KR19980047949A - 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 출력되는 브레이크 신호에 따라 동작하여 입력되는 차륜속 감지신호와 차륜의 슬립량에 따라 해당하는 브레이크 유압 제어신호를 출력하는 에이비에스 컨트롤러(10)와, 상기 에이비에스 컨트롤러(10)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호에 따라 동작하여 차륜의 회전에 제동을 가하는 제동장치(20)와, 상기 에이비에스 컨트롤러(10)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호와 상기 제동장치(20)로부터 출력되는 신호를 궤환하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출하고 그에 따른 차륜의 슬립량을 계산하여 출력하는 슬립 계산부(30)로 이루어져 있으며, 상태 추정을 이용하여 차속을 정확하게 계산함으로써, 슬립량을 정확하게 산출하여 에이비에스 제어를 정밀하게 할 수 있다.

Description

상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산장치 및 그 방법

이 발명은 에이비에스(ABS ; Antiskid Brake System)에 있어서, 상태 추정(state estimator)을 이용하여 차륜의 슬립(slip)을 정확하게 계산하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

에이비에스는 운전자가 브레이크를 밟으면 자동차 타이어(tire)와 노면간의 마찰력을 적절히 이용하여 일정한 범위의 슬립을 가지면서 차량의 안정성을 유지하며 차량을 최단 시간 내에 정지시키는 것을 목적으로 하는 장치이다.

특히, 에이비에스는 고속 주행중 급제동이나, 빗길, 눈길, 빙판길 등과 같이 미끄러운 도로 주행중의 급제동시는 차량의 쏠림이나 미끄러짐이 없도록 제어하는 데에 효과적이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여, 종래 기술의 에이비에스를 설명하기로 한다.

도 1 에 도시되어 있듯이, 종래 기술의 에이비에스는 운전자가 브레이크 페달(pedal)을 밟음에 따라 출력되는 브레이크 신호에 따라 동작하여 입력되는 차륜속 감지신호와 차륜의 슬립량에 따라 해당하는 브레이크 유압 제어신호를 출력하는 에이비에스 컨트롤러(controller, 1)와, 상기 에이비에스 컨트롤러(1)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호에 따라 동작하여 차륜의 회전에 제동을 가하는 제동장치(2)와, 상기 제동장치(2)로부터 출력되는 신호를 궤환하여 차륜의 슬립량을 계산하여 상기 에이비에스 컨트롤러(1)로 출력하는 슬립 계산부(3)로 이루어져 있다.

상기와 같이 이루어져 있는 종래 기술의 에이비에스의 동작은 다음과 같다.

에이비에스 컨트롤러(1)는 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 출력되는 브레이크 신호에 따라 동작하여 입력되는 차륜속 감지신호와 차륜의 슬립량에 따라 해당하는 브레이크 유압 제어신호를 출력한다.

그리고, 제동장치(2)는 상기 에이비에스 컨트롤러(1)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호에 따라 동작하여 차륜의 회전에 제동을 가한다.

슬립 계산부(3)는 상기 제동장치(2)로부터 출력되는 신호를 궤환하여 차륜의 슬립량을 계산하여 상기 에이비에스 컨트롤러(1)로 출력한다.

일반적으로 차륜의 슬립량은 아래의 수식 1 과 같이 차속과 휠속의 차이값을 휠속으로 나눈 값을 계산함으로써 구한다.

[수식 1]

즉, 에이비에스 컨트롤러(1)는 상기 슬립 계산부(3)로부터 출력되는 신호를 입력받아, 그 값을 보고 직전에 출력했던 브레이크 유압 제어신호에 의하여 실제 제동이 어떻게 작용하였는지를 판단하여 다음 브레이크 유압 제어에 활용한다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술은 슬립량 계산에 필요한 차속을 정확하게 측정할 수 없기 때문에 계산되는 정확한 슬립량을 얻을 수 없어서, 에이비에스 제어에 정밀성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 이 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상태 추정을 이용하여 차속을 정확하게 계산함으로써, 슬립량을 정확하게 산출하여 에이비에스 제어를 정밀하게 할 수 있도록 하는 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산장치 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.

운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 출력되는 브레이크 신호에 따라 동작하여 입력되는 차륜속 감지신호와 차륜의 슬립량에 따라 해당하는 브레이크 유압 제어신호를 출력하는 에이비에스 제어수단과;

상기 에이비에스 제어수단으로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호에 따라 동작하여 차륜의 회전에 제동을 가하는 제동수단과;

상기 에이비에스 제어수단으로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호와 상기 제동수단으로부터 출력되는 신호를 궤환하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출하고 그에 따른 차륜의 슬립량을 계산하여 출력하는 슬립 계산수단으로 이루어져 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 다른 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.

에이비에스 유압 제어에 의한 실제 휠속을 상태 추정에 의하여 산출된 휠속을 비교하여 오차를 검출하는 단계와;

에이비에스 유압 제어신호를 상기 단계에서 검출된 오차에 따라 보정하는 단계와;

상기 단계에서 보정된 신호에 따라 상태 추정에 의한 휠속을 산출하는 단계와;

상기 단계에서 산출된 휠속을 이용하여 차륜의 슬립량을 산출하는 단계로 이루어져 있다.

도 1 은 종래 기술의 에이비에스를 적용한 블럭도이고,

도 2 는 이 발명의 실시예에 따른 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산장치를 적용한 블럭도이고,

도 3 은 이 발명의 실시예에 따른 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산방법을 적용한 블럭도이고

도 4 는 바퀴의 토크를 나타낸 도면이고,

도 5 는 구동 토크의 전달을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 2 에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산장치의 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.

운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 출력되는 브레이크 신호에 따라 동작하여 입력되는 차륜속 감지신호와 차륜의 슬립량에 따라 해당하는 브레이크 유압 제어신호를 출력하는 에이비에스 컨트롤러(10)와;

상기 에이비에스 컨트롤러(10)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호에 따라 동작하여 차륜의 회전에 제동을 가하는 제동장치(20)와;

상기 에이비에스 컨트롤러(10)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호와 상기 제동장치(20)로부터 출력되는 신호를 궤환하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출하고 그에 따른 차륜의 슬립량을 계산하여 출력하는 슬립 계산부(30)로 이루어져 있다.

상기 슬립 계산부(30)의 구성은;

상기 에이비에스 컨트롤러(10)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호와 상기 제동장치(20)로부터 출력되는 신호를 궤환하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출하는 상태 추정부(31)와;

상기 상태 추정부(31)로부터 출력되는 휠속을 이용하여 차륜의 슬립량을 계산하여 출력하는 연산부(35)로 이루어져 있다.

상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 동작은 다음과 같다.

에이비에스 컨트롤러(10)는 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 출력되는 브레이크 신호에 따라 동작하여 입력되는 차륜속 감지신호와 차륜의 슬립량에 따라 해당하는 브레이크 유압 제어신호를 출력한다.

그리고, 제동장치(20)는 상기 에이비에스 컨트롤러(10)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호에 따라 동작하여 차륜의 회전에 제동을 가한다.

슬립 계산부(30)는 상기 에이비에스 컨트롤러(10)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호와 상기 제동장치(20)로부터 출력되는 신호를 궤환하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출하고 그에 따른 차륜의 슬립량을 계산하여 출력한다.

상기 슬립 계산부(30)의 상태 추정부(31)는 상기 에이비에스 컨트롤러(10)로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호와 상기 제동장치(20)로부터 출력되는 신호를 궤환하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출하고, 연산부(35)는 상기 상태 추정부(31)로부터 출력되는 휠속을 이용하여 차륜의 슬립량을 계산한다.

도 3 을 참고로 하여, 상기 상태 추정부(31)의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

즉, 상태 추정부(31)는 우선 상기 에이비에스 컨트롤러(10)에서 출력되는 브레이크 유압 제어신호에 의하여 제동장치(20)에서 제어되어 나타나는 휠속(y)에서 상태 추정에 의하여 얻어진 휠속()을 감산하여(32A), 'L' 매트릭스를 이용하여 오차를 검출한다(32B).

그리고, 상기 에이비에스 컨트롤러(10)에서 출력되는 브레이크 유압 제어신호(u)에 상기 단계(32)에서 검출된 오차를 가산하여 보정을 수행한다(33).

그리고 나서, 상태 추정부(31)는 상기 단계(33)에서 보정된 신호에 따라 상기 제동장치(20)와 유사한 시스템을 구성하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출한다(34).

상기 도 3 에 도시되어 있는 제동장치(20)의 시스템(system)을 상태 방정식으로 나타내면 아래의 수식 2 와 같이 표현할 수 있다.

[수식 2]

즉, 브레이크 유압 제어신호(u)가 입력되면 'A' 매트릭스와 'B' 매트릭스와 'C' 매트릭스에 따라 해당하는 휠속(y)을 얻을 수 있다.

따라서, 상태 추정부(31)는 상기 제동장치(20)의 상태 방정식과 같이 상태 방정식을 구하면 아래의 수식 3 과 같이 나타낼 수 있다.

[수식 3]

상기 수식 3 에서 상태 추측의 다이나믹스(dynamics)를 결정하는 것은 '' 매트릭스이고, 이 시스템을 안정화시킬 수 있는 'L' 매트릭스는 시스템이 관측 가능할 때 항상 존재한다.

따라서, 도 4 와 도 5 에 도시한 바와 같이 그 구조를 모델링(modeling)하고 이를 상태 방정식으로 표현하면 상태 추정을 할 수 있다.

도 4 와 도 5 에서, T_B는 브레이크 토크(torque)이고, T_E는 바퀴에 전달되는 토크이고, T_TH는 엔진 출력 토크이고, ω는 차륜속이고, I_W는 바퀴의 관성이고, f_SP는 마찰력이고, I는 유효 관성이고, h는 차량의 무게 중심에서 지면까지의 거리이고, z는 차량의 무게 중심에서 바퀴 중심까지의 거리이다.

따라서, 상기 제동장치(20)에서 차량 앞바퀴의 운동 방정식을 나타내면 아래의 수식 4 와 같이 표현할 수 있다.

[수식 4]

상기 수식 4 에서, fl은 차량의 앞 왼쪽 바퀴를 나타내고, fr은 차량의 앞 오른쪽 바퀴를 나타내며, rl은 차량의 뒤 왼쪽 바퀴를 나타내고, rr은 차량의 앞 오른쪽 바퀴를 나타내며, N₂/N₁은 기어비를 나타낸다.

상기 수식 4 에서 관성의 매트릭스를 아래의 수식 5 와 같이 'I'로 나타내고, 토크의 수식 6 과 같이 'T'로 나타내어 다시 수식 4 를 표현하면, 수식 7 과 같이 나타낼 수 있다.

[수식 5]

그리고, 상기 수식 7 에 인버스(inverse) 'I' 매트릭스를 곱해 주면 아래의 수식 8 과 같이 차륜속의 행렬을 구할 수 있다.

[수식 6]

[수식 7]

[수식 8]

한편, 상기 제동장치(20)에서 차량 뒷바퀴의 운동 방정식을 나타내면 각각 아래의 수식 9, 수식 10 과 같이 표현할 수 있다.

[수식 9]

[수식 10]

상기 수식 9 와 수식 10 을 상기 전륜의 경우와 같이 계산하여 차륜속을 구할 수 있으며, 상기 수식들을 이용하여 모든 차륜의 차륜속을 구하는 매트릭스를 구하면 아래의 수식 11 과 같이 나타낼 수 있다.

[수식 11]

여기서, 상기매트릭스는 아래의 수식 12 와 같고,매트릭스는 아래의 수식 13 과 같다.

[수식 12]

[수식 13]

상기 수식 12 에서 '0_{2×3}'와, '0_{3×3}'와, '0_{3×2}'는 각각의 원소들의 값이 모두 0으로 되어 있는 매트릭스이다.

그리고, 타이어 반경(R₀)은 아래의 수식 14에서 보는 바와 같이 차량 무게 중심에서 지면까지의 거리에서 차량 무게 중심에서 차륜 중심까지의 거리를 감산한 값으로 대치할 수 있다.

[수식 14]

상기 수식 11 과 같은 모델을 이용하여 안정한 상태 추정을 할 수 있는 'L' 매트릭스를 구할 수 있는데, 상기 'L' 매트릭스를 구하는 방법은 많이 알려져 있고, 거의 모든 실제 시스템의 경우에는 그 값을 구할 수 있는 것이 일반적이다.

상기에서 구한 'L' 매트릭스를 이용하여 상태 추정부(31)의 내부 알고리즘(algorithm)을 구성할 수 있고, 그에 따라 휠속을 계산하면 보다 정확한 차속을 얻을 수 있다.

따라서, 상기에서 얻어진 값을 이용하면 보다 정확하게 슬립량을 계산할 수 있으며, 상기에서 얻어진 슬립량을 일정하게 유지하도록 제어함으로써 차량의 에이비에스 제어를 효과적으로 할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 동작하는 이 발명은, 상태 추정을 이용하여 차속을 정확하게 계산함으로써, 슬립량을 정확하게 산출하여 에이비에스 제어를 정밀하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 출력되는 브레이크 신호에 따라 동작하여 입력되는 차륜속 감지신호와 차륜의 슬립량에 따라 해당하는 브레이크 유압 제어신호를 출력하는 에이비에스 제어수단과;

   상기 에이비에스 제어수단으로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호에 따라 동작하여 차륜의 회전에 제동을 가하는 제동수단과;

   상기 에이비에스 제어수단으로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호와 상기 제동수단으로부터 출력되는 신호를 궤환하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출하고 그에 따른 차륜의 슬립량을 계산하여 출력하는 슬립 계산수단으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산장치.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 슬립 계산수단의 구성은,

   상기 에이비에스 제어수단으로부터 출력되는 브레이크 유압 제어신호와 상기 제동수단으로부터 출력되는 신호를 궤환하여 상태 추정에 의한 휠속을 산출하는 상태 추정수단(31)과,

   상기 상태 추정수단(31)으로부터 출력되는 휠속을 이용하여 차륜의 슬립량을 계산하여 출력하는 연산수단(35)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산장치.
3. 에이비에스 유압 제어에 의한 실제 휠속을 상태 추정에 의하여 산출된 휠속을 비교하여 오차를 검출하는 단계와;

   에이비에스 유압 제어신호를 상기 단계에서 검출된 오차에 따라 보정하는 단계와;

   상기 단계에서 보정된 신호에 따라 상태 추정에 의한 휠속을 산출하는 단계와;

   상기 단계에서 산출된 휠속을 이용하여 차륜의 슬립량을 산출하는 단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산방법.
4. 청구항 3 에 있어서, 상기 실제 휠속을 상태 추정에 의하여 산출된 휠속을 비교하여 오차를 검출하는 단계의 구성은,

   브레이크 유압 제어신호에 의하여 나타나는 휠속에서 상태 추정에 의하여 얻어진 휠속()을 감산하는 단계(32A)와;

   상기 단계(32A)에서 얻어진 값에 'L' 매트릭스를 적용하여 오차를 검출하는 단계(32B)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 상태 추정을 이용한 차륜 슬립 계산방법.