KR20090012665A - 종가속도 센서의 오프셋 추정장치 및 그 방법 - Google Patents

종가속도 센서의 오프셋 추정장치 및 그 방법 Download PDF

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KR20090012665A
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Abstract

본 발명은 종가속도 센서의 오프셋 추정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 4륜 구동 차량의 ABS/TCS/ESP 시스템에 장착되는 종가속도 센서의 오프셋 값을 비교적 간단한 방식으로 보다 정확하게 추정하여 종가속도 센서 출력신호의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 종가속도 센서의 오프셋 추정장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 종가속도 센서의 오프셋 추정방법은 차량의 종방향 동적 방정식과 종가속도 센서의 출력수식을 연립하여 아래의 [수식 1]을 유도하고, 상기 차량의 주행상태를 모니터링하여 상기 주행상태가 비제동 상태이고, 비가속 상태이며, 심한 핸들링이 없는 상태로 판단되면 [수식 1] 로부터 도출되는 아래의 [수식 2]를 이용하여 상기 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정한다.
[수식 1]
Figure 112007055793471-PAT00001
[수식 2]
Figure 112007055793471-PAT00002
(여기서,
Figure 112007055793471-PAT00003
: 엔진 토크,
Figure 112007055793471-PAT00004
: 휠 반경,
Figure 112007055793471-PAT00005
: 제동력,
Figure 112007055793471-PAT00006
: 구름(rolling) 저항력,
Figure 112007055793471-PAT00007
: 공기 저항력,
Figure 112007055793471-PAT00008
: 차체 질량,
Figure 112007055793471-PAT00009
: 종가속도 센서의 출력값,
Figure 112007055793471-PAT00010
: 종가속도 센서의 오프셋 값)

Description

종가속도 센서의 오프셋 추정장치 및 그 방법{Device and Method for Estimating the Offset Value of a Longitudinal Acceleration Sensor}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 종가속도 센서의 오프셋 추정장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 종가속도 센서의 오프셋 추정방법을 도시한 흐름도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
14 : 종가속도 센서
20 : 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit)
22 : 주행상태 판단부
23 : MCU(Micro Controller Unit) 24 : 오프셋 추정부
본 발명은 종가속도 센서의 오프셋 추정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4륜 구동 차량의 ABS/TCS/ESP 시스템에 장착되는 종가속도 센서의 오프셋 값을 비교적 간단한 방식으로 보다 정확하게 추정하여 종가속도 센서 출력 신호의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 종가속도 센서의 오프셋 추정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 전자 제어 시스템에는 차량의 슬립현상을 효율적으로 방지하여 강력하고 안정된 제동력을 얻기 위한 것으로, 제동 시 휠의 미끄러짐을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(Anti-Lock Brake System;이하, ABS라 한다)과, 차량의 급발진 또는 급가속시 구동 휠의 슬립을 방지하는 트랙션 제어시스템(Traction Control System;이하, TCS라 한다)과, ABS와 TCS를 조합하여 브레이크 액압을 제어함으로써 차량의 주행 안정성을 향상시켜주는 차량 안정성 제어장치(Electronic Stability Program;이하, ESP라 한다) 등이 있다.
전자 제어 시스템에는 차량의 종기울기를 감지하거나 노면상태를 판정하기 위하여 종가속도 센서(종 G 센서)가 장착되는데 이러한 전자 제어 시스템은 종가속도 센서가 정상적인 신호를 출력한다는 전제하에서 제어를 수행한다. 따라서 종가속도 센서의 출력신호가 차량의 실제 감속 또는 가속보다 크거나 작게 발생하는 경우에는 종가속도 센서의 출력신호가 제어신호로 사용되는 ABS/TCS/ESP 시스템의 성능을 크게 저하시키게 된다.
이러한 차량의 실제 감속도 또는 가속도와 종가속도 센서 출력신호와의 오차는 종가속도 센서의 오프셋(offset) 전압값에 의해 발생될 수 있는데 종가속도 센서의 경우 센서 자체가 가지는 오프셋 값과 센서의 장착 오차로 인한 오프셋 값을 가질 수 있다. 그러므로 종가속도 센서 출력신호에서 오프셋 값에 의한 영향을 제거해 주어야 정확한 종가속도 센서의 출력신호를 얻어낼 수 있게 된다.
이를 위해 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하는 방법이 미국공개특허 제2004-0099044호에 개시되어 있다. 동 공보에는 차량이 정지 상태에 있다가 브레이크 상태가 해제된 직후에 종가속도 센서 출력신호의 변화량을 감지하여 노면의 상태(평지인지 언덕인지)를 판단하고, 평지라고 판단되었을 때 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하는 방법이 개시되어 있다.
하지만 위와 같은 방법으로 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하는 경우에는 종가속도 센서 신호의 변화 경향을 보고 노면의 상태를 판단하므로 평지라고 판단된 노면의 상태가 실제 평지가 아닐 경우가 있게 되는데 이를 평지라는 전제하에 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하게 되어 추정값의 정확도가 낮아지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 4륜 구동 차량의 ABS/TCS/ESP 시스템에 장착되는 종가속도 센서의 오프셋 값을 비교적 간단한 방식으로 보다 정확하게 추정하여 종가속도 센서 출력신호의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 종가속도 센서의 오프셋 추정장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 종가속도 센서의 오프셋 추정방법은 차량의 종방향 동적 방정식과 종가속도 센서의 출력수식을 연립하여 아래의 [수식 1]을 유도하고, 상기 차량의 주행상태를 모니터링하여 상기 주행상태가 비제동 상태이고, 비가속 상태이며, 심한 핸들링이 없는 상태로 판단되면 [수식 1] 로부터 도출되는 아래의 [수식 2]를 이용하여 상기 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정한다.
[수식 1]
Figure 112007055793471-PAT00011
[수식 2]
Figure 112007055793471-PAT00012
(여기서,
Figure 112007055793471-PAT00013
: 엔진 토크,
Figure 112007055793471-PAT00014
: 휠 반경,
Figure 112007055793471-PAT00015
: 제동력,
Figure 112007055793471-PAT00016
: 구름(rolling) 저항력,
Figure 112007055793471-PAT00017
: 공기 저항력,
Figure 112007055793471-PAT00018
: 차체 질량,
Figure 112007055793471-PAT00019
: 종가속도 센서의 출력값,
Figure 112007055793471-PAT00020
: 종가속도 센서의 오프셋 값)
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 종가속도 센서의 오프셋 추정장치의 개략적인 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 종가속도 센서의 오프셋 추정장치는 차량의 주행상태 및 종가속도 등을 감지하기 위한 센서부(10)와, 센서부(10) 로부터 감지된 신호들을 통해 차량의 주행상태를 판단하고 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하는 전자 제어 유닛(20), 차량에 대한 각종 정보를 저장하고 있는 메모리(30)로 이루어져 있다.
센서부(10)는 차량이 제동상태인지를 감지하는 제동감지센서(11)와, 차량이 가속상태인지를 감지하는 가속감지센서(12)와, 핸들의 조향속도, 조향방향 및 조향각을 검출하는 조향각 센서(13)와, 차량의 주행시 발생되는 종가속도를 검출하기 위한 종가속도 센서(14)를 포함한다.
또한 전자 제어 유닛(20)은 센서부(10)의 감지신호를 전자 제어 유닛(20)으로 전송하기 위한 인터페이스(21)와, 제동감지센서(11)와 가속감지센서(12) 및 조향각 센서(13)의 출력신호로부터 차량의 주행상태를 판단하는 주행상태 판단부(22)와, 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하고, 제어신호를 생성하는 MCU(23)을 포함한다.
또한 MCU(23)는 주행상태 판단부(22)의 판단결과와 종가속도 센서(14)의 출력신호를 입력받아 종가속도 센서(14)의 오프셋 값을 추정하는 오프셋 추정부(24)와, 종가속도 센서(14)의 출력신호에서 추정된 오프셋 값에 의한 영향을 제거하여 정확한 종가속도 센서의 출력신호를 구한 후 제어신호를 생성하는 LOGIC(25)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 종가속도 센서의 오프셋 추정방법을 도시한 흐름도이다.
우선 차량의 종방향 동적 방정식(Dynamic Equation)과 종가속도 센서의 출력 수식을 연립하여 종가속도 센서의 출력값과 오프셋 값의 항으로 표현되는 수식을 유도한다(210)
차량의 동적 방정식은 아래의 [수학식 1]로, 종가속도 센서의 출력 수식은 아래의 [수학식 2]로 표현된다.
[수학식 1]
Figure 112007055793471-PAT00021
(여기서,
Figure 112007055793471-PAT00022
: 엔진 토크,
Figure 112007055793471-PAT00023
: 휠 반경,
Figure 112007055793471-PAT00024
: 제동력,
Figure 112007055793471-PAT00025
: 구름(rolling) 저항력,
Figure 112007055793471-PAT00026
: 공기 저항력,
Figure 112007055793471-PAT00027
: 차체 질량,
Figure 112007055793471-PAT00028
: 노면 구배,
Figure 112007055793471-PAT00029
: 휠 가속도)
[수학식 2]
Figure 112007055793471-PAT00030
(여기서,
Figure 112007055793471-PAT00031
: 종가속도 센서의 출력값,
Figure 112007055793471-PAT00032
: 휠 가속도
Figure 112007055793471-PAT00033
: 종가속도 센서의 오프셋 값)
위의 [수학식 2]를
Figure 112007055793471-PAT00034
의 형태로 변환한 후 [수학식 1]에 대입하여 휠 가속도와 노면 구배값의 항이 종가속도 센서의 출력값과 오프셋 값의 항으로 표현되는 아래의 [수학식 3]을 유도한다.
[수학식 3]
Figure 112007055793471-PAT00035
다음으로 제동감지센서(11)와 가속감지센서(12) 및 조향각 센서(13)를 이용하여 차량의 주행상태를 모니터링 한다(220). 본 발명에서는 차량이 주행시 외부로부터 최소한의 힘을 받는 시점을 체크하여 그 시점에서 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하게 된다. 여기서 외부로부터 최소한의 힘을 받는 시점이란 일반적으로 차량이 외부의 제한 없이 주행하는 상태(free rolling)를 의미하는데 이는 브레이크를 밟지 않고(비제동 상태), 액셀레이터(accelerator)를 밟지 않고 있으며(비가속 상태), 심한 핸들링(severe handling)이 없는 상태를 의미한다.
따라서 주행상태 판단부(22)에서는 차량의 주행상태가 비제동 상태인지, 비가속 상태인지, 심한 핸들링이 없는 상태인지를 판단(단계 230 내지 250)하여 외부의 제한 없는 주행상태(free rolling)라고 판단되면(단계 250에서의 ‘예’),
Figure 112007055793471-PAT00036
이므로 이를 [수학식 3]에 대입하여 아래의 [수학식 4]를 도출하고(260), free rolling 상태가 아니면(단계 230 내지 250 에서의 ‘아니오’) 단계 220으로 돌아가 계속 차량의 주행상태를 모니터링하게 된다.
[수학식 4]
Figure 112007055793471-PAT00037
위에 도출된 [수학식 4]는 노면 구배에 관한 항이 없으므로 노면 구배와 무관하게 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정할 수 있어 본 실시예에 의할 경우 종래 기술에 의해 추정된 오프셋 값에 비해 정확도가 높은 오프셋 추정값을 얻을 수 있게 된다.
위의 [수학식 4]의 우변에서 분수로 표현된 항을 살펴보면 먼저
Figure 112007055793471-PAT00038
(공기 저항력)은 차량이 저속으로 주행될 경우에는 아주 작은 값이 되므로 오프셋 값에 크게 영향을 미치지 않게 된다. 또한
Figure 112007055793471-PAT00039
(구름 저항력)은 노면상태 및 조건에 따라 0.012~0.02g(여기서 g는 중력 가속도)의 값을 갖는 것으로 밝혀져 있다. 결국 종가속도 센서의 오프셋 값 추정 범위를 0.02g 보다 크게 설정할 경우에는 우변의 분수로 표현된 항은 무시하고 오프셋 값을 추정하여도 무방하다. 따라서 free rolling 상태에서의 종가속도 센서의 출력값을 종가속도 센서의 오프셋 값으로 추정할 수 있게 된다. 다만, 공기 저항력과 구름 저항력을 무시하고 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하게 되면 위의 [수학식 4]를 이용하여 추정하는 경우보다는 오프셋 추정값의 정확도가 다소 낮아지게 된다.
이후 오프셋 추정부(24)에서는 위의 [수학식 4]를 이용하여 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하고(270), 추정된 종가속도 센서의 오프셋 값을 LOGIC(25)으로 전송한다(280).
다음으로 LOGIC(25)에서는 종가속도 센서(14)의 출력신호에서 추정된 오프셋 값에 의한 영향을 제거하여 정확한 종가속도 센서의 출력신호를 구한 후 이를 이용 하여 제어신호를 생성한다(290).
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의할 경우 종가속도 센서의 오프셋 값을 비교적 간단한 방식으로 보다 정확하게 추정하여 종가속도 센서 출력신호의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 제동감지센서와 가속감지센서 및 조향각 센서의 출력신호를 입력받아 차량의 주행상태를 판단하는 주행상태 판단부;
    상기 주행상태가 비제동 상태이고, 비가속 상태이며, 심한 핸들링이 없는 상태로 판단되면 아래의 [수식]을 이용하여 상기 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하는 오프셋 추정부를 포함하는 종가속도 센서의 오프셋 추정장치
    [수식]
    Figure 112007055793471-PAT00040
    (여기서,
    Figure 112007055793471-PAT00041
    : 구름(rolling) 저항력,
    Figure 112007055793471-PAT00042
    : 공기 저항력,
    Figure 112007055793471-PAT00043
    : 차체 질량,
    Figure 112007055793471-PAT00044
    : 종가속도 센서의 출력값,
    Figure 112007055793471-PAT00045
    : 종가속도 센서의 오프셋 값)
  2. 차량의 종방향 동적 방정식과 종가속도 센서의 출력 수식을 연립하여 아래의 [수식 1]을 유도하고, 상기 차량의 주행상태를 모니터링하여 상기 주행상태가 비제동 상태이고, 비가속 상태이며, 심한 핸들링이 없는 상태로 판단되면 [수식 1] 로부터 도출되는 아래의 [수식 2]를 이용하여 상기 종가속도 센서의 오프셋 값을 추정하는 종가속도 센서의 오프셋 추정방법
    [수식 1]
    Figure 112007055793471-PAT00046
    [수식 2]
    Figure 112007055793471-PAT00047
    (여기서,
    Figure 112007055793471-PAT00048
    : 엔진 토크,
    Figure 112007055793471-PAT00049
    : 휠 반경,
    Figure 112007055793471-PAT00050
    : 제동력,
    Figure 112007055793471-PAT00051
    : 구름(rolling) 저항력,
    Figure 112007055793471-PAT00052
    : 공기 저항력,
    Figure 112007055793471-PAT00053
    : 차체 질량,
    Figure 112007055793471-PAT00054
    : 종가속도 센서의 출력값,
    Figure 112007055793471-PAT00055
    : 종가속도 센서의 오프셋 값)
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 종가속도 센서의 오프셋 값의 추정범위를 소정치 보다 크게 설정할 경우에는 상기 [수식 2]에서 공기 저항력과 구름 저항력에 의한 영향을 무시하고 상기 종가속도 센서의 출력값을 상기 종가속도 센서의 오프셋 값으로 추정하는 종가속도 센서의 오프셋 추정방법
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