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KR20190052639A - 자동의 후방 차축 스티어링을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

자동의 후방 차축 스티어링을 제어하기 위한 방법 Download PDF

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KR20190052639A
KR20190052639A KR1020180135802A KR20180135802A KR20190052639A KR 20190052639 A KR20190052639 A KR 20190052639A KR 1020180135802 A KR1020180135802 A KR 1020180135802A KR 20180135802 A KR20180135802 A KR 20180135802A KR 20190052639 A KR20190052639 A KR 20190052639A
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안톤 오버뮐러
아드리안 미하일레스쿠
페르디난트 하팅거
클라우스 디폴트
마르틴 엔닝
크리슈티안 비덴만
미카엘 오르트레히너
마티아스 레만
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아우디 아게
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Abstract

본 발명은 자동차(1)의 후방 차축 스티어링(6)을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도가 조절된다. 자동차(1)의 예정된 횡가속에 도달할 시에 자동차(1)가 이동하는 노면의 마찰 계수에 의존해서 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배가 제한된다.

Description

자동의 후방 차축 스티어링을 제어하기 위한 방법{METHOD FOR CONTROLLING A REAR AXLE STEERING OF A VEHICLE}
본 발명은 자동차의 후방 차축의 휠들의 스티어링 각도를 조절하는, 자동차의 후방 차축 스티어링을 제어하기 위한 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
안전상의 이유로 현재의 대량 생산 차량들은 기본적으로 언더스티어(understeer)로 설계된다. 측면 다이내믹 한계 범위에서 곡선 주행 시, 후방 차축의 슬립 각도가 전방 차축의 슬립 각도보다 작은데, 이는 차량의 제어되지 않은 선회를 저지하고 운전자가 통제할 수 있게 만든다.
후륜- 또는 후방 차축 스티어링이 장착된 자동차는 전방 차축과 후방 차축 사이의 슬립 각도의 동적 비율에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 전방 차축에 대해 반대 방향으로 비례하는 후방 차축의 스티어링 동작 시, 주행 거동은 오버스티어 방향으로 변경된다. 같은 방향 스티어링 동작 시 주행 거동은 이와 달리 언더스티어 방향으로 바뀐다.
측면 다이내믹 한계 범위에서 스티어링되는 경우, 특히 오버스티어링되는 경우, 전방 차축이 먼저 최대 횡력의 슬립 각도에 도달한다. 스티어링 각도의 증가, 즉 오버스티어는 전방 차축의 횡력의 감소를 야기한다. 그러나 이 시점에 후방 차축에서 최대 횡력의 슬립 각도에 아직 도달하지 않았으므로, 후방 차축의 같은 방향 스티어링 동작은 후방 차축에서 횡력의 증가를 야기한다. 후방 차축 스티어링은 기존의 횡력에 추가 횡력을 더한다. 이로 인해 주행 거동은 심하게 언더스티어되고, 극단적인 경우에는 직진 주행 및 도로 이탈을 야기할 수 있다.
이와 마찬가지로 한계 범위에서 후방 차축 스티어링의 과도한 반대 방향으로의 스티어링 동작은 후방 차축에서 횡력의 감소를 야기한다. 이로 인해 주행 거동은 심하게 오버스티어링 되고, 극단적인 경우에는 자동차의 지나친 선회 및 통제력 상실을 야기할 수 있다.
최대로 가능한 슬립 각도는 도로 마찰 계수, 즉 도로의 잠재적 접착력(adhesion potential)에 의존한다. 예를 들어 눈이 덮이거나 결빙된 도로와 같은 미끄러운 바닥에서의 최대 슬립 각도는 건조한 아스팔트에서보다 훨씬 빨리 도달된다.
DE 10 2010 036 619 A1호에는 후방 차축 스티어링을 포함하는 자동차에서 스티어링 시스템을 작동하기 위한 방법이 기술되어 있다. 이 경우 전방 차축의 슬립 각도는, 스티어링 휠 각도 범위에 걸쳐 상기 슬립 각도를 일정하게 유지하도록 후방 차축의 스티어링에 의해 영향을 받는다.
US 2008/0109133 A1호는 자동차의 스티어링 시스템에서 타이어 슬립 각도를 제한하기 위한 방법을 기술하고 있으며, 상기 방법에서는 차량 주행 속도와 스티어링 휠 각도로부터 제 1 스티어링 확장 각도가 계산된다. 또한, 상한 제한각 한계와 하한 제한각 한계는 차량 슬립 각도와 타이어 슬립 각도 한계의 함수로서 계산된다. 상한 제한각 한계와 하한 제한각 한계 사이의 제 1 스티어링 확장 각도와 스티어링 휠 각도의 합이 계산되어, 제 1 제한 각도가 산출될 수 있다. 또한, 핸드 휠 각도와 제 1 스티어링 확장 각도의 합이 제 1 제한 각도로 감산되어, 제 1 한계 함수가 산출될 수 있고, 제 1 한계 함수와 제 1 스티어링 확장 각도의 가산에 의해 엔진 각도 명령이 산출된다.
본 발명의 목적은 주행 안전성을 높일 수 있는 자동차의 후방 차축 스티어링을 제어하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 자동차의 예정된 횡가속에 도달할 시에 노면의 마찰 계수에 의존해서 후방 차축의 휠들의 스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배가 제한된다. 다시 말해, 측면 다이내믹 한계 범위에서 후방 차축의 사전 제어된 스티어링 동작이 도로 마찰 계수 및 마찰 계수 이용률에 의존해서 최대 허용 각도 또는 각도 구배로 제한된다. 후방 차축의 최대 슬립 각도 범위에서 사전 제어된 후방 차축 스티어링 각도 또는- 각도 구배의 이러한 마찰 계수 적응적 제한 및 후방 차축의 스티어링 동작의 제한은 바람직하지 않은 스티어링 동작 및 언더스티어 또는 오버스티어의 발생을 저지하고, 이로써 상당히 증가한 주행 안전성을 제공한다.
본 발명의 특히 바람직한 개선예에서 노면의 정해진 마찰 계수 미만일 시에 스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배가 제한되면, 마찰 계수가 낮은 노면에서 주행 시 전술한 문제가 발생하는 상황이 고려된다.
또한, 후방 차축의 휠들의 스티어링 각도가 스티어링 각도 조절 장치를 이용해서 조절되는 것이 고려될 수 있고, 이는 본 방법의 매우 간단한 수행을 보장한다.
스티어링 각도의 구배가 연속적으로 감소하면, 특히 조화로운 동작이 이루어질 수 있다.
후방 차축의 휠들의 스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배의 제한이 자동차의 주행 속도에 의존해서 수행되면, 자동차의 주행 안전성의 증가가 이루어진다.
상기 방법을 수행하기 위한 장치는 청구항 제 6 항에 제시된다.
이러한 장치에 의해 본 발명에 따른 방법이 간단하게 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 장점들, 특징들 및 세부사항들은 청구항, 바람직한 실시예의 후속하는 설명 및 도면에 제시된다.
도 1은 후방 차축 스티어링을 제어하기 위한 장치를 구비한 자동차의 개략도.
도 2는 슬립 각도에 대해 타이어 횡력을 도시한 도면.
도 3은 설정 횡가속에 대해 후방 차축 스티어링 각도를 기재한 도면.
도 1은 공개된 방식으로 차체(2), 전방 차축(3) 및 후방 차축(4)을 포함하는 자동차(1)를 매우 개략적으로 도시한다. 이 경우에 전방 차축(3)은 물론 후방 차축(4)도 스티어링되는 축이다. 전방 차축(3)과 후방 차축(4)이 스티어링되는 방식은 본 명세서에서 상세히 설명하지 않는다. 그러나, 전방 차축(3) 또는 후방 차축(4)에 관련되고 전방 차축(3)과 후방 차축(4)을 스티어링하는 각각의 스티어링 시스템도 매우 개략적으로 도시된다. 전방 차축(3)의 스티어링 시스템은 전방 차축 스티어링(5)이라고 하고, 후방 차축(4)의 스티어링 시스템은 후방 차축 스티어링(6)이라고 한다. 전방 차축 스티어링(5)은 기본적으로 후방 차축 스티어링(6)과 무관하지만, 기계적으로가 아니라 전자적으로 특정한 종속성이 형성될 수 있다.
후방 차축 스티어링(6)은 스티어링 각도 조절 장치(7)를 포함하고, 상기 장치는 기본적으로, 후방 차축(4)의 휠들의 소정의 스티어링 각도를 조절하는 데 이용된다. 이를 위해 먼저 스티어링 각도 조절 장치(7)는 도시되지 않은 스티어링 핸들을 통해 입력된 운전자 요구를 기록하고 처리하여 후방 차축(4) 또는 후방 차축(4)의 휠들의 각각의 스티어링 각도를 형성한다.
또한, 스티어링 각도 조절 장치(7)는 후술하는 특정한 이유들로 인해, 스티어링 핸들에 의해 입력된 운전자 요구에서 벗어날 수 있다. 즉, 자동차(1)의 예정된 횡가속에 도달할 시에 스티어링 각도 조절 장치(7)에 의해 자동차(1)가 이동하는 도시되지 않은 노면의 마찰 계수에 의존해서 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배가 제한될 수 있다.
자동차(1)의 후방 차축 스티어링(6)을 제어하기 위한 방법에서 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도가 조절된다. 자동차(1)의 예정된 횡가속에 도달할 시, 노면의 마찰 계수에 의존해서 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배가 제한된다. 이러한 방법은 특히 스티어링 각도 조절 장치(7)도 속하는, 전체적으로 도시되지 않은 장치에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게 노면의 정해진 마찰 계수 미만일 시에 스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배가 제한된다.
"스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배"라는 표현은, 스티어링 각도만 또는 스티어링 각도의 구배만으로 한정되거나, 스티어링 각도뿐만 아니라 스티어링 각도의 구배로도 한정된다. 이 경우 후자가 선호된다.
도 2는 슬립 각도에 대해 타이어 횡력이 기재된 특성필드 및 도면을 도시한다. 예를 들어 눈이 덮이거나 결빙된 도로와 같은 낮은 마찰 계수를 갖는 노면에서는, 높은 마찰 계수를 갖는 노면에서보다 훨씬 낮은 슬립 각도에서 최대 타이어 횡력이 달성되는 것을 알 수 있다. 따라서 최대로 가능한 슬립 각도는 노면의 마찰 계수에 의존한다.
후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도 및/또는 스티어링 각도의 구배가 제한되는 전술한 방법은 후술하는 이유들로 인해 수행된다. 측면 다이내믹 한계 범위에서 스티어링 시, 자동차(1)의 전방 차축(3)은 먼저 최대 횡력으로 슬립 각도에 도달한다. 이어서 스티어링 각도의 증가, 오버스티어는 전방 차축(3)의 횡력의 감소를 야기한다. 그러나 이러한 시점에 후방 차축(4)에서 최대 횡력의 슬립 각도에 아직 도달하지 않았으므로, 후방 차축(4)의 같은 방향 스티어링 동작은 후방 차축(4)에서 횡력의 증가를 일으킨다. 이로 인해 주행 거동은 심하게 언더스티어되고, 극단적인 경우에는 직선 주행 및 도로 이탈이 야기될 수 있다. 마찬가지로, 한계 범위에서 후방 차축 스티어링(6)의 과도한 반대 방향 스티어링 동작은 후방 차축(4)에서 횡력의 감소를 야기한다. 이로 인해 주행 거동이 심하게 오버스티어 되고, 극단적인 경우에는 자동차(1)의 지나친 선회 및 통제력 상실을 초래할 수 있다.
도 3은 설정 횡가속에 대해 후방 차축 스티어링 각도가 기재된 도면을 도시한다.
후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도의 구배 또는 후방 차축 스티어링 각도의 구배의 제한은 후술하는 바와 같이 결정될 수 있다:
각각의 노면에서 최대로 허용된 슬립 각도를 갖는 주행 상태의 정확한 결정을 위해 마찰 계수 이용률이 다음과 같이 규정된다:
μ이용률 = absolute(ay설정) / (μ · g).
값 범위는 [0 1]로 제한되고, g는 중력 상수이며, μ는 추정된 도로 마찰 계수이다. 설정 횡가속은 스티어링 휠 각도 센서 DeltaLWI 로부터 또는 전방 차축 스티어링(5; DeltaEPS)의 측정된 스티어링 랙 위치로부터 산출된다. 이에 대한 예시적인 계산은 다음과 같다:
ay설정 = DeltaLWI/ 기계적 스티어링 비 ·주행 속도 ·요 게인
또는
ay설정 = DeltaEPS ·주행 속도 ·요 게인
요 게인은 자동차(1)의 휠 스티어링 각도와 요 레이트(yaw rate) 사이의 관계를 나타낸다.
후방 차축 스티어링 동작의 최대 구배 d_DeltaHA는 μ이용률에 의존한다. 마찰 계수 이용률이 1일 때 허용된 구배는 0 °/s로 감소하여, 추가 스티어링 동작이 저지될 수 있다. 구배의 연속 감소, 즉 일정한 차동성이 바람직하다. 이는 도 3에서 각각의 한계 내로 곡선의 라운드 경로에 의해 도시된다.
후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도 또는 절대 후방 차축 스티어링 각도의 제한은 후술하는 바와 같이 결정될 수 있다:
바람직하게는, 각각의 노면에서 최대로 가능한 횡가속으로 주행 시 후방 차축(4)에서 타이어의 슬립 각도 최대값를 초과하지 않는다. 따라서 제한적인 최대 후방 차축 스티어링 각도는 노면의 잠재적 접착력을 반영하는 설정 횡가속에서의 후방 차축 스티어링 각도에 해당한다.
정상적인 후방 차축 스티어링 각도는 기본적으로 스티어링 휠 각도 센서 DeltaLWI 또는 전방 차축 스티어링 DeltaEPS의 측정된 스티어링 랙 위치로부터 산출된다. 이에 대한 예시적인 계산은 다음과 같다:
DeltaHA = DeltaEPS * 스티어링 비HA
또는
DeltaHA = DeltaLWI/기계적 스티어링 비 * 스티어링 비HA
스티어링 비HA는 후방 차축 스티어링(6)의 특성에 대한 적용값이다.
최대 횡가속은 중력 상수 g와 함께 잠재적 마찰 계수 μ로부터 다음과 같이 산출된다:
ayMAX = μ * g
상기 식으로부터 최대 후방 차축 스티어링 각도가 다음과 같이 계산될 수 있다:
DeltaHA,MAX = (μ·g·스티어링 비HA)/(주행 속도·요 게인)
기술된 방법을 수행하기 위해, 노면의 마찰 계수 μ는 적어도 대략 공개되어 있어야 함을 알 수 있다. 마찰 계수의 결정을 위해, 예를 들어 모델 기반 설정값과 예컨대 요 레이트 및/또는 횡가속과 같은 측정된 운동량의 편차를 이용한 추정, 휠 슬립을 이용한 추정, 스티어링 토크로부터 추정, Car2X-통신의 정보와 같은 공개된 방식에 의존할 수 있다. 이를 위해 자동차(1)에서 기존의 센서들이 사용될 수 있다.
여기에 설명된 모든 기능의 증진은 오버- 및 언더스티어와 같은 임계적 주행 상황에서, 예를 들어 주행 속도, 스티어링 휠 각도, 스티어링 휠 속도에 의해 또는 선택된 주행 프로파일에 의존해서 조정될 수 있다.

Claims (6)

  1. 자동차(1)의 후방 차축 스티어링(6)을 제어하기 위한 제어 방법으로서,
    후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도를 조절하는 것인 제어 방법에 있어서,
    상기 자동차(1)의 예정된 횡가속에 도달할 시에, 상기 자동차(1)가 이동하는 노면의 마찰 계수에 의존해서 상기 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도와 스티어링 각도의 구배 중 하나 이상이 제한되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    노면의 정해진 마찰 계수 미만일 시에, 스티어링 각도와 스티어링 각도의 구배 중 하나 이상이 제한되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도는 스티어링 각도 조절 장치(7)를 이용해서 조절되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
    스티어링 각도의 구배는 연속해서 감소하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
    상기 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도와 스티어링 각도의 구배 중 하나 이상의 제한은 상기 자동차(1)의 주행 속도에 의존해서 수행되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서,
    스티어링 각도 조절 장치(7)를 포함하고, 자동차(1)의 예정된 횡가속에 도달할 시에, 상기 스티어링 각도 조절 장치에 의해 상기 자동차(1)가 이동하는 노면의 마찰 계수에 의존해서 후방 차축(4)의 휠들의 스티어링 각도와 스티어링 각도의 구배 중 하나 이상이 제한될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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