KR20010028384A - 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 차량의 전자식 제동력 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 차량의 전자식 제동력 제어시스템에 관한 것으로서, 차량의 브레이크 압력을 감지하는 압력 센서부와, 차량의 하중을 감지하는 하중감지 센서부와, 차량의 정지시 발생되는 감속도를 검출하는 감가속도 센서부와, 차량의 후륜에 걸리는 제동 압력을 조절하는 엑츄에이터부와, 상기 압력센서부, 하중감지 센서부 및 감가속도 센서부로부터 입력 데이터를 인가받아 상기 엑츄에이터부를 제어하는 제어부를 구비하여, 상기 압력 센서부, 하중감지 센서부 및 감가속도 센서부로부터 주기적으로 차량 하중, 브레이크 압력 및 감속도 측정 데이터가 인가되면 상기 제어부에 의해 차량의 하중에 맞는 최적의 제동 압력값이 산출된 후, 산출된 제동 압력값에 따라 상기 엑츄에이터부가 구동 제어되게 함으로써 차량의 제동시, 후륜의 록킹 현상을 방지하면서 최상의 제동력을 확보할 수 있다.

Description

직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 차량의 전자식 제동력 제어시스템{Electronic Brating Force Control of Vehicle using an direct adaptive fuzzy controller}

본 발명은 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 차량의 전자식 제동력 제어시스템에 관한 것으로서, 특히 기존의 기계식 제동압력 조절장치 대신에 전자식 제동압력 조절수단인 액츄에이터부를 구비하고 퍼지 제어기를 통해 차량의 하중에 상응하는 최적의 제동력을 산출한 후 상기 액츄에이터부를 제어하여 제동 압력을 자동 조절함으로써 차량의 제동시, 후륜의 록킹 현상을 방지하면서 최상의 제동력을 확보할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와같이 차량 운전중에 운전자가 소정 압력으로 브레이크 페달(10)을 밟게 되면 이러한 힘이 배력장치(11)에 의해 증폭된 후 브레이크 오일 탱크(12)에 있는 오일을 마스터 실린더(13)내로 유입시키고 이에 따라 상기 마스터실린더(13)에서 발생한 유압이 브레이크 파이프(14)를 통해 각 차륜의 휠 실린더에 전달되다. 이때 브레이크 패드 또는 라이닝과 디스크 플레이트 또는 드럼이 마찰을 일으켜 제동력이 발생되며 이때 후륜의 제동력은 프로포쇼닝밸브(16)에 의해 차량의 하중에 적합하게 조절된다.

이와 같이 발생된 제동력은 도 2와 같은 타이어와의 모멘트 관계에 의해 차량을 정지시키게 된다.

참고적으로, 차량을 정지시키기 위한 제동력은 타이어와 노면과의 마찰을 이용한 것으로 차량의 하중과 매우 밀접한 관계에 있으며 차량의 구조상 차량의 총중량은 전륜 및 후륜 축으로 나뉘어서 분포하게 된다. 또, 제동력은 각 축에 작용하는 수직력과 타이어와 노면과의 마찰에 의해 발생되는데, 이때 각 축에 작용하는 수직력은 제동력에 관련된 매우 중요한 힘이다.

또한, 대부분의 차량에 있어 제동은 달리고 있는 상태에서 차량을 정지하기 위한 목적으로 사용되기 때문에 뉴톤의 제 2법칙인 관성의 법칙을 고려하여 설계되어야만 한다.

만약 차량이 선회시 전륜 또는 후륜에 록킹(Locking)이 발생한다면 록킹 위치에 따라 차량 안정성이 불안전하게 된다. 즉, 전륜에서 록킹이 발생되면 조타성을 잃게 되고 후륜에 작용하는 제동력 축선과 차량의 진행방향 축선은 일치하게 되어 회전방향의 접선으로 진행하게 된다. 그러나, 후륜에서 록킹이 발생하게 되면 차량의 진행방향 축선과 전륜 타이어에 작용하는 제동력 방향 축선과 차이가 발생하여 회전 모멘트가 발생하고 이때, 차량은 회전하게 되어 매우 불안한 상태에 빠지게 된다.

따라서, 제동시 안전을 고려하여 후륜에서 록킹이 발생되지 않도록 설계해야 한다.

이 경우에 만약, 차량의 제동력을 조절하기 위한 제동유압 조절장치가 없다면 전륜과 후륜에는 동일한 압력이 발생될 것이고 이에 따라 동일한 제동토크가 발생되어 전륜과 후륜이 동일한 제동력을 갖게 될 것이다.

그러나, 움직이는 차량이 정지하게 되면 정지상태에 비해 전륜에는 좀 더 많은 하중이 실리게 될 것이고 후륜에는 좀 더 작은 하중이 실리게 될 것이다. 따라서, 필요이상으로 많은 제동력이 작용하는 후륜에 록킹이 발생되어 차량의 안전성이 매우 불안한 상태에 도달하게 된다. 이러한 상태를 방지하기 위하여 제동압력 조절장치가 필요하게 된다.

상기 제동압력 조절장치인 프로포쇼닝밸브는 동적 상태에서 제동시 하중 이동이 발생하더라도 후륜의 압력을 적절히 감압시켜 차량의 안전성을 확보해주게 되는데 이러한 감압 시점과 감압정도는 프로포쇼닝밸브 내부의 스프링 탄성계수의 정도에 의해 감압 시작 압력이 결정되고 상기 프로포쇼닝밸브 내부의 단면적 비에 의해 감압정도가 결정되는 것이다.

상기와 같은 제동압력 조절장치는 프로포쇼닝밸브이외에도 로드센싱 프로포쇼닝밸브(Load Sensing Proportioning Valve) 및 E.B.D(Electronic Brake force Distribution)를 들 수 있는 바, 먼저 상기 프로포쇼닝밸브는 승용차와 같이 적차 및 공차시 하중변화가 크지 않는 경우에 사용되는 제동압력 조절장치로 설정 압력이상에서만 제동시 전륜과 후륜의 제동압력을 조절하는 장치로 따라서 적차시에는 제동손실이 많아져 제동거리가 길어지는 단점이 있으나 구조가 간단하여 매우 경제적인 시스템이다.

또한, 상기 로드센싱 프로포쇼닝밸브 방식(L.S.P.V)은 상용차와 같이 적차 및 공차시 하중변화가 매우 큰 경우에 주로 사용되는 제동압력제어장치로서 차량 후륜에 연결되는 차동장치부의 처짐상태를 기구학적인 링크 구조로 감지하여 피스톤을 밀어주는 힘을 조절하여 프로쇼닝밸브에서의 단점인 적차시의 제동손실을 만회하여 높은 제동효율을 발생시킬 수 있으나 구조가 복잡하고 설치가 어려워 경제적으로 불리한 시스템이나 제동시 안전성을 확보할 수 있으므로 1톤 이상의 화물차량에서는 거의 기본적으로 사용하고 있는 시스템이다.

또한, 상기 E.B.D(Electronic Brake force Distribution)은 센서로부터 구동륜의 상태를 감시하여 구동륜의 잠긴을 예방하는 ABS(Antilock Braking System)의 하드웨어적인 장치를 그대로 사용하고 소프트웨어적으로 제동압력 제어 알고리즘을 추가를 추가함으로써 기존의 기계식 시스템으로는 불가능한 폐루프제어를 통해서 제동력 손실을 최소화하여 제동효율을 극대화한 매우 우수한 시스템으로서, 기존의 제동압력 조절장치인 프르포쇼닝밸브나 로드센싱 프로포쇼닝밸브의 추가 장착이 불필요하게 되나 이 시스템을 사용하기 위해서는 반드시 ABS가 있어야 한다.

이로 인해 우리나라와 같이 ABS의 장착율 및 이용빈도가 낮은 환경에서는 적극적으로 사용할 수 없는 현실이다.

즉, 상술한 바와 같이, 차량의 제동시 차량 안정성을 확보하는데 필수 부품인 제동 압력장치인 프로포쇼닝밸브(Proportioning Valve)는 아직까지 기계식으로 개루프 기계식 제어방식을 채택하고 있어 정밀한 제어를 이룰 수가 없었다.

그리고, 상술한 바와같이 ABS 시스템을 좀 더 발전시켜 제동 압력조절을 폐루프 제어방식으로 할 수 있는 E.B.D(Electric Brake Force Distribution) 방식의 경우에는 반드시 ABS가 있어야 함으로 우리나라와 같이 ABS의 장착율 및 이용빈도가 낮은 환경에서는 적극적으로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기존의 기계식 제동압력 조절장치 대신에 전자식 제동압력 조절수단인 액츄에이터부를 구비하고 퍼지 제어기를 통해 차량의 하중에 상응하는 최적의 제동력을 산출한 후 상기 액츄에이터부를 제어하여 제동 압력을 자동 조절함으로써 차량의 제동시, 후륜의 록킹 및 미끄러짐 현상을 방지하면서 최적의 제동력을 확보할 수 있도록 한 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 차량의 전자삭 제동력 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술사상으로서 차량의 브레이크 압력을 감지하는 압력 센서부와, 차량의 하중을 감지하는 하중감지 센서부와, 차량의 정지시 발생되는 감속도를 검출하는 감가속도 센서부와, 차량의 후륜에 걸리는 제동 압력을 조절하는 엑츄에이터부와, 상기 압력 센서부, 하중감지 센서부 및 가속도 센서부로부터 입력 데이터를 인가받아 상기 엑츄에니터부를 제어하는 제어부를 구비하여, 상기 압력 센서부, 하중감지 센서부 및 감가속도 센서부로부터 주기적으로 차량 하중, 브레이크 압력 및 감속도 측정 데이터가 인가되면 상기 제어부에 의해 차량의 하중에 맞는 최적의 제동 압력값이 산출된 후, 산출된 제동 압력값에 따라 상기 엑츄에이터부가 구동 제어되는 발명이 제시된다.

도 1은 종래기술에 의한 차량의 브레이크 시스템을 나타낸 개략도이다.

도 2는 제동력과 타이어와의 모멘트 관계를 나타낸 참고도이다.

도 3은 본 발명에 의한 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 차량의 전자식 제동력 제어시스템을 나타낸 개략도이다.

도 4는 본 발명에 의한 감가속도 센서를 나타낸 평면도이다.

도 5는 본 발명의 각 구성을 나타낸 블록도이다.

도 6은 본 발명에 의한 직접 적응식 퍼지 제어기의 제어 계통도이다.

도 7은 본 발명에 의한 엑츄에이터부를 나타낸 단면도이다.

도 8 및 도 9는 브레이크 압력에 대한 세부 변수와 소속함수를 나타낸 도면이다.

도 10 및 도 11은 브레이크 압력 오차에 대한 세부 변수 및 소속함수를 나타낸 도면이다.

도 12 및 도 13은 출력변수의 세부 변수 및 소속함수를 나타낸 도면이다.

도 14 및 도 15는 퍼지 제어기의 제어규칙을 나타내는 나타낸 도면이다.

도 16은 공차시 기존 L.S.P.V 의 제동력 특성에 대한 선도를 나타낸 도면이다.

도 17은 공차시 기존 L.S.P.V 의 감가속도별 제동력을 나타낸 도면이다.

도 18은 적차시 기존 L.S.P.V 의 제동력 특성에 대한 선도를 나타낸 도면이다.

도 19는 적차시 기존 L.S.P.V 의 감가속도별 제동력을 나타낸 도면이다.

도 20은 공차시 본 발명에 의한 퍼지 알고리즘의 제동력 특성에 대한 선도를 나타낸 도면이다.

도 21은 공차시 본 발명에 의한 퍼지 알고리즘의 감가속도별 제동력을 나타낸 도면이다.

도 22는 적차시 본 발명에 의한 퍼지 알고리즘의 제동력 특성에 대한 선도를 나타낸 도면이다.

도 23은 적차시 본 발명에 의한 퍼지 알고리즘의 감가속도별 제동력을 나타낸 도면이다.

＜도면의 주요부분에 관한 부호설명＞

30 : 압력센서부 31 : 하중감지 센서부

32 : 감가속도 센서부 33 : 엑츄에이터부

34 : 제어부 35 : 브레이크 파이프

36 : 솔레노이드 밸브 37 : 밸브 피스톤

38 : 로드셀 39 : 웨이트

40 : 하우징 41 : 브라켓

이하에서는 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용에 대해서 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와같이, 본 발명은 차량의 브레이크 압력을 감지하는 압력 센서부(30)와, 차량의 하중을 감지하는 하중감지 센서부(31)와, 차량의 정지시 발생되는 감속도를 검출하는 감가속도 센서부(32)와, 차량의 후륜에 걸리는 제동 압력을 조절하는 엑츄에이터부(33)와, 상기 압력 센서부(30), 하중감지 센서부(31) 및 감가속도 센서부(32)로부터 입력 데이터를 인가받아 상기 엑츄에이터부(33)를 제어하는 제어부(34)로 구성된다.

또한, 상기 제어부(34)의 메모리수단에는 제동시 차량의 제동력 효율을 극대화하기 위해 직접 적응식 퍼지 알고리즘이 내장된다.

또한, 상기 직접 적응식 퍼지 알고리즘은 상기 제어부(34)의 퍼지 제어기에 의해 수행되며, 일차적으로 차량의 제동시 차량 하중, 브레이크 압력 및 차량 감속도의 측정 입력 데이터를 언어적 데이터로 바꾸어 주고 이를 다시 퍼지 룰 베이스에 의해 소정 결과치로 산출하게 된다.

또한, 상기 퍼지 제어기는 차량 하중의 변화에 능동적으로 대처하기 위해 하중 변화정도에 따라 퍼지 룰 베이스를 실시간으로 적절히 바꾸어주게 된다.

또한, 상기 퍼지 제어기는 산출된 언어적 데이터 결과치를 다시 수치적 데이터로 바꾸어 주어 상기 액츄에이터부(33)의 구동전압을 생성시킨다.

또한, 상기 엑츄에이터부(33)는 소정 전압이 솔레노이드 밸브(36)에 인가되어 밸브 피스톤(37)이 좌우 직선운동을 하게 되면 밸브내의 단면적 변화가 생기고 이에 따라 유압이 조절되어 컷 인 프레셔(Cut in Pressure)가 조절된다.

또한, 상기 하중감지 센서부(31)는 화물차량의 경우, 화물 적재칸의 하중 변화를 정확히 감지하기 위하여 차량 적재칸의 모서리에 각각 구비되게 된다.

또한, 상기 압력 센서부(30)는 차량에 있어서 브레이크 파이프(35)상에 상기 액츄에이터부(33)를 전,후로 하여 각각 한개씩 구비되고, 상기 감가속도 센서부(32)는 화물차량의 경우, 차량의 정지시 발생되는 감속도를 측정하기 위해 화물 적재칸의 전측에 구비된다.

또한, 상기 하중감지 센서부(31)에 의해 측정된 차량의 하중을 운전자가 볼 수 있도록 차량의 인스트루먼트 패널 일측에는 하중디스플레이부(도면에 도시되지 않음)가 더 구비되게 된다.

또한, 상기 감가속도 센서부(32)는 하중에 따라 저항값이 변하는 스트레인 게이지가 내부에 구비되는 로드셀(38)과, 소정 무게를 갖고 상기 로드셀(38)의 일측에 체결되는 웨이트(39)와, 상기 로드셀(38)을 감싸고 있는 하우징(40)과, 상기 로드셀(38)의 타측을 상기 하우징(40)의 일측에 체결시키는 브라켓(41)으로 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 차량의 제동효율을 극대화 할 수 있는 폐루프 제어 시스템에 관한 것으로서, 기존의 제어 알고리즘이 아닌 인공지능 기법인 직접 적응식 퍼지알고리즘을 사용하여 시스템에 대한 모델링을 사용하지 않고도 전문가의 지식을 기반으로 적차 및 공차시 최대의 제동 성능을 발휘할 수 있는 차량의 전자식 제동력 제어시스템으로 되어 있다.

그럼 지금부터, 차량의 적차 및 공차시 하중에 따른 최적 제동값을 산출하여 차량 제동력을 최적으로 조절하기 위한 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 구현하기 위한 차량에는 압력 센서부(30), 하중감지 센서부(31) 및 감가속도 센서부(32)가 구비되는 바, 먼저 상기 압력 센서부(30)는 차량의 브레이크 파이프(35)상에 제동 압력을 조절하는 액츄에이터부(33)의 전,후측으로 각각 한 개씩 구비되며, 상기 각각의 압력 센서부(30)에서 측정된 압력 데이터는 주기적으로 제어부(34)에 입력된다.

또한, 상기 하중감지 센서부(31)에는 하중에 따라 저항값이 변하는 스트레인 게이지가 내부에 구비된 로드셀(38)이 수직방향으로 설치되어 있으며 화물 차량의 경우, 적재칸의 모서리 4군데에 각각 설치되게 된다. 그리고 상기 하중감지 센서부(31)에서 측정된 하중 데이터는 주기적으로 제어부(34)에 입력되게 된다.

또한, 상기 감가속도 센서부(32)는 화물 차량의 경우, 화물 적재칸의 전측에 구비되어 차량의 정지시에 작동되는데 일단, 차량의 운행중 정지하게 되면 전방으로 나아가려는 관성력이 생기게 되고 이때, 도 4와 같이 로드셀(38)의 일측에 체결되어있는 웨이트(39)가 전방으로 쏠리게 되고 이에 따라, 상기 로드셀(38)의 내부에 있는 스트레인 게이지의 저항값이 변화되게 된다. 그리고 변화된 저항값에 상응하는 측정 데이터가 제어부(34)로 입력되게 된다.

상기 압력 센서부(30), 하중감지 센서부(31) 및 감가속도 센서부(32)에 의해 측정된 현재 브레이크 파이프(35)상의 압력 데이터, 차량의 하중 데이터, 차량의 정지시 감가속도 데이터는 상술한 바와같이 제어부(34)로 인가된 후, 상기 제어부(34)의 메모리수단에 저장된 직접 적응식 퍼지제어 알고리즘에 따라 현재 차량의 하중에 상응하는 최적의 제동압력치를 산출하게 된다.

참고적으로, 상기 제어부(34)에는 상기 각각의 센서부(30,31,32) 및 엑츄에이터부(33)의 아날로그 신호와 상기 제어부(34)의 디지털 신호를 서로 주고받을 수 있도록 A/D 컨버터 및 D/A 컨버터가 구비되게 된다.

한편, 본 발명에서는 퍼지제어 알고리즘을 수행시키기 위해 제어부(34)로서 퍼지 제어기를 이용하게 되는데 이러한 퍼지 제어기에 대해 도 5 및 도 6를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제동시 차량의 안전성은 하중변화에 따른 감가속도별 전,후륜 제동력 배분을 적절히 제어하여 훈륜의 록킹을 방지함으로써 확보할 수 있는데 이를 위하여 본 발명에서는 직접 적응식 퍼지제어방식을 이용하고 있다.

상기와 같은 직접 적응식 퍼지제어방식을 사용하기 위해서는 먼저, 일반적인 퍼지 제어기를 설계하고 이에 대한 퍼지 룰베이스를 구축하는 것이 필수적이라 할 수 있다.

상기 퍼지 제어기의 구성은 크게 3가지 부분으로 나눌 수 있는데 즉, 입력 데이터에 대한 퍼지화 부분과, 출력 데이터 산출을 위한 퍼지 룰베이스에 대한 퍼지 추론부분과, 엑츄에이터부를 제어하기 위한 비퍼지화부분으로 나눌 수 있다.

입력은 브레이크 압력과 브레이크 압력 오차가 사용되는데 브레이크 압력은 브레이크 파이프에서 압력센서를 통해 검출하는 것으로 이것은 브레이크 압력 오차를 산출하기 위한 실제 브레이크 압력이 된다.

또한, 상기 브이레크 압력 오차를 산출하기 위한 기준 브레이크 압력은 퍼지 제어기가 감가속도 센서부(32)로부터 입력 데이터를 받아 계산하게 된다. 따라서, 상기 브레이크 압력 오차란 감가속도별 기준 브레이크 압력과 실제 브레이크 압력과의 차이라 할 수 있다.

이러한 브레이크 압력의 차이는 보통 마찰재의 마찰계수 값의 변화로 발생하게 되는데, 마찰계수 값은 마찰재의 온도 변화에 민감하게 반응하여 마찰재의 온도가 올라가면 마찰계수의 값은 낮아져 설계 브레이크의 압력보다 낮아지는 현상이 발생하게 된다.

상기의 입력에 대한 출력은 엑츄에이터부의 감압비율이 되겠다. 좀 더 정확하게 표현하자면 감압 비율을 발생시키기 위한 엑츄에이터부(33)의 구동 전압이 된다.

이때, 출력의 궁극적인 목적은 차량 하중의 변화에 따라 후륜이 록킹되지 않는 최대의 제동력을 발생시키는 것으로 이상 제동력 이상의 실제 제동력이 발생되지 않도록 후륜의 압력을 감압시키는 것이다.

한편, 상기 퍼지 제어기가 각 센서부(30,31,32)로 입력되는 값들을 인식하기 위해서는 입력값들을 정규화시켜야 되고 이렇게 정규화된 입력값들은 언어적인 변수로 나타내기 위해 소속함수를 이용한 퍼지화 과정이 필요하게 된다.

본 발명에서는 계산성의 이점을 고려하여 삼각형 형태의 소속함수를 이용하여 퍼지화를 수행하였다. 입력 및 출력 변수에 대한 정규화 범위는 기존 시스템의 시뮬레이션을 통해 얻은 결과를 통해 각각의 변수에 대한 정규화 범위를 적절히 선정하였다. 또한, 입력과 출력에 대한 언어적인 변수는 정규화 범위를 표현하기 위해 다음과 같이 나타내었다.

1) 입력변수

브레이크 압력에 대한 언어적인 변수는 압력 정도라는 것을 영문으로 나타내기 위해 PL(Pressure Level)로 하였다. 이에 대한 정규화 범위는 기존 시스템의 시뮬레이션 결과에 따라 0∼190 Kg_f/cm²로 한정하였고 세부 변수와 소속 함수는 도 8및 도 9에서 나타내었다.

한편, 브레이크 압력 오차에 대한 언어적인 변수는 압력 오차 정도라는 것을 영문으로 나타내기 위해 EL(Error Level)로 하였다. 이에 대한 정규화 범위는 기존 시스템의 시뮬레이션 결과에 따라 -20∼+20 %로 한정하였고, 세부변수와 소속함수는 도 10 및 도 11에 나타내었다.

2) 출력변수

브레이크 감압 비율에 대한 언어적인 변수는 감압 정도라는 것을 영문으로 나타내기 위해 DL(Error Level)로 하였다. 이에 대한 정규화 범위는 0∼100% 로 하였고 세부 변수 및 소속함수는 도 12 및 도 13에서 나타내었다.

한편, 후륜의 브레이크 압력을 제어하기 위한 퍼지 제어기의 제어규칙은 IF-THEN 형식으로서 다음과 같이 표현된다.

R: IF(Pressure) is PL1 and (Pressure Error) is EL1 THEN (Pressure Down) is DL1.

여기서 PL1, EL1, DL1은 입력과 출력에 대한 언어적인 퍼지 변수이다. 본 발명에서 사용한 제어규칙의 종류는 차량의 하중에 따라 적차 및 공차로 나뉘어져 2개이고, 이에 대한 제어규칙은 각각 208개이다.

이는 브레이크 압력이 26개로 나누어져 있고, 브레이크 압력 오차가 8개로 나누어져 있기 때문이다. 이에 대한 제어규칙을 도 14 및 도 15에서 나타내었다.

한편, 차량 후륜의 압력 제어를 위해 사용된 퍼지 추론 방법으로 본 발명에서는 Mamdani에 의해 제안되어 여러 시스템에 적용한 결과 신뢰성이 높게 평가된 최대-최소법을 사용하였다.

퍼지추론은 퍼지 룰 베이스를 이용하여 각각의 센서부로부터 얻은 입력값을 퍼지화하여 얻은 퍼지 입력에 대한 퍼지 출력을 추론해 내는 것으로 추론 형태는 Fuzzy Modus Ponens에 의한 것인데 이에 논법은 다음과 같다.

- Implication (전제 1)

IF (Pressure) is PL1 and (Pressure Error) is EL1

THEN (Pressure Down) is DL1.

- Input (전제 2)

(Pressure) is PL1′and (Pressure Error) is EL1′

- Inference (결론)

(Pressure Down) is DL1.

퍼지 추론에 의해 전제 2의 변수값이 전제 1의 값과 다르더라도 DL1′라는 일반적인 출력을 계산해내는 것이다. 이런 방식으로 추론된 값을 실제 제어시스템으로 사용하기 위해서는 명확한 값으로 바꾸는 비퍼지화 과정을 거쳐야 한다.

본 발명에서는 무게중심법을 사용하여 비퍼지화를 수행하였다.

상기와 같은 퍼지 제어과정을 거쳐 현재 차량의 하중에 적합한 최적의 제동압력치가 산출되면 상기 제어부(34)는 엑츄에이터부(33)에 제어신호를 보내 도 7에 도시된 상기 엑츄에이터(33)를 구동시키게 된다.

즉, 상기 엑츄에이터부(33)는 소정 전압을 인가받아 솔레노이드 밸브(36)를 작동시키고 이에 따라 밸브 피스톤(37)이 좌우 직선운동을 하게 되는데 이때, 단면적의 변화가 일어나고 이에 따라 유압이 조절되어 컷 인 프레셔(Cut in Pressure)가 조절되게 된다.

따라서, 차량의 현재 하중에 따른 후륜의 최적 제동 압력이 결정되게 된다.

참고적으로, 본 발명에 의해 제안된 직접 퍼지 제어 알고리즘에 대한 효율성을 검증하기 위해 기존 L.S.P.V 시스템과 본 발명에 의한 전자식 퍼지 제어시스템에 대한 시뮬레이션이 수행되었는데 상기 시뮬레이션은 Matlab을 사용하여 공차 및 적차 상태에서의 제동시 후륜 제동력 제어에 대하여 수행하였다. 또, 시뮬레이션을 위해 도로의 노면조건은 일정하다고 가정하였으며 또한 제동은 평지에서 실시하였다고 가정하였다.

또한, 설정 브레이크 압력 계산시 브레이크 압력 손실은 설계적 경험치인 0.5 Kg_f/cm²로 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다.

기존 L.S.P.V 시스템과 본 발명에 의한 전자식 퍼지 제어시스템에 대한 시뮬레이션을 비교하면 다음과 같다.

(1) 기존 L.S.P.V 시스템 시뮬레이션

1) 공차시 시뮬레이션

전 가감속도 영역에서 후륜의 록킹은 발생하지 않으며, 0.1g에서부터 감압이 시작됨을 볼 수 있었다. 이는 공차시에 전륜과 후륜의 하중 분포 차이가 크기 때문이고, L.S.P.V 의 컷 인 프레셔가 10 Kg_f/cm²로 설정되기 때문이다.

컷 인 프레셔에서부터 후륜의 압력은 일정한 밸브 슬로프(Valve Slop)을 갖고 후륜의 제동압력을 감압시키기 때문에 선형적으로 감압됨을 볼 수 있다. 그러나, 이상 제동력선과 실제 제동력선의 차이가 크기 때문에 제동력 손실 역시 많음을 볼 수 있다.

특히 일반적인 제동영역인 0.2g∼0.5g 에서는 제동력이 매우 많았음을 볼 수 있다. 공차시 기존 L.S.P.V 에 대한 제동력 특성에 대한 선도는 도 16에 도시하였고 감가속도별 제동력은 도 17에 나타내었다.

2)적차시 시뮬레이션

전 감가속도 영역에서 후륜의 록킹은 발생하지 않으며 0.5g에서부터 감압이 시작됨을 볼 수 있다. 이는 적차시에는 전륜과 후륜의 하중 분포 차이가 크지 않기 때문이고 L.S.P.V의 컷 인 프레셔가 80 Kg_f/cm²로 설정되었기 때문이다.

컷 인 프레셔에서부터 후륜의 압력은 일정한 밸브 슬로프(Valve Slop)를 갖고 후륜의 제동압력을 감압시키기 때문에 선형적으로 감압됨을 볼 수 있다. 그러나 이상 제동력선과 실제 제동력선의 차이가 크기 때문에 제동력의 손실은 공차시와 마찬가지로 많았음을 볼 수 있었다.

그러나, 컷 인 프레셔가 공차시보다 70 Kg_f/cm²상승되었기 때문에 적차시 하중변화에 따른 제동력 손실을 보완할 수 있었다. 그러나, 고 감가속도 영역인 0.6g 이상에서는 역시 제동력 손실이 많이 발생하였다.

적차시 기존 L.S.P.V에 대한 제동력 특성에 대한 선도는 도 18에 도시하였고 감가속도 제동력은 도 19에 나타내었다.

(2) 전자식 제동력 제어시스템 시뮬레이션

1)공차시 시뮬레이션

공차시 퍼지 룰 베이스는 기존 시스템의 L.S.P.V의 제동력 손실을 줄이기 위해 컷 인 프레셔가 70 Kg_f/cm²이고 밸브 슬로프(Valve Slop)는 0.01이 되도록 모델링하여 설정하였다.

시뮬레이션 결과, 기존 L.S.P.V 시스템의 제동력 손실을 많이 줄일 수 있었으며 특히, 저감가속도 영역인 0.1g∼0.4g에서는 후륜의 제동압력을 감압시키지 않았으므로 제동력 손실을 가져 올 수 있었으며 중·고감속도 영역에서는 기존 L.S.P.V가 일정한 밸브 슬로프를 가지고 선형적으로 감압됨에 반해 본 발명에 의한 전자식 퍼지제어 시스템에서는 이상 제동력 선도와 같은 비선형적인 특성 및 매우 향상된 제동력 특성을 보여주고 있다.

공차시 퍼지 알고리즘에 대한 제동력 특성에 대한 선도는 도 20에 도시하였고, 감가속도별 제동력은 도 21에 나타내었다.

2)적차시 시뮬레이션

공차시 퍼지 룰 베이스는 기존 시스템의 L.S.P.V 의 제동력 손실을 줄이기 위해 컷 인 프레셔는 130 Kg_f/cm²이고 밸브 슬로프는 0.15가 되도록 모델링하여 설정하였다.

시뮬레이션 결과, 기존 L.S.P.V 시스템의 제동력 손실을 많이 줄일 수 있었으며 특히, 저·중 감가속도 영역인 0.1g∼0.7g에서는 후륜의 제동압력을 감압시키지 않았으므로 제동력 향상을 가져 올 수 있었고 감가속도 영역에서는 기존의 L.S.P.V은 일정한 밸브 슬로프를 가지고 선형적으로 감압됨에 반해 본 발명에 의해 제안된 시스템은 이상 제동력 선도와 같은 비선형적인 특성 및 매우 향상된 제동력 특성을 보여 주고 있다.

적차시 퍼지 알고리즘에 대한 제동력 특성에 대한 선도는 도 22에 도시하였고, 감가속도별 제동력은 도 23에 나타내었다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명은 차량의 제동압력을 감지하는 압력 센서부(30)와, 차량의 하중을 감지하는 하중감지 센서부(31)와, 차량의 정지시 발생되는 감가속도를 검출하는 감가속도 센서부(32)와, 솔레노이드 밸브(36)의 전압 제어에 의해 밸브 피스톤(37)을 작동시켜 컷인 프레셔(Cut in Pressure)를 조절하는 엑츄에이터부(33)와, 상기 압력 센서부(30), 하중감지 센서부(31)로부터 주기적으로 차량 하중 및 제동압력의 측정 데이터를 인가받는 상태에서 차량의 정지시 상기 감가속도 센서부(32)로부터 현재 감가속도 측정 데이터를 인가받아 차량의 하중에 적합한 제동압력치를 산출한 후 산출된 제동압력치에 따라 상기 엑츄에이터부(33)를 제어하는 제어부(34)를 구비함으로써 기존 시스템에 비해 매우 향상된 제동력을 발생시켜 차량의 정지시 제동거리를 단축시킬 수 있으므로 돌발적인 사태에 극각 대처할 수 있다.

또한, 기존의 시스템은 차량의 종류에 따라 컷 인 프레셔와 밸브 슬로프를 달리하여야 하기 때문에 여러 종류의 L.S.P.V가 필요하였으나, 본 발명에 의한 하드웨어적인 구성을 하게 되면 여러 종류의 차량에서도 같은 하드웨어적인 장치를 공용하여 사용할 수 있고 또, 소프트웨어적인 제어 알고리즘만을 수정하여 여러 종류의 차량에 호환적으로 적용함으로써 다양한 특성에 맞는 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 전자식 제동력 제어시스템은 차량의 후륜에 대한 제동력 감압만을 실시하고 있으나 전륜 및 후륜에 대한 감압, 증압, 유지 등의 3가지 모드를 사용하여 시스템을 구축하게 되면 현재의 시스템보다 더욱 향상된 이상적인 제동곡선에 근접하는 시스템을 구축할 수 있다.

Claims (11)

1. 차량의 브레이크 압력을 감지하는 압력 센서부와,

   차량의 하중을 감지하는 하중감지 센서부와,

   차량의 정지시 발생되는 감속도를 검출하는 감가속도 센서부와,

   차량의 후륜에 걸리는 제동 압력을 조절하는 엑츄에이터부와,

   상기 압력 센서부, 하중감지 센서부 및 가속도 센서부로부터 입력 데이터를 인가받아 상기 엑츄에이터부를 제어하는 제어부를 구비하여,

   상기 압력 센서부, 하중감지 센서부 및 감가속도 센서부로부터 주기적으로 차량 하중, 브레이크 압력 및 감속도 측정 데이터를 인가받은 상기 제어부의 제어에 의해 차량의 하중에 맞는 최적의 제동 압력값이 산출된 후, 산출된 제동 압력값에 따라 상기 엑츄에이터부가 구동되는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
2. 청구항 1항에 있어서, 상기 제어부의 메모리수단에는 제동시 차량의 제동력 효율을 극대화하기 위해 직접 적응식 퍼지 알고리즘이 내장되는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 직접 적응식 퍼지 알고리즘은 퍼지 제어기에 의해 수행되며, 일차적으로 차량의 제동시 차량 하중, 브레이크 압력 및 차량 감속도의 측정 입력 데이터를 언어적 데이터로 바꾸어 주고 이를 다시 퍼지 룰 베이스에 의해 소정 결과치로 산출하는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 퍼지제어기는 차량 하중의 변화에 능동적으로 대처하기 위해 하중 변화정도에 따라 퍼지 룰 베이스를 실시간으로 적절히 바꾸어주는것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 퍼지 제어기는 산출된 언어적 데이터 결과치를 다시 수치적 데이터로 바꾸어 주어 상기 액츄에이터부의 구동전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 엑츄에이터부는 소정 전압이 솔레노이드 밸브에 인가되어 밸브 피스톤이 좌우 직선운동을 하게 되면 밸브내의 단면적 변화가 생기고 이에 따라 유압이 조절되어 컷 인 프레셔(Cut in Pressure)가 조절되는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
7. 청구항 1항에 있어서, 상기 하중감지 센서부는 화물차량의 경우, 화물 적재칸의 하중 변화를 정확히 감지하기 위하여 적재칸의 모서리에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 압력 센서부는 차량에 있어서 브레이크 파이프상에 상기 액츄에이터부를 전,후로 하여 각각 한개씩 구비되는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 감가속도 센서부는 화물차량의 경우, 차량의 정지시 발생되는 감속도를 측정하기 위해 화물 적재칸의 전측에 구비되는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 하중감지 센서부에 의해 측정된 차량의 하중을 운전자가 볼 수 있도록 차량의 인스트루먼트 패널 일측에는 하중디스플레이부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 감가속 센서부는 하중에 따라 저항값이 변하는 스트레인 게이지가 내부에 구비되는 로드셀과, 소정 무게를 갖고 상기 로드셀의 일측에 체결되는 웨이트와, 상기 로드셀을 감싸고 있는 하우징과, 상기 로드셀의 타측을 상기 하우징의 일측에 체결시키는 브라켓으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 적응식 퍼지 제어기를 이용한 전자식 제동력 제어시스템.