KR100852370B1 - 차량의 안정성 제어 장치 - Google Patents

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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

운전자의 핸들 조작과는 독립적으로 바퀴를 조향하는 신규의 차량 안정성 제어 장치가 제공되고, 이 경우 선회 상태 파라미터의 목표값이 결정되는 적절한 조향각 파라미터가 선택된다. 이 제어 장치는 운전자의 조작량 및 소정의 조향 특성에 근거한 임시 목표 조향각; 선회 상태 파라미터의 목표값; 및 기준값으로부터 실제 선회 상태 파라미터의 편차의 크기가 기준값 이상일 때, 이 크기 편차를 감소시키는 각 바퀴의 목표 조향각을 계산하고, 이에 의해 목표 조향각에 근거한 조향각을 제어한다. 상기 목표 조향각에 근거한 조향각의 제어가 실행되는 동안, 선회 상태 파라미터의 목표값이 임시 목표 조향각에 근거하여 계산된다.

Description

차량의 안정성 제어 장치{VEHICLE STABILITY CONTROL DEVICE}
본 발명은 자동차와 같은 차량의 거동을 제어 (안정성을 제어) 하는 장치, 보다 구체적으로는 바퀴의 조향각 (steering angle) 을 제어함으로써 차량의 주행 거동을 안정화시키는 제어 장치에 관한 것이다.
차량의 횡방향 제동력 또는 마찰력의 불균형, 타이어 힘 (tire force) 의 포화 (saturation) 에 의한 오버스티어링 (oversteering) 또는 언더스티어링 (understeering) 경향을 억제하는 카운터 요잉 모멘트 (counter yaw moment) 를 발생시켜 요잉 방향으로 차량의 주행 거동을 안정화하는 다양한 개선된 제어 장치가 있어 왔다. 이런 카운터 요잉 모멘트는 일반적으로 차량의 타이어력 분배의 제어에 의해 발생된다. 또한, 운전자의 조향 조작과는 독립적으로 바퀴의 조향을 가능하게 하는 조향 시스템이 장착된 차량에서는, 바퀴의 자동 조향에 의해 카운터 요잉 모멘트가 발생할 수 있다. 자동 조향을 통한 차량의 거동을 안정화하는 제어 장치의 예가 일본특허공개공보 제5-105055호 및 일본특허공보 제2540742호에 개시되어 있으며, 이 문헌에 의하면 차량의 좌우측 바퀴 사이의 제동력의 불균형에 의한 요잉 모멘트에 대한 카운터 요잉 레이트를 발생시켜, 차량의 직선 안정성이 확보되도록 바퀴의 조향각이 제어된다.
위에서 설명한 것처럼, 차량 거동의 악화 정도 즉, 오버스티어링 및 언더스티어링 경향은 요잉 레이트와 같은 선회 상태 (turning state) 를 나타내는 파라미터의 실제값 또는 측정값을 조향각 및 차량 속도와 같은 작동 파라미터로 결정되는 대응 목표치와 비교함으로써 관측된다. 그 후, 카운터 요잉 모멘트는 각 바퀴의 제동력 및/또는 조향각을 조정하여 선회 상태 파라미터의 실제값 및 목표값 사이의 차이를 감소시키도록 발생한다.
위에서 설명한 제어방법에 있어서, 안정성 제어를 위한 자동 조향의 수행은 운전자의 조향 조작 (운전자가 조작한 스티어링 휠의 조향각) 에서 결정된 실제 조향각을 변화시킨다. 차량 거동의 안정화를 위해 큰 요잉 모멘트가 요구되는 가혹한 조건하에서, 실제 조향각의 크기 뿐만 아니라 방향도 운전자의 조향 조작에서 결정된 것으로부터 변화될 수 있다. 그러나, 이 사실은 위에서 설명한 종래의 제어 장치에서는 고려되지 않았다. 이 장치에서는, 실제 조향각은 항상 선회 상태 파라미터의 목표값을 결정하는데 사용되어, 만약 실제 조향각이 자동 조향 제어에 의해 변화된다면, 차량의 결과적인 거동 및 추이 (tracking course) 가 운전자가 의도한 것에서 벗어나게 된다.
따라서, 위에서 설명한 종래의 차량 안정성 제어 장치는 자동 조향 제어하에서 조향각의 변화를 고려하여 보다 적절하게 조작되도록 개선되어야 한다.
본 발명에 의하면, 차량의 조향각의 제어를 통해 오버스티어링 또는 및 언더스티어링을 억제하는 신규의 차량 안정성 제어장치가 제공되고, 본 제어장치는 제어될 선회 상태 파라미터의 목표값을 결정하는데 적절한 조향각 파라미터를 선택하여 종전보다 적절하게 안정성 제어를 실행이 할 수 있다.
본 발명의 일태양에 있어서, 본 발명의 장치는 차량의 주행 거동을 제어하기 위해 차량에 장착된다. 차량의 조향 장치는 운전자의 조향 조작에 대해 독립적으로 바퀴를 조향하도록 되어 있다. 본 발명의 제어 장치는 운전자에 의해 회전하는 스티어링 휠의 회전각과 같은 운전자의 조작량 및 소정의 조향 특성에 근거하여 바퀴에 대한 목표 조향각 (임시치) 을 계산하는 부분; 요잉 레이트와 같은 선회 상태 파라미터의 실제값을 검출하는 검출기; 바퀴의 실제 조향각을 검출하는 검출기; 및 선회 상태 파라미터의 목표값을 계산하는 부분을 포함한다. 선회 상태 파라미터의 실제값과 목표값은 서로 비교된다. 그 후, 실제 선회 상태 파라미터와 그 목표 값의 편차의 크기가 기준치 이상이라면, 조향각은 상기 선회 상태 파라미터의 편차를 감소시키기 위해 계산된 목표 조향각으로 제어된다. 이 구성에 있어서, 본 발명에 따르면, 주행 거동의 안정화를 위한 자동 조향 제어를 실행하는 동안의 선회 상태 파라미터의 목표값은 목표 조향각 (임시치) 에 근거해 계산되며, 실제 조향각에 근거해 계산되지 않으며, 목표 선회 상태 파라미터 계산부는 상기 목표 조향각에 근거한 바퀴의 조향각 제어가 실행되지 않을 때에, 실제 조향각에 근거하여 선회 상태 파라미터의 목표값을 계산한다. 다시 말하면, 자동 조향 제어가 실행되는 동안, 임시 목표 조향각, 즉 운전자의 조작량 및 소정의 스티어링 특성에 근거하여 결정되는 목표 조향각이 목표 선회 상태 파라미터를 결정하기 위한 조향각의 파라미터로서 선택된다. 또, 조향 바퀴의 실제 조향각이 검출되고 목표 조향각에 기초하는 조향 바퀴의 조향각의 제어가 실시되어 있지 않은 경우, 즉 조향 바퀴의 조향각이 임시 목표 조향각에 기초하여 제어되어 있는 경우에는, 조향 바퀴의 실제 조향각에 기초하여 차량의 목표 선회 상태량이 연산되기 때문에, 차량의 목표 선회 상태 파라미터가 운전자의 조향 조작량에 의해 추칙되는 조향각에 기초하여 연산되는 경우에 비해 정확히 차량의 목표 선회 상태 파라미터를 연산할 수 있다.
조향각의 함수로서 결정되는 선회 상태 파라미터의 목표값은 차량의 추이 또는 방향을 결정하여, 운전자의 의도가 목표 선회 상태 파라미터 값에 반영되록 한다. 그러나, 주지하는 바와 같이, 자동 조향 제어하의 실제 조향각은 오버스티어링 및 언더스티어링 경향을 억제하는 안정성 제어를 통해 결정되어, 실제 조향각은 운전자의 의도와 완전히 일치하지는 않는다. 따라서, 운전자의 조작량에 근거하여 결정되는 임시 목표 조향각은 자동 조향 제어의 실행중에 목표 선회 상태 파라미터의 결정에 사용된다.
또한, 목표 선회 상태 파라미터를 결정할 때 임시 목표 조향각을 사용하면 조향 장치의 응답의 지연을 보상하는데 유리한데, 이는 결과적인 목표 선회 상태 파라미터가 조향 장치의 지연을 포함하지 않는 파라미터에 의해 결정되기 때문이다. (실제 조향각은 조향 장치의 지연 효과를 포함한다)
또한, 목표 선회 상태 파라미터 계산부는 선회 상태 파라미터의 목표값을 주기적으로 연산하는 과정에서 임시 목표 조향각 또는 상기 실제 조향각은 과거의 값에서 현재의 값으로 점차 변화하며, 이는 조향각의 목표치가 임시 목표 조향각과 실제 조향각 사이에서 전환되는 경우에도 목표 선회 상태 파라미터를 순조롭게 변화시킬 수 있다.
임시 목표 조향각은 운전자의 조작량에 대응하는 바퀴의 조향각과 소정의 조향 특성을 달성하기 위한 제어 조향각의 합으로 계산된다. 일실시형태에 있어서, 임시 목표 조향각은 차량 속도의 함수로 결정되고, 바람직하게는 차량 속도로 결정되는 조향 기어 비에 따라 변한다. 임시 조향각은 예를들어, 차량속도에 따라, 운전자의 스티어링 휠 (핸들) 의 회전량에 대한 바퀴의 조향량의 비를 변화시켜 결정된다.
위에서 설명한 구성에 있어서, 목표 조향각에 근거한 바퀴의 조향 제어가 실행되지 않을 때에, 즉 실제 조향각이 안정성 제어를 통한 수정없이 운전자의 조작의 결과로 생각될 때, 선회 상태 파라미터의 목표값은 실제 조향각에 근거하여 계산될 수 있다. 따라서, 이 경우 본 발명의 장치는 바퀴의 실제 조향각을 검출하는 검출기를 포함할 수 있다. 만약, 선회 상태 파라미터의 편차의 크기가 기준치 보다 작다면, 바퀴의 조향각은 임시 목표 조향각에 근거하여 조향 장치를 통해 제어될 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 차량의 거동을 안정화하는 제어는 자동 조향뿐만 아니라 각 바퀴에 대한 제동력 및 구동력 (타이어 힘) 의 조정을 통해 서로 실행될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 장치는 각 바퀴의 제동력 및 구동력을 제어하는 부분; 선회 상태 파라미터 편차의 크기를 줄이기 위해 그 선회 상태 파라미터 편차에 근거하여 카운터 요잉 모멘트와 같은 안정성 제어의 전체 목표량을 계산하는 부분; 및 전체 목표 안정성 제어량을 소정의 비율로 바퀴의 조향 제어를 위한 목표 안정성 제어량 및 제동력과 구동력의 제어를 위한 목표 안정성 제어량으로 나누는 부분을 포함한다. 본 장치에 있어서, 목표 조향각은 바퀴의 조향 제어의 목표 안정성 제어량에 근거하여 계산되고, 바퀴의 조향각을 제어하는데 사용된다. 각 바퀴에 대한 제동력 및 구동력은 제동력 및 구동력 제어의 목표 안정성 제어량에 근거하여 계산된 대응 목표치에 근거하여 제어된다. 안정성 제어의 전체 목표량을 바퀴의 안정성 제어를 위한 목표 안정성 제어량과 제동력 및 구동력 제어를 위한 목표 안정성 제어량으로 나누는 것은 요잉 모멘트의 계산을 통해 행해질 수 있다. 본 장치에 있어서, 자동 조향 및 각 타이어 힘의 조정을 실행하게 되면, 선회 상태 파라미터값이 위에서 설명한 것처럼 결정되어, 운전자의 의도가 반영된다.
그런데, 상기 조향 장치가 어떤 오류로 인해 운전자의 조작과는 독립적으로 바퀴를 조향하지 못하는 경우, 자동 조향이 더 이상 실행되지 않는다. 이런 경우에, 목표 선회 상태 파라미터를 결정하는데 선택되는 조향각은 실제 조향각일 수 있다. (왜나하면, 안정성 제어를 위해 조향각의 수정이 일어나지 않기 때문이다) 또한, 안정성 제어는 오직 각 바퀴의 타이어 힘의 조정을 통하여 수행된다. (즉, 나누어진 부분은 전체 목표 안정성 제어량을 단지 제동력 및 구동력 제어를 위한 목표 안정성 제어량에만 할당한다)
이와 관련하여, 상기 전략에 따르면, 안정성 제어가 실행되는 동안 자동 조향이 이루어지지 않으면, 목표 선회 상태를 결정함에 있어 조향각의 파라미터는 임시 목표 조향각으로부터 실제 조향각으로 변한다. 조향각 파라미터의 이러한 변화들은 목표 선회 상태 파라미터의 단계적인 변화 등을 초래하며, 차량의 주행 거동을 방해한다. 따라서, 본 발명의 장치는 목표 선회 상태 파라미터를 계산하는데 사용되는 조향각이 임시 목표 조향각으로부터 실제 조향각으로 변함에 기인한 선회 상태 파라미터의 변동을 감소시키도록 설계될 수 있다. 선회 상태 파라미터의 변동의 감소 정도는 낮은 차량 속도에서 보다 높은 차량 속도에서 더 큰데, 이는 파라미터를 가능한 빨리 변경시키면서, 높은 차량 속도에서 거동의 방해를 방지해야 하기 때문이다. 일실시형태에 있어서, 평탄화 처리 (smoothing process) 가 목표 선회 파라미터를 결정하는데 조향각의 파라미터에 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 조향각이 운전자의 핸들 조작에 독립적으로 변할 수 있다는 것을 고려하여, 차량의 거동을 안정화하는 바퀴의 조향을 통해 카운터 요잉 레이트를 발생시킴으로써, 자동차와 같은 차량에 사용되는 신규의 차량의 안정성 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작동 조건에 따라 목표 선회 상태를 결정하고 제어하는데 있어 조향각 파라미터를 선택하여 이전 보다 적절하게 작동하는 안정성 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정성 제어가 실행되는 동안 장치의 오작동 방지를 개선한 안정성 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이하에서 명확해질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 차량의 안정성 제어장치 및 자동 조향 장치로서 기능하는 세미-스티어-바이-와이어형 (semi-steer-by-wire type) 의 선회각 변경 장치가 장착된 후륜 구동 4륜 차량의 개략도이다.
도 2 는 좌우측 전방 바퀴의 조향각 및 각 바퀴에 대한 제동압력을 제어하는 본 발명의 도 1 에 따른 바람직한 실시형태에서 실행되는 차량 안정성 제어 루틴의 플로우 차트이다.
도 3 은 차량 속도 (V) 와 조향 기어 비 (Rg) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 차량 속도 (V) 와 필터링 계수 (R) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는 도 2 에 도시된 플로우 차트를 수정한 플로우 차트의 일부이다.
도 1 은 본 발명에 따른 바람직한 차량 안정성 제어 장치가 장착된 후륜 구 동 4륜 차량을 개략적으로 나타낸다. 이 도면에 있어서, 차체 (12) 는 좌우측 전륜 (1OFL 및 1OFR) 과 좌우측 후륜 (1ORL 및 10RR) 을 갖는다. 일반적으로, 차량은 운전자가 가속 페달을 밟음에 응답하여 개방되는 스로틀 밸브를 통해 엔진 (미도시) 으로부터 출력되는 구동 토크 또는 회전 구동력을 차동 기어 시스템 등 (미도시) 을 통해 후륜 (10RL 및 10RR) 에 전달하도록 설계된다.
각 전륜 (10FL 및 10FR) 은 운전자에 의한 스티어링 휠 (14) 의 회전에 응답하여 구동되는 래크 피니언형 (rack-and-pinion-type) 의 파워 조향 장치 (16) 에 의해 타이 로드 (tie rod, 20L 및 20R) 를 통해 조향된다. 그러나, 바퀴를 자동적으로 조향하기 위하여, 운전자의 핸들 조작과는 독립적으로 전륜의 조향각을 제어할 수 있는 보조 조향 장치로서 선회각 변경 장치 (turning angle varying apparatus, 24) 가 제공된 세미-스티어-바이-와이어 형태의 조향 장치 (16) 가 제공된다.
상기 선회각 변경 장치 (24) 는 상부 조향 샤프트 (22) 를 통해 스티어링 휠 (14) 에 조작가능하도록 연결되어 있는 하우징 (24A) 과 하부 조향 샤프트 (26) 및 유니버설 조인트 (universal joint, 28) 에 구동 접속되어 있는 로터 (rotor, 24B) 를 갖는 구동 모터 (32) 를 포함된다. 상기 구동 모터 (32) 는 이하에서 설명할 전자 제어기 (34) 의 제어를 받으면서 상부 조향 샤프트 (22)에 대해 하부 조향 샤프트 (26) 를 회전시킨다. 만약, 상기 장치 (24) 의 회전 구동 동작에 어떤 고장이 발생한다면, 상기 하우징 (24A) 및 로터 (24B) 는 상부 및 하부 조향 샤프트의 상대적인 회전을 방지하는 잠금 장치 (미도시) 에 의해 서로 기계적으로 잠긴다. 선회각 변경 장치 (24) 의 작동을 제어하기 위하여, 스티어링 휠 (14) 의 조향각 (θ) 즉, 상부 조향 샤프트 (22) 의 회전각 (θ) 및 상부 조향 샤프트 (22) 로부터 측정되는 하부 조향 샤프트 (26) 의 상대각 (θre) (상기 하우징 (24A) 및 로터 (24B) 의 사이) 은 각도 센서 (50 및 52) 에 의해 각각 검출된다.
상기 파워 조향 장치 (16) 는 유압식 파워 조향형 또는 전동식 파워 조향형 중의 하나일 수 있다. 그러나, 자동 조향 제어가 실행되는 동안 선회각 변경 장치 (24) 에서 스티어링 휠 (14) 로 전달되는 반력 토크를 감소시키기 위해서는, 모터 및 모터의 회전 토크를 래크 바 (18) 의 직선 운동력으로 변환시키는 기구를 갖는 래크 동축형 (rack-coaxial type) 의 전동식 파워 조향 장치가 사용되는 것이 바람직하다.
각 바퀴에 제동력을 발생시키는 제동 시스템 (36) 은 저장기, 오일 펌프, 다양한 밸브 등 (미도시) 을 포함하는 유압회로 (38), 각 바퀴에 장착된 바퀴 실린더 (40FL, 40FR, 40RL 및 40RR) 및 운전자가 브레이크 페달 (42) 을 밞음에 응답하여 작동하는 마스터 실린더 (44) 를 갖는다. 제동 시스템에서는, 각 바퀴 실린더의 제동압 (braking pressure) 및 그에 의한 각 바퀴의 제동력은 마스터 실린더 압력에 응답하여 유압 회로 (38) 에 의해 조절된다. 또한, 각 바퀴 실린더의 제동압은 이하에서 설명하는 바와 같이 전자 제어기 (34) 에 의해 제어될 수 있다. 제동압을 제어하기 위하여, 바퀴 실린더 (40FR-40RL) 의 압력 (Pbi (i=fl, fr, rl, rr)) 을 검출하는 압력 센서 (60i (i= FL, FR, RL, RR)) 가 설치된다.
선회각 변경 장치 (24) 와 각 바퀴의 제동압 (제동력) 을 제어하는 전자 제 어기 (34) 는 양방향 공통 버스 (common bus) 에 의해 서로 연결된 CPU, ROM, RAM 및 인풋/아웃풋 포트 장치 (input/output port device) 및 구동회로를 갖는 마이크로컴퓨터를 포함하는 통상적인 형태일 수 있다. 도 1 에서 볼 수 있듯이, 스티어링 휠 (14) 의 조향각 (θ); 하부 조향 샤프트의 상대각 (θre), 차량 속도 센서 (54) 로 검출되거나 또는 바퀴 속도 센서 (미도시) 로 검출되는 바퀴 속도 (Vwi (i= fl, fr, rl 및 rr 은 각각 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측을 나타낸다) 로 부터 얻어지는 바퀴 속도 (V); 및 요잉 레이트 센서 (56) 에 의해 검출되는 차량의 요잉 레이트 (γ); 횡 가속도 센서 (58) 에 의해 검출되는 횡 가속도 (Gy) 및 바퀴 실린더 (40FR - 40RL) 의 압력 (Pbi (i=fl, fr, rl 및 rr) 를 나타내는 신호가 제어기 (34) 에 입력된다.
상기 제어기 (34) 는 자동 조향 제어 및/또는 각 바퀴에서의 제동력 또는 제동압의 조절을 통하여 조향 기어 비 제어 및 안정성 제어를 수행한다.
조향 기어 비의 제어를 위해, 상기 제어기 (34) 는 모터 (32) 의 회전을 통해 선회각 변경 장치 (24) 를 제어하여 조향 기어 비 즉, 소정의 스티어링 특성을 나타내는 스티어링 휠 (14) 의 회전각에 대한 전방 바퀴의 조향각의 비를 변화시킨다. 작동중에는 우선, 소정의 조향 특성을 얻기 위한 조향 기어 비 (Rg) 가 도 3 에 도시된 맵을 사용하여 제어기 (34) 의 일부에서 바퀴 속도 (Vwi) 로 계산될 수 있는 차량 속도 (V) 에 근거하여 결정된다. 그 후, 목표 조향각 (임시치) (δst) 가 다음식에 의해 계산되고,
Figure 112006012540349-pct00001
…………………… (1)
선회각 변경 장치 (24) 가 전방 바퀴를 조향하여, 그 조향각을 δst 로 조정한다. 따라서, 이 경우, 선회각 변경 장치 (24) 는 조향 기어 비 변경 장치로서 기능한다.
이와 관련하여, 상기 목표 조향각 (임시치) (δst) 는 운전자의 조향 조작의 실제량 (스티어링 휠 (14) 의 회전각) 인 θ/Rgo 과 소정의 특성을 얻기 위한 제어량의 합과 같다고 생각한다. 또한, δst 는 차량 운동의 과도 응답을 향상시키는 조향 각속도로 기능할 수도 있다. 조향 기어 비는 공지된 다른 방법으로 결정될 수 있다.
언더스티어링 및 오버스티어링을 억제하는 안정성 제어를 위해서는, 상기 제어기 (34) 는 작동 변수 즉, 조향각 및 차량 속도를 사용하여 계산된 목표 요잉 레이트 (γt) 로부터 차체의 실제 요잉 레이트 (γ) 의 편차를 관측한다. 상기 목표 요잉 레이트 (γt) 는 주어진 작동 변수로 차량에서 예상되는 이론치이며, 따라서, 목표 요잉 레이트 (γt) 와 실제 요잉 레이트 (γ) 의 상기 편차 Δγ (= γ - γt) 는 이론적으로 예상되는 조건으로부터 실제 조건의 편차의 정도 (차량 거동의 악화 정도) 를 나타낸다. 각 바퀴의 브레이크 제동력 및/또는 바퀴의 조향각을 조정하여 실제 및 목표 요잉 레이트 사이의 차를 감소시키기 위해 발생된다. 따라서, 도시된 실시형태에 있어서, 상기 요잉 레이트는 선회 상태 파라미터로서 사용된다.
목표 요잉 레이트 (γt) 는 다음과 같이 차량 속도 (V) 및 조향각 (δb) 의 함수로서 주어진다.
Figure 112006012540349-pct00002
…………………… (2)
이 경우, H 는 바퀴 베이스, Kh 는 안정성 계수, τ 및 s 는 라플라스 변환에서 시간상수 및 주파수 변수를 나타낸다. 이 식의 상세한 유도과정은 다른 문헌에서 찾을 수 있을 것이다.
식 (2) 의 조향각 파라미터 (δb) 에 대해서는, 자동 조향이 실행되지 않는 경우, 실제 조향각 (δa) 은 운전자의 핸들조작으로 상기 식 (1) 에 근거하여 결정된 임시 목표 조향각 (δst) 과 일치하는 것으로 생각한다. 따라서, 실제 조향각 (δa) 은 자동 조향이 없는 경우에 식 (2) 의 파라미터 (δb) 로서 사용될 수 있다.
그러나, 안정성 제어를 위한 자동 조향이 일단 개시되면, 상기 실제 조향각 (δa) 은 임시 목표 조향각 (δst) 으로부터 변한다. 이 경우, 선회각 변경 장치 (24) 가 이루어야 할 목표 조향각 (δt) 은 다음 식으로 주어진다.
Figure 112006012540349-pct00003
…………………… (3)
이 경우, Δδt 은 차량의 거동 악화를 억제하기 위한 안정성 제어에서의 수정량이다. 따라서, 실제 조향각 (δa) 은 운전자의 핸들 조작과 항상 일치하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 장치에 있어서, 안정성 제어를 위한 자동 조향이 실행되는 동안, 임시 목표 조향각 (δst) 은 식 (2) 의 파라미터 (δb) 로서 사용되고, 이에 의해 운전자의 의도가 목표 요잉 레이트에 항상 반영된다.
조향 장치 또는 선회각 변경 장치 (24) 에서 자동 조향 제어를 방해하는 어 떤 오류가 발생하는 경우, 상부 및 하부 조향 샤프트는 서로 잠긴다. 이 경우, 자동 조향이 더 이상 실행되지 않기 때문에, 실제 조향각 (δa) 의 식 (2) 의 파라미터 (δb) 로서 사용된다.
이와 관련하여, 안정성 제어를 위한 자동 조향이 실행되는 동안 자동 조향 제어를 방해하는 어떤 오류가 발생하는 경우, 식 (2) 의 파라미터 (δb) 는 임시 목표 조향각 (δst) 으로부터 실제 조향각 (δa) 으로 전환된다. 그러나, 이 파라미터 (δb) 의 전환은 식 (2) 의 목표 요잉 레이트 (γt) 의 갑작스런 변화를 야기할 수 있는데, 왜냐하면 일반적으로 실제 조향각 (δa) 은 δt (=δst + Δδt) 와 일치하기 때문이다. 그래서, 파라미터 (δb) 및 목표 요잉 레이트 (γt) 의 갑작스런 변화를 방지하기 위하여, 점근적인 (asymptotic) (평활화) 처리가 파라미터 (δb) 에 대해 적용되는데, 이 파라미터 (δb) 는 점진적으로 변화하게 된다. 도 2 의 플로우 차트와 함께 이하에서 설명할 제어 루틴의 반복적인 싸이클에서는, 상기 파라미터 (δb) 는 다음식으로 주어진다.
Figure 112006012540349-pct00004
…………………… (4)
이 경우, δbn 은 현재 싸이클에서 선택되는 조향각이고, δbn -1 은 마지막 싸이클에서 목표 요잉 레이트 (γt) 를 계산하기 위해 선택되는 조향각이다. R 은 차량 속도 (V) 의 함수로서 도 4 에 도시된 맵을 사용하여 결정되는 0 과 1 사이의 필터링 계수이다. 맵 및 식 (4) 로부터 볼 수 있는 바와 같이, 파라미터 (δb) 의 변화를 억제하는 효과는 차량 속도가 증가함에 따라 증가하게 되는데, 이 는 목표값의 큰 변화가 높은 속도에서는 방지되어야 하기 때문이다. 계산식 (4) 에 따르면, 임시 목표 조향각 (δst) 은 어떤 싸이클의 파라미터로서 선택하고, 실제 조향각 (δa) 을 그 다음 싸이클에서 선택하는 것으로 가정하면, δb 는 R·δa + (1-R)·δst 로 주어진다. [마지막 항의 δst 는 앞 싸이클에서 식 (4) 에 의해 주어진다] 상기 평탄화 처리는 항상 제어 루틴의 반복적인 싸이클에서 실행된다.
도 2 의 플로우 차트는 본 발명의 제어 장치에서 차량 안정성 제어를 수행하는 예시적인 제어 루틴을 나타낸다. 이 실시형태에 있어서, 운전자의 핸들 조작과는 독립적인 자동 조향 제어는 억제되어야 하는 오버스티어링 경향 또는 스피닝 (spinning) 상태가 이 감지될 때에만 실행된다. (바퀴에 대한 브레이크 제동력의 조정과 함께) 만약, 언더스티어링 경향이 검출되면, 이는 일반적인 차량 안정성 제어에서 처럼 제동력의 조정을 통해서만 억제된다. 또한, 조향 장치에 어떤 고장이 발생한다면, 자동 조향 제어가 실행되지 않는다. 이런 경우에, 안정성 제어는 심지어 차량이 오버스티어링 될 때에도, 제동력의 제어를 통해서만 실행된다.
도 2 를 참조하면, 제어 루틴은 점화 스위치 (도 1 에는 미도시) 의 폐쇄에 의해 개시되고, 차량의 작동중에 밀리-초 단위의 싸이클 시간으로 주기적으로 반복된다.
이 루틴에서, 우선 위에서 설명한 신호가 숙독되고 (단계 10), 임시 목표 조향각 (δst) 은 도 3 에 도시된 맵을 사용하여 식 (1) 로 결정된다 (단계 20). 그 후, 단계 30 - 40 에서는, 조향 장치 (단계 30) 에서 어떤 오류가 발생하는지 및 자동 조향을 통한 안정성 제어가 선행 싸이클에서 실행되는지 (단계 40) 가 판단된다. 도시된 바와 같이, 오류가 발생하지 않고 자동 조향을 통한 안정성 제어가 실행되는 경우, 임시 목표 조향각 (δst) 은 목표 요잉 레이트 (γt) 의 계산 (단계 50) 에 사용되는 조향각 파라미터 (δb) 로서 선택된다. 그렇지 않은 경우, 실제 조향각 (δa) 은 조향각 파라미터 (δb) 로서 선택된다 (단계60). 실제 조향각 (δa) 은 적절한 센서에 의해 직접 측정되거나, 이하의 식으로 추정된다.
Figure 112006012540349-pct00005
…………………… (5)
그 후, 단계 70 에서는, 조향각 파라미터 (δb) 의 평탄화 처리가 위에서 설명한 식 (4) 를 사용하여 실행되고, 목표 요잉 레이트 (γt) 가 단계 80 에서 식 (2) 를 사용하여 계산된다.
그 후, 단계 90 에서는, 차량 거동의 악화 정도가 실제 요잉 레이트와 목표 요잉 레이트의 차 (Δγ) 의 절대값이 작은 양수인 기준값 (γo) 을 초과하는 지를 판별하여 평가된다. 만약 초과하지 않는다면, 안정성 제어가 실행되지 않게 되어 임시 목표 조향각 (δst) 이 목표 조향각 (δt) 으로 설정된다 [그리고 제동압 조정이 실행되지 않음](단계 100).
만약, 거동의 악화가 진행됨을 나타내는 │Δγ│≥ γo 이라면, 차량이 오버스티어링 또는 언더스티어링인지의 여부가 단계 110 에서 예컨데, Δγ·signGy 양을 평가하여 판단된다. 여기서, signGy 는 횡방향 가속도의 부호값이다. 만약, Δγ·signGy ＞ 0 이면 차량은 오버스트어링이고, 반대의 경우 차량은 언더스티어링이 된다.
만약, 차량이 오버스트어링이, 카운터 요잉 모멘트 (Mt) 가 단계 120 에서 계산되어 요잉 레이트의 편차 (Δγ) 를 감소시키게 되고 두 성분으로 나누어지는데, 그 중 하나는 바퀴에 대한 제동력의 조정을 통해 발생되는 Mbt 이고, 다른 하나는 자동 조향을 통해 발생되는 Mst 이다 (단계 130). 상기 카운터 요잉 레이트는 당업자가 채택할 수 있는 적절한 방법으로 나누어진다. 그 후, 단계 140 에서는, 카운터 요잉 모멘트 성분 (Mst) 를 발생시키기 위해 목표 조향각 수정량 (Δδt) 이 계산되고, 또한 목표 조향각 (δt) 이 식 (3) 에 의해 주어진다.
다른 한편으로, 만약 차량이 언더스티어링이면 카운터 요잉 모멘트 (Mt) 가 단계 (150) 에서 계산되고, 목표 조향각 (δt) 이 임시 목표 조향각 (δst) 으로 설정되는데, 왜냐하면 이 경우에 자동 조향 제어가 실행되지 않기 때문이다. 카운터 요잉 모멘트 (Mt) 로서 설정되는 것은 바퀴에 대한 제동력의 조정을 통해 발생되는 요잉 모멘트 성분 (Mbt) 이다.
다음 단계 170 에서는, 각 바퀴에 대한 제동압의 수정량 ΔPbti (i= fl, fr, rl, rr) 이 당업자가 채택할 수 있는 적절한 방식으로 요잉 모멘트 성분 (Mbt) 을 발생시키기 위해 계산된다.
최종적으로, 조향각이 목표 조향각 (δt)으로 설정되고, 제동압 제어가 단계 190 및 200 에서 실행된다 (단계180). 단계 190 에서는, 각 바퀴의 제동압 (Pbti) 가 예를들어, 이하의 식으로 주어진다.
Figure 112006012540349-pct00006
…………………… (6)
여기서, Pbti, Ki 는 각각 목표 제동압 및 각 바퀴에 대한 변환 인자이며, Pm 은 마스터 실린더 압력이다. 제동압의 제어는 상기 성분 (Mbt) 이 발생되는 한, 다른 어떤 공지의 수단으로도 실행될 수 있다는 점에 주목할 필요가 있다. 단계 190 및 200 은 단계 180 에 앞서 실행된다.
단계 200 이 실행되고 난 후, 제어 루틴은 처음으로 되돌아가고, 다음 싸이클이 시작된다.
위에서 설명한 루틴에 있어서, 선행 싸이클에서 자동 조향 제어가 실행될 때에만, 임시 목표 조향각 (δst) 이 조향각 파라미터 (δb) 로서 선택된다. 만약 자동 조향 제어가 실행되지 않거나 또는 자동 조향 제어가 선행 싸이클에서 중단되는 경우, 실제 조향각 (δa) 이 목표 요잉 레이트 (γt) 의 계산을 위한 조향각 파리미터 (δb) 로서 사용된다.
이와 관련하여, 일반적으로 실제 조향각 (δa) 은 임시 목표 조향각 (δst) 과 실질적으로 일치하게 된다. 따라서, 어떠한 오류도 없는 정상적인 조건하에서, 임시 목표 조향각 (δst) 은 항상 조향각 파라미터 (δb) 로서 선택될 수 있다. 그러나, 조향 장치의 작동중에 오류가 발생하는 경우, 일반적으로 상부 및 하부 조향 샤프트는 비-중립 위치 즉, θre ≠ 0 인 위치에서 잠기게 된다. 이 경우, 임시 목표 조향각 (δst) 은 실제 조향각 (δa) 과 상당히 다를 수 있다. 따라서, 조향 장치에 어떤 오류가 발생한다면, 실제 조향각 (δa) 은 항상 조향각 파라미터 (δb) 로서 선택된다.
또한, 자동 조향 제어의 실행하에 임시 목표 조향각 (δst) 을 선택함으로써 자동 조향 제어중에 조향각 제어 장치의 작동에서의 기계적 지연을 보상할 수 있다. 자동 조향 제어중에는, 조향 제어 장치는 전방 바퀴의 타이 로드를 비교적 빨리 (1 싸이클당 큰 양으로) 작동시키는 것이 가능하다. 이러한 경우, 실제 조향각 (δa) 의 운동은 목표 조향각 (δt) 의 변동에 대해 상대적으로 지연될 수 있다. 그러나, 목표 요잉 레이트 (γt) 가 임시 목표 조향각 (δt) 으로 계산되면, 실제 조향각 (δa) 의 운동의 지연은 계산에 기여하지 않는다. (다만, 조향 장치의 후속 작용이 개선된다)
상기 루틴이 조향각 파라미터 (δb) 의 평탄화 처리을 항상 실행하도록 설계되었다고 하더라도, 이 처리는 파라미터의 전환 및/또는 파라미터의 과도한 변동이 발생한 후에만 실행될 수도 있다. 그러나, 일반적으로 실제 조향각 (δa) 의 변동 및 수정양 (Δδt) 은 평탄하므로, 조향각 파라미터 (δb) 의 변화 등은 과도하게 평활화되지 않는다.
또한, 상기 루틴은 각각의 카운터 요잉 모멘트 성분 (Mst, Mbt) 의 크기가 도 5 에 도시된 바와 같이 대응하는 기준치 (Msto, Mbto(>0)) 를 초과하는 경우에만, 자동 조향 제어 및/또는 제동력의 조정을 실행하도록 설계될 수 있다.
본 발명에 대해 지금까지 바람직한 실시형태 및 그 부분적인 변형예에 관해 자세히 설명하였지만, 당업자에게는 본 발명의 사상의 범위내에서 다양한 변형이 가능함은 명백하다.
예를들어, 본 발명의 제어 장치는 전륜 구동 차량 및 4륜 구동 차량에 적용 될 수 있다. 조향 장치로서, 전체 스티어-바이-와이어 (full-steer-by-wire) 파워 조향 시스템이 사용될 수 있다. 또한, 자동 조향 제어는 후방 바퀴를 조향하는데 사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 차체, 바퀴 및 운전자의 조향 조작과는 독립적으로 바퀴를 조향할 수 있는 조향 장치를 갖는 차량의 거동을 제어하는 장치로서,
    상기 장치는 운전자의 조작량 및 소정의 조향 특성에 근거하여 바퀴에 대한 임시 목표 조향각을 계산하는 부분; 선회 상태 파라미터의 실제값을 검출하는 검출기; 선회 상태 파라미터의 목표 값을 계산하는 부분; 상기 실제의 선회 상태 파라미터와 그 목표 값의 편차의 크기가 기준값 이상인 경우, 이 편차의 크기를 줄이기 위해 바퀴에 대한 목표 조향각을 계산하는 부분; 상기 목표 조향각에 근거하여 조향각을 제어하는 수단; 바퀴의 실제 조향각을 검출하는 검출기를 포함하고,
    목표 조향각에 근거하여 조향각을 제어하는 동안, 상기 목표 선회 상태 파라미터 계산부는 상기 임시 목표 조향각에 근거하여 선회 상태 파라미터의 목표값을 계산하며,
    상기 목표 선회 상태 파라미터 계산부는 상기 목표 조향각에 근거한 바퀴의 조향각 제어가 실행되지 않을 때에, 실제 조향각에 근거하여 선회 상태 파라미터의 목표값을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 선회 상태 파라미터의 편차의 크기가 기준값 미만인 경우, 상기 조향각을 제어하는 수단은 임시 목표 조향각에 근거하여 조향 장치를 통해 바퀴의 조향각을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 목표 선회 상태 파라미터 계산부가 상기 선회 상태 파라미터의 목표값을 주기적으로 연산하는 과정에서 상기 임시 목표 조향각 또는 상기 실제 조향각은 과거의 값에서 현재의 값으로 점차 변화되는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 임시 목표 조향각은 운전자의 조향 조작량에 대응하는 바퀴의 조향각과 소정의 조향 특성을 달성하기 위한 제어 조향각의 합인 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각 바퀴에 대한 제동력과 구동력을 제어하는 부분; 상기 선회 상태 파라미터 편차의 크기를 감소시키기 위해 이 편차에 근거하여 전체 목표 안정성 제어량을 계산하는 부분; 이 전체 목표 안정성 제어량을 소정의 비율로 바퀴의 조향각 제어를 의한 목표 안정성 제어량과 제동력 및 구동력의 제어에 의한 목표 안정성 제어량으로 나누는 분배부를 더 포함하고,
    상기 목표 조향각 계산부는 상기 바퀴의 조향각 제어의 목표 안정성 제어량에 근거하여 목표 조향각을 계산하고, 상기 조향각을 제어하는 수단은 상기 목표 조향각에 근거하여 조향 장치에 의해 바퀴의 조향각을 제어하며, 상기 제동력 및 구동력 제어부는 상기 제동력 및 구동력 제어의 목표 안정성 제어량에 근거하여 계산된 상응하는 목표값에 근거하여 각 바퀴에 대한 제동력 및 구동력을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  6. 차체, 바퀴 및 운전자의 조향 조작과는 독립적으로 바퀴를 조향할 수 있는 조향 장치를 갖는 차량의 거동을 제어하는 장치로서,
    상기 장치는 운전자의 조작량 및 소정의 조향 특성에 근거하여 바퀴에 대한 임시 목표 조향각을 계산하는 부분; 선회 상태 파라미터의 실제값을 검출하는 검출기; 선회 상태 파라미터의 목표 값을 계산하는 부분; 상기 실제의 선회 상태 파라미터와 그 목표 값의 편차의 크기가 기준값 이상인 경우, 이 편차의 크기를 줄이기 위해 바퀴에 대한 목표 조향각을 계산하는 부분; 상기 목표 조향각에 근거하여 조향각을 제어하는 수단을 포함하고,
    목표 조향각에 근거하여 조향각을 제어하는 동안, 상기 목표 선회 상태 파라미터 계산부는 상기 임시 목표 조향각에 근거하여 선회 상태 파라미터의 목표값을 계산하며,
    상기 거동을 제어하는 장치는 각 바퀴에 대한 제동력과 구동력을 제어하는 부분; 상기 선회 상태 파라미터 편차의 크기를 감소시키기 위해 이 편차에 근거하여 전체 목표 안정성 제어량을 계산하는 부분; 이 전체 목표 안정성 제어량을 소정의 비율로 바퀴의 조향각 제어를 의한 목표 안정성 제어량과 제동력 및 구동력의 제어에 의한 목표 안정성 제어량으로 나누는 분배부를 더 포함하고,
    상기 목표 조향각 계산부는 상기 바퀴의 조향각 제어의 목표 안정성 제어량에 근거하여 목표 조향각을 계산하고, 상기 조향각을 제어하는 수단은 상기 목표 조향각에 근거하여 조향 장치에 의해 바퀴의 조향각을 제어하며, 상기 제동력 및 구동력 제어부는 상기 제동력 및 구동력 제어의 목표 안정성 제어량에 근거하여 계산된 상응하는 목표값에 근거하여 각 바퀴에 대한 제동력 및 구동력을 제어하며,
    상기 거동을 제어하는 장치는 바퀴의 실제 조향각을 검출하는 검출기를 더 포함하고, 조향 장치가 운전자의 조향 조작과는 독립적으로 바퀴를 조향할 수 없을 때에는, 목표 선회 상태 파라미터 계산부는 실제 조향각에 근거하여 목표 선회 상태 파라미터를 계산하며, 상기 분배부는 전체 목표 안정성 제어량을 제동력 및 구동력의 제어를 위한 목표 안정성 제어량에만 분배하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 목표 선회 상태 파라미터 계산부가 임시 목표 조향각에 근거하여 목표 선회 상태 파라미터를 계산하는 동안 상기 조향 장치가 운전자의 조향 조작과는 독립적으로 바퀴를 조향할 수 없는 경우, 목표 선회 상태 파라미터를 계산하는데 사용되는 조향각이 상기 임시 목표 조향각에서 실제 조향각으로 변함에 기인한 목표 선회 상태 파라미터의 변화 등을 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 목표 선회 상태 파라미터의 변동의 감소 정도는 차량 속도가 높을 때가 차량 속도가 낮을 때에 비하여 더 큰 것을 특징과 하는 차량의 거동 제어 장치.
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