KR102347661B1

KR102347661B1 - 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법

Info

Publication number: KR102347661B1
Application number: KR1020160042007A
Authority: KR
Inventors: 김재형
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2022-01-05
Also published as: KR20170114660A

Abstract

본 발명은 차량 선회방정식으로 부터 언더스티어 그래디언트를 도출하고, 상기 언더스티어 그래디언트가 0 보다 작고, 상기 언더스티어 그래디언트의 변화율이 제1기준값 보다 크면, 오버스티어가 발생된 것으로 판단하는 제1단계와, 상기 언더스티어 그래디언트 변화율에 대한 절대값이 제2기준값 보다 작은 것으로 설정된 설정조건을 만족하는 목표 조향각을 계산하는 제2단계 및 상기 목표 조향각을 통해 조향각 보상 전류를 계산하고, 기설정된 레퍼런스 전류에서 상기 보상각 보상 전류가 차감되도록 하여 오버스티어 발생에 따른 조향각을 보상하는 제3단계를 포함한다.

Description

차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법{Understeer/oversteer compensating control method of vehicle}

본 발명은 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 전, 후륜 하중 이동에 따른 언더스티어 및 오버스티어를 보상할 수 있는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량 안정성 제어 시스템(Electonic Stability Program, ESP)은 차량의 주행 안정성을 확보하기 위한 시스템으로서, 차량의 지나친 플로우(차량이 원하는 주행코스보다 바깥쪽으로 밀려나가는 현상, Plow)나, 스핀-아웃(차량의 원하지 않는 선회속도 증가로 인하여 선회 반경이 급격히 줄어들면서 차량 안정성을 잃어버리는 현상, Spin-out)을 방지하는데, 이를 위하여 제동력 및 구동력을 제어하여 원하지 않은 차량 선회 모멘트를 보상할 수 있다.

이러한 차량 선회 모멘트는 선회 속도 센서를 통해 얻어진 차량운동량(Actual vehicle Motion) 제어기의 차량 모델에서 계산된 기준 선회 속도량(안정 기준값, Stability Criterion)보다 실제 차량운동량이 클 경우 적절한 차륜의 압력 제어에 의한 제동력에 의하여 발생되고, 이때 제어의 기준이 되는 운전자가 원하는 차량의 궤적을 나타내는 안정 기준값은 선회속도(Yaw rate)로 나타낼 수 있으며, 이는 기본 물리법칙에 의거하여 조향각과 차속으로 결정된다.

한편, 차량의 후륜에서 먼저 타이어와 노면 사이의 접착한계에 도달했을 때 스핀-아웃 현상인 오버스티어(Oversteer)와 전륜에서 먼저 타이어와 노면의 접착 한계에 도달하여 드리프트 현상인 언더스티어(Understeer)는 측정 선회 속도량과 목표 선회 속도량의 차이인 선회 속도량의 오차로부터 결정되는데, 이러한 선회 속도량의 오차를 보상하여 차량의 전,후륜 하중 이동에 따른 오버스티어 및 언더스티어의 발생을 방지하도록 하는 것이 중요하다.

대한민국공개특허공보 제10-2012-0048950호(2012.05.16.)

본 발명의 목적은, 언더스티어 그래디언트가 0 보다 작고, 언더스티어 그래디언트의 변화율이 기설정된 기준값 이상인 경우, 차량에 대한 오버스티어 경향이 커지는 것으로 판단하여 선회방향의 역방향으로 조향각을 보상함으로써, 오버스티어 경향이 갑자기 커지게 되어 차량이 스핀 현상을 일으키는 것을 방지할 수 있는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법은 차량 선회방정식으로 부터 언더스티어 그래디언트를 도출하고, 상기 언더스티어 그래디언트가 0 보다 작고, 상기 언더스티어 그래디언트의 변화율이 제1기준값 보다 크면, 오버스티어가 발생된 것으로 판단하는 제1단계와 상기 언더스티어 그래디언트 변화율에 대한 절대값이 제2기준값 보다 작은 것으로 설정된 설정조건을 만족하는 목표 조향각을 계산하는 제2단계 및 상기 목표 조향각을 통해 조향각 보상 전류를 계산하고, 기설정된 레퍼런스 전류에서 상기 조향각 보상 전류가 차감되도록 하여 오버스티어 발생에 따른 조향각을 보상하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제3단계는 상기 목표 조향각과 현재 조향각의 차를 통해 상기 조향각 보상 전류를 계산한다.

이러한 상기 제3단계는 상기 기설정된 레버런스 전류는 기본전류 및 모터에서 피드백 되는 모터 전류 값을 더한 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2단계는 상기 제2기준값이 상기 제1기준값 보다 작게 설정되는 조건을 상기 설정조건에 포함하여 상기 목표 조향각을 계산한다.

또한, 상기 제1단계는 상기 언더스티어 그래디어트를 미분하여 상기 언더스티어 그래디언트의 변화율을 도출한다.

한편, 상기 제1단계는 상기 언더스티어 그래디언트가 0 보다 크고, 상기 언더스티어 그래디언트의 변화율이 제1기준값 보다 크면, 언더스티어가 발생된 것으로 판단한다.

이때, 상기 제3단계는 언더스티어 발생 시 기설정된 레퍼런스 전류에서 상기 조향각 보상 전류가 더해지도록 하여 오버스티어 발생에 따른 조향각을 보상한다.

본 발명은, 언더스티어 그래디언트가 0 보다 작고, 언더스티어 그래디언트의 변화율이 기설정된 기준값 이상인 경우, 차량에 대한 오버스티어 경향이 커지는 것으로 판단하여 선회방향의 역방향으로 조향각을 보상함으로써, 오버스티어 경향이 갑자기 커지게 되어 차량이 스핀 현상을 일으키는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 언더스티어 그래디언트가 0 보다 크고, 언더스티어 그래디언트의 변화율이 기설전된 기준값 이하인 경우, 차량에 대한 언더스티어 경향이 커지는 것으로 판단하여 선회방향으로 조향각을 보상함으로써, 차량의 언더스티어를 제어할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 오버스티어 보상 제어 방법을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 오버스티어 보상 제어 방법에 대한 레퍼런스 전류의 도출을 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 언더스티어 보상 제어 방법을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 언더스티어 보상 제어 방법에 대한 레퍼런스 전류의 도출을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 오버스티어 보상 제어 방법을 순차적으로 보여주는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 오버스티어 보상 제어 방법에 대한 레퍼런스 전류의 도출을 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 오버스티어 보상 제어 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

<차량 선회방정식>

먼저, 상기와 같이 공지된 <차량 선회방정식>으로부터 차량의 언더스티어 그래디언트를 도출하고, 도출된 언더스티어 그래디언트 값이 0 보다 작고(S100), 언더스티어 그래디언트 변화율이 기설정된 제1기준값 보다 크면(S200), 차량에 대한 오버스티어가 발생된 것으로 판단한다.

여기서, 일반적으로 차량의 언더스티어 그래디언트는 차량 마다 서로 다르게 도출되며, 스포티한 차량은 세단과 같은 차량 보다 더 큰 값을 가지게 된다.

또한, <차량 선회방정식>으로부터 차량의 언더스티어 그래디언트를 도출하기 위하여 차량의 조향각 센서, 토크센서, 차속센서 뿐만 아니라 추가적으로 G 센서(가속도) 및 요 레이트(YAW RATE) 센서에서 신호가 전달되며, 이러한 복수의 신호는 전동식 파워 스티어링(MDPS)를 제어하는 차량의 ECU(Electronic Cotrol Unit)에서 인가받아 모터를 제어하도록 한다.

만일, 중립적인 회전각을 δ라고 하였을 때, 후륜에 하중이 더 걸리면(Wf < Wr), δ값이 작아지므로 차량에 대한 오버스티어 경향이 커지게 되는데, 상기와 같이 오버스티어 경향이 갑자기 커지게 되면, 차량이 스핀 현상을 일으켜 사고를 유발 할 수 있다.

이를 위해, 본 실시예에서는 언더스티어 그래디언트를 상기와 같이 Kus 로 치환하고 미분하면, 언더스티어 그래디언트 변화율을 계산할 수 있는데, 이러한 계산된 변화율 값이 기설정된 제1기준값 보다 크면, 차량에 대한 오버스티어가 발생된 것으로 판단하여 그에 따른 보상 제어가 실시되도록 한다.

다음으로, 언더스티어 그래디언트의 변화율 절대값이 제2기준값과 보다 작은 것으로 설정된 설정조건을 만족하는 목표 조향각을 계산하여(S300), 조향각 보상 전류가 도출되도록 한다.

여기서, 제2기준값은 제1기준값 보다 작게 설정되며, 결과적으로 언더스티어 그래디언트의 변화율 절대값은 상기와 같은 설정조건에 따라 제1기준값 및 제2기준값 보다 작은 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

한편, 목표 조향각은 상기 수식과 같이, K_us 를 미분하여 도출된 언더스티어 그래디언트의 변화율의 절대값이 설정조건을 만족함에 따라, 전술된 <차량 선회방정식>을 통해 계산되며, 이러한 목표 조향각과 현재 조향각의 차를 통해 조향각 보상 전류를 계산하고(S400), 도 2에 도시된 바와 같이 기설정된 레퍼런스 전류에서 조향각 보상 전류가 차감되도록 하여 오버스티어 발생에 따른 조향각을 보상한다.

이때, 레퍼런스 전류는 기본전류와 모터에서 피드백 되는 모터 전류를 더한 값으로 설정된다.

결과적으로, 본 실시예에서의 레퍼런스 전류는 기본전류와 피드백되는 모터 전류가 더해진 값에서 조향각 보상 전류를 차감한 값으로 도출되는데, 이러한 조향각 보상 전류를 통해 모터 제어가 이루어지도록 함으로써, 차량에 대한 오버스티어 발생 시 보상전류 만큼 감소된 레퍼런스 전류를 통해 모터에 대한 제어가 이루어지게 할 수 있고, 그에 따라 차량이 스핀되는 현상을 방지할 수 있다.

이하, 도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 언더스티어 보상 제어 방법을 순차적으로 보여주는 도면이며, 도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 언더스티어 보상 제어 방법에 대한 레퍼런스 전류의 도출을 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 언더스티어 보상 제어 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1 내지 도 2의 상세한 설명에 개시된 <차량 선회방정식>으로 부터 차량의 언더스티어 그래디언트를 도출하고, 도출된 언더스티어 그래디언트 값이 0 보다 크고(S500), 언더스티어 그래디언트 변화율이 기설정된 제1기준값 보다 크면(S600), 차량에 대한 언더스티어가 발생된 것으로 판단한다.

이후의 목표 조향각 계산 단계(S300)와 목표 조향각을 통해 조향각 보상 전류를 계산(S400)하는 방법 및 과정은 도 1 내지 도 2의 상세한 설명에 개시된 차량의 오버스티어 보상 방법에서와 동일하므로, 본 실시예에서는 생략하기로 한다.

한편, 본 실시예에서는 차량에 대한 언더스티어 발생 시 조향각 보상 전류를 계산하고(S400), 도 4에 도시된 바와 같이 기본전류와 피드백된 모터전류로 설정된 레퍼런스 전류에서 조향각 보상 전류이 더해지도록 하여 오버스티어 발생에 따른 조향각이 보상되도록 한다.

결과적으로, 본 실시예에서의 레퍼런스 전류는 기본전류와 피드백되는 모터 전류가 더해진 값에서 조향각 보상 전류를 더한 값으로 도출되는데, 이러한 조향각 보상 전류를 통해 모터 제어가 이루어지도록 함으로써, 차량에 대한 언더스티어 발생 시 보상전류 만큼 더해진 레퍼런스 전류를 통해 모터에 대한 제어가 이루어지게 할 수 있고, 그에 따라 차량이 기설전된 기준 조향각 보다 덜 회전되는 현상을 방지할 수 있다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

Claims

차량 선회방정식으로 부터 언더스티어 그래디언트를 도출하고, 상기 언더스티어 그래디언트가 0 보다 작고, 상기 언더스티어 그래디언트의 변화율이 제1기준값 보다 크면, 오버스티어가 발생된 것으로 판단하는 제1단계;
상기 언더스티어 그래디언트 변화율에 대한 절대값이 제2기준값 보다 작은 것으로 설정된 설정조건을 만족하는 목표 조향각을 상기 선회방정식을 통해 계산하는 제2단계; 및
상기 목표 조향각을 통해 조향각 보상 전류를 계산하고, 기설정된 레퍼런스 전류에서 상기 조향각 보상 전류가 차감도록 하여 오버스티어 발생에 따른 조향각을 보상하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3단계는,
상기 목표 조향각과 현재 조향각의 차를 통해 상기 조향각 보상 전류를 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3단계는,
상기 기설정된 레버런스 전류는 기본전류 및 모터에서 피드백 되는 모터 전류 값을 더한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2단계는,
상기 제2기준값이 상기 제1기준값 보다 작게 설정되는 조건을 상기 설정조건에 포함하여 상기 목표 조향각을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1단계는,
상기 언더스티어 그래디언트를 미분하여 상기 언더스티어 그래디언트의 변화율을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법.
청구항 제1에 있어서,
상기 제1단계는,
상기 언더스티어 그래디언트가 0 보다 크고, 상기 언더스티어 그래디언트의 변화율이 제1기준값 보다 크면, 언더스티어가 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법.
청구항 제6에 있어서,
상기 제3단계는,
언더스티어 발생 시 기설정된 레퍼런스 전류에서 상기 조향각 보상 전류가 더해지도록 하여 오버스티어 발생에 따른 조향각을 보상하는 것을 특징으로 하는 차량의 언더스티어 및 오버스티어 보상 제어 방법.