KR20230173244A - 차량의 구동력 제어 방법 - Google Patents

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오지원
어정수
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현대자동차주식회사
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Abstract

차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거 또는 감소시키는 제1 필터, 및 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 추출 또는 증가시키는 제2 필터가 제공되는 단계; 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 요구 구동력 지령이 결정되는 단계; 상기 결정된 요구 구동력 지령을 입력으로 하는 상기 제1 필터에 의한 처리 과정을 통해 필터 적용 후 구동력 지령이 결정되는 단계; 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력을 입력으로 하는 상기 제2 필터에 의한 처리 과정을 통해 구동력 보정량이 결정되는 단계; 상기 필터 적용 후 구동력 지령이 상기 구동력 보정량에 의해 보정되고, 상기 보정 후 구동력 지령을 이용하여 차량의 구동장치에 의해 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계를 포함하는 차량의 구동력 제어 방법이 개시된다.

Description

차량의 구동력 제어 방법{Method for controlling driving force of vehicle}
본 발명은 차량의 구동력 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 피치 모션 특성 및 종방향 하중 이동 정보를 실시간으로 선 반영하여 차량의 구동력을 제어함으로써 종방향 하중 이동으로 인한 휠 슬립 반복 발생 현상 및 휠 슬립 제어 성능 저하의 문제를 개선할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근 차량에 다양한 전자제어장치가 도입되고 있음에도 불구하고 차량의 거동(motion)은 최종적으로 노면 마찰력의 한계로 인해 제한된다. 이는 차량의 거동이 타이어를 통한 노면과의 마찰력을 통해 얻어지는 것이기 때문이다. 그러므로 마찰력을 얼마나 효과적으로 이용할 수 있는지의 여부가 차량의 거동을 결정하는 중요한 인자가 된다.
마찰력을 효과적으로 이용하기 위해서는 노면이 제공할 수 있는 마찰력을 차륜의 구동력과 제동력이 초과하지 않도록 제어하는 것이 중요하다. 여기서, 노면이 제공할 수 있는 마찰력은 노면의 특성, 종/횡방향 타이어 슬립량, 타이어 수직하중 등에 의해 복합적인 영향을 받는데, 이중에서 노면 마찰력에 가장 직접적으로 영향을 미치는 인자는 타이어 수직하중이라 할 수 있다.
통상적으로 마찰력을 이용하는 방안으로서 타이어 슬립을 제한하기 위해 ABS(Anti-lock Braking System) 및 TCS(Traction Control System)와 같은 전자제어장치를 이용하는 것이 알려져 있다. 그러나, ABS 및 TCS의 제어 방식은 제어주기 딜레이나 오작동 방지를 위한 휠속 신호 처리 등의 문제 등으로 인해 슬립 제어 성능을 효과적으로 발휘하지 못하는 단점이 있다.
또한, 차량의 종방향 거동은 가감속 구동력에 의해 좌우되며, 이는 차량의 현가장치에 의해 필연적으로 피치 운동을 수반한다. 지금까지의 구동력 제어 전략은 피치 운동을 상세히 고려하지 않았기 때문에, 별도 능동 현가장치의 제어가 적용되지 않는 이상 피치 운동이 구동력 발생량에 따라 패시브(passive)하게 발생한다.
최근 전동화 차량에서의 휠 슬립 제어 전략의 동향에 따르면, 차체 기준속도 및 휠속을 이용하기 보다는 모터의 빠른 거동을 기반으로 모터의 토크와 속도를 이용하는 방법이 다수 제시되고 있는 추세이다.
이러한 전략은 차량의 절대속도나 기준속도를 필요로 하지 않는 장점을 지니고 있어 e-4WD(4WD:Four Wheel Drive) 시스템에서 효과적일 수 있다. 그러나, 현가 피치 모션(pitch motion, 피치 거동) 및 이에 의해 변화하는 타이어 수직하중의 정보를 선 반영하는 제어를 수행하지 않는다면, 피드백 제어의 한계로 인해 구동력의 저감 제어가 필요한 상황이 반복적으로 발생하는 한계에 놓일 수 있다.
예를 들면, 전륜 구동력이 발생하면 차량 피치각이 증가하고, 이어 전륜 수직하중이 감소하면서 전륜에서 타이어 슬립이 발생할 수 있다. 이때 TCS가 작동하여 전륜 구동력을 감소시키면 전륜의 타이어 슬립량이 감소하면서 차량의 피치각이 감소하여 전륜 수직하중을 다시 확보할 수 있다. 하지만, 이어 전륜 구동력을 증가시키면 차량의 피치각이 다시 증가하면서 전륜의 수직하중이 다시 감소하여 전륜의 타이어 슬립이 다시 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량의 피치 모션 특성 및 종방향 하중 이동 정보를 실시간으로 선 반영하여 차량의 구동력을 제어함으로써 종방향 하중 이동으로 인한 휠 슬립 반복 발생 현상 및 휠 슬립 제어 성능 저하의 문제를 개선할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 구동력 지령을 사전에 보정하는 방법을 통해 차량에서 발생할 피치 운동 혹은 하중 이동으로 인한 접지 한계 변동폭을 제한하거나 제어할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 피치 모션을 고려하기 위한 구동력 지령 결정 및 보정이 가능한 필터 기반 피드포워드/피드백 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 현가장치의 특성에 따른 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 결정되는 단계; 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거 또는 감소시키는 제1 필터, 및 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 추출 또는 증가시키는 제2 필터가 차량의 제어기에 제공되는 단계; 상기 제어기에 의해, 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 요구 구동력 지령이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 요구 구동력 지령을 입력으로 하는 상기 제1 필터에 의한 처리 과정을 통해 필터 적용 후 구동력 지령이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력을 입력으로 하는 상기 제2 필터에 의한 처리 과정을 통해 구동력 보정량이 결정되는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 필터 적용 후 구동력 지령이 상기 구동력 보정량에 의해 보정되고, 상기 보정 후 구동력 지령을 이용하여 차량의 구동장치에 의해 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계를 포함하는 차량의 구동력 제어 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 현가장치의 특성에 따른 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 결정되는 단계; 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거 또는 감소시키는 제1 전달함수 모델, 및 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 추출 또는 증가시키는 제2 전달함수 모델이 차량의 제어기에 제공되는 단계; 상기 제어기에 의해, 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 요구 구동력 지령이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 결정된 요구 구동력 지령을 입력으로 하는 상기 제1 전달함수 모델에 의한 처리 과정을 통해 전달함수 모델 적용 후 구동력 지령이 결정되는 단계; 상기 제어기에 의해, 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력을 입력으로 하는 상기 제2 전달함수 모델에 의한 처리 과정을 통해 구동력 보정량이 결정되는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 전달함수 모델 적용 후 구동력 지령이 상기 구동력 보정량에 의해 보정되고, 상기 보정 후 구동력 지령을 이용하여 차량의 구동장치에 의해 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계를 포함하는 차량의 구동력 제어 방법을 제공한다.
이로써 본 발명에 따른 차량의 구동력 제어 방법에 의하면, 차량의 하드웨어 변경이나 원가 상승 요인 없이 소프트웨어적인 방법 적용만으로 효과적인 휠 슬립 방지가 가능해지고, 휠 슬립 방지를 통한 타이어 내구성 증대를 달성할 수 있게 된다. 또한, 현가 피치 모션 한계 접지력의 최대 이용을 통한 차량 구동 성능 향상, 현가 피치 모션 감쇄로 인한 승차감 개선의 효과 등을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 차량에서의 피치각에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어를 수행하는 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 구동력 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 전달함수를 이용하여 피치각 또는 수직하중이 결정될 수 있음을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 고유주파수 제거 또는 약화 필터의 입력과 출력을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 고유주파수 추출 또는 강화 필터의 입력과 출력을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 필터를 이용한 구동력 지령의 수정 및 보정량 결정, 구동력 지령의 보정, 지령 개입 또는 오차 발생을 포함하는 전체 과정을 나타낸 블록도이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예와 비교예의 구동력 지령을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예와 비교예의 구동력 지령 사용시 피치각속도 상태를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 구동력 제어의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 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 의해 발명이 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 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 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 차량의 구동력 제어 방법에 관한 것으로서, 차량의 피치 모션(pitch motion) 특성 및 종방향 하중 이동 정보를 실시간으로 선 반영하여 차량의 구동력을 제어함으로써 종방향 하중 이동으로 인한 휠 슬립 반복 발생 현상 및 휠 슬립 제어 성능 저하의 문제를 개선할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에서는 차량의 구동장치에 의해 구동륜에 인가되는 구동력을 제어하기 위하여 차량 운전 상태를 나타는 변수를 입력으로 하고 차량의 피치 모션에 관한 상태 정보를 결정하여 출력하는 전달함수(Transfer Function, TF)의 정보를 이용한다.
상기 구동력은 구동장치에 의해 구동륜에 인가되는 토크에 의한 힘이라 할 수 있다. 여기서, 구동장치는 순수 전기자동차(Electric Vehicle) 또는 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle)인 경우 모터이며, 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle)인 경우 모터와 엔진일 수 있다. 여기서, 순수 전기자동차와 연료전지 자동차는 모두 모터만을 구동장치로서 탑재하고 모터만으로 주행하는 차량이다.
이와 같이 차량을 구동하는 구동장치가 모터라면, 구동륜에 인가되는 토크는 모터가 출력하는 구동 토크가 된다. 이때 구동력은 차량을 감속시키는 힘(제동력)이 아닌, 차량을 가속시키기 위한 힘이며, 차량을 가속시키도록 모터가 출력하는 토크에 의한 힘이다.
또한, 차량을 구동하는 구동장치가 모터와 엔진(내연기관)이라면, 구동륜에 인가되는 토크는 모터와 엔진으로부터 동시에 출력 및 전달되는 복합적인 구동 토크가 된다. 이때 구동력은 차량을 가속시키도록 모터와 엔진이 출력하는 토크에 의한 힘이 된다.
물론, 모터와 엔진을 탑재한 하이브리드 자동차인 경우에도 모터가 출력하는 토크만으로 차량을 구동하는 EV 모드 주행이 이루어지므로 EV 모드에서 구동력은 모터가 출력하는 토크에 의한 힘이다.
참고로, 본 발명에서 구동력의 제어는 구동장치의 작동 및 출력을 제어하는 것, 또는 구동륜에 인가되는 토크를 제어하는 것으로 수행될 수 있고, 이하의 설명에서 '구동력'과 '구동력 지령'은 '구동 토크'와 '구동 토크 지령'으로 대체하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 구동력 제어 방법의 기본 개념은 차량의 피치 모션에 관한 상태 및 특성 정보를 이용하는 것에 있다. 기존의 휠 슬립 억제를 위한 구동력 제어 방식은 휠 슬립이 이미 발생한 후 구동력을 보정하는 피드백 방식이 주를 이루었다.
그러나, 본 발명에서는 휠 슬립이 발생하기 전에 차량의 피치 모션에 관한 상태 및 특성 정보, 예로서 수직하중의 변화 정보를 이용하여 피치 모션에 실시간으로 대응할 수 있도록 구동력의 크기를 조절한다.
차량의 피치 모션에 관한 상태 및 특성 정보로는 차량의 타이어 수직하중과 피치각을 들 수 있으며, 이 중에서 노면과 타이어 간 접지력의 한계를 결정하는 가장 직접적인 인자 중 하나가 타이어 수직하중이다. 타이어 수직하중이 증가할수록 가용 접지력이 증가하여 휠 슬립이 발생하기 어려우며, 타이어 수직하중이 감소할수록 가용 접지력 또한 감소하여 휠 슬립 발생에 취약한 상태가 된다.
타이어 수직하중이 변화하는 이유는 많으며, 그 중 외란에 의한 것까지 모두 고려하여 구동력을 제어하는 것은 어려움이 있다. 따라서, 외란에 의한 것은 제외하고 적어도 구동력 자체로 인해 발생하는 타이어 수직하중의 변화는 구동력 제어 과정에 있어 고려해 볼만하다.
또한, 차량에서 구동력이 발생하면 차량의 무게중심과 피치중심 간의 차이 때문에 피치 모멘트가 발생하게 되고, 차량의 피치 모션이 가진된다. 이때 현가장치와 차체의 역학적 특성에 의해 피치각이 발생하게 된다.
일반적으로 차량이 가속할 때 피치각이 증가하고, 이때의 차량 상태를 노즈업 모션(noseup motion) 또는 스쿼트(squat) 상태라 한다. 또한, 차량이 감속할 때 피치각이 감소하는데, 이를 노즈다운 모션(nosedown motion) 또는 다이브(dive) 상태라 한다.
이와 같은 차량의 피치 모션이 발생할 때 차량의 현가장치는 수축 또는 인장하게 되는데, 그로 인해 현가장치의 스프링 혹은 댐퍼의 변위가 발생하고, 결국 타이어 수직하중에 영향을 주게 된다.
본 발명에서 피치 모션은 노면 피치각이 아닌 현가 피치각만을 고려하며, 현가 피치각의 정의는 도 1에 나타낸 바와 같다. 도 1은 차량에서의 피치각(pitch angle)에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 차량에서의 피치각은 현가 피치각과 노면 피치각으로 구분할 수 있고, 현가 피치각(절대값)과 노면 피치각(절대값)의 합을 합산 피치각이라 정의할 수 있다.
전륜 현가장치와 후륜 현가장치의 스트로크 차이가 발생하여, 전륜 현가장치가 후륜 현가장치에 비해 더 리바운드(인장)된 상태일 때, 그리고 후륜 현가장치가 전륜 현가장치에 비해 더 범프(수축)된 상태일 때의 현가 피치각을 양(+)의 현가 피치각으로 정의할 수 있다. 이때 도 1에 예시된 차량 상태의 현가 피치각은 양의 값이다.
노면 피치각은 노면의 기울기로 인한 차량의 종방향 기울기에 해당하고, 현가 피치각은 전, 후륜 현가장치(suspension)의 인장 또는 수축으로 인해 발생하는 차량의 종방향(피치 방향) 기울기를 나타낸다. 통상의 차량에서 노면 피치각(도로 구배)은 종방향 가속도 센서를 통해 검출이 가능하다.
차량에서 도 1에 나타낸 현가 피치각에 대한 정보(현가 피치각 정보)는 차량 주행 중 전륜 현가장치 및 후륜 현가장치의 스트로크 변화에 따른 차량의 피치 방향 진동 상태를 나타내는 정보로서, 이는 현가장치의 센서를 통해 취득되는 것일 수 있고, 또는 차량에서 센서 등을 통해 수집된 정보를 기초로 추정되는 것일 수도 있다.
차량에서 현가장치의 센서를 통해 현가 피치각 정보를 얻는 방법은 공지 기술이다. 예를 들어, 전륜 현가장치의 위치 센서와 후륜 현가장치의 위치 센서를 이용하여, 상기 위치 센서의 신호를 기초로 전륜과 후륜의 위치를 비교함으로써 차량의 현가 피치각 정보를 계산할 수 있다.
또한, 현가 피치각 정보를 추정하는 방법 또한 공지 기술이다. 즉, 피치각속도(pitch rate) 센서의 신호를 적분하여 피치각을 취득하거나, 종방향 혹은 수직방향 가속도 센서 값을 기반으로 운동학적(kinematic)으로 추정하는 방법이 알려져 있다.
그 밖에 현가장치 모델 기반 관측기를 통해 피치각을 추정하는 방법, 휠속 정보 및 구동력 정보 모델을 통해 피치각을 산출하는 방법이나, 이들 방식을 통합하여 센서 퓨전 방식으로 피치각 정보를 관측하는 방법 등이 알려져 있다.
도 1에 나타낸 차량 상태는 현가 피치각이 양(+)의 값 방향을 나타내는 것이라 할 수 있고, 이때 차량은 현가 피치각을 기준으로 스쿼트 상태라 할 수 있다. 도 1과 반대로 현가 피치각이 음(-)의 값 방향을 나타낸다면 차량은 현가 피치각을 기준으로 다이브 상태라 할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 차량 상태는 차체가 뒤쪽으로 기울어진 상태이므로 차체를 기준으로도 스쿼트 상태라 할 수 있다. 차체를 기준으로 스쿼트 상태(차체 스쿼트 상태)인 것은 기울지 않은 수평선(경사각 = 0°)을 기준으로 차체가 뒤쪽으로 기우는 상태라 할 수 있다.
또한, 차체가 앞쪽으로 기울어진 상태는 차체를 기준으로 다이브 상태라 할 수 있고, 차체 다이브 상태는 수평선을 기준으로 차체가 앞쪽으로 기우는 상태라 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 차량 가속시 현가 피치각 기준으로 스쿼트 상태가 유도될 수 있고, 차량 감속시 현가 피치각 기준으로 차량 다이브 상태가 유도될 수 있다.
이때 현가장치의 상태 변화에 의한 차량 현가 피치 모션의 변화 혹은 차량의 종방향 하중 이동은, 차량 고유의 현가장치 설정에 의해 결정된 특성(차량의 현가장치 특성)에 따라 나타나게 된다. 여기서, 설정이란, 현가장치의 스프링 강성, 댐핑력, 부싱(bushing) 강성, 현가 암(arm)류 지오메트리(geometry) 등을 모두 포함한다.
이러한 특성에 의해 차량의 다이브(노즈다운)/스쿼트(노즈업)와 같은 현가 피치 모션은 상기 설정에 의해 결정된 특징을 나타내면서 발생하게 되는데, 여기서 특징은 특정 고유주파수를 지닌 모션을 의미한다.
이에 본 발명의 원리는, 차량의 현가장치 설정 및 특성에 의해 결정되는 차량 현가 피치 모션 혹은 종방향 하중 이동을 모델링하고, 이 모델의 고유주파수에 해당하는 주파수 성분을 구동력 지령에서 필터를 이용하여 제거하며, 이를 통해 차량의 현가 피치 모션 혹은 종방향 하중 이동을 최대한 가진시키지 않는 구동력 지령을 생성하고, 이러한 구동력 지령을 이용하여 차량의 구동력을 제어함으로써, 차량의 피치 모션 및 하중 이동을 억제하는 동시에 휠 슬립을 방지하는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 구동력 제어 방법에 대해 구체적으로 설명하면서 구동력 제어를 수행하는 장치에 대해 함께 설명하기로 한다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어를 수행하는 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 구동력 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
그리고, 도 4는 본 발명의 실시예에서 전달함수를 이용하여 피치각 또는 수직하중이 결정될 수 있음을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에서 고유주파수 제거 또는 약화 필터인 제1 필터의 입력과 출력을 나타낸 블록도이다.
또한, 도 6은 본 발명의 실시예에서 고유주파수 추출 또는 강화 필터인 제2 필터의 입력과 출력을 나타낸 블록도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에서 필터를 이용한 구동력 지령의 수정 및 보정량 결정, 구동력 지령의 보정, 지령 개입 또는 오차 발생을 포함하는 전체 과정을 나타낸 블록도이다.
먼저, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 구동력 제어를 수행하는 장치는, 차량 운전 정보로부터 구동력 지령을 결정하고 상기 결정된 구동력 지령을 이용하여 구동륜(50)에 인가되는 구동력을 제어하는 제어기(20), 및 차량을 구동하기 위한 구동력을 생성하는 것으로서 상기 제어기(20)가 출력하는 구동력 지령에 따라 작동(구동력 출력)이 제어되는 구동장치(30)를 포함한다.
상기 구동장치(30)는 구동륜(50)과 동력 전달 가능하게 연결되고, 이때 구동륜(50)이 감속기(또는 변속기)(40)를 매개로 구동장치(30)에 동력 전달 가능하게 연결되는바, 구동장치(30)가 생성하여 출력하는 구동력은 감속기(또는 변속기)(40)를 거쳐 구동륜(50)으로 전달 및 인가된다.
전술한 바와 같이, 순수 전기자동차와 연료전지 자동차는 구동장치(30)로서 모터를 구비하며, 상기 모터와 더불어, 제어기가 출력하는 구동력 지령에 따라 모터를 구동시키고 제어하는 인버터가 구비된다. 이와 같이 모터와 인버터가 탑재된 상태에서 미도시된 차량의 배터리가 상기 인버터를 매개로 모터에 충, 방전 가능하게 연결된다.
또한, 하이브리드 자동차는 구동장치(30)로서 모터와 엔진(내연기관)을 구비하며, 하이브리드 자동차에서도 구동장치(30)가 생성하여 출력하는 구동력이 감속기(또는 변속기)(40)를 거쳐 구동륜(50)으로 전달 및 인가된다.
상기 제어기(20)에서는 차량의 주행 중 실시간으로 수집되는 차량 운전 정보에 기초하여 요구 구동력 지령이 결정되며(도 3에서 S1 및 S2 단계임), 이러한 제어기(20)는 모터로 주행하는 통항의 자동차에서 차량 운전 정보에 기초하여 요구 구동력 지령을 결정 및 생성하는 제어기, 즉 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU) 또는 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)일 수 있다.
본 발명에서 '구동력 지령'은 차량을 구동하는 구동장치(30)가 복수 개인 경우, 구동장치별 구동력 지령을 합산한 총 합산 지령을 의미하며, 구동장치별 구동력 지령으로의 구동력 분배가 이루어지기 전의 총 구동력 지령을 의미하는 것일 수 있다.
예를 들면, 구동장치로서 엔진과 모터를 구비한 차량이라면, 구동력 지령은 구동장치별 분배가 수행되기 전의 총 구동력 지령, 즉 엔진 구동력 지령(엔진 구동 토크 지령)과 모터 구동력 지령(모터 구동 토크 지령)으로 분배되기 전의 총 구동력 지령이다.
또한, 구동장치로서 전륜 구동장치와 후륜 구동장치를 구비한 차량이라면, 구동력 지령은 전, 후륜 분배가 수행되기 전의 총 구동력 지령, 즉 전륜 구동장치를 위한 전륜 구동력 지령(전륜 구동 토크 지령)과 후륜 구동장치를 위한 후륜 구동력 지령(후륜 구동 토크 지령)으로 분배되기 전의 총 구동력 지령이다.
이하의 설명에서는 상기 제어기(20)에서 차량의 주행 중 실시간으로 수집되는 차량 운전 정보에 기초하여 최초로 구해진 것이면서 어떠한 필터도 적용되지 않고 어떠한 보정도 거치지 않은 구동력 지령을 '요구 구동력 지령'이라 칭하기로 한다. 도 5 및 도 7에서 'TQ1'이 요구 구동력 지령이다.
본 발명에서 실시간 차량 운전 정보로부터 요구 구동력 지령을 결정하는 방법은, 통상의 자동차에서 차량 운전 정보를 기초로 요구 구동력 지령(요구 토크 지령)을 결정하는 공지의 방법과 비교하여 차이가 없다.
그리고, 제어기(20)에는 요구 구동력 지령에 적용되는 제1 필터(21)가 구성되는데, 제어기(20)는 요구 구동력 지령에 상기 제1 필터(21)를 적용하여 요구 구동력 지령을 수정한다(도 3에서 S3 단계임). 이하의 설명에서 요구 구동력 지령에 상기 제1 필터(21)를 적용한 구동력 지령을 '필터 적용 후 구동력 지령'이라 칭하기로 한다. 도 5 및 도 7에서 'TQ2'가 필터 적용 후 구동력 지령이다.
또한, 제어기(20)에는 구동륜(50)에 인가되는 최종 구동력(TQ4)으로서 그 피드백 값인 피드백 구동력(TQ4fb)을 입력으로 하고 구동력 보정량(TQ')을 출력으로 하는 제2 필터(22)가 구성된다.
이하의 설명에서 차량의 구동장치(30)에 의해 전체 구동륜(50)에 실제 인가되는 최종의 총 구동력과, 이 구동장치(30)에 대한 최종의 총 구동력 지령을 각각 '최종 구동력'과 '최종 구동력 지령'이라 칭하기로 한다. 도 6 및 도 7에서 'TQ4'는 현재의 최종 제어 결과인 최종 구동력 또는 현 제어주기의 최종 구동력 지령이다.
또한, 도 6 및 도 7에서 'TQ4fb'는 구동력 보정량(TQ')을 결정하기 위해 제2 필터(22)의 입력으로 사용되는 최종 구동력(TQ4) 또는 최종 구동력 지령의 피드백 값을 나타내며, 이하의 설명에서 상기 제2 필터(22)의 입력으로 사용되는 최종 구동력 또는 최종 구동력 지령의 피드백 값을 '피드백 구동력'이라 칭하기로 한다.
최종 구동력(또는 최종 구동력 지령)인 TQ4와 피드백 구동력인 TQ4fb의 차이는 현재의 최종 제어 결과값(또는 최종 제어값)이냐, 아니면 다음 제어주기를 위한 피드백 값이냐의 차이가 있을 뿐이다.
만약, 후술하는 제2 실시예와 같이 TQ4가 최종 제어값인 지령(최종 구동력 지령) 값인 경우, TQ4는 현 제어주기의 최종 지령 값이기도 하지만 다음 제어주기에서 구동력 보정량을 생성하는데 사용되는 제2 필터(22)의 입력, 및 구동력 지령(TQ3 또는 TQ4)의 생성을 위한 피드백 값(피드백 구동력)인 TQ4fb가 된다.
제어기(20)는 최종 구동력(최종 구동력 지령)의 피드백 값인 피드백 구동력(TQ4fb)에 상기 제2 필터(22)를 적용하여 구동력 보정량(TQ')을 결정하고(도 3에서 S4 단계임), 제1 필터(21)에 의해 수정된 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)을 상기 제2 필터(22)에 의해 결정된 구동력 보정량(TQ')을 이용하여 보정한다(도 3에서 S5 단계임). 또한, 제어기(20)는 상기 보정된 구동력 지령을 이용하여 차량의 구동장치(30)를 제어하는 구동력 제어를 실시한다(도 3에서 S6 단계임).
이하의 설명에서 상기 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)을 구동력 보정량(TQ')을 이용하여 보정한 구동력 지령을 '보정 후 구동력 지령'이라 칭하기로 한다. 도 6 및 도 7에서 'TQ3'가 보정 후 구동력 지령이다.
상기 제1 필터(21) 및 제2 필터(22)의 구성, 역할 및 이용, 처리 과정, 그리고 적용에 따른 작용 및 효과에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다. 또한, 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2), 보정 후 구동력 지령(TQ3), 최종 구동력(TQ4), 피드백 구동력(TQ4fb), 구동력 보정량(TQ')에 대해서도 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
한편, 제어기(20)에서 결정되는 요구 구동력 지령은 차량에서 주행 중 실시간으로 수집되는 차량 운전 정보에 기초하여 결정 및 생성되는 것으로, 상기 차량 운전 정보는 센서(10)에 의해 검출되어 차량 네트워크를 통해 제어기(20)에 입력되는 센서 검출 정보일 수 있다.
상기 차량 운전 정보를 검출하는 센서(10)는, 운전자의 가속페달 입력값을 검출하는 가속페달 센서(Accelerator Pedal Sensor, APS), 구동계 속도를 검출하는 센서, 및 차속을 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
상기 구동계 속도는 구동장치(30)의 회전속도(구동장치 속도)이거나 구동장치(30)에 동력 전달 가능하게 연결된 구동륜(50)의 회전속도(휠속, 구동륜 속도), 드라이브 샤프트의 회전속도(드라이브 샤프트 속도)일 수 있다.
여기서, 구동장치(30)의 회전속도는 모터의 회전속도(모터 속도)일 수 있다. 이때 구동계 속도를 검출하는 센서는 모터 속도를 검출하는 센서일 수 있고, 이는 모터의 회전자 위치를 검출하는 레졸버(resolver)일 수 있다. 또는, 구동계 속도를 검출하는 센서는 구동륜(50)의 회전속도(휠속)를 검출하는 휠속 센서이거나 드라이브 샤프트의 회전속도를 검출하는 센서일 수 있다.
그리고, 상기 차속을 검출하기 위한 센서 역시 휠속 센서일 수 있다. 이 휠속 센서의 신호로부터 차속 정보가 얻어지는 것은 당해 기술분야에서 잘 알려진 기술 사항이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 센서(10)에 의해 검출되는 것으로서, 제어기(20)에서 요구 구동력 지령을 결정하기 위한 차량 운전 정보로는, 운전자의 가속페달 입력값(APS 값), 구동장치(30)의 속도(회전속도), 차속 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 상기 차량 운전 정보에서 가속페달 입력값은 운전자 운전 입력 정보라 할 수 있고, 구동장치(30)의 속도 및 차속은 차량 상태 정보라 할 수 있다.
또는, 차량 운전 정보는 제어기(20)에서 자체적으로 결정되는 정보이거나, 차량 내 타 제어기(예, ADAS 제어기)로부터 차량 네트워크를 통해 제어기(20)에 입력되는 정보(예, 요구 구동력 정보)일 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상기 센서(10)는 현가 피치각 정보를 취득하기 위한 현가장치의 센서를 더 포함할 수 있고, 여기서 현가 피치각 정보를 취득하기 위한 현가장치의 센서는 전륜 현가장치의 위치 센서와 후륜 현가장치의 위치 센서를 포함하는 것일 수 있다.
전술한 바와 같이, 현가장치의 센서를 통해 현가 피치각 정보를 얻는 방법은 공지 기술이다. 예를 들어, 상기 위치 센서의 신호를 기초로 전륜과 후륜 간의 위치를 비교함으로써 차량의 현가 피치각 정보를 계산할 수 있다.
그 밖에, 전술한 바와 같이 센서 등을 통해 차량에서 수집된 정보를 기초로 정해진 추정 과정에 의해 현가 피치각 등이 얻어질 수도 있으며, 그 추정 방법에 대해서는 당업자 수준에서 잘 알려진 공지의 기술 사항이므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
한편, 차량이 가속하는 동안에는 노즈업(스쿼트) 방향으로 차량의 현가 피치 모션이 발생하고, 이때 차량에서 후방으로 하중이 이동된다. 따라서, 하중의 중립 상태(정지 상태) 대비, 전륜축은 수직하중이 감소하여 휠 슬립(slip) 발생이 쉬운 상황이 되고, 후륜축은 수직하중이 증가하여 휠 슬립 발생이 어려운 상황이 된다. 따라서, 이때는 전륜 슬립을 방지하기 위해 구동력 지령에서 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거하는 제어가 바람직하다.
이러한 점을 고려하여, 본 발명에서는 요구 구동력 지령에 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거할 수 있는 필터(고유주파수 제거 필터)나 전달함수 모델을 적용함으로써 전륜 슬립 방지 내지 구동 및 주행 성능 최대화를 도모한다. 이때 필터가 상기한 제1 필터(21)이며, 제어기(20)에서 제1 필터(21)는 고유주파수가 차량 현가 피치 모션의 고유주파수와 같거나 근사한 값이 되도록 구성된다.
본 발명의 실시예에서 요구 구동력 지령에 적용되는 제1 필터(21)와, 구동력 보정량을 출력으로 하는 제2 필터(22) 대신 각각 같은 역할을 수행하는 전달함수 모델이 이용될 수 있다. 이에 이하의 설명에서 제1 필터와 제2 필터는 각각 같은 역할을 수행하는 전달함수 모델로 대체 가능하다.
본 발명의 실시예에서 제1 필터(21)는 요구 구동력 지령에서 특정 대역의 주파수 성분을 제거 또는 약화(감소)시키는 역할을 하고, 이때 제1 필터의 고유주파수는 차량의 현가 피치 모션의 고유주파수와 같거나 근사한 값으로 설정될 수 있다. 본 발명에서 특정 대역의 주파수 성분을 약화시킨다는 것은 특정 대역의 주파수 성분을 감소시키는 것을 의미한다.
이로써 제1 필터(22)에 의하면, 입력인 요구 구동력 지령에서 차량의 현가장치 특성에 따른 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거 또는 약화(감소)시킬 수 있다. 또한, 제1 필터(22)에서 현가 피치 모션의 고유주파수 성분이 제거 또는 약화(감소)된 구동력 지령('필터 적용 후 구동력 지령')이 결정 및 출력될 수 있게 된다.
필터를 이용하여 요구 구동력 지령에서 차량의 현가 피치 모션을 가진시키는 주파수 성분을 제거하거나 약화(감소)시키기 위해서는, 우선적으로 제어 대상 차량에 대해 현가 피치 모션의 주파수 특성을 규명해야 한다. 이러한 과정은 다양한 형태의 전달함수를 구축함으로써 수행할 수 있다.
본 발명에서는 구동력 제어를 위해 차량 운전 상태를 나타내는 변수를 입력으로 하고 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보를 출력으로 하는 전달함수의 정보를 이용한다.
여기서, 상기 전달함수의 정보는 고유주파수이고, 상기 전달함수의 출력이 되는 현가 피치 모션에 관한 상태 정보는 현가 피치각 정보 또는 타이어 수직하중 정보일 수 있다. 상기 타이어 수직하중 정보는 전륜 수직하중과 후륜 수직하중을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에서 현가 피치각(이하 '피치각'이라 약칭함) 또는 타이어 수직하중(이하 '수직하중'이라 약칭함)을 전달함수를 이용하여 산출할 수 있고, 전달함수를 이용하여 피치각 또는 수직하중을 산출하는 예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 전달함수는 차량 운전 상태를 나타내는 변수를 입력으로 하여 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보를 산출할 수 있도록 모델링 및 구축되는 것으로서, 여기서 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보는 피치각 또는 수직하중일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 전달함수는 다음과 같은 형식을 취할 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 제어기(20)에 구동력 정보(구동력 지령)를 입력으로 하고 피치각 정보를 출력으로 하는 전달함수, 또는 피치각 정보를 입력으로 하고 수직하중 정보를 출력으로 하는 전달함수가 구축되어 이용될 수 있다. 여기서 구동력 정보는 제어기(20)에서 결정되는 요구 구동력 지령일 수 있다.
상기 전달함수의 입력이 되는 요구 구동력 지령과 피치각 또한 차량 운전 상태를 나타내는 변수 정보로서, 이는 센서(10)에 의해 검출되는 정보로부터 취득될 수 있다. 앞에서 요구 구동력 지령이 센서 검출 정보로부터 결정됨을 설명하였고, 피치각이 센서(10) 중 현가장치 위치 센서에 의해 검출된 정보로부터 얻어질 수 있음을 설명하였다.
또는, 구동력 정보를 입력으로 하고 수직하중 정보를 출력으로 하는 전달함수, 또는 센서(10) 중 타이어 압력센서에 의해 검출되는 타이어 압력 정보를 입력으로 하고 수직하중 정보를 출력으로 하는 전달함수가 제어기(20)에 구축되어 이용될 수 있다.
또는, 센서(10) 중 차량에 설치된 종방향 가속도 센서나 수직방향 가속도 센서에 의해 검출되는 차량의 종방향 또는 수직방향 가속도 정보를 입력으로 하고 피치각 또는 수직하중 정보를 출력으로 하는 전달함수가 제어기(20)에 구축되어 이용될 수 있다.
또는, 센서(10) 중 자이로 센서(피치 레이트 센서)에 의해 취득되는 피치각 변화율(피치 레이트, 피치각속도) 정보를 입력으로 하고 피치각 또는 수직하중 정보를 출력으로 하는 전달함수가 제어기에 구축되어 이용될 수도 있다.
또는, 구동계 속도를 입력으로 하고 피치각 또는 수직하중 정보를 출력으로 하는 전달함수가 제어기에 구축되어 이용될 수도 있다. 여기서, 구동계 속도는 센서(10)에 의해 검출되는 휠속, 또는 구동장치 속도(모터 속도), 또는 드라이브 샤프트 속도일 수 있다.
또는, 현가장치 위치 센서(suspension travel sensor)에 의해 검출되는 정보를 입력으로 하고 피치각 또는 수직하중 정보를 출력으로 하는 전달함수가 제어기에 구축되어 이용될 수도 있다.
또는, 상기 언급된 입력 정보 중 두 개 이상의 것을 입력으로 하고 피치각 또는 수직하중 정보를 출력으로 하는 전달함수가 제어기에 구축되어 이용될 수 있다.
여기서, 전달함수는 데이터 기반의 최적화(optimization) 기법이나 수치해석(numerical solution) 등을 이용하여 피치각이나 수직하중을 산출하도록 설정된 것이 될 수 있다.
또는, 물리 모델 기반의 전달함수를 구축하여 이용할 수도 있고, 전달함수를 얻기 위해 학습 기법을 이용할 수도 있다. 더 나아가, 전달함수 외에 다양한 머신 러닝(machine learning) 기법을 이용하여 상기와 같은 입력과 출력을 갖는 알고리즘을 구축할 수도 있다.
한편, 제어기에 전달함수가 구축된 상태, 즉 차량 운전 상태를 나타내는 변수를 입력으로 하여 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보인 피치각 또는 수직하중 정보를 출력할 수 있는 전달함수가 구축된 상태에서, 상기 전달함수가 가지는 고유주파수가 결정될 수 있다. 이때 전달함수는 본 발명의 구동력 제어 방법이 적용되는 차량의 고유한 특성을 나타내는 것이라 할 수 있다.
본 발명에서 상기와 같이 차량 운전 상태를 나타내는 변수를 입력으로 하여 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보를 출력하도록 구축된 전달함수의 고유주파수는, 제어 대상 차량에서의 현가 피치 모션 진동의 고유주파수라 할 수 있다. 이하의 설명에서 '전달함수의 고유주파수'와 '차량 현가 피치 모션의 고유주파수'는 같은 의미를 가진다 할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 차량 현가 피치 모션의 고유주파수, 즉 상기 선 구축된 전달함수의 고유주파수가 결정된 상태에서, 제어기(20)에는, 차량의 구동력 제어를 위해 상기 결정된 전달함수의 고유주파수 정보를 기초로, 요구 구동력 지령을 입력으로 하는 제1 필터(21), 및 피드백 구동력을 입력으로 하고 구동력 보정량을 출력으로 하는 제2 필터(22)가 구성 및 설정된다.
이때 요구 구동력 지령에서 전달함수의 고유주파수에 해당하는 주파수 성분을 제거 또는 약화(감소)시킬 수 있는 제1 필터(21), 및 피드백 구동력에서 전달함수의 고유주파수에 해당하는 주파수 성분을 추출 또는 강화(증가)시킬 수 있는 제2 필터(22)가 제어기(20)에 구성 및 설정될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 제1 필터(21) 및 제2 필터(22)는 라플라스(Laplace) 전달함수로 구성 및 설정된 필터일 수 있다.
이와 같이 본 발명이 실제 적용되는 차량의 제어기(20)에 상기 전달함수가 구축된 상태에서 전달함수의 출력이 되는 피치각 또는 수직하중 등 차량의 현가 피치 모션 정보(차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보)는 차량 제어에 다양하게 이용될 수 있다. 이와 더불어 차량의 제어기에 구축된 전달함수의 고유주파수는 본 발명에서와 같이 제어기 내 필터를 설계 및 구성하는데 이용될 수 있다.
그리고, 상기와 같이 본 발명이 적용되는 실제 차량의 제어기(20)에 전달함수가 구축된 상태에서 고유주파수가 결정되는 것이 아닌, 동종 차량 개발 단계에서 실시된 선행 평가 및 시험 과정을 통해 상기와 같은 전달함수가 구축된 뒤 그 전달함수의 고유주파수가 얻어질 수 있고, 이렇게 얻어진 고유주파수 정보를 이용하여 설계된 제1 필터(21) 및 제2 필터(22)가 실제 양산 차량의 제어기에 구성 및 설정되어 구동력 제어에 사용될 수 있다.
이하에서는 제1 필터 및 제2 필터에 대해 더 상세히 설명하기로 한다. 도 5는 요구 구동력 지령(TQ1)을 입력으로 하는 제1 필터(21)의 이용을 나타내고 있고, 도 6은 피드백 구동력(TQ4fb)을 입력으로 하고 구동력 보정량(TQ')을 출력으로 하는 제2 필터(22)의 이용을 나타내고 있다.
본 발명에서 전달함수의 특정 주파수 성분으로서 제1 필터(21)를 통해 제거 또는 약화(감소)시켜야 하는 주파수 성분은 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분일 수 있고, 차량 현가 피치 모션의 고유주파수에 해당하는 주파수 성분을 가지는 구동력 지령은 차량 현가 피치 모션을 가진시킨다.
따라서, 제1 필터(21)를 통해 제거하려는 제거 대상 주파수가 차량 현가 피치 모션의 고유주파수로 정해져 고유주파수 제거 또는 약화 필터인 제1 필터(21)를 구성하는데 이용될 수 있고, 이때 차량 현가 피치 모션의 고유주파수는 전술한 바와 같이 현가 피치 모션에 관한 상태 정보인 피치각 또는 수직하중을 출력으로 하는 전달함수의 고유주파수로 정해질 수 있다.
본 발명에서, 차량 현가 피치 모션 진동을 주파수 영역에서 분석(예, 보드 플롯(Bode plot)에서 분석)했을 때, 피크 게인(peak gain)이 발생하는 프라이머리 주파수(primary frequency)를, 상기 고유주파수로 정의할 수 있다.
상기한 고유주파수에 해당하는 주파수 성분을 가지는 구동력 지령은 차량 현가 피치 모션을 가진시키고, 그로 인해 종방향 하중 이동(차량에서 후방으로의 하중 이동) 또한 심하게 발생하기 때문에 접지력이 저하된 차륜(휠), 특히 차량의 전륜에서 슬립이 발생할 확률이 높아진다. 그러므로 차량의 휠 슬립 저감 및 현가 피치 모션 감쇄를 위해서는 고유주파수 성분을 구동력 지령에서 제거함이 바람직하다.
이에 본 발명에서는 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보를 출력으로 하는 전달함수의 정보를 이용하며, 특히 차량 현가 피치 모션의 고유주파수를 나타내는 상기 전달함수의 고유주파수 정보를 이용하여 전달함수의 고유주파수 성분을 제거 또는 약화(감소)시킬 수 있는 제1 필터(21)를 제어기(20)에 구성한다.
또한, 제어기(20)에서 요구 구동력 지령(TQ1)을 처리하는데 고유주파수 제거 또는 약화 필터인 제1 필터(21)를 이용하고, 요구 구동력 지령(TQ1)에 제1 필터(21)를 적용하여 요구 구동력 지령에서 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거 또는 약화시키게 된다(도 5 참조).
상기 제1 필터(21)는 현가 피치 모션의 전달함수의 고유주파수에 해당하는 컷-오프 주파수(cut-off frequency)를 갖는 로우 패스 필터(low pass filter, 저역 통과 필터)나 하이 패스 필터(high pass filter 고역 통과 필터), 또는 고유주파수에 해당하는 센터 주파수(center frequency)를 갖는 노치 필터(notch filter, band stop filter, 대역 소거 필터) 등을 포함할 수 있다. 이때 이러한 필터 1개를 사용하여 제1 필터(21)를 구성하거나, 여러 개를 중첩, 사용하여 제1 필터(21)를 구성할 수 있다.
그리고, 상기 로우 패스 필터 또는 하이 패스 필터의 컷-오프 주파수나 노치 필터의 센터 주파수가 제거 대상의 고유주파수와 정확히 일치하지 않을 수 있으나, 제1 필터(21)가 상기와 같이 선 구축된 현가 피치 모션의 전달함수의 고유주파수에 해당하는 성분을 요구 구동력 지령에서 제거 또는 약화시키기 위한 것이기 때문에, 제1 필터(21)의 유효 고유주파수 대역은 차량 현가 피치 모션의 고유주파수를 포함하도록 설정되어야 한다.
다만, 설정된 고유주파수 값의 오차 범위를 고려할 때, 로우 패스 필터의 경우, 제거 대상의 고유주파수인 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 고유주파수와 같거나 그보다 높게 설정되어야 한다.
또한, 하이 패스 필터의 경우에는 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 고유주파수와 같거나 그보다 낮게 설정되어야 하고, 노치 필터의 경우에는 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 저지 대역(notch band, stop band)폭 내에 존재하도록 해야 한다.
그 밖에 로우 패스 필터나 하이 패스 필터, 노치 필터 외에도 제1 필터(21)로서 다차원 필터를 사용하여 고유주파수에 해당하는 성분을 제거 또는 약화시킬 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이 필터는 전달함수 모델로 대체 가능하며, 앞서 설명한 차량 현가 피치 모션이나 종방향 하중 이동에 의한 실시간 수직하중을 모델링하여 구축된 전달함수 자체를 이용하여 필터를 설계할 수도 있다.
예를 들어 설명하면, 실제 구동력 지령(토크 지령, Tq)에서 피치각(스쿼트 각도, φ)을 도출하는 전달함수(TF)가 다음의 수학식 1과 같이 구축되었다고 가정한다
이 경우 하기 수학식 2와 같이 전달함수(TF)를 기반으로 한 필터를 설계 및 구성할 수 있고, 이를 제어기에서 구동력 지령에 적용하여 차량의 구동력 제어에 사용할 수 있다.
여기서, c1, c2, c3, c4, c5 등은 설정할 수 있는 계수(양수, 음수 무관)이며, s는 라플라스 연산자(Laplace operator)이다.
이와 같이 하여, 제1 필터(21)에 대해 상세히 설명하였으며, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 필터(21)는 요구 구동력 지령(TQ1)을 입력으로 하여 차량 현가 피치 모션의 고유 주파수 성분이 제거 또는 약화된 수정된 요구 구동력 지령(즉 '필터 적용 후 구동력 지령')(TQ2)을 출력한다.
구동장치(30)로서 모터만을 탑재한 전기자동차인 경우, 또는 하이브리드 자동차의 EV 모드인 경우, 구동력 지령(TQ1,TQ2)은 모터 구동력 지령(모터 토크 지령)이다. 또한, 하이브리드 자동차의 HEV 모드인 경우, 구동력 지령(TQ1,TQ2)은 전술한 바와 같이 엔진 구동력 지령과 모터 구동력 지령의 합이 된다. 물론, 구동력 지령에서 엔진 구동력 지령을 뺀 모터 구동력 지령은 상대적 기어비 등을 고려한 후의 모터 토크 지령이다.
일반적으로 엔진의 반응성보다 모터 토크 제어의 반응성이 더 빠르고 우수하기 때문에, 본 발명에서 구동력 보정 및 제어는 엔진을 통해서가 아닌 모터 구동력 제어를 통해 수행될 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조로 제2 필터(22), 즉 피드백 구동력(TQ4fb)에서 선 구축된 전달함수의 특정 주파수 성분, 즉 고유주파수 성분을 통과시킬 수 있는 필터의 구성에 대해 더 상세히 설명하기로 한다.
요구 구동력 지령(TQ1)에서 제1 필터(21)에 의해 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분이 제거 또는 약화된 총 제동력 지령, 즉 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)는 차량의 구동력 제어를 위한 가장 이상적인(ideal) 제동력 지령이다.
하지만, 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)은 구동륜(50)에 실제 인가되는 최종 구동력 또는 최종 구동력 지령(TQ4)과는 차이가 있을 수 있다. 이들 간의 차이는 부수적인 구동장치의 개입이나 구동장치에서 발생하는 구동력의 오차 등으로 인해 발생할 수 있고, 페일 세이프티(fail safety), 모드 변경, 학습 로직, 실시간 캘리브레이션(calibraion), 샤시 제어, 운전성 조절 등의 이유로 인해 추가로 개입하는 토크 지령의 변동에 의해 발생하기도 한다.
따라서, 제1 필터(21)의 적용 후 추가적인 보정이 필요하며, 구동력 지령을 보정하기 위해서는 우선 보정이 되어야 하는 성분을 추출하는 것이 필요하다. 이에 제2 필터(22)나 동일 또는 유사한 작용을 하는 전달함수 모델이 필요한 것이며, 이는 입력되는 구동력 지령(피드백 구동력(TQ4fb))에서 차량 현가 피치 모션의 고유주파수에 해당하는 신호 성분을 추출 혹은 강화(증가)시켜 값을 산출하는 역할을 수행한다.
이러한 과정이 필요한 이유는, 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 추출하여야만 해당하는 지령 성분을 구동력 지령에서 제거할 수 있기 때문이다. 이에 따라 본 발명에서는 특정 주파수 성분, 즉 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 통과시킬 수 있는 필터 또는 전달함수 모델을 통해 구동력 보정량을 결정한다.
제2 필터(22)에서 고유주파수 성분을 통과시킨다는 것은 피드백 구동력에서 고유주파수 성분을 추출 또는 강화시킨다는 의미를 가진다. 따라서, 본 발명에서 고유주파수 성분을 통과시키는 제2 필터(즉 고유주파수 통과 필터)는 고유주파수 성분을 추출 또는 강화시키는 필터(즉 고유주파수 추출 또는 강화 필터)라 할 수 있다. 또한, 본 발명에서 고유주파수 성분을 강화시킨다는 것은 고유주파수 성분을 증가시키는 것을 의미한다.
본 발명에서 전달함수의 특정 주파수 성분으로서 제2 필터(22)를 통과하는 주파수 성분은 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분일 수 있고, 이때 전달함수의 고유주파수 성분, 및 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분에 대해서는, 상기 제1 필터에서와 차이가 없으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제2 필터(22)는 현가 피치 모션의 전달함수의 고유주파수에 해당하는 컷-오프 주파수를 갖는 로우 패스 필터나 하이 패스 필터, 또는 고유주파수에 해당하는 센터 주파수를 갖는 밴드 패스 필터(band pass filter, 대역 통과 필터) 등일 수 있다.
상기 제2 필터(22)에서도 로우 패스 필터나 하이 패스 필터의 컷-오프 주파수, 또는 밴드 패스 필터(대역 통과 필터)의 센터 주파수가 통과 대상의 고유주파수와 정확히 일치하지 않을 수도 있다.
다만, 로우 패스 필터의 경우 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 고유주파수와 같거나 그보다 낮게 설정되어야 하고, 하이 패스 필터의 경우 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 고유주파수와 같거나 그보다 높게 설정되어야 한다. 또한, 밴드 패스 필터의 경우에는 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 패스 밴드(통과 대역폭) 내에 존재하도록 설정되어야 한다.
이 외에 전달함수 모델을 사용하는 경우에는 해당 전달함수의 역할이 특정 주파수 성분을 통과(추출 또는 강화)시키는 역할을 수행해야 하고, 이때 통과(추출 또는 강화)시키는 주파수 대역이 차량 현가 피치 모션의 고유주파수를 포함하여야 한다.
그리고, 상기와 같이 언급된 필터 또는 전달함수 모델 1개를 사용하여 구동력 보정량(TQ')을 결정 및 출력하는 제2 필터(22)를 구성할 수도 있으나, 복수 개의 필터 또는 전달함수 모델을 사용하여 제2 필터(22)를 구성할 수도 있다.
상기 복수 개의 필터 또는 전달함수 모델이 사용되는 경우, 제2 필터(22)에서 복수 개의 필터 또는 전달함수 모델을 병렬 형식으로 연결하여, 상기 각 필터 또는 전달함수 모델을 통해 얻어진 구동력 보정량을 보정 과정에서 동시에 사용할 수 있다.
이때 병렬로 구해지는 복수 개의 구동력 보정량에 각각 미리 설정된 게인(gain) 값을 적용한 후, 상기 게인 값을 적용한 구동력 보정량들을 모두 합산하는 방식으로 최종의 구동력 보정량(TQ')이 구해질 수 있다. 이 최종의 구동력 보정량(TQ')을 이용하여 제1 필터(21)의 출력인 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)을 보정함으로써 보정 후 구동력 지령(TQ3)을 생성한다.
그 밖에 하이 패스 필터나 밴드 패스 필터 외에도 다차원 필터를 사용하여 고유주파수에 해당하는 성분을 강화할 수도 있다. 또한, 앞서 설명한 차량의 현가 피치 모션이나 종방향 하중 이동에 의한 실시간 수직하중을 모델링하여 구축된 전달함수 자체를 이용하여 필터를 설계할 수도 있다.
예를 들어 설명하면, 피드백 구동력(구동력 지령이거나 실제 구동력임)에서 피치각(스쿼트 각도, φ)을 도출하는 전달함수(TF)가 다음의 수학식 3과 같이 구축되었다고 가정한다. 수학식 3에서 Tq는 토크 지령으로서, 이 토크 지령이 피드백 구동력(TQ4fb)이다.
이 경우 하기 수학식 4와 같이 전달함수(TF)를 기반으로 한 필터를 설계 및 구성할 수 있고, 이를 제어기에서 구동력 지령에 적용하여 차량의 구동력 제어에 사용할 수 있다.
여기서, c1, c2, c3, c4, c5 등은 설정할 수 있는 계수(양수, 음수 무관)이며, s는 라플라스 연산자(Laplace operator)이다.
피드백 구동력(TQ4fb)을 입력으로 하여 제2 필터(22)에 의해 결정 및 출력되는 구동력 보정량(TQ')은 제1 필터(21)의 출력인 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)을 보정하는데 이용되며, 이때 상기 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)에서 구동력 보정량(TQ')을 차감하는 방식으로 보정이 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명에서 필터는 전달함수 모델로 대체 가능하다. 즉, 발명의 설명에서 '제1 필터'는 '제1 전달함수 모델'로, '제2 필터'는 '제2 전달함수 모델'로 대체 가능하며, '필터 적용 후 구동력 지령'은 '전달함수 모델 적용 후 구동력 지령'으로 대체 가능하다.
이하에서는 도 7을 참조로 피드백 구동력과 최종 제동력이 결정되는 과정에 대해 설명하기로 한다.
도 7에서 피드백 구동력(TQ4fb)은 최종 구동력 또는 최종 구동력 지령의 피드백 값이며, 이 피드백 구동력(TQ4fb)을 입력으로 하는 제2 필터(22)에 의해 구동력 보정량(TQ')이 결정되면, 상기 결정된 구동력 보정량(TQ')으로 제1 필터(21)의 출력인 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)이 보정되어 보정 후 구동력 지령(TQ3)이 결정된다.
이렇게 결정된 보정 후 구동력 지령(TQ3)을 기초로 구동장치(30)에 대한 제어가 수행될 수 있는데, 제1 실시예로서, 상기 보정 후 구동력 지령(TQ3)에 따라 차량의 구동장치(30)를 제어하는 구동력 제어가 수행될 수 있다.
이때 상기 보정 후 구동력 지령(TQ3)에 따라 단수의 구동장치(30)가 제어되거나 복수 개의 구동장치가 동시에 제어되는 구동력 제어가 수행될 수 있으며, 상기 복수 개의 구동장치가 동시에 제어되는 경우, 보정 후 구동력 지령(TQ3)부터 구동력 분배를 통해 구동장치별 구동력 지령이 결정될 수 있고, 상기 결정된 구동장치별 구동력 지령에 따라 각 구동장치가 동시에 제어된다.
여기서, 상기 구동력 분배의 예로는 엔진 구동력 지령(엔진 토크 지령)과 모터 구동력 지령(모터 토크 지령)의 분배를 들 수 있다. 즉, 상기 보정 후 구동력 지령(TQ3)이 엔진 구동력 지령과 모터 구동력 지령으로 분배될 수 있고, 상기 분배된 각 구동력 지령에 따라 해당 차량의 구동장치(30)인 엔진과 모터의 구동이 제어된다.
이와 같이 복수 개의 구동장치를 탑재한 차량에서 수행되는 구동력 분배 과정에 대해서는 통상의 기술자에게 있어 잘 알려진 공지의 기술 사항이므로 본 명세서에서 상세한 설명을 생략하기로 한다.
그리고, 상기와 같이 보정 후 구동력 지령(TQ3)에 따라 구동장치(30)가 제어되는 구동력 제어가 수행되는 동안, 구동륜(50)에 실제 인가되는 구동력에는 의도되지 않은 임의의 외란 등으로 인해 오차가 발생할 수 있다.
이때 구동장치(30)에 의해 구동륜(50)에 실제 최종 인가되는 구동력이 최종 구동력(TQ4)이다. 물론, 복수 개의 구동장치(30)가 탑재된 경우 최종 구동력(TQ4)은 전체 구동장치에 의해 구동륜(50)에 실제 인가되는 구동력의 합산 값이 된다.
결국, 제1 실시예에서 도 7에 나타낸 TQ4는 오차를 포함하고 있는 최종 구동력으로서, 이는 목표로 하는 구동력 값, 즉 구동력 지령(TQ3) 값에 의도되지 않은 오차가 포함되어 나타난 최종 구동력이며, 보정 후 구동력 지령(TQ3)에 오차가 더해진 값이라 할 수 있다. 즉, 보정 후 구동력 지령(TQ3)과 최종 구동력(TQ4) 사이에 의도되지 않은 외란 등으로 인해 발생한 오차가 존재하는 것이다(｜TQ4 - TQ3｜= 오차).
또한, 상기 최종 구동력(TQ4)는 현 제어주기의 최종 제어 결과로서 나타난 값이며, 이는 다음 제어주기에서 구동력 보정량(TQ')을 산출하는데 사용되는 피드백 구동력(TQ4fb)이고, 전술한 바와 같이 구동력 보정량(TQ')을 산출하기 위한 제2 필터(22)의 입력이 된다. 이는 현 제어주기에서 구동력 보정량(TQ')을 산출하는데 사용되는 피드백 구동력(TQ4fb)이 직전 제어주기의 최종 제어 결과로서 나타난 값이라는 것을 의미한다.
상기와 같이 현 제어주기의 최종 구동력(TQ4)은 다음 제어주기의 피드백 구동력(TQ4fb)으로 사용되어야 하므로, 제어기(20)는 최종 구동력(피드백 구동력)의 크기를 알고 있어야 하며, 이는 센싱 또는 추정의 방법으로 이루어질 수 있다.
즉, 구동륜(50)에 실제 인가되는 최종 구동력은 제어기(20)에서 센서를 통해 알게 되는 센서 검출치이거나, 제어기(20)에서 정해진 추정 과정에 따라 추정되는 구동력의 추정치일 수 있다. 예컨대, 상기 최종 구동력(TQ4)은 인버터 구동 정보로부터 추정되는 모터 토크 추정값 또는 모터 토크 추정값에 대해 기어비 보정이 된 출력축 토크 추정값 등이 될 수 있다.
이와 같이 최종 구동력은, 지령 값이 아닌, 센서에 의해 검출되거나 소정의 추정 과정에 의해 추정됨으로써 제어기(20)에서 실시간으로 알고 있게 되는 값일 수 있고, 현재의 최종 구동력(TQ4)은 다음 제어주기에서 제2 필터(22)의 입력인 피드백 구동력(TQ4fb)이 된다.
이상으로 제1 실시예에서 상술한 바와 같이 설명되는 보정 후 구동력 지령(TQ3)과 최종 구동력(TQ4), 피드백 구동력(TQ4fb)이 통상의 기술자에게 있어 명확히 구분 및 이해될 수 있을 것이다.
다음으로, 제2 실시예에서는 보정 후 구동력 지령(TQ3)과 최종 구동력 지령(TQ4)의 차이가 제어기(20)에 의해 의도된 지령 개입이나 오차로 인해 발생하도록 하는 실시예이다. 예컨대, 제어기(20)가 보정 후 구동력 지령(TQ3)에 대해 미리 정해진 제어로직에 따라 추가 보정 등을 실시하거나 의도된 지령 오차를 발생시킬 수 있는 것이며, 상기 보정 후 구동력 지령(TQ3)과 최종 구동력 지령(TQ4)의 차이가 추가 보정 또는 의도된 오차 발생 등을 수반하는 제어 개입에 의해 발생할 수 있다.
예를 들면, 슬립이 발생하여 대응을 해야 한다거나 차량 자세 제어 요청에 따라 토크를 가감해야 할 때 등과 같이 특정 이유로 인해 추가적인 제어 개입이 필요하여, 보정 후 구동력 지령(TQ3)에 대한 추가적인 보정이 제어기(20)에 의해 실시될 수 있는 것이며, 이때 보정 후 구동력 지령(TQ3)과 최종 구동력 지령(TQ4)의 차이는 추가 보정량이 된다.
이러한 제2 실시예에서는 TQ4가 최종 구동력 지령이 되며, 상기 최종 구동력 지령(TQ4)이 다음 제어주기에서 제2 필터(22)의 입력인 피드백 구동력(TQ4fb)이 되고, 이는 제2 필터(22)에서 구동력 보정량(TQ')을 결정하는데 사용된다. 즉, 현재 제어주기에서 제2 필터(22)의 입력인 피드백 구동력(TQ4fb)은 직전 제어주기에 결정된 최종 구동력 지령(TQ4)인 것이다.
이러한 제2 실시예에서 구동장치별 구동력 지령을 분배하는 구동력 분배는 보정 후 구동력 지령(TQ3)에 대해 실시되거나 추가 보정 지령이 개입된 최종 구동력 지령(TQ4)에 대해 실시될 수 있다.
만약, 보정 후 구동력 지령(TQ3)에 대해 구동력 분배가 실시되는 경우, 추가 보정 등의 제어 개입은 분배된 구동장치별 구동력 지령에 대해 실시될 수 있고, 이후 전체 구동장치별 구동력 지령을 합산한 값이 최종 구동력 지령(TQ4)이 된다.
두 경우 모두 제어기(20)는 최종 구동력 지령(TQ4)을 알고 있게 되며, 현재 제어주기의 최종 구동력 지령(TQ4)은 다음 제어주기에서 제2 필터(22)의 입력인 피드백 구동력(TQ4fb)으로 사용된다.
도 7을 참조하면, 실시간 차량 운전 정보를 기초로 결정된 요구 구동력 지령(TQ1)에 고유주파수 제거 또는 약화 필터인 제1 필터(21)를 적용하고 있으며, 이와 같이 고유주파수 제거 또는 약화 필터를 적용한 이유는, 요구 구동력 지령(TQ1)의 형상 속에 존재하는 차량 피치 모션의 고유주파수를 가진시킬 수 있는 성분을 제거 혹은 약화시키기 위함이다.
구동력 지령(구동 토크 지령) 속에 차량 피치 모션의 고유주파수 성분이 포함되어 있으면, 그 성분이 차량을 가속시킬 때 차량 피치 모션을 유발하는 주요 원인이 된다. 그러나, 제1 필터(21)를 통해 해당 성분을 제거한다면 피치 모션이 발생하더라도 가진 성분이 없으므로 감쇄될 수 있게 된다.
또한, 도 7을 참조하면, 제1 필터(21)의 출력인 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)을 보정하기 위해 구동력 보정량(TQ3)를 결정하는 과정에서 고유주파수 추출 또는 강화 필터인 제2 필터(22)를 적용하고 있으며, 이와 같이 고유주파수 추출 또는 강화 필터를 적용한 이유는, 이미 차량에 전달되고 있는 차량 피치 모션의 고유주파수 성분을 찾아내기 위함이다.
이러한 차량 피치 모션의 고유주파수 성분이 전달되는 주 원인은 추가 보정 등에 따른 지령 개입 또는 오차 발생 단계에 있으며, 그로 인해 의도되지 않은 차량 피치 모션 가진 성분이 차량에 전달되는바, 이를 실시간으로 추적하기 위해서는 해당 성분을 실제 전달 토크 형상에서 추출해야 하는 것이다. 이에 제2 필터(22)로서 고유주파수 성분을 추출 또는 강화시킬 수 있는 필터가 사용된다.
이렇게 추출된 가진 성분은 실시간으로 필터 적용 후 구동력 지령에서 감하여지는 방식으로 보정이 이루어지고, 이는 현재 발생 중인 지령 개입 또는 오차 발생 단계에 대한 실시간 선 보정 전략으로서 작동하게 된다.
한편, 도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예와 비교예의 구동력 지령을 나타낸 도면으로, 도 8a는 본 발명에서 요구 구동력 지령(TQ1), 및 이 요구 구동력 지령(TQ1)에 고유주파수 제거 또는 약화 필터인 제1 필터(21)를 적용하여 얻은 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)을 예시하고 있다. 이 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)이 가장 이상적인(ideal) 구동력 지령이다.
도 8b는 비교예를 나타낸 도면으로, 요구 구동력 지령(TQ1), 이 요구 구동력 지령(T1)에 고유주파수 추출 또는 강화 필터인 제2 필터(22)를 적용하여 얻은 구동력 보정량(TQ'), 이 구동력 보정량(TQ')을 이용하여 요구 구동력 지령(TQ1)을 보정한 보정 후 구동력 지령(TQ3)을 예시하고 있다.
도 8c는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면으로, 요구 구동력 지령(TQ1), 이 요구 구동력 지령(TQ1)에 고유주파수 제거 또는 약화 필터인 제1 필터(21)를 적용하여 얻은 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2), 이 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)에 고유주파수 추출 또는 강화 필터인 제2 필터(22)를 적용하여 얻은 구동력 보정랑(TQ'), 이 구동력 보정량(TQ')을 이용하여 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)를 보정한 보정 후 구동력 지령(TQ3)를 예시하고 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에서, 도 6 및 도 7에 나타낸 것과 달리, 제1 필터(21)의 출력이면서 이상적인 지령인 직전 제어주기의 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)이, 상기 구동력 보정량(TQ')을 결정하는 현재 제어주기의 제2 필터(22)의 입력으로서 사용될 수도 있다.
즉, 구동력 보정량(TQ')을 결정하는 제2 필터(22)의 입력인 피드백 구동력(TQfb)으로서 직전 제어주기의 필터 적용 후 구동력 지령이 사용될 수도 있는 것이다. 그 밖에 현재 제어주기의 피드백 구동력(TQfb)으로서 직전 제어주기의 보정 후 구동력 지령(TQ3)이, 제2 필터(22)의 입력인 피드백 제동력(TQfb)으로서 구동력 보정량(TQ')을 결정하는데 사용될 수도 있다.
도 8d는 본 발명에서 도 7에서의 요구 구동력 지령(TQ1), 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2), 최종 구동력 지령(TQ4)를 예시하고 있으며, 도 8e는 본 발명의 실시예로서 도 7에서의 요구 구동력 지령(TQ1), 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2), 보정 후 구동력 지령(TQ3), 최종 구동력 지령(TQ4) 및 구동력 보정량(TQ')을 예시하고 있다. 이상적인 구동력 지령인 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)의 값에 더 근사한 구동력 지령일수록 더 바람직한 구동력 지령이라 할 수 있다.
다음으로, 도 9는 본 발명의 실시예와 비교예의 구동력 지령 사용시 피치각속도 상태를 나타낸 도면이다. 하기 표 1은 각 사용 지령에 따른 피치각속도 편차와 개선치를 나타낸 것이다.
하기 표 1에서 사용 지령은 구동장치를 제어하기 위해 사용되는 최종 지령이며, 피치각속도 편차는 피치각속도(deg/s)의 최대값과 최저값의 차이이다. 또한, 개선치는 Case 1의 피치각속도 편차를 기준으로 각 Case의 피치각속도 편차가 Case 1 대비 개선된(감소된) 비율을 나타낸다.
가감속시 피치각속도(deg/s)의 편차는 하중 이동으로 인한 접지력 변화폭과 관계가 깊으며, 상기 피치각속도의 편차가 작을수록 슬립 제어 및 승차감 확보가 용이해진다. 이에 시뮬레이션을 통해 제어 적용 사례별 피치각속도의 편차를 도 9 및 하기 표 1과 같이 비교하였다.
사용 지령은 구동장치의 구동력 제어를 위해 최종 구동력 지령으로 사용된 것으로, Case 1과 Case 2는 각각 요구 구동력 지령(TQ1)과 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)를 사용하여 구동장치(30)를 제어한 것이다.
Case 3은, 고유주파수 제거 또는 약화 필터인 제1 필터(21)의 사용 없이, 직전 제어주기의 사용 지령인 TQ3에 고유주파수 추출 또는 강화 필터인 제2필터(22)를 적용하여 구동력 보정량을 얻어지면(TQ3→TQ'), 상기 얻어진 구동력 보정량(TQ')을 이용하여 현재 제어주기의 요구 구동력 지령(TQ1)을 보정하고(TQ1→TQ3, TQ1-TQ'=TQ3), 이렇게 보정된 보정 후 구동력 지령(TQ3)을 사용하여 구동장치(30)를 제어한 것이다.
Case 4는 요구 구동력 지령(TQ1)에 고유주파수 제거 또는 약화 필터인 제1 필터(21)를 적용하여 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)이 얻어지면, 이 필터 적용 후 구동력 지령에 대한 보정 없이, 상기 필터 적용 후 구동력 지령(TQ2)의 추가 보정이 이루어지도록 한 후(TQ2→TQ4), 추가 보정이 이루어진 최종 구동력 지령(TQ4)를 사용하여 구동장치(30)를 제어한 것이다.
Case 5는 본 발명에 따른 실시예로서 도 7에 나타낸 과정(제1 필터 및 제2 필터의 중첩 적용)을 모두 거친 최종 구동력 지령(TQ4)을 사용하여 구동장치(30)를 제어한 결과이다. 개선치는 Case5의 경우에서 가장 큰 값을 나타내었다.
다음으로, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 구동력 제어의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 차량 현가 피치 모션(피치 거동)의 고유주파수 특성을 고려하여, 해당 고유주파수 성분을 구동력 지령에서 제거 내지 감소시키는 필터를 이용한 구동력 지령 보정 및 보정 후 구동력 지령에 따른 구동력 제어가 실시되면, 휠 슬립 발생 전에 구동력 저감 제어를 실시할 수 있다.
다음으로, 도 11에 나타낸 바와 같이, 차량 현가 피치 모션의 고유 주파수 특성을 고려하여, 해당 고유주파수 성분을 구동력 지령에서 제거 내지 감소시키는 필터를 이용한 구동력 지령 보정 및 보정 후 구동력 지령에 따른 구동력 제어가 실시되면, 차량의 과도한 현가 피치 모션을 감쇄할 수 있게 된다. 즉, 기존 구동력 지령에 따른 구동력 제어에 비해 노즈업(스쿼트) 현상의 감쇄 효과를 얻을 수 있게 된다.
결국, 본 발명의 구동력 제어 방법에 의하면, 차량의 하드웨어 변경이나 원가 상승 요인 없이 소프트웨어적인 방법 적용만으로 효과적인 휠 슬립 방지가 가능해지고, 휠 슬립 방지를 통한 타이어 내구성 증대를 달성할 수 있게 된다. 또한, 현가 피치 모션 한계 접지력의 최대 이용을 통한 차량 가속 성능 향상, 현가 피치 모션 감쇄로 인한 승차감 개선의 효과 등을 얻을 수 있게 된다.
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 : 제어기
30 : 구동장치
40 : 감속기(또는 변속기)
50 : 구동륜

Claims (19)

  1. 현가장치의 특성에 따른 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 결정되는 단계;
    상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거 또는 감소시키는 제1 필터, 및 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 추출 또는 증가시키는 제2 필터가 차량의 제어기에 제공되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 요구 구동력 지령이 결정되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 결정된 요구 구동력 지령을 입력으로 하는 상기 제1 필터에 의한 처리 과정을 통해 필터 적용 후 구동력 지령이 결정되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력을 입력으로 하는 상기 제2 필터에 의한 처리 과정을 통해 구동력 보정량이 결정되는 단계; 및
    상기 제어기에 의해, 상기 필터 적용 후 구동력 지령이 상기 구동력 보정량에 의해 보정되고, 상기 보정 후 구동력 지령을 이용하여 차량의 구동장치에 의해 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계를 포함하는 차량의 구동력 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    차량 운전 상태를 나타내는 변수를 입력으로 하여 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보를 결정 및 출력하도록 모델링된 전달함수가 구축되는 단계를 더 포함하고,
    상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 상기 구축된 전달함수가 가지는 고유주파수로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보는,
    상기 차량 운전 상태에서의 전륜 현가장치 및 후륜 현가장치의 인장 또는 수축으로 인한 차량 종방향 기울기를 나타내는 현가 피치각이거나 타이어 수직하중인 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 필터는,
    상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수에 해당하는 컷-오프 주파수를 가지는 로우 패스 필터와 하이 패스 필터; 그리고
    상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수에 해당하는 센터 주파수를 가지는 노치 필터 중에 선택된 것임을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 로우 패스 필터는 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 고유주파수와 같거나 필터의 고유주파수보다 높게 설정되고,
    상기 하이 패스 필터는 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 고유주파수와 같거나 필터의 고유주파수보다 낮게 설정되며,
    상기 노치 필터는 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 저지 대역폭 내에 존재하는 것임을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 필터는,
    상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수에 해당하는 컷-오프 주파수를 가지는 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터, 그리고
    상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수에 해당하는 센터 주파수를 가지는 밴드 패스 필터 중에 선택된 것임을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 로우 패스 필터는 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 고유주파수와 같거나 필터의 고유주파수보다 낮게 설정되고,
    상기 하이 패스 필터는 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 고유주파수와 같거나 필터의 고유주파수보다 높게 설정되며,
    상기 밴드 패스 필터는 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 필터의 패스 밴드 내에 존재하는 것임을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 필터는 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 추출 또는 증가시키는 복수 개의 필터가 병렬로 연결된 구성을 가지며,
    상기 제어기는,
    상기 병렬로 연결된 각 필터의 출력인 구동력 보정량에 각각 미리 설정된 게인 값을 적용한 후 합산한 값을 상기 필터 적용 후 구동력 지령을 보정하기 위한 구동력 보정량으로 사용하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    직전 제어주기의 상기 필터 적용 후 구동력 지령이,
    상기 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력으로서 현재 제어주기의 상기 제2 필터의 입력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    직전 제어주기의 상기 보정 후 구동력 지령이,
    상기 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력으로서 현재 제어주기의 상기 제2 필터의 입력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계에서, 상기 보정 후 구동력 지령에 따라 상기 구동장치의 작동이 제어되고,
    상기 구동력 보정량이 결정되는 단계에서, 상기 구동장치에 의해 구동륜에 실제 인가되는 최종 구동력의 실시간 센서 검출치 또는 추정치가,
    상기 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력으로서 상기 제2 필터의 입력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계에서, 상기 보정 후 구동력 지령에 대해 미리 정해진 제어로직에 따라 추가 보정이 실시되고, 상기 추가 보정된 최종 구동력 지령에 따라 상기 구동장치의 작동이 제어되고,
    상기 구동력 보정량이 결정되는 단계에서, 직전 제어주기의 상기 추가 보정된 최종 구동력 지령이,
    상기 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력으로서 현재 제어주기의 상기 제2 필터의 입력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  13. 현가장치의 특성에 따른 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 결정되는 단계;
    상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 제거 또는 감소시키는 제1 전달함수 모델, 및 상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수 성분을 추출 또는 증가시키는 제2 전달함수 모델이 차량의 제어기에 제공되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 차량 주행 중 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 요구 구동력 지령이 결정되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 결정된 요구 구동력 지령을 입력으로 하는 상기 제1 전달함수 모델에 의한 처리 과정을 통해 전달함수 모델 적용 후 구동력 지령이 결정되는 단계;
    상기 제어기에 의해, 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력을 입력으로 하는 상기 제2 전달함수 모델에 의한 처리 과정을 통해 구동력 보정량이 결정되는 단계; 및
    상기 제어기에 의해, 상기 전달함수 모델 적용 후 구동력 지령이 상기 구동력 보정량에 의해 보정되고, 상기 보정 후 구동력 지령을 이용하여 차량의 구동장치에 의해 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계를 포함하는 차량의 구동력 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    차량 운전 상태를 나타내는 변수를 입력으로 하여 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보를 결정 및 출력하도록 모델링된 전달함수가 구축되는 단계를 더 포함하고,
    상기 차량 현가 피치 모션의 고유주파수가 상기 구축된 전달함수가 가지는 고유주파수로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 차량의 현가 피치 모션에 관한 상태 정보는,
    상기 차량 운전 상태에서의 전륜 현가장치 및 후륜 현가장치의 인장 또는 수축으로 인한 차량 종방향 기울기를 나타내는 현가 피치각이거나 타이어 수직하중인 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    직전 제어주기의 상기 전달함수 모델 적용 후 구동력 지령이,
    상기 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력으로서 현재 제어주기의 상기 제2 전달함수 모델의 입력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    직전 제어주기의 상기 보정 후 구동력 지령이,
    상기 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력으로서 현재 제어주기의 상기 제2 전달함수 모델의 입력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계에서, 상기 보정 후 구동력 지령에 따라 상기 구동장치의 작동이 제어되고,
    상기 구동력 보정량이 결정되는 단계에서, 상기 구동장치에 의해 구동륜에 실제 인가되는 최종 구동력의 실시간 센서 검출치 또는 추정치가,
    상기 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력으로서 상기 제2 전달함수 모델의 입력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 구동륜에 인가되는 구동력이 제어되는 단계에서, 상기 보정 후 구동력 지령에 대해 미리 정해진 제어로직에 따라 추가 보정이 실시되고, 상기 추가 보정된 최종 구동력 지령에 따라 상기 구동장치의 작동이 제어되며,
    상기 구동력 보정량이 결정되는 단계에서, 직전 제어주기의 상기 추가 보정된 최종 구동력 지령이,
    상기 차량 구동력의 피드백 값인 피드백 구동력으로서 현재 제어주기의 상기 제2 전달함수 모델의 입력으로 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
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