KR20190120866A - 액티브 롤 스테빌라이저를 구비하는 자동차 및 그 제어 방법 - Google Patents

액티브 롤 스테빌라이저를 구비하는 자동차 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액티브 롤 스테빌라이저를 구비하는 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 자동차가 주행하는 동안 발생할 수 있는 롤링을 효과적으로 억제하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 자동차의 제어 방법은, 운전자의 가속 의지를 판단하는 단계와; 상기 운전자의 가속 의지에 따라 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드와 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드 가운데 어느 하나의 동작 모드를 선택하는 단계와; 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 선택 시 자동차의 롤 각이 증가하도록 하여 횡가속도에 의한 자동차의 하중 이동을 상쇄시키기 위한 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

액티브 롤 스테빌라이저를 구비하는 자동차 및 그 제어 방법{VEHICLE HAVING ACTIVE ROLL STABILIZER AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 자동차에 관한 것으로, 자동차의 주행 안정성 확보를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차의 롤링 현상은 자동차의 횡방향을 따라 일어나는 기울어짐 또는 흔들림을 의미한다. 자동차가 주행하는 동안 롤링 현상이 발생하는 원인은 다양하다. 자동차가 주행하는 동안 곡선 구간을 선회할 때 발생하는 원심력이 롤링 현상의 원인일 수 있다. 또는 자동차가 주행 중인 도로의 표면이 고르지 않아 발생하는 자동차의 좌우 흔들림 역시 롤링 현상의 또 다른 원인일 수 있다. 롤링은 자동차의 주행 안정성을 해치고 승차감을 떨어뜨린다. 심지어는 심한 롤링에 의해 자동차가 전복될 수도 있다.
일 측면에 따르면, 자동차가 주행하는 동안 발생할 수 있는 롤링을 효과적으로 억제하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 자동차의 제어 방법은, 운전자의 가속 의지를 판단하는 단계와; 상기 운전자의 가속 의지에 따라 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드와 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드 가운데 어느 하나의 동작 모드를 선택하는 단계와; 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 선택 시 자동차의 롤 각이 증가하도록 하여 횡가속도에 의한 자동차의 하중 이동을 상쇄시키기 위한 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
상술한 자동차의 제어 방법에서, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어는, 상기 자동차의 롤 각이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어량을 연산하는 단계와; 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어량에 따라 액티브 롤 스테빌라이저의 토크를 제어하는 단계를 포함한다.
상술한 자동차의 제어 방법에서, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어는, 상기 액티브 롤 스테빌라이저의 액추에이터에 의한 휠 수직 항력을 추정하는 단계를 더 포함한다.
상술한 자동차의 제어 방법에서, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어는, 각 휠 별 휠 수직 항력에 스프링 하중량 작용 힘을 더하여 상기 휠 수직 항력을 보정하는 단계를 더 포함한다.
상술한 자동차의 제어 방법에서, 상기 운전자의 가속 의지가 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드를 선택하고; 상기 운전자의 가속 의지가 상기 미리 설정된 기준 값 이하일 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드를 선택한다.
상술한 자동차의 제어 방법에서, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드의 선택 시 자동차의 추정 롤 각과 목표 롤 각 사이의 차이에 기초하여 상기 자동차의 롤 각을 줄이기 위한 액티브 롤 스테빌라이저의 토크를 제어한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저는, 스테빌라이저 바의 토크를 발생시키도록 마련되는 모터와; 운전자의 가속 의지에 따라 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드와 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드 가운데 어느 하나의 동작 모드를 선택하고, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 선택 시 자동차의 롤 각이 증가하도록 하여 횡가속도에 의한 자동차의 하중 이동을 상쇄시키기 위한 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어가 이루어지도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
상술한 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저에서, 상기 제어부는 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 위해, 상기 자동차의 롤 각이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어량을 연산하고; 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어량에 따라 액티브 롤 스테빌라이저의 토크를 제어한다.
상술한 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저에서, 상기 제어부는 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 위해, 상기 액티브 롤 스테빌라이저의 액추에이터에 의한 휠 수직 항력을 추정한다.
상술한 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저에서, 상기 제어부는 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 위해, 각 휠 별 휠 수직 항력에 스프링 하중량 작용 힘을 더하여 상기 휠 수직 항력을 보정한다.
상술한 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저에서, 상기 제어부는, 상기 운전자의 가속 의지가 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드를 선택하고; 상기 운전자의 가속 의지가 상기 미리 설정된 기준 값 이하일 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드를 선택한다.
상술한 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저에서, 상기 제어부는, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드의 선택 시 자동차의 추정 롤 각과 목표 롤 각 사이의 차이에 기초하여 상기 자동차의 롤 각을 줄이기 위한 액티브 롤 스테빌라이저의 토크를 제어한다.
일 측면에 따르면, 자동차가 주행하는 동안 발생할 수 있는 롤링을 효과적으로 억제함으로써, 자동차의 선회 가속 성능과 주행 안정성, 승차감을 개선하는 효과를 제공한다.
도 1은 자동차의 주행 중 나타날 수 있는 운동 특성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저(ARS)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스테빌라이저 제어 계통을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스테빌라이저 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 ARS 가속 모드 및 ARS 노멀 모드의 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 ARS 가속 모드에 따른 ARS 역상 제어를 나타낸 도면이다.
도 1은 자동차의 주행 중 나타날 수 있는 운동 특성을 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 자동차(100)가 주행하는 동안에는 노면의 상태와 도로의 곡률에 따라 롤링(Rolling)과 요잉(Yawing), 피칭(Pitching) 등의 운동 특성이 나타날 수 있다. 롤링은 자동차(100)의 종축(Longitudinal Axis)을 회전축으로 하는 횡방향 움직임을 의미한다. 요잉은 자동차(100)의 수직 축(Vertical Axis)을 회전축으로 하는 좌우 방향 움직임을 의미한다. 피칭은 자동차(100)의 횡축(Transverse Axis)을 회전축으로 하는 전후 방향의 움직임을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저(ARS)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 액티브 롤 스테빌라이저(202F)(202R)가 자동차(100)의 전륜 구동축(Front Axle)(204F)과 후륜 구동축(Rear Axle)(204R) 각각에 설치된다. 액티브 롤 스테빌라이저(202F)(202R)는 전기-기계식 액추에이터(Electromechanical Actuator)일 수 있다.
액티브 롤 스테빌라이저(202F)(202R)는 모터(252)와 제어부(254), 다단 기어 박스(256) 및 탄성중합체 디커플링 유닛(Elastomer Decoupling Unit)(258)을 포함할 수 있다. 모터(252)를 대신하여 유압 실린더가 채용될 수도 있다.
일반적으로 스테빌라이저는 자동차의 차체가 좌우로 기우는 것 또는 좌우로 흔들리는 것을 억제하기 위한 장치이다. 일반적인 스테빌라이저는 토션 바 스프링의 양끝을 서스펜션(로어 암)에 설치하여 좌우 바퀴가 서로 다른 동작을 보일 때 작동하여 차체의 좌우 흔들림을 억제한다. 기존의 일반적인 스테빌라이저는 강성의 크기와 뒤틀림의 방향을 조절할 수 없기 때문에 자동차의 주행 상황에 따른 능동적인(active) 대처가 불가하다.
도 2에 나타낸 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 롤 스테빌라이저(202)는 강성의 크기와 방향을 자유롭게 조절할 수 있고, 이로 인해 자동차(100)의 주행 상황에 따라 능동적으로 대처할 수 있도록 한다. 예를 들면, 도 2에서 설명한 모터(252)의 토크를 조절함으로써 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 강성의 크기와 방향을 조절할 수 있다. 모터(252)를 대신하여 유압 실린더가 채용되는 경우에는 유압의 크기를 조절한다.
이와 같은 능동적 대처는 자동차(100)의 롤링을 효과적으로 억제하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면 자동차(100)의 롤링이 작은 경우에는 모터(252)의 토크를 작게 조절하고, 반대로 자동차(100)의 롤링이 큰 경우에는 모터(252)의 토크를 크게 조절한다.
액티브 롤 스테빌라이저(202)는 스프링 하중량과 스프링 상중량 사이에서 횡방향 모멘트를 발생하여 스프링 상중량의 롤 자세를 제어한다. 이때 스테빌라이저의 작용/반작용에 의해 스프링 하중량에는 반대 방향 모멘트가 작용한다. 그 결과 액티브 롤 스테빌라이저가 동작할 때 휠 수직 항력이 변화한다. 여기서 스프링은 구동축 마다 마련되는 서스펜션의 스프링을 의미한다. 스프링 하중량은 자동차(100)의 중량 가운데 서스펜션의 스프링에 의해 지지되지 않는 부분의 중량을 의미한다. 이와 반대로, 스프링 상중량은 자동차(100)의 중량 가운데 서스펜션의 스프링에 의해 지지되는 부분의 중량을 의미한다.
타이어 포스는 타이어가 낼 수 있는 최대 마찰력이다. 자동차(100)는 타이어 포스의 한계 내에서 구동, 제동, 선회 운동을 한다. 수직 하중에 따른 타이어 포스는 비선형 특성을 갖는다. 자동차(100)에 횡방향 하중 이동이 발생하면 타이어 포스의 비선형 특성에 의해 좌우 타이어의 타이어 포스 합은 하중 이동 전보다 감소한다. 즉, 좌륜 및 우륜의 타이어 포스의 합은 하중 이동이 클수록 더 감소한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스테빌라이저 제어 계통을 나타낸 도면이다.
제어부(ARS)(254)는 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 동작 전반을 제어한다. 제어부(254)는 자동차(100)에 마련되는 다른 전자 제어부(Electronic Control Unit, ECU)와 협조하여 자동차(100)의 롤이 억제되도록 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 모터(252)의 토크를 제어한다.
이를 위해 제어부(254)는 센서부(302)에 의해 검출되는 자동차(100)의 상태 정보를 수신한다. 예를 들면, 센서부(302)는 자동차(100)의 조향각과 횡가속도, 가속 페달 조작량(Accelerator Position), 구동축 토크를 포함하는 자동차(100)의 상태 정보를 검출하여 그 검출 결과를 제어부(253)로 전달한다. 이를 위해 센서부(302)는 조향각 센서와 횡가속도 센서, 가속 페달 센서(Accelerator Position Sensor), 구동축 토크 센서를 포함할 수 있다. 자동차(100)의 조향각과 횡가속도는 자동차(100)의 실제 롤 각을 추정하고 자동차(100)의 안정성을 확보하는데 필요한 목표 롤 각를 계산하는데 사용될 수 있다. 롤 각의 추정은 다음의 수식으로 나타낼 수 있다.
<수식 1> 추정 롤 각 = atan((자동차 파라미터 * 횡가속도)/(무게중심의 높이 - 롤 센서의 높이))
또한 가속 페달 조작량과 구동축 토크는 운전자의 가속 의지를 판단하는데 사용될 수 있다. 운전자의 가속 의지 판단은 다음의 수식으로 나타낼 수 있다.
<수식 2> 가속 의지 = 게인 * 가속 페달 조작량 * 엔진 토크
또한 제어부(254)는 차체 자세 제어부(Electronic Stability Controller, ESC)(304)로부터 자동차(100)의 휠 수직 항력의 정보를 수신한다. 제어부(254)는 액티브 롤 스테빌라이저(202)에 의한 스프링 하중량 작용 힘을 계산하여 차체 자세 제어부(304)에 제공한다. 휠 수직 항력은 다음의 수식으로 나타낼 수 있다.
<수식 3> 휠 수직 항력 = 자동차의 하중 / 4 +(종가속도 * 자동차 파라미터) + (횡가속도 * 자동차 파라미터)
또한 제어부(254)는 모터(액추에이터)(252)와의 통신을 통해 목표 토크를 모터(252)로 전달하고 모터(252)로부터 실제 토크의 정보를 수신한다. 즉, 제어부(254)는 모터(252)로 목표 토크(토크 지령)을 하달하여 모터(252)로 하여금 목적하는 크기 및 방향의 토크를 발생시키도록 한다. 목표 토크는 앞서 설명한 추정 롤 각과 운전자 가속 의지, 휠 수직 항력을 이용하여 연산한다. 목표 토크는 다음의 수식으로 나타낼 수 있다.
<수식 4> 목표 토크(노멀 모드) = 게인 * (목표 롤 각 - 실제 롤 각)
<수식 5> 목표 토크(역상 제어 모드) = 게인 * 운전자 가속 의지 * (선회 외륜 수직 항력 - 선회 내륜 수직 항력)
또한 제어부(254)는 토크 센서(미도시)를 통해 스테빌라이저(202)의 실제 토크의 크기 및 방향의 정보를 확보한다.
앞의 설명에서, 제어부(254)에서 차체 자세 제어부(304)로 스프링 하중량 작용 힘의 정보가 전달됨을 언급한 바 있다. 제어부(254)는 스테빌라이저(202)의 실제 토크와 자동차(100)의 모델 별 고유 특성(파라미터), 스테빌라이저의 모델 별 고유 특성(파라미터) 등을 참조하여 스프링 하중량 작용 힘을 추정한다. 스프링 하중량 작용 힘은 다음의 수식으로 나타낼 수 있다.
<수식 6> 스프링 하중량 작용 힘 = 스테빌라이저 토크 * 스테빌라이저 파라미터
액티브 롤 스테빌라이저(202)의 제어부(254)와 차체 자세 제어부(304)가 서로 협조 제어하는 경우, 차체 자세 제어부(304)는 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 제어부(254)가 추정한 스프링 하중량 작용 힘의 정보를 이용하여 휠 수직 항력을 보정할 수 있다.
휠 수직 항력의 보정은 앞서 수식 3의 휠 수직 항력과 수식 6의 스프링 하중량 작용 힘을 더한 값으로 나타낼 수 있다.
<수식 7> 휠 수직 항력 보정 = (각 휠 별 휠 수직 항력) + (스프링 하중량 작용 힘)
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스테빌라이저 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 본 발명의 실시 예에 따른 스테빌라이저 제어 방법은 자동차(100)가 주행하는 동안 발생할 수 있는 롤링을 효과적으로 억제함으로써, 자동차(100)의 선회 가속 성능과 주행 안정성, 승차감을 개선하기 위해 제안된 액티브 롤 스테빌라이저의 제어 방법이다.
먼저 제어부(254)는 센서부(302)에 의해 검출되는 자동차(100)의 상태 정보를 수신한다(402). 예를 들면, 제어부(254)는 센서부(302)로부터 자동차(100)의 조향각과 횡가속도, 가속 페달 조작량(Accelerator Position), 구동축 토크를 포함하는 자동차(100)의 상태 정보를 수신한다. 자동차(100)의 조향각과 횡가속도는 자동차(100)의 실제 롤 각을 추정하고 자동차(100)의 안정성을 확보하는데 필요한 목표 롤 각를 계산하는데 사용될 수 있다. 또한 가속 페달 조작량과 구동축 토크는 운전자의 가속 의지를 판단하는데 사용될 수 있다. 또한 제어부(254)는 차체 자세 제어부(Electronic Stability Controller, ESC)(304)로부터 자동차(100)의 휠 수직 항력의 정보를 수신한다.
제어부(254)는 가속 페달 조작량과 구동축 토크를 이용하여 운전자의 가속 의지를 판단한다(404). 예를 들면 가속 페달 조작량 및 구동축 토크의 크기가 작으면 운전자의 가속 의지 역시 작은 것으로 판단할 수 있다. 반대로 가속 페달 조작량 및 구동축 토크의 크기가 크면 운전자의 가속 의지 역시 큰 것으로 판단할 수 있다.
운전자의 가속 의지의 판단이 완료되면, 제어부(254)는 운전자의 가속 의지를 미리 설정된 기준 값과 비교한다(406). 운전자의 가속 의지와 미리 설정된 기준 값의 비교는 'ARS 가속 모드'와 'ARS 노멀 모드'를 구부하기 위한 것이다. 본 발명의 실시 예에서는 운전자의 가속 의지가 미리 설정된 기준 값을 초과하면(상대적으로 높으면) 'ARS 가속 모드'로 진행하고, 반대로 운전자의 가속 의지가 미리 설정된 기준 값 이하이면(상대적으로 낮으면) 'ARS 노멀 모드'로 진행한다.
운전자의 가속 의지가 미리 설정된 기준 값을 초과하면(406의 '예'), 제어부(254)는 'ARS 가속 모드'로 진행한다. 이를 위해 먼저 자동차(100)의 실제 롤 각이 미리 설정된 ARS 역상 제어 기준 값을 초과하는지를 확인한다(408). 만약 자동차(100)의 실제 롤 각이 미리 설정된 ARS 역상 제어 기준 값을 초과하지 않으면(408의 '아니오'), 402 단계로 복귀한다.
반대로, 만약 자동차(100)의 실제 롤 각이 미리 설정된 ARS 역상 제어 기준 값을 초과하면(408의 '예'), 제어부(254)는 ARS 가속 모드 역상 제어량을 연산한다(410). ARS 가속 모드 역상 제어는 자동차(100)의 롤 각이 증가하도록 하여 횡가속도에 의한 자동차(100)의 하중 이동을 상쇄시키기 위한 것이다. 또한 제어부(254)는 운전자 가속 의지를 빠르게 반영하기 위해 ARS 역상 제어 기준 값을 낮춘다. 또한 제어부(354)는 차체 자세 제어부(304)에서 계산한 휠 수직 항력을 이용하여 좌륜 및 우륜의 수직 항력의 차이를 연산하고, 좌륜 및 우륜의 수직 항력의 차이 기초하여 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 목표 토크를 연산한다.
이어서 제어부(254)는 계산된 ARS 가속 모드 역상 제어량에 기초하여 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 모터(252)를 제어함으로 현재 자동차(100)에 발생한 롤 현상을 억제하기 위해 필요한 크기 및 방향의 토크가 액티브 롤 스테빌라이저(202)에서 생성되도록 한다.
또한 제어부(254)는 스테빌라이저(202)의 실제 토크와 자동차(100)의 모델 별 고유 특성(파라미터), 스테빌라이저의 모델 별 고유 특성(파라미터) 등을 참조하여 스프링 하중량 작용 힘을 추정한다. 이와 같이 추정한 스프링 하중량 작용 힘의 정보는 제어부(254)에서 차체 자세 제어부(304)로 전달된다. 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 제어부(254)와 차체 자세 제어부(304)가 서로 협조 제어하는 경우, 차체 자세 제어부(304)는 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 제어부(254)가 추정한 스프링 하중량 작용 힘의 정보를 이용하여 휠 수직 항력을 보정할 수 있다.
앞서 언급한 406 단계에서, 만약 운전자의 가속 의지가 미리 설정된 기준 값 이하이면(406의 '아니오'), 제어부(254)는 'ARS 노멀 모드'로 진행한다. 이를 위해 먼저 자동차(100)의 실제 롤 각이 미리 설정된 ARS 노멀 기준 값을 초과하는지를 확인한다(418). 만약 자동차(100)의 실제 롤 각이 미리 설정된 ARS 노멀 기준 값을 초과하지 않으면(418의 '아니오'), 402 단계로 복귀한다.
반대로, 만약 자동차(100)의 실제 롤 각이 미리 설정된 ARS 노멀 기준 값을 초과하면(418의 '예'), 제어부(254)는 ARS 노멀 모드 제어량을 연산한다(420). ARS 노멀 모드 제어량은 자동차(100)의 추정 롤 각(또는 측정 롤 각)과 목표 롤 각 사이의 차이에 기초하여 자동차(100)의 롤 각을 줄이기 위한 목표 토크를 의미한다. 즉, 자동차(100)의 실제 롤 각이 ARS 노멀 기준 값을 초과하면, 제어부(354)는 자동차(100)의 주행 안정성을 확보하기 위해 ARS 노멀 모드 제어(자동차의 롤 각을 억제하는 방향으로 제어)를 실시한다. 자동차(100)의 추정 롤 각과 목표 롤 각 사이의 차이와 운전자의 가속 의지의 정도에 기초하여 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 목표 토크를 연산할 수 있다.
이어서 제어부(254)는 계산된 ARS 노멀 모드 제어량에 기초하여 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 모터(252)를 제어함으로 현재 자동차(100)에 발생한 롤 현상을 억제하기 위해 필요한 크기 및 방향의 토크가 액티브 롤 스테빌라이저(202)에서 생성되도록 한다.
또한 제어부(254)는 스테빌라이저(202)의 실제 토크와 자동차(100)의 모델 별 고유 특성(파라미터), 스테빌라이저의 모델 별 고유 특성(파라미터) 등을 참조하여 스프링 하중량 작용 힘을 추정한다. 이와 같이 추정한 스프링 하중량 작용 힘의 정보는 제어부(254)에서 차체 자세 제어부(304)로 전달된다. 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 제어부(254)와 차체 자세 제어부(304)가 서로 협조 제어하는 경우, 차체 자세 제어부(304)는 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 제어부(254)가 추정한 스프링 하중량 작용 힘의 정보를 이용하여 휠 수직 항력을 보정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 ARS 가속 모드 및 ARS 노멀 모드의 특성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저의 제어에서는 운전자의 가속 의지가 ARS 역상 제어 기준 값을 초과할 때 ARS 가속 모드로 진입한다.
ARS 노멀 모드에서의 스테빌라이저(202)의 제어량은 목표 롤 각과 실제 롤 각의 차이에 비례한다(ARS 노멀 모드 제어량 ∝ (목표 롤각 - 실제 롤각)).
ARS 역상 모드에서의 스테빌라이저(202)의 제어량은 외륜 수직 항력과 내륜 수직 항력의 차이에 비례한다(ARS 역상 모드 제어량 ∝ (외륜 수직 항력 - 내륜 수직 항력)).
ARS 역상 제어 기준 값은 ARS 노멀 기준 값보다 작다(ARS 역상 제어 기준 값 < ARS 노멀 기준 값). 이는 운전자 가속 의지를 반영하여 빠르게 선회 가속 성능을 개선하기 위함이다.
도 5(B)에 나타낸 바와 같이, ARS 역상 제어의 최대 값을 지정함으로써 과도한 롤 현상을 방지하고 자동차(100)의 주행 안정성을 확보한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 ARS 가속 모드에 따른 ARS 역상 제어를 나타낸 도면이다.
도 6(A)는 ARS 미 작동 시의 자동차(100)의 롤 현상을 나타낸 도면이다. 도 6(A)에 나타낸 바와 같이, ARS 미 작동 시 자동차(100)의 선회 또는 흔들림에 의해 롤 현상이 발생한다.
도 6(B)는 본 발명의 실시 예에 따른 ARS 역상 제어가 이루어지는 경우를 나타낸 도면이다. 도 6(B)에서, 실선 곡선 화살표는 자동차(100)의 선회 또는 흔들림에 의한 횡가속도에 기인하는 롤을 나타낸 것이다. 도 6(B)에서, 실선 직선 화살표는 자동차(100)의 롤에 의한 하중 이동을 나타낸 것이다. 도 6(B)에서, 일점 쇄선 곡선 화살표는 본 발명의 실시 예에 따른 ARS 역상 제어에 의한 추가적인 롤을 나타낸 것이다. 도 6(B)에서, 일점 쇄선 직선 화살표는 본 발명의 실시 예에 따른 ARS 역상 제어에 의한 추가적인 롤에 따른 하중 이동을 나타낸 것이다. 도 6(B)에서, 이점 쇄선 직선 화살표는 본 발명의 실시 예에 따른 ARS 역상 제어에 의한 스프링 상중량 작용 힘을 나타낸 것이다. 도 6(B)에서, 삼점 쇄선 직선 화살표는 본 발명의 실시 예에 따른 ARS 역상 제어에 의한 스프링 하중량 작용 힘을 나타낸 것이다.
자동차(100)가 주행하는 동안 곡선 구간을 선회할 때 기준 값을 초과하는 크기 및 방향의 롤 현상이 발생하면 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 액추에이터가 작동하여 스프링 상중량의 자세를 제어한다. 액티브 롤 스테빌라이저(202)는 스프링 상중량과 스프링 하중량 사이에서 움직인다. 롤을 억제하는 방향으로 액추에이터가 동작하면 스프링 상중향의 롤이 억제되어 무게 중심이 자동차(100)의 센터 라인쪽으로 이동하여 하중 이동이 감소한다. 하지만 액추에이터 동작에 의해 스프링 하중량에는 작용/반작용 법칙에 따라 스프링 상중량에 작용하는 힘의 반대 방향으로 힘이 작용한다. 따라서 좌륜 및 우륜에는 롤에 의한 하중 이동과 동일한 방향으로 수직 항력이 작용한다. 이때 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 동작에 의한 무게 중심 이동에 따라 감소한 하중 이동의 양보다 액추에이터 동작에 의해 작용한 수직 항력이 더 크기 때문에 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 작동 전에 비해 좌륜 및 우륜의 수직 항력 차이가 더 증가한다. 단, 하중은 변하지 않기 때문에 좌륜 및 우륜의 수직 항력의 합은 동일하다. 따라서 액티브 롤 스테빌라이저(202)의 동작 시 선회 내륜의 수직 하중이 줄어들게 되어 선회 내륜의 마찰력 감소로 선회 내륜의 휠 슬립이 발생할 가능성이 증가한다. 또한 타이어 좌우의 수직 항력의 차이가 커져 비선형 타이어 특성을 고려할 때 최대 타이어 포스 합이 감소하여 타이어의 최대 구동력이 감소된다.
위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 자동차
202 : 액티브 롤 스테빌라이저
204 : 서스펜션
252 : 모터
254 : 제어부
256 : 다단 기어 박스
258 : 탄성중합체 디커플링 유닛
302 : 센서부
304 : 차체 자세 제어부

Claims (12)

  1. 운전자의 가속 의지를 판단하는 단계와;
    상기 운전자의 가속 의지에 따라 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드와 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드 가운데 어느 하나의 동작 모드를 선택하는 단계와;
    상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 선택 시 자동차의 롤 각이 증가하도록 하여 횡가속도에 의한 자동차의 하중 이동을 상쇄시키기 위한 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 수행하는 단계를 포함하는 자동차의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어는,
    상기 자동차의 롤 각이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어량을 연산하는 단계와;
    상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어량에 따라 액티브 롤 스테빌라이저의 토크를 제어하는 단계를 포함하는 자동차의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어는,
    상기 액티브 롤 스테빌라이저의 액추에이터에 의한 휠 수직 항력을 추정하는 단계를 더 포함하는 자동차의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어는,
    각 휠 별 휠 수직 항력에 스프링 하중량 작용 힘을 더하여 상기 휠 수직 항력을 보정하는 단계를 더 포함하는 자동차의 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 운전자의 가속 의지가 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드를 선택하고;
    상기 운전자의 가속 의지가 상기 미리 설정된 기준 값 이하일 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드를 선택하는 자동차의 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드의 선택 시 자동차의 추정 롤 각과 목표 롤 각 사이의 차이에 기초하여 상기 자동차의 롤 각을 줄이기 위한 액티브 롤 스테빌라이저의 토크를 제어하는 단계를 포함하는 자동차의 제어 방법.
  7. 스테빌라이저 바의 토크를 발생시키도록 마련되는 모터와;
    운전자의 가속 의지에 따라 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드와 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드 가운데 어느 하나의 동작 모드를 선택하고, 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 선택 시 자동차의 롤 각이 증가하도록 하여 횡가속도에 의한 자동차의 하중 이동을 상쇄시키기 위한 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어가 이루어지도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 위해,
    상기 자동차의 롤 각이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어량을 연산하고;
    상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어량에 따라 액티브 롤 스테빌라이저의 토크를 제어하는 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 위해,
    상기 액티브 롤 스테빌라이저의 액추에이터에 의한 휠 수직 항력을 추정하는 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드의 역상 제어를 위해,
    각 휠 별 휠 수직 항력에 스프링 하중량 작용 힘을 더하여 상기 휠 수직 항력을 보정하는 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 운전자의 가속 의지가 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 가속 모드를 선택하고;
    상기 운전자의 가속 의지가 상기 미리 설정된 기준 값 이하일 때 상기 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드를 선택하는 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 액티브 롤 스테빌라이저 노멀 모드의 선택 시 자동차의 추정 롤 각과 목표 롤 각 사이의 차이에 기초하여 상기 자동차의 롤 각을 줄이기 위한 액티브 롤 스테빌라이저의 토크를 제어하는 자동차의 액티브 롤 스테빌라이저.
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