KR20200046277A - 차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 휠 속도 추정 방법에 관한 것으로서, 통상의 휠속 센서가 가지는 저속 구간에서의 해상도 저하 문제와 회전방향 정보 부재 등의 문제를 해결할 수 있고, 휠속 센서만을 이용할 때에 비해 짧은 업데이트 주기로 더욱 정확한 휠 속도 정보가 얻어질 수 있는 차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 휠 속력을 검출하는 휠속 센서; 상기 구동모터의 속도를 검출하는 모터 속도 센서; 상기 휠속 센서의 신호, 상기 모터 속도 센서의 신호, 및 변속기의 현재 기어단 상태를 나타내는 기어단 정보를 입력받아 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도를 추정하는 제어기를 포함하는 차량의 휠 속도 추정 장치, 및 그 방법이 개시된다.

Description

차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법{System and method for estimating wheel speed of vehicle}

본 발명은 차량의 휠 속도 추정 장치 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통상의 휠속 센서가 가지는 저속 구간에서의 해상도 저하 문제와 회전방향 정보 부재 등의 문제를 해결할 수 있는 차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 운전 상태나 차량 상태, 차량 내 장치 상태 등을 나타내는 정보나 차량 실, 내외의 온도, 습도, 조도 등의 여러 환경 정보와 같이 차량 관련 장치의 제어 및 작동, 정보의 제공이나 표시 등의 목적을 위해 필요로 하는 각종 정보를 검출할 수 있는 다양한 센서들이 장착되고 있다.

더불어, 상기 센서들을 통해 수집되는 각종 정보에 기초하여 제어 및 작동되는 다양한 장치들이 차량에 탑재되고 있으며, 이들은 차량의 기본적인 주행 성능은 물론 차량 안전과 주행안정성의 확보, 운전자와 탑승자 보호, 충격 및 소음 저감, 편의성 및 승차감 향상 등의 목적을 위해 설치 및 이용되고 있다.

예로서, 차량에는 차륜의 회전속력, 즉 각 휠(wheel)의 속력을 검출하기 위한 휠속 센서(wheel speed sensor)가 장착되고 있으며, 이러한 휠속 센서의 신호를 이용하는 대표적인 시스템으로 차량 제동시 휠 잠김 및 슬립을 방지하는 안티-록 브레이크 시스템(Anti-lock Brake System, ABS), 차량 급발진이나 급가속시 엔진 또는 브레이크를 제어하여 휠 슬립을 방지하는 트랙션 제어 시스템(Traction Control System, TCS) 등이 있다.

그 밖에, 차량 구동원인 엔진의 속도를 검출하는 엔진회전수 센서, 친환경차량의 구동원인 모터의 속도를 검출하는 레졸버(resolver), 차량의 종가속도를 검출하는 종가속도 센서 등이 있으며, 상기 레졸버나 휠속 센서, 종가속도 센서 등의 신호를 이용하는 차량 내 시스템으로 진동 및 충격 억제를 위한 안티-저크(anti-jerk) 시스템, 경사로에서의 차량 밀림을 방지하는 경사로 밀림 방지(Hill-start Assist Control, HAC) 시스템 등을 들 수 있다.

한편, 차량의 센서 중 휠속 센서는 톤 휠(tone wheel)과 영구자석, 코일(또는 홀(hall) 소자) 등을 포함하여 구성될 수 있고, 톤 휠의 외주면에는 톱니(tooth)가 형성되어 톤 휠의 회전시 상기 톱니가 영구자석에서 자계 변화를 일으킨다.

이러한 자계 변화를 펄스 형태의 전기적 신호로 변환하여 검출하면 차량 휠의 회전속력(휠 속력)를 구할 수 있고, 이는 후술하는 바와 같이 휠 회전의 방향성을 알 수 없는 속력 정보이다.

그러나, 휠속 센서를 이용함에 있어서 다음과 같은 문제점이 있다.

휠 속도는 차량을 제어하는데 중요한 정보이고, ABS나 TCS, HAC 등과 같은 샤시 제어 분야의 경우, 대부분 휠속 센서에 의해 검출된 휠 속력 정보(전진방향과 후진방향의 회전방향 정보가 미포함된 정보)를 이용하여 제어하거나, 휠 속력 정보에 기초하여 차속을 산출한 뒤 산출된 차속을 이용하여 제어한다.

또한, 변속기 제어나 토크 지령 생성, 사륜 구동 제어와 같은 구동계 관련 제어 분야 있어서도 휠 속도는 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 이와 같이 휠 속도를 이용하는 제어가 의도에 맞게 최적으로 수행되기 위해서는 휠 속도 정보의 해상도와 정확도가 일정 수준 이상으로 확보되어야 한다.

특히, 차량에서의 제어 과정 동안 순간적으로 변화하는 실시간 상황에 대응하여 신속하고 정확한 연산과 판단이 요구되므로, 이를 위해서는 연산 및 판단의 기초가 되는 정보 취득에 있어서 현재의 실시간 상황을 정확히 나타내고 있는 센서 정보의 취득과 신속한 정보 업데이트가 중요하다.

그러나, 센서에 의해 측정되는 휠 속도(각속도)의 해상도는 펄스의 개수(인코더 슬릿의 이동 개수)에 비례하는데, 고속보다 저속에서 더 적은 수의 펄스가 인식되므로 저속 구간에서 해상도 저하의 문제점이 있다.

휠속 센서의 경우, 톤 휠의 회전으로 생성되는 펄스 신호의 개수를 정해진 시간 동안 읽어서 정보를 취득하므로 최소한 일정 수준 이상의 검출 주기를 필요로 한다.

특히, 적은 수의 펄스 신호를 인식하여 속도를 검출해야 하는 저속 구간에서는 이전 펄스에서 다음 펄스가 생성되기까지 시간이 좀더 걸리는 만큼 상기의 검출 주기 동안 펄스 신호가 존재하지 않을 수도 있다.

따라서, 차량 휠이 정지하지 않고 저속으로 회전하고 있음에도 휠 속도를 나타내는 신호의 출력이 이루어지지 못하여 휠 속도 정보가 취득되지 않는 경우도 나타난다.

현재 차량에서 사용되고 있는 휠속 센서는 증분 인코더(incremental encoder) 방식의 센서이며, 인코더의 특성상 각속도가 단위시간당 인식되는 펄스의 개수(인코더 슬릿의 이동 개수)를 기반으로 산출된다.

그러나, 이와 같은 센서의 경우 크립(creep) 주행시와 같은 차량 저속 상태에서 휠 속도를 나타내는 신호가 출력되지 못하면서, 차량 휠이 극 저속 상태이지만 분명히 회전하고 있는 상황임에도 휠 속도 정보가 0이 될 수 있다.

또한, 차량의 크립 주행시에서 차량이 저속으로 주행하고 있을 때에는 휠 속도 정보의 업데이트 주기가 느리고, 특히 차량이 정지해 있다가 출발할 때의 극 저속 상태인 크립 초기에는 휠 속도를 나타내는 신호가 출력되지 못하여 정확한 속도를 알 수 없다.

상기와 같이 정해진 시간 동안의 펄스 개수를 읽어야만 휠 속도를 알 수 있어 정보의 업데이트가 느릴 수밖에 없고, 결국 휠 속도의 순간적인 변화가 실제로 발생하였음에도 센서를 통해서는 현재의 정확한 휠 속도를 알 수 없으므로, 순간적인 실시간 상황에 대응해야 하는 상기의 제어에서 센서 정보만을 이용하는 것이 문제가 될 수 있는 것이다.

예를 들어, 차량 구동계의 비틀림 상태를 감지하여 비틀림 및 백래시(backlash)로 인한 소음과 진동의 발생을 억제하기 위한 공지의 제어나 안티-저크 제어 등을 수행하는 경우에도 극 저속 상태에서는 휠 속도 정보의 취득 및 이용이 불가하다.

이와 같이 타 센서의 경우 짧은 주기로 검출 및 제어에서의 이용이 가능한 반면, 휠속 센서의 경우 타 센서에 비해 검출 정보의 업데이트가 느릴 수 있고, 따라서 정확한 휠 속도 정보가 실시간으로 제어에 반영되지 못하는 문제점이 있다.

그리고, 증분 인코더의 신호에는 회전방향에 따른 펄스 개수의 구분이 존재하지 않고 회전방향에 대한 정보가 포함되어 있지 않으므로 휠 회전의 방향성을 판단할 수 없다.

즉, 기어단이 D단(전진단)인 경우와 R단(후진단)인 경우 휠의 회전방향이 서로 반대이지만, 인코더 방식의 휠속 센서의 신호만으로는 휠의 회전방향을 알 수 없는 것이다.

예를 들어, 차량이 극 저속으로 주행하는 동안 안티-저크 제어가 수행되어야 하는 상황이 발생하였을 때, 운전자가 기어단을 D단에서 R단으로 억지 변경한 경우, D단(1단)에서 R단으로 바뀌는 과정에서 순간적으로 정확한 휠 상태를 알아야 하지만, 휠속 센서를 통해서는 휠의 회전방향을 알 수 없다.

통상의 휠속 센서가 출력하는 신호는 휠의 전진방향(정방향), 후진방향(역방향) 회전과 같이 휠이 회전하는 방향의 정보, 즉 회전방향 정보를 포함하고 있지 않으므로 휠속 센서의 신호만으로는 휠이 전진방향(정방향)으로 회전하고 있는지, 후진방향(역방향)으로 회전하고 있는지를 알 수 없다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 통상의 휠속 센서가 가지는 저속 구간에서의 해상도 저하 문제와 회전방향 정보 부재 등의 문제를 해결할 수 있는 차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 모터 속도 센서의 신호로부터 휠 회전의 방향성을 정확히 판단할 수 있고, 휠 회전의 방향성 정보를 이용하여 휠 속도를 추정할 수 있는 차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 구동모터 및 변속기를 포함하고 상기 변속기를 이용하여 후진을 실시하는 차량의 휠 속도 추정 장치로서, 휠 속력을 검출하는 휠속 센서; 상기 구동모터의 속도를 검출하는 모터 속도 센서; 상기 휠속 센서의 신호, 상기 모터 속도 센서의 신호, 및 변속기의 현재 기어단 상태를 나타내는 기어단 정보를 입력받아 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도를 추정하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 모터 속도 센서의 신호로부터 취득되는 모터 속도 정보, 및 상기 기어단 정보로부터 휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보를 취득하는 방향 판단 모듈을 포함하고, 상기 휠속 센서의 신호와 상기 방향 판단 모듈에 의해 취득되는 실시간 방향성 정보를 이용하여 상기 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 구동모터 및 변속기를 포함하고 상기 변속기를 이용하여 후진을 실시하는 차량의 휠 속도 추정 방법으로서, 제어기가 휠속 센서의 신호, 모터 속도 센서의 신호, 및 변속기의 현재 기어단 상태를 나타내는 기어단 정보를 입력받는 과정; 제어기에서 방향 판단 모듈에 의해 상기 모터 속도 센서의 신호로부터 취득되는 모터 속도 정보, 및 상기 기어단 정보로부터 휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보가 취득되는 과정; 및 제어기에서 휠속 센서의 신호와 방향 판단 모듈에 의해 취득되는 실시간 방향성 정보를 이용하여 상기 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도가 추정되는 과정을 포함하는 차량의 휠 속도 추정 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법에 의하면, 짧은 업데이트 주기로 더욱 정확한 휠 속도 정보가 얻어질 수 있고, 차량이 크립 주행시와 같은 극 저속 상태로 주행하고 있는 상황이라 하더라도 실시간 정보로서 휠의 실제 상황이 반영된 더욱 정확한 휠 속도 값이 취득될 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 휠 속도 추정 장치 및 방법에 의하면, 모터 속도 센서의 신호로부터 휠 회전의 방향성을 정확히 판단할 수 있고, 휠 회전의 방향성 정보를 이용하여 휠 속도를 추정될 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 휠 속도 추정 장치 및 그 방법에 의하면, 운전자가 저속 주행 중 후진 입력을 한 경우(즉, R단 조작을 한 경우) 등에서 실시간 회전방향 정보를 포함하는 휠 속도 값이 취득될 수 있으며, 결국 휠속 센서만을 이용하는 경우의 문제점인 저속 구간에서의 해상도 저하 문제와 회전방향 정보 부재 등의 문제점이 해결될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휠 속도 추정을 수행하는 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휠 속도 추정을 수행하는 장치 중 제어기 내 구성을 보다 상세히 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 휠 속도 추정 과정에서 이용되는 모터 속도와 휠 속도 정보, 기어단 정보 및 최종 결과인 휠 속도 추정치를 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 차량에서 모터 속도 센서의 신호를 이용하여 전진방향 및 후진방향의 회전방향 정보(휠 회전의 방향성 정보)까지 포함하는 휠 속도 정보를 취득할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

전술한 바와 같이, 통상의 휠속 센서만을 이용해서는 차량의 휠 속도를 짧은 업데이트 주기의 실시간 정보로 정확히 취득하기가 어렵고, 특히 크립(creep) 주행시와 같이 차량이 저속으로 주행할 때에는 휠속 센서에 의한 휠 속도의 측정이 어렵다.

따라서, 그 대응 방안으로 차량 구동원 속도를 변속기의 기어비 정보를 이용하여 환산한 휠 속도 정보의 이용이 가능하다.

전술한 바와 같이, 통상의 휠속 센서만을 이용해서는 휠의 회전방향 정보가 포함된 휠 속도 정보를 취득하기 어려우며, 따라서 본 발명에서는 차량 구동원 속도를 검출할 수 있는 구동원 속도 센서를 추가로 이용한다.

여기서, 차량 구동원 속도는 변속기 입력 측에 연결된 엔진이나 모터의 속도, 즉 일반 엔진(내연기관) 차량에서 차량을 구동하는 엔진의 속도이거나, 친환경차량인 순수 전기 차량(EV), 연료전지 차량(FCEV) 또는 하이브리드 차량(HEV)에서 차량을 구동하는 모터의 속도일 수 있다.

이러한 차량 구동원 속도를 변속기의 현재 기어단에 해당하는 기어비를 이용하여 휠 속도(즉, 휠에서의 등가 속도)로 변환 및 환산하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 휠 속도 추정을 위해 구동원 속도 센서를 통해 검출되는 차량 구동원 속도를 변속기의 기어비 정보를 이용하여 휠에서의 속도로 환산한 속도, 즉 기어비 환산 속도를 이용한다.

통상의 친환경차량에서 차량 구동원인 모터의 속도는 모터 속도 센서인 레졸버에 의해 측정될 수 있고, 이 레졸버에 의하면, 모터의 속도뿐만 아니라 모터의 회전방향을 나타내는 실시간 정보가 정확히 얻어질 수 있다.

따라서, 레졸버에 의해 측정되는 모터의 속도를 기어비를 이용하여 변환 및 환산하면 비교적 정확한 휠 속도 정보(기어비 환산 속도)를 얻을 수 있다.

레졸버에 의해서는 정확한 속도가 측정될 수 있지만, 휠속 센서에 의해서는 정확한 속도가 실시간으로 측정되기 어려우므로, 레졸버에 의해 측정된 모터 속도를 기어비를 이용하여 휠에서의 속도로 환산하면 필요한 휠 속도(기어비 환산 속도)를 취득할 수 있는 것이다.

그러나, 구동축의 비틀림이나 구동계의 백래시를 감지하는 것에서는 상기의 기어비 환산 속도를 이용하는 것이 불가하다.

이에 대해 설명하면, 구동축의 비틀림이나 구동계의 백래시는 차량 구동원인 모터와 휠 사이의 비틀림 또는 백래시를 의미한다.

이러한 비틀림 또는 백래시는 모터 속도로부터 기어비를 이용하여 휠에서의 속도로 환산한 기어비 환산 속도와 휠의 실제 속도 간의 차이로 감지될 수 있는 것인데, 여기서 휠의 실제 속도는 기어비 환산 속도로 대체될 수 없는 것이다.

즉, 속도 간 차이만큼의 비틀림이나 백래시를 감지해야 하지만, 실제 휠 속도 값 대신 기어비 환산 속도를 사용하면 차이를 구해야 하는 두 속도가 같은 속도이므로 속도 차이 자체가 구해질 수 없는 것이다.

따라서, 비틀림이나 백래시를 감지하기 위해서는 모터 속도와 휠 속도를 나타내는 신호가 개별적으로 존재해야 하고, 모터 속도로부터 환산된 속도가 아닌, 실제 휠 속도가 개별적으로 얻어져야만 저속에서의 비틀림이나 안티-저크 제어 등에서의 비틀림이 감지될 수 있다.

특히, 크립 주행시와 같은 극 저속 등의 속도 조건에 상관없이 실제 휠 속도를 나타내는 정확한 실시간 휠 속도 정보가 얻어져야만 구동원 속도인 모터 속도와 비교하여 비틀림이 감지될 수 있다.

이에 본 발명은 실제 상황의 정확한 휠 속도를 짧은 업데이트 주기의 실시간 정보로 취득할 수 있고, 특히 휠의 회전방향까지 나타내는 휠 속도 정보를 취득할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휠 속도 추정을 수행하는 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휠 속도 추정을 수행하는 장치 중 제어기 내 구성을 보다 상세히 나타내는 블록도이다.

또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 휠 속도 추정 과정에서 이용되는 모터 속도와 휠 속력 정보, 기어단 정보 및 최종의 추정 결과인 휠 속도 관측값을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 휠 속도 추정 장치는 휠속 센서(11~14), 구동원 속도 센서(15), 종가속도 센서(16) 및 제어기(20)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 휠속 센서(11~14)는 차량의 휠에 설치되어 해당 휠의 속력을 검출하는 공지의 센서가 될 수 있다.

상기 휠속 센서(11~14)는 엔진 또는 모터와 같은 차량 구동원으로부터 동력을 전달받는 구동륜에 설치된 것일 수 있으며, 상세히는 전륜 구동 방식의 차량인 경우 전륜에, 후륜 구동 방식의 차량인 경우 후륜에 설치된 것일 수 있다.

이때, 본 발명에서 최종 추정되는 휠 속도는 해당 휠에 설치된 휠속 센서(11~14)의 신호를 이용하여 추정한 구동륜의 회전속도가 된다.

또한, 차량 구동원의 동력을 전륜과 후륜이 모두 전달받는 사륜 구동 차량인 경우, 휠속 센서(11~14)는 전륜과 후륜 모두에 설치된 것일 수 있고, 이때 본 발명에서 최종 추정되는 휠 속도는 해당 휠에 설치된 휠속 센서(11~14)의 신호를 이용하여 추정한 사륜의 각 휠 회전속도가 된다.

도 1은 전륜의 좌측륜(FL)과 우측륜(FR), 후륜의 좌측륜(RL)과 우측륜(RR)에 각각 설치된 휠속 센서(11~14)를 이용할 수 있는 사륜 구동 차량에서의 실시예 구성을 예시하고 있다.

본 발명에서 추정되는 최종의 휠 속도는, 해당 휠에 설치된 휠속 센서(11~14)의 신호를 이용하여 추정되는 것이지만, 휠속 센서(11~14)만을 이용할 경우의 문제점인 저속 구간에서의 해상도 저하 문제와 회전방향 정보 부재 등의 문제를 해결한 것이므로, 휠속 센서(11~14)의 검출값에 비해 실시간 상황을 더욱 정확히 나타내는 실제 휠 속도가 되고, 휠속 센서(11~14)만을 이용할 때에 비해 짧은 업데이트 주기로 얻어지는 실시간 정보이다.

상기 구동원 속도 센서(15)는 차량을 구동하는 구동원의 회전속도를 검출하는 센서로서, 변속기 입력 측의 차량 구동원인 엔진의 속도를 실시간 정보로서 정확히 측정할 수 있는 센서이거나(일반 엔진 차량인 경우), 모터의 속도를 실시간 정보로서 정확히 측정할 수 있는 센서일 수 있다(친환경 차량인 경우).

이때, 친환경차량에서의 구동원 속도 센서(15)는 모터의 속도와 모터의 회전방향을 나타내는 신호를 실시간으로 출력하는 공지의 모터 속도 센서, 즉 레졸버가 될 수 있다.

또한, 차량 구동원이 변속기 입력 측에 연결된 차량에서, 상기 구동원 속도 센서(15)에 의해 측정되는 구동원 속도는 변속기 입력축 속도가 되는데, 센서를 통해 회전속도와 회전방향을 정확히 검출할 수 있는 것이라면, 이하의 설명에서 변속기 입력축 속도가 차량 구동원 속도(예, 모터 속도)를 대체할 수 있다.

또한, 시동모터(Hybrid Starter and Generator, HSG)가 휠과 동력 전달 가능하게 연결된 상태일 때 별도 센서(즉, 레졸버)에 의해 검출되는 시동모터의 속도가 차량 구동원 속도를 대체할 수 있다.

그리고, 종가속도 센서(16)는 차량의 종방향 가속도를 검출하도록 설치되는 공지의 센서(관성 센서)가 될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 휠 속도 추정 장치 및 방법은 차량에 장착되는 센서들로서 공지의 휠속 센서(11~14), 구동원 속도 센서(15), 종가속도 센서(16)를 이용하는 것이 될 수 있다.

상기 제어기(20)는 센서(11~16)들의 신호로부터 각각 취해지는 휠 속력 및 모터 속도, 종가속도 측정값을 입력받아 이들 측정값을 기초로 휠 속도를 추정하도록 구비되며, 센서들의 측정값을 기초로 휠 속도를 추정하도록 구성 및 실행되는 소프트웨어를 포함한다.

이로써, 제어기(20)에서는 상기 소프트웨어의 알고리즘에 따라 정해지는 과정 및 방법에 의해 상기 센서들의 측정값으로부터 휠 속도가 추정될 수 있는 것이며, 본 발명의 실시예에서 제어기(20)는 후술하는 바와 같이 휠 속도를 추정하기 위한 관측기 모듈(23)을 포함하는 것이 될 수 있다.

도 2를 참조하여 실시예에 따른 제어기(20)의 구성에 대해 좀더 상세히 설명하면, 제어기(20)는 종가속도 입력부(21), 휠 속도 입력부(22) 및 관측기 모듈(23)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 종가속도 입력부(21)는 종가속도 센서(16)의 신호를 입력받아 그로부터 관측기 모듈(23)에서 사용될 차량의 실시간 종가속도 정보를 취득하도록 구비된다.

상기 종가속도 입력부(21)는 관측기 모듈(23)의 입력단 측에 배치 및 연결되어 종가속도 센서(16)의 신호로부터 취득되는 실시간 종가속도 정보를 관측기 모듈(23)에 입력하도록 되어 있다.

본 발명에서 휠 속도 추정을 위해 이용되는 종가속도 센서(16)의 신호에는 차량 서스펜션의 피치(pitch) 각도 및 노면 기울기와 같은 기울기 성분이 포함되어 있으므로, 보정을 통해 종가속도 센서(16)의 신호 값에서 기울기 성분이 제거된 정보, 즉 순수하게 차량의 종가속도만을 나타내는 실시간 정보를 얻는 것이 필요하다.

이를 위해, 종가속도 입력부(21)는 종가속도 센서(16)의 신호 값을 기초로 차량의 종가속도 정보를 취득하되, 종가속도 입력부(21) 내에 저장된 설정 정보와 실시간 차속 정보, 차량 부하 정보 등의 추가적인 정보(센서 정보를 포함하는 것이 될 수 있음)를 이용하여 미리 설정된 별도의 기울기 보정 또는 부하 보정 모델이나 보정 로직에 따라 상기 신호 값의 보정이 추가로 이루어진 종가속도 정보를 취득하도록 설정될 수 있다.

통상의 차량에서 종가속도 센서는 노면 기울기(도로 구배) 정보를 취득하는데 이용되고 있고, 종가속도 센서의 신호로부터 차량 종가속도 성분을 제거하여 노면 기울기를 구하거나 반대로 기울기 성분을 제거하여 차량의 순수 종가속도 값 정보를 구하는 방법이 알려져 있다.

이와 같이 종가속도 센서의 신호 값에서 기울기 성분이 제거된 차량의 순수 종가속도 값 정보를 구할 수 있는 방법이라면, 본 발명에서 차량의 순수 종가속도 값 정보가 얻어지도록 하기 위해 상기 보정 등과 같이 공지의 여러 방법 중 하나가 채택되어 이용될 수 있다.

이로써, 종가속도 입력부(21)에서는 기울기 성분이 제거된 차량의 순수 종가속도 성분만을 포함하는 종가속도 정보가 구해진 뒤 출력되어 관측기 모듈(23)에 입력될 수 있다.

그리고, 휠 속도 입력부(22)는 휠에 부착된 휠속 센서(11~14)의 신호로부터 관측기 모듈(23)에서 사용될 휠 속도 정보를 취득하도록 구비되는 구성부이다.

이러한 휠 속도 입력부(22)는 휠속 센서(11~14)의 신호로부터 취득한 휠 속력 정보를 관측기 모듈(23)에 입력할 수 있도록 관측기 모듈(23)의 입력단 측에 배치 및 연결된다.

바람직한 실시예에서, 휠속 센서(11~14)의 신호만으로 취득한 휠 속력 정보는 모터 속도 센서(즉, 레졸버)(15)의 신호를 추가로 이용하여 보정한 휠 속도 정보로 대체될 수 있다.

즉, 휠 속도 입력부(22)는 휠속 센서(11~14)의 신호만으로 관측기 모듈(23)의 입력으로 사용될 휠 속도 측정값을 취득하도록 구비될 수도 있으나, 바람직하게는 휠속 센서(11~14)의 신호와 모터 속도 센서(레졸버)(15)의 신호를 함께 이용하여 상기 보정된 휠 속도 측정값을 취득하도록 구비될 수도 있는 것이다.

이때, 휠 속도 입력부(22)에서 휠속 센서(11~14)의 신호로부터 취득되는 휠 속력(방향성 정보가 미포함된 것임)과, 기어비 환산 속도에 각각 가중치를 곱한 뒤 합산한 값으로 보정된 휠 속도 정보가 얻어지도록 할 수 있다.

여기서, 기어비 환산 속도는 모터 속도 센서(즉, 레졸버)(15)의 신호로부터 취득되는 모터 속도를 변속기의 현재 기어단에 해당하는 기어비를 이용하여 휠에서의 속도로 환산한 등가(等價) 휠 속도이다.

즉, 휠속 센서(11~14)의 신호로부터 취득되는 휠 속력과, 모터 속도 센서(15)의 신호로부터 최종 취득되는 기어비 환산 속도에 각각 정해진 가중치를 곱한 뒤 합산하는 가중치 합산 방식으로 관측기 모듈(23)에 입력될 휠 속도 측정값이 결정되도록 하는 것이다.

이때, 두 가중치의 합, 즉 휠 속력에 곱해지는 가중치와 기어비 환산 속도에 곱해지는 가중치의 합이 1이 되도록 가중치의 값이 설정될 수 있으며, 각 가중치로는 선행 시험을 통해 실험적으로 구해진 최적의 값이 적용될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 휠 속력 또는 기어비 환산 속도에 따라 상기 가중치가 가변되도록 할 수 있는바, 휠 속력 또는 기어비 환산 속도에 상응하는 가중치가 선택 및 결정되어 사용될 수 있다.

이때, 속도(또는 속력)가 저속일수록 센서(11~14)에 의해 측정된 휠 속력에 곱해지는 가중치는 더 작은 값으로 설정되는 반면, 기어비 환산 속도에 곱해지는 가중치는 더 큰 값으로 설정될 수 있다.

이로써, 저속 구간에서는 가중치 합산 방식으로 계산되는 휠 속도 측정값 중 모터 속도의 비중(즉, 기어비 환산 속도의 비중)을 크게 하고, 반대로 휠속 센서(11~14)의 해상도가 충분히 높은 고속 구간일수록 센서(11~14)에 의해 측정된 휠 속력(휠속 센서의 측정값) 비중을 크게 할 수 있다.

또한, 휠 속력을 이용할 경우에서 차량이 극 저속으로 주행하여 휠속 센서(11~14)의 신호가 나오지 않을 경우, 휠 속력이 '0' 또는 가중치가 '0'인 것으로 간주하여, 상기 기어비 환산 속도가 상기 휠 속도 정보로서 후술하는 관측기 모듈(23)의 오차 산출부(25)에 입력되어 속도 오차를 계산하는데 이용되도록 할 수 있다.

또한, 상기 휠 속도 입력부(22)에서 가중치가 적용되는 휠 속력과 기어비 환산 속도로는 모두 절대값, 즉 양의 값이 이용될 수 있다.

한편, 관측기 모듈(23)은 가속도 변환부(24), 오차 산출부(25), 피드백 제어값 산출부(26), 합산부(27), 적분기(28) 및 방향 보정부(29)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 관측기 모듈(23)은 두 가지 입력을 필요로 하도록 구성되는데, 이 두 가지 입력은 피드포워드(Feedforward, FF)와 피드백(Feedback, FB)에 관련된 정보로서, 두 가지 입력 정보 중 하나가 종가속도 입력부(21)에서 입력되는 차량의 종가속도 정보이고, 다른 하나가 휠 속도 입력부(22)에서 입력되는 휠 속도 측정값 정보이다.

상기 관측기 모듈(23)에서 가속도 변환부(24)는 피드포워드 관련 입력 정보, 즉 종가속도 입력부(21)로부터 입력되는 차량의 실시간 종가속도 정보를 타이어 반경(또는 동반경)을 이용하여 휠 가속도로 변환한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 차량의 실시간 종가속도를 타이어 동반경 값으로 나누어 휠 가속도로 환산할 수 있으며, 여기서 타이어 동반경 값은 직전의 타이어 동반경 값을 모터 속도 정보를 이용하여 보정한 값이 이용되도록 할 수 있다.

이를 위해, 관측기 모듈(23)에서 추정된(관측된) 직전의 휠 속도를 현재 기어단의 기어비 정보를 이용하여 모터에서의 속도로 환산한 속도와, 모터 속도 센서에 의해 실시간 측정된 실제 모터 속도의 차이를 적분하고, 그 적분한 값을 이용하여 직전의 타이어 동반경 값을 증가 또는 감소 보정한 값이 구해지도록 할 수 있다.

그리고, 오차 산출부(25)는 피드백 관련 입력 정보, 즉 휠 속도 입력부(22)로부터 입력되는 휠 속도 측정값을 입력으로 하고, 동시에 관측기 모듈(23)에서 추정된 직전의 휠 속도 관측값을 피드백 값으로 입력받아, 상기 휠 속도 측정값과 휠 속도 관측값 사이의 차이 값인 속도 오차를 산출한다.

즉, 휠 속도 입력부(22)가 휠속 센서(11~14)의 센서 측정값인 휠 속력과 기어비 환산 속도, 그리고 가중치를 이용하여 결정한 휠 속도 측정값을 관측기 모듈(23)에 입력하면, 오차 산출부(25)가 상기 휠 속도 측정값과 피드백 값인 휠 속도 관측값 사이의 속도 오차를 산출하는 것이다.

만약, 전술한 바와 같이, 휠 속도 입력부(22)가, 기어비 환산 속도와 가중치의 이용 없이, 상기 휠 속도 측정값으로서 휠속 센서(11~14)의 신호로부터 취득되는 휠 속력 값을 그대로 관측기 모듈(23)에 입력하도록 구비된 경우, 즉 상기 휠 속력 값을 관측기 모듈(23)의 입력으로 사용하는 경우, 관측기 모듈(23)의 오차 산출부(25)는 휠 속력 값과 상기 피드백 값인 휠 속도 값의 속도 오차를 산출하게 된다.

피드백 제어값 산출부(26)는 오차 산출부(25)에서 산출되어 입력되는 상기 속도 오차(즉, 관측기 오차)를 0으로 수렴시키기 위한 가속도 차원의 피드백 제어값을 산출한다.

이때, 피드백 제어값 산출부(26)는 오차 산출부(25)에서 산출되어 입력되는 상기 속도 오차를 입력으로 하여 속도 오차를 보정하기 위한 제어값을 산출하는데, 속도 오차를 0으로 만들어주기 위한 일종의 제어값을 산출하여 출력하는 피드백 오차 제어기라 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 피드백 오차 제어기라 할 수 있는 상기 피드백 제어값 산출부(26)는 P 게인 제어, 또는 I 게인 제어, 또는 맵(map) 기반 제어, 또는 이들이 병렬적으로 복합된 복합 제어 구성이 될 수 있다.

즉, 제어기의 이론적 통념과 같이 제어 입력과 제어 피드백, 제어 목표 간 물리적 차수가 존재함을 고려하였을 때 사용된 제어기의 종류에 따라 피드백 제어 입력의 차원이 가속도 차원에 국한되지 않아도 되는 자유도를 지닌다.

본 발명의 실시예에서, 상기 피드백 제어값 산출부(26)의 피드백 게인은 휠속 센서(11~14)에 의해 측정된 휠 속력에 따라 가변되도록 할 수 있으며, 이때 피드백 게인이 휠 속력의 함수로 결정되도록 할 수 있고, 예컨대 휠 속력에 있어 검출의 정확도가 낮은 저속일수록 상기 피드백 게인 값이 작아지도록 할 수 있다.

결국, 오차 산출부(25)가 산출하는 속도 오차는 관측기 오차가 되는 것으로서, 피드백 오차 제어기인 피드백 제어값 산출부(26)는 관측기 오차를 피드백 입력으로 하여 관측기 오차에 상응하는 피드백 제어값을 산출하는 구성이 된다.

또한, 본 발명에서 피드백 제어값은 가속도 변환부(24)에서 출력되는 휠 가속도를 보상하기 위한 보상값으로 이용되는 것으로서, 가속도 변환부(24)에서 출력되는 휠 가속도와 상기 보상값인 피드백 제어값을 합산하는 방식으로 휠 가속도의 보상이 이루어질 수 있다.

즉, 관측기 모듈(23)에서 가속도 변환부(24)가 출력하는 휠 가속도 정보가 피드포워드 가속도 정보로 보상부인 합산부(27)에 입력되고, 동시에 피드백 제어값 산출부(26)가 출력하는 피드백 제어값이 피드백 가속도 정보로 합산부(27)에 입력되면, 합산부(27)에서는 피드포워드 가속도 값인 휠 가속도와 오차 제어기(20)의 피드백 제어값을 합산한다.

또한, 상기 합산부(27)는 합산된 휠 가속도를 적분기(28)로 출력한다.

관측기 모듈(23)의 적분기(28)에서는 합산부(27)에서 입력되는 휠 가속도를 적분하여 휠 속도를 산출하는데, 이 적분기(28)에서 산출되는 휠 속도가 최종적으로 휠의 회전방향에 따라 방향성을 부여하는 방향 보정부(29)를 거치도록 함으로써 최종의 휠 속도 관측값이 얻어지게 된다.

결국, 관측기 모듈(23)에서는 적분기(28)에서 출력되는 휠 속도(휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보 미포함)가 방향 보정부(29)를 거치면서 최종의 추정 값인 휠 속도, 즉 실시간 정보로서 최종 결과값인 휠 속도 관측값이 구해질 수 있게 되며, 이러한 최종의 휠 속도 관측값은 휠의 회전방향 정보(방향성 정보)를 포함하고 있는 휠 속도가 된다.

제어기(20)에서 구해지는 최종의 휠 속도 관측값은 방향성 정보를 포함하고 있는 휠 속도 값으로서, 관측기 모듈(23)의 방향 보정부(29)가 적분기(28)에서 출력되는 휠 속도에 휠의 회전방향에 따른 방향성을 부여하게 된다.

본 발명의 실시예에서, 방향 보정부(29)는 모터 속도와 휠 속도, 기어단 정보로부터 휠의 회전방향에 따른 방향성이 부여된 최종의 휠 속도 관측값을 결정하도록 구비될 수 있다.

방향 보정부(29)에서 휠의 실제 회전방향에 따른 방향성 정보를 휠 속도에 부가하기 위해 사용하는 상기 모터 속도는 모터 속도 센서(즉, 레졸버)(15)에 의해 검출되는 실시간 모터 속도이다.

또한, 방향 보정부(29)에서 최종의 휠 속도 관측값을 결정하는데 사용하는 상기 휠 속도, 즉 방향성이 부여되기 전의 휠 속도는 적분기(28)가 산출하여 출력하는 휠 속도이다.

그리고, 방향 보정부(29)가 횔 속도의 방향성을 부여하도록 함에 있어서, 변속기를 이용하여 후진 기능을 구현하는 차량과, 친환경차량 중 변속기의 변속 없이 모터를 역회전시켜 후진 기능을 구현하는 차량을 구분하여 각기 다른 방식을 적용할 수 있다.

모터 속도 센서(15)인 공지의 레졸버(15)는 모터의 회전시에 회전속도뿐만 아니라 회전방향을 나타내는 신호를 출력한다.

따라서, 변속기의 변속 없이 단순히 모터를 역회전시켜 후진 기능을 구현하는 차량의 경우에는, 기어단 정보로부터 운전자 후진 입력이 있음을 확인한 후, 레졸버(15)의 신호로부터 모터의 실시간 방향성 정보를 얻고, 이 모터의 방향성 정보를 상기 적분기(28)에서 출력되는 휠 속도에 부가하는 방식으로 회전방향의 정보를 포함하는 최종의 휠 속도 관측값을 결정하도록 상기 방향 보정부(29)가 구비될 수 있다.

이와 달리, 변속기를 이용하여 후진 기능을 구현하는 차량의 경우에는, 모터 속도와 차량의 실제 휠 속도가 기어단에 따라 다르고, 변속 전, 후 간 중립 구간의 개입이나 모터 역회전 구간의 싱크로나이저 슬립 등의 이유로 인해 현재 기어단과 휠의 회전방향 간의 연관성이 부족하기 때문에 휠 속도에 방향성을 부여하는데 별도의 전략이 요구된다.

이에 대해 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 차량이 전진 상태로 저속 주행하는 도중 운전자가 시프트 레버의 조작을 통해 변속기의 기어단을 후진으로 변경한 뒤, 후진 도중 운전자가 다시 전진으로 변경한 예를 나타낸 것이다(D단→R단→D단).

도 3의 예와 같이, 차량이 완전히 정지한 상태가 아닌, 저속 상태이지만 차량이 앞으로 이동하고 있는 상황에서, 운전자가 기어단을 후진으로 변경하는 경우는 흔히 있는 일은 아니다.

또한, 차량이 완전히 정지하기 전에 저속 상태이지만 차량이 뒤로 이동하고 있는 상황에서, 운전자가 기어단을 전진으로 변경하는 경우도 흔히 있는 일은 아니다.

하지만, 만약 그러한 상황이 발생한다면, 변속기 등 파워트레인 부품의 손상이 발생할 수 있으므로, 통상의 차량에서, 차량이 멈추기 전에 기어단이 후진으로 입력되었을 때나 전진으로 입력되었을 때 등과 같이 전, 후진단의 변경이 있을 경우, 차량 구동원인 모터를 역방향으로 회전시켰다가 다시 정방향으로 회전시키는 제어가 수행된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 휠 속도 추정 장치에서 관측기 모듈(23)의 방향 보정부(29)는, 모터 속도와 변속기의 변속 기어단 정보에 기초하여 휠 속도의 실제 회전방향에 상응하는 실시간 방향성 정보를 취득하는 방향 판단 모듈(29a)을 포함할 수 있다.

그리고, 방향 보정부(29)는 상기 방향 판단 모듈(29a)에서 취득한 방향성 정보를 상기 적분기(28)에서 출력되는 휠 속도에 부가하여 최종의 휠 속도 관측값(최종 추정값)을 결정한다.

이와 같이 상기 방향성 정보를 적분기(28)에서 출력되는 휠 속도에 부가하여 휠 속도를 추정하는 것이 가능하지만, 도면상 예시하지는 않았으나 휠속 센서의 신호로부터 취득되는 휠 속력에 상기 방향성 정보를 부가하여 휠 속도를 추정하는 것 또한 가능하다.

따라서, 상기와 같이 휠속 센서에 의해 검출되는 휠 속력에, 상기 방향성 정보, 즉 후술하는 바와 같이 '+1' 또는 '-1'의 값으로 구해지는 휠 속도 전/후진 방향 정보를 곱하여 휠 속도 값으로 결정하는 것 또한 본 발명에 포함된다.

도 3에서 (가)는 레졸버(15)에 의해 측정되는 모터 속도로서, 레졸버(15)에 의해 취득되는 실시간 모터 속도 정보는 도 2에 나타낸 바와 같이 방향 보정부(29)의 방향 판단 모듈(29a)에 입력된다.

또한, 실시간 모터 속도 정보는 방향 판단 모듈(29a)에서 기어단 정보와 함께 휠 회전의 방향성 정보를 취득하는데 이용된다.

도면에서 알 수 있듯이, 레졸버(15)의 신호로부터 취득되는 (가)의 모터 속도 정보에는 모터의 회전방향을 나타내는 방향성 정보가 포함되어 있다.

이와 같이 공지의 레졸버(15)에 의하면 정, 역회전의 방향성이 부여된 모터 속도 정보가 얻어질 수 있다.

도 3에 예시된 (가)의 모터 속도를 참조하면, 차량이 전진하는 상태로 저속 주행하는 도중 시프트 레버를 통해 운전자가 후진 조작을 하였을 때, 그리고 차량이 후진하는 상태로 저속 주행하는 도중 운전자가 전진 조작을 하였을 때, 차량 구동원인 모터는 역방향으로 회전된 뒤 정방향으로 회전되는 것을 볼 수 있다.

즉, 구동모터가 정방향 회전하고 있는 동안 운전자가 기어단을 후진단으로 변경하는 조작을 하게 되면, 후진단 변경 완료 시점(도 3에서 '후진 입력 시점')에서 모터 속도를 단시간 내에 줄인 뒤 모터를 역회전시키고, 이어 모터 속도를 다시 줄인 뒤 모터를 정회전시키는 제어가 수행된다.

도 3의 (가)에서 양(+)의 모터 속도는 모터가 정회전을 하고 있음을 나타내고, 음(-)의 모터 속도는 모터가 역회전을 하고 있음을 나타낸다.

도 3의 (가)에서 'a', 'b', 'c', 및 'd'는 각각 모터의 회전방향이 바뀌는 시점, 및 모터의 회전방향이 바뀌면서 모터 속도가 제로-크로싱(zero-crossing)을 하는 시점을 나타낸다.

모터 속도가 좌측의 첫 번째 제로-크로싱을 하는 시점('a' 시점)이 모터가 정회전 감속 후 역회전 가속을 시작하는 시점이고, 모터 속도가 두 번째 제로-크로싱을 하는 시점('b' 시점)이 모터가 역회전 감속 후 다시 정회전 가속을 시작하는 시점이다.

모터 속도의 첫 번째 제로-크로싱이 이루어진 시점('a') 직후는 차량은 전진하고 있는 상태, 모터는 역회전을 하고 있는 상태, 종가속도는 양(+)의 방향인 상태, 기어단은 후진단으로 바뀐 상태이다.

또한, 모터 속도의 두 번째 제로-크로싱이 있기 전에는, 모터가 역회전 감속을 하고 있고, 기어단이 후진단(R단) 상태에 있다 하더라도, 차량은 저속 전진 상태로 감속할 뿐이며, 두 번째 제로-크로싱 이후 모터가 정회전을 시작하는 시점부터 차량이 실제 후진을 하기 시작한다.

즉, 두 번째 제로-크로싱이 이루어지는 시점('b'), 즉 모터가 다시 정회전을 시작하는 시점이 차량의 후진이 시작되는 시점이 되며, 그 이후에는 모터가 정회전을 하더라도 기어단은 후진단(R단) 상태에 있으므로 차량이 계속해서 후진을 하게 된다.

이후 운전자가 기어단을 후진단(R단)에서 다시 전진단(D단)으로 변경하는 조작을 하게 되면, 마찬가지로 전진단 변경 완료 시점(도 3에서 '전진 입력 시점')에서 모터 속도를 단시간 내에 줄인 뒤 모터를 역회전시키고, 이어 모터 속도를 다시 줄인 뒤 모터를 정회전시키는 제어가 수행된다.

이때, 도 3의 (가)에서 모터 속도가 세 번째 제로-크로싱을 하는 시점('c' 시점)이 모터가 정회전 감속 후 역회전 가속을 시작하는 시점이고, 네 번째 제로-크로싱을 하는 시점('d' 시점)이 모터가 역회전 감속 후 다시 정회전 가속을 시작하는 시점이다.

또한, 모터 속도의 네 번째 제로-크로싱이 있기 전에는, 모터가 역회전 감속을 하고 있고, 기어단이 전진단(D단) 상태에 있다 하더라도, 차량은 저속 후진 상태에서 감속할 뿐이며, 네 번째 제로-크로싱 이후 모터가 정회전을 시작하는 시점부터 차량이 실제 전진을 하기 시작한다.

즉, 네 번째 제로-크로싱이 이루어지는 시점('d'), 즉 모터가 다시 정회전을 시작하는 시점이 차량의 전진이 시작되는 시점이 되며, 그 이후에는 기어단이 전진단(D단) 상태에 있으므로 모터가 정회전할 때 차량이 전진을 하게 된다.

다음으로, 도 3에서 (나)는 휠 속도 입력부(22)에서 휠속 센서(11~14)의 신호로부터 얻어지는 휠 속력 정보로서, 휠 속도 입력부(22)가 휠 속력과 기어비 환산 속도에 각각 가중치를 곱하여 합산하는 가중치 합산 방식으로 휠 속도 측정값을 산출하는 실시예인 경우에는 상기 가중치와 곱해지는 휠 속력이 도 3에서 (나)의 휠 속력 정보이다.

도 3의 (나)에서 알 수 있듯이 휠속 센서(11~14)의 신호로부터 얻어지는 휠 속력 정보에는 휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보가 없다.

도 3의 (나)를 참조하면, 모터가 역회전 감속 후 다시 정회전을 시작할 때쯤, 휠 속력의 경우 제로-크로싱 없이 양(+)의 값에서 최저점을 나타내고 있으며, 이후 휠 속력이 다시 상승하는 것은 차량이 후진하여 후진 속도가 상승하는 것을 의미한다.

이와 같이 기어단이 전진과 후진, 후진과 전진 사이에서 전환이 이루어지더라도 휠속 센서(11~14)의 신호는 방향성 정보가 없기 때문에 절대값처럼 항상 양(+)의 값을 나타낸다.

다음으로, 도 3에서 (다)는 운전자가 시프트 레버를 전진단(D단)→후진단(R단)→전진단(D단)의 순서로 조작하였을 때 변속기의 실제 기어단 상태를 나타내는 기어단 정보로서, 예시된 바와 같이 변속 전과 후 사이에는 중립(N) 구간이 존재한다.

도 3의 (다)와 같은 기어단 정보는 본 발명에 따른 휠 속도 추정 장치의 제어기가 실시간으로 기어단 정보를 수집하고 있는 타 제어기, 예를 들어 변속 제어기로부터 수신하는 것이 될 수 있다.

통상의 차량에서 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU)는 운전자가 시프트 레버를 조작할 경우 시프트 레버 조작에 관한 정보를 입력받도록 되어 있다.

더불어, 변속 제어기는 운전자의 시프트 레버 조작 또는 차량의 주행 조건에 따라 변속기의 작동을 제어하는 변속 제어를 수행하면서 변속기로부터 작동 상태에 따른 실시간 정보를 입력받도록 되어 있다.

이에 본 발명에서 제어기가 변속기의 전진, 중립, 후진 중 하나의 기어단 상태(전진, 중립, 후진)를 나타내는 실시간 정보, 즉 상기 기어단 정보를 변속 제어기로부터 수신하도록 구성될 수 있다.

본 발명에서 방향 보정부(29)의 방향 판단 모듈(29a)은 상기 (다)의 기어단 정보에 릴레이 함수를 적용하여 기어단 상태를 전진 방향과 후진 방향으로 구분하고 있는 (라)와 같은 정보를 취득한다.

즉, 방향 보정부(29)의 방향 판단 모듈(29a)은 (다)의 기어단 정보로부터 기어단이 후진(R)에서 중립(N) 구간 종료 후 전진(D)이 된 상태를 '+1', 반대로 전진에서 중립 구간 종료 후 후진이 된 상태를 '-1'로 하여, (라)와 같은 기어단의 전/후진 방향 정보를 취득하도록 되어 있다.

이어 방향 보정부(29)의 방향 판단 모듈(29a)은 (가)의 모터 속도 정보로부터 기어단 변경 후 모터의 회전방향이 변경되는 시점, 즉 모터 속도가 제로-크로싱을 하는 시점을 확인한 후, 제로-크로싱을 하는 시점에서 (마)의 모터 속도 전/후진 방향 정보를 (라)의 기어단 전/후진 방향 정보와 일치하도록 전환시킨다.

좀더 상세히 설명하면, 먼저 (가)의 모터 속도 정보로부터 기어단 변경 후 모터의 회전방향이 변경되는 시점을 확인하고, (라)의 기어단 전/후진 방향 정보로부터 기어단의 전/후진 방향 전환이 완료(즉, 후진단으로 또는 전진단으로 기어단 변경이 완료)됨을 확인하여, 기어단의 전/후진 방향 전환 완료 상태에서 상기 기어단 전/후진 방향 정보와 일치하도록 변경된 (마)의 모터 속도 전/후진 방향 정보를 취득한다.

상기 (마)의 모터 속도 전/후진 방향 정보는 (라)의 기어단 전/후진 방향을 추종하는 모터 속도 전/후진 방향을 구분하고 있는데, (라)의 기어단 전/후진 방향 전환이 있고 난 뒤 (가)의 모터 속도가 제로-크로싱을 할 때, (마)의 모터 속도 전/후진 방향이 (라)의 기어단 전/후진 방향과 일치되도록 하는 전환이 이루어진다.

즉, 모터의 회전방향이 정회전에서 역회전으로 변경되어 (가)의 모터 속도가 양(+)의 값에서 음(-)의 값으로 전환될 때, (마)의 모터 속도 전/후진 방향이 기어단 전/후진 방향과 일치하도록 하는 전환이 이루어지도록 하는 것으로, 예를 들면, (라)의 기어단 전/후진 방향의 값이 '+1'에서 '-1'로 전환되고 난 뒤, (가)의 모터 속도가 양(+)의 값에서 음(-)의 값으로 제로-크로싱하는 'a' 시점에서 (마)의 모터 속도 전/후진 방향의 값이 '+1'에서 '-1'로 전환된다.

마찬가지로, (라)의 기어단 전/후진 방향의 값이 '-1'에서 '+1'로 전환되고 난 뒤, (가)의 모터 속도가 양(+) 값에서 음(-)의 값으로 제로-크로싱하는 'c' 시점에서 (마)의 모터 속도 전/후진 방향의 값이 '-1'에서 '+1'로 전환된다.

그리고, 방향 보정부(29)의 방향 판단 모듈(29a)은 (가)의 모터 속도 정보로부터 모터가 정회전을 할 때 '+1', 모터가 역회전을 할 때 '-1'로 정해지는 (바)의 모터 속도 정/역회전 방향 정보를 취득한다.

이어 방향 보정부(29)의 방향 판단 모듈(29a)은 (마)의 모터 속도 전/후진 방향 정보의 값 '+1' 또는 '-1'을 상기 (바)의 모터 속도 정/역회전 방향 정보의 값인 '+1' 또는 '-1'과 실시간으로 곱하여 (사)의 휠 속도 전/후진 방향 정보를 취득한다.

(사)의 휠 속도 전/후진 방향 정보에서 '+1'은 휠이 전진방향으로 회전할 때를, '-1'은 휠이 후진방향으로 회전할 때를 의미하며, 이러한 '+1' 및 '-1'이 휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보가 된다.

결국, 방향 보정부(29)에서 휠의 회전방향에 따른 방향성 정보를 관측기 모듈(23)의 적분기(28)에서 출력되는 휠 속도(휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보 미포함)에 부가하게 하게 되면, 휠의 회전에 관한 방향성이 부여된 휠 속도, 즉 본 발명에서 얻고자 하는 최종의 휠 속도 관측값이 구해질 수 있게 된다.

이때, 방향 보정부(29)는 상기 (사)의 휠 속도 전/후진 방향 정보의 값 '+1' 또는 '-1'을 적분기(28)에서 출력되는 휠 속도(휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보 미포함) 값에 곱하는 방식으로 최종의 휠 속도 관측값을 산출하게 된다.

도 3에서 (아)는 본 발명에서 상기의 과정대로 방향성을 부여하여 관측한 최종 추정의 결과값, 즉 상기의 최종 횔 속도 관측값을 나타낸다.

이에 따라, 상술한 본 발명의 휠 속도 추정 장치 및 그 방법에 의하면, 짧은 업데이트 주기로 더욱 정확한 휠 속도 정보가 얻어질 수 있고, 차량이 크립 주행시와 같은 극 저속 상태로 주행하고 있는 상황이라 하더라도 실시간 정보로서 휠의 실제 상황이 반영된 더욱 정확한 휠 속도 값이 취득될 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 휠 속도 추정 장치 및 그 방법에 의하면, 운전자가 저속 주행 중 후진 입력을 한 경우(즉, R단 조작을 한 경우) 등에서 실시간 회전방향 정보를 포함하는 휠 속도 값이 취득될 수 있으며, 결국 휠속 센서(11~14)만을 이용하는 경우의 문제점인 저속 구간에서의 해상도 저하 문제와 회전방향 정보 부재 등의 문제점이 해결될 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 고가의 휠속 센서(11~14)를 이용하지 않고도 기존의 휠속 센서(11~14)를 그대로 이용하여 저속 구간에서의 휠 속도 정보에 대한 정확도를 향상시킬 수 있고, 동시에 휠 회전의 방향성 정보를 얻을 수 있다.

결국, 휠 속도 정보를 이용하여 수행되는 샤시 제어(ABS나 TCS, HAC 등) 및 구동계 관련 제어(변속기 제어나 토크 지령 생성, 사륜 구동 제어 등)의 성능이 향상될 수 있고, 우수한 운전성 확보가 가능해진다.

본 발명의 다른 실시예로서, 휠 속도를 구동륜의 휠 속도가 아닌 비구동륜의 휠 속도, 또는 GPS 정보로부터 얻은 차속을 휠 속도로 환산한 값, 혹은 차량 모델을 기반으로 관측된 휠 속도로 대체하는 것이 가능하다.

또한, 위에서 변속기 입력 측에 연결된 차량 구동원의 속도로 모터 속도의 예를 들어 설명하였으나, 상기 설명에서 모터 속도는 엔진 속도나 시동모터 속도, 변속기 입력축 속도 등 구동계 회전속도 값으로 대체하는 것이 가능하다.

또한, 피드백 오차 제어기라 할 수 있는 피드백 제어값 산출부(26)를 단순히 P 제어기(20) 또는 I 제어기(20)로 구성하는 것 외에, 칼만 필터나 극 배치(pole-placement) 등으로 얻은 제어기(20)로 대체하는 것이 가능하며, 그 밖에 관측기 오차를 피드백(FB) 입력으로 이용하는 것이라면 제한 없이 채택될 수 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.

11 ~ 14 : 휠속 센서
15 : 구동원 속도 센서(모터 속도 센서, 레졸버)
16 : 종가속도 센서
20 : 제어기
21 : 종가속도 입력부
22 : 휠 속도 입력부
23 : 관측기 모듈
24 : 가속도 변환부
25 : 오차 산출부
26 : 피드백 제어값 산출부
27 : 합산부
28 : 적분기
29 : 방향 보정부
29a : 방향 판단 모듈

Claims (14)

1. 구동모터 및 변속기를 포함하고 상기 변속기를 이용하여 후진을 실시하는 차량의 휠 속도 추정 장치로서,
   휠 속력을 검출하는 휠속 센서;
   상기 구동모터의 속도를 검출하는 모터 속도 센서;
   상기 휠속 센서의 신호, 상기 모터 속도 센서의 신호, 및 변속기의 현재 기어단 상태를 나타내는 기어단 정보를 입력받아 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도를 추정하는 제어기를 포함하고,
   상기 제어기는
   상기 모터 속도 센서의 신호로부터 취득되는 모터 속도 정보, 및 상기 기어단 정보로부터 휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보를 취득하는 방향 판단 모듈을 포함하고, 상기 휠속 센서의 신호와 상기 방향 판단 모듈에 의해 취득되는 실시간 방향성 정보를 이용하여 상기 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 방향 판단 모듈은
   중립 구간 종료 후의 기어단 정보로부터 전진을 '+1', 후진을 '-1'로 하는 기어단 전/후진 방향 정보를 취득하고,
   상기 구동모터의 회전방향이 바뀌는 시점에서의 상기 기어단 전/후진 방향 정보를 추종하는 모터 속도 전/후진 방향 정보를 '+1'과 '-1' 중 하나로 결정하며,
   상기 구동모터의 정회전을 '+1', 역회전을 '-1'로 하는 모터 속도 정/역회전 방향 정보를 취득하며,
   상기 결정된 모터 속도 전/후진 방향 정보와 상기 취득된 모터 속도 정/역회전 방향 정보의 곱으로부터 상기 휠 회전의 실시간 방향성 정보인 휠 속도 전/후진 방향 정보를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 방향 판단 모듈은
   상기 모터 속도 센서의 신호로부터 취득되는 모터 속도 정보로부터 기어단 변경 후 구동모터의 회전방향이 변경되는 시점을 확인하고,
   상기 구동모터의 회전방향이 변경되는 시점에서 상기 모터 속도 전/후진 방향 정보를 상기 기어단 전/후진 방향 정보와 일치하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서
   상기 방향 판단 모듈은,
   상기 기어단 변경 후 구동모터의 회전방향이 변경되는 시점으로서,
   상기 모터 속도 센서의 신호로부터 취득되는 모터 속도가 양(+)의 값에서 음(-)의 값으로 제로-크로싱(zero-crossing) 하는 시점을 확인하고,
   상기 모터 속도가 양의 값에서 음의 값으로 제로-크로싱 하는 시점에서 상기 모터 속도 전/후진 방향 정보를 상기 기어단 전/후진 방향 정보와 일치하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 방향 판단 모듈은, 상기 기어단 전/후진 방향 정보와 일치하는 값으로 결정된 모터 속도 전/후진 방향 정보를, 이후 다시 기어단 변경 뒤 구동모터의 회전방향이 변경되는 다음 시점까지 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 제어기는 상기 방향 판단 모듈에서 결정된 휠 속도 전/후진 방향 정보를 상기 휠속 센서의 신호로부터 취득되는 휠 속력에 곱하여 상기 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도를 추정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 휠속 센서는 인코더인 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터 속도 센서는 레졸버인 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 장치.
   
9. 구동모터 및 변속기를 포함하고 상기 변속기를 이용하여 후진을 실시하는 차량의 휠 속도 추정 방법으로,
   제어기가 휠속 센서의 신호, 모터 속도 센서의 신호, 및 변속기의 현재 기어단 상태를 나타내는 기어단 정보를 입력받는 과정;
   제어기에서 방향 판단 모듈에 의해 상기 모터 속도 센서의 신호로부터 취득되는 모터 속도 정보, 및 상기 기어단 정보로부터 휠의 회전방향을 나타내는 방향성 정보가 취득되는 과정; 및
   제어기에서 휠속 센서의 신호와 방향 판단 모듈에 의해 취득되는 실시간 방향성 정보를 이용하여 상기 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도가 추정되는 과정을 포함하는 차량의 휠 속도 추정 방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 방향성 정보가 취득되는 과정은
    중립 구간 종료 후의 기어단 정보로부터 전진을 '+1', 후진을 '-1'로 하는 기어단 전/후진 방향 정보를 취득하는 단계;
    상기 구동모터의 회전방향이 바뀌는 시점에서의 상기 기어단 전/후진 방향 정보를 추종하는 모터 속도 전/후진 방향 정보를 '+1'과 '-1' 중 하나로 결정하는 단계;
    상기 구동모터의 정회전을 '+1', 역회전을 '-1'로 하는 모터 속도 정/역회전 방향 정보를 취득하는 단계; 및
    상기 결정된 모터 속도 전/후진 방향 정보와 상기 취득된 모터 속도 정/역회전 방향 정보의 곱으로부터 상기 휠 회전의 실시간 방향성 정보인 휠 속도 전/후진 방향 정보를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 방법.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 모터 속도 전/후진 방향 정보를 결정하는 단계에서,
    상기 모터 속도 센서의 신호로부터 취득되는 모터 속도 정보로부터 기어단 변경 후 구동모터의 회전방향이 변경되는 시점을 확인하고,
    상기 구동모터의 회전방향이 변경되는 시점에서 상기 모터 속도 전/후진 방향 정보를 상기 기어단 전/후진 방향 정보와 일치하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 방법.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 기어단 변경 후 구동모터의 회전방향이 변경되는 시점으로서,
    상기 모터 속도 센서의 신호로부터 취득되는 모터 속도가 양(+)의 값에서 음(-)의 값으로 제로-크로싱(zero-crossing) 하는 시점을 확인하고,
    상기 모터 속도가 양의 값에서 음의 값으로 제로-크로싱 하는 시점에서 상기 모터 속도 전/후진 방향 정보를 상기 기어단 전/후진 방향 정보와 일치하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 방법.
    
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 기어단 전/후진 방향 정보와 일치하는 값으로 결정된 모터 속도 전/후진 방향 정보는, 이후 다시 기어단 변경 뒤 구동모터의 회전방향이 변경되는 다음 시점까지 유지되는 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 방법.
    
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어기는 상기 방향 판단 모듈에서 결정된 휠 속도 전/후진 방향 정보를 상기 휠속 센서의 신호로부터 취득되는 휠 속력에 곱하여 상기 휠 회전의 방향성이 부여된 휠 속도를 추정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 휠 속도 추정 방법.

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