KR20190066676A - 차량용 후륜 조향 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 언더스티어 또는 오버스티어 발생시, 피드백 제어에 의한 언더스티어 및 오버스티어 제어효과를 증대시켜 차량의 안정성을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는 피드포워드와 피드백제어가 같이 작동하는 후륜 조향시스템이 적용된 차량에서 언더스티어나 오버스티어가 발생하는 경우, 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량의 상쇄현상을 억제함으로써, 피드백 제어에 의한 언더스티어 및 오버스티어 제어효과를 증대시켜 차량의 안정성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향 제어방법이 소개된다.

Description

차량용 후륜 조향 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING REAR WHEEL STEERING OF VEHICLE}

본 발명은 언더스티어 또는 오버스티어 발생시, 피드백 제어에 의한 언더스티어 및 오버스티어 제어효과를 증대시켜 차량의 안정성을 향상시키는 차량용 후륜 조향 제어방법에 관한 것이다.

차량이 고속으로 주행하는 경우에는 조향각이 작아도 되지만, 주차시 또는 급커브를 저속으로 선회하는 경우에는 조향각이 상대적으로 커야 한다.

다만, 전륜과 함께 후륜을 조향시키는 4륜 조향(4-wheel steering : 4WS)방식의 경우, 2륜 조향(2-wheel steering : 2WS)방식에 비해 회전반경을 작게 할 수 있음은 물론, 선회 안정성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

예컨대, 4륜 조향 방식의 경우, 저속에서는 후륜 조향각을 전륜 조향각에 대해 반대방향인 역위상으로 제어함으로써 회전반경을 축소시키게 되고, 또한 고속에서는 후륜 조향각을 전륜 조향각과 같은 방향인 동위상으로 제어함으로써 주행 안정성을 향상시키게 된다.

즉, 후륜 조향각 제어를 위해 유압장치나 모터 및 감속기를 장착함으로써, 차량의 주행 상황에 따라 차량의 후륜을 적절히 조향하게 되고, 이에 차량의 주행성능을 향상시키게 되는 것이다.

한편, 차량이 언더스티어나 오버스티어 상황시, 피드포워드 제어에 의한 후륜 조향량과 요레이트 피드백 제어에 의한 후륜 조향량이 서로 상쇄되는 방향으로 제어되는 문제가 있다.

예컨대, 전륜에 따라 후륜이 동위상으로 제어되는 고속 주행 상황에서, 언더스티어가 발생하면 운전자는 원하는 주행궤적을 추종하기 위해서 조향을 더 크게 하고, 이에 따라 피드포워드 제어명령은 후륜 동상제어량을 더 증대하게 된다.

그런데, 이 경우 요레이트 피드백 제어는 언더스티어를 줄이기 위해 동상제어를 축소하는 방향으로 제어하게 됨으로써, 피드포워드 제어명령과 피드백 제어명령이 서로 상쇄되는 방향이 제어되는바, 전체적인 제어효과가 감소가 되는 문제가 발생하게 된다. 이는 오버스티어 상황에서도 동일한 문제가 발생하게 된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2008-0019786 A

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 언더스티어 또는 오버스티어 발생시, 피드백 제어에 의한 언더스티어 및 오버스티어 제어효과를 증대시켜 차량의 안정성을 향상시키는 차량용 후륜 조향 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 컨트롤러가 후륜의 동위상 제어가 이루어지는 일정 차속 이상에서, 차속 및 전륜 조향값에 따른 피드포워드 후륜조향량을 연산하는 단계; 컨트롤러가 현재 차량이 언더스티어 또는 오버스티어 상태로 판단시, 이를 뉴트럴스티어로 조정하기 위해 필요한 피드백 후륜조향량을 연산하는 단계; 컨트롤러가 상기 언더스티어 또는 오버스티어 상태에 따라 피드포워드 후륜조향량을 뉴트럴스티어로 조정하기 위한 방향으로 증가 또는 감소하여 보정하는 단계; 및 컨트롤러가 상기 보정된 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량을 더하여 연산된 최종 후륜조향제어량에 의해 후륜을 조향 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 피드백 후륜조향량은 차속 및 전륜 조향값에 의해 결정된 목표 요레이트와 실제 요레이트와의 차이에 의해 연산 및 결정될 수 있다.

상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 큰 경우 피드백 후륜조향량을 감소하여 뉴트럴스티어로 제어하고; 상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 작은 경우 피드백 후륜조향량을 증대하여 뉴트럴스티어로 제어할 수 있다.

상기 언더스티어 또는 오버스티어 상황과 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인을 결정하고; 상기 결정된 조정게인을 피드포워드 후륜조향량에 곱하여 피드포워드 후륜조향량을 보정할 수 있다.

상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 큰 언더스티어의 경우 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인이 반비례하도록 결정하고; 상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 작은 오버스티어의 경우 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인이 비례하도록 결정할 수 있다.

여기서, a < 언더스티어 조정게인 < 1 이고, 1 < 오버스티어 조정게인 < b 임.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 피드포워드와 피드백제어가 같이 작동하는 후륜 조향시스템이 적용된 차량에서 언더스티어나 오버스티어가 발생하는 경우, 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량의 상쇄현상을 억제함으로써, 피드백 제어에 의한 언더스티어 및 오버스티어 제어효과를 증대시켜 차량의 안정성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 후륜 동위상 제어시 언더스티어 및 오버스티어에 따른 차량의 주행 경로를 예시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 컨트롤러에 의해 후륜 조향을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에서 언더스티어 상황의 경우 피드포워드 및 피드백 후륜조향량 및 최종 후륜조향제어량을 예시하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에서 오버스티어 상황의 경우 피드포워드 및 피드백 후륜조향량 및 최종 후륜조향제어량을 예시하여 나타낸 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 차량용 후륜 조향 제어방법은, 먼저 컨트롤러(C)가 후륜의 동위상 제어가 이루어지는 일정 차속 이상에서, 차속 및 전륜 조향값에 따른 피드포워드 후륜조향량을 연산할 수 있다. 여기서, 상기 컨트롤러(C)는 후륜에 조향력을 제공하기 위한 후륜조향 액추에이터의 작동을 제어하는 ECU일 수 있다.

예컨대, 차속과, 조향각 또는 조향각속도를 입력받고, 입력된 전륜의 조향방향 및 조향각에 따라 후륜이 동위상 제어되도록 피드포워드 후륜조향량을 연산하게 된다.

그리고, 컨트롤러(C)가 현재 차량이 언더스티어 또는 오버스티어 상태로 판단시, 이를 뉴트럴스티어로 조정하기 위해 필요한 피드백 후륜조향량을 연산할 수 있다.

즉, 언더스티어 상황은 스티어링휠을 회전한 각도보다 차량이 덜 회전한 경우로서, 차량의 회전각도를 증가시킬 수 있도록 후륜의 동위상 조향량을 줄이는 방향으로 피드백 후륜조향량을 연산하게 된다.

그리고, 오버스티어 상황은 스티어링휠을 회전한 각도보다 차량이 더 회전한 경우로서, 차량이 회전각도를 감소시킬 수 있도록 후륜의 동위상 조향량을 늘리는 방향으로 피드백 후륜조향량을 연산하게 된다.

또한, 컨트롤러(C)가 상기 언더스티어 또는 오버스티어 상태에 따라 피드포워드 후륜조향량을 뉴트럴스티어로 조정하기 위한 방향으로 증가 또는 감소하여 보정할 수 있다.

예컨대, 언더스티어 상황의 경우, 차량의 회전이 부족하여 운전자가 차량을 더 회전하게 되는바, 피드포워드 후륜조향량이 더 커지게 되는데, 이 경우 피드백 후륜조향량은 오히려 감소하게 됨으로써, 피드포워드 후륜조향량을 감소하는 방향으로 보정하여 피드포워드 후륜조향량에 의해 피드백 후륜조향량이 상쇄되는 것을 방지하게 된다.

그리고, 오버스티어 상황의 경우, 차량의 회전이 과도하여 운전자가 차량을 덜 회전하게 되는바, 피드포워드 후륜조향량이 더 작아지게 되는데, 이 경우 피드백 후륜조향량은 오히려 증가하게 됨으로써, 피드포워드 후륜조향량을 증가하는 방향으로 보정하여 피드포워드 후륜조향량에 의해 피드백 후륜조향량이 상쇄되는 것을 방지하게 된다.

그리고, 컨트롤러(C)가 상기 보정된 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량을 더해 최종 후륜조향제어량을 결정하여 후륜을 조향 제어할 수 있다.

예컨대, 상기 최종 후륜조향제어량에 따라 후륜 조향액추에이터의 작동을 제어하여 차량의 후륜을 최종 후륜조향제어량에 맞추어 동위상 제어할 수 있다.

즉, 상기한 구성에 따라, 피드포워드와 피드백제어가 같이 작동하는 후륜 조향시스템이 적용된 차량에서 언더스티어나 오버스티어가 발생하는 경우, 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량의 상쇄현상을 억제함으로써, 피드백 제어에 의한 언더스티어 및 오버스티어 제어효과를 증대시켜 차량의 안정성을 향상시키게 된다.

한편, 상기 피드백 후륜조향량은 차속 및 전륜 조향값에 의해 결정된 목표 요레이트와 실제 요레이트와의 차이에 의해 연산 및 결정될 수 있다.

구체적으로, 상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 큰 경우 언더스티어 상황으로 판단할 수 있는바, 피드백 후륜조향량을 감소하여 상기 언더스티어 상태를 뉴트럴스티어 경향이 되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 작은 경우 오버스티어 상황으로 판단할 수 있는바, 피드백 후륜조향량을 증대하여 상기 오버스티어 상태를 뉴트럴스티어 경향이 되도록 제어할 수 있다.

여기서, 상기 요레이트 신호와 함께 횡가속도/횡슬립각 신호를 추가적으로 입력받아 차량의 주행상황을 판단할 수 있다.

더불어, 상기 피드포워드 후륜조향량을 보정하기 위해, 상기 언더스티어 또는 오버스티어 상황과 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인을 결정할 수 있다.

이에, 상기 결정된 조정게인을 피드포워드 후륜조향량에 곱하여 피드포워드 후륜조향량을 보정할 수 있다. 다른 예시로서, 언더스티어/오버스티어 상태값을 피드포워드 후륜조향량에 직접 곱하여 피드포워드 후륜조향량을 보정할 수도 있다.

구체적으로, 상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 큰 언더스티어의 경우 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인이 반비례하도록 결정할 수 있다. 여기서, 상기 언더스티어 조정게인은 아래의 범위 내에서 결정될 수 있다.

a < 언더스티어 조정게인 < 1

즉, 피드백 후륜조향량이 클수록 언더스티어 조정게인을 1보다 작은 a에 가깝게 결정하고, 피드백 후륜조향량이 작을수록 언더스티어 조정게인을 1에 가깝게 결정하며, 이에 상기 결정된 언더스티어 조정게인을 피드포워드 후륜조향량에 곱하여 보정할 수 있다.

그리고, 상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 작은 오버스티어의 경우 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인이 비례하도록 결정할 수 있다. 여기서, 상기 오버스티어 조정게인은 아래의 범위 내에서 결정될 수 있다.

1 < 오버스티어 조정게인 < b

즉, 피드백 후륜조향량이 클수록 오버스티어 조정게인을 1보다 큰 b에 가깝게 결정하고, 피드백 후륜조향량이 작을수록 오버스티어 조정게인을 1에 가깝게 결정하며, 이에 상기 결정된 오버스티어 조정게인을 피드포워드 후륜조향량에 곱하여 피드포워드 후륜조향량을 보정할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 후륜 조향 제어 흐름에 대해 설명하기로 한다.

<언더스티어 상황>

도 3은 언더스티어 상황의 경우 제1,2후륜조향제어량 및 최종 후륜조향제어량을 예시한 것으로, 언더스티어 상황에서는 차량의 회전이 부족하여 운전자가 스티어링휠을 더 회전시켜 (a)와 같이 전륜 조향각이 커지게 된다.

그러면, (b)와 같이 전륜 조향각이 증가함에 따라 후륜 동위상 제어량도 함께 증가하게 되면서 피드포워드 후륜조향량이 증가하게 된다.

그런데, 이처럼 피드포워드 후륜조향량이 증가하게 되면, 오히려 언더스티어 경향이 더욱 증대됨으로써, (c)와 같이 언더스티어 현상을 방지하기 위해 후륜 동위상 제어량을 줄이는 방향으로 피드백 후륜조향량이 연산된다.

다만, 이 경우 피드포워드 후륜조향량이 증가하는 상황에서 피드백 후륜조향량은 줄어들게 됨으로써, (b)와 같이 피드포워드 후륜조향량에 언더스티어 조정게인을 곱하여 피드포워드 후륜조향량을 감소시키게 된다.

따라서, (d)와 같이 피드포워드 후륜조향량에 의해 피드백 후륜조향량이 상쇄되는 것을 방지하게 되는바, 감소 보정된 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량을 더한 최종 후륜조향제어량이 저감되고, 이에 피드백제어에 의한 언더스티어 저감효과를 증대시킬 수 있게 된다.

<오버스티어 상황>

도 4는 오버스티어 상황의 경우 제1,2후륜조향제어량 및 최종 후륜조향제어량을 예시한 것으로, 언더스티어 상황에서는 차량의 회전이 과도하여 운전자가 스티어링휠을 덜 회전시켜 (a)와 같이 전륜 조향각이 작아지게 된다.

그러면, (b)와 같이 전륜 조향각이 감소함에 따라 후륜 동위상 제어량도 함께 감소하게 되면서 피드포워드 후륜조향량이 감소하게 된다.

그런데, 이처럼 피드포워드 후륜조향량이 감소하게 되면, 오히려 오버스티어 경향이 더욱 증대됨으로써, (c)와 같이 오버스티어 현상을 방지하기 위해 후륜 동위상 제어량을 증가하는 방향으로 피드백 후륜조향량이 연산된다.

다만, 이 경우 피드포워드 후륜조향량이 감소하는 상황에서 피드백 후륜조향량은 증가하게 됨으로써, (b)와 같이 피드포워드 후륜조향량에 오버스티어 조정게인을 곱하여 피드포워드 후륜조향량을 증가시키게 된다.

따라서, (d)와 같이 피드포워드 후륜조향량에 의해 피드백 후륜조향량이 상쇄되는 것을 방지하게 되는바, 증대 보정된 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량을 더한 최종 후륜조향제어량이 증가하고, 이에 피드백제어에 의한 오버스티어 저감효과를 증대시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 피드포워드와 피드백제어가 같이 작동하는 후륜 조향시스템이 적용된 차량에서 언더스티어나 오버스티어가 발생하는 경우, 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량의 상쇄현상을 억제함으로써, 피드백 제어에 의한 언더스티어 및 오버스티어 제어효과를 증대시켜 차량의 안정성을 향상시키게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

C : 컨트롤러

Claims (5)

1. 컨트롤러가 후륜의 동위상 제어가 이루어지는 일정 차속 이상에서, 차속 및 전륜 조향값에 따른 피드포워드 후륜조향량을 연산하는 단계;
   컨트롤러가 현재 차량이 언더스티어 또는 오버스티어 상태로 판단시, 이를 뉴트럴스티어로 조정하기 위해 필요한 피드백 후륜조향량을 연산하는 단계;
   컨트롤러가 상기 언더스티어 또는 오버스티어 상태에 따라 피드포워드 후륜조향량을 뉴트럴스티어로 조정하기 위한 방향으로 증가 또는 감소하여 보정하는 단계; 및
   컨트롤러가 상기 보정된 피드포워드 후륜조향량과 피드백 후륜조향량을 더하여 연산된 최종 후륜조향제어량에 의해 후륜을 조향 제어하는 단계;를 포함하는 차량용 후륜 조향 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 피드백 후륜조향량은 차속 및 전륜 조향값에 의해 결정된 목표 요레이트와 실제 요레이트와의 차이에 의해 연산 및 결정되는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향 제어방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 큰 경우 피드백 후륜조향량을 감소하여 뉴트럴스티어로 제어하고;
   상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 작은 경우 피드백 후륜조향량을 증대하여 뉴트럴스티어로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향 제어방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 언더스티어 또는 오버스티어 상황과 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인을 결정하고;
   상기 결정된 조정게인을 피드포워드 후륜조향량에 곱하여 피드포워드 후륜조향량을 보정하는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향 제어방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 큰 언더스티어의 경우 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인이 반비례하도록 결정하고;
   상기 목표 요레이트 절대값과 실제 요레이트 절대값의 차이가 0보다 작은 오버스티어의 경우 피드백 후륜조향량에 따라 조정게인이 비례하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 조향 제어방법.
   여기서, a < 언더스티어 조정게인 < 1 이고,
   1 < 오버스티어 조정게인 < b 임.

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