KR20120088923A - 차량의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

차량 제어 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명은, 차량의 횡 방향 제어를 위해 필요한 사이드 슬립 앵글 신호를, 요 레이트 신호와 조향각 신호를 이용하여 예측할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 본 발명에 따른 차량 제어 장치는, 차량의 요 레이트를 검출하는 요 레이트 검출부와; 차량의 조향각을 검출하는 조향각 검출부와; 조향각에 기초하여 요 레이트를 산출하고, 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 산출된 요 레이트의 차이에 기초하여 차량의 사이드 슬립 앵글을 산출하는 MCU를 포함한다.

Description

차량의 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING VEHICLE}
본 발명은 차량 제어에 관한 것으로, 차량의 사이드 슬립 앵글 검출에 관한 것이다.
차량의 안티록 브레이크 시스템(ABS)은 차륜 속도로부터 연산되는 슬립률에 따라 휠에 가해지는 제동압을 적절히 조절하여 바퀴의 잠김(locking)을 방지하는 것이고, 트랙션 콘트롤 시스템(TCS)은 차량의 급발진이나 급가속시 과대한 슬립을 방지하기 위해 엔진의 구동력을 조절하는 것이다.
안티록 브레이크 시스템(ABS)과 트랙션 콘트롤 시스템(TCS)은 차량이 직선 도로를 주행하는 경우 양호한 성능을 발휘할 수 있으나, 커브 도로를 선회 주행하는 경우에는 바깥쪽으로 과도하게 기울어지는 언더스티어(plow)가 일어날 수 있고 이와 반대로 안쪽으로 과도하게 기울어지는 오버스티어(spin-out)가 일어날 수 있다.
그래서 차량이 주행하는 어떠한 상황에서도 차량의 자세를 안정적으로 제어하는 즉 차량의 조향성 상실을 방지하기 위한 차량 안정성 시스템이 요구되고 있다. 일예로 선회 주행 시 운전자가 원하는 주행 궤적에서 바깥으로 밀려나가는 언더 스티어가 발생하는 상황에서는 후륜 내측 바퀴에 제동력을 가함으로써 차량이 바깥쪽으로 밀려 나가는 것을 방지하고, 선회 주행 시 차량의 선회 속도가 과도하게 커져 운전자 원하는 주행 궤적에서 안쪽으로 기울어지는 오버 스티어가 발생하는 상황에서는 전륜 외측 바퀴에 제동력을 가하는 동작이 필요하다.
선회 주행 시 차량 안정성을 제어하기 위해서는 운전자가 희망하는 차량의 선회 속도를 정확히 예측하고, 예측된 선회 속도에 따라 차량이 주행하도록 전륜과 후륜에 적절한 제동압을 가할 수 있는지에 따라 시스템의 성능이 결정된다.
또한 차량의 안정성을 제어함에 있어서 전술한 안티록 브레이크 시스템 및 트랙션 콘트롤 시스템의 성능을 떨어뜨리지 않아야 하며, 이와 반대로 안티록 브레이크 시스템 및 트랙션 콘트롤 시스템에 의하여 차량의 안정성이 떨어지는 악영향을 미쳐서도 안 된다. 그러므로 차량의 운동 상태에 적절하게 차량의 안전성을 제어하기 위해서는 기존의 안티록 브레이크 시스템 및 트랙션 콘트롤 시스템과 서로 연계하여 협조 제어하는데 주안점을 두는 것이 바람직하다.
본 발명은, 차량의 횡 방향 제어를 위해 필요한 사이드 슬립 앵글 신호를, 요 레이트 신호와 조향각 신호를 이용하여 예측할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 차량 제어 장치는, 차량의 요 레이트를 검출하는 요 레이트 검출부와; 차량의 조향각을 검출하는 조향각 검출부와; 조향각에 기초하여 요 레이트를 산출하고, 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 산출된 요 레이트의 차이에 기초하여 차량의 사이드 슬립 앵글을 산출하는 MCU를 포함한다.
상술한 차량 제어 장치에서, MCU는 아래의 식 1에 기초하여 요 레이트를 산출한다.
(식 1)
Figure pat00001
lf는 전륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
lr는 후륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
Cαf는 전륜 코너링 강성(Stiffness)
Cαr는 후륜 코너링 강성
L은 lf + lr
m은 차량의 질량
δ는 조향각
V는 종방향의 차륜 속도
상술한 차량 제어 장치에서, MCU는 식 1을 아래의 식 2와 같이 전개하여 요 레이트를 산출한다.
(식 2)
Figure pat00002
상술한 차량 제어 장치에서, MCU는 식 2를 전개하여 얻은 아래의 식 3을 이용하여 요 레이트를 산출한다.
(식 3)
Figure pat00003
상술한 차량 제어 장치에서, MCU는 식 3을 이산 시스템을 이용하여 재전개하여 얻은 아래의 식 4에 기초하여 요 레이트를 산출한다.
(식 4)
Figure pat00004
상술한 차량 제어 장치에서, 식 4에서 Tcβ가 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 산출된 요 레이트의 차이이다.
본 발명에 따른 차량 제어 방법은, 차량의 요 레이트를 검출하고; 차량의 조향각을 검출하며; 조향각에 기초하여 요 레이트를 산출하고, 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 산출된 요 레이트의 차이에 기초하여 차량의 사이드 슬립 앵글을 산출한다.
상술한 차량 제어 방법에서, 아래의 식 1에 기초하여 요 레이트를 산출한다.
(식 1)
Figure pat00005
lf는 전륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
lr는 후륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
Cαf는 전륜 코너링 강성(Stiffness)
Cαr는 후륜 코너링 강성
L은 lf + lr
m은 차량의 질량
δ는 조향각
V는 종방향의 차륜 속도
상술한 차량 제어 방법에서, 식 1을 아래의 식 2와 같이 전개하여 요 레이트를 산출한다.
(식 2)
Figure pat00006
상술한 차량 제어 방법에서, 식 2를 전개하여 얻은 아래의 식 3을 이용하여 요 레이트를 산출한다.
(식 3)
Figure pat00007
상술한 차량 제어 방법에서, 식 3을 이산 시스템을 이용하여 재전개하여 얻은 아래의 식 4에 기초하여 요 레이트를 산출한다.
(식 4)
Figure pat00008
상술한 차량 제어 방법에서, 식 4에서 Tcβ가 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 산출된 요 레이트의 차이이다.
본 발명은, 차량의 횡 방향 제어를 위해 필요한 사이드 슬립 앵글 신호를, 요 레이트 신호와 조향각 신호를 이용하여 예측할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사이드 슬립 앵글의 예측 값과 실제 값의 비교를 나타낸 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어 장치를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 차량 경로 예측 장치(1)는 휠속도 검출부(11), 횡가속도 검출부(12), 요레이트 검출부(13), 조향각 검출부(14), MCU(Micro Computer Unit)(15)를 포함한다.
휠 속도 검출부(11)는 차량의 좌측 전륜의 휠에 설치되어 좌측 전륜의 속도를 검출하는 FL 휠 속도 센서, 우측 전륜의 휠에 설치되어 우측 전륜의 속도를 검출하는 FR 휠 속도 센서, 좌측 후륜의 휠에 설치되어 좌측 후륜의 속도를 검출하는 RL 휠 속도 센서, 우측 후륜의 휠에 설치되어 우측 후륜의 속도를 검출하는 RR 휠 속도 센서를 가지고, 휠 속도 검출부(11)의 각 휠 속도 센서는 검출한 휠의 속도를 MCU(15)에 전송한다.
횡가속도 검출부(12)는 2축 가속도 센서로, 차량 주행 중 차량이 옆 방향으로 밀려나려고 하는 힘의 가속도인 차량의 횡 가속도(Lateral-G)를 검출하여 MCU(15)에 전송한다.
요 레이트 검출부(13)는 차량의 선회 정도를 검출하여 MCU(15)에 전송한다. 요 레이트 검출부(13)는 차량이 수직축을 기준으로 회전할 때, 즉 Z축 방향을 기준으로 회전할 때 내부의 프레이트 포크가 진동 변화를 일으키면서 전자적으로 차량의 요 모멘트를 검출한다. 여기서 요 모멘트는 차체의 앞뒤가 좌우측 또는 선회할 때 안쪽 바깥쪽 차륜 쪽으로 이동하려는 힘이다. 요 레이트 검출부(13)는 내부에 셀슘 크리스탈 소자가 있어 이 소자가 차량이 움직이면서 회전을 하게 되면 소자 자체가 회전을 하면서 전압을 발생하는 구조로 되어 있다.
조향각 검출부(14: Steering Angle Sensor)는 차량의 조향 정도를 검출하여 MCU(15)에 전송한다. 조향각 검출부(14)는 스티어링 휠 하단 부위에 장착되며, 핸들을 조향하고 차량이 회전(Yaw)하였을 때 핸들이 운전자가 동작시킨 만큼 조향되었는지 핸들의 조향각을 검출하여 MCU(15)에 전송한다. 조향각 검출부()14는 핸드의 조향 속도, 조향 방향도 검출한다. 조향각 검출부(14)는 광소자 방식으로 조향 시 센서의 슬리트 판이 회전하면서 광소자의 빛을 통과하거나 차단되면서 전압의 변화가 생기고 이것을 ECU가 받아들여 핸들의 조향속도, 조향 방향 및 조향각을 검출한다.
본 발명에서의 MCU(15)는 요 레이트와 조향각을 이용하여 사이드 슬립 앵글(Side Slip angle)의 예측 값을 산출한다.
먼저 MCU(15)는 아래의 식 1과 같이 조향각에 기초하여 요 레이트를 산출한다.
(식 1)
Figure pat00009
lf는 전륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
lr는 후륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
Cαf는 전륜 코너링 강성(Stiffness)
Cαr는 후륜 코너링 강성
L은 lf + lr
m은 차량의 질량
δ는 조향각
V는 종방향의 차륜 속도
위의 식 1은 사이드 슬립이 발생하지 않아 사이드 슬랩 앵글이 존재하지 않는 경우에 해당되는데, 이 식 1은 차량 동력학에서의 차량의 자전거 모델(bicycle model)을 이용하여 다음의 식 2와 같은 요 레이트와 사이드 슬립 앵글에 관한 식으로 전개할 수 있다.
(식 2)
Figure pat00010
이 식 2를 전개하면 다음의 식 3을 얻을 수 있다.
(식 3)
Figure pat00011
위의 식 3을 이산 시스템을 이용하여 재전개하면 다음의 식 4를 얻을 수 있다.
(식 4)
Figure pat00012
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사이드 슬립 앵글의 예측 값과 실제 값의 비교를 나타낸 도면이다. 도 2에서 202는 센서에 의해 검출된 요 레이트이고 204는 본 발명에 따른 산출된 요 레이트로서, 두 요 레이트 값 사이에는 206 만큼의 차이가 있음을 알 수 있다. 위 식 4의 Tcβ가 도 2의 요 레이트 차이(206)에 해당되는데, 본 발명에서는 이 요 레이트 차이(206)를 이용하여 차량의 사이드 슬립 앵글을 예측한다.
11 : 휠 속도 검출부
12 : 횡 가속도 검출부
13 : 요 레이트 검출부
14 : 조향각 검출부
15 : MCU

Claims (12)

  1. 차량의 요 레이트를 검출하는 요 레이트 검출부와;
    차량의 조향각을 검출하는 조향각 검출부와;
    조향각에 기초하여 요 레이트를 산출하고, 상기 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 상기 산출된 요 레이트의 차이에 기초하여 차량의 사이드 슬립 앵글을 산출하는 MCU를 포함하는 차량 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 MCU는 아래의 식 1에 기초하여 상기 요 레이트를 산출하는 차량의 제어 장치.
    (식 1)
    Figure pat00013

    lf는 전륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
    lr는 후륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
    Cαf는 전륜 코너링 강성(Stiffness)
    Cαr는 후륜 코너링 강성
    L은 lf + lr
    m은 차량의 질량
    δ는 조향각
    V는 종방향의 차륜 속도
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 MCU는 상기 식 1을 아래의 식 2와 같이 전개하여 상기 요 레이트를 산출하는 차량 제어 장치.
    (식 2)
    Figure pat00014
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 MCU는 상기 식 2를 전개하여 얻은 아래의 식 3을 이용하여 상기 요 레이트를 산출하는 차량 제어 장치.

    (식 3)
    Figure pat00015
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 MCU는 상기 식 3을 이산 시스템을 이용하여 재전개하여 얻은 아래의 식 4에 기초하여 상기 요 레이트를 산출하는 차량 제어 장치.
    (식 4)
    Figure pat00016
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 식 4에서 상기 Tcβ가 상기 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 상기 산출된 요 레이트의 차이인 차량 제어 장치.
  7. 차량의 요 레이트를 검출하고;
    상기 차량의 조향각을 검출하며;
    상기 조향각에 기초하여 요 레이트를 산출하고, 상기 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 상기 산출된 요 레이트의 차이에 기초하여 차량의 사이드 슬립 앵글을 산출하는 차량 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 아래의 식 1에 기초하여 상기 요 레이트를 산출하는 차량의 제어 방법.
    (식 1)
    Figure pat00017

    lf는 전륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
    lr는 후륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
    Cαf는 전륜 코너링 강성(Stiffness)
    Cαr는 후륜 코너링 강성
    L은 lf + lr
    m은 차량의 질량
    δ는 조향각
    V는 종방향의 차륜 속도
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 식 1을 아래의 식 2와 같이 전개하여 상기 요 레이트를 산출하는 차량 제어 방법.
    (식 2)
    Figure pat00018
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 식 2를 전개하여 얻은 아래의 식 3을 이용하여 상기 요 레이트를 산출하는 차량 제어 방법.

    (식 3)
    Figure pat00019
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 식 3을 이산 시스템을 이용하여 재전개하여 얻은 아래의 식 4에 기초하여 상기 요 레이트를 산출하는 차량 제어 방법.
    (식 4)
    Figure pat00020
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 식 4에서 상기 Tcβ가 상기 요 레이트 검출부를 통해 검출된 실제의 요 레이트와 상기 산출된 요 레이트의 차이인 차량 제어 방법.
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