KR20220067066A - 차량의 구동력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 구동력 제어 방법에 관한 것으로서, 구동력의 생성 및 제어를 위한 제어기의 개발에 소요되는 공수를 줄일 수 있고 상황에 따라 구동력의 변화량을 조정할 수 있는 구동력 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 차량 운전 정보가 수집되는 단계; 상기 수집된 차량 운전 정보로부터 차량의 구동계 속도가 추정되고, 상기 차량 운전 정보 중 구동계의 측정 속도와 상기 추정된 구동계의 추정 속도 사이의 속도차가 결정되는 단계; 상기 산출된 속도차에 기초하여 보정량이 결정되는 단계; 차량 구동장치의 작동을 제어하기 위한 기본 토크 지령의 기울기 정보로부터 기울기 제한 정보가 결정되는 단계; 상기 결정된 보정량과 기울기 제한 정보를 이용하여 기본 토크 지령으로부터 지령 값의 보정 및 기울기 제한이 적용된 최종 토크 지령이 결정되는 단계; 및 상기 결정된 최종 토크 지령에 따라 차량 구동장치의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 차량의 구동력 제어 방법이 개시된다.

Description

차량의 구동력 제어 방법{Method for controlling driving force of vehicle}

본 발명은 차량의 구동력 제어 방법에 관한 것으로서, 구동력의 생성 및 제어를 위한 제어기의 개발에 소요되는 공수를 줄일 수 있고 상황에 따라 구동력의 변화량을 조정할 수 있는 차량의 구동력 제어 방법에 관한 것이다.

차량에서 가속페달 또는 브레이크 페달 등을 통한 운전자의 운전 입력값이나 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 등에 의한 토크 지령(구동력 지령)의 입력값에 따라 차량의 구동계는 그에 상응하는 구동력을 생성해야 한다. 이때, 구동력의 변화가 필요할 수 있는데, 구동력이 과도하게 빨리 변화하도록 설정되면 구동축의 비틀림이나 기어 백래시(backlash)로 인한 타격 문제, 또는 급변하는 토크로 인한 충격성의 운전감 저하 문제가 발생할 수 있다.

반대로, 구동력의 변화율을 과도하게 제한할 경우, 운전자나 ADAS 제어기가 요구하는 구동력이 생성되기까지 과다한 시간이 소요될 수 있고, 그로 인해 운전자의 의도와 차량의 거동이 달라질 수 있다. 또한, 답답한 반응성의 문제가 제기될 수 있는 것은 물론, 차량의 위급 상황에 대처할 수 없는 위험한 상황이 발생할 수도 있다. 이와 같이 급격한 구동력 변화로 인해 발생하는 NVH(Noise, Vibration, and Harshness) 문제의 저감 정도와 차량 가감속 반응성 확보의 정도는 서로 상충관계에 있다.

현재 차량에서는 이러한 상충관계를 해결할 수 있는 구동장치(엔진 또는 구동모터)에 대한 최적 토크 지령의 생성을 위하여 다양한 조건을 인자로 하는 기울기 제한(rate limit) 및 필터가 이용되고 있다. 추가로 모터를 차량의 구동원 또는 그 일부로서 이용하는 전동화 차량에서는, 모터를 이용하여 이미 발생한 진동을 억제하기 위한 능동 피드백 토크 보정 제어를 수행할 수 있는 제어기가 이용되고 있다. 하지만, 이러한 전략의 제어기 개발을 위해서는 과다한 개발 공수를 필요로 한다.

더욱이 최근에는 운전자의 성향에 따른 운전성 맞춤형 제어를 위해 주행 모드나 상황에 따라 이원화 혹은 다양화된 방법으로 구동력 지령(토크 지령)을 생성하는데, 이 경우 다양화된 종류의 수에 따라 개발 공수가 급증하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량의 제어기가 구동력 지령의 변화 기울기를 능동적으로 제어하도록 하여, 구동력의 생성 및 제어를 위한 제어기의 개발에 소요되는 과다한 개발 공수를 줄일 수 있고, 상황에 따라 특화된 구동력의 변화량을 설정할 수 있는 구동력 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기에서, 차량 운전 정보가 수집되는 단계; 제어기에서, 상기 수집된 차량 운전 정보로부터 차량의 구동계 속도가 추정되고, 상기 차량 운전 정보 중 구동계의 측정 속도와 상기 추정된 구동계의 추정 속도 사이의 속도차가 결정되는 단계; 제어기에서, 상기 산출된 속도차에 기초하여 보정량이 결정되는 단계; 제어기에서, 차량 구동장치의 작동을 제어하기 위한 기본 토크 지령의 기울기 정보로부터 기울기 제한 정보가 결정되는 단계; 제어기에서, 상기 결정된 보정량과 기울기 제한 정보를 이용하여 기본 토크 지령으로부터 지령 값의 보정 및 기울기 제한이 적용된 최종 토크 지령이 결정되는 단계; 및 제어기에서, 상기 결정된 최종 토크 지령에 따라 차량 구동장치의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 차량의 구동력 제어 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량의 구동력 제어 방법에 의하면, 차량의 제어기가 구동계의 실제 속도와 추정 속도 간 속도차를 이용하여 구동력 지령(토크 지령)의 변화 기울기를 제어할 수 있게 된다. 결국, 구동력의 생성 및 제어를 위한 제어기의 개발에 소요되는 과다한 개발 공수를 줄일 수 있고, 상황에 따라 특화된 구동력의 변화량을 설정할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어 과정을 수행하는 장치 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 속도차를 산출하는 제1 제어기 내 속도차 산출부의 구성 및 속도차 산출 방법을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어 과정에서 토크 지령의 보정이 이루어지는 상태를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어 과정에서 기울기 제한의 설정 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어 과정에서 토크 지령의 보정 상태를 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 차량의 구동력 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 구동력 변화량(또는 기울기)을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제어 방법은 차량 구동원으로 모터를 이용하는 전동화 차량에 적용 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 제어 방법은 모터를 이용하여 주행하는 순수 전기 차량이나 연료전지 차량, 또는 모터와 함께 엔진(내연기관)을 이용하여 주행하는 하이브리드 차량에 적용 가능하다.

본 발명에서는 차량의 구동계 속도(측정 속도)와 구동계의 비틀림 및 백래시 등 방지해야 할 요소가 제거된 기준 속도(추정 속도) 간의 차이값을 산출하고, 이 차이값의 함수로 구동력 변화량(또는 구동력 변화율, 구동력 변화 기울기)을 제한하게 된다. 여기서, 차량의 구동계는 모터를 포함하거나 모터와 엔진을 포함하는 것이며, 구동계 속도는 구동계의 장치 내지 부품의 회전속도로서 모터 속도 또는 엔진 속도일 수 있다.

구동계 속도와 기준 속도, 그리고 이 둘 사이의 차이값을 산출하는 방법에 대해서는 다양하게 공지되어 있다. 일반적인 방법으로 휠 속도로부터 기어비를 고려하여 환산한 모터의 추정 속도(모델 속도)를 모터의 실제 속도(측정 속도)와 비교하여 그 차이값을 얻는 것이다. 즉, '모터의 실제 속도 - 휠 속도×유효기어비'를 기반으로 하는 속도 차이값을 산출하여 구동력 보정에 이용하는 것이다. 상기 모터의 실제 속도와 휠 속도는 모두 센서에 의해 검출되는 실측값이다.

그러나 본 발명에서는 속도 차이값을 결정하기 위하여 휠 속도를 이용하지 않는 방법을 제시하며, 본 발명의 주된 목적은 속도 차이값을 구하는 방법 자체보다는 속도 차이값을 이용하여 구동력 변화량(또는 구동력 변화 기울기)을 제한하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

구동력을 보정하는 종래의 방법(구동력 변화량 등을 제한하는 방법)에서는 토크 지령에서 기울기를 제한한 값을 취한 후 보정하는 방법이 적용되었다. 반면, 구동력을 보정하는 본 발명의 방법에서는 토크 지령을 보정한 후 보정된 토크 지령을 기울기 제한(rate limit) 값으로 제한하는 방법이 적용된다.

여기서, 기울기는 토크 지령의 변화 기울기(변화율)를 의미하는 것이다. 또한, 이하의 설명에서 구동력과 토크는 같은 의미로 이해될 수 있고, 구동력 지령과 토크 지령은 같은 의미로 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어 과정을 수행하는 장치 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 구동력 제어 과정을 수행하기 위한 장치는, 차량 운전 정보로부터 토크 지령을 결정 및 생성하는 제1 제어기(10), 상기 제1 제어기(10)에서 출력되는 토크 지령을 수신하여 구동장치(30)의 작동을 제어하는 제2 제어기(20), 및 차량 구동원이 되는 것으로서 상기 제2 제어기(20)에 의해 작동이 제어되는 구동장치(30)를 포함한다.

상기 토크 지령은 통상의 전동화 차량에서 주행 중 수집되는 차량 운전 정보에 기초하여 결정 및 생성되는 것으로, 여기서 차량 운전 정보는 센서(31)에 의해 검출되어 차량 네트워크를 통해 입력되는 센서 검출 정보일 수 있다. 상기 센서는 구동장치의 속도를 검출하기 위한 센서일 수 있고, 예를 들면 엔진 속도를 검출하기 위한 센서이거나 모터 속도를 검출하기 위한 센서일 수 있다. 모터 속도를 검출하기 위한 센서로는 모터의 회전자 위치를 검출하는 레졸버(resolver)가 될 수 있다.

또는 차량 운전 정보는 제1 제어기(10)에서 자체적으로 결정되는 정보이거나, 차량 내 타 제어기(예, ADAS 제어기)로부터 차량 네트워크를 통해 본 발명의 제어기에 입력되는 정보(예, 요구 구동력 정보)일 수 있다. 이러한 제1 제어기(10)는 통상의 전동화 차량에서 차량 운전 정보에 기초하여 토크 지령을 생성하는 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU) 또는 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제1 제어기(10)에서는 상기한 차량 운전 정보로부터 기본 토크 지령을 결정하고, 상기 결정된 기본 토크 지령을 후술하는 속도차(측정 속도와 추정 속도의 차이값)를 기초로 보정하여 최종 토크 지령을 생성한다. 이 최종 토크 지령이 제1 제어기(10)에서 제2 제어기로 송신되고, 제2 제어기(20)에서는 제1 제어기(10)로부터 송신된 최종 토크 지령에 따라 구동장치(30)의 작동을 제어한다.

토크 지령을 결정 및 생성하기 위한 차량 운전 정보로는, 운전자의 가속페달 입력값(APS 값, APS:Accelerator Position Sensor), 운전자의 브레이크 페달 입력값(BPS 값, BPS:Brake pedal Position sensor), 센서에 의해 검출되는 구동계 속도, 및 센서에 의해 검출되는 차속 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 상기 차량 운전 정보에서 가속페달 입력값과 브레이크 페달 입력값은 운전자 입력 정보이고, 센서에 의해 검출되는 구동계 속도 및 차속은 차량의 운전 상태 정보이다.

전동화 차량에서 구동장치의 작동을 제어하기 위한 토크 지령의 결정 및 생성 방법과 그 과정에 대해서는, 당해 기술분야에서 공지의 기술 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

그리고 제2 제어기(20)는 제1 제어기(10)에서 생성 및 출력되는 토크 지령(보정된 최종 토크 지령임)에 따라 차량 구동원인 구동장치(30)의 작동을 제어하는 제어기로서, 통상의 전동화 차량에서 토크 지령에 따라 인버터를 통해 구동장치(30)인 모터를 구동시키고 모터의 구동을 제어하는 공지의 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU)를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 제2 제어기(20)는 하이브리드 차량에서 토크 지령에 따라 구동장치(30)인 엔진의 구동을 제어하는 공지의 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU)를 더 포함하는 것일 수 있다.

이하의 설명에서 제어 주체를 제1 제어기와 제2 제어기로 구분하여 설명하지만, 본 발명에 따른 구동력 제어 과정은 복수 개의 제어기 대신 통합된 하나의 제어요소에 의해서도 수행될 수 있다. 복수 개의 제어기와 통합된 하나의 제어요소를 모두 제어기라 통칭할 수 있고, 이 제어기에 의해 이하 설명되는 본 발명의 구동력 제어 과정이 수행된다 할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어기는 제1 제어기와 제2 제어기를 모두 통칭하는 것이 될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 구동력 제어 과정은 속도 차이값을 산출하는 과정과, 상기 산출된 속도 차이값을 이용하여 기본 토크 지령을 보정함으로써 최종 구동력 지령을 결정하는 과정을 포함한다. 이러한 과정은 토크 지령을 결정 및 생성하는 제1 제어기(30)에 의해 수행될 수 있다.

구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 구동력 제어 과정에서는, 상기 산출된 속도 차이값, 즉 속도차를 피드백 정보로 이용하여 기본 토크 지령을 보정한 후 보정 후 토크 지령에 기울기 제한을 적용하여 최종 토크 지령을 생성하는 방법이 적용될 수 있다.

먼저, 속도 차이값(이하 '속도차'라 칭함)을 산출하는 방법에 대해 상술하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에서 속도차를 산출하는 제1 제어기(30) 내 속도차 산출부의 구성 및 속도차 산출 방법을 나타내는 블록도이다. 본 발명의 실시예에서, 속도차를 결정하기 위해 도시된 바와 같이 관측기 형태의 속도차 산출부(11)가 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 구하고자 하는 속도차는, 센서에 의해 측정되는 구동계 속도인 측정 속도와, 피드포워드 및 피드백 방식을 이용하여 추정되는 구동계 속도인 추정 속도 간 차이값으로 결정된다. 여기서, 구동계 속도는 모터 속도일 수 있고, 속도차를 산출하기 위해 측정 속도와 비교되는 추정 속도가 상기한 기준 속도가 된다. 상기 추정 속도는 구동계 속도와 차량 운전 정보로부터 구해져 사용된다.

본 발명의 실시예에서, 속도 산출부(11)에서 속도차가 산출되는 단계는 수집된 차량 운전 정보로부터 차량의 구동계 속도가 추정되는 과정을 포함한다. 또한, 상기 구동계 속도가 추정되는 과정은, 피드백 산출부(12)에서 현재의 구동계 측정 속도와 이전 제어 주기의 추정 속도 간 속도차를 입력으로 하여 피드백 제어값이 출력되는 단계; 피드포워드 산출부(13)에서 차량 운전 정보로부터 구동계 토크가 결정되어 출력되는 단계; 피드백 산출부(12)의 출력값과 피드포워드 산출부(13)의 출력값을 합산한 후 관성 보정계수를 이용하여 구동계 각가속도로 변환하는 단계; 상기 변환된 구동계 각가속도를 적분하여 얻어진 구동계 각속도와 기본 지령 토크의 변화율 정보로부터 구동계의 추정 속도를 결정하는 단계를 포함한다.

도 2를 참조하여 장치 구성을 설명하면, 본 발명의 실시예에서, 속도차 산출부(11)는, 구동계 속도(추정 속도)를 결정하기 위해, 피드백 산출부(12)와 피드포워드 산출부(13)를 포함한다. 여기서, 피드백 산출부(12)는 오차 산출부(12a), P 제어기(12b), I 제어기(12c) 및 제1 합산부(12d)를 포함할 수 있다.

상기 오차 산출부(12a)는 이전 제어 주기에서 관측된 추정 속도를 피드백 값으로 입력받는데, 이 오차 산출부(12a)에서는 측정 속도와 이전 제어 주기의 추정 속도 간 속도차가 구해진다. 이 속도차가 속도 오차로서 P 제어기(12b)와 I 제어기(12c)의 입력이 된다. 또한, 오차 산출부(12a)에 의해 산출되는 속도차가 본 발명에서 속도차 산출부(11)를 통해 구하고자 하는 최종의 속도차가 된다.

P 제어기(12b)는 오차 산출부(12a)로부터 입력되는 속도차(속도 오차)에 P 게인에 해당하는 보정계수을 곱한 값을 제1 합산부(12d)로 출력한다. 또한, I 제어기(12c)에서는 오차 산출부(12a)로부터 입력되는 속도차가 오차 적분기(12c')에 의해 적분되는데, I 제어기(12c)에서는 상기 적분된 값에 I 게인에 해당하는 보정계수를 곱한 값이 제1 합산부(12d)로 출력된다. 제1 합산부(12d)는 P 제어기(12b)의 출력값과 I 제어기(12c)의 출력값을 합산하여 출력하며, 이 합산값이 피드백 산출부(12)의 출력값이 된다.

도 2에 나타낸 관측기 형태를 이용하여 속도차를 산출할 수 있는데, 만약 측정 속도와 측정 속도의 LPF(Low Pass Filter) 처리된 속도차를 구하면 구동계 비틀림이나 백래시로 인한 속도차를 추정할 수 있지만, LPF의 특성상 랙(lag)이 존재하게 된다. 이러한 형태는 피드포워드 산출부를 삭제한 형태로 볼 수 있고, 이때는 피드백 산출부만을 이용하게 되는데, 피드백 산출부에서 필요에 따라 P 제어기와 I 제어기 중 하나가 선택적으로 이용될 수도 있다.

필터 랙(filter lag)을 보정하려면, 피드포워드 항을 이용하는 도 2와 같은 관측기 형태가 이용될 수 있다. 피드포워드 산출부(13)는 구동토크에 따른 가속모델부(13a)와 제동토크에 따른 제동모델부(13b), 그리고 제2 합산부(13c)를 포함한다.

가속모델부(13a)는 제1 제어기(10) 내에서 가속페달 입력값(APS 값)에 기초하여 결정된 토크 지령, 즉 기본 토크 지령을 보정하여 보정된 구동토크(구동력) 값을 제2 합산부(13c)로 출력한다. 여기서, 상기 산출되는 구동토크 값은 차량 구동륜 휠단에서의 구동토크 값으로 이해할 수 있다. 가속모델부(13a)에서 기본 토크 지령이 휠단에서의 구동토크 값 또는 그에 상응하는 값으로 환산되는 것이며, 가속모델부에서의 보정계수는 모터와 구동륜 사이의 기어비 또는 기어비에 비례하는 값이 될 수 있다.

제동모델부(13b)는 제2 제어기(10) 내에서 브레이크 페달 입력값(BPS 값)에 기초하여 결정되는 토크 지령, 즉 제동토크 지령을 보정한 뒤 보정된 제동토크(제동력) 값을 제2 합산부(13c)로 출력한다. 여기서, 제동모델부(13b)에서의 보정계수는 제동유압-제동력 간 계수 또는 그에 상응하는 값이 될 수 있다.

그 밖에, 피드포워드 산출부(13)는 노면 구배나 공기 저항 등을 입력으로 하여 토크 값을 결정한 뒤 상기 결정된 토크(주행 부하) 값을 제2 합산부(13c)로 출력하는 추가적인 모델부를 더 포함할 수 있고, 노면 구배나 공기 저항 외에도 차량의 주행 저항에 관련된 입력 변수를 이용하여 토크 값을 산출한 뒤 제2 합산부(13c)로 출력하는 추가적인 모델부를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 피드포워드 산출부(13)에서는 차량 운전 정보에 따른 차량 토크 값이 피드포워드 방식으로 구해져 출력된다.

속도차 산출부(11)는 피드백 산출부(12)와 피드포워드 산출부(13)와 함께 관측값 합산부(14)와 보정부(15), 각가속도 적분기(16), 스프링 컴플라이언스 모델부(17), 최종 합산부(18)를 더 포함할 수 있다. 상기와 같이 속도차 산출부(11)에서 피드백 산출부(12)의 출력값과 피드포워드 산출부(13)의 출력값은 관측값 합산부(14)로 입력되어 합산된다. 이 관측값 합산부(14)에서 합산되어 출력되는 값은 토크 차원의 값이 된다.

상기와 같이 관측값 합산부(14)에서 합산된 후 출력되는 값은 보정부(15)에서 관성 보정계수에 의해 각가속도로 변환된다. 상기 관성 보정계수는 차량 등가관성에 관련된 것으로서, 차량 등가관성(총 등가무게)에 반비례하는 값으로 미리 정해진다. 여기서, '등가'라는 용어를 사용한 이유는, 차량의 가감속에 관련되는 차량의 총 무게(질량)에는 선형운동요소와 서로 다른 기어비를 갖는 회전요소에 해당하는 값들이 모두 포함 내지 합산되어야 하기 때문이다.

상기 속도차 산출부(11) 내에서 관측값 합산부(14)로부터 출력된 값은 보정부(15)에서 등가관성으로 나뉘어 각가속도 값으로 구해지고, 이어 각가속도는 각가속도 적분기(16)로 입력되어 적분된다. 이로써 각가속도 적분기(16)에서는 각속도 값이 출력되고, 이 각속도 값은 최종 합산부(18)로 입력된다.

상기 최종 합산부(18)에서는 구동축의 스프링 컴플라이언스에 관한 모델부, 즉 축 컴플라이언스 모델부(17)에서 출력되는 값이 입력되어 각가속도 적분기(16)에서 출력되는 각속도 값과 합산된다. 이와 같이 최종 합산부(18)에서는 각가속도 적분기(16)에서 출력되는 각속도 값과 축 컴플라이언스 모델부(17)에서 출력되는 값이 합산되어 최종의 추정 속도 값이 구해진다.

상기 축 컴플라이언스 모델부(17)에서는 기본 토크 지령의 변화율을 입력으로 하며, 기본 토크 지령의 변화율이 보정계수에 의해 보정된 값이 출력된다. 여기서, 보정계수는 유효 스프링 상수(effective spring constant)(F = kx에서 'k'임)와 관련된 것으로, 유효 스프링 상수에 상응하는 값으로 미리 정해진다.

상기 각가속도 적분기(16)에서는 필요에 따라 리셋(R)이 추가될 수 있고, 이는 변속 개입, 구동륜 전환, 정지상태 보정 등의 필요가 있을 때 사용되는데, 리셋 시 적분기(16)에서의 속도가 측정 속도로 리셋된다. 이때, 전술한 I 제어기(12c)의 오차 적분기(12c')는 0으로 리셋된다.

한편, 토크 지령을 보정하는 실시예에 대해 상술한다. 본 발명의 실시예에서, 토크 지령을 보정하여 최종 토크 지령을 생성하기 위해, 상기 산출된 속도차를 피드백 정보로 이용하여 기본 토크 지령을 보정한 후, 보정 후 토크 지령에 기울기 제한(rate limit)을 적용하여 최종 토크 지령을 생성한다.

보다 상세하게는, 속도차를 기반으로 직접적으로 토크 지령 기울기를 결정하는 것이 아닌, 속도차 값을 기초로 보정량을 결정하고, 상기 결정된 보정량으로 기본 토크 지령을 보정한 뒤, 보정된 기본 토크 지령에 대해 추가로 기울기를 제한하는 방식으로 보정하여 최종 토크 지령을 생성한다. 여기서, 기본 토크 지령에 가감되는 보정량에 기울기 제한을 적용하는 방식도 이용 가능하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토크 지령의 보정이 이루어지는 상태를 예시한 도면이다. 도 3을 참조로 실시예의 보정 방법에 대해 설명하면, 먼저 가속페달 입력값(APS 값) 등을 기초로 기본 토크 지령(a)이 결정되고, 속도차 산출부(11)에서 산출된 속도차 값에 상응하는 보정량(b)이 결정된다. 이어 기본 토크 지령(a)에서 보정량(b)을 가감하는 보정을 함으로써 보정 후 토크 지령(c)을 생성한다. 여기서, 보정량의 크기는 속도차를 입력으로 이용하는 제어기의 형태를 이용하여 결정될 수 있는데, 속도차를 입력으로 하는 PID 제어 등에 의해 보정량의 크기가 결정되도록 할 수 있다. 이어 보정 후 토크 지령(c)을 기울기 제한을 적용하는 방식으로 보정하여 최종 토크 지령(d)을 생성한다.

위의 설명에서 기울기 제한을 보정 후 토크 지령(c)에 대해 적용하여 최종 토크 지령(d)을 생성하고 있으나, 기울기 제한을 보정량에 선 적용한 후 기울기 제한이 적용된 보정량을 기본 토크 지령에 가감하는 방식으로 최종 토크 지령을 생성할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서는 보정량과 기울기 제한 정보를 이용하여 기본 토크 지령으로부터 지령 값의 보정 및 기울기 제한이 적용된 최종 토크 지령이 결정되도록 하는데, 이때 기본 토크 지령에 기울기 제한을 적용하거나, 보정량에 기울기 제한을 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 기울기 제한을 적용하기 위해서는 기울기 제한 범위가 정해져야 하는데, 제어기에서 기울기 제한 범위는 기본 토크 지령의 변화 기울기를 기초로 정해질 수 있다. 이때, 기울기 제한 범위는 기울기 상한값과 기울기 하한값으로 정의되는 것으로, 기본 토크 지령 기울기의 각각 정해진 배수에 해당하는 값을 기울기 제한값인 기울기 상한값과 기울기 하한값으로 하는 범위로 정해질 수 있다.

또는 기울기 제한값은 0과 기본 토크 지령 기울기의 미리 정해진 배수에 해당하는 값으로 결정될 수 있다. 즉, 기울기 제한 범위는 0부터 기본 토크 지령 기울기의 배수 값 사이의 범위로 정해질 수 있는 것이다. 예컨대, 기울기 제한 범위는 기본 토크 지령 기울기의 배수 값을 상한값으로 하면서 0을 하한값으로 하는 범위로 결정될 수 있다.

또는 기본 토크 지령 기울기의 배수로만 기울기를 제한하는 것이 아니라, 미리 정해진 상수 값으로 기울기를 제한할 수도 있다. 예컨대, 기울기 제한 범위는 기본 토크 지령 기울기의 배수 값을 상한값으로 하면서 미리 정해진 상수 값을 하한값으로 하는 범위로 결정될 수 있다. 반대로, 기울기 제한 범위는 미리 정해진 상수 값을 상한값으로 하면서 기본 토크 지령 기울기의 배수 값을 하한값으로 하는 범위로 결정될 수 있다.

또한, 기본 토크 지령 기울기의 배수 값과 상수 값 중 큰 값을 기울기 제한값으로 취해지도록 하여 기본 토크 지령의 변화가 없을 시에도 보정 후 토크 지령이 기본 토크 지령에 수렴하도록 할 수 있다. 또한, 상한값 없이 하한값만 설정되어 있는 기울기 제한 범위가 이용될 수도 있고, 이때 하한값은 0으로 설정될 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에서, 기본 토크 지령의 기울기로부터 기울기 제한 정보인 기울기 제한 범위가 결정되고 나면, 최종 토크 지령이 결정되는 단계에서, 상기 보정된 지령 값의 기울기 또는 보정량의 기울기가 상기 기울기 제한 범위를 벗어날 경우, 상기 보정된 지령 값 또는 보정량의 기울기가 상기 기울기 제한 범위의 상한값 또는 하한값으로 제한된다.

결국, 제한된 기울기로 변화된 지령 값이 최종 토크 지령으로 결정되거나, 제한된 기울기로 변화된 보정량만큼 기본 토크 지령을 보정한 지령 값이 최종 토크 지령으로 결정될 수 있다. 물론, 상기 보정된 지령 값의 기울기 또는 보정량의 기울기가 상기 기울기 제한 범위의 인내인 경우 기울기가 제한되지 않은 보정된 지령 값 또는 보정량에 의해 최종 토크 지령이 결정된다

도 4는 본 발명의 실시예에서 기울기 제한의 설정 예를 나타내는 도면으로서, 기본 토크 지령을 기초로 정해지는 기울기 제한의 설정 예로서 (R1)과 (R2), (R3)를 보여주고 있다. (R1)은 기울기 제한 범위의 상한에는 제한이 없으나 기본 토크 지령 기울기의 0의 배수, 즉 0의 값이 하한치로 설정된 예이다. (R2)는 상한값과 하한값이 모두 기본 토크 지령 기울기의 배수로 설정된 예이며, (R3)는 상한값은 기본 토크 지령 기울기의 배수로 설정되지만 하한값은 미리 정해진 상수 값으로 설정된 예이다.

이와 같이 실시예에서 토크 지령 기울기 제한 범위가 정해지면, 보정 후 토크 지령(c)에 토크 지령 기울기 제한 범위가 적용될 수 있고, 결국 보정 후 토크 지령(c)에 기울기를 제한한 값의 최종 토크 지령이 결정될 수 있다. 또한, 실시예에서 토크 지령 기울기 제한 범위는 기본 토크 지령이 양(+)의 값인지, 음(-)의 값인지에 따라 이원화될 수 있다. 또한, 제1 실시예에서와 마찬가지로 산출된 속도차 값의 방향에 따라 기울기 제한값 산출 과정이 이원화될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어 과정을 나타내는 순서도이다. 본 발명의 실시예에서는 속도차 산출부에서 산출된 속도차를 피드백 정보로 이용하여 보정량을 결정하고 상기 결정된 보정량을 이용하여 토크 지령을 보정한다.

도 5를 참조하여 실시예에 대해 설명하면, 제어기(제1 제어기)에서 운전자 입력 정보, 차량의 운전 상태 정보, ADAS 입력 정보 등을 포함하는 차량 운전 정보가 취득되고(S1), 이어 차량 운전 정보에 기초하여 기본 토크 지령이 생성된다(S2). 이어 제어기는 측정 속도와 추정 속도의 속도차를 실시간으로 산출한다(S3). 또한, 제어기는 상기 산출된 속도차를 기초로 토크 보정량을 결정하고, 기울기 제한 범위를 결정한다(S4). 이어 제어기는 기본 토크 지령에 토크 보정량을 가감하여 보정 후 토크 지령을 결정하고(S5), 상기 결정된 보정 후 토크 지령에 기울기 제한을 적용하여 최종 토크 지령을 결정한다(S6). 결국, 제어기(제1 제어기와 제2 제어기)가 최종 토크 지령에 따라 구동장치의 작동을 제어함으로써 목표로 하는 차량 구동력을 생성할 수 있게 된다(S7).

이와 같이 하여, 본 발명에서는 차량의 제어기가 구동력 지령(토크 지령)의 변화 기울기를 제어할 수 있게 된다. 결국, 본 발명에서는 구동력의 생성 및 제어를 위한 제어기의 개발에 소요되는 과다한 개발 공수를 줄일 수 있고, 상황에 따라 특화된 구동력의 변화량을 설정할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제어 방법에 따르면, 수많은 인자를 고려하여 상황별 토크 지령 필터나 기울기, 토크 보정량을 설정해야 하는 번거로움이 해결될 수 있고, 실시간으로 그 순간에 적합한 토크 지령을 생성할 수 있으므로 개발 효율성의 향상도 기대할 수 있다. 또한, 운전자 입력(가속페달 및 브레이크 페달의 입력 등)에 대한 반응성 확보와 급격한 구동력 변화에 따른 NVH의 억제가 동시에 달성될 수 있다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 제어 과정에서 토크 지령의 보정 상태를 비교하여 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 6은 속도차 산출값을 기반으로 토크 지령이 의도한 바대로 보정된 예이며, 기울기 제한을 적용하지 않았지만 적절한 보정이 이루어진 예를 나타낸다.

도 7은 토크 지령의 보정에 있어 의도한 상태로 보정이 이루어진 또 다른 예를 나타낸 것이고, 도 8은 도 7과 같이 토크 지령의 보정이 이루어져야 함에도 토크 발산이 나타난 상태를 예시한 것이다. 토크 상승폭 및 제어 전략이 도 6의 경우와 동일함에도 토크 형상의 차이로 인해 도 7의 의도한 제어가 이루어지지 못하고 도 8과 같이 토크 발산이 나타나고 있다.

도 8을 참조하면, 보정 초기 이후 역기울기로 인해 반대되는 속도차가 발생하고, 반대되는 속도차로 인해 보정 방향이 역전되고 있다. 이와 같이 반대되는 속도차 발생 및 보정 방향의 역전이 반복되면서 토크 발산이 나타날 수 있다.

도 8의 문제를 해결하기 위해서는 단순히 토크 형상의 차이만을 고려할 것이 아니라 속도, 토크 변동폭, 토크 영역, 노면 부하 등의 여러 가지 인자를 모두 고려하여 제어 전략을 다원화해야 하고, 이는 복잡한 개발 과정을 필요로 한다. 하지만, 본 발명에 따르면 이러한 개발 과정이 생략될 수 있으므로 개발 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 9는 본 발명에서와 같이 토크 지령을 보정한 후 기울기 제한을 적용한 예이며, 보정 후 토크 지령에 대해 기울기 제한을 적용함으로써 도 7의 예와 비교해서도 급격한 구동력 변화 및 그로 인한 NVH 발생의 억제가 이루어질 수 있음을 보여주고 있다.

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.

10 : 제1 제어기 11 : 속도차 산출부
12 : 피드백 산출부 12a : 오차 산출부
12b : P 제어기 12c : I 제어기
12c : 오차 적분기 12d : 제1 합산부
13 : 피드포워드 산출부 13a : 가속모델부
13b : 제동모델부 13c : 제2 합산부
14 : 관측값 합산부 15 : 보정부
16 : 각가속도 적분기 17 : 축 컴플라이언스 모델부
18 : 최종 합산부 20 : 제2 제어기
30 : 구동장치(모터 또는 엔진) 31 : 센서
40 : 감속기 또는 변속기 50 : 구동륜

Claims (16)

1. 제어기에서, 차량 운전 정보가 수집되는 단계;
   제어기에서, 상기 수집된 차량 운전 정보로부터 차량의 구동계 속도가 추정되고, 상기 차량 운전 정보 중 구동계의 측정 속도와 상기 추정된 구동계의 추정 속도 사이의 속도차가 결정되는 단계;
   제어기에서, 상기 산출된 속도차에 기초하여 보정량이 결정되는 단계;
   제어기에서, 차량 구동장치의 작동을 제어하기 위한 기본 토크 지령의 기울기 정보로부터 기울기 제한 정보가 결정되는 단계;
   제어기에서, 상기 결정된 보정량과 기울기 제한 정보를 이용하여 기본 토크 지령으로부터 지령 값의 보정 및 기울기 제한이 적용된 최종 토크 지령이 결정되는 단계; 및
   제어기에서, 상기 결정된 최종 토크 지령에 따라 차량 구동장치의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 차량 구동장치는 모터 또는 엔진이고,
   상기 측정 속도가 센서에 의해 측정되는 모터 속도 또는 엔진 속도이며,
   상기 추정되는 구동계 속도가 상기 모터 또는 엔진의 추정 속도인 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 최종 토크 지령이 결정되는 단계에서,
   상기 기본 토크 지령을 상기 결정된 보정량만큼 보정한 후, 상기 보정된 지령 값에 기울기 제한을 적용하여, 상기 기울기 제한이 적용된 지령 값을 상기 최종 토크 지령으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 기울기 제한 정보가 결정되는 단계에서, 상기 기본 토크 지령의 기울기로부터 상기 기울기 제한 정보인 기울기 제한 범위가 결정되고,
   상기 최종 토크 지령이 결정되는 단계에서, 상기 보정된 지령 값의 기울기가 상기 기울기 제한 범위를 벗어날 경우, 상기 보정된 지령 값의 기울기를 상기 기울기 제한 범위의 상한값 또는 하한값으로 제한한 지령 값을 상기 최종 토크 지령으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 보정된 지령 값의 기울기가 상기 기울기 제한 범위 이내일 경우, 상기 보정된 지령 값을 기울기 제한 없이 최종 토크 지령으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 최종 토크 지령이 결정되는 단계에서,
   상기 결정된 보정량에 기울기 제한을 적용한 후, 상기 기울기 제한이 적용된 보정량만큼 기본 토크 지령을 보정하여. 상기 보정된 지령 값을 상기 최종 토크 지령으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 기울기 제한 정보가 결정되는 단계에서, 상기 기본 토크 지령의 기울기로부터 상기 기울기 제한 정보인 기울기 제한 범위가 결정되고,
   상기 결정된 보정량에 기울기 제한을 적용함에 있어, 상기 보정량의 기울기가 상기 기울기 제한 범위를 벗어날 경우, 상기 기울기 제한 범위의 상한값 또는 하한값으로 기울기가 제한된 보정량이 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 보정량의 기울기가 상기 기울기 제한 범위 이내일 경우, 상기 보정량을 기울기 제한 없이 기본 토크 지령을 보정하는데 이용하여 상기 최종 토크 지령이 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
9. 청구항 4 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 기울기 제한 범위는 기본 토크 지령 기울기의 각각 정해진 배수에 해당하는 값을 상한값과 하한값으로 하는 범위로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
   
10. 청구항 4 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 기울기 제한 범위는 기본 토크 지령 기울기의 정해진 배수에 해당하는 값을 상한값으로 하면서 0 또는 미리 정해진 상수 값을 하한값으로 하는 범위로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
    
11. 청구항 4 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 기울기 제한 범위는 미리 정해진 상수 값을 상한값으로 하면서 기본 토크 지령 기울기의 정해진 배수에 해당하는 값을 하한값으로 하는 범위로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
    
12. 청구항 4 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 기울기 제한 범위는 미리 정해진 상수값과 기본 토크 지령 기울기의 정해진 배수에 해당하는 값 중 큰 값을 상한값과 하한값으로 하는 범위로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
    
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 속도차가 산출되는 단계에서, 상기 수집된 차량 운전 정보로부터 차량의 구동계 속도가 추정되는 과정은,
    상기 제어기의 피드백 산출부에서 현재의 구동계 측정 속도와 이전 제어 주기의 추정 속도 간 속도차를 입력으로 하여 피드백 제어값이 출력되는 단계;
    상기 제어기의 피드포워드 산출부에서 차량 운전 정보로부터 구동계 토크가 결정되어 출력되는 단계;
    상기 피드백 산출부의 출력값과 피드포워드 산출부의 출력값을 합산한 후 합산 값을 관성 보정계수를 이용하여 구동계 각가속도로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 구동계 각가속도를 적분하여 얻어진 구동계 각속도와 기본 지령 토크의 변화율 정보로부터 구동계의 추정 속도가 구해지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 피드백 산출부는,
    상기 현재의 구동계 측정 속도와 이전 제어 주기의 추정 속도 간 속도차를 입력으로 하는 P 제어기와 I 제어기; 및
    상기 P 제어기의 출력값과 I 제어기의 출력값을 합산하여 합산 값을 상기 피드백 제어값으로 출력하는 제1 합산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
    
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 피드포워드 산출부는,
    구동토크 지령인 상기 기본 토크 지령에 보정계수를 적용하여 구동토크 값을 결정하여 출력하는 가속모델부;
    제동토크 지령에 보정계수를 적용하여 제동토크 값을 결정하여 출력하는 제동모델부; 및
    상기 가속모델부와 제동모델부의 출력값을 합산하여 합산 값을 상기 구동계 토크로 출력하는 제2 합산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.
    
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 구동계의 추정 속도가 구해지는 단계에서, 상기 기본 토크 지령의 변화율이 보정계수에 의해 보정된 후 상기 구동계 각속도와 합산된 값으로 상기 구동계의 추정 속도가 구해지는 것을 특징으로 하는 차량의 구동력 제어 방법.

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