KR20110056397A

KR20110056397A - 차량의 중심을 검출하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20110056397A
Application number: KR1020117007059A
Authority: KR
Inventors: 파트릭 크뢰거
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-05-27
Also published as: US20110224895A1; EP2331926A1; DE102008042433A1; CN102165300A; US8825286B2; WO2010034580A1; CN102165300B; EP2331926B1

Abstract

본 발명은 차량의 중심을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 경우, 차량의 하나 이상의 바퀴에 대해, 구동력을 대표하는 상이한 2개의 구동력값(F, T)이 검출된다. 또한, 검출된 구동력값(F, T)에 관련된 종방향 가속도값(a_X)과, 검출된 구동력값(F, T)에 관련된 바퀴 슬립값(λ)이 검출된다. 검출된 구동력값(F, T)과, 관련된 종방향 가속도값(a_X)과, 관련된 바퀴 슬립값(λ)에 따라, 차량 중심의 좌표(h, l_r, y)가 검출된다.

Description

차량의 중심을 검출하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A CENTER OF GRAVITY OF A MOTOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 중심을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

차량에는 대개 안전 기능 및/또는 구동 다이내믹 제어 기능, 예를 들어 ESP가 제공된다. 특히, 예를 들어 상용차와 같이 하중 편차가 심한 차량은 적재 상태에서 비적재 상태에서와 크게 상이한 주행 특성을 가질 수 있으므로, 많은 제어 기능에서 특히 적재 상태인 차량 중심의 위치는 입력 변수로서 중요한 요인이 된다.

DE 10 2004 056 108 A1호에는 차량의 중심 위치를 근사법에 의해 검출하기 위한 방법이 공지되어 있다. 이 경우, 바퀴의 종방향력, 도로의 경사 각도, 차량의 종방향 가속도, 및 바퀴 간격으로부터 차량의 종방향 중심 위치에 대한 예상값이 결정된다.

이러한 방법과 다른 공지된 방법에서는 기본적으로 중심에 대한 하나 이상의 공간 좌표가 알려진 것으로 전제되어 고정적으로 사전 설정된다. 그러나, 차량 및 차량 적재물에 따라, 중심은 차량 중앙에 대해 3개의 모든 공간 방향으로 크게 이동할 수 있다. 이는 특히 미니밴 및/또는 루프랙(roof rack)에 적재물을 실은 차량에 적용된다.

따라서, 본 발명의 목적은 간단하고 정확하게 중심이 검출될 수 있도록 하는, 차량의 중심을 검출하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 청구범위 제1항에 기재된 특징을 통해 달성된다. 본 발명의 추가 실시예들은 종속항으로부터 얻어진다.

본 발명의 중요 개념은 차량의 하나 이상의 바퀴에 대해 하나의 구동력을 대표하는 각각 2개의 상이한 값들(이하에서는 구동력값들)과, 이에 관련된 종방향 가속도값 및 이에 관련된 바퀴 슬립값을 검출하는 것이다. 이러한 상태 변수로부터 질량 중심의 모두 3개의 좌표가 간단하고 정확하게 연산될 수 있다. 특정 좌표의 사전 설정은 더 이상 요구되지 않는다. 여기서 관련된 값이란 구동력값과 동시에 측정되거나 시간상 가깝도록 측정되는 값을 의미한다.

질량 중심은 바람직하게 적재물과, 경우에 따라 한 명 또는 복수의 탑승자를 포함한 차량의 전체 중심이다.

중심의 좌표로서는 바람직하게 차량 뒷차축과 중심의 간격, 중심의 높이, 및 차량의 중심 종축과 중심의 측방향 편차가 사용된다.

중심의 정확한 정보는 주행 안전 시스템 및/또는 주행 제어 시스템을 상이한 하중 조건에 매칭시키고, 이에 따라 주행 안전을 개선할 수 있도록 한다.

상이한 구동력값들은 바람직하게 상이한 시점들에서 검출된다. 바람직하게 이러한 시점들은 바람직하게 적어도 서로 수 초간 간격을 둔다. 주행 상태가 상이할 수록, 기본적으로 결과는 더욱 정확해진다.

상이한 구동력값들은 대안적으로는 시간상 연속적으로도 검출될 수 있다.

바람직한 추가의 일 실시예에서, 중심의 좌표는 재귀적 식별 알고리즘에 의해 검출된다. 이는 좌표가 특히 신속하고 정확하게 검출되도록 하는데 기여한다. 이와 관련해서, 이러한 좌표가 최소 자승법(RLS), 칼만 필터(Kalman Filter), 및/또는 UKF(Unscented Kalman Filter)에 의해 검출되는 경우가 특히 바람직하다. 칼만 필터는 기본적으로 상태 변수의 개수, 예를 들어 구동력값, 바퀴 슬립값, 및/또는 종방향 가속도값에 따라, 바람직하게 함수의 최적의 매개 변수화를 검출한다. 이러한 최적의 매개 변수화는 예를 들어 최소 자승 오차를 통해 표시된다. UKF는 바람직하게 함수가 강한 비선형성을 가질 때 사용된다.

중심의 좌표는 바람직하게 차량의 안전 알고리즘 및/또는 제어 알고리즘에 입력 변수로서 제공된다.

본 발명은 첨부된 도면에 의해 예시로서 하기에 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 차량의 중심을 검출하기 위한 장치의 도면이다.
도 2는 중심의 2개 좌표를 검출하기 위한 제1 방정식이다.
도 3은 중심의 좌표를 검출하기 위한 방정식 시스템이다.
도 4는 중심의 좌표를 검출하기 위한 프로그램의 순서도이다.
도 5는 6개의 그래프이다.

도 1에는 차량의 중심을 검출하기 위한 장치(2)(도 1), 예를 들어 제어 장치가 도시되어 있다. 이러한 장치(2)는 재귀적 식별 알고리즘, 예를 들어 RLS, 칼만 필터, 또는 UKF를 포함한다. 이러한 알고리즘은 재귀적 식별을 통해 복수의 입력 변수에 따라 하나 또는 복수의 출력 변수를 연산하며, 이러한 출력 변수는 단계별로 최적값에 근접한다. 이 경우, 출력 변수는 바람직하게는 재귀적으로 검출되는 공식의 매개 변수이다.

입력 변수로서, 장치(2)에는 적어도 (엔진-제어 장치로부터의) 구동력값(F), 바퀴 슬립값(λ), 및 종방향 가속도값(a_X) (또는 이러한 변수들을 대표하는 값) 이 제공된다. 예를 들어 구동 또는 제동 토크(T)는 구동력값(F)을 대표한다. 구동력값(F)은 음의 값일 수도 있는데, 이러한 경우는 제동력에 상응한다.

출력 변수로서, 장치(2)는 중심의 3개의 모든 공간 좌표, 예를 들어 차량 뒷차축과 중심의 간격(l_R), 중심의 높이(h), 및 차량의 중심 종축과 중심의 측방향 편차(y)를 제공한다. 선택적으로 다른 기준 좌표 시스템도 선택될 수 있다.

중심의 좌표(h, l_R, y)는 바람직하게 차량의 안전 알고리즘 및/또는 제어 알고리즘에 입력 변수로서 제공된다. 따라서, 상술한 기능들(예를 들어 ESP, ABS, ASR 등)은 상이한 하중 조건에 적용될 수 있다. 간격(l_R)이 정확하게 알려질 때, 예를 들어 ABS 시스템의 기능은 개선될 수 있으므로 주행 안전에 도움이 된다.

제1 방정식(도 2)은 차량 뒷차축 또는 앞차축의 바퀴에서 측정값에 따라 검출된 구동력값(F_F, F_R)과, 이에 관련된 차량의 종방향 가속도값(a_X) 및 바퀴 슬립값(λ_F, λ_R)과, 중심의 좌표들 중 2개 좌표, 특히 간격(l_R)과 높이(h) 사이의 간단한 함수 관계를 나타낸다. 또한, 이러한 제1 방정식에는 차량 뒷차축과 앞차축 사이의 간격(l)과, 중력 가속도(g)가 입력된다. 따라서, 이러한 제1 방정식은 간격(l_R) 및 높이(h)에 2개의 미지수를 갖는다. 제1 방정식은 1회 검출된 입력 변수, 특히 구동력값(F_F, F_R), 이에 관련된 바퀴 슬립값(λ_F, λ_R), 및 종방향 가속도값(a_X)에 의해서는 해를 가질 수 없다. 따라서 이러한 방정식은 구동력값(F_F, F_R) 및 이에 관련된 바퀴 슬립값(λ_F, λ_R)과, 종방향 가속도값(a_X)이 2개 이상의 상이한 시점에 검출됨으로써 해를 갖는다. 이에 의해, 해를 가질 수 있고, 바람직하게는 과결정성을 갖는(overdetermined) 방정식 시스템이 발생하며, 이러한 방정식 시스템에 의해서 원하는 좌표가 매우 정확하게 연산될 수 있다. 바람직하게 이러한 제1 방정식 시스템은 중심이 y 방향으로 대략 차량 중심에 위치할 때 사용된다. 또한, y 좌표와 추가 좌표를 매개 변수로서 포함하며 측방향 편차(y)가 연산될 수 있도록 하는 추가의 방정식이 사용될 수 있다.

도 3에 따라, 예를 들어 차량의 4개 바퀴들 중 하나의 바퀴의 회전 가속도를 각각 나타내는 4개의 미분 방정식으로 이루어진 방정식 시스템이 사용된다. 이러한 미분 방정식들 각각으로부터 모두 3개의 중심 좌표(h, l_R, y)가 각각 연산될 수 있을 것이다. 그러나 결과값은 2개 이상의 방정식, 바람직하게는 모든 방정식들이 예를 들어 재귀적 알고리즘에 의해 해를 가질 때 더욱 정확하다.

이러한 방정식에서 구동 또는 제동 토크(T), 특히 전방 좌측 또는 전방 우측 또는 후방 좌측 또는 후방 우측에서의 구동 또는 제동 토크(T_Fl, T_Fr, T_Rl, T_Rr)는 구동력값(F)을 대표한다. 모든 미분 방정식에 나타나는 부분 분수항(v(t)-(ω(t)×r))/v(t)은 바퀴 슬립값(λ)을 대표하며, 차량 속도(v), 바퀴 각속도(ω), 및 바퀴 반경(r)은 부분 분수항에 입력된다. 이 경우, 개별 바퀴 각속도(ω_Fl, ω_Fr, ω_Rl, ω_Rr)는 재차 전방 좌측 또는 전방 우측 또는 후방 좌측 또는 후방 우측의 바퀴에 관련된다. 또한, 이러한 방정식에는 전방 및 후방의 바퀴의 관성 토크(J_F, J_R), 바퀴 각속도(

_Fl,

_Fr,

_Rl,

_Rr), 종방향 강도(c), 차량의 질량(m), 바퀴 반경(r), 바람직하게는 횡방향 가속도값(a_y), 및 윤간 거리(w)가 입력된다. 종방향 강도(c)는 구동력과 바퀴 슬립값(λ) 사이의 비례를 나타내기 위한 비례 상수이다.

바람직하게 중심의 좌표(h, l_R, y)를 검출하기 위한 프로그램은 장치(2)의 저장 매체에 저장된다(도 4). 이러한 프로그램은 단계(S1)에서, 예를 들어 시간상 차량 내연 기관의 엔진이 시동될 때와 가깝도록 시작되며, 단계(S1)에서는 경우에 따라 변수가 초기화된다.

단계(S2)에서는 사전 설정된 조건(CON)이 충족되는지 검사될 수 있다. 사전 설정된 조건(CON)은 바람직하게 차량이 컨트롤된 주행 상태에 있는 경우, 즉 예를 들어 바퀴 슬립이 사전 설정된 임계값보다 낮은 경우에 충족된다.

단계(S2)의 조건이 충족된 경우(경우 y), 단계들(S3, S4, 및 S5)은 바람직하게 동시에 또는 적어도 시간상 가깝도록 실행된다. 경우에 따라서는, 단계(S2)의 조건이 충족되지 않은 경우, 단계(S2)가 새로이 실행된다.

단계(S3)에서는 제1 바퀴 회전 토크(T1)에 따라 제1 구동력값(F1)이 검출된다. 제1 바퀴 회전 토크(T1)는 예를 들어 회전 토크 센서에 의해 측정될 수 있다.

단계(S4)에서는 제1 구동력값(F1)에 관련된 제1 종방향 가속도값(a1)이 예를 들어 가속도 센서에 의해 검출된다. 이의 대안으로서 제1 종방향 가속도값(a1)은 속도(v)의 시간 도함수를 통해 결정될 수 있다.

단계(S5)에서는 제1 구동력값(F1)에 관련된 제1 바퀴 슬립값(λ1)이 측정되거나 공지된 방식으로 예상된다.

단계(S6, S7, 및 S8)는 단계(S3, S4, 및 S5) 이후에 상응하는 방식으로 실행되며, 단계(S6, S7, 및 S8)에서는 제2 바퀴 회전 토크(T2)에 따른 제2 구동력값(F2)과, 이에 관련된 제2 종방향 가속도값(a2)과, 이에 관련된 제2 바퀴 슬립값(λ2)이 검출된다.

단계(S9)에서는 구동력값들(F1, F2), 종방향 가속도값들(a1, a2), 및 바퀴 슬립값들(λ1, λ2)에 따른 중심의 좌표(h, l_R, y)가 검출된다. 이는 바람직하게 도 2 및 도 3에 나타난 공식들 중 하나의 공식을 기초로 하여 실행된다. 구동력, 종방향 가속도, 및 바퀴 슬립의 추가 측정이 뒤따를 수 있다.

단계(S9) 이후에는 단계들(S3 내지 S8)이 새로이 실행될 수 있다. 이의 대안으로서 프로그램은 단계(S10)에 의해 종료될 수 있다. 중심의 좌표(h, l_R, y)는 바람직하게 차량의 안전 알고리즘 및/또는 제어 알고리즘에 입력 변수로서 제공된다.

이러한 방법으로, 그래프(4, 6, 8, 10, 12, 14)(도 5)에 나타나는 바와 같이 중심은 수 초 이내에 매우 정확하게 검출될 수 있다. 특히, 제1 그래프(4)는 시간(t)에 따른 차량 속도(v) 및 바퀴 각속도(ω_Fl, ω_Fr, ω_Rl, ω_Rr)를 나타낸다. 이러한 속도들(v, ω_Fl, ω_Fr, ω_Rl, ω_Rr)이 더욱 작아지므로, 제1 그래프(4)는 거의 30m/s로부터 5m/s로의 제동 과정을 나타낸다. 이 경우, 개별 값들은 하나의 굵은 선만이 나타나도록 거의 서로 나란히 위치한다. 이는 바퀴들이 안정적으로 작동한다는 사실을 대표한다. 이러한 바퀴의 안정적인 작동은 중심의 좌표(h, l_R, y)를 검출하기 위한 알고리즘을 위한 시작 조건으로서 전제될 수 있으며, 특히 중심의 좌표(h, l_R, y)를 검출하기 위한 프로그램 내의 조건(CON)으로서 전제될 수 있다.

제1 그래프(4)에 나타난 제동 과정동안 뒷차축의 바퀴에는 0 내지 1000Nm의 바퀴 토크(T_Rl, T_Rr)가, 앞차축의 바퀴에는 0 내지 약 1800Nm의 바퀴 토크(T_Fl, T_Fr)가 발생하는데, 이는 제2 그래프(6)에 나타난다.

발생한 바퀴 토크(T_Rl, T_Rr, T_Fl, T_Fr)는 제3 그래프(8)에 나타나며 0 내지 -5m/s²에 이르는 종방향 가속도(지연)(a_X)를 야기한다.

장치(2)는 제4 그래프(10)에 나타난 바와 같이 초단위로 뒷차축과 중심의 간격(l_R)과, 제5 그래프(12)에 나타난 바와 같이 중심의 측방향 편차(y)와, 제6 그래프(14)에 나타난 바와 같이 중심의 높이(h)를 제공하며, 검출된 좌표(h, l_R, y)는 파선으로 표시된 좌표(h_tat, l_R_tat, y_tat)에 단계별로 근접한다.

Claims

차량의 중심을 검출하기 위한 방법이며,
- 차량의 하나 이상의 바퀴에 대해 상이한 2개의 구동력값(F, T)과,
- 이에 관련된 종방향 가속도값(a_X)과,
- 이에 관련된 바퀴 슬립값(λ)이 검출되는, 차량 중심의 검출 방법에 있어서,
검출된 구동력값(F, T)과, 관련된 종방향 가속도값(a_X)과, 관련된 바퀴 슬립값(λ)으로부터는 중심의 2개 이상의 좌표(h, l_r, y)가 검출되는 것을 특징으로 하는, 차량 중심의 검출 방법.
제1항에 있어서, 상이한 구동력값들(F, T)은 상이한 시점들에서 검출되는, 차량 중심의 검출 방법.
제2항에 있어서, 상이한 구동력값들(F, T)은 시간상 연속적으로 검출되는, 차량 중심의 검출 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중심의 좌표(h, l_r, y)는 재귀적 예상 알고리즘에 의해 검출되는, 차량 중심의 검출 방법.
제4항에 있어서, 중심의 좌표(h, l_r, y)는 최소 자승법(RLS)에 의해 검출되는, 차량 중심의 검출 방법.
제4항에 있어서, 중심의 좌표(h, l_r, y)는 칼만 필터(Kalman Filter)에 의해 검출되는, 차량 중심의 검출 방법.
제6항에 있어서, 중심의 좌표(h, l_r, y)는 UKF(Unscented Kalman Filter)에 의해 검출되는, 차량 중심의 검출 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심의 좌표는 차량의 안전 알고리즘 및/또는 제어 알고리즘에 제공되는, 차량 중심의 검출 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위해 형성된, 차량의 중심을 검출하기 위한 장치.