KR101144657B1 - 차량 안정성 제어방법 - Google Patents

차량 안정성 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 안정성 제어방법에 관한 것으로, 조향각 크기, 차량속도 및 요 레이트를 이용하여 노면상태를 판단함은 물론, 차량의 횡방향과 종방향의 감가속을 가지고 차량의 감가속을 실제 노면값으로 사용하도록 하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 차량의 움직임 정보를 감지하는 조향각, 휠 속도 및 요 레이트센서를 이용하여 차량 안정성을 제어하는 방법에 있어서, 상기 조향각 및 휠 속도센서로부터 검출된 조향각과 차량속도에 따라 운전자가 원하는 요 레이트를 추정하는 단계; 상기 요 레이트센서로부터 검출된 요 레이트에 따라 차량의 요 레이트를 측정하는 단계; 측정된 요 레이트 및 추정된 요 레이트의 차에 따라 요 레이트 오차를 산출하는 단계; 및 산출된 요 레이트 오차를 미리 정해진 기준값과 비교하여 노면상태를 판단하는 단계를 포함하는 것이다.

Description

차량 안정성 제어방법{Method to control stability of vehicle}
도 1은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 구성 블록도,
도 2는 본 발명에 의한 차량 안정성 제어방법의 동작 흐름도,
도 3은 본 발명의 차량 안정성 제어방법에서 요 레이트 오차를 이용한 노면추정 그래프,
도 4는 본 발명의 차량 안정성 제어방법에서 조향각과 차량속도로부터 산출된 요 레이트 오차의 Threshold값을 나타낸 도표.
* 도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명 *
10 : 조향각센서 20 : 휠 속도센서
30 : 요 레이트센서 40 : 횡가속도센서
50 : ESP 제어기 51 : 요 레이트 추정부
52 : 요 레이트 오차산출부 53 : 종가속도 추정부
54 : 노면판단부 60 : 브레이크 제어부
70 : 엔진 제어부
본 발명은 차량 안정성 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조향각 크기, 차량속도 및 요 레이트를 이용하여 노면의 상태를 판단하는 차량 안정성 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 전자제어시스템은 차량의 슬립현상을 효율적으로 방지하여 강력하고 안정된 제동력을 얻기 위한 것으로, 제동 시 휠의 미끄러짐을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(Anti-Lock Brake System;이하, ABS라 한다)과, 차량의 급발진 또는 급가속시 구동 휠의 슬립을 방지하는 트랙션 제어시스템(Traction Control System;이하, TCS라 한다)과, ABS와 TCS를 조합하여 브레이크 유압을 제어함으로써 차량의 주행 안정성을 향상시켜주는 차량 안정성 제어시스템(Electronic Stability Program;이하, ESP라 한다) 등이 개시되어 있다.
이중에서, ESP는 기본적으로 차량의 요 거동을 제어하기 위한 것으로, 차량의 선회주행 시 타이어의 접촉한계에 이르는 위험한 운전상황에서 제동장치와 엔진을 제어하여 운전자가 원하는 궤적으로 선회가 가능하도록 유도해주는 시스템이다.
보통, 차량이 선회 주행하는 경우 차량이 안정된 선회궤적을 기준으로 안쪽으로 말려드는 스핀 아웃(Spin out)인 오버스티어(Over steer)나, 이와 반대로 바깥쪽으로 밀려나가는 드리프트 아웃(Drift out)인 언더스티어가 발생하여 차량의 안정성을 해치게 된다.
이를 방지하기 위해 ESP는 후륜에서 먼저 타이어와 노면사이에 접촉한계에 도달하는 오버스티어 시 전륜 외측 휠에 제동력을 가하여 차량의 바깥쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 생성시킴으로써 차량이 주행궤적에서 안쪽으로 치우치는 것을 방지하며, 이와 반대로 전륜에서 먼저 타이어와 노면의 접촉한계에 도달하는 언더스티어 시 후륜 내측 휠에 제동력을 가하여 차량의 안쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 생성시킴으로써 차량이 주행궤적에서 바깥쪽으로 밀려나가는 것을 방지하여 차량의 궤적을 안정한 상태로 유지시켜 준다.
이와 같이, ESP는 선회하는 차량의 안정성을 확보하기 위하여 현재 주행 중인 차량의 노면마찰계수 즉, 노면상태를 판단하는 것이 매우 중요하다.
따라서 종래에는 차량의 횡방향과 종방향의 감가속을 가지고 차량의 감가속(g body)을 아래의 [식 1]과 같이 계산한 후, 이 계산된 값을 가지고 노면상태를 판단하고 있다.
g body = √(│A x│2 + │A y│2) ....... [식 1]
여기에서, A x는 종방향 가속도이고, A y는 횡방향 가속도이다.
그런데, 이러한 종래 차량 안정성 제어방법은 차량이 종방향 또는 횡방향으로 미끄러질 때는 실제 노면에 가까운 차량 감가속(g body)이 계산되나, 차량이 안정적으로 주행할 때는 차량 감가속(g body)이 실제 노면에 상관없이 거의 "0"에 가까운 값 즉, 항상 Low-μ(μ = 0) 값을 가지기 때문에 기존 차량 감가속(g body)만으로는 노면상태를 정확히 판단하기 어려워 적절한 제어가 불가능하였다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으 로, 본 발명의 목적은 조향각 크기, 차량속도 및 요 레이트를 이용하여 노면상태를 판단할 수 있는 차량 안정성 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 차량의 횡방향과 종방향의 감가속을 가지고 차량의 감가속을 실제 노면판단 값으로 사용하는 차량 안정성 제어방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량의 움직임 정보를 감지하는 조향각, 휠 속도 및 요 레이트센서를 이용하여 차량 안정성을 제어하는 방법에 있어서, 상기 조향각 및 휠 속도센서로부터 검출된 조향각과 차량속도에 따라 운전자가 원하는 요 레이트를 추정하는 단계; 상기 요 레이트센서로부터 검출된 요 레이트에 따라 차량의 요 레이트를 측정하는 단계; 측정된 요 레이트 및 추정된 요 레이트의 차에 따라 요 레이트 오차를 산출하는 단계; 및 산출된 요 레이트 오차를 미리 정해진 기준값과 비교하여 노면상태를 판단하되, 상기 요 레이트 오차가 기준값 범위를 벗어나면 차량의 횡방향과 종방향의 감가속을 가지고 차량의 감가속을 실제 노면판단(μ) 값으로 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 노면상태를 판단하는 단계는, 상기 요 레이트 오차가 기준값 범위이면 차량이 안정한 것으로 판단하여 노면판단(μ) 값을 High-μ로 셋팅하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 구성 블록도로서, 본 발명의 ESP는 조향각센서(10), 휠 속도센서(20), 요 레이트센서(30), 횡가속도센서(40), ESP 제어기(50), 브레이크 제어부(60) 및 엔진 제어부(70)를 포함하여 구성된다.
상기 조향각센서(10)는 조향 시 조향핸들의 조향각(δ) 크기를 검출하고, 휠속도센서(20)는 다수(예를 들어, 4개)의 휠에 각각 설치되어 차량속도(Vx)를 검출하며, 요 레이트센서(30)는 차량의 요 레이트(dm; 선회속도)를 검출하고, 횡가속도센서(40)는 차량의 횡방향 가속도(A y)를 검출한다.
상기 ESP 제어기(50)는 조향각센서(10), 휠 속도센서(20) 및 요 레이트센서(30)로부터 검출된 신호를 입력받아 노면상태를 판단하고, 각 휠의 제동압력과 엔진토크를 조절하기 위한 브레이크 제어부(60)와 엔진 제어부(70)를 제어하는 것으로, 요 레이트 추정부(51), 요 레이트 오차산출부(52), 종가속도 추정부(53) 및 노면판단부(54)를 포함한다.
상기 요 레이트 추정부(51)는 상기 조향각센서(10)와 휠 속도센서(20)로부터 검출된 조향각(δ)과 차량속도(V x )를 이용하여 차량모델로부터 운전자가 원하는 요 레이트(de)를 추정하고, 상기 요 레이트 오차산출부(52)는 요 레이트 센서(30)에서 검출된 요 레이트(dm)와 요 레이트 추정부(51)에서 추정된 요 레이트(de)를 비교하여 요 레이트의 차이값 즉, 요 레이트 오차(Δd)를 산출한다.
상기 종가속도 추정부(53)는 차량의 실제 주행 시 상기 휠 속도센서(20)로부터 검출된 차량속도를 오프셋 보정과 필터링을 거쳐 차량의 종방향 가속도(A x)를 추정한다. 이때 종방향 센서를 별도로 설치하는 4륜 구동의 경우는 횡가속도센서(40)와 마찬가지로 종방향 센서로부터 차량의 종방향 가속도(A x)를 검출할 수도 있다.
상기 노면 판단부(54)는 요 레이트 오차산출부(52)에서 산출된 요 레이트 오차(Δd)를 미리 정해진 Threshold값(ESP 제어시작의 값)과 비교하여 차량의 노면마찰계수 즉, 노면상태(μ)를 판단한다.
상기 브레이크 제어부(60)는 ESP 제어기(50)로부터 출력되는 제동신호에 따라 휠 실린더에 공급되는 브레이크 유압을 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 ABS 제어블록(61)과 협조 제어하여 제동압력을 발생하고, 엔진 제어부(70)는 ESP 제어기(50)로부터 출력되는 엔진제어신호에 따라 엔진토크를 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 TCS 제어블록(71)과 협조 제어하여 엔진의 구동력을 제어한다.
도 2는 본 발명에 의한 차량 안정성 제어방법의 동작 흐름도이다.
도 2에서, ESP 제어기(50)의 요 레이트 추정부(51)는 조향각센서(10)와 각 휠 속도센서(20)로부터 차량속도(Vx)와 조향각(δ)을 읽어 들이고(S100), 읽어 들인 차량속도(Vx)와 조향각(δ) 데이터를 이용하여 차량모델로부터 운전자가 원하는 요 레이트(de)를 추정한다(S110). 상기 요 레이트 추정부(51)에서 차량속도와 조향각 데이터를 이용하여 요 레이트(de)를 추정하는 방법은 일반적인 공지 기술로 상 세한 설명을 생략한다.
그리고, ESP 제어기(50)의 요 레이트 오차산출부(52)는 차량의 실제 주행 시 요 레이트센서(30)로부터 요 레이트(dm)를 읽어 들이고(S120), 요 레이트 센서(30)로부터 측정된 요 레이트(dm)와 요 레이트 추정부(51)에서 추정된 요 레이트(de)를 비교하여 상기 두 요 레이트의 차이값 즉, 요 레이트 오차(Δd = dm-de)를 산출한다(S120).
따라서 ESP 제어기(50)의 노면 판단부(54)는 산출된 요 레이트 오차(Δd)의 절대값을 미리 정해진 Threshold값과 비교하여(S140), 상기 요 레이트 오차(Δd)의 절대값이 Threshold값 범위이면 차량이 안정한 것으로 판단하여 노면판단(μ) 값을 High-μ(μ =1)로 셋팅한다(S141).
상기 요 레이트 오차(Δd)에 따른 노면추정(μ e ) 값을 도 3에 도시하였다.
도 3은 본 발명의 차량 안정성 제어방법에서 요 레이트 오차에 따른 노면추정 그래프이다.
먼저, 차량이 안정영역이라고 판단되는 d 1 값보다 작을 때는 노면추정(μ e ) 값이 "1"이므로 실제 노면판단(μ)은 High-μ(μ = 1)로 된다.
도 3에서, d 1 , d 2 는 요 레이트 오차(Δd)의 Threshold 비율로, 만약 d 1 이 0.8이면 요 레이트 오차(Δd) Threshold 값이 80%이다.
도 3의 d 1 , d 2 는 도 4에 도시한 조향각(δ) 크기, 차량속도(Vx) 등으로부터 구해진다.
도 4는 본 발명의 차량 안정성 제어방법에서 조향각과 차량속도로부터 산출된 요 레이트 오차의 Threshold값을 나타낸 도표이다.
도 4에 보듯이, 조향각(δ) 크기가 100deg/s 이하이고 차량속도(Vx)가 10kph 이하이면 요 레이트 오차(Δd) Threshold 값이 130%임을 알 수 있다.
그리고, 조향각(δ) 크기가 100deg/s 이상이고 차량속도(Vx)가 60kph 이상이면 요 레이트 오차(Δd) Threshold 값이 80%임을 알 수 있다.
한편, 상기 S140에서 요 레이트 오차(Δd)의 절대값이 Threshold값 범위를 벗어나 차량이 불안정영역에 도달하여 미끄러질 수 있다고 판단되는 d 1 값보다 클 때는 노면추정(μ e ) 값이 1보다 작으므로 노면판단(μ) 값을 차량의 횡방향과 종방향의 감가속을 가지고 차량의 감가속을 실제 노면값으로 사용하기 위해 산출된 요 레이트 오차(Δd) 변화량에 따라 도 3을 참조하여 노면상태(μ e )를 추정한다(S150).
이후, 추정된 노면상태(μ e )의 값을 아래의 [식 2]에 대입하여 실제 노면상태(μ)를 판단한다(S160).
μ = g body x (1 -μ e ) + μ e ...... [식 2]
여기서, g body 값은 [식 1]에서 차량의 종방향과 횡방향의 가감속을 가지고 계산할 수 있다.
만약, 차량이 불안정영역에 도달하여 미끄러진다고 판단되는 d 2 값 이후에는 노면추정(μ e ) 값이 "0"이므로 실제 노면판단(μ)은 g body가 되어 차량의 종방향과 횡방향의 가감속을 가지고 계산된 [식 1]의 값이 차량의 노면값으로 된다.
이와 같이, 노면상태가 판단되면 ESP 제어기(50)에서 브레이크 제어부(60), 엔진 제어부(70) 단독 또는 ABS 제어블록(61) 및 TCS 제어블록(71)과 협조 제어하여 차량의 안정성을 확보하도록 제동력 또는 엔진의 구동력을 제어한다(S170).
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 차량 안정성 제어방법에 의하면, 조향각 크기, 차량속도 및 요 레이트를 이용하여 노면상태를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 횡방향과 종방향의 감가속을 가지고 차량의 감가속을 실제 노면판단 값으로 사용할 수 있기 때문에 ESP 제어성능의 신뢰도를 높일 수 있다는 효과가 있다.
상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (3)

  1. 차량의 움직임 정보를 감지하는 조향각, 휠 속도 및 요 레이트센서를 이용하여 차량 안정성을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 조향각 및 휠 속도센서로부터 검출된 조향각과 차량속도에 따라 운전자가 원하는 요 레이트를 추정하는 단계;
    상기 요 레이트센서로부터 검출된 요 레이트에 따라 차량의 요 레이트를 측정하는 단계;
    측정된 요 레이트 및 추정된 요 레이트의 차에 따라 요 레이트 오차를 산출하는 단계; 및
    산출된 요 레이트 오차를 미리 정해진 기준값과 비교하여 노면상태를 판단하되, 상기 요 레이트 오차가 기준값 범위를 벗어나면 차량의 횡방향과 종방향의 감가속을 가지고 차량의 감가속을 실제 노면판단(μ) 값으로 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 노면상태를 판단하는 단계는,
    상기 요 레이트 오차가 기준값 범위이면 차량이 안정한 것으로 판단하여 노면판단(μ) 값을 High-μ로 셋팅하는 것을 특징으로 하는 차량 안정성 제어방법.
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