KR20130013482A - 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법 - Google Patents

인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법

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Abstract

본 발명은 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법에 관한 것으로, 조향각, 휠속도, 횡가속도, 요레이트를 연산하는 단계; 상기 횡가속도와 기설정된 횡가속도 한계치를 비교하는 단계; 상기 조향각, 휠속도에 기초한 운전자가 요구하는 요구 요레이트와 차량의 실제 요레이트의 차이와 기설정된 요레이트 컨트롤 기준치와 비교하는 단계; 상기 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이가 상기 요레이트 컨트롤 기준치보다 큰 경우에는 상기 요구 요레이트와 실제 요레이트를 비교하는 단계; 상기 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이에 따라 최종토크값을 발생시키는 단계; 를 포함하는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법을 제공하여, ESC의 기능을 인휠 시스템으로 구현함으로써 차체의 안정성을 향상시킬 수 있고, ESC 시스템을 삭제함으로써 원가 절감의 효과가 있다.
또한, 브레이크로 동작하던 ESC의 요컨트롤 기능을 구동모터로 구현함으로써 브레이크의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법{CONTROL METHOD OF VEHICLE USING IN-WHEEL MOTOR}
본 발명은 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 횡가속도, 요레이트 등의 값을 이용하여 차량의 자세를 안정적으로 제어하는 차량 제어 방법에 관한 것이다.
최근 자동차에 전자 기술을 이용한 제어시스템이 점차 증가하여 적용되고 있는 추세인데, 특히 ABS(Anti-lock Brake System)에서 시작하여 TCS(Traction Control System)을 거쳐 발전해온 ESC(Electronic Stability Control)도 그 한 예이다.
상기 ESC 시스템은 커브길, 미끄러운 길, 갑작스러운 장애물 출현 등으로 인해 운전자가 차의 밸런스를 잃었을 때 차의 주행이탈을 막아주는 시스템으로, 차량의 바퀴, 조향 휠, 차체 중심에 장착된 다양한 센서들이 작동해 운전자가 의도하지 않은 주행 중 불안정한 자세를 자동으로 보완해주는 것으로 북미와 유럽에서는 ABS와 더불어 반드시 장착하도록 하고 있다.
즉, 주행 중 차체의 안정성을 확보하기 위하여는 ESC 시스템이라는 별도의 장치를 필요로 하였다.
그러나, 상기 ESC 시스템은 브레이크로 동작하므로 특히 상용차량의 경우 브레이크 라이닝이 쉽게 마모되는 문제가 있었고, 별도의 ESC 모듈 및 ESC를 컨트롤하는 ECU가 필요하여 장치가 복잡해지는 문제가 있었다.
본 발명의 실시예들은 차체의 안정성을 확보하기 위하여 ESC 시스템이 없이 인휠 시스템을 이용하여 차량을 안정적으로 제어할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 조향각, 휠속도, 횡가속도, 요레이트를 연산하는 단계; 상기 횡가속도와 기설정된 횡가속도 한계치를 비교하는 단계; 상기 조향각, 휠속도에 기초한 운전자가 요구하는 요구 요레이트와 차량의 실제 요레이트의 차이와 기설정된 요레이트 컨트롤 기준치와 비교하는 단계; 상기 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이가 상기 요레이트 컨트롤 기준치보다 큰 경우에는 상기 요구 요레이트와 실제 요레이트를 비교하는 단계; 상기 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이에 따라 최종토크값을 발생시키는 단계; 를 포함하는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 횡가속도가 기설정된 횡가속도 한계치보다 큰 경우에는 전복방지시스템(Roll Stability Control)을 작동시켜 토크를 저하시킬 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 토크 저하는 상기 횡가속도와 횡가속도 한계치의 차이에 따라 기설정된 토크 저감 팩터(DRSC)에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 요구 요레이트가 실제 요레이트보다 큰 경우에는 오버스티어로 판단하여 외륜의 구동력에 외륜의 제동토크 값을 감하여 외륜의 피드포워드 토크를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 요구 요레이트가 실제 요레이트보다 작은 경우에는 언더스티어로 판단하여 내륜의 구동력에 내륜의 제동토크 값을 감하여 내륜의 피드포워드 토크를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 조향각은 조향장치의 센서값을 이용하여 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 휠속도는 상기 인휠 모터의 위치센서를 이용하여 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 횡가속도는 좌륜 및 우륜의 토크와 출력토크와의 관계에 의해 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 요레이트는 상기 횡가속도와 차량 속도와의 관계에 의해 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 ESC의 기능을 인휠 시스템으로 구현함으로써 차체의 안정성을 향상시킬 수 있고, ESC 시스템을 삭제함으로써 원가 절감의 효과가 있다.
또한, 브레이크로 동작하던 ESC의 요컨트롤 기능을 구동모터로 구현함으로써 브레이크의 내구성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 휠별로 개별적으로 브레이크의 동작이 필요한 안전제어 기술에 확장할 수도 있다.
도 1은 일반적인 인휠 모터가 장착된 차량의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 제어의 순서도이다.
도 3은 종래 차량의 모터의 위치를 나타낸 차량의 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명한다.
이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 차량이 회전하게 되면 이를 안정적으로 제어하기 위하여 조향각, 휠속도, 횡가속도, 요레이트를 측정하고, 상기 횡가속도와 기설정된 횡가속도 한계치와 비교한 다음, 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이에 의해 언더스티어 또는 오버스티어를 판단하여 최종 토크값을 연산하여 차량의 회전을 방지하는 방법이 제공될 수 있다.
먼저, 차체안정성제어장치(Electronic Stability Control, 이하 ESC)는 주행중인 차량의 미끄러짐 또는 전복 경향을 모니터링하여 자동으로 엔진 출력 및 휠 브레이크를 제어함으로써 주행 안정성을 향상시키는 운전자 지원 시스템을 말한다.
상기 ESC는 일반적으로 디스크 브레이크 장치에 적용되어 사용되는데, ESC 시스템은 차량의 주행 중 엔진토크를 제어하고 브레이크를 작동하여 차량의 횡방향 안정성을 확보한다.
도 3은 종래의 모터가 장착된 차량의 개략적인 모습을 나타낸 것인데, 종래의 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle,HEV), 수소연료전지차(Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV) 등의 모터를 이용한 환경차량인 전기 자동차에서는 배터리(60) 및 배터리 제어기(65)를 통해 전력분배유닛(70)에서 동력이 분배되어 모터제어기(40)를 통하여 구동력이 모터(20)로 분배되고, 분배된 구동력이 액슬(30)을 이용하여 각각의 휠(10)로 분산되는 방식이 사용되었다.
도 1은 인휠 모터가 장착된 차량의 모습을 개략적으로 나타낸 것인데, 휠(10)에 부착된 인휠 모터(20)에 직접 동력을 가하는 방식이다.
이러한 방식은 상위 제어기(vehicle control unit, 이하 VCU)(50)에서 결정한 동력 값을 모터 제어기(motor control unit, 이하 MCU)(40)가 각각의 휠(10)에 다른 동력을 전달할 수 있다. 이때, 동력은 동력분배장치(Power Distribution Unit, PDU)(70)로부터 분배된다.
또한, 상기 인휠 모터는 기본적으로 휠(10)에 모터(20)가 부착된다는 점 때문에 브레이크 용량에 제한을 받기 때문에 모터의 회생제동력을 더욱 적극적으로 활용할 필요가 있다. 모터의 경우 응답특성은 수 미리 초(msec) 단위로 매우 빠르기 때문에 이러한 적절한 회생제동력의 사용은 이러한 요구사항에 적절하게 부합할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법에 대하여 설명한다.
ESC 기능을 실현하기 위해서는 조향각, 휠속도, 요레이트 및 횡가속도와 같은 데이터를 연산(S100)해야 한다. 상기 조향각은 조향장치의 센서값을 이용하여 계산하는데, 상기 조향각은 정상적인 운행 상태에서 운전자가 목표한 차량의 회전량을 의미한다.
상기 휠속도, 요레이트 및 횡가속도는 인휠 시스템을 통하여 연산할 수 있는데, 상기 휠속도는 인휠 모터의 레졸버센서와 같은 위치센서를 이용하여 계산가능하다.
상기 횡가속도는 모터제어기의 토크 추정(torque estimation)기능을 이용하여 구할 수 있다.
또한, 모터제어기는 DC입력단의 전류 또는 전압 센서를 통해 입력 동력을 계산할 수 있고, 좌륜 및 우륜의 토크와 출력토크와의 관계를 이용하여 아래의 식(1)에서 횡가속도를 구할 수 있다.
Figure pat00001
상기 식에서
Figure pat00002
와
Figure pat00003
는 휠(각)속도,
Figure pat00004
는 횡가속도, TRH 는 우륜의 토크, TLH는 좌륜의 토크이다. 또한, 상기
Figure pat00005
는 관성 팩터이다. 상기 TRH, TLH 는 전기 자동차의 인버터에서 측정된다.
또한, 요레이트(회전률)는 상기 횡가속도와 차속(휠속)으로부터 연산된다. 즉, 요레이트는 횡가속도를 차속으로 나눈 값으로 계산할 수 있다.
이후, 상기 측정된 횡가속도(Alatt)와 기설정되어 입력(S110)되는 횡가속도 한계치(Ath)와 비교한다.(S120) 상기 횡가속도 한계치는 조향각, 휠속도 등에 의해 테이블화되어 있는 값이다.
상기 S120 단계에서 횡가속도가 횡가속도 한계치(threshold)보다 크다면 차량의 전복 위험이 있으므로 차량전복방지시스템(Roll Stability Control, 이하 RSC)을 적용(S130)한다. 상기 RSC 시스템은 토크를 저하시키는 시스템으로, 상기 횡가속도 한계치와 횡가속도의 차이에 따라 기설정된 토크 저감 팩터(Torque Derating Factor,DRSC)를 인휠 모터의 토크지령값(Tcommand)에 곱하여 토크를 다운시킴으로써 차량에서 발생하는 롤링(Rolling) 현상을 감소시킨다.(S140)
상기에서 횡가속도가 횡가속도 한계치보다 작거나 상기 RSC 시스템에 의해 토크가 저하되면 요구 요레이트(Ydr)와 실제 요레이트(Yveh)의 차이가 기설정된 요레이트 컨트롤 기준치(△Y)와 비교한다.(S150)
상기 요구 요레이트는 운전자가 요구하는 요레이트로 조향각과 휠속도에 기초하여 테이블화되어 있는 값을 말하고 실제 요레이트는 차량의 실제 요레이트를 말한다.
상기 S150 단계에서 요구 요레이트와 실제 요레이트와의 차이가 기설정된 요레이트 컨트롤 기준치보다 크다면 요컨트롤(S160)을 수행한다.
상기 요컨트롤 중 요구 요레이트를 실제 요레이트와 비교(S170)하여 상기 요구 요레이트가 실제 요레이트보다 크다면 언더스티어(understeer)로 판단(S185)하여 내륜의 구동력(Tin)에서 내륜의 제동토크(braking torque)값을 감하여 운전자가 의도한 요레이트가 되도록 수정된 내륜의 피드포워드 토크(Feedforward torque, Tbin)를 발생(S195)시키고, 상기 요구 요레이트가 실제 요레이트보다 작다면 오버스티어(oversteer)로 판단(S180)하여 외륜의 구동력(Tout)에서 외륜의 제동토크값을 감하여 외륜의 피드포워드 토크(Tbout)를 발생(S190)시킨다.
상기의 내륜 또는 외륜의 피드포워드 토크(Tbin, Tbout)는 최종 토크값이 되기도 하고, 상기 S120단계 및 S150단계에서 횡가속도가 횡가속도 한계치보다 작으면서 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이가 요레이트 컨트롤 기준치보다 작다면 최초의 토크지령값이 최종 토크값이 될 수 있다.(S200)
또한, S140단계에서 토크를 저하시킨 경우라면 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이가 요레이트 컨트롤 기준치보다 작다면 저하된 토크값이 최종 토크값이 될 수도 있다.(S200)
상기 S150단계에서 요구 요레이트와 실제 요레이트와의 차이가 요레이트 컨트롤이 불필요한 상태에서의 토크로 내륜 또는 외륜의 최종 토크값을 발생시킨다. (S200)
즉, 요잉(yawing)을 제어하기 위하여 요레이트 컨트롤이 필요한 경우라면 상기 내륜 또는 외륜의 피드포워드 토크(Tbin, Tbout)가 최종 토크가 될 것이지만, 별도의 요레이트 컨트롤이 불필요한 경우라면 상기 S140단계에서의 저하된 토크값 또는 최초의 토크지령값이 내륜과 외륜의 최종 토크값이 된다.
상기의 최종 토크값에 따라 차량을 제어하면 차량의 회전을 종료(S210)시켜 차량의 안정적인 주행을 유지하도록 할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 휠
20: 모터
30: 액슬
40: 모터제어기(MCU)
50: 상위제어기(VCU)
60: 배터리
65: 배터리제어기(BMS)
70: 전력분배유닛(PDU)

Claims (9)

  1. 조향각, 휠속도, 횡가속도, 요레이트를 연산하는 단계;
    상기 횡가속도와 기설정된 횡가속도 한계치를 비교하는 단계;
    상기 조향각, 휠속도에 기초한 운전자가 요구하는 요구 요레이트와 차량의 실제 요레이트의 차이와 기설정된 요레이트 컨트롤 기준치와 비교하는 단계;
    상기 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이가 상기 요레이트 컨트롤 기준치보다 큰 경우에는 상기 요구 요레이트와 실제 요레이트를 비교하는 단계;
    상기 요구 요레이트와 실제 요레이트의 차이에 따라 최종토크값을 발생시키는 단계;
    를 포함하는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 횡가속도가 기설정된 횡가속도 한계치보다 큰 경우에는 전복방지시스템(Roll Stability Control)을 작동시켜 토크를 저하시키는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 토크 저하는 상기 횡가속도와 횡가속도 한계치의 차이에 따라 기설정된 토크 저감 팩터(DRSC)에 의해 이루어지는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요구 요레이트가 실제 요레이트보다 큰 경우에는 오버스티어로 판단하여 외륜의 구동력에 외륜의 제동토크 값을 감하여 외륜의 피드포워드 토크를 발생시키는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 요구 요레이트가 실제 요레이트보다 작은 경우에는 언더스티어로 판단하여 내륜의 구동력에 내륜의 제동토크 값을 감하여 내륜의 피드포워드 토크를 발생시키는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조향각은 조향장치의 센서값을 이용하여 연산되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 휠속도는 상기 인휠 모터의 위치센서를 이용하여 연산되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 횡가속도는 좌륜 및 우륜의 토크와 출력토크와의 관계에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 요레이트는 상기 횡가속도와 차량 속도와의 관계에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 차량 제어 방법.
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