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KR100775436B1 - 자동차 및 자동차제어방법 - Google Patents

자동차 및 자동차제어방법 Download PDF

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KR100775436B1
KR100775436B1 KR1020067010945A KR20067010945A KR100775436B1 KR 100775436 B1 KR100775436 B1 KR 100775436B1 KR 1020067010945 A KR1020067010945 A KR 1020067010945A KR 20067010945 A KR20067010945 A KR 20067010945A KR 100775436 B1 KR100775436 B1 KR 100775436B1
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 자동차에 있어서, 코너링드래그추정기(61)는 조향각과 차량속도(V)를 측정하여 코너링드래그를 추정한다. 게인승산기(62)는 추정된 코너링드래그를 소정의 게인(K)와 곱하여 상기 추정된 코너링드래그를 감소시킨다. 위상조정기(63)는 상기 추정되어 감소된 코너링드래그의 나머지 위상을 조정한다. 구현시스템(70)은 게인승산기(62)의 출력과 위상조정기(63)의 출력의 합을 받아 상기 수신된 합에 따라 엔진의 스로틀 개방을 조절한다. 이는 추정된 코너링드래그의 저감 정도 및 위상을 조정한다. 본 발명의 이러한 형태는 차량이 회전할 때에 발생될 수도 있는 피칭 및 롤링의 적절한 레벨을 달성하게 된다.

Description

자동차 및 자동차제어방법{AUTOMOBILE AND CONTROL METHOD OF AUTOMOBILE}
본 발명은 자동차 및 자동차의 제어방법에 관한 것이다.
자동차의 선회시, 횡방향 가속도의 변화에 따라 변하는 코너링드래그(cornering drag)를 토대로 목표 구동토오크를 설정하는 몇몇 자동차들이 제안되어 왔다(예컨대, 일본특허공보 제2518445호 참조). 상기 제안된 자동차는 선회시 횡방향 가속도의 크기에 따라 차량 종방향의 목표가속도를 특정하고, 상기 특정된 목표가속도를 상기 횡방향 가속도에 의존하는 코너링드래그에 기초하여 도로부하토오크에 더하여 목표 구동토오크를 설정한다. 자동차의 엔진은 소정 레벨의 목표 구동토오크를 달성하도록 제어된다. 이러한 기술의 목적은 높은 레벨 범위의 횡방향 가속도에서도 지나치게 작은 값을 목표 구동토오크로 설정하지 않으면서 상기 차량의 신속한 회전을 달성하는데 있다.
종래의 자동차는 코너링드래그를 토대로 도로부하토오크를 포함하도록 목표 구동토오크를 설정하지만, 차량 종방향의 차량의 진동(피칭; pitching)과 선회시 차량 횡방향으로의 차량의 진동(롤링; rolling)을 고려하지 않고 있다. 이러한 피칭 및 롤링의 복합 인자들은 선회시 차량에 작용하여, 차량 운전자와 동승자에게 불편함을 줄 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 자동차 및 상응하는 자동차제어방법의 목적은, 선회시 차량에 발생될 수도 있는 피칭 및 롤링의 적절한 레벨을 얻고자 하는데 있다.
본 발명에 따른 자동차 및 상응하는 자동차제어방법은, 상기 목적 및 기타 관련된 목적들의 적어도 일부를 성취하기 위하여 후술하는 형태들을 가진다.
본 발명에 따른 자동차는 구동원으로부터의 구동력으로 구동되고, 차량의 조향에 기인하여 상기 차량의 속도를 감소시키는 데 작용되는 차량 종방향의 감속력을 추정하는 감속력추정모듈; 상기 추정된 감속력으로부터, 상기 차량의 조향에 기인하여 상기 차량에 작용하는 가속도(이를, 이하, '조향-원인 가속도' 라 함)를 조정하는데 사용되는 조정제어값을 계산하는 제어값계산모듈; 및 상기 차량의 주행변화요구 및 상기 계산된 조정제어값을 토대로, 차축에 대한 구동력의 출력을 보장하기 위해 상기 구동원을 운전 및 제어하는 운전제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차는, 차량의 조향에 기인하여 차량의 속도를 감소시키는 데 작용되는 차량 종방향의 감속력을 추정하고, 상기 추정된 감속력으로부터 상기 차량의 조향에 기인하여 상기 차량에 작용하는 조향-원인 가속도를 조정하는데 사용되는 조정제어값을 계산하며, 상기 차량의 주행변화요구 및 상기 계산된 조정제어값을 토대로 차축에 대한 구동력의 출력을 보장하기 위해 상기 구동원을 운전 및 제어한다. 조향-원인 가속도를 소정의 레벨로 조정하기 위한 조정제어값의 계산은 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 피칭 및 롤링의 적절한 레벨들을 효과적으로 달성한다. 여기서, '구동원'은 예컨대 내연기관 및 모터 중 하나 이상을 말한다. '차량의 주행변화요구'라는 용어는 운전자의 조작-기반 요구 및 운전자의 조작이 없는 자동제어요구 양자 모두를 포함한다. '차축'이라는 용어는 차륜과 연결된 샤프트 뿐만 아니라 차륜 자체들도 포함한다.
본 발명에 따른 자동차에 있어서, 상기 제어값계산모듈은 상기 조향-원인 가속도를 벗어나는 상기 차량 종방향의 종방향 가속도의 크기를 조절하는 크기조절장치를 포함할 수도 있고, 상기 크기조절장치에 의한 조절에 의거하여 상기 조정제어값을 계산할 수도 있다. 종방향 가속도의 크기를 조절하면, 조향-원인 가속도에 기인하는 차량의 피칭 및 롤링의 보다 적절한 레벨을 얻게 된다. 이 경우, 크기조절장치는 상기 조향-원인 가속도를 벗어나는 차량 횡방향으로의 횡방향 가속도의 크기를 줄이기 위해 상기 종방향 가속도의 크기를 조절할 수도 있다. 이러한 형태는 횡방향 가속도로 인한 진동들을 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 크기조절장치는 상기 종방향 가속도의 크기를 줄일 수도 있다. 이러한 형태는 종방향 가속도로 인한 진동들을 제어하는 것이 바람직하다. 여기서, '종방향 가속도의 크기를 줄이는'이란 어구는 종방향 가속도의 크기를 '0' 값으로 줄이는 것을 포함한다. 또한, 상기 크기조절장치는 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 소정의 레벨로 설정하기 위해 상기 종방향 가속도의 크기를 조절할 수도 있다. 상기 소정의 레벨은 사전에 미리 자동차의 특성에 따라 설정된다. 따라서, 조향-원인 가속도로 발생되는 자동차의 피칭 및 롤링 레벨들은 자동차의 특성에 적절한 소정의 레벨들로 설정된다. 더욱이, 상기 크기조절장치는 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 줄이기 위해 상기 종방향 가속도의 크기를 조절할 수도 있다. 이러한 형태는 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 차량의 피칭 및 롤링 레벨들을 감소시킨다. 저감 정도의 조절은 피칭 및 롤링의 보다 적절한 레벨들을 보장한다. 여기서, '피칭 레벨 및 롤링 레벨의 감소'라는 어구는 피칭 및 롤링을 완전히 제거하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 자동차에 있어서, 상기 제어값계산모듈은 상기 조향-원인 가속도를 벗어나는 차량 종방향의 종방향 가속도 및 차량 횡방향으로의 횡방향 가속도의 위상을 조정하는 위상조정기를 포함할 수도 있고, 상기 위상조정기에 의한 조정에 의거하여 상기 조정제어값을 계산할 수도 있다. 종방향 가속도 및 횡방향 가속도의 위상의 조정은 조향-원인 가속도로 인한 차량의 피칭 및 롤링의 보다 적절한 레벨들을 보장한다. 이 경우, 상기 위상조정기는 상기 횡방향 가속도의 크기를 줄이기 위해 상기 종방향 가속도의 위상을 조정할 수도 있다. 이러한 형태는 횡방향 가속도로 인한 진동들을 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 위상조정기는 상기 횡방향 가속도의 위상에 대한 상기 종방향 가속도의 위상을 지연시킬 수도 있다. 상기 횡방향 가속도에 대한 종방향 가속도의 위상의 지연은 조향-원인 가속도로 인한 차량의 피칭 및 롤링의 보다 적절한 레벨들을 보장한다. 또한, 상기 위상조정기는 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 소정의 레벨로 설정하기 위해 상기 종방향 가속도의 위상을 조정할 수도 있다. 상기 소정의 레벨은 사전에 미리 자동차의 특성에 따라 설정된다. 따라서, 조향-원인 가속도로 인한 자동차의 피칭 및 롤링 레벨들은 자동차의 특성에 적절한 소정의 레벨들로 설정된다. 더욱이, 상기 위상조정기는 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 줄이기 위해 상기 종방향 가속도의 위상을 조정할 수도 있다. 이러한 형태는 조향-원인 가속도로 인한 차량의 피칭 및 롤링 레벨들을 감소시킨다. 저감 정도의 조절은 피칭 및 롤링의 보다 적절한 레벨들을 보장한다. 여기서, '피칭 레벨 및 롤링 레벨의 저감'이라는 어구는 피칭 및 롤링을 완전 제거하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 자동차는, 조향각을 검출하는 조향각검출모듈; 및 차량속도를 측정하는 차량속도측정모듈을 더 포함할 수도 있고, 상기 감속력추정모듈은 상기 검출된 조향각 및 상기 측정된 차량속도를 토대로 감속력을 추정할 수도 있다. 이 경우, 상기 감속력추정모듈은 상기 검출된 조향각이 증가하는 만큼 증가하도록 그리고 상기 측정된 차량속도가 증가하는 만큼 증가하도록 상기 감속력을 추정할 수도 있다. 이러한 형태는 감속력의 적절한 추정을 보장한다.
본 발명에 따른 자동차제어방법은 구동원으로부터의 구동력으로 구동되는 자동차를 제어하는 자동차제어방법으로서, (a) 차량의 조향에 기인하여 상기 차량의 속도를 감소시키는 데 작용되는 차량 종방향의 감속력을 추정하는 단계; (b) 상기 추정된 감속력으로부터, 상기 차량의 조향에 기인하여 상기 차량에 작용하는 조향-원인 가속도를 조정하는데 사용되는 조정제어값을 계산하는 단계; 및 (c) 상기 차량의 주행변화요구 및 상기 계산된 조정제어값을 토대로, 차축에 대한 구동력의 출력을 보장하기 위해 상기 구동원을 운전 및 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차제어방법은, 차량의 조향에 기인하여 상기 차량의 속도를 감소시키는 데 작용되는 차량 종방향의 감속력을 추정하고, 상기 추정된 감속력으로부터, 상기 차량의 조향에 기인하여 상기 차량에 작용하는 조향-원인 가속도를 조정하는데 사용되는 조정제어값을 계산하며, 상기 차량의 주행변화요구 및 상기 계산된 조정제어값을 토대로, 차축에 대한 구동력의 출력을 보장하기 위해 상기 구동원을 운전 및 제어한다. 조향-원인 가속도를 소정의 레벨로 조정하기 위한 조정제어값의 계산은 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 피칭 및 롤링의 적절한 레벨들을 효과적으로 달성한다. 여기서, '구동원'은 예컨대 내연기관 및 모터 중 하나 이상을 말한다. '차량의 주행변화요구'라는 용어는 운전자의 조작-기반 요구 및 운전자의 조작이 없는 자동제어요구 양자 모두를 포함한다. '차축'이라는 용어는 차륜과 연결된 샤프트 뿐만 아니라 차륜 자체들도 포함한다.
본 발명에 따른 자동차제어방법에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 조정제어값을 계산하기 위해, 상기 조향-원인 가속도를 벗어나는 차량 종방향의 종방향 가속도의 위상 및 크기를 조절할 수도 있다. 종방향 가속도의 크기 및 위상의 조절은 조향-원인 가속도로 인한 차량의 피칭 및 롤링의 보다 적절한 레벨들을 달성하게 한다. 또한, 상기 (b) 단계는 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 소정의 레벨로 설정하기 위해 상기 조정제어값을 계산할 수도 있다. 상기 소정의 레벨은 사전에 미리 자동차의 특성에 따라 설정된다. 따라서, 조향-원인 가속도로 인한 자동차의 피칭 및 롤링 레벨들은 자동차의 특성에 적절한 소정의 레벨들로 설정된다. 더욱이, 상기 (b) 단계는 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 줄이기 위해 상기 조정제어값을 계산할 수도 있다. 저감 정도의 조절은 피칭 및 롤링의 보다 적절한 레벨들을 보장한다. 여기서, '피칭 레벨 및 롤링 레벨의 저감'이라는 어구는 피칭 및 롤링의 완전 제거를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차(20)의 구성을 개략적으로 예시한 도면;
도 2는 선회시-운동제어에서 수반되는 제어블록들을 도시한 블록도;
도 3은 코너링드래그를 도시한 도면;
도 4는 선회시-운동제어 없는 선회시의 타각(rudder angle, δ), 종방향 가속도(Gx), 및 횡방향 가속도(Gy)의 시간변화를 도시한 도면;
도 5는 선회시-운동제어 없는 선회시의 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 변화를 도시한 도면;
도 6은 유효값이 단지 게인(K)으로만 설정된 조건 하에서 선회시의 종방향 가속도(Gx) 및 타각(δ)의 시간변화를 도시한 도면;
도 7은 유효값이 단지 게인(K)으로만 설정된 조건 하에서 선회시의 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 변화를 도시한 도면;
도 8은 유효값이 단지 추가댐핑계수(C1)로만 설정된 조건 하에서 선회시의 종방향 가속도(Gx) 및 타각(δ)의 시간변화를 도시한 도면;
도 9는 유효값이 단지 추가감쇠계수(C1)로만 설정된 조건 하에서 선회시의 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 변화를 도시한 도면; 및
도 10은 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1)의 설정 과정을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명을 실시하는 한 가지 방법을 바람직한 실시예로서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차(20)의 구성을 개략적으로 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 상기 실시예의 자동차(20)는 스타터모터(23)에 의해 시동되고 가솔린으로 구동되는 엔진(22), 상기 엔진(22)의 작동을 직접 제어하는 엔진전자제어유닛(이하, 엔진ECU라고 함)(24), 상기 엔진(22)으로부터 크랭크축(26)으로 출력되는 동력을 변환하고 상기 변환된 동력을 차동기어(34)를 통해 구동차륜이나 후륜(36a, 36b)으로 전달하는 자동변속기(28), 상기 자동변속기(28)의 기어 변화를 제어하는 자동변속전자제어유닛(이하, ATECU라고 함)(30), 및 차량 전체를 제어하는 중앙전자제어유닛(이하, 중앙ECU라고 함)(50)을 구비한다.
엔진ECU(24)는 중앙요소로서 CPU를 포함하는 마이크로컴퓨터로 구성되지만, 구체적으로 예시되어 있지는 않다. 상기 엔진ECU(24)는 엔진(22)의 구동조건들을 검출하는 여러 센서들, 예컨대 흡기량을 측정하는 공기유량계, 크랭크축(26)의 회전위치를 검출하는 크랭크위치센서 및 스로틀밸브의 개방을 측정하는 스로틀밸브위치센서로부터 출력되는 신호들을 수신한다. 상기 엔진ECU(24)는 흡기량의 조절을 위해 스로틀밸브의 개방을 조정하기 위한 흡기조정제어, 흡기밸브의 개폐타이밍을 바꾸기 위한 가변흡기밸브타이밍제어, 연료분사시간을 조절하기 위한 연료분사제 어, 및 점화타이밍을 조절하기 위한 점화제어를 실행하여, 상기 엔진(22)의 작동들을 제어하게 된다. 상기 엔진ECU(24)는 중앙ECU(50)와 연통되어 형성된다. 엔진ECU(24)는 엔진(22)을 시동 및 정지하거나 중앙ECU(50)로부터의 제어신호들에 응답하여 상기 엔진(22)의 작동들을 제어하는 한편, 엔진(22)의 구동조건들에 관한 데이터를 요건들에 따라 중앙ECU(50)로 출력한다.
ATECU(30)는 또한 중앙요소로서 CPU를 포함하는 마이크로컴퓨터로서 구성되어 있지만, 구체적으로 예시되어 있지는 않다. 상기 ATECU(30)는 자동변속기(28)를 제어하기 위하여, 차량속도(V) 및 액셀레이터 개방도(Acc)의 측정값들에 따라 상기 자동변속기(28)에서의 속도 셋팅을 변경하도록 다수의 유성기어들의 조합들로서 클러치 및 브레이크를 결합 및 해제시킨다. 상기 ATECU(30)는 또한 중앙ECU(50)와 연통되어 형성된다. ATECU(30)는 중앙ECU(50)로부터의 제어신호들에 응답하여 상기 자동변속기(28)에서의 속도 셋팅을 변경하는 한편, 상기 자동변속기(28)의 조건들에 관한 데이터를 요건들에 따라 중앙ECU(50)로 출력한다.
상기 중앙ECU(50)는 또한 중앙요소로서 CPU를 포함하는 마이크로컴퓨터로서 구성되어 있다. 상기 중앙ECU(50)는 여러 센서들로부터의 데이터 뿐만 아니라 엔진ECU(24) 및 ATECU(30)로부터의 데이터를 입력하는 한편, 제어신호들을 엔진ECU(24) 및 ATECU(30)로 전송하여 상기 입력 데이터를 기초로 하여 차량 전체의 작동들을 제어하게 된다. 중앙ECU(50)로 입력되는 데이터는, 전방스티어링 휠(32a, 32b)에 대해 조작되는 스티어링 휠(38)의 조향축에 부착된 조향각센서(40)에 의해 측정되어 전송되는 기준위치로부터의 스티어링 휠(38)의 조향각(θ) 또는 회전각, 변속위 치센서(53)에 의해 검출되어 전송되는 변속레버(52)의 변속위치(SP) 또는 현재 위치, 액셀레이터페달위치센서(55)에 의해 측정되어 전송되는 액셀레이터페달(54)의 운전자의 스텝-온 정도에 상응하는 액셀레이터 개방도(Acc), 브레이크페달위치센서(57)에 의해 측정되어 전송되는 브레이크페달(56)의 운전자의 스텝-온 정도에 상응하는 브레이크페달위치 BP 및 차량속도센서(58)에 의해 측정되어 전송되는 차량속도(V)를 포함한다.
상술된 구조의 실시예에 따른 자동차(20)에 있어서, 변속위치센서(53) 및 액셀레이터페달위치센서(55)는 각각 변속레버(52)의 운전자의 변속 작업 및 액셀레이터페달(54)의 운전자의 스텝-온 행동을 검출한다. 상기 엔진(22) 및 자동변속기(28)는, 변속위치(SP), 액셀레이터 개방도(Acc), 및 차량속도(V)의 측정값들을 토대로, 후방차륜(36a, 36b)에 대한 운전자의 변속 작업 및 운전자의 액셀레이터 스텝-온 행동에 상응하는 구동력의 출력을 보장하도록 제어된다. 본 실시예의 자동차(20)는, 스티어링 휠(38)의 운전자의 조작에 상응하여 차량에서 일어나는 종방향력(코너링드래그) 및 횡력에 의해 각각 발생되는 피칭 또는 종방향 진동 및 롤링 또는 횡방향 진동들을 제어한다. 이러한 피칭 및 롤링의 제어를 후술한다(이하, 선회시-운동제어라고 함).
도 2는 선회시-운동제어에서 수반되는 제어블록들을 도시한 블록도이다. 상기 선회시-운동제어는 조향각(θ) 및 차량속도(V)의 측정값들에 따라 피칭 및 롤링을 제어하는데 사용되는 제어값을 계산 및 설정하는 제어값계산시스템(60)과, 상기 제어값계산시스템(60)에 의해 계산되어 설정된 제어값에 따라 구동원으로서 엔진 (22)의 제어를 구현하는 구현시스템(70)을 포함한다.
상기 제어값계산시스템(60)은, 조향각(θ) 및 차량속도(V)의 측정값들로부터 코너링드래그를 추정하는 코너링드래그추정기(61), 상기 코너링드래그추정기(61)에 의해 추정된 코너링드래그를 줄이도록 상기 추정된 코너링드래그에 소정의 게인(K)을 곱하는 게인승산기(62), 상기 추정되어 감소된 코너링드래그의 나머지의 위상을 조정하는 위상조정기(63), 및 상기 게인승산기(62)로부터의 출력 및 상기 위상조정기(63)로부터의 출력을 합산하는 가산기(67)를 포함한다.
본 실시예에서, 코너링드래그추정기(61)는 사전에 미리 자동차(20)에서의 조향각(θ) 및 차량속도(V)에 대한 코너링드래그의 변화를 특정하여, 상기 특정된 변화를 맵의 형태로 저장한다. 상기 조향각(θ) 및 차량속도(V)의 입력들에 상응하는 코너링드래그는 상기 저장된 맵으로부터 판독된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스티어링 휠(38)의 운전자의 조작이 전방차륜(32a, 32b) 상에 타각(δ)을 제공하는 경우에는 상기 코너링드래그가 상기 전방차륜(32a, 32b)에 작용하는 횡력(Fyf)의 차량 종방향성분이다. 따라서, 상기 코너링드래그는 sinδ·Fyf로 주어진다. 횡력(Fyf)은 차량의 원심력에 기인하고, 차량 회전의 각속도 및 차량의 질량(중량)으로부터 역동적으로 계산된다. 본 실시예의 절차는 회전하는 차량의 각속도 대신에, 전방차륜(32a, 32b) 상의 타각(δ)에 상응하는 스티어링 휠(38)의 차량속도(V) 및 조향각(θ)를 이용한다. 상기 회전하는 차량의 각속도에 대한 코너링드래그의 변화는 본질적으로 조향각(θ) 및 차량속도(V)에 대한 코너링드래그의 변화으로서 주어진다. 상기 코너링드래그는 차량에 대한 감속력으로서 인가된다. 코너링드래그를 차량의 질량으로 나누면, 차량의 종방향의 가속도(Gx)를 제공한다(이하, 종방향 가속도라고 함). 코너링드래그의 추정은 이에 따라 조향으로 인한 종방향 가속도(Gx)의 추정과 동의어이다. 원심력이 증가하면 각속도도 증가하게 된다. 이에 따라 코너링드래그의 추정에 사용되는 맵은 조향각(θ)의 증가 및 차량속도(V)의 증가와 함께 코너링드래그의 증가를 제공한다.
상기 위상조정기(63)는 코너링드래그추정기(61)에 의해 추정되어 게인승산기(62)에 의해 감소된 코너링드래그의 나머지를 계산하는 연산자(64), 위상을 조정하는 등가피치댐퍼(66), 및 상기 등가피치댐퍼(66)로부터의 피드백 출력을 수신하고 상기 피드백 출력을 상기 연산자(64)의 출력으로부터 감산하여 그 차이를 등가피치댐퍼(66)로 출력하는 감산기(65)를 포함한다. 상기 등가피치댐퍼(66)는 아래에 주어진 수학식 1의 전달함수로서 표현된다:
Figure 112006039331975-pct00001
여기서, C1, I, C, D 및 s는 각각 추가감쇠계수, 차량의 피칭 시의 관성(피치관성), 점성, 탄성 및 라플라스 연산자이다. 종방향 가속도(Gx)를 차량 상으로 인가 하에 차량의 피칭 시의 피치각(φ) 또는 회전각은 φ(s) / (Gx)(s)로 표현되는데, 이는 분자가 '1' 값으로 설정된 수학식 1과 같다. 등가피치댐퍼(66)로부터의 출력의 피드백은 미분항을 제거한다. 상술된 바와 같이, 코너링드래그의 추정은 종방향 가속도(Gx)의 추정과 동의어이다. 이에 따라, 위상조정기(63)는 종방향 가속 도(Gx)의 위상을 조정한다.
상기 구현시스템(70)은, 엔진(22)내로의 흡기의 1차지연을 보상하기 위해 제어값계산시스템(60)으로부터 출력된 제어값을 상기 엔진(22)의 회전속도(Ne)로 보정하는 흡기지연보상기(71), 상기 흡기지연보상기(71)로부터의 출력을 구동력으로 변환하는 구동력변환기(72), 상기 구동력변환기(72)의 출력 및 변속위치로부터 목표추가엔진토오크를 계산하는 등가토오크비연산자(73), 및 상기 등가토오크비연산자(73)의 출력, 기본 스로틀 개방도 및 엔진(22)의 회전속도(Ne)로부터 스로틀제어를 계산하는 엔진토오크매니저(74)를 포함한다.
본 실시예의 구조에 있어서, 중앙ECU(50)는 제어값계산시스템(60)과 흡기지연보상기(71) 및 구현시스템(70)의 구동력변환기(72)를 달성하는 반면, 엔진ECU(24)는 등가토오크비연산자(73) 및 상기 구현시스템(70)의 엔진토오크매니저(74)를 달성한다.
이하, 상세한 예시들을 참조하여 차량의 피칭 및 롤링을 제어하기 위해 제어값계산시스템(60) 및 구현시스템(70)의 선회시-운동제어의 원리를 설명한다. 상기 선회시-운동제어는 게인승산기(62)에서 설정된 게인(K) 및 제어값계산시스템(60)의 등가피치댐퍼(66)에서 설정된 추가감쇠계수(C1)을 조절하여, 코너링드래그추정기(61)에 의해 추정된 코너링드래그의 위상 및 저감 정도, 즉 선회시 차량의 종방향 가속도(Gx)의 위상 및 크기를 조정하게 된다. 예를 들어, 추가감쇠계수(C1)의 고정값을 갖는 게인(K)을 '0' 값으로 변경하는 것은 종방향 가속도(Gx)의 위상을 변경하지 않으면서 상기 종방향 가속도(Gx)의 크기만 조정한다. 다른 한편으로, 게인 (K)의 고정값을 갖는 추가감쇠계수(C1)을 '0' 값으로 변경하는 것은 종방향 가속도(Gx)의 크기를 변경하지 않으면서 상기 종방향 가속도(Gx)의 위상만 조정한다. 도 4의 그래프는 선회시-운동제어없이 시간에 대한 선회시의 타각(δ)의 변화(곡선 A), 차량의 종방향 가속도(Gx)의 변화(곡선 B), 및 차량의 횡방향 가속도(Gy)의 변화(곡선 C)을 보여준다. 도 5의 그래프는 도 4의 조건 하에 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 변화(곡선 G)을 보여준다. 도 6의 그래프는 추가감쇠계수(C1)이 '0' 값으로 고정되고 유효값이 게인(K)으로 설정된 조건 하에 시간에 대한 선회시의 타각(δ)의 변화(곡선 A), 차량의 종방향 가속도(Gx)의 변화(곡선 B1)을 보여준다. 도 7의 그래프는 도 6의 조건들 하에 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 변화(곡선 G1)을 보여준다. 도 8의 그래프는 게인(K)이 '0' 값으로 고정되고 유효값이 추가감쇠계수(C1)로 설정된 조건 하에 시간에 대한 선회시의 타각(δ)의 변화(곡선 A) 및 차량의 종방향 가속도(Gx)의 변화(곡선 B2)을 보여준다. 도 9의 그래프는 도 8의 조건들 하에 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 변화(곡선 G2)을 보여준다. 도 6 및 도 8의 점선 곡선 B는 선회시-운동제어가 없는 종방향 가속도(Gx)의 변화를 보여주고, 도 7 및 도 9의 점선 곡선 G는 선회시-운동제어가 없는 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 변화를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 운전자가 스티어링 휠(38)을 조작하여 타각(δ)을 사인곡선으로 변경하는 경우, 종방향 가속도(Gx)는 타각(δ)의 변화를 갖는 음의 값들을 가지도록 변경된다. 그 후, 횡방향 가속도(Gy)는 종방향 가속도(Gx)의 변화으로부터 위상지연이 거의 없는 사인곡선으로 변경된다. 상기 횡방향 가속도(Gy)의 위상지연은 도 5에 도시된 바와 같이 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 대각선 변화(diagonal variation)를 제공한다. 추가감쇠계수(C1)가 '0' 값으로 고정되고 유효값이 게인(K)으로 설정된 조건들 하에서, 종방향 가속도(Gx)는 도 6의 곡선 B1 및 도 7의 곡선 G1에 도시된 바와 같이 감소된다. 다른 한편으로, 게인(K)이 '0' 값으로 고정되고 유효값이 추가감쇠계수(C1)으로 설정된 조건들 하에서는, 종방향 가속도(Gx)의 위상이 조정된다. 이는 도 8의 곡선 B2에 도시된 바와 같이 종방향 가속도(Gx)의 감소를 유도하고, 도 9에 도시된 바와 같이 대각선 변화를 변형시킨다. 게인(K)의 조절은 종방향 가속도(Gx)를 완전 제거할 수도 있다. 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1) 양자 모두의 조절은 횡방향 가속도(Gy)에 대한 종방향 가속도(Gx)의 대각선 변화를 조정할 수도 있다.
본 실시예의 자동차(20)는 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1)을 설정하여, 선회시-운동제어없이 그로부터의 피칭 및 롤링의 레벨 모두를 저감시키게 된다. 즉, 스티어링 휠(38)의 조향에 의해 피칭 및 롤링의 적절한 레벨들을 달성하게 된다. 상기 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1)은 자동차(20)의 구동특성, 예컨대 스포티 운전에 중점을 두느냐 또는 편안한 승차감에 중점을 두느냐에 따라 설정된다. 도 10의 플로우차트에 도시된 셋팅 과정이 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1)을 설정하기 위해 적용될 수도 있다. 상기 셋팅 과정은 우선 종방향 가속도(Gx)에 '0' 값을 설정한다는 가정 하에 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1)을 결정하고(단계 S100), 차량의 구동특성에 따라 피칭 및 롤링 레벨들을 특정한다(단계 S110). 그 후, 상기 셋팅 과정은 특정된 피칭 및 롤링 레벨들을 얻기 위해 종방향 가속도(Gx)를 계산하고(단계 S120), 상기 계산된 종방향 가속도(Gx)를 만들기 위해 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1)을 조절 및 설정한다(단계 S130). 이 방법은 종방향 가속도(Gx)의 저감 정도 및 위상을 조정하기 위해 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1)을 조절하지만, 실제로는 상기 '0' 값을 설정한 후에 종방향 가속도(Gx)를 소정의 레벨로 변경하지는 않는다. 이러한 게인(K) 및 추가감쇠계수(C1)의 조절은 스티어링 휠(38)의 조향으로 인한 피칭 및 롤링의 적절한 레벨들을 달성하게 된다.
상술된 바와 같이, 본 실시예의 자동차(20)는 선회시의 차량의 피칭 및 롤링의 적절한 레벨들을 얻기 위해 추정된 코너링드래그의 저감 정도 및 위상을 조정한다. 상기 피칭 및 롤링 레벨들은 차량의 구동특성에 따라 조절된다.
본 실시예의 자동차(20)는 중앙ECU(50) 및 엔진ECU(24)를 구비한다. 상기 중앙ECU(50)는 제어값계산시스템(60)과 흡기지연보상기(71) 및 구현시스템(70)의 구동력변환기(72)를 달성하는 반면, 상기 엔진ECU(24)는 등가토오크비연산자(73) 및 상기 구현시스템(70)의 엔진토오크매니저(74)를 달성한다. 가능성 있는 일 실시예에 있어서는, 중앙ECU(50)가 제어값계산시스템만 달성할 수 있는 한편, 엔진ECU(24)는 구현시스템(70) 전체를 달성할 수도 있다. 또다른 수정예에 있어서, 엔진ECU(24)는 제어값계산시스템(60) 및 구현시스템(70) 양자 모두를 달성할 수도 있다.
본 실시예의 자동차(20)는 차량의 구동원으로서 엔진(22)을 구비하지만, 차량의 구동원으로서 모터를 사용할 수도 있다. 후자의 경우에는, 구현시스템(70)이 모터에 적합하도록 수정된다. 상기 차량의 구동원으로서 사용된 모터는, 예컨대 인 -휠 모터(in-wheel motor)와 같이 구동력을 차륜에 직접 출력하도록 설계될 수도 있다.
본 실시예의 자동차(20)는 추정된 코너링드래그의 저감 정도 및 위상을 조정한다. 수정된 일 제어는 코너링드래그를 한 번 제거한 다음, 소정 레벨의 종방향 가속도(Gx)를 만들어낼 수도 있다.
본 실시예의 자동차(20)에서는, 후방차륜(36a, 36b)들이 구동차륜이고, 전방차륜(32a, 32b)들이 피구동차륜이다. 본 발명의 기술은 또한 구동차륜으로서 전방차륜(32a, 32b)을, 피구동차륜으로서 후방차륜(36a, 36b)을 구비한 자동차 뿐만 아니라, 전방차륜(32a, 32b) 및 후방차륜(36a, 36b) 모두가 구동차륜으로 사용되는 자동차에 적용될 수도 있다.
상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 모든 실시형태에서 고려되어야 한다. 본 발명의 주된 특성들의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 수많은 수정, 변경 및 변형들이 가능하다는 것은 자명하다.
본 발명의 기술은 자동차 산업에 효과적으로 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 구동원으로부터의 구동력으로 구동되는 자동차에 있어서,
    차량의 조향에 기인하여 상기 차량의 속도를 감소시키는 데 작용되는, 차량 종방향의 감속력을 추정하는 감속력추정모듈;
    상기 추정된 감속력에 의거하고, 상기 조향에 기인하여 상기 차량에 작용하는 조향-원인가속도에 의하여 발생되는 차량의 피칭 및 롤링의 적어도 한쪽을 저감하도록 상기 조향-원인 가속도 중, 상기 차량 종방향의 종방향 가속도의 크기를 조정하는 크기조절장치를 가지고, 상기 크기조절장치에 의한 조정에 의거하여 상기 조향-원인 가속도를 조정하기 위한 조정제어값을 계산하는 제어값계산모듈;
    상기 차량의 주행변화요구와 상기 계산된 조정제어값에 의거하는 구동력이 차축에 출력되도록 상기 구동원을 운전 및 제어하는 운전제어모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 크기조절장치는 상기 종방향 가속도의 크기를 줄이는 것을 특징으로 하는 자동차.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 크기조절장치는, 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 소정의 레벨로 설정하기 위해 상기 종방향 가속도의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어값계산모듈은, 상기 횡방향 가속도의 위상에 대한 상기 종방향 가속도의 위상을 지연시키는 것을 특징으로 하는 자동차.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어값계산모듈은, 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 소정의 레벨로 설정하기 위해 상기 종방향 가속도의 위상을 조정하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어값계산모듈은, 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 줄이기 위해 상기 종방향 가속도의 위상을 조정하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 자동차는,
    조향각을 검출하는 조향각검출모듈; 및
    차량속도를 측정하는 차량속도측정모듈을 더 포함하여 이루어지고,
    상기 감속력추정모듈은 상기 검출된 조향각 및 상기 측정된 차량속도를 토대로 감속력을 추정하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 감속력추정모듈은, 상기 검출된 조향각이 증가하는 만큼 증가하도록 그리고 상기 측정된 차량속도가 증가하는 만큼 증가하도록 상기 감속력을 추정하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 구동원은 내연기관 및 모터 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  15. 구동원으로부터의 구동력에 구동되는 자동차의 제어방법에 있어서,
    (a) 차량의 조향에 기인하여 상기 차량의 속도를 감소시키는 데 작용되는, 차량 종방향의 감속력을 추정하는 단계;
    (b) 상기 추정한 감속력에 의거하고, 상기 조향에 기인하여 상기 차량에 작용하는 조향-원인 가속도에 의하여 발생되는 차량의 피칭 및 롤링의 적어도 한쪽을 저감하도록 상기 조향-원인 가속도 중, 상기 차량 종방향의 종방향 가속도의 크기를 조정함과 동시에 상기 조정에 의거하여 상기 조향-원인 가속도를 조정하기 위한 조정제어값을 계산하는 단계; 및
    (c) 상기 차량의 주행변화요구와 상기 계산된 조정제어값에 의거하는 구동력이 차축에 출력되도록 상기 구동원을 운전 및 제어하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 제어방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 조향-원인 가속도에 의해 발생되는 상기 차량의 피칭 레벨 및 롤링 레벨 중 하나 이상을 소정의 레벨로 설정하기 위해 상기 조정제어값을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동차제어방법.
  18. 삭제
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