KR101195011B1 - 차량용 구동 역학 제어 시스템 - Google Patents

차량용 구동 역학 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

차량용 구동 역학 제어 시스템
본 발명은 차량용 구동 역학 제어 시스템에 관한 것으로, 차량 데이터, 주변 데이터 및 운전자의 요구에 대한 데이터가 입력 데이터 형태로 보내지는 1 이상의 신호 분배부 및 운전자 독립형 조정 조향 장치, 운전자 독립형 조정 섀시, 운전자 독립형 조정 브레이크, 및 운전자 독립형 조정 구동 트랙과 같은 차량의 동역학을 변경하는 제어 가능하거나 조절 가능한 여러 서브시스템을 포함한다. 본 발명은 신호 분배부의 데이터가 중앙 결정 유닛 (운전 조건 검출부, 운전자 요구 사항 검출부) 에 보내지고, 중앙 결정 유닛은 신호 분배부의 데이터로부터 중앙의 제어 목표를 결정하며, 중앙의 제어 목표에 관련한 이들 데이터 항목들은 중앙 조절 변수 분배부 또는 중앙 운전 조건 제어기에 각각 보내지는 서브시스템과의 쌍방향 소통으로 차량의 서브시스템에 의해 제어 목표가 달성되도록 그 서브시스템을 작동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 구동 역학 제어 시스템 {DRIVING DYNAMICS CONTROL SYSTEM FOR VEHICLES}
본 발명은 차량용 구동 역학 제어 시스템에 관한 것으로, 차량 데이터, 주변 데이터 및 운전자의 요구에 대한 데이터가 입력 데이터 형태로 보내지는 1 이상의 신호 분배부, 및 운전자 독립형 조정 조향 장치, 운전자 독립형 조정 섀시, 운전자 독립형 조정 브레이크, 및 운전자 독립형 조정 구동 트랙과 같은 차량의 구동 역학을 변경하는 제어 가능하거나 조절 가능한 여러 서브시스템 (subsystem) 을 포함한다.
차량에서 쾌적성과 안전 기술이 매우 중요하다. 그 결과, 차량에는 빠른 속도로 전자 및 전기기계적 요소 또는 서브시스템이 갖춰지고 있다. 개별 서브시스템은 실현 가능한 센서 신호를 주고 조절하며, 보정 신호를 계산하여 상기 서브시스템의 엑츄에이터를 조절하기 위해서 그 자체의 제어 유닛을 필요로 한다. 그러나 이들 각각의 서브시스템 또는 제어 유닛은 자체적으로 (독립적으로) 작동하고 다른 것들에 대해서는 모르는 경우가 종종 있다.
자동 창문 개폐기, 외부 백미러의 내부 조절기 등과 같은 쾌적용 시스템 외에, 주로 구동 성능 또는 구동 역학에 영향을 미치거나 그것을 개선시키고 또한 안 전성을 개선시키기 위한 서브 시스템의 수가 상당히 증가하고 있다. 또한, 더 많은 전자 및 전기기계 장치가 구동 성능 및 구동 역학에 각각 영향을 미치는 서브 시스템에서 사용되고 있다. 운전자에 무관하게 능동적으로 구동 성능에 영향을 미치는 서브 시스템들 중에는 전자 브레이크 장치, 능동 조향 장치 (active steering system), 능동 및 반능동 (semi-active) 섀시 요소, 제어 가능한 중간 기어를 갖춘 차량용 구동 시스템이 있다. 이들 각각의 서브시스템은 구동 성능이 개선되도록 차량에 영향을 미친다. 관련 서브시스템에 따라, 제어 알고리즘들은 각기 다른 부문 (안전성, 조작성, 또는 쾌적성) 에 초점이 맞춰진다. 따라서, 상기 개별 서브시스템들은 그 개별 시스템의 제어 목표 또는 주 적용 범위에 대해서만 주로 조정된다. 그러나, 그 개별 서브시스템의 적용 범위 또는 제어 대상은 차량의 넓은 구동 역학 관련 적용 범위에서 서로 중복된다. 동일한 구동 역학이 종종 영향을 받거나 제어되지만 이들 개별 서브시스템은 자체적으로 (독립적으로) 작동한다 (도 1 은 수평적 제어의 예를 나타낸다). 이는 무엇보다 서로에 대한 개별 서브시스템의 상호 보호를 위한 적용을 매우 복잡하게 하여, 개별 서브 시스템에 대한 기능적 제한을 초래한다 (즉, 개별 서브시스템은 다른 서브시스템을 제한하거나 방해해서는 안되기 때문에 제어 목표에 이를 수 없다).
상기 관점에 있어서, 본 발명의 목적은 구동 역학 제어의 기능성을 강화하는데 있다. 이 목적은 청구항 1 의 특징들에 의해 달성된다.
신호 분배부의 데이터가 중앙 운전 상태 검출부에 보내지고, 중앙 결정 유닛이 신호 분배부의 데이터로부터 전반적인 중앙의 제어 목표를 결정하며, 그 중앙의 제어 목표에 대한 데이터 항목들이 중앙 조절 변수 분배부에 보내지고, 이 분배부는 서브 시스템과의 상호 통신으로 제어 목표가 차량의 서브 시스템에 의해 달성되도록 서브 시스템들을 작동시키는 구성으로, 무엇보다 서로에 대해 개별 서브시스템의 상호 보호에 대한 적용의 복잡성을 줄일 수 있고, 또한 각 서브 시스템에 대한 기능 제한이 없게 된다.
분할은 중앙 운전 조건 제어기 또는 조절 변수 분배부 자체에 의해 수행된다. 운전 조건 제어기 또는 조절 변수 분배부는 다변수 제어기이고, 개별 서브시스템 사이에서 제어 요청의 대응하는 분할은 제어기 설계 (제어 개념, 제어 방법, 제어 알고리즘) 자체에 근거하거나, 제어기에 미리 결정된 품질 기준 또는 최적화 기준에 근거하거나, 및/또는 가변 가중 인자 (서브 시스템의 강도 및 작동 순서에 상응하는 가중) 에 의해 행해진다. 예컨대, 약간의 불안정 성향을 보일 때, 쾌적함을 주기 위해 무엇보다 안정성 요구가 섀시 및 조향 장치에 할당되는 것이 상기 분할의 목적일 수 있다. 불안정성이 더 클 때, 추가적으로 브레이크와 구동 트랙을 각각 고려해야 한다. 제어 접근방식에 따라, 미리 설정된 목표로부터 제어기 설계 또는 제어기에 대한 품질 기준 (criterion) 또는 상응하는 가중 인자를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구성은 종속항에 나타나 있다.
본 발명의 이점
중앙 구동 역학 제어 알고리즘에서 개별 엑츄에이터의 모든 제어 기능들을 조합하면 (통합접근 방식) 독립적인 경우와 비교하여 구동 역학과 관련하여 또한 위상적 (topological) 또는 시스템 기술적인 면에서 다양한 이점을 얻을 수 있다 :
● 상이한 서브시스템 또는 지능형 엑츄에이터는 각각 통합 접근 방식에서 그 자체로 폐쇄된 제어 알고리즘에 의해 작동된다. 따라서, 개별 지능형 엑츄에이터의 조화로운 상호작용이 구조적으로 보호된다. 다변수 제어 접근방식에 대응하는 개별 지능형 엑츄에이터가 부정적으로 상호간에 영향을 미칠 수 없기 때문에 운전 조건의 제어가 보호된다.
● 복잡성의 증가는 별로 대단치 않기 때문에, 새로운 지능형 엑츄에이터에 의해 중앙 구동 역학 제어기를 간단히 확장할 수 있다.
● 제어 접근방식에서 지능형 엑츄에이터를 상호 고려하면 적용의 복잡성이 줄어든다 (독립형 서브시스템에서, 엑츄에이터는 운전 테스트에 의해 서로에 대하여 보호받아야 한다). 그 복잡성은 독립형 서브시스템 네트워크의 확장으로 매우 크게 되는데, 이로써 무엇보다 적용의 복잡성이 매우 높아지게 된다.
● 제어 접근방식에서 개별 지능형 엑츄에이터의 중앙 네트워크에 의해 버스 부하 (bus load) 가 낮아지게 되고 또한 중앙 프로세서와 지능형 엑츄에이터 사이에 물리적 인터페이스의 수가 적게 된다. 독립형 시스템이 '네트워크 연결형 (network-connected)' 이면, 독립형 시스템들 사이의 소통은 제어하기 어렵고 또한 관리하기 어렵게 된다.
● 모든 제어 기능, 운전 조건 검출, 및 서브시스템에 대한 운전자 해석을 각각 중앙 제어 유닛으로 이동 및 조합 또는 통합함으로써 비용이 절감된다. 개별 지능형 엑츄에이터에서 그 기본적인 기능 (제어작업) 을 실행하기 위한 계산 작업이 덜 요구된다. 따라서, 물리적 메모리가 덜 요구되며 가격이 저렴하고 전력 소비가 거의 없는 계산기 유닛이 지능형 엑츄에이터에 사용될 수 있다.
● 개별 서브시스템이, 독립형 서브시스템의 경우와 마찬가지로, 그 자체의 제어 알고리즘, 운전조건 결정 유닛 및 운전자 요구 검출부를 가지는 것은 더 이상 필요하지 않기 때문에, 차량에 제공되는 전체 소프트웨어의 확장 및 서비스에 필요한 노력이 줄어든다. 통합 접근 방식에서 제어 알고리즘, 운전조건 결정 유닛 및 운전자 요구 검출부는 중앙 방식으로 한번만 확장되고 주의되어지면 된다.
● 기본적인 기능 (제어) 과 구동 역학 제어 기능 (요잉율 (yaw rate), 측방향 가속도 (lateral acceleration), 측방향 슬립 각 (sideslip angle) 등과 같은 구동 역학과 관련된 변수들의 피드백 (feedback) 에 의한 운전조건 변수의 조절) 의 명확한 분리.
차량의 모든 기능을 고려할 때, 여러 개별 서브시스템 사이에 최적의 상호작용 결과, 최적의 제어 성능 또는 제어 목표의 최적 달성을 얻을 수 있다. 개별 서브시스템의 최적의 상호작용을 보장하기 위해서, 개별 서브시스템의 모든 1 차적인 제어 기능은 제어 알고리즘에 집중통합된다. 이는 피드백, 즉 차량 조건 변수들의 제어로 차량에 영향을 미치는 모든 기능들이 제어 알고리즘에 집중적으로 조합되는 것을 의미한다. 수평적 제어의 예를 들면, 도 2 에 따라 이는 개별 서브시스템 (브레이크 장치, 조향 장치, 섀시 장치 및 구동 장치) 이 지능형 엑츄에이터가 되는 것을 나타낸다. 구동 역학 조건의 제어는 제어 목표에 이르기 위해서 개별 지능형 엑츄에이터를 의도적으로 처리하는 1 차 중앙 제어 알고리즘에 따라 수행된다. 지능형 엑츄에이터는 1차 구동 역학 제어기의 공칭값을 조절할 뿐만 아니라, 그 엑츄에이터의 현재 조건과 여전히 가능한 조절 잠재성을 1차 구동 역학 제어기에 다시 알려주어, 1차 구동 역학 제어기는 제어 전략에서 이러한 데이터를 고려할 수 있게 된다. 또한, 개별 지능형 엑츄에이터는 기본적인 기능을 갖는다. 다시 이 기본적인 기능은 순수한 제어 작용인데, 이는 기본적인 기능이 블록 (16) 의 구동 역학 변수의 피드백을 받지 않고 작용함을 의미한다. 예컨대, 이것은 브레이크 장치에서 전자 제동력 분배에 관계가 있고, 능동 조향 장치에서 조향비의 속도 반응 변화에 관계가 있으며, 또한 능동 스테빌라이저를 갖춘 섀시 장치에서 측방향 가속도에 의해 제어되는 롤링 모멘트의 분배에 관계가 있다. 모든 제어 기능 또는 구동 역학 변수들의 피드백 및 조절은 중앙 구동 역학 제어 알고리즘으로 실행된다. 또한, 현재 운전 조건의 결정 및 운전자 요구의 결정은 1차 구동 역학 제어기의 상류에 연결된 블럭에서 집중 방식으로 일어난다 (도 2).
도 1 은 독립형 제어 시스템이 공존하는 구성을 나타낸다.
도 2 는 중앙 제어기를 지닌 통합형 접근방식 및 기본적인 기능을 갖춘 지능형 엑츄에이터를 나타낸다.
도 2 는 신호 분배부 (11) 를 포함하는 본 발명에 따른 구동 역학 제어기 (10) 를 나타낸다. 그 신호 분배부는 차량으로부터의 입력 데이터 (측방향 가속도, 요잉율과 같은 측정된 변수), 운전자 (13) 로부터의 입력 데이터 (조향 각도 및/또는 가속 페달 위치, 브레이크 페달 위치로 운전자가 요구하는 방향), 및 주변부 (14) 로부터의 입력 데이터 (측정 가능할 경우, 예컨대 도로의 경사각, 도로의 마찰계수 등) 를 받는다. 신호 분배부 (11) 는 결정 유닛 (15)(운전 조건 검출, 운전자 요구 사항 검출) 및 중앙 운전 조건 제어기 (16) 의 조절 변수 분배부 또는 결정 유닛 및 서브시스템 (17 ~ 20) 에 연결된다. 상기 결정 유닛 (15) 은 상기 시스템의 운전자, 차량 및 주변부의 입력 데이터를 공급받아, 이 데이터 신호로부터 측정 불가능한 조건 변수 및 주변 변수 (예컨대, 도로의 마찰 계수) 뿐만 아니라, 운전자가 원하는 차량의 공칭 성능을 결정하며, 이들 변수를 블럭 (16) 의 중앙 운전 조건 제어기에 보낸다. 조절 변수 분배부 또는 중앙 운전 조건 제어기 (16) 는 각각 신호 분배부 (11) 와 쌍방향으로 소통하여 그 조절 변수에 대한 데이터를 신호 분배부에 보낸다. 상기 데이터는 결정 유닛 (15) 에 다시 보내질 수 있다. 조절 변수 분배부 또는 중앙 운전 조건 제어기는 각각의 서브시스템과 쌍방향으로 연결되어, 그 제어 명령을 개별 섀시 서브시스템에 전달하고, 또한 그 섀시 서브시스템의 조건 (예, 작동 가능성, 부분 작동 가능성, 작동 불가능성) 및 현재 조절 잠재성에 대한 정보를 다시 받으며, 예컨대 그 조절 요건에서 이러한 섀시 서브시스템의 정보를 고려한다. 서브 시스템 (17 ~ 20) 은 중앙 운전 조건 제어기의 제어 명령을 조절하고, 개별 서브시스템의 실제값 또는 조절된 조건 또는 실제 조건을 신호 분배부 (11) 에 공급하며, 다시 그 신호 분배부는 폐쇄 제어 루프로 이러한 정보를 결정 유닛 (15) (운전 조건 검출 및 신호 조절) 에 보낸다.

Claims (9)

  1. 차량용 구동 역학 제어 시스템으로서,
    차량 데이터, 주변 데이터 및 운전자의 요구에 관한 데이터가 입력 데이터 형태로 보내지는 1 이상의 신호 분배부 및 운전자 독립형 조정 조향 장치, 운전자 독립형 조정 섀시, 운전자 독립형 조정 브레이크 및 운전자 독립형 조정 구동 트랙과 같은 차량의 구동 역학을 변경하는 제어 가능하거나 조정 가능한 여러 서브시스템을 포함하는 차량용 구동 역학 제어 시스템에 있어서,
    신호 분배부의 데이터는 중앙 결정 유닛에 보내지고, 중앙 결정 유닛은 신호 분배부의 데이터로부터 중앙의 제어 목표를 결정하고, 중앙의 제어 목표에 관련한 이들 데이터 항목들은 중앙 조절 변수 분배부 또는 중앙 운전 조건 제어기에 각각 보내지고, 상기 중앙 조절 변수 분배부 또는 중앙 운전 조건 제어기는 서브시스템과의 쌍방향 소통으로 차량의 서브시스템에 의해 제어 목표가 달성되도록 서브시스템을 작동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 역학 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 중앙의 제어 목표는 중앙 운전 조건 검출부 (15) 에서 결정되고, 중앙 운전 조건 제어기 또는 조절 변수 분배부 (16) 에 의해 서브시스템들 사이에서 각각 분할되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 역학 제어 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 서브시스템들 사이에서 중앙의 제어 목표의 분할은 가변 가중 인자에 의하여 또는 중앙 운전 조건 제어기 또는 조절 변수 분배부 (16) 각각에 미리 결정된 제어 알고리즘에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 역학 제어 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙 결정 유닛은 운전 조건 검출부 및 운전자 요구 사항 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 역학 제어 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙 운전 조건 제어기는 psip 제어기 및 베타 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 역학 제어 시스템.
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