KR101410451B1 - 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 독립 구동형 전기 자동차에서 각 차륜에 대한 최적의 휠 토크를 산출하여 각 차륜을 제어하는 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치에 관한 것으로, 특히 좌측륜 및 우측륜이 독립적으로 제어되는 좌/우륜 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치에 있어서, 차량의 선회 반경 및 차량의 목표 요레이트 값으로부터 좌측륜의 목표 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도를 각각 산출하는 목표 속도 산출부; 차량에 따른 좌/우측 휠 속도차와 좌/우측 휠 토크차의 매핑된 값을 저장하는 차동 맵 정보 데이터베이스; 상기 목표 속도 산출부로부터 산출된 좌측륜의 목표 휠 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도의 차이를 상기 차동 맵 정보 데이터베이스에 저장된 차동 맵 정보에 적용하여 좌/우측 휠 토크차를 결정하는 차동 맵 매핑부; 및 상기 차동 맵 매핑부를 통해 결정된 좌/우측 휠 토크차를 기준 토크값에 배분함으로써 목표로 하는 좌측륜 휠 토크값 및 우측륜 휠 토크값을 각각 산출하는 목표 휠 토크 산출부;를 포함한다.

Description

독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{APPARATUS, METHOD AND COMPUTER READABLE RECORDING MEDIUM FOR CONTROLLING WHEELS IN AN INDEPENDANT TRACTION TYPE ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차의 차륜 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 독립 구동형 전기 자동차에서 각 차륜에 대한 최적의 휠 토크를 산출하여 각 차륜을 제어하는 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
통상, 전기자동차는 배터리(battery)에 저장된 전기에너지를 이용하여 모터(motor)를 구동하고, 모터의 구동력을 전체 또는 일부 동력원으로 사용하는 자동차를 의미한다.
현재, 전기자동차는 배터리의 전기에너지만을 동력원으로 사용하는 순수 전기자동차(pure electric vehicle)와, 내연기관 엔진을 구비하여 엔진에서 발생되는 동력을 배터리의 충전 및/또는 자동차의 구동에 사용하는 하이브리드 전기자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)로 구분된다.
한편, 전기자동차의 용어는 좁은 의미로 하이브리드 전기자동차와 구별되는 순수한 전기자동차만을 의미하기도 하지만, 순수 전기자동차와 하이브리드 전기자동차를 포괄하는 넓은 의미로 사용되며, 하나 이상의 배터리가 구비되고 그 배터리에 저장된 전기에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 임의의 자동차를 지칭하는 의미로 사용된다.
즉, 전기적 모터에 의해서 차량을 주 또는 보조동력으로 구동시키는 차량에 있어서, 통상 전기자동차나 하이브리드 자동차를 전기자동차라 하며, 구동모터는 차량을 구동시키는 목적 이외에 차량 감속시 회생제동을 함으로써, 운동 에너지를 회수하여 저장하는 역할을 하게 된다.
한편, 하이브리드 자동차와 전기자동차에 대해서는, 개별적인 모터 또는 차륜을 독립적으로 구동시키는 유사한 구동원에 의해 독립적으로 좌우구동차륜을 구동시키는 차량이 연구되어 왔다.(예컨대, 일본특허공개공보 제2001-28804호, 제2004-328991호, 제2001-78303호, 제2005-119647호, 제2-133005호, 제2004-175313호 및 제4-145810호 참조). 이는 구동원으로서 단 하나의 모터만을 탑재한 전기자동차에 비해 증대된 구동력을 제공할 수 있고, 4륜 구동 차량의 운전자의 요구를 만족시키는 전용 운전을 구현할 수도 있다.
예를 들어, 일본특허공개공보 제2001-28804호에는 구동차륜을 각각 독립적으로 구동시키도록 좌우구동차륜과 연결된 복수의 인덕션모터를 그 내부에 탑재한 전기자동차가 개시되어 있다. 원래, 인버터는 각각의 인덕션모터에 연결된다. 상기 공보에 따르면, 이러한 인버터는 차량의 중량과 비용을 절감하고자 단 하나의 인버터로 통합된다.
여기서, 좌우의 인덕션 모터가 공통의 인버터로 구동되고, 차량이 회전하여 상기 좌우의 인덕션 모터가 상이한 속도로 회전하게 된다면, 회전속도의 차이가 토크 출력들 간의 차이를 유발하여, 차량의 코너링 성능이 저하된다.
보다 구체적으로, 인덕션 모터는 회전자의 회전속도 마이너스 구동전류의 회전속도에 상응하는 슬립(slip) 속도로 변하는 출력 토크를 제공하는 특성을 가진다. 따라서, 차량이 회전하면, 외측의 차륜이 내측의 차륜보다 빠른 속도로 회전하므로, 상기 외측 차륜의 슬립 속도가 내측 차륜의 슬립 속도보다 느리게 되어, 내측의 차륜을 구동시키는 인덕션 모터가 외측의 차륜을 구동시키는 것보다 큰 토크를 출력할 것이다. 그 결과, 차량의 코너링 성능이 저하되게 된다.
이에 따라, 일본특허공개공보 제2001-28804호는 인덕션 모터가 같은 토크를 발생시키도록 좌우의 인덕션 모터들 간의 회전 속도차에 따라 슬립 속도를 제어하는 구성을 채택한다. 따라서, 차량이 회전하고 있을 때, 저속으로 회전하는 인덕션모터는 토크를 증가 없이 출력할 수 있다. 따라서, 차량이 효과적으로 부드럽게 회전할 수 있다.
한편, 이와 같이 독립 구동형 전기 자동차의 경우 좌측륜과 우측륜이 기계적으로 연결되지 않는 구조를 갖는다. 따라서, 선회 운동 상황에서 좌측 구동륜과 우측 구동륜을 독립적으로 제어량을 결정하여 실제 기계적인 차동 기어의 기능을 갖도록 할 필요성이 요구된다.
그러나, 종래의 독립 구동형 전기 자동차의 경우 좌/우륜이 기계적으로 연결되지 않아 선회 시에 좌/우륜의 구동력을 동일하게 제어할 경우 기존 차량에 비하여 이질감을 갖는다. 따라서, 좌/우륜의 구동력을 적절하게 배분하는 방법의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
[문헌 1] 대한민국공개특허공보 제2012-0041555호 독립 다축 구동형 차량(주식회사 삼성테크윈) 2012.05.02
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 기계적으로 디커플링된 좌/우륜 구동 토크를 선회 반경과 좌/우륜의 종방향 속도에 의해 결정함으로써 독립 구동형 전기 자동차에서 실제 기계적인 차동 기어의 기능을 제공할 수 있는 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 독립 구동형 전기 자동차에서 선회 시, 좌/우륜의 구동 토크를 적절히 배분함으로써 부드럽고 안정적인 선회가 가능하도록 하는 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치는, 좌측륜 및 우측륜이 독립적으로 제어되는 좌/우륜 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치에 있어서, 차량의 선회 반경 및 차량의 목표 요레이트 값으로부터 좌측륜의 목표 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도를 각각 산출하는 목표 속도 산출부; 차량에 따른 좌/우측 휠 속도차와 좌/우측 휠 토크차의 매핑된 값을 저장하는 차동 맵 정보 데이터베이스; 상기 목표 속도 산출부로부터 산출된 좌측륜의 목표 휠 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도의 차이를 상기 차동 맵 정보 데이터베이스에 저장된 차동 맵 정보에 적용하여 좌/우측 휠 토크차를 결정하는 차동 맵 매핑부; 및 상기 차동 맵 매핑부를 통해 결정된 좌/우측 휠 토크차를 기준 토크값에 배분함으로써 목표로 하는 좌측륜 휠 토크값 및 우측륜 휠 토크값을 각각 산출하는 목표 휠 토크 산출부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 장치는, 현재 센싱된 조향각 및 차축 거리 정보를 입력받아 차량의 선회 반경을 산출하는 선회 반경 산출부;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 장치는, 차량 속도 정보와 상기 선회 반경 산출부를 통해 산출된 선회 반경으로부터 목표로 하는 요레이트를 산출하는 목표 요레이트 산출부;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 장치는, 차량의 가속 페달 또는 감속 페달로부터 가속 정보 또는 감속 정보를 제공받아 상기 기준 토크값을 산출하여 상기 목표 휠 토크 산출부로 제공하는 기준 토크값 산출부;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 목표 휠 토크 산출부는, 하기 수학식에 의해 좌측륜 휠 토크값(TLH) 및 우측륜 휠 토크값(TRH)을 각각 산출한다.
Figure 112013016701216-pat00001
,
여기서, TRef는 기준 토크값이며, TError는 좌/우륜 휠 토크 차이값이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법은, 좌측륜 및 우측륜이 독립적으로 제어되는 좌/우륜 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법에 있어서, 차량에 따른 좌/우측 휠 속도차와 좌/우측 휠 토크차의 매핑된 값을 차동 맵 정보 데이터베이스에 저장하는 단계; 차량의 선회 반경 및 차량의 목표 요레이트 값으로부터 좌측륜의 목표 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도를 각각 산출하는 단계; 상기 산출된 좌측륜의 목표 휠 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도의 차이를 상기 차동 맵 정보 데이터베이스에 저장된 차동 맵 정보에 적용하여 좌/우측 휠 토크차를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 좌/우측 휠 토크차를 기준 토크값에 배분함으로써 목표로 하는 좌측륜 휠 토크값 및 우측륜 휠 토크값을 각각 산출하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은, 현재 센싱된 조향각 및 차축 거리 정보를 입력받아 차량의 선회 반경을 산출하는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은, 차량 속도 정보와 상기 산출된 선회 반경으로부터 목표로 하는 요레이트를 산출하는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은, 차량의 가속 페달 또는 감속 페달로부터 가속 정보 또는 감속 정보를 제공받아 상기 기준 토크값을 산출하여 상기 목표 휠 토크 산출부로 제공하는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 목표로 하는 좌측륜 휠 토크값 및 우측륜 휠 토크값을 각각 산출하는 단계는, 하기 수학식에 의해 좌측륜 휠 토크값(TLH) 및 우측륜 휠 토크값(TRH)을 각각 산출한다.
Figure 112013016701216-pat00003
,
Figure 112013016701216-pat00004
여기서, TRef는 기준 토크값이며, TError는 좌/우륜 휠 토크 차이값이다.
한편, 상기 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법을 제공받기 위한 정보는 서버 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있도록 프로그램 및 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록매체를 포함한다. 그 예로는, 롬(Read Only Memory), 램(Random Access Memory), CD(Compact Disk), DVD(Digital Video Disk)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한, 이러한 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 차량 선회 시 선회 반경과 차량 속도를 이용하여 좌/우륜의 종방향 속도를 계산하고, 이로부터 좌/우륜의 토크 배분량을 결정함으로써 좌/우륜이 기계적으로 연결되지 않은 독립 구동형 전기 자동차에서 이질감을 갖지 않도록 하며 실제 기계적인 차동 기어의 기능을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 독립 구동형 전기 자동차의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선회 반경 계산의 원리를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 좌/우륜 토크 차이 결정의 개념을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치에서의 계산 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치의 세부 구조를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 좌/우륜 토크 차 결정을 위한 차동 맵의 예를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 조향각에 따른 휠 토크 지령의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명은 좌측륜과 우측륜이 기계적으로 연결되지 않은 독립 구동형 전기 자동차에서 각 차륜에 대한 최적의 휠 토크를 산출하여 각 차륜을 독립적으로 제어할 수 있는 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치 및 방법을 개시한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따라 기계적으로 디커플링된 좌/우륜 구동 토크를 선회 반경과 좌/우륜의 종방향 속도에 의해 결정함으로써 독립 구동형 전기 자동차에서 실제 기계적인 차동 기어의 기능을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 독립 구동형 전기 자동차의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 제어 장치(controller)에서는 차량의 각 휠(wheel)에 부착된 휠속도 센서(WHLSPD)로부터 휠 속도값을 제공받는다. 또한, 차량 내에 설치된 각종 센서들로부터 센싱된 값을 제공받는다. 예컨대, 상기 제어 장치는 조향 각 센서(Steering Angle Sensor)(SAS), 종방향 가속도 센서(Ax), 횡방향 가속도 센서(Ay), 요레이트 센서(Wz), 가속 페달 센서(A.POS), 브레이크 페달 센서(B.POS) 등으로부터 각각 센싱된 값을 제공받는다.
이와 같이, 상기 제어 장치는 각 센서로부터 센싱된 값을 입력받고, 운전자의 의지를 판단하며, 본 발명의 실시예에 따라 각 휠의 구동/제동 토크를 결정한다. 이때, 회생 제동이 있는 경우, 유압(Hydraulic)/리젠(Regen) 제동량을 결정한다. 상기 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치의 세부적인 구성 및 동작은 도 5의 설명에서 후술하기로 한다.
인버터(Inverter)는 제어 장치의 제어에 따라 요구 토크에 의해 각 휠의 모터 전류를 제어한다. ESC(Electronic Stability Control)는 회생 제동이 있는 경우 유압 제동량에 따른 압력을 형성한다. 배터리(battery)는 각 휠의 모터를 구동하기 위한 전원을 공급한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선회 반경 계산의 원리를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 조향각에 의한 차량이 선회할 때, 하기 수학식에 따라 선회 반경을 계산할 수 있다.
Figure 112013016701216-pat00005
Figure 112013016701216-pat00006
상기 <수학식 1> 및 <수학식 2>에서 δ는 조향각(steering angle)을 의미하며, L은 차축 거리(wheel base)를 의미하며, R은 선회 반경(Radius of Turn center)를 의미한다.
상기 <수학식 2>에 의해 선회 반경(R)이 산출되면, 상기 산출된 선회 반경(R)과 트레드(tread)(윤거)(T)에 의해 좌/우륜의 휠 속도를 산출할 수 있다. 즉, 좌/우륜 휠속도를 각각 VLH, VRH라 하면, 상기 VLH 및 VRH는 하기 <수학식 3> 및 <수학식 4>에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112013016701216-pat00007
Figure 112013016701216-pat00008
상기 수학식들에서 ω는 요레이트(yawrate)(회전 각속도(rotaional velocity))를 의미하며 하기 <수학식 5>에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112013016701216-pat00009
상기 <수학식 5>에서 V는 차량 전후분 속도(Longitudinal Velocity)를 의미한다.
상기 수학식들에서 T는 차량에서 좌우 차바퀴 중심 간의 거리인 트래드(Tread)를 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 좌/우륜 토크 차이 결정의 개념을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에서는 상기 도 2에서와 같이 선회 반경 및 트레드에 의해 산출된 좌/우륜 휠 속도로부터 좌/우륜 휠 토크 차이값을 결정한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따라 좌/우륜 휠 속도 차이와 좌/우륜 토크 차이간의 상관 관계를 나타내는 차동 맵(differential map)을 이용하여 좌/우륜 토크 차이값을 결정한다.
상기 차동 맵은 도 7에 예시된 바와 같이 나타낼 수 있으며, 실체 차량의 튜닝을 통해 값이 차동 맵이 생성되며, 상기 차동 맵에서 매핑된 값에 의해 좌/우륜 휠 속도 차이값으로부터 좌/우륜 휠 토크 차이값을 결정할 수 있다.
이와 같이, 좌/우륜 휠 토크 차이값(torque difference)이 결정되면, 상기 결정된 좌/우륜 휠 토크 차이값(TError)을 기준 토크값(reference torque)(TRef)에 상기 휠 토크 차이값을 반영함으로써 최종적으로 좌/우륜의 토크값이 산출된다.
이때, 상기 차동 맵에 의해 결정된 좌/우륜 휠 토크 값은 하기 <수학식 6>과 같이 표현될 수 있으며, 이에 따른, 좌측륜 토크값(TLH) 및 우측륜 토크값(TRH)은 각각 하기 <수학식 7> 및 <수학식 8>과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112013016701216-pat00010
Figure 112013016701216-pat00011
Figure 112013016701216-pat00012
한편, 상기 수학식들에서 상기 기준 토크값(TRef)은 운전자의 종방향 주행 의지의 결과물이며, 종방향 가/감속 의지인 토크값으로 나타난다. 따라서, 상기 기준 토크값은 가속페달과 감속페달에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 운전자가 가속페달을 밟을 경우, 가속을 하고자 하는 경우이므로, 종방향 구동 토크인 기준 토크값이 증가하는 형태로 나타나며, 브레이크페달을 밟을 경우, 감속을 하고자 하는 경우이므로, 기준 토크값이 0 또는 음수(-)의 형태로 나타나게 된다. 이때, 음수인 경우는 회생제동을 하고자 하는 경우이다.
따라서, 상기 기준 토크값은 개략적으로 표현하여, 하기 <수학식 9>와 같은 함수 형태로 결정될 수 있다.
Figure 112013016701216-pat00013
이상으로 본 발명의 실시예에 따른 좌/우륜 토크 결정 방법의 개념을 설명하였다. 이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 장치 및 방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치에서의 계산 방법을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제어 장치에서는 요 레이트(yawrate), 조향각(steering angle), 차축 거리(wheel base), 차량 속도(vehicle speed) 및 트레드(tread) 등의 값으로부터 상술한 수학식들에 의해 좌/우륜 휠 속도를 산출하고, 상기 좌/우륜 횔속도의 차이를 차동 맵에 적용함으로써 좌/우륜 토크 차이값을 결정한다.
상기 결정된 좌/우륜 토크 차이값은 기준 토크값에 각각 배분함으로써 상기 <수학식 7> 및 <수학식 8>과 같이 좌측륜의 목표 토크값 및 우측륜의 목표 토크값이 최종적으로 산출된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치의 세부 구조를 나타내는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차륜 제어 장치(500)는 선회 반경 산출부(510), 목표 요레이트 산출부(520), 목표 속도 산출부(530), 차동 맵 매핑부(540) 및 목표 휠 토크 산출부(560) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
선회 반경 산출부(510)는 상술한 바와 같이 조향각 센서로부터 센싱된 현재 조향각(δ) 및 차축 거리(L)로부터 상기 <수학식 2>에 의해 선회 반경(R)을 산출하는 기능을 수행한다.
목표 요레이트 산출부(520)는 상기 선회 반경 산출부(510)를 통해 산출된 선회 반경(R)과 차속 센서에 의해 센싱된 차량 속도(V)로부터 상기 <수학식 5>에 의해 목표 요레이트(ω)를 산출하는 기능을 수행한다.
목표 속도 산출부(530)는 상기 선회 반경 산출부(510)를 통해 산출된 선회 반경(R)과 상기 목표 요레이트 산출부(520)에 의해 산출된 목표 요레이트(ω)와 트레드(T)로부터 상기 <수학식 3> 및 <수학식 4>에 의해 좌/우륜의 목표 휠 속도를 산출하는 기능을 수행한다.
차동 맵 매핑부(540)는 상기 목표 속도 산출부(530)에 의해 산출된 좌/우륜의 목표 휠 속도로부터 좌우륜 속도차를 차동 맵 정보 데이터베이스(550)에 저장된 차동 맵에 매핑함으로써 목표하는 좌/우륜 휠 토크 차이값을 결정한다.
목표 휠 토크 산출부(560)는 상기 차동 맵 매핑부(540)를 통해 결정된 좌/우륜 휠 토크 차이값을 <수학식 7> 및 <수학식 8>과 같이 기준 토크값에 배분함으로 좌/우륜 목표 휠 토크값을 각각 산출하는 기능을 수행한다.
기준 토크값 산출부(570)는 가속 페달 또는 감속 페달로부터 센싱된 정보를 제공받아 기준 토크값을 산출하여 목표 휠 토크 산출부(560)로 제공한다.
한편, 상기 장치의 각각의 구성요소들은 기능 및 논리적으로 분리될 수 있음을 나타나기 위해 별도로 도면에 표시한 것이며, 물리적으로 반드시 별도의 구성요소이거나 별도의 코드로 구현되는 것을 의미하는 것은 아니다.
그리고 본 명세서에서 각 기능부(또는 모듈)라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 각 기능부는 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 먼저, 요레이트, 조향각, 차축 거리, 차량 속도 및 트레드 정보를 수신(S601)한다. 이때, 요레이트, 조향각, 차량 속도 등의 정보는 실시간으로 센싱된 데이터를 수신하여 반영할 수 있으며, 차축 거리 및 트레드 정보는 차량의 고유한 값으로서 미리 설정하여 저장된 값을 사용할 수 있다.
다음으로, 차량의 선회 시에 본 발명에 따라 타이어 선형 영역 내에서 상기 조향각 및 차축 거리로부터 선회 반경을 산출(S602)한다. 그런 다음, 상기 산출된 선회 방경과 차량 속도 정보로부터 목표 요레이트를 산출(S603)한다.
이와 같이, 목표 요레이트가 산출되면, 상기 산출된 목표 요레이트, 선회 반경 및 트레드를 이용하여 목표로 하는 좌/우륜 휠 속도를 산출(S604)한다.
다음으로, 상기 산출된 좌/우륜 휠 속도의 차이를 미리 저장된 차동 맵에 매핑하여 목표로 하는 좌/우륜 휠 토크 차이값을 결정(S605)한다.
마지막으로, 기준 토크값에 상기 결정된 좌/우륜 휠 토크 차이값을 배분하여 적용함으로써 좌/우륜 토크값을 각각 산출(S606)한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 좌/우륜 토크 차 결정을 위한 차동 맵의 예를 나타내는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 상술한 방법에 따라 좌/우륜 목표 속도차가 산출되면, 상기 좌/우륜 목표 속도차를 차동 맵에 대입함으로써 좌/우륜 목표 토크차가 결정된다. 한편, 상기 도 7과 같은 차동 맵의 값은 실제 차량의 튜닝을 통해 결정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 조향각에 따른 휠 토크 지령의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 상기 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차동 맵 적용에 의해 좌/우륜 토크 배분 시뮬레이션 결과 좌측륜 토크값과 우측륜 토크값이 상이하게 배분됨을 알 수 있다.
예컨대, 도 8은 직진 가속 후, 정속 주행한 후, 30~40초 구간에서 우측으로 60도 조향하는 상황에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
상기 시뮬레이션 결과 좌측륜 토크값(노란색)과 우측륜 토크값(자주색)이 본발명에 따라 상이하게 배분됨을 알 수 있다. 이와 같이, 차량 선회 시 좌/우륜의 구동 토크를 적절히 배분함으로써 부드럽고 안정적인 선회가 가능하게 된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
500 : 차륜 제어 장치 510 : 선회 반경 산출부
520 : 목표 요레이트 산출부 530 : 목표 속도 산출부
540 : 차동 맵 매핑부 550 : 차동 맵 정보 DB
560 : 목표 휠 토크 산출부 570 : 기준 토크값 산출부

Claims (11)

  1. 좌측륜 및 우측륜이 독립적으로 제어되는 좌/우륜 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치에 있어서,
    차량의 선회 반경 및 차량의 목표 요레이트 값으로부터 좌측륜의 목표 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도를 각각 산출하는 목표 속도 산출부;
    차량에 따른 좌/우측 휠 속도차와 좌/우측 휠 토크차의 매핑된 값을 저장하는 차동 맵 정보 데이터베이스;
    상기 목표 속도 산출부로부터 산출된 좌측륜의 목표 휠 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도의 차이를 상기 차동 맵 정보 데이터베이스에 저장된 차동 맵 정보에 적용하여 좌/우측 휠 토크차를 결정하는 차동 맵 매핑부; 및
    상기 차동 맵 매핑부를 통해 결정된 좌/우측 휠 토크차를 기준 토크값에 배분함으로써 목표로 하는 좌측륜 휠 토크값 및 우측륜 휠 토크값을 각각 산출하는 목표 휠 토크 산출부;를 포함하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는,
    현재 센싱된 조향각 및 차축 거리 정보를 입력받아 차량의 선회 반경을 산출하는 선회 반경 산출부;를 더 포함하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 장치는,
    차량 속도 정보와 상기 선회 반경 산출부를 통해 산출된 선회 반경으로부터 목표로 하는 요레이트를 산출하는 목표 요레이트 산출부;를 더 포함하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는,
    차량의 가속 페달 또는 감속 페달로부터 가속 정보 또는 감속 정보를 제공받아 상기 기준 토크값을 산출하여 상기 목표 휠 토크 산출부로 제공하는 기준 토크값 산출부;를 더 포함하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 목표 휠 토크 산출부는,
    하기 수학식에 의해 좌측륜 휠 토크값(TLH) 및 우측륜 휠 토크값(TRH)을 각각 산출하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 장치.
    Figure 112013016701216-pat00014
    ,
    Figure 112013016701216-pat00015

    여기서, TRef는 기준 토크값이며, TError는 좌/우륜 휠 토크 차이값이다.
  6. 좌측륜 및 우측륜이 독립적으로 제어되는 좌/우륜 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법에 있어서,
    차량에 따른 좌/우측 휠 속도차와 좌/우측 휠 토크차의 매핑된 값을 차동 맵 정보 데이터베이스에 저장하는 단계;
    차량의 선회 반경 및 차량의 목표 요레이트 값으로부터 좌측륜의 목표 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도를 각각 산출하는 단계;
    상기 산출된 좌측륜의 목표 휠 속도 및 우측륜의 목표 휠 속도의 차이를 상기 차동 맵 정보 데이터베이스에 저장된 차동 맵 정보에 적용하여 좌/우측 휠 토크차를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 좌/우측 휠 토크차를 기준 토크값에 배분함으로써 목표로 하는 좌측륜 휠 토크값 및 우측륜 휠 토크값을 각각 산출하는 단계;를 포함하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 방법은,
    현재 센싱된 조향각 및 차축 거리 정보를 입력받아 차량의 선회 반경을 산출하는 단계;를 더 포함하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 방법은,
    차량 속도 정보와 상기 산출된 선회 반경으로부터 목표로 하는 요레이트를 산출하는 단계;를 더 포함하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 방법은,
    차량의 가속 페달 또는 감속 페달로부터 가속 정보 또는 감속 정보를 제공받아 상기 기준 토크값을 산출하여 상기 목표 휠 토크 산출부로 제공하는 단계;를 더 포함하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 목표로 하는 좌측륜 휠 토크값 및 우측륜 휠 토크값을 각각 산출하는 단계는,
    하기 수학식에 의해 좌측륜 휠 토크값(TLH) 및 우측륜 휠 토크값(TRH)을 각각 산출하는, 독립 구동형 전기 자동차의 차륜 제어 방법.
    Figure 112013016701216-pat00016
    ,
    Figure 112013016701216-pat00017

    여기서, TRef는 기준 토크값이며, TError는 좌/우륜 휠 토크 차이값이다.
  11. 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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