KR20210073951A

KR20210073951A - 차량의 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20210073951A
Application number: KR1020190164783A
Authority: KR
Inventors: 조이형; 오지원; 김상준
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-21

Abstract

본 발명은 차량의 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로서, 제동토크 값의 오차 존재시 구동장치를 이용한 잘못된 토크 보상의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 토크 벡터링 시스템 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 브레이크 기반 토크 벡터링을 위한 제동토크를 결정하고, 상기 결정된 제동토크에 따라 구동휠에 설치된 브레이크의 작동을 제어하는 제1 제어기; 차량에서 수집되는 입력 정보에 기초하여 상기 결정된 제동토크에 따른 브레이크 작동에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크를 관측하는 미지 입력 관측기; 브레이크 기반 토크 벡터링 작동 동안 상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 기초로 보상된 구동토크 지령을 생성하는 제2 제어기; 각 구동휠에 설치되어 상기 결정된 제동토크에 따라 제1 제어기에 의해 작동이 제어되는 브레이크; 및 상기 제2 제어기가 생성하는 보상된 구동토크 지령에 따라 작동하여 차량 구동을 위한 토크가 구동휠에 인가되도록 하는 구동장치를 포함하는 차량의 토크 벡터링 시스템, 및 그 토크 벡터링 제어 방법이 개시된다.

Description

차량의 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법{Torque vectoring system and control method for vehicle}

본 발명은 차량의 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 친환경차량에서 브레이크 기반 토크 벡터링을 수행하는 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 토크 벡터링 시스템은 차량의 민첩한 운동성능 및 핸들링 성능을 향상시키기 위해 좌우 휠(wheel)에 전달되는 토크의 크기를 독립적이면서 자유롭게 제어하는 시스템이다.

여기서, 토크 벡터링(torque vectoring)이라 함은 차량의 구동휠에 전달되는 구동장치(구동모터, 또는 엔진 및 구동모터)의 출력 또는 구동력에 대해 크기와 방향 모두를 표현하기 위한 것으로, 휠에 전달되는 토크의 크기와 방향, 그 중에서도 같은 차축선상의 좌우 양측 휠로 각각 전달되는 토크에 변화를 주기 위한 기술을 의미한다.

나아가, 모터를 포함하는 전동화 파워트레인을 탑재한 전동화 차량, 즉 모터를 이용하여 주행하는 모터 구동 차량(하이브리드 차량을 포함함)에서 차량을 구동하는 구동장치와 구동휠에 설치된 브레이크를 이용하여 토크 벡터링을 구현하는 기술이 알려져 있다.

여기서, 상기 구동장치는 차량을 구동하기 한 구동원이 되는 것으로서 구동모터(배터리 전기 차량) 또는 구동모터와 엔진(하이브리드 차량)을 의미하고, 상기 브레이크는 차량의 각 휠에 제동력을 인가하는 마찰제동장치인 휠 브레이크를 의미한다.

이와 같이 차량의 운동성능을 향상시키기 위해 선회 내측의 구동휠에 제동력을 인가하면서 구동휠의 토크 배분을 조정하는 것을 브레이크 기반 토크 벡터링(Torqe Vectroring Based Brake, TVBB)이라 한다.

이러한 TVBB의 종래 기술로서, 본 출원인에 의해 출원된 공개특허 제10-2019-0033769호(2019.04.01.)에는, 브레이크 작동시 감속감이 발생하므로, 이를 해결하기 위해 구동모터를 이용하여 휠에 인가되는 토크를 제동력만큼 보상함으로써 감속감을 최소화하고 차량에서 TVBB로 인한 부작용을 최소화할 수 있는 토크 벡터링 시스템 및 그 제어 방법이 개시되어 있다.

특히, 상기의 특허문헌에는 차량의 선회시 발생하는 언더스티어(understeer) 또는 오버스티어(oversteer)를 효과적으로 저감할 수 있는 토크 벡터링 시스템 및 그 제어 방법이 개시되어 있다.

상기 특허문헌을 참조하면, 차량이 선회할 때 언더스티어 또는 오버스티어가 발생하면, TVBB 작동 동안, 구동휠들 중에서 어느 하나의 구동휠에 제동토크를 인가하고, 구동모터로부터 제동토크와 동일한 크기의 보상토크를 모든 구동휠들에 균일하게 인가한다.

도 1은 TVBB 작동 상태를 설명하기 위한 도면으로, 차량을 구동하는 구동장치, 즉 차량 구동원이 되는 모터(구동모터)(1)가 차량에 장착됨을 예시하고 있다.

또한, 차량에는 모터(1)의 작동을 제어하는 제어기(2)가 탑재되고, 차량의 좌측과 우측의 구동휠(3)에 각각 제동토크를 인가하기 위한 휠 브레이크(4)가 설치되어 있다.

이러한 차량의 주행 동안에는 운전자의 운전 입력에 따라 제어기(2)에서 결정된 구동토크 지령으로 모터(1)의 구동이 제어되며, 이로써 필요한 구동력이 각 구동휠(3)에 인가될 수 있다.

또한, 예시된 바와 같이, 주행 동안 차량이 좌측으로 선회한다고 하면, 선회 내측의 구동휠에 TVBB를 위한 제동토크(제동력)가 인가되고, 동시에 좌측 및 우측의 구동휠(3) 모두에 상기 제동토크에 해당하는 보상토크(보상을 위한 추가 구동력)가 더 인가된다.

도 1에서 '구동력'은 운전자의 운전 입력에 따른 것으로 제어기의 보상 전 구동토크 지령으로 구동장치의 구동이 제어될 때 그 제어 결과로서 구동휠에 인가되는 힘을 의미하고, '추가 구동력'은 보상토크에 의해 추가로 인가되는 힘(즉, 보상토크에 상응하는 구동력)을 의미한다.

하지만, 종래의 TVBB 기술에서는 제어기가 정확한 제동토크를 알고 있다는 전제하에, 감속감을 최소화하기 위해 구동장치를 이용하여 제동토크만큼 토크 보상이 수행되도록 하고 있지만, 만약 제동토크의 정보에 오차가 발생하였다면 토크 보상을 통해 효과적으로 감속감을 줄일 수 없다.

구동장치와 함께 브레이크를 이용하는 종래의 토크 벡터링(TVBB) 제어 과정에서는, 운전자의 선회 입력시 브레이크 제어기(TVBB 제어기)가 선회 내측 구동휠에 대한 제동토크를 상위 제어기에 송신한다.

또한, 상위 제어기는 제동토크를 수신하여 수신된 제동토크를 기초로 TVBB 작동 동안 감속감이 발생하지 않도록 하기 위한 보상토크를 산출한다.

또한, 상위 제어기는 상기 산출된 보상토크만큼 구동장치(모터)의 토크 지령(즉, 구동토크 지령)을 보상하고, 보상된 토크 지령을 출력하여 구동장치의 구동이 상기 보상된 토크 지령에 따라 제어되도록 하는바, 이에 TVBB 작동시 감속감이 최소화될 수 있다.

하지만, 브레이크 제어기에서 송신하는 제동토크 값이 오차를 가지는 경우, 감속감을 적절하게 제어할 수 없을 뿐만 아니라, 오차의 성향에 따라 가속감을 발생시킬 수도 있다.

즉, 실제 TVBB 토크와 달리 제동토크의 오차가 존재하여 브레이크 제어기로부터 오차가 포함된 제동토크가 송신되면, 상위 제어기에서 제동토크에 상응하는 보상토크를 결정할 때 제동토크가 가지는 오차가 보상토크에 반영되어 잘못된 토크 보상이 이루어지므로, 실제 TVBB 작동 동안 원하지 않는 차량 가속이나 감속이 나타날 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 친환경차량에서 구동장치와 브레이크를 이용하는 토크 벡터링(Torque Vectoring Based Brake, TVBB)을 수행함에 있어, 제동토크 값의 오차 존재시 구동장치를 이용한 잘못된 토크 보상의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 브레이크 기반 토크 벡터링(TVBB) 작동 동안 브레이크 작동에 따른 불필요한 제동감이 발생하지 않도록 제동토크 오차로 인한 토크 보상시의 문제점을 해결할 수 있고, 제동토크의 부정확성에 기인하는 부적절한 감속감 제어, 불필요한 가속감 및 가속감 발생 등의 문제점을 확실하게 해소할 수 있는 개선된 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 브레이크 기반 토크 벡터링을 위한 제동토크를 결정하고, 상기 결정된 제동토크에 따라 구동휠에 설치된 브레이크의 작동을 제어하는 제1 제어기; 차량에서 수집되는 입력 정보에 기초하여 상기 결정된 제동토크에 따른 브레이크 작동에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크를 관측하는 미지 입력 관측기; 브레이크 기반 토크 벡터링 작동 동안 상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 기초로 보상된 구동토크 지령을 생성하는 제2 제어기; 각 구동휠에 설치되어 상기 결정된 제동토크에 따라 제1 제어기에 의해 작동이 제어되는 브레이크; 및 상기 제2 제어기가 생성하는 보상된 구동토크 지령에 따라 작동하여 차량 구동을 위한 토크가 구동휠에 인가되도록 하는 구동장치를 포함하는 차량의 토크 벡터링 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 브레이크 기반 토크 벡터링 작동 조건을 만족하면 브레이크 기반 토크 벡터링을 위한 제동토크가 결정되고, 상기 결정된 제동토크에 따라 구동휠에 설치된 브레이크의 작동이 제어되는 단계; 미지 입력 관측기에서 차량에서 수집되는 입력 정보에 기초하여 상기 결정된 제동토크에 따른 브레이크 작동에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크가 관측되는 단계; 브레이크 기반 토크 벡터링 작동 동안 상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 기초로 보상된 구동토크 지령을 생성하는 단계; 및 상기 보상된 구동토크 지령에 따라 구동장치의 구동이 제어되어 차량 구동을 위한 토크가 구동휠에 인가되는 단계를 포함하는 차량의 토크 벡터링 제어 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량의 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법에 의하면, 미지 입력 관측기를 이용하여 제동토크 오류가 있더라도 모터 등 구동장치를 이용한 적절한 토크 보상이 이루어지도록 함으로써, 불필요한 감속감이나 가속감 발생이 방지될 수 있고, 최적의 토크 벡터링 제어가 가능해지며, 차량의 운전성이 향상되는 이점이 있게 된다.

도 1은 공지의 TVBB 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 토크 벡터링 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 토크 벡터링 시스템에서 미지 입력 관측기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 토크 벡터링 과정을 나타내는 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 친환경차량에서 구동장치를 이용하여 브레이크 기반 토크 벡터링(Torque Vectoring Based Brake, TVBB)을 수행하는 차량의 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 차량을 구동하는 모터 등의 구동장치를 이용하여 제동토크를 보상함에 있어 제동토크 값의 오차 존재시 잘못된 토크 보상이 수행되는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 토크 벡터링 시스템 및 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이와 관련하여, 본 발명은 제동토크의 오차 문제를 해결하기 위해 차량에서 수집되는 정보를 기초로 제동토크를 추정(관측)하는 미지 입력 관측기(Unknown Input Observer, UIO)를 이용하는 점에 특징이 있다.

이와 같이 본 발명에서는 브레이크 제어기(TVBB 제어기)의 제동토크와 브레이크에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크 사이의 오차가 존재하더라도 미지 입력 관측기를 이용하여 적절한 토크 보상이 수행될 수 있도록 한다.

본 발명에서 미지 입력 관측기는 토크 보상에 이용하기 위해 TVBB 작동 동안 브레이크 작동에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크를 추정 및 관측하기 위한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 토크 벡터링 시스템의 구성을 나타내는 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토크 벡터링 시스템은, 차량에서 토크 벡터링 제어를 위해 협조 제어를 수행하는 복수 개의 제어기(20,40,50), 및 구동장치(미도시), 브레이크(32)를 포함할 수 있다.

좀더 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 토크 벡터링 시스템은, 차량의 운전 정보를 검출하는 운전정보 검출부(10), TVBB 작동을 위한 제동토크를 결정하고 상기 결정된 제동토크에 따라 각 구동휠에 설치된 브레이크의 작동을 제어하는 제1 제어기(20), 차량에서 수집되는 정보에 기초하여 구동휠에 인가되는 제동토크를 관측하는 미지 입력 관측기(40), TVBB 작동 동안 운전자의 운전 입력에 따른 요구 휠 토크를 연산하고 상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 기초로 보상된 구동토크 지령을 생성하여 출력하는 제2 제어기(50), 각 구동휠에 설치되는 브레이크(32), 상기 제2 제어기(50)가 출력하는 구동토크 지령에 따라 구동휠에 인가될 구동토크를 생성하여 출력하는 구동장치(미도시)를 포함한다.

여기서, 제1 제어기는 친환경차량에서 TVBB 작동 동안 TVBB 제동토크를 결정하는 브레이크 제어기, 즉 TVBB 제어기가 될 수 있고, 제2 제어기는 친환경차량에서 차량을 구동하는 구동장치에 대한 구동토크 지령을 생성하는 상위 제어기(HCU 등)가 될 수 있다.

도 2에서는 구동장치에 대해서는 도시를 생략하였으며, 구동장치는 친환경차량에서 차량 구동원인 모터 또는 엔진과 모터가 될 수 있다.

상기 운전정보 검출부(10)는 차량의 운전정보를 검출하기 위한 것으로, 상기 운전정보는 운전자의 운전 입력 정보인 가속페달 입력 정보와 조향 입력 정보, 그리고 차량 상태 정보인 차속을 포함할 수 있다.

이때, 운전정보 검출부(10)는 운전자의 가속페달 조작에 따른 가속페달 입력 정보를 검출하는 가속페달 검출부, 운전자의 조향휠 조작에 따른 조향 입력 정보를 검출하는 조향 검출부, 그리고 차속을 차속 검출부를 포함할 수 있다.

상기 가속페달 검출부는 가속페달에 설치된 통상의 가속페달 센서(Accelerator Position Sensor, APS)가 될 수 있다.

상기 조향 검출부는 통상의 조향각 센서가 될 수 있고, 조향 입력 정보는 조향각 센서에 의해 검출되는 조향각이 될 수 있다.

상기 차속 검출부는 차량의 구동휠에 설치된 휠속 센서를 포함하는 구성이 될 수 있고, 휠속 센서의 신호로부터 차량의 현재 차속 정보가 취득될 수 있다.

운전정보 검출부(10) 중 가속페달 검출부에 의해 검출되는 운전자 가속페달 입력값은 제2 제어기(50)인 상위 제어기로 입력되고, 이 상위 제어기(50)의 휠 토크 연산부(51)에서 상기 입력된 가속페달 입력값으로부터 운전자 요구 휠 토크가 결정된다.

상기 요구 휠 토크는 운전자의 운전 입력에 따른 목표 휠 토크가 되는 것으로, 상위 제어기(50)에서 미지 입력 관측기(40)에 입력되는 정보이며, TVBB 작동 동안 미지 입력 관측기(40)에서 제동토크를 추정 및 관측하는데 이용된다.

또한, 운전정보 검출부(10) 중 조향 검출부에 의해 검출되는 운전자 조향 입력값은 제1 제어기(20)인 TVBB 제어기(브레이크 제어기)에 입력되고, 이 TVBB 제어기(20)의 TVBB 작동 판단부(21)는, 조향 검출부의 신호로부터 얻어지는 조향 입력값에 기초하여 현재 브레이크 기반 토크 벡터링(이하 'TVBB'라 칭함)이 작동되어야 하는 조건인지를 판단한다.

이때, TVBB 제어기(20)는 조향 입력값이 정해진 TVBB 작동 조건을 만족하면 TVBB의 작동이 시작되어야 하는 것으로 판단한다.

상기 TVBB 작동 조건은 TVBB 제어가 작동해야 하는 조건을 미리 정해놓은 것으로, 조향 검출부에 의해 검출된 조향 입력값이 정해진 조향 기준치 이상인 조건을 포함할 수 있고, 여기서 조향 입력값은 운전자의 조향휠 조작에 따른 조향각이 될 수 있다.

즉, TVBB 제어기(20)는 운전자의 선회 의지로 인해 조향 검출부에 의해 검출된 조향각이 미리 정해진 조향 기준치 이상이면 TVBB 작동 조건을 만족하는 것으로 판단하도록 설정될 수 있는 것이다.

이와 같이 TVBB 제어기(20)는 TVBB 작동 조건을 만족하는 것으로 판단한 경우 TVBB 작동을 위한 제어, 즉 브레이크 기반 토크 베터링(TVBB)을 위한 제어를 시작한다.

본 발명에서 TVBB 제어기(20)는 브레이크 제어기가 될 수 있으며, TVBB 작동을 위한 제어가 시작되면 TVBB 제어기(20)는 TVBB을 위한 제동토크, 즉 브레이크 기반 토크 벡터링을 위한 제동토크를 결정한다.

또한, TVBB 제어기(20)는 상기 결정된 TVBB 제동토크에 상응하는 목표 제동유압을 결정하고, 상기 결정된 목표 제동유압에 따라 유압 회로(31)를 제어하여, 유압 회로(31)에 의해 생성된 유압이 구동휠의 브레이크(32)에 전달되도록 하고, 이에 브레이크(32)로부터 해당 구동휠에 제동토크가 인가되도록 한다.

TVBB 작동시 제동토크는 차량의 구동휠 중 하나에 인가될 수 있고, 예를 들어 선회 내측의 구동휠에 인가될 수 있다,

상기와 같이 구동휠에 TVBB 제동토크가 인가될 때 제동토크의 오차는 TVBB 제어기(20)가 제동토크로부터 제동유압을 연산하는 과정에서 발생할 수 있다.

또한, 유압 회로(31)나 휠 브레이크(32)의 상태에 따라 목표로 하는 제동토크가 발생하지 않을 수도 있는데, 그로 인해 TVBB 제어기(20)에서 결정된 TVBB 제동토크(TVBB의 목표 제동토크)와 휠 브레이크(32)에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크(실제 제동토크) 사이에는 차이가 있게 된다.

따라서, TVBB 제어기(20)에서 결정된 TVBB 제동토크를 기초로 바로 보상토크를 결정하게 되면, 종래와 같이 제동토크의 오차로 인한 문제가 발생할 수 있으며, 따라서 본 발명에서는 상기한 문제를 해소하기 위해 미지 입력 관측기(Unknown Input Observer, UIO)(40)를 통해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크를 추정 및 관측하여 그 관측된 제동토크로부터 보상토크를 결정한다.

본 발명에서 미지 입력 관측기(40)는 TVBB 작동 동안 상위 제어기(50)의 휠 토크 연상부(51)에서 결정된 운전자 요구 휠 토크, 운전정보 검출(10)부에 의해 검출된 현재 차속, 관측기 피드백 값인 관측 차속을 입력으로 하여 현재 구동휠에 실제 인가되고 있는 제동토크 및 차속을 추정 및 관측하고, 미지 입력 관측기(40)에서의 관측값인 제동토크(관측 제동토크)가 상위 제어기(50)에서 보상토크를 결정하는데 이용된다.

또한, 미지 입력 관측기(40)에서 관측된 차속은 미지 입력 관측기 내에서 다음 제어 주기의 피드백 차속으로 이용된다.

또한, 미지 입력 관측기(40)에서는 TVBB 제어기(20)에서 결정되어 수신된 제동토크가 관측 제동토크의 초기값(관측 초기값)으로 이용되며, 이를 통해 관측기(40)에서 실제 제동토크를 추종하는 속도가 개선될 수 있도록 한다.

이와 같이 미지 입력 관측기(40)에서 추정 및 관측된 제동토크는 상위 제어기(50)에서 요구 휠 토크를 보상하기 위한 보상토크를 결정하는데 이용되며, 보상토크는 관측된 제동토크와 동일 크기로 결정될 수 있다.

또한, 상위 제어기(50)의 토크 보상부(52)는 상기 결정된 보상토크를 이용하여 휠토크 연산부(51)에서 결정된 요구 휠 토크를 보상하고, 상위 제어기(50)의 구동토크 지령 생성부(53)는 토크 보상부(52)에서 보상된 요구 휠 토크로부터 구동장치에 대한 토크 지령, 즉 구동토크 지령을 결정할 수 있다.

결국, 상위 제어기(50)가 생성 및 출력하는 구동토크 지령에 따라 구동장치의 구동, 예를 들면 구동모터의 구동이 제어되도록 함으로써, 상기 관측된 제동토크를 기초로 한 토크 보상이 이루어질 수 있고, 특히 브레이크 작동으로 발생한 실제 제동토크를 보상할 수 있게 된다.

본 발명에서 휠 토크는 구동장치에 의해 구동휠에 인가되는 토크로서, 예를 들어 구동장치가 모터인 차량에서 휠 토크는 변속기의 현재 변속단 기어비 및 종감속비를 이용하여 구동토크인 모터 토크로 환산될 수 있고, 모터 토크에서 휠 토크로 역환산 또한 가능하다.

본 발명에서 미지 입력 관측기(40)에서 관측된 제동토크를 보상토크로 이용한다면, 보상의 대상이 되는 토크는 휠 토크가 되고, 보상된 휠 토크로부터 구동토크가 결정될 수 있다.

이와 같이 보상토크를 이용하여 요구 휠 토크 및 구동토크를 보상한 뒤, 보상된 구동토크를 지령값으로 하여 구동모터의 출력 및 구동토크, 그리고 구동휠에 인가되는 휠 토크가 제어되도록 하는 것은, 운전자 요구 휠 토크에 상응하는 구동력에 더하여 관측된 제동토크를 보상하기 위한 추가 구동력이 구동휠에 더 인가됨을 의미한다.

도 3은 본 발명에 따른 토크 벡터링 시스템에서 미지 입력 관측기의 구성을 예시한 도면으로, 미지 입력 관측기(40)는 제동으로 인해 현재 구동토크가 목표 구동토크를 만족하지 못하는 상황에서 제동토크를 관측하도록 설계될 수 있다.

도 3에 예시된 미지 입력 관측기(40)의 구성을 살펴보면, 요구 휠 토크를 이용하여 관측된 차속을 현재 차속과 비교하여 두 차속 간 오차를 연산하도록 되어 있고, P 게인(L1)과 I 게인(L2)을 가지는 PI 제어기의 형태가 되도록 구성될 수 있다.

여기서, 현재 차속은 운전정보 검출부(10) 중 차속 검출부에 의해 검출되어 미지 입력 관측기(40)에 입력되는 차속이며, 현재 차속과 비교되는 관측된 차속은 미지 입력 관측기(40)에서 피드백되는 출력값으로서 이전 제어 주기에서 관측된 차속이다.

PI 제어기 형태의 관측기(40)는 현재 차속과 관측된 차속의 오차를 보상하도록 작동하며, 이때 정상 상태 오차(steady state error) 성분을 보상하는 I 제어기(42)의 출력값이 TVBB 작동 동안 구동토크가 목표 구동토크를 만족시키지 못하도록 하는 제동토크, 즉 TVBB에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크라 할 수 있다.

이 제동토크가 미지 입력 관측기(40)를 통해 얻고자 하는 관측 제동토크가 된다.

또한, 모든 제동토크를 관측하는 경우 실제 값을 추종하는데 시간이 발생할 수 있으므로, I 제어기(42)에서의 관측 초기값으로 TVBB 제어기(20)가 송신하는 제동토크가 사용될 수 있고, 이를 통해 미지 입력 관측기(40)가 토크를 추종하는데 걸리는 시간을 최소화할 수 있다.

도 3을 참조하면, 미지 입력 관측기(40)의 P 제어기(41)가 이전 제어 주기에 관측된 차속을 피드백 차속으로 입력받고, 또한 P 제어기(41)에서 현재 차속과 관측된 차속의 오차에 P 게인(L1)을 곱한 값을 합산부(43)로 출력하고 있다.

또한, I 제어기(42)에서는 TVBB 제어기(20)로부터 수신된 제동토크를 관측 초기값으로 사용하며, I 제어기(20)에서 상기 관측 초기값에 현재 차속과 관측된 차속의 오차를 적분하여 누적한 뒤 그 누적값에 I 게인(L2)을 곱한 값을 합산부(43)로 출력한다.

또한, TVBB 제어기(20)에서 결정된 제동토크에 현재 차속과 관측된 차속의 오차를 누적한 뒤 I 게인(L2)을 적용한 값이, 미지 입력 관측기(30)에서 관측된 제동토크가 되는 것이며, 이는 브레이크 작동으로 구동휠에 실제 인가되는 제동토크를 추정한 값이 된다.

또한, 상기 P 제어기(41)와 I 제어기(42)의 출력값은 미지 입력 관측기(40) 내 합산부(43)에서 운전자의 운전 입력에 따른 요구 휠 토크(상위 제어기에서 수신됨)와 합산된다.

이어 합산부(43)에서 출력되는 합산 값인 토크 값은 가속도 변환부(43a)에서 가속도 값으로 변환되고, 가속도 변환부(43a)에서 출력되는 가속도 값이 적분기(44)에서 적분되는바, 그 적분 값이 미지 입력 관측기(40) 내에서 피드백 차속으로 사용되는 관측 차속이 된다.

상기 가속도 변환부(43a)에서는 미리 정해진 차량 고유의 설정정보를 이용하여 합산부(43)에서 출력되는 토크 값을 가속도 값으로 변환하는데, 여기서 차량 고유의 설정정보는 차량 구동계의 등가관성(I)과 타이어 동반경(r)을 포함할 수 있다.

좀 더 구체적으로는, 상기 가속도 변환부(43a)에서는 합산부(43)에서 합산되어 출력되는 토크 값을 등가관성(I)으로 나누고 여기에 타이어 동반경(r)을 곱하여 가속도 값을 산출할 수 있다.

전술한 바와 같이, TVBB 작동 동안 미지 입력 관측기(40)에서 추정 및 관측된 제동토크는 상위 제어기(50)에서 보상토크로 이용되는데, 상위 제어기(50)에서는 운전자 운전 입력에 따라 결정된 요구 휠 토크를, 미지 입력 관측기(40)에서 관측된 제동토크를 이용하여 보상하고, 상기 보상된 요구 휠 토크로부터 구동토크 지령을 결정한다.

이에 TVBB 작동 동안 상위 제어기(50)가 출력하는 토크 지령을 기초로 구동장치(예, 구동모터)의 구동이 제어되며, 이로써 구동장치가 제동토크를 보상할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 TVBB 작동을 위한 제어 과정을 나타낸 순서도로서, 이를 참조로 본 발명에 따른 브레이크 기반 토크 벡터링(TVBB)이 수행되는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 운전자의 선회 의지로 인해 조향 입력이 기준치가 이상인 경우와 같이 TVBB가 작동할 수 있는 조건을 만족하면 TVBB 작동 및 그 제어 과정이 시작된다(S11,S12).

TVBB 작동이 시작되고 나면, TVBB 제어기(20)는 TVBB 작동 동안 차량의 선회 내측 구동휠에 인가할 TVBB 제동토크를 결정하고(S13), 상기 결정된 TVBB 제동토크에 상응하는 제동유압을 연산한다.

또한, TVBB 제어기(20)는 상기 연산된 제동유압을 목표값으로 하여 유압 회로(31)의 작동을 제어하고, 이로써 선회 내측의 구동휠에 설치된 휠 브레이크(32)에 목표로 하는 유압을 인가하여 제동을 실시한다(S14).

이와 같이 선회 내측의 구동휠에 제동토크(제동력)가 인가되고 있는 상태에서, 제동토크 인가와 동시에 차량의 구동휠 전체에 제동토크만큼 보상된 토크(구동력)가 인가되도록 한다.

여기서, 보상토크는 제동토크와 같은 크기로 결정되고, 이때 제동토크는 미지 입력 관측기(30)에서 관측된 제동토크가 된다.

좀더 상세히 설명하면, TVBB 작동 동안 상위 제어기(50)는 운전자의 운전 입력, 즉 운전자의 가속페달 입력에 따른 요구 휠 토크(목표 휠 토크)를 결정하며(S12'), 상기 결정된 요구 휠 토크는 미지 입력 관측기(40)의 입력으로도 사용된다.

상기 미지 입력 관측기(40)에서는 전술한 바와 같이 상위 제어기(50)에서 결정되는 요구 휠 토크(목표 휠 토크)와 운전정보 검출부(10)에 의해 검출되는 현재 차속, 그리고 내부 피드백 값인 관측 차속을 이용하여 제동토크를 추정 및 관측한다(S16).

이와 같이 미지 입력 관측기(40)에서 관측된 제동토크는 상위 제어기(50)에서 휠 토크를 보상하기 위한 보상토크로 이용되며, 상위 제어기(50)에서는 요구 휠 토크를 관측된 제동토크만큼 보상하여 보상된 토크를 결정하고, 상기 보상된 토크로부터 구동장치에 대한 토크 지령, 즉 구동토크 지령을 생성하여 출력한다(S17).

여기서, 구동토크 지령 역시, 상기 보상된 요구 휠 토크로부터 구해지는 것이므로, 관측된 제동토크에 기초하여 보상된 토크 지령이라 할 수 있다.

이로써, 상위 제어기(50)에서 생성된 구동토크 지령에 따라 구동장치(예, 모터)의 구동이 제어되고, 결국 구동장치를 이용하여 TVBB 작동 동안 브레이크의 작동으로 인해 발생한 제동토크를 보상할 수 있게 된다.

상기와 같은 TVBB 작동 및 그 제어 과정은 TVBB 정지 조건을 만족하기 전까지는 계속해서 반복 실시되고, 운전자 조향 입력이 기준치 미만인 조건 등의 TVBB 정지 조건을 만족하면 TVBB 작동 및 그 제어 과정이 모두 종료된다(S19,S20).

도 6를 참조하면, 휠 브레이크에서의 제동이 실시되거나 관측된 제동토크를 기초로 구동토크가 보상될 때 미세한 차속 변동(S15,S16)이 발생함을 나타내고 있으나, 미지 입력 관측기(40) 등에서 피드백 루프를 구성하여 차속 변동에 대응하는 제동토크의 보상이 이루어질 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 미지 입력 관측기를 통해 TVBB 작동 동안 구동휠에 브레이크 작동으로 실제 인가되는 제동토크를 관측할 수 있고, 상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 구동토크를 보상하는데 사용함으로써 종래와 같이 TVBB 제동토크의 오차로 인해 나타나는 문제점이 해소될 수 있게 된다.

즉, TVBB 작동 동안 TVBB 제동토크에 대한 정보가 부정확하더라도 구동토크 보상에 미지 입력 관측기의 제동토크 관측값을 이용함으로써 원하지 않는 차량 감속이나 가속 발생 없이 운전자 운전 입력에 따른 토크, 즉 요구 휠 토크를 만족시킬 수 있다.

본 발명에서 상기한 미지 입력 관측기는 TVBB 작동 시작시 TVBB 제어기에서 송출되는 제동토크를 관측 초기값으로 이용하므로 제동토크 관측을 더 빠르게 완료할 수 있다.

또한, 본 발명에서 미지 입력 관측기를 통해 제동토크 전체를 관측하게 되므로 제동토크 이외에 선회 중에 발생할 수 있는 노면 및 타이어의 저항 등을 종합하여 토크를 보상할 수 있고, 다양한 환경에서도 요구 휠 토크를 만족시킬 수 있다.

미지 입력 관측기를 사용하여 미분 등의 과정이 없므로 차속을 검출하기 위한 센서 등에서 발생하는 노이즈에 강건하고, 본 발명에 따른 TVBB 제어를 수행함에 있어 추가적인 센서나 구조 변경을 필요로 하지 않는다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 모터 2 : 제어기
3 : 구동휠 4 : 브레이크
10 : 운전정보 검출부 20 : TVBB 제어기(제1 제어기)
21 : TVBB 작동 판단부 22 : TVBB 제동토크 연산부
23 : TVBB 제동유압 연산부 31 : 유압 회로
32 : 휠 브레이크 40 : 미지 입력 관측기
50 : 상위 제어기(제2 제어기) 51 : 휠 토크 연산부
52 : 토크 보상부 53 : 구동토크 지령 생성부

Claims

브레이크 기반 토크 벡터링을 위한 제동토크를 결정하고, 상기 결정된 제동토크에 따라 구동휠에 설치된 브레이크의 작동을 제어하는 제1 제어기;
차량에서 수집되는 입력 정보에 기초하여 상기 결정된 제동토크에 따른 브레이크 작동에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크를 관측하는 미지 입력 관측기;
브레이크 기반 토크 벡터링 작동 동안 상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 기초로 보상된 구동토크 지령을 생성하는 제2 제어기;
각 구동휠에 설치되어 상기 결정된 제동토크에 따라 제1 제어기에 의해 작동이 제어되는 브레이크; 및
상기 제2 제어기가 생성하는 보상된 구동토크 지령에 따라 작동하여 차량 구동을 위한 토크가 구동휠에 인가되도록 하는 구동장치를 포함하는 차량의 토크 벡터링 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 제어기는
가속페달 검출부에 의해 검출되는 운전자 가속페달 입력 정보를 기초로 요구 휠 토크를 결정하고,
상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 수신하여 상기 결정된 요구 휠 토크를 상기 관측된 제동토크를 이용하여 보상하며,
상기 보상된 요구 휠 토크에 상응하는 구동토크 지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는 차속 검출부에 의해 검출되는 현재 차속, 및 운전자 가속페달 입력 정보로부터 구해지는 요구 휠 토크를 입력 정보로 이용하여 제동토크를 관측하는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는
차량에서 수집되는 입력 정보에 기초하여 차속을 더 관측하도록 구비되고,
이전 제어 주기에 관측된 차속을 피드백 정보로 더 이용하여 제동토크를 관측하는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는 상기 현재 차속과 이전 제어 주기에 관측된 차속을 입력으로 하는 I 제어기를 포함하고,
상기 I 제어기에서는 관측 초기값에 상기 현재 차속과 이전 제어 주기에 관측된 차속의 오차를 적분하여 누적한 뒤 그 누적값에 정해진 I 게인을 곱한 값으로 상기 관측된 제동토크가 구해져 출력되는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는 상기 제1 제어기에서 브레이크 기반 토크 벡터링을 위해 결정된 제동토크를 입력받아 상기 관측 초기값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는 상기 현재 차속과 이전 제어 주기에 관측된 차속을 입력으로 하는 P 제어기를 더 포함하고,
상기 P 제어기는 상기 현재 차속과 이전 제어 주기에 관측된 차속의 오차를 산출한 뒤 상기 산출된 오차에 P 게인을 곱한 값을 출력하며,
상기 미지 입력 관측기에서, 입력 정보인 요구 휠 토크와 상기 P 제어기의 출력값, 상기 I 제어기의 출력값을 합산하고, 그 합산 값인 토크 값을 미리 정해진 설정정보를 이용하여 가속도 값으로 변환한 뒤, 상기 변환된 가속도 값을 적분하여 상기 관측된 차속이 구해지는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 시스템.
브레이크 기반 토크 벡터링 작동이 시작되면 브레이크 기반 토크 벡터링을 위한 제동토크가 결정되고, 상기 결정된 제동토크에 따라 구동휠에 설치된 브레이크의 작동이 제어되는 단계;
미지 입력 관측기에서 차량에서 수집되는 입력 정보에 기초하여 상기 결정된 제동토크에 따른 브레이크 작동에 의해 구동휠에 실제 인가되는 제동토크가 관측되는 단계;
브레이크 기반 토크 벡터링 작동 동안 상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 기초로 보상된 구동토크 지령을 생성하는 단계; 및
상기 보상된 구동토크 지령에 따라 구동장치의 구동이 제어되어 차량 구동을 위한 토크가 구동휠에 인가되는 단계를 포함하는 차량의 토크 벡터링 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 보상된 구동토크 지령을 생성하는 단계에서는
상기 미지 입력 관측기에서 관측된 제동토크를 보상토크로 이용하여 운전자 가속페달 입력 정보로부터 구해진 요구 휠 토크를 보상하고,
상기 보상된 요구 휠 토크에 상응하는 구동토크 지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는 차속 검출부에 의해 검출되는 현재 차속, 및 운전자 가속페달 입력 정보로부터 구해지는 요구 휠 토크를 입력 정보로 이용하여 제동토크를 관측하는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는
차량에서 수집되는 입력 정보에 기초하여 차속을 더 관측하도록 구비되고,
이전 제어 주기에 관측된 차속을 피드백 정보로 더 이용하여 제동토크를 관측하는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는 상기 현재 차속과 이전 제어 주기에 관측된 차속을 입력으로 하는 I 제어기를 포함하고,
상기 I 제어기에서는 관측 초기값에 상기 현재 차속과 이전 제어 주기에 관측된 차속의 오차를 적분하여 누적한 뒤 그 누적값에 정해진 I 게인을 곱한 값으로 상기 관측된 제동토크가 구해져 출력되는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 제어 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는 상기 브레이크 기반 토크 벡터링을 위해 결정된 제동토크를 상기 관측 초기값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 제어 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 미지 입력 관측기는 상기 현재 차속과 이전 제어 주기에 관측된 차속을 입력으로 하는 P 제어기를 더 포함하고,
상기 P 제어기는 상기 현재 차속과 이전 제어 주기에 관측된 차속의 오차를 산출한 뒤 상기 산출된 오차에 P 게인을 곱한 값을 출력하며,
상기 미지 입력 관측기에서, 입력 정보인 요구 휠 토크와 상기 P 제어기의 출력값, 상기 I 제어기의 출력값을 합산하고, 그 합산 값인 토크 값을 미리 정해진 설정정보를 이용하여 가속도 값으로 변환한 뒤, 상기 변환된 가속도 값을 적분하여 상기 관측된 차속이 구해지는 것을 특징으로 하는 차량의 토크 벡터링 제어 방법.