KR20070104985A

KR20070104985A - Electronic stability system for vehicle

Info

Publication number: KR20070104985A
Application number: KR1020060036669A
Authority: KR
Inventors: 조영주
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-10-30

Abstract

An ESP(Electronic Stability Program) system is provided to secure stability of a vehicle by detecting the rollover state of the vehicle by an ESP sensor and performing a vehicle stability control operation in consideration of the rollover state. An ESP system for controlling the posture of a vehicle according to the state of the vehicle determined by plural sensors executes the steps of: detecting a lateral acceleration sensor(26) of the vehicle; estimating the roll angle and roll rate of the vehicle by using the detected lateral acceleration; judging the rollover state of the vehicle by using the estimated roll angle and roll rate; and controlling braking power or driving power of the vehicle for controlling the posture of the vehicle, in consideration of the determined rollover state.

Description

Vehicle Stability Control System {Electronic Stability System for vehicle}

도 1은 차량의 롤오버 운동모델을 나타내는 도면.1 is a view showing a rollover motion model of a vehicle.

도 2는 차량의 롤오버를 감지하고 차량의 자세제어를 위한 개략적인 차량의 제어블록도.2 is a schematic control block diagram of a vehicle for detecting a rollover of the vehicle and controlling the attitude of the vehicle.

도 3은 본 발명에 따른 롤오버 감지방법에 따른 위상평면과 전복인자를 나타낸 그래프.3 is a graph showing a phase plane and a rollover factor according to the rollover detection method according to the present invention.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main functions of the drawings *

20 : ESP 센서부 22 : 요레이트 센서20: ESP sensor unit 22: yaw rate sensor

24 : 조향각 센서 26 : 횡가속도 센서24: steering angle sensor 26: lateral acceleration sensor

30 : ECU(Electrical Control Unit) 40 : 제동압 제어부30: ECU (Electrical Control Unit) 40: braking pressure control unit

50 : 구동력 제어부50: driving force control unit

본 발명은 차량 안정성 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ESP센서를 이용하여 차량의 롤오버상태를 감지하고 이를 반영하여 차량 안정성제어를 수행하여 통상적인 ESP제어과정보다 효율적으로 차량의 안정성을 확보할 수 있도록 하 는 차량 안정성 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle stability control system, and more particularly, to detect a rollover state of a vehicle by using an ESP sensor and to perform the vehicle stability control by reflecting the same, thereby ensuring stability of the vehicle more efficiently than a conventional ESP control process. It relates to a vehicle stability control system.

일반적으로, 차량의 안전성을 향상시키기 위해 미끄러운 노면에서의 슬립에 의한 브레이크의 잠김을 방지하고 제동 중 운전자에 의한 조향이 가능하도록 하는 ABS(Anti-lock Brake System)가 마련된다. 또한, 미끄러운 노면에서 차량이 출발하거나 급발진시 차량의 스립을 방지하기 위한 TCS(Traction Control System)가 설치되는 것이 일반적이다. 더 나아가 최근에는 차량의 자세를 안정적으로 제어하기 위한 ESP(Electronic Stability Program : 차량 안정성 시스템)가 차량에 설치되는 것이 보통이다. In general, an anti-lock brake system (ABS) is provided to prevent the lock of the brake due to slip on the slippery road surface and to allow steering by the driver during braking to improve the safety of the vehicle. In addition, it is common to install a TCS (Traction Control System) for preventing the vehicle from slipping when the vehicle starts or suddenly starts on a slippery road. Furthermore, in recent years, an ESP (Electronic Stability Program) is generally installed in a vehicle for stably controlling the attitude of the vehicle.

이러한 차량의 안전성을 향상시키는 장치의 작동을 위해서는 많은 센서들이 차량에 마련된다. 각 차륜의 속도를 감지하는 휠스피드 센서, 조향각을 체크하는 조향각 센서, 차량이 횡 방향의 가속도를 감지하는 횡가속도 센서 등 다양한 센서가 마련된다. Many sensors are provided in a vehicle for operation of a device that improves the safety of such a vehicle. Various sensors are provided, including a wheel speed sensor that detects the speed of each wheel, a steering angle sensor that checks the steering angle, and a lateral acceleration sensor that detects acceleration in the lateral direction.

최근에는 일반적인 승용차보다 차고가 높은 SUV(Sports Utility Vehicle)가 레저문화의 확산에 따라 많이 보급되고 있다. 이러한 SUV는 차량의 무게중심이 높게 형성되어 불균일한 노면상황이나 차량의 급격한 선회동작에 의한 전복가능성이 승용차에 비해 높아진다. 이러한 전복에 의해 발생하는 사고는 사망률이 높은 치명적인 교통사고의 비율이 높아 차량의 전복을 감지 및 방지하는 방법에 대한 관심이 높아져 가고 있다.In recent years, SUVs (Sports Utility Vehicles), which are higher than general passenger cars, have been widely used in accordance with the expansion of leisure culture. Such a SUV has a high center of gravity of the vehicle, so that the possibility of overturning due to uneven road conditions or sudden turning of the vehicle is higher than that of a passenger vehicle. Accidents caused by such overturning have a high rate of fatal traffic accidents with high mortality, and interest in how to detect and prevent vehicle overturning is increasing.

통상 차량에 마련된 차량 안정성 제어시스템은 ESP센서를 이용하여 차량의 상태를 파악하고 이를 기준으로 차량의 자세를 제어하기 위해 제동력 내지는 엔진 구동력을 제어하게 된다. 하지만 종래에는 차량의 자세제어에 차량의 롤오버 가능성을 고려하지 않아 적절하지 않은 자세제어가 이루어지는 문제점이 있어왔다.In general, a vehicle stability control system provided in a vehicle detects a state of a vehicle using an ESP sensor and controls a braking force or an engine driving force to control the attitude of the vehicle based on the state of the vehicle. However, there has been a problem that improper posture control is not made in consideration of the possibility of rollover of the vehicle in posture control of the vehicle.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 안정을 위한 자세제어에 차량의 롤오버상태를 고려하여 차량의 현재상태에 적합한 제어를 수행하고 차량의 롤오버를 효율적으로 방지하는 차량 안정성 제어시스템을 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to perform a control suitable for the current state of the vehicle in consideration of the rollover state of the vehicle in the attitude control for the stability of the vehicle and to effectively prevent the rollover of the vehicle To provide a vehicle stability control system.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 안정성 제어시스템은 차량의 상태를 감지하기 위한 복수의 센서를 판단된 차량의 상태에 따라 차량의 자세를 제어하는 차량 안정성 제어시스템에 있어서, 차량의 횡가속도 센서를 감지하는 단계; 상기 감지된 횡가속도를 이용하여 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하는 단계; 상기 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 차량의 롤오버상태를 판단하는 단계; 상기 판단된 롤오버상태를 고려하여 상기 자세 제어를 위해 차량의 제동력 또는 구동력을 제어하는 단계를 포함한다.Vehicle stability control system of the present invention for achieving the above object is a vehicle stability control system for controlling the posture of the vehicle according to the determined state of the vehicle a plurality of sensors for detecting the state of the vehicle, the lateral acceleration of the vehicle Sensing a sensor; Estimating the roll angle and roll rate of the vehicle using the sensed lateral acceleration; Determining a rollover state of the vehicle using the estimated roll angle and roll rate; Controlling the braking force or the driving force of the vehicle for the attitude control in consideration of the determined rollover state.

또한, 상기 차량의 롤오버상태를 판단하는 단계는 상기 추정된 롤레이트와 롤각을 이용하여 차량의 롤오버상태를 나타내는 전복인자를 산출하는 단계; 상기 산출된 전복인자와 미리 설정된 기준값과 비교하여 차량의 롤오버상태를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The determining of the rollover state of the vehicle may include calculating a rollover factor indicating a rollover state of the vehicle using the estimated roll rate and the roll angle; And detecting a rollover state of the vehicle by comparing the calculated overturn factor with a preset reference value.

또한, 상기 롤오버상태를 나타내는 전복인자는 롤각과 롤레이트로 이루어진 평면에서 상기 평면의 원점과 상기 롤각 및 롤레이트의 추정값으로 이루어진 점사이의 거리와 상기 기준값의 비로 표시되는 것을 특징으로 한다.The rollover factor representing the rollover state may be represented by a ratio between the reference value and the distance between the origin of the plane and a point consisting of the estimated value of the roll angle and the roll rate in a plane formed of the roll angle and the roll rate.

또한, 상기 차량의 제동력 또는 구동력을 제어하는 단계에서 차량의 롤오버상태에 대응하여 상기 제동력을 높이거나 상기 구동력을 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The controlling of the braking force or the driving force of the vehicle may include controlling the braking force or lowering the driving force in response to the rollover state of the vehicle.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 차량의 롤오버 운동모델을 나타내는 도면으로서 본 발명에 따른 차량의 롤오버를 감지하기 위한 롤오버 운동모델을 나타내는 그림이다. 차량이 선회하는 경우에 통상적으로 차량에는 횡가속도(

)가 발생하게 된다. 이러한 횡가속도(

)는 노면과 바퀴사이의 마찰력의 한계 내에서 차량을 쏠리게 하는 롤오버를 만들게 된다. 이렇게 차량이 좌측으로 쏠리는 경우

만큼의 롤각을 형성하게 된다. 이 롤각은 차량의 저면의 중심을 기준으로 측정되는 값으로 차량의 역학관계는 차량의 무게중심을 기준으로 계산된다. 도 1에는 차량의 무게중심에서 차량에 작용하는 중력과 차량의 횡가속도에 의한 힘이 작용하고 있고 그에 따른 차량의 현가장치 등의 탄성력 등에 의한 모멘트가 표시되어 있다. 이러한 역학관계는 적절한 모델링을 통해 아래의 미분방정식으로 표시될 수 있고 이러한 미분방적식을 이용하여 횡가속도로부터 롤각과 롤레이트를 정확하고 효율적으로 추정할 수 있게 된다.1 is a diagram illustrating a rollover motion model of a vehicle, and is a view showing a rollover motion model for detecting a rollover of a vehicle according to the present invention. When the vehicle is turning, the vehicle typically has lateral acceleration (

) Will occur. This lateral acceleration (

) Creates a rollover that causes the vehicle to tip within the limits of friction between the road surface and the wheels. If the vehicle is pulled to the left like this

As much roll angle is formed. This roll angle is measured based on the center of the bottom of the vehicle. The dynamics of the vehicle are calculated based on the center of gravity of the vehicle. In FIG. 1, the gravity acting on the vehicle at the center of gravity of the vehicle and the force due to the lateral acceleration of the vehicle are acting, and the moment due to the elastic force of the suspension device of the vehicle and the like is displayed. Such dynamics can be represented by the following differential equations through appropriate modeling, and the differential equations can be used to accurately and efficiently estimate roll angle and roll rate from lateral acceleration.

롤오버 운동모델은 차량의 상태를 나타내는 파라미터(I, C, K, h 등)를 설정하고 차량의 횡가속도를 입력하여 롤 각과 롤 레이트를 계산하는데 필요한 바람직한 차량의 상태를 나타내는 수학적 모델을 말한다. 차량의 상태 즉, 차량의 폭, 차량의 탄성지수, 차량의 중량, 차고, 차량의 무게중심의 높이 등의 상태를 고려하여 운동모델을 표현한 수학식의 파라미터들(I, C, K, h 등)을 결정하고 수학식을 계산하면 횡가속도의 입력으로 롤각과 롤레이트를 얻을 수 있게 된다. The rollover motion model refers to a mathematical model representing a desirable vehicle state required for setting parameters (I, C, K, h, etc.) representing the state of the vehicle and inputting the lateral acceleration of the vehicle to calculate the roll angle and the roll rate. Equation parameters (I, C, K, h, etc.) representing an exercise model in consideration of the state of the vehicle, that is, the width of the vehicle, the elasticity index of the vehicle, the weight of the vehicle, the height of the garage, the height of the center of gravity of the vehicle, etc. ) And calculate the equation to obtain the roll angle and roll rate as input of the lateral acceleration.

도 2는 차량의 롤오버를 감지하고 차량의 자세제어를 위한 개략적인 차량의 제어블록도이다. 차량의 롤오버상태는 횡가속도센서(26)에서 감지된 차량의 횡가속도를 이용하여 ECU(30)에서 앞서 롤오버 운동모델을 통해 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 판단한다. 또한, 차량의 현재상태는 ESP센서부(20)에 포함된 다양한 센서를 이용하게 되는데 조향각센서(24)를 이용하여 운전자의 조향의지 등을 파악하고 요레이트 센서(22)를 이용하여 차량의 현재 선회상태를 파악하게 된다. 이밖에 휠스피드 센서(미도시), 마스터실린더 압력 센서(미도시) 등을 이용하여 차량의 현재 상태를 파악하고 각 차륜(42, 44, 46, 48)의 제동력을 제어하거나 엔진부(55)의 토크를 조절하여 차량의 안정성을 확보한다. ESP의 제어에는 차량의 선회시 발생하는 언더스티어나 오버스티어를 방지하여 차량의 안정성을 확보하는 제어도 포함되는데 차량의 전복도 고마찰 노면에서 차량이 선회하는 경우에 통상적으로 발생하므로 ESP제어와 차량의 전복을 방지하기 위한 제어는 중복되는 것이 보통이다. 종래에는 ESP제어에 차량의 롤오버상태를 반영하지 않아 차량의 자세제어가 적절하 지 않거나 전복을 방지하기에 효율적이지 못한 문제점이 있었다. 즉, 차량의 전복을 방지하기 위해서는 차량의 롤오버상태에 따라 각 차륜의 제동력을 증가시키거나 구동력을 낮추기 위해 엔진부(55)의 토크를 작아지게 하는 것이 필요하므로 효율적인 차량의 자세제어를 위해서는 통상적인 ESP제어에 차량의 롤오버상태를 고려한 종합적인 제동력 내지는 구동력의 제어가 필요하게 된다. 따라서 아래식과 같이 제어모멘텀(M)는 ESP제어에 따른 제어모멘텀(

)과 롤오버상태에 따른 제어모멘텀(

)의 합으로 나타내는 것이 바람직하다.2 is a schematic control block diagram of a vehicle for detecting a rollover of a vehicle and controlling posture of the vehicle. The rollover state of the vehicle is determined using the roll angle and the roll rate estimated by the rollover motion model in the ECU 30 using the lateral acceleration of the vehicle sensed by the lateral acceleration sensor 26. In addition, the current state of the vehicle uses various sensors included in the ESP sensor unit 20. The steering angle sensor 24 is used to grasp the driver's steering intention and the yaw rate sensor 22 is used to determine the current state of the vehicle. Know your turn. In addition, a wheel speed sensor (not shown), a master cylinder pressure sensor (not shown), etc. are used to determine the current state of the vehicle and control the braking force of each

wheel

42, 44, 46, 48, or the engine unit 55. Adjust the torque to ensure the stability of the vehicle. The control of the ESP includes control to secure the stability of the vehicle by preventing understeer or oversteer that occurs during the turning of the vehicle. ESP control and the vehicle are usually caused when the vehicle turns over on a high friction road. Controls to prevent overturning are usually redundant. Conventionally, since the rollover state of the vehicle is not reflected in the ESP control, there is a problem in that the attitude control of the vehicle is not appropriate or not effective to prevent overturning. That is, in order to prevent overturning of the vehicle, it is necessary to decrease the torque of the engine unit 55 to increase the braking force of each wheel or decrease the driving force according to the rollover state of the vehicle. ESP control requires comprehensive braking force or drive force control in consideration of the rollover state of the vehicle. Therefore, the control momentum (M) is expressed by the control momentum according to the ESP control as follows.

) And control momentum according to rollover state (

It is preferable to represent with the sum of

차량의 롤오버상태의 감지는 전복인자(RI)를 이용하는 것이 효율적인데 도 3을 참조하여 설명한다. 롤오버는 롤각과 롤레이트로 구성된 평면(위상평면)을 이용하여 감지하는 것이 바람직한데 이는 롤각과 이 롤각의 증감비율 즉, 롤레이트를 모두 고려하는 것이 차량의 상태를 정확하게 예측할 수 있기 때문이다. 즉, 차량이 전복되는 상황은 롤각과 롤레이트가 모두 양수인 상태에 일어나게 된다. 또한, 롤각이 큰상태에서는 작은 롤레이트만으로도 차량이 전복되기 쉬운 상태인 반면 롤각이 작은 상태에서는 큰 롤레이트가 아니면 전복이 일어나기가 어렵다. 따라서 정확한 차량의 롤오버를 파악하기 위해서는 롤각과 롤레이트를 모두 고려하여야 하고 이를 기준값과의 간단히 비교하기 위해서는 아래에 설명할 전복인자를 도입하는 것이 바람직하다.Detection of the rollover state of the vehicle is efficient using the rollover factor (RI) will be described with reference to FIG. It is preferable to detect the rollover using a plane (phase plane) composed of the roll angle and the roll rate, because considering the roll angle and the increase / decrease ratio of the roll angle, that is, the roll rate, can accurately predict the state of the vehicle. That is, the situation where the vehicle is overturned occurs when the roll angle and the roll rate are both positive. In addition, in a state where the roll angle is large, the vehicle is likely to be rolled over with only a small roll rate, while in the state where the roll angle is small, it is difficult to roll over unless a large roll rate is used. Therefore, in order to determine the rollover of the vehicle accurately, both the roll angle and the roll rate should be taken into consideration, and in order to simply compare it with the reference value, it is preferable to introduce a rollover factor to be described below.

전복인자는 앞서 롤오버 운동모델을 이용하여 추정된 롤각과 추정된 롤레이 트로 이루어진 위상평면에서의 좌표와 위상평면의 원점과의 거리(

)를 계산한다. 물론 차량의 전복위험성, 전복방지를 위한 제어 등의 기준에 따른 Threshold(기준값)는 반복적인 실험 등을 통해 위상평면상에 도시할 수 있다. 전복인자는 위상평면상에 도시된 기준값(

)과 추정된 롤각과 롤레이트로 이루어진 좌표와 원점사이의 거리의 비로 표시할 수 있다. 즉, 전복인자는 기준값(

)에 대한

의 상대적 거리라고 할 수 있다. 이러한 전복인자를 이용하면 기준값까지의 상대거리를 이용하게 되므로 기준값의 비교를 단순화할 수 있고 판단과정이 일원화된다. 따라서 ECU(30)의 부담을 줄일 수 있고 전복에 이르기까지의 과정에서 제어의 다양성을 확보할 수 있게 되는 효과가 있다. 즉, 기준값(

)을 넘기 전에는 전복인자는 1보다 작은 값으로서 그 값에 대응하여 다양한 제어과정을 마련할 수 있는 이점이 있다. 이러한 전복인자를 이용하여 차량의 전복을 방지하기 위한 제어모멘텀(

)을 산출하여 ESP제어에 반영함으로써 차량의 전복을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다. The rollover factor is the distance between the coordinates of the phase plane consisting of the roll angle estimated using the rollover motion model and the estimated roll rate and the origin of the phase plane.

Calculate Of course, the threshold value according to the criteria of the vehicle overturning risk, control to prevent overturning can be shown on the phase plane through repeated experiments. The overturn factor is the reference value shown on the phase plane.

) And the ratio of the distance between the origin and the coordinates of the estimated roll angle and roll rate. In other words, the overturn factor is the reference value (

For)

It can be said that the relative distance of. Using the overturn factor, the relative distance to the reference value is used, so that the comparison of the reference values can be simplified and the judgment process is unified. Therefore, the burden on the ECU 30 can be reduced and the diversity of the control can be secured in the process up to overturning. That is, the reference value (

Before over), the overturn factor is less than 1, which has the advantage of providing various control processes in response to the value. Control momentum to prevent the vehicle from overturning by using the overturning factor (

) And reflected in the ESP control can more effectively prevent overturning of the vehicle.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 차량의 롤오버상태를 고려하여 차량의 안정성제어를 수행함에 따라 정확하고 적절한 자세제어가 이루어지는 효과가 있다. As described in detail above, the present invention has an effect of performing accurate and proper posture control by performing stability control of the vehicle in consideration of the rollover state of the vehicle.

또한, 효율적으로 차량의 전복을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can effectively prevent overturning of the vehicle.

Claims

In the vehicle stability control system for controlling the attitude of the vehicle according to the determined state of the vehicle a plurality of sensors for detecting the state of the vehicle,

Sensing a lateral acceleration sensor of the vehicle;

Estimating the roll angle and roll rate of the vehicle using the sensed lateral acceleration;

Determining a rollover state of the vehicle using the estimated roll angle and roll rate;

And controlling the braking force or the driving force of the vehicle for the attitude control in consideration of the determined rollover state.

The method of claim 1,

The determining of the rollover state of the vehicle may include calculating a rollover factor representing the rollover state of the vehicle using the estimated roll rate and the roll angle;

And detecting a rollover state of the vehicle by comparing the calculated overturn factor with a preset reference value.

The method of claim 2,

And a rollover factor indicating the rollover state is represented by a ratio between the reference value and the distance between the origin of the plane and the point composed of the estimated roll angle and the roll rate in a plane composed of a roll angle and a roll rate.

The method of claim 1,

And controlling the braking force or the driving force to be lowered in response to the rollover state of the vehicle in the step of controlling the braking force or the driving force of the vehicle.