KR20240078450A - 드리프트 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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박재일
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Abstract

본 발명은 드리프트 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 장치는 센서부, 프로세서 및 구동 장치를 포함할 수 있다. 센서부는 차량의 주행 상태 정보를 획득할 수 있다. 프로세서는 주행 상태 정보를 바탕으로 차량의 드리프트 상태를 판단하고, 드리프트 상태를 감지한 것에 대응하여 제어신호를 생성하며, 드리프트 상태에서 차량의 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하고, 수직하중 편차에 비례하는 제어량을 계산할 수 있다. 구동 장치는 제어신호에 응답하여, 제어량을 바탕으로 차륜들의 구동력을 제어할 수 있다.

Description

드리프트 제어 장치 및 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING DRIFT OF A VEHICLE, AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 드리프트 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 드리프트 상태에서 차륜들의 구동력을 조절하는 기술에 관한 것이다.
최근 운전의 즐거움을 느끼고자 하는 운전자들이 많아지면서 고성능 차량의 수요도 증가하고 있으며, 서킷 등을 주행하는 운전자들도 증가하고 있는 추세이다. 대표적으로 서킷 등을 주행하는 경우와 같이 일반 주행영역을 넘어서 한계 핸들링을 필요로 하는 상황에서 발생하는 오버스티어 현상을 의도적으로 일으키고, 오버스티어 현상에서 차량을 구동하는 드리프트(Drift)를 즐기는 운전자들이 증가하고 있다.
드리프트 상태에서는 운전의 조작이 어렵기 때문에 안전사고가 발생할 가능성이 높을 수 있다.
또한 특정 구동 모드에서는 드리프트 상태에서 구동 모터의 채터링(chattering) 현상이 발생하기도 하여, 운전자가 조작감을 불편하게 느낄 수 있다.
본 발명은 드리프트 성능을 개선하여 운전의 조작을 보다 수월하게 할 수 있는 드리프트 제어 장치 및 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 구동 모터의 채터링 현상이 발생하는 것을 개선할 수 있는 드리프트 제어 장치 및 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 운전자가 느낄 수 있는 불편한 조작감을 개선하면서, 드리프트 종료 상태에서 운전 조작의 이질감을 개선하기 위한 드리프트 제어 장치 및 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 장치는 센서부, 프로세서 및 구동 장치를 포함할 수 있다. 센서부는 차량의 주행 상태 정보를 획득할 수 있다. 프로세서는 주행 상태 정보를 바탕으로 차량의 드리프트 상태를 판단하고, 드리프트 상태를 감지한 것에 대응하여 제어신호를 생성하며, 드리프트 상태에서 차량의 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하고, 수직하중 편차에 비례하는 제어량을 계산할 수 있다. 구동 장치는 제어신호에 응답하여, 제어량을 바탕으로 차륜들의 구동력을 제어할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 상기 차량의 조향각과 요레이트의 방향성이 동일한 상태로부터 서로 반대 방향인 제1 조건을 만족하는 타이밍에서 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 상기 요레이트가 제1 임계값 이상이고, 횡슬립각이 제2 임계값 이상인 제2 조건에 해당할 경우, 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 가속 페달 신호가 제3 임계값 이상이고, 브레이크 페달 신호가 제4 임계값 미만인 제3 조건에 해당하는 경우, 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 상기 제1 조건 내지 제3 조건들 중에서 적어도 어느 하나의 조건이 만족되지 않은 경우, 상기 제어신호의 출력을 중지할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 종가속도 및 횡가속도를 바탕으로 적어도 한 쌍의 내륜 및 외륜들 각각의 수직하중을 계산할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 구동륜의 내륜과 구동륜의 외륜 간의 수직하중 편차를 계산할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 상기 차량의 질량 및 차속에 비례하여 상기 제어량의 크기를 크게 계산할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 상기 드리프트 상태에서, 상기 차량의 선회 방향의 외륜들에 상기 제어량에 비례하는 구동력을 전달할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프로세서는 상기 드리프트 상태가 아닌 경우, 상기 내륜과 외륜 간의 휠속 차이를 줄이도록 상기 차륜들의 구동력을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 방법은 차량의 주행 상태 정보를 바탕으로 상기 차량의 드리프트 상태를 판단하고 상기 드리프트 상태를 감지한 것에 대응하여 제어신호를 생성하는 단계, 상기 제어신호에 응답하여, 상기 차량의 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하는 단계, 상기 수직하중 편차에 비례하는 제어량을 계산하는 단계, 및 상기 제어량을 바탕으로 차량의 구동력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제어신호를 생성하는 단계는 상기 차량의 조향각과 요레이트의 방향성이 동일한 상태로부터 서로 반대 방향인 제1 조건을 만족하는 타이밍에서 상기 제어신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제어신호를 생성하는 단계는 상기 요레이트가 제1 임계값 이상이고, 횡슬립각이 제2 임계값 이상인 제2 조건에 해당하는지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제어신호를 생성하는 단계는 가속 페달 신호가 제3 임계값 이상이고, 브레이크 페달 신호가 제4 임계값 미만인 제3 조건에 해당하는지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제어신호를 생성하는 단계는 상기 제1 조건 내지 제3 조건들 중에서 적어도 어느 하나의 조건이 만족되지 않은 경우, 상기 제어신호의 출력을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 수직하중 편차를 계산하는 단계는 종가속도 및 횡가속도를 바탕으로 적어도 한 쌍의 내륜 및 외륜들 각각의 수직하중을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 수직하중 편차를 계산하는 단계는 구동륜의 내륜과 구동륜의 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제어량을 계산하는 단계는 상기 차량의 질량 및 차속에 비례하여 상기 제어량의 크기를 크게 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 차륜들의 구동력을 제어하는 단계는 상기 드리프트 상태에서, 상기 차량의 선회 방향의 외륜들에 상기 제어량에 비례하는 구동력을 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 차륜들의 구동력을 제어하는 단계는 상기 드리프트 상태가 아닌 경우, 상기 내륜과 외륜 간의 휠속 차이를 줄이도록 상기 차륜들의 구동력을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 드리프트 상태에서 수직하중이 일반적인 상태와는 다른 것을 보완할 수 있기 때문에, 조향각이 아닌 실제 차량의 주행을 고려하여 구동력을 분배함으로써, 드리프트 상태에서 운전 조작을 보다 수월하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 휠속 변화를 직접적으로 고려하지 않기 때문에, 구동 모터 토크 변화량의 채터링 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 드리프트 상태와 노멀 구동 간의 구동 모터 토크 변화의 이질감을 줄임으로써, 드리프트 상태가 해제되는 순간의 운전 조작의 이질감을 개선할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 드리프트 상태를 설명하는 도면이다.
도 4은 차량의 수직하중과 관련된 인자들을 설명하는 도면이다.
도 5는 드리프트 상태를 확인하는 다른 실시 예를 설명하는 순서도이다.
도 6 및 도 7은 드리프트 진입 시의 조향각과 요레이트를 설명하는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 드리프트 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 의한 제어 블록을 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11 드리프트 제어량을 이용한 구동력 제어의 효과를 설명하는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 실시 예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 드리프트 제어 장치는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 드리프트 제어 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 장치(100)는 센서부(10), 프로세서(20), 및 메모리(30)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 장치(100)는 구동륜(60)을 동작시키는 구동 장치(50)를 제어하기 위한 것으로, 특히 드리프트 상태에서 구동 장치(50)를 제어하는 것일 수 있다. 구동 장치(50)는 구동륜(60)에 구동력을 제공하기 위한 것으로, 전기 자동차의 구동 모터일 수 있다.
센서부(10)는 운전 조작 장치에 의해서 제어되는 차량의 주행 상태를 판단하기 위한 것이다. 운전 조작 장치는 운전을 위한 사용자 입력을 수신하기 위한 것으로, 스티어링 휠과 같은 조향 입력 장치, 가속 페달 및 브레이크 페달 등을 포함할 수 있다.
센서부(10)는 조향각 센서(11), 가속페달 위치 센서(Accelerator Position Sensor, 이하, APS)(12), 브레이크 페달 위치 센서(Brake Pedal Sensor, 이하 BPS)(13), 요레이트 센서(14), 횡가속도 센서(15), 종가속도 센서(16), 및 휠속 센서(17) 및 토크센서(18)를 포함할 수 있다.
조향각 센서(11)는 조향휠의 각속도를 검출하는 것으로, 스티어링 휠의 조향 속도, 조향 방향, 및 조향각을 검출할 수 있다. 조향각 센서(11)는 조향휠 내부에 위치한 복수의 광소자와 플레이트를 포함할 수 있고, 스티어링휠의 회전에 따라 광소자의 빛이 통과되거나 차단되는 것에 의한 전압 변화를 바탕으로 스티어링 휠의 조향각을 검출할 수 있다.
APS(12)는 가속페달의 움직임이 검출되었을 때 온(on)되는 스위치와 가속페달의 움직임과 연동되어 그 저항값이 변화하는 저항센서를 포함할 수 있다.
BPS(13)는 브레이크페달의 움직임이 검출되었을 때 온(on)되는 스위치와 브레이크페달의 움직임과 연동되어 그 저항값이 변화하는 저항센서를 포함할 수 있다.
요레이트 센서(14)는 차량이 z축 방향으로 회전하는 정도를 검출하기 위한 것으로, 요레이트 센서(14) 내부의 플레이트 포크가 진동 변화를 야기하는 것을 바탕으로 차량의 요(yaw) 모먼트를 감지할 수 있다.
횡가속도 센서(15)는 차량의 횡가속도를 검출하기 위한 것으로, 요레이트 센서(14)와 일체형으로 구현될 수 있다.
종가속도 센서(16)는 차량의 종가속도를 검출하기 위한 것으로, 차륜(휠)의 일정 영역에 장착될 수 있다.
휠속 센서(17)는 휠에 부착되어 회전속도를 검출하고, 휠의 회전속도를 바탕으로 차속을 획득할 수 있다.
토크 센서(18)는 구동 장치(50)의 토크값을 검출할 수 있다. 본 발명의 실시 예가 전기 자동차에 적용될 경우 구동 장치(50)는 구동 모터일 수 있다.
프로세서(20)는 센서부(10)가 획득한 차량의 상태 정보를 바탕으로 드리프트를 판단할 수 있다. 그리고, 프로세서(20)는 차량이 드리프트 상태라고 판단한 것을 바탕으로, 수직하중 편차를 계산할 수 있다. 또한, 프로세서(20)는 수직하중 편차를 바탕으로 드리프트 제어량을 산출하고, 드리프트 제어량을 바탕으로 차량의 구동을 제어할 수 있다.
프로세서(20)는 주행 상태 정보를 바탕으로 차량의 드리프트 상태를 판단할 수 있다. 또한, 프로세서(20)는 드리프트 상태를 감지한 것에 대응하여 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 프로세서(20)는 드리프트 상태에서 차량의 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하고, 수직하중 편차에 비례하는 제어량을 계산할 수 있다. 또한, 프로세서(20)는 제어량을 바탕으로 구동 장치를 제어할 수 있다.
프로세서(20)는 조향각과 요레이트의 방향성이 달라지는 특성을 바탕으로 드리프트 상태를 판단할 수 있다. 또한, 프로세서(20)는 요레이트의 크기, 횡슬립각의 크기, 가속 페달 신호의 크기, 및 브레이크 페달 신호를 바탕으로 드리프트 상태를 판단할 수 있다.
메모리(30)는 센서부(10)가 획득한 정보를 저장할 수 있고, 프로세서(20)가 드리프트 제어 과정에서 이용하는 특정 알고리즘을 저장할 수 있다. 메모리(30)는 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), DRAM(Dynamic Random Access Memory), SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDR-SDRAM(Double Date Rate-SDRAM) 등으로 구현될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 방법을 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 이하, 도 2의 도시된 절차들은 도 1의 드리프트 제어 장치(100)에 의해서 수행되는 실시 예를 중심으로 설명하기로 한다.
S210에서, 프로세서(20)는 차량의 주행 상태 정보를 바탕으로, 드리프트 상태를 판단할 수 있다.
도 3은 드리프트 상태를 설명하는 도면이다. 도 3은 후륜 구동의 차량을 바탕으로 드리프트를 설명하고 있다.
도 3을 참조하면, 우측 방향으로 선회하는 코너에 진입하는 순간 차량(VEH)의 스티어링 휠은 우측으로 회전되어, 전륜들(FL, FR)은 우측 방향으로 일정 각도로 회전할 수 있다. 제1 타이밍(t1)에서와 같이, 전륜들(FL, FR)이 회전할 때, 차량의 속도가 지나치게 높다면 후륜들은 지면에 대한 접지력을 상실하면서 코너의 안쪽을 향해서 과도하게 진입하는 오버스티어(Oversteer) 현상이 발생할 수 있다.
이후, 제2 타이밍(t2)에서와 같이, 운전자가 차량이 선회하려는 방향과는 반대 방향으로 카운터 스티어링(conter steering)을 조작하면, 차량(VEH)의 급격한 회전이 방지되면서 조향각의 반대 방향을 향해서 차량이 주행할 수 있다.
본 명세서는 차량의 후륜에서 접지력이 상실되어 오버스티어 현상이 발생한 상태에서, 운전자가 카운터 스티어링(conter steering)을 발생시킨 상태를 드리프트 상태로 판단할 수 있다.
이를 위해서, 프로세서(20)는 차량(VEH)의 조향각과 요레이트의 방향성을 확인할 수 있고, 조향각과 요레이트의 방향이 반대일 경우, 드리프트 상태인 것으로 판단할 수 있다.
S220에서, 프로세서(20)는 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산할 수 있다.
내륜은 차량의 선회 방향에 위치한 바퀴를 의미할 수 있고, 외륜은 차량의 선회 방향과 반대에 위치한 바퀴를 의미할 수 있다.
프로세서(20)는 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하기 위해서, 내륜의 수직하중과 외륜의 수직하중을 각각 계산할 수 있다. 수직하중을 계산하는 방법은 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에 의한, 수직하중을 산출하는 방법을 [수학식 1] 및 도 4를 바탕으로 설명하면 다음과 같다.
도 4은 차량의 수직하중과 관련된 인자들을 설명하는 도면이다. [수학식 1]은 차량의 각 타이어들의 수직하중을 구하는 계산식을 표현하고 있다.
[수학식 1]
[수학식 1] 및 도 4에 도시된 각 인자들은 다음과 같다.
질량(m)은 차량의 무게를 지칭할 수 있다. 차량 휠베이스(l)는 차량의 전륜축과 후륜축 간의 거리를 의미할 수 있다. 전륜 거리(lf)는 차량의 무게 중심(Center of Gravivty; CG)에서 전륜축까지의 거리를 의미할 수 있다. 후륜 거리(lr)는 차량의 무게 중심에서 후륜축까지의 거리를 의미할 수 있다. 차고(h)는 차량의 무게 중심에서 차체의 높이를 의미할 수 있다. g는 중력가속도를 의미할 수 있다. "tf"는 전륜축의 좌우 바퀴 거리를 의미할 수 있다. "tr"은 후륜축으 좌우 바퀴 거리를 의미할 수 있다. "ax"는 차량의 종가속도를 의미할 수 있다. ay는 차량 횡가속도를 의미할 수 있다. "FzFL/FzFR/FzRL/FzRR"들은 차량의 타이어에 가해지는 수직 하중을 의미할 수 있다. "FzFL"은 전륜 좌측 타이어의 수직하중을 의미할 수 있고, "FzFR"은 전륜 우측 타이어의 수직 하중을 의미할 수 있으며, "FzRL"은 후륜 좌측 타이어의 수직 하중을 의미할 수 있고, "FzRR"은 후륜 우측 타이어의 수직 하중을 의미할 수 있다.
프로세서(20)는 [수학식 1]을 바탕으로 타이어의 수직하중을 계산할 수 있다. [수학식 1]에서, 질량(m), 전륜 거리(lf), 후륜 거리(lr), 차고(h), 좌우 바퀴 간의 거리들은 고정된 상수일 수 있다. 따라서, 프로세서(20)는 차량의 종가속도(ax) 및 횡가속도(ay)를 바탕으로 타이어의 수직하중을 계산할 수 있다.
S230에서, 프로세서(20)는 수직하중 편차를 바탕으로, 드리프트 제어량을 산출할 수 있다.
드리프트 제어량은 수직하중 편차에 비례하는 크기로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 프로세서(20)는 내륜과 외륜의 크기에 비례하도록 드리프트 제어량을 계산할 수 있다.
또한, 프로세서(20)는 차속에 비례하도록 드리프트 제어량을 계산할 수 있다.
또한, 프로세서(20)는 질량에 비례하도록 드리프트 제어량을 계산할 수 있다.
결과적으로, 프로세서(20)는 다음의 [수학식 2]과 같이 드리프트 제어량(Tdrift_Ctrl)을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Tdrift_Ctrl={k×(Fz_RL-Fz_RR)}×{K2×M}×{K3×vx}
이하, 도 2에 도시된 각각의 절차에 대해서 보다 세부적인 기술적 특징을 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 드리프트 상태를 확인하는 다른 실시 예를 설명하는 순서도이다.
도 5를 참조하여, 다른 실시 예에 의한 드리프트 상태를 확인하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.
S510에서, 프로세서(20)는 조향각과 요레이트가 반대 방향인지를 확인할 수 있다. 이를 도 6 및 도 7을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 6 및 도 7은 드리프트 진입 시의 조향각과 요레이트를 설명하는 도면이다.
드리프트 상태에 진입하기 이전에는 차량의 선회 방향을 따라서 조향각과 요레이트의 방향이 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 6에서와 같이, 차량이 좌측으로 선회할 경우, 조향각과 요레이트는 좌측 방향을 나타낼 수 있다.
타이어들의 수직하중은 선회하는 방향의 반대 방향에 해당하는 외륜에 더 크게 작용할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서와 같이, 차량이 좌측으로 선회할 경우, 우측 후륜의 수직하중은 좌측 후륜의 수직하중 보다 큰 상태일 수 있다.
하지만, 도 7에서와 같이 드리프트 상태일 경우, 조향각은 카운터 스티어링에 의해서 오버스티어가 발생한 상태와는 반대 방향을 나타낼 수 있다. 또한, 드리프트 상태에서 차량의 슬립 현상으로 인해서 요레이트는 조향각과 상관없이 오버스티어 상태와 동일한 방향을 유지할 수 있다. 즉, 도 7에서와 같이, 드리프트를 위해서 스티어링을 우측으로 회전한 경우에도, 요레이트는 좌측 방향을 나타낼 수 있다.
또한, 드리프트 상태에서 타이어의 수직하중은 일반적인 선회 상태와는 관계없이 나타날 수 있다. 예를 들어, 도 7에서와 같이, 드리프트 상태에서, 수직하중은 선회 방향에 따라 차량의 외륜에 해당하는 우측 후륜에 더 큰 힘이 가해질 수 있지만, 우측 후륜은 오른쪽 방향인 조향각과 동일한 방향에 해당한다. 즉, 일반적인 주행 상태에서는 조향각의 반대 방향인 외륜에 해당하는 수직하중이 더 크게 가해지지만, 드리프트 상태에서는 조향각 방향의 타이어에 수직하중이 더 크게 가해질 수 있다.
본 발명의 실시 예는 후술하는 절차들을 통해서, 드리프트 상태에서 수직하중의 편차가 일반적인 주행 상태와는 다르게 나타나는 것을 보상할 수 있다.
S520에서, 프로세서(20)는 요레이트가 제1 임계값 이상이고, 횡슬립각이 제2 임계값 이상인지를 확인할 수 있다.
드리프트 상태는 오버스티어를 전제로 하고 있기 때문에, 요레이트가 일반적인 선회 운동에 대비하여 높은 수치를 나타낼 수 있다. 따라서, 프로세서(20)는 요레이트 센서(14)로부터 획득한 요레이트가 제1 임계값 이상인지를 확인한 것을 전제로 드리프트 상태를 판단할 수 있다.
마찬가지로, 드리프트 진입시에는 횡슬립각이 비교적 큰 값을 나타낼 수 있다. 따라서, 프로세서(20)는 횡슬립각을 계산하고, 횡슬립각이 제2 임계값 이상인지를 바탕으로, 드리프트 상태를 판단할 수 있다.
프로세서(20)는 다음과 같은 [수학식 3]을 바탕으로 횡슬립각을 계산할 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 3]에서, A y 는 횡가속도를 지칭할 수 있고, v x 는 차속을 지칭할 수 있고, g는 요레이트를 지칭할 수 있다. 즉, 프로세서(20)는 차속에 대비한 횡가속도와 요레이트 간의 편차를 적분하여 횡슬립각을 계산할 수 있다.
S530에서, 프로세서(20)는 APS 신호가 제3 임계값 이상인지를 판단할 수 있다.
드리프트 상태는 오버스티어링 상태에서 운전자의 의도적인 운행 조작을 포함할 수 있고, 운전자의 의도적인 운행 조작 중에 하나가 가속 페달을 조작하는 행위일 수 있다. 따라서, 프로세서(20)는 가속 페달에 가해지는 힘을 판단하고, APS 신호가 미리 설정된 제3 임계값 이상인 조건을 드리프트 상태를 판단하기 위한 조건으로 이용할 수 있다.
S540에서, 프로세서(20)는 BPS 신호가 제4 임계값 이상인지를 판단할 수 있다.
드리프트 상태는 운전자의 의도적인 운행 조작을 포함하며, 운전자는 오버스티어링 상태를 이용하여 주행을 계속하려는 의도를 포함할 수 있다. 따라서, 운전자는 드리프트 상태를 위해서 브레이크 페달을 조작하지 않을 수 있다. 프로세서(20)는 브페이크 페달에 가해지는 힘을 판단하고, BPS 신호가 미리 설정된 제4 임계값 이상인 조건을 드리프트 상태를 판단하기 위한 조건으로 이용할 수 있다.
프로세서(20)는 S510, S520, S530, S540 절차들 중에서 어느 하나의 조건이라도 만족하지 않을 경우, 드리프트 상태가 아니라고 판단할 수 있다.
또는, 프로세서(20)는 S520 내지 S540의 절차들 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 조건을 이용하여 드리프트 상태를 판단할 수도 있다.
또는, 드리프트 상태를 판단하기 위한 알고리즘을 간소화하기 위해서 S410 절차만을 이용하여 드리프트 상태를 판단할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 드리프트 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 의한 드리프트 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다.
S801에서, 프로세서(20)는 차량 상태를 판단할 수 있다. 프로세서(20)는 센서부(10)로부터 획득하는 차량 상태 정보들을 바탕으로, 차량 상태를 판단할 수 있다.
이를 위해서, 프로세서(20)는 센서부(10)로부터 조향각, APS 신호, BPS 신호, 요레이트, 횡가속도, 종가속도, 휠속 등과 같은 차량 상태 정보를 제공받을 수 있다.
S802에서, 프로세서(20)는 차량 상태 정보들을 바탕으로, 차량이 드리프트 상태인지를 판단할 수 있다.
프로세서(20)는 도 2의 S210에서와 같이, 조향각 및 요레이트를 바탕으로 드리프트 상태를 판단할 수 있다.
또는, 프로세서(20)는 도 4에서와 같이, 조향각 및 요레이트 이외에도, 요레이트의 크기, APS 신호의 크기, BPS 신호의 크기 중에서 적어도 어느 하나의 조건을 바탕으로 드리프트 상태를 판단할 수 있다.
S803에서, 프로세서(20)는 수직하중 편차를 계산할 수 있다.
실시 예에 의하면, 프로세서(20)는 차량 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산할 수 있다. 프로세서(20)는 기상, 노면 특성 등을 고려하여 전륜들 간의 수직하중 편차 또는 후륜들 간의 수직하중 편차를 계산할 수 있다.
또는 실시 예에 의하면, 프로세서(20)는 구동륜의 수직하중 편차를 계산할 수 있다. 프로세서(20)는 드리프트 제어량(Tdrift_Ctrl)을 이용하여 구동 장치(50)의 구동력을 제어하는 위해서, 구동 장치(50)에 구동력을 제공하는 구동륜의 수직하중 편차를 계산할 수 있다. 즉, 후륜구동일 경우, 프로세서(20)는 후륜의 좌측 타이어의 수직하중과 후륜의 우측 타이어의 수직하중 간의 편차를 계산할 수 있다.
S804에서, 프로세서(20)는 드리프트 제어량(Tdrift_Ctrl)을 계산할 수 있다.
프로세서(20)는 전술한 [수학식 2]를 바탕으로 드리프트 제어량(Tdrift_Ctrl)을 계산할 수 있다.
S804단계는 프로세서(20)가 드리프트 제어량(Tdrift_Ctrl)을 바탕으로 차량을 구동하는 절차를 포함할 수 있다.
즉, 프로세서(20)는 외륜에 드리프트 제어량(Tdrift_Ctrl)에 비례하는 구동력을 인가할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(20)는 구동륜 중에서 외륜에 드리프트 제어량(Tdrift_Ctrl)에 비례하도록 휠속을 높일 수 있다. 이를 위해서, 프로세서(20)는 외륜을 구동하는 구동 장치(50)의 토크를 높일 수 있다.
프로세서(20)는 드리프트 제어량(Tdrift_Ctrl)을 바탕으로 차량의 구동력을 제어한 이후, S801절차에서와 같이 차량 상태를 다시 판단할 수 있다.
S805에서, 프로세서(20)는 노멀 구동을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 노멀 구동은 드리프트 상태에서 수직하중의 편차를 바탕으로 드리프트 제어를 수행하는 절차 이외의 구동 방법을 포괄하는 의미일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시 예에 의한 노멀 구동은 차량이 직진을 하는 상태 또는 선회를 하는 상태에 따라 구분될 수 있다.
차량이 직진 상태일 경우, 프로세서(20)는 좌우 구동륜의 휠슬립을 계산하고, 좌우 휠속차를 줄이도록 차량의 구동을 제어할 수 있다.
차량이 선회 상태일 경우, 프로세서(20)는 피드포워드(feedforward) 제어, 피드백(feedback) 제어, APS/BPS 제어, 및 선회 휠슬립 제어 등을 수행할 수 있다.
피드포워드 제어는 요반응성 제어 및 요댐핑 제어를 포함할 수 있다.
피드백 제어는 타겟 요레이트 연산 및 요레이트 에러기반 제어를 포함할 수 있다.
APS/BPS 제어는 가속 페달 게인(gain) 맵과 브레이크 게인(gain) 맵을 바탕으로 수행되는 제어를 포함할 수 있다.
선회 휠슬립 제어는 선회 중 구동륜의 휠슬립을 판단하고, 휠슬립을 줄이도록 구동 장치를 제어하는 방법을 의미할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 의한 제어 블록을 나타내는 도면이다. 도 9에서 제1 연산기(21), 제2 연산기(22), 제4 연산기(24), 제5 연산기(25), 및 제6 연산기(26)는 도 1에 도시된 프로세서(20)에 속하는 구성일 수 있다. 실시 예에 따라, 제3 연산기(23) 또한 프로세서(20)에 속하는 구성일 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 연산기(21)는 좌측 후륜의 수직하중(Fz_RL)과 우측 후륜(Fz_RR)의 수직하중 간의 편차를 계산할 수 있다.
제2 연산기(22)는 수직하중 편차에 제1 파라미터(K1)를 곱할 수 있다. 제1 파라미터(K1)는 미리 설정된 파라미터일 수 있다.
제3 연산기(23)는 구동 장치(50), 예를 들면 구동모터의 토크값(M)에 제2 상수를 곱할 수 있다. 제2 파라미터(K2)는 미리 설정된 파라미터일 수 있다.
제4 연산기(24)는 휠속을 바탕으로, 차속을 획득할 수 있다.
제5 연산기(25)는 차속에 제3 파라미터를 곱할 수 있다.
제6 연산기(26)는 제2 연산기(22), 제3 연산기(23) 및 제5 연산기(25)들로부터 제공받은 데이터들을 모두 곱하여, [수학식 2]에서와 같이 드리프트 제어량을 산출할 수 있다. 그리고, 제6 연산기(26)는 드리프트 제어량을 스위치(27)에 제공할 수 있다.
스위치(27)는 프로세서(20)의 드리프트 상태 판단 결과에 따라 제어량을 출력하거나 노멀 제어를 수행할 수 있다.
도 10 및 도 11을 바탕으로, 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어량을 이용한 구동력 제어의 효과를 살펴보면 다음과 같다.
도 10은 비교 예에 의한 구동력 제어의 실측 결과를 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어에 따른 구동력 제어의 실측 결과를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 비교 예에 의한 구동력 제어 방법은 휠속을 기반으로 차륜들 간의 휠속 차이를 개선하는 노멀 구동 방법을 도시하고 있다.
도 10을 참조하면, 비교 예에 의하면, 드리프트 진입 시기인 구간 A에서, 차륜들 간이 휠속 차이는 큰 차이를 나타내지 않을 수 있다. 하지만, 드리프트 기간에서는 선회 내측의 휠 거동을 보정하기 위해서 조향각 변동 빈도가 높아지는 것을 알 수 있다. 이에 따라서, 드리프트 기간 동안 내륜과 외륜 간의 휠속 편차가 발생할 수 있고, 휠속 편차를 보정하기 위해서 구동 모터의 토크 변화량이 빈번하게 나타내는 채터링 현상이 발생할 수 있다. 이와 같이 구동 모터의 토크 변화량이 매우 급격히 변하는 현상으로 인해서, 운전자는 드리프트 상태에서 운전 조작이 부자연스러운 것을 느낄 수 있고, 드리프트 제어를 해제하는 순간 운전 조작의 이질감을 느낄 수 있다.
이에 반해서, 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 드리프트 제어 방법은 휠속 변화를 직접적으로 고려하지 않기 때문에, 구동 모터 토크 변화량의 채터링 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 수직하중을 차이를 드리프트 제어를 수행하기 때문에, 조향각과 상관없이 차량이 선회하는 방향으로 구동력을 원활하게 제공할 수 있다. 즉, 차량의 외륜에 구동력을 추가적으로 제공함으로써, 보다 원활한 드리프트 제어를 수행할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 12를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 프로세서(1100)는 도 1에 도시된 프로세서(20)의 적어도 일부 기능을 포함할 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 차량의 주행 상태 정보를 획득하는 센서부;
    상기 주행 상태 정보를 바탕으로 상기 차량의 드리프트 상태를 판단하고, 상기 드리프트 상태를 감지한 것에 대응하여 제어신호를 생성하며, 상기 드리프트 상태에서 상기 차량의 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하고, 상기 수직하중 편차에 비례하는 제어량을 계산하는 프로세서; 및
    상기 제어신호에 응답하여, 상기 제어량을 바탕으로 차륜들의 구동력을 제어하는 구동 장치;
    를 포함하는 드리프트 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 차량의 조향각과 요레이트의 방향성이 동일한 상태로부터 서로 반대 방향인 제1 조건을 만족하는 타이밍에서 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 요레이트가 제1 임계값 이상이고, 횡슬립각이 제2 임계값 이상인 제2 조건에 해당할 경우, 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    가속 페달 신호가 제3 임계값 이상이고, 브레이크 페달 신호가 제4 임계값 미만인 제3 조건에 해당하는 경우, 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 조건 내지 제3 조건들 중에서 적어도 어느 하나의 조건이 만족되지 않은 경우, 상기 제어신호의 출력을 중지하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    종가속도 및 횡가속도를 바탕으로 적어도 한 쌍의 내륜 및 외륜들 각각의 수직하중을 계산하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    구동륜의 내륜과 구동륜의 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 차량의 질량 및 차속에 비례하여 상기 제어량의 크기를 크게 계산하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  9. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 드리프트 상태에서, 상기 차량의 선회 방향의 외륜들에 상기 제어량에 비례하는 구동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 드리프트 상태가 아닌 경우, 상기 내륜과 외륜 간의 휠속 차이를 줄이도록 상기 차륜들의 구동력을 제어하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 장치.
  11. 차량의 주행 상태 정보를 바탕으로, 상기 차량의 드리프트 상태를 판단하고, 상기 드리프트 상태를 감지한 것에 대응하여 제어신호를 생성하는 단계;
    상기 제어신호에 응답하여, 상기 차량의 내륜과 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하는 단계;
    상기 수직하중 편차에 비례하는 제어량을 계산하는 단계; 및
    상기 제어량을 바탕으로, 차량의 구동력을 제어하는 단계;
    를 포함하는 드리프트 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어신호를 생성하는 단계는
    상기 차량의 조향각과 요레이트의 방향성이 동일한 상태로부터 서로 반대 방향인 제1 조건을 만족하는 타이밍에서 상기 제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어신호를 생성하는 단계는
    상기 요레이트가 제1 임계값 이상이고, 횡슬립각이 제2 임계값 이상인 제2 조건에 해당하는지를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어신호를 생성하는 단계는
    가속 페달 신호가 제3 임계값 이상이고, 브레이크 페달 신호가 제4 임계값 미만인 제3 조건에 해당하는지를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어신호를 생성하는 단계는
    상기 제1 조건 내지 제3 조건들 중에서 적어도 어느 하나의 조건이 만족되지 않은 경우, 상기 제어신호의 출력을 중지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법. 드리프트 제어 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 수직하중 편차를 계산하는 단계는
    종가속도 및 횡가속도를 바탕으로 적어도 한 쌍의 내륜 및 외륜들 각각의 수직하중을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 수직하중 편차를 계산하는 단계는
    구동륜의 내륜과 구동륜의 외륜 간의 수직하중 편차를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어량을 계산하는 단계는
    상기 차량의 질량 및 차속에 비례하여 상기 제어량의 크기를 크게 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 차륜들의 구동력을 제어하는 단계는
    상기 드리프트 상태에서, 상기 차량의 선회 방향의 외륜들에 상기 제어량에 비례하는 구동력을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 차륜들의 구동력을 제어하는 단계는
    상기 드리프트 상태가 아닌 경우, 상기 내륜과 외륜 간의 휠속 차이를 줄이도록 상기 차륜들의 구동력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드리프트 제어 방법.
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