KR20080086647A - 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한조향각 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법에 관한 것으로, 조향각과 차속을 이용하여 운전자가 원하는 차량의 궤적을 나타내는 안정 기준값인 선회속도를 구하여 설정하는 안정기준값 설정단계; 노면 마찰계수와 차속으로부터 차체 횡 가속도를 구한 다음 이를 차속과의 관계를 통해 선회 속도의 최대치를 구한 후, 이 최대치 이하로 선회속도를 제한하는 선회속도제한단계; 측정한 선회 속도량과 설정한 선회 속도량과의 차이인 선회 속도량 오차를 통해 차량의 안정 상태를 판단하는 안정성판단단계; 안정성판단단계에서의 판단결과에 따라 모멘트관계식을 통해 차량 선회량의 크기, 기울기 및 선회 속도량 오차의 적분항에 따라 각각 영역에서의 보상 모멘트를 계산하는 보상모멘트계산단계; 보상모멘트계산단계에서 계산한 보상 모멘트를 이용하여 설정된 속도에 따른 오버리드 제어량을 보상설정하는 조향각설정단계; 및 제어량설정단계의 수행이 완료되면 운전자 조향각에 따른 오버리드 조향각의 최대치를 구한 후, 설정한 오버리드 조향각을 이 최대값 이하로 제어하는 조향각제어단계로 이루어진 방법을 제공하여, 운전자에게 이질감 없이 바퀴의 조향각을 제어하도록 하는 등의 효과가 있다.

차량 안정성 제어 시스템(ESP), 보상 모멘트, 조향각

Description

차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법{Steering Angle Controling Method Using Compensation Moment of Electronic Stability Program}

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 차량 안정성 제어 시스템에서의 구성을 보인 블록도.

도 2는 도 1에서 자율조향부의 구성을 간략하게 보인 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어 과정을 보인 흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 타이어와 노면의 접지력 관계를 보인 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차속에 의한 오버리드 제어량 설정을 보인 그래프.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 조향각에 의한 오버리드 조향각의 제한을 보인 그래프.

*** 도면의 주요부분에 대한 설명 ***

100 : 차량 안정성 제어장치 110 : 비교부

120, 130 : ECU 140 : 자율조향부

본 발명은 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법에 관한 것으로, 특히 전륜 자율 조향 제어 시스템(Active Front Steering System, AFS)을 통한 보상 모멘트를 계산하고, 이를 이용하여 조향각을 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 안정성 제어 시스템(Electonic Stability Program, ESP)은 차량의 주행 안정성을 확보하기 위한 시스템으로서, 차량의 지나친 플로우(차량이 원하는 주행코스보다 바깥쪽으로 밀려나가는 현상, Plow)나, 스핀-아웃(차량의 원하지 않는 선회속도 증가로 인하여 선회 반경이 급격히 줄어들면서 차량 안정성을 잃어버리는 현상, Spin-out)을 방지한다. 이를 위하여 제동력 및 구동력을 제어함으로써, 원하지 않은 차량 선회 모멘트를 보상하는 방법을 이용한다.

상기 차량 선회 모멘트는 선회 속도 센서를 통해 얻어진 차량운동량(Actual vehicle Motion) 제어기의 차량 모델에서 계산된 기준 선회 속도량(안정 기준값, Stability Criterion)보다 실제 차량운동량이 클 경우 적절한 차륜의 압력 제어에 의한 제동력에 의하여 발생된다. 이때 제어의 기준이 되는 운전자가 원하는 차량의 궤적을 나타내는 안정 기준값은 선회속도(Yaw rate)로 나타낼 수 있으며, 이는 기본 물리법칙에 의거하여 조향각과 차속으로 결정된다. 이와 같이 결정된 선회 속도량으로부터 목표 선회 속도량은 수학식 1과 같다.

차량의 후륜에서 먼저 타이어와 노면 사이의 접착한계에 도달했을 때 스핀-아웃 현상인 오버스티어(Oversteer)와 전륜에서 먼저 타이어와 노면의 접착 한계에 도달하여 드리프트(Drift) 현상인 언더스티어(Understeer)는 측정 선회 속도량과 목표 선회 속도량의 차이인 선회 속도량의 오차로부터 결정된다. 이와 같이 결정된 선회 속도로부터 선회 모멘트를 만들 수 있도록 각 바퀴의 제동장치를 독립적으로 제어함으로써 차량의 안정성을 확보한다.

상기와 같은 종래 제동력을 이용한 보상 모멘트 방식은 타이어의 접지력 중 종방향력인 제어력 등을 최대한 이용함으로써, 가장 효과적으로 보상 모멘트를 생성시킴으로써, 제어에는 효과적이지만 발생하는 제동력에 의하여 운전자에게 과다한 제어감을 줌으로써 그 제어 자체를 유보하게 되고, 이에 따라 효과적인 제어영역이 한정되어 지는 한계를 가지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 전륜 자율 조향 제어 시스템을 통한 보상 모멘트를 계산하고, 이를 이용하여 운전자에게 이질감 없이 바퀴의 조향각을 제어하도록 하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법은, 조향각과 차속을 이용하여 운전자가 원하는 차량의 궤적을 나타내는 안정 기준값인 선회속도(Yaw rate)를 구하여 설정하는 안정기준값 설정단계; 노면 마찰계수와 차속으로부터 차체 횡 가속도를 구한 다음 이를 차속과의 관계를 통해 선회 속도의 최대치를 구한 후, 이 최대치 이하로 선회속도를 제한하는 선회속도제한단계; 측정한 선회 속도량과 상기에서 설정한 선회 속도량의 차이인 선회 속도량 오차를 통해 차량의 안정 상태를 판단하는 안정성판단단계; 상기 안정성판단단계에서의 판단결과에 따라 모멘트계산식을 통해 차량 선회량의 크기, 그 기울기 및 선회 속도량 오차의 적분항에 따라 각각 영역에서의 보상 모멘트를 계산하는 보상모멘트계산단계; 상기 보상모멘트계산단계에서 계산한 보상 모멘트를 이용하여 설정된 속도에 따른 오버리드(override) 제어량을 보상설정하는 조향각설정단계; 및 상기 제어량설정단계의 수행이 완료되면 운전자 조향각에 따른 오버리드 조향각의 최대치를 구한 후, 상기에서 설정한 오버리드 조향각을 이 최대값 이하로 제어하는 조향각제어단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 차량 안정성 제어 시스템에서의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 차량 안정성 제어장치(100), 비교부(110), 조향 반력을 제어하기 위한 ECU(120), 자율 조향을 제어하기 위한 ECU(130) 및 자율조향부(140)로 구성한다.

상기 자율조향부(130)는 도 2에 도시한 바와 같이 제어하고자 하는 오버리드 각(δ_control)에 따라서 바퀴의 조향각(δ_{w_steer})을 운전자 요구 조향각(δ_steer)에 대하여 추가적으로 입력해주는 기능을 한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 실시예에 따른 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

차량은 운전자의 조향 및 제동, 가속 입력에 따라 도 4에 도시한 바와 같이 타이어와 노면의 접지력인 제동력과 횡력(cornering force)이 발생하며, 이 힘들의 평형에 따라 노면 한계 내에서 운전자의 의지에 따라 거동하고, 제동력은 제동 및 구동 슬립에 의하여 직접 제어되지만, 상기 횡력은 미끄러짐 각(slip ratio)으로 표현되는 타이어의 비틀림 정도에 의하여 간접적으로 결정된다.

차량 안정성 제어 시스템은 제동 장치의 압력 제어와 엔진 토오크 제어를 통하여 종방향 슬립율을 제어하고, 이 종방향 슬립에 의하여 발생하는 차량 요 모멘트를 이용하여 차체 슬립각을 제어하는 방법으로 차량의 조종성과 안정성을 확보하지만 타이어의 슬립율만을 제어하고 횡력을 발생시키는 슬립각을 직접적으로 제어하지 못하는 한계가 있기 때문에 본 발명은 상기 자율조향부(140)를 통해 직접 조향각의 크기를 변경하여 타이어의 슬립각을 제어하고, 이를 이용하여 타이어에서 발생하는 횡력을 직접제어하는 것으로, 이에 대한 동작 제어과정을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어 과정을 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 조향각과 차속을 이용하여 운전자가 원하는 차량의 궤적을 나타내는 안정 기준값인 선회속도(Yaw rate)를 구하여 설정하고(S200), 노면 마찰계수와 차속으로부터 차체 횡 가속도를 구한 다음 이를 차속과의 관계를 통해 선회 속도의 최대치를 구한 후, 이 최대치 이하로 선회속도를 제한(S210)하는데, 선회속도 제한을 하지 않는 경우에는 노면 마찰계수가 작을 경우. 상기 단계(S200)에서 계산한 선회속도 값을 이용하여 제어를 하면 차량의 방향은 운전자가 원하는 방향으로 될 수 있지만 차체 미끄러짐 각이 커지게 되어 안정성을 잃게 되며, 차량은 불안정 상태로 제어가 되기 때문이다.

상기 단계(S210)의 수행이 완료된 후, 측정한 선회 속도량과 상기에서 설정한 선회 속도량의 차이인 선회 속도량 오차를 통해 차량의 안정 상태를 판단(S220)한 다음 이 판단결과에 따라 모멘트계산식을 통해 차량 선회량의 크기, 그 기울기 및 선회 속도량 오차의 적분항에 따라 각각 영역에서의 보상 모멘트를 계산한다(S230).

이후, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 보상모멘트계산단계에서 계산한 보상 모멘트를 이용하여 설정된 속도에 따른 오버리드(override) 제어량을 설정하는데, 차량이 안정 영역에 계속 있거나, 안정영역에서 불안정 영역으로 변화할 수 있는 가능영역에서는 보상 모멘트에 의한 오버리드 제어를 하지 않으며, 차량이 언더스티어 또는 오버스티어 현상이 발생하는 불안정 영역에서는 보상 모멘트에 대한 비율로 오버리드 제어량을 보상설정한다(S240 ~ S260).

상기 단계(S260)의 수행이 완료되면 도 6에 도시한 바와 같이 운전자 조향각에 따른 오버리드 조향각의 최대치를 구한 후, 상기에서 설정한 오버리드 조향각을 이 최대값 이하로 제어하는데, 운전자 조향각이 작은 경우 설정한 최대 오버리드 조향각까지 보상 모멘트에 따른 오버리드 조향각을 허용하고, 운전자 조향각이 큰 경우 오버리드 조향각으로 제어하지 않는다(S270).

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법은, 전륜 자율 조향 제어 시스템을 통한 보상 모멘트를 계산하고, 이를 이용하여 운전자에게 이질감 없이 바퀴의 조향각을 제어하도록 하는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 조향각과 차속을 이용하여 운전자가 원하는 차량의 궤적을 나타내는 안정 기준값인 선회속도(Yaw rate)를 구하여 설정하는 안정기준값 설정단계;

   노면 마찰계수와 차속으로부터 차체 횡 가속도를 구한 다음 이를 차속과의 관계를 통해 선회 속도의 최대치를 구한 후, 이 최대치 이하로 선회속도를 제한하는 선회속도제한단계;

   측정한 선회 속도량과 상기에서 설정한 선회 속도량의 차이인 선회 속도량 오차를 통해 차량의 안정 상태를 판단하는 안정성판단단계;

   상기 안정성판단단계에서의 판단결과에 따라 모멘트계산식을 통해 차량 선회량의 크기, 그 기울기 및 선회 속도량 오차의 적분항에 따라 각각 영역에서의 보상 모멘트를 계산하는 보상모멘트계산단계;

   상기 보상모멘트계산단계에서 계산한 보상 모멘트를 이용하여 설정된 속도에 따른 오버리드(override) 제어량을 보상설정하는 조향각설정단계; 및

   상기 제어량설정단계의 수행이 완료되면 운전자 조향각에 따른 오버리드 조향각의 최대치를 구한 후, 상기에서 설정한 오버리드 조향각을 이 최대값 이하로 제어하는 조향각제어단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 조향각설정단계는

   차량이 안정 영역에 계속 있거나, 안정영역에서 불안정 영역으로 변화할 수 있는 가능영역에서는 보상 모멘트에 의한 오버리드 제어를 하지 않는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 조향각설정단계는

   차량이 언더스티어 또는 오버스티어 현상이 발생하는 불안정 영역에서는 보상 모멘트에 대한 비율로 오버리드 제어량을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 조향각제어단계는

   운전자 조향각이 작은 경우 설정한 최대 오버리드 조향각까지 보상 모멘트에 따른 오버리드 조향각을 허용하고, 운전자 조향각이 큰 경우 오버리드 조향각으로 제어하지 않는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어 시스템에서의 보상 모멘트를 이용한 조향각 제어방법.

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