KR102644549B1

KR102644549B1 - 차량의 통합 제어 장치

Info

Publication number: KR102644549B1
Application number: KR1020180129497A
Authority: KR
Inventors: 조완기
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2024-03-07
Also published as: KR20200047961A; CN111098837A; US11260840B2; DE102019200694A1; CN111098837B; US20200130660A1

Abstract

본 발명은 차량의 통합 제어 장치에 관한 것으로서, 좌, 우측 노면의 마찰계수(μ)가 상이한 제동 상황에서도 차량의 안정적인 ABS 작동 및 제동력 생성이 가능하고, 그에 따른 차량의 안정적인 제동 성능 확보와 차량 거동 제어가 가능해지는 차량의 통합 제어 장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 주행 중 ABS(Anti-Lock Brake System) 작동 시 차량에서 수집되는 차량 휠 상태 정보와 기 저장된 설정 정보에 기초하여 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수를 각각 산출하는 마찰계수 산출부; 마찰계수 산출부에서 산출된 좌측 노면 및 우측 노면의 마찰계수를 이용하여 각 차량 휠의 피드포워드 제동압을 산출하는 피드포워드 제동압 산출부; 피드포워드 제동압 산출부에서 산출된 피드포워드 제동압과 차량 휠의 슬립율 정보에 기초하여 각 차량 휠의 ABS 제동압을 산출하는 ABS 제동압 산출부; ABS 제동압 산출부에서 산출된 각 차량 휠의 ABS 제동압을 이용하여 요 보상을 위한 후륜 조향 제어량을 산출하는 후륜 조향 제어량 산출부; 및 후륜 조향 제어량 산출부에서 산출된 후륜 조향 제어량에 따라 차량의 후륜 조향 제어를 수행하는 후륜 조향 제어부를 포함하는 차량의 통합 제어 장치가 개시된다.

Description

차량의 통합 제어 장치{Integrated control system for vehicle}

본 발명은 차량의 통합 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좌, 우측 노면의 마찰계수(μ)가 상이한 제동 상황에서도 차량의 안정적인 ABS 작동 및 제동력 생성이 가능하고, 그에 따른 차량의 안정적인 제동 성능 확보와 차량 거동 제어가 가능해지는 차량의 통합 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 AFS(Active Front Steering) 시스템, RWS(Rear Wheel Steering) 시스템, ESC(Electronic Stability Control) 시스템과 같은 샤시 제어 시스템들이 장착되어 차량의 거동을 제어하고 있다.

이 중에서 AFS 시스템은 고속 및 저속 등 차속별로 조향 기어비를 가변시켜 차량의 거동을 안정화시킬 수 있도록 한 전륜 조향 시스템으로서, 차량의 전륜에 대한 횡력을 발생시킨다.

또한, RWS 시스템은 차량의 후륜에 대한 횡력을 발생시키고 후륜의 진행방향을 결정하는 후륜 조향 시스템으로서, 대형 차량에서 후륜 조향 방향의 역상 제어(전륜 조향 방향 대비)를 통해 저속 선회시의 차량 회전반경을 축소시킴으로써 차량의 기동성을 향상시킨다.

또한, RWS 시스템은 후륜 조향 방향의 동상 제어(전륜 조향 방향 대비)를 통해 고속 선회시의 요레이트(yaw-rate) 및 횡슬립(side-slip) 등을 감소시킴으로써 차량의 주행 안정성을 향상시킨다.

또한, ESC 시스템은 타이어에 대한 종력을 발생시키고 주행 중 차량의 자세를 실시간으로 감시하여 위험한 상황이 발생한 경우 구동력 또는 제동력(제동압) 등을 제어함으로써 차량의 자세를 안정적으로 유지시킨다.

최근에는 차량의 주행 성능을 극대화하기 위해 샤시 제어 시스템들을 통합 제어하는 통합 제어 장치에 대한 개발이 진행되고 있다.

또한, 차량의 주행 중 안정성을 향상시키기 위한 전자 제어 장치로, 차량 제동시 휠 슬립(slip)을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(Anti-Lock Brake System, 이하 'ABS'라 칭함)과, 차량 급발진이나 급가속시 엔진 및 브레이크를 제어하여 휠 슬립을 방지하는 트랙션 제어 시스템(Traction Control System, 이하 'TCS'라 칭함) 등이 있다.

최근의 ESC 시스템은 ABS와 TCS 계통을 통합 제어하여 위급한 상황에서 차량의 자세를 안정적으로 유지시키고 있다.

한편, 차량에서 센서 등을 통해 수집되는 정보들로부터 노면에 대한 좌, 우 차륜의 슬립률, 즉 차량의 좌, 우 휠 슬립률을 결정한 뒤, 상기 결정된 좌, 우 휠 슬립률을 기반으로 하여 ABS 제어 등을 수행한다.

그러나, 종래의 ABS 제어에서는 불충분한 정보를 기반으로 하여 제어가 수행되기 때문에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제동력에 있어서의 과도한 채터링(chattering) 현상이 발생하고, 그로 인해 제동 성능은 제한적이게 된다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 좌, 우측 노면의 마찰계수(μ)가 상이한 스플릿(split) 제동 상황에서는 저마찰 노면의 휠에서 ABS가 작동하는데, 이때 좌, 우 제동력의 차이로 인해 불필요한 요(yaw) 거동이 차량에서 발생한다.

따라서, 이를 방지하기 위해 고마찰 노면에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 요 안정화를 위해 휠 제동량(제동력 및 제동압)을 저감하는 제어를 수행하지만, 이는 제동 성능을 악화시키는 요인이 되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 좌, 우측 노면의 마찰계수(μ)가 상이한 제동 상황에서도 차량의 안정적인 ABS 작동 및 제동력 생성이 가능하고, 그에 따른 차량의 안정적인 제동 성능 확보와 차량 거동 제어가 가능해지는 차량의 통합 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 주행 중 ABS(Anti-Lock Brake System) 작동 시 차량에서 수집되는 차량 휠 상태 정보와 기 저장된 설정 정보에 기초하여 주행 도로의 노면 중 좌측 휠과 우측 휠이 접지하고 있는 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수를 각각 산출하는 마찰계수 산출부; 마찰계수 산출부에서 산출된 좌측 노면 및 우측 노면의 마찰계수를 이용하여 각 차량 휠의 피드포워드 제동압을 산출하는 피드포워드 제동압 산출부; 피드포워드 제동압 산출부에서 산출된 피드포워드 제동압과 차량 휠의 정보에 기초하여 각 차량 휠의 ABS 제동압을 산출하는 ABS 제동압 산출부; ABS 제동압 산출부에서 산출된 각 차량 휠의 ABS 제동압을 이용하여 요 보상을 위한 후륜 조향 제어량을 산출하는 후륜 조향 제어량 산출부; 및 후륜 조향 제어량 산출부에서 산출된 후륜 조향 제어량에 따라 차량의 후륜 조향 제어를 수행하는 후륜 조향 제어부를 포함하는 차량의 통합 제어 장치를 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량의 통합 제어 장치에 의하면, 좌, 우측 노면의 마찰계수(μ)가 상이한 제동 상황에서도 차량의 안정적인 ABS 작동 및 제동력 생성이 가능하고, 그에 따른 차량의 안정적인 제동 성능 확보와 차량 거동 제어가 가능해지게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 ABS 작동의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도로의 노면 상태를 예시한 도면이다.
도 3은 종래기술에 따른 요 안정화 제어의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 통합 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 통합 제어 장치에서 마찰계수 산출부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명에서 가중치에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통합 제어 장치에서 마찰계수 산출부의 가중치 연산부와 마찰계수 융합부를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 통합 제어 장치의 마찰계수 융합부에서 가중치를 이용하여 마찰계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 통합 제어 장치에서 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부를 도시한 블록도이다.
도 10은 ABS 작동시 종래의 채터링 현상을 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따라 채터링 현상이 개선됨을 나타내는 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 주행하고 있는 도로에서 차량의 좌측 휠과 우측 휠이 접지하고 있는 좌측 노면과 우측 노면의 마찰계수(μ)가 서로 상이한 스플릿(split) 제동 상황에서도 차량의 안정적인 ABS 작동 및 제동력 생성이 가능하고, 그에 따른 차량의 안정적인 제동 성능 확보와 차량 거동 제어가 가능해지는 통합 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이를 위해, 본 발명에서는 차량의 좌측 휠과 우측 휠이 접지하고 있는 좌측 노면과 우측 노면의 마찰계수를 독립적으로 추정하고, 상기 추정된 값을 기반으로 하여 ABS(Anti-Lock Brake System)와 RWS(Rear Wheel Steering) 시스템의 협조 제어를 수행함으로써, 좌, 우 제동력의 차이로 인한 차량의 요 거동 발생을 방지하고, 차량의 우수한 제동 성능과 거동 안정성을 확보할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 통합 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 도시된 바와 같이, 마찰계수 산출부(10), 피드포워드(feedforward, FF) 제동압 산출부(21,22), ABS 제동압 산출부(31,32), 및 후륜 조향 제어량 산출부(40), 후륜 조향 제어부(50)를 포함하여 구성된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 차량의 충분한 제동 성능 및 제동 거리 확보, 안정적인 차량 거동 확보를 위해 ABS과 RWS 시스템을 협조 제어하는 것으로, 차량 주행 중 운전자가 브레이크 페달을 밟아 ABS가 작동할 때, 마찰계수 산출부(10)는 차량에서 수집되는 정보에 기초하여 차량이 주행하고 있는 도로의 노면 중 좌측 휠과 우측 휠이 접지하고 있는 좌측 노면과 우측 노면의 마찰계수(μ_Left,μ_Right)를 각각 독립적으로 추정한다.

본 발명에서는 차량의 휠(즉 좌륜)을 좌측 휠(즉 좌륜)(FL,RL)과 우측 휠(즉 우륜)(FR,RR)을 구분하고, 차량이 주행하고 있는 도로의 노면 중 차량의 좌측 휠과 우측 휠이 각각 접지하고 있는 노면을 좌측 노면과 우측 노면으로 구분한다.

또한, 본 발명에서 차량이 주행하고 있는 도로의 노면 마찰계수에 있어서는, 차량의 좌측 휠이 접지하고 있는 좌측 노면의 마찰계수(μ_Left)와, 차량의 우측 휠이 접지하고 있는 우측 노면의 마찰계수(μ_Right)로 구분한다.

그리고, 피드포워드 제동압 산출부(21,22)는 마찰계수 산출부(10)에서 산출 및 추정되어 입력되는 좌측 및 우측 노면의 각 마찰계수(μ_Left,μ_Right) 값을 이용하여 좌측 휠(FL,RL)과 우측 휠(FR,RR)의 피드포워드 제동압(P_bFL _{_FF}, P_bFR _{_FF}, P_bRL _{_FF}, P_bRR _{_FF})을 산출한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 피드포워드 제동압 산출부(21,22)는, 도 4에 예시된 바와 같이, 좌측 휠(FL,RL)에 대한 피드포워드 제동압(P_{bFL_FF}, P_{bRL_FF})을 산출하는 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)와, 우측 휠(FR,RR)에 대한 피드포워드 제동압(P_{bFR_FF}, P_{bRR_FF})을 산출하는 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부(22)를 포함할 수 있다.

이어 ABS 제동압 산출부(31,32)는 각 휠에 대해 산출된 휠 슬립률을 기초로 하여 상기 피드포워드 제동압 산출부(21)에서 산출 및 추정되어 입력되는 피드포워드 제동압(P_{bFL_FF,}P_{bFR_FF,}P_{bRL_FF,}P_{bRR_FF})으로부터 좌측 휠(FL,RL)과 우측 휠(FR,RR)의 최종 ABS 제동압(P_{bFL_ABS,}P_{bFR_ABS,}P_{bRL_ABS,}P_{bRR_ABS})을 산출한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 ABS 제동압 산출부(31,32) 또한, 도 4에 예시된 바와 같이, 좌측 휠(FL,RL)에 대한 ABS 제동압(P_{bFL_ABS,}P_{bRL_ABS})을 산출하는 좌측 휠 ABS 제동압 산출부(31)와, 우측 휠(FR,RR)에 대한 ABS 제동압(P_{bFR_ABS,}P_{bRR_ABS})을 산출하는 우측 휠 ABS 제동압 산출부(32)를 포함할 수 있다.

본 발명에서 피드포워드 제동압과 ABS 제동압 등에 있어서는 차량의 좌측 휠(FL,RL)과 우측 휠(FR,RR)을 각각 더 세부적으로 구분하는데, 좌측 휠(FL,RL)과 우측 휠(FR,RR)을 각각 전측 휠(즉 전륜)(FR,FL)과 후측 휠(즉 후륜)(RR,RL)로 추가로 구분한다.

즉, 좌측 휠(FL,RL)에 대한 피드포워드 제동압과 ABS 제동압으로서, 전측 휠(FL)에 대한 피드포워드 제동압(P_{bFL_FF})과 ABS 제동압(P_bFL _{_ABS}), 그리고 후측 휠(RL)에 대한 피드포워드 제동압(P_{bRL_FF})과 ABS 제동압(P_{bRL_ABS})이 구해지는 것이다.

또한, 우측 휠(FR,RR)에 대한 피드포워드 제동압과 ABS 제동압으로서, 전측 휠(FR)에 대한 피드포워드 제동압(P_{bFR_FF})과 ABS 제동압(P_bFR _{_ABS}), 그리고 후측 휠(RR)에 대한 피드포워드 제동압(P_{bRR_FF})과 ABS 제동압(P_{bRR_ABS})이 구해지는 것이다.

그리고, 후륜 조향 제어량 산출부(40)는 좌측 노면의 마찰계수(μ_Left)와 우측 노면의 마찰계수(μ_Right)가 서로 다른 스플릿 제동 상황(μ_Left≠μ_Right)에서 차량의 요 거동 보상을 위해 상기 ABS 제동압 산출부(31,32)에서 산출 및 추정되어 입력되는 ABS 제동압(P_bFL _{_ABS,}P_bFR _{_ABS,}P_bRL _{_ABS,}P_bRR _{_ABS})을 기초로 하여 후륜 조향 제어량(즉 RWS 제어량, Δδ_r = Δδ_RWS))을 산출한다.

종래의 ABS 제어 로직에서는 휠 슬립률만을 기초로 제어를 실시하므로 제동력의 과도한 채터링 현상이 발생하여 제동 성능 저하의 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 피드포워드 제동압 산출부(21,22)가 각 휠의 한계 제동압인 피드포워드 제동압(P_{bFL_FF}, P_{bFR_FF}, P_{bRL_FF}, P_{bRR_FF})을 결정하고, 이 각 휠의 피드포워드 제동압을 기준으로 하여 해당 휠의 슬립률에 따른 제동압을 가감함으로써, 종래의 문제점인 제동력 채터링 현상을 개선할 수 있게 된다.

또한, 좌측 휠과 우측 휠이 접지하고 있는 좌, 우측 노면의 마찰계수가 상이한 스플릿 제동(split-μ braking) 제동시에, 종래에는 좌, 우측 휠의 제동압 차이로 인한 차량 요 거동의 변화를 방지하기 위하여 고마찰면의 제동압을 감소시키는 제어가 실시되었으나, 본 발명에서는 고마찰면의 제동압을 감소시키지 않고 그 대신 RWS 시스템을 추가로 이용하여 차량의 요 보상을 실시하므로, 종래의 제동압 감소 제어로 인한 제동 성능 저하의 문제가 해소될 수 있고, 차량의 우수한 제동 성능 확보 및 안정적인 차량 거동 확보가 가능해진다.

한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 통합 제어 장치에서 마찰계수 산출부(10)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도시된 바와 같이, 마찰계수 산출부(10)는 타이어 힘 연산부(11,12)와 마찰계수 추정부(13), 마찰계수 융합부(16)를 포함한다.

마찰계수 산출부(10)는 전측 휠(FL,FR)과 후측 휠(RL,RR) 중 정해진 한쪽의 휠을 기준으로 센서 등을 통해 취득 및 수집되는 실시간 정보에 기초하여 좌측 노면의 마찰계수(μ_Left)와 우측 노면의 마찰계수(μ_Right)를 최종 산출하는데, 도 5는 전측 휠(FL,FR)을 기준으로 하여 좌측 노면과 우측 노면의 마찰계수(μ_Left,μ_Right)가 구해지는 실시예의 구성을 있다.

즉, 센서 등을 통해 취득 및 수집되는 전측 휠의 좌측 휠(FL) 및 우측 휠(FR)의 상태 정보와 기 저장된 설정 정보를 이용하여 좌측 노면의 마찰계수(μ_Left)와 우측 노면의 마찰계수(μ_Right)를 각각 독립적으로 산출 및 추정하는 것이다.

도 5에서는 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수를 μ_Left와 μ_Right로 표기하는 대신, μ_FL와 μ_FR로 표기하였다.

먼저, 마찰계수 산출부(10)의 타이어 힘 연산부(11,12)는 전측 휠(FL,FR)을 기준으로 한 좌측 노면의 마찰계수(μ_FL)와 우측 노면의 마찰계수(μ_FR)가 각각 별도로 산출될 수 있도록 기 설정 정보인 노면 마찰계수별 타이어 모델을 이용하여 노면 마찰계수별 좌측 휠(FL)의 타이어 힘을 산출하는 좌측 타이어 힘 연산부(11)와, 노면 마찰계수별 우측 휠(FR)의 타이어 힘을 산출하는 우측 타이어 힘 연산부(12)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 각 노면 마찰계수별 좌측 휠(FL)의 타이어 힘 및 우측 휠(FR)의 타이어 힘은 각각 해당 휠의 종방향 타이어 힘과 및 횡방향 타이어 힘을 포함하며, 후술하는 바와 같이 각 노면 마찰계수별 모델을 이용하므로, 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘 또한 각 노면 마찰계수별로 구해진다.

또한, 마찰계수 산출부(10)의 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)는, 각각 해당 타이어, 즉 좌측 휠(FL)의 타이어(좌측 타이어)와 우측 휠(FR)의 타이어(우측 타이어)의 현재 슬립각(α_FL,Est,α_FR,Est)과 슬립률(λ_FL, _Est,λ_FR _, _Est), 수직항력(F_z _,FL, _Est,F_z _, _FR _, _Est)을 입력으로 한다.

보다 상세히는, 좌측 타이어 힘 연산부(11)는 좌측 휠(타이어)(FL)의 슬립각(α_FL,Est)과 슬립률(λ_FL, _Est), 수직항력(F_z _,FL, _Est)을 입력으로 하고, 우측 타이어 힘 연산부(12)는 우측 휠(FR)의 슬립각(α_FR,Est)과 슬립률(λ_FR _, _Est), 수직항력(F_z _, _FR _, _Est)을 입력으로 한다.

그리고, 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)에는 전술한 바와 같이 정해진 노면 마찰계수별 타이어 모델이 설정되어 구비된다.

도 5는 노면 마찰계수로 μ=0.3, μ=0.5, μ=0.85가 미리 설정된 예를 , 따라서 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)는, 상기 노면 마찰계수별 타이어 모델로서, 각각 μ=0.3 타이어 모델, μ=0.5 타이어 모델, μ=0.85 타이어 모델을 포함할 수 있다.

상기 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)는 각각의 입력 값인 해당 타이어의 슬립각(α_FL,Est,α_FR,Est)과 슬립률(λ_FL,Est,λ_FR,Est), 수직항력(F_z,FL,Est,F_z,FR,Est)으로부터 상기 구비된 각 노면 마찰계수별 타이어 모델을 이용하여 마찰계수별 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘을 산출한다.

상기 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)의 입력으로 사용되는 슬립각(α_FL,Est,α_FR,Est)과 슬립률(λ_FL,Est,λ_FR,Est), 수직항력(F_z,FL,Est,F_z,FR,Est)은, 각각 좌측 휠(좌측 타이어)(FL)과 우측 휠(우측 타이어)(FR) 중 해당 휠에 대하여 센서 등을 통해 차량에서 수집되는 실시간 정보와 설정 정보로부터 구해질 수 있다.

여기서, 상기 슬립각(α_FL,Est,α_FR,Est)은 휠(타이어)의 횡슬립각이 될 수 있고, 차량에서 휠(타이어)에 대한 슬립각과 슬립률, 수직항력을 실시간으로 추정하는 방법 및 과정에 대해서는 공지의 기술이므로 본 명세서에서 상세한 설명을 생략하기로 한다.

예로서, 슬립률(휠슬립률)(λ_FL,Est,λ_FR,Est)의 경우 해당 휠에 장착된 휠 속도 센서의 신호로부터 취득되는 휠 속도와 차속의 정보로부터 구해질 수 있다.

도 5의 실시예에서, 좌측 타이어 힘 연산부(11)는 μ=0.3 타이어 모델을 이용하여 전측 휠 중 좌측 휠(FL)의 종방향 타이어 힘(F_x,FL,0.3)과 횡방향 타이어 힘(F_y,FL,0.3)을 산출하여 출력하게 된다.

마찬가지로, 도 5의 실시예에서, 좌측 타이어 힘 연산부(11)는 μ=0.5 타이어 모델을 이용해서도 전측 휠 중 좌측 휠(FL)의 종방향 타이어 힘(F_x,FL,0.5)과 횡방향 타이어 힘(F_y,FL,0.5)을 산출하여 출력하게 된다.

또한, 도 5의 실시예에서, 좌측 타이어 힘 연산부(11)는 μ=0.85 타이어 모델을 이용하여 전측 휠 중 좌측 휠(FL)의 종방향 타이어 힘(F_x,FL,0.85)과 횡방향 타이어 힘(F_y,FL,0.85)을 산출하여 출력하게 된다.

또한, 도 5의 실시예에서, 우측 타이어 힘 연산부(12)는 μ=0.3 타이어 모델을 이용하여 전측 휠 중 우측 휠(FR)의 종방향 타이어 힘(F_x,FR,0.3)과 횡방향 타이어 힘(F_y,FR,0.3)을 산출하여 출력하게 된다.

마찬가지로, 도 5의 실시예에서, 우측 타이어 힘 연산부(12)는 μ=0.5 타이어 모델을 이용하여 전측 휠 중 우측 휠(FR)의 종방향 타이어 힘(F_x,FR,0.5)과 횡방향 타이어 힘(F_y,FR,0.5)을 산출하여 출력하게 된다.

또한, 도 5의 실시예에서, 우측 타이어 힘 연산부(12)에서는 μ=0.85 타이어 모델을 이용하여 전측 휠 중 우측 휠(FR)의 종방향 타이어 힘(F_x,FR,0.85)과 횡방향 타이어 힘(F_y,FR,0.85)을 산출하여 출력하게 된다.

이와 같이 마찰계수 산출부(10)의 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)에서는 각 노면 마찰계수별 타이어 모델을 이용하여, 좌측 휠의 타이어와 우측 휠의 타이어에 대한 노면 마찰계수별 종방향 타이어 힘(F_x,FL,0.3 _, F_x,FL,0.5, F_x,FL,0.85, F_x,FR,0.3, F_x,FR,0.5, F_x,FR,0.85)과 횡방향 타이어 힘(F_y,FL,0.3, F_y,FL,0.5, F_y,FL,0.85, F_y,FR,0.3, F_y,FR,0.5, F_y,FR,0.85)이 구해질 수 있다.

상기 마찰계수 산출부(10)의 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)에서 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘을 계산하는데 이용하는 타이어 모델은 노면 마찰계수(μ)를 달리하는 복수 개의 모델이 될 수 있고, 도 5의 실시예는 타이어 모델의 노면 마찰계수가 각각 0.3, 0.5, 0.85인 실시예를 나타내나, 여기서 타이어 모델의 마찰계수 값은 변경 가능하다.

즉, 노면 마찰계수(μ)가 0.3, 0.5, 0.85가 아닌 다른 값인 경우의 타이어 모델이 이용될 수 있는 것이며, 모델의 노면 마찰계수 값이 상기 수치로 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 5의 실시예에서 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)는 각각 좌측 휠(FL)과 우측 휠(FR)에 대한 타이어 힘을 연산한다는 점에서 서로 차이가 있을 뿐, 입력 변수(즉 슬립각과 슬립률, 수직항력)로부터 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘을 연산하는 방법에 있어서는 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)에서 차이가 없다.

하기 식들은 타이어 모델의 예로서, 'Dugoff-Tire model'의 모델 식을 나타낸 것으로, 노면 마찰계수별 3개의 타이어 모델, 즉 마찰계수(μ) 0.3, 0.5, 0.85인 타이어 모델 모두가 같은 모델 식을 사용하며, 단 수식 중 마찰계수 μ의 값만 해당 마찰계수 값으로 변경하여 사용한다.

여기서, F_x는 모델에서 구하고자 하는 종방향 타이어 힘을, 그리고 F_y는 모델에서 구하고자 하는 횡방향 타이어 힘을 나타내며, F_z는 해당 타이어의 수직항력을 낸다.

그리고, C_i는 타이어 종강성(tire longitudinal stiffness)을 나타내고, C_α는 타이어 횡강성(tire lateral stiffness)(코너링 강성(conering stiffness)이라고도 함)을 나타낸다.

s는 슬립율을 나타내고, α는 슬립각을 나타내며, V_x는 차속을 나타낸다.

또한, ε_r은 타이어 특성에 따라 미리 정해져 사용되는 특성 값을 나타내고, λ는 상기 식에 의해 계산되는 값이다. [참고문헌 - Dugoff, H., P. S. Fancher, and L. Segel (1969): "Tire performance characteristics affecting vehicle response to steering and braking control inputs. final report." Technical Report. Highway Safety Research Institute, Ann Arbor, Michigan.]

그리고, 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)에서 이용되는 마찰계수별 모델은 마찰계수(μ)에 따라서만 복수 개의 타이어 모델로 구분될 뿐, 상기 두 연산부(11,12)에서 이용되는 복수 개의 타이어 모델(μ=0.3, 0.5, 0.85인 모델)은 그 일부 또는 전체가 서로 동일한 것이 될 수 있다.

결국, 좌측 타이어 힘 연산부(11)에서는, 노면 마찰계수별 타이어 모델(μ=0.3, 0.5, 0.85인 모델)을 이용하여, 실시간으로 추정 및 취득되는 현재의 슬립각(α_FL,Est)과 슬립률(λ_FL,Est), 수직항력(F_z,FL,Est)을 가지는 전측 휠 중 좌측 휠의 타이어가 각기 다른 마찰계수(μ=0.3, 0.5, 0.85)를 가지는 다른 노면에 적용되었을 경우 예측되는 종방향 타이어 힘(F_x _,FL,0.3, F_x _,FL,0.5, F_x _,FL,0.85)과 횡방향 타이어 힘(F_y _,FL,0.3, F_y _,FL,0.5, F_y,FL,0.85)을 구할 수 있게 된다.

마찬가지로, 우측 타이어 힘 연산부(12)에서는, 노면 마찰계수별 타이어 모델(μ=0.3, 0.5, 0.85인 모델)을 이용하여, 실시간으로 추정 및 취득되는 현재의 슬립각(α_FR,Est)과 슬립률(λ_FR,Est), 수직항력(F_z,FR,Est)을 가지는 전측 휠 중 우측 휠의 타이어가 각기 다른 마찰계수(μ=0.3, 0.5, 0.85)를 가지는 다른 노면에 적용되었을 경우 예측되는 종방향 타이어 힘(F_x,FR,0.3, F_x,FR,0.5, F_x,FR,0.85)과 횡방향 타이어 힘(F_y _, _FR _,0.3, F_y _, _FR _,0.5, F_y _, _FR _,0.85)을 구할 수 있게 된다.

이때, 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)가 전측 휠 중에서 좌측과 우측을 구분하여 각각 좌측 휠(FL)과 우측 휠(FR)의 종방향 타이어 힘(상기 모델 식에서 F_x)과 횡방향 타이어 힘(상기 모델 식에서 F_y)을 산출하게 된다.

도 5의 실시예에서, F_x,FL,0.3의 하첨자 중 'x'는 종방향 힘을, 'FL'은 전측 휠 중에서도 좌측 휠을, '0.3'은 타이어 모델의 마찰계수를 지시하며, F_y,FR,0.3에서 'y'는 횡방향 힘을, 'FR'은 전측 휠 중에서도 우측 휠을 지시한다.

또한, F_x,FL,0.5, F_x,FL,0.85의 하첨자 중의 '0.5', '0.85'은 모두 타이어 모델의 마찰계수를 지시한다.

다음으로, 마찰계수 산출부(10)의 마찰계수 추정부(13)는 타이어 힘 연산부(11,12)에서 각 노면 마찰계수별 타이어 모델에 의해 산출되어 출력되는 예측값인 노면 마찰계수별 타이어 힘을 입력으로 하고, 이와 더불어 차량에서 수집되는 정보를 이용하여 추정된 종방향 타이어 힘(F_x,FL,Est, F_x,FR,Est)과 횡방향 타이어 힘(F_y,F,Est)을 입력으로 한다.

여기서, 노면 마찰계수별 타이어 힘은 전술한 바와 같이 노면 마찰계수별 타이어 모델에 의해 연산 및 예측되는 값으로서, 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)에서 계산되어 마찰계수 추정부(13)에 입력되는 좌측 휠(FL)의 종방향 타이어 힘(F_x _,FL,0.3, F_x,FL,0.5, F_x _,FL,0.85), 우측 휠(FR)의 종방향 타이어 힘(F_x _, _FR _,0.3, F_x _, _FR _,0.5, F_x _, _FR _,0.85), 좌측 휠(FL)의 횡방향 타이어 힘(F_y _,FL,0.3, F_y _,FL,0.5, F_y _,FL,0.85), 우측 휠(FR)의 횡방향 타이어 힘(F_y _, _FR _,0.3, F_y _, _FR _,0.5, F_y _, _FR _,0.85)을 말한다.

또한, 마찰계수 추정부(13)에서 또 다른 입력으로 이용되는 상기 추정된 종방향 타이어 힘은, 전측 휠에서 좌측 휠(FL)과 우측 휠(FR)을 구분하여, 좌측 휠(FL)의 종방향 타이어 힘인 좌측(FL) 종방향 타이어 힘(F_x _,FL, _Est)과, 우측 휠(FR)의 종방향 타이어 힘인 우측(FR) 종방향 타이어 힘(F_x _, _FR _, _Est)을 포함하는 것이 될 수 있다.

다만, 마찰계수 추정부(13)에서 또 다른 입력으로 이용되는 상기 추정된 횡방향 타이어 힘은, 좌측 휠과 우측 휠의 구분 없이, 전측 휠(전륜)(F)에 대해 통합하여 구해지는 하나의 횡방향 타이어 힘(F_y _,F, _Est)이 될 수 있다.

상기 추정된 좌측(FL) 종방향 타이어 힘(F_x,FL,Est)과 우측(FR) 종방향 타이어 힘(F_x,FR,Est), 그리고 횡방향 타이어 힘(F_y,F,Est)을 산출함에 있어서, 차량의 각 휠에 대한 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘을 추정하는 방법이 통상의 기술자에게 이미 알려져 있는 공지의 기술이므로, 본 발명에서도 공지의 기술 중 하나를 이용하여 상기 종방향 타이어 힘(F_x _,FL, _Est, F_y _,F, _Est)과 횡방향 타이어 힘(F_y _,F, _Est)을 산출 및 추정하도록 하는 것이 가능하다.

본 발명에서 상기 추정하는 방법으로, 좌측 휠과 우측 휠에서의 종방향 타이어 힘을 추정할 수 있는 방법, 그리고 횡방향 타이어 힘을 추정할 수 있는 방법이라면 특정하게 한정하지는 않으며, 추정하는 방법이 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 기술이므로, 본 명세서에서 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

예로서, 본 발명자의 논문인 "IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, VOL. 59, NO. 2, FEBRUARY 2010" 를 참조하면, 차량 휠의 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘을 추정하는 방법이 나타나 있다.

도 5에서 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘을 나타내는 F_x,FL,Est와 F_x,FR,Est, F_y,F,Est의 하첨자 중 'Est'는 추정값을 지시하는 것으로, 상기 F_x,FL,Est와 F_x,FR,Est, F_y,F,Est의 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘이 추정값임을 구분해주고 있다.

이러한 추정값들은, 마찰계수 추정부(13)의 또 다른 입력인 마찰계수에서의 예측값, 즉 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)에서 노면 마찰계수(μ)별 타이어 모델에 의해 연산되는 예측값(타이어 모델에 의해 예측되는 값)과 구분되는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 상기 마찰계수 추정부(13)는, 상기 좌측 타이어 힘 연산부(11)에서 노면 마찰계수별 타이어 모델에 의해 연산된 예측값인 상기 좌측 종방향 타이어 힘(F_x _,FL,0.3, F_x _,FL,0.5, F_x _,FL,0.85)과, 상기 추정된 좌측 종방향 타이어 힘(F_x _,FL, _Est)을 이용하여 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수(μ_{Long_FL})를 산출하는 제1 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13a)를 포함한다.

이에 더하여, 상기 마찰계수 추정부(13)는, 상기 우측 타이어 힘 연산부(12)에서 노면 마찰계수별 타이어 모델에 의해 연산된 예측값인 상기 우측 종방향 타이어 힘(F_x _, _FR _,0.3, F_x _, _FR _,0.5, F_x _, _FR _,0.85)과, 상기 추정된 우측 종방향 타이어 힘(F_x _, _FR _, _Est)을 이용하여 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수(μ_{Long_} _FR)를 산출하는 제2 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13b)를 더 포함한다.

이에 더하여, 상기 마찰계수 추정부(13)는, 상기 좌측 타이어 힘 연산부(11)와 우측 타이어 힘 연산부(12)에서 노면 마찰계수별 타이어 모델에 의해 연산된 예측값인 상기 좌측 횡방향 타이어 힘(F_y _,FL,0.3, F_y _,FL,0.5, F_y _,FL,0.85)과 상기 우측 횡방향 타이어 힘(F_y _, _FR _,0.3, F_y,FR,0.5, F_y _, _FR _,0.85), 그리고 상기 추정된 횡방향 타이어 힘(F_y _,F, _Est)을 이용하여 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수(μ_Lat)를 산출하는 횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13c)를 더 포함한다.

상기와 같이 마찰계수 추정부(13)에서 종방향 타이어 힘을 기반으로 하여 노면의 마찰계수를 추정하는 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부는 2개의 구성부로 나뉠 수 있다.

즉, 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부는, 좌측 휠과 우측 휠을 구분하여 종방향 힘을 이용한 노면 마찰계수 추정을 수행하는 2개의 모듈로서, 좌측 휠(FL)의 종방향 타이어 힘(F_x _,FL,0.3, F_x _,FL,0.5, F_x _,FL,0.85, F_x _,FL, _Est)을 기반으로 하여 좌측 노면의 마찰계수(μ_{Long_FL})를 추정하는 제1 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13a)와, 우측 휠(FR)의 종방향 타이어 힘(F_x _, _FR _,0.3, F_x _, _FR _,0.5, F_x _, _FR _,0.85, F_x _, _FR _, _Est)을 기반으로 하여 종방향 힘에 의한 추정값인 우측 노면의 마찰계수(μ_{Long_} _FR)를 추정하는 제2 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13c)를 포함할 수 있는 것이다.

이와 달리, 마찰계수 추정부(13)에서 횡방향 힘을 이용한 노면 마찰계수 추정을 수행하는 모듈로서, 횡방향 타이어 힘(F_y _,FL,0.3, F_y _,FL,0.5, F_y,FL,0.85, F_y _, _FR _,0.3, F_y _, _FR _,0.5, F_y _, _FR _,0.85, F_y _,F, _Est)을 기반으로 하여 노면의 마찰계수(μ_Lat)를 추정하는 횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13c)는 하나의 구성부가 될 수 있다.

즉, 횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13c)의 경우, 좌측 휠과 우측 휠의 구분 없이, 좌측 타이어 힘 연산부(11)의 출력 값인 좌측 휠(FL)에 대한 횡방향 타이어 힘(F_y _,FL,0.3, F_y _,FL,0.5, F_y _,FL,0.85)과, 우측 타이어 힘 연산부(12)의 출력 값인 우측 휠(FR)에 대한 횡방향 타이어 힘(F_y _, _FR _,0.3, F_y _, _FR _,0.5, F_y _, _FR _,0.85), 그리고 추정된 횡방향 타이어 힘(F_y _,F, _Est)을 기반으로 하여 노면 마찰계수(μ_Lat)를 추정한다.

정리하면, 제1 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13a)에서는 좌측 휠(FL)에 대한 정보로부터 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수(μ_{Long_FL})가 추정되어 출력되고, 제2 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13b)에서는 우측 휠(FR)에 대한 정보로부터 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수(μ_{Long_} _FR)가 추정되어 출력되며, 횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13c)에서는 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수(μ_Lat)가 추정되어 출력된다.

그리고, 타이어 힘 연산부(11,12)의 노면 마찰계수별 모델에서 계산된 타이어 힘과 상기 추정된 타이어 힘을 이용하여 마찰계수 추정부(13)에서 마찰계수를 추정하는 식은 다음과 같다.

(1)

여기서, μ₁, μ₂, μ₃는 타이어 모델에서 기 설정된 마찰계수들을 나타내는 것으로, μ₁ =0.3, μ₂ = 0.5, μ₃ = 0.85일 수 있고, w_k ¹, w_k ², w_k ³는 각 타이어 모델 및 노면에 대한 가중치(즉 노면 마찰계수별 가중치)이다.

그리고, 상기 식 (1)의 가 마찰계수 추정부(13)에서 추정되어 마찰계수 융합부(16)에 입력되는 마찰계수, 즉 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수(μ_Long _{_FL}), 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수(μ_Long _{_} _FR), 그리고 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수(μ_Lat)이다(= μ_{Long_FL}, μ_{Long_} _FR, μ_Lat임).

상기 식 (1)은 마찰계수 추정부(13)로 입력되는 타이어 힘, 즉 타이어 힘 연산부(11,12)의 노면 마찰계수별 모델에서 연산된 종방향 타이어 힘(F_x _,FL,0.3, F_x _,FL,0.5, F_x _,FL,0.85, F_x,FR,0.3, F_x _, _FR _,0.5, F_x _, _FR _,0.85)과 횡방향 타이어 힘(F_y _,FL,0.3, F_y _,FL,0.5, F_y _,FL,0.85, F_y _, _FR _,0.3, F_y,FR,0.5, F_y _, _FR _,0.85), 그리고 상기 추정된 좌측 휠의 종방향 타이어 힘(F_x _,FL, _Est)과 우측 휠의 종방향 타이어 힘(F_x _, _FR _, _Est), 상기 추정된 횡방향 타이어 힘(F_y,F,Est)의 값을 이용하여 마찰계수(μ_{Long_FL},μ_{Long_} _FR,μ_Lat)를 추정하는 식이다.

그리고, 식 (1)의 각 가중치 w_k ¹, w_k ², w_k ³는 상기 타이어 모델에서 연산된 타이어 힘과 상기 추정된 타이어 힘을 이용하여 아래의 식 (2)에 의해 계산될 수 있다.

(2)

도 6은 본 발명에서 가중치에 대한 개념을 설명하기 위한 도면으로, 실시예에서 모델의 노면 마찰계수가 0.3, 0.5, 0.85로 설정되었을 때, 각 타이어 모델 값, 즉 모델에서 계산되는 타이어 힘은 모두 상이하다.

그리고, 도 6에서와 같이 임의의 시간에서 가중치는 각 모델의 노면 마찰계수 및 각 모델에서 계산된 힘에 따라 상이한 값으로 결정된다.

상기 0.3. 0.5. 0.85는 각 타이어 모델에 적용되는 마찰계수, 즉 제1 모델 마찰계수, 제2 모델 마찰계수, 제3 모델 마찰계수의 예로서, 상기 각 모델 마찰계수의 값은 예를 든 것일 뿐, 본 발명이 상기 값으로 한정되는 것은 아니며, 모델 마찰계수는 다양한 값으로 변경 가능하다.

그리고, 상기의 예와 같이 정해진 각 노면 마찰계수가 적용되는 타이어 모델로서, 노면 마찰계수 0.3(제1 모델 마찰계수)을 적용한 타이어 모델을 제1 모델, 노면 마찰계수 0.5(제2 모델 마찰계수)를 적용한 타이어 모델을 제2 모델, 노면 마찰계수 0.85(제3 모델 마찰계수)를 적용한 타이어 모델을 제3 모델이라 할 때, 상기 w_k ¹, w_k ², w_k ³는 각 각 모델별로 타이어 힘으로부터 결정되는 가중치이다.

여기서, 타이어 힘은 상기 각 모델에 의해 예측된 타이어 힘과 상기 추정된 타이어 힘을 말하며, 보다 상세하게는, 제1 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13a)의 경우, 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수(μ_{Long_FL})를 산출하기 위해, 상기 각 모델에서 계산 및 예측된 좌측 종방향 타이어 힘(F_x _,FL,0.3, F_x _,FL,0.5, F_x _,FL,0.85)과 상기 추정된 좌측 종방향 타이어 힘(F_x _,FL, _Est)을 이용하여 w_k ¹, w_k ², w_k ³를 계산한다.

그리고, 제2 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13b)의 경우, 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수(μ_{Long_} _FR)를 산출하기 위해, 상기 각 모델에서 계산 및 예측된 우측 종방향 타이어 힘(F_x _, _FR _,0.3, F_x _, _FR _,0.5, F_x _, _FR _,0.85)과 상기 추정된 우측 종방향 타이어 힘(F_x _, _FR _, _Est)을 이용하여 w_k ¹, w_k ², w_k ³를 계산한다.

횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13c)의 경우, 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수(μ_Lat)를 산출하기 위해, 상기 각 모델에서 계산 및 예측된 횡방향 타이어 힘(F_x _,FL,0.3, F_x,FL,0.5, F_x _,FL,0.85, F_x _, _FR _,0.3, F_x _, _FR _,0.5, F_x _, _FR _,0.85)과 상기 추정된 횡방향 타이어 힘(F_y _,F, _Est)을 이용하여 w_k ¹, w_k ², w_k ³를 계산한다.

식 (1)을 참조하면, 마찰계수 추정부(13)에서 각각 구해지는 마찰계수, 즉 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수(μ_{Long_FL}), 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수(μ_{Long_} _FR), 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수(μ_Lat)가, 상기 제1 모델 마찰계수, 제2 모델 마찰계수, 제3 모델 마찰계수인 μ₁, μ₂, μ₃의 값에 각각, 상기의 방법으로 계산된 가중치 w_k ¹, w_k ², w_k ³의 값을 곱한 뒤 합산한 값으로 구해질 수 있다.

한편, 상기 마찰계수 추정부(13)의 제1 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13a)와 제2 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13b), 그리고 횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부(13c)에서, 상기 식 (2)에 따라 결정된 가중치(w_k ¹, w_k ², w_k ³)를 각각 상기 제1, 제2, 및 제3 모델 마찰계수에 곱하여 합산하는 식 (1)과 같은 가중치 합산 방식에 의해 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수(μ_{Long_FL}), 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수(μ_{Long_} _FR), 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수(μ_Lat)가 구해지고 나면, 마찰계수 융합부(16)에서는 이들 마찰계수의 값들을 입력받아 그로부터 좌, 우측 휠이 각각 접지하고 있는 좌, 우측 노면의 마찰계수(μ_FL,μ_FR)를 최종 결정한다.

상기 마찰계수 융합부(16)는 좌측 휠(FL)과 우측 휠(FR)이 각각 접지하고 있는 좌측 노면과 우측 노면의 최종 마찰계수(μ_FL,μ_FR)를 추정하는 것으로서, 상기 마찰계수 추정부(13)에서 계산되어 입력된 마찰계수(μ_{Long_FL}, μ_{Long_FR}, μ_Lat) 값들을 입력으로 하여 상기 최종 마찰계수(μ_FL,μ_FR)를 결정하게 된다.

도 7은 마찰계수 산출부에서 가중치 연산부와 마찰계수 융합부를 도시한 블록도로서, 본 발명의 실시예에서, 마찰계수 산출부(10)는 좌측 휠 가중치를 결정하는 좌측 휠 가중치 연산부(14)와, 우측 휠 가중치를 결정하는 우측 휠 가중치 연산부(15)를 더 포함할 수 있다.

또한, 마찰계수 산출부(10)의 마찰계수 융합부(16)는 상기 마찰계수(μ_{Long_FL}, μ_{Long_FR}, μ_Lat) 값들과 함께, 좌측 휠 가중치 연산부(14)와 우측 휠 가중치 연산부(15)에서 각각 결정되어 입력되는 가중치(w_Lat _{_FL}, w_Long _{_FL}, w_Lat _{_} _FR, w_Long _{_} _FR) 값들을 추가로 이용하며, 바람직하게는 이전 제어 주기에서 결정된 최종 마찰계수(도 7에서 'μ_FL(k-1)', 'μ_FR(k-1)' 임) 값을 다시 피드백 입력받아 현 제어 주기의 최종 마찰계수(도 7에서 'μ_FL(K)', 'μ_FR(K)' 임)를 결정하는데 이용할 수 있다

상기 좌측 휠 가중치 연산부(14)는, 상기 좌측 휠 가중치로서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 차량에서 수집되는 실시간 정보인 좌측 휠(RL)의 슬립률과 슬립각 정보로부터 현재 슬립률 및 슬립각에 해당하는 좌측 휠 종방향 가중치(w_{Long_FL})와 횡방향 가중치(w_{Lat_FL})를 결정한다.

또한, 상기 우측 휠 가중치 연산부(15)는, 상기 우측 휠 가중치로서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 차량에서 수집되는 실시간 정보인 우측 휠(FR)의 슬립률과 슬립각 정보로부터 현재 슬립률 및 슬립각에 해당하는 우측 휠 종방향 가중치(w_Long _{_} _FR)와 횡방향 가중치(w_{Lat_FR})를 결정한다.

이어 상기 마찰계수 융합부(16)는 두 가중치 연산부(14,15)에서 구해진 가중치(w_{Lat_FL}, w_{Long_FL}, w_{Lat_FR}, w_{Long_FR}) 값과 마찰계수 추정부(13)에서 입력된 마찰계수(μ_{Long_FL}, μ_{Long_FR}, μ_Lat) 값, 그리고 피드백 입력된 이전 주기의 마찰계수(μ_FL(k-1), μ_FR(k-1)) 값을 이용하여 현 주기의 최종 마찰계수(μ_FL(K),μ_FR(K))를 결정한다.

이때, 상기 마찰계수 융합부(16)에서는 좌측 휠 가중치 연산부(14)에서 결정된 좌측 휠 종방향 가중치(w_{Long_FL})와 횡방향 가중치(w_{Lat_FL}), 그리고 마찰계수 추정부에서의 입력 값인 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수(μ_{Long_FL})와 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수(μ_Lat), 그리고 이전 주기의 좌측 노면 마찰계수(μ_FL(k-1)) 값으로부터 하기 식 (3)을 이용하여 현재의 좌측 노면 마찰계수(μ_FL(K))를 최종 계산할 수 있다.

마찬가지로, 상기 마찰계수 융합부(16)에서는 우측 휠 가중치 연산부(15)에서 결정된 우측 휠 종방향 가중치(w_{Long_FR})와 횡방향 가중치(w_{Lat_FR}), 그리고 마찰계수 추정부(13)에서의 입력 값인 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수(μ_{Long_} _FR)와 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수(μ_Lat), 그리고 이전 주기의 우측 노면 마찰계수(μ_FR(k-1)) 값으로부터 하기 식 (4)를 이용하여 현재의 우측 노면 마찰계수(μ_FR(K))를 최종 계산할 수 있다.

(3)

(4)

상기 식 (3)과 식 (4)에서, μ_FL(k)는 현재의 좌측 노면의 마찰계수, μ_FR(k)는 현재의 우측 노면의 마찰계수, μ_FL(k-1)는 이전 제어 주기에서 결정된 좌측 노면의 마찰계수, μ_FR(k-1)는 이전 제어 주기에서 결정된 우측 노면의 마찰계수, w_{Lat_FL}는 좌측 휠 횡방향 가중치, μ_Lat는 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수, w_Long _{_FL}는 좌측 휠 종방향 가중치, μ_Long _-FL는 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수, w_Lat _{_} _FR는 우측 휠 횡방향 가중치, w_Long _{_} _FR는 우측 휠 종방향 가중치, μ_Long _- _FR는 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수이다.

가중치 연산부(14,15)와 마찰계수 융합부(16)에 대해 좀더 설명하면, 먼저 타이어의 슬립률은 종방향 타이어 힘(타이어 종력)을, 슬립각은 횡방향 타이어 힘(타이어 횡력)을 발생시킨다.

또한, 노면 마찰계수별로 같은 슬립각이라 하여도 횡방향 타이어 힘(횡력)은 달라지며, 이러한 차이를 통해 노면 마찰계수를 추정할 수 있다.

하지만, 슬립각이 작은 경우라면 고마찰이든 저마찰이든 그 크기의 차이는 없기 때문에 마찰계수 추정부(13)에서 추정된 마찰계수의 값은 낮은 신뢰도를 나타낸다.

이는 종방향 타이어 힘(종력)을 발생시키는 슬립률의 경우에도 마찬가지이며, 도 8에서 그래프는 노면 마찰계수별 횡력에 대한 실차 데이터이다.

도 8에서와 같이, 슬립각(Slip angle)[deg]이 작은 구간에는 고마찰에 의한 횡력(Lateral force)[N]과 저마찰에 의한 횡력이 차이가 없다는 것을 알 수 있다.

따라서, 휠의 가중치를 연산하는 가중치 연산부(14,15)에서는 추정의 신뢰도를 높이기 위하여 그 휠의 슬립률과 슬립각을 입력 받아 추정 가중치를 정하지만, 슬립각과 슬립률이 모두 작을 때에는 이전 주기에서 결정된 노면 마찰계수 값을 사용하도록 한다.

이와 같이 하여, 마찰계수 산출부(10)에 대해 상세히 설명하였으며, 상기한 마찰계수 산출부(10)에서는, 차량에 장착되어 있는 기존 센서들의 신호를 이용하여 전측 휠(전륜)의 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘을 추정하고, 노면 마찰계수별 타이어 모델을 이용하여 종방향 타이어 힘 및 횡방향 타이어 힘을 연산 및 예측한다.

이어 마찰계수 산출부(10)에서는 상기 추정된 타이어 힘과 모델에서 계산된 타이어 힘을 비교하여 노면 마찰계수를 추정하고, 추정된 노면 마찰계수들에 대해 주행 상황별 가중치를 적용하여 최종 노면 마찰계수를 결정하도록 함으로써, 좌/우 독립적이면서 다양한 주행 상황에서의 마찰계수 추정이 가능하도록 한다.

다음으로, 이하에서는 피드포워드 제동압 산출부(21,22)와 ABS 제동압 산출부(31,32)에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 통합 제어 장치에서 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)를 도시한 블록도이다.

상기 피드포워드 제동압 산출부는, 차량 각 휠에 대하여 피드포워드 제동압을 산출하는 것으로, 좌측 휠(FL,RL)에 대한 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF)을 산출하여 출력하는 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)와, 우측 휠(FR,RR)에 대한 피드포워드 제동압(P_bFR,FF, P_bRR,FF)을 산출하는 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부(22)를 포함한다.

여기서, 좌측 휠과 우측 휠은 각각 전측 휠과 후측 휠을 모두 포함하는 의미이며, 좌측 휠은 차량의 4륜에서 전측 휠 중의 좌측 휠(FL)과 후측 휠 중의 좌측 휠(RL)을 의미하고, 우측 휠은 차량의 4륜에서 전측 휠 중의 우측 휠(FR)과 후측 휠 중의 우측 휠(RR)을 의미한다.

이와 같이 피드포워드 제동압 산출부(21,22)에서는 좌측 휠(FL,RL)과 우측 휠(FR,RR)을 구분하며, 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)에서는 전측 휠의 좌측 휠(FL)과 후측 휠의 좌측 휠(RL)에 대한 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF)을 산출하고, 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부(22)에서는 전측 휠의 우측 휠(FR)과 후측 휠의 우측 휠(RR)에 대한 피드포워드 제동압(P_bFR,FF, P_bRR,FF)을 산출한다.

또한, 상기 각 피드포워드 제동압 산출부(21,22)는 한계 제동압 산출부(21a)를 포함하며, 각 한계 제동압 산출부(21a)에서는 추정된 마찰계수(μ_FL,μ_FR)와 각 차량 휠의 타이어 수직항력(휠 수직력)(F_z,FL,Est, F_z,RL,Est, F_z,FR,Est, F_z,RR,Est)을 이용하여 한계 제동압(P_bFL,Lim, P_bRL,Lim, P_bFR,Lim, P_bRR,Lim)을 계산한다.

또한, 상기 각 피드포워드 제동압 산출부(21,22)에서는 한계 제동압 산출부(21a)에 의해 계산된 한계 제동압(P_bFL,Lim, P_bRL,Lim, P_bFR,Lim, P_bRR,Lim)과 운전자 제동압(P_b,driver)을 이용하여 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF, P_bFR,FF, P_bRR,FF)을 산출한다.

상기 추정된 마찰계수(μ_FL,μ_FR)는 마찰계수 산출부(10)에서 계산되어 피드포워드 제동압 산출부(21,22)에 입력되는 값이고(도 4에서는 μ_Left,μ_Right임), 상기 타이어 수직항력은 차량 휠 상태 정보 등 차량에서 수집되는 정보와 설정 정보를 이용하여 추정되는 힘이며, 운전자 제동압(P_b,driver)은 센서에 의해 검출되는 운전자 브레이크 페달 조작값에 따른 제동압이다.

좌측 휠의 경우를 예로 들어 설명하면, 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)에서는 한계 제동압 산출부(21a)에 의해 좌측 휠(FL,RL)에 대한 한계 제동압(P_bFL,Lim, P_bRL,Lim)이 산출되는데, 전측 휠 중의 좌측 휠(FL)에 대한 한계 제동압(P_bFL,Lim)과, 후측 휠 중의 좌측 휠(RL)에 대한 한계 제동압(P_bRL,Lim)이 각각 결정된다.

여기서, 한계 제동압 산출부(21a)에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 좌측 노면의 마찰계수(μ_FL)와 좌측 휠의 타이어 수직항력(F_z,FL,Est = F_zFL, F_z,RL,Est = F_zRL)을 이용하여 한계 제동압(P_bFL,Lim, P_bRL,Lim)을 산출하는데, 상기 좌측 노면의 마찰계수(μ_FL)는 마찰계수 산출부(10)에서 산출되어 입력되는 마찰계수이다.

또한, 전측 휠 중 좌측 휠(FL)에 대한 한계 제동압(P_bFL,Lim)은 하기 식 (5)를 이용하여 좌측 노면의 마찰계수(μ_FL)와 전측 휠 중 좌측 휠(FL)의 타이어 수직항력(F_z,FL,Est= F_zFL)으로부터 계산될 수 있고, 후측 휠 중 좌측 휠(RL)에 대한 한계 제동압(P_bRL,Lim)은 하기 식 (6)을 이용하여 좌측 노면의 마찰계수(μ_FL)와 후측 휠 중 좌측 휠(RL)의 타이어 수직항력(F_z,RL,Est = F_z,RL)으로부터 계산될 수 있다.

(5)

(6)

여기서, K_bf, K_br은 미리 설정되는 브레이크 게인 값으로서, 단위환산 계수(bar → Nm)일 수 있고(K_bf = K_br), r_wheel은 휠 반경을 나타낸다.

이어 산출된 좌측 휠(FL,RL)의 한계 제동압(P_bFL,Lim, P_bRL,Lim)과 운전자 제동압(P_b,driver)을 비교하여, 한계 제동압(P_bFL,Lim, P_bRL,Lim)이 운전자 제동압(P_b,driver)에 비해 큰 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이, 좌측 휠의 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF)은 운전자 제동압(P_b,driver)으로 결정된다.

반면, 한계 제동압(P_bFL,Lim, P_bRL,Lim)이 운전자 제동압(P_b,driver) 이하인 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이, 좌측 휠의 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF)은 한계 제동압(P_bFL,Lim, P_bRL,Lim)으로 결정된다.

전측 휠과 후측 휠을 구분하여 설명하면, 전측 휠 중 좌측 휠(FL)에 대한 한계 제동압(P_bFL,Lim)이 운전자 제동압(P_b,driver)보다 큰 경우, 전측 휠 중 좌측 휠에 대한 피드포워드 제동압(P_bFL,FF)은 상기 운전자 제동압(P_b,driver)으로 결정된다.

반면, 전측 휠 중 좌측 휠(FL)에 대한 한계 제동압(P_bFL,Lim)이 운전자 제동압(P_b,driver) 이하인 경우, 전측 휠 중 좌측 휠에 대한 피드포워드 제동압(P_bFL,FF)은 상기 전측 휠 중 좌측 휠에 대한 한계 제동압(P_bFL,Lim)으로 결정된다.

마찬가지로, 후측 휠 중 좌측 휠(RL)에 대한 한계 제동압(P_bRL,Lim)이 운전자 제동압(P_b,driver)보다 큰 경우, 후측 휠 중 좌측 휠에 대한 피드포워드 제동압(P_bRL,FF)은 상기 운전자 제동압(P_b,driver)으로 결정된다.

반면, 후측 휠 중 좌측 휠(RL)에 대한 한계 제동압(P_bRL,Lim)이 운전자 제동압(P_b,driver) 이하인 경우, 후측 휠 중 좌측 휠에 대한 피드포워드 제동압(P_bRL,FF)은 상기 후측 휠 중 좌측 휠에 대한 한계 제동압(P_bRL,Lim)으로 결정된다.

이와 같이 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)에서 좌측 휠(FL,RL)에 대한 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF)이 결정되는 과정을 설명하였는바, 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부(22)에서 우측 휠(FR,RR)에 대한 피드포워드 제동압(P_bFR,FF, P_bRR,FF)이 결정되는 과정은, 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)에서와 비교하여 방법적인 측면에서는 차이가 없다.

즉, 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부(22)에서 우측 휠(FR,RR)에 대한 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRR,FF)이 결정되는 과정에 대해서는, 상기 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)에서 좌측 휠에 대한 피드포워드 제동압이 결정되는 과정에 대한 상기의 설명 중, 좌측 휠을 우측 휠로 표기를 대체한 것으로 설명될 수 있다.

상기 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부(22) 또한, 전측 휠 중의 우측 휠(FR)과 후측 휠 중의 우측 휠(RR)에 대한 한계 제동압(P_bFR,Lim, P_bRR,Lim)을 산출하는 한계 제동압 산출부를 포함하고, 전술한 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)에서와 마찬가지로, 한계 제동압 산출부에서 산출된 한계 제동압(P_bFR,Lim, P_bRR,Lim)과 운전자 제동압(P_b,driver)을 비교하여 우측 휠에 대한 피드포워드 제동압(P_bFR,FF, P_bRR,FF)을 결정하게 된다.

상기 우측 휠(FR,RR)에 대한 한계 제동압(P_bFR,Lim, P_bRR,Lim)을 산출하기 위한 식은 아래와 같다.

(7)

(8)

여기서, F_zFR과 F_zRR은 우측 휠(FR,RR)의 타이어 수직항력이다.

다음으로, 상기 ABS 제동압 산출부는, 차량 각 휠의 ABS 제동압을 산출하는 것으로, 좌측 휠(FL,RL)에 대한 ABS 제동압(P_bFL,ABS, P_bRL,ABS)을 산출하여 출력하는 좌측 휠 ABS 제동압 산출부(31)와, 우측 휠(FR,RR)에 대한 ABS 제동압(P_bFR,ABS, P_bRR,ABS)을 산출하는 우측 휠 ABS 제동압 산출부(32)를 포함한다.

이와 같이 ABS 제동압 산출부(31,32)에서도, 피드포워드 제동압 산출부(21,22)와 마찬가지로, 좌측 휠(FL,RL)과 우측 휠(FR,RR)을 구분하며, 좌측 휠 ABS 제동압 산출부(31)에서는 전측 휠의 좌측 휠(FL)과 후측 휠의 좌측 휠(RL)에 대한 ABS 제동압(P_bFL,ABS, P_bRL,ABS)을 산출하고, 우측 휠 ABS 제동압 산출부(32)에서는 전측 휠의 우측 휠(FR)과 후측 휠의 우측 휠(RR)에 대한 ABS 제동압(P_bFR,ABS, P_bRR,ABS)을 산출한다.

또한, 상기 각 ABS 제동압 산출부(31,32)는 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF, P_bRL,FF, P_bRR,FF)과 목표 슬립률(λ_Target), 해당 휠의 현재 슬립률(λ_FL, λ_FR, λ_RL, λ_RR)을 이용하여 ABS 제동압(P_bFL,ABS, P_bRL,ABS, P_bRL,ABS, P_bRR,ABS)을 산출한다.

상기 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF, P_bRL,FF, P_bRR,FF)은 피드포워드 제동압 산출부(21,22)에서 구해져 ABS 제동압 산출부(31,32)에 입력되는 것이며, 상기 목표 슬립률(λ_Target)은 통상의 ABS 제어 과정에서 구해지는 값이므로 산출 방법 등 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 각 휠의 현재 슬립률(λ_FL, λ_FR, λ_RL, λ_RR)은 센서에 의해 검출되는 휠 속도와 차속의 정보로부터 구해지는 추정값(λ_FL,Est, λ_FR,Est, λ_RL,Est, λ_RR,Est)으로서, 그 산출 방법 역시 잘 알려져 있으므로, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

좌측 휠의 경우를 예로 들어 설명하면, 좌측 휠 ABS 제동압 산출부(31)에서는 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부(21)에서 입력되는 피드포워드 제동압(P_bFL,FF, P_bRL,FF)과, 상기 목표 슬립률(λ_Target) 및 좌측 휠의 현재 슬립률(λ_FL, λ_RL)로부터, 하기 식 (9), (10)을 이용하여 좌측 휠에 대한 ABS 제동압(P_bFL,ABS, P_bRL,ABS)을 산출한다.

(9)

(10)

여기서, k는 미리 설정되는 제어 게인이다.

이와 같이 좌측 휠 ABS 제동압 산출부(31)에서 좌측 휠(FL,RL)에 대한 ABS 제동압(P_bFL,ABS, P_bRL,ABS)이 결정되는 과정을 설명하였는바, 우측 휠 ABS 제동압 산출부(32)에서 우측 휠(FR,RR)에 대한 ABS 제동압(P_bFR,ABS, P_bRR,ABS)이 결정되는 과정은, 좌측 휠 ABS 제동압 산출부(31)에서와 비교하여 방법적인 측면에서는 차이가 없다.

즉, 우측 휠 ABS 제동압 산출부(32)에서 우측 휠(FR,RR)에 대한 ABS 제동압(P_bFL,ABS, P_bRR,ABS)이 결정되는 과정에 대해서는, 상기 좌측 휠 ABS 제동압 산출부(31)에서 좌측 휠에 대한 ABS 제동압이 결정되는 과정에 대한 상기의 설명 중, 좌측 휠을 우측 휠로 표기를 대체한 것에 의해 설명될 수 있다.

상기 우측 휠 ABS 제동압 산출부(32) 또한, 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부(22)에서 입력되는 피드포워드 제동압(P_bFR,FF, P_bRR,FF)과, 상기 목표 슬립률(λ_Target) 및 우측 휠의 현재 슬립률(λ_FR, λ_RR)을 이용하여 우측 휠에 대한 ABS 제동압(P_bFR,ABS, P_bRR,ABS)을 산출한다.

식으로 나타내면 하기 식 (11), (12)와 같다.

(11)

(12)

이때, 상기 식 (9), (10), (11), (12)에서 알 수 있는 바와 같이, ABS 제동압 산출부(31,32)에서는 피드포워드 제동압 산출부(21,22)에서 입력되는 좌측 휠과 우측 휠의 피드포워드 제동압(P_bFF,FF, P_bFL,FF, P_bFR,FF, P_bRR,FF)을 기준으로 휠 슬립 여부에 따라 제동압을 가감하여 차량 각 휠의 최종 ABS 제동압(P_bFF,ABS, P_bFL,ABS, P_bFR,ABS, P_bRR,ABS)을 산출한다.

다음으로, 후륜 조향 제어량 산출부(40)에서는 요 보상을 위한 후륜 조향(RWS) 제어량(Δδ_RWS)을 산출한다.

즉, 좌측 휠 ABS 제동압 산출부(31)와 우측 휠 ABS 제동압 산출부(32)에서 구해지는 차량 각 휠의 ABS 제동압에 의해서는 좌, 우 비대칭 제동으로 인해 차량의 요 거동이 발생하는데, 이를 보상하기 위한 후륜 조향 제어량을 후륜 조향 제어량 산출부(40)에서 산출하는 것이다.

이를 위해, 후륜 조향 제어량 산출부(40)에서는 비대칭 제동압에 의해 발생하는 요 모멘트(ΔM_z)를, 상기 ABS 제동압 산출부에서 산출되어 입력되는 ABS 제동압(P_bFL,ABS, P_bRL,ABS, P_bFR,ABS, P_bRR,ABS)으로부터 하기 식 (13)를 이용하여 산출한다.

(13)

여기서, t_f은 전측 휠의 좌측 휠과 우측 휠 사이의 축 길이를 나타내고, t_r은 후측 휠의 좌측 휠과 우측 휠 사이의 축 길이를 나타낸다.

상기 식 (13)에 의해 계산되는 요 모멘트(ΔM_z)는 운전자가 차량을 제동할 때 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수가 서로 상이한 제동 상황에서 비대칭 제동압으로 인해 의도하지 않게 추가로 발생하는 요 모멘트량을 의미한다.

이어 후륜 조향 제어량 산출부(40)는 상기 식 (13)에 의해 산출된 요 모멘트(ΔM_z)를 보상하기 위한 후륜 조향(RWS) 제어량(Δδ_RWS)을 최종 산출하는데, 이 후륜 조향 제어량(Δδ_RWS), 즉 RWS의 후륜 조향각을 상기 산출된 요 모멘트(ΔM_z)로부터 하기 식 (14)을 이용하여 산출한다.

(14)

여기서, l_r은 차량 무게중심으로부터 후측 휠(후륜)의 축 까지의 거리를 나타내고, C_r은 후측 휠의 코너링 강성을 나타내며, 상기 l_f와 C_r 모두 상기 식 (14)의 이용을 위해 미리 설정되는 설정 정보이다.

상기와 같이 후륜 조향 제어량 산출부(40)에서 후륜 조향 제어량(Δδ_RWS)이 산출되고 나면, 후륜 조향 제어부(50)가 후륜 조향 제어량 산출부(40)에서 산출되어 입력되는 후륜 조향 조향 제어량(Δδ_RWS)에 따라 후륜 조향 제어를 수행한다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 통합 제어 장치에 따르면, ABS 작동시 채터링(chattering) 현상이 감소함에 따라 제동 성능이 향상될 수 있다.

종래의 ABS는 운전자 제동압을 기준으로 슬립률에 따라 제동압을 가감하게 되지만, 제동으로 낼 수 있는 한계 제동력보다 훨씬 큰 운전자 제동압이 가해질 경우, 슬립률이 과대해지고, 이를 보상하기 위해 큰 제동압을 가감하게 되어 과도한 제동압 채터링 현상이 발생하게 된다.

본 발명에서는 노면 마찰계수를 추정한 뒤, 이 추정된 값을 이용하여 한계 제동압을 산출하고, 상기 산출된 한계 제동압 내에서 슬립률 보상을 위한 제동압 가감을 하기 때문에, 채터링 현상이 완화될 수 있음은 물론, 제동 성능의 향상이 가능해진다.

종래의 경우, 운전자 요구 제동력(즉 운전자 제동압)을 기준으로 제동압을 가감하기 때문에 제어 게인(gain)이 커야 하고, 큰 제어 게인으로 인해 도 10에서와 같이 과다한 채터링 현상이 발생하는바, 이에 따라 도 10에서 'C' 영역만큼 제동 성능에 악영향을 미치게 된다.

반면, 본 발명에서는 슬립률 제어에 대한 게인이 줄어들어 도 11에서 알 수 있는 바와 같이 채터링 현상이 감소되고, 제동 성능의 향상이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따르면, 좌, 우측 노면의 마찰계수를 독립적으로 추정함에 따라 좌, 우 제동 성능을 향상시킬 수 있고, 좌, 우 비대칭 제동 성능에 따른 요 거동을 보상할 수 있는 RWS 시스템 제어가 수행되므로 안정적인 차량 제동이 가능해진다.

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.

10 : 마찰계수 산출부
11 : 좌측 타이어 힘 연산부
12 : 우측 타이어 힘 연산부
13 : 마찰계수 추정부
13a : 제1 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부
13b : 제2 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부
13c : 횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부
14 : 좌측 휠 가중치 연산부
15 : 우측 휠 가중치 연산부
16 : 마찰계수 융합부
21 : 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부
21a : 한계 제동압 산출부
22 : 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부
31 : 좌측 휠 ABS 제동압 산출부
32 : 우측 휠 ABS 제동압 산출부
40 : 후륜 조향 제어량 산출부
50 : 후륜 조향 제어부

Claims

주행 중 ABS(Anti-Lock Brake System) 작동 시 차량에서 수집되는 차량 휠 상태 정보와 기 저장된 설정 정보에 기초하여 주행 도로의 노면 중 좌측 휠과 우측 휠이 접지하고 있는 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수를 각각 산출하는 마찰계수 산출부;
마찰계수 산출부에서 산출된 좌측 노면 및 우측 노면의 마찰계수를 이용하여 각 차량 휠의 피드포워드 제동압을 산출하는 피드포워드 제동압 산출부;
피드포워드 제동압 산출부에서 산출된 피드포워드 제동압과 차량 휠의 정보에 기초하여 각 차량 휠의 ABS 제동압을 산출하는 ABS 제동압 산출부;
ABS 제동압 산출부에서 산출된 각 차량 휠의 ABS 제동압을 이용하여 요 보상을 위한 후륜 조향 제어량을 산출하는 후륜 조향 제어량 산출부; 및
후륜 조향 제어량 산출부에서 산출된 후륜 조향 제어량에 따라 차량의 후륜 조향 제어를 수행하는 후륜 조향 제어부를 포함하고,
상기 피드포워드 제동압 산출부는,
상기 마찰계수 산출부에서 산출된 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수, 차량 휠의 타이어 수직항력을 이용하여 한계 제동압을 산출하는 한계 제동압 산출부를 포함하고,
운전자 브레이크 페달 조작에 따른 운전자 제동압과 상기 한계 제동압 산출부에서 산출된 한계 제동압을 기초로 각 차량 휠의 피드포워드 제동압을 산출하도록 설정된 것을 차량의 통합 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 마찰계수 산출부는,
상기 차량 휠 상태 정보로부터 기 설정된 노면 마찰계수별 타이어 모델을 이용하여 좌측 휠의 타이어 힘과 우측 휠의 타이어 힘을 상기 노면 마찰계수별로 각각 예측 및 산출하는 타이어 힘 연산부;
상기 타이어 힘 연산부에서 예측된 노면 마찰계수별 좌측 휠의 타이어 힘과 우측 휠의 타이어 힘, 그리고 차량에서 수집되는 정보에 의해 추정된 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘으로부터, 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수와 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수, 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수를 산출하는 마찰계수 추정부; 및
상기 마찰계수 추정부에서 산출된 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수와 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수, 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수를 이용하여 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수를 산출하는 마찰계수 융합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 타이어 힘 연산부는,
상기 기 설정된 노면 마찰계수별 타이어 모델을 이용하여 차량의 전측 휠 중 좌측 휠의 타이어 힘을 상기 노면 마찰계수별로 산출하는 좌측 타이어 힘 연산부; 및
상기 기 설정된 노면 마찰계수별 타이어 모델을 이용하여 차량의 전측 휠 중 우측 휠의 타이어 힘을 상기 노면 마찰계수별로 산출하는 우측 타이어 힘 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 타이어 힘 연산부는, 상기 좌측 휠의 타이어 힘과 우측 휠의 타이어 힘으로서, 각각 해당 휠의 노면 마찰계수별 종방향 타이어 힘과 횡방향 타이어 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 마찰계수 추정부에서 이용되는 상기 추정된 종방향 타이어 힘은, 차량의 전측 휠 중 좌측 휠의 종방향 타이어 힘과 우측 휠의 종방향 타이어 힘을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 마찰계수 추정부는,
상기 좌측 휠의 노면 마찰계수별 종방향 타이어 힘과, 상기 추정된 좌측 휠의 종방향 타이어 힘을 이용하여 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수를 산출하는 제1 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부;
상기 우측 휠의 노면 마찰계수별 종방향 타이어 힘과, 상기 추정된 우측 휠의 종방향 타이어 힘을 이용하여 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수를 산출하는 제2 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부; 및
상기 좌측 휠의 노면 마찰계수별 횡방향 타이어 힘, 상기 우측 휠의 노면 마찰계수별 횡방향 타이어 힘, 및 상기 추정된 횡방향 타이어 힘을 이용하여 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수를 산출하는 횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부는,
상기 좌측 휠의 노면 마찰계수별 종방향 타이어 힘과, 상기 추정된 좌측 휠의 종방향 타이어 힘으로부터 기 설정된 수식을 이용하여 노면 마찰계수별 가중치를 결정하고, 상기 기 설정된 타이어 모델의 각 노면 마찰계수에 상기 결정된 노면 마찰계수별 가중치를 곱하여 합산함으로써 상기 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 종방향 힘 기반 마찰계수 추정부는,
상기 우측 휠의 노면 마찰계수별 종방향 타이어 힘과, 상기 추정된 우측 휠의 종방향 타이어 힘으로부터 기 설정된 수식을 이용하여 노면 마찰계수별 가중치를 결정하고, 상기 기 설정된 타이어 모델의 각 노면 마찰계수에 상기 결정된 노면 마찰계수별 가중치를 곱하여 합산함으로써 상기 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 횡방향 힘 기반 마찰계수 추정부는,
상기 좌측 휠의 노면 마찰계수별 횡방향 타이어 힘, 상기 우측 휠의 노면 마찰계수별 횡방향 타이어 힘, 및 상기 추정된 횡방향 타이어 힘으로부터 기 설정된 수식을 이용하여 노면 마찰계수별 가중치를 결정하고, 상기 기 설정된 타이어 모델의 각 노면 마찰계수에 상기 결정된 노면 마찰계수별 가중치를 곱하여 합산함으로써 상기 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 타이어 힘 연산부에서의 차량 휠 상태 정보는 해당 휠의 슬립각, 슬립률 및 수직항력을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 마찰계수 추정부에서 이용되는 상기 추정된 종방향 타이어 힘은, 차량의 전측 휠 중 좌측 휠의 종방향 타이어 힘과 우측 휠의 종방향 타이어 힘을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 마찰계수 산출부는,
상기 차량에서 수집되는 차량 휠 상태 정보로서 좌측 휠의 슬립률과 슬립각 정보로부터 좌측 휠 종방향 가중치와 좌측 휠 횡방향 가중치를 결정하는 좌측 휠 가중치 연산부; 및
상기 차량 휠 상태 정보로서 우측 휠의 슬립률과 슬립각 정보로부터 우측 휠 종방향 가중치와 우측 휠 횡방향 가중치를 결정하는 우측 휠 가중치 연산부를 더 포함하고,
상기 마찰계수 융합부는,
상기 마찰계수 추정부에서 산출된 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수와 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수, 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수, 그리고 상기 좌측 휠 가중치 연산부와 우측 휠 가중치 연산부에서 결정된 가중치들, 그리고 이전 제어 주기에서 결정된 마찰계수를 이용하여 현재의 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 마찰계수 융합부는
상기 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수와 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수, 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수, 그리고 상기 가중치들 및 이전 제어 주기에서 결정된 마찰계수로부터 하기 식 E1, E2를 이용하여 현재의 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
E1:
E2:
여기서, μ_FL(k)는 현재의 좌측 노면의 마찰계수, μ_FR(k)는 현재의 우측 노면의 마찰계수, μ_FL(k-1)는 이전 제어 주기에서 결정된 좌측 노면의 마찰계수, μ_FR(k-1)는 이전 제어 주기에서 결정된 우측 노면의 마찰계수, w_Lat _{_FL}는 좌측 휠 횡방향 가중치, μ_Lat는 횡방향 힘 기반 노면 마찰계수, w_Long _{_FL}는 좌측 휠 종방향 가중치, μ_Long _-FL는 종방향 힘 기반 좌측 노면 마찰계수, w_Lat _{_} _FR는 우측 휠 횡방향 가중치, w_Long _{_} _FR는 우측 휠 종방향 가중치, μ_Long _- _FR는 종방향 힘 기반 우측 노면 마찰계수임.
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청구항 1에 있어서,
상기 피드포워드 제동압 산출부는,
좌측 노면의 마찰계수와 좌측 휠의 타이어 수직항력으로부터 좌측 휠에 대한 한계 제동압을 산출하는 한계 제동압 산출부를 포함하고, 상기 산출된 좌측 휠에 대한 한계 제동압과 운전자 제동압으로부터 좌측 휠의 피드포워드 제동압을 산출하는 좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부; 및
우측 노면의 마찰계수와 우측 휠의 타이어 수직항력으로부터 우측 휠에 대한 한계 제동압을 산출하는 한계 제동압 산출부를 포함하고, 상기 산출된 우측 휠에 대한 한계 제동압과 운전자 제동압으로부터 우측 휠의 피드포워드 제동압을 산출하는 우측 휠 피드포워드 제동압 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 ABS 제동압 산출부는,
좌측 휠 피드포워드 제동압 산출부에서 산출된 좌측 휠의 피드포워드 제동압과 목표 슬립률, 좌측 휠의 현재 슬립율로부터 좌측 휠의 ABS 제동압을 산출하는 좌측 휠 ABS 제동압 산출부; 및
우측 휠 피드포워드 제동압 산출부에서 산출된 우측 휠의 피드포워드 제동압과 목표 슬립률, 우측 휠의 현재 슬립율로부터 우측 휠의 ABS 제동압을 산출하는 우측 휠 ABS 제동압 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
각 휠에 대한 한계 제동압이 운전자 제동압보다 큰 경우 해당 휠에 대한 피드포워드 제동압은 상기 운전자 제동압으로 결정되고, 각 휠에 대한 한계 제동압이 운전자 제동압 이하인 경우 해당 휠에 대한 피드포워드 제동압은 한계 제동압으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 후륜 조향 제어량 산출부는 ABS 제동압 산출부에서 산출된 각 차량 휠의 ABS 제동압을 이용하여, 좌측 노면의 마찰계수와 우측 노면의 마찰계수가 서로 상이한 제동 상황의 비대칭 제동압에 의해 발생하는 요 모멘트(ΔM_z)를 산출하고, 상기 산출된 요 모멘트(ΔM_z)로부터 후륜 조향 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 제어 장치.