KR20090010439A - 차량 자세 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 자세 제어방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 차량의 횡가속도로부터 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하여 차량이 전복 가능상태인지를 판단하고, 차량이 전복 가능상태이면, 차량의 선회 안정성을 위해 전륜 선회 외측 바퀴를 제동하고, 전륜 선회 외측 바퀴를 제동하는 동안 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 조향하는 경우, 전륜 선회 외측 바퀴에 가해진 제동력을 줄이면서 전륜 선회 내측 바퀴에 제동력을 가함으로서 전륜 선회 외측 바퀴에 제동을 가한 상태에서 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 조향하더라도 차량이 전복되는 것을 예방할 수 있다.

Description

차량 자세 제어방법{CONTROL METHOD FOR ELECTRONIC STABILITY PROGRAM IN A VEHICLE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 자세 제어장치의 액압회로도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 자세 제어장치에서의 차량 전복 운동모델을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 자세 제어방법에 대한 제어흐름도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

PC1~PC4 : 노멀오픈형 입구밸브

PC5~PC8 : 노멀클로즈형 출구밸브

WS1~WS4 : 휠 속도센서 10 : 전자제어유닛(ECU)

11 : 조향각센서 12 : 요레이트센서

13 : 횡가속도센서

본 발명은 차량 자세 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 횡가속도센 서 등의 ESP 센서를 이용하여 차량의 전복가능상태를 감지하고 이를 반영하여 차량의 자세 제어를 수행하여 차량의 선회 안정성을 향상시킬 수 있는 차량 자세 제어방법에 관한 것이다.

최근 들어 스포츠유틸리티차량(SUV) 차량 및 픽업(Pick-Up) 차량의 수요가 증가하면서 이에 따라 치명적인 교통사고율도 증가하고 있다. 이러한 차량의 경우 차량의 무게중심이 일반 세단형 승용차에 비해 비교적 높은 곳에 위치하고 있기 때문에 전복(Roll over) 사고의 위험에 노출되어 있으며 실제로 치명적인 교통사고에서 전복 사고의 비율이 상당 부분을 차지한다. 차량 자세제어장치(이하 ESP 시스템)의 경우, 선회 주행 한계 영역에서 차량의 위험 상황을 판단하여 엔진과 제동장치를 적절히 제어해 줌으로써 사고로 진행되지 않도록 막아주며 특히 전복 상황을 막는데도 효과적이다.

따라서 전복 방지 기능을 효과적으로 구현하기 위해서는 전복 가능 상황을 미리 정확하게 판단하는 것이 필수적이다.

기존 ESP 시스템에서 차량의 전복 상황을 판단하기 위해서 롤 레이트 센서(Roll Rate Sensor)를 사용하는 방법과, ESP 시스템에 장착된 센서들만을 이용하여 판단하는 방법 등이 사용되고 있다. 궁극적으로 이 두 가지 방법 모두 차량의 롤 각(Roll Angle)과 롤 레이트(Roll Rate)를 추정/측정하여 미리 설정된 기준값을 넘어설 경우 차량을 전복 가능 상황으로 인지하도록 하는데 초점을 맞추고 있다. 즉 차량에 장착된 센서 값을 이용하여 차량의 록 다이나믹(Roll dynamic) 관련 안정/불안정 상태를 판단하도록 하는 것이다.

종래에는 차량이 전복 가능상태로 판단되면, 전륜 선회 외측 바퀴에 제동력을 가하여 차량의 스핀 아웃 현상인 오버스티어(Over steer)를 방지하고 있다.

하지만, 이러한 상황에서 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 돌리는 경우, 핸들의 급격한 조향으로 인해 차량의 거동이 증폭되어 차량의 불안정성이 더욱 커지기 때문에 결과적으로 차량이 전복될 위험이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 전복 가능상태 및 이 차량 전복 가능상태에서의 운전자의 핸들조작을 함께 고려하여 차량의 현재상태에 적합한 차량 자세 제어를 수행하여 차량의 롤오버를 효과적으로 방지할 수 있는 차량 자세 제어방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 자세제어방법은 차량 선회시 차량의 횡가속도를 감지하고, 상기 감지된 횡가속도를 이용하여 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하고, 상기 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 차량이 전복가능상태인지를 판단하고, 차량이 전복가능상태이면, 전륜 선회 외측 바퀴의 제동력을 가하고,

상기 선회 외측 바퀴에 제동력을 가하는 동안 횡가속도의 변화량을 감지하고, 상기 감지된 횡가속도의 변화량이 일정수준이상이면, 조향각, 조향방향 및 조향각속도를 감지하고, 상기 감지된 조향각, 조향방향 및 조향각속도를 근거로 하여 핸들이 선회 반대방향으로 급격히 조향된 경우, 상기 전륜 선회 외측 바퀴의 제동력은 감소 시키고, 전륜 선회 내측 바퀴의 제동력을 증가시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전륜 선회 외측 바퀴에서 감소된 양만큼의 제동력을 상기 전륜 선회 내측 바퀴에 가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 자세제어장치의 브레이크 액압 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브레이크 페달(BP)의 압박에 의한 진공부스터(VB)의 작동에 의해 브레이크압력을 발생시키는 마스터실린더(MC)를 구비한다.

이 마스터실린더(MC)는 두 개의 챔버(MCP, MCS)를 가지며, 마스터실린더(MC)로부터 휠 실린더(WFR, WRL)에 전달되는 브레이크 액압을 제어하기 위해 첫 번째 챔버(MCP)와 전륜 우측 바퀴(FR)와 후륜 좌측 바퀴(RL)에 각각 설치된 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 주액압라인(MF)에는 노멀오픈형 컷밸브(SC1)가 마련된다. 그리고, 이 노멀오픈형 컷밸브(SC1)와 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 유압라인(MFr,MFl)에는 노멀오픈형 입구밸브(PC1, PC2)가 마련된다. 이 노멀오픈형 입구밸브(PC1, PC2)에는 병렬로 각각 체크밸브(CV1, CV2)가 설치된다. 휠 실린더(WFR, WRL)에서의 브레이크액은 이 체크밸브(CV1, CV2)를 거쳐 컷밸브(SC1)를 통해 마스터실린더(MC)로 리턴한다.

또한, 브레이크액이 휠 실린더(WFR, WRL)의 출구측에는 노멀클로즈형 출구밸브(PC5, PC6)가 마련된다. 이 노멀클로즈형 출구밸브(PC5, PC6)의 출구측에는 휠 실린더(WFR, WRL)에서 배출되는 브레이크액을 일시 저장하는 저압 어큐뮬레이터(RS1) 및 이 저압 어큐뮬레이터(RS1)에 저장된 브레이크액을 펌핑하여 각 휠 실린더측으로 강제 환류시키는 유압펌프(HP1)와 모터(M)가 마련된다.

한편, 유압펌프(HP1)의 흡입측과 마스터실린더(MC)의 첫 번째 챔버(MCP)사이의 보조액압라인(MFc)사이에는 노멀오픈형 입구밸브(SI1)가 마련된다. 그리고, 체크밸브(CV5, CV6)는 보조액압라인(MFc)에 의해 분기되는 두 개의 액압라인상에 각각 설치된다. 이에 따라, 입구밸브(SI1)가 폐쇄되면 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1)사이의 보조액압라인(MFc)는 차단되고, 입구밸브(SI1)가 개방되면 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1)사이의 보조액압라인(MFc)는 연결된다. 이때, 체크밸브(CV5)는 브레이크액이 저압 어큐뮬레이터(RS1)로 유입되는 것을 방지한다.

한편, 전륜 좌측 바퀴(FL)와 후륜 우측 바퀴(RR)의 유압회로에서는 각각의 부품들이 상술한 전륜 우측 바퀴(FR)와 후륜 좌측 바퀴(RL)의 유압회로와 동일하게 구성된다.

참고로, 참조부호 DP1, DP2는 고압 어큐뮬레이터이다.

도 2의 컷밸브(SC1, SC2), 입구밸브(SI1, SI2), 그리고 각 휠 실린더(WFR, WRL, WFL, WRR)에서의 입구밸브(PC1~PC4)와 출구밸브(PC5~PC8), 유압펌프(HP1,HP2)를 작동시키는 모터(M)는 ESP 모드 등의 제어모드를 수행하는 전자제어유닛(ECU)(10)에 의해 작동되어 해당 바퀴의 제동압력을 증가시키거나, 감소 또는 유지시킨다.

전륜 좌우측 바퀴(FL, FR)와 후륜 좌우측 바퀴(RL, RR)에 각각 마련된 휠 속도센서(WS1~WS4)는 검출된 바퀴의 속도를 제공할 수 있도록 전자제어유닛(ECU)(10) 에 전기적으로 연결된다.

또한, 전자제어유닛(10)에는 차량의 거동을 판단하기 위한 각종센서들이 접속되며, 특히 핸들의 조향 샤프트에 설치되며 운전자의 핸들 조작에 따른 조향각, 조향방향 및 조향각속도를 검출하는 조향각센서(11)와, 차량의 선회속도를 검출하는 요레이트센서(12)와, 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도센서(13)가 전기적으로 연결된다. 이때, 전자제어유닛(10)은 운전자의 핸들을 급격히 조향하는지 천천히 조향하는지의 조향각속도, 조향각, 조향방향을 조향각센서(11)의 전압레벨 및 부호형태에 의해서 인식한다. 또한, 전자제어유닛(10)는 차량이 천천히 선회하는지 급격하게 선회하는지의 선회정도 및 선회방향을 요레이트센서(12)와 횡가속도센서(13)의 출력값 중 어느 하나 또는 조합된 출력값의 전압레벨 및 부호형태에 의해서 인식하게 된다. 일예로, 본 발명에서는 횡가속도센서(13)를 통해 검출된 횡가속도값의 전압레벨과 부호형태에 따라 차량의 선회정도 및 선회방향을 인식한다.

상기한, 전자제어유닛(10)은 각 휠 속도센서(WS1~WS4)로부터 차속정보을 얻고, 조향각센서(11)로부터, 조향각 및 조향각속도 정보를 얻고, 요레이트센서(12)로부터, 요레이트정보를 얻고, 횡가속도센서(13)로부터, 횡가속도정보를 얻고, 상기한 각각의 정보들을 이용하여 ESP 제어를 수행하게 된다.

본 발명의 주된 아이디어는, 차량이 전복 가능 상태여서 차량의 선회 안정성을 위해 전륜 선회 외측 바퀴를 제동할 때 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 조향하는 경우, 전륜 선회 외측 바퀴에 가해진 제동력을 줄이면서 전륜 선회 내측 바퀴에 제동력을 가함으로서 전륜 선회 외측 바퀴에 제동을 가한 상태에서 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 조향하더라도 차량이 전복되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 자세 제어장치에서의 차량 전복 운동모델을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 차량이 선회하는 경우에 통상적으로 차량에는 횡가속도(ay)가 발생하게 된다. 이러한 횡가속도(ay)는 노면과 바퀴사이의 마찰력의 한계 내에서 차량을 쏠리게 하는 차량 전복가능 상태를 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 2에서는 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 다음의 식[1]로 표시될 수 있고 이를 이용하여 횡가속도로부터 롤각과 롤레이트를 정확하고 효율적으로 추정할 수 있게 된다.

식 [1]

차량 전복 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.

차량의 전복가능상태는 횡가속도센서(13)에 의해 감지된 차량의 횡가속도를 이용하여 전자제어유닛(10)에서 앞서 설명한 차량 전복 운동모델을 통해 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 판단한다. 또한, 차량의 현재상태는 조향각센서(11), 요레이트센서(12), 횡가속도센서(13) 및 각 휠 속도센서(WS1-WS4)를 이용하여 판단한다. 차량 자세 제어에는 차량의 선회시 발생하는 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.

먼저, 차량의 전복가능상태이면, 전륜 선회 외측 바퀴에 제동력을 증가시킨다. 그리고, 이러한 상태에서 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 조향하였으면, 전륜 선회 외측 바퀴에 가해지는 제동력을 줄이고, 대신에 전륜 선회 내측 바퀴에 제동력을 가한다. 바람직하게는 전륜 선회 외측 바퀴에서 줄인 제동력만큼을 전륜 선회 내측 바퀴에 가한다. 이때, 각 전륜 바퀴에 가해지는 제어모멘텀(M)은 차량 자세제어에 따른 제어모멘텀(Mesp)과 차량 전복상태에 따른 제어모멘텀(Mrop)의 합이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 자세 제어방법에 대한 제어흐름도이다. 도 3을 살펴보면, 먼저 전자제어유닛(10)은 단계 S100에서 횡가속도센서(13)를 통해 감지한 횡가속도를 이용하여 차량의 선회방향 및 선회정도를 인 식하여 차량이 선회중인지를 판단한다.

차량이 선회중이면, 전자제어유닛(10)은 단계 S110에서 횡가속도센서(13)를 통해 횡가속도를 감지하고, 단계 S120에서 상술한 차량 전복 운동 모델을 이용하여

횡가속도로부터 롤각과 롤레이트를 추정한다.

롤각과 롤레이트를 추정한 후 전자제어유닛(10)은 단계 S130에서 롤각과 롤레이트를 각각 미리 설정된 값과 비교하여 차량이 전복가능상태인지를 판단한다.

차량이 전복가능상태이면, 전자제어유닛(10)은 단계 S150에서 전자제어유닛(10)은 횡가속도센서(13)를 통해 횡가속도의 변화량을 감지하고, 단계 S160에서 횡가속도의 변화량이 미리 설정된 값이상인지를 판단한다. 횡가속도의 변화량이 미리 설정된 값이상이면, 단계 S170에서 전자제어유닛(10)은 조향각센서(11)를 통해 조향각, 조향방향 및 조향각속도를 감지하고, 단계 S180에서 핸들이 선회 반대방향으로 급격히 조향되었는지를 판단한다. 핸들이 선회 반대방향으로 급격히 조향되었으면, 전자제어유닛(10)은 단계 S190에서 전륜 선회 외측 바퀴의 제동압력을 감압하여 가해진 제동력을 줄이고, 이와 함께 단계 S190에서 전륜 선회 내측 바퀴에 제동압력을 증압하여 제동력을 가한다. 이로 인해, 차량의 전복 가능상태에서 전륜 선회 외측 바퀴에 제동력을 가하는 동안 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 돌리더라도 차량의 거동이 증폭되는 것을 방지할 수 있어 차량이 전복되는 것을 예방할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량의 횡가속도로부 터 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하여 차량이 전복 가능상태인지를 판단하고, 차량이 전복 가능상태이면, 차량의 선회 안정성을 위해 전륜 선회 외측 바퀴를 제동하고, 전륜 선회 외측 바퀴를 제동하는 동안 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 조향하는 경우, 전륜 선회 외측 바퀴에 가해진 제동력을 줄이면서 전륜 선회 내측 바퀴에 제동력을 가함으로서 전륜 선회 외측 바퀴에 제동을 가한 상태에서 운전자가 핸들을 반대방향으로 급격히 조향하더라도 차량이 전복되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 차량 선회시 차량의 횡가속도를 감지하고,

   상기 감지된 횡가속도를 이용하여 차량의 롤각과 롤레이트를 추정하고,

   상기 추정된 롤각과 롤레이트를 이용하여 차량이 전복가능상태인지를 판단하고,

   차량이 전복가능상태이면, 전륜 선회 외측 바퀴의 제동력을 가하고,

   상기 선회 외측 바퀴에 제동력을 가하는 동안 횡가속도의 변화량을 감지하고,

   상기 감지된 횡가속도의 변화량이 일정수준이상이면, 조향각, 조향방향 및 조향각속도를 감지하고,

   상기 감지된 조향각, 조향방향 및 조향각속도를 근거로 하여 핸들이 선회 반대방향으로 급격히 조향된 경우, 상기 전륜 선회 외측 바퀴의 제동력은 감소시키고, 전륜 선회 내측 바퀴의 제동력을 증가시키는 것을 포함하는 차량 자세 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전륜 선회 외측 바퀴에서 감소된 양만큼의 제동력을 상기 전륜 선회 내측 바퀴에 가하는 것을 포함하는 차량 자세 제어방법.

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