KR20150137209A - 자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것으로, 자동차의 속도를 측정하는 차속 센서, 상기 자동차의 요레이트를 측정하는 요레이트 센서; 상기 자동차의 조향각을 측정하는 조향각 센서 및 상기 차속 센서를 통해 측정된 속도 및 상기 요레이트 센서를 통해 측정된 요레이트에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 추정치를 산출하고, 상기 조향각 센서를 통해 측정된 조향각에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 전륜 휠 각도 추정치와 상기 전륜 휠 각도 계산치를 비교하여 상기 자동차의 불안정 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF JUDGEMENT FOR CAR UNSTABILITY}

본 발명은 자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요레이트 센서와 조향각 센서를 이용한 자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어 자동차에는 VDC(Vehicle Dynamic Control), ESP(Electronic Stability Program), SESC(Sensitive Electronic Stability Control), DSC (Dynamic Stability Control), TCS(Traction Control System), ABS(Anti-lock Brake System), EBD(Electronic Brake force Distribution) 등 차체자세제어가 가능한 전자제어 시스템이 적용되는 경우가 늘어나고 있다.

이러한 전자식 차체자세제어 시스템은 자동차가 슬립 등 불안정 상태가 되면 자동차의 엔진이나 브레이크 등을 제어하여 자동차의 스핀이나 언더스티어 등이 발생하는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

즉 전자식 차체자세제어 시스템은 자세제어를 수행함에 앞서 자동차의 불안정 상태 판단이 필수적으로 요구된다. 이러한 자동차의 불안정 상태 판단은 차체자세제어뿐만 아니라 자동차의 고장검출 등에도 사용되며, 일반적으로 자동차의 조향각, 횡가속도, 요레이트, 휠 속도, 차속, 종가속도, 롤레이트 등의 자동차 운행정보에 기반을 두어 자동차의 불안정 상태 판단이 이루어진다.

그런데 종래 자동차의 불안정 상태 판단 장치나 방법은 조향각, 횡가속도, 요레이트, 차속 등을 측정하기 위해 많은 종류의 센서가 필요하다는 문제점이 존재하였다.

한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2011-0125122호(2011.11.18.)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 자동차의 불안정 상태 판단 장치 또는 방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 한정된 종류의 센서를 사용하여 자동차의 불안정 상태의 판단이 가능한 자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 장치는 자동차의 속도를 측정하는 차속 센서; 상기 자동차의 요레이트를 측정하는 요레이트 센서; 상기 자동차의 조향각을 측정하는 조향각 센서; 및 상기 차속 센서를 통해 측정된 속도 및 상기 요레이트 센서를 통해 측정된 요레이트에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 추정치를 산출하고, 상기 조향각 센서를 통해 측정된 조향각에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 전륜 휠 각도 추정치와 상기 전륜 휠 각도 계산치를 비교하여 상기 자동차의 불안정 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 자동차의 불안정 상태 판단 시, 상기 제어부는 상기 전륜 휠 각도 추정치와 상기 전륜 휠 각도 계산치의 차이를 계산하여 불안정도를 산출하고, 상기 불안정도가 기준각도를 초과한 상태로 기준시간이 경과하면, 상기 자동차가 불안정 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 전륜 휠 각도 추정치는

에 해당하되, 상기 상수1은

에 해당하고, 상기 상수2는 휠베이스에 해당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 전륜 휠 각도 계산치 산출시, 상기 제어부는 상기 측정된 조향각에 기어비계수를 곱하여 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 방법은 제어부가 차속 센서를 통해 자동차의 속도를 측정하는 단계; 상기 제어부가 요레이트 센서를 통해 상기 자동차의 요레이트를 측정하는 단계; 상기 제어부가 조향각 센서를 통해 상기 자동차의 조향각을 측정하는 단계; 상기 제어부가 상기 자동차의 속도를 측정하는 단계에서 측정된 속도 및 상기 자동차의 요레이트를 측정하는 단계에서 측정된 요레이트에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 추정치를 산출하는 단계; 상기 제어부가 상기 자동차의 조향각을 측정하는 단계에서 측정된 조향각에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 추정치를 산출하는 단계에서 산출된 전륜 휠 각도 추정치 및 상기 계산치를 산출하는 단계에서 산출된 전륜 휠 각도 계산치에 근거하여 상기 자동차의 불안정 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 자동차의 불안정 상태를 판단하는 단계는, 상기 제어부가 상기 전륜 휠 각도 추정치와 상기 전륜 휠 각도 계산치의 차이를 계산하여 불안정도를 산출하는 단계; 및 상기 불안정도를 산출하는 단계에서 산출된 불안정도가 기준각도를 초과한 상태로 기준시간이 경과하면, 상기 제어부가 상기 자동차는 불안정 상태인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 추정치를 산출하는 단계에서, 상기 전륜 휠 각도 추정치는

에 해당하되, 상기 상수1은

에 해당하고, 상기 상수2는 휠베이스에 해당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 계산치를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 측정된 조향각에 기어비계수를 곱하여 상기 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법은 차속 센서, 요레이트 센서 및 조향각 센서를 이용한 전륜 휠 각도의 추정 및 계산을 통해 자동차의 불안정 상태 판단이 가능하도록 함으로써 자동차의 불안정 상태 판단 시 사용되는 센서의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법의 일 실시예를 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 장치는 제어부(100), 차속 센서(110), 요레이트 센서(120), 조향각 센서(130)를 포함한다.

차속 센서(110)는 자동차의 속도를 측정한다. 차속 센서는 트랜스미션 출력측의 회전을 검출하여 자동차의 속도를 측정할 수 있다. 차속 센서(110)는 자동차의 속도를 주기적으로 측정하거나, 제어부(100)의 제어에 따라 비주기적으로 측정할 수 있다. 또한, 제어부(100)는 필요시에만 자동차의 속도를 측정하도록 차속 센서(110)를 제어할 수도 있다.

요레이트 센서(120)는 자동차의 요레이트를 측정한다. 자동차의 요레이트는 요 각속도라고도 하며, 자동차의 중심을 기준으로 하는 수직선 주위에 회전각(요각)이 변하는 속도를 말한다. 요레이트 센서(120)는 자동차의 요레이트를 주기적으로 측정하거나, 제어부(100)의 제어에 따라 비주기적으로 측정할 수 있다. 또한, 제어부(100)는 필요시에만 자동차의 요레이트를 측정하도록 요레이트 센서(120)를 제어할 수도 있다.

조향각 센서(130)는 자동차의 조향각을 측정한다. 조향각은 운전자에 의해 스티어링 휠이 조향된 각도를 말한다. 조향각 센서(130)는 광센서(optical sensor)를 채용하여 조향각을 측정할 수 있다. 예를 들어 스티어링 휠과 함께 회전하는 토션바에 수광부를 부설하고, 고정된 지점에 발광부를 부설하여 스티어링 휠의 조향각을 측정할 수 있다. 다만 본 실시예는 이에 한정되지 않고 조향각을 측정할 수 있는 다양한 방법이 채용될 수 있다. 조향각 센서(130)는 자동차의 조향각을 주기적으로 측정하거나, 제어부(100)의 제어에 따라 비주기적으로 측정할 수 있다. 또한, 제어부(100)는 필요시에만 자동차의 조향각을 측정하도록 조향각 센서(130)를 제어할 수도 있다.

제어부(100)는 차속 센서(110)를 통해 측정된 속도 및 요레이트 센서(120)를 통해 측정된 요레이트에 근거하여 자동차의 전륜 휠 각도 추정치를 산출한다.

자동차의 전륜 휠 각도 추정치는 자동차 동역학을 바탕으로 요레이트를 이용하여 자동차 전륜 휠 각도를 추정한 값이다. 예를 들어 제어부(100)는 다음의 수학식 1과 같은 자동차 동역학 식을 바탕으로 자동차의 전륜 휠 각도 추정치를 산출할 수 있다.

상기 수학식 1은 자동차의 속도 및 전륜 휠 각도와 자동차의 요레이트 사이의 관계를 나타낸 자동차 동역학 식으로, 여기서 g는 중력가속도, WB는 휠베이스로 자동차의 전륜에서 후륜까지의 거리를 의미하고,

는 언더스티어 계수로 자동차의 특성에 따라 정해지는 상수값에 해당한다.

따라서 제어부(100)는 다음의 수학식 2와 같은 계산을 통해 자동차의 전륜 휠 각도의 추정치를 산출할 수 있다.

즉, 여기서 상수1은

에 해당하고, 상수2는 WB에 해당한다.

또한 제어부(100)는 조향각 센서(130)를 통해 측정된 조향각에 근거하여 자동차의 전륜 휠 각도 계산치를 산출한다.

자동차의 전륜 휠 각도 계산치는 자동차의 설계사양을 바탕으로 조향각을 이용하여 자동차의 전륜 휠 각도를 계산한 값이다.

예를 들어 제어부(100)는 조향각에 기어비계수를 곱하여 전륜 휠 각도 계산치를 산출할 수 있다. 여기서 기어비계수는 조향각과 자동차의 전륜 휠 각도 사이의 비율을 의미한다. 일반적인 승용차의 기어비계수는 1/17정도이며, 자동차의 설계조건에 따라 다양한 값을 가질 수 있다.

또한 제어부(100)는 자동차의 조향각과 전륜 휠 각도 간의 대응관계에 대한 정보를 룩업테이블의 형태로 저장하여 전륜 휠 각도 계산치를 산출할 수도 있다. 이러한 경우 제어부(100)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시(Flash) 메모리 등 정보를 저장할 수 있는 다양한 저장매체를 포함할 수 있다.

제어부(100)는 전륜 휠 각도 추정치와 전륜 휠 각도 계산치를 비교하여 자동차의 불안정 상태를 판단한다.

자동차가 슬립이나 스핀상태 등 불안정 상태가 되면, 자동차 트랜스미션 출력측의 회전에 따른 속도와 자동차의 실제 속도 간에 차이가 발생하거나, 요레이트가 급격히 증가할 수 있다. 이러한 경우에는 상기 수학식1과 같은 자동차 동역학 식으로 자동차의 움직임을 표현할 수 없다. 따라서 자동차가 불안정 상태인 경우에는 전륜 휠 각도 추정치와 전륜 휠 각도 계산치 사이에 차이가 발생하게 되므로, 제어부(100)는 전륜 휠 각도 추정치와 전륜 휠 각도 계산치를 비교하여 자동차의 불안정 상태를 판단할 수 있다.

이때 제어부(100)는 다음의 수학식 3과 같은 계산을 통해 불안정도를 산출하고 이를 기반으로 자동차의 불안정 상태를 판단할 수도 있다.

제어부(100)는 전륜 휠 각도 추정치와 전륜 휠 각도 계산치의 차이를 계산하여 불안정도를 산출하고, 산출된 불안정도가 기준각도를 초과한 상태로 기준시간이 경과하면, 자동차가 불안정 상태인 것으로 판단한다. 여기서 기준각도와 기준시간은 기본적으로 미리 설정되어 있으나, 자동차의 설계에 따라 다양한 값을 가질 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 불안정도가 1도를 초과한 상태로 1초가 경과하면, 자동차가 불안정 상태인 것으로 판단하도록 설계될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도2에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 차속 센서(110)를 통해 자동차의 속도를 측정하고(S200), 요레이트 센서(120)를 통해 자동차의 요레이트를 측정하며(S210), 조향각 센서(130)를 통해 자동차의 조향각을 측정한다(S220).

이어서 제어부(100)는 상기 단계(S200)에서 측정된 속도 및 상기 단계(S210)에서 측정된 요레이트에 근거하여 자동차의 전륜 휠 각도 추정치를 산출한다(S230).

상기 단계(S230) 이후, 제어부(100)는 상기 단계(S220)에서 측정된 조향각에 근거하여 자동차의 전륜 휠 각도 계산치를 산출한다(S240).

이어서 제어부(100)는 상기 단계(S230)에서 산출된 전륜 휠 각도 추정치 및 상기 단계(S240)에서 산출된 전륜 휠 각도 계산치의 차이를 계산하여 불안정도를 산출한다(S250).

상기 단계(S250) 이후, 제어부(100)는 상기 단계(S250)에서 산출된 불안정도가 기준각도를 초과하는지 확인한다(S260).

상기 단계(S260)의 확인결과, 불안정도가 기준각도를 초과한다면, 제어부(100)는 불안정도가 기준각도를 초과한 상태로 기준시간이 경과하였는지 판단한다(S270). 반면, 상기 단계(S260)의 확인결과, 불안정도가 기준각도를 초과하지 않았다면, 제어부(100)는 상기 단계(S200), 단계(S210) 및 단계(S220)로 회귀하여 속도, 요레이트, 조향각 측정부터 다시 반복한다.

한편 상기 단계(S270)의 판단결과, 불안정도가 기준각도를 초과한 상태로 기준시간이 경과하였다면, 제어부(100)는 자동차가 불안정 상태인 것으로 판단한다(S280). 반면 상기 단계(S270)의 판단결과, 불안정도가 기준각도를 초과한 상태로 기준시간이 경과하지 않았다면 상기 단계(S200), 단계(S210) 및 단계(S220)로 회귀하여 속도, 요레이트, 조향각 측정부터 다시 반복하여 기준시간이 경과하는지 판단한다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 불안정 상태 판단 장치 및 방법은 차속 센서, 요레이트 센서 및 조향각 센서를 사용하여 자동차의 불안정 상태 판단이 가능하도록 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 제어부
110: 차속 센서
120: 요레이트 센서
130: 조향각 센서

Claims (8)

1. 자동차의 속도를 측정하는 차속 센서;
   상기 자동차의 요레이트를 측정하는 요레이트 센서;
   상기 자동차의 조향각을 측정하는 조향각 센서; 및
   상기 차속 센서를 통해 측정된 속도 및 상기 요레이트 센서를 통해 측정된 요레이트에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 추정치를 산출하고, 상기 조향각 센서를 통해 측정된 조향각에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 전륜 휠 각도 추정치와 상기 전륜 휠 각도 계산치를 비교하여 상기 자동차의 불안정 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 불안정 상태 판단 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 자동차의 불안정 상태 판단 시, 상기 제어부는 상기 전륜 휠 각도 추정치와 상기 전륜 휠 각도 계산치의 차이를 계산하여 불안정도를 산출하고, 상기 불안정도가 기준각도를 초과한 상태로 기준시간이 경과하면, 상기 자동차가 불안정 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 불안정 상태 판단 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전륜 휠 각도 추정치는

   

   에 해당하되,
   상기 상수1은

   

   에 해당하고, 상기 상수2는 휠베이스에 해당하는 것을 특징으로 하는 자동차의 불안정 상태 판단 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 전륜 휠 각도 계산치 산출시, 상기 제어부는 상기 측정된 조향각에 기어비계수를 곱하여 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 것을 특징으로 하는 자동차의 불안정 상태 판단 장치.
   
5. 제어부가 차속 센서를 통해 자동차의 속도를 측정하는 단계;
   상기 제어부가 요레이트 센서를 통해 상기 자동차의 요레이트를 측정하는 단계;
   상기 제어부가 조향각 센서를 통해 상기 자동차의 조향각을 측정하는 단계;
   상기 제어부가 상기 자동차의 속도를 측정하는 단계에서 측정된 속도 및 상기 자동차의 요레이트를 측정하는 단계에서 측정된 요레이트에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 추정치를 산출하는 단계;
   상기 제어부가 상기 자동차의 조향각을 측정하는 단계에서 측정된 조향각에 근거하여 상기 자동차의 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 추정치를 산출하는 단계에서 산출된 전륜 휠 각도 추정치 및 상기 계산치를 산출하는 단계에서 산출된 전륜 휠 각도 계산치에 근거하여 상기 자동차의 불안정 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 불안정 상태 판단 방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 자동차의 불안정 상태를 판단하는 단계는,
   상기 제어부가 상기 전륜 휠 각도 추정치와 상기 전륜 휠 각도 계산치의 차이를 계산하여 불안정도를 산출하는 단계; 및
   상기 불안정도를 산출하는 단계에서 산출된 불안정도가 기준각도를 초과한 상태로 기준시간이 경과하면, 상기 제어부가 상기 자동차는 불안정 상태인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 불안정 상태 판단 방법.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 추정치를 산출하는 단계에서,
   상기 전륜 휠 각도 추정치는

   

   에 해당하되,
   상기 상수1은 에 해당하고, 상기 상수2는 휠베이스에 해당하는 것을 특징으로 하는 자동차의 불안정 상태 판단 방법.
   
8. 제 5항에 있어서,
   상기 계산치를 산출하는 단계에서,
   상기 제어부는 상기 측정된 조향각에 기어비계수를 곱하여 상기 전륜 휠 각도 계산치를 산출하는 것을 특징으로 하는 자동차의 불안정 상태 판단 방법.

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