KR20130102920A - 차량의 속도 추정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 가속도를 측정하는 단계, 차량의 가속도를 추정하는 단계, 측정된 가속도와 추정된 가속도를 이용하여 차량의 경사 및 무게 변화를 인지하는 단계 및 차량의 경사 및 무게 변화에 따라 가변질량을 이용하여 추정된 가속도를 보상하여 차량의 속도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 속도 추정 방법{METHOD FOR CALCULATING VELOCITY FOR VEHICLES}
본 발명은 차량의 속도 추정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모든 바퀴가 전후진 독립 구동이 가능한 인휠독립구동차량에서 가변질량을 이용하여 차량의 속도를 추정하는 차량의 속도 추정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 안전성을 향상시키는 전자 제어 시스템에는 미끄러운 노면에서의 슬립에 의한 브레이크의 잠김을 방지하고 제동 중 운전자에 의한 조향이 가능하도록 하는 ABS(Anti-lock Brake System), 미끄러운 노면에서 차량이 출발하거나 급발진 시 차량의 슬립을 방지하기 위한 TCS(Traction Control System), 차량의 자세를 안정적으로 제어하기 위한 ESC(Electronic Stability Control) 등이 있다.
이러한 전자 제어 시스템은 차량의 제동 성능이나 가속 성능을 확보하기 위해서 정확한 차량의 속도를 추정하는 것이 매우 중요하다.
ABS, TCS, ESC 작동시, 주행중인 차량의 속도를 기준으로 각 바퀴의 슬립율을 계산하여 차량을 제어하게 되는데, 차량의 속도 추종 방법은 각 바퀴의 휠속도센서(Wheel Speed Sensor)에서 측정된 휠속도를 이용하여 계산한다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개번호 10-2004-0021913호(2004.03.11)의 '에이비에스 차량의 추정 차체 속도 연산 방법'이 있다.
종래에는 각 바퀴의 휠속도 센서에서 측정된 휠속도를 기반으로 차량의 속도를 계산하고 있으나, 각 바퀴가 전후진 독립 구동이 가능한 인휠독립구동차량은 ABS, TCS, ESC 동작시 제동 중 각 바퀴가 독립적으로 구동하게 되는 바, 특히 전진구동중에도 휠의 역구동이 가능하므로 휠속도에만 의존한 차량의 속도 추정은 오류가 발생할 가능성이 높다.
게다가, 4륜 모두 마찰이 적은 노면에 노출될 경우에는 차량의 속도 추정이 더욱 어려워지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 각 바퀴가 전후진 독립 구동이 가능한 인휠독립구동차량에서 가변질량을 이용하여 차량의 속도를 추정함으로써, 차량의 속도 추정시 그 정확도를 개선하는 차량의 속도 추정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 속도 추정 방법은 차량의 가속도를 측정하는 단계; 상기 차량의 가속도를 추정하는 단계; 상기 측정된 가속도와 상기 추정된 가속도를 이용하여 상기 차량의 경사 및 무게 변화를 인지하는 단계; 및 상기 차량의 경사 및 무게 변화에 따라 가변질량을 이용하여 상기 추정된 가속도를 보상하여 상기 차량의 속도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 차량의 경사 및 무게 변화를 인지하는 단계는
상기 측정된 가속도와 상기 추정된 가속도의 차이값을 설정값과 비교하여 비교 결과에 따라, 상기 차량의 경사 및 무게 변화를 인지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 차량의 속도를 추정하는 단계는 상기 측정된 가속도와 상기 추정된 가속도의 차이값이 상기 설정값 미만이면, 기 설정된 기준 질량을 이용하여 상기 차량의 속도를 추정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 차량의 속도를 추정하는 단계는 상기 측정된 가속도와 상기 추정된 가속도의 차이값이 상기 설정값 이상이면, 상기 가변질량을 적용하여 상기 차량의 속도를 추정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가변질량은 수학식
Figure pat00001
으로 계산되고, 여기서,
Figure pat00002
는 상기 가변질량이고,
Figure pat00003
는 감속비이며,
Figure pat00004
모터 토크이며,
Figure pat00005
는 모터 회전 관성이며,
Figure pat00006
휠의 회전관성이며,
Figure pat00007
는 휠의 회전속도이며,
Figure pat00008
는 주행 저항이며,
Figure pat00009
는 상기 차이값이며,
Figure pat00010
는 타이어 반경인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 차량의 속도는 수학식
Figure pat00011
으로 계산되고,
Figure pat00012
는 상기 차량의 속도이며,
Figure pat00013
는 감속비이며,
Figure pat00014
모터 토크이며,
Figure pat00015
는 모터 회전 관성이며,
Figure pat00016
휠의 회전관성이며,
Figure pat00017
는 휠의 회전속도이며,
Figure pat00018
는 주행 저항이며,
Figure pat00019
는 타이어 반경이며,
Figure pat00020
는 상기 가변질량인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 차량의 속도 추정시 그 정확도를 개선하고, 이를 통해 응급제동성능을 향상시킨다.
또한, 본 발명은 모든 휠이 저 마찰로에 노출되더라도 차량의 속도를 정확하게 추정할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 장치의 블럭 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 장치는 도 1 에 도시된 바와 같이, 가속도 센서(10), 휠속도 센서(20), 모터토크 센서(30), 경사 인지부(40), 가속도 보상부(50), 가변질량 보상부(60) 및 속도 추정부(70)를 포함한다.
가속도 센서(10)는 급가속 및 급감속 또는 주행시 차량의 가속도(asensor)를 측정한다.
휠속도 센서(20)는 차량의 각 휠(fr,fl,rr,rl)에 설치되어 각 휠의 휠속도를 측정하는 것으로서, 전우륜의 휠속도(Wfr), 전좌륜의 휠속도(Wfl), 후우륜의 휠속도(Wrr) 및 후좌륜의 휠속도(Wrl)를 측정한다.
모터토크 센서(30)는 차량의 각 휠(fr,fl,rr,rl)에 설치되어 각 휠의 휠속도를 측정하는 것으로서, 전우륜의 휠속도(Tfr), 전좌륜의 휠속도(Tfl), 후우륜의 휠속도(Trr) 및 후좌륜의 휠속도(Trl)를 측정한다.
경사 인지부(40)는 가속도 센서(10)에서 측정된 가속도(asensor)와 속도 추정부(70)에서 추정된 가속도(adynamics)를 입력받아 이들을 비교함으로써, 차량의 경사 및 무게 변화를 인지한다. 이 경우, 경사 인지부(40)는 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값(acompensation)이 기 설정된 설정값 이상이면, 차량의 경사 및 무게 변화를 인지함으로써, 가변질량(Meffective inertia) 적용에 따른 가속도를 보상할 수 있도록 한다. 이에 대해서는 후술한다.
가속도 보상부(50)는 각 휠에 대해, 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값을 계산하여 가변질량 보상부(60)로 입력한다.
가변질량 보상부(60)는 각 휠에 대해, 상기한 휠속도 센서(20)로부터 입력된 휠속도와 모터토크 센서(30)로부터 입력된 모터토크 및 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값을 이용하여 가변질량을 계산한다.
속도 추정부(70)는 각 휠에 대해, 상기한 휠속도 센서(20)로부터 입력된 휠속도와 모터토크 센서(30)로부터 입력된 모터토크 및 가변질량 보상부(60)로부터 입력된 가변질량을 이용하여 가속도를 추정하여 추정된 가속도를 경사 인지부(40)로 피드백함과 더불어, 차량의 속도를 추정하여 추정된 차량의 속도(Vdynamics)를 가속도 보상부(50)로 입력한다.
이에 따라, 경사 인지부(40)는 속도 추정부(70)로부터 입력된 추정된 가속도와 가속도 센서(10)로부터 입력된 측정된 가속도를 비교하여 경사 및 무게변화를 인지할 수 있게 된다.
또한, 가속도 보상부(50)는 속도 추정부(70)로부터 입력된 추정된 가속도를 이용하여 추정된 가속도를 보상할 수 있게 된다.
즉, 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값을 기반으로 질량을 가변시키면서 차량의 속도를 보상하게 된다.
이러한 과정은 상기한 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값이 설정값 이상일 경우 반복적으로 이루어져 차량의 속도를 계속적으로 보상하게 되며, 이 과정에서, 상기한 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값이 설정값 미만이면, 기 설정된 기준 질량을 이용하여 차량의 속도를 추정하게 된다.
이하, 도 2 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 방법을 상세하게 설명한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 방법의 순서도이다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 방법은 각 휠별로 독립 구동이 가능한 인휠독립구동차량에 적용되는 것으로써, 하기한 차량의 속도 추정 방법은 각 휠별로 이루어지는 것으로 이해되어야 할 것이다.
먼저, 가속도 센서(10)는 차량의 가속도를 측정하여 경사 인지부(40)에 입력한다(S10).
또한, 속도 추정부(70)는 차량의 가속도를 추정하여 경사 인지부(40)에 입력한다(S20).
경사 인지부(40)는 가속도 센서(10)에서 측정된 가속도와 속도 추정부(70)에서 추정된 가속도가 입력되면, 측정된 가속도와 추정된 가속도를 이용하여 차량의 경사 및 무게 변화를 인지한다(S30).
이 경우, 경사 인지부(40)는 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값을 설정값과 비교하여 비교 결과에 따라, 차량의 경사 및 무게 변화를 인지하게 되는데, 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값이 설정값 이상인 지를 판단하여 차이값이 설정값 이상이면, 가변질량을 이용하여 가속도를 추정한 후, 추정된 가속도를 이용하여 차량의 속도를 추정한다(S40~S50).
여기서, 가변질량은 상기한 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값과, 휠속도 및 모터토크를 이용하는 바, 하기의 수학식1을 이용하여 계산한다.
Figure pat00021
이고, 여기서,
Figure pat00022
는 가변질량이고,
Figure pat00023
는 감속비이며,
Figure pat00024
모터 토크이며,
Figure pat00025
는 모터 회전 관성이며,
Figure pat00026
휠의 회전관성이며,
Figure pat00027
는 휠의 회전속도이며,
Figure pat00028
는 주행 저항이며,
Figure pat00029
는 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값이며,
Figure pat00030
는 타이어 반경이다.
즉, 가변질량은 상기한 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이점을 이용하여 계산하게 된다.
이와 같이, 가변질량이 적용되면, 이 가변질량을 이용하여 차량의 속도를 추정하게 되는 바, 차량의 속도를 추정하는 것은 하기의 수학식2를 이용하여 계산한다.
Figure pat00031
이고,
Figure pat00032
는 차량의 속도이며,
Figure pat00033
는 감속비이며,
Figure pat00034
모터 토크이며,
Figure pat00035
는 모터 회전 관성이며, 휠의 회전관성이며,
Figure pat00037
는 휠의 회전속도이며,
Figure pat00038
는 주행 저항이며,
Figure pat00039
는 타이어 반경이며,
Figure pat00040
는 가변질량이다.
즉, 차량의 속도는 가변질량을 이용하고, 이 가변질량은 상기한 수학식1과 같이, 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값을 이용하게 된다.
즉, 측정된 가속도가 경사 인지부(40)에 피드백되어 입력되면서, 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값이 변경되고, 이 차이값에 따라 가변질량이 변경되어, 변경된 가변질량에 따라 차량의 속도를 계산함으로써, 차량의 속도를 보상할 수 있게 된다.
이러한 과정은 차량이 정지될 때까지 반복적으로 이루어지며(S10~S60), 이 과정에서 측정된 가속도와 추정된 가속도의 차이값이 설정값 미만이면, 기 설정된 기준 질량을 이용하여 차량의 속도를 계산한다(S70).
이는 하기의 수학식3을 통해 계산된다.
Figure pat00041
이고, 여기서,
Figure pat00042
는 차량의 속도이고,
Figure pat00043
는 모터 토크이며,
Figure pat00044
휠의 회전관성이며,
Figure pat00045
는 휠의 회전속도이며,
Figure pat00046
는 주행 저항이며,
Figure pat00047
은 기 설정된 기준 질량이다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 속도 추정 방법은 차량의 각 휠에 대해 추정된 가속도와 측정된 가속도의 차이값에 따라 가변질량을 변경하고, 이 가변질량을 이용하여 가속도 및 차량의 속도를 보상하게 됨으로써, 각 휠의 슬립율을 계산할 수 있어 차량의 속도에 따라 차량 구동 제어가 더욱 정확하게 이루어지도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 가속도 센서 20: 휠속도 센서
30: 모터토크 센서 40: 경사 인지부
50: 가속도 보상부 60: 가변질량 보상부
70: 속도 추정부

Claims (6)

  1. 차량의 가속도를 측정하는 단계;
    상기 차량의 가속도를 추정하는 단계;
    상기 측정된 가속도와 상기 추정된 가속도를 이용하여 상기 차량의 경사 및 무게 변화를 인지하는 단계; 및
    상기 차량의 경사 및 무게 변화에 따라 가변질량을 이용하여 상기 추정된 가속도를 보상하여 상기 차량의 속도를 추정하는 단계를 포함하는 차량의 속도 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차량의 경사 및 무게 변화를 인지하는 단계는
    상기 측정된 가속도와 상기 추정된 가속도의 차이값을 설정값과 비교하여 비교 결과에 따라, 상기 차량의 경사 및 무게 변화를 인지하는 것을 특징으로 하는 차량의 속도 추정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 차량의 속도를 추정하는 단계는
    상기 측정된 가속도와 상기 추정된 가속도의 차이값이 상기 설정값 미만이면, 기 설정된 기준 질량을 이용하여 상기 차량의 속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 속도 추정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 차량의 속도를 추정하는 단계는
    상기 측정된 가속도와 상기 추정된 가속도의 차이값이 상기 설정값 이상이면, 상기 가변질량을 적용하여 상기 차량의 속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 속도 추정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가변질량은
    하기의 수학식
    Figure pat00048

    으로 계산되고, 여기서,
    Figure pat00049
    는 상기 가변질량이고,
    Figure pat00050
    는 감속비이며,
    Figure pat00051
    모터 토크이며,
    Figure pat00052
    는 모터 회전 관성이며,
    Figure pat00053
    휠의 회전관성이며,
    Figure pat00054
    는 휠의 회전속도이며,
    Figure pat00055
    는 주행 저항이며,
    Figure pat00056
    는 상기 차이값이며,
    Figure pat00057
    는 타이어 반경인 것을 특징으로 하는 차량의 속도 추정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 차량의 속도는
    하기의 수학식
    Figure pat00058

    으로 계산되고,
    Figure pat00059
    는 상기 차량의 속도이며,
    Figure pat00060
    는 감속비이며,
    Figure pat00061
    모터 토크이며,
    Figure pat00062
    는 모터 회전 관성이며,
    Figure pat00063
    휠의 회전관성이며,
    Figure pat00064
    는 휠의 회전속도이며,
    Figure pat00065
    는 주행 저항이며,
    Figure pat00066
    는 타이어 반경이며,
    Figure pat00067
    는 상기 가변질량인 것을 특징으로 하는 차량의 속도 추정 방법.
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