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KR20200091557A - 차량용 자세 제어방법 및 장치 - Google Patents

차량용 자세 제어방법 및 장치 Download PDF

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KR20200091557A
KR20200091557A KR1020190008438A KR20190008438A KR20200091557A KR 20200091557 A KR20200091557 A KR 20200091557A KR 1020190008438 A KR1020190008438 A KR 1020190008438A KR 20190008438 A KR20190008438 A KR 20190008438A KR 20200091557 A KR20200091557 A KR 20200091557A
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South Korea
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spin
steering
steering angle
lateral acceleration
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Withdrawn
Application number
KR1020190008438A
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English (en)
Inventor
김경섭
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Filing date
Publication date
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Priority to US16/416,657 priority patent/US20200231161A1/en
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Abstract

본 발명은 차량의 주행 중 스핀현상 발생시, 조향모터를 이용하여 차량의 자세를 안정적으로 유지 제어하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 일정차속 이상으로 직진 주행하는 상황에서, 차량의 스핀 발생 여부를 판단하고; 차량의 스핀 발생 판단시, 상기 스핀을 상쇄하는 방향으로 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링을 실시하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어방법 및 장치가 소개된다.

Description

차량용 자세 제어방법 및 장치{VEHICLE STABILITY CONTROL METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 차량의 주행 중 스핀현상 발생시, 조향모터를 이용하여 차량의 자세를 안정적으로 유지 제어하는 차량용 자세 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
우천 중이나 우천 후 차량이 고속 주행 중 한쪽 바퀴만 물웅덩이를 통과할 경우, 운전자가 조타를 하지 않아도 좌우 타이어의 접지 저항 차이로 인해 차량에 스핀이 발생할 수 있다.
이처럼 차량에 스핀현상이 발생하는 경우, 스핀을 제어하기 위해 급제동하게 되면 좌우 타이어의 접지 저항 차이가 더 커지면서 오히려 스핀이 더욱 증대되어 큰 사고로 이어지는 문제가 있다.
이 같은 차량의 비이상적인 거동 발생시, 차량의 자세를 안정적으로 잡아주기 위해 차량 자세제어장치가 적용되고 있고, 대표적으로 ESC(Electric Stabilit Control)시스템을 들 수 있다.
하지만, ESC시스템의 경우, 가격이 상대적으로 고가여서 차량에 적용시 재료비가 과다하게 상승하게 되고, 이로 인해 차량의 원가가 상승하는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1998-0057161 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 차량의 주행 중 스핀현상 발생시, 조향모터를 이용하여 차량의 자세를 안정적으로 유지 제어하는 차량용 자세 제어방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 컨트롤러가, 일정차속 이상으로 직진 주행하는 상황에서, 차량의 스핀 발생 여부를 판단하는 단계; 컨트롤러가, 차량의 스핀 발생 판단시, 상기 스핀을 상쇄하는 방향으로 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링을 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
횡가속도와, 조향각과, 좌우측 휠속도를 이용하여 스핀 발생 여부와 함께 스핀 회전방향을 판단할 수 있다.
횡가속도가 일정값 초과이고, 조향각이 조향각 중립을 기준으로 일정범위 이내이며, 좌우측 휠속도의 차이가 일정값 초과인 경우, 차량의 스핀이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 카운터 스티어링단계에서는, 상기 스핀 발생시, 차량의 횡가속도에 대한 목표조향각을 설정하고; 상기 목표조향각을 추종하여 조향모터를 구동할 수 있다.
상기 목표조향각은 상기 횡가속도에 비례할 수 있다.
상기 차량의 스핀 발생 판단시, 엔진의 출력을 저감 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 구성은, 일정차속 이상으로 직진 주행하는 상황에서, 차량의 스핀 발생 여부를 판단하고, 차량의 스핀 발생 판단시, 상기 스핀을 상쇄하는 방향으로 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링을 실시하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 횡가속도센서에 의해 횡가속도신호가 제공되고; 조향각센서에 의해 스티어링휠의 조향각신호가 제공되며; 좌우측 휠속도센서에 의해 좌우측 휠속도신호가 제공되고; 각 센서에 의해 제공된 신호들을 이용하여 스핀 발생 여부와 함께 스핀 회전방향을 판단할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 차량의 고속 직진 주행상황에서 스핀 발생시, 조향모터를 구동하여 스핀현상을 상쇄하는 방향으로 카운터 스티어링 제어를 실시함으로써, 차량의 자세를 안정적으로 유지하게 되고, 이에 차량의 조종 안정성을 향상시켜 차량 스핀에 의한 사고 위험을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 차량 자세 제어 적용 여부에 따른 주행 경로를 비교하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 자세 제어장치를 구성하는 시스템 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 자세 제어방법의 과정을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명에 따라 스핀 발생시, 횡가속도에 대한 목표 조향각의 관계를 개념적으로 예시한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 차량용 자세 제어장치는, 컨트롤러(CLR)를 포함하여 구성이 되는 것으로, 상기 컨트롤러(CLR)는 일정차속 이상으로 직진 주행하는 상황에서, 차량의 스핀 발생 여부를 판단하고, 차량의 스핀 발생 판단시, 상기 스핀을 상쇄하는 방향으로 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링을 실시하도록 제어하는 역할을 한다.
이 같은 제어를 위해, 상기 컨트롤러(CLR)에는 횡가속도신호와, 조향각신호 및 휠속도신호가 제공될 수 있고, 각 신호들의 검출을 위해 센서가 구비될 수 있다.
예컨대, 차량의 횡가속도센서(1)가 구비되어 횡가속도를 감지하고, 감지된 횡가속도신호를 컨트롤러(CLR)에 제공하게 된다.
그리고, 스티어링휠이 구비된 조향샤프트에 조향각센서(3)가 구비되어 스티어링휠의 조향각을 감지하고, 감지된 조향각신호를 컨트롤러(CLR)에 제공하게 된다.
또한, 좌측 및 우측 휠에 휠속도센서(5,7)가 각각 구비되어 각 휠의 속도를 검출하고, 검출된 휠속도신호를 컨트롤러(CLR)에 제공하게 된다.
이에, 상기 컨트롤러(CLR)에서는 상기 각 센서에 의해 제공된 신호들을 이용하여 스핀 발생 여부와 함께 스핀 회전방향을 판단하게 된다.
아울러, 상기 스핀을 상쇄하기 위해 구동하는 조향모터는 운전자의 조향토크를 어시스트하는 역할의 조향모터일 수 있는 것으로, MDPS시스템 또는 SBW시스템에 적용되는 조향모터일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 자세 제어방법은 스핀판단단계와, 카운터스티어링단계를 포함하여 구성이 된다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 스핀판단단계에서는 컨트롤러(CLR)가, 일정차속 이상으로 직진 주행하는 상황에서, 차량의 스핀 발생 여부를 판단하게 된다.
예컨대, 좌우측 횔속도와 조향각을 이용하여 차량이 일정차속 이상으로 직진하는지 판단할 수 있고, 또한 횡가속도와, 조향각과, 좌우측 휠속도를 이용하여 스핀 발생 여부와 함께 스핀 회전방향을 판단할 수 있다.
구체적으로, 구동륜의 좌우측 휠속도 각각이 일정값 이상이면서, 좌우측 휠속도의 차이가 일정값 이하이고, 조향각이 조향각 중립을 기준으로 일정범위 이내인 경우, 차량이 일정차속 이상으로 직진 주행하는 상황으로 판단할 있다.
특히, 횡가속도가 일정값 초과이고, 조향각이 조향각 중립을 기준으로 일정범위 이내이며, 구동륜의 좌우측 휠속도의 차이가 일정값 초과인 경우, 차량의 스핀이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 차량의 스핀 발생시, 휠속도가 더 작은 방향으로 스핀 회전이 발생하는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 좌측 휠속도가 우측 휠속도보다 더 큰 경우, 우측으로 스핀 회전이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
아울러, 카운터스티어링단계에서는, 컨트롤러(CLR)가, 차량의 스핀 발생 판단시, 상기 스핀을 상쇄하는 방향으로 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링을 실시하도록 제어하게 된다.
이와 함께, 상기 차량의 스핀 발생 판단시, 엔진의 출력을 저감하도록 제어할 수 있다.
즉, 도 1과 같이 좌측 휠만 물웅덩이를 통과하는 경우, 좌측휠과 우측휠의 접지 저항 차이로 인해 좌측휠이 우측휠의 속도보다 급격하게 작아지게 됨으로써, 차량이 좌측으로 스핀 회전하게 된다.
이에, 좌측으로 스핀이 발생한 것으로 판단시, 조향모터를 구동하여 스티어링휠을 우측으로 조타시키게 되면, 차량이 순간적으로 우측방향으로 선회하면서 좌측방향으로의 스핀현상이 제거가 된다. 따라서, 차량의 자세를 안정적으로 유지하게 되고, 이에 차량의 조종 안정성을 향상시켜 차량 스핀에 의한 사고 위험을 방지하게 된다.
아울러, 상기 카운터 스티어링단계에서는, 상기 스핀 발생시, 차량의 횡가속도에 대한 목표조향각(θ')을 설정하고, 상기 목표조향각(θ')을 추종하여 조향모터를 구동할 수 있다.
이때에, 상기 목표조향각(θ')은 상기 횡가속도에 비례하도록 설정할 수 있다.
즉, 차량의 스핀현상이 발생하는 경우, 횡가속도가 커지게 되는데, 이는 횡가속도센서(1)를 통해 검출할 수 있다.
예를 들어, 횡가속도센서(1)를 통해 검출되는 횡가속도값이 클수록 차량 역시 더 큰 각도로 스핀현상이 발생한 것이므로, 목표 조향각이 상기 횡가속도값에 비례하여 설정되고, 설정된 목표 조향각에 따라 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링을 실시하게 된다.
도 4를 참조하여 설명하면, t1 시점은 차량의 스핀현상이 발생한 시점으로, 이때에 검출된 횡가속도값에 따라 목표 조향각이 설정되고, 설정된 목표 조향각을 추종하여 조향모터를 구동하게 된다.
그리고, 조향모터의 구동에 따라 스핀현상이 저감되기 시작하면서 횡가속도값이 줄어들게 되고, 이와 함께 목표 조향각도 함께 줄어들면서 t2 시점에 조향각 중립으로 복귀하여 차량의 스핀현상이 완전하게 제거된다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 차량의 자세 제어과정을 예시하여 순차적으로 설명한다.
차량의 주행과정에서 구동륜의 좌측휠속도와 우측휠속도, 스티어링휠의 조향각을 측정한다(S10, S20).
S20 이 후, 상기 측정된 구동륜의 좌우측 휠속도와 조향각을 기반으로 차량이 고속으로 직진주행하고 있는지 판단한다(S30). 예를 들어, 좌측 휠속도와 우측 휠속도 각각이 일정값을 초과하면서, 조향각이 일정범위 이내(-b < 조향각 < b)인지 판단하여 고속 직진 여부를 판단할 수 있다.
S30의 판단결과, 차량이 고속 직진주행하는 상황으로 판단시, 횡가속도를 모니터링한다(S40).
S40 이 후에, 횡가속도가 a 를 초과하고, 조향각이 일정범위 이내(-b < 조향각 < b)이면서, 구동륜의 좌측 휠속도와 우측 휠속도의 차이가 c를 초과하는지 판단하고(S50), 이들 조건을 모두 만족하는 경우, 차량의 스핀현상이 발생한 것으로 판단한다.
이에, 횡가속도에 따라 설정된 목표 조향각을 추종하도록 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링 제어를 실시하게 된다(S60).
그리고, 이와 함께 엔진 출력을 일정량 저감하도록 제어함으로써, 차속을 줄이게 되고, 이에 차량의 스핀회전을 더욱 안정적으로 감쇄시킬 수 있게 된다(S70).
상술한 바와 같이, 본 발명은 차량의 고속 직진 주행상황에서 스핀 발생시, 조향모터를 구동하여 스핀현상을 상쇄하는 방향으로 카운터 스티어링 제어를 실시함으로써, 차량의 자세를 안정적으로 유지하게 되고, 이에 차량의 조종 안정성을 향상시켜 차량 스핀에 의한 사고 위험을 방지하게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 횡가속도센서
3 : 조향각센서
5, 7 : 좌우측 휠속도센서
CLR : 컨트롤러

Claims (8)

  1. 컨트롤러가, 일정차속 이상으로 직진 주행하는 상황에서, 차량의 스핀 발생 여부를 판단하는 단계;
    컨트롤러가, 차량의 스핀 발생 판단시, 상기 스핀을 상쇄하는 방향으로 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링을 실시하는 단계;를 포함하는 차량용 자세 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    횡가속도와, 조향각과, 좌우측 휠속도를 이용하여 스핀 발생 여부와 함께 스핀 회전방향을 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    횡가속도가 일정값 초과이고, 조향각이 조향각 중립을 기준으로 일정범위 이내이며, 좌우측 휠속도의 차이가 일정값 초과인 경우, 차량의 스핀이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 카운터 스티어링단계에서는,
    상기 스핀 발생시, 차량의 횡가속도에 대한 목표조향각을 설정하고;
    상기 목표조향각을 추종하여 조향모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 목표조향각은 상기 횡가속도에 비례하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 스핀 발생 판단시, 엔진의 출력을 저감 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어방법.
  7. 일정차속 이상으로 직진 주행하는 상황에서, 차량의 스핀 발생 여부를 판단하고, 차량의 스핀 발생 판단시, 상기 스핀을 상쇄하는 방향으로 조향모터를 구동하여 카운터 스티어링을 실시하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 차량용 자세 제어장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    횡가속도센서에 의해 횡가속도신호가 제공되고;
    조향각센서에 의해 스티어링휠의 조향각신호가 제공되며;
    좌우측 휠속도센서에 의해 좌우측 휠속도신호가 제공되고;
    각 센서에 의해 제공된 신호들을 이용하여 스핀 발생 여부와 함께 스핀 회전방향을 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어장치.
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