KR102056111B1 - 사륜구동차량 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적이 차량의 주행상태에 따라 휠 슬립의 발생을 최대한 빠르게 방지하며, 휠 슬립이 어느 정도 발생한다 하더라고 다른 부작용을 차단하며, 주행상태에 따라 슬립제어 방식을 달리하여 각 제어방식의 단점을 보완하고 사륜구동차량의 성능을 극대화시키는데 그 목적이 있다.

Description

사륜구동차량 제어방법 {Control Method for Four Wheel Drive}

본 발명은 사륜구동차량의 제어방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 사륜구동차량의 주행 상태에 따라 제어방식을 선택하여 각 제어방법이 가진 단점을 보완하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사륜구동시스템의 제어는, 미끄러운 노면에서의 차량 발진이나 가속 시, 특히 등판 상황에서 전륜과 후륜의 속도차가 발생할 경우 정상적인 발진 및 가속, 등판 성능 확보를 위한 최적의 전륜과 후륜 구동력 분배가 이루어지도록 하는 슬립제어와, 차량 선회 시 언더스티어(understeer)나 오버스티어(oversteer)를 억제하고 정상적인 선회 성능을 확보하기 위한 최적의 전륜과 후륜 구동력 분배가 이루어지도록 하는 핸들링 제어를 포함한다.

종래에 알려진 바와 같이, 차량에서 주행 안정성을 확보하기 위한 제어 방법은 크게 차량의 구동, 제동, 조향, 현가 시스템을 기반으로 각 시스템의 동 특성을 목표 성능에 부합시키도록 구성되어 있다. 또한, 이러한 제어 방법들은 독립적으로 구현되어 있으며, 차량의 운전 조건 및 주행 조건에 따라 안정성 관점의 우선순위가 할당되어, 할당된 우선 순위에 따라 순차적으로 해당되는 제어에 진입하도록 되어있다. 그리고 사륜구동의 슬립제어와 핸들링 제어도 이와 유사한 협조 제어 전략에 따라 운용되고 있으며, 일반적으로 핸들링 제어가 슬립제어보다 우선적으로 진입 및 작동하도록 되어있다.

그러나 이 같은 단일 제어의 온/오프(on/off) 방식으로는 선회로에서의 슬립 발진과 같은 복합적인 주행상황에서의 안정성 확보에 한계가 있으며, 빈번한 제어 모드간 천이가 발생하는 경우 과도 구간에서의 응답성능 등에 문제가 발생 할 수도 있다.

이를 위해 사륜구동 주행시 후륜에 대한 슬립제어와 핸들링 제어 효과를 동시에 얻을 수 있는 방법이 제안되었는데, 종래의 경우 슬립제어에 대한 구체적인 방안이 제시되어 있지 않으며, 일반적으로 활용되고 있는 비례제어 혹은 적분제어를 실시하였을 경우의 문제를 해결하기 위한 방안도 제시되어 있지 않다.

또한, 차량 바퀴의 정지 마찰력 손실을 방지하기 위한 트랙션 제어에 대해서도 제어방안이 제시되어 있지 않다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적이 차량의 주행상태에 따라 휠 슬립의 발생을 최대한 빠르게 방지하며, 휠 슬립이 어느 정도 발생한다 하더라고 다른 부작용을 차단하며, 주행상태에 따라 슬립제어 방식을 달리하여 각 제어방식의 단점을 보완하고 사륜구동차량의 성능을 극대화시키는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사륜구동차량 제어방법은, 사륜구동차량 제어시스템과 차량 CAN통신으로 이루어지는 사륜구동차량 제어방법에서, 사륜구동 주행시 차량에서 수집되는 정보로부터 휠슬립량 계산 및 휠슬립 상태를 판단하는 휠슬립량계산부, 사륜구동 주행시 운전자 입력신호와 차량센서신호에 대한 기준값에 따라 주행상태를 판단하는 주행상태 판단부, 사륜구동 주행시 상기 주행상태 판단부의 판단과 상기 휠슬립량계산부의 계산값에 따라 사륜구동차량을 제어하는 휠슬립 제어부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 휠슬립량계산부에서 주부구동륜부의 정보를 수집하는 구동륜구부 정보수집단계, 상기 구동륜구부 정보수집단계에서 얻은 정보로 휠슬립량을 계산하는 휠슬립량 계산단계, 상기 휠슬립량을 정상 선회시 조향각에 따른 수식으로 계산하는 선회시 휠슬립량 계산단계(S40), 상기 휠슬립량단계와 상기 선회시 휠슬립량 계산단계의 계산값을 통해 최종휠슬립량을 계산하는 최종휠슬립량 계산단계로 슬립제어 개입 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주행상태 판단부에서 상기 운전자 입력신호와 상기 차량센서신호에 대한 기준값에 따라 트랙션 제어상황인지 핸들링 제어상황인지 판단하는 제어상황판단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 휠슬립 제어부에서 상기 제어상황판단단계에 따라 상기 최종휠슬립량 계산단계의 계산값을 기준으로 제어기준 슬립량을 설정하는 제어기준 슬립량 설정단계, 상기 트랙션 제어상황인 경우 상기 휠슬립량에 따른 적분제어를 수행하는 적분제어단계, 상기 핸들링 제어상황인 경우 휠슬립량에 따른 비례제어, 적분제어, 미분제어를 수행하는 PID제어단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해, 차량의 주행상황에 따라, 트랙션 제어 상황에서 적분제어를 통해 휠슬립 발생시 소음이나 진동과 같은 문제를 최소화하며, 슬립을 방지할 수 있고, 핸들링 상황에서는 비례제어, 적분제어, 미분제어를 통하여 순간적인 슬립발생시 응답성을 높이며 토크리플현상이 발생하지 않도록 할 수 있다.

도1은 종래 기술에 따른 사륜구동차량의 전, 후륜 토크 분배 제어방법의 순서도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 사륜구동차량 제어방법의 주행상태 판단부의 순서도.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 사륜구동차량 제어방법의 순서도.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도2와 도3을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 사륜구동차량 제어방법은, 사륜구동차량 제어시스템과 차량 CAN통신으로 이루어지는 사륜구동차량 제어방법에서, 사륜구동 주행시 차량에서 수집되는 정보로부터 휠슬립량 계산 및 휠슬립 상태를 판단하는 휠슬립량계산부(200), 사륜구동 주행시 운전자 입력신호와 차량센서신호에 대한 기준값에 따라 주행상태를 판단하는 주행상태판단부(100), 사륜구동 주행시 상기 주행상태판단부(100)의 판단과 상기 휠슬립량계산부(200)의 계산값에 따라 사륜구동차량을 제어하는 휠슬립 제어부(300)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 휠슬립량계산부(200)에서 주부구동륜부의 정보를 수집하는 구동륜구부 정보수집단계(S20), 상기 구동륜구부 정보수집단계(S20)에서 얻은 정보로 휠슬립량을 계산하는 휠슬립량 계산단계(S30), 상기 휠슬립량을 정상 선회시 조향각에 따른 수식으로 계산하는 선회시 휠슬립량 계산단계(S40), 상기 휠슬립량단계와 상기 선회시 휠슬립량 계산단계(S40)의 계산값을 통해 최종휠슬립량을 계산하는 최종휠슬립량 계산단계(S50)로 슬립제어 개입 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주행상태판단부(100)에서 상기 운전자 입력신호와 상기 차량센서신호에 대한 기준값에 따라 트랙션 제어상황인지 핸들링 제어상황인지 판단하는 제어상황판단단계(S10)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 휠슬립 제어부(300)에서 상기 제어상황판단단계(S10)에 따라 상기 최종휠슬립량 계산단계의 계산값을 기준으로 제어기준 슬립량을 설정하는 제어기준 슬립량 설정(S60)단계, 상기 트랙션 제어상황인 경우 상기 휠슬립량에 따른 적분제어를 수행하는 적분제어단계, 상기 핸들링 제어상황인 경우 휠슬립량에 따른 비례제어, 적분제어, 미분제어를 수행하는 PID제어단계(S80)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

보다 상세히 설명하자면 먼저 주행상태를 파악하기 위한 단계인 트랙션 제어 상황은 일반적인 주행상황에서 비례제어를 적용하여 전륜과 후륜의 휠슬립이 발생하게 되면 이에 따라 휠슬립을 방지할 수 있는 토크를 인가하여 주면 된다. 이때 토크의 인가에 따라 휠슬립 역시 줄어들게 될 것이다.

그러나 전륜과 후륜의 노면이 다른 복합노면을 탈출하거나 주행하는 상황에 놓인 경우 순간의 휠슬립을 방지하였다고 해서 토크가 다시 빠지게 되면 휠슬립이 다시 발생하게 되고, 다시 토크가 인가되고 이에 따라 휠슬립이 다시 없어지는 토크리플현상이 발생하여 차량에 소음이나 진동이 발생하는 문제를 야기할 수 있고, 사륜구동의 성능은 악화될 것이다. 이에 따라 트랙션제어 상황에서는 휠슬립 발생 후 토크를 인가하고 휠슬립이 줄어들더라도 어느 정도 토크를 유지할 수 있는 적분제어를 적용하는 것이 적절하다.

반면 핸들링제어 상황의 경우 전륜과 후륜의 휠슬립은 차량의 개발방향에 따라 급격하게 잡아주어 안정적인 선회상태를 유지할 수도 있고, 선회상태에서의 전륜과 후륜의 휠슬립 발생을 허용하면서 조작감 있는 운전을 할 수 있게끔 설정할 수도 있다. 이에 핸들링제어 상황에서 PID제어(이하 비례제어, 적분제어, 미분제어)를 통해 적분제어나 비례제어의 단점을 보완하고, 주행모드에 따라 휠슬립 제어의 개입 가중치에 따라 핸들링제어 상황에서의 휠슬립 발생시 토크제어 개입량이 결정될 것이다.

상기 휠슬립량 계산부(200)에서 휠슬립량은 전륜 평균휠속에서 후륜 평균휠속을 뺀 값에서 다시 정상 선회시 발생하는 슬립량을 뺀 값이며 이는 차량의 CAN신호를 통하여 수신하도록 한다. 또한, 정상선회시 발생하는 슬립량은 조향각에 따른 수식으로 계산하며, 앞서 계산한 휠슬립량으로 기준값을 설정하여 슬립제어 개입 여부를 판단한다.

한편 주행상태판단부(100)의 경우 운전자의 입력신호를 통해 조향각에 대한 정보를 받고, 차량센서신호를 통해 횡가속도, 요레이트센서, 차속 등의 정보를 수신 받는다. 상술한 4가지 신호를 활용하여 특정한 기준값을 설정하고, 기준값에 따라 차량의 주행상태가 트랙션제어상황인지 핸들링제어상황인지를 판단하게 되는 제어상황판단이 이루어진다.

상기 휠슬립량계산부(200)와 주행상태판단부(100)로부터 주행상태에 따른 휠슬립 제어 기준 슬립량을 설정하고 슬립량에 따라 적분제어 또는 PID제어를 수행한다. 이때, 적분제어를 할 경우 적용되는 수식은 다음과 같다.

여기서, u는 토크,

는 슬립량,

는 적분제어 게인(gain), λ는 망각인자(forgetting factor)를 의미한다.

또한, 휠슬립량에 따라 적분제어 게인, 망각인자의 경우 맵형태의 캘리브리에이션값으로 설정하여 차량에 따라 다른 값으로 제어 가능하도록 한다. 그리고 여기서 말하는 게인(gain)의 경우 다른 말로는 이득값을 의미한다.

반면 핸들링제어 상황에서는 상술한 바와 같이 PID제어 즉, 비례제어, 적분제어, 미분제어를 통해 다른 제어방식의 단점을 보완하며, 비례제어의 경우 휠슬립량에 따른 비례제어 게인 변수를 설정하고, 적분제어의 경우 상술한 트랙션제어방식의 제어를 실시하며, 미분제어의 경우 현재의 휠슬립량에서 이전 휠슬립량을 뺀 값을 시간으로 나눈 뒤 미분제어 게인을 곱한 값의 수식으로 얻고, 핸들링제어토크의 경우 PID제어를 통해 계산한 각 토크량의 합으로 얻을 수 있다.

상기한 본 발명을 통해, 차량의 주행상황에 따라, 트랙션 제어 상황에서 적분제어단계(S70)의 적분제어를 통해 휠슬립 발생시 소음이나 진동과 같은 문제를 최소화하며, 슬립을 방지할 수 있고, 핸들링 상황에서는 PID제어단계(S80)를 통하여 순간적인 슬립발생시 응답성을 높이며 상술한 것과 같은 토크리플현상이 발생하지 않도록 할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고하여 설명되었으나, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100: 주행상태판단부 S40: 선회시 휠슬립량 계산
200: 휠슬립량 계산부 S50: 최종휠슬립량 계산
300: 휠슬립량 제어부 S60: 제어기준 슬립량 설정
S10: 제어상황판단 S70: 적분제어
S20: 구동륜구부 정보 수집 S80: PID 제어
S30: 휠슬립량 계산 S90: 토크계산

Claims (4)

1. 사륜구동차량 제어시스템과 차량 CAN통신으로 이루어지는 사륜구동차량 제어방법에서,
   사륜구동 주행시 차량에서 수집되는 정보로부터 휠슬립량 계산 및 휠슬립 상태를 판단하는 휠슬립량계산부,
   사륜구동 주행시 운전자 입력신호와 차량센서신호에 대한 기준값에 따라 주행상태를 판단하는 주행상태 판단부 및,
   사륜구동 주행시 상기 주행상태 판단부의 판단과 상기 휠슬립량계산부의 계산값에 따라 사륜구동차량을 제어하는 휠슬립 제어부를 포함하되,
   상기 휠슬립량 계산부에서 주부구동륜부의 정보를 수집하는 구동륜구부 정보수집단계, 상기 구동륜구부 정보수집단계에서 얻은 정보로 휠슬립량을 계산하는 휠슬립량 계산단계, 상기 휠슬립량을 정상 선회시 조향각에 따른 수식으로 계산하는 선회시 휠슬립량 계산단계, 상기 휠슬립량 계산단계와 상기 선회시 휠슬립량 계산단계의 계산값을 통해 최종휠슬립량을 계산하는 최종휠슬립량 계산단계로 슬립제어 개입 여부를 판단하고,
   상기 주행상태 판단부에서 상기 운전자 입력신호와 상기 차량센서신호에 대한 기준값에 따라 트랙션 제어상황인지 핸들링 제어상황인지 판단하는 제어상황판단단계를 포함하고,
   상기 휠슬립 제어부에서 상기 제어상황판단단계에 따라 상기 최종휠슬립량 계산단계의 계산값을 기준으로 제어기준 슬립량을 설정하는 단계, 상기 트랙션 제어상황인 경우 상기 휠슬립량에 따른 적분제어를 수행하는 적분제어단계, 상기 핸들링 제어상황인 경우 휠슬립량에 따른 비례제어, 적분제어, 미분제어를 수행하는 PID제어단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사륜구동차량 제어방법.
   
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