KR20120046638A - 독립 다축 구동형 차량 - Google Patents

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KR20120046638A
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KR1020100108413A
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이종석
이경수
김원균
정성용
Original Assignee
삼성테크윈 주식회사
서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은, 조종 입력에 대하여 적어도 일부의 차륜들에 가해지는 다른 구동 및/또는 제동 입력을 결정하여 독립 구동함으로써, 주행 성능 및/또는 안정 성능을 향상시킬 수 있는 독립 다축 구동형 차량에 관한 것이다. 본 발명은, 각각 독립 구동이 가능한 복수의 차륜들; 조향 입력, 가속 입력, 및 제동 입력 중의 적어도 하나를 포함하는 조종 입력을 입력받는 조종 입력부; 차량의 주행 조건을 고려하여 차량의 주행 제어 전략을 결정하고, 주행 제어 전략에 따라 조종 입력으로부터 차량의 기계적 조향각, 목표 요 모멘트, 목표 종방향 힘, 및 목표 휠 속도 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 목표 제어량을 결정하는 제1 제어기; 및 주행 제어 전략에 따라 목표 제어량으로부터 각각의 차륜들의 휠 토크를 결정하는 제2 제어기;를 구비하는 독립 다축 구동형 차량을 제공한다.

Description

독립 다축 구동형 차량{Vehicle with multiple axis driven independently}
본 발명은 독립 다축 구동형 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 차륜이 장착되고, 각각의 차륜에 서로 다른 구동 및/또는 제동 입력을 가할 수 있는 독립 다축 구동형 차량에 관한 것이다.
최근 차량의 주행 안정성과 주행 중 운전자의 편의성에 대한 요구가 증가하고 있다. 또한, 차량의 능동 안전 시스템과 운전자 보조 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
능동 안전 제동 시스템으로는 ESC(Electronic Stability control) 등이 있다. 또한, 능동 조향 시스템으로는 AFS(Active Front Steering)등이 있다. 또한, 구동력 제어 시스템으로는 엔진의 토크를 제어하는 TCS(Traction Control System), 및 디퍼렌셜 액슬 장치를 이용한 DYC(Direct Yaw Control) 등이 있다.
능동 안전 장치는 차량에 장착된 요 속도 센서(yaw-rate sensor), 횡가속도 센서, 휠 속도 센서 등으로부터 차량의 상태를 파악한다. 이때, 차량의 상태가 불안정한 상태라고 판단되면, 차량이 안정된 상태가 되도록 필요한 제어 입력을 계산하여 가하게 된다.
한편, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서는 적어도 일부의 바퀴가 모터를 이용하여 구동될 수 있다. 이때, 적어도 일부의 차륜에는 각각 서로 다른 구동 입력 및/또는 제동 입력이 가해질 수 있다.
본 발명은, 조종 입력에 대하여 적어도 일부의 차륜들에 가해지는 다른 구동 및/또는 제동 입력을 결정하여 독립 구동함으로써, 주행 성능 및/또는 안정 성능을 향상시킬 수 있는 독립 다축 구동형 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 각각 독립 구동이 가능한 복수의 차륜들; 조향 입력, 가속 입력, 및 제동 입력 중의 적어도 하나를 포함하는 조종 입력을 입력받는 조종 입력부; 차량의 주행 조건을 고려하여 차량의 주행 제어 전략을 결정하고, 상기 주행 제어 전략에 따라 상기 조종 입력으로부터 상기 차량의 기계적 조향각, 목표 요 모멘트, 목표 종방향 힘, 및 목표 휠 속도 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 목표 제어량을 결정하는 제1 제어기; 및 상기 주행 제어 전략에 따라 상기 목표 제어량으로부터 각각의 상기 차륜들의 휠 토크를 결정하는 제2 제어기;를 구비하는 독립 다축 구동형 차량을 제공한다.
회전축이 상기 차륜의 회전축에 직접 연결되어 상기 차륜을 구동하는 인-휠 모터, 각각의 상기 차륜들에 설치되는 기계식 브레이크, 및 상기 차륜들 중의 적어도 어느 하나와 링크로 연결되어 조향각을 조절하는 조향 모터를 구비할 수 있다.
상기 주행 조건이, 기계적 조향, 복합 제동, 안정성 제어, 및 슬립 제어 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 주행 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 일반 주행 모드, 기계적 조향이 제거된 복합 조향에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제자리 선회 모드, 및 복합 조향, 제동, 안정성 제어, 및 슬립 제어 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 주행 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 급선회 주행 모드를 구비할 수 있다.
상기 복합 조향 제어 전략이, 주행 상황에 따라 기계적 조향, 안정성 제어, 휠 토크 제어, 및 휠 속도 제어 중의 적어도 어느 하나의 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 할 수 있다.
상기 복합 조향 제어 전략이, 기계적 조향 및 안정성 제어를 포함하는 조향 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제1 모드, 기계적 조향 및 휠 토크 제어를 포함하는 조향 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제2 모드, 기계적 조향, 외측 휠들에 대한 휠 토크 제어, 및 내측 휠들에 대한 휠 속도 제어를 포함하는 조향 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제3 모드, 및 휠 속도 제어를 포함하는 조향 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제4 모드를 구비할 수 있다.
상기 휠 토크 제어 시에, 상기 제1 제어기가 상기 조향 입력 및 목표 속도를 입력받아 상기 기계적 조향각, 상기 목표 요 모멘트, 및 목표 종방향 힘을 결정할 수 있다.
상기 제1 제어기가, 상기 조향 입력으로부터 각 차륜의 기계적 조향각을 결정하고, 상기 기계적 조향각으로부터 시간 지연을 고려하여 목표 요속도를 결정하고, 상기 목표 요속도에 상기 차량의 측정 요속도를 되먹임(feedback)하여 요속도 제어함으로써 상기 목표 요 모멘트를 결정할 수 있다.
상기 요속도 제어가, 상기 목표 요속도와 상기 측정 요속도의 차이에 의하여 결정되는 슬라이딩 값의 시간에 대한 미분치가, 항상 상기 슬라이딩 값과 반대의 부호를 갖도록 하여, 상기 슬라이딩 값이 0으로 수렴하도록 하는 슬라이딩 제어 기법에 의하여 상기 요 모멘트가 결정될 수 있다.
상기 목표 종방향 힘이, 상기 목표 속도와 상기 차량의 측정 속도의 차를 오차로 하여 비례, 미분, 및 적분 이득을 곱하는 비례 미분 적분 제어 기법에 의하여 결정될 수 있다.
상기 휠 토크 제어 시에, 상기 제2 제어기가, 상기 목표 종방향 힘 및 상기 목표 요 모멘트를 입력받아 각각의 상기 차륜의 타이어에 필요한 힘으로 분배하여 각각의 상기 차륜의 타이어 힘을 결정하고, 각각의 상기 차륜의 타이어 힘으로부터 휠 슬립 제어에 의하여 상기 휠 토크를 결정할 수 있다.
상기 차량이 4륜 차량, 6륜 차량, 8륜 차량 중의 어느 하나이고, 상기 목표 요 모멘트가 상기 차량의 종류에 따라 다르게 결정될 수 있다.
주행 상황에 따라 각각의 차륜에서 발생시킬 수 있는 최대의 힘으로부터 마찰원을 결정하고, 각각의 상기 차륜에 대하여 상기 마찰원의 크기에 비례하여 상기 타이어의 힘을 결정할 수 있다.
상기 마찰원의 크기에 비례하는 성능 지수에 대하여 최적 분배에 의하여 각각의 상기 차륜의 타이어 힘을 결정할 수 있다.
각각의 상기 차륜의 마찰력이 상태 추정되어 입력되어 상기 마찰원의 크기에 비례하는 성능 지수를 구할 수 있다.
각각의 상기 차륜의 휠 슬립률을 반영하여 목표 휠 속도를 계산하고, 상기 목표 휠 속도와 각각의 상기 차륜의 휠 속도의 차이를 슬라이딩 값으로 정의하고, 상기 슬라이딩 값을 0으로 수렴시키기 위한 상태 조건을 각각의 상기 차륜의 휠 토크 방정식에 대입하여 상기 휠 토크를 결정할 수 있다.
각각의 상기 차륜에 대하여 상기 휠 슬립률이 설정된 최대 슬립률을 넘지 않으면, 상기 타이어 힘의 분배에 의하여 결정된 타이어 힘으로부터 직접 상기 휠 토크가 결정될 수 있다.
각각의 상기 차륜의 타이어 힘과 상기 휠 속도가 상태 추정되어 입력될 수 있다.
상기 휠 속도 제어 시에, 상기 제1 제어기가 상기 조향 입력 및 목표 속도를 입력받아 상기 기계적 조향각 및 상기 목표 휠 속도를 결정할 수 있다.
상기 제1 제어기가, 상기 조향 입력으로부터 각각의 상기 차륜의 기계적 조향각을 결정하고, 상기 기계적 조향각으로부터 시간 지연을 고려하여 목표 요속도를 결정하고 상기 목표 요속도와 상기 차량의 측정 요속도의 차이를 이용하는 되먹임(feedback)에 의한 휠 속도와 앞먹임(feedforward)에 의한 휠 속도를 더하여 상기 목표 휠 속도를 결정할 수 있다.
상기 제2 제어기가, 각각의 상기 차륜의 휠 속도와 상기 목표 휠 속도의 차이를 슬라이딩 값으로 정의하고, 각각의 상기 차륜의 타이어 힘을 미지 요소로 하는 적응 슬라이딩 기법으로 구동 토크 입력을 결정하고, 리아푸노프(Lyapunov) 안정성을 이용하여 미지 요소를 추정함으로써 상기 휠 토크를 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 독립 다축 구동형 차량에 의하면, 조종 입력에 대하여 적어도 일부의 차륜들에 가해지는 다른 구동 및/또는 제동 입력을 결정하여 독립 구동함으로써, 주행 성능 및/또는 안정 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예로서, 8 휠 구조의 독립 다축 구동형 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 독립 다축 구동형 차량의 내부에서 이루어지는 제어 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 독립 다축 구동형 차량에서, 기계적 조향만을 사용하는 경우와 복합 조향을 사용하는 경우에 선회 성능을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 독립 다축 구동형 차량에서, 일반 도로에서 고속 주행하는 경우 휠 토크 제어에 의한 차량의 안정성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 독립 다축 구동형 차량에서, 휠 토크 제어 전략에 의한 상위 제어기의 제어 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 독립 다축 구동형 차량에서, 휠 토크 제어 전략에 의한 하위 제어기의 제어 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 휠 토크 제어 시에, 마찰원의 크기에 따라 각각의 차륜에서 발생시킬 수 있는 최대 힘이 결정되는 휠 토크 분배 전략을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 휠 토크 제어 시에, 각각의 차륜의 슬립 제어 전략을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 1의 독립 다축 구동형 차량에서, 휠 속도 제어 전략에 의한 상위 제어기의 제어 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 1의 독립 다축 구동형 차량에서, 휠 속도 제어 전략에 의한 하위 제어기의 제어 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 도 1의 독립 다축 구동형 차량에서, 마찰원의 크기를 추정하는 추정기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 도 1의 독립 다축 구동형 차량의 성능을 실험하기 위한 도로 조건을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 도 12의 도로 조건에서 제1 케이스와 제2 케이스 각각에 대한 차체 속도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 도 12의 도로 조건에서 제1 케이스와 제2 케이스 각각에 대한 횡 방향 오차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15는 도 12의 도로 조건에서 제1 케이스와 제2 케이스 각각에 대한 요속도 오차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16은 도 12의 도로 조건에서 제1 케이스와 제2 케이스 각각에 대한 측면 슬라이딩 각도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17은 도 12의 도로 조건에서 제1 케이스와 제2 케이스 각각에 대한 슬립률을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18은 도 12의 도로 조건에서 제1 케이스와 제2 케이스 각각에 대한 주행 궤적을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 6 휠 구조의 독립 다축 구동형 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 4 휠 구조의 독립 다축 구동형 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 8 휠 구조의 독립 다축 구동형 차량(10)의 개략적인 구조가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 독립 다축 구동형 차량(10)의 내부에서 이루어지는 제어 구조가 개략적으로 도시되어 있다.
독립 다축 구동형 차량(10)은 인휠 모터(12)를 이용하여 독립 구동이 가능하도록 구성된 차량의 각 차륜(11)에 각각 다른 구동 및 제동력이 가해지도록 할 수 있다. 따라서, 운전자의 조종 입력에 대한 기계적으로 가능한 범위 이상의 선회 운동을 가능하도록 할 수 있다.
상위 제어기(210)에서는 운전자의 조향 입력에 대한 요속도를 계산하고, 이를 추종하기 위한 차량 전체 종방향 힘과 요 모멘트를 결정할 수 있다. 하위 제어기(220)에서는 각 차륜(11)에 요구되는 구동력 및 제동력을 결정하고, 차륜(11)과 지면의 슬립이 설정된 최대 슬립률을 넘기지 않도록 제어할 수 있다. 따라서, 에너지 효율을 높이고, 주행 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 차량의 주행 안정성과 주행 중 운전자의 편의성을 향상시키기 위하여, 차량의 능동 안전 시스템과 운전자 보조 시스템을 도입할 수 있다. 이를 위하여, 능동 안전 제동 시스템으로는 ESC(Electronic Stability control) 등이 적용될 수 있다. 또한, 능동 조향 시스템으로는 AFS(Active Front Steering)등이 적용될 수 있다.
또한, 구동력 제어 시스템으로는 엔진의 토크를 제어하는 TCS(Traction Control System) 및 디퍼렌셜 액슬 장치를 이용한 DYC(Direct Yaw Control)등이 적용될 수 있다.
이러한 능동 안전 장치는 차량에 장착된 요 속도 센서(yaw-rate sensor), 횡가속도 센서, 휠 속도 센서 등으로부터 차량의 상태를 파악하고, 차량의 상태가 불안정한 상태라고 판단되면 차량이 안정된 상태가 되도록 필요한 제어 입력을 계산하여 가할 수 있다.
통상적인 일반 차량의 주행 제어 방법이 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에도 적용될 수 있다. 하지만, 일반 차량의 ESC 시스템은 각 차륜의 제동력만을 분배하여 요 모멘트 (yaw moment)를 제어하고, 좌우 구동 차륜의 슬립에 따라 구동력 배분을 조절하는 디퍼렌셜 액슬 장치는 슬립을 제한할 수 있을 뿐이다. 따라서 인휠 구동 방식의 독립 구동형 차량에 기존 방식들을 적용할 경우에는 각 차륜의 독립 구동 및 제동 방식에 의한 장점을 살릴 수 없는 한계가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 독립 다축 구동형 차량(10)은 4륜, 6륜, 또는 8륜 등의 하이브리드 차륜형 독립 다축 구동형 장갑 차량 등에 적용될 수 있다. 독립 다축 구동형 차량(10)은 이러한 구조적 장점을 활용함으로써, 기계적인 방법에 의한 선회 운동의 한계 이상의 주행이 가능하도록 구동 및 제동력을 분배할 수 있다.
이를 위하여, 차량의 조종성, 횡방향 주행 안정성 등을 목적으로 하는 목표 종방향 속도 및 목표 요속도를 결정하고, 이를 실현하기 위한 각 차륜의 구동 및 제동력의 최적의 해를 구하여 입력으로 가할 수 있다.
도면을 참조하면, 독립 다축 구동형 차량(10)은 복수의 차륜(11)이 장착되고, 각각의 차륜(11)은 독립 구동이 가능하다. 이를 위하여, 각각의 차륜(11)에는 인휠 모터(in-wheel motor)(12)가 장착될 수 있다.
인휠 모터(12)는 회전축이 차륜(11)의 회전축에 직접 연결되어 차륜(11)을 구동할 수 있다. 인휠 모터(12)는 각 차륜(11)에 별도의 변속 기계 장치의 연결 없이 감속기어를 통해 직접 휠에 연결될 수 있다.
이때, 독립 다축 구동형 차량(10)은 전기 자동차 또는 하이브리드 차량이 될 수 있다. 독립 다축 구동형 차량(10)이 하이브리드 차량인 경우에, 엔진의 출력을 얻은 전력으로 각각의 차륜(11)에 설치되는 인휠 모터(12)를 구동할 수 있다.
또한, 각각의 차륜(11)에는 기계식 브레이크(13)가 장착될 수 있다. 각 차륜(11)에 장착되는 인휠 모터(12)의 특성상의 회생 제동이 가능하기 때문에 모터를 통한 제동력과 주행 상황에 따라 회생 제동만으로는 제동이 불가한 경우에 각 차륜에 장착되는 기계식 브레이크(13)가 작동되어 차량의 제동 성능을 향상시킬 수 있다. 이때, 기계식 브레이크(13)는 제동 성능이 뛰어난 유압식 브레이크가 될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서는 인휠 모터(12) 및 기계식 브레이크(13)가 각각의 차륜(11) 모두에 개별적으로 장착될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 인휠 모터(12) 및/또는 기계식 브레이크(13)가 일부의 차륜(11)에만 장착되는 실시예도 가능하다.
한편, 차량(10)은 조향 모터(14)에 의하여 기계적 조향을 제어할 수 있다. 조향 모터(14)는 차륜들(11) 중의 적어도 어느 하나와 링크로 연결되어 차량(10)의 조향각을 조절할 수 있다.
독립 다축 구동형 차량(10)은 조종 입력에 대하여 적어도 일부의 차륜들에 개별적으로 가해지는 구동 및/또는 제동 입력을 결정하여 독립 구동할 수 있다. 이를 위하여, 독립 다축 구동형 차량(10)은 조종 입력부(100); 통합 제어기(200); 및 작동 모듈(300)을 구비할 수 있다.
조종 입력부(100)는 조향 입력, 가속 입력, 및 제동 입력 중의 적어도 하나를 포함하는 조종 입력을 입력받는다. 통합 제어기(200)는, 제1 제어기에 해당하는 상위 제어기(210), 및 제2 제어기에 해당하는 하위 제어기(220)를 구비할 수 있다.
상위 제어기(210)는 차량의 주행 조건을 고려하여 차량의 주행 제어 전략을 결정하고, 주행 제어 전략에 따라 조종 입력으로부터 차량의 기계적 조향각, 목표 요 모멘트, 목표 종방향 힘, 및 목표 휠 속도 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 목표 제어량을 결정할 수 있다.
하위 제어기(220)는 주행 제어 전략에 따라 상위 제어기(210)에서 결정한 목표 제어량으로부터 각각의 차륜들(11)의 휠 토크를 결정할 수 있다.
이때, 주행 조건에 따라 각각의 인휠 모터(12)에 최적화된 구동 및 제동 입력을 분배함으로써, 고속 급선회 및 야지 주행 등을 포함한 다양한 주행 상황에서도 차량의 주행 안정성을 유지하면서 주행 성능을 높일 수 있다.
작동 모듈(300)은 통합 제어기(200)의 제어 명령에 의하여 차량(10)을 작동시킨다. 작동 모듈(300)은 조향 모듈(310), 인휠 모터 모듈(320), 및 제동 모듈(330)을 구비할 수 있다.
조향 모듈(310)은 조향 모터(14)를 구비할 수 있다. 조향 모듈(310)은 1개의 조향 모터(14)를 링크로 연결하여 조향 바퀴들의 각도를 조정함으로써 차량(10)의 기계적 조향각을 조절할 수 있다.
이때, 조향 모터(14)는 차량의 구조에 따라 다른 구조로 링크를 통하여 차륜들(11)에 연결될 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이 4륜 구조를 갖는 독립 다축 구동형 차량(10'')의 경우에는 전륜들의 조향각을 조절할 수 있다.
도 1 및 도 19의 8륜 구조의 독립 다축 구동형 차량(10)과 6륜 구조의 독립 다축 구동형 차량(10')의 경우는 전륜 및 중륜의 조향각을 작동시킬 수 있다. 이 경우, 각 차륜(11)의 조향각이 필요한 만큼 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서, 차량의 조향 구동을 위한 구동 손실이 적고, 조향 모터(14)를 효율적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 조향 입력은 조향 핸들을 통하여 입력받을 수 있다. 가속 입력은 가속 패달을 통하여 입력받을 수 있다. 제동 입력은 브레이크 패달을 통하여 입력받을 수 있다.
인휠 모터 모듈(320)은 도 1의 인휠 모터(12)를 구비할 수 있다. 또한, 제동 모듈(330)은 도 1의 기계식 브레이크(13)를 구비할 수 있다.
독립 다축 구동형 차량(10)은 측정 및 상태 추정기(400)를 더 구비할 수 있다. 측정 및 상태 추정기(400)는 작동 모듈(300)의 작동 상태를 센서 등을 통하여 측정하거나 상태를 추정할 수 있다. 이를 위하여, 작동 모듈(300)에는 다양한 종류의 센서가 장착될 수 있다.
상위 제어기(210)는 운전자의 조종 입력에 대한 차량의 목표 거동을 계산하여 설정한다. 또한, 상위 제어기(210)는 목표 거동을 추종하기 위하여 하위 제어기(220)에 가해지는 제어 입력을 결정할 수 있다.
이때, 제어 입력은 토크 제어를 위한 차량 전체의 종방향 힘과 목표 요 모멘트 또는 속도 제어를 위한 목표 휠 속도가 될 수 있다. 또한, 제어 입력은 복합 조향을 위한 기계적 조향 및/또는 각각의 차륜(11)에 필요한 휠 토크 조향의 듀얼 조향 제어 입력이 될 수 있다.
하위 제어기(220)는 상위 제어기(210)에서 결정된 제어 입력을 차량(10)에 반영하기 위한 각 차륜에 요구되는 타이어 힘 분배, 각각의 인휠 모터(12)에서 발생하는 회생 제동의 양에 따라 유압으로 생성해야 하는 기계식 브레이크(13)의 브레이크 양을 결정하는 복합 제동 제어, 및 각 차륜(11)의 슬립이 과도하게 발생할 경우 차량의 주행 안정성을 위한 휠 슬립 제어를 포함하여 이루어질 수 있다.
측정 및 상태 추정기(400)는 센서들로부터 입력되는 측정 신호를 처리하고, 제어에 필요한 변수들의 상태를 추정하여 상위 제어기(210) 및/또는 하위 제어기(220)에서 필요한 정보를 만들어낼 수 있다.
상위 제어기(210)에서는 표 1에 도시된 바와 같이 차량의 주행 조건에 따라 차량의 주행 제어 전략을 결정할 수 있다. 이때, 주행 조건은 일반 주행 모드, 제자리 선회 모드, 및 급선회 주행 모드를 포함할 수 있다.
주행 조건 주행 제어 전략
일반 주행 기계적 조향, 복합 제동, 안정성 제어, 슬립 제어
제자리 선회 복합 조향(기계적 조향 제거)
급선회 주행 복합 조향, 복합 제동, 안정성 제어, 슬립 제어
일반 주행 모드에는 기계적 조향, 복합 제동, 안정성 제어, 및 슬립 제어 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 주행 제어 전략에 의하여 차량(10)이 제어되도록 한다. 제자리 선회 모드에는 기계적 조향이 제거된 복합 조향에 의하여 차량(10)이 제어되도록 한다.
급선회 주행 모드에는 복합 조향, 복합 제동, 안정성 제어, 및 슬립 제어 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 주행 제어 전략에 의하여 차량(10)이 제어되도록 한다.
기계적 조향은 조향 모터(14)에 의하여 조향 모터(14)에 링크로 연결되는 조향 차륜들의 조향각을 조정하는 것이다. 복합 조향은 기계적 조향과 각 차륜(11)의 휠 토크 조향의 조합에 의하여 이루어지는 제어가 될 수 있다.
일반 주행은 기계적 조향이 가능한 회전 반경 선회 주행을 말한다. 따라서, 일반 주행에서는 기계적 조향 이외의 추가적인 조향 제어는 불필요하다. 또한, 주행 중 감속 상황이 발생하게 되면 인휠 모터(12)의 회생 제동량을 결정하고, 유압 제동력과 회생 제동력을 분배하는 복합 제동 제어를 할 수 있다.
일반 주행은 고속 상황을 포함하기 때문에 차량의 안정성 제어가 포함될 수 있다. 또한, 조향 성능을 향상시키기 위한 슬립 제어가 포함될 수 있다.
제자리 선회는 종방향 운동 없이 제자리에서 선회하는 운동을 말한다. 이 경우, 종방향 속도가 없이 요(yaw) 운동만을 필요로 한다. 따라서, 기계적 조향이 제외되고, 복합 조향 제어 전략에 의한 각각의 차륜(11)에 차등 토크 분배를 통해 요 모멘트를 발생시킬 수 있다.
급선회 주행은 기계적 조향으로 불가한 작은 선회 반경의 주행을 위해 필요하다. 이 경우, 기계적 조향으로 최대한 선회 성능을 활용하고, 동시에 복합 조향 전략의 휠 구동력 차등 분배를 통해 추가적 모멘트를 보상하도록 구성하여 기계적 조향의 한계를 극복할 수 있다.
복합 조향 제어 전략은, 주행 상황에 따라 기계식 조향, 안정성 제어, 휠 토크 제어, 및 휠 속도 제어 중의 적어도 어느 하나의 제어 전략에 의하여 차량(10)이 제어되도록 할 수 있다. 이때, 복합 조향 제어 전략은, 제1 모드로 일반 도로 고속 상황(30kph 이상), 제2 모드로 일반 도로 중속 상황(10kph ~ 30kph), 제3 모드로 일반 도로 저속 상황(5kph ~ 10kph), 및 오프 로드의 저속 상황(0kph ~ 5kph)으로 나누어 만들어질 수 있다.
주행 상황 조향 제어 전략
일반 도로 고속 상황 기계적 조향 + 안정성 제어(DYC)
일반 도로 중속 상황 기계적 조향 + 휠 토크 제어
일반 도로 저속 상황 기계적 조향 + (외측 휠) 휠 토크 제어 + (내측 휠) 휠 속도 제어
오프로드 저속 상황 휠 속도 제어
한편, 표 2에 도시된 바와 같이, 주행 상황에 따라 복합 조향 제어 전략에 의하여 조향 제어 전략이 결정될 수 있다. 표에 도시된 실시예에서는 도로 상황을 일반 도로와 오프로드로 구분하고, 속도 조건을 고속, 중속, 및 저속으로 구분하였다. 이때, 고속은 시속 30㎞이상, 중속은 시속 10㎞와 30㎞ 사이, 저속은 시속 5㎞와 10㎞ 사이, 오프로드 저속은 5㎞이하의 상황이 되도록 하였다.
이때, 기계적 조향각의 한계는 10도로 정의하였고, 그 이상의 조향각을 운전자가 요구할 때 복합 조향 제어를 통해 목표 요 모멘트를 만들어내도록 할 수 있다. 저속 상황에서는 휠 속도 제어에 의하여 목표 값을 만족시키도록 할 수 있다. 이는, 오프 로드 저속상황에서는 휠 속도 제어가 휠 토크 제어에 비해 강인한 특성을 보이기 때문이다.
중속 상황에서는 휠 토크 제어를 통해 목표 요 모멘트를 만족시키지만, 휠의 상태에 따라 속도 제어를 병행하도록 할 수 있다. 이는, 휠 슬립 각이 큰 휠에 슬립률이 발산하는 현상을 방지하기 위함이다. 상기 고속 상황에서는 일반 주행(조향각 10도 미만)에서 복합 조향의 개념보다는 안정성 제어 개념으로 제어함으로써, 차량의 안정성을 확보하도록 할 수 있다.
여기서, 일반 도로 고속 상황에서는 기계적 조향과 안정성 제어(DYC, Direct Yaw Control)에 의하도록 조향 제어 전략을 짤 수 있다. 또한, 일반 도로 중속 상황에서는 기계적 조향과 휠 토크 제어에 의하도록 조향 제어 전략을 짤 수 있다.
일반 도로 저속 상황에서는 기계적 조향과 휠 토크 제어 및 휠 속도 제어의 조합에 의하도록 조향 제어 전략을 짤 수 있다. 이때, 회전 시에 외측 휠은 휠 토크 제어에 의하고, 내측 휠은 휠 속도 제어에 의하여 조향될 수 있다. 오프로드 저속 상황에서는 기계적 조향 없이 내측 및 외측 휠 모두에 휠 속도 제어에 의하여 조향될 수 있다.
도 3에는 도 1의 독립 다축 구동형 차량(10)에서 기계식 조향만을 사용하는 경우(32)와 복합 조향(31)을 사용하는 경우에 선회 성능의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다.
복합 조향 제어를 사용했을 경우(31)에는, 기계적인 조향으로 가능한 최대 범위 이상의 선회 성능을 발휘할 수 있도록, 좌우 차륜에 각각에 다른 토크 입력을 가하여 요 모멘트를 발생시킬 수 있다.
복합 조향 제어는 속도와 주행 상황에 따라서 다른 모드로 결정될 수 있다. 오프로드 저속 주행 상황에서는 휠의 속도 제어를 통해 목표 요 모멘트를 만족시키도록 할 수 있다. 일반도로 중속 주행 상황에서는 휠의 상태에 따라 토크 제어와 속도 제어를 병행하도록 할 수 있다. 이때, 토크 제어와 속도 제어를 병행하는 것은 토크 제어에 의해 발생하는 휠 슬립률의 발산을 막기 위함이다.
도 4에 도시된 봐와 같이, 일반 도로에서 고속 주행하는 경우, 휠 토크 제어에 의하여 차량의 안정성이 향상되는 것을 알 수 있다.
일반도로 고속 주행 상황에서 휠 토크 제어를 수행하여 41의 경우에서와 같이 각 차륜에 가해지는 토크를 분배함으로써, 언더스티어(understeer)(42) 또는 오버스티어(oversteer)(43)가 발생되는 것을 억제할 수 있다.
도 5 및 도 6에는 각각 도 1의 독립 다축 구동형 차량(10)에서 휠 토크 제어 전략에 의한 상위 제어기(210)와 하위 제어기(220)의 제어 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
휠 토크 제어에 의하면, 운전자의 조향 입력과 가속 및/또는 제동 입력에 의해 목표 속도 및 목표 요속도가 결정될 수 있다. 목표 속도 및 목표 요 속도가 결정되면 이를 만족시키기 위한 차량 전체의 종방향 구동력 및/또는 제동력에 의하여 결정되는 목표 종방향 힘과 목표 요 모멘트가 결정될 수 있다.
이때, 결정된 목표 값을 만족하기 위해서 주행 상황을 고려하여 각 차륜(11)에 구동력을 분배하게 되며, 슬립 등을 제어하도록 하여 인휠 모터(12)에서의 출력이 결정될 수 있다.
도면을 참조하면, 상위 제어기(210)는 휠 토크 제어 시에, 조향 입력 및 목표 속도를 입력받아 기계적 조향각, 목표 요 모멘트, 및 목표 종방향 힘을 결정할 수 있다.
이때, 조향 입력으로부터 각 차륜의 기계적 조향각을 결정하고(211), 기계적 조향각으로부터 시간 지연을 고려하여 목표 요속도를 결정하고(212), 목표 요속도에 차량의 측정 요속도를 되먹임(feedback)하여 요속도 제어함으로써 목표 요 모멘트를 결정(213)할 수 있다.
목표 종방향 힘은, 목표 속도와 차량의 측정 속도의 차를 오차로 하여 비례, 미분, 및 적분 이득을 곱하는 비례 미분 적분 제어 기법에 의하여 결정될(214) 수 있다.
상위 제어기(210)는 운전자의 조향 입력과 구동/제동 입력에 의해 결정되는 목표 속도를 입력받아 도 1에 도시된 실시예의 경우 1륜 및 2륜 조향각과, 목표 요 모멘트 및 종방향 구동력 및/또는 제동력에 의한 목표 종방향 힘을 결정한다.
상위 제어기(210)는 운전자의 조향 입력에 따라 차량의 물리적 특성을 고려하여 1륜과 2륜의 조향각을 결정한다. 결정된 조향각에 의해 차량의 단순화 선형 모델인 정적 바이시클(Bicycle) 모델을 기반으로 정적 목표 요 속도가 결정될 수 있다.
정적 바이시클(Bicycle) 모델에 의하여 4륜, 6륜, 8륜 차량의 동역학 특성을 고려하여 운전자의 조향 입력에 의한 목표 요 속도가 결정될 수 있다. 이때, 정적 목표 요 속도는 차량의 종류 또는 축의 개수에 따라 다르게 결정되며, 운전자의 조향 입력과 차량의 속도에 의해 결정될 수 있다. 정적 바이시클(Bicycle) 모델은 차량의 종류 또는 축의 개수에 따라 확장과 축소가 가능하다.
시간에 대한 변화를 고려하지 않은 정적 동역학 모델을 이용하여 운전자의 조향에 따른 목표 요 속도가 계산될 수 있다. 요속도 제어(213)에 의하여, 운전자의 조향 입력과 차량의 속도에 의해 결정된 목표 요 속도와 실제 차량에서 측정되는 측정 요속도의 차이를 없애기 위하여, 차량 전체에 필요한 목표 요 모멘트가 결정될 수 있다.
요속도 제어(213)는 슬라이딩 제어 기법을 통해 목표 요 모멘트를 결정할 수 있다. 슬라이딩 표면은 차량에서 측정된 측정 요속도와 목표 요 속도의 차이로 정의될 수 있다. 차량의 종류에 따라 목표 요 모멘트 입력값이 다르게 결정될 수 있다.
정적 목표 요 속도는 차량의 동역학적 특성상 1차 시간지연 함수를 통해 목표 요속도로 결정된다. 이는 운전자의 조향 입력에 의해 차량이 반응하는 속도에 시간적인 지연 특성이 있기 때문에 이를 고려한 것이다.
차량 전체의 목표 요 모멘트는 슬라이딩 제어 기법에 의해 슬라이딩 표면의 시간에 대한 미분치가 항상 슬라이딩 표면과 반대의 부호를 갖도록 하여, 목표 요 속도와 차량의 측정 요속도에 의해 결정되는 슬라이딩 표면을 0으로 수렴하도록 결정될 수 있다.
또한, 목표 속도와 차량 현재 측정 속도의 차를 오차로 하여 비례, 미분, 및 적분이득을 곱하는 비례 미분 적분(PID) 제어 기법으로부터 차량 전체의 목표 종방향 힘이 결정될 수 있다.
한편, 하위 제어기(220)는 휠 토크 제어 시에, 목표 종방향 힘 및 목표 요 모멘트를 입력받아 각각의 차륜(11)의 타이어에 필요한 힘으로 분배하여 각각의 차륜(11)의 타이어 힘을 결정하고, 각각의 차륜(11)의 타이어 힘으로부터 휠 슬립 제어에 의하여 휠 토크를 결정할 수 있다.
이때, 목표 요 모멘트는 차량의 특성을 고려하여, 차량의 종류에 따라 다르게 결정될 수 있다. 즉, 차량은 도 1, 19, 20에 도시된 바와 같이 4륜 차량, 6륜 차량, 8륜 차량 중의 어느 하나가 될 수 있으며, 목표 요 모멘트는 차량의 종류에 따라 다른 관계식에 의하여 결정될 수 있다.
하위 제어기(220)는 타이어 힘 분배기(221) 및 휠 슬립 제어기(222)를 구비할 수 있다. 타이어 힘 분배기(221)는 목표 종방향 힘 및 목표 요 모멘트를 입력받아 각각의 차륜의 타이어에 필요한 힘으로 분배하여 각각의 차륜의 타이어 힘을 결정한다. 휠 슬립 제어기(222)는 각각의 차륜의 타이어 힘으로부터 휠 슬립 제어에 의하여 휠 토크를 결정할 수 있다.
이때, 타이어 힘 분배기(221)는 주행 상황에 따라 각각의 차륜에서 발생시킬 수 있는 최대의 힘으로부터 마찰원(도 7의 70)을 결정하고, 각각의 차륜에 대하여 마찰원의 크기에 비례하여 타이어의 힘을 결정할 수 있다. 이 경우, 마찰원의 크기에 비례하는 성능 지수에 대하여 최적 분배에 의하여 각각의 차륜의 타이어 힘을 결정할 수 있다.
또한, 상태 추정기(410)에 의하여 각각의 차륜의 마찰력이 상태 추정되어 입력되어 마찰원의 크기에 비례하는 성능 지수를 구할 수 있게 된다.
한편, 도 7에는 휠 토크 제어 시에 휠 토크 분배 전략에 의하여 그 크기에 따라 각각의 차륜(11)에서 발생시킬 수 있는 최대 힘이 결정되는 마찰원(70)이 개략적으로 도시되어 있다.
이는 휠 토크 분배 전략에 의하여, 마찰원(friction circle)(70)의 크기에 의하여 주행 상황에 따라 각각의 휠에서 발생시킬 수 있는 최대 힘이 결정될 수 있다. 이때, 마찰원이 클 수록 휠에서는 큰 힘을 낼 수 있기 때문에 큰 힘을 할당할 수 있으며, 마찰원이 작을수록 작은 힘을 할당할 수 있다.
각각의 마찰원의 크기에 비례하여 각각의 차륜의 타이어에 필요한 힘으로 분배하여 각각의 차륜의 타이어 힘이 결정될 수 있다. 또한, 분배된 타이어 힘은 휠 슬립 상태를 고려하여 슬립 발산을 방지할 수 있도록 인휠 모터에서 출력해야 할 토크가 결정될 수 있다.
한편, 휠 슬립 제어기(222)는 각각의 차륜의 휠 슬립률을 반영하여 목표 휠 속도를 계산하고(222a), 목표 휠 속도와 각각의 상기 차륜의 휠 속도의 차이를 슬라이딩 값으로 정의하고(222b), 슬라이딩 값을 0으로 수렴시키기 위한 상태 조건을 각각의 차륜의 휠 토크 방정식에 대입하여 휠 토크를 결정할(222c) 수 있다.
이때, 슬라이딩 값에 의하여 구해지는 슬립률이 최대 슬립률을 넘지 않는 경우에는, 타이어 힘 분배기(221)에서 결정된 타이어 힘으로부터 직접 휠 토크가 결정될 수 있다(222d). 이때, 상태 추정기(410)에 의하여 각각의 차륜의 타이어 힘과 휠 속도가 상태 추정되어 입력될 수 있다.
도 8에는 휠 토크 제어 시에 각각의 차륜의 슬립 제어 전략의 일 실시예에 따른 슬립 제어기(223)가 개략적으로 도시되어 있다. 슬립 제어기(223)는 목표 휠 속도기(223a), 휠 속도 제어기(223b), 및 스위치(223c)를 포함한다.
목표 휠 속도기(223a)는 차체 속도를 입력받아 목표 휠 각속도를 생성한다. 휠속도 제어기(223b)는 목표 휠 각속도에 대하여 평균 각속도와 타이어 힘을 피드백 받아 슬립 토크를 생성한다.
스위치(223c)는 슬립률이 최대 슬립률 이하의 관계인 경우에 휠 토크를 슬립 토크로 결정하고, 슬립률이 최대 슬립률보다 큰 경우에는 휠 속도 제어기(223b)에서 생성된 슬립 토크가 출력되도록 한다.
즉, 휠의 슬립이 최대 휠 슬립 영역 이내의 영역은 슬립 제어가 이뤄지지 않는다. 하지만, 최대 휠 슬립 영역을 벗어날 경우 슬립 제어기가 목표 휠 속도를 결정하여 이를 만족시키기 위한 입력 토크값을 결정한다. 슬라이딩 표면은 휠 속도의 차이로 정의될 수 있다.
최대 슬립 영역을 벗어날 경우의 목표 휠 속도는 설정된 관계식에 의하여 결정될 수 있다. 이때, 주행 상황이 가속인 경우와 감속인 경우를 구분할 수 있다. 이때, 최대 휠 슬립은 0.2로 정의할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 주행 도로 환경에 따라 다르게 설정 가능하다.
도 9에는 도 1의 독립 다축 구동형 차량(10)에서 휠 속도 제어 전략에 의한 상위 제어기(910)의 제어 구조가 도시되어 있다. 도 10에는 도 1의 독립 다축 구동형 차량(10)에서 휠 속도 제어 전략에 의한 하위 제어기(920)의 제어 구조가 도시되어 있다.
휠 속도 제어는 차량의 오프로드 저속 상황 주행에서 휠 토크 제어에 비해 안정성을 확보하기 위해 적용할 수 있다. 휠 속도 제어는 저속 상황에서 신속하고 급격한 제어가 필요 없는 주행 환경에 적합하고, 오프로드 저속 상황에서 토크 제어에 비하여 계산량이 적은 제어 알고리즘을 설계할 수 있으며, 휠 슬립 발산 현상에 강인성을 가진다.
이를 위하여, 운전자에 의한 조향 입력과 스로틀(throtle) 입력을 바탕으로 목표 속도를 결정하고, 이를 만들어내기 위한 각 차륜의 목표 휠 속도를 계산하고, 그로부터 각각의 차륜의 휠 토크를 결정할 수 있다.
휠 속도 제어 시에는 상위 제어기(910)가 조향 입력 및 목표 속도를 입력받아 기계적 조향각 및 목표 휠 속도를 결정한다.
여기서, 조향 입력으로부터 각각의 차륜의 기계적 조향각을 결정할 수 있다(911). 기계적 조향각으로부터 시간 지연을 고려하여 목표 요속도를 결정할 수 있다(912). 목표 요속도와 차량의 측정 요속도의 차이를 이용하는 되먹임(feedback)에 의한 휠 속도와 앞먹임(feedforward)에 의한 휠 속도를 더하여 목표 휠 속도를 결정할 수 있다(913).
여기서, 기계적 조향각은 휠 토크 제어에서와 같은 방식으로 운전자의 조향입력을 통해 차량의 기계적 조향각을 계산할 수 있다. 또한, 기계적 조향각으로부터 목표 요 속도를 계산하고, 목표 요속도와 목표 종방향 속도로부터 각 차륜의 목표 휠 속도를 계산할 수 있다.
각 차륜의 목표 휠 속도는 목표 요 속도와 측정 요속도의 차이를 이용하는 되먹임 제어(feedback control)에 의한 휠 속도와 앞먹임 제어(feedforward control)에 의한 휠 속도를 더하여 구할 수 있다.
앞먹임 제어는 차량의 기구학적 특성을 통해서 목표 요 속도와 목표 종방향 속도에 의해 결정될 수 있다. 되먹임 제어는 차량의 기구학적 특성을 통해서 결정된 앞먹임 제어가 슬립에 의해 목표값을 만족시키지 못하는 현상이 발생하기 때문에 이를 보상하기 위해서 필요하다.
하위 제어기(920)는 각각의 차륜의 휠 속도와 목표 휠 속도의 차이를 슬라이딩 값으로 정의하고(921), 각각의 차륜의 타이어 힘을 미지 요소로 하는 적응 슬라이딩 기법으로 구동 토크 입력을 결정하고(922), 리아푸노프(Lyapunov) 안정성을 이용하여 미지 요소를 추정함으로써 휠 토크를 결정(923, 924)할 수 있다.
한편, 경사 및 도로의 영향에 의해 발생하는 주행 상황 부하를 측정할 수 없기 때문에 이 부하를 고려하는 제어기 설계가 필요하다. 적응 슬라이딩 제어 기법을 통해 주행 부하를 미지수로 정의하여 제어 입력을 결정할 수 있다.
각각의 차륜의 목표 휠 속도와 상위 제어기(910)에서 계산된 목표 휠 속도의 차이를 슬라이딩 표면으로 정의하고(921) 각 차륜의 종방향 타이어 힘(즉 주행 부하)을 미지 요소로 하는 적응 슬라이딩 기법으로 휠 토크 입력을 결정할 수 있다(922). 이때, 미지 요소를 리아푸노프(Lyapunov) 안정성을 이용하여 추정하고(923), 이를 슬라이딩 제어 기법에서의 미지 요소에 대입하여 입력 휠 토크를 구할 수 있다(924).
도 11에는 도 1의 독립 다축 구동형 차량(10)에서, 마찰원의 크기를 추정하는 추정기의 구조(942)가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 측정 및 상태 추정기(400)는 측정기(941) 및 추정기(942)를 구비할 수 있다. 추정기(942)에서 추정된 상태 추정값들은 통합 제어기(900)에 입력되어 휠 토크 제어 및/또는 속도 제어 등에 사용될 수 있다.
측정기(941)는 종방향의 차체 속도를 측정하는 GPS(Global Positioning System)/INS(Inertia Navigation Sensor) 센서, 휠 속도를 측정하는 휠 속도 센서, 및 휠 토크 입력을 측정하는 토크 센서 등을 포함할 수 있다.
추정기(942)는 휠 각가속도 추정기(942a), 타이어 힘 추정기(942b), 슬립률 추정기(942c), 및 마찰원 추정기(942d)를 포함할 수 있다. 휠 각가속도 추정기(942a)는 차량의 휠 속도 센서에서 측정되는 휠 속도를 칼만 필터링을 통해 추정하도록 구성될 수 있다.
타이어 힘 추정기(942b)는 차량의 인휠 모터(12)에서 측정된 휠 토크 입력과 휠 각가속도를 통해 타이어 힘을 추정하도록 구성될 수 있다. 이때, 필요한 휠 토크는 인휠 모터 내부의 센서를 통해 측정될 수 있으며, 휠 각 가속도는 차량에 장착되어 있는 휠 속도 센서를 칼만 필터링 하여 추정할 수 있다.
슬립률 추정기(942c)는 GPS/INS 센서로부터 측정된 차량 속도와 휠 속도 센서의 측정값을 통해 슬립률을 추정하도록 구성될 수 있다. 이때, 슬립률은 감속 및 가속 주행 상황으로 구분하여 추정될 수 있다. 따라서, 슬립률을 결정하는 식도 감속 및 가속 주행 상황에 따라 구분될 수 있다. 슬립률 계산에 필요한 신호는 휠 속도, 차량의 종방향 속도이다.
마찰원 추정기(942d)는 앞에서 추정된 종방향 타이어 힘과 슬립률을 통해 마찰원을 추정하도록 구성될 수 있다.
마찰원은 고마찰의 일반 도로에서의 정적 하중 상태의 주행 상황에서 슬립률과 타이어 힘이 이루는 그래프의 기울기를 기준으로 정의할 수 있다. 이때, 정적 하중 상태는 차량이 정지하고 있는 상태에서 각 휠에 걸리는 하중 상태를 말한다.
현재 주행 상황에서 타이어의 힘이 작용하고, 이 상태에서 측정된 슬립률에 의하여 형성된 타이어 힘-슬립률 기울기의 변화를 통해 마찰원의 크기가 추정될 수 있다. 기준 기울기와 현재 기울기의 비는 정적 상태의 마찰원의 크기와 현재 마찰원의 크기의 비와 같다는 수식을 통해 현재 마찰원의 크기를 추정할 수 있다.
도 12에는 도 1의 독립 다축 구동형 차량(10)의 성능을 실험하기 위한 도로 조건이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같은 도로 조건에서 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 다축 구동형 차량(10)의 통합 제어 시스템의 성능이 시뮬레이션 되었다.
이하에서 케이스 1은 각 휠에 분배되는 입력 토크를 동일하게 한 상황으로써 엔진과 트랜스미션을 갖춘 기존의 시스템을 시뮬레이션 한 것이다. 케이스 2는 최적 제어 분배를 통해 각 휠에 입력 토크를 결정한 것이다. 주행 도로는 도 12와 같은 이중 차선 변경 상황이며, 오른쪽 마찰계수가 0.9에서 0.4로 줄어드는 비대칭 마찰노면이다.
도 13 내지 도 18에는 이러한 조건 하에서의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 케이스 2의 주행 제어 알고리즘을 통한 시뮬레이션 결과가 케이스 1의 경우에 비하여 안정성을 확보하는 것을 알 수 있다.
도면을 참조하면, 도 13의 차체 속도, 도 14의 횡방향 오차, 도 15의 요속도 오차, 도 16의 측면 슬립 각도가 케이스 1에 비하여 케이스 2의 주행 제어 알고리즘을 통한 최적 분배가 이루어진 상황이 상대적으로 좋아진 것을 알 수 있다.
또한, 도 17의 시뮬레이션 결과에서 휠 슬립 제어기에 의하여 각 휠의 슬립이 최대 슬립률을 벗어나지 않고 제어되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 18에 도시된 바와 같이 케이스 2에 의한 주행 궤적이 운전자의 급격한 장애물 회피 조향 입력에서 차량의 안정성을 확보하는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 조종 입력에 대하여 적어도 일부의 차륜들에 가해지는 다른 구동 및/또는 제동 입력을 결정하여 독립 구동함으로써, 주행 성능 및/또는 안정 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10, 10', 10'': 차량, 11: 차륜,
12: 인휠 모터, 13: 기계식 브레이크,
14: 조향 모터, 100: 조종 입력부,
200: 통합 제어기, 210: 상위 제어기,
220: 하위 제어기, 300: 작동 모듈,
400: 측정 및 상태 추정기.

Claims (20)

  1. 각각 독립 구동이 가능한 복수의 차륜들;
    조향 입력, 가속 입력, 및 제동 입력 중의 적어도 하나를 포함하는 조종 입력을 입력받는 조종 입력부;
    차량의 주행 조건을 고려하여 차량의 주행 제어 전략을 결정하고, 상기 주행 제어 전략에 따라 상기 조종 입력으로부터 상기 차량의 기계적 조향각, 목표 요 모멘트, 목표 종방향 힘, 및 목표 휠 속도 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 목표 제어량을 결정하는 제1 제어기; 및
    상기 주행 제어 전략에 따라 상기 목표 제어량으로부터 각각의 상기 차륜들의 휠 토크를 결정하는 제2 제어기;를 구비하는 독립 다축 구동형 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    회전축이 상기 차륜의 회전축에 직접 연결되어 상기 차륜을 구동하는 인-휠 모터,
    각각의 상기 차륜들에 설치되는 기계식 브레이크, 및
    상기 차륜들 중의 적어도 어느 하나와 링크로 연결되어 조향각을 조절하는 조향 모터를 구비하는 독립 다축 구동형 차량.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주행 조건이,
    기계적 조향, 복합 제동, 안정성 제어, 및 슬립 제어 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 주행 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 일반 주행 모드,
    기계적 조향이 제거된 복합 조향에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제자리 선회 모드, 및
    복합 조향, 제동, 안정성 제어, 및 슬립 제어 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 주행 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 급선회 주행 모드를 구비하는 독립 다축 구동형 차량.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복합 조향 제어 전략이, 주행 상황에 따라 기계적 조향, 안정성 제어, 휠 토크 제어, 및 휠 속도 제어 중의 적어도 어느 하나의 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 독립 다축 구동형 차량.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복합 조향 제어 전략이,
    기계적 조향 및 안정성 제어를 포함하는 조향 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제1 모드,
    기계적 조향 및 휠 토크 제어를 포함하는 조향 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제2 모드,
    기계적 조향, 외측 휠들에 대한 휠 토크 제어, 및 내측 휠들에 대한 휠 속도 제어를 포함하는 조향 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제3 모드, 및
    휠 속도 제어를 포함하는 조향 제어 전략에 의하여 상기 차량이 제어되도록 하는 제4 모드를 구비하는 독립 다축 구동형 차량.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 휠 토크 제어 시에, 상기 제1 제어기가 상기 조향 입력 및 목표 속도를 입력받아 상기 기계적 조향각, 상기 목표 요 모멘트, 및 목표 종방향 힘을 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 제어기가,
    상기 조향 입력으로부터 각 차륜의 기계적 조향각을 결정하고,
    상기 기계적 조향각으로부터 시간 지연을 고려하여 목표 요속도를 결정하고, 상기 목표 요속도에 상기 차량의 측정 요속도를 되먹임(feedback)하여 요속도 제어함으로써 상기 목표 요 모멘트를 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 요속도 제어가, 상기 목표 요속도와 상기 측정 요속도의 차이에 의하여 결정되는 슬라이딩 값의 시간에 대한 미분치가, 항상 상기 슬라이딩 값과 반대의 부호를 갖도록 하여, 상기 슬라이딩 값이 0으로 수렴하도록 하는 슬라이딩 제어 기법에 의하여 상기 요 모멘트가 결정되는 독립 다축 구동형 차량.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 목표 종방향 힘이, 상기 목표 속도와 상기 차량의 측정 속도의 차를 오차로 하여 비례, 미분, 및 적분 이득을 곱하는 비례 미분 적분 제어 기법에 의하여 결정되는 독립 다축 구동형 차량.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 휠 토크 제어 시에, 상기 제2 제어기가, 상기 목표 종방향 힘 및 상기 목표 요 모멘트를 입력받아 각각의 상기 차륜의 타이어에 필요한 힘으로 분배하여 각각의 상기 차륜의 타이어 힘을 결정하고, 각각의 상기 차륜의 타이어 힘으로부터 휠 슬립 제어에 의하여 상기 휠 토크를 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 차량이 4륜 차량, 6륜 차량, 8륜 차량 중의 어느 하나이고, 상기 목표 요 모멘트가 상기 차량의 종류에 따라 다르게 결정되는 독립 다축 구동형 차량.
  12. 제10항에 있어서,
    주행 상황에 따라 각각의 차륜에서 발생시킬 수 있는 최대의 힘으로부터 마찰원을 결정하고, 각각의 상기 차륜에 대하여 상기 마찰원의 크기에 비례하여 상기 타이어의 힘을 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 마찰원의 크기에 비례하는 성능 지수에 대하여 최적 분배에 의하여 각각의 상기 차륜의 타이어 힘을 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
  14. 제13항에 있어서,
    각각의 상기 차륜의 마찰력이 상태 추정되어 입력되어 상기 마찰원의 크기에 비례하는 성능 지수를 구하는 독립 다축 구동형 차량.
  15. 제10항에 있어서,
    각각의 상기 차륜의 휠 슬립률을 반영하여 목표 휠 속도를 계산하고, 상기 목표 휠 속도와 각각의 상기 차륜의 휠 속도의 차이를 슬라이딩 값으로 정의하고, 상기 슬라이딩 값을 0으로 수렴시키기 위한 상태 조건을 각각의 상기 차륜의 휠 토크 방정식에 대입하여 상기 휠 토크를 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
  16. 제15항에 있어서,
    각각의 상기 차륜에 대하여 상기 휠 슬립률이 설정된 최대 슬립률을 넘지 않으면, 상기 타이어 힘의 분배에 의하여 결정된 타이어 힘으로부터 직접 상기 휠 토크가 결정되는 독립 다축 구동형 차량.
  17. 제15항에 있어서,
    각각의 상기 차륜의 타이어 힘과 상기 휠 속도가 상태 추정되어 입력되는 독립 다축 구동형 차량.
  18. 제4항에 있어서,
    상기 휠 속도 제어 시에, 상기 제1 제어기가 상기 조향 입력 및 목표 속도를 입력받아 상기 기계적 조향각 및 상기 목표 휠 속도를 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 제어기가,
    상기 조향 입력으로부터 각각의 상기 차륜의 기계적 조향각을 결정하고,
    상기 기계적 조향각으로부터 시간 지연을 고려하여 목표 요속도를 결정하고
    상기 목표 요속도와 상기 차량의 측정 요속도의 차이를 이용하는 되먹임(feedback)에 의한 휠 속도와 앞먹임(feedforward)에 의한 휠 속도를 더하여 상기 목표 휠 속도를 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 제어기가,
    각각의 상기 차륜의 휠 속도와 상기 목표 휠 속도의 차이를 슬라이딩 값으로 정의하고,
    각각의 상기 차륜의 타이어 힘을 미지 요소로 하는 적응 슬라이딩 기법으로 구동 토크 입력을 결정하고,
    리아푸노프(Lyapunov) 안정성을 이용하여 미지 요소를 추정함으로써 상기 휠 토크를 결정하는 독립 다축 구동형 차량.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200024385A (ko) * 2018-08-28 2020-03-09 오병호 복수의 차륜을 구비한 농기계 이동체
KR20210056809A (ko) * 2019-11-11 2021-05-20 국방과학연구소 6륜 독립구동 차량의 제자리 선회 제어 방법
KR20210062297A (ko) * 2019-11-21 2021-05-31 주식회사 케이에스티일렉트릭 차량의 제자리 회전 제어를 위한 방법 및 장치
KR20210108527A (ko) * 2020-02-25 2021-09-03 중앙대학교 산학협력단 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 abs 고정시간 슬립 제어 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치
KR20210130579A (ko) * 2020-04-22 2021-11-01 주식회사 현대케피코 전동 이륜차 시뮬레이션 장치 및 방법
KR20220108294A (ko) * 2021-01-27 2022-08-03 주식회사 한국다이나믹스 제동 시스템 및 이를 이용한 스키드 조향 방법

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101459858B1 (ko) * 2012-12-28 2014-11-07 현대자동차주식회사 전기 차량의 시동 시간 단축 제어 방법
US9108518B2 (en) * 2013-06-11 2015-08-18 Electro-Motive Diesel, Inc. Axle torque control corresponding to wheel sizes
FR3013663B1 (fr) * 2013-11-28 2017-02-17 Renault Sa Systeme de controle de motricite pour vehicule automobile par mesure de lacet et procede de controle correspondant
US9296391B2 (en) * 2014-03-25 2016-03-29 Ford Global Technologies, Llc E-drive torque sensing vehicle state estimation methods for vehicle control
JP6162762B2 (ja) 2015-08-27 2017-07-12 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 車両の制御装置及び車両の制御方法
CN108928261B (zh) * 2017-05-26 2021-01-05 华为技术有限公司 一种驱动防滑控制方法及车辆
FR3088275B1 (fr) 2018-11-13 2021-06-18 Renault Sas Procede et systeme d'evitement d'obstacles comprenant la commande des systemes de braquage et de freinage differentiel
DE102020102850A1 (de) * 2019-03-25 2020-10-01 Subaru Corporation Fahrzeugsteuervorrichtung, Fahrzeugsteuerverfahren und computerlesbares Aufzeichnungsmedium
DE102019205668A1 (de) * 2019-04-18 2020-10-22 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs
US11685262B2 (en) * 2020-12-03 2023-06-27 GM Global Technology Operations LLC Intelligent motor vehicles and control logic for speed horizon generation and transition for one-pedal driving
DE102020215982A1 (de) * 2020-12-16 2022-06-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangs
US11932117B2 (en) * 2021-04-06 2024-03-19 Rivian Ip Holdings, Llc Systems and methods for speed control of wheels of a vehicle
EP4347302A1 (en) * 2021-06-01 2024-04-10 Volvo Truck Corporation Energy efficient propulsion based on wheel slip balanced drive
US20230021908A1 (en) * 2021-07-15 2023-01-26 Rivian Ip Holdings, Llc Systems and methods for controlling speed differential of wheels of a vehicle
DE102022104423A1 (de) 2022-02-24 2023-08-24 Rheinmetall Landsysteme Gmbh Geschütztes Fahrzeug und Verfahren
CN114475276B (zh) * 2022-03-04 2024-04-19 广汽埃安新能源汽车有限公司 一种驱动电机力矩的控制方法及系统
CN115635485B (zh) * 2022-11-09 2024-03-15 嘉兴智康机器人有限公司 一种移动康复机器人的实时人机交互力控制方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3409439B2 (ja) * 1994-06-17 2003-05-26 日産自動車株式会社 左右輪と前後輪の駆動力配分総合制御装置
US7853389B2 (en) * 2007-10-29 2010-12-14 Ford Global Technologies, Llc Traction control for performance and demonstration spin
JP4842335B2 (ja) * 2009-02-12 2011-12-21 日立建機株式会社 電動車両の旋回補助装置
WO2011161815A1 (ja) * 2010-06-25 2011-12-29 トヨタ自動車株式会社 車両運動制御システム
US9434412B2 (en) * 2010-08-23 2016-09-06 Terex South Dakota, Inc. Apparatuses and methods for steering a vehicle
JP5672968B2 (ja) * 2010-10-29 2015-02-18 株式会社デンソー 車両運動制御装置およびそれを有する車両運動制御システム
US8469125B2 (en) * 2011-03-25 2013-06-25 Honda Motor Co., Ltd. System and method for controlling a trailer connected to a vehicle

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200024385A (ko) * 2018-08-28 2020-03-09 오병호 복수의 차륜을 구비한 농기계 이동체
KR20210056809A (ko) * 2019-11-11 2021-05-20 국방과학연구소 6륜 독립구동 차량의 제자리 선회 제어 방법
KR20210062297A (ko) * 2019-11-21 2021-05-31 주식회사 케이에스티일렉트릭 차량의 제자리 회전 제어를 위한 방법 및 장치
KR20210108527A (ko) * 2020-02-25 2021-09-03 중앙대학교 산학협력단 상태 확장 관측기 기반 전기 자동차의 abs 고정시간 슬립 제어 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치
KR20210130579A (ko) * 2020-04-22 2021-11-01 주식회사 현대케피코 전동 이륜차 시뮬레이션 장치 및 방법
KR20220108294A (ko) * 2021-01-27 2022-08-03 주식회사 한국다이나믹스 제동 시스템 및 이를 이용한 스키드 조향 방법

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