KR20220037538A - 차량의 선회 운동 향상 장치 및 방법 - Google Patents

차량의 선회 운동 향상 장치 및 방법 Download PDF

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황성욱
김승기
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박재일
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트의 구현이 전동모터의 제동토크나 구동토크에 의해 직접적으로 발생되는 요모멘트뿐만 아니라, 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어함으로써 야기되는 하중 이동으로 인하여 간접적으로 발생되는 요모멘트에 의해서도 보강될 수 있게 함으로써, 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)의 협조제어에 의해 선회안정성을 향상시키고, 피치/롤 거동을 최적화하여 거동 안정성을 향상시킬 수 있게 한 차량의 선회 운동 향상 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

차량의 선회 운동 향상 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING MOTION PERFORMANCE OF TURNING VEHICLE}
본 발명은 선회 운동하는 차량의 운동 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
전동모터의 구동력에 의해 주행하는 전동차량에서는 전륜모터와 후륜모터에 구동력을 적절히 배분하여 주행상황별로 모터 및 인버터 효율을 최대화함으로써 주행거리를 증대시킬 수 있게 함이 일반적이다.
그러나, 종래의 전동차량에서는 운전자나 자율주행에 의한 조향장치의 조작으로 야기되는 핸들링 상황, 즉 선회 운동시의 상황이 충분히 고려되지 않은 상태에서 전륜모터와 후륜모터의 제어량이 결정되므로 차량 주행 중의 선회 응답성이 그다지 좋지 못한 문제점이 있었다.
그로 인하여, 차량이 코너를 도는 선회 운동 중 차체가 지나치게 많이 돌아가서 회전반경이 작아지는 오버스티어(OS: oversteer) 현상이나, 차량이 핸들링시에 의도하였던 목표 라인보다 바깥쪽으로 벗어나서 회전반경이 커지는 언더스티어(US: understeer) 현상에 적절히 대처하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 차량에는 전자제어현가장치(ECS: Electronic Controlled Suspension)가 구비되어 주행 중 차량이 겪게 되는 노면 입력이나 차속에 따른 댐핑 제어를 적절히 수행함으로써 주행 중 승차감을 향상시킬 수 있게 한다.
그러나, 종래의 전동차량에 구비되어 있던 전자현가시스템(ECS)에서는 전륜모터와 후륜모터의 제어와 무관하게 승차감 향상에 치우친 댐핑 제어가 이루어짐으로써 선회성능의 최적화에 적절히 기여하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예는, 차량의 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트의 구현이 전동모터의 제동토크나 구동토크에 의해 직접적으로 발생되는 요모멘트뿐만 아니라, 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어함으로써 야기되는 하중 이동으로 인하여 간접적으로 발생되는 요모멘트에 의해서도 보강될 수 있게 함으로써, 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)의 협조제어에 의해 선회안정성을 향상시키고, 피치/롤 거동을 최적화하여 거동 안정성을 향상시킬 수 있게 한 차량의 선회 운동 향상 장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 장치는, 차량의 주행상황을 파악하기 위한 정보를 토대로 차량의 선회특성이 언더스티어(US: understeer) 상태인지 또는 오버스티어(OS: oversteer) 상태인지 여부를 판단하는 선회특성 판단모듈; 차량의 선회특성을 개선하기 위해 요구되는 목표 요모멘트를 산출하고, 산출된 목표 요모멘트를 구현하기 위한 모터 제어량을 산출하여 전동모터의 제동 또는 구동여부를 제어하는 선회특성 개선모듈; 및 상기 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있는 차량의 하중 이동을 야기하도록 전자제어현가장치(ECS: Electronic Controlled Suspension)의 댐핑력을 제어하는 협조제어모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 선회특성 개선모듈은, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 구현하기 위해 차량의 전동모터에서 제동토크가 발생되도록 제어하는 US 개선 제어부; 및 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 구현하기 위해 차량의 전동모터에서 구동토크가 발생되도록 제어하는 OS 개선 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 선회특성 개선모듈은, 차량의 선회특성을 개선하기 위해 선회운동 중인 차량에서 구현하고자 하는 목표 요모멘트를 연산하는 목표 요모멘트 산출부; 및 상기 목표 요모멘트를 구현하기 위해 필요한 모터토크의 생성을 위하여 전동모터에 인가되어야 하는 모터 제어량을 결정하는 모터 제어량 결정부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 목표 요모멘트 산출부는, 바이시클 모델(Bicycle Model)을 기반으로 차량의 선회특성 개선을 위해 필요한 목표 요모멘트를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 목표 요모멘트 산출부는, 바이시클 모델(Bicycle Model)을 기반으로 하면서, 슬라이딩 모드 제어(SMC: Sliding Mode Control)를 이용하여 정의되는 슬라이딩 평면(Sliding Surface)을 요레이트 에러 평면으로 정의하여 목표 요레이트를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 협조제어모듈은, 선회운동 중인 차량의 전륜쪽 또는 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 선회특성 개선을 위한 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 선회안정화 협조제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 선회안정화 협조제어부는, 차량의 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 선회안정화 협조제어부는, 차량의 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 협조제어모듈은, 선회특성 개선을 위해 전동모터에서 생성되는 제동토크 또는 구동토크로 인하여 부수적으로 발생하게 되는 차량의 피치/롤 거동을 안정화시키기 위해 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)를 추가적으로 제어하는 거동안정화 협조제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 거동안정화 협조제어부는, 둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 구동모터에 구동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 거동안정화 협조제어부는, 둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 제동모터에 제동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 될 수 있도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 방법은, 차량의 주행상황을 파악하기 위한 정보를 토대로 차량의 선회특성이 언더스티어(US: understeer) 상태인지 또는 오버스티어(OS: oversteer) 상태인지 여부를 판단하는 선회특성 판단단계; 차량의 선회특성을 개선하기 위해 요구되는 목표 요모멘트를 산출하고, 산출된 목표 요모멘트를 구현하기 위해 전동모터의 제동 또는 구동 여부를 제어하는 선회특성 개선단계; 및 상기 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있는 차량의 하중 이동을 야기하도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 협조제어단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 선회특성 개선단계는, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 생성하기 위해 차량의 전동모터에서 제동토크가 발생되도록 제어하는 US 개선모드 실행과정; 및 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 생성하기 위해 차량의 전동모터에서 구동토크가 발생되도록 제어하는 OS 개선모드 실행과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 선회특성 개선단계는, 차량의 선회특성을 개선하기 위해 선회운동 중인 차량에서 구현하고자 하는 목표 요모멘트를 연산하는 목표 요모멘트 산출과정; 및 상기 목표 요모멘트를 구현하기 위해 필요한 모터토크의 생성을 위하여 전동모터에 인가되어야 하는 모터 제어량을 결정하는 모터 제어량 결정과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 협조제어단계는, 선회운동 중인 차량의 전륜쪽 또는 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 선회특성 개선을 위한 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 선회안정화 협조제어과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 선회안정화 협조제어과정은, 차량의 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 선회안정화 협조제어과정은, 차량의 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 협조제어단계는, 선회특성 개선을 위해 전동모터에서 생성되는 제동토크 또는 구동토크로 인하여 부수적으로 발생하게 되는 차량의 피치/롤 거동을 안정화시키기 위해 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)를 추가적으로 제어하는 거동안정화 협조제어과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 거동안정화 협조제어과정은, 둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 구동모터에 구동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 거동안정화 협조제어과정은, 둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 제동모터에 제동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어할 수 있다.
본 발명은 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)의 협조제어에 의하여 선회특성을 개선할 수 있게 함으로써, 전동모터에서 발생되는 제동토크 또는 구동토크의 한계치를 벗어나는 정도까지 요모멘트 구현이 가능하게 되어 선회운동시 차량의 민첩성과 선회안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 선회특성 개선을 위한 목표 요레이트를 구현하기 위해 전동모터에 과도한 제동토크 또는 구동토크가 가해지는 것을 방지할 수 있으므로, 선회운동 중 운전자가 느끼는 이질감을 최소화하여 주행안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 장치의 전체 개요도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 장치의 상세 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 차량 상태를 판단하여 US 및 OS 지수를 도출하는 것을 나타내는 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 차량 상태에 따른 협조제어 모드가 결정되는 것을 나타내는 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 2WD 전동차량에서 단일의 전동모터를 이용하여 선회 운동을 개선시키는 제어가 수행되는 것을 나타내는 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 4WD 전동차량에서 전륜모터와 후륜모터 각각을 이용하여 선회 운동을 개선시키는 제어가 수행되는 것을 나타내는 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 타이어에 작용하는 힘을 나타내는 차량 동역학 모델의 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 타이어 구동력(Fx)이 도출되는 것을 나타내는 예시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 전동모터의 제어와 ECS 협조제어에 의해 US 현상을 개선시키는 것을 나타내는 모식도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 전동모터의 제어와 ECS 협조제어에 의해 OS 현상을 개선시키는 것을 나타내는 모식도.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 의해 피치/롤 거동 제어가 수행되는 제어 타이밍을 나타내는 예시도.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 의해 피치/롤 거동을 안정화시키는 것을 나타내는 개념도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 모터에 인가되는 모터 제어량이 보정되는 것을 나타내는 예시도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 전동모터의 제어와 ECS 협조제어에 의해 4WD 전동차량에서 피치/롤 거동 제어가 수행되는 것을 나타내는 예시도.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 전동모터의 제어와 ECS 협조제어에 의해 2WD 전동차량에서 피치/롤 거동 제어가 수행되는 것을 나타내는 예시도.
도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 방법의 구성도.
도 17은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 2WD 전동차량에서 선회 운동 향상을 위한 전동모터 제어와 ECS 협조제어가 수행되는 과정을 나타내는 흐름도.
도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 4WD 전동차량에서 선회 운동 향상을 위한 전동모터 제어와 ECS 협조제어가 수행되는 과정을 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나
과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 18을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 장치의 전체 개요도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 장치의 상세 블록 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 장치는, 차량의 주행상황을 파악하기 위한 정보를 토대로 차량의 선회특성이 언더스티어(US: understeer) 상태인지 또는 오버스티어(OS: oversteer) 상태인지 여부를 판단하는 선회특성 판단모듈(100)과, 차량의 선회특성을 개선하기 위해 요구되는 목표 요모멘트를 산출하고 산출된 목표 요모멘트를 구현하기 위해 전동모터의 제동 또는 구동여부를 제어하는 선회특성 개선모듈(200)과, 상기 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있는 차량의 하중 이동을 야기하도록 전자제어현가장치(ECS: Electronic Controlled Suspension)의 댐핑력을 제어하는 협조제어모듈(300)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 선회특성 개선모듈에서 산출된 모터 제어량을 전동모터에 인가하여 제동 또는 구동제어하는 모터 제어모듈(400)과, 상기 협조제어모듈에서 산출된 협조 제어량을 상기 전자제어현가장치(ECS)에 인가하여 댐핑력을 제어하는 ECS 제어모듈(500)을 포함할 수 있다.
이러한 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 운전자나 자율주행 수단에 의해 제어되는 입력 정보(도 1에서는 '운전자 입력'으로 표시함)와 주행 중인 차량으로부터 획득한 각종 정보(도 1에서는 '차량신호'로 표시함)에 의해 차량상태를 판단하여 차량의 선회특성을 파악한 후, 이러한 선회특성을 개선하기 위해 필요한 목표 요모멘트를 구현하기 위한 제어량을 결정할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 차량의 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트의 구현이 전동모터의 제동토크나 구동토크에 의해 직접적으로 발생되는 요모멘트뿐만 아니라, 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어함으로써 야기되는 하중 이동으로 인하여 간접적으로 발생되는 요모멘트에 의해서도 보강될 수 있게 함으로써, 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)의 협조제어에 의해 선회특성을 개선할 수 있다.
이를 위하여 본 발명에서는 차량의 선회특성을 개선함에 있어, 전동모터를 제동 또는 구동제어하기 위한 모터 제어량과, 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하기 위한 협조 제어량을 결정한 후, 이를 모터 제어모듈(400)과 ECS 제어모듈(500)로 각각 전송하여 전동모터와 전자제어현가징치(ECS)의 협조제어가 이루어질 수 있게 한다.
이처럼 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)의 협조제어에 의하여 선회특성을 개선할 수 있게 함으로써, 전동모터에서 발생되는 제동토크 또는 구동토크의 한계치를 벗어나는 정도까지 요모멘트 구현이 가능하게 되어 선회운동시 차량의 민첩성과 선회안정성 개선에 기여할 수 있다. 또한, 선회특성 개선을 위한 목표 요레이트를 구현하기 위해 전동모터에 과도한 제동토크 또는 구동토크가 가해지는 것을 방지할 수 있으므로, 선회운동 중 운전자가 느끼는 이질감을 최소화하여 주행안정성 향상에도 기여할 수 있다.
상기 선회특성 판단모듈(100)은, 차량에 구비된 각종 센서로부터 획득한 정보를 토대로 주행 중인 차량의 선회특성, 즉 코너링 중 선회운동하고 있는 차량이 언더스티어(US: understeer) 상태에 있는지 아니면 오버스티어(OS: oversteer) 상태에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
이를 위하여, 상기 선회특성 판단모듈(100)은, 차량의 차속, 조향각, 횡저크, 요레이트, 횡슬립각을 포함하여 차량의 선회운동 상황을 파악할 수 있는 다양한 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 차량에 구비된 각종 센서로부터 직접 수신하거나 수신한 정보를 기반으로 추정하여 획득하는 상태정보 수집부(110)와, 차속과 조향각 중 적어도 하나 이상의 정보를 기반으로 주행 중인 차량이 선회운동을 위해 의도하였던 목표 요레이트를 연산하는 목표 요레이트 산출부(120)와, 산출된 목표 요레이트와 차량의 현재 요레이트의 차이를 연산하여 요레이트 에러량을 도출한 후 상기 요레이트 에러량과 전륜의 횡슬립각 및 후륜의 횡슬립각의 크기 차이를 이용하여 차량의 선회특성이 언더스티어(US) 상태인지 또는 오버스티어(OS) 상태인지 여부를 판단하는 선회특성 도출부(130)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 상태정보 수집부(110)는, 상기 선회특성 개선모듈에서의 목표 요모멘트 산출과 이를 이용한 모터 제어량 산출을 위한 연산에 요구되는 조향각이나 요레이트 등의 다양한 정보를 차량의 각종 센서로부터 획득할 수 있다.
상기 상태정보 수집부(110)에서는 각종 센서로부터 획득한 정보를 기반으로 전륜과 후륜의 횡슬립각을 추정하거나 횡가속도나 횡저크를 추정하는 등, 차량의 상태를 파악하기 위한 다양한 정보나 상기 선회특성 개선을 위해 전동모터에 인가될 제어량을 산출하기 위해 필요한 다양한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 목표 요레이트 산출부(120)는, 상기 상태정보 수집부(110)에서 획득한 차속과 조향각 중 적어도 하나 이상의 정보를 기반으로 선회운동을 위해 의도하였던 목표 요레이트를 산출함으로써 선회특성 판단을 위한 데이터로 활용할 수 있다.
상기 상태정보 수집부(110)와 목표 요레이트 산출부(120)에서 차량의 선회특성 판단을 위한 데이터를 획득하기 위해 추정 또는 연산을 수행함에 있어 다양한 차량 동역학모델이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 선회특성 도출부(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 목표 요레이트와 상기 상태정보 수집부에서 획득한 현재 요레이트 상호 간의 차이를 연산하여 요레이트 에러량(e)을 도출한 후, 도출된 요레이트 에러량(e)에 전륜 횡슬립각과 후륜 횡슬립각의 크기를 비교한 결과를 반영하여 차량의 선회특성을 판단할 수 있다.
그에 따라, 상기 선회특성 도출부(130)에서는, 전륜 횡슬립각이 후륜 횡슬립각보다 클 경우에는 언더스티어(US) 상태로 판단하고, 후륜 횡슬립각이 전륜 횡슬립각보다 클 경우에는 오버스티어(OS) 상태로 판단할 수 있다. 그리고, 상기 요레이트 에러량(e)이 일정한 기준값보다 클 경우에는 판단된 언더스티어 또는 오버스티어 상태를 심각(severe)으로 판단하고, 상기 요레이트 에러량(e)이 일정한 기준값보다 작을 경우에는 상태가 노멀(normal)로 판단하여 그 결과를 선회특성 지수(도 3에서는 'US, OS INDEX'로 표시함)로 도출할 수 있다.
또한, 상기 선회특성 판단모듈(100)은, 상기 상태정보 수집부에서 획득한 차속, 횡가속도, 횡저크 중 적어도 하나 이상의 정보를 반영하여 상기 선회특성 지수를 보정함으로써 최종 선회특성 지수(도 3에서는 '최종 US, OS INDEX'로 표현함)를 도출하는 선회특성 보정부(140)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 상기 선회특성 보정부(140)에서 선회특성 지수를 보정하기 위해 반영되는 차속, 횡가속도 및 횡저크와 같은 정보는 운전자의 선회의지를 선회특성 도출에 반영하기 위한 가중적 요소(Weight Factor)로서, 그 반영 결과에 따라 상기 선회특성 도출부에서 도출된 선회특성 지수의 상태를 심각에서 노멀로 변경하거나 노멀에서 심각으로 변경할 수 있다.
즉, 차속이 저속인 경우보다는 고속인 경우에 선회특성을 심각(severe)으로 보정할 수 있으며, 저마찰 노면에서와 같이 횡가속도나 횡저크가 클 경우에도 선회특성을 심각(severe)으로 보정하여 최종 선회특성 지수를 도출할 수 있다.
이하에서는 상기 선회특성 보정부에서 도출된 최종 선회특성 지수를 단순히 선회특성 지수로 지칭하고, 선회운동 향상을 위한 제어가 이루어지는 각 차량의 선회특성을 언더스티어 상태(US INDEX) 또는 오버스티어 상태(OS INDEX)로 지칭하며, 도면에도 그러한 표현법을 적용한다.
또한, 상기 선회특성 개선모듈(200)은, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 구현하기 위해 차량의 전동모터에서 제동토크가 발생되도록 제어하는 US 개선 제어부(210)와, 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 구현하기 위해 차량의 전동모터에서 구동토크가 발생되도록 제어하는 OS 개선 제어부(220)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 선회특성 개선모듈(200)은, 차량의 선회특성을 개선하기 위해 선회운동 중인 차량에서 구현하고자 하는 목표 요모멘트를 연산하는 목표 요모멘트 산출부(230)와, 상기 목표 요모멘트를 구현하기 위해 필요한 모터토크의 생성을 위하여 전동모터에 인가되어야 하는 모터 제어량을 결정하는 모터 제어량 결정부(240)를 더 포함할 수 있다.
그에 따라, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 US 개선 제어부(210)에서는 전동모터에 제동토크를 발생시키는 제어신호(Motor_Mz)를 인가하여 제동제어함으로써, 전륜에서 지면에 대한 그립력 증대로 야기되는 요모멘트에 의해 언더스티어(US) 상태를 개선할 수 있다.
또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 OS 개선 제어부(220)에서는 전동모터에 구동토크를 발생시키는 제어신호(Motor_Mz)를 인가하여 구동제어함으로써, 후륜에서 지면에 대한 그립력 증대로 야기되는 요모멘트에 의해 오버스티어(OS) 상태를 개선할 수 있다.
이를 위하여, 상기 US 개선 제어부(210)에서는, 단일의 전동모터(M)만을 구비하고 있는 2WD(Two Wheel Drive) 차량의 경우 제동과 구동이 하나의 전동모터에 의해 수행되므로, 제동토크를 발생하기 위해 상기 모터 제어량 결정부에서 산출된 모터 제어량을 상기 모터 제어모듈에 의해 단일의 전동모터에 대한 제어신호로 인가하여 제동토크를 발생시킴으로써 목표 요모멘트를 구현할 수 있다.
도 5의 (a)에서는 2WD 차량에 구비된 단일의 전동모터인 후륜모터에서 제동토크(차량의 후방을 향하는 점선의 화살표로 표시함)가 발생되어 차량의 전륜쪽으로 하중 이동을 유발하여 전륜쪽의 수직력(점선의 화살표로 표시함)을 증가시킴으로써 전륜 그립력을 향상시키게 되는 것을 나타내었다. 그리고, 도 5의 (b)에서는 차량의 선회운동에 의해 선회방향으로 이미 발생되어 있는 모멘트를 굵은 화살표(반시계 방향으로 회전하는 화살표)로 나타내면서, 모터 제어량에 의해 추가적으로 생성된 제동토크에 의해 발생되는 모멘트를 점선의 화살표(반시계 방향으로 회전하는 점선의 화살표)로 나타내어, 언더스티어 특성을 개선하기 위해 선회방향으로의 모멘트를 증가시키는 것을 표현하였다.
또한, 상기 US 개선 제어부(210)에서는, 둘 이상의 전동모터(M1, M2)를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량의 경우 제동과 구동이 각각의 전동모터에서 수행되므로, 제동토크를 발생하기 위해 상기 모터 제어량 결정부에서 산출된 모터 제어량을 상기 모터 제어모듈에 의해 제동을 담당하는 제동모터(본 발명의 일 실시예에서는 후륜모터를 제동을 담당하는 전동모터로 설명함)에 대한 제어신호로 인가하여 제동토크를 발생시킴으로써 목표 요모멘트를 구현할 수 있다.
도 6의 (a)에서도 도 5의 경우와 마찬가지로 4WD 차량에 구비된 후륜모터에서 제동토크(차량의 후방을 향하는 점선의 화살표로 표시함)가 발생되어 차량의 전륜쪽으로 하중 이동을 유발하고, 그로 인하여 전륜쪽의 수직력이 증가되어 전륜 그립력을 향상시키게 되는 것을 점선의 화살표로 나타내었다.
또한, 상기 OS 개선 제어부(220)에서는, 2WD 차량의 경우 구동토크를 발생하기 위해 상기 모터 제어량 결정부에서 산출된 모터 제어량을 상기 모터 제어모듈에 의해 단일의 전동모터에 대한 제어신호로 인가하여 구동토크를 발생시킴으로써 목표 요모멘트를 구현할 수 있다.
도 5의 (a)에서는 2WD 차량에 구비된 단일의 전동모터인 후륜모터에서 구동토크(차량의 전방을 향하는 실선의 화살표로 표시함)가 발생되어 차량의 후륜쪽으로 하중 이동을 유발하여 후륜쪽의 수직력(실선의 화살표로 표시함)을 증가시킴으로써 후륜 그립력을 향상시키게 되는 것을 나타내었다. 그리고, 도 5의 (b)에서는 모터 제어량에 의해 추가적으로 생성된 구동토크에 의해 발생되는 모멘트를 후륜쪽에 표시된 실선의 화살표로 표시하여, 오버스티어 특성을 개선하기 위해 모멘트를 증가시키는 것을 확인할 수 있게 나타내었다.
또한, 상기 OS 개선 제어부(220)에서는, 4WD(Four Wheel Drive) 차량의 경우 구동토크를 발생하기 위해 상기 모터 제어량 결정부에서 산출된 모터 제어량을 상기 모터 제어모듈에 의해 구동을 담당하는 구동모터(본 발명의 일 실시예에서는 전륜모터를 구동을 담당하는 전동모터로 설명함)에 대한 제어신호로 인가하여 구동토크를 발생시킴으로써 목표 요모멘트를 구현할 수 있다.
도 6의 (a)에서도 도 5의 경우와 마찬가지로 4WD 차량에 구비된 전륜모터에서 구동토크(차량의 전방을 향하는 실선의 화살표로 표시함)가 발생되어 차량의 후륜쪽으로 하중 이동을 유발하고, 그로 인하여 후륜쪽의 수직력(실선의 화살표로 표시함)이 증가되어 후륜 그립력을 향상시키게 되는 것을 점선의 화살표로 나타내었다.
이와 같이 상기 OS 개선 제어부에서 발생되는 요모멘트는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 선회운동 중인 차량의 현재 요모멘트(반시계방향으로 회전하는 화살표로 표시함)와는 반대의 방향(즉, 시계방향으로 향하는 점선의 화살표)을 향하게 되므로, 오버스티어 특성을 개선하기 위해 선회운동 중인 차량의 요모멘트를 감소시키는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 목표 요모멘트 산출부(230)는, 언더스티어(US) 또는 오버스티어(OS) 상태에 있는 차량의 선회특성을 뉴트럴스티어(Neutral Steer) 상태에 근접하게 개선하기 위해 선회 운동 중인 차량에서 추가적으로 생성되어야 할 목표 요모멘트의 값을 산출할 수 있다.
상기 목표 요모멘트 산출부(230)에서는, 하기의 수학식 1과 같이 바이시클 모델(Bicycle Model)을 기반으로 차량의 슬립각(
Figure pat00001
)과 요각(
Figure pat00002
) 및 차량의 전륜 조향각(
Figure pat00003
)과 후륜 조향각(
Figure pat00004
)을 이용하여 목표 요모멘트(Mz)를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00005
상기 수학식 1에서는 슬립레이트(
Figure pat00006
)와 요레이트(
Figure pat00007
)를 슬립각(
Figure pat00008
)과 요각(
Figure pat00009
) 및 차량의 전륜 조향각(
Figure pat00010
)과 후륜 조향각(
Figure pat00011
) 그리고 타이어 횡력(Fy)과 요모멘트(Mz)의 관계식으로 나타내었으며, 이 관계식을 연산하여 하기의 수학식 2와 같이 요레이트(
Figure pat00012
)를 요모멘트(M)의 관계식으로 나타낼 수 있게 된다.
[수학식 2]
Figure pat00013
이때, 상기 수학식 1과 수학식 2에서, lf와 lr은 바이시클 모델의 질량 중심으로부터 각 전륜과 후륜 중심점까지의 거리를 의미하며, Cf와 Cr은 코너링 강성을 나타낸다. 또한, Vx는 차량의 속도를 나타내고, Iz는 관성모멘트를 나타낸다. 이 경우 상기 코너링 강성(Cf 및 Cr)은 일반 주행영역뿐만 아니라 한계영역에서도 모두 사용가능 할 수 있도록 슬립앵글(Slip angle)에 따라 튜닝된 값(튜닝 Cf와 Cr)을 적용하여 목표 요모멘트를 결정할 수 있다.
또한, 상기 목표 요모멘트 산출부(230)는, 먼저 상기 선회특성 판단모듈에서 획득한 현재 요레이트와 같은 신호들을 기반으로 차량에 구현되고 있는 현재 요모멘트 제어량을 산출하고, 상기 선회특성 판단모듈에서 산출된 목표 요레이트를 기반으로 원하는 선회운동을 수행하기 위해 필요한 최종 요모멘트 제어량을 결정한 후, 최종 요모멘트 제어량과 현재 요모멘트 제어량의 차이를 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트(Mz)로 결정할 수 있다. 그에 따라, 상기 선회특성 판단모듈에서 산출되었던 요레이트 에러량에 대하여 이를 감소시킬 수 있는 목표 요모멘트를 산출할 수 있다.
이때, 상기 목표 요모멘트 산출부(230)에서는, 하기의 수학식 3 및 수학식 4와 같이, 바이시클 모델(Bicycle Model)을 기반으로 하면서, 슬라이딩 모드 제어(SMC: Sliding Mode Control)를 이용하여 정의되는 슬라이딩 평면(Sliding Surface)을 요레이트 에러 평면으로 정의하여 목표 요레이트를 산출할 수 있다. 하기의 수학식 3은 슬라이딩 평면을 정의하는 조건들을 나타내고, 하기의 수학식 4는 이러한 슬라이딩 모드 제어(SMC)에 의해 산출된 목표 요레이트(Mz)를 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pat00014
[수학식 4]
Figure pat00015
상기 일 실시에에 따른 목표 요모멘트 산출부(230)에서는 바이시클 모델(Bicycle Model) 기반으로 슬라이딩 모드 제어(SMC)를 이용하여 목표 요모멘트를 산출하는 것을 일예로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 다양한 차량 동역학 모델과 제어방법을 이용하여 목표 요모멘트를 산출할 수도 있다.
또한, 상기 모터 제어량 결정부(240)는, 상기 목표 요모멘트를 구현하기 위해 전동모터에 인가되어야 할 모터 제어량을 차량모델로부터 도출되는 타이어 힘 기반으로 산출할 수 있다.
이를 위하여, 상기 모터 제어량 결정부(240)는, 하기의 수학식 5와 같이 차량의 질량중심에 구현되어야 할 목표 요모멘트(Mz)를 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 차량 동역학 모델상에서 각 타이어에 작용하는 힘의 관계식으로 표현할 수 있다. 이때, 도 7의 (a)는 8자유도 차량 동역학 모델을 나타내고, 도 7의 (b)는 선회운동시 차량에 작용하는 수직력에 대한 동역학 모델을 나타낸다. 이러한 수학식 5에서 a는 차량의 질량중심에서 차량의 전륜축까지의 거리를 의미하고, b는 차량의 질량중심에서 후륜축까지의 거리를 의미하며, T는 차량의 전폭을 의미한다.
[수학식 5]
Figure pat00016
또한, 상기 모터 제어량 결정부(240)는, 도 8의 (a)에 나타난 관계식을 이용하여 상기 요모멘트(Mz)를 구현하기 위해 차량의 각 타이어에 작용해야 하는 타이어 수직력(Fz)을 먼저 도출한 후, 도 8의 (b)에 도시된 수직력(Vertical load)과 횡력(Lateral force)의 관계를 나타내는 그래프와 관계식에 의해 각 타이어에 작용해야 하는 타이어 횡력(Fy)을 도출할 수 있다. 그리고, 도 8의 (c)에 도시된 타이어 힘의 합력에 대한 모식도를 토대로 타이어의 전후력을 의미하는 타이어 구동력(Fx)을 도출할 수 있다. 이때, 타이어의 수직력을 나타내는 Fz1, Fz2, Fz3 및 Fz4는 차량의 각 타이어에서의 수직력을 의미하며, Fz는 이러한 각 타이어 수직력의 평균을 나타낸다. 이는 타이어 횡력(Fy) 및 타이어 구동력(Fx)의 경우에도 마찬가지이다.
이와 같이, 상기 모터 제어량 결정부(240)에서는, 선회특성을 개선하기 위해 차량에 구현되어야 하는 목표 요모멘트를 생성하기 위하여, 상기 목표 요모멘트를 타이어에 작용하는 횡력(Fy)과 구동력(Fx)의 합으로 나타낸 후, 하기의 수학식 6과 같이 타이어의 종방향 움직임과 관련된 타이어 구동력(Fx)과 차량속도(V)의 관계식으로부터 상기 목표 요모멘트를 추종하기 위해 전동모터에서 구현되어야 하는 제동토크나 구동토크(Tm)를 도출하여 이를 모터 제어량으로 결정할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00017
즉, 상기 모터 제어량 결정부(240)는, 상기 수학식 6과 같이 전동모터의 출력(P)을 나타내는 구동력(Fx)과 차량속도(V)의 관계식과 모터토크(Tm)과 각속도(
Figure pat00018
)의 관계식으로부터 전동모터에서 구현되어야 하는 제동토크나 구동토크로 이루어진 모터토크(Tm)를 도출하여 이를 모터 제어량으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 협조제어모듈(300)은, 선회운동 중인 차량의 전륜쪽 또는 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 선회특성 개선을 위한 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 선회안정화 협조제어부(310)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 선회안정화 협조제어부(310)는 선회특성의 상태에 따라 전동모터에 의해 구현하고자 하는 제동토크 또는 구동토크에 의해 야기되는 요모멘트를 보강할 수 있도록, 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하여 전륜쪽 또는 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시킴으로써 타이어의 지면에 대한 그립력을 추가적으로 증대시킬 수 있다.
이와 같이 상기 선회안정화 협조제어부(310)에 의하여 선회특성의 개선을 위해 필요한 요모멘트가 전동모터의 제어만으로 구현되지 않고, 전자제어현가장치(ECS)와의 상호 협조제어에 의해 구현될 수 있으므로, 전동모터에서 발생될 수 있는 제동토크 또는 구동토크의 한계치 이상의 효과를 구현할 수 있다.
즉, 상기 선회안정화 협조제어부(310)는 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 전동모터의 제어신호에 의해 발생되는 제동력 또는 구동력에 의해 구현되는 요모멘트가 제동토크 또는 구동토크의 한계로 인하여 부족하게 되는 경우(도 4에서는 이를 '모터 제어량 부족'으로 표현함)에 그 부족분을 보충하기 위해 실행될 수 있다.
또한, 상기 선회안정화 협조제어부(310)는 이처럼 전동모터에 인가되는 모터 제어량에 의해 발생되는 제동토크 또는 구동토크로 구현되는 요모멘트가 목표 요모멘트에 부족하게 되는 경우에 제한되지 않고, 전동모터에서 생성되는 제동토크나 구동토크에 의해 구현하고자 하는 요모멘트의 일부를 분담하여 발생시키기 위해 실행될 수도 있다.
이를 위하여, 상기 선회안정화 협조제어부(310)는, 차량의 선회특성을 개선하기 위해 요구되는 목표 요모멘트를 구현함에 있어 상기 전동모터에서 생성되는 제동토크나 구동토크에 의해 생성되는 요모멘트에 더하여, 전륜쪽 또는 후륜쪽에서 타이어의 지면에 대한 그립력을 증가시켜 요모멘트를 보강할 수 있도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 협조 제어량을 결정할 수 있다.
그에 따라, 상기 선회안정화 협조제어부(310)에서는, 차량의 선회특성이 언더스티어(US)인 경우 도 9에 도시된 바와 같이 전륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 전륜쪽에서 타이어의 지면에 대한 그립력을 증가시키도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 선회안정화 협조제어부(310)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(S)가 되게 하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(H)가 되게 함으로써, 전륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 전륜쪽 타이어에서의 지면에 대한 그립력을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 전륜쪽의 댐핑력을 약화시킴으로써 전륜에서의 롤 강성을 축소시키고, 후륜쪽의 댐핑력을 강화시킴으로써 후륜에서의 롤 강성을 증대시킬 수 있게 되어, 전동모터의 제동토크에 의해 생성되는 요모멘트를 보강할 수 있다.
도 9에서는 협조제어가 이루어지기 전에 전륜과 후륜에서의 롤 강성을 점선의 화살표로 표시하고, 상기 선회안정화 협조제어부(310)에 의해 전륜쪽이 소프트 상태(S)가 되고 후륜쪽이 하드 상태(H)로 되면서 전륜의 롤 강성이 축소되고 후륜의 롤 강성이 증대되는 것을 실선의 화살표로 나타내었다. 그리고, 이러한 상기 전자제어현가장치(ECS)에서의 제어에 의해 전륜과 후륜쪽에 추가적으로 발생되는 횡력(ΔFy)을 차량의 우측으로 향하는 굵은 화살표로 나타내었다.
이때, 전륜쪽으로의 하중 이동에 의해 전륜쪽에 발생되는 추가횡력이 후륜쪽에 발생되는 추가횡력보다 크게 되므로, 하기의 수학식 7과 같이, 전자제어현가장치(ECS)의 제어에 의해 요모멘트(ΔMz,ECS)를 추가적으로 발생시킬 수 있다.
그에 따라, 선회특성을 개선하기 위해 차량에 적용되는 최종 요모멘트는 전동모터의 제동제어에 의해 생성된 요모멘트(Mmotor)와 전자제어현가장치의 협조제어에 의해 생성된 요모멘트(ΔMz,ECS)의 합이 된다. 이로 인하여, 전동모터의 제동토크 한계를 넘어서는 요모멘트의 구현이 가능하게 됨은 물론, 전동모터의 제동토크 한계치 범위 내에서도 전동모터에서 발생되어야 하는 요모멘트를 분담할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00019
또한, 상기 선회안정화 협조제어부(310)에서는, 차량의 선회특성이 오버스티어(OS)인 경우 도 10에 도시된 바와 같이 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 후륜쪽에서 타이어의 지면에 대한 그립력을 증가시키도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 선회안정화 협조제어부(310)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(H)가 되게 하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(S)가 되게 함으로써, 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 후륜쪽 타이어에서의 지면에 대한 그립력을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 후륜쪽의 댐핑력을 약화시킴으로써 후륜에서의 롤 강성을 축소시키고, 전륜쪽의 댐핑력을 강화시킴으로써 전륜에서의 롤 강성을 증대시킬 수 있게 되어, 전동모터의 구동토크에 의해 생성되는 요모멘트를 보강할 수 있다.
도 10에서는 협조제어가 이루어지기 전에 전륜과 후륜에서의 롤 강성을 점선의 화살표로 표시하고, 상기 선회안정화 협조제어부(310)에 의해 전륜쪽이 하드 상태(H)가 되고 후륜쪽이 소프트 상태(S)로 되면서 전륜의 롤 강성이 증대되고 후륜의 롤 강성이 축소되는 것을 실선의 화살표로 나타내었다. 그리고, 이러한 상기 전자제어현가장치(ECS)에서의 제어에 의해 전륜과 후륜쪽에 추가적으로 발생되는 횡력(ΔFy)을 차량의 우측으로 향하는 굵은 화살표로 나타내었다.
이때, 후륜쪽으로의 하중 이동에 의해 후륜쪽에 발생되는 추가횡력이 전륜쪽에 발생되는 추가횡력보다 크게 되므로, 하기의 수학식 8과 같이, 전자제어현가장치(ECS)의 제어에 의해 요모멘트(ΔMz,ECS)를 추가적으로 발생시킬 수 있음은 언더스티어(US)의 경우와 동일하다.
[수학식 8]
Figure pat00020
또한, 상기 협조제어모듈(300)은, 선회특성 개선을 위해 전동모터에서 생성되는 제동토크 또는 구동토크로 인하여 부수적으로 발생하게 되는 차량의 피치/롤 거동을 안정화시키기 위해 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)를 추가적으로 제어하는 거동안정화 협조제어부(320)를 더 포함할 수 있다. 이러한 상기 거동안정화 협조제어부에서는 차량의 피치/롤 레이트가 일정 기준값(Threshold)을 초과할 경우, 그러한 피치/롤 거동을 안정화시키는데 기여할 수 있게 된다.
즉, 상기 거동안정화 협조제어부(320)에서는, 선회특성의 개선을 위한 요모멘트 구현 과정에서 야기되는 피치/롤 거동을 안정화시키기 위한 것인바, 선회특성 개선을 위해 추가되었던 제어와는 반대의 구동이 이루어질 수 있도록 제어를 수행하게 된다.
이와 같이 상기 거동안정화 협조제어부(320)에서 선회특성 개선과는 반대의 제어가 수행되더라도, 거동안정화를 위한 협조제어는 선회특성 개선을 위한 제어로 야기되는 현상을 해소하기 위한 것인바, 두 제어가 수행되는 시점 간에 일정한 시간적인 간격이 존재하게 되어 두 제어량이 충돌하게 되는 것을 피할 수 있다.
이때, 도 11에 도시된 그래프에서는 거동안정화를 위한 제어가 수행되는 과도구간을 수직한 굵은 라인으로 표시하였으며, 각 과도구간에서 US 개선을 위한 전동모터의 제동 제어시 또는 OS 개선을 위한 전동모터의 구동 제어시에 거동안정화 제어가 이루어짐을 그래프 하단에서 일 측에 있는 차량 도면으로 연결된 화살표에 의해 나타내었다.
구동모터(M1)와 제동모터(M2) 두 개가 모두 구비되어 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 차량의 선회특성이 언더스티어(US)인 경우에는, 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 제동모터에서 생성되는 제동토크(도 14의 (a)에서는 실선의 화살표와 함께 '후륜모터 제동'으로 표시함)에 의하여 차량의 하중이 전륜쪽으로 쏠리면서(전륜을 향하는 곡선의 화살표로 나타냄), 피칭과 롤링 등의 부수적인 움직임이 발생될 수 있다.
그에 따라, 상기 거동안정화 협조제어부(320)는, 이러한 롤링과 피칭에 의해 야기되는 차체 거동을 안정화시킬 수 있도록, 구동모터에 구동토크를 추가적으로 발생(전륜 부근에 점선의 화살표와 함께 '전륜모터 구동'으로 표시함)시킴과 아울러, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되게 하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 될 수 있도록 제어한다.
그에 따라, 전륜쪽으로 쏠리는 차체 거동이 하드 상태에 있는 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의해 지지되면서 소프트 상태에 있는 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)로 분산되어 차체 거동을 안정화시킬 수 있다.
또한, 차량의 선회특성이 오버스티어(OS)인 경우에는, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 구동모터에서 생성되는 구동토크(도 14의 (a)에서는 실선의 화살표와 함께 '전륜모터 구동'으로 표시함)에 의하여 차량이 후륜쪽으로 쏠리면서(후륜을 향하는 곡선의 화살표로 나타냄), 피칭과 롤링 등의 부수적인 움직임이 발생될 수 있다.
그에 따라, 상기 거동안정화 협조제어부(320)는, 이러한 롤링과 피칭에 의해 야기되는 차체 거동을 안정화시킬 수 있도록, 제동모터에 제동토크를 추가적으로 발생(후륜 부근에 점선의 화살표와 함께 '후륜모터 제동'으로 표시함)시킴과 아울러, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되게 하고, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 될 수 있도록 제어한다.
이와 같이 롤링이나 피칭에 의해 야기되는 차체 거동을 안정화시키기 위하여 제동모터와 구동모터로 이루어진 전동모터의 구동 또는 제동을 제어하거나, 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 제어량은 하기의 수학식 9와 같이 산출될 수 있으며, 특히 전동모터를 구동 또는 제동하는 모터 제어량은 선회특성 개선을 위해 인가되었던 제동토크 또는 구동토크의 약 30% 미만의 수준으로 추가될 수 있다. 도 14에서는 화살표의 크기를 차이 나게 표시함으로써 이러한 크기 관계를 도식적으로 나타내었다. 이때, 수학식 9에서 Cφ와 Cθ는 댐핑계수를 나타내며, hφ는 롤센터를 나타내고, hθ는 피치센터를 나타낸다.
[수학식 9]
Figure pat00021
이처럼 둘 이상의 전동모터를 구비하여 제동과 구동이 각각 수행되는 4WD 차량의 경우에는, 상기 거동안정화 협조제어부에서 롤링이나 피칭에 의해 야기되는 차체 거동을 안정화시키기 위해 생성된 구동토크와 제동토크의 발생을 위한 모터 제어량도 전동모터로 함께 인가될 수 있다.
이를 위하여, 언더스티어(US) 상태의 경우 상기 거동안정화 협조제어부(320)에서 생성된 모터 제어량을 공급하여 구동모터에서 거동안정화를 위한 구동토크를 생성하고, 오버스티어(OS) 상태의 경우 상기 거동안정화 협조제어부(320)에서 생성된 모터 제어량을 공급하여 후륜모터에서 거동안정화를 위한 제동토크를 생성하도록 제어할 수 있다.
이와 같이 상기 거동안정화 협조제어부(320)에 의해 차체의 거동을 안정화시키기 위한 제어를 수행함에 있어, 피칭이나 롤링에 의해 영향 받는 차체의 거동 중 피칭은 종방향으로 작용하는 종가속도(ax)에 의한 영향을 많이 받고, 롤링은 횡방향으로 작용하는 횡가속도(ay)에 의한 영향을 많이 받게 된다.
그에 따라, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 거동안정화 협조제어부(320)에서 차체 안정화를 위한 전동모터의 모터 제어량을 결정함에 있어서는, 상기 모터 제어량 결정부에서 도출된 목표 요모멘트 구현을 위한 모터 제어량(T_c)에 피치 성능 지배인자인 종가속도(ax)와 롤 성능 지배인자인 횡가속도(ay)를 가중치 요소(Weight Factor)로 반영하여 결정할 수 있다.
이와 같이 구동모터(M1)와 제동모터(M2)각 각각 별도로 구비되어 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량의 경우에는, 도 12 및 도 14에 도시된 것처럼 전자제어현가장치(ECS)에서의 댐핑력 제어에 협조하여 구동모터의 구동제어 또는 제동모터의 제동제어가 이루어질 수 있으나, 도 15에 도시된 바와 같이 단일의 전동모터(M)만을 구비하고 있는 2WD(Two Wheel Drive) 차량의 경우에는, 전동모터의 추가 제어 없이 전자제어현가장치(ECS)의 제어만으로 피치/롤 거동을 억제시켜 차체의 거동을 안정화시킬 수 있다.
이와 같이 전동모터의 구동 또는 제동과 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력 협조제어에 의하여 선회특성 개선을 위해 인가되었던 제어량으로 야기되는 과도한 피칭이나 롤링 등을 제거할 수 있으므로, 선회특성 개선이 진행되는 동안 운전자가 체감하게 되는 이질감을 최소화할 수 있다.
다음에는 도 16 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 방법을 설명한다.
도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 방법의 구성도이고, 도 17은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 2WD 전동차량에서 선회 운동 향상을 위한 전동모터 제어와 ECS 협조제어가 수행되는 과정을 나타내는 흐름도이며, 도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 4WD 전동차량에서 선회 운동 향상을 위한 전동모터 제어와 ECS 협조제어가 수행되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량의 선회 운동 향상 방법은, 차량의 주행상황을 파악하기 위한 정보를 토대로 차량의 선회특성이 언더스티어(US: understeer) 상태인지 오버스티어(OS: oversteer) 상태인지 여부를 판단하는 선회특성 판단단계(S100)와, 차량의 선회특성을 개선하기 위해 요구되는 목표 요모멘트를 산출하고 산출된 목표 요모멘트를 구현하기 위해 전동모터의 제동 또는 구동 여부를 제어하는 선회특성 개선단계(S200)와, 상기 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있는 차량의 하중 이동을 야기하도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 협조제어단계(S300)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 선회특성 개선단계(S200)에서 산출된 모터 제어량을 차량의 전동모터에 인가하여 제동 또는 구동 제어함으로써 선회특성 개선을 위한 요묘멘트를 생성할 수 있는 제동토크 또는 구동토크를 발생시키는 모터 제어단계(S400)와, 상기 협조제어단계에서 산출된 협조 제어량을 차량의 전자제어현가장치(ECS: Electronic Controlled Suspension)에 인가하여 댐핑력을 제어함으로써 요모멘트 생성에 기여하는 하중 이동을 발생시키는 ECS 제어단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 선회특성 판단단계(S100)는, 차량의 차속, 조향각, 횡저크, 요레이트, 횡슬립각을 포함하여 차량의 선회운동 상황을 파악할 수 있는 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 차량에 구비된 각종 센서로부터 수신하거나 추정하여 획득하는 상태정보 수집과정(S110)을 포함할 수 있다. 상기 상태정보 수집과정(S110)에서는 각종 센서로부터 획득한 정보를 기반으로 전륜과 후륜의 횡슬립각을 추정하거나 횡가속도나 횡저크를 추정할 수도 있다.
또한, 상기 선회특성 판단단계(S100)는, 차속과 조향각 중 적어도 하나 이상의 정보를 기반으로 주행 중인 차량이 선회운동을 위해 의도하였던 목표 요레이트를 산출하는 목표 요레이트 산출과정(S120)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선회특성 판단단계(S100)는, 상기 목표 요레이트와 차량의 현재 요레이트의 차이를 연산하여 요레이트 에러량을 도출하고, 상기 요레이트 에러량과 전륜의 횡슬립각 및 후륜의 횡슬립각의 크기 차이를 이용하여 차량의 선회특성이 언더스티어(US) 상태인지 또는 오버스티어(OS) 상태인지 여부를 판단하는 선회특성 도출과정(S130)을 더 포함할 수 있다.
그에 따라, 상기 선회특성 도출과정(S130)에서는, 전륜 횡슬립각이 후륜 횡슬립각보다 클 경우에는 언더스티어(US) 상태로 판단하고, 후륜 횡슬립각이 전륜 횡슬립각보다 클 경우에는 오버스티어(OS) 상태로 판단할 수 있다. 이때, 상기 선회특성 도출과정(S130)에서는 상기 요레이트 에러량을 일정한 기준값과 비교하여 선회특성이 심각(severe)한 상태인지 또는 노멀(normal)한 상태인지 여부를 판단하여 그 결과를 선회특성 지수(US INDEX 또는 OS INDEX)로 도출할 수 있다.
또한, 상기 선회특성 판단단계(S100)는, 차속, 횡가속도, 횡저크 중 적어도 하나 이상의 정보를 반영하여 상기 선회특성 도출과정에서 도출된 선회특성 지수를 보정하여 보정된 선회특성 지수를 최종적으로 도출하는 선회특성 보정과정(S140)을 더 포함할 수 있다. 그에 따라, 운전자의 선회의지를 선회특성 도출에 반영하여 선회특성 지수의 상태를 변경할 수도 있다.
상기 선회특성 개선단계(S200)는, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 생성하기 위해 차량의 전동모터에서 제동토크가 발생되도록 제어하는 US 개선모드 실행과정(S210)과, 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 생성하기 위해 차량의 전동모터에서 구동토크가 발생되도록 제어하는 OS 개선모드 실행과정(S220)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 선회특성 개선단계(S200)는, 차량의 선회특성을 개선하기 위해 선회운동 중인 차량에서 구현하고자 하는 목표 요모멘트를 연산하는 목표 요모멘트 산출과정(S230)과, 상기 목표 요모멘트를 구현하기 위해 필요한 모터토크(제동토크 또는 구동토크)의 생성을 위하여 전동모터에 인가되어야 하는 모터 제어량을 결정하는 모터 제어량 결정과정(S240)을 더 포함할 수 있다.
그에 따라, 차량의 선회특성이 언더스티어(US)인 경우에는 상기 US 개선모드 실행과정(S210)에 의하여 전륜에서 지면에 대한 그립력을 증대시킬 수 있도록 전동모터에서 제동토크가 발생될 수 있게 제동 제어하고, 차량의 선회특성이 오버스티어(OS)인 경우에는 상기 OS 개선모드 실행과정(S220)에 의하여 후륜에서 지면에 대한 그립력을 증대시킬 수 있도록 전동모터에서 구동토크가 발생될 수 있게 구동 제어하는 각 모터 제어량을 상기 모터 제어량 결정과정(S230)에서 산출할 수 있다.
이때, 상기 US 개선모드 실행과정(S210)에서는, 차량이 하나의 전동모터만을 구비하고 있는 2WD(Two Wheel Drive) 차량의 경우에는 제동과 구동이 모두 하나의 전동모터에 의해 수행되므로, 상기 모터 제어량 결정과정(S240)에서 산출된 제동토크를 발생하기 위한 모터 제어량을 단일의 전동모터에 대한 제어신호로 인가할 수 있다.
그리고, 차량이 둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량의 경우에는 제동과 구동이 각각의 전동모터에서 수행되므로, 상기 모터 제어량 결정과정(S240)에서 산출된 제동토크를 발생하기 위한 모터 제어량을 제동을 담당하는 제동모터(본 발명의 일 실시예에서는 후륜모터를 제동을 담당하는 전동모터로 설명함)에 대한 제어신호로 인가할 수 있다.
이와 마찬가지로 상기 OS 개선모드 실행과정(S220)에서는, 2WD(Two Wheel Drive) 차량의 경우에는 상기 모터 제어량 결정과정(S240)에서 산출된 구동토크를 발생하기 위한 모터 제어량을 단일의 전동모터에 대한 제어신호로 인가할 수 있다.
그리고, 4WD(Four Wheel Drive) 차량의 경우에는 상기 모터 제어량 결정과정(S240)에서 산출된 구동토크를 발생하기 위한 모터 제어량을 구동을 담당하는 구동모터(본 발명의 일 실시예에서는 전륜모터를 제동을 담당하는 전동모터로 설명함)에 대한 제어신호로 인가할 수 있다.
또한, 상기 목표 요모멘트 산출과정(S230)에서는, 바이시클 모델(Bicycle Model)을 기반으로 차량의 슬립각(
Figure pat00022
)과 요각(
Figure pat00023
) 및 차량의 전륜 조향각(
Figure pat00024
)과 후륜 조향각(
Figure pat00025
)을 이용하여 목표 요모멘트(Mz)를 산출할 수 있다.
이러한 상기 목표 요모멘트 산출과정(S230)에서는, 바이시클 모델(Bicycle Model)을 기반으로 하면서, 슬라이딩 모드 제어(SMC: Sliding Mode Control)를 이용하여 목표 요모멘트를 산출할 수도 있다.
또한, 상기 모터 제어량 결정과정(S240)에서는, 차량의 질량중심에 구현되어야 할 목표 요모멘트(Mz)를 타이어에 작용하는 힘의 관계식으로 표현한 후, 차량의 각 타이어에 작용해야 하는 타이어 수직력(Fz)과, 타이어 횡력(Fy) 및 타이어 구동력(Fx)을 도출하여, 목표 요모멘트(Mz)를 구현하기 위해 발생되어야 하는 타이어 구동력(Fx)을 도출할 수 있다.
이후, 상기 모터 제어량 결정과정(S240)에서는, 타이어 구동력과 차량속도의 관계로부터 상기 목표 요모멘트(Mz)를 추종하기 위해 전동모터에서 구현되어야 하는 제동토크나 구동토크를 도출하여 이를 모터 제어량으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 협조제어단계(S300)는, 선회운동 중인 차량의 전륜쪽 또는 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 선회특성 개선을 위한 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 선회안정화 협조제어과정(S310)을 포함할 수 있다.
이와 같이 상기 선회안정화 협조제어과정(S310)에 의해 요모멘트의 보강이 가능하게 되므로, 전동모터에서 발생될 수 있는 제동토크 또는 구동토크 한계치 이상의 요모멘트 생성이 가능함은 물론, 그러한 한계치 이내의 범위에서도 선회특성 개선을 위해 요구되는 요모멘트를 분담 생성할 수 있다.
이를 위하여, 상기 선회안정화 협조제어과정(S310)에서는, 차량의 선회특성을 개선하기 위해 요구되는 목표 요모멘트를 구현함에 있어 상기 전동모터에서 생성되는 제동토크나 구동토크에 의해 생성되는 요모멘트에 더하여, 전륜쪽 또는 후륜쪽에서 타이어의 지면에 대한 그립력을 증가시켜 요모멘트를 보강할 수 있도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 협조 제어량을 결정할 수 있다.
그에 따라, 상기 선회안정화 협조제어과정(S310)에서는, 차량의 선회특성이 언더스티어(US)인 경우, 전륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 전륜쪽에서 타이어의 지면에 대한 그립력을 증가시키기 위하여, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(S)가 되게 하고 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(H)가 되게 하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 선회안정화 협조제어과정(S310)에서는, 차량의 선회특성이 오버스티어(OS)인 경우, 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 후륜쪽에서 타이어의 지면에 대한 그립력을 증가시키기 위하여, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(H)가 되게 하고 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(S)가 되게 하도록 제어할 수 있다.
이와 같이 선회안정화 협조제어과정(S310)에서 전자제어장치(ECS)의 댐핑력을 제어함으로 인해 야기된 횡력의 차이로 발생되는 추가적인 요모멘트는 전동모터에서의 제동토크 또는 구동토크로 발생되는 요모멘트와 함께 선회특성의 개선에 기여할 수 있게 된다.
또한, 상기 협조제어단계(S300)는, 선회특성 개선을 위해 전동모터에서 생성되는 제동토크 또는 구동토크로 인하여 부수적으로 발생하게 되는 차량의 피치/롤 거동을 안정화시키기 위해 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)를 추가적으로 제어하는 거동안정화 협조제어과정(S320)을 더 포함할 수 있다.
이러한 상기 거동안정화 협조제어과정(S320)에서는, 선회특성이 언더스티어(US)인 경우 전동모터에 구동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되게 하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 거동안정화 협조제어과정(S320)에서는, 선회특성이 오버스티어(OS)인 경우 전동모터에 제동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되게 하고, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 거동안정화 협조제어과정(S320)에서, 구동모터(M1)와 제동모터(M2) 두 개가 모두 구비되어 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량의 경우에는 상술한 바와 같이 전자제어현가장치(ECS)에서의 댐핑력 제어에 협조하여 구동모터에서의 구동 제어 또는 제동모터에서의 제동 제어가 함께 이루어질 수 있다. 그러나, 단일의 전동모터(M)만을 구비하고 있는 2WD(Two Wheel Drive) 차량의 경우에는 전동모터의 추가 제어 없이 전자제어현가장치(ECS)의 제어만으로 피치/롤 거동을 억제시켜 차체의 거동을 안정화시킬 수 있다.
이와 같이 상기 선회특성 판단단계(S100)에서 도출된 차량의 선회특성에 따라 US 개선모드 실행과정(S210)에서는 전동모터를 제동제어하여 목표 요레이트를 생성함으로써 선회특성의 개선이 이루어지고, OS 개선모드 실행과정(S220)에서는 전동모터를 구동제어하여 목표 요레이트를 생성함으로써 선회특성의 개선이 이루어지는 플로우 차트를 도 17 및 도 18에 나타내었다.
이러한 도 17과 도 18에서는 전자제어현가장치(ECS)의 협조제어가 전동모터에서 발생되는 제동토크 또는 구동토크의 한계로 인하여 목표 요모멘트를 충분히 구현하지 못하게 되는 경우에 수행되는 것을 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 요모멘트의 분담 생성을 위해 협조제어가 수행될 수도 있음은 상술한 바와 같다.
또한, 도 17 및 도 18에서는, 2WD 차량의 경우에는 선회특성 개선을 위한 전동모터의 제동제어 또는 구동제어에 의해 야기되는 차량의 피치/롤 레이트를 판단하여 그 증감률이 일정한 기준값(Thrh)보다 클 경우, 이러한 피치/롤 거동을 저감시킬 수 있는 거동안정화 협조제어과정(S320)이 수행됨을 나타내고 있다.
이때, 2WD 차량의 경우에는 도 17에 도시된 바와 같이 상기 거동안정화 협조제어과정(S320)이 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력 제어만으로 수행될 수 있다. 그러나, 4WD 차량의 경우에는 도 18에 도시된 바와 같이 상기 거동안정화 협조제어과정(S320)이 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)의 협조제어에 의해 수행될 수 있다.
그에 따라, 도 18에서는 상기 거동안정화 협조제어과정(S320)이, 언더스티어 상태(US INDEX)에서는 구동모터인 전륜모터에서의 구동제어와 전자제어현가장치(ECS)에서의 댐핑력 제어가 협조적으로 수행됨을 나타내고, 오버스티어 상태(OS INDEX)에서는 제동모터인 후륜모터에서의 제동제어와 전자제어현가장치(ECS)에서의 댐핑력 제어가 협조적으로 수행됨을 나타내고 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 선회특성 판단모듈 110 : 상태정보 수집부
120 : 목표 요레이트 산출부 130 : 선회특성 도출부
140 : 선회특성 보정부
200 : 선회특성 개선모듈 210 : US 개선 제어부
220 : OS 개선 제어부 230 : 목표 요모멘트 산출부
240 : 모터 제어량 결정부
300 : 협조제어모듈 310 : 선회안정화 협조제어부
320 : 거동안정화 협조제어부
400 : 모터 제어모듈
500 : ECS 제어모듈

Claims (27)

  1. 차량의 주행상황을 파악하기 위한 정보를 토대로 차량의 선회특성이 언더스티어(US: understeer) 상태인지 또는 오버스티어(OS: oversteer) 상태인지 여부를 판단하는 선회특성 판단모듈;
    차량의 선회특성을 개선하기 위해 요구되는 목표 요모멘트를 산출하고, 산출된 목표 요모멘트를 구현하기 위한 모터 제어량을 산출하여 전동모터의 제동 또는 구동여부를 제어하는 선회특성 개선모듈; 및
    상기 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있는 차량의 하중 이동을 야기하도록 전자제어현가장치(ECS: Electronic Controlled Suspension)의 댐핑력을 제어하는 협조제어모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 선회특성 판단모듈은,
    차량의 차속, 조향각, 횡저크, 요레이트, 횡슬립각을 포함하여 차량의 선회운동 상황을 파악할 수 있는 다양한 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 차량에 구비된 각종 센서로부터 직접 수신하거나, 수신한 정보를 기반으로 추정하여 획득하는 상태정보 수집부;
    차속과 조향각 중 적어도 하나 이상의 정보를 기반으로 주행 중인 차량이 선회운동을 위해 의도하였던 목표 요레이트를 연산하는 목표 요레이트 산출부; 및
    산출된 목표 요레이트와 차량의 현재 요레이트의 차이를 연산하여 요레이트 에러량을 도출한 후, 상기 요레이트 에러량과 전륜의 횡슬립각 및 후륜의 횡슬립각의 크기 차이를 이용하여 차량의 선회특성이 언더스티어(US) 상태인지 또는 오버스티어(OS) 상태인지 여부를 판단하여 선회특성 지수를 도출하는 선회특성 도출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 선회특성 판단모듈은,
    상기 상태정보 수집부에서 획득한 차속, 횡가속도, 횡저크 중 적어도 하나 이상의 정보를 반영하여 상기 선회특성 지수를 보정하는 선회특성 보정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 선회특성 개선모듈은,
    선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 구현하기 위해 차량의 전동모터에서 제동토크가 발생되도록 제어하는 US 개선 제어부; 및
    선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 구현하기 위해 차량의 전동모터에서 구동토크가 발생되도록 제어하는 OS 개선 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 선회특성 개선모듈은,
    차량의 선회특성을 개선하기 위해 선회운동 중인 차량에서 구현하고자 하는 목표 요모멘트를 연산하는 목표 요모멘트 산출부; 및
    상기 목표 요모멘트를 구현하기 위해 필요한 모터토크의 생성을 위하여 전동모터에 인가되어야 하는 모터 제어량을 결정하는 모터 제어량 결정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 선회특성 개선모듈은,
    둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우 상기 US 개선 제어부에서 모터 제어량을 제동모터에 인가하여 제동토크를 발생시키고, 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우 상기 OS 개선 제어부에서 모터 제어량을 구동모터에 인가하여 구동토크를 발생시켜 목표 요모멘트 구현하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 목표 요모멘트 산출부는,
    바이시클 모델(Bicycle Model)을 기반으로 차량의 선회특성 개선을 위해 필요한 목표 요모멘트를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 목표 요모멘트 산출부는,
    바이시클 모델(Bicycle Model)을 기반으로 하면서, 슬라이딩 모드 제어(SMC: Sliding Mode Control)를 이용하여 정의되는 슬라이딩 평면(Sliding Surface)을 요레이트 에러 평면으로 정의하여 목표 요레이트를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 모터 제어량 결정부는,
    상기 목표 요모멘트를 타이어에 작용하는 횡력(Fy)과 구동력(Fx)의 합으로 나타낸 후, 전동모터의 출력(P)을 나타내는 구동력(Fx)과 차량속도(V)의 관계식과 모터토크(Tm)과 각속도(
    Figure pat00026
    )의 관계식으로부터 전동모터에서 구현되어야 하는 제동토크나 구동토크로 이루어진 모터토크를 도출하여 이를 모터 제어량으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 협조제어모듈은,
    선회운동 중인 차량의 전륜쪽 또는 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 선회특성 개선을 위한 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 선회안정화 협조제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 선회안정화 협조제어부는,
    차량의 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 선회안정화 협조제어부는,
    차량의 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 협조제어모듈은,
    선회특성 개선을 위해 전동모터에서 생성되는 제동토크 또는 구동토크로 인하여 부수적으로 발생하게 되는 차량의 피치/롤 거동을 안정화시키기 위해 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)를 추가적으로 제어하는 거동안정화 협조제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 거동안정화 협조제어부는,
    둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 구동모터에 구동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 거동안정화 협조제어부는,
    둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 제동모터에 제동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 협조제어모듈은,
    선회특성 개선을 위해 전동모터에서 생성되는 제동토크 또는 구동토크로 인하여 부수적으로 발생하게 되는 차량의 피치/롤 거동을 안정화시키기 위해 전자제어현가장치(ECS)를 추가적으로 제어하는 거동안정화 협조제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 장치.
  17. 차량의 주행상황을 파악하기 위한 정보를 토대로 차량의 선회특성이 언더스티어(US: understeer) 상태인지 또는 오버스티어(OS: oversteer) 상태인지 여부를 판단하는 선회특성 판단단계;
    차량의 선회특성을 개선하기 위해 요구되는 목표 요모멘트를 산출하고, 산출된 목표 요모멘트를 구현하기 위해 전동모터의 제동 또는 구동 여부를 제어하는 선회특성 개선단계; 및
    상기 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있는 차량의 하중 이동을 야기하도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 협조제어단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 선회특성 판단단계는,
    차속과 조향각 중 적어도 하나 이상의 정보를 기반으로 산출된 목표 요레이트와 차량의 현재 요레이트의 차이를 연산하여 요레이트 에러량을 도출하고, 상기 요레이트 에러량과 전륜의 횡슬립각 및 후륜의 횡슬립각의 크기 차이를 이용하여 차량의 선회특성이 언더스티어(US) 상태인지 또는 오버스티어(OS) 상태인지 여부를 판단하여 선회특성 지수를 도출하는 선회특성 도출과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 선회특성 판단단계는,
    차속, 횡가속도, 횡저크 중 적어도 하나 이상의 정보를 반영하여 상기 선회특성 지수를 보정하는 선회특성 보정과정;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 선회특성 개선단계는,
    선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 생성하기 위해 차량의 전동모터에서 제동토크가 발생되도록 제어하는 US 개선모드 실행과정; 및
    선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 선회특성 개선을 위해 요구되는 목표 요모멘트를 생성하기 위해 차량의 전동모터에서 구동토크가 발생되도록 제어하는 OS 개선모드 실행과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 선회특성 개선단계는,
    차량의 선회특성을 개선하기 위해 선회운동 중인 차량에서 구현하고자 하는 목표 요모멘트를 연산하는 목표 요모멘트 산출과정; 및
    상기 목표 요모멘트를 구현하기 위해 필요한 모터토크의 생성을 위하여 전동모터에 인가되어야 하는 모터 제어량을 결정하는 모터 제어량 결정과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 협조제어단계는,
    선회운동 중인 차량의 전륜쪽 또는 후륜쪽으로의 하중 이동을 증대시켜 선회특성 개선을 위한 목표 요모멘트의 구현에 기여할 수 있도록 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 제어하는 선회안정화 협조제어과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 선회안정화 협조제어과정은,
    차량의 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 선회안정화 협조제어과정은,
    차량의 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  25. 청구항 17에 있어서,
    상기 협조제어단계는,
    선회특성 개선을 위해 전동모터에서 생성되는 제동토크 또는 구동토크로 인하여 부수적으로 발생하게 되는 차량의 피치/롤 거동을 안정화시키기 위해 전동모터와 전자제어현가장치(ECS)를 추가적으로 제어하는 거동안정화 협조제어과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 거동안정화 협조제어과정은,
    둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 언더스티어(US) 상태인 경우, 구동모터에 구동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
  27. 청구항 25에 있어서,
    상기 거동안정화 협조제어과정은,
    둘 이상의 전동모터를 구비하고 있는 4WD(Four Wheel Drive) 차량에서, 선회특성이 오버스티어(OS) 상태인 경우, 제동모터에 제동토크를 추가적으로 발생시킴과 아울러, 후륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 강화시켜 하드 상태(Hard)가 되도록 제어하고, 전륜쪽 전자제어현가장치(ECS)의 댐핑력을 약화시켜 소프트 상태(Soft)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 선회 운동 향상 방법.
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