KR20230037722A

KR20230037722A - 차량의 주행 상태 판단 방법

Info

Publication number: KR20230037722A
Application number: KR1020210120152A
Authority: KR
Inventors: 오지원
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2023-03-17
Also published as: US20230077116A1

Abstract

제어기에 의해, 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 구동륜에 토크를 인가하기 위한 차량 구동장치의 토크 지령이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 지령과 제1 센서에 의해 측정되는 차량의 측정 종방향 가속도 정보를 기초로, 상기 토크 지령에 연동하는 차량의 기준 종방향 가속도와 상기 차량의 측정 종방향 가속도의 차이로 정의되는 가속도 오차가 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 지령을 기초로, 차량을 구동하는 상기 구동장치의 실제 회전가속도와 상기 토크 지령에 연동하는 기준 구동장치 회전가속도의 차이로 정의되는 가속도 외란의 변화율인 가속도 외란율이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 가속도 외란율을 적분하여 가속도 외란을 산출하는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 가속도 오차와 가속도 외란율, 가속도 외란을 기초로 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계를 포함하는 차량의 주행 상태 판단 방법을 포함하는 차량의 주행 상태 판단 방법이 개시된다.

Description

차량의 주행 상태 판단 방법{Method for determining traveling status of vehicle}

본 발명은 차량의 주행 상태 판단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에서 과속방지턱 통과, 휠 슬립 발생, 구배가 있는 경사로 주행 등의 차량 주행 상태를 실시간으로 정확히 구분하여 판단할 수 있는 방법에 관한 것이다.

최근 글로벌 전기자동차 시장이 급격히 성장함에 따라 전동 파워트레인의 성능에 대한 기대치가 점차 높아지고 있다. 여기에는 단순히 가속 성능뿐 아니라 외부 방해에 관계없이 견인력을 확보할 수 있는 능력도 포함된다.

이러한 기대치가 높아지고 있는 이유는 내연기관(엔진)을 장착한 기존 차량과 구별되는 전동 파워트레인의 특성 때문이다. 공기 유동 경로와 연소 과정 등으로 인해 동력(power)을 생성 및 출력하는데 필연적으로 많은 시간이 소요되는 내연기관과 달리, 전동 파워트레인의 전자기 모터는 매우 짧은 시간 내에 동력을 생성할 수 있다. 상기한 차이는 생성된 동력이 차륜에 전달될 때 더욱 두드러진다.

또한, 기존의 내연기관에서 생성되는 토크는 스트로크를 반복하는 왕복 기계 부품의 존재로 인해 상당량의 토크 리플(torque ripple)을 수반한다. 이와 같은 토크 리플은 차륜으로 전달되기 전에 필터링되어야 하며, 이러한 작업은 일반적으로 듀얼 매스 플라이휠 및 비틀림 스프링과 같은 댐핑 요소를 파워트레인에 적용함으로써 수행될 수 있다.

그러나, 완전히 전동화된 파워트레인은 리플이 거의 없는 토크를 제공할 수 있으며, 전기자동차(EV)의 고유한 특성으로 인해 파워트레인 내에 댐핑 요소가 불필요하다.

또한, 내연기관의 높은 회전속도 지향 토크 밴드와 운전점은 요구 동력 수준에 따라 기어비를 변속하기 위해 다단 변속기를 필요로 한다. 그러나, 모터는 본질적으로 낮은 회전속도 지향 토크 밴드를 형성하므로 변속기 구성 요소를 필요로 하지 않는다.

이와 같은 차이는 모두 전동화 구동계의 응답성에 기여하며, 종방향 응답성을 효과적으로 이용하는 것은 자동차 시장에서 제품의 경쟁력을 확보하는데 매우 중요하다.

최근 향상된 성능에 대한 기대치를 충족하기 위해 기존의 트랙션 제어 시스템(Traction Control System, 이하 'TCS'라 칭함)이 전기자동차용으로 재개발되어 적용 중에 있다. 이러한 조치는 전반적인 타이어 슬립 규제 성능을 확실히 강화할 수 있다. TCS는 전기 동력의 반응성을 이용하여 토크 명령에 효과적으로 개입함으로써 타이어 슬립을 방지할 수 있다.

그러나, 불필요한 TCS(트랙션 제어 등의 휠 슬립 저감 제어) 작동의 문제가 부작용으로 나타날 수 있다. 특히, TCS의 활성화 조건은 속도 측정 정보를 기반으로 결정되기 때문에 속도에 영향을 미치는 모든 외란이 TCS를 잘못 활성화시킬 수 있다. 따라서, 예상되는 성능을 확보하고 전기자동차에 특화된 TCS를 적극적으로 활용 가능하도록 하기 위해 상기와 같은 부작용을 효과적으로 방지할 수 있는 전략이 요구되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면으로, TCS의 잘못된 활성화를 유발할 수 있는 외란의 예를 보여주고 있으며, 외란으로 인한 오(誤)판단의 부작용을 설명하면 다음과 같다. 도 1을 참조하면, TCS의 잘못된 활성화를 유발할 수 있는 외란으로 과속방지턱(speed bump), 도로 구배(slope), 휠 슬립(slip)의 예가 나타나 있다.

먼저, 과속방지턱과 도로 구배는 차량의 종방향 가속도에 동일한 외란을 유발할 수 있고, 도로 구배(노면 기울기) 정보 추정의 반응성이 향상된 상태일 때 과속방지턱의 영향으로 인해 제어기가 현가 피치각을 도로 구배로 오판단할 수 있다.

여기서, 현가 피치각은 전륜 현가장치와 후륜 현가장치의 스트로크 차이로 인한 차량의 피치 방향 진동 상태를 나타내는 정보로서, 전륜 현가장치와 후륜 현가장치 중 어느 하나가 나머지 하나에 비해 더 리바운드(인장)된 상태이거나 더 범프(수축)된 상태일 때 현가 피치각이 발생한다.

또한, 도로 구배와 휠 슬립의 경우, 모두 차량 부하에 외란을 유발할 수 있고, 민감한 휠 슬립 저감 제어 수행 시 경사로에서 슬립이 발생하지 않았음에도 제어 오(誤)진입을 유발할 수 있다.

또한, 도로 구배의 추정을 위해 슬립이 발생하지 않은 속도 정보가 필요한 반면, 슬립의 추정을 위해서는 도로 구배의 정보가 필요하다. 이에 구동륜의 속도를 기반으로 도로 구배를 추정할 때 슬립 발생으로 인해 평지임에도 큰 도로 구배로 잘못 판단할 수 있다.

또한, 휠 슬립과 과속방지턱은 토크 정보 대비 속도에 동일한 외란을 유발할 수 있고, 민감한 속도 정보 기반의 휠 슬립 저감 제어 수행 시 과속방지턱에서 슬립이 발생하지 않았음에도 제어 오진입을 유발할 수 있다.

전기자동차의 우수한 구동력 응답성을 고려하여 특화 및 차별화한 전기자동차용 TCS의 휠 슬립 억제 성능의 극대화에 한계가 있는 이유는, 상기한 부작용의 억제와 휠 슬립 억제 사이의 트레이드-오프(trade-off) 관계 때문이다.

즉, 휠 슬립을 최대한 억제하기 위해 TCS 작동 조건을 완화하면 과속방지턱 및 노면 구배 등의 상황에서 TCS가 불필요하게 자주 작동하여 차량 운전성을 저하시키는 반면, 반대로 불필요한 TCS의 오작동을 억제하기 위해 TCS 작동 조건을 강화하면 그렇지 않은 경우에 비해 휠 슬립이 상대적으로 더 많이 발생하게 된다.

이에 상기와 같은 트레이드-오프 문제로 인해 발생하는 휠 슬립 제어 성능의 저하를 방지하기 위해 실시간으로 차량 주행 상태(과속방지턱, 휠 슬립, 도로 구배)를 정확히 구분 및 판단할 수 있도록 함으로써 휠 슬립 제어 성능의 타협 없이도 불필요하게 휠 슬립 저감 제어가 오작동하는 부작용 문제가 해결될 수 있도록 하는 기술이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 상기한 트레이드-오프 문제로 인해 발생하는 휠 슬립 제어 성능의 저하를 방지하기 위해 과속방지턱 통과, 휠 슬립 발생, 구배가 있는 경사로 주행 등의 차량 주행 상태를 실시간으로 정확히 구분하여 판단할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기에 의해, 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 구동륜에 토크를 인가하기 위한 차량 구동장치의 토크 지령이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 지령과 제1 센서에 의해 측정되는 차량의 측정 종방향 가속도 정보를 기초로, 상기 토크 지령에 연동하는 차량의 기준 종방향 가속도와 상기 차량의 측정 종방향 가속도의 차이로 정의되는 가속도 오차가 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 지령을 기초로, 차량을 구동하는 상기 구동장치의 실제 회전가속도와 상기 토크 지령에 연동하는 기준 구동장치 회전가속도의 차이로 정의되는 가속도 외란의 변화율인 가속도 외란율이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 가속도 외란율을 적분하여 가속도 외란을 산출하는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 가속도 오차와 가속도 외란율, 가속도 외란을 기초로 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계를 포함하는 차량의 주행 상태 판단 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량의 주행 상태 판단 방법에 의하면, 차량에서 제어기가 과속방지턱 통과, 휠 슬립 발생, 구배가 있는 경사로 주행 등의 차량 주행 상태를 정확히 구분하여 판단할 수 있게 됨에 따라, 상기한 트레이드-오프 문제로 인해 발생하는 휠 슬립 제어 성능의 저하가 효과적으로 방지될 수 있고, 트레이드-오프를 고려한 휠 슬립 제어 성능의 타협 없이도 TCS가 불필요하게 오작동하는 문제가 개선될 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 주행 상태 판단 및 휠 슬립 저감 제어, 차량의 구동력 제어를 수행할 수 있는 장치의 구성을 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에서 휠 슬립 발생이 판단되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 과속방지턱 통과 상태가 판단되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 경사로 주행 상태가 판단되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 차량 주행 상태를 판단하고 휠 슬립 저감 제어의 진입 여부를 결정하는 전체 과정을 나타내는 순서도이다.

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 차량에서 과속방지턱 통과, 휠 슬립 발생, 구배가 있는 경사로 주행 등의 차량 주행 상태를 실시간으로 정확히 구분하여 판단할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이를 통해 전기자동차에 특화된 휠 슬립 저감 제어(트랙션 제어 등) 적용 시 불필요한 제어 오작동 등 부작용의 억제와 휠 슬립 억제 사이의 트레이드-오프 문제로 인해 발생하는 휠 슬립 제어 성능의 저하가 효과적으로 방지될 수 있고, 트레이드-오프 문제를 고려한 휠 슬립 제어 성능의 절충 및 타협 없이도 휠 슬립 저감 제어가 불필요하게 오작동하는 문제가 개선될 수 있다.

이하의 설명에서 차량 주행 상태 중 하나가 노면상 장애물인 과속방지턱을 통과하는 상태인 것으로 설명하지만, 이는 높이 단차를 가지는 노면 부분(노면의 높이단차부)을 통과하는 경우의 일례를 든 것으로, 과속방지턱을 통과하는 것은 차량이 타이어 접지 노면에서 높이 단차를 가지는 부분을 통과하는 것의 범주에 포함된다 할 수 있다.

따라서, 이하의 설명에서 과속방지턱의 통과는, 타이어가 접하는 접지 노면에서 높이 단차를 가지는 부분(이하 노면의 '높이단차부'라 칭함)의 통과로 대체 가능하다. 예컨대, 이하의 설명에서 과속방지턱은 과속 방지의 목적이 아닌, 타이어 구름 시 장애물로 작용하는 노면상 돌출턱으로 대체 가능하다.

나아가, 노면의 포트홀(pothole)이나, 웅덩이와 같이 노면에 요입된 형상으로 형성된 함몰부 등도 타이어가 접하는 접지 노면에서 높이 단차를 가지는 부분이므로, 이하의 설명에서 과속방지턱은 노면에 존재하는 포트홀이나 웅덩이와 같은 함몰부로도 대체 가능하다. 요컨대, 타이어가 접하는 접지 노면에서 높이단차부는, 장애물인 과속방지턱 및 기타 돌출턱과 더불어, 포트홀, 그 밖에 웅덩이와 같은 함몰부를 모두 포함하는 것이라 할 수 있다.

이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하면, 본 발명에서는 기준이 되는 차량의 종방향 가속도(기준 종방향 가속도) 값과 센서에 의해 측정되는 차량의 종방향 가속도(측정 종방향 가속도) 값 사이의 차이를 차량에서 실시간으로 모니터링한다. 여기서, 기준 종방향 가속도와 측정 종방향 가속도 사이의 차이를 '가속도 오차'라 정의한다.

또한, 본 발명에서 모터 역학에 있어 외란을 관측하고, 그 외란과 외란의 변화율(기울기) 값을 실시간으로 모니터링한다. 여기서, 이 외란과 외란의 변화율 값을 각각 '가속도 외란'과 '가속도 외란율'로 정의한다.

또한, 본 발명에서는 차량 주행 상태를 과속방지턱(노면의 높이단차부 중 하나임) 통과 상태, 휠 슬립 발생 상태, 도로 구배가 있는 경사로 주행 상태 중 하나 또는 둘로 구분하여 판단할 수 있다. 즉, 차량 주행 상태를 과속방지턱 통과 상태, 또는 휠 슬립 발생 상태, 또는 과속방지턱 통과 및 휠 슬립 발생 상태, 또는 경사로 주행 상태로 판단할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명에서 가속도 오차와 가속도 외란율을 이용하여 과속방지턱(speed bump) 통과와 휠 슬립(wheel slip) 발생을 구분하여 판단할 수 있다. 또한, 본 발명에서 과속방지턱 통과와 휠 슬립 발생 상태에 모두 해당되지 않으면서 가속도 외란이 발생한 경우 도로 구배가 있는 경사로 주행 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이때, 가속도 외란의 크기를 도로 구배로 환산하여 도로 구배값으로 산출할 수 있다.

또한, 과속방지턱 통과 상태를 구분하여 판단하기 위해 가속도 외란을 추가로 더 이용할 수 있다. 결국, 상기와 같이 판단된 차량 주행 상태 정보를 기반으로 휠 슬립 저감 제어의 작동 여부를 결정할 수 있는데, 정확한 차량 주행 상태를 기반으로 제어 작동 여부를 결정하므로 불필요한 제어 작동 및 제어 오작동을 방지할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 주행 상태 판단 및 휠 슬립 저감 제어, 차량의 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 있는 것이다.

구체적으로, 차량의 구동장치(40)가 모터라면, 구동륜(60)에 인가되는 토크는 모터가 구동시 출력하는 구동 토크이거나 회생시 모터에 의한 회생제동 토크가 된다. 이때, 상기 구동력은 모터가 구동시 출력하는 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 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량 주행 상태 핀단 및 휠 슬립 저감 제어, 그리고 구동력 제어를 수행하는 장치는, 차량 운전 정보로부터 토크 지령을 결정하여 출력하는 제1 제어기(20), 상기 제1 제어기(20)에서 수신되는 토크 지령에 따라 구동장치의 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. 구동장치(40)가 출력하는 토크 및 회전력은 도 2에 나타낸 바와 같이 감속기(50)를 거쳐 구동륜(60)으로 전달된다.

또한, 상기 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, 차량의 종방향 가속도를 검출하는 제1 센서, 차속을 검출하기 위한 제2 센서를 포함할 수 있다.

상기 구동계 속도는 구동장치(40)의 회전속도이거나 구동륜(60)의 회전속도(휠속)일 수 있다. 여기서, 구동장치의 회전속도는 모터의 회전속도(모터 속도)일 수 있다. 이때, 구동계 속도를 검출하는 센서는 모터 속도를 검출하는 센서가 되고, 이는 모터의 회전자 위치를 검출하는 레졸버(resolver)일 수 있다. 또는 구동계 속도를 검출하는 센서는 구동륜의 회전속도(휠속)를 검출하는 휠속 센서일 수 있다.

그리고, 차량의 종방향 가속도를 검출하는 제1 센서는 차량에 설치되는 공지의 가속도 센서일 수 있다. 또한, 상기 차속을 검출하기 위한 제2 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), 운전자의 브레이크 페달 입력값(BPS 값), 구동장치의 속도(회전속도), 및 차속 등이 선택적으로 이용될 수 있다.

상기 차량 운전 정보에서 가속페달 입력값과 브레이크 페달 입력값은 운전자 입력 정보라 할 수 있고, 센서(10)에 의해 검출되는 구동장치(40)의 속도 및 차속은 차량 상태 정보라 할 수 있다. 또한, 센서 검출 정보로서, 후술하는 바와 같이 가속도 오차를 산출하기 위해 제1 센서(가속도 센서)에 의해 검출되는 차량의 종방향 가속도가 이용된다.

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)에 의해 구동장치(40)의 작동이 제어되고, 이에 제어된 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.

위의 설명에서 제어 주체를 제1 제어기와 제2 제어기로 구분하여 설명하였지만, 본 발명에 따른 차량 주행 상태 판단 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 차량 주행 상태 판단 과정이 수행된다 할 수 있다. 즉, 상기 제어기는 제1 제어기와 제2 제어기를 모두 통칭하는 것이라 할 수 있다.

이하에서는 제어기가 수행하는 차량 주행 상태 판단 방법에 대해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 가속도 오차를 산출하는 과정에 대해 설명하기로 한다. 전술한 바와 같이, 가속도 오차는 기준이 되는 차량의 종방향 가속도(이하 '기준 종방향 가속도'라 칭함)와 센서에 의해 측정되는 차량의 종방향 가속도(이하 '측정 종방향 가속도'라 칭함) 사이의 차이로 결정된다. 여기서, 측정 종방향 가속도는 실제 센서 측정값을 필터링 혹은 미리 정해진 별도 처리 과정을 통해 후처리한 값이 될 수 있다.

상기 측정 종방향 가속도는 노면의 불규칙성에 의해 영향을 받는다. 이에 반해 기준 종방향 가속도는 노면 불규칙성에 의해 영향을 받지 않는다. 이에 따라 둘 사이의 차이로 얻어진 가속도 오차는 노면 불규칙성의 유무를 나타내는 지표로서 사용될 수 있다.

여기서, 기준 종방향 가속도가 노면 불규칙성에 영향을 받지 않도록 설계하는 것이 중요하다. 본 발명에서 토크 지령은 차량을 구동하는 구동장치(40)의 작동을 제어하기 위한 것으로, 이는 차량의 구동륜(60)에 인가되는 토크에 대한 지령이므로 휠을 기준으로 하는 휠 토크 지령이라 할 수 있다.

본 발명에서 구동륜에 인가되는 휠 토크에 의한 힘이 휠 구동력이라 할 수 있고, 이때 휠 구동력은 구동장치(40)와 제동장치(미도시)에 의해 구동륜(60)의 타이어와 노면 간에 작용하는 힘을 합산한 것이라 정의할 수 있다. 본 발명에서는 기준 종방향 가속도가 노면 불규칙성으로 인한 영향을 받지 않도록 하기 위해 상기 휠 토크 지령(또는 휠 구동력 지령)을 이용하여 휠 토크 지령에 연동하는 기준 종방향 가속도 프로파일을 생성한다.

여기서, 휠 토크 지령은 차량 운전 정보를 기초로 결정되는 토크 지령으로서, 구동장치(40)인 모터 토크 지령(구동 토크 지령 또는 회생제동 토크 지령)과 제동장치의 제동 토크 지령을 통합 및 합산한 것일 수 있다. 기본적으로 휠 토크 지령에 따라 구동장치 및 제동장치에 의해 구동륜에 생성되는 힘인 휠 구동력과 종방향 가속도는 다음과 같은 관계를 갖는다.

[수학식 1]

휠 구동력 - 구름저항력 - 공기저항력 = 차량 등가관성 × 차량의 종방향 가속도

수학식 1에서 휠 구동력은 구동장치에 의해 휠에 인가되는 구동력과 제동장치에 의해 휠에 인가되는 제동력을 모두 포함하는 개념의 힘이다. 위의 수학식 1에서는 노면 불규칙성에 대한 영향이 고려되지 않았기 때문에 수학식 1을 기반으로 얻은 종방향 가속도는 노면 불규칙성에 의한 영향을 받지 않은 기준값으로 작용한다. 즉, 수학식 1에서 종방향 가속도를 기준 종방향 가속도라 할 수 있는 것이고, 수학식 1에 의해 기준 종방향 가속도가 산출될 수 있는 것이다.

또한, 상기 수학식 1을 통해 계산하지 않고 후술하는 바와 같이 수학식 1에 기반하여 설계된 필터 및 상태 관측기(제1 관측기)에 의해 기준 종방향 가속도를 얻을 수도 있다

수학식 1에서 저항력과 등가관성 정보는 기 모델링된 값을 이용할 수 있다. 또한 차량 운전 정보 중 차량 속도나 조향 입력 정보인 스티어링(steering) 값(예, 조향각) 등에 대한 함수로 미리 설정된 값을 이용할 수도 있다.

수학식 1에서 차량의 등가관성은 실시간으로 학습된 값을 이용할 수도 있다. 이는 차량의 중량에 의해 변동하는 값으로서, 후술하는 바와 같이 미리 정해진 무게 추정 방법 등을 이용하여 학습될 수 있다.

결국, 수학식 1에 의해 산출되는 기준 종방향 가속도와 제1 센서(가속도 센서)에 의해 측정되는 측정 종방향 가속도의 차이를 계산하여 가속도 오차로 결정할 수 있다.

또한, 본 발명에서 가속도 오차를 결정하는 다른 예로서, 관측기 모델을 이용하여 가속도 오차를 결정하는 것이 가능하다. 하기 수학식 2 내지 5는 제어기 내 적응형(adaptive) 상태 관측기(제1 관측기)에 설정된 수식이다.

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]

[수학식 5]

수학식 2 내지 5는 아래의 수학식 6으로 다시 나타낼 수 있다.

[수학식 6]

수학식 2 내지 6에서 각 부호의 정의는 아래와 같다.

: 측정 속도(measured velocity, 측정된 차량 종방향 속도)

: 측정 가속도(measured acceleration, 측정된 차량 종방향 가속도)

: 필터링 속도(filtered velocity, 측정 후 필터링된 차량 종방향 속도)

: 필터링 가속도(filtered acceleration, 측정 후 필터링된 차량 종방향 가속도)

: 필터 게인(filter gain)

: 휠 토크(wheel torque, 토크 지령임)

: 스케일링된 차량 등가관성(scaled inertia)

: 차량 드래그 가속도(drag acceleration)

: 제1 관측기의 P 게인

: 제1 관측기의 I 게인

: 추정 토크 스케일 팩터(estimated torque scaled factor)

: 추정 속도(estimated velocity, 추정된 차량 종방향 속도)

: 추정 가속도(estimated acceleration, 추정된 차량 종방향 가속도)

: 추정 가속도 오차(estimated acceleration error)

: 어댑티브 게인(adaptive gain, 적응 이득)

상기 부호 중 일부의 'x'는 차량을 기준으로 종방향을 의미한다. 또한, 'meas'는 측정 값을, 'fil'은 필터에 의해 필터링된 값을 나타낸다. 또한, 상기 수학식에서 속도와 가속도는 차량의 종방향 속도와 종방향 가속도이다. 예컨대, 필터링 속도와 필터링 가속도는 차량 내 제1 센서와 제2 센서에 의해 각각 검출 및 측정된 뒤 필터에 의해 필터링된 차량의 종방향 속도와 종방향 가속도이다.

또한, 상기 수식에서 드래그 가속도(

)는 차량 제어에 있어 이미 알려져 있는 제어변수로서, 제어기에서 차속(

, 측정 속도)을 입력으로 하는 맵에 의해 차속에 따른 값으로 결정되어 이용될 수 있다.

본 발명에서 측정 후 필터링된 종방향 가속도, 즉 상기 수학식에서 필터링 가속도(filtered acceleration)인

가 측정 종방향 가속도이며, 상기 수학식에서 추정 가속도(estimated acceleration)인

가 기준 종방향 가속도이다. 기준 종방향 가속도를 얻기 위해 수학식 5를 이용하여 학습(adaptation)을 수행한다.

또한, 추정 가속도 오차인

가 상기 관측기(제1 관측기)를 통해 구하고자 하는 가속도 오차, 즉 기준 종방향 가속도와 측정 종방향 가속도 사이의 차이(= filtered acceleration - estimated acceleration)인 가속도 오차이다.

다음으로, 가속도 외란과 가속도 외란율을 산출하는 과정에 대해 설명하기로 한다. 전술한 바와 같이, 가속도 외란은 모터 역학에 의해 구해질 수 있다. 기본적으로 모터의 회전가속도는 모터의 토크와 등가(회전)관성에 의해 정해지며, 이는 기본적으로 다음의 관계식을 갖는다.

[수학식 7]

구동장치 토크 - 회전저항토크 = 등가회전관성 × 구동장치 회전가속도

수학식 7에서 구동장치 토크는 모터 토크일 수 있고, 구동장치 회전가속도는 모터 회전가속도일 수 있다. 또한, 구동장치 토크는 전술한 바와 같이 차량 운전 정보로부터 결정되는 구동장치 토크 지령일 수 있고, 상기 구동장치 토크 지령은 모터 토크 지령일 수 있다.

수학식 7에서 저항력인 회전저항토크와 등가관성 정보는, 구동장치에 대한 정보로서, 제어기에 기 모델링된 값을 이용할 수 있고, 또는 제어기에 차량 운전 정보 중 차량 속도나 조향 입력 정보인 스티어링(steering) 값(예, 조향각) 등에 대한 함수로 미리 설정된 값을 이용할 수도 있다.

제어기에서 수학식 7에 의해 산출 및 추정되는 구동장치 회전가속도, 구체적으로 모터 회전가속도는 기준값이 되며, 제어기가 이 기준값이 되는 모터 회전가속도(기준 구동장치 회전가속도)를 실제 모터 회전가속도(측정 구동장치 회전가속도)와 비교하게 된다.

상기 실제 모터 회전가속도는 제3 센서(레졸버)에 의해 측정된 모터 회전속도(구동장치 회전속도)를 미분하여 얻어지는 측정 모터 회전가속도이다. 이때, 제어기에서 기준 모터 회전가속도와 측정 모터 회전가속도의 차이가 가속도 외란으로 구해지게 된다. 또한, 제어기에서 가속도 외란을 미분한 값이 가속도 외란율이 된다.

또한, 가속도 외란과 가속도 외란율을 산출하는 다른 예로서, 제어기에서 미지 입력 관측기(제2 관측기)를 이용하여 가속도 외란을 산출할 수도 있다.

하기 수학식 8과 9는 본 발명에서 미지 입력 관측기의 모델식으로서, 가속도 외란과 가속도 외란율을 결정하기 위한 제어기 내 상태 관측기(제2 관측기)에 설정된 수식이다.

[수학식 8]

[수학식 9]

수학식 8과 9에서 각 부호의 정의는 아래와 같다.

: 측정된 모터(구동장치) 회전속도(measured motor rotational speed)

: 추정된 모터(구동장치) 회전속도(estimated motor rotational speed)

: 가속도 외란율

: 추정된 모터(구동장치) 회전가속도 오차(estimated motor rotational acceleration error)

: 제2 관측기의 P 게인

: 제2 관측기의 I 게인

: 유효기어비(effective gear ratio)

: 휠 토크(wheel torque, 토크 지령임)

상기 수학식 8에서 유효기어비

는 모터(구동장치)에서 구동륜까지의 감속비(기어비)를 의미하고, 수학식 9의

가 가속도 외란율이다. 또한, 이 가속도 외란율을 적분하면 가속도 외란이 구해질 수 있다.

수힉식 9에 나타낸 바와 같이, 가속도 외란율(

)은 제어기에서 센서(레졸버)에 의해 측정된 모터 회전속도와 수식에 의해 추정된 모터 회전속도로부터 구해질 수 있다.

구체적으로는, 가속도 외란율(

)은 제3 센서에 의해 측정된 모터 회전속도와 수학식 7에 의해 추정된 모터 회전속도, 그리고 관측기(제2 관측기)의 I 게인(

)을 이용하여 산출할 수 있다.

더 구체적으로, 제어기에서 가속도 외란율(

)은

의 값으로 구해질 수 있다. 여기서, 상기 추정된 모터 회전속도는 제어기에서 수학식 7에 의해 구해진 모터 회전가속도, 즉 기준 모터 회전가속도를 적분하여 얻어질 수 있다.

이와 같이 본 발명에서 제어기는 관측기의 수학식 8 및 9를 이용하여 가속도 외란율이 구해지면, 이 가속도 외란율을 적분하여 가속도 외란을 구할 수 있다. 본 발명에서 가속도 외란율(

)은 수학식 8에서

로 나타낸 모터 회전가속도 오차를 미분한 값의 의미를 가진다. 또한, 가속도 외란은 모터 회전가속도 오차(

), 즉 기준 모터 회전가속도와 측정 모터 회전가속도의 차이를 의미한다. 즉, 이 추정된 모터 회전가속도 오차(

)가 구하고자 하는 가속도 외란을 의미한다.

본 발명에서 과속방지턱, 휠 슬립, 도로 구배는 모두 가속도 외란을 증가시킨다. 이 3가지의 경우가 모두 차량 주행 시의 외란에 해당하기 때문이다. 그런데, 이 중에서 도로 구배는 가속도 외란율을 증가시키지 않는다.

오직 과속방지턱 통과시와 휠 슬립 발생시에만 급작스러운 가속도 외란의 변화를 나타내기 때문에 가속도 외란율을 증가시킨다. 따라서, 구배로 인한 외란인지, 휠 슬립이나 과속방지턱으로 인한 외란인지는 외란율의 값을 기초로 판단할 수 있다.

슬립 판단용이 아닌 구배 관측만을 위한 별도 가속도 외란을 종방향 가속도 센서(제1 센서)의 측정치와 휠 속도 정보를 통해 얻을 수 있다는 것은 당해 기술분야에서 이미 알려져 있다.

본 발명을 설명함에 있어 과속방지턱의 예를 들고 있으나, 이러한 과속방지턱뿐만 아니라 돌출턱이나 웅덩이, 포트홀 등과 같이 노면 불규칙성을 갖는 장애물을 노면의 높이단차부로 확대하여 적용 가능하다.

이하에서는 상기와 같이 실시간으로 결정되는 가속도 오차, 가속도 외란 및 가속도 외란율 정보를 기초로 현재의 차량 주행 상태(높이단차부 통과, 휠 슬립 발생, 경사로 주행)를 구분하여 판단하는 방법에 대하여 더 상세히 설명하기로 한다.

앞에서 설명한 원리에 의해, 가속도 오차의 경우, 높이단차부와 같은 노면 불규칙성이 증가할 때 증가하고, 휠 슬립 상황에서는 증가하지 않는 특성을 가진다. 또한, 앞에서 설명한 원리에 의해, 가속도 외란의 경우, 노면 불규칙성의 존재 및 휠 슬립 상황, 경사로 주행 시에 모두 증가하고, 가속도 외란율은 노면 불규칙성의 존재 및 휠 슬립 상황에서만 증가하는 특성을 가진다.

따라서, 현재의 차량 주행 상태로서 과속방지턱과 같은 높이단차부의 통과 상태, 휠 슬립 발생 상태, 구배가 있는 경사로 주행 상태의 구분 및 판단을 위하여 아래와 같은 방법을 이용할 수 있다. 아래의 설명에서 각 항목의 '크기'는 특정 방향(+ 또는 -)일 수 있으며, 음의 값 또는 양의 값일 수 있으므로, 임계값과의 비교를 위해 절대값을 사용할 수 있다. 아래와 같이 가속도 외란, 가속도 외란율, 가속도 오차의 크기 비교를 통하여 차량 주행 상태의 판단을 수행할 수 있다.

먼저, 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값보다 크고, 동시에 가속도 오차의 크기가 미리 설정된 오차 임계값보다 크면, 제어기는 현재의 차량 주행 상태는 과속방지턱과 같은 높이단차부를 통과하고 있는 상태로 판단할 수 있다.

그리고, 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값보다 크고, 동시에 가속도 오차의 크기가 미리 설정된 오차 임계값보다 작으면, 제어기는 현재의 차량 주행 상태는 휠 슬립 발생 상태로 판단할 수 있다.

또한, 가속도 외란의 크기가 미리 설정된 외란 임계값보다 크고, 동시에 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값보다 작으면, 제어기는 현재의 차량 주행 상태는 구배가 있는 경사로 주행 상태로 판단할 수 있다.

도 3은 본 발명에서 휠 슬립 발생이 판단되는 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에서 과속방지턱 통과 상태가 판단되는 예를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명에서 경사로 주행 상태가 판단되는 예를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 3에서는 학습 전, 후의 기준 종방향 가속도와 측정 종방향 가속도가 예시되어 있고, 학습 후 기준 종방향 가속도와 측정 종방향 가속도의 차이로 가속도 오차가 결정됨을 나타내고 있다.

또한, 도 3의 예에서 절대값을 기준으로 가속도 외란율(절대값)이 외란율 임계값보다 크지만, 가속도 오차(절대값)가 오차 임계값보다 작으므로, 제어기는 차량의 휠 슬립이 발생한 상태로 판단한다.

그리고, 도 4의 예에서도 학습 후 기준 종방향 가속도와 측정 종방향 가속도의 차이로 가속도 오차가 결정되고 있으며, 절대값을 기준으로 가속도 오차(절대값)가 오차 임계값보다 크고, 가속도 외란율(절대값)이 외란율 임계값보다 크므로, 제어기는 차량이 과속방지턱과 같은 노면의 높이단차부를 통과하고 있는 상태인 것으로 판단한다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이 절대값을 기준으로 가속도 외란율의 크기(절대값)가 외란율 임계값을 초과하지 않으면, 노면의 높이단차부 통과 상태와 휠 슬립 발생 상태는 아니므로, 제어기는 가속도 외란을 도로의 구배에 해당하는 값으로 환산하여 사용할 수 있다. 구배의 경우 실시간 값이 필요하므로 임계값이 반드시 필요하지는 않으며, 도 5에 나타낸 관측된 가속도 외란 자체가 도로의 구배에 해당하는 의미 있는 값이 된다.

반면, 절대값을 기준으로 가속도 외란율의 크기(절대값)가 외란율 임계값을 초과하는 것으로 판단한 경우, 제어기는 판단 직전의 구배 산출값을 도로 구배 값으로 유지(hold)한다. 예를 들면, 도 3 및 도 4와 같이 휠 슬립 상태 및 과속방지턱과 같은 높이단차부 통과 상태인 것으로 판단한 경우, 제어기는 판단 직전의 구배 산출값을 도로 구배 값으로 유지한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 차량 주행 상태를 판단하고 휠 슬립 저감 제어의 진입 여부를 결정하는 전체 과정을 나타내는 순서도로서, 이를 참조로 전체 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차량 주행 중 제어기(제1 제어기)에서 실시간 차량 운전 정보가 취득되고(S1), 이어 전술한 바와 같이 차량 운전 정보를 기초로 가속도 오차, 가속도 외란, 가속도 외란율이 실시간으로 산출 및 결정된다(S2).

상기와 같이 가속도 오차, 가속도 외란, 가속도 외란율이 결정되면, 제어기는 이들 실시간 정보를 기초로 차량 주행 상태를 판단한다(S3). 이때, 차량 주행 상태가 과속방지턱 통과 상태이거나 휠 슬립 발생 상태인 것으로 판단한 경우, 제어기는 가속도 외란을 통한 구배 산출을 중단하고 과속방지턱 또는 휠 슬립 판단 직전의 구배 산출값을 도로 구배 값으로 유지(hold)한다(S4,S5).

이는 구배 추정을 위한 가속도 외란 산출에 있어 휠 속도 정보를 이용하고 이 휠 속도는 과속방지턱 및 휠 슬립에 의해 영향을 받기 때문에, 그 영향을 배제하기 위해서이다.

이어 과속방지턱 통과 상태가 아닌 휠 슬립이 발생한 것으로 판단하였다면(S6,S7), 제어기에 의해 휠 슬립 저감을 위한 트랙션 제어(TCS 제어) 등 공지의 휠 슬립 저감 제어가 시작된다(S8). 반면, 휠 슬립 발생 판단 없이 과속방지턱 통과 상태로만 판단된 경우, 제어기는 휠 슬립 저감 제어를 실시하지 않는다.

과속방지턱을 통과하는 중에 휠 슬립 저감 제어를 수행하면 운전성이 저하될 수 있기 때문에 휠 슬립 저감 제어가 실시되지 않도록 해야 한다. 그러므로 본 발명에서는 휠 슬립 발생이 감지 및 판단되었다 하더라도 과속방지턱 통과가 감지 및 판단된 경우 휠 슬립 저감 제어를 실시하지 않는다.

종래에는 휠 슬립 및 과속방지턱에 대한 개별 판단 또는 중복 판단이 어려웠기 때문에 상기와 같이 과속방지턱 통과가 감지 및 판단된 경우에 휠 슬립 저감 제어 진입을 금지하는 것이 불가능했다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 차량 주행 상태 판단 방법에 의하면, 과속방지턱(노면의 높이단차부)의 통과와 휠 슬립 발생, 구배 발생(경사로 주행) 등의 차량 주행 상태를 실시간으로 정확히 구분하여 판단하는 것이 가능하다.

결국, 휠 슬립 제어 성능의 저하가 효과적으로 방지될 수 있고, 전술한 트레이드-오프 문제를 고려한 휠 슬립 제어 성능의 타협 없이도 TCS와 같은 휠 슬립 저감 제어가 불필요하게 오작동하는 문제가 개선될 수 있게 된다.

특히, 과속방지턱 통과과 휠 슬립 발생, 경사로 주행의 상태를 각각 독립적으로 판단할 수 있고, 과속방지턱 통과와 휠 슬립 발생의 중복 판단도 가능하다. 이에 따라 휠 슬립 저감 제어 시 과속방지턱 또는 구배로 인한 제어 오작동을 확실히 방지할 수 있게 된다.

이와 같이 휠 슬립 저감 제어의 오작동이 방지됨에 따라 휠 슬립 저감 제어 개시 시점의 딜레이 감소 및 휠 슬립 저감 제어 성능 향상의 이점이 있게 된다. 또한, 파형 분석 등이 불필요하므로 차륜의 과속방지턱 진입 즉시 판단이 가능해지는 등 차량 주행 상태의 판단 속도가 빠르고, 비구동륜 속도 정보가 불필요한 이점이 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
60 : 구동륜

Claims

제어기에 의해, 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 구동륜에 토크를 인가하기 위한 차량 구동장치의 토크 지령이 결정되는 단계;
상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 지령과 제1 센서에 의해 측정되는 차량의 측정 종방향 가속도 정보를 기초로, 상기 토크 지령에 연동하는 차량의 기준 종방향 가속도와 상기 차량의 측정 종방향 가속도의 차이로 정의되는 가속도 오차가 결정되는 단계;
상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 지령을 기초로, 차량을 구동하는 상기 구동장치의 실제 회전가속도와 상기 토크 지령에 연동하는 기준 구동장치 회전가속도의 차이로 정의되는 가속도 외란의 변화율인 가속도 외란율이 결정되는 단계;
상기 제어기에 의해, 상기 결정된 가속도 외란율을 적분하여 가속도 외란을 산출하는 단계; 및
상기 제어기에 의해, 상기 결정된 가속도 오차와 가속도 외란율, 가속도 외란을 기초로 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계를 포함하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가속도 오차가 결정되는 단계에서,
상기 차량의 기준 종방향 가속도는 상기 토크 지령에 따라 상기 구동장치에 의해 구동륜에 생성되는 휠 구동력으로부터 하기 식 E1에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
E1: 휠 구동력 - 구름저항력 - 공기저항력 = 차량 등가관성 × 기준 종방향 가속도
청구항 1에 있어서,
상기 가속도 오차가 결정되는 단계에서,
상기 가속도 오차는,
상기 토크 지령과 상기 차량의 측정 종방향 가속도, 그리고 제2 센서에 의해 측정되는 차량의 측정 종방향 속도, 차량 등가관성, 및 차량 드래그 가속도(drag acceleration)를 기초로 상기 제어기 내 설정된 제1 관측기에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 가속도 오차는,
상기 제1 관측기의 설정된 하기 식 E2에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
E2:

여기서,
는 상기 차량의 측정 종방향 속도,
는 상기 차량의 측정 종방향 가속도,
는 상기 제2 센서에 의해 측정된 후 필터에 의해 필터링된(filtered) 차량의 종방향 속도,
는 상기 제1 센서에 의해 측정된 후 필터에 의해 필터링된 차량의 종방향 가속도,
는 필터 게인,
는 상기 토크 지령,
는 스케일링된(scaled) 차량 등가관성,
는 차량 드래그 가속도,
는 제1 관측기의 P 게인,
는 제1 관측기의 I 게인,
는 추정 토크 스케일 팩터,
는 차량의 추정 종방향 속도,
는 차량의 추정 종방향 가속도로서 기준 종방향 가속도,
는 구하고자 하는 가속도 오차,
는 어댑티브 게인(adaptive gain)임.
청구항 1에 있어서,
상기 가속도 외란율이 결정되는 단계에서,
상기 구동장치의 실제 회전가속도는 제3 센서에 의해 측정되는 구동장치의 회전속도를 미분하여 얻어지고,
상기 기준 구동장치 회전가속도는 상기 토크 지령을 구동장치 토크로 하여 하기 식 E3에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
E3: 구동장치 토크 - 회전저항토크 = 등가회전관성 × 기준 구동장치 회전가속도
청구항 5에 있어서,
상기 구동장치가 차량을 구동하는 모터인 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가속도 외란율이 결정되는 단계에서,
상기 가속도 외란율은,
제3 센서에 의해 측정되는 구동장치의 측정 회전속도와, 상기 토크 지령으로부터 결정되는 상기 기준 구동장치 회전가속도를 적분하여 얻어지는 구동장치의 추정 회전속도로부터, 상기 제어기 내 설정된 제2 관측기의 하기 식 E5에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
E5:

여기서,
는 구동장치의 측정 회전속도,
는 구동장치의 추정 회전속도,
는 제2 관측기의 I 게인,
는 구하고자 하는 가속도 외란율임.
청구항 7에 있어서,
상기 기준 구동장치 회전가속도는 상기 토크 지령을 구동장치 토크로 하여 하기 식 E3에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
E3: 구동장치 토크 - 회전저항토크 = 등가회전관성 × 기준 구동장치 회전가속도
청구항 1에 있어서,
상기 가속도 외란율이 결정되는 단계에서,
상기 가속도 외란율은,
제3 센서에 의해 측정되는 구동장치의 측정 회전속도, 및 상기 토크 지령을 기초로, 상기 제어기 내 설정된 제2 관측기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 가속도 외란율은,
상기 제2 관측기의 설정된 하기 식 E4와 식 E5에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
E4:
,
E5:

여기서,
는 구동장치의 측정 회전속도,
는 구동장치의 추정 회전속도,
는 구하고자 하는 가속도 외란율,
는 제2 관측기의 P 게인,
는 제2 관측기의 I 게인,
는 구동장치에서 구동륜까지의 유효기어비(effective gear ratio),
는 토크 지령임.
청구항 1에 있어서,
상기 구동장치가 차량을 구동하는 모터인 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차량 주행 상태는 차량이 노면의 높이단차부를 통과하고 있는 상태를 포함하고,
상기 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계에서,
상기 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값보다 크고, 동시에 상기 가속도 오차의 크기가 미리 설정된 오차 임계값보다 크면, 현재의 차량 주행 상태가 차량이 노면의 높이단차부를 통과하고 있는 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 노면의 높이단차부는 차량의 타이어가 접지하는 노면에 존재하는 과속방지턱(speed bump)과 돌출턱, 포트홀, 및 노면에 요입된 형상으로 형성된 함몰부 중 하나인 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차량 주행 상태는 차량의 휠 슬립 발생 상태를 포함하고,
상기 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계에서,
상기 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값보다 크고, 동시에 상기 가속도 오차의 크기가 미리 설정된 오차 임계값보다 작으면, 현재의 차량 주행 상태가 차량의 휠 슬립 발생 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차량 주행 상태는 차량이 구배가 있는 경사로를 주행하는 상태를 포함하고,
상기 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계에서,
상기 가속도 외란의 크기가 미리 설정된 외란 임계값보다 크고, 동시에 상기 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값보다 작으면, 현재의 차량 주행 상태는 구배가 있는 경사로 주행 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는,
상기 결정된 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값 이하인 것으로 판단한 경우, 상기 산출된 가속도 외란의 크기를 설정된 수식을 이용하여 도로 구배값으로 환산하고,
상기 결정된 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값을 초과하는 것으로 판단한 경우, 도로 구배값 산출을 중단하고 상기 외란율 임계값을 초과하는 것의 판단 직전에 산출한 구배 산출값을 유지하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차량 주행 상태는 노면의 높이단차부 통과 상태와 휠 슬립 발생 상태를 포함하며,
상기 제어기는,
상기 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계에서 상기 현재의 차량 주행 상태가 휠 슬립 발생 상태는 아니면서 노면의 높이단차부 통과 상태인 것으로 판단한 경우, 휠 슬립 저감 제어를 실시하지 않고,
상기 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계에서 상기 현재의 차량 주행 상태가 노면의 높이단차부 통과 상태는 아니면서 휠 슬립 발생 상태인 것으로 판단한 경우, 휠 슬립 저감 제어를 실시하도록 설정된 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
제어기에 의해, 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 구동륜에 토크를 인가하기 위한 차량 구동장치의 토크 지령이 결정되는 단계;
상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 지령과 제1 센서에 의해 측정되는 차량의 측정 종방향 가속도 정보를 기초로, 상기 토크 지령에 연동하는 차량의 기준 종방향 가속도와 상기 차량의 측정 종방향 가속도의 차이로 정의되는 가속도 오차가 결정되는 단계;
상기 제어기에 의해, 상기 결정된 토크 지령을 기초로, 차량을 구동하는 상기 구동장치의 실제 회전가속도와 상기 토크 지령에 연동하는 기준 구동장치 회전가속도의 차이로 정의되는 가속도 외란의 변화율인 가속도 외란율이 결정되는 단계; 및
상기 제어기에 의해, 상기 결정된 가속도 오차와 가속도 외란율을 기초로 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계를 포함하고,
상기 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계에서,
상기 결정된 가속도 오차의 크기와 가속도 외란율의 크기를 각각의 임계값과 비교하여 현재의 차량 주행 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 차량 주행 상태는 차량이 노면의 높이단차부를 통과하고 있는 상태를 포함하고,
상기 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계에서,
상기 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값보다 크고, 동시에 상기 가속도 오차의 크기가 미리 설정된 오차 임계값보다 크면, 현재의 차량 주행 상태가 차량이 노면의 높이단차부를 통과하고 있는 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 차량 주행 상태는 차량의 휠 슬립 발생 상태를 포함하고,
상기 현재의 차량 주행 상태가 판단되는 단계에서,
상기 가속도 외란율의 크기가 미리 설정된 외란율 임계값보다 크고, 동시에 상기 가속도 오차의 크기가 미리 설정된 오차 임계값보다 작으면, 현재의 차량 주행 상태가 차량의 휠 슬립 발생 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행 상태 판단 방법.