KR20130024256A - 전자식 안정성 제어 방법 및 장치 - Google Patents

전자식 안정성 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 안정성 제어 방법은 차량의 조향각 및 차속을 기초로 목표 선회속도를 산출하는 단계, 상기 차량의 횡가속도 최대값 및 차속을 기초로 제한된 목표 선회속도의 최대값을 산출하는 단계, 및 상기 차량의 거동 특성 및 상기 제한된 목표 선회속도의 최대값을 기초로 제한된 목표 선회속도를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

전자식 안정성 제어 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR ELECTRONIC STABILITY CONTROL}
본 발명은 전자식 안정성 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 선회시 오버스티어 또는 언더스티어가 발생하는 경우 보상 모멘트를 발생하여 안정성 제어를 수행하는 전자식 안정성 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전자식 안정성 제어 시스템은 타이어와 노면의 접착한계에서 차량의 구동력 및 제동력을 제어하여 차량의 주행 안정성을 확보하기 위한 시스템을 말한다.
이와 같은 전자식 안정성 제어 시스템은 운전자가 원하는 주행 궤적보다 차량이 바깥쪽으로 밀려나가는 언더스티어 상황 또는 운전자가 원하지 않는 선회속도 증가로 인하여 선회반경이 급격하게 줄어드는 언더스티어 상황을 방지하기 위하여 차량의 구동력 및 제동력을 제어한다. 언더스티어 상황의 경우 후륜 내측 바퀴에 제동력을 가하여 차량의 안쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 발생시키며, 오버스티어 상황의 경우 전륜 외측 바퀴에 제동력을 가하여 차량의 바깥쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 발생시킨다.
이와 같은 보상 모멘트는 선회속도 센서를 통해 검출한 차량의 실제 선회속도와 차량 모델에서 계산된 목표 선회속도의 편차를 기초로 산출한다. 그러나, 위와 같은 방식의 안정성 제어는 차량의 거동 상황에 따라 제어량을 변동할 수 없어, 차량의 거동 특성을 반영하지 않은 안정성 제어가 이루어지므로 차량의 주행 안정성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량의 거동 특성에 따라 제한된 목표 선회속도를 산출하고 보상 모멘트를 산출하여, 이를 이용한 안정성 제어를 수행하는 전자식 안정성 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 안정성 제어 방법은 차량의 조향각 및 차속을 기초로 목표 선회속도를 산출하는 단계; 상기 차량의 횡가속도 최대값 및 차속을 기초로 제한된 목표 선회속도의 최대값을 산출하는 단계; 및 상기 차량의 거동 특성 및 상기 제한된 목표 선회속도의 최대값을 기초로 제한된 목표 선회속도를 산출하는 단계; 를 포함한다.
상기 차량의 실제 선회속도와 상기 제한된 목표 선회속도의 편차, 상기 편차의 기울기 및 비례 상수를 기초로 보상 모멘트를 산출하는 단계를 더 포함한다.
상기 보상 모멘트를 산출하는 단계는 상기 차량의 거동 특성에 따라 상기 비례 상수를 변동하여 보상 모멘트를 보정한다.
상기 차량의 거동 특성은 상기 차량의 옆 미끌림각 및 횡가속도 기울기이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 안정성 제어 장치는 차량의 조향각, 차속, 횡가속도 및 실제 선회속도를 검출하는 센서부; 및 상기 차량의 조향각 및 차속을 기초로 목표 선회속도를 산출하고, 횡가속도 최대값 및 차속을 기초로 제한된 목표 선회속도의 최대값을 산출하여, 상기 차량의 거동 특성 및 상기 제한된 목표 선회속도의 최대값을 기초로 제한된 목표 선회속도를 산출하며, 상기 차량의 실제 선회속도와 상기 제한된 목표 선회속도의 편차, 상기 편차의 기울기 및 비례 상수를 기초로 보상 모멘트를 산출하고, 상기 차량의 거동 특성에 따라 상기 비례 상수를 변동하여 상기 보상 모멘트를 보정하는 제어부; 를 포함한다.
상기 차량의 거동 특성은 상기 차량의 옆 미끌림각 및 횡가속도 기울기이다.
본 발명에 따르면, 차량의 거동 특성에 따라 제한된 목표 선회속도를 산출할 수 있어, 차량의 선회속도를 안정하게 제한하고 차량의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 차량의 거동 특성에 따라 보상 모멘트를 산출하고, 이를 이용하여 안정성 제어를 수행할 수 있어 차량의 안정성을 향상시키고 안정성 제어의 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 안정성 제어 방법의 개략적인 흐름도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 거동 특성을 개략적으로 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 안정성 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 안정성 제어 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 차량의 선회속도 센서를 통해 차량의 실제 선회속도(yaw rate)를 검출한다(S110). 이와 동시에 차량의 조향각 센서, 차속 센서, 횡가속도 센서를 통해 각각 차량의 조향각, 차속, 횡가속도를 검출한다.
그리고, 검출한 차량의 조향각 및 차속을 기초로 목표 선회속도를 산출한다(S120). 구체적으로, 차량의 선회시 운전자가 원하는 차량의 궤적은 상술한 목표 선회속도로 나타낼 수 있으며 이는 [수학식1]과 같이 조향각 및 차속으로부터 결정된다. 목표 선회속도를 산출하기 위해 차량 모델을 이용할 수 있는데, 예를 들어 차량을 2 자유도(degree of freedom) 시스템으로 모델링함으로써 조향각, 차속 및 목표 선회속도 간의 관계를 구할 수 있다.
[수학식1]
Figure pat00001
그러나, 노면 마찰계수가 적은 노면의 경우 [수학식1]에 의해서 산출된 목표 선회속도를 이용하여 제어하면 차량의 주행 방향은 운전자가 원하는 방향으로 이동되지만 차량의 미끌림 각이 커지게 되어 안정성을 잃게 되기 때문에 차량이 불안정상태로 제어된다. 따라서, 이와 같은 경우에는 목표 선회속도를 제한함으로써 차량 안정성과 원하는 방향으로의 조정성을 동시에 확보할 수 있다.
제한된 목표 선회속도를 산출하기 위해서 먼저 차량의 횡가속도 최대값 및 차속을 기초로 제한된 목표 선회속도의 최대값을 산출한다(S130). 이 제한된 목표 선회속도의 최대값은 기본적인 차량 운동의 동역학적 제한 조건에서 결정될 수 있다. 여기서 횡가속도 최대값은 [수학식2]에 따라 노면 마찰계수 및 차속으로부터 결정된다.
[수학식2]
Figure pat00002
[수학식2]의 동역학적 제한 조건에서 결정된 제한된 목표 선회속도의 최대값은 차량의 운동조건과 노면조건이 다양하기 때문에 실제적인 차량 제어에는 기본적인 아이디어만을 제공한다.
따라서 차량의 거동 특성 및 제한된 목표 선회속도의 최대값을 기초로 제한된 목표 선회 속도를 산출한다(S140). 구체적으로 제한된 목표 선회속도는 [수학식3]과 같이 차량의 거동 특성에 따라 제한된 목표 선회속도의 최대값을 조절하여 산출한다. 여기서, 차량의 거동 특성은 차량의 옆 미끌림 각(side slip angle) 및 횡가속도 기울기이다.
[수학식3]
Figure pat00003
여기서, β는 차량의 옆 미끌림 각을 나타내며, Ayrate는 횡가속도 기울기를 나타낸다. 차량의 옆 미끌림 각은 차량의 조향각, 횡가속도 및 선회속도 등을 기초로 추정한다.
한편, 차량의 후륜에서 먼저 타이어와 노면 사이의 접착한계에 도달하여 나타나는 스핀 아웃 현상인 오버스티어와 차량의 전륜에서 먼저 타이어와 노면 사이의 접착한계에 도달하여 나타나는 드리프트 현상인 언더스티어를 판단하기 위해서 [수학식4]와 같이 차량의 실제 선회속도와 제한된 목표 선회속도의 편차를 산출한다(S150).
[수학식4]
Figure pat00004
ΔYaw는 선회속도의 편차를 나타내며, rmeasured는 차량의 선회속도 센서를 통해 검출한 실제 선회속도를 나타낸다.
선회속도 편차와 오버스티어 또는 언더스티어의 임계값을 비교하여, 선회속도 편차가 언더스티어 임계값보다 작으면 언더스티어로 판단하고, 선회속도 편차가 오버스티어 임계값보다 크면 오버스티어로 판단한다(S160).
언더스티어의 경우에는 외향 보상 모멘트를 발생시키고 이를 이용하여 후륜의 구동력과 제동력을 제어함으로써 언더스티어 제어를 수행한다. 한편, 오버스티어의 경우에는 내향 보상 모멘트를 발생시키고 이를 이용하여 전륜의 구동력과 제동력을 제어함으로써 오버스티어 제어를 수행한다(S170, S180). 이에 따라, 실제 선회속도가 제한된 목표 선회속도를 추종하도록 하여 차량이 원하는 궤적을 안정적으로 주행하게 한다.
여기서, 언더스티어 또는 오버스티어의 경우 각각의 보상 모멘트를 산출하는데, 차량의 보상 모멘트는 [수학식5]와 같이 선회속도의 편차, 편차의 기울기 및 비례 상수를 기초로 산출한다.
[수학식5]
Figure pat00005
여기서, ΔM은 보상 모멘트를 나타내며, ΔYawSlope는 편차의 기울기를 나타내며, KP, KD는 비례 상수를 나타낸다. 이 때 , KP, KD는 고정값이 아니며, 차량의 거동 특성 예를 들어, 옆 미끌림 각과 횡가속도 크기에 따라 비례 상수를 변동하여 보상 모멘트를 보정한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 거동 특성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 운전상황 및 노면에 따라 타이어와 노면 사이의 접착한계에서 차량의 옆 미끌림 각 또는 횡가속도 크기가 다르게 나타남을 알 수 있다. 구체적으로 도 2a에 도시된 바와 같이 차량이 안정되게 선회를 하는 경우 노면에 따른 옆 미끌림 각의 차이는 작다. 그러나 차량이 급격하게 선회를 하는 경우 스노우(snow) 노면과 아스팔트(asphalt) 노면에서의 옆 미끌림 각의 크기는 각각 약 12°와 약 3°로 차이가 크다. 이를 반영하기 위해, 보상 모멘트의 산출 시 차량의 거동 특성에 따라 비례 상수를 변동한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 안정성 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 전자식 안정성 제어 장치는 센서부 및 제어부를 포함하여 구성된다.
센서부(310)는 조향각 센서(311), 차속 센서(312), 횡가속도 센서(313) 및 선회속도 센서(314)를 포함하여 구성된다. 조향각 센서(311)는 차량의 선회시 핸들의 조향각을 검출하고, 차속 센서(312)는 차량의 휠에 각각 설치되어 차량의 휠 속도를 기초로 차속을 검출한다. 횡가속도 센서(313)는 차량의 선회시 차량의 횡가속도를 검출하며, 선회속도 센서(314)는 차량의 실제 선회속도를 검출한다.
제어부는 목표 선회속도 산출부(321), 거동특성 판단부(322), 선회속도 제어부(323) 및 보상 모멘트 보정부(324)를 포함하여 구성된다.
목표 선회속도 산출부(321)는 차량의 조향각 및 차속을 기초로 목표 선회속도를 산출한다. 그리고, 횡가속도 최대값 및 차속을 기초로 제한된 목표 선회속도의 최대값을 산출한다. 또한, 차량의 거동 특성과 제한된 목표 선회속도의 최대값을 기초로 제한된 목표 선회속도를 산출한다.
거동특성 판단부(322)는 차량의 조향각, 횡가속도, 실제 선회속도를 기초로 차량의 거동 특성, 예를 들어 옆 미끌림 각 및 횡가속도 기울기를 추정한다.
선회속도 제어부(323)는 차량의 실제 선회속도와 제한된 목표 선회속도의 편차와 오버스티어 또는 언더스티어의 임계값을 비교하여 오버스티어 또는 언더스티어를 판단한다. 그리고, 선회속도 제어부(323)는 선회속도의 편차, 편차의 기울기 및 비례 상수를 기초로 보상 모멘트를 산출한다. 산출된 보상 모멘트를 발생시키고 이를 이용하여 차량의 구동력과 제동력을 제어함으로써 언더스티어 또는 오버스티어 제어를 수행한다.
보상 모멘트 보정부(324)는 차량의 옆 미끌림 각 및 횡가속도 기울기에 따라 비례 상수를 변동하여 보상 모멘트를 보정한다.
310: 센서부 311: 조향각 센서
312: 차속 센서 313: 횡가속도 센서
314: 선회속도 센서 320: 제어부
321: 목표 선회속도 산출부 322: 거동 특성 판단부
323: 선회속도 제어부 324: 보상 모멘트 보정부

Claims (6)

  1. 차량의 조향각 및 차속을 기초로 목표 선회속도를 산출하는 단계;
    상기 차량의 횡가속도 최대값 및 차속을 기초로 제한된 목표 선회속도의 최대값을 산출하는 단계; 및
    상기 차량의 거동 특성 및 상기 제한된 목표 선회속도의 최대값을 기초로 제한된 목표 선회속도를 산출하는 단계; 를 포함하는 전자식 안정성 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 실제 선회속도와 상기 제한된 목표 선회속도의 편차, 상기 편차의 기울기 및 비례 상수를 기초로 보상 모멘트를 산출하는 단계; 를 더 포함하는 전자식 안정성 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보상 모멘트를 산출하는 단계는 상기 차량의 거동 특성에 따라 상기 비례 상수를 변동하여 상기 보상 모멘트를 보정하는 전자식 안정성 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 차량의 거동 특성은 상기 차량의 옆 미끌림각 및 횡가속도 기울기인 전자식 안정성 제어 방법.
  5. 차량의 조향각, 차속, 횡가속도 및 실제 선회속도를 검출하는 센서부; 및
    상기 차량의 조향각 및 차속을 기초로 목표 선회속도를 산출하고, 횡가속도 최대값 및 차속을 기초로 제한된 목표 선회속도의 최대값을 산출하여, 상기 차량의 거동 특성 및 상기 제한된 목표 선회속도의 최대값을 기초로 제한된 목표 선회속도를 산출하며, 상기 차량의 실제 선회속도와 상기 제한된 목표 선회속도의 편차, 상기 편차의 기울기 및 비례 상수를 기초로 보상 모멘트를 산출하고, 상기 차량의 거동 특성에 따라 상기 비례 상수를 변동하여 상기 보상 모멘트를 보정하는 제어부; 를 포함하는 전자식 안정성 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차량의 거동 특성은 상기 차량의 옆 미끌림각 및 횡가속도 기울기인 전자식 안정성 제어 장치.
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CN111731298A (zh) * 2020-06-30 2020-10-02 重庆长安汽车股份有限公司 一种新能源汽车的车速限速控制方法、装置及新能源汽车
US10857995B2 (en) * 2015-09-25 2020-12-08 Ntn Corporation Vehicle attitude control device

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