KR20070069578A - 차량의 롤오버 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 안정성 제어시스템을 이용하여 차량의 롤오버를 검출하는 차량의 롤오버 검출방법에 관한 것으로, 부가적인 센서를 추가하지 않고 차량의 선회주행 시 발생하는 횡가속도, 요 레이트 및 차량속도를 이용하여 차량의 롤오버 현상을 정확하게 검출하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 차량 안정성 제어시스템의 횡가속도, 요 레이트 및 속도센서를 이용하여 차량의 롤오버를 검출하는 방법에 있어서, 횡가속도의 미분값(KD_Ay)을 이용하여 차량이 롤오버로 진행 중인가를 판단하고, 횡가속도(Ay)를 차량속도(Vx)로 나눈 값에서 요 레이트 값(DΨ)을 뺀 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 이용하여 차량의 롤 경향이 증가하는가를 판단하며, 상기 횡가속도의 미분값(KD_Ay)과 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 조합한 롤오버 값(K_Roll)을 이용하여 롤오버 현상인지를 최종 판단하는 것이다.

Description

차량의 롤오버 검출방법{Method to detect roll over of vehicle}

도 1은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에서 차량의 롤오버를 판단하기 위한 횡가속도의 미분값을 산출하는 설명도,

도 3은 본 발명에서 차량의 롤오버를 판단하기 위한 미끄럼각의 미분값을 산출하는 설명도,

도 4는 본 발명에서 차량의 롤오버를 결정하기 위한 횡가속도의 미분값과 미끄럼각의 미분값을 조합하는 설명도,

도 5는 본 발명에 의한 차량의 롤오버 검출방법의 동작 흐름도,

* 도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명 *

10 : 속도센서 20 : 조향각센서

30 : 요 레이트센서 40 : 횡가속도센서

50 : ESP 제어부 60 : 브레이크 제어부

70 : 엔진 제어부

본 발명은 차량 안정성 제어시스템(Electronic Stability Program ;이하 ESP 시스템이라 한다)에 있어서, 특히 ESP 시스템의 횡가속도, 요 레이트 및 속도센서를 이용하여 차량의 롤오버를 검출하는 차량의 롤오버 검출방법에 관한 것이다.

차량의 전자제어시스템인 ESP 시스템은 기본적으로 차량의 요 거동을 제어하기 위한 시스템으로, 차량이 곡선 도로를 선회할 때 발생할 수 있는 언더스티어(Under steer)나 오버스티어(Over-steer)를 방지하는 장치이다. 언더스티어는 차량의 선회 반경이 너무 길어 차량이 원하는 주행궤적보다 바깥쪽으로 밀려나가는 현상이다. 이와 반대로 언더스티어는 차량의 선회속도가 증가하여 선회반경이 급격히 줄어들면서 원하는 주행궤적의 안쪽으로 치우치는 현상이다.

이러한 차량의 조향성 상실은 심각한 상황을 초래할 수 있기 때문에 어떤 주행 상태에서도 차량의 자세를 안정적으로 제어할 수 있는 ESP 시스템이 요구된다. 차량의 주행 안정성 제어의 예를 들면, 선회 주행 시 언더스티어가 발생하면 후륜의 내측 차륜에 제동력을 가하여 차량이 주행궤적의 바깥쪽으로 치우치는 것을 방지하며, 오버스티어가 발생하면 전륜의 외측 차륜에 제동력을 가하여 차량이 주행궤적의 안쪽으로 치우치는 것을 방지하는 것이다.

이와 같이, ESP 시스템은 선회하는 차량의 안정성을 확보하기 위하여 운전자가 원하는 차량의 선회속도를 정확히 예측하고, 예측된 선회속도를 추종하여 차량이 주행하도록 전륜과 후륜에 적절한 제동압력을 가할 수 있는지에 따라 시스템의 성능이 결정된다.

그런데, 이러한 ESP 시스템은 차량의 언더스티어나 오버스티어 상태에 따라 각각의 휠에 적절한 제동력을 형성시켜 차량의 요 모멘트를 조절할 뿐, 차량의 롤(Roll) 현상에 대한 제어를 포함하고 있지 않아 롤오버(Rollover) 현상을 판단할 수 없었다.

롤은 차량의 좌우방향(폭방향) 거동을 지칭하는 것으로, 주로 차량이 선회할 때 차체가 선회 외륜 쪽으로 기울어지는 것을 뜻한다.

이러한 롤이 과도하게 발생하는 상태, 즉 롤오버는 차량이 옆으로 움직이거나 전복되는 것을 뜻하며, 일반적으로 무게중심의 위치가 높고 트레드(윤거)가 좁은 차량일수록 롤오버가 쉽게 발생한다.

이러한 롤오버를 방지하기 위하여 ESP 시스템에 롤 레이트 센서(Roll Rate Sensor)를 추가하여 롤오버 현상을 판단하고 제어하는 방법이 구현되어 있으나, 롤 레이트 센서의 추가는 시스템 가격이 증가하는 등 몇 가지 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일반적인 ESP 시스템에 부가적인 센서를 추가하지 않고 기본적인 센서만을 이용하여 롤오버 현상을 검출할 수 있는 차량의 롤오버 검출방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 차량의 선회주행 시 발생하는 횡가속도, 요 레이트 및 차량속도를 이용하여 차량의 롤오버 현상을 보다 정확하게 판단할 수 있는 차량의 롤오버 검출방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 차량의 롤오버 현상을 검출하여 이를 근거로 바 퀴의 제동력과 엔진 토크를 제어하여 차량의 전복 위험을 줄일 수 있는 차량의 롤오버 검출방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량 안정성 제어시스템의 횡가속도, 요 레이트 및 속도센서를 이용하여 차량의 롤오버를 검출하는 방법에 있어서, 상기 횡가속도센서로부터 얻어진 신호를 오프셋 보정과 필터링을 거쳐 차량의 횡가속도(Ay)를 구하는 단계; 상기 구해진 횡가속도(Ay)를 미분하여 그 미분값(KD_Ay)이 미리 정해진 기준값(T1)보다 큰가를 비교하는 단계; 및 상기 횡가속도의 미분값(KD_Ay)이 기준값(T1)보다 크면 차량이 롤오버로 진행 중이라고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 구해진 횡가속도(Ay)를 속도센서로부터 얻어진 차량속도(Vx)로 나누는 단계; 상기 요 레이트센서로부터 얻어진 신호를 오프셋 보정과 필터링을 거쳐 차량의 요 레이트(DΨ)를 구하는 단계; 상기 횡가속도(Ay)를 차량속도(Vx)로 나눈 값에서 요 레이트 값(DΨ)을 뺀 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 구하는 단계; 및 상기 미끄럼각의 미분값(KD_β)이 미리 정해진 기준값(T2)보다 큰가를 비교하여 미끄럼각의 미분값(KD_β)이 기준값(T2)보다 크면 차량의 롤 경향이 증가하였음을 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 횡가속도의 미분값(KD_Ay)과 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 조합하여 차량의 롤오버 값(K_Roll)을 구하는 단계; 및 상기 구해진 롤오버 값(K_Roll)이 미리 정해진 기준값(T3)보다 큰가를 비교하여 롤오버 값(K_Roll)이 기준값(T3)보다 크면 차량이 롤오버 현상을 갖는다고 최종 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 횡가속도의 미분값(KD_Ay), 미끄럼각의 미분값(KD_β) 및 롤오버 값(K_Roll) 중 어느 하나라도 기준값보다 크지 않으면 차량이 롤오버 현상을 갖지 않는다고 판단하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 차량 안정성 제어시스템의 제어 구성도로서, 본 발명의 ESP 시스템은 속도센서(10), 조향각센서(20), 요 레이트센서(30), 횡가속도센서(40), ESP 제어부(50), 브레이크 제어부(60), 엔진 제어부(70)를 포함하여 구성된다.

상기 속도센서(10)는 다수(예를 들어, 4개)의 휠(80)에 각각 설치되어 차량의 속도를 검출하고, 조향각센서(20)는 조향 시 조향핸들의 조향각을 검출하며, 요 레이트센서(30)는 차량의 요 레이트(요 거동)를 검출하고, 횡가속도센서(40)는 차량의 횡방향 가속도를 검출한다.

상기 ESP 제어부(50)는 속도센서(10), 횡가속도센서(40), 요 레이트센서(30)에 의해 검출된 신호를 이용하여 차량의 롤오버 현상을 판단하고 각 휠(80)의 제동압력과 엔진토크를 제어하는 것으로, 롤오버 현상을 판단하여 제어하기 위해 롤오버가 발생되는 시점을 파악하여 제어하게 되면 시점상 매우 늦어지므로 롤오버로 진행 중인 차량의 특성을 파악하는 것이 매우 중요하다.

따라서, ESP 제어부(50)는 이러한 특성을 파악하기 위한 롤오버의 판단기준 을 아래의 방법으로 결정한다.

(1) 먼저, 차량의 횡가속도 특성을 이용하는 방법이다.

횡가속도센서(40)로부터 얻어진 신호를 오프셋 보정과 필터링을 거쳐 차량의 횡가속도(Ay)를 구하고, 이렇게 구해진 횡가속도(Ay)를 미분하여 나타나는 신호(KD_Ay)의 특성을 가지고 롤오버 판단조건으로 활용한다.

이에 대한 설명이 도 2에 도시되어 있으며, 이를 수식으로 표현하면 [식 1]과 같다.

KD_Ay = dAy/dt > T1 ........ [식 1]

여기서, KD_Ay는 횡가속도의 미분값, Ay는 횡가속도, T1은 상수(Threshold값)를 나타낸다.

(2) 다음으로, 롤오버를 판단하기 위한 중요한 신호는 차체 미끄럼각(slide slip angle)을 이용하는 방법이다.

차량의 롤오버가 발생하는 중요한 요소 중의 하나가 차량의 모션이 순간적으로 바뀔 때이다. 즉, J-Turn과 같이 한 방향으로 진행하는 차량 모션에 비하여 피시후크(Fish-hook)와 같이 차량의 모션이 순간적으로 변화될 때 차량의 롤 경향은 증폭되게 된다. 이러한 경향을 대표적으로 나타내는 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 이용하여 ESP 시스템에서의 롤오버 판단조건으로 이용한다.

이에 대한 설명이 도 3에 도시되어 있으며, 이를 수식으로 표현하면 [식 2]와 같다.

KD_β = (Ay/Vx) - DΨ > T2 ........ [식 2]

여기서, KD_β는 미끄럼각의 미분값, Vx는 차량속도, DΨ는 요 레이트(Yaw Rate)값, Ay는 횡가속도, T2는 상수(Threshold값)를 나타낸다.

(3) 따라서, 최종적인 롤오버의 판단기준은 횡가속도의 미분값(KD_Ay)과 미끄럼각의 미분값(KD_β)의 조합에 의하여 결정되고, 롤오버 현상이 판단되었을 경우 하나의 휠(80) 이상의 브레이크와 엔진제어를 통해 롤오버 현상을 줄여주는 것이다.

이에 대한 설명이 도 4에 도시되어 있으며, 이를 수식으로 표현하면 [식 3]와 같다.

K_Roll = KD_Ay + KD_β > T2 ........ [식 3]

여기서, K_Roll은 롤 현상을 나타낸 값, T3는 상수(Threshold값)를 나타낸다.

이와 같이, 횡가속도의 미분값(KD_Ay)과 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 이용하여 롤오버 현상을 파악하고, 이를 근거로 휠(80)에 제동압을 가하거나 엔진토크를 제어하여 차량의 전복 위험을 줄일 수 있게 된다.

상기 브레이크 제어부(60)는 ESP 제어부(50)로부터 출력되는 제동신호에 따라 해당 휠(80)의 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 제어하여 제동압력을 발생하고, 엔진 제어부(70)는 ESP 제어부(50)로부터 출력되는 엔진제어신호에 따라 엔진토크를 제어하여 엔진(90)의 구동력을 조절한다.

도 5는 본 발명에 의한 차량의 롤오버 검출방법의 동작 흐름도이다.

도 5에서, 차량의 롤오버를 판단하기 위해 횡가속도센서(40)로부터 얻어진 신호를 오프셋 보정과 필터링을 거쳐 차량의 횡가속도(Ay)를 구한다.(도 2 참조)

이렇게 구해진 횡가속도(Ay)를 미분하여 횡가속도의 미분값(KD_Ay)이 ESP 제어부(50)에 미리 정해진 상수값(T1; 운전자가 원하는 차량의 선회속도로서의 횡가속도 기준값)보다 큰가를 비교한다(S100).

상기 횡가속도의 미분값(KD_Ay)이 상수값(T1)보다 크면, 차량이 롤오버로 진행 중인 특성을 갖는다고 1차 판단한다.

다음으로, 차량의 롤오버를 판단하기 위해 차량의 모션이 순간적으로 변화될 때 차량의 롤 경향이 증폭되는 것을 이용하여 요 레이트센서(30)로부터 얻어진 신호를 오프셋 보정과 필터링을 거쳐 차량의 요 레이트(D)를 구한다.(도 3 참조)

상기 단계 S100에서 구한 차량의 횡가속도(Ay)를 속도센서(10)로부터 얻어진 차량속도(Vx)로 나눈 값(Ay/Vx)에서 상기 요 레이트 값(DΨ)을 뺀 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 구하여 ESP 제어부(50)에 미리 정해진 상수값(T2; 운전자가 원하는 차량의 모션으로서의 미끄럼각 기준값)보다 큰가를 비교한다(S110).

상기 미끄럼각의 미분값(KD_β)이 상수값(T2)보다 크면, 차량의 롤 경향이 증가하였다고 2차 판단한다.

최종적으로, 차량의 롤오버를 판단하기 위해 횡가속도의 미분값(KD_Ay)과 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 조합하여 차량의 롤 현상을 나타낸 롤오버 값(K_Roll)을 구한다.(도 4 참조)

이렇게 구해진 롤오버 값(K_Roll) ESP 제어부(50)에 미리 정해진 상수값(T3; 차량의 롤오버 현상을 판단할 수 있는 기준값)보다 큰가를 비교한다(S120).

상기 롤오버 값(K_Roll)이 상수값(T3)보다 크면, 차량이 롤오버 현상을 갖는다고 최종 판단하고 ESP 제어부(50)는 브레이크 제어부(60)를 통해 각 휠(80)에 제동압을 가하거나 엔진 제어부(70)를 통해 엔진토크를 제어하여 차량의 전복 위험을 줄일 수 있도록 한다(S130).

상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 차량의 롤오버 검출방법에 의하면, ESP 시스템에 부가적인 센서를 추가하지 않고 기본적인 센서만을 이용하여 롤오버 현상을 검출할 수 있으며, 차량의 선회주행 시 발생하는 횡가속도, 요 레이트 및 차량속도를 이용하여 차량의 롤오버 현상을 보다 정확하게 판단할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차량의 롤오버 현상을 검출하여 이를 근거로 휠(80)의 제동력과 엔진 토크를 제어하여 차량의 전복 위험을 줄일 수 있다는 효과가 있다.

상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 차량의 롤오버 검출방법을 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 (4)

1. 차량 안정성 제어시스템의 횡가속도, 요 레이트 및 속도센서를 이용하여 차량의 롤오버를 검출하는 방법에 있어서,

   상기 횡가속도센서로부터 얻어진 신호를 오프셋 보정과 필터링을 거쳐 차량의 횡가속도(Ay)를 구하는 단계;

   상기 구해진 횡가속도(Ay)를 미분하여 그 미분값(KD_Ay)이 미리 정해진 기준값(T1)보다 큰가를 비교하는 단계; 및

   상기 횡가속도의 미분값(KD_Ay)이 기준값(T1)보다 크면 차량이 롤오버로 진행 중이라고 판단하는 단계를

   포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 롤오버 검출방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 구해진 횡가속도(Ay)를 속도센서로부터 얻어진 차량속도(Vx)로 나누는 단계;

   상기 요 레이트센서로부터 얻어진 신호를 오프셋 보정과 필터링을 거쳐 차량의 요 레이트(DΨ)를 구하는 단계;

   상기 횡가속도(Ay)를 차량속도(Vx)로 나눈 값에서 요 레이트 값(DΨ)을 뺀 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 구하는 단계; 및

   상기 미끄럼각의 미분값(KD_β)이 미리 정해진 기준값(T2)보다 큰가를 비교 하여 미끄럼각의 미분값(KD_β)이 기준값(T2)보다 크면 차량의 롤 경향이 증가하였음을 판단하는 단계를

   더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 롤오버 검출방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 횡가속도의 미분값(KD_Ay)과 미끄럼각의 미분값(KD_β)을 조합하여 차량의 롤오버 값(K_Roll)을 구하는 단계; 및

   상기 구해진 롤오버 값(K_Roll)이 미리 정해진 기준값(T3)보다 큰가를 비교하여 롤오버 값(K_Roll)이 기준값(T3)보다 크면 차량이 롤오버 현상을 갖는다고 최종 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 롤오버 검출방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 횡가속도의 미분값(KD_Ay), 미끄럼각의 미분값(KD_β) 및 롤오버 값(K_Roll) 중 어느 하나라도 기준값(T1, T2, T3)보다 크지 않으면 차량이 롤오버 현상을 갖지 않는다고 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 롤오버 검출방법.

Images