KR20230111705A - 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 토크 벡터링 모터에서 발생되는 구동력을 기반으로 좌우 구동륜의 휠속 차이를 증가시켜 유턴 중인 차량의 요 레이트를 상승시킴으로써, 차량의 선회 반경을 축소할 수 있게 한 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치는, 차량 정보를 토대로 차량의 유턴 진행 여부를 판단하는 차량 운전 모드 판단부; 및 선회 반경 축소를 위한 토크 벡터링 모터토크의 필요 여부에 따라 토크 벡터링 제어 구간을 구분하고, 유턴 진행 중 차량으로부터 수신하는 조향각과 속도를 이용하여 토크 벡터링 제어 구간의 변경 여부를 판단한 후, 각 토크 벡터링 제어 구간에서 요구되는 주 구동 모터토크와 토크 벡터링 모터토크를 연산하여 모터토크지령으로 출력하는 모터토크 결정부;를 포함할 수 있다.

Description

전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치 및 방법{CONTROL DEVICE AND METHOD FOR REDUCING OF U-TURNING RADIUS OF ELECTRIFIED VEHICLE}
본 발명은 토크 벡터링 모터에서 발생되는 구동력을 기반으로 좌우 구동륜의 휠속 차이를 증가시켜 유턴 중인 차량의 요 레이트를 상승시킴으로써, 차량의 선회 반경을 축소할 수 있게 한 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량이 유턴을 수행하기 위해서는 일정 수준의 선회 반경이 필요하게 되며, 요구되는 선회 반경이 큰 차량의 경우 좁은 도로에서의 유턴 실행시에 불편함을 초래하곤 한다.
그에 따라, 유턴시의 선회 반경을 축소시키기 위하여 선회 중인 차량의 후륜 내측 바퀴에 제동압을 발생시켜 선회 반경을 축소시키기도 하였으나, 이 경우 상대적으로 큰 편제동압으로 인하여 타이어의 마모를 증가시키고 운전의 이질감을 초래하는 문제점이 있었다.
또한, 최근에는 조향각에 따른 목표 선회 반경을 연산하고 그에 따라 선회 중인 차량의 내륜과 외륜에 구동력과 제동력을 적절히 분배하여 요 모멘트를 발생시키는 토크 벡터링 제어(TVC : Torque Vectoring Control)에 의해 선회 반경을 축소시키기도 하였다.
그러나, 이처럼 토크 벡터링 제어에 의할 경우 구동륜의 구동력 감소를 최소화할 수 있다는 장점이 있으나, 제동력을 발생시키기 때문에 토크 벡터링 제어를 수행하지 않는 경우에 비해 구동력이 감소되는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 구동력 감소를 피하기 위하여 추가 구동력을 발생시킨다면 제동력이 발생되고 있는 타이어와 브레이크의 마모를 피하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 토크 벡터링 모터에서 발생되는 구동력을 기반으로 좌우 구동륜의 휠속 차이를 증가시켜 유턴 중인 차량의 요 레이트를 상승시킴으로써, 차량의 선회 반경을 축소할 수 있게 한 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치는, 차량 정보를 토대로 차량의 유턴 진행 여부를 판단하는 차량 운전 모드 판단부; 및 상기 유턴 진행으로 판단된 경우, 토크 벡터링 제어 구간에서 조향각과 속도에 따라 토크 벡터링 모터토크를 연산하여 모터토크지령으로 출력하는 모터토크 결정부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 차량 운전 모드 판단부는, 차량의 조향각을 기 설정된 특정 조향각과 비교하고 차량의 속도를 기 설정된 특정 속도와 비교하여, 현재 조향각이 특정 조향각보다 크고 현재 차량의 속도가 특정 속도보다 작을 경우 유턴을 진행 중인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우에는 드라이브 모드로 주행 중인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 토크 벡터링 제어 구간은, 제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 차량 요 모멘트를 증가시키는 제1구간과, 제2 토크 벡터링 모터토크에 의해 상기 차량 요 모멘트를 감소시키는 제2구간과, 토크 벡터링 제어를 종료시키는 제3구간을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 토크 벡터링 모터토크는 상기 제2구간 동안 상기 제1 토크 벡터링 모터토크에서 0으로 변경되는 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 모터토크 결정부는, 상기 조향각이 기 설정된 제1조향각보다 크고 상기 차량 속도가 기 설정된 제1속도보다 작을 경우에는 상기 제1구간에 진입한 것으로 판단하고, 상기 제1구간에 진입한 이후에 상기 조향각이 기 설정된 제2조향각보다 작고 상기 차량 속도가 기 설정된 제2속도보다 클 경우에는 제2구간에 진입한 것으로 판단하며, 상기 제2구간에 진입한 이후에 상기 조향각이 기 설정된 제3조향각보다 작을 경우에는 상기 제3구간에 진입한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 모터토크 결정부는, 상기 제1 구간에 진입한 것으로 판단된 경우, 현재 속도를 차량의 요구 선회 반경으로 나눈 후 1 보다 큰 계수를 곱하여 제1 목표 요 레이트를 산출하고, 상기 주 구동 모터토크와 상기 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제1 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 결정된 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분할 수 있다.
또한, 상기 모터토크 결정부는, 상기 토크 벡터링 모터토크가 반영되어 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 인가되는 각 구동륜 총합토크와, 타이어의 한계 토크 중 최소값에 해당하는 토크를 상기 모터토크지령으로 출력할 수 있다.
또한, 상기 모터토크 결정부는, 상기 제2구간에 진입한 것으로 판단될 경우, 현재 차량 속도를 상기 요구 선회 반경으로 나누어 제2 목표 요 레이트를 산출하고, 상기 주 구동 모터토크와 상기 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제2 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 결정된 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법은, 차량의 현재 조향각과 속도를 수신하는 차량 정보 수신단계; 상기 차량 정보를 이용하여 운전 모드 및 유턴 진행 여부를 판단하는 차량 운전 모드 판단단계; 및 상기 유턴 진행으로 판단된 경우, 토크 벡터링 제어 구간에서 조향각과 속도에 따라 토크 벡터링 모터토크를 연산하여 모터토크지령으로 출력하는 토크 벡터링 제어단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 차량 운전 모드 판단단계에서, 상기 토크 벡터링 제어 구간은, 제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 차량 요 모멘트를 증가시키는 제1구간과, 제2 토크 벡터링 모터토크에 의해 상기 차량 요 모멘트를 감소시키는 제2구간과, 토크 벡터링 제어를 종료시키는 제3구간을 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량 운전 모드 판단단계에서는, 상기 조향각이 기 설정된 제1조향각보다 크고 상기 차량 속도가 기 설정된 제1속도보다 작을 경우에는 상기 제1구간에 진입한 것으로 판단하고, 상기 제1구간에 진입한 이후에 상기 조향각이 기 설정된 제2조향각보다 작고 상기 차량 속도가 기 설정된 제2속도보다 클 경우에는 제2구간에 진입한 것으로 판단하며, 상기 제2구간에 진입한 이후에 상기 조향각이 기 설정된 제3조향각보다 작을 경우에는 상기 제3구간에 진입한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 토크 벡터링 제어단계는, 상기 제1 구간에 진입한 것으로 판단된 경우, 현재 속도를 차량의 요구 선회 반경으로 나눈 후 1 보다 큰 계수를 곱하여 제1 목표 요 레이트를 산출하고, 상기 주 구동 모터토크와 상기 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제1 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 제1 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 제1 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분하는 토크 벡터링 진입단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 토크 벡터링 제어단계는, 상기 제2구간에 진입한 것으로 판단될 경우, 현재 차량 속도를 상기 요구 선회 반경으로 나누어 제2 목표 요 레이트를 산출하고, 상기 주 구동 모터토크와 상기 제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제2 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 제2 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 제2 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분하는 토크 벡터링 천이단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 토크 벡터링 제어단계는, 상기 토크 벡터링 모터토크가 반영되어 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 인가되는 각 구동륜 총합토크와, 타이어의 한계 토크 중 최소값에 해당하는 토크를 상기 모터토크지령으로 출력하는 출력 토크 결정단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의해, 유턴시 토크 벡터링 제어가 이루어지는 과정을 다수의 구간으로 구분하고, 차량의 속도와 조향각을 이용하여 차량이 유턴 진행 과정 중 어느 구간에 있는지 여부를 판단한 후, 각 구간에서 토크 벡터링 모터토크의 크기가 다르게 출력될 수 있게 함으로써, 토크 벡터링 모터토크에 의해 선회 반경을 축소시키면서도 주행의 이질감을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 의해, 별도의 추가 설비 없이 차량 제어기(VCU)에 설치되는 소프트웨어를 개선하여 구현될 수 있으므로 다양한 종류의 전동화 차량에 폭넓게 적용될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 토크 벡터링 기구가 적용된 차량의 파워 트레인 구조를 나타내는 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 토크 벡터링 기구를 나타내는 예시도.
도 3은 본 발명에 따라 토크 벡터링 모터 토크가 인가되어 구동력의 차이를 유발하는 것을 나타내는 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 전동화 차량의 전체 제어 시스템을 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치가 적용된 제어 시스템의 구성도.
도 6은 본 발명에 따라 토크 벡터링 제어가 이루어지는 과정을 시간의 흐름에 따라 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법의 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 축소 제어 방법이 실행되는 흐름을 나타내는 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 모터 제어기(MCU), 하이브리드 제어기(HCU) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따라 토크 벡터링 기구가 적용된 차량의 파워 트레인 구조를 나타내며, 도 2는 본 발명에 따른 토크 벡터링 기구를 나타낸다. 도 3은 본 발명에 따라 토크 벡터링 모터 토크가 인가되어 구동력의 차이를 유발하는 것을 나타내고, 도 4는 본 발명에 따른 전동화 차량의 전체 제어 시스템을 나타내며, 도 5는 본 발명에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치가 적용된 제어 시스템을 나타낸다.
일반적으로 전동화 차량은 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등을 포함하여 모터를 구동원으로 채택한 자동차를 지칭한다.
이러한 전동화 차량은 도 4에 도시된 바와 같이 차량 제어기(VCU: Vehicle Control Unit)(100)와, 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit)(200)와, 차체 자세 제어장치(ESC: Electronic Stability System)(300) 및 통합 전자 제동장치(IEB: Integrated Electric Brake)(400)를 포함하여 차량의 제어를 수행할 수 있다.
이를 위하여, 상기 차량 제어기(VCU)는 엑셀 페달(Accel Pedal)의 동작을 감지하는 엑셀 신호, 브레이크 페달(Brake Pedal)의 동작을 감지하는 브레이크 신호, 조향각(Steering Angle), 전륜과 후륜의 휠 속도, 가속도 센서 값 및 차체 자세 제어장치(ESC)에서의 인터벤션 요청 등의 차량 정보를 수신한다.
상기 차량 제어기(VCU)는 수신한 차량 정보를 토대로 운전자의 주행 의지에 따른 요구 토크를 연산하고, 배터리와 전자 부하의 상황을 고려한 모터토크지령을 연산한다.
또한, 상기 차량 제어기(VCU)는 외부 제어기인 차체 자세 제어장치(ESC)에서 전송되는 인터벤션 요청을 수신하여 인터벤션 상황이 발생되었음을 결정하며, 요쿠 토크에 기반하여 연산된 모터토크지령과 인터벤션에 기반하여 결정된 모터토크지령 등을 모터 제어기(MCU)로 전송할 수 있다.
상기 모터 제어기(MCU)는 상기 차량 제어기(VCU)로부터 수신한 모터토크지령을 기반으로 모터에서 발생되는 토크와 진동을 제어하고, 그에 기초하여 초래된 모터 속도에 대한 데이터를 상기 차량 제어기(VCU)로 전송할 수 있다.
상기 차체 자세 제어장치(ESC)는 조향각과, 전륜과 후륜의 휠속도 및 가속도 센서 값 등을 토대로 차량의 속도와, 오버스티어, 언더스티어, 코너링 강성 등의 차량 상태를 판단할 수 있다.
상기 차체 자세 제어장치(ESC)는 다른 제어기와 협조하여 각 휠의 브레이크 유압 제어와 모터 토크 인터벤션을 요청하여 차량의 안정성 제어를 수행할 수 있으며, 회전반경 축소를 위한 모터 토크 인터벤션을 요청하거나 각 휠 브레이크의 제어 인터벤션을 요청할 수도 있다.
상기 통합 전자 제동장치(IEB)는 운전자의 브레이크 페달 입력에 따른 총 제동 토크를 연산하고, 총 제동 토크에서 회생제동 토크를 차감하여 브레이크 토크를 연산하고, 상기 차체 자세 제어장치로부터 수신한 브레이크 유압 지령을 토대로 브레이크 제어를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유턴 선회 반경 축소 제어 장치가 구비된 전동화 차량의 파워 트레인은, 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 주행을 위한 주 구동 모터토크를 발생시키는 메인 모터(Main Motor)(10)와, 토크 벡터링이 요구되는 선회 상황시에 토크 벡터링 모터토크를 발생시키는 서브 모터(Sub Motor)(20)와, 상기 메인 모터와 서브 모터를 연결하는 토크 벡터링 기구(30)와, 상기 메인 모터와 서브 모터로 전원을 공급하는 배터리(Battery)(40)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 메인 모터(10)는 구동륜에 연결되어 있는 감속기(F)에 출력단이 연결되어 주 구동 모터토크(TMain.Mot)를 발생시키는 구동 모터로 구성되고, 상기 서브 모터(20)는 토크 벡터링 제어가 필요할 경우에만 토크 벡터링 모터토크(TTV.Mot)를 발생시키는 토크 벡터링 모터(TV MOT)로 구성될 수 있다.
이와 같이, 토크 벡터링 모터를 서브 모터로 구비하여 토크 벡터링 모터토크에 의한 구동력으로 차량의 요 모멘트를 상승시킴으로써, 선회 반경 축소를 위해 편제동에 의한 제동력을 이용하던 것에 비하여 구동력을 감소시키지 않음은 물론 타이어의 마모도 최소화 할 수 있게 된다.
또한, 상기 토크 벡터링 기구(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구동 모터와 토크 벡터링 모터 사이에 연결되어 있는 한 쌍의 유성 기어 세트 및 토크 벡터링(TV) 유성 기어 세트(도 2에서는 점선으로 묶어서 표시함)를 포함하여 구성된다.
상기 구동 모터는 차동기어를 통해 제1 유성 기어 세트의 제1 캐리어(C1) 및 제2 유성 기어 세트의 제2 캐리어(C2)와 연결되어 구동 모터의 모터토크를 양측 차륜으로 전달한다.
상기 토크 벡터링(TV) 모터는 TV 유성 기어 세트의 선기어(S)에 연결되고, TV 유성 기어 세트의 캐리어(C)를 경유하여 제2 유성 기어 세트의 링기어(R2)에 연결되며, 제2 유성 기어 세트의 캐리어(C2)를 경유하여 선회 중인 차량의 외측 구동륜에 인가되는 토크 벡터링 모터토크(+GTTV)를 전달한다.
또한, 상기 토크 벡터링 모터(TV MOT)는 제2 유성 기어 세트의 캐리어(C2), 제2 유성 기어 세트의 선기어(S2), 제1 유성 기어 세트의 선기어(S1), 제1 유성 기어 세트의 캐리어(C1)를 경유하여 선회 중인 차량의 내측 구동륜에 인가되는 토크 벡터링 모터토크(-GTTV)를 전달한다.
이와 같이 상기 토크 벡터링 기구에 의해 구동륜으로 전달되는 모터토크에 의해 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 선회 중인 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 작용하는 총합토크의 차이가 발생하고, 그러한 차이로 인하여 선회 반경을 최소화하면서도 운전의 이질감 없이 유턴이 가능하게 된다.
이때, 도 1에서는 구동 모터(10)에서 발생되는 주 구동 모터토크는 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 동일한 크기로 인가되지만, 토크 벡터링 모터(20)에서 발생되는 토크 벡터링 모터토크(TVED 모터토크)는 유턴 중인 차량의 외측 구동륜에는 주구동 방향으로 인가되고 차량의 내측 구동륜에는 주구동 방향과 반대 방향으로 인가되는 것을 화살표의 크기와 방향으로 도시하고 있다.
그에 따라, 내측 구동륜과 외측 구동륜에 작용하는 구동륜 총합토크에 차이가 발생하면서 요 모멘트를 발생시켜 차량의 선회 반경을 최소화하는 토크 벡터링 제어가 가능하게 됨을 알 수 있다.
또한, 도 3에서는 차량의 후륜 우측 타이어가 유턴 중인 차량의 외측 구동륜이고 후륜 좌측 타이어가 내측 구동륜인 상황에서, 외측 구동륜에서는 구동 모터에서 전송되는 주 구동 모터토크에 토크 벡터링 모터(TV)에서 전송되는 토크 벡터링 모터토크가 더해지고(+Nm), 내측 구동륜에서는 주 구동 모터토크에서 토크 벡터링 모터토크가 차감됨(-Nm)으로써, 최종적으로 상기 구동륜에 작용하는 모터토크의 크기가 다르게 됨을 화살표의 개수 차이로 나타내고 있다.
이때, 상기 후륜의 외측 구동륜에 최종적으로 작용하는 모터토크(TRR)와 후륜의 내측 구동륜에 최종적으로 작용하는 모터토크(TRL)는 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서 TMain,Mot는 구동 모터에서 발생된 주 구동 모터토크로서 좌측 구동륜과 우측 구동륜에 각 절반씩 공급되고 있으며, TTV,Mot는 토크 벡터링 모터에서 발생된 토크 벡터링 모터토크로서 유턴 중인 차량의 선회방향을 기준으로 외측 구동륜에서는 구동방향으로 더해지고, 내측 구동륜에서는 반대방향으로 차감되는 것을 나타낸다. 이때, A와 G는 각 모터의 기어비를 나타낸다. 또한, wTV는 토크 벡터링 모터의 RPM을 나타내고, wRL과 wRR은 후륜 좌측 타이어와 우측 타이어 각각의 RPM을 나타낸다.
이와 같이 유턴 중 편제동 없이 토크 벡터링 제어를 실행하기 위한 본 발명에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치는, 차량의 엑셀 포지션 센서APS: Accel Position Sensor) 신호, 브레이크 포지션 센서(BPS: Brake Position Sensor) 신호, 조향각(Steering Angle) 센서 신호, 휠 속도 및 가속도 센서 신호 등의 차량 정보를 수신하여 차량의 운전 모드를 판단하고, 운전 모드가 유턴 진행(U-Turn Progress) 모드인 경우 유턴 중 수신하는 차량의 조향각과 속도의 변화에 따라 변경되는 제어 구간에 적합하게 주 구동 모터토크와 토크 벡터링 모터토크를 결정하여 선회 중인 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜으로 각각 공급하도록 제어하는 차량 제어기(VCU)(100)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 차량 제어기(VCU)(100)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 차량 정보를 토대로 차량의 유턴 진행 여부를 판단하는 차량 운전 모드 판단부(110) 및 상기 유턴 진행으로 판단된 경우, 토크 벡터링 제어 구간에서 조향각과 속도에 따라 토크 벡터링 모터토크를 연산하여 모터토크지령으로 출력하는 모터토크 결정부(120)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 차량 운전 모드 판단부(110)는, 차량의 엑셀 포지션 센서(Accel Position Sensor) 신호와, 브레이크 포지션 센서(Brake Position Sensor) 신호와, 조향각 센서(Steering Angle Sensor) 신호와, MDPS(Motor Driven Power Steering) 토크를 토대로 차량이 드라이브 모드(Drive Mode)로 운행 중인지 아니면 유턴(U-turn Progress)을 진행 중인지 여부를 판단할 수 있다.
즉, 상기 차량 운전 모드 판단부(110)는, 차량의 조향각을 기 설정된 특정 조향각과 비교하고 차량의 속도를 기 설정된 특정 속도와 비교하여, 현재 조향각이 특정 조향각보다 크고 현재 차량의 속도 특정 속보다 작을 경우에는 유턴을 진행 중인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우에는 드라이브 모드로 주행 중인 것으로 판단할 수 있다.
이를 위하여, 상기 차량 운전 모드 판단부(110)는, 조향각 센서로부터 수신한 데이터를 타이어의 내륜과 외륜의 회전각으로 치환한 후 그 평균 각도를 이용하여 조향각을 파악할 수 있다.
또한, 상기 차량 운전 모드 판단부(110)는, 차량에 구비된 휠속 센서로부터 수신한 좌측 전륜(FL), 우측 전륜(FR), 좌측 후륜(RL) 및 우측 후륜(RR)의 휠 속도와, 구동 모터의 RPM 데이터를 수신하여 차량의 속도를 추정할 수 있다. 이때, 상기 차량 운전 모드 판단부는 비 구동륜의 좌우 휠 속도의 평균을 차량의 속도로 추정할 수 있다.
또한, 상기 차량 운전 모드 판단부(110)는, 구동 모터의 속도에 종감속비(FGR: Final reduction Gear Ratio)를 곱하여 차량의 속도를 추정할 수도 있다.
또한, 상기 모터토크 결정부(120)에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 엑셀과 브레이크의 가압 정도에 따라 구동모터에서 발생시킬 주 구동 모터토크를 결정하고, 유턴을 진행하는 차량의 선회 반경 축소를 위해 토크 벡터링 모터에서 발생시킬 토크 벡터링 모터토크를 결정한 후, 상기 모터 제어기(MCU)로 모터토크 지령(도 5에서는 모터토크 결정부에서 출력되는 '주 구동 모터토크'와 'TV 모터토크'로 나타냄)을 출력할 수 있다.
이때, 상기 모터토크 결정부(120)는, 상기 토크 벡터링 제어 구간을, 제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 차량 요 모멘트를 증가시키는 제1구간과, 제2 토크 벡터링 모터토크에 의해 상기 차량 요 모멘트를 감소시키는 제2구간과, 토크 벡터링 제어를 종료시키는 제3구간으로 설정할 수 있다.
상기 제1구간에서는 선회 반경 축소를 위해 요 모멘트를 증가시키기 위해 제1 토크 벡터링 모터토크를 발생시키고, 상기 제2구간에서는 요 모멘트 증가로 인해 감소된 핸들의 복원력을 회복시키기 위해 제2 토크 벡터링 모터토크를 발생시키며, 상기 제3구간에서는 토크 베터링 모터토크를 제거하여 토크 벡터링 제어를 종료하게 된다. 이때, 상기 제2 토크 벡터링 모터토크는 상기 제1 토크 벡터링 모터토크를 0이 되도록 감소시키는 값으로 발생될 수 있다.
그리고, 상기 모터토크 결정부(120)는 유턴을 진행하고 있는 차량이 현재 어느 구간에 있는지 여부와 차량으로부터 획득하는 현재 조향각과 차량 속도를 이용하여, 유턴이 진행되는 구간이 다음 구간으로 천이하여야 하는지 여부를 판단할 수 있다.
그에 따라, 상기 모터토크 결정부(120)는, 먼저 차량의 조향각이 기 설정된 제1조향각보다 크고 차량의 속도가 기 설정된 제1속도보다 작을 경우에는 차량이 유턴을 진행하기 시작한 것으로 판단하여 토크 벡터링 제어를 실행하는 제1구간에 진입한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 모터토크 결정부(120)는, 제1구간에 진입한 이후에 획득한 차량의 조향각이 기 설정된 제2조향각보다 작고 차량의 속도가 기 설정된 제2속도보다 클 경우에는 유턴이 상당 정도 진행된 것으로 판단하여 토크 벡터링 제어의 종료를 대비하는 제2구간에 진입한 것으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 제2조향각은 제1조향각보다 작고, 제2속도는 제1속도보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 그에 따라, 유턴이 처음 실행되는 제1구간에 비하여 필요로 하는 요 모멘트가 작아지는 구간에서 과도한 요 모멘트로 인하여 주행에 지장을 초래하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1조향각과 제2조향각은 차량의 최대 조향각을 나타내는 동일한 임계 조향각으로 설정될 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 모터토크 결정부(120)는, 제2구간에 진입한 이후에 획득한 차량의 조향각이 기 설정된 제3조향각보다 작을 경우에는 유턴이 종료되는 것으로 판단하여 토크 벡터링 제어를 종료시키는 제3구간에 진입한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 제3조향각은 제2조향각보다 작게 설정될 수 있다.
이와 같이 상기 모터토크 결정부(120)에서는 유턴의 진행 과정을 다수의 구간으로 구분하고 유턴을 진행하는 차량의 속도와 조향각을 이용하여 차량이 유턴 진행 과정 중 어느 구간에 있는지 여부를 판단한 후, 각 구간에서 토크 벡터링 모터토크의 크기가 다르게 출력될 수 있게 함으로써, 토크 벡터링 모터토크에 의해 선회 반경을 축소시키면서도 주행의 이질감을 최소화할 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 모터토크 결정부(120)에서는, 차량이 유턴을 시작한 제1구간에 진입한 것으로 판단될 경우, 유턴을 실행하기 위해 필요한 요구 선회 반경(Rtarget)을 하기의 수학식 2와 같이 차량의 휠 베이스(lr, l)와 조향각(δ)의 관계를 이용하여 연산할 수 있다.
[수학식 2]
또한, 상기 모터토크 결정부(120)에서는 상기 요구 선회 반경과, 차량의 현재 속도(v) 및 차량의 속도를 기반으로 결정되는 계수Factor) kspeed를 이용하여 하기의 수학식 3과 같이 목표 요 레이트()를 연산할 수 있다. 이때, 상기 목표 요 레이트는 실제 요레이트보다 큰 값을 갖을 수 있도록 상기 차량의 속도를 기반으로 결정되는 계수(kspeed)는 1보다 큰 값을 갖도록 값으로 설정될 수 있다.
[수학식 3]
또한, 상기 모터토크 결정부(120)에서는 상기 목표 요 레이트()와 회전 관성(Iz: Yaw Inertia)을 이용하여 선회 반경 축소를 위해 유턴 중인 차량에서 구현되어야 하는 목표 요 모멘트(Mtarget)를 하기의 수학식 4와 같이 연산할 수 있다.
[수학식 4]
또한, 상기 모터토크 결정부(120)는, 주 구동 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 목표 요 레이트 상호간의 차이가 0이 되게 하는 값으로 제1 토크 벡터링 모터토크를 결정하고, 상기 제1 토크 벡터링 모터토크가 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 서로 반대 방향으로 배분되도록 결정할 수 있다.
즉, 상기 모터토크 결정부(120)는, 하기의 수학식 5와 같이 요 레이트 에러가 최소가 되도록 제1 토크 벡터링 모터토크를 결정한 후, 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 상기 제1 토크 벡터링 모터토크를 추가적으로 발생시킴으로써, 차량이 최소 선회 반경으로 유턴을 실행하도록 제어할 수 있다.
[수학식 5]
또한, 상기 모터토크 결정부(120)는, 상기 제1 토크 벡터링 모터토크가 반영되어 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 인가되는 구동륜 총합토크가 타이어의 한계 토크를 초과하지 않도록, 수학식 1과 같이 배분된 총합토크(TRR, TRL)와, 타이어의 한계 토크(Twheel,max) 중 최소값에 해당하는 토크를 최종적인 모터토크지령으로 출력할 수 있다.
이때, 상기 수학식 1에 나타난 바와 같이, 상기 TRR은 상기 토크 벡터링 모터토크가 차량의 주행 방향과 동일 방향으로 작용하여 주 구동 모터토크에 더해지는 총합토크를 나타내고, TRR은 상기 토크 벡터링 모터토크가 차량의 주행 방향과 반대 방향으로 작용하여 주 구동 모터토크에서 차감되는 총합토크를 나타내며, 상기 타이어의 한계 토크(Twheel,max)는 휠 스핀 방지를 위한 최대 토크를 나타낸다.
또한, 상기 모터토크 결정부(120)는, 차량이 제1구간에서 유턴 진행 중 조향각과 차속이 변경되어 제2구간에 진입한 것으로 판단될 경우에는, 토크 벡터링 제어를 종료하기 위한 과도 구간에 진입한 것으로 판단하여, 목표 요 레이트를 하기의 수학식 6과 같이 과도 구간 목표 요 레이트()로 수정할 수 있다.
[수학식 6]
이때, 상기 제2구간에서의 과도 구간 목표 요 레이트()는 토크 벡터링 제어가 반영되지 않는 상태에서의 요 레이트를 목표로 하여 결정될 수 있다. 즉, 상기 제2구간은 토크 벡터링 제어가 종료된 이후의 상태로 전환되기 위한 과도 구간으로서 목표 요 레이트를 수정하여 유턴 종료시에도 운전자가 이질감을 느끼지 않게 할 수 있다.
또한, 상기 모터토크 결정부(120)는 과도 구간 목표 요 레이트()와 회전 관성(Iz: Yaw Inertia)을 이용하여 과도 구간에서 유턴 중인 차량에서 구현되어야 하는 과도 구간 목표 요 모멘트(Mtarget,trans)를 연산할 수 있다.
이후, 상기 모터토크 결정부(120)는, 토크 벡터링 제어 중 주 구동 모터토크와 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 과도 구간 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되게 하는 값(바람직하게는 요 레이트 에러가 0이 되는 값)으로 제2 토크 벡터링 모터토크를 결정하고, 상기 제2 토크 벡터링 모터토크가 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분되도록 결정할 수 있다.
또한, 상기 모터토크 결정부(120)에서 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 각각 인가되는 구동륜 총합토크가 타이어의 한계 토크를 초과하지 않도록 각 구동륜의 총합토크(TRR, TRL)와, 타이어의 한계 토크(Twheel,max) 중 최소값에 해당하는 토크를 최종적인 모터토크지령으로 출력할 수 있음은 상술한 바와 같다.
이후, 상기 모터토크 결정부(120)는, 차량이 제2구간에서 유턴 진행 중 조향각이 변경되어 제3구간에 진입한 것으로 판단될 경우에는, 토크 벡터링 모터토크가 발생되지 않도록 제어함으로써, 토크 벡터링 제어를 종료할 수 있다.
다음에는 도 6을 참조하여, 본 발명에 따라 토크 벡터링 제어가 이루어지는 과정을 시간의 흐름에 따라 설명한다.
도 6에서 첫번째 그래프는 토크 벡터링 제어가 진행되는 유턴 구간을 나타내는 것으로서, 유턴(U-Turn) 진입 이후 회전 반경 축소를 위한 토크 벡터링(TV) 모터토크가 인가되는 제1구간(U-Turn Progress)은 1의 값으로 표현하고, 제1구간 이후 조향 복원력 확보를 통해 선회 선형성을 확보하기 위한 제2구간(U-Turn Progress)은 2의 값으로 표현하고, 토크 벡터링 제어가 종료되는 제3구간(U-Turn Progress)은 0의 값으로 표현하였다.
또한, 도 6에서는 시간의 흐름에 따라 유턴 진입 전의 주행 구간을 시구간 [1]로 나타내고, 유턴 진입을 위해 조향각이 증가하는 구간을 시구간 [2]로 나타내고, 토크 벡터링 제어가 시작되는 구간(토크 벡터링 제어 제1구간)을 시구간 [3]으로 나타내고, 토크 벡터링 제어의 과도 구간(토크 벡터링 제어 제2구간)을 시구간 [4]로 나타내었으며, 토크 벡터링 제어가 종료되는 구간(토크 벡터링 제어 제3구간)을 시구간 [5]로 나타내었다.
먼저 시구간 [1]에서는 일반적인 차량의 주행 상황으로서, 운전자의 조향에 따라 토크 벡터링 모터토크(TV 토크)가 인가되면서 조향 보조(Steering Assist)가 수행될 수 있다.
이후, 시구간 [2]에서 유턴을 위하여 차량의 조향각이 증가하다가 시구간 [3]에 이르러 기 설정된 제1조향각보다 커지고 차량의 속도가 제1속도보다 작은 차속 조건을 만족하게 되면 토크 벡터링 제어를 실행하기 위한 제1구간에 진입하게 된다.
이와 같이 토크 벡터링 제어 제1구간에 진입하게 되면, 토크 벡터링 제어가 활성화되면서, 유턴 중인 차량의 목표 요 레이트와 목표 요 모멘트를 연산하여 재설정하고 그러한 목표 요 모멘트를 구현할 수 있도록, 토크 벡터링 모터토크를 발생시키게 된다. 이때, 상기 목표 요 레이트(실선으로 도시함)와 목표 요 모멘트는 도 6의 요 레이트 그래프에 도시된 바와 같이 토크 벡터링 제어가 실행되지 않는 경우(점선으로 도시함)에 비하여 큰 값을 갖게 되므로 선회 반경의 축소 효과를 얻을 수 있게 된다.
이때, 토크 벡터링 제어를 위하여 발생되는 토크 벡터링 모터토크(TV 토크)는 차량의 요 레이트, 즉 요 모멘트를 증가시키기 위한 것이므로, 유턴 중인 차량의 차속에는 영향을 미치지 않게 된다.
이후, 유턴이 진행됨에 따라 차량의 조향각이 줄어들어 기 설정된 제2조향각보다 작아지게 되면 토크 벡터링 제어를 종료하기 위한 과도 구간인 토크 벡터링 제어 제2구간(시구간 [4])으로 천이하게 된다.
상기 토크 벡터링 제어 제2구간에서는 유턴 실행 중 토크 벡터링 모터토크(TV 토크)에 의해 발생된 추가적인 요 모멘트에 의해 상쇄된 핸들의 복원력을 회복하도록 제어하게 된다. 그에 따라, 상기 토크 벡터링 제어 제2구간에서는 토크 벡터링 제어가 실행되지 않는 경우의 요 레이트를 과도 구간 목표 요 레이트로 재설정하고, 현재의 요 레이트와 과도 구간 목표 요 레이트 사이의 차이가 0이 되도록 토크 벡터링 모터토크의 분배를 수행하게 된다.
이와 같이 차량의 요 레이트를 토크 벡터링 제어 이전의 요 레이트 수준으로 회복시키지 않을 경우, 토크 벡터링 제어가 종료되었음에도 불구하고 추가적으로 발생되었던 요 모멘트의 증가분으로 인하여 요 레이트의 회복이 더디게 된다. 즉, 조향 복원력의 감소로 인하여 운전자가 핸들에서 손을 떼었을 때 핸들의 조향 회복이 더디게 이루어지거나, 저속 주행의 경우에는 핸들이 스턱(stuck) 되는 등 조향 이질감이 발생될 수 있다.
그에 따라, 상기 토크 벡터링 제어 제2구간에서 요 레이트가 토크 벡터링 제어가 실행되기 전의 수준으로 이질감 없이 빠르게 감소될 수 있도록 제어함으로써 차량의 조향 복원력을 선형적으로 확보할 수 있고, 그로 인하여 토크 벡터링 제어 전후로 체감할 수 있는 운전의 이질감을 제거할 수 있게 된다.
이후, 차량의 조향각이 기 설정된 제3조향각보다 작아질 경우에는 유턴 상황이 종료된 것으로 판단하여 토크 벡터링 제어를 종료하면서 차량의 운전 모드에 따라 어시스트를 수행하며 주행이 이루어지게 된다.
또한, 상기 차량 제어기(100)는, 도 4에서 미설명된 요구 토크 결정부(130), 시스템 제한부(140), 차량 상태 추정부(150), 인터벤션 토크부(160) 및 인터벤션 결정부(170)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 요구 토크 결정부(130)는 엑셀 페달 값과 브레이크 페달 값을 제공받아 요구 토크를 산출하고, 산출된 요구 토크에 기초하여 차량을 구동하기 위해 필요한 요구 토크를 결정할 수 있다.
상기 시스템 제한부(140)는 차량의 각 장치로 공급되는 배터리 파워를 제어하고, 구동 모터 또는 토크 벡터링 모터에 대한 모터 토크를 제한할 수 있다.
상기 차량 상태 추정부(150)는 조향각, 전륜 휠 속도, 후륜 휠 속도, 가속도 및 모터 속도 등을 제공받아 이들을 분석하고, 분석된 결과 값을 기반으로 현재 주행 중인 차량의 상태를 추정할 수 있다.
상기 인터벤션 토크부(160)는 차량 상태 추정부로부터 추정된 다양한 데이터를 제공받아 이를 기반으로 인터벤션의 토크를 산출하고, 산출된 인터벤션의 토크를 인터벤션 결정부에 제공할 수 있다.
상기 인터벤션 결정부(170)는 차체 자세 제어장치(ESC)에서 인터벤션을 요청과 인터벤션의 토크를 제공받고, 상기 인터벤션 토크부로부터 제공되는 인터벤션의 토크를 제공받아 이를 분석하고, 분석된 결과 값에 기초하여 인터벤션 상태를 결정하고, 인터벤션 토크의 지령을 모터 토크 결정부로 전송할 수 있다.
다음에는 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법을 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법은, 차량의 현재 조향각과 속도를 수신하는 차량 정보 수신단계(S100)와, 상기 차량 정보를 이용하여 운전 모드 및 유턴 진행 여부를 판단하는 차량 운전 모드 판단단계(S200), 및 상기 유턴 진행으로 판단된 경우, 토크 벡터링 제어 구간에서 조향각과 속도에 따라 토크 벡터링 모터토크를 연산하여 모터토크지령으로 출력하는 토크 벡터링 제어단계를 포함할 수 있다.
상기 차량 정보 수신단계(S100)에서는, 조향각 센서로부터 수신한 데이터를 타이어의 내륜과 외륜의 회전각으로 치환한 후 그 평균 각도를 이용하여 조향각을 획득할 수 있다.
또한, 상기 차량 정보 수신단계(S100)에서는, 차량에 구비된 휠속 센서로부터 수신한 좌측 전륜(FL), 우측 전륜(FR), 좌측 후륜(RL) 및 우측 후륜(RR)의 휠 속도와, 구동 모터의 RPM 데이터를 수신하여 차량의 속도를 추정할 수 있다. 이때, 비 구동륜의 좌우 휠 속도의 평균을 차량의 속도로 추정할 수 있다.
또한, 상기 차량 정보 수신단계(S100)에서는, 구동 모터의 속도에 종감속비(FGR: Final reduction Gear Ratio)를 곱하여 차량의 속도를 추정할 수도 있다.
또한, 상기 차량 운전 모드 판단단계(S200)에서는, 차량의 엑셀 포지션 센서 신호, 브레이크 포지션 센서 신호, 조향각 센서 신호, 휠 속도 등의 차량 정보를 수신하여 차량이 드라이브 모드로 주행 중인지, 아니면 유턴을 진행 중인지 여부를 판단할 수 있다.
이때, 상기 차량 운전 모드 판단단계(S200)에서는, 차량이 유턴 진행(U-Turn Progress) 모드인 경우 차량의 조향각과 속도의 변화에 따라 유턴에 진입한 차량이 토크 벡터링 제어 구간 중 어느 구간을 진행 중인지 여부를 판단할 수 있다.
이를 위하여, 상기 차량 운전 모드 판단단계(S200)에서는, 상기 토크 벡터링 제어 구간을, 제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 차량 요 모멘트를 증가시키는 제1구간과, 제2 토크 벡터링 모터토크에 의해 상기 차량 요 모멘트를 감소시키는 제2구간과, 토크 벡터링 제어를 종료시키는 제3구간으로 설정할 수 있다.
상기 제1구간에서는 선회 반경 축소를 위해 요 모멘트를 증가시키기 위해 제1 토크 벡터링 모터토크를 발생시키고, 상기 제2구간에서는 요 모멘트 증가로 인해 감소된 핸들의 복원력을 회복시키기 위해 제2 토크 벡터링 모터토크를 발생시키며, 상기 제3구간에서는 토크 베터링 모터토크를 제거하여 토크 벡터링 제어를 종료하게 된다.
그리고, 상기 차량 운전 모드 판단단계(S200)에서는, 차량의 조향각이 기 설정된 제1조향각보다 크고 차량의 속도도 기 설정된 제1속도보다 작을 경우에는 차량이 유턴을 진행하기 시작한 것으로 판단하여 토크 벡터링 제어를 실행하는 제1구간에 진입한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 차량 운전 모드 판단단계(S200)에서는, 제1구간에 진입한 이후에 획득한 차량의 조향각이 기 설정된 제2조향각보다 작고 차량의 속도가 기 설정된 제2속도보다 클 경우에는 유턴이 상당 정도 진행된 것으로 판단하여 토크 벡터링 제어의 종료를 대비하는 제2구간에 진입한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 제2조향각은 제1조향각과 같거나 작은 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 차량 운전 모드 판단단계(S200)에서는, 제2구간에 진입한 이후에 획득한 차량의 조향각이 기 설정된 제3조향각보다 작을 경우에는 유턴이 종료되는 것으로 판단하여 토크 벡터링 제어를 종료시키는 제3구간에 진입한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 제3조향각은 제2조향각보다 작게 설정될 수 있다.
또한, 상기 토크 벡터링 제어단계는, 상기 제1 구간에 진입한 것으로 판단된 경우, 현재 속도를 차량의 요구 선회 반경으로 나눈 후 1 보다 큰 계수를 곱하여 제1 목표 요 레이트를 산출하고, 상기 주 구동 모터토크와 상기 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제1 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 제1 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 제1 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분하는 토크 벡터링 진입단계(S300)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 토크 벡터링 진입단계(S300)에서는, 차량의 휠 베이스와 조향각의 관계에 의해 산출되는 요구 선회 반경과, 차량의 현재 속도 및 속도 기반 계수를 이용하여 목표 요 레이트를 산출하고, 상기 목표 요 레이트와 회전 관성의 관계를 이용하여 선회 반경을 축소하기 위해 차량에 작용되어야 하는 목표 요 모멘트를 산출할 수 있다.
그리고, 상기 토크 벡터링 진입단계(S300)에서는, 상기 목표 요 레이트와 토크 벡터링 제어가 적용되기 전의 차량의 실제 요 레이트 상호간의 차이를 최소가 되게 하는 값(바람직하게는 요 레이트의 차이가 0이 되게 하는 값)으로 토크 벡터링 모터토크를 결정할 수 있다.
이와 같이 결정된 토크 벡터링 모터토크는 차량의 외측 구동륜에는 주 구동 모터토크와 동일한 방향으로 인가되고, 차량의 내측 구동륜에는 주 구동 모터토크와 반대 방향으로 인가되어 차량의 요 모멘트를 증가시키게 된다.
또한, 상기 토크 벡터링 제어단계는, 상기 제2구간에 진입한 것으로 판단될 경우, 현재 차량 속도를 상기 요구 선회 반경으로 나누어 제2 목표 요 레이트를 산출하고, 상기 주 구동 모터토크와 상기 제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제2 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 제2 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 제2 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분하는 토크 벡터링 천이단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 토크 벡터링 진입단계에서 차량에 추가적으로 발생된 요 모멘트에 의해 핸들의 복원력을 넘게 되므로, 토크 벡터링 제어를 종료하기 전에 상기 토크 벡터링 천이단계(S400)에서 차량에 토크 벡터링 제어가 작용되기 전의 요 모멘트만이 남도록 제어함으로써 운전자가 조향 이질감 없이 유턴을 실행할 수 있게 된다.
이때, 상기 토크 벡터링 천이단계(S400)에서도, 상기 과도 구간 목표 요 레이트와 차량의 실제 요 레이트(토크 벡터링 제어가 작용된 상태에서의 요 레이트) 상호간의 차이가 최소가 되게 하는 값(바람직하게는 요 레이트의 차이가 0이 되게 하는 값)으로 토크 벡터링 모터토크를 수정할 수 있다.
또한, 상기 토크 벡터링 제어단계는, 상기 제1 토크 벡터링 모터토크 또는 상기 제2 토크 벡터링 모터토크가 인가될 경우, 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 작용하는 각 구동륜 총합토크와 타이어의 한계 토크 중 최소값에 해당하는 토크를 최종적인 모터토크지령으로 출력하는 출력 토크 결정단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 상기 출력 토크 결정단계(S500)에서, 외측 구동륜과 내측 구동륜에 최종적으로 발생되는 모터토크가 타이어의 한계 토크를 초과하지 않게 함으로써, 유턴 중 과도한 모터토크로 인하여 휠 스핀이 초래되는 것을 방지하여 안정적인 유턴이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 토크 벡터링 제어단계는, 차량이 제2구간에서 유턴 진행 중 조향각이 더 감소하여 제3구간에 진입한 것으로 판단될 경우 유턴이 종료된 것으로 판단하여 토크 벡터링 제어를 종료하는 단계(S600)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 유턴을 진행하는 차량의 조향각과 속도를 이용하여 토크 벡터링 제어가 이루어지는 과정을 세 구간으로 구분하고, 각 구간에 맞게 목표 요 모멘트를 수정한 후 토크 벡터링 모터토크의 발생여부를 제어함으로써, 운전 중 이질감 없이 선회 반경을 축소시키면서 유턴을 실행할 수 있게 된다.
또한, 이러한 본 발명은 별도의 추가 설비 없이 차량 제어기(VCU)에 설치되는 소프트웨어의 개선에 의해 구현될 수 있으므로, 다양한 종류의 전동화 차량에 폭넓게 적용되어 상품성 향상에 기여할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10 : 구동 모터 20 : 토크 벡터링 모터
30 : 토크 벡터링 기구 40 : 배터리
100 : 차량 제어기(VCU)
110 : 차량 운전 모드 판단부 120 : 모터 토크 결정부
130 : 요구 토크 결정부 140 : 시스템 제한부
150 : 차량 상태 추정부 160 : 인터벤션 토크부
170 : 인터벤션 결정부
200 : 모터 제어기(MCU)
300 : 차체 자세 제어장치(ESC)
400 : 통합 전자 제동장치(IEB)

Claims (15)

  1. 차량 정보를 토대로 차량의 유턴 진행 여부를 판단하는 차량 운전 모드 판단부; 및
    상기 유턴 진행으로 판단된 경우, 토크 벡터링 제어 구간에서 조향각과 속도에 따라 토크 벡터링 모터토크를 연산하여 모터토크지령으로 출력하는 모터토크 결정부;
    를 포함하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 운전 모드 판단부는,
    차량의 조향각을 기 설정된 특정 조향각과 비교하고 차량의 속도를 기 설정된 특정 속도와 비교하여, 현재 조향각이 특정 조향각보다 크고 현재 차량의 속도가 특정 속도보다 작을 경우 유턴을 진행 중인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우에는 드라이브 모드로 주행 중인 것으로 판단하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크 벡터링 제어 구간은,
    제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 차량 요 모멘트를 증가시키는 제1구간과, 제2 토크 벡터링 모터토크에 의해 상기 차량 요 모멘트를 감소시키는 제2구간과, 토크 벡터링 제어를 종료시키는 제3구간을 포함하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 토크 벡터링 모터토크는 상기 제2구간 동안 상기 제1 토크 벡터링 모터토크에서 0으로 변경되는 값으로 설정되는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 모터토크 결정부는,
    상기 조향각이 기 설정된 제1조향각보다 크고 상기 차량 속도가 기 설정된 제1속도보다 작을 경우에는 상기 제1구간에 진입한 것으로 판단하고, 상기 제1구간에 진입한 이후에 상기 조향각이 기 설정된 제2조향각보다 작고 상기 차량 속도가 기 설정된 제2속도보다 클 경우에는 제2구간에 진입한 것으로 판단하며, 상기 제2구간에 진입한 이후에 상기 조향각이 기 설정된 제3조향각보다 작을 경우에는 상기 제3구간에 진입한 것으로 판단하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 모터토크 결정부는,
    상기 제1 구간에 진입한 것으로 판단된 경우, 현재 속도를 차량의 요구 선회 반경으로 나눈 후 1 보다 큰 계수를 곱하여 제1 목표 요 레이트를 산출하고, 주 구동 모터토크와 상기 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제1 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 결정된 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 모터토크 결정부는,
    상기 토크 벡터링 모터토크가 반영되어 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 인가되는 각 구동륜 총합토크와, 타이어의 한계 토크 중 최소값에 해당하는 토크를 상기 모터토크지령으로 출력하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 모터토크 결정부는,
    상기 제2구간에 진입한 것으로 판단될 경우, 현재 차량 속도를 상기 요구 선회 반경으로 나누어 제2 목표 요 레이트를 산출하고, 상기 주 구동 모터토크와 상기 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제2 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 결정된 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 장치.
  9. 차량의 현재 조향각과 속도를 수신하는 차량 정보 수신단계;
    상기 차량 정보를 이용하여 운전 모드 및 유턴 진행 여부를 판단하는 차량 운전 모드 판단단계; 및
    상기 유턴 진행으로 판단된 경우, 토크 벡터링 제어 구간에서 조향각과 속도에 따라 토크 벡터링 모터토크를 연산하여 모터토크지령으로 출력하는 토크 벡터링 제어단계;
    를 포함하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 차량 운전 모드 판단단계에서,
    상기 토크 벡터링 제어 구간은, 제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 차량 요 모멘트를 증가시키는 제1구간과, 제2 토크 벡터링 모터토크에 의해 상기 차량 요 모멘트를 감소시키는 제2구간과, 토크 벡터링 제어를 종료시키는 제3구간을 포함하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 차량 운전 모드 판단단계에서는,
    상기 조향각이 기 설정된 제1조향각보다 크고 상기 차량 속도가 기 설정된 제1속도보다 작을 경우에는 상기 제1구간에 진입한 것으로 판단하고, 상기 제1구간에 진입한 이후에 상기 조향각이 기 설정된 제2조향각보다 작고 상기 차량 속도가 기 설정된 제2속도보다 클 경우에는 제2구간에 진입한 것으로 판단하며, 상기 제2구간에 진입한 이후에 상기 조향각이 기 설정된 제3조향각보다 작을 경우에는 상기 제3구간에 진입한 것으로 판단하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 토크 벡터링 제어단계는,
    상기 제1 구간에 진입한 것으로 판단된 경우, 현재 속도를 차량의 요구 선회 반경으로 나눈 후 1 보다 큰 계수를 곱하여 제1 목표 요 레이트를 산출하고, 주 구동 모터토크와 상기 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제1 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 제1 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 제1 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분하는 토크 벡터링 진입단계;
    를 포함하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 토크 벡터링 제어단계는,
    상기 제2 구간에 진입한 것으로 판단될 경우, 현재 차량 속도를 차량의 요구 선회 반경으로 나누어 제2 목표 요 레이트를 산출하고, 주 구동 모터토크와 상기 제1 토크 벡터링 모터토크에 의해 발생되는 차량의 실제 요 레이트와 상기 제2 목표 요 레이트 상호간의 차이가 최소가 되도록 상기 제2 토크 벡터링 모터토크를 결정하며, 상기 제2 토크 벡터링 모터토크를 차량의 외측 구동륜과 내측 구동륜에 각각 배분하는 토크 벡터링 천이단계;
    를 포함하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 토크 벡터링 제어단계는,
    상기 토크 벡터링 모터토크가 반영되어 차량의 내측 구동륜과 외측 구동륜에 인가되는 각 구동륜 총합토크와, 타이어의 한계 토크 중 최소값에 해당하는 토크를 상기 모터토크지령으로 출력하는 출력 토크 결정단계;
    를 더 포함하는,
    전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법.
  15. 청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 따른 전동화 차량의 유턴 선회 반경 축소 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
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