KR20230037177A - 차량의 휠 슬립 제어 방법 - Google Patents

차량의 휠 슬립 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백래시를 고려한 차량의 휠 슬립 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 구동계의 작동 상태 정보가 취득되는 단계; 상기 구동계의 작동 상태 정보를 기초로 구동장치와 휠 간 백래시 성분의 속도가 결정되는 단계; 휠 슬립 제어를 위한 기준 속도가 결정되는 단계; 상기 구동계 속도와 상기 백래시 성분의 속도 및 기준 속도를 기초로 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값이 결정되는 단계; 상기 제어 입력값을 이용하여 휠 슬립 발생 여부가 판단되는 단계; 휠 슬립이 발생한 것으로 판단된 경우 상기 제어 입력값을 기초로 토크 보정량이 결정되는 단계; 및 상기 토크 보정량에 따라 구동장치의 토크 지령이 보정되는 단계를 포함하는 차량의 휠 슬립 제어 방법에 관한 것이다.

Description

차량의 휠 슬립 제어 방법{WHEEL SLIP CONTROL METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 휠 슬립 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에서 구동모터와 휠 사이의 백래시(backlash) 성분으로 인한 제어 성능 저하를 방지하여 차량의 안정성 및 주행 성능을 확보할 수 있도록 하는 휠 슬립 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량 주행 중 안전성을 향상시키기 위한 전자 제어 시스템으로는, 차량 제동시 미끄러운 노면에서 휠 슬립(wheel slip)으로 인한 브레이크 잠김을 방지하는 ABS(Anti-lock Brake System), 차량 급발진이나 급가속시 구동력 또는 제동력을 제어하여 휠 슬립을 방지하는 TCS(Traction Control System), 차량의 자세를 안정적으로 제어하기 위한 ESP(Electronic Stability Program) 등이 알려져 있다.
이 중에서 TCS는 저 마찰 노면이나 비대칭 노면에서의 차량 발진 또는 가속시 구동륜의 과도한 슬립을 방지하여 차량 스핀(spin)을 방지하고, 차량의 발진 및 가속 성능, 조종 안정성을 향상시키는 능동 안전 장치이다.
이러한 TCS는 차량이 미끄러운 노면에서 출발하거나 가속할 때 과잉의 구동력이 발생하여 휠 슬립 등의 현상이 발생하면, 차량의 구동력(구동 토크) 또는 제동력(제동 토크)을 제어하여 구동륜의 속도를 제어하고, 이를 통해 차량의 가속도가 최대가 될 수 있도록 한다.
여기서, 차량의 구동력은 구동장치가 출력하는 토크에 의한 힘을 의미할 수 있고, 상기 구동장치는 모터(순수 전기 자동차, 연료전지 자동차)이거나, 엔진(내연기관 자동차), 또는 모터와 엔진(하이브리드 자동차)일 수 있다.
일례로, 순수 전기 자동차, 연료전지 자동차, 하이브리드 자동차와 같은 모터 구동 차량에서는 구동륜과 노면 사이에 발생하는 슬립의 양과 노면의 마찰계수 등에 따라 구동륜에서 최적 구동력을 얻을 수 있는 목표 구동륜 속도를 결정하고, 이를 추종하도록 모터 토크를 제어한다.
또한, 코너 길에서 차량이 선회할 때 차량의 불안정성을 막기 위해 모터 토크를 줄여줌으로써 차량이 안전하게 선회할 수 있도록 해준다.
TCS 작동시에는 주행 중인 실제 차량 속도를 기준으로 휠 슬립률을 계산하여 휠 슬립을 감소시키는 방향으로 토크를 조절하는데, 휠 슬립률을 계산하기 위해서는 실시간 정보인 실제 차량 속도(차체 기준 속도)와 차륜 속도를 아는게 필요하다.
예를 들면, 차륜의 슬립률(slip ratio, λ)은 아래와 같이 계산될 수 있다.
λ(%) = (Vveh - Vwhl)/Vveh ×100
여기서, 'Vveh'는 차량 속도(vehicle speed), 즉 차체 속도이고, 이는 슬립률을 계산하는데 필요한 기준 속도가 되며, 이 기준 속도는 슬립이 없는 상태에서의 차량 속도 의미를 가지는 것으로, TCS 작동을 위해서는 반드시 필요한 정보이다.
'Vwhl'은 차륜 속도(휠 속도)(wheel speed)이고, 이는 휠속 센서를 통해 얻어진다.
이와 같이 TCS 작동을 위해 기준 속도는 반드시 필요하므로 정확하고 적절한 제어 성능을 구현하기 위해서는 기준 속도의 정확한 추정이 요구된다.
일반적으로, 기준 속도로는 비구동륜의 차륜 속도를 이용하거나, 종방향 가속도를 검출하기 위한 G 센서를 이용하여 기준 속도를 구할 수 있고, 또는 GPS 수신 정보를 통해 얻어지는 차량 속도를 기준 속도로 이용할 수 있으며, 나아가 기준 속도를 보정하는데 요레이트 센서를 이용하기도 한다.
한편, 차량에 다양한 전자 제어 시스템을 도입하였음에도 불구하고 차량의 거동은 최종적으로 노면 마찰력의 한계로 인해 제한된다.
이는 차량의 거동이 타이어를 통한 노면과의 마찰력을 통해 얻어지는 것이기 때문이며, 따라서 마찰력을 얼마나 효과적으로 이용하는지의 여부가 차량의 거동을 결정하는 중요한 인자가 된다.
최대 노면 마찰력은 노면의 특성, 종/횡방향 타이어 슬립, 타이어 수직 하중 등에 의해 복합적인 영향을 받게 되는데, 통상적으로 슬립의 크기가 일정 양에 비해 더 커질수록 이용 가능한 마찰력은 더 감소하게 된다.
그러므로 차륜의 타이어 슬립을 제한하여 효과적인 종/횡 마찰력 유지를 하는 것이 중요하고, 차량에서 이 역할을 ABS나 TCS와 같은 전자 제어 시스템이 담당하고 있다.
그러나, 공지의 ABS나 TCS 제어 방식에서는 제어 주기 딜레이나 오작동을 방지하기 위한 휠속 신호 처리 등의 이유로 인해 이상적인 제어 성능을 유지하는 것이 어려워 최대 노면 마찰력을 내는 슬립 조건을 유지하지 못하고 상당히 큰 슬립이 발생하고 있는 실정이다.
결국, 차륜의 타이어 슬립률이 높은 상황에서 최대 노면 마찰력 대비 타이어 마찰력이 낮아지는 타이어 특성 때문에 한계상황에서 최대 노면 마찰력을 이용하지 못하고 낮은 마찰력을 이용하게 되면서 차량의 안정성과 성능을 효과적으로 발휘하지 못하고 있다.
최근 모터로 주행하는 전동화 차량에서의 휠 슬립 제어로는, 실제 차량 속도(차체 기준 속도) 및 차륜 속도(휠 속도)를 이용하는 것보다도, 모터의 빠른 거동 특성을 고려하여 모터의 토크와 속도를 이용하는 방법들이 제시되고 있는 추세이다.
이러한 방법은 차량의 절대 속도나 기준값을 필요로 하지 않는 장점을 가지므로 e-4WD 시스템에서도 효과적일 수 있다.
그러나, 모터의 속도 정보를 이용하는 만큼 모터와 휠 사이의 백래시(backlash) 성분이 제어량에 관여하게 되어 정확한 휠 슬립 제어가 어려운 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량에서 구동모터와 휠 사이의 백래시 성분으로 인한 제어 성능 저하를 방지하여 차량의 안정성 및 주행 성능을 확보할 수 있도록 하는 휠 슬립 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기에 의해, 차량 구동을 위한 구동장치를 포함하는 구동계의 작동 상태 정보가 취득되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 취득된 구동계의 작동 상태 정보를 기초로 구동장치와 휠 간 백래시 성분의 속도가 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 휠 슬립 제어를 위한 기준 속도가 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 취득된 구동계의 작동 상태 정보 중 구동계 속도와 상기 결정된 백래시 성분의 속도 및 기준 속도를 기초로 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 제어 입력값을 이용하여 휠 슬립 발생 여부가 판단되는 단계; 상기 제어기에 의해, 휠 슬립이 발생한 것으로 판단된 경우 상기 제어 입력값을 기초로 토크 보정량이 결정되는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 보정량에 따라 구동장치의 토크 지령이 보정되는 단계를 포함하는 차량의 휠 슬립 제어 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 차량의 휠 슬립 제어 방법에 의하면, 구동계 속도 정보에서 백래시 성분을 제거하여 휠 슬립 제어를 수행할 수 있게 됨에 따라 백래시 성분으로 인한 제어 성능의 저하를 효과적으로 방지할 수 있고, 차량의 안정성 및 주행 성능을 확보할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백래시를 고려한 휠 슬립 저감 제어 및 구동력 제어를 수행할 수 있는 장치의 구성을 예시한 블록도이다.
도 2와 도 3은 본 발명에서 백래시 성분을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 6은 본 발명에서 백래시 보상 방법 및 휠 슬립 제어 방법의 여러 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따른 백래시를 고려한 휠 슬립 제어 상태를 예시한 도면이다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 백래시(backlash)를 고려한 차량의 휠 슬립 제어 방법에 관한 것으로, 차량에서 구동모터와 휠 사이의 백래시 성분으로 인한 제어 성능의 저하를 방지하여 차량의 안정성 및 주행 성능을 확보할 수 있도록 하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에서는 구동계 속도로부터 백래시 성분의 속도를 제거한 뒤, 상기 백래시 성분이 제거된 구동계 속도 정보를 이용하여 휠 슬립 제어가 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 휠 슬립 제어 방법은 차량 구동원, 즉 차량을 구동하는 구동장치로서 모터를 이용하는 친환경 자동차, 즉 배터리 전기 자동차(Battery Electric Vehicle, BEV)나 하이브리드 자동차(Hybrid Eletric Vehicle, HEV), 연료전지 자동차(Fuel Cell Eletric Vehicle, FCEV)와 같은 모터 구동 차량에 유용하다.
공지의 휠 슬립 제어 방법, 특히 모터 속도 정보를 이용하여 차량의 휠 슬립을 제어하는 휠 슬립 제어 방법에서는, 모터 속도가 기준값 대비 급작스럽게 상승하는 현상을 휠 슬립이라 정의하고, 그에 상응하는 토크 보정량을 결정한 뒤, 상기 결정된 토크 보정량을 이용하여 모터 토크 지령을 보정함으로써 차량의 휠 슬립이 저감될 수 있도록 한다.
그러나, 모터 속도가 기준값 대비 급작스럽게 상승하는 현상은, 휠 슬립이 발생할 때뿐만 아니라 백래시 충격이 발생할 때에도 동일하게 발생한다. 따라서, 휠 슬립이 발생하지 않았음에도 백래시 발생 구간에서 불필요하게 구동력 지령(모터 토크 지령)을 보정하는 현상이 발생할 수 있고, 그로 인해 차량의 발진 성능이 저하되거나 진동이 발생할 가능성이 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위해 백래시로 인한 속도 성분을 미리 산출하고, 산출된 값만큼을 모터 속도에서 제거하는 방법이 제시된다. 이를 통해 휠 슬립 제어에 이용되는 모터 속도 정보에는 백래시 성분이 포함되지 않도록 할 수 있고, 오직 휠 슬립 현상으로 인해 모터 속도가 기준값 대비 급작스럽게 상승하는 현상을 구분 및 판단하여 제어하므로 휠 슬립을 효과적으로 방지 내지 제어할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백래시를 고려한 휠 슬립 저감 제어 및 구동력 제어를 수행할 수 있는 장치의 구성을 예시한 블록도이다.
이하의 설명에서 구동력은 차량을 구동하는 구동장치(40)에 의해 생성되는 힘으로서, 구동륜(60)의 타이어와 노면 사이에 작용하는 힘을 합산한 힘이라 할 수 있다. 즉, 구동력은 구동장치(40)에 의해 구동륜(60)에 생성되는 힘을 포함하는 것일 수 있고, 이 구동륜(60)에 생성되는 힘은 차량을 구동하는 구동장치(예, 모터)(40)에 의해 구동륜(60)에 인가되는 토크에 의한 것이라 할 수 있다.
구체적으로, 차량의 구동장치(40)가 모터라면, 구동륜(60)에 인가되는 토크는 모터가 구동시 출력하는 구동 토크이거나 회생시 모터에 의한 회생제동 토크이다. 이때, 상기 구동력은 모터가 구동시 출력하는 토크에 의한 구동력뿐만 아니라 모터 회생시의 회생제동력을 포함하는 개념의 구동력이다.
또한, 구동력의 제어는 구동장치(40)의 토크를 제어하는 것에 의해 수행될 수 있고, 이때 토크는 구동륜(60)에 인가되는 토크로서 모터에 의한 구동 토크와 모터에 의한 회생제동 토크를 모두 의미하는 것이다. 또한, 이하의 설명에서 '토크'와 '토크 지령'은 '구동력'과 '구동력 지령'으로 대체 가능하다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 휠 슬립 저감 제어 및 구동력 제어를 수행하는 장치는, 차량 운전 정보로부터 구동장치(40)의 토크 지령을 결정하여 출력하는 제1 제어기(20), 상기 제1 제어기(20)에서 수신되는 토크 지령에 따라 구동장치(40)의 작동을 제어하는 제2 제어기(30), 및 차량을 구동하기 위한 구동원으로서 상기 제2 제어기(30)에 의해 작동(토크 출력)이 제어되는 구동장치(40)를 포함한다.
여기서, 구동장치(40)는 전기자동차에서 모터일 수 있다. 상기 모터가 출력하는 토크 및 회전력은 도 1에 나타낸 바와 같이 감속기(50)를 거쳐 구동륜(60)으로 전달된다. 또는 구동장치(40)는 엔진과 모터일 수 있고, 엔진과 모터가 출력하는 토크 및 회전력은 변속기(50)를 거쳐 구동륜으로 전달된다.
또한, 구동장치(40)의 작동을 제어하기 위한 토크 지령은 차량에서 주행 중 수집되는 차량 운전 정보에 기초하여 결정 및 생성되는 것으로, 여기서 차량 운전 정보는 센서(10)에 의해 검출되어 차량 네트워크를 통해 제1 제어기(20)에 입력되는 센서 검출(측정) 정보일 수 있다.
상기 차량 운전 정보를 검출하는 센서(10)는, 운전자의 가속페달 입력값을 검출하는 가속페달 센서(Accelerator Position Sensor, APS), 운전자의 브레이크 페달 입력값을 검출하는 브레이크 페달 센서(Brake pedal Position Sensor, BPS), 구동계 속도를 검출하는 센서, 및 차속을 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량의 휠 슬립 제어 방법에서 핵심이 되는 부분은, 차량 운행 동안 센서에 의해 측정되어 휠 슬립 방지 제어에 이용되는 구동계 속도의 처리 방법에 있다.
여기서, 구동계 속도는 차량 구동을 위한 구동계 중 구동장치(40)의 회전속도일 수 있다. 또한, 상기 구동장치(40)의 회전속도는 모터의 회전속도(모터 속도)일 수 있다. 이때, 구동계 속도를 검출하는 센서는 모터의 회전속도를 검출하는 센서이고, 이는 모터의 회전자 위치를 검출하는 통상의 레졸버(resolver)일 수 있다. 또는 구동장치(40)의 회전속도는 엔진의 회전속도(엔진 속도)일 수 있고, 이때 구동계 속도를 검출하는 센서는 엔진의 회전속도를 검출하는 통상의 엔진 회전수 센서일 수 있다.
또는 구동계 속도는 구동계 중 구동장치(40)에 동력 전달 가능하게 연결된 차륜, 즉 구동륜(60)의 회전속도(휠 속도)일 수 있고, 이때 구동계 속도를 검출하는 센서는 구동륜의 회전속도를 검출하는 휠속 센서일 수 있다.
또는 구동계 속도는 구동륜(60)의 회전속도(휠 속도)와 연관성이 있는 구동계에서의 다른 회전속도일 수 있다. 예를 들면, 구동계 속도는 구동계에서 구동장치(40)의 회전력을 구동륜(60)과 함께 전달받아 동시에 회전되는 장치 중 하나인 시동발전기(Integrated Starter & Generater, ISG)의 회전속도일 수 있다. 시동발전기(ISG)는 구동장치인 엔진에 동력 전달 가능하게 연결되어 엔진을 시동하거나 엔진의 회전력으로 발전을 수행하는 장치이다. 그밖에 구동계 속도는 변속기(50)의 입력축 회전속도 또는 출력축 회전속도일 수 있고, 또는 드라이브 샤프트의 회전속도일 수 있다.
그리고, 상기 차속을 검출하기 위한 센서 또한 휠속 센서일 수 있다. 이 휠속 센서의 신호로부터 차속 정보가 얻어지는 것은 당해 기술분야에서 잘 알려진 기술 사항이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 센서(10)에 의해 검출되는 센서 검출 정보로서, 상기 토크 지령을 결정 및 생성하기 위한 차량 운전 정보로는, 운전자의 가속페달 입력값(APS 값)과 브레이크 페달 입력값(BPS 값), 구동장치(40)의 회전속도, 차속 등이 선택적으로 이용될 수 있다.
상기 차량 운전 정보에서 가속페달 입력값과 브레이크 페달 입력값은 운전자의 운전 입력 정보라 할 수 있고, 센서(10)에 의해 검출되는 구동장치(40)의 회전속도(모터 속도 등) 및 차속은 차량 상태 정보라 할 수 있다.
또한, 차량 운전 정보는 제1 제어기(20)에서 자체적으로 결정되는 정보일 수도 있고, 또는 차량 내 타 제어기(예, ADAS 제어기)로부터 차량 네트워크를 통해 제1 제어기(20)에 입력되는 정보(예, 요구 구동력 정보)일 수도 있다. 이때, 제1 제어기(20)는 통상의 차량에서 차량 운전 정보에 기초하여 토크 지령을 생성하는 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU) 또는 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)일 수 있다.
차량에서 수집되는 차량 운전 정보로부터 구동장치(40)의 작동을 제어하기 위한 토크 지령을 결정 및 생성하는 방법과 그 과정에 대해서는 당해 기술분야에서 공지의 기술 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제1 제어기(20)에서 토크 지령이 결정되어 출력되면, 제2 제어기(30)가 상기 토크 지령을 수신하여 수신된 토크 지령에 따라 구동장치(40)의 작동을 제어한다. 이에 토크 지령에 따라 제어 및 출력되는 구동장치(40)의 동력이 감속기(50)를 거쳐 구동륜(60)에 전달되면서 차량이 구동할 수 있게 된다.
제2 제어기(30)는 토크 지령에 따라 인버터를 통해 구동장치(40)인 모터를 구동하고 모터의 구동을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU)일 수 있다. 또는 모터 제어기와 함께, 토크 지령에 따라 엔진의 작동을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU)를 포함하는 것일 수 있다.
위의 설명에서 제어 주체를 제1 제어기와 제2 제어기로 구분하여 설명하였지만, 본 발명에 따른 휠 슬립 제어 과정은 복수 개의 제어기 대신 통합된 하나의 제어요소에 의해서도 수행될 수 있다.
이때, 복수 개의 제어기와 통합된 하나의 제어요소를 모두 제어기라 통칭할 수 있고, 이 제어기에 의해 이하 설명되는 본 발명에 따른 차량의 휠 슬립 제어 과정이 수행된다 할 수 있다. 즉, 상기 제어기는 제1 제어기와 제2 제어기를 모두 통칭하는 것이라 할 수 있다.
구동계 속도, 특히 모터 속도(구동모터의 회전속도)가 센서에 의해 측정되었을 때, 측정된 모터 속도 정보에는, 모터의 토크 출력으로 인해 발생하는 백래시 및 축 비툴림에 의한 성분이 포함되어 있다. 따라서, 센서에 의해 측정되어 휠 슬립 방지 제어에 이용되는 모터 속도 정보 중 백래시 및 축 비틀림에 의한 속도 성분을 제거한 뒤 순수 모터 속도만을 기준으로 휠 슬립을 판단 및 제어하는 것이 효과적이다.
이와 같이 백래시 및 축 비틀림에 의한 속도 성분을 제거한 뒤 순수 모터 성분만을 휠 슬립 억제 및 저감 제어에 이용하기 위해서는, 백래시 성분을 산출하는 과정, 모터 속도에 대한 백래시 보상을 수행하는 과정, 그리고 보상 완료된 모터 속도를 기초로 하는 휠 슬립 판단 및 제어 과정이 제어기에서 수행되어야 한다.
도 2와 도 3은 본 발명에서 백래시 성분을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에서 다음 중 하나의 방법에 의해 얻어진 값을 백래시 산출값으로 이용하거나, 또는 다음 중 둘 이상의 방법에 의해 각각 얻어진 값을 미리 정해진 방법으로 조합한 값을 백래시 산출값으로 이용할 수 있다.
상기 조합한 값은 가중치를 적용하여 합산한 값이 될 수 있다. 즉, 아래의 방법 중 둘 이상의 방법에 의해 각각 얻어진 값에 방법별로 설정된 가중치를 각각 곱한 뒤, 각 곱한 값들을 모두 합산한 값으로 백래시 산출값이 구해질 수 있다.
본 발명에서 백래시 산출값, 즉 상기와 같이 산출되는 백래시 값은 속도로 정의될 수 있으며, 이때 백래시 산출값은 백래시 성분에 해당하는 속도 값이다. 이러한 백래시 성분에 해당하는 속도 값은 다음의 방법에 의해 구해질 수 있다.
첫 번째 방법으로, 제어기에서 구동계의 작동 상태 정보로부터 백래시 값(백래시 성분에 해당하는 속도 값)이 구해질 수 있다. 여기서, 구동계의 작동 상태 정보는 구동장치(40)의 토크(예, 모터 토크), 구동장치의 토크 변화 기울기(토크 변화율), 구동계 속도(예, 모터 속도), 구동계 온도(예, 모터 온도) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 제어기에서 상기 적어도 하나 이상의 값을 입력변수로 하는 맵으로부터 상기 백래시 값이 구해질 수 있다. 예로서, 상기 구동장치의 토크는 제어기에서 차량 운전 정보를 기초로 결정되는 구동장치의 토크 지령일 수 있고, 이는 모터 토크 지령일 수 있다. 또는 상기 구동장치 토크는 정해진 추정 과정에 의한 토크 추정값이나 센서에 의한 토크 측정값일 수도 있다.
두 번째 방법으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어기에서 구동계의 작동 상태 정보로서 구동장치(40)의 토크를 이용하는 것으로, 구체적으로는 구동장치의 토크 지령의 변화 기울기(변화율)에 미리 설정된 비례상수를 곱한 값으로 백래시 값이 구해질 수 있다. 여기서, 비례상수는 비틀림 강성 모델 상수일 수 있다. 도 2를 참조하면, 백래시 값이 토크 신호의 기울기에 비례하는 값으로 결정되는 것을 볼 수 있다.
세 번째 방법으로, 제어기에서 미리 설정된 기어 백래시 모델에 의해 산출된 값으로 백래시 값이 구해질 수 있다. 이때, 백래시 값 정보로서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동계의 작동 상태 정보인 구동장치(40)의 토크 신호를 입력으로 하여 마찰토크 임계치를 갖는 릴레이(relay) 함수로부터 백래시 속도 프로파일(백래시 값의 프로파일)이 구해질 수 있다.
즉, 제어기에 마찰토크 상한 임계치(upper friction threshold)와 마찰토크 하한 임계치(lower friction threshold)가 미리 설정되고, 릴레이 임계치에 의해 트리거(trigger) 된 형태의 백래시 속도 프로파일이 구해질 수 있는바, 이 백래시 속도 프로파일의 값이 백래시 값으로 이용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 모터 토크가 마찰토크 상한 임계치와 마찰토크 하한 임계치에 도달하였을 때 증감하는 형태의 속도 프로파일이 제어기에 설정되는 것을 볼 수 있다. 즉, 모터 토크가 마찰토크 상한 임계치와 마찰토크 하한 임계치에 도달하였을 때 설정 기울기로 변화하기 시작하여 설정된 피크값에 도달한 뒤 다시 또 다른 설정 기울기로 변화하여 초기값으로 복원되는 형태의 백래시 속도 프로파일이 설정될 수 있다.
그리고, 본 발명에서 휠 슬립 제어를 위한 모터 속도의 백래시 보상 방법은 다음의 세 방법 중 하나가 선택적으로 이용될 수 있다. 도 4 내지 6은 본 발명에서 백래시 보상 방법 및 휠 슬립 제어 방법의 여러 실시예를 나타낸 순서도이다.
먼저, 백래시 보상을 위한 첫 번째 방법에 대해 도 4를 참조로 설명하기로 한다. 도 4에 나타낸 백래시 보상 방법은 보상 전 구동계 속도 정보에서 백래시 성분에 해당하는 속도(백래시 성분의 속도)를 빼서 보상하는 방법이다.
백래시 보상 방법 중 하나로서, 산출된 백래시 성분의 속도를 이용하여 모터 속도를 보정하며, 이때 보정 전 모터 속도에서 상기 산출된 백래시 성분의 속도(최종의 백래시 산출값)를 차감하는 방식으로 모터 속도를 보정한다.
좀 더 상세히 설명하면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 공지의 슬립 제어 조건을 만족하는 상태에서(S11), 제어기에 센서(10)를 통해 구동계의 작동 상태 정보가 실시간으로 취득된다(S12). 여기서, 구동계의 실시간 작동 상태 정보는 구동장치(40)의 토크와 구동계 속도를 포함하고, 이에 더하여 구동계 온도를 더 포함할 수 있다.
예로서, 상기 구동장치(40)의 토크는 모터 토크 지령일 수 있고, 상기 상기 구동계 속도는 모터 속도일 수 있으며, 상기 구동계 온도는 모터 온도일 수 있다. 도 4에서는 작동 상태 정보 중 구동계 속도 정보가 취득됨을 나타내고 있다.
이어 제어기에서 백래시 성분의 속도(상기 백래시 산출값임)가 전술한 바와 같이 산출되고(S13), 구동계 속도에서 상기 산출된 백래시 성분의 속도를 제거하여 백래시 성분이 제거된 구동계 속도를 산출한다(S14). 즉, 센서(10)에 의해 측정된 구동계 속도에서 상기 산출된 백래시 성분의 속도 값을 차감하여 구동계 속도를 보정하는 것이다.
이후 제어기는 백래시 성분이 제거된 구동계 속도, 즉 상기 보정된 구동계 속도 정보를 이용하여 휠 슬립 제어를 실시한다. 즉, 휠 슬립 제어를 위한 기준 속도를 산출하고(S15), 상기 보정된 구동계 속도와 상기 기준 속도 간 차이값인 속도 오차값을 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값으로서 산출한다(S16). 휠 슬립 제어를 위한 기준 속도를 산출하는 방법에 대해서는 공지의 기술 사항이므로 설명을 생략하기로 한다.
이어 제어기는 상기와 같이 산출된 속도 오차값인 제어 입력값을 미리 설정된 임계치와 비교한다(S17). 이때, 제어기는 상기 속도 오차값인 제어 입력값이 상기 임계치를 초과할 경우 차량의 휠 슬립이 발생한 상태인 것으로 판단하고, 토크(구동력) 보정량을 산출한다(S18).
상기 토크 보정량은 제어기에서 설정 데이터에 의해 상기 제어 입력값인 속도 오차값에 상응하는 값으로 결정되거나, 상기 속도 오차값에서 상기 임계치를 뺀 차이값에 상응하는 값으로 결정될 수 있다. 이때, 제어기에서 상기 설정 데이터는, 상기 속도 오차값 또는 상기 속도 오차값에서 상기 임계치를 뺀 차이값을 입력변수로 하여, 상기 속도 오차값 또는 상기 차이값에 상응하는 토크 보정량이 구해질 수 있는 맵 또는 수식이 될 수 있다.
상기와 같이 토크 보정량이 산출되면, 제어기는 상기 산출된 토크 보정량만큼 구동장치(40)의 토크 지령을 보정한 뒤, 상기 보정된 토크 지령에 따라 구동장치의(40)의 작동을 제어하는 토크 보정 제어(구동력 보정 제어)를 수행한다(S19).
다음으로, 백래시 보상을 위한 두 번째 방법에 대해 도 5를 참조로 설명하기로 한다. 이하의 설명에서 백래시 성분의 속도를 '백래시 속도'라 약칭하기로 한다.
도 5의 백래시 보상 방법에서는, 보상 전 구동계 속도 정보를 이용하여 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값을 산출하고, 상기 산출된 제어 입력값에 백래시 속도 또는 이 백래시 속도의 함수 값으로 산출된 백래시 보정량을 빼서 제어 입력값을 보정한 뒤, 상기 보정된 제어 입력값을 이용한다. 즉, 백래시 속도를 이용하여 제어 입력값을 보정한 후 보정된 제어 입력값을 휠 슬립 제어에 이용하는 것이다.
좀 더 상세히 설명하면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 공지의 슬립 제어 조건을 만족하는 상태에서(S11), 제어기에 센서(10)를 통해 실시간 구동계 속도 정보가 취득된다(S12). 예로서, 상기 구동계 속도는 모터 속도일 수 있다.
이어 제어기에서 휠 슬립 제어를 위한 기준 속도를 산출하고(S13'), 상기 취득된 구동계 속도를 이용하여 제어 입력값을 결정한다(S14'). 여기서, 제어 입력값은 상기 취득된 구동계 속도와 상기 산출된 기준 속도의 차이값인 속도 오차값일 수 있다.
또는 상기 제어 입력값은 상기 취득된 구동계 속도와 구동장치의 토크 지령을 이용하여 산출한 구동계 등가관성 값일 수 있다. 구동계 속도와 토크 지령을 기초로 구동계 등가관성 값을 산출하는 방법에 대해서는 본 출원인에 의해 특허 출원된 공개특허 제10-2021-0014821호(2021.2.10.)에 개시되어 있다. 또는 상기 취득된 구동계 속도와 상기 산출된 기준 속도로부터 얻어지는 휠 슬립량이거나, 구동계 모델로부터 구동계 속도 정보와 토크 지령 값을 이용하여 얻어지는 관측 속도의 오차일 수 있다.
이어 제어기는 백래시 성분의 속도, 즉 백래시 속도를 전술한 바와 같이 산출한다(S15'). 이어 제어기는 상기 산출된 백래시 속도를 이용하여 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값을 보정한다(S16'). 즉, 제어 입력값이 상기 구동계 속도와 기준 속도의 차이값인 속도 오차값일 경우, 제어기는 상기 백래시 속도를 백래시 보정량으로 이용하여, 상기 제어 입력값인 속도 오차값에서 상기 백래시 보정량인 백래시 속도를 차감하는 제어 입력값 보정을 하고, 이후 상기 보정된 제어 입력값을 휠 슬립 제어에 이용한다.
또는 제어 입력값이 속도 오차값이 아닌, 상기 등가관성 값이거나 휠 슬립량, 또는 관측 속도의 오차와 같은 제어 입력 변수일 경우, 제어기는 상기 제어 입력 변수에서 백래시 속도의 함수 값으로 산출되는 백래시 보정량을 차감하는 제어 입력값 보정을 하고, 이후 상기 보정된 제어 입력값을 휠 슬립 제어에 이용한다. 상기 백래시 보정량의 산출을 위해 백래시 속도를 입력변수로 하여 백래시 보정량을 산출할 수 있는 함수식이 이용될 수 있다.
이후 휠 슬립 제어 과정에서, 제어기는 상기 보정된 제어 입력값을 미리 설정된 임계치와 비교한다(S17). 여기서, 상기 보정된 제어 입력값이 상기 임계치를 초과할 경우, 제어기는 차량의 휠 슬립 발생 상태인 것으로 판단하고, 토크(구동력) 보정량을 산출한다(S18).
상기 토크 보정량은 제어기에서 설정 데이터에 의해 상기 보정된 제어 입력값에 상응하는 값으로 결정되거나, 상기 보정된 제어 입력값에서 상기 임계치를 뺀 차이값에 상응하는 값으로 결정될 수 있다. 이때, 제어기에서 상기 설정 데이터는, 상기 보정된 제어 입력값 또는 상기 보정된 제어 입력값에서 상기 임계치를 뺀 차이값을 입력변수로 하여, 상기 제어 입력값 또는 상기 차이값에 상응하는 토크 보정량이 구해질 수 있는 맵 또는 수식이 될 수 있다.
상기와 같이 토크 보정량이 산출되면, 제어기는 상기 산출된 토크 보정량만큼 구동장치(40)의 토크 지령을 보정한 뒤, 상기 보정된 토크 지령에 따라 구동장치(40)의 작동을 제어하는 토크 보정 제어(구동력 보정 제어)를 수행한다(S19).
다음으로, 백래시 보상을 위한 세 번째 방법에 대해 도 6을 참조로 설명하기로 한다.
도 6의 백래시 보상 방법에서는, 보상 전 모터 속도 정보를 이용하여 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값을 산출하고, 백래시 속도의 함수 값으로 산출한 데드존 임계치를 이용하여 휠 슬립 판단을 위한 데드존을 설정한 후, 상기 산출된 제어 입력값과 데드존을 휠 슬립 제어에 이용한다. 이와 같이 백래시 속도의 함수 값으로 산출된 값을 임계치로 설정하여 제어 입력값이 임계치를 초과하는 성분만 유효화하는 방법을 이용할 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 공지의 슬립 제어 조건을 만족하는 상태에서(S11), 제어기에 센서(10)를 통해 실시간 구동계 속도 정보가 취득된다(S12). 예로서, 상기 구동계 속도는 모터 속도일 수 있다.
이어 제어기에서 휠 슬립 제어를 위한 기준 속도를 산출하고(S13'), 상기 취득된 구동계 속도를 이용하여 제어 입력값을 결정한다(S14'). 여기서, 제어 입력값은 상기 취득된 구동계 속도와 상기 산출된 기준 속도의 차이값인 속도 오차값일 수 있다.
또는 상기 제어 입력값은 상기 취득된 구동계 속도와 구동장치의 토크 지령을 이용하여 산출한 구동계 등가관성 값일 수 있다. 또는 상기 취득된 구동계 속도와 상기 산출된 기준 속도로부터 얻어지는 휠 슬립량이거나, 구동계 모델로부터 구동계 속도 정보와 토크 지령 값을 이용하여 얻어지는 관측 속도의 오차일 수 있다.
이어 제어기는 백래시 성분의 속도, 즉 백래시 속도를 전술한 바와 같이 산출한다(S15'). 이어 제어기는 상기 산출된 백래시 속도를 이용하여 휠 슬립 판단을 위한 임계치를 산출한다(S16"). 이때, 휠 슬립 판단을 위한 임계치(즉, 데드존 임계치)는 백래시 속도 그 자체일 수 있고, 또는 백래시 속도의 함수 값으로 산출된 것일 수 있다. 상기 함수 값의 이용시, 임계치의 산출을 위해 백래시 속도를 입력변수로 하여 임계치를 산출할 수 있는 함수식이 이용될 수 있다.
이후 휠 슬립 제어 과정에서, 제어기는 상기 결정된 제어 입력값을 상기 산출된 임계치와 비교한다(S17). 여기서, 상기 제어 입력값이 상기 임계치를 초과할 경우, 제어기는 차량의 휠 슬립 발생 상태인 것으로 판단하고, 토크(구동력) 보정량을 산출한다(S18).
상기 토크 보정량은 제어기에서 설정 데이터에 의해 상기 제어 입력값에 상응하는 값으로 결정되거나, 상기 제어 입력값에서 상기 임계치를 뺀 차이값에 상응하는 값으로 결정될 수 있다. 이때, 제어기에서 상기 설정 데이터는, 상기 제어 입력값 또는 상기 제어 입력값에서 상기 임계치를 뺀 차이값을 입력변수로 하여, 상기 제어 입력값 또는 상기 차이값에 상응하는 토크 보정량이 구해질 수 있는 맵 또는 수식이 될 수 있다.
상기와 같이 토크 보정량이 산출되면, 제어기는 상기 산출된 토크 보정량만큼 구동장치(40)의 토크 지령을 보정한 뒤, 상기 보정된 토크 지령에 따라 구동장치(40)의 작동을 제어하는 토크 보정 제어(구동력 보정 제어)를 수행한다(S19).
도 7은 본 발명에 따른 백래시를 고려한 휠 슬립 제어 상태를 예시한 도면으로서, 도 6에 나타낸 휠 슬립 제어 방법의 예를 보여주고 있다.
도 7을 참조하면, 제어기에서 차량 운전 정보를 기초로 결정되는 구동장치(40)의 토크 지령을 나타내는 토크 신호, 센서(10)에 의해 검출된 구동계 속도를 나타내는 구동계 속도 신호, 휠 슬립 제어를 위한 기준 속도를 나타내는 기준 속도 신호가 예시되어 있다.
또한, 백래시 성분에 해당하는 속도(백래시 속도)의 함수 값으로 산출되는 임계치가 예시되어 있으며, 'S' 구간은 휠 슬립 제어 무효화 구간으로서, 휠 슬립 제어 무효화 구간에서는 제어 입력값의 상승이 감지되었지만 제어 입력값이 임계치를 초과하지 않았으므로 휠 슬립 제어가 수행되지 않는다. 반면, 제어 입력값이 임계치를 초과한 경우에는 휠 슬립 제어가 수행된다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 차량의 구동계 속도 정보에서 백래시 성분을 제거한 휠 슬립 제어가 수행될 수 있고, 결국 백래시 성분으로 인한 제어 성능의 저하를 효과적으로 방지할 수 있음은 물론, 나아가 차량의 안정성 및 주행 성능을 확보할 수 있게 된다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 휠 슬립 제어 방법에 따르면, 백래시로 인해 발생하는 원치 않는 가속 성능 저하 및 진동 발생을 방지할 수 있다.
구동계 속도 정보 내에 포함되어 있는 백래시 성분을 휠 슬립과 구분하지 않으면, 휠 슬립이 발생하지 않았는데도 불구하고 백래시로 인해 휠 슬립 보정 제어가 실시되는 경우가 다수 발생하며, 이 경우 휠 슬립 보정 제어로 인해 구동력이 저감된다. 따라서 가속 성능이 저하되고, 요구하는 구동력 지령을 추종하지 않는 구동력 프로파일이 생성되기 때문에 종방향 차량 진동의 원인이 된다. 그러므로 본 발명에서와 같이 백래시를 휠 슬립과 명확히 구별함으로써 상기 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 휠 슬립 제어 방법에 따르면 백래시로 인해 발생하는 휠 슬립 제어 성능의 저하를 방지할 수 있다.
기존 구동계 속도 정보를 이용하는 휠 슬립 제어 전략에서는, 백래시로 인해 휠 슬립 보정 제어가 오진입하는 상황을 방지하기 위하여 백래시 발생 상황보다 더욱 크기가 큰 구동계 속도 오차가 발생하였을 때만 휠 슬립 보정 제어를 실시하였다. 그로 인해 휠 슬립 발생 초기에 제어가 실시되지 못하고, 어느 정도 이상으로 큰 휠 슬립이 발생해야만 제어가 수행되기 시작한다. 따라서, 휠 슬립에 대한 대응 능력이나 휠 슬립 억제 능력이 제한될 수밖에 없다. 그러므로 본 발명에서와 같이 백래시를 휠 슬립과 명확히 구별함으로써 상기 문제를 방지할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 센서
20 : 제1 제어기
30 : 제2 제어기
40 : 구동장치
50 : 감속기 또는 변속기
60 : 구동륜

Claims (20)

  1. 제어기에 의해, 차량 구동을 위한 구동장치를 포함하는 구동계의 작동 상태 정보가 취득되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 취득된 구동계의 작동 상태 정보를 기초로 구동장치와 휠 간 백래시 성분의 속도가 결정되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 휠 슬립 제어를 위한 기준 속도가 결정되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 취득된 구동계의 작동 상태 정보 중 구동계 속도와 상기 결정된 백래시 성분의 속도 및 기준 속도를 기초로 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값이 결정되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 결정된 제어 입력값을 이용하여 휠 슬립 발생 여부가 판단되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 휠 슬립이 발생한 것으로 판단된 경우 상기 제어 입력값을 기초로 토크 보정량이 결정되는 단계; 및
    상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 보정량에 따라 구동장치의 토크 지령이 보정되는 단계를 포함하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 백래시 속도가 결정되는 단계에서,
    상기 구동계의 작동 상태 정보는 구동장치의 토크, 구동장치의 토크 변화 기울기, 구동계 속도, 및 구동계 온도 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 구동계의 작동 상태 정보를 입력변수로 하는 맵으로부터 상기 백래시 성분의 속도가 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 구동장치가 모터이고, 상기 구동계 속도는 모터 속도이며, 상기 구동계 온도는 모터 온도인 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 백래시 성분의 속도가 결정되는 단계에서,
    상기 구동계의 작동 상태 정보가 구동장치의 토크이고,
    상기 백래시 성분의 속도는 구동장치의 토크 변화 기울기에 미리 설정된 비례상수를 곱한 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 백래시 성분의 속도가 결정되는 단계에서,
    상기 구동계의 작동 상태 정보가 구동장치의 토크이고,
    상기 백래시 성분의 속도는 릴레이 함수의 마찰토크 임계치에 의해 트리거(trigger) 된 형태의 속도 프로파일로부터 구해지며,
    상기 속도 프로파일은, 상기 구동장치의 토크가 미리 설정된 마찰토크 상한 임계치와 하한 임계치에 도달하였을때, 미리 설정된 기울기와 피크값으로 증감하는 형태로 설정되는 속도 프로파일인 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동계 속도는 구동장치의 회전속도, 구동륜의 회전속도, 엔진에 동력 전달 가능하게 연결된 시동발전기의 회전속도, 변속기 입력축 회전속도, 변속기 출력축 회전속도, 및 드라이브 샤프트의 회전속도 중 하나인 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동장치는 모터인 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값이 결정되는 단계에서,
    상기 작동 상태 정보 중 구동계 속도를 상기 백래시 성분의 속도를 이용하여 보정하고,
    상기 보정된 구동계 속도와 상기 기준 속도를 기초로 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 구동계 속도의 보정시 구동계 속도에서 상기 백래시 성분의 속도를 차감하여 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 보정된 구동계 속도와 상기 기준 속도의 차이값인 속도 오차값을 상기 제어 입력값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 휠 슬립 발생 여부가 판단되는 단계에서,
    상기 결정된 제어 입력값을 미리 설정된 임계치와 비교하여, 상기 제어 입력값이 상기 임계치를 초과할 경우, 휠 슬립이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 토크 보정량이 결정되는 단계에서,
    맵이나 수식에 의해, 상기 제어 입력값에서 상기 임계치를 뺀 값에 상응하는 값으로 토크 보정량이 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크 보정량이 결정되는 단계에서,
    맵이나 수식에 의해, 상기 제어 입력값에 상응하는 값으로 토크 보정량이 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값이 결정되는 단계에서,
    상기 구동계 속도, 또는 상기 구동계 속도와 상기 기준 속도를 이용하여, 휠 슬립 제어를 위한 보정 전 제어 입력값을 결정하고,
    상기 결정된 보정 전 제어 입력값을 상기 백래시 성분의 속도를 이용하여 보정한 후,
    상기 보정된 제어 입력값을 상기 휠 슬립 발생 여부를 판단하기 위한 최종의 제어 입력값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 구동계 속도와 상기 기준 속도의 차이값인 속도 오차값을 상기 보정 전 제어 입력값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 구동계 속도와 구동장치의 토크 지령을 이용하여 산출한 구동계 등가관성, 상기 구동계 속도와 상기 기준 속도를 이용하여 산출한 휠 슬립량, 및 구동계 모델로부터 구동계 속도 정보와 토크 지령 값을 이용하여 얻어지는 관측 속도의 오차 중 정해진 하나를 상기 보정 전 제어 입력값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어 입력값의 보정시, 상기 보정 전 제어 입력값에서 상기 백래시 성분의 속도 값을 차감하여 보정하거나, 상기 보정 전 제어 입력값에서 상기 백래시 성분의 속도의 함수 값으로 산출된 백래시 보정량을 차감하여 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기에 의해, 상기 결정된 백래시 성분의 속도의 함수 값으로 휠 슬립 판단을 임계치를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 휠 슬립 발생 여부가 판단되는 단계에서,
    상기 결정된 제어 입력값을 상기 결정된 임계치와 비교하여, 상기 제어 입력값이 상기 임계치를 초과할 경우, 휠 슬립이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값이 결정되는 단계에서,
    상기 구동계 속도와 상기 기준 속도의 차이값인 속도 오차값을 상기 보정 전 제어 입력값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 휠 슬립 제어를 위한 제어 입력값이 결정되는 단계에서,
    상기 구동계 속도와 구동장치의 토크 지령을 이용하여 산출한 구동계 등가관성, 상기 구동계 속도와 상기 기준 속도를 이용하여 산출한 휠 슬립량, 및 구동계 모델로부터 구동계 속도 정보와 토크 지령 값을 이용하여 얻어지는 관측 속도의 오차 중 정해진 하나를 상기 보정 전 제어 입력값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 슬립 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5720789B2 (ja) * 2011-08-29 2015-05-20 トヨタ自動車株式会社 車両の制動力制御装置
JP2013121231A (ja) * 2011-12-07 2013-06-17 Hitachi Automotive Systems Ltd 電動車両の制御装置
JP6201210B2 (ja) * 2013-09-24 2017-09-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動車両の制御装置及び電動車両の制御方法
DE112016001432T5 (de) * 2015-03-27 2017-12-14 Calsonic Kansei Corporation Antriebsleistungssteuerungsvorrichtung für elektrofahrzeug
CN107225979B (zh) * 2017-06-15 2018-11-30 清华大学 一种用于电动汽车的制动控制装置及控制方法
KR102633943B1 (ko) * 2018-09-14 2024-02-05 현대자동차주식회사 차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법
JP7172675B2 (ja) * 2019-02-04 2022-11-16 トヨタ自動車株式会社 電動車両の制御装置
KR20210020189A (ko) * 2019-08-13 2021-02-24 현대자동차주식회사 차량의 구동계 백래시 판단 장치 및 방법

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