 아래 수학식 11과 같이 결정된다.

편제동에 의해 선회 외측 차륜을 제동 제어하는 것은 일반적인 ESC 로직에서와 동일하며, 편제동 제어량은 (M_ESC)/(w/2)와 같이 결정될 수 있다.

한편, 내리막 경사로에서 차속이 증가함에 따라 차량 거동이 불안정해질 수 있으므로, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 차속을 제한하는 로직이 추가될 수 있다.

이를 위해, 제어부(201)에서는 상기 기본 목표 요레이트와 상기 차량의 실제 요레이트를 기반으로 한계 차속을 연산하고, 현재 차속이 한계 차속을 넘어서는지를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 이를 바탕으로 현재 차속이 한계 차속을 넘어서는 경우, 전륜에 균등한 제동토크를 인가함으로써 차량의 감속 제어를 수행할 수 있다.

한계 속도는 현재 횡가속도 대비 운전자 조향각에 따른 에커만 요레이트(기본 목표 요레이트)와 현재 요레이트 측정값 중에 큰 값을 이용하여 설정하였고 이러한 한계속도 기반으로 AFS 조향제어와 ESC 제동제어를 수행한다.

즉, 차량의 현재 차속이 한계 차속 이하인 경우, 차속을 줄이기 위한 전륜 균등 제동 제어는 실행되지 않으며, 단지 목표 요모멘트가 AFS에 의한 목표 요모멘트와, ESC에 의한 목표 요모멘트로 분배되는 제어만이 실행된다.

반면, 현재 차속이 한계 차속을 초과하는 경우라면, AFS 차속을 줄이기 위한 전륜에 대한 균등 제동 제어가 목표 요모멘트 분배 제어와 함께 실행된다. 즉, AFS 최대 요모멘트까지는 AFS에 의한 요모멘트로 생성되고, AFS 최대 요모멘트를 초과하는 요모멘트에 대해서는 ESC에 의해 선회 외측륜에 대한 편제동을 실시하여 ESC 요모멘트를 생성하게 된다. 이 때, ESC 장치(200)는 내리막에서의 차속 증가를 상쇄시킬 수 있도록 전륜에 대한 균등 제동 제어를 함께 실시하여야 하므로, 제어부(201)에서는 선회 외측륜의 편제동 제어량과 전륜의 균등 제동 제어량을 합산하여 제동 제어를 실시하게 된다.

이상 살펴본 바와 같은 차량 자세 제어 장치를 기반으로 차량 자세 제어가 이루어지는 일련의 과정은 도 8에 도시되어 있다.

먼저, 제어부(201)에 의해 제어 진입 조건을 충족하는지 여부를 판단하게 되며(S801), 본 단계에서는 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는지를 판단한다. 제어 진입 조건은 내리막 경사로인지 여부를 판단하기 위한 조건 및 조향각 관련 조건을 포함할 수 있다.

차량이 소정의 제어 진입 조건을 충족하지 못하였다면, 후속 제어는 종료하게 된다.

반면, 차량이 제어 진입 조건을 충족하여, 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는 것으로 판단된 경우, 제어부(201)에 의해, 조향각 및 차속에 따라 기본 목표 요레이트를 결정하고, 결정된 기본 목표 요레이트를 보정하는 단계가 수행된다(S802).

이후, 현재 차량의 요레이트 값을 측정하고, 측정된 요레이트를 보정된 목표 요레이트와 비교한다(S803). 이 때, 요레이트 측정값이 보정된 목표 요레이트 보다 작거나 같다면 후속 제어가 필요 없는 상황으로 보아, 제어부(201)에서는 제어를 종료한다.

반면, 측정값이 보정된 목표 요레이트 보다 크다면, 차량의 실제 요레이트와 보정된 목표 요레이트의 에러를 기반으로 목표 요모멘트를 결정하는 단계가 수행된다(S804).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 한계 차속을 연산하고(S805), 이 한계차속을 현재 차속과 비교(S811)한 결과에 따라 전륜에 대한 균등 제어를 실시하는 단계(S812)를 포함하도록 구성할 수 있다. 이와 관련, 도 8에서는 목표 요모멘트를 결정하는 단계(S804) 이후에 한계 차속을 연산하는 것으로 도시되어 있으나, 한계 차속 연산의 단계는 반드시 이러한 순서에 따라야 하는 것은 아니며, 차속과 한계 차속을 비교하는 단계 이전에 적절히 얻어지는 것이라면 족하다.

한편, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량 자세 제어 방법에서는 앞서의 단계 S804에서 결정된 목표 요모멘트에 따라 전륜 조향각 보정치 및 편제동토크 제어량을 결정하는 일련의 과정(S806 ~ S810)을 포함한다.

구체적으로, AFS 장치(300)를 전륜 조향각 보정 장치로 이용하는 예에 있어서, AFS 최대 요모멘트를 한도로 AFS 목표 요모멘트(M_AFS)를 연산하고(S806), 산출된 AFS 목표 요모멘트(M_AFS)에 따라 조향각 보정치를 연산하고, 이 조향각 보정치에 따라 조향각 보정 제어를 실시한다(S807).

이후, ESC 목표 요모멘트(M_ESC)를 결정하게 되는데(S808), ESC 목표 요모멘트(M_ESC)는 수학식 11에서와 같이 목표 요모멘트와 AFS 목표 요모멘트의 차로 결정된다.

위 단계에서 결정된 ESC 목표 요모멘트(M_ESC)가 0 보다 크지 않다면(S809), ESC 편제동에 의해 ESC 목표 요모멘트(M_ESC)를 생성하는 단계(S810)는 생략된다.

반면, ESC 목표 요모멘트(M_ESC)가 0 보다 크다면(S809), 선회 외측 차륜에 대한 편제동 토크를 연산하고, 이러한 편제동토크 제어량에 따라 선회 외측 차륜에 대한 제동 제어를 실시하게 된다(S810).

이 과정에서 또는 그 후속 단계로, 차속과 한계 차속을 비교하는 단계(S811)가 수행될 수 있으며, 차속이 한계 차속 보다 큰 경우에는 속도 증가량을 상쇄할 수 있도록 전륜(4륜 차량의 경우, 4륜)에 대하여 균등 제동 토크를 인가하여, 제동 제어를 실시하게 된다(S812).

이상 살펴본 바와 같은 AFS 및 ESC 협조 제어를 통해, 내리막 경사로 선회 시 운전 의도와는 다른 선회 궤적을 따라 차량이 선회 주행하는 것을 방지할 수 있다.

이와 관련, 도 9a는 종래 기술에 따라 차량 선회 주행 시 내리막 경사로에서 운전자 의도 궤적 보다 실제 차량 궤적의 곡률이 축소되는 것을 도시한 것이고, 도 9b는 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 운전자 의도 선회 궤적에 따라 차량이 주행하는 것을 비교 도시한 것이다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 1차적으로 AFS 제어에 의해 조향각을 보정함으로써 선회 궤적 축소에 대응하는 한편, ESC 편제동에 의해 원하는 선회 궤적을 추종하도록 제어하게 된다. 따라서, 내리막 경사로에서 선회 궤적이 축소되는 것을 방지함으로써 차량의 롤오버를 방지할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

100: 감지부
200: ESC 장치
201: 제어부
202: 유압 조정 장치
300: AFS 장치
400: 제동부

Claims

제어부에 의해, 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는지를 판단하는 단계;
차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는 것으로 판단된 경우, 제어부에 의해, 조향각 및 차속에 따라 기본 목표 요레이트를 결정하고, 결정된 기본 목표 요레이트를 보정하는 단계;
제어부에 의해, 차량의 실제 요레이트와 보정된 목표 요레이트의 에러를 기반으로 목표 요모멘트를 결정하는 단계;
제어부에 의해, 상기 목표 요모멘트에 따라 전륜 조향각 보정치 및 편제동토크 제어량을 결정하는 단계;
전륜 조향각 보정 장치에 의해, 결정된 전륜 조향각 보정치에 따라 전륜 조향 보정을 실시하고, 결정된 편제동토크 제어량에 따라 선회 외측 차륜에 대한 제동 제어를 실시하는 단계;를 포함하고,
상기 목표 요레이트를 보정하는 단계에서는, 현재 차속에서의 목표 요레이트 한계치를 산출하고, 산출된 목표 요레이트 한계치를 초과하지 않도록 목표 요레이트를 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는지를 판단하는 단계에서는, 차량의 종가속도 및 수직가속도 측정값으로부터 차량이 내리막 경사로에서 주행하는지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 목표 요레이트 한계치는 차속과 횡가속도에 따라 결정되는 제1 목표 요레이트 한계치 및 차속, 횡가속도 및 수직가속도에 따라 결정되는 제2 목표 요레이트 한계치를 포함하고, 보정된 목표 요레이트는 상기 제1 목표 요레이트 한계치 및 상기 제2 목표 요레이트 한계치를 초과하지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 목표 요레이트 한계치(γ_max1)는
이고,
상기 제2 목표 요레이트 한계치(γ_max2)는
, 여기서,
, 0 < c1 < 1 인 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 목표 요모멘트는 전륜 조향각 보정에 의한 목표 요모멘트 및 편제동에 의한 목표 요모멘트로 분배되고, 상기 전륜 조향각 보정 장치에 의해 보정가능한 최대 목표 요모멘트까지 우선적으로 분배되는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 목표 요모멘트가 상기 전륜 조향각 보정 장치에 의한 최대 요모멘트를 초과하는 경우에만, 선회 외측 차륜에 대한 편제동 토크를 인가하여 목표 요모멘트를 추종하도록 제동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기본 목표 요레이트와 상기 차량의 실제 요레이트를 기반으로, 한계 차속을 연산하는 단계; 및
현재 차속과 상기 한계 차속을 비교하여, 현재 차속이 상기 한계 차속을 초과하는 경우, 전륜에 균등한 제동토크를 인가하여 제동 제어를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 방법.
차량의 요레이트, 조향각 및 차속을 포함하는 차량 정보를 검출하는 감지부;
상기 감지부로부터 검출된 차량 정보를 입력받아, 현재 조향각 및 차속에 대한 목표 요레이트를 결정하도록 구성된 제어부;
전륜의 조향각을 보정하도록 구성된 전륜 조향각 보정 장치; 및
상기 제어부에 의하여 결정된 제동토크값에 따라 각 차륜을 제동하도록 구성된 제동부;를 포함하며,
상기 제어부는 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는지를 판단할 수 있도록 구성되고, 차량이 내리막 경사로에서 선회 주행하고 있는 것으로 판단된 경우 목표 요레이트를 보정하여, 차량의 실제 요레이트와 보정된 목표 요레이트의 에러를 기반으로 목표 요모멘트를 결정하도록 구성되고,
상기 제어부는 결정된 목표 요모멘트에 따라 전륜 조향각 보정치 및 편제동토크 제어량을 결정하도록 구성되며,
상기 전륜 조향각 보정 장치는 결정된 전륜 조향각 보정치에 따라 전륜 조향 보정을 실시하고, 제동부는 결정된 편제동토크 제어량에 따라 선회 외측 차륜에 대한 제동 제어를 실시하도록 구성되고,
상기 제어부는 현재 차속에서의 목표 요레이트 한계치를 산출하고, 산출된 목표 요레이트 한계치를 초과하지 않도록 목표 요레이트를 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 감지부는 차량의 종가속도 및 수직가속도를 측정하기 위한 센서를 포함하고, 상기 제어부는 차량의 종가속도 및 수직가속도 측정값으로부터 차량이 내리막 경사로에서 주행하는지 여부를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 장치.
삭제
청구항 9에 있어서,
상기 목표 요레이트 한계치는 차속과 횡가속도에 따라 결정되는 제1 목표 요레이트 한계치 및 차속, 횡가속도 및 수직가속도에 따라 결정되는 제2 목표 요레이트 한계치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 목표 요레이트 한계치 및 상기 제2 목표 요레이트 한계치를 초과하지 않도록 목표 요레이트를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 목표 요레이트 한계치(γ_max1)는
이고,
상기 제2 목표 요레이트 한계치(γ_max2)는
, 여기서,
, 0 < c1 < 1 인 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는 목표 요모멘트를 전륜 조향각 보정에 의한 목표 요모멘트 및 편제동에 의한 목표 요모멘트로 분배하고, 상기 전륜 조향각 보정 장치에 의해 보정가능한 최대 목표 요모멘트까지 우선적으로 목표 요모멘트로 분배되도록, 상기 제어부에서는 상기 전륜 조향각 보정치를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 제어부에서는 상기 목표 요모멘트가 상기 전륜 조향각 보정 장치에 의한 최대 요모멘트를 초과하는 경우에만, 선회 외측 차륜에 대한 편제동 토크를 인가하여 목표 요모멘트를 추종하도록 상기 제동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는 상기 기본 목표 요레이트와 상기 차량의 실제 요레이트를 기반으로, 한계 차속을 연산하도록 구성되고,
상기 제어부는 현재 차속과 상기 한계 차속을 비교하여, 현재 차속이 상기 한계 차속을 초과하는 경우, 전륜에 균등한 제동토크를 인가하도록 제동부를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 자세 제어 장치.