KR20150078537A - 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 등판 성능을 향상시킬 수 있는 인휠 시스템 차량의 제어방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것으로서, 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 전달되는 정보를 활용하여 인휠 시스템 차량의 등판로 출발시에 전륜과 후륜의 각 구동륜에 최적의 토크 배분이 이루어지도록 제어함으로써 차량의 등판 성능을 향상시킬 수 있도록 한 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법을 제공한다.

Description

인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법{In-Wheel System Vehicle Control Method using Intelligent Tire}

본 발명은 인휠 시스템 차량의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인텔리전트 타이어를 탑재한 인휠 시스템 차량에서 등판시 각 구동륜의 적절한 토크 배분을 위한 제어방법에 관한 것이다.

전기자동차와 같은 친환경 자동차는 구동모터를 이용하여 차량의 구동력을 발생시키는데, 그 중에는 각 구동륜마다 구동력을 전담하는 구동모터를 구비한 인휠 시스템(in-wheel system) 차량이 있다.

이러한 인휠 시스템 차량에서는, 도 1에 간략히 도시한 바와 같이, 차량(1)의 각 구동륜(11)마다 각각 구동모터를 포함하는 인휠 모터 모듈(12)이 장착되고, 전원을 공급하는 고전압 배터리(13)와, 고전압 배터리(13)로부터 공급되는 전원을 구동모터의 작동에 맞게 변환하여 인가하는 인버터 모듈(14)이 구비된다.

상기 인버터 모듈(14)은 각각의 인휠 모터 모듈(12) 내 구동모터에 전원을 공급하도록 각 구동륜(11)의 구동모터를 전담하는 복수의 인버터를 포함하며, 각 인버터는 고전압 배터리(13)에 충전된 직류전원을 구동모터의 작동에 적합한 3상 교류전원으로 변환하여 공급함으로써 구동모터를 구동시킨다.

이때, 제어기(10)는 제어로직에 따라 인버터를 통해 각 구동모터의 구동을 제어하는데, 차량 내 센서 등의 신호로부터 발진 및 핸들링 상황을 판단하여 구동모터의 구동 및 제동 토크를 제어하게 된다.

특히, 전륜(좌측륜 및 우측륜)과 후륜(좌측륜 및 우측륜)이 모두 구동륜으로 작용하도록 각 차륜에 구동모터가 장착된 인휠 시스템 차량에서는 제어기(10)가 각 구동모터의 토크를 제어하는 것에 의해 각 구동륜의 토크를 적절히 배분할 수 있다(각 구동륜에 대한 독립적인 토크 제어가 가능함).

도 2는 종래의 차륜 토크 배분을 위한 제어로직을 설명하기 위한 것으로서, 각 센서로부터 조향각, 휠속도, TPS(Throttle Position Sensor)값 및 요레이트(Yawrate)를 입력받아서, 휠속차 및 목표 요레이트에 따른 구동륜의 토크배분비를 계산하고, 상기 계산된 토크배분비에 따라 구동륜의 토크 배분(인휠 토크 배분)을 능동적으로 수행하도록 함으로써 차량의 발진성능 및 선회안정성 등을 향상시키도록 하고 있다.

특히, 후륜으로 토크가 배분되는 경우를 보면, 휠 슬립이 발생하거나 차량의 발진시 및 선회 주행 중 언더스티어 발생시 등의 경우인데, 이러한 토크 배분의 제어가 종래에는 평지나 언덕 등의 노면 상태에 따른 고려 없이 일괄적으로 수행되도록 되어 있어서 언덕길 등판 발진시 등판성능이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

예를 들어, 휠 슬립이 발생하고 나서 발진 제어가 들어가므로 언덕길 등판 발진시 휠 슬립이 발생하지 않으면 계속해서 전륜으로만 토크가 공급되는 2WD 모드 상태가 되는 것이다(등판시 슬립이 발생할 경우에만 후륜으로 구동력을 배분함).

한편, 본 발명이 적용되는 차량은 인텔리전트 타이어(Intelligent Tire; i-Tire) 시스템이 장착된 차량인데, 상기 인텔리전트 타이어 시스템에서는 타이어 내부에 내장된 센서가 타이어의 변형량을 측정하여 무선통신의 방법으로 제어기(i-Tire ECU)에 전달하는바, 제어기는 타이어의 변형량을 타이어의 힘(차륜의 수직력)으로 변환하여 차량의 각종 샤시 제어 로직에 적용될 수 있도록 한다.

인텔리전트 타이어 시스템에서 타이어의 변형량을 계측하는 센서로는 발광 다이오드와 수광부를 이용한 광 방식과, SAW 센서를 이용한 표면 탄성파 방식 등이 활용되고 있으며, 그 밖에 한국 공개특허 제10-2012-0060536호(2012.6.12)에서와 같이 수직력(fz) 정보를 얻기 위해 영상을 이용하는 방식이 알려져 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 전달되는 정보를 활용하여 인휠 시스템 차량의 등판로 출발시에 전륜과 후륜의 각 구동륜에 최적의 토크 배분이 이루어지도록 제어함으로써 차량의 등판 성능을 향상시킬 수 있도록 한 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 인휠 시스템 차량의 제어방법에 있어서, 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 각 차륜의 타이어에 작용하는 수직력의 정보를 입력받는 정보입력단계와; 상기 입력된 수직력을 이용하여 차량이 등판 주행 상황인지를 판단하는 등판판단단계와; 상기 등판판단단계의 수행 결과 차량이 등판 상황인 것으로 판단되면 후륜으로 토크를 배분하는 토크배분단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법을 제공한다.

여기서, 상기 등판판단단계에서는 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 입력받은 전륜의 수직력이 후륜의 수직력보다 작은 경우를 등판 주행 상황인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 등판판단단계에서는 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 입력받은 전륜의 좌측륜과 우측륜 수직력의 평균값과, 후륜의 좌측륜과 우측륜 수직력의 평균값의 차이인 수직력차를 구한 뒤, 상기 수직력차를 기준값과 비교하여, 수직력차가 기준값 이하인 경우 차량의 등판 주행 상황인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토크배분단계에서는 후륜의 좌측륜 수직력과 우측륜 수직력에 따라 좌측륜과 우측륜의 토크를 결정하여 배분하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토크배분단계에서 후륜의 우측륜 수직력이 좌측륜 수직력에 비해 더 클 경우에는 후륜의 좌우륜 수직력차가 고려된 값의 더 큰 토크를 우측륜에 배분하고, 후륜의 좌측륜 수직력이 우측륜 수직력에 비해 더 클 경우에는 후륜의 좌우륜 수직력차가 고려된 값의 더 큰 토크를 좌측륜에 배분하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토크배분단계에서, 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 입력받은 수직력의 정보를 이용하여 구해진 전후륜 수직력차에 P 게인을 곱하여 후륜으로 배분될 기본 토크값을 결정하고, 후륜의 좌우륜 수직력차에 미리 정해진 게인값을 곱한 보상값을 구한 뒤, 상기 기본 토크값으로부터 보상값을 이용하여 후륜의 좌측륜과 우측륜에 배분될 최종 토크값을 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토크배분단계에서, 상기 기본 토크값에 상기 보상값을 더한 값을 상기 좌측륜과 우측륜 중 수직력이 큰 차륜에 배분될 최종 토크값으로 결정하고, 상기 기본 토크값에 보상값을 감한 값을 상기 좌측륜과 우측륜 중 수직력이 작은 차륜에 배분될 최종 토크값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명은 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 전달되는 각 차륜의 수직력에 대한 정보를 이용하여 인휠 시스템 차량의 등판로 출발시에 각 구동륜에 최적의 토크 배분이 이루어지도록 제어함으로써 차량의 등판 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 인휠 시스템 차량을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 제어방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제어가 이루어지는 관계를 도식화하여 설명한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 인휠 시스템 차량의 제어방법에 관한 것으로서, 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 전달되는 정보를 활용하여 인휠 시스템 차량의 등판로 출발시에 전륜과 후륜의 각 구동륜에 최적의 토크 배분이 이루어지도록 제어함으로써 차량의 등판 성능을 향상시킬 수 있도록 한 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 제어방법은, 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 각 차륜의 타이어에 작용하는 수직력(Fz)의 정보를 입력받는 정보입력단계(S11)와; 상기 입력된 수직력을 이용하여 차량이 등판 주행 상황인지를 판단하는 등판판단단계(S12)와; 상기 등판판단단계(S12)의 수행 결과 차량이 등판 상황인 것으로 판단되면 후륜으로 토크를 배분하는 토크배분단계(S13)를 포함하여 구성된다.

상기 정보입력단계(S11)에서는 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 차량 전륜의 수직력과 후륜의 수직력을 각각 입력받고, 상기 등판판단단계(S12)에서는 상기 입력받은 전륜의 수직력이 후륜의 수직력보다 작은 경우를 등판 상황인 것으로 판단한다.

상기 등판판단단계(S12)에서 비교되는 전륜의 수직력과 후륜의 수직력은 각각 전륜과 후륜에서 좌측륜 수직력(Fz_fl,Fz_rl)과 우측륜 수직력(Fz_fr,Fz_rr)의 평균값이 될 수 있다.

또는 후술하는 바와 같이 기준값(0이 아닌 다른 튜닝값)을 비교하여 등판 상황 여부를 판단하는 방식의 적용도 가능하다.

또한, 등판판단단계(S12)에서 등판 상황인 것으로 판단되면, 토크배분단계(S13)에서 구동모터(인휠 모터)의 토크 제어를 통해 능동적으로 후륜으로 토크를 배분함으로써 차량 등판 성능의 향상을 도모한다.

물론, 본 발명에서 구동륜에 대한 토크 배분은 제어기가 각 구동모터의 토크를 제어함에 의해 이루어진다.

또한, 상기 등판판단단계(S12)의 수행 결과 등판 상황이 아닌 것으로 판단되면, 종래와 마찬가지로 제어로직에 따라 휠속차 및 목표 요레이트 등에 따른 구동륜의 토크배분비를 계산하고, 상기 계산된 토크배분비에 따라 구동륜의 토크를 배분하는 제어(인휠 토크 배분)를 수행하게 된다.

또한, 본 발명에서 상기 토크배분단계(S13)는 후륜으로 토크를 배분할 때 후륜의 좌측륜 수직력(Fz_rl)과 우측륜 수직력(Fz_rr)에 따라 좌측륜과 우측륜의 토크를 결정하여 배분하는 세부 과정으로 진행된다.

만약, 후륜의 우측륜 수직력(Fz_rr)이 좌측륜 수직력(Fz_rl)에 비해 더 클 경우에는 좌측륜과 우측륜의 수직력 차이가 고려된 값의 더 큰 토크를 우측륜에 배분하고(S13'), 반대로 후륜의 좌측륜 수직력(Fz_rr)이 우측륜 수직력(Fz_rl)에 비해 더 클 경우에는 좌측륜과 우측륜의 수직력 차이가 고려된 값의 더 큰 토크를 좌측륜에 배분한다(S13").

도 4는 상기한 바와 같은 본 발명의 등판 제어 수행만을 도식화한 것으로서, 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 수직력(Fz:Fz_fl,Fz_fr,Fz_rl,Fz_rr)을 입력받아 그 차이에 따라 제어기에서 전륜과 후륜으로 토크를 배분하는 것을 표현하고 있다.

상기한 바와 같은 등판시의 제어는 보다 상세하게는 다음과 같이 구성될 수 있다.

즉, 상기 정보입력단계(S11)에서 제어기는 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 차량 전륜의 좌측륜 및 우측륜 수직력(Fz_fl,Fz_fr)과, 후륜의 좌측륜 및 우측륜 수직력(Fz_rl,Fz_rr)을 각각 입력받고, 상기 등판판단단계(S12)에서 상기 입력받은 전륜의 좌측륜 수직력(Fz_fl)과 우측륜 수직력(Fz_fr)의 평균값과, 후륜의 좌측륜 수직력(Fz_rl)과 우측륜 수직력(Fz_rr)의 평균값의 차인 수직력차(ΔFz)를 구한 후, 이를 기준값과 비교하여, 상기 수직력차가 상기 기준값 이하의 경우에는 차량의 등판 주행 상태로 판단한다.

여기서, 전륜과 후륜의 수직력차는 다음의 수식과 같이 표현될 수 있다.

여기서, ΔFz은 전륜과 후륜의 수직력차(전후륜 수직력차)를 의미하고, Fz_fl은 전륜의 좌측륜 수직력을, 그리고 Fz_fr은 전륜의 우측륜 수직력을 의미하며, Fz_rl은 후륜의 좌측륜 수직력을, Fz_rr은 후륜의 우측륜 수직력을 의미한다.

따라서, 상기 수직력차와 기준값을 비교하는 것은, ΔFz ≤ 0 등과 같은 수식에 의해 이루어질 수 있는바, 여기서 0는 기준값으로서, 차량의 특성에 맞게 다른 값으로 튜닝될 수 있는 것이며, 이는 사람의 무게 또는 물건의 탑재 등에 의한 수직력차 등과 같은 낮은 수직력 차이에 의해 제어가 개입되거나 영향받는 것을 방지할 수 있는 수준으로 적절히 선정되는 것이다.

또한, 상기한 바와 같은 과정을 통하여 등판 상황으로 판단될 때에는 상기 토크배분단계(S13)에서 먼저 상기 수직력차에 P 게인을 곱하는 방식 등에 의해 후륜으로 배분되는 기본 토크를 결정한다.

즉, u(t)=Kp×ΔFz 등과 같은 수식에 의해 후륜으로 배분될 기본 토크값 u(t)를 구하여 토크의 배분이 이루어지도록 할 수 있을 것이다.

여기서, u(t)는 인휠 후륜 기본 전달 토크값이고, Kp는 P 게인으로서, 결과적으로 수직력차 ΔFz의 크기에 비례하여 후륜으로 토크를 배분한다는 것이다.

물론, 이외의 다른 방법으로 후륜으로 배분될 토크값을 구하도록 할 수도 있을 것이다.

상기와 같이 후륜으로 배분될 기본 토크값이 결정되면, 후륜의 좌측륜 수직력(Fz_rl)과 우측륜 수직력(Fz_rr)의 차이를 이용하여 상기 기본 토크값을 조정한 값으로 좌측륜과 우측륜으로 배분될 최종 토크값을 구한다.

예컨대, 좌우륜 수직력차(좌측륜 수직력과 우측륜 간 수직력 차이의 절대값)에 미리 정해진 게인값(이는 상기 P 게인값과 다른 값임)을 곱한 보상값을 이용하여 기본 토크값으로부터 좌측륜과 우측륜의 최종 배분 토크값 결정이 이루어지도록 할 수 있다.

이때, 후륜의 우측륜 수직력이 좌측륜 수직력에 비해 더 클 경우에는, 우측륜에 더 큰 토크가 배분되도록, 기본 토크값에 보상값을 더한 값을 우측륜에 배분될 최종 토크값으로, 기본 토크값에 보상값을 감한 값을 좌측륜에 배분될 최종 토크값으로 결정되도록 하는 것이 가능하다.

반대로, 반대로 후륜의 좌측륜 수직력이 우측륜 수직력에 비해 더 클 경우에는, 좌측륜에 더 큰 토크가 배분되도록, 기본 토크값에 보상값을 더한 값을 좌측륜에 배분될 최종 토크값으로, 기본 토크값에 보상값을 감한 값을 우측륜에 배분된 최종 토크값으로 결정되도록 하는 것이 가능하다.

이와 같이 차량의 등판 주행 상황이 판단되면, 후륜으로 전후륜 수직력차에 비례하는 토크를 배분하되, 전체 차륜의 토크가 제어되는 인휠 시스템에서, 후륜 토크 배분시 후륜의 좌측륜과 우측륜에 배분되는 토크를 좌우륜 수직력차를 고려하여 적절히 배분함으로써 차량의 등판 주행 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 인텔리전트 타이어 시스템에서 입력받은 각 차륜의 수직력에 대한 정보를 이용하여 주행 도로의 상황을 판단하고, 등판 주행 상황에서 후륜 인휠에 더 많은 토크를 배분해줌으로써 등판 및 험로 탈출 성능을 향상시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 제어방법은 종래의 휠 슬립이 발생해야 토크를 배분해주는 로직의 대안이 되는 방법으로서, 인텔리전트 타이어 시스템의 센서 정보를 이용하여 더욱 안정적인 성능 구현이 가능하고, 보다 빠른 응답성을 가진다.

또한, 본 발명에서와 같이 하중에 대한 정보를 이용하여 구동력 배분을 수행하면 타이어가 가지고 있는 한계 성능만큼 필요한 구동력 배분이 가능하게 되므로 불필요하게 구동력이 많이 배분되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 단순한 경사도 판단에 의해 구동력을 배분할 경우 노면 특성이나 타이어의 특성을 고려하기 힘들기 때문에 최적화된 구동력 배분이 어려우나, 본 발명에서는 하중에 대한 정보를 이용하여 최적화된 토크만큼을 배분해줌으로써 구동력 손실의 저감 및 NVH 성능의 향상이 가능해진다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 차량
10 : 제어기
11 : 구동륜
12 : 인휠 모터 모듈
13 : 고전압 배터리
14 : 인버터 모듈

Claims (8)

1. 인휠 시스템 차량의 제어방법에 있어서,
   인텔리전트 타이어 시스템으로부터 각 차륜의 타이어에 작용하는 수직력의 정보를 입력받는 정보입력단계와;
   상기 입력된 수직력을 이용하여 차량이 등판 주행 상황인지를 판단하는 등판판단단계와;
   상기 등판판단단계의 수행 결과 차량이 등판 상황인 것으로 판단되면 후륜으로 토크를 배분하는 토크배분단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 등판판단단계에서 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 입력받은 전륜의 수직력이 후륜의 수직력보다 작은 경우를 등판 주행 상황인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 등판판단단계에서 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 입력받은 전륜의 좌측륜과 우측륜 수직력의 평균값과, 후륜의 좌측륜과 우측륜 수직력의 평균값의 차이인 수직력차를 구한 뒤, 상기 수직력차를 기준값과 비교하여, 수직력차가 기준값 이하인 경우 차량의 등판 주행 상황인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 토크배분단계에서 후륜의 좌측륜 수직력과 우측륜 수직력에 따라 좌측륜과 우측륜의 토크를 결정하여 배분하는 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 토크배분단계에서 후륜의 우측륜 수직력이 좌측륜 수직력에 비해 더 클 경우에는 후륜의 좌우륜 수직력차가 고려된 값의 더 큰 토크를 우측륜에 배분하고, 후륜의 좌측륜 수직력이 우측륜 수직력에 비해 더 클 경우에는 후륜의 좌우륜 수직력차가 고려된 값의 더 큰 토크를 좌측륜에 배분하는 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법.
   
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 토크배분단계에서,
   인텔리전트 타이어 시스템으로부터 입력받은 수직력의 정보를 이용하여 구해진 전후륜 수직력차에 P 게인을 곱하여 후륜으로 배분될 기본 토크값을 결정하고,
   후륜의 좌우륜 수직력차에 미리 정해진 게인값을 곱한 보상값을 구한 뒤,
   상기 기본 토크값으로부터 보상값을 이용하여 후륜의 좌측륜과 우측륜에 배분될 최종 토크값을 결정하는 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 토크배분단계에서,
   상기 기본 토크값에 상기 보상값을 더한 값을 상기 좌측륜과 우측륜 중 수직력이 큰 차륜에 배분될 최종 토크값으로 결정하고, 상기 기본 토크값에 보상값을 감한 값을 상기 좌측륜과 우측륜 중 수직력이 작은 차륜에 배분될 최종 토크값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 전후륜 수직력차는, 인텔리전트 타이어 시스템으로부터 입력받은 전륜의 좌측륜과 우측륜 수직력의 평균값과, 후륜의 좌측륜과 우측륜 수직력의 평균값의 차이인 것을 특징으로 하는 인텔리전트 타이어를 이용한 인휠 시스템 차량의 제어방법.
   

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