KR20170068075A

KR20170068075A - 차량에 탑재된 통합 제어 시스템 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR20170068075A
Application number: KR1020150174835A
Authority: KR
Inventors: 조재성
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-06-19
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: KR102228390B1

Abstract

차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법이 개시된다. 본 방법은 복수의 센서 신호에 기초하여 타이어 힘을 추정하는 단계, 차량의 주행방향이 변경되는 경우, 하중 이동에 따른 제1 보상 수직하중을 산출하는 단계 및 제1 보상 수직하중을 현가 시스템에 반영하는 단계를 포함할 수 있다 이에 따라, 장치 효율성이 향상될 수 있다.

Description

차량에 탑재된 통합 제어 시스템 및 그 구동 방법{Integrated Control System Mounted on Vehicle And Operating Method Therefor}

본 발명은 차량에 탑재된 시스템에 관한 것으로 더 상세하게는 차량에 탑재된 통합 제어 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

전자제어기술의 비약적인 발전에 따라 차량에서도 기계적인 방법에 의해 동작하던 각종 장치들이 운전자의 편리성 및 운행의 안전성 등의 이유로 전기적인 방법에 의해 구동되고 있으며, 자동차의 시스템은 점차 고도화되고 최첨단화되어 가고 있다.

통합 샤시제어(Integrated Chassis Control) 시스템은 차량이 선회하는 중 차량에서 발생하는 요모멘트(yaw moment)와 횡슬립각(side slip angle)을 제어하여 차량의 안정성을 향상시키는 전자자세제어(Electronic Stability Control, ESC) 시스템 및 차량의 주행안정성 및 승차감을 향상시키기 위해 전자 제어 현가(Electronically Controlled Suspension, ECS) 시스템 등이 장착되고 있다.

이와 같이, 제동장치(ESC)와 현가장치(ECS)를 통합 제어하여 차량의 주행성능에 대한 효율을 높이고 보다 향상된 차량의 동역학적 성능을 구현하기 위한 연구도 활발이 이루어지고 있다.

종래기술에서는 US(Under Steer)시 선회 안쪽 뒷바퀴에 제동을 걸어 회두성을 향상시키는 TV(토크 벡터링)를 개시하였다.

그러나, 긴급 선회 시 선회 안쪽 바퀴는 바깥으로 들려 타이어 접지 하중은 감소하게 되고, 횡방향 안정성에 필요한 횡력은 선회 안쪽 바퀴의 접지력 조건에 의해 제약될 수 있었다.

따라서, 핸들링 성능을 보다 향상시킬 수 있는 방법의 대두가 요청된다.

등록특허공보 10-1558761호(등록일 2015.10.01)

본 발명은 상술한 종래 기술의 한계점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 일 목적은 TV 작동 조건에서 현가시스템을 활용하여 횡방향 안정성에 필요한 횡력을 유지하도록 제어하는 통합 제어 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 요(Yaw) 방향 회두성(TV에서 필요한 제동력 발생)을 확보하면서 횡방향 안정성도 확보하는 통합 제어 시스템을 제공함에 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법은 복수의 센서 신호에 기초하여 타이어 힘을 추정하는 단계; 상기 차량의 주행방향이 변경되는 경우, 하중 이동에 따른 제1 보상 수직하중을 산출하는 단계; 및

상기 제1 보상 수직하중을 현가 시스템에 반영하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따라, 아래와 같은 효과가 있다.

첫째, TV 작동 조건에서 현가시스템을 활용하여 횡방향 안정성에 필요한 횡력을 유지하도록 제어하는 통합 제어 시스템이 제공됨으로써 장치 안정성 및 효율성이 향상될 수 있다.

둘째, 요(Yaw) 방향 회두성(TV에서 필요한 제동력 발생)을 확보하면서 횡방향 안정성도 확보하는 통합 제어 시스템이 제공됨으로써 장치 안정성 및 사용자 편의성이 향상될 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 실시예에 따른 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 횡방향 안정성에 필요한 횡력을 유지하면서 제동력을 발생시키는 방법을 나타내는 도면이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 실시예에 따른 하중 이동에 따른 횡력 손실을 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 실시예에 따른 제동에 따른 횡력 손실을 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 실시예에 따른 최종 횡력 손실을 보상하기 위한 추가 수식하중을 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 통합 제어 시스템의 구동 방법을 체계적으로 설명한 도면이다.
도 7은 통합 제어 시스템의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하에서는 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템(1)은 센서부(110), 메모리(120), 통합 제어기(200)를 포함한다. 통합 제어기(200)는 현가 제어부(210), 제동 제어부(220), 보상 수직하중 산출부(230)를 포함한다. 통합 제어 시스템(1)은 상술한 구성요소 이외에 다른 구성요소를 포함할 수 있으나, 발명의 명확한 설명을 위해 생략한다.

메모리(120)는 차량 중심에서 전륜까지의 축간거리, 차량중심에서 후륜까지의 축간거리, 차량질량, 휠 베이스, 하중변화에 따른 타이어 횡력 변화 민감계수 등의 차량정보를 저장한다. 또한, 메모리(120)는 댐핑력과 댐퍼속도에 따른 댐퍼 특성 곡선 및 수직하중에 따른 횡력 특성 곡선에 근거하여 현가장치 제어한계를 저장하고 있다.

센서부(20)는 차량 네트워크를 통해 조향각, 차속, 요레이트(yaw rate), 횡가속도, 댐퍼(damper) 속도 등을 수집할 수 있으나, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 이때, 차량 네트워크는 CAN(controller area network), LIN(local interconnect network), 플렉스레이(flexray), MOST(media oriented system transport) 등을 포함한다.

다시 말해서, 센서부(20)는 레이더 센서, 가속도 센서, 조향각 센서, 요-G 센서, ESC 제동 신호 센서 등을 포함할 수 있으나 이에 대해서는 한정하지 않는다.

통합 제어기(200)는 현가 시스템 및 제동 시스템을 제어할 수 있다. 통합 제어기(200)는 차량 하중 이동이 생기는 경우, 보상 수직하중을 산출할 수 있다.

또한, 통합 제어기(200)는 차량 제동이 발생되는 경우, 보상 수직 하중을 산출할 수 있다.

통합 제어기(200)는 산출된 보상 수직 하중을 현가 시스템 또는 제동 시스템에 반영되도록 제어할 수 있다. 자세한 구동 방법은 후술하기로 한다.

현가 제어부(210)는 통합 제어기(200)의 제어에 따라 현가 장치(ECS)를 제어할 수 있다.

제동 제어기(220)는 통합 제어기(200)의 제어에 따라 제동장치 제어를 수행할 수 있다.

보상 수직하중 산출부(230)는 손실되는 차량 하중 이동이나 차량 제동에 따른 손실량(횡력, 하중)을 산출하여 손실량에 대응되는 수직하중 산출할 수 있다. 산출된 수직하중은 현가 시스템 또는 제동 시스템에 반영될 수 있다.

도 2는 실시예에 따른 횡방향 안정성에 필요한 횡력을 유지하면서 제동력을 발생시키는 방법을 나타내는 도면이다.

일단 차량은 좌에서 우로 주행 방향(210)이 설정된 것으로 가정하기로 한다.

진입단계(S21)는 운전자가 장애물(220)을 발견한 방향 전환을 위한 스티어링 휠 조작 전 단계이다.

진입단계에서는 차량이 직진하면서 제동이 걸리지 않았으므로 차량 RL(Rear Left) 바퀴에 횡력이 발생하지 않는다.

이때, RL에 가해지는 힘 역시 Stable 한 상태인 것으로 상정하기로 한다.

회피 조향 단계(S22)는 운전자가 스티어링 휠을 좌측으로 이동시킨 경우를 상정한 단계이다.

회피 조향 시 차량의 RL 바퀴는 하중 이동에 따른 접지력이 손실(260)된다.

이때, 통합 제어 시스템(1)은 선회에 필요한 횡력 발생분(265)을 발생시킬 수 있다.

그 다음, 회피 조향 및 제동 단계(S23)는 차량이 선회하면서 브레이크가 걸린 상태를 상정한 단계이다.

이 경우, 제동에 따른 힘(240-2)이 추가적으로 발생하게 된다. 제동으로 인한 횡력 손실분(270)이 추가적으로 발생하게 된다.

이때, 수직하중을 미리 산출하여 현가 시스템에 반영한 경우(265), 제동에 따른 횡력 손실분(275)이 발생되더라도, 제동에 의한 힘(280)과 횡력의 벡터 합은 안정적이다. 이에 따라 통합 제어 시스템(1)은 요방향 회두성(TV에서 필요한 제동력을 발생)을 확보하면서도 횡방향 안정성에 필요한 횡력을 최대한 유지하여 횡방향 안정성을 확보할 수 있다.

복귀 단계(S24)은 제동 및 회피 조향이 제거된 상태를 상정한 단계이다.

본 명세서에서는 제동이나 차량 방향 전환의 경우만 상정하여 수직 하중을 추가로 발생시키나 이는 일 실시예에 불과하고, 주행시에나 정지시에도 수직 하중이 추가되거나 제거될 수 있다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 하중 이동에 따른 횡력 손실을 연산하는 방법을 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 3(a)는 차량 타이어의 횡력과 수직하중 간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 3(b)는 하중 이동에 따른 발생 가능한 횡력을 도출하는 수학식이다.

일단, 도 3(a) 및 도 3(b)에 기입된 문자의 뜻을 설명하기로 한다.

Fz0는 타이어 수직하중, Fy0는 타이어 횡력, hs는 차량 롤 센터~중심고 간 거리, hr는 후륜 롤 센터~중심고 간 거리, dr는 후륜 축거, Lf는 전륜 축 중심~차량중심 간 거리, L는 휠 베이스, Kf는 전륜 롤 강성, Kr는 후륜 롤 강성, Mu는 회피조향 시 발생하는 추정 횡가속도, K는 하중변화에 따른 횡력변화율(튜닝게인)을 뜻한다.

먼저, 통합 제어 시스템(1)은 하중 이동량(dFz)을 수학식(1)을 통해 산출할 수 있다. 그 다음 통합 제어 시스템(1)은 하중이동에 따른 횡력 손실(dFy) 분은 경험식으로부터 수학식(2)와 같이 추정할 수 있다.

통합 제어 시스템(1)은 수학식(1)과 수학식(2)로부터 하중 이동 후 발생 가능한 횡력(Fy1)을 수학식(3)을 통해 도출할 수 있다.

도 4(a) 및 도 4(b)는 제동에 따른 횡력 손실을 연산하는 방법을 나타내는 도면이다.

통합 제어 시스템(1)은 제동력(Fx1)을 TV의 제동 토크로부터 추정하고, 제동에 따른 횡력 손실분(dFy1)은 타이어 마찰원 특성으로부터 수학식(4)와 같이 산출될 수 있다.

통합 제어 시스템(1)은 하중 이동과 제동에 따른 최종 횡력 손실(dFy2)을 연산할 수 있다. 수학식 (2) 및 수학식 (4)로부터 도출된 아래 수학식 (5)를 통해 전체 횡력 손실분(dFy2)가 연산될 수 있다.

통합 제어 시스템(1)은 최종 횡력 손실을 보상하기 위한 추가 수식하중을 연산할 수 있다. 이하 도 5(a) 및 도 5(b)를 참고하여 설명하기로 한다.

통합 제어 시스템(1)은 횡력 손실분을 보상한 최종 횡력(Fy3)을 식(6)과 같이 연산할 수 있다.

또한, 통합 제어 시스템(1)은 최종 횡력 손실분을 보상하기 위한 추가 수직하중(dFz1)은 식(8)과 같이 연산할 수 있다.

도 6은 실시예에 따른 통합 제어 시스템(1)의 구동 방법을 체계적으로 설명한 도면이다. 도 2와 함께 참고하여 설명하기로 한다.

도 6에 따르면, 진입단계(S21)에서 현가제어 시스템은 개별제어되고 있다.

통합 제어 시스템(1)은 타이어 하중(Fz0) 및 타이어 횡력을 추정(Fy0)한다.

그 다음, 회피 조향이 발생되는 경우, 현가 시스템은 추가 하중(dFz) 제어 구간에 진입하고, 통합 제어 시스템(1)은 회피 조향 하중 손실분 연산한다. 한편, 제어 시스템은 제동력을 개별적으로 제어한다.

통합 제어 시스템(1)은 TV 작동되고 회피 조향과 제동이 동시에 수행되는 경우, 하중 이동과 제동에 따른 횡력 손실분 연산한다.

이때, 통합 제어 시스템(1)은 TV 작동이 해제되고 복귀조향되기 전에 보상될 수직 하중분을 연산하여 현가 시스템에 반영할 수 있다.

도 6과 유사하게 도 7은 통합 제어 시스템의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.

일단, 통합 제어 시스템(1)은 센서 신호를 입력받으면 타이어 힘을 추정한다.

그 후에 통합 제어 시스템(1)은 회피 조향 및 제동이 발생된 경우, 하중 이동에 따른 보상 수직하중 및 제동에 따른 보상 수직하중을 연산한다.

또한, 통합 제어 시스템(1)은 회피 조향만 발생된 경우 또는 제동만 발생된 경우, 이에 대응되는 보상 수직하중을 연산한다.

통합 제어 시스템(1)은 최종적으로 보상 수직하중을 연산하여 현가시스템 또는 제어 시스템에 해당 보상 수직하중을 반영한다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작될 수 있으며, 본 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

110 : 센서부
120 : 메모리
200 : 통합 제어기

Claims

차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법에 있어서,
복수의 센서 신호에 기초하여 타이어 힘을 추정하는 단계;
상기 차량의 주행방향이 변경되는 경우, 하중 이동에 따른 제1 보상 수직하중을 산출하는 단계; 및
상기 제1 보상 수직하중을 현가 시스템에 반영하는 단계;를 포함하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 차량에 제동이 걸리는 경우, 제2 보상 수직하중을 산출하는 단계;
상기 제1 보상 수직하중 및 제2 보상 수직하중을 기초한 최종 보상 수직하중을 상기 현가 시스템 및 제동 시스템에 반영하는 단계;를 더 포함하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 센서 신호는,
레이더 센서 신호, 가속 센서 신호, 조향각 센서 신호, 요-G 센서 신호 및 ESC(Electronic Stability Control) 제동 신호 중 적어도 하나를 포함하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법.
제1항에 있어서,
하중 이동에 따른 제1 보상 수직하중을 산출하는 단계는,
상기 하중 이동에 따른 횡력 손실량을 연산하는 단계; 및
상기 횡력 손실량에 대응되도록 상기 제1 보상 수직하중을 연산하는 단계;를 포함하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법.
제2항에 있어서,
상기 제2 보상 수직하중을 산출하는 단계는,
상기 제동에 따른 횡력 손실량을 연산하는 단계; 및
상기 횡력 손실량에 대응되도록 상기 제2 보상 수직하중을 연산하는 단계;를 포함하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법.
제1항에 있어서,
스티어링 조작에 따라 상기 차량의 주행방향이 변경되는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 타이어 힘을 추정하는 단계는,
상기 타이어의 하중 및 상기 타이어의 횡력을 추정하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템의 구동 방법.
차량에 탑재된 통합 제어 시스템에 있어서,
복수의 센서; 및
상기 센서를 통해 타이어 힘을 추정하고, 상기 차량의 주행방향이 변경되는 경우, 하중 이동에 따른 제1 보상 수직하중을 산출하며, 상기 제1 보상 수직하중을 현가 시스템에 반영하는 통합 제어기;를 포함하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 통합 제어기는,
현가 시스템을 제어하는 현가 제어부;
제동 시스템을 제어하는 제동 제어부; 및
보상 수직하중을 연산하는 보상 수직하중 연산부;를 포함하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 통합 제어기는,
상기 차량에 제동이 걸리는 경우, 제2 보상 수직하중을 산출하고, 상기 제1 보상 수직하중 및 제2 보상 수직하중을 기초한 최종 보상 수직하중을 상기 현가 시스템 및 제동 시스템에 반영하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 센서는,
레이더 센서, 가속 센서, 조향각 센서 및 요-G 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 통합 제어기는,
상기 하중 이동에 따른 횡력 손실량을 연산하고, 상기 횡력 손실량에 대응되도록 상기 제1 보상 수직하중을 연산하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템.
제10항에 있어서,
상기 통합 제어기는,
상기 제동에 따른 횡력 손실량을 연산하고 상기 횡력 손실량에 대응되도록 상기 제2 보상 수직하중을 연산하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템.
제8항에 있어서,
스티어링 조작에 따라 상기 차량의 주행방향이 변경되는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 통합 제어기는,
상기 타이어의 하중 및 상기 타이어의 횡력을 통해 타이어 힘을 추정하는, 차량에 탑재된 통합 제어 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 통합 제어 시스템의 구동 방법을 실현하는 기록매체에 기록된 프로그램.
제16항에 기재된 프로그램이 기록된 기록매체.