KR102455791B1 - 차량의 요 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

차량의 요 제어 방법은 고마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값 및 부족 조향 기준값과 저마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값과 부족 조향 기준값을 각각 설정하는 단계, 차량의 요와 관련된 주행 정보와 상기 과도 조향 기준값 및 상기 부족 조향 기준값을 기초로 과도 조향 또는 부족 조향 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 미리 결정된 한계 요 레이트와 동일한 위상을 유지하면서 비율이 조정된 제한된 한계 요 레이트에 따라 요 레이트를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

차량의 요 제어 방법{Method for controlling yaw of vehicles}
본 발명은 차량의 전자 안정성 제어에 관한 것이며, 보다 구체적으로 오버 스티어 및 언더 스티어를 제어하는 방법에 관한 것이다.
차량의 전자식 안정성 제어(ESC, Electronic Stability Control)를 통해 자동차의 주행 안정성을 향상시키며, 그 한 예로 과도조향에 의한 오버 스티어에 대응하는 제어가 이루어진다.
소프트웨어적인 한계, 차량 조건 또는 주행 조건 등에 의해 과도 조향 시의 차량의 요 레이트(yaw rate)의 불안정성을 저감하고 제어하기 위한 여러 가지 방법들이 제시되었다. 그러나 전환 구간의 이중 구조나 조향성을 반영하여 상황에 맞게 조정되어 제한되는 요 제어 방법은 많지 않다.
또한 조향성을 고려하며 제한되는 요 레이트 제어 기반의 구조와 이중 전환 구조에서의 교차 압력 구조를 통해 차량의 안정성을 유지하기 위한 방법이 필요하다.
나아가 속도 저감을 통한 요 레이트의 안정화 방법도 중요하나 속도 저감 방법을 사용할 수 없는 경우이거나 속도를 줄이기 힘든 상황에서 속도 조감을 통한 방식보다 조향감이나 주행 성능 측면에서 상대적으로 더 좋은 결과를 가져올 수 있는 효과적인 요 제어 방법이 요구된다.
등록특허공보 제10-1609889호 (공고일: 2016.04.20.) 공개특허공보 제10-2006-0014468호 (공개일: 2006.02.16.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차량의 안정성을 유지하면서 운전자의 조향 의지를 추종하여 반영할 수 있는 요 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 요 제어 방법은 고마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값 및 부족 조향 기준값과 저마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값과 부족 조향 기준값을 각각 설정하는 단계, 차량의 요와 관련된 주행 정보와 상기 과도 조향 기준값 및 상기 부족 조향 기준값을 기초로 과도 조향 또는 부족 조향 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 미리 결정된 한계 요 레이트와 동일한 위상을 유지하면서 비율이 조정된 제한된 한계 요 레이트에 따라 요 레이트를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 과도 조향 기준값과 상기 부족 조향 기준값은 조향각, 조향각속도, 횡가속도, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이 및 이의 변화량 중 하나 이상의 기준값을 각각 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 요 제어 방법은 상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 오버/언더 스티어 제어를 위해 각 휠의 브레이킹의 제어를 위한 복수의 제어 요소를 서로 교차하도록 제어하는 교차 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 교차 제어는 복수의 교차 구간으로 구분되어 이루어질 수 있고, 상기 교차 구간의 안정성 제어를 위한 정보가 다음 교차 구간으로 전달되어 사용되도록 구성될 수 있다.
상기 교차 구간은 과도한 조향에 따른 전환 동작일수록 전체 크기가 커지도록 설계될 수 있다.
상기 교차 구간의 안정성 제어를 위한 정보는 요 레이트 정보와 비례미분 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 요 제어 방법은 고마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값 및 부족 조향 기준값과 저마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값과 부족 조향 기준값을 각각 설정하는 단계, 차량의 요와 관련된 주행 정보와 상기 과도 조향 기준값 및 상기 부족 조향 기준값을 기초로 과도 조향 또는 부족 조향 여부를 판단하는 단계, 상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 미리 결정된 한계 요 레이트를 조정하여 얻어지는 제한된 한계 요 레이트에 따라 요 레이트를 제어하는 단계, 그리고 상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 오버/언더 스티어 제어를 위해 각 휠의 브레이킹의 제어를 위한 복수의 제어 요소를 서로 교차하도록 제어하는 교차 제어를 수행하는 단계를 포함한다. 상기 교차 제어는 복수의 교차 구간으로 구분되어 이루어지고, 상기 교차 구간의 안정성 제어를 위한 정보가 다음 교차 구간으로 전달되어 사용되도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 차량의 안정성을 유지하면서 운전자의 조향 의지를 추종하여 반영할 수 있는 요 제어가 이루어질 수 있다.
도 1은 차량의 조향각과 차속에 따른 조향 특성을 보여주는 그래프를 도시한다.
도 2는 차량의 슬립 각도와 횡력 사이의 관계를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 요 제어 방법의 과도/부족 조향 판단 과정의 순서도를 도시한다.
도 4는 과도/부족 조향 판단의 예를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제한된 목표 요 레이트를 통한 오버 스티어 제어를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제한된 목표 요 레이트의 비율 변화 제어를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 과도/부족 조향 판단에 따른 동적인 제한된 목표 요의 동적 변화의 예를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전환 메커니즘에 따른 요의 최소화 제어를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 교차 제어 구간의 가능한 형태의 예를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이중 구조 형태의 교차 구간에서의 솔레노이드 밸브와 모터의 설정값의 유연한 제어 형태를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이중 구조 형태의 교차 구간으로 제어하는 전환 메커니즘의 순서도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이중 구조에서 단계별 요 레이트 정보에 기초하는 구간별 제어를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전환 전후의 상황에 따른 교차 구간에서의 외측/외측 전후륜 압력의 형태를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 요 제어 방법의 제한된 목표 요 설정 및 교차 제어의 과정을 보여주는 순서도를 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법에 의해 급격한 전환 조향 후 요 레이트 제어의 결과를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 정현파 형태의 노면 한계 요와 전환 메커니즘을 통한 요 레이트 제어의 결과를 보여주는 그래프를 도시한다.
아래에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 설명된 실시예에 한정되지 않는다.
차량의 전자식 안정성 제어(ESC)는 차량의 안정성(stability)을 확보하는 것을 주요 목적으로 하며 또한 안정성에 우선을 두면서도 조향성이나 주행성능도 고려하여 이루어진다. 예를 들어, 차량의 고속 선회 및 주행에서 일반적으로 차량의 안정성이 저하될 경우, 운전자가 요구하거나 원하는 선회 반경보다 훨씬 작은 선회 반경으로 차량이 스핀아웃(spin-out)하는 현상이 발생할 수 있다. 반면, 원하는 선회 반경 및 코스를 위한 선회 속도 대비 차량의 선회 속도가 훨씬 작을 경우 차량이 드리프트 되면서 밀려나는 플로우(plow) 현상이 발생할 수 있다. 전자의 경우와 후자의 경우를 오버 스티어(over steer)와 언더 스티어(under steer)라고 할 수 있으며, 과도하거나 부족한 선회 속도를 차량의 요 모멘트(yaw moment)로 이해할 수 있다.
차량의 조향 특성은 도 1과 같이 조향각(tire angle)과 차속을 두 축으로 하는 그래프로 나타낼 수 있다. 특성 속도(characteristic speed)(Vch)는 선회 시 이를 유지하기 위한 요구 조향각인 애커만 각도의 2배에 해당하는 차속을 의미하고, 임계 속도(critical speed)는 오버 스티어 상황에서의 차량의 거동이 불안정해지는 속도를 의미한다. 차량의 특성 속도는 해당 차량에서 차속 증가 시 조향각에 따라 오버/언더 스티어가 어떻게 어떠한 경향으로 일어나는지를 보여주는 차량의 조향 특성에 해당한다. 특성 속도에 관련된 애커만 요 레이트(Ackermann yaw rate)는 다음 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112022023957857-pat00001
여기서, yrTgAkm는 애커만 요 레이트이고, Vx는 차량 속도이고, wsa는 조향각이고, L은 차량 휠 베이스이고, Vch는 차량 특성 속도이다.
애커만 요 레이트는 운전자가 원하는 조향 의지에 해당하는 요 레이트로 볼 수 있기 때문에 제어 측면에서 목표 요 레이트(TargetYaw)로 사용될 수 있다. 본 발명에서는 애커만 요 레이트를 목표 요 레이트로 사용한다.
해당 차량의 특성 속도는 0.1 내지 0.45 G (G: 중력 가속도) 정도의 횡가속도를 기준으로 좌우 조향을 하면서 위 수식에 기초하여 구해질 수 있다. 일반적으로 이러한 특성 속도는 해당 차량의 고유 조향 특성에 해당하기 때문에, 차량의 조향과 관련된 주요 요 모멘트를 제어하고자 할 때 중요한 기준으로 활용된다.
오버/언더 스티어는 일반적으로 전후륜의 슬립 앵글(slip angle)의 차이나 전후륜의 하중 차이에 따른 무게중심의 이동 등으로 설명될 수 있다. 선회 반경(R)이 휠 베이스(L)보다 훨씬 크고 전륜의 내외측의 조향각 차이가 거의 없다고 가정하면 전후륜에서의 각각의 원하는 선회를 유지하기 위한 횡력(lateral/cornering force)은 다음의 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112022023957857-pat00002
Figure 112022023957857-pat00003
여기서, Fy는 횡력이고, Fy_f는 전륜의 횡력이고, Fy_r은 후륜의 횡력이고, M은 차량의 질량이고, V는 전방향 속도이고, R은 선회 반경이고, α는 슬립 각도(slip angle)이고, Cα는 특정 슬립 각도에서의 코너링 강성(cornering stiffness)이다.
차량이 고속으로 선회할 때 타이어의 횡력이 발생하고, 횡력은 노면 상태(마찰계수), 차속에 영향을 받는다. 횡력은 타이어가 노면과 접촉한 면의 비틀림에 따라 발생하며 이로 인해 타이어와 차량 방향 사이의 차이가 발생한다. 이를 통해 각 휠에 슬립각이 자연스럽게 나타난다. 타이어의 측면에서의 횡력은 캠버각 0도 기준 선회력, 즉 횡력에 해당하며, 일반적으로 이 값은 슬립 각도와 도 2에 나타난 그래프와 같은 선형적인 관계를 가진다.
수학식 2의 횡력을 차량 중심에서의 모멘트 평형을 고려하여 전후륜의 슬립 각도를 다음의 수학식 3과 같이 구할 수 있다.
Figure 112022023957857-pat00004
여기서, αf는 전륜의 슬립 각도이고, αr는 후륜의 슬립 각도이고, Wf는 후륜의 무게 하중이고, Wr는 후륜의 무게 하중이고, Cα는 코너링 강성이고, g는 중력 가속도이고, R은 선회 반경이다.
도 1에 기술된 조향각과 수학식 3에 기술된 타이어의 슬립 각도의 관계는 다음 수학식 4에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112022023957857-pat00005
여기서, δ는 조향각이고, K는 부족 조향 구배(under steer gradient, deg/s)이고, ay는 횡 가속도(단위 g)이고, L은 휠 베이스이고, R은 선회 반경이다.
일반적으로 부족 조향 구배(K)로 알려진 언더 스티어 기울기를 보면, 전후륜의 무게 하중과 관련된 것을 알 수 있고, 수학식 4에서 알 수 있는 바와 같이 다시 이것은 전후륜의 슬립 각도와 관련된 것을 알 수 있다. 즉 언더 스티어는 부족 조향 구배(K)가 0보다 큰 것을 의미하는데 이는 전륜의 무게 하중이 후륜보다 큰 상태로 무게 중심이 전륜 쪽에 있음을 의미한다. 이는 전륜의 슬립 각도가 후륜의 슬립 각도보다 크다는 것을 의미하는 것이기도 하다. 이러한 상태에서는 차속이 고속으로 올라갈수록 운전자가 언더 스티어를 회피하기 위해서 더 큰 조향각으로 선회를 해야 한다는 것을 의미한다. 반면, 부족 조향 구배가 0보다 작다는 것은 후륜의 무게 하중이 전륜보다 큰 상태로 무게 중심이 후륜 쪽에 있음을 나타내고 또한 이는 후륜의 슬립 각도가 전륜보다 크다는 것을 의미한다. 이 경우 운전자에게 요구되는 조향각이 작다. 즉 이러한 상태에서는 운전자가 오버 스티어를 회피하기 위해 조향각을 줄여야 한다는 것을 의미한다.
오버/언더 스티어를 회피하기 위해 조향각을 증가시키거나 줄이지 않으면 앞에서 언급한 것처럼 슬립 각도 또는 무게이동에 따른 하중 이동으로 인해 요 레이트의 급격한 변화가 유발될 수 있다. 저마찰로 또는 고마찰로 노면 조건 외에도 현재 주행 상태에서 특정 조향 모드로 운전자가 조작 시에 이러한 요 레이트의 변화는 더욱 급격해져 차량의 안정성이 크게 저해된다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 점을 고려하여 조향 모드를 오버/언더 스티어에 맞추어 운전자가 조향 시에 해당 모드 각각을 과도/부족 조향 모드로 정의한다. 과도/부족 조향 모드는 해당 차량이 해당 차속에서 선회 시 앞에서 설명한 특성 속도에 따라 결정된 차량의 조향 특성에 맞지 않는 조향을 의미한다. 즉 과도/부족 조향 모드는 조향각을 작게 하여 오버 스티어를 회피해야 함에도 조향각을 크게 하여 해당 차량의 조향 특성에 의해 오히려 과도한 오버 스티어를 유발하게 하거나 반대로 조향각을 더 크게 하여 언더 스티어를 회피해야 함에도 조향각을 유지하거나 작게 하여 과도한 언더 스티어를 유발하는 조향 모드를 의미한다. 이러한 과도/부족 조향 모드의 판단이 본 발명의 실시예에 따른 제한된 목표 요 제어 및 교차 제어의 적용의 주요 기준으로 적용된다. 과도 조향 및 부족 조향은 해당 특성 속도의 차량에서 조향각, 조향각속도, 횡가속도, 마찰계수, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이 그리고 이 차이의 변화율을 고려하여 판단될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 요 제어 방법은 요 레이트, 조향각, 조향각속도, 횡가속도, 차속 등의 정보를 기초로 전자 제어 유닛(electronic control unit)에 의해 수행될 수 있다. 여기에 사용되는 정보는 차량에 설치된 각종 센서에 의해 검출되어 전자 제어 유닛으로 전달될 수 있으며, 전자 제어 유닛은 마이크로프로세서, 메모리 및 관련 하드웨어와 소프트웨어를 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는 본 발명의 실시예에 따른 요 제어 방법을 수행하도록 프로그램될 수 있다.
도 3을 참조하면, 통상적인 노면 마찰계수를 추종하는 주행 안정성 제어가 이루어지는 중 주행 중인 노면이 고마찰 노면인지가 판단된다(S11). 예를 들어, 일반적인 아스팔트 도로는 고마찰 노면으로 판단될 수 있으며, 얼음이나 눈으로 덮인 노면은 저마찰 노면으로 판단될 수 있다. 예를 들어 고마찰 노면인지 여부는 차량의 횡가속도와 종가속도의 벡터 합의 크기와 임계치의 비교를 통해 판단될 수 있으며, 예를 들어 벡터 합이 미리 설정된 임계치보다 작으면 고마찰 노면으로 판단할 수 있다.
주행 중인 노면이 고마찰 노면인지 저마찰 노면인지 여부에 따라 과도/부족 조향 기준값을 각각 산정한다(S12, S13). 이는 노면의 마찰 정도에 따라 나머지 조건의 기준값들이 과도/부족 조향 판단에 있어 달라지기 때문이다. 과도/부족 조향 기준값은 조향각, 조향각속도, 횡가속도, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이와 그 변화량 중 하나 이상의 기준값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고마찰 노면인 경우 120도의 조향각에서 50도/s의 조향각속도가 기준값이 될 수 있지만, 저마찰 노면의 경우 보다 더 빠른 제어가 필요하기 때문에 훨씬 낮은 기준값이 산정되어야 한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 운전자가 조향각을 작게 하여 오버 스티어를 회피해야 함에도 조향각을 크게 하여 해당 차량의 조향 특성에 의해 오히려 과도한 오버 스티어를 유발하게 하는 것으로 판단할 수 있는 조건이 충족되는 경우 과도 조향으로 판단할 수 있고, 이와 반대로 운전자가 조향각을 더 크게 하여 언더 스티어를 회피해야 함에도 조향각을 유지하거나 작게 하여 과도한 언더 스티어를 유발하게 하는 것으로 판단할 수 있는 조건이 충족되는 경우 부족 조향으로 판단할 수 있다.
노면 조건이 판단되면, 조향각, 조향각속도, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이 및 이의 변화량에 근거하여 조향 모드를 판단한다(S14, S15). 예를 들어, 과도 조향 모드인지를 판단하고(S14), 과도 조향 모드가 아닌 경우 부족 조향 모드인지를 판단한다(S15). 차량의 요와 관련된 주행 정보, 예를 들어 조향각, 조향각속도, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이 및 이의 변화량 등을 기초로 과도 조향 또는 부족 조향 여부를 판단할 수 있다. 앞서 언급한 판단 요소들, 즉 조향각, 조향각속도, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이 및 이의 변화량이 정상 범위를 넘어 과도하다면 과도 조향 모드로 판단할 수 있고 정삼 범위보다 낮아 부족하다면 부족 조향 모드로 판단할 수 있다.
예를 들어, 조향각이 미리 설정된 과도 조향 임계 조향각보다 크고, 조향각속도가 미리 설정된 과도 조향 임계 조향각속도보다 크고, 횡가속도가 미리 설정된 과도 조향 임계 횡가속도보다 크고, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이와 그 변화량이 미리 설정된 과도 조향 임계 차이 및 임계 변화량보다 크면, 과도 조향 모드로 판단할 수 있다. 한편, 조향각이 미리 설정된 부족 조향 임계 조향각보다 작고, 조향각속도가 미리 설정된 부족 조향 임계 조향각속도보다 작고, 횡가속도가 미리 설정된 부족 조향 임계 횡가속도보다 작고, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이와 그 변화량이 미리 설정된 부족 조향 임계 차이 및 임계 변화량보다 작으면, 부족 조향 모드로 판단할 수 있다. 또한 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이와 그 변화량이 양수로서 커지면 과도 조향 모드로 판단할 수 있고 그 반대이면 부족 조향 모드로 판단할 수 있다. 이러한 요건들을 종합적으로 고려하여 과도/부족 조향 모드를 판단하며 이는 앞에서 언급한 특성 속도 등의 차량의 조향 특성 측정 및 정리 후에 튜닝 요소로 산정될 수 있다.
S14 단계에서 과도 조향 모드인 것으로 판단되면, 과도 조향 판단을 온(ON) 시키고 제한된 한계 요 레이트 제어 소프트웨어와 교차 제어 소프트웨어로 해당 정보를 전달한다(S16). S15 단계에서 부족 조향 모드인 것으로 판단되면, 부족 조향 판단을 온(ON) 시키고 제안한 한계 요 레이트 제어 소프트웨어와 교차 제어 소프트웨어로 해당 정보를 전달한다(S17). 한편, S14 단계 및 S15 단계에서 과도 조향 모드도 아니고 부족 조향 모드도 아닌 것으로 판단되면, 조향 안정성을 위한 일반적인 제어가 수행된다(S20). 제한된 한계 요 레이트 제어 소프트웨어와 교차 제어 소프트웨어는 뒤에서 설명할 제한된 한계 요 레이트 제어와 교차 제어를 수행하기 위한 것이며, 제한된 한계 요 레이트 제어와 교차 제어에 대해서 뒤에서 다시 설명한다.
또한 조향 모드의 판단 후에는 해당 모드에서의 최소 기준값, 즉 임계치 대비 제한된 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이가 미리 설정된 값보다 크면 해당 모드가 유지되고 작다면 해당 모드가 해제될 수 있다. 즉, 과도 조향 모드인 경우 노면 한계 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이가 과도 조향 유지를 위한 최소 임계치보다 큰지가 판단되고(S18), 판단 결과가 긍정이면 과도 조향 모드를 유지하고 판단 결과가 부정이면 과도 조향 모드를 해제하고 일반적 제어가 수행된다(S20). 유사하게, 부족 조향 모드인 경우 노면 한계 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이가 부족 조향 유지를 위한 최소 임계치보다 큰지가 판단되고(S19), 판단 결과가 긍정이면 부족 조향 모드를 유지하고 판단 결과가 부정이면 부족 조향 모드를 해제하고 일반적 제어가 수행된다(S20).
도 4는 특정 시점에서 앞에서 기술한 정보들과 실제 값을 비교하여 과도 조향 판단과 부족 조향 판단을 온(ON)하는 예를 각각 보여준다. 요 레이트가 과도 조향 시에는 판단 시점에서의 기준 목표 요 레이트보다 크고 부족 조향 시에는 훨씬 작은 형태가 된다. 이 판단이 온 되면 뒤에서 기술한 제한된 한계 요 레이트 제어와 교차 제어가 작동된다.
과도 조향으로 인한 오버 스티어 발생 또는 부족 조향으로 인한 언더 스티어 발생 시에 조향각을 작게 하거나 크게 하여 이를 회피하는 관점에서 전동 파워 스티어링 시스템(EPS)에 반대 방향의 보상 전류를 인가하는 형태의 협조 제어를 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 전자식 안정성 제어를 통해, 과도/부족 조향에 따른 급격한 요 레이트의 변화를 제어한다. 과도 조향은 목표 요 레이트보다 과도한 요 레이트가 발생한 것인 반면 부족 조향은 실제 요 레이트가 훨씬 못 미치는 값이 발생한 경우이다. 부족 조향 모드는 과도 조향 모드와 반대되는 모드이고 이하에서는 과도 조향을 기준으로 설명한다. 부족 조향 모드 판단 시에 다른 점은 앞서 기술한 것처럼 훨씬 부족한 요 레이트가 발생한 상황이기 때문에 과도 조향과는 다르게 목표 한계 요 레이트는 부족한 정도에 따라 과도 조향과는 다르게 비율적으로 커지는 방향으로 결정된다는 점이다.
과도 조향은 급격한 요 모멘트를 유발하기 때문에, 이는 운전자의 선회 의지보다 과도한 선회력이 발생한 것을 의미한다. 이로 인한 스핀 아웃이나 롤 오버(roll over) 현상 등은 차량의 안정성을 무너뜨려 위험한 상황을 초래할 수 있다. 본 발명은 과도 조향에 따른 요 모멘트의 변화를 제어함으로써 이러한 상황을 회피할 수 있게 한다. 운전자의 의지가 고려된 애커만 요 레이트에 비해 실제 요 레이트가 급격하게 변화할 경우, 운전자의 조향 의지가 고려된 목표 요 레이트, 예를 들어 애커만 요 레이트는 제한된 형태로 제어하는 것이 일반적이다. 이러한 경우 차속, 노면 마찰계수, 횡가속도 등을 고려하여, 해당 주행/선회 상황에서의 제한된 요 레이트를 결정할 수 있다. 이는 운전자 조향 의지를 그대로 반영한 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이를 기반으로 하는 것이 아니며 제한된 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이로 제어된다는 것을 의미한다. 최대의 또는 제한된 목표 요 레이트를 기준으로 할 때에는 목표 요 레이트를 실제 요 레이트가 넘어가지 않아도 제한된 목표 요 레이트를 넘어가는 상황이 발생할 수 있기 때문에, 선제적으로 안정성을 저하시킬 수 있는 상황을 제어하는 형태를 취할 수 있다. 이러한 제한된 목표 요 레이트는 앞에서 설명한 바와 같이 차속, 횡가속도, 마찰계수의 함수로서 다음 수학식 5에 따라 제어될 수 있다.
Figure 112022023957857-pat00006
여기서 TGYLimited는 제한된 목표 요 레이트이고, ay는 횡가속도(단위 g)이고, μ는 마찰계수이고, V는 차속이다.
이러한 제한된 목표 요 형태로 제어가 이루어지면, 차량이 급격하게 쏠리면서 급격한 요가 발생할 경우 제한된 목표 요와 실제 요와의 차이에 따른 제어가 이루어진다. 제한된 목표 요와 실제 요의 차이 값은 앞에서 기술한 오버/언더 스티어의 과도/부족 조향에 따른 특정 임계값 기준과 비교된다. 즉 제한된 목표 요와 실제 요의 차이값이 해당 임계값보다 크거나 작은지 여부에 따라 오버/언더 스티어가 판단된다. 오버 스티어로 보면 과도 조향 여부를 판단하고 이에 따라 결정된 기준 임계값과 앞서 언급한 차이값 등을 고려하여 판단할 수 있다.
제한된 요 레이트는 횡가속도에 기반하여 결정될 수 있으며, 횡가속도가 클수록 제한된 요 레이트도 커질 수 있다. 이때, 제한된 요 레이트를 계산함에 있어서 횡가속도의 움직임을 그대로 반영할 경우 제한된 요 레이트의 형태는 운전자의 조향 의지(조향각과 조향각속도) 및 운전자가 의도한 조향성/경향성 대비 왜곡될 수 있다. 따라서 과도 조향에서 제한된 요의 형태가 운전자 조향 의지 및 조향성 등을 고려하여 운전자가 이질감을 느끼지 않도록 하는 형태로 제어되는 것이 바람직하다. 즉, 횡가속도 기반으로 제어를 하되 운전자가 선회 시 이질감을 느끼지 않도록 목표 요 레이트의 경향성을 추종하여 급격한 요의 변곡점으로 인한 요의 흔들림을 최소화하면서도 기존의 제한된 목표 요 레이트와 같이 선제적으로 제어 가능한 크기로 조정되기 때문에 안정성과 조향성 측면이 모두 고려될 수 있다. 즉 횡가속도 및 마찰계수/차속에 따른 비율로서 다음의 수학식 6에 따라 제한된 목표 요 레이트를 결정하되 목표 요 레이트의 경향성을 추종하도록 하여 보다 부드러운 조향감을 가지게 할 수 있다.
Figure 112022023957857-pat00007
여기서 TGYLimited는 제한된 목표 요(limited yaw)이고, ay는 횡가속도(단위 g)이고, μ는 마찰계수이고, V는 차속이다.
도 5를 참조하면, 횡가속도의 움직임에 따른 제한된 목표 요 레이트를 만들 경우, 급격한 변곡점이 발생할 수 있고 조향성 측면에서 운전자의 의지와 맞지 않는 부분이 발생할 수 있으며 이로 인한 이질감이 야기될 수 있다. 반면, 횡가속도 등을 고려하되 수학식 6에 기술된 함수 형태에 따라 제한된 목표 요 레이트가 결정되면, 조향의 경향성 및 형태를 따라가면서도 급격한 변곡점이나 일부 왜곡된 요의 제한 형태가 최소화된다. 이러한 제어 방법은 과도 조향 상황에서의 안정성과 조향성을 모두 고려하기에 더 효과적인 방법으로 이해될 수 있다. 이러한 제한된 요에 따른 제어 형태는 차속, 마찰계수, 횡가속도의 움직임과 조향 상황 혹은 조향 의지 등에 따라 다이나믹하게 해당 비율이 변한다. 이때 비율은 튜닝 인자로 구성될 수 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제한된 목표 요에 의해 횡가속도 기반하는 제한된 목표 요에 비해 목표 요에 더 유사한 경향상을 갖는다는 것을 알 수 있고, 도 5의 하단 부분에 나타난 바와 같이 과도 조향 판단에 따른 제한된 목표 요에 따른 전륜 유압 제어가 이루어질 수 있다.
전자 안정성 제어(ESC)의 동작과 관련하여 민감 동작이 이슈화되곤 하며, 이와 관련하여 본 발명에 따른 제한된 목표 요는 보다 유연한 제어 방법을 제시한다. 일반적인 슬라럼(slalom)이나 큰 선회 등의 선회 및 주행에서는 제한 목표 요의 비율은 애커만 요, 즉 운전자의 의지를 나타내는 목표 요와 큰 차이를 만들지 않는다. 그 이유는 단계적으로 과도/부족 조향으로 갈수록 그에 맞춰 다이나믹하게 제한된 목표 요가 만들어지기 때문이다. 이를 위해서는 중립 조향이 아닌 과도/부족 조향 상황에 대한 판단이 중요하다. 또한 과도/부족 조향 내에서도 그 정도에 따라 레벨화되어 있기 때문에, 그 정도에 맞춘 비율로서 목표 요를 제한한다. 이러한 제한된 목표 요의 동작을 통해, 민감 동작이나 과도 조향 정도에 따른 제어의 개입과 제동력의 정도를 보다 유연하게 조정할 수 있다. 즉 일반적인 조향에서는 민감 동작의 문제를 발생시키지 않으면서 과도한 조향으로 갈수록 이에 맞게 다이나믹하게 제한된 목표 요를 만들어 제어한다. 도 6은 이러한 본 발명의 실시예에 따른 제한 요의 비율 변화의 제어의 개념을 도시하며, 다양한 차량 요에 따라 동적으로 제한된 목표 요가 만들어진다는 것을 보여준다.
도 7의 (a) 및 (b)는 과도 조향 판단 및 부족 조향 판단 시에 제한된 목표 요의 동적인 변화를 각각 보여준다. 이때, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제한된 한계 요 레이트는 한계 요 레이트, 즉 목표 요 레이트와 동일한 위상을 갖는 상태로 비율로 조정된다. 전환 후 조향각이 전환 전에 비해 훨씬 커지거나 훨씬 작아질 경우, 이에 맞춰 과도 조향에서의 제한된 목표 요는 훨씬 더 작아지도록 변화되고 부족 조향에서는 훨씬 더 커지게 변화될 수 있다. 이처럼 각각의 판단에 따라 그리고 전환 시 좌우의 비대칭적인 조향에서도 그에 맞추어 제한된 목표 요는 동적으로 조정될 수 있다. 이때 동적으로 조정하는 비율 및 정도는 조향각, 조향각속도, 횡가속도를 바탕으로 과도 조향 시 더 강한 제어가 필요하다고 판단되면 더욱 제한된 목표 요의 비율로 줄이고 부족 조향에서는 반대로 비율을 더욱 올려서 커지도록 변화를 유도할 수 있다. 즉 조향 상황에 따라 대칭/비대칭적으로 동적으로 비율을 변경하면서 제한된 목표 요가 만들어질 수 있다.
고속에서 과도 조향 등에 따라 발생하는 요 레이트의 급격한 변화는 1차적으로는 앞서 기술한 비율로서 제한된 요의 선제적인 움직임에 따른 제어를 통해 줄어들게 되어 차량의 안정성이 제고될 수 있다. 그러나 과도 조향의 정도에 따라 이러한 제어만으로는 한계를 가질 수 있기 때문에, 본 발명에서는 제한된 목표 요에 맞춰 1차적으로 제어한 요 레이트에서 남아 있는 움직임이 차량의 안정성을 여전히 저하시킬 수 있다고 판단되면 전환 메커니즘을 통해 2차적 제어에 의해 요 레이트를 보다 안정시킬 수 있도록 제어한다.
일반적으로 과도 조향 등으로 인해 발생한 오버 스티어가 1차적으로 제어된 후 조향 방향을 전환하면 앞서 제어한 결과에 해당하는 남아있는 요 레이트가 존재한다. 즉 여전히 제한된 목표 요와 실제 요 사이의 차이가 차량의 안정성을 저하시킬 수 있을 만큼 잔존할 경우, 전환 시 여전히 차량의 안정성을 저해하여 스핀 아웃 되거나 롤이 발생하여 차량의 불안정성을 야기할 수 있다.
ESC를 통한 차량 안정성 제어는 솔레노이드 밸브의 작동 제어를 통해서 이루어지는데 솔레노이드 밸브를 구동하기 위한 전류 신호의 인가와 실제 압력 생성 사이에 일정한 지연(latency)이 존재한다. 즉 제어 및 지령 상으로는 전환 후 앞에서 언급한 위험한 상황을 고려하여 제어를 위한 압력을 생성시키려 하여도 이러한 지연으로 인해 실제 압력은 보다 늦게 생성되어 급격한 요를 제어해야 할 타이밍을 놓칠 수 있다. 이러한 지연을 고려하고 보다 더 빠른 응답성을 확보하여 전환 후에 발생할 수 있는 오버 스티어 상황을 제어하기 위한 전환 메커니즘이 필요하다.
도 8은 앞서 기술된 제한된 목표 요에 기반한 제어 후에 여전히 차량의 안정성을 위협할 수 있는 남아 있는 요가 전환 동작 후에 문제를 야기할 수 있을 때 제시된 전환 메커니즘에 의해 요가 점선 형태로 최소화되는 것을 보여준다. 전환 구간 기준 전후에서 외측 전륜의 브레이크 압력을 통한 제어가 교차하면서 이루어지는 것을 알 수 있다. 앞서 전륜의 제어를 통해 요의 급격한 변화를 최소화하였으나 잔존하는 요가 전환 후 문제를 야기할 수 있기 때문에 이러한 교차 구간 내에서 다음 전륜의 브레이크 압력이 미리 생성되어 앞서 언급한 지연 문제 등이 있음에도 이러한 한계점을 극복할 수 있음을 보여준다. 이러한 교차 구간은 과도한 조향에 따른 전환 동작일수록 그 구간의 전체 크기가 커지게 설계된다. 이는 차속 및 횡가속도, 마찰계수와 더불어 요의 변화량에 기초하여 판단된다. 본 발명의 실시예에서 과도/부족 조향 판단이 기본 조건으로 제시되며, 과도/부족 조향 판단이 온(ON) 된 경우에만 교차 제어 메커니즘이 동작된다. 이는 불필요한 교차 제어에 따른 앞선 압력 제어로 인한 민감 동작 및 조향 이질감을 방지하기 위함이다. 또한 본 발명의 실시예에서는 전환 구간의 정의하고 해당 구간에 부합될 때만 교차 제어 메커니즘이 동작된다.
전환 구간에서는 실제 요와 운전자의 조향에 해당하는 요가 서로 부호가 뒤바뀌면서 변화하기 시작하며, 과도한 전환 조향일 경우 요의 변화량은 급격히 상승하고 이러한 동적 변화가 교차 제어 구간의 판단 기준이 된다. 급격한 전환일수록 실제 요와 조향(목표 요 또는 조향각)의 부호가 다른 구간이 길게 나타난다. 본 발명의 실시예에서는 교차 제어 구간의 시작 구간은 이러한 부호 불일치 구간을 의미한다. 그리고 이러한 시작 구간 후에 연장 구간이 구성된다. 여기서 연장 구간에서 부호는 일치하지만 여전히 요의 변화량이 크고, 횡가속도 및 횡가속도 변화량이 클 경우 교차 제어 구간을 연장한다. 이 연장 구간은 다음 오버 스티어나 언더 스티어 제어가 개시될 때 해제된다. 그리고 이를 더욱 응용하여, 전환 전 오버 스티어 또는 언더 스티어 제어 구간 내에서 부호가 일치하지 않는 구간 내에서 요의 변화량 등이 판단 조건과 맞지 않아 시작 구간에서의 교차 제어 필요를 결정하기 위한 판단이 온 되지 않았더라도 교차 제어 구간이 설정될 수 있다. 이러한 제어 개념이 도 9에 나타나 있다. 도 9의 오른쪽 부분을 참조하면 전환 전 제어에서 교차 제어 시작 구간에서 요 변화량이나 횡가속도 등의 조건이 맞지 않아 교차 제어 판단이 온 되지 않았지만, 이후 전환 구간에서 재차 판단하여 교차 구간을 생성하여 차량의 안정성을 확보하는 형태가 구현된다. 전환 시 노면 불균형이나 조향 상황에 따라 이러한 불안정한 과도 전환 형태도 가능하기 때문에 상황에 맞는 구조가 필요하다. 도 9에서 아래 부분에 있는 화살표는 오버 스티어 상황에서의 전륜 압력을 나타낸다.
본 발명의 실시예에서는, 설계한 교차 제어 구간에서의 액추에이팅 구조는 이중 구조로 이루어진다. 첫 번째 구간에서는 실제 요와 운전자 조향 의지가 반영된 요의 부호, 즉 방향이 다른지, 이때 오버 스티어(또는 언더 스티어)가 발생하면서 전환되는 것인지, 그리고 요의 변화량이 어떻게 변화하는지가 고려된다. 첫 번째 구간에서는 요 변화량의 기준값, 즉 임계값이 두 번째 구간과 다르게 설정되며 더불어 브레이크 유압 제어를 위한 모터의 속도 제어 및 솔레노이드 밸브 전류도 두 번째 구간과 다르게 설정될 수 있다. 여기서 솔레노이드 밸브의 전류는 브레이크 오일의 압력을 제어하기 위한 것이고 모터는 브레이크 오일의 압력의 증감 속도를 제어하기 위한 것이다.
이는 양 구간 사이에 차이를 두는 구조가 가능하다는 것을 의미한다. 첫 번째 구간은 불필요한 압력 제어에 따른 민감 동작의 문제가 발생하지 않으면서도 전환 후 요의 급격한 변화를 막기 위한 압력을 미리 제공하는 목적을 가지고 상황에 따라 압력 기울기가 선택되어야 한다. 두 번째 구간에서는 압력이 만들어진 후 요의 변화량과 횡가속도 등에 기초하여 훨씬 빠른 압력 생성이 필요한지 여부 등을 판단하여 모터의 제어를 달리하여 압력의 상승 기울기 등을 다시 다르게 할 수 있다. 이러한 이중 구조는 전환 동작에서의 민감 동작의 문제점을 최소화하면서 상황에 맞게 이중 구조 형태로 솔레노이드 밸브 전류 및 모터 속도 제어를 같거나 다르게 할 수 있으며, 이에 의해 여러 조향/선회 상황에 맞춘 튜닝이 가능하다는 장점이 얻어진다. 즉 첫 번째 구간의 결과를 두 번째 구간에서 참고하게 되고 이를 통해 보다 유연한 제어가 가능해진다.
전환 전 실제 요와 목표하는 운전자의 의지에 기초한 요 사이의 차이가 크다면 그리고 이때의 차이가 생기는 변화량이 크다면, 이 정보를 전환 메커니즘에 전달한다. 만약 그 차이가 크고 이에 대한 미분 값인 변화량도 크다면, 1차 및 2차 구간에서의 모터 속도 제어를 최대로 하고 최대한 빠르게 압력을 만들어 줄 수 있도록 솔레노이드 밸브의 전류를 제어할 수 있다. 반대로, 만약 전환 전의 차이가 작거나 차이에 대한 변화량이 크지 않다면, 과도한 제어를 하여 부작용을 유발하지 않기 위해 필요한 만큼의 모터를 조정하고 밸브의 압력을 조정하여 보다 유연한 전환 제어가 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 오버/언더 스티어 제어를 위한 제어 요소, 예를 들어 각 휠의 브레이킹을 제어하기 위한 솔레노이드 밸브, 모터 및 기타 액추에이터를 서로 교차하도록 제어하며, 이때 복수의 구간으로 분할하여 교차 제어가 이루어진다.
교차 구간 내의 제1 구간에서의 솔레노이드 밸브의 전류 및 모터의 속도 설정값은 다음의 수학식 7에 의해 이루어질 수 있다.
Figure 112022023957857-pat00008
여기서, TcvCurrent_1st는 제1 구간에서의 솔레노이드 밸브 전류이고, TcvInit_cross는 교차 구간의 초기 솔레노이드 밸브 전류이고, MSpeed_1st는 제1 구간에서의 모터 속도 설정값이고, MInit_cross는 교차 구간의 초기 모터 속도 설정값이고, Yaw_err은 현재 목표 요와 실제 요의 차이이고, YawErr_dot는 Yaw_err의 변화량(미분값)이고, Yaw_err_b는 전환 전의 목표 요와 실제 요의 차이이고, YawErr_dot_b는 Yaw_err_b의 변화량(미분값)이고, ay는 횡가속도(단위 g)이고, μ는 마찰계수이고, V는 차속이다.
한편 교차 구간 내의 제2 구간에서의 밸브 및 모터의 설정은 다음의 수학식 8에 의해 이루어질 수 있다.
Figure 112022023957857-pat00009
여기서, TcvCurrent_2nd는 제2 구간에서의 솔레노이드 밸브 전류이고, TcvInit_cross_2nd는 제2 구간의 초기 솔레노이드 밸브 전류이고, TcvCurrent_1st는 제1 구간에서의 솔레노이드 밸브 전류이고, MSpeed_2nd는 제2 구간에서의 모터 속도 설정값이고, MInit_cross_2nd는 제2 구간의 초기 모터 속도 설정값이고, MSpeed_1st는 제1 구간에서의 모터 속도 설정값이고, Yaw_err은 현재 목표 요와 실제 요의 차이이고, YawErr_dot는 Yaw_err의 변화량(미분값)이고, Yaw_err_b는 전환 전의 목표 요와 실제 요의 차이이고, YawErr_dot_b는 Yaw_err_b의 변화량(미분값)이고, ay는 횡가속도(단위 g)이고, μ는 마찰계수이고, V는 차속이다.
수학식 7 및 8을 참조하면, 이중 구조, 즉 2개의 구간으로 구성된 교차 구간에서의 솔레노이드 밸브와 모터의 설정값은 전환 전후의 실제 요와 목표 요 사이의 차이와 해당 차이의 변화량을 고려하여 결정되고 또한 현재의 차이와 그에 대한 변화량을 고려하여 결정된다. 제2 구간에서는 제1 구간에서 계산한 솔레노이드 밸브와 모터의 설정값을 추가적으로 고려한다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 추가적으로 보다 민감한 제어가 필요한 경우, 세 개의 단계로 구성되는 3단계 형태의 교차 구조가 적용될 수 있다. 이 경우 중간 단계는 앞뒤의 설정값을 고려한 비례적 함수를 채택할 수 있다.
도 10을 참조하면, 이중 구조로 교차 구간을 구성할 경우, 각 구간 단계별로 모터와 솔레노이드 밸브에 대한 속도/전륜 제어값을 동일하거나 다르게 할 수 있음을 알 수 있다. 이러한 유연한 구조는 과도한 제어에 따른 요의 흔들림으로 인한 퓌시 테일링(fish tailing)이나 부족한 제어에 따른 조향감 개선 및 이질감 해소에도 유연한 구조가 된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이중 구조 형태의 교차 구간으로 제어하는 전환 메커니즘의 순서도를 도시하고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이중 구조에서 단계별 요 정보에 기초하는 구간별 제어를 보여주는 그래프를 도시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전환 전의 목표 요(또는 제한된 목표 요)와 실제 요의 차이와 전환 후의 값을 고려하면서 교차 구간을 2단계(또는 3단계) 형태로 차별되게 제어할 수 있는 구조로 인해 유연한 대응이 가능하다.
이중 구조의 교차 제어 구간에서 비례미분 제어의 형태가 사용될 수 있다. 교차 제어 구간에서 비례미분 제어를 사용하는 경우, 제1 구간의 안정성 제어 정보, 예를 들어 요 레이트 정보와 비례미분 정보 등을 제2 구간으로 전달하여 제2 구간의 제어가 이루어진다. 교차 구간에서 비례미분 제어가 적용되면 비례미분 값은 요 정보는 물론 차속, 노면 정보 등이 고려되어 결정될 수 있다.
한편, 전환 후 언더 스티어 상황이나 전환 전후에서 오버 스티어와 언더 스티어가 바뀌는 상황이 고려될 수 있다. 이 경우 교차 제어 구간 진입 시 앞에서 설명한 조향 모드 판단과 다른 판단이 이루어져야 한다. 예를 들어, 전환 전에는 과도 조향 모드로 선회하다가 전환 시점에서 매우 늦게 작은 조향각으로 전환되면, 부족 조향 모드로 다시 판단될 수 있다. 즉 예를 들어 전환이 너무 늦어서 목표 요 대비 실제 요의 차이와 그 변화량이 음의 값, 즉 반대 부호의 값으로 나타나서 부족 조향 판단 기준치를 넘으면 부족 조향 판단이 이루어진다. 이 판단 변화는 교차 제어 구간에서 일어날 수 있다. 부족 조향 모드 판단이 이루어지면, 교차 영역에서는 전환 후 언더 스티어 상황을 대비한 내측 후륜의 압력이 단계별로 생성된다. 차량의 슬립으로 드리프트가 발생하여 운전자의 의지대로 조향이 이루어지지 않는 상황이 우려되면 응답성이 중요하게 된다. 따라서 단계별로 교차 구간에서 미리 차량의 내측 후륜의 압력을 만들어 줌으로써 이러한 지연 문제를 또한 해결할 수 있다. 한편 언더 스티어에서 오버 스티어로 변경되면, 오버 스티어 압력을 교차 구간에서 미리 준비할 수 있다. 이와 같이 어떠한 전환 형태에서도 유연하게 차량의 안정성과 조향성/조종성을 고려한 제어가 이루어질 수 있다. 이는 전환 구간 내에서 내부적으로 오버 스티어에서 언더 스티어로의 전환으로 판단되거나 그 반대의 판단이 이루어지면, 이에 근거하여 전륜과 후륜의 압력을 미리 생성할 수 있기 때문이다.
도 13을 참조하면, 전환 후의 요 상황을 고려하면 언더/오버 스티어에 대해 미리 차량 외측 전륜이나 내측 후륜을 위한 제어를 준비할 수 있기 때문에, 전환 후 상황에 보다 유연하게 대처할 수 있다. 교차 구간 내에서 내측 후륜이나 외측 전륜에 준비된 압력이 존재하였는데 그 후 상황에서 오버/언더 스티어가 발생하지 않으면 준비된 내외측 압력이 배출된다. 이는 민감 동작을 고려한 것이며 첫 번째 전환 판단에서 대부분의 민감 동작이 판단되어 처리된다. 오버 스티어, 전환, 오버 스티어 시에는 전륜 좌우 압력과 교차로 제어하고 도 13의 (b)의 예와 같이 오버 스티어, 전환, 언더 스티어 시에는 전환 전에는 전륜 압력 전환구간의 교차 제어 구간부터는 후륜 내측 압력을 제어할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 교차 제어는 다양하고 보다 유연한 오버/언더 스티어 제어 구조를 제시할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 과도/부족 조향 모드 판단에 따른 제한된 목표 요 설정 및 교차 제어의 순서도를 도시한다.
먼저, 앞에서 도 3의 순서도를 참조로 설명한 바와 같이, 과도/부족 조향 판단이 이루어지고(S31), 과도/부족 조향 모드가 유지되는 조건을 충족하는지 여부가 판단된다(S32). 과도/부족 조향 모드의 유지 조건이 충족되지 않는 경우 일반적 오버/언더 스티어 제어가 이루어진다(S33).
한편, 과도/부족 조향 모드의 유지 조건이 충족된 경우, 제한된 목표 요를 설정한다(S34). 그리고 나서, 교차 제어의 필요 여부가 판단된다(S35). 교차 제어의 필여 여부는 앞에서 설명한 바와 같이 이루어질 수 있다. 교차 제어가 필요하지 않은 것으로 판단되면, 다시 과도/부족 조향 모드의 유지 조건이 충족되는지 여부를 판단한다(S36). S36 단계에서 과도/부족 조향 모드의 유지 조건이 충족되지 않는 것으로 판단되면, 일반적인 오버/언더 스티어 제어가 이루어지고(S33), S단계에서 과도/부족 조향 모드의 유지 조건이 충족되는 것으로 판단되면, 제한된 목표 요에 따른 오버/언더 스티어 제어가 이루어진다(S37).
한편, S35 단계에서 교차 제어가 필요한 것으로 판단되면, 교차 제어 구간을 설정한다(S38). 이때, 앞에서 설명한 바와 같이, 교차 제어 구간은 두 개의 구간, 즉 제1 및 제2 구간으로 구분될 수 있고, 각 구간에서의 제어 값이 설정될 수 있다.
그리고 나서, 앞에서 설명한 바와 같이, 액추에이터, 모터 및 솔레노이드 밸브 등의 제어를 통해 제1 구간에서의 교차 제어를 수행하고(S39), 이어서 제2 구간에서의 교차 제어를 수행한다(S40). 이때, 제2 구간에서 제1 구간의 처리 결과를 참조하여 필요 시에 앞서 결정된 값을 변경할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법에 의해 급격한 전환 조향 후 요 제어의 결과를 보여주는 그래프를 도시한다. 도 15에 나타난 바와 같이 실제 차량에서 급격한 전환 조향 후 요의 안정적 제어 상황을 통해 본 발명의 제한된 목표 요와 전환 메커니즘에 의한 제어 성능의 향상을 확인할 수 있다. 도 15에 나타난 바와 같이, 급격한 전환 조향이 있을 때 상황에 맞는 노면 한계 요를 만들고 "A" 지점에서 단계적 구조를 통해 전환 후의 급격한 조향으로 인한 과도한 요가 예측되면 이를 저감시키기 위한 압력이 "A" 지점부터 앞서의 압력과 서로 교차하면서 출력된다. 이를 통해 "B" 지점에서 크게 증가했을 요가 실제로는 안정적인 수준으로 제어되며 이 후 "C" 지점에서 요가 큰 요동 없이 안정적으로 제어되고 그에 의해 직진 주행이 무리 없이 가능해짐을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 정현파 형태의 노면 한계 요와 전환 메커니즘을 통한 요 제어의 결과를 보여주는 그래프를 도시한다. 도 16은 빠른 전환으로 반대 방향으로 선회 시의 상황에서의 실제 차량 성능을 나타내는 그래프를 도시하며, 안정적인 요 제어가 이루어짐을 보여준다. 본 발명은 노면에 따른 정현파 형태의 한계 요와 더불어 급격한 전환 동작에서의 단계적인 제어 방법을 제시한다. 소위 문제가 되는 ESC의 민감 동작 등의 측면에서도 매우 유연한 구조가 제시되며, 위의 전환 메커니즘은 차량의 주행/선회 상황에 맞게 동작하여 교차가 깊게 이루어지는 전환도 가능하도 이 보다 얕은 수준의 교차도 가능하다. 또한 제어가 필요하지 않은 상황이면, 교차 압력 구조가 작동하지 않기 때문에 민감 동작 이슈 등에 보다 유연한 구조가 제시된다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정 형태를 포함한다.

Claims (6)

  1. 고마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값 및 부족 조향 기준값과 저마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값과 부족 조향 기준값을 각각 설정하는 단계,
    차량의 요와 관련된 주행 정보와 상기 과도 조향 기준값 및 상기 부족 조향 기준값을 기초로 과도 조향 또는 부족 조향 여부를 판단하는 단계, 그리고
    상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 미리 결정된 한계 요 레이트와 동일한 위상을 유지하면서 비율이 조정된 제한된 한계 요 레이트에 따라 요 레이트를 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 오버/언더 스티어 제어를 위해 각 휠의 브레이킹의 제어를 위한 복수의 제어 요소를 서로 교차하도록 제어하는 교차 제어를 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 교차 제어는 복수의 교차 구간으로 구분되어 이루어지고,
    상기 교차 구간의 안정성 제어를 위한 정보가 다음 교차 구간으로 전달되어 사용되도록 구성되는 차량의 요 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과도 조향 기준값과 상기 부족 조향 기준값은 조향각, 조향각속도, 횡가속도, 목표 요 레이트와 실제 요 레이트의 차이 및 이의 변화량 중 하나 이상의 기준값을 각각 포함하는 요 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교차 구간은 과도한 조향에 따른 전환 동작일수록 전체 크기가 커지도록 설계되는 요 제어 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 교차 구간의 안정성 제어를 위한 정보는 요 레이트 정보와 비례미분 정보를 포함하는 요 제어 방법.
  6. 고마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값 및 부족 조향 기준값과 저마찰 노면에 대한 과도 조향 기준값과 부족 조향 기준값을 각각 설정하는 단계,
    차량의 요와 관련된 주행 정보와 상기 과도 조향 기준값 및 상기 부족 조향 기준값을 기초로 과도 조향 또는 부족 조향 여부를 판단하는 단계,
    상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 미리 결정된 한계 요 레이트를 조정하여 얻어지는 제한된 한계 요 레이트에 따라 요 레이트를 제어하는 단계, 그리고
    상기 과도 조향 또는 상기 부족 조향인 것으로 판단되는 경우 오버/언더 스티어 제어를 위해 각 휠의 브레이킹의 제어를 위한 복수의 제어 요소를 서로 교차하도록 제어하는 교차 제어를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 교차 제어는 복수의 교차 구간으로 구분되어 이루어지고,
    상기 교차 구간의 안정성 제어를 위한 정보가 다음 교차 구간으로 전달되어 사용되도록 구성되는 차량의 요 제어 방법.
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