KR102634451B1 - 후륜 조향 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠속도의 오류 및 이상 여부를 진단하여 차량의 후륜 조향을 안정적으로 제어하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 휠속도를 통계적으로 분석하여 휠속도의 오류를 검출함으로써, 휠속도의 이상 여부 뿐 아니라 오류 여부까지도 판단하고, 더불어 휠속도의 오류 및 이상 발생시 오류가 발생한 휠속도를 배제하고 정상적인 휠속도를 기반으로 차속을 추정하여 후륜을 조향함으로써, 후륜 조향 제어가 안정적으로 이루어질 수 있는 후륜 조향 제어방법이 소개된다.

Description

후륜 조향 제어방법{STEERING CONTROL METHOD FOR REAR WHEEL STEERING}

본 발명은 휠속도의 오류 및 이상 여부를 진단하여 차량의 후륜 조향을 안정적으로 제어하는 후륜 조향 제어방법에 관한 것이다.

차량이 고속으로 주행하는 경우에는 조향각이 작아도 되지만, 주차시 또는 급커브를 저속으로 선회하는 경우에는 조향각이 상대적으로 커야 한다.

다만, 전륜과 함께 후륜을 조향시키는 4륜 조향(4-wheel steering : 4WS)방식의 경우, 2륜 조향(2-wheel steering : 2WS)방식에 비해 회전반경을 작게 할 수 있음은 물론, 선회 안정성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

즉, 4륜 조향 방식의 경우, 저속에서는 후륜 조향각을 전륜 조향각에 대해 반대방향인 역위상으로 제어함으로써 회전반경을 축소시키게 되고, 또한 고속에서는 후륜 조향각을 전륜 조향각과 같은 방향인 동위상으로 제어함으로써 주행 안정성을 향상시키게 된다.

예컨대, 4개 휠의 휠속도를 측정하고, 이들 휠속도의 평균값을 차속으로 간주하여 차속별로 후륜의 동역상 조향비를 연산한다.

그런데, 휠은 회전하는데 차속에 반영이 안되는 휠 슬립이 발생하거나, 반대로 휠은 회전하지 않는데 차속이 발생하는 휠 록킹 상황이 발생하는 경우, 추정된 차속과 실제 차속의 차이가 발생함으로써, 동역상 조향비 제어에 오류가 발생하는 문제가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2008-0019786 A

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 휠속도의 오류 및 이상 여부를 진단하여 차량의 후륜 조향을 안정적으로 제어하는 후륜 조향 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 컨트롤러에 각 휠의 휠속도가 입력되는 휠속도입력단계; 컨트롤러가 미리 확보된 차속별 휠속도에 대한 와이불 분포(weibull distribution)함수를 구하고, 이를 기반으로 각 휠속도의 통계적 신뢰구간을 설정하는 신뢰구간설정단계; 및 컨트롤러가 현재 휠속도가 상기 신뢰구간을 이탈하는 것으로 판단시, 신뢰구간을 이탈한 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여, 추정된 차속을 기반으로 후륜의 조향 작동을 제어하는 제1페일세이프단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 신뢰구간설정단계는, 일정시간 동안 차속별 휠속도 분포데이터를 확보하는 단계; 상기 휠속도 분포데이터를 따르는 임의의 와이불 분포함수를 설정하는 단계; 상기 임의로 설정된 와이불 분포함수의 계수값들을 순차적으로 변경하면서 와이불 분포함수를 보정하되, 보정된 와이불 분포함수의 값과 실제 휠속도 간 에러의 제곱값의 평균이 최소가 되는 계수들을 구하여 최종 와이불 분포함수를 설정하는 단계; 상기 최종 와이불 분포함수에서 소정의 신뢰수준에 대한 상한 및 하한값을 설정하여 정상 휠속도가 존재할 것으로 추정되는 신뢰구간을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 신뢰구간설정단계 이 후에, 각각의 휠속도 모두가 신뢰구간을 이탈하는지 판단하는 휠속도판단단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 휠속도판단단계의 판단 결과, 각각의 휠속도 모두가 신뢰구간을 이탈하는 경우, 전체 휠속도평균값과 소정값 이상 차이가 발생하는 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여 후륜의 조향 작동을 제어하는 제2페일세이프단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 제2페일세이프단계는, 차량의 종가속도를 판단하고; 상기 종가속도가 0 이상인 경우, 전체 휠속도평균값보다 큰 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하며; 상기 종가속도가 0 미만인 경우, 전체 휠속도평균값보다 작은 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정할 수 있다.

상기 휠속도가 신뢰구간을 이탈한 경우, 휠속도가 이탈 직전 휠속도 대비하여 기준율 이상이고, 일정시간 이상 지속시, 후륜을 중립으로 이동하여 후륜 조향을 실시하지 않도록 제어하는 제3페일세이프단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 휠속도가 상기 신뢰구간을 이탈한 후에, 각각의 휠속도 중 최고 휠속도와 최저 휠속도 차이가 설정속도 이하인 경우, 전체 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여 후륜의 조향 작동을 제어하는 정상제어단계;를 더 포함할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 휠속도를 통계적으로 분석하여 휠속도의 오류를 검출함으로써, 휠속도의 이상 여부 뿐 아니라 오류 여부까지도 판단할 수 있는 효과가 있고, 더불어 휠속도의 오류 및 이상 발생시 오류가 발생한 휠속도를 배제하고 정상적인 휠속도를 기반으로 차속을 추정하여 후륜을 조향함으로써, 후륜 조향 제어가 안정적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 차량과 컨트롤러의 구성을 개략적으로 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 휠속도 오류 검출에 따른 조향 제어과정을 순차적으로 도시한 흐름도.
도 3은 휠속도 오류 발생시의 휠속도 거동을 예시하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 최적 와이불 분포함수를 구하기 위해 휠속도 분포데이터와, 이를 표현하는 임의의 추세선을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 최적 와이불 분포함수와 실제 휠속도들과의 최단거리 제곱값의 평균이 제일 작아지는 계수를 구하는 최소자승법의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따라 최소 J값을 확보하기 위한 경사하강법의 원리를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 차량의 4개 휠속도에 대한 오류 및 이상 여부를 휠속도데이터의 통계적 신뢰수준을 이용하여 검출하고, 검출된 결과를 바탕으로 후륜 조향 제어를 안전하게 실시하도록 제어하는 로직에 관한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 상기한 후륜 조향 제어를 위한 본 발명의 제어구성에 대해 설명하면, 먼저 휠속도입력단계에서는 차량에 장착된 4개 휠의 휠속도가 휠속도센서(S1,S2,S3,S4)를 통해 각각 측정되고, 측정된 각각의 휠속도가 컨트롤러에 입력된다.

신뢰구간설정단계에서는, 컨트롤러가 미리 확보된 차속별 휠속도에 대한 와이불 분포(weibull distribution)함수를 구하고, 이를 기반으로 각 휠속도의 통계적 신뢰구간을 설정하게 된다.

예컨대, 상기 신뢰구간설정단계는, 일정시간 동안 차속별 휠속도 분포데이터를 확보하는 단계와, 상기 휠속도 분포데이터를 따르는 임의의 와이불 분포함수를 설정하는 단계와, 상기 임의로 설정된 와이불 분포함수의 계수값들을 순차적으로 변경하면서 와이불 분포함수를 보정하되, 보정된 와이불 분포함수의 값과 실제 휠속도 간 에러의 제곱값의 평균이 최소가 되는 계수들을 구하여 최종 와이불 분포함수를 설정하는 단계 및, 상기 최종 와이불 분포함수에서 소정의 신뢰수준에 대한 상한 및 하한값을 설정하여 정상 휠속도가 존재할 것으로 추정되는 신뢰구간을 결정하는 단계를 포함하여 구성이 된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 일정시간 동안 차속별 휠속도 분포데이터를 확보하면, 도 4와 같이 그려질 수 있다.

이어서, 도 4에서 그려진 휠속도 분포데이터를 적절하게 표현하는 추세선을 그리고, 이 추세선을 표현할 수 있는 임의의 와이불 분포함수를 설정하게 되는데, 이는 아래의 수식(1)과 같다.

.....(1)

f(x)의 x는 휠속도임.

이어서, 상기 와이불 분포함수에 포함된 계수들(β, η, γ)의 값을 구해서 최종 와이불 분포함수를 구해야 한다.

이를 위해, 상기 β, η, γ 계수 각각 미리 정해진 최소값과 최대값 범위 내에서 이들의 값을 각각 순차적으로 바꿔가면서 와이불 분포함수를 그리게 되는데, 도 5와 아래의 수식(2)와 같이 상기 와이불 분포함수와 실제 휠속도들과의 최단거리 제곱값의 평균이 제일 작아지는 계수를 구하게 된다(최소자승법). 이때에, 각 계수들의 최소값과 최대값은 실험을 통해 허용범위를 결정할 수 있게 된다.

......(2)

이는 결국 J를 가장 작게 만드는 β, η, γ 계수들의 조합을 찾아내기 위함인 것으로, 이때에 계산량을 줄이기 위해 경사하강법을 사용할 수 있다.

여기서, 경사라 함은 J함수의 각 값에서의 미분값, 즉 기울기를 말하고, 이 기울기가 0에 근접(즉, 기울기가 도 6과 같이 평평해지는 부위)한 부위가 J의 최소값이 된다.

이를 위해 J값이 최소가 될때까지 β, η, γ 계수를 변경하면 되는데, 바람직하게는 J의 기울기에 비례하는 (α)값을 연속적으로 빼주면 된다. 이에, J값이 줄어들면서 미분값(기울기)이 줄어드는 것을 확인하여 J값이 최소에 이르는 β, η, γ 계수들을 찾을 수 있다.

이에 따라, 모든 β, η, γ 계수들의 최소값과 최대값 사이의 모든 값들을 계산에 적용하지 않고도 J값이 최소가 되는 계수값들을 찾아낼 수 있게 된다.

이처럼, 최종 와이불 분포함수를 그린 후, 임의적으로 설정한 신뢰수준을 기반으로 신뢰구간을 설정하게 된다.

예를 들어, 신뢰수준이 99%라면 와이불 분포함수의 넓이가 전체 넓이의 각각 0.5% 범위를 각각 상한값 및 하한값으로 설정하여, 이들 상한값 및 하한값 사이를 신뢰구간으로 설정할 수 있다.

계속해서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1페일세이프단계에서는, 컨트롤러가 현재 휠속도가 상기 신뢰구간을 이탈하는 것으로 판단시, 신뢰구간을 이탈한 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여, 추정된 차속을 기반으로 후륜의 조향 작동을 제어할 수 있다.

예컨대, 4개의 휠속도 중 전륜 좌측휠의 휠속도가 신뢰구간을 벗어나는 경우, 전륜 좌측휠의 휠속도를 제외한 나머지 3개의 휠속도를 다시 평균하여 차속을 구하고, 새롭게 연산된 차속을 기준으로 후륜의 동역상 조향비를 연산하여 후륜을 조향하게 된다.

이 같은 구성에 따라, 본 발명은 휠속도 간을 비교하는 방식으로 휠속도의 오류를 검출하는 방식이 아닌, 휠속도를 통계적으로 분석하여 휠속도의 오류를 검출함으로써, 휠속도의 이상 여부 뿐 아니라 오류 여부까지도 판단이 가능하고, 휠속도의 오류 및 이상 발생시 오류가 발생한 휠속도를 배제하고 정상적인 휠속도를 기반으로 차속을 추정하여 후륜을 조향함으로써, 후륜 조향 제어가 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에서는 상기 신뢰구간설정단계 이 후에, 전체의 휠속도 모두가 신뢰구간을 이탈하는지 판단하는 휠속도판단단계를 더 포함할 수 있다.

즉, 상기 휠속도판단단계의 판단 결과, 4개의 휠속도 중 일부의 휠속도가 신뢰구간을 이탈한 경우, 신뢰구간을 이탈한 휠속도를 제외한 나머지 휠속도만으로 차속을 추정하여 후륜을 조향 제어할 수 있다.

다만, 상기 휠속도판단단계의 판단 결과, 전체의 휠속도 모두가 신뢰구간을 이탈하는 경우, 전체 휠속도평균값과 소정값 이상 차이가 발생하는 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여 후륜의 조향 작동을 제어하는 제2페일세이프단계에 진입하도록 제어할 수 있다.

즉, 상기 휠속도판단단계의 판단 결과, 4개의 휠속도 모두가 신뢰구간을 이탈한 경우, 4개의 휠속도평균값을 산출한 후, 산출된 4개의 휠속도평균값과 소정값 이상 차이가 발생하는 휠속도를 배제하고, 나머지 휠속도만으로 차속을 추정하게 되는 것이다.

이 같은 상기 제2페일세이프단계는 휠속도의 일시적인 오류가 발생하는 경우의 대처방안으로, 차량의 가속시와 감속시의 상황을 구분하여 제어가 이루어질 수 있다.

예컨대, 차량의 종가속도를 판단하고, 상기 종가속도가 0 이상인 경우, 차량의 가속상황으로 생각할 수 있는바, 이때에는 전체 4개의 휠속도평균값보다 큰 휠속도를 제외하고, 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정할 수 있다.

반면, 상기 종가속도가 0 미만인 경우에는, 감속상황으로 생각할 수 있는바, 이때에는 전체 4개의 휠속도평균값보다 작은 휠속도를 제외하고, 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정할 수 있다.

즉, 차량의 급가속, 급감속, 빙판길 등의 경우, 일시적으로 휠스핀 휠락 상황이 발생할 수 있으므로, 일시적으로 오류가 발생한 휠속도를 배제하고 나머지 휠속도를 이용하여 차속을 추정함으로써, 후륜의 조향이 보다 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 상기 휠속도가 신뢰구간을 이탈한 경우, 이탈 직전 휠속도 대비하여 기준율 이상이고, 일정시간 이상 지속시, 후륜을 중립으로 이동하여 후륜 조향을 실시하지 않도록 제어하는 제3페일세이프단계를 더 포함할 수 있다.

즉, 휠속도가 신뢰구간을 벗어난 시간이 일정 시간 이상 지속되는 경우, 이는 일시적인 오류가 아닌 휠속도센서의 고장 상황 등으로 생각해볼 수 있는바, 이 경우 후륜을 온센터인 중립위치로 이동시킨 후, 후륜 조향을 실시하지 않도록 제어하게 되는 것이다.

한편, 상기 휠속도가 상기 신뢰구간을 이탈한 후에, 각각의 휠속도 중 최고 휠속도와 최저 휠속도 차이가 설정속도 이하인 경우, 전체 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여 후륜의 조향 작동을 제어하는 정상제어단계를 더 포함할 수 있다.

예컨대, 제1페일세이프단계를 통해 오류가 발생한 휠속도를 배제하여 차속을 추정한 후에, 4개의 휠속도를 측정하여, 이들 중에서 가장 큰 휠속도와 가장 작은 휠속도의 차이가 설정된 속도 이하이면, 휠속도 모두를 정상으로 인지하여 4개의 휠속도를 이용하여 차속을 연산하고, 연산된 차속을 기반으로 후륜을 조향 제어할 수 있다.

도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 후륜 조향 제어과정을 순차적으로 설명하면, 4개 휠의 휠속도를 각각 측정하는 한편(S10), 미리 확보된 차속별 휠속도에 대한 와이불 분포(weibull distribution)함수를 구한 후, 이를 기반으로 각 휠속도의 통계적 신뢰구간을 설정한다(S20).

그리고, 각각의 휠속도가 상기 신뢰구간을 이탈하는지 판단하고(S30), 판단 결과 신뢰구간을 이탈한 휠속도가 있는 경우, 신뢰구간을 이탈한 휠속도가 이탈 직전 휠속도 대비하여 A % 이상 변동되고, 그 상승된 상태가 B sec 이상 지속되는지 판단한다(S40).

S40단계의 판단 결과, 휠속도의 변동이 A % 이상이고, B sec 이상 지속되는 경우, 후륜을 중립으로 이동하여 후륜 조향을 실시하지 않도록 제어하게 된다(S50).

다만, S40단계의 판단 결과, 휠속도의 변동이 크지 않거나 변동시간이 일정시간 이상 지속되지 않는 경우, 4개의 휠속도 모두가 신뢰구간을 벗어났는지 판단한다(S60).

S60단계의 판단 결과, 4개의 휠속도 중 일부의 휠속도가 신뢰구간을 벗어난 경우, 신뢰구간을 이탈한 휠속도를 제외하고, 나머지 휠속도를 재평균하여 차속을 구한후, 연산된 차속을 기준으로 후륜을 조향 제어하게 된다(S70).

반면, S60단계의 판단 결과, 4개의 휠속도 모두가 신뢰구간을 벗어난 경우, 차량의 종가속도를 판단한다(S80).

판단 결과, 종가속도가 0 이상인 경우, 전체 휠속도평균값보다 큰 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 구하여 연산된 차속을 기준으로 후륜을 조향 제어하고(S90), 종가속도가 0 미만인 경우, 전체 휠속도평균값보다 작은 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 구하여 연산된 차속을 기준으로 후륜을 조향 제어한다(S100).

상술한 바와 같이, 본 발명은 휠속도 간을 비교하는 방식으로 휠속도의 오류를 검출하는 방식이 아닌, 휠속도를 통계적으로 분석하여 휠속도의 오류를 검출함으로써, 휠속도의 이상 여부 뿐 아니라 오류 여부까지도 판단이 가능하고, 또한 휠속도의 오류 및 이상 발생시 오류가 발생한 휠속도를 배제하고 정상적인 휠속도를 기반으로 차속을 추정하여 후륜을 조향함으로써, 후륜 조향 제어가 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

1. 컨트롤러에 각 휠의 휠속도가 입력되는 휠속도입력단계;
   컨트롤러가 미리 확보된 차속별 휠속도에 대한 와이불 분포(weibull distribution)함수를 구하고, 이를 기반으로 각 휠속도의 통계적 신뢰구간을 설정하는 신뢰구간설정단계; 및
   컨트롤러가 현재 휠속도가 상기 신뢰구간을 이탈하는 것으로 판단시, 신뢰구간을 이탈한 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여, 추정된 차속을 기반으로 후륜의 조향 작동을 제어하는 제1페일세이프단계;를 포함하는 후륜 조향 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 신뢰구간설정단계는,
   일정시간 동안 차속별 휠속도 분포데이터를 확보하는 단계;
   상기 휠속도 분포데이터를 따르는 임의의 와이불 분포함수를 설정하는 단계;
   상기 임의로 설정된 와이불 분포함수의 계수값들을 순차적으로 변경하면서 와이불 분포함수를 보정하되, 보정된 와이불 분포함수의 값과 실제 휠속도 간 에러의 제곱값의 평균이 최소가 되는 계수들을 구하여 최종 와이불 분포함수를 설정하는 단계;
   상기 최종 와이불 분포함수에서 소정의 신뢰수준에 대한 상한 및 하한값을 설정하여 정상 휠속도가 존재할 것으로 추정되는 신뢰구간을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 신뢰구간설정단계 이 후에,
   각각의 휠속도 모두가 신뢰구간을 이탈하는지 판단하는 휠속도판단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 휠속도판단단계의 판단 결과,
   각각의 휠속도 모두가 신뢰구간을 이탈하는 경우, 전체 휠속도평균값과 소정값 이상 차이가 발생하는 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여 후륜의 조향 작동을 제어하는 제2페일세이프단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제2페일세이프단계는,
   차량의 종가속도를 판단하고;
   상기 종가속도가 0 이상인 경우, 전체 휠속도평균값보다 큰 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하며;
   상기 종가속도가 0 미만인 경우, 전체 휠속도평균값보다 작은 휠속도를 제외한 나머지 휠속도를 기준으로 차속을 추정하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 휠속도가 신뢰구간을 이탈한 경우, 휠속도가 이탈 직전 휠속도 대비하여 기준율 이상이고, 일정시간 이상 지속시, 후륜을 중립으로 이동하여 후륜 조향을 실시하지 않도록 제어하는 제3페일세이프단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 휠속도가 상기 신뢰구간을 이탈한 후에, 각각의 휠속도 중 최고 휠속도와 최저 휠속도 차이가 설정속도 이하인 경우, 전체 휠속도를 기준으로 차속을 추정하여 후륜의 조향 작동을 제어하는 정상제어단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어방법.

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