KR20230055359A - 대형 차량을 위한 휠 슬립 부스트 기능 - Google Patents

대형 차량을 위한 휠 슬립 부스트 기능 Download PDF

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KR20230055359A
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레온 헨더슨
라마단 사리프
니킬 발리가
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볼보 트럭 코퍼레이션
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Abstract

대형 차량(100)의 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)을 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서, 상기 방법은,
차량(100)과 관련된 요구 종방향 가속도 및/또는 종방향 힘을 나타내는 모션 요청(areq, Fx)을 획득하는 단계,
공칭 값에서 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)에 의한 최대 허용 휠 슬립을 나타내는 휠 슬립 한계 값(λlim)을 구성하는 단계,
부스트 신호(361)를 감지한 것에 응답하여 공칭 값에서 부스트 휠 슬립 값으로 휠 슬립 한계 값(λlim)을 증가시키는 단계, 및
모션 요청(areq, Fx)에 따라 그리고 휠 슬립 한계 값(λlim)에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

대형 차량을 위한 휠 슬립 부스트 기능 {A WHEEL SLIP BOOST FUNCTION FOR A HEAVY-DUTY VEHICLE}
본 개시는 대형 차량의 안전하고 효율적인 차량 모션 관리를 보장하기 위한 방법 및 제어 유닛에 관한 것이다. 이 방법은 특히 트럭 및 세미 트레일러와 같은 화물 운송 차량에 사용하기에 적합하다. 그러나 본 발명은 자동차에 더하여, 예를 들어, 건설 기계 및 광산 차량과 같은 다른 유형의 대형 차량에도 적용될 수 있다.
대형 차량은 전통적으로 가속기 또는 브레이크 페달의 위치에 따라 결정된 토크 요청 신호를 사용하여 제어되었으며 디지털 인터페이스를 통해 서비스 브레이크 및 추진 장치와 같은 모션 지원 장치(MSD)로 전송되었다. 그러나 대신에 중앙 차량 컨트롤러에서 다른 액추에이터로 전송된 휠 슬립 또는 휠 속도 요청을 사용하여 액추에이터를 제어함으로써 이점을 얻을 수 있다. 이것은 액추에이터 제어를 휠 엔드에 더 가깝게 이동시켜 지연을 줄이고 MSD의 더 빠르고 정확한 제어를 가능하게 한다. 휠-슬립 기반 MSD 제어 방식은 높은 대역폭에서 정확하게 제어할 수 있는 배터리 또는 연료 전지 구동 차량의 휠-엔드 전기 기계와 함께 사용하는 데 특히 적합하다. 휠 슬립 기반 차량 모션 관리 및 관련 이점은 예를 들어 WO2017/215751 및 WO2021/144010에서 논의된다.
대형 차량의 휠 슬립 또는 휠 속도 기반 제어는 종종 역 타이어 모델(inverse tyre model)이라고 하는 휠 슬립과 생성된 종방향 휠 힘 사이의 근사 관계에 의존한다. 그러나 대형 차량은 정확하게 모델링하기 어렵고 도로 마찰 조건의 변화와 같은 반응에 따라 거동을 빠르게 변경할 수 있는 복잡한 동적 기계 시스템이다. 따라서 역 타이어 모델이 항상 완전히 정확하지 않을 수 있으며, 이로 인해 성능이 저하될 수 있다.
휠 슬립과 발생된 종방향 휠 힘 사이의 근사 관계의 오류에 대해 보다 탄력적인 차량 모션 관리 방법에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 전술한 결점을 적어도 부분적으로 극복하고 대형 차량을 제어하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 대형 차량의 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠을 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 의해 획득된다. 상기 방법은 차량과 관련된 요구 종방향 가속도 및/또는 하나 이상의 휠에 의해 생성되는 종방향 힘을 나타내는 모션 요청을 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 역 타이어 모델에 따라 공칭 휠 슬립 한계 값에서 휠 슬립 한계 값을 구성하는 단계를 포함하고, 역 타이어 모델은 휠에서 휠 슬립과 휠 힘 사이의 관계를 나타내고, 휠 슬립 한계 값은 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠에 의한 최대 허용 휠 슬립을 나타낸다. 상기 방법은 또한, 부스트 신호를 검출하고 모션 요청에 따라 그리고 구성된 휠 슬립 한계 값에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠을 제어하는 것에 응답하여, 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 구성된 휠 슬립 한계 값의 크기를 증가시키는 단계를 포함한다. 이러한 방식으로 허용 가능한 휠 슬립은 부스트 신호 생성에 의해 일시적으로 증가될 수 있다. 이 기능은 어려운 조건에서 오르막을 운전할 때나 운전자, 리모트 컨트롤러 또는 자율 주행 알고리즘이 공칭 휠 슬립 한계 값을 초과하는 휠 슬립이 필요하다고 결정하여 추가 부스트를 제공하는 기타 시나리오에서 유용할 수 있다. 휠 슬립 한계가 차량의 휠에 의해 생성될 수 있는 획득 가능한 종방향 힘에 휠 슬립 한계를 연결하기 때문에 역 타이어 모델에 따라 휠 슬립 한계가 구성되는 것이 특히 유리하다. 개시된 방법에 의해, 휠 슬립과 생성된 종방향 휠 힘 사이의 근사 관계의 오류에 보다 탄력적인 차량 모션 관리 방법이 제공된다.
양태에 따르면, 방법은 역 타이어 모델에 기초하여 공칭 휠 슬립 한계 값을 결정하는 단계를 포함하고, 역 타이어 모델은 휠 슬립과 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠의 휠 힘 사이의 관계를 나타낸다. 역 타이어 모델은 주어진 휠에 의해 생성되는 요구 종방향 힘과 해당 휠 슬립 사이를 변환하기 위한 편리한 수단이다. 공칭 휠 슬립 한계 값은 예를 들어 역 타이어 모델의 피크, 즉 최대 종방향 힘에 해당하는 휠 슬립으로부터 약간의 여유가 있는 지점으로 결정될 수 있다. 역 타이어 모델은 차량의 현재 운행 상황에 따라 결정될 수 있으므로, 차량의 운행 조건에 따라 휠 슬립 한계도 조정된다는 장점이 있다.
모션 요청은 가속 페달 위치 또는 브레이크 페달 위치의 함수로 얻을 수 있으며, 따라서 미리 결정된 임계 값을 초과하는 상당한 양만큼 페달을 밟음으로써 운전자가 편리한 방식으로 부스트 모드를 작동할 수 있다. 방법은 가속, 즉 전진 추진과 관련하여 가장 유용할 수 있지만, 감속과 관련하여, 즉, 급제동 중에도 중요한 용도를 찾을 수 있음을 이해해야 한다.
대안적으로, 부스트 모드의 페달 위치 트리거에 대한 보완으로 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이 대형 차량에 포함된 차량 모션 관리(VMM) 시스템의 모션 지원 장치(MSD) 조정 기능으로부터, 및/또는 차량에 포함된 자율 또는 반자율 주행 기능으로부터 모션 요청을 얻을 수 있다. 이것은 차량 제어 기능이 부스트를 얻기 위해 휠 슬립을 일시적으로 증가시키는 옵션을 가질 수 있음을 의미한다. 이는 자율 또는 반자율 제어 알고리즘의 제어 자유도를 높여주는 이점이 있다.
방법은 선택적으로 모션 요청에 따라 그리고 또한 휠 슬립과 종방향 휠 힘 사이의 관계를 나타내는 역 타이어 모델에 따라 공칭 목표 휠 슬립 값으로서 목표 휠 슬립 값을 결정하는 단계를 포함한다. 그 다음 방법은, 부스트 신호를 검출하고 목표 휠 슬립 값에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠을 제어하는 것에 응답하여, 공칭 목표 휠 슬립 값에서 부스트 목표 휠 슬립 값으로 목표 휠 슬립 값을 증가시키는 단계를 포함한다. 따라서 휠 슬립 한계 값을 높이는 것 외에도 차량 제어에 사용되는 목표 휠 슬립을 일시적으로 증가시켜 차량 추진력을 높일 수 있다. 이 기능은 예를 들어 공칭 목표 휠 슬립 값이 어떤 이유로 너무 보수적인 주행 시나리오에서 유리하게 사용될 수 있다.
부스트 신호는 예를 들어 가속 페달 위치 또는 브레이크 페달 위치가 임계 값을 초과할 때 트리거될 수 있다. 부스트 신호는 또한 객실 내 버튼, 스위치 등과 같은 트리거 장치의 작동에 의해 수동으로 트리거될 수 있다. 부스트 신호는 미리 결정된 기간 동안 임계 값을 초과하는 가속 페달 위치 또는 브레이크 페달 위치에 의해 트리거될 수도 있다.
차량 안정성을 위태롭게 하지 않기 위해 부스트 신호는 차량이 차량 속도 허용 임계 값 미만의 속도로 작동하도록 선택적으로 조절된다. 따라서 차량이 너무 빨리 움직이면 부스트 신호가 생성되지 않는다. 부스트 신호의 생성은 또한 차량이 차량 요 모션 허용 임계 값 아래의 요 모션에서 작동하고 있다는 조건으로 조정될 수 있다. 이는 차량이 코너링 중일 때 부스트 모드가 허용되지 않도록 방법을 구성할 수 있음을 의미하며, 이는 선회 기동의 성공적인 완료를 위태롭게 할 수 있기 때문이다. 그 이유는 종방향 휠 슬립이 증가하면 횡력 생성 능력이 감소하기 때문이다. 유사한 방식으로, 방법은 물론 적어도 구동 및/또는 제동 휠의 횡력 요구사항을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 부스트 신호는 횡력 요구 사항이 횡력 요구사항 임계 값 미만임을 조건으로 한다. 이러한 방식으로 차량의 안정성과 안전성은 휠 슬립의 증가로 인해 위험에 처하지 않는다. 그렇지 않으면 종방향 휠 슬립의 갑작스러운 증가는 횡력 생성 능력을 위험할 정도로 낮은 값으로 감소시킬 수도 있다.
방법은 또한 미리 결정된 기간 동안에만 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 구성된 휠 슬립 한계 값을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 시간이 지나면 휠 슬립 한계 설정은 예를 들어 공칭 값이나 다른 중간 값으로 되돌아갈 수 있다. 이것은 차량의 휠이 노면으로 파고드는 것을 방지할 수 있으며, 이는 물론 이점이다.
양태에 따르면, 부스트 신호는 원격 제어 트리거 장치의 작동에 의해 원격으로 트리거되도록 배열된다. 이것은 차량 외부의 운전자 또는 자율 기능이 부스트 모드를 트리거하여 차량이 어려운 언덕 등을 통과할 수 있도록 한다. 이러한 방식으로 원격 기관에서 차량에 추가 기능을 부여할 수 있으며, 이는 일부 상황에서, 예를 들어 안전한 작동을 보장하기 위해 자율 차량이 다소 보수적인 휠 슬립 값으로 작동해야 하는 제한된 지역에서 이점이 될 수 있다. 원격 기관은 차량의 기동성을 일시적으로 증가시키기 위해 반자율 차량의 자율 주행이 더 높은 휠 슬립 값에서 작동하도록 일시적으로 허용할 수 있다.
방법은 또한 부스트 신호를 검출하는 것에 응답하여 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠과 연관된 역 타이어 모델을 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 차량의 움직임을 관리하는 데 사용되는 역 타이어 모델이 시간이 지남에 따라 개선되어 보다 정확한 역 타이어 모델로 이어지는 이점이 있음을 의미한다.
목적은 또한 대형 차량의 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠을 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 의해 획득될 수 있다. 방법은 차량 상의 하나 이상의 휠에 의해 생성될 요구 종방향 힘을 나타내는 모션 요청을 획득하는 단계, 휠 슬립과 종방향 힘 사이의 공칭 관계, 즉, 역 타이어 모델 등을 구성하는 단계를 포함하고, 여기서 관계는 적어도 부분적으로 슬립 강성 값을 기반으로 한다. 방법은 공칭 슬립 강성 값의 요구 조정을 나타내는 운전자 입력 신호를 획득하는 단계, 공칭 슬립 강성 값의 조정을 설명하기 위해 휠 슬립과 종방향 힘 사이의 공칭 관계를 재구성하는 단계, 및 모션 요청에 따라 그리고 휠 슬립과 종방향 힘 사이의 조정된 관계에 기초하여 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠을 제어하는 단계를 포함한다.
따라서, 위에서 논의된 부스트 신호일 수 있는 운전자 입력 신호는 인지된 차량 역학의 특성을 조정하는 데 사용된다. 휠 슬립과 종방향 힘 사이의 관계를 조정하여 이러한 방식으로 위에서 논의된 부스트 모드와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 대신에 또는 보완으로서 역 타이어 모델의 추정된 피크 종방향 힘이 운전자 입력 신호에 응답하여 변화되는 유사한 방법이 고려될 수 있다.
역 타이어 모델에 대한 조정은 물론 운전자가 페달을 밟은 시간의 함수로 만들어질 수 있다. 즉, 페달을 오래 밟을수록 모델의 슬립 강성이 더 많이 변경된다. 위에서 논의한 다른 기능은 물론 역 타이어 모델의 이러한 유형의 조정에도 적용될 수 있다.
또한, 상기 논의된 이점과 관련된 제어 유닛, 차량 유닛, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 판독 가능 매체, 및 컴퓨터 프로그램 제품이 여기에 개시되어 있다.
일반적으로, 특허청구범위에 사용된 모든 용어는 본 명세서에서 달리 명시적으로 정의되지 않는 한 기술 분야에서의 통상적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "요소, 장치, 구성 요소, 수단, 단계, 등"에 대한 모든 참조는 달리 명시적으로 언급되지 않는 요소, 장치, 구성 요소, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 인스턴스를 나타내는 것으로 공개적으로 해석되어야 한다. 여기에 공개된 모든 방법의 단계는 명시적으로 언급되지 않는 한 공개된 정확한 순서로 수행될 필요는 없다. 본 발명의 추가 특징 및 이점은 첨부된 청구범위 및 하기 설명을 연구할 때 명백해질 것이다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 상이한 특징들이 결합되어 이하에서 설명되는 것과 다른 실시예를 생성할 수 있음을 인식한다.
상기 목적, 특징 및 이점에 더하여 추가적인 목적, 특징 및 이점은 예시적인 실시예의 다음의 예시적이고 비제한적인 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이며, 여기서:
도 1은 예시적인 대형 차량을 도시한다.
도 2는 휠 슬립의 함수로서 예시적인 타이어 힘을 보여주는 그래프이다.
도 3은 예시적인 모션 지원 장치 제어 장치를 도시한다.
도 4는 휠 슬립 부스팅을 위한 예시적인 배열을 도시한다.
도 5는 예시적인 차량 제어 기능 아키텍처를 도시한다.
도 6은 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 7은 제어 유닛을 개략적으로 도시한다. 그리고,
도 8은 컴퓨터 프로그램 제품의 예를 보여준다.
본 발명은 예시적인 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 개시 내용은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고 여기에서 설명된 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며; 오히려, 이들 실시예는 철저성과 완전성을 위해 제공된다. 유사한 참조 부호는 설명 전체에서 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 트럭 형태의 예시적인 대형 차량(100)을 도시한다. 차량은 복수의 휠(102)을 포함하고, 휠(102)의 적어도 서브세트는 각각의 모션 지원 장치(MSD)(104)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예가 휠(102) 각각에 대한 MSD를 예시하지만, 예를 들어 한 쌍의 휠(102)이 이러한 MSD(104) 없이 배열될 수 있다는 것을 쉽게 이해해야 한다. 또한, MSD는 예를 들어 차동 장치를 통해 하나 이상의 휠에 연결되도록 구성될 수 있다.
여기에 개시된 방법 및 제어 유닛은 견인봉 연결부가 있는 트럭, 건설 기계, 버스 등과 같은 다른 유형의 대형 차량에도 유리하게 적용될 수 있다는 것이 이해된다. 차량(100)은 또한 2개 이상의 차량 유닛을 포함할 수 있으며, 즉, 돌리 차량 유닛은 1개 이상의 트레일러를 견인하는 데 사용될 수 있다.
MSD(104)는 차량의 각 휠 또는 차축의 양쪽 휠에 대한 토크를 생성하도록 배열될 수 있다. MSD는 예를 들어 차량(100)의 휠(들)에 종방향 휠 힘을 제공하도록 배열된 전기 기계(106)와 같은 추진 장치일 수 있다. 따라서, 이러한 전기 기계는 추진 토크를 생성하고 차량(100)의 배터리(도시되지 않음) 또는 다른 에너지 저장 시스템(들)을 전기적으로 충전하기 위한 회생 제동 모드로 배열되도록 구성될 수 있다. 전기 기계는 에너지를 저장하지 않고 제동 토크를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 제동 저항기 등은 제동하는 동안 전기 기계에서 과도한 에너지를 분산시키는 데 사용될 수 있다.
MSD(104)는 또한 차량을 감속하기 위해 휠(102)에 의해 제동 토크를 발생시키도록 배열된 디스크 브레이크 또는 드럼 브레이크와 같은 마찰 브레이크를 포함할 수 있다. 여기서, 가속도라는 용어는 양의 가속도(추진)와 음의 가속도(제동)를 모두 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다.
본 명세서에 개시된 방법은 주로 대형 차량의 추진, 즉 가속을 제어하는 것과 관련된다. 그러나, 개시된 방법은 또한 대형 차량을 감속하는데, 즉, 제동 기동 동안에 사용을 발견할 수 있다.
더욱이, 각각의 MSD(104)는 MSD(104)의 동작을 제어하도록 배열된 각각의 MSD 제어 시스템(330)에 연결된다. MSD 제어 시스템(330)은 중앙 집중식 구현도 가능하지만 분산형 모션 지원 시스템(330)인 것이 바람직하다. 또한 MSD 제어 시스템의 일부 부분은 무선 링크를 통해 차량에서 액세스 가능한 원격 서버(120)와 같이 차량에서 멀리 떨어진 처리 회로에서 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 각각의 MSD 제어 시스템(330)은 유선, 무선 또는 유선 및 무선 모두일 수 있는 데이터 버스 통신 장치(114)를 통해 차량(100)의 차량 모션 관리(VMM) 시스템 또는 기능(360)에 연결된다. 이로써, 차량 모션 관리 시스템(360)과 MSD 제어 시스템(330) 사이에 제어 신호가 전송될 수 있다. 차량 모션 관리 시스템(360) 및 MSD 제어 시스템(330)은 도 3 및 도 5를 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
VMM 시스템(360) 및 MSD 제어 시스템(330)은 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 프로그램 가능한 디지털 신호 프로세서 또는 다른 프로그램 가능한 장치를 포함할 수 있다. 시스템은 또한, 또는 그 대신에, 애플리케이션 특정 집적 회로, 프로그램가능 게이트 어레이 또는 프로그램가능 어레이 로직, 프로그램가능 로직 디바이스, 또는 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다. 시스템(들)이 위에서 언급한 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 또는 프로그램 가능한 디지털 신호 프로세서와 같은 프로그램 가능한 장치를 포함하는 경우, 프로세서는 프로그램 가능한 장치의 동작을 제어하는 컴퓨터 실행 가능한 코드를 더 포함할 수 있다. 상이한 차량 유닛 프로세싱 회로의 구현 측면은 도 7과 관련하여 아래에서 더 상세히 논의될 것이다.
일반적으로, 차량(100) 상의 MSD는 또한 예를 들어, 파워 스티어링 장치, 액티브 서스펜션 등으로서 실현될 수 있다. 이러한 유형의 MSD가 종방향 힘을 직접 생성하는 데 사용될 수는 없지만, 여전히 대형 차량의 전체 차량 모션 관리의 일부이므로 여기에 개시된 차량 모션 관리 방법의 일부를 형성할 수 있다.
특히 대형 차량(100)의 MSD는 차량에 의해 원하는 모션을 얻기 위해 종종 조정된다. 예를 들어, 둘 이상의 MSD는 요구 추진 토크(desired propulsion torque) 또는 제동 토크(desired braking torque), 차량에 의한 요구 요 모션(desired yaw motion) 또는 일부 다른 동적 거동을 생성하기 위해 공동으로 사용될 수 있다.
도 2는 종방향 휠 슬립의 함수로서 달성 가능한 타이어 힘의 예(200)를 보여주는 그래프이다. 종방향 휠 슬립(
Figure pat00001
)는 SAE J370(SAE Vehicle Dynamics Standards Committee 2008년 1월 24일)에 따라 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
은 유효 휠 반경(미터)이고,
Figure pat00004
는 휠의 각속도이고, 그리고
Figure pat00005
는 휠의 종방향 속도(휠 좌표계에서)이다. 따라서,
Figure pat00006
는 -1과 1 사이의 경계이며 휠이 노면에 대해 미끄러지는 정도를 수량화한다. 휠 슬립은 본질적으로 휠과 차량 사이에서 측정된 속도 차이이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 기술은 임의의 유형의 휠 슬립 정의와 함께 사용하도록 구성될 수 있다. 휠 슬립 값은 휠의 좌표계에서 표면 위의 휠의 속도가 주어지면 휠 속도 값과 동일하다는 것이 또한 이해된다. VMM(360) 및 선택적으로 MSD 제어 시스템(330)은 선택적으로
Figure pat00007
(휠의 기준 프레임에서)에 대한 정보를 유지하는 반면, 휠 속도 센서 등이
Figure pat00008
(휠의 회전 속도)를 결정하는 데 사용될 수 있다.
휠(또는 타이어)가 휠 힘을 생성하려면 슬립이 발생해야 한다. 더 작은 슬립 값의 경우 슬립과 생성된 힘 사이의 관계는 거의 선형이며, 여기서 비례 상수는 종종 타이어의 슬립 강성으로 표시된다. 타이어는 종방향 힘(Fx), 횡방향 힘(Fy) 및 수직력(Fz)을 받는다. 수직력(Fz)은 몇 가지 중요한 차량 특성을 결정하는 데 중요하다. 예를 들어, 일반적으로
Figure pat00009
(여기서
Figure pat00010
는 도로 마찰 조건과 관련된 마찰 계수)이기 때문에 수직력은 휠이 달성할 수 있는 타이어 횡방향 힘(Fy)을 크게 결정한다. 주어진 횡방향 슬립에 대해 사용할 수 있는 최대 횡력은 Hans Pacejka의 Elsevier Ltd. 2012, ISBN 978-0-08-097016-5 "타이어 및 차량 역학"에 설명된 매직 공식(Magic Formula)으로 설명할 수 있다.
역 타이어 모델은 요구 종방향 타이어 힘(Fx)과 휠 슬립 사이를 변환하는 데 사용될 수 있다. 차량의 휠에 조향과 선택적으로 토크를 전달할 수 있는 VMM과 MSD 간의 인터페이스는 위에서 언급한 바와 같이 전통적으로 휠 슬립에 대한 고려 없이 VMM에서 각 MSD에 대한 토크 기반 요청에 초점을 맞추었다. 그러나 이 접근 방식에는 상당한 성능 제한이 있다. 안전에 치명적이거나 과도한 미끄러짐 상황이 발생하는 경우, 그런 다음 별도의 제어 장치에서 작동하는 관련 안전 기능(트랙션 제어, 잠금 방지 브레이크 등)이 일반적으로 개입하여 슬립을 다시 제어하기 위해 토크 오버라이드를 요청한다. 이 접근 방식의 문제는 액추에이터의 기본 제어와 액추에이터의 슬립 제어가 서로 다른 ECU(전자 제어 장치)에 할당되기 때문에 이들 간의 통신과 관련된 대기 시간이 슬립 제어 성능을 크게 제한한다는 것이다. 또한 실제 슬립 제어를 달성하는 데 사용되는 두 개의 ECU에서 만들어진 관련 액추에이터 및 슬립 추정이 일치하지 않을 수 있으며, 이는 결과적으로 차선의 성능으로 이어질 수 있다. VMM(360)과 MSD 컨트롤러 또는 컨트롤러(330) 사이의 인터페이스에서 휠 속도 또는 휠 슬립 기반 요청을 대신 사용하여 상당한 이점을 얻을 수 있으며, 따라서 어려운 액추에이터 속도 제어 루프를 VMM 기능에 비해 훨씬 짧은 샘플 시간으로 일반적으로 작동하는 MSD 컨트롤러로 이동시킨다. 이러한 아키텍처는 토크 기반 제어 인터페이스에 비해 훨씬 더 나은 외란 제거를 제공할 수 있으므로 타이어 노면 접촉 패치에서 생성되는 힘의 예측 가능성을 향상시킨다.
다시 도 2를 참조하면, 종방향 타이어 힘(Fx1, Fx2)은 작은 휠 슬립에 대해 거의 선형으로 증가하는 부분(210)을 보여주고, 더 큰 휠 슬립에 대해 더 비선형 거동을 갖는 부분(220)이 뒤따른다. 타이어 모델 Fx1은 고 마찰 시나리오, 즉 좋은 타이어가 있는 마른 노면을 나타내는 반면 Fx2는 감소된 마찰 시나리오를 나타낸다. 최대 달성 가능한 타이어 힘은 마찰 계수
Figure pat00011
와 함께 떨어진다. 또한 피크 휠 힘에 해당하는 휠 슬립 값은 두 곡선 사이에서 약간 이동한다. 여기서 곡선 Fx1의 피크(240)는 곡선 Fx2의 피크(260)과 비교하여 더 높은 휠 슬립에 대해 발생한다. 따라서 실제로 곡선 Fx1이 휠 슬립과 휠 힘 사이의 실제 관계에 더 가깝다면 곡선 Fx2의 피크에서 약간 떨어져서 구성된 휠 슬립 한계(λlim)은 지나치게 보수적일 수 있다.
곡선 Fx2를 참조하면, 적용된 브레이크 명령에 응답하여 얻을 수 있는 종방향 힘이 더 쉽게 예측되고 필요한 경우 충분한 횡방향 타이어 힘이 생성될 수 있는 선형 영역(210)에서 차량 작동을 유지하는 것이 바람직합니다. 이 영역에서 작동을 보장하기 위해, 예를 들어 0.1 정도의 휠 슬립 한계(λlim, 230)가 주어진 휠에 부과될 수 있다. 예를 들어, 0.1을 초과하는 더 큰 휠 슬립의 경우 더 비선형 영역(220)이 보인다. 이 지역에서 차량을 제어하는 것은 어려울 수 있으므로 종종 피한다. 트랙션 제어를 위해 더 큰 슬립 한계가 선호될 수 있는 오프-로드 조건 등에서 트랙션에 흥미로울 수 있지만, 온-로드 작동에는 적합하지 않다.
미리 결정되거나 하드코딩된 파라미터가 아니라 역 타이어 모델에 따라 휠 슬립 한계를 구성하는 것이 이점이다. 예를 들어, 추정된 역 타이어 모델의 피크 값과 관련하여 구성된 휠 슬립 한계는 차량의 현재 작동 조건과 일치한다.
그러나 추정된 역 타이어 모델을 기반으로 구성된 슬립 한계를 무시하는 것이 여전히 바람직할 수 있다. 예를 들어, 역 타이어 모델은 의도치 않게 너무 보수적일 수 있다. 즉, 슬립 한계가 요구 휠 슬립에서 작동을 방지하기 때문에 차량에 의한 최대 견인력 또는 제동력을 사용할 수 없음을 의미한다.
예를 들어, 대형 차량 모션 관리가 곡선 Fx2에 따른 역 타이어 모델을 사용하는 반면 실제로 곡선 Fx1은 휠 슬립과 종방향 휠 힘 사이의 실제 관계를 더 정확하게 모델링한다고 가정한다. 또한 선형 영역(210)에서 작동을 보장하기 위해 휠 슬립 한계가 230에서 구성되었다고 가정한다. 이 슬립 한계로 인해 차량은 약 5.5kN보다 더 많은 휠 힘을 생성할 수 없으며, 이는 달성 가능한 최대 휠 힘인 약 9kN보다 훨씬 낮다. 이것은 물론 바람직하지 않다.
운전자 또는 자율 또는 반자율 주행 시스템과 같은 다른 형태의 차량 컨트롤러가 구성된 공칭 휠 슬립 제한 값을 무시할 수 있도록 하려면, 부스트 신호의 검출에 응답하여 부스트 휠 슬립 한계 값으로 휠 슬립 한계 값의 일시적인 증가를 허용하는 것이 여기에서 제안되고, 부스트 신호는 운전자가 특정 임계 값 이상으로 가속 또는 브레이크 페달을 밟거나 대시보드의 부스트 버튼과 같은 일부 실내 수동 제어를 작동하는 운전자에 의해 트리거될 수 있다. 자율 주행 모드와 운전자 중심 주행 모드를 모두 포함하는 특정 차량 및 사용 사례의 경우, 인간 운전자에게 자동화된 운전자보다 더 많은 제어 권한을 부여할 수 있는 것이 바람직할 수 있지만, 여기에 개시된 기술은 허용 가능한 휠 슬립에 대한 이러한 증가된 제어 수준을 제공하는 데 사용될 수 있다.
부스트 신호 메커니즘은 제어 타워와 같은 일부 원격 기관에서 사용하여 일부 차량이 일시적으로 더 높은 슬립 값에서 작동할 수 있도록 하며, 이러한 높은 휠 슬립 작동이 유리하고 안전하다고 간주될 수 있다.
또한, 관찰된 차량 거동을 기반으로 역 타이어 모델이 실시간으로 업데이트되면, 어떤 상황에서는 휠 슬립이 현재의 '알려진(known)' 타이어 모델의 정점을 넘어서도록 허용되는 것이 유리할 수 있다. 차량을 사람이 운전할 때 가속 페달을 사용하여 특정 상황에서 더 높은 슬립 목표를 '강제(force)'할 수 있으며 (예를 들어) 현재 타이어 모델 파라미터화가 지나치게 보수적인 경우 추가 트랙션 성능을 얻을 수 있다. 이러한 방식으로 차량 컨트롤러는 적어도 일시적으로 구성된 공칭 휠 슬립 한계를 초과하는 휠 힘과 휠 슬립 간의 관계를 "탐사(probe)"할 수 있다.
일부 기능 안전 논쟁의 경우 이러한 유형의 휠 슬립 제한 "오버라이드(override)"를 추가하면 역 타이어 모델에 적용되는 기능 안전 요구 사항의 수를 줄일 수 있으며, 여기서 인간 운전자는 중요한 상황에서 항상 더 높은 슬립 목표로 무시할 수 있다(예: 기차 선로에 갇히거나 이륙하려고 함).
이제 도 3을 참조하면, 전체 차량 제어 시스템(300)은 하나 이상의 차량 유닛 컴퓨터(VUC) 상에서 구현될 수 있다. VUC는 일부 기능이 상위 계층의 교통 상황 관리(TSM) 도메인(370)에 포함될 수 있는 계층화된 기능 아키텍처에 따라 구성되는 차량 제어 방법을 실행하도록 구성될 수 있으며 일부 다른 기능은 하위 기능 계층에 있는 차량 모션 관리(VMM) 도메인(360)에 포함될 수 있다.
도 3은 마찰 브레이크(320)(디스크 브레이크 또는 드럼 브레이크와 같은), 추진 장치(340) 및 조향 장치(330)를 포함하는 일부 예시적인 MSD에 의해 차량(100) 상의 예시적인 휠(310)을 제어하기 위한 기능(300)을 개략적으로 도시한다. 마찰 브레이크(320) 및 추진 장치는 하나 이상의 모션 지원 장치 제어 유닛(330)에 의해 제어될 수 있는 휠 토크 생성 장치의 예이다. 제어는 예를 들어 휠 속도 센서(350)로부터, 레이더 센서, 라이더 센서와 같은 다른 차량 상태 센서(370)로부터, 카메라 센서, 적외선 감지기와 같은 비전 기반 센서로부터 얻은 측정 데이터를 기반으로 한다. MSD 제어 시스템(330)은 하나 이상의 액추에이터를 제어하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, MSD 제어 시스템(330)이 차축의 두 휠을 제어하도록 배열되는 것은 드문 일이 아니다.
TSM 기능(370)은 10초 정도의 시간 지평으로 운전 조작을 계획한다. 이 시간 프레임은 예를 들어 차량(100)이 커브 등을 협상하는데 걸리는 시간에 대응한다. TSM 기능에 의해 계획되고 실행되는 차량 기동은 차량 전진 방향으로 요구 목표 차량 속도를 설명하는 가속 프로파일 및 곡률 프로파일과 연관될 수 있으며 주어진 기동에 대해 유지되도록 선회할 수 있다. TSM 기능은 TSM 기능의 요청을 안전하고 강력한 방식으로 충족시키기 위해 힘 할당을 수행하는 VMM 기능(360)으로부터 요구 가속도 프로파일(areq) 및 조향 각도(또는 곡률 프로파일(creq))를 지속적으로 요청한다. VMM 기능(360)은 약 1초 미만의 시간 척도에서 동작하며 아래에서 더 자세히 논의될 것이다.
휠(310)은 종방향 속도 성분(vx) 및 횡방향 속도 성분(vy)을 갖는다. 종방향 휠 힘(Fx) 및 횡방향 휠 힘(Fy) 및 휠에 작용하는 수직력(Fz)이 있다(도 3에는 표시되지 않음). 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 휠 힘은 휠의 좌표계에서 정의되며, 즉, 종방향 힘은 휠의 롤링 평면으로 향하고 횡방향 휠 힘은 휠의 롤링 평면에 수직으로 향한다. 휠의 회전 속도는 wx이고 반경은 R이다.
도 2에 도시된 유형의 타이어 모델(200)은 VMM(360)에 의해 일부 휠에서 요구 타이어 힘을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 요구 타이어 힘에 해당하는 토크를 요청하는 대신 VMM은 요구 타이어 힘을 등가의 휠 슬립(또는 동등하게는 지상 속도에 대한 휠 속도)으로 변환하고 대신 이 슬립을 요청할 수 있다. 주요 이점은 MSD 제어 장치(330)가, 휠 속도 센서(350)에서 획득한 차량 속도(
Figure pat00012
)와 휠 회전 속도(
Figure pat00013
)를 이용하여, 요구 휠 슬립에서 작동을 유지함으로써 훨씬 더 높은 대역폭으로 요청된 토크를 전달할 수 있다는 것이다. 차량 속도(
Figure pat00014
)는 레이더, 라이더, 비전 기반 센서와 같은 다양한 차량 센서와 GPS(Global Positioning System) 수신기 등으로부터 얻을 수 있다.
제어 유닛 또는 유닛들은 미리 결정된 역 타이어 모델(f-1)을 메모리에, 예를 들어 룩업 테이블로서 저장하도록 배열될 수 있다. 역 타이어 모델은 휠(310)의 현재 작동 조건의 함수로서 메모리에 저장되도록 배열된다. 이는 역 타이어 모델의 거동이 차량의 작동 조건에 따라 조정됨을 의미하며, 이는 작동 조건을 고려하지 않은 모델에 비해 더 정확한 모델을 얻을 수 있음을 의미한다. 메모리에 저장되는 모델은 실험 및 시도를 기반으로, 또는 분석적 유도 또는 이 둘의 조합을 기반으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 제어 장치는 현재 작동 조건에 따라 선택되는 다양한 모델 세트에 액세스하도록 구성될 수 있다. 하나의 역 타이어 모델은 수직력이 큰 고하중 주행을 위해 맞춤화될 수 있고, 다른 역 타이어 모델은 도로 마찰이 낮은 미끄러운 도로 조건 등에 맞춤화될 수 있다. 사용할 모델의 선택은 미리 결정된 선택 규칙 세트를 기반으로 할 수 있다. 메모리에 저장된 모델은 또한 적어도 부분적으로 작동 조건의 함수일 수 있다. 따라서, 모델은 입력 파라미터로서 수직력 또는 노면 마찰을 취하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 휠(310)의 현재 작동 조건에 따라 역 타이어 모델을 얻을 수 있다. 작동 조건의 많은 측면이 기본 작동 조건 파라미터에 의해 근사화될 수 있는 반면, 작동 조건의 다른 측면은 더 적은 수의 클래스로 대략 분류될 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 휠(310)의 현재 작동 조건에 따라 역 타이어 모델을 얻는 것이 반드시 많은 수의 서로 다른 모델을 저장하거나 작동 조건의 변화를 미세한 입도로 설명할 수 있는 복잡한 분석 기능이 필요하다는 것을 의미하는 것은 아니다. 오히려 작동 조건에 따라 두세가지 다른 모델을 선택하는 것으로 충분할 수 있다. 예를 들어, 차량에 과부하가 걸렸을 때 한 모델을 사용하고 그렇지 않은 경우에는 다른 모델을 사용한다. 모든 경우에 타이어 힘과 휠 슬립 간의 매핑은 작동 조건에 따라 어떤 식으로든 변경되어 매핑의 정확도가 향상된다.
역 타이어 모델은 또한 차량의 현재 작동 조건에 자동으로 또는 적어도 반자동으로 적응하도록 구성된 적응형 모델로서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 이는 주어진 휠 슬립 요청에 응답하여 생성된 휠 힘의 관점에서 주어진 휠의 응답을 지속적으로 모니터링하고/하거나 휠 슬립 요청에 응답하여 차량(100)의 응답을 모니터링함으로써 달성될 수 있다. 그런 다음 적응형 모델은 휠에서 주어진 휠 슬립 요청에 응답하여 얻은 휠 힘을 보다 정확하게 모델링할 수 있도록 조정될 수 있다.
역 타이어 모델은 원격 서버(120)로부터, 예를 들어 소프트웨어 업데이트로서 자동으로, 또는 차량 일상적인 서비스를 수행하는 기술자에 의해 수동으로 구성될 수 있다.
TSM 기능(370)이 예를 들어 가속 페달 위치의 기능으로서 또는 상위 계층 제어 기능에서 작동하는 일부 자율 주행 알고리즘에 의해 이루어진 제어 결정으로서 TSM과 VMM 사이의 인터페이스를 통해 모션 요청(375)을 전송한다고 가정한다. VMM 기능은 위에서 논의한 원리, 즉 공칭 휠 슬립 한계 값에서 휠 슬립 한계 값(λlim)을 구성하여 선형 힘 영역(210)에서의 작동을 보장하고 과도한 휠 슬립을 방지하는 원리에 따라 차량 제어를 수행한다. 이 휠 슬립 한계 값은 위에서 논의된 바와 같이 차량의 휠(102) 중 하나 이상에 의한 최대 허용 휠 슬립을 나타낸다. VMM 모듈(360)은 또한 부스트 신호(361)를 검출한 것에 응답하여 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)의 크기를 증가시키도록 구성된 휠 슬립 부스트 모듈(361)을 포함한다. 이것은 포지티브 추진 휠 슬립 한계가 더 커지는 반면 네거티브 제동 휠 슬립 한계는 더 작아진다는 것을 의미한다(더 음수).
따라서 VMM 시스템과 MSD 컨트롤러는 최소한 일시적으로 공칭 휠 슬립 한계를 초과하는 휠 슬립에서 휠을 제어할 수 있다. 예를 들어 VMM 함수에서 사용하는 역 타이어 모델이 도 2의 Fx2 함수인 경우, Fx1 기능이 실제로 실제 관계에 더 가깝지만, 부스트 모드는 차량이 적어도 제한된 시간 동안 최대 힘(240)에 접근하도록 허용한다. 공칭 휠 슬립 한계로부터 피크 힘 휠 슬립 한계까지의 최적 오프셋(250)은 정확하게 결정하기 어려울 수 있다. 그러나 구성된 휠 슬립 한계의 부스트를 허용함으로써 달성 가능한 휠 힘은 적어도 어느 정도 증가할 수 있다. 결과적으로, 어려운 노면 마찰 조건으로 오르막길을 주행하고자 하는 운전자는 휠 슬립이 더 많은 종방향 휠 힘을 제공하는지 확인하기 위해 공칭 휠 슬립 한계를 초과하여 휠 슬립을 일시적으로 증가시킬 수 있다. 이 기능은 오늘날 많은 개인용 자동차에 존재하는 "스텝-다운(step-down)" 또는 "킥-다운(kick-down)" 가속 부스트 모드 유형과 본질적으로 유사하다.
공칭 휠 슬립 한계 값이 증가하는 크기 양은 일부 고정된 값, 예를 들어 약 0.05의 휠 슬립 증가로 구성될 수 있다. 대안적으로, 크기 증가량은 운전자에 의해 구성될 수 있다. 시스템은 또한 휠 슬립 한계의 점진적인 증가를 포함할 수 있다. 예를 들어, 운전자가 일부 임계 값 이상으로 가속 또는 브레이크 페달을 밟으면 휠 슬립 한계가 사전 구성된 기본 양만큼 증가한다. 그 다음 공칭 휠 슬립 한계를 초과하는 증가량은 페달을 얼마나 많이 밟았는지에 따라 예를 들어 선형으로 증가될 수 있다.
도 4는 위에서 논의된 원리에 따른 휠 슬립 부스팅을 위한 예시적인 장치(400)를 도시한다. 이 예에서, 가속 페달 위치(브레이크 페달 위치일 수도 있음)는 차량(100)의 요구 가속을 생성하기 위한 토크 요청(Tq) 또는 휠 힘 요청(Fx)에 매핑된다. 이 요구 휠 힘은 요구 공칭 휠 슬립 값(λ0) 또는 동등하게 휠 속도 값(w0)에 매핑된다. 부스트 신호는 페달 위치가 미리 결정된 양 이상(예: 50%에서 80% 사이) 또는 끝까지 눌려진 경우 페달 위치를 모니터링하고 부스트 신호를 생성함으로써 트리거된다. 운전자가 부스트 신호를 트리거하기에 충분히 페달을 밟으면 구성된 휠 슬립 한계 값의 크기가 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 증가한다. 증가된 휠 슬립 값(또는 등가 휠 속도 값)은 그 다음 휠을 제어하기 위해 MSD 컨트롤러(330)로 전송된다.
도 5는 여기에 개시된 방법에 적용 가능한 예시적인 차량 제어 기능 아키텍처를 도시하고, 여기서 TSM 기능(370)은 요구 조향각(d) 또는 차량이 따라야 하는 등가 곡률(creq)을 포함할 수 있고, 또한 요구 차량 단위 가속도(areq) 및 요구 속도 프로파일에서 요구 경로를 따라 차량에 의한 요구 모션을 함께 설명하는 다른 유형의 차량 모션 요청을 포함할 수 있는 차량 모션 요청(375)을 생성한다. 모션 요청은 기동을 성공적으로 완료하기 위해 생성되어야 하는 필요한 양의 종방향 및 횡방향 힘을 결정하거나 예측하기 위한 기준으로 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
VMM 기능(360)은 약 1초 정도의 시간 지평으로 동작하며, TSM 기능으로부터의 가속도 프로파일(areq) 및 곡률 프로파일(creq)을 차량 모션 기능을 제어하기 위한 제어 명령으로 연속적으로 변환하고, VMM에 능력을 보고하는 차량(100)의 다른 MSD에 의해 작동되고, 이는 차례로 차량 제어의 제약으로 사용된다. VMM 기능(360)은 차량 상태 또는 모션 추정(510)을 수행한다. VMM 기능(360)은 차량(100)에 배치된 다양한 센서를 사용하여 작동을 모니터링함으로써 차량 조합의 다른 유닛의 위치, 속도, 가속도 및 관절 각도를 포함하는 차량 상태를 연속적으로 결정하며, 종종 MSD와 관련되어 있지만 항상 그런 것은 아니다.
모션 추정(510)의 결과, 즉 추정된 차량 상태(s)는 차량(100)이 요청된 가속도 및 곡률 프로파일(areq, creq)에 따라 움직이게 하고 요구 차량 거동에 따라 거동하도록 하기 위해 서로 다른 차량 유닛에 대해 필요한 전체 힘 V=[V1, V2]를 결정하는 힘 생성 모듈(520)에 입력된다. 필요한 전체 힘 벡터 V는 휠 힘을 할당하고 조향 및 서스펜션과 같은 다른 MSD를 조정하는 MSD 조정 기능(530)에 입력된다. MSD 조정 기능은 토크(Ti), 종방향 휠 슬립(li), 휠 회전 속도(wi) 및/또는 휠 조향각(di) 중 임의의 것을 포함할 수 있는 i 번째 휠에 대한 MSD 제어 할당을 출력한다. 조정된 MSD는 차량 조합(100)에 의해 요구 모션을 얻기 위해 차량 유닛에 요구 횡방향(Fy) 및 종방향(Fx) 힘과 요구 모멘트(Mz)를 함께 제공한다.
예를 들어, 글로벌 포지셔닝 시스템, 비전 기반 센서, 휠 속도 센서, 레이더 센서, 조향 각도 센서 및/또는 라이더 센서를 사용하여 차량 유닛 모션을 결정하고 이 차량 유닛 모션을 주어진 휠(310)의 로컬 좌표 시스템으로 변환함으로써(예를 들어, 종방향 및 횡방향 속도 성분의 관점에서), 상술한 바와 같이 휠(310)에 연결되어 배치된 휠 속도 센서(350)로부터 획득된 데이터와 휠 기준 좌표계에서의 차량 유닛 움직임을 비교함으로써 휠 슬립을 실시간으로 정확하게 추정하는 것이 가능해진다. 도 2와 관련하여 위에서 논의된 타이어 모델은 주어진 휠 i에 대한 요구 종방향 타이어 힘(Fxi)과 휠에 대한 등가 종방향 휠 슬립(λi) 사이를 변환하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 본 개시의 일부 양태에 따르면, VMM 기능(360)은 힘 생성 및 MSD 조정 모두를 관리하며, 즉, TSM 기능(370)으로부터의 요청을 이행하기 위해, 예를 들어 TSM이 요청한 요청된 가속 프로파일에 따라 차량을 가속하고/하거나 TSM에서도 요청한 차량에 의해 특정 곡률 모션을 생성하기 위해, 차량 유닛에 어떤 힘이 필요한지를 결정한다. 힘은 예를 들어 요 모멘트(Mz), 종방향 힘(Fx) 및 횡방향 힘(Fy), 뿐만 아니라 상이한 휠에 가해지는 상이한 유형의 토크를 포함할 수 있다. 힘은 TSM 기능(370)에 의해 생성된 제어 입력에 응답하여 TSM 기능에 의해 예상되는 차량 거동을 생성하도록 결정된다.
요약하면, 도 6의 흐름도를 참조하면, 대형 차량(100)의 적어도 하나의 휠(102)을 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법이 여기에 개시되어 있다. 휠(102)은 구동 휠 및/또는 제동 휠일 수 있지만, 이 기술은 아마도 추진에 가장 유리하게 사용된다. 여기에 개시된 슬립 제어 방법은 휠 엔드 전기 기계로 구현하기에 특히 적합하지만 연소 엔진, 하이브리드 전기 기계 또는 전기 기계에 의해 구동되는 차동 구동 장치와 함께 사용될 수도 있다. 방법은 차량(100)과 관련된 요구 종방향 가속도 및/또는 종방향 힘(Fx)을 나타내는 모션 요청(areq)를 획득하는 단계(S1)를 포함한다.
모션 요청(areq)은 도 5와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 차량(100)에 포함된 VMM 시스템의 MSD 조정 기능(530)으로부터(S12), 또는 차량(100)에 포함된 자율 또는 반자율 주행 기능으로부터 가속 페달 위치 또는 브레이크 페달 위치의 함수로서 획득될 수 있다(S11). 따라서, 차량(100)에 의한 요구 종방향 가속도를 나타내는 모션 요청(areq)를 획득하는 단계는 여기에서 광범위하게 해석되어야 한다.
여기에서 논의된 기능은 애플리케이션 및/또는 차량 유형에 따라 구성되거나 파라미터화될 수 있다. 운전자 제어 인터페이스는 차량마다 다를 수 있으며, 이러한 변화는 물론 고려되어야 한다.
방법은 또한 공칭 휠 슬립 한계 값에서 휠 슬립 한계 값(λlim)을 구성하는 단계(S2)를 포함한다. 이 휠 슬립 한계 값(λlim)은 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)에 의한 최대 허용 휠 슬립을 나타낸다. 이것은 본질적으로 결과적인 휠 슬립이 휠 슬립 한계를 초과하지 않도록 시스템에 의해 휠 속도가 제한됨을 의미한다. 동등하게, 차량 속도와 관련된 휠 속도는 휠 슬립이 휠 슬립 한계를 초과하지 않도록 제한될 수 있다. 공칭 휠 슬립 한계 값은 간단히 미리 결정될 수 있으며, 즉, 조립 시 하드코딩된다. 그러나, 방법의 일부 양태는 역 타이어 모델에 기초하여 공칭 휠 슬립 한계 값을 결정하는 단계(S22)를 또한 포함하고, 여기서 역 타이어 모델은 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)의 휠 슬립(λ)과 휠 힘(Fx) 사이의 관계를 나타낸다. 이 역 타이어 모델의 예는 예를 들어 도 2와 관련하여 위에서 논의되었다. 역 타이어 모델은 최대 휠 힘의 0.9에 해당하는 휠 슬립을 선택하여 휠 슬립 한계 값을 구성하는 데 사용될 수 있다. 이것은 비선형 영역과 관련하여 약간의 마진을 제공하며, 이는 종종 작동하는 것이 바람직하지 않다. 역 타이어 모델은 다른 휠 슬립 값에서 측정된 차량 거동을 기반으로 고정되거나 동적으로 업데이트될 수 있다.
예를 들어 잘못된 역 타이어 모델, 추정된 도로 마찰 조건의 오류, 잘못된 타이어 모델 등으로 인해 공칭 휠 슬립 한계 값이 일부 경우에 너무 작을 수 있으므로, 방법은 부스트 신호(361)를 검출한 것에 응답하여 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)의 크기를 증가시키는 단계(S3)를 포함한다. 위에서 언급한 바와 같이, 이것은 양의 휠 슬립 값(추진 휠 슬립 한계)을 증가시키고/또는 음의 휠 슬립 값(제동 휠 슬립 한계)을 감소시키는 것을 의미할 수 있다.
부스트 신호의 생성은 하나 이상의 트리거에 기초할 수 있고 잠재적으로 하나 이상의 파라미터에 따라 조절될 수도 있다. 트리거는 부스트 신호의 생성을 유발하는 이벤트의 일종이지만 구성된 모든 조건이 충족되는 경우에만 발생한다. 예를 들어, 부스트 신호 생성은 선택적으로 임계 값을 초과하는 가속 페달 위치를 포함한다(S32). 따라서 운전자가 전체 페달 범위의 80% 이상과 같이 페달을 충분히 밟으면 구성된 모든 조건도 충족되면 부스트 신호가 생성된다. 가속기 또는 브레이크 페달을 완전히 밟았을 때 부스트 신호는 기계적 또는 전기적 스위치에 의해 생성되도록 구성될 수도 있다. 추가 양태에 따르면, 부스트 신호는 미리 결정된 기간 동안 임계 값을 초과하는 가속 페달 위치 또는 브레이크 페달 위치에 의해 트리거된다(S38). 이 경우 운전자는 여기에 설명된 부스트 기능이 작동되기 전에 일정 시간 동안 페달을 밟아야 한다.
부스트 신호는 또한 수동 트리거 장치의 작동에 의해 트리거되도록 구성될 수 있다(S33). 이 수동 트리거 장치는 예를 들어 차량의 제어 시스템에 대한 객실 내 버튼 또는 메뉴 선택 옵션일 수 있다. 따라서, 구성된 공칭 휠 슬립 한계를 넘어 추가적인 휠 슬립을 얻으려는 운전자는 휠 슬립 한계를 더 높은 크기 값으로 이동시키기 위해 수동 트리거 장치를 활성화할 수 있다.
물론 부스트 신호는 원격 제어 트리거 장치의 작동에 의해 원격으로 트리거되도록 배열될 수도 있다(S39). 예를 들어, 원격 제어 타워 등은 부스트 기능을 원격으로 활성화하는 기능을 구현하고 구성된 휠 슬립 한계 값의 크기를 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 증가시키는 원격 제어 시스템을 포함할 수 있습니다. 그런 다음 원격 제어 트리거 장치는 주어진 차량이 일부 시나리오에서 바람직할 수 있는 공칭 구성과 비교하여 더 높은 휠 슬립 한계에서 작동하도록 허용하는 기능을 구현한다. 예를 들어, 주변에 다른 차량이 없는 경우 더 높은 휠 슬립에서 작동하는 것이 안전한 것으로 간주될 수 있으며 휠 슬립의 추가 증가는 차량 모션 관리 성능 관점에서 유리할 것으로 결정된다.
부스트 신호는 차량(100)이 차량 속도 수용 임계 값 미만의 속도로 작동하고 있다는 것을 조건으로 할 수 있다(S34). 이는 차량이 너무 빠르게 움직이는 경우 휠 슬립 한계 크기의 증가가 허용되지 않는다는 것을 의미하며, 그렇지 않으면 차량이 불안정하거나 원하지 않는 상태로 끝날 위험이 증가할 수 있다. 부스트 신호 생성은 또한 차량(100)이 차량 요 모션 수용 임계 값 아래의 요 모션에서 작동하고 있다는 것을 조건으로 할 수 있다(S35). 따라서 차량이 너무 많이 회전하는 경우, 즉 너무 큰 곡률의 경로를 따라가는 경우 휠 슬립 제한의 증가가 허용되지 않는다. 차량이 매우 느리게 움직이는 경우 요 동작 조건이 무시될 수 있다. 따라서, 차량(100)이 차량 속도 수용 임계 값 미만의 속도로 작동하는 경우, 차량이 더 빠르게 움직이는 경우에 비해 더 많은 요 운동이 허용될 수 있다.
방법은 적어도 구동 및/또는 제동 휠(102)의 횡력 요구사항을 결정하는 단계(S36)를 더 포함할 수 있다. 그 다음, 부스트 신호의 생성은 횡력 요구사항이 횡력 요구사항 임계 값 미만인 것을 조건으로 할 수 있다. 그 이유는 휠이 너무 큰 종방향 휠 슬립에서 작동하는 경우 매우 작은 횡력만 생성할 수 있기 때문이다. 따라서, 생성할 횡력이 있는 경우 이러한 횡력이 생성될 수 없는 수준까지 휠 슬립을 증가시키는 것은 현명하지 않을 수 있다. 그러나 저속 조건이 횡력 요구사항보다 우선할 수 있음을 이해해야 한다.
방법은 미리 결정된 기간 동안에만 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)을 증가시키는 단계(S37)를 더 포함할 수 있다. 이는 차량이 노면에 파고들어 갇히는 것을 방지하기 위해 부스트 레벨까지의 휠 슬립 한계 값 증가가 일시적이라는 것을 의미한다. 미리 정해진 시간 주기는 예를 들어 1초와 5초 사이로 설정될 수 있다. 예를 들어 몇 초 정도의 휴식 시간 후에 휠 슬립이 증가하는 또 다른 시간이 허용될 수 있다. 방법은 또한 모션 요청(areq)에 따라 그리고 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동된 휠(102)을 제어하는 단계(S4)를 포함한다. 모션 요청에 따라 그리고 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)에 따라 구동 및/또는 제동된 휠을 제어하기 위한 방법은 당업계에 공지되어 있으므로 여기에서 더 자세히 논의하지 않을 것이다. 몇 가지 예시적인 방법은 도 5와 관련하여 위에서 제공되었다.
본 명세서에 개시된 방법은 또한 선택적으로 모션 요청(areq)에 따라 그리고 휠 슬립과 종방향 휠 힘(Fx) 사이의 관계를 나타내는 역 타이어 모델(200)에 따라 목표 휠 슬립 값(λ)을 공칭 목표 휠 슬립 값으로 결정하는 단계(S21), 부스트 신호(361)의 검출에 응답하여 공칭 목표 휠 슬립 값에서 부스트 휠 슬립 값으로 목표 휠 슬립 값(λ)을 증가시키는 단계(S31), 및 목표 휠 슬립 값(λ)에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)을 제어하는 단계(S41)를 포함한다:
추가 양태에 따르면, 방법은 또한 부스트 신호(361)를 검출하는 것에 응답하여 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)과 연관된 역 타이어 모델을 업데이트하는 단계(S5)를 포함한다. 이러한 측면은 역 타이어 모델이 예를 들어 추정된 종방향 휠 힘을 기반으로 지속적으로 또는 주기적으로 조정될 때 관련이 있다. 이 경우 VMM 시스템은 휠 슬립과 그에 상응하는 추정 또는 측정된 휠 힘 값의 기록을 유지할 수 있다. 예를 들어, 일부 전기 기계는 적용된 토크를 나타내는 출력 신호를 실시간으로 제공하며, 이는 휠 힘으로 변환될 수 있다. 그러나 부스트 모드를 사용하여 일시적으로 허용하지 않는 한 이러한 값은 발생하지 않기 때문에 역 타이어 모델은 구성된 휠 슬립 한계를 초과하는 큰 슬립 값에 대해 부정확하다.
목적은 또한 대형 차량의 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠을 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 의해 획득될 수 있다. 방법은 차량 상의 하나 이상의 휠에 의해 생성될 원하는 종방향 힘을 나타내는 모션 요청을 획득하는 단계, 슬립 강성 값에 적어도 부분적으로 기초하여 휠 슬립과 종방향 힘 사이의 공칭 관계(예: 역 타이어 모델)를 구성하는 단계, 공칭 슬립 강성 값의 요구 조정을 나타내는 운전자 입력 신호를 획득하는 단계, 슬립 강성 값의 요구 조정을 설명하기 위해 휠 슬립과 종방향 힘 사이의 공칭 관계를 재구성하는 단계, 및 모션 요청에 따라 그리고 휠 슬립과 종방향 힘 사이의 조정된 관계에 기초하여 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠을 제어하는 단계를 포함한다.
따라서, 위에서 논의된 부스트 신호일 수 있는 운전자 입력 신호는 인지된 차량 역학의 특성을 조정하는 데 사용된다. 휠 슬립과 종방향 힘 사이의 관계를 조정하여 이러한 방식으로 위에서 논의된 부스트 모드와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 유형의 역 타이어 모델 파라미터화는 물론, 이 휠 슬립 한계 값이 위의 도 2와 관련하여 논의된 바와 같이 피크 위치에 따라 구성되는 경우, 타이어 힘과 휠 슬립 간의 관계의 가정된 피크 힘 포인트를 조정하는 데 사용될 수 있으며, 이는 물론 휠 슬립 한계 값에 영향을 미친다.
도 7은 MSD 제어 시스템(330) 또는 VMM 시스템(360) 중 임의의 것과 같은 본 명세서에서 논의되는 실시예에 따른 제어 유닛(700)의 구성요소를 다수의 기능 유닛과 관련하여 개략적으로 도시한다. 처리 회로(710)는 저장 매체(730)의 형태로 컴퓨터 프로그램 제품에 저장된 소프트웨어 명령을 실행할 수 있는 적합한 중앙 처리 장치(CPU), 멀티프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서(DSP) 등 중 하나 이상의 임의의 조합을 사용하여 제공된다. 처리 회로(710)는 적어도 하나의 주문형 집적 회로(ASIC), 또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA)로서 더 제공될 수 있다. 특히, 처리 회로(710)는 제어 유닛(700)이 도 9와 관련하여 그리고 일반적으로 여기에서 논의된 방법과 같은 일련의 동작 또는 단계를 수행하게 하도록 구성된다. 예를 들어, 저장 매체(730)는 동작들의 세트를 저장할 수 있고, 처리 회로(710)는 저장 매체(730)로부터 동작들의 세트를 검색하여 제어 유닛(700)이 동작들의 세트를 수행하게 하도록 구성될 수 있다. 동작 세트는 실행 가능한 명령어 세트로 제공될 수 있다. 따라서, 처리 회로(710)는 이에 의해 본 명세서에 개시된 바와 같은 방법을 실행하도록 배열된다. 특히, 모션 요청을 획득하도록 배열된 처리 회로(710)는 차량(100)에 의한 요구 종방향 가속도 또는 생성될 요구 종방향 힘을 표시하고, 공칭 휠 슬립 한계 값에서 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)에 의한 최대 허용 가능한 휠 슬립을 나타내는 휠 슬립 한계 값(λlim)을 구성하고, 또한 모션 요청(areq)에 따라 그리고 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동된 휠(102)을 제어하기 위해 부스트 신호(361)의 검출에 응답하여 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)을 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 증가시킨다.
저장 매체(730)는 또한 예를 들어 자기 메모리, 광학 메모리, 고체 상태 메모리 또는 원격 장착 메모리의 임의의 단일 또는 조합일 수 있는 영구 저장 장치를 포함할 수 있다.
제어부(700)는 적어도 하나의 외부 장치와 통신하기 위한 인터페이스(720)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 인터페이스(720)는 아날로그 및 디지털 구성요소 및 유선 또는 무선 통신을 위한 적절한 수의 포트를 포함하는 하나 이상의 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다.
처리 회로(710)는 데이터 및 제어 신호를 인터페이스(720) 및 저장 매체(730)로 전송하고, 인터페이스(720)로부터 데이터 및 보고를 수신하고, 저장 매체(730)로부터 데이터 및 명령을 검색함으로써 제어 유닛(700)의 일반적인 동작을 제어한다. 제어 노드의 관련 기능뿐만 아니라 다른 구성요소는 여기에 제시된 개념을 모호하게 하지 않기 위해 생략된다.
도 11은 프로그램 제품이 컴퓨터에서 실행될 때, 도 6에 예시된 방법 및 여기에 논의된 기술을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단(820)을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체(810)를 예시한다. 컴퓨터 판독 가능 매체 및 코드 수단은 함께 컴퓨터 프로그램 제품(800)을 형성할 수 있다.

Claims (18)

  1. 대형 차량(100)의 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)을 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서,
    차량(100)과 관련된 요구 종방향 가속도 및/또는 요구 종방향 힘을 나타내는 모션 요청(areq, Fx)을 획득하는 단계(S1),
    역 타이어 모델에 따라 공칭 휠 슬립 한계 값에서 휠 슬립 한계 값(λlim)을 구성하는 단계(S2), 상기 역 타이어 모델은 휠(102)에서 휠 슬립과 휠 힘 사이의 관계(200)를 나타내고, 상기 휠 슬립 한계 값(λlim)은 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)에 의한 최대 허용 휠 슬립을 나타내며, 그리고
    부스트 신호(361) 검출에 응답하여 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)의 크기를 증가시키는 단계(S3)를 포함하고, 상기 방법은 또한
    모션 요청(areq, Fx)에 따라 그리고 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)을 제어하는 단계(S4)를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    모션 요청(areq, Fx)에 따라 그리고 휠 슬립(λ)과 종방향 휠 힘(Fx) 사이의 관계를 나타내는 역 타이어 모델(200)에 따라 목표 휠 슬립 값(λ)을 공칭 목표 휠 슬립 값으로 결정하는 단계(S21),
    상기 부스트 신호(361)의 검출에 응답하여 공칭 목표 휠 슬립 값에서 부스트 휠 슬립 값으로 목표 휠 슬립 값(λ)을 증가시키는 단계(S31), 및
    목표 휠 슬립 값(λ)에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)을 제어하는 단계(S41)를 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    가속 페달 위치 또는 브레이크 페달 위치의 함수로서 모션 요청(areq, Fx)을 획득하는 단계(S11)를 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대형 차량(100)에 포함된 차량 모션 관리(VMM) 시스템의 모션 지원 장치(MSD) 조정 기능(530)으로부터 모션 요청(areq, Fx)을 획득하는 단계(S12)를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량(100)에 포함된 자율 또는 반자율 주행 기능으로부터 모션 요청(areq, Fx)을 획득하는 단계(S13)를 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    역 타이어 모델에 기초하여 공칭 휠 슬립 한계 값을 결정하는 단계(S22)를 포함하고, 역 타이어 모델은 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)의 휠 슬립(λ)과 휠 힘(Fx) 사이의 관계를 나타내는 것인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    부스트 신호는 임계 값을 초과하는 가속 페달 위치 또는 브레이크 페달 위치에 의해 트리거 되는(S32), 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    부스트 신호는 트리거 장치의 작동에 의해 수동으로 트리거되도록 배열되는(S33), 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    부스트 신호는 차량(100)이 차량 속도 수용 임계 값 미만의 속도로 작동하고 있다는 것을 조건으로 하는(S34), 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    부스트 신호는 차량(100)이 차량 요 모션 수용 임계 값 미만의 요 모션에서 작동하고 있다는 것을 조건으로 하는(S35), 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 구동 및/또는 제동 휠(102)의 횡력 요구사항을 결정하는 단계(S36)를 포함하고, 부스트 신호는 횡력 요구사항이 횡력 요구사항 임계 값 미만인 것을 조건으로 하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리 정해진 시간 동안에만 공칭 휠 슬립 한계 값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)을 증가시키는 단계(S37)를 포함하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    부스트 신호는 미리 정해진 시간 동안 임계 값을 초과하는 가속 페달 위치 또는 브레이크 페달 위치에 의해 유발되는(S38), 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    부스트 신호는 원격 제어 트리거 장치의 작동에 의해 원격으로 트리거되도록 배열되는(S39), 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    부스트 신호(361)의 검출에 응답하여 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)과 관련된 역 타이어 모델을 업데이트하는 단계(S5)를 포함하는, 방법.
  16. 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
  17. 대형 차량(100)의 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)을 제어하기 위한 제어 유닛(300, 400, 500, 700)으로서,
    차량(100)과 관련된 요구 종방향 가속도 및/또는 요구 종방향 힘을 나타내는 모션 요청(areq, Fx)을 획득하고,
    공칭 휠 슬립 한계 값에서 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)에 의한 최대 허용 휠 슬립을 나타내는 휠 슬립 한계 값(λlim)을 구성하고,
    부스트 신호(361) 감지에 응답하여 공칭 휠 슬립 한계값에서 부스트 휠 슬립 한계 값으로 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)을 증가시키고, 그리고
    모션 요청(areq, Fx)에 따라 그리고 구성된 휠 슬립 한계 값(λlim)에 따라 적어도 하나의 구동 및/또는 제동 휠(102)을 제어하도록 배열된 처리 회로(710)를 포함하는, 제어 유닛(300, 400, 500, 700).
  18. 제17항에 따른 제어 유닛을 포함하는, 대형 차량(100).
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