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KR20200063745A - 차량의 쏠림 방지방법 - Google Patents

차량의 쏠림 방지방법 Download PDF

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KR20200063745A
KR20200063745A KR1020180149848A KR20180149848A KR20200063745A KR 20200063745 A KR20200063745 A KR 20200063745A KR 1020180149848 A KR1020180149848 A KR 1020180149848A KR 20180149848 A KR20180149848 A KR 20180149848A KR 20200063745 A KR20200063745 A KR 20200063745A
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KR
South Korea
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vehicle
yaw
braking force
center
moment
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한욱현
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 브레이크 제동력을 가변하는 로직에 의해 제동시 쏠림을 방지하는 차량의 쏠림 방지방법에 관한 것으로, 본 발명에서는, 차량의 제동시, 쏠림이 발생하는지 판단하는 단계; 상기 쏠림 발생시, 운전자의 조향정보를 검출하는 단계; 상기 조향정보를 반영하여 운전자 조향에 따른 쏠림이 배제된 상태의 차량의 쏠림량을 산출하는 단계; 및 상기 쏠림량을 상쇄하는 방향으로 양측 휠브레이크에 제동력을 배분하여 제어하는 단계;를 포함하여 구성되는 차량의 제동력 제어방법이 소개된다.

Description

차량의 쏠림 방지방법{PREVENTING METHOD OF LEANING FOR VEHICLE}
본 발명은 브레이크 제동력을 가변하는 로직에 의해 제동시 쏠림을 방지하는 차량의 쏠림 방지방법에 관한 것이다.
일체형 현가(리프스프링) 구조가 탑재된 상용차량의 경우, 조향 드래그링크의 궤적과, 리바운드 및 범프에 의한 휠 궤적의 차이가 발생하여 제동시, 차량이 한 쪽으로 쏠리는 문제가 발생되고 있다.
이 같은 쏠림 발생 문제를 해소하기 위해, 현가 하드포인트를 최적화하거나 리프스프링의 구조를 보완하고 있는 실정에 있다.
그런데, 상용차의 경우 화물의 적차 수준이 다양하여 차량에 가해지는 중량부하가 매우 상이한데, 상기한 현가구조 보완방식의 경우 특정 하중조건에서는 쏠림 방지 효과가 있기는 하나, 화물의 적차상태 및 적차조건에 따른 다양한 하중조건에서 쏠림 방지 효과가 저하되는 문제가 있다.
특히, 브레이크 기구의 산포가 과다(라이닝 마찰계수 ±16%)하여, 양측 휠브레이크의 제동력이 비대칭적으로 발생시, 쏠림을 방지하는 것이 불가능해지는 문제가 있었다.
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 10-2018-0026913 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 추가적인 구조물이나 중량의 증대 없이 브레이크 제동력을 가변하는 로직에 의해 제동시 쏠림을 방지하는 차량의 쏠림 방지방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 컨트롤러가, 차량의 제동시, 쏠림이 발생하는지 판단하는 단계; 컨트롤러가, 상기 쏠림 발생시, 운전자의 조향정보를 검출하는 단계; 컨트롤러가, 상기 조향정보를 반영하여 운전자 조향에 따른 쏠림이 배제된 상태의 차량의 쏠림량을 산출하는 단계; 및 컨트롤러가, 상기 쏠림량을 상쇄하는 방향으로 양측 휠브레이크에 제동력을 배분하여 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
G센서의 측정값을 이용하여 차량의 쏠림 여부를 판단하고; 조향각센서의 측정값을 이용하여 운전자의 조향정보를 검출할 수 있다.
G센서에 의해 차량의 요각속도를 산출하고; 조향각센서에 의해 조향각속도를 산출하며; 상기 요각속도에서 조향각속도를 감산하여 운전자 조향에 따른 쏠림을 배제할 수 있다.
차량의 무게중심 위치를 기반으로 요관성모멘트를 산출하고; 상기 요각속도에서 조향각속도를 감산한 값을 미분하여 요각가속도를 산출하며; 상기 요관성모멘트와 요각가속도를 곱하여 차량의 요토크를 산출함으로써, 산출된 요토크가 차량의 쏠림량으로 결정될 수 있다.
차량의 무게중심 위치를 기반으로 요관성모멘트를 산출하고; 상기 조향각속도가 일정값 초과인 경우, 상기 요각속도를 미분하여 요각가속도를 산출하며; 상기 조향각속도가 일정값 이하인 경우, 상기 요각속도에서 조향각속도를 감산한 값을 미분하여 요각가속도를 산출하고; 상기 요관성모멘트와 요각가속도를 곱하여 차량의 요토크를 산출함으로써, 산출된 요토크가 차량의 쏠림량으로 결정될 수 있다.
차량의 공차중량을 기준으로 차량의 초기 무게중심 위치를 산출하고; 상기 초기 무게중심 위치를 이용하여 차량의 초기 요관성모멘트를 확보하고; 차축별 축중과, 차량 중량과, 축간 거리를 이용하여 차량의 현재 무게중심 위치를 산출하며; 상기 초기 무게중심 위치와, 초기 요관성모멘트와, 차량의 현재 무게중심 위치를 이용한 하기의 수식에 의해 차량의 현재 요관성모멘트를 산출할 수 있다.
lzz = lzzo + Wa2
lzz : 초기 요관성모멘트
lzzo : 현재 요관성모멘트
W : 차량 중량
a : 초기 무게중심 위치에서 현재 무게중심 위치로의 이동량
상기 요토크에 대응하는 역토크가 발생되도록 양측 휠브레이크의 제동력을 상이하게 배분할 수 있다.
상기 요토크에 의해 쏠림이 발생하는 방향의 휠브레이크 제동력을 반대방향의 휠브레이크 제동력보다 작게 배분할 수 있다.
상기 요토크의 절대값과 역토크의 절대값이 동일해지도록 양측 휠브레이크의 제동력을 배분할 수 있다.
상기 양측 휠브레이크의 제동력은 하기의 수식에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00001
FL : 좌측 휠브레이크 제동력
FR : 우측 휠브레이크 제동력
F운전자 : 브레이크페달 답입에 따른 제동력
Wt : 무게중심과 휠센터 간의 거리
T : 요토크
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 브레이크페달을 밟아 차량의 제동시, 차량의 쏠림이 발생하면, 쏠림이 상쇄되는 방향으로 양측 휠브레이크에 제동력을 차등 배분하게 된다. 따라서, 다양한 원인에 의해 발생되는 쏠림 현상을 소프트웨어적으로 개선하여 다양한 운전조건에서 발생하는 쏠림의 개선이 가능하고, 또한 추가 중량이나 구조물의 설치 없이 쏠림을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제동시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 제동 제어과정의 흐름을 도시한 도면.
도 3는 본 발명에서 무게중심 위치를 구하는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에서 태그액슬 추가시, 무게중심 위치를 구하는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 제동력 배분 제어 작동을 예시하여 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 차량의 쏠림 방지방법을 구현하기 위한 제동시스템의 구성을 살펴보면, 차량의 각 차축에 축중센서(1)가 마련되어, 각 차축의 축중을 측정한다. 그리고, G센서(3)가 마련되어 요레이트 및 기타 주행정보를 검출하고, 조향각센서(5)가 마련되어 스티어링휠의 조향각 정보를 검출한다. 여기서, 상기 축중센서(1)는 스트레인 게이지가 활용될 수 있다.
아울러, 본 발명의 제동시스템은 에어탱크로부터 일정 공압을 제공받아 실제 휠브레이크에 제동력을 발생시키는 공압식 브레이크 드럼/디스크가 구비되고, 상기 운전자의 제동력에 따라 브레이크의 공압을 제어하도록 EBS 또는 ABS모듈레이터가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 센서들에서 측정되는 신호들을 입력받아, 제동력 제어를 위한 신호를 계산하고, 이를 EBS 또는 ABS모듈레이터에 인가하는 컨트롤러(CLR)(ECU : 차량 제어기)가 마련될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 컨트롤러(CLR)를 통해 양측 휠브레이크의 제동력을 제어하여 쏠림을 방지하는 것으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 제동력 제어방법의 구성을 살펴보면, 컨트롤러(CLR)가, 차량의 제동시, 쏠림이 발생하는지 판단하는 단계와, 컨트롤러(CLR)가, 상기 쏠림 발생시, 운전자의 조향정보를 검출하는 단계와, 컨트롤러(CLR)가, 상기 조향정보를 반영하여 운전자 조향에 따른 쏠림이 배제된 상태의 차량의 쏠림량을 산출하는 단계 및, 컨트롤러(CLR)가, 상기 쏠림량을 상쇄하는 방향으로 양측 휠브레이크에 제동력을 배분하여 제어하는 단계를 포함하여 구성이 된다.
즉, 브레이크페달을 밟아 차량의 제동시, 차량의 쏠림이 발생하면, 양측 휠에 인가되는 제동력을 쏠림이 상쇄되는 방향으로 차등 제어하게 된다. 따라서, 다양한 원인에 의해 발생되는 쏠림 현상을 소프트웨어적으로 개선하여 다양한 운전조건에서 발생하는 쏠림의 개선이 가능하고, 또한 추가 중량이나 구조물의 설치 없이 쏠림을 방지할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명은 G센서(3)의 측정값을 이용하여 차량의 쏠림 여부를 판단하고, 조향각센서(5)의 측정값을 이용하여 운전자의 조향정보를 검출하게 된다.
예컨대, G센서(3)에 의해 차량의 요각속도를 산출하게 되는바, 상기 요각속도가 일정값 이상시 차량의 쏠림이 발생한 것으로 판단하게 된다.
그리고, 조향각센서(5)에 의해 조향각 및 조향각속도를 산출하여 운전자의 조향의지를 판단하게 된다.
아울러, 본 발명에서는 쏠림 발생시, 운전자의 조향에 따른 쏠림을 배제하기 위해, 상기 요각속도에서 조향각속도를 감산하여 운전자 조향에 따른 쏠림을 배제하게 되고, 이처럼 운전자 조향에 따른 쏠림이 배제된 결과값을 이용하여 차량의 쏠림량을 산출하게 된다.
이에, 상기 쏠림량을 산출하는 과정에 대해 살펴보면, 먼저 차량의 무게중심 위치를 기반으로 요관성모멘트를 산출한다.
그리고, 상기 요각속도에서 조향각속도를 감산한 값을 미분하여 요각가속도를 산출한다.
다만, 운전자의 조향의지가 없는 경우에는, 조향각속도가 검출되지 않거나 미세하게 검출되므로, 조향각속도가 일정값 미만시, 하기의 수식과 같이 요각속도를 미분하여 요각가속도가 산출될 것이다.
Figure pat00002
α : 요각가속도
w : 요각속도
반면, 운전자의 조향의지가 있는 경우에는, 조향각속도가 검출되므로, 조향각속도가 일정값 초과시, 하기의 수식과 같이 요각속도에서 조향각속도를 감산한 값을 미분하여 요각가속도가 산출될 것이다. 다만, 하기의 수식의 경우 조향의지가 없어 조향각속도가 검출되지 않으면 ωo 는 0이 되므로, 결과적으로 위의 수식과 동일한 수식으로 표현되는바, 하기의 수식만을 이용하여 요각가속도를 산출할 수 있다.
Figure pat00003
α : 요각가속도
ω : 요각속도
ωo : 조향각속도
이어서, 하기의 수식과 같이 상기 요관성모멘트와 요각가속도를 곱하여 차량의 요토크를 산출함으로써, 산출된 요토크가 차량의 쏠림량으로 결정이 된다.
T = lzz × α
T : 요토크
lzz : 현재 요관성모멘트
아울러, 상기 현재 요관성모멘트를 산출하는 과정을 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 차량의 공차중량을 기준으로 차량의 초기 무게중심 위치(공차 및 쏠림 없는 현가사양)를 산출한다.
그리고, 상기 초기 무게중심을 이용하여 차량의 초기 요관성모멘트를 확보하게 되는데, 이는 해석을 통해 계산하여 확보할 수 있다.
이어서, 차축별 축중과, 차량 중량과, 축간 거리를 이용하여 차량의 현재 무게중심 위치를 산출하게 되는데, 예컨대 태그액슬이나 푸셔액슬이 없는 일반적인 상용차량에서는 하기의 수식을 이용하여 모멘트 평형이 이루어지는 lf를 산출할 수 있고, 이를 통해 차량의 현재 무게중심 위치를 산출할 수 있다.
Figure pat00004
L : 휠베이스
lf : 무게중심과 프런트액슬 축중 측정위치 사이의 전후방향 거리
FzR : 리어액슬 축중
FzF : 프런트액슬 축중
W : 차량 중량
CG : 무게중심
다른 예시로서, 도 4와 같이 태그액슬이 구비된 상용차량에서는 하기의 수식을 이용하여 차량의 현재 무게중심 위치를 산출할 수 있고, 이 외에도 푸셔액슬이 구비된 차량이나 차축이 더 증가되면 이에 맞추어 무게중심을 산출하여 요관성모멘트를 산출하는 데에 활용할 수 있다.
참고로, 태그액슬은 리어액슬의 후방에 위치하는 것으로, 태그액슬 대비 약 0.9배의 축중을 갖도록 설계할 수 있는데, 이는 구동축보다 태그액슬의 축중이 과다하게 설계되면 구동력이 상실되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
Figure pat00005
a : 전후방향 무게중심 위치(무게중심과 프런트액슬 축중 측정위치 사이의 전후방향 거리)
b : 무게중심과 리어액슬 축중 측정위치 사이의 전후방향 거리
c : 리어액슬 축중 측정위치와 태그액슬 축중 측정위치 사이의 전후방향 거리
FzF : 프런트액슬 축중
FzR : 리어액슬 축중
FzT : 태그액슬 축중
W : 차량 중량
CG : 무게중심
이어서, 상기 초기 무게중심 위치와, 초기 요관성모멘트와, 차량의 현재 무게중심 위치를 이용한 하기의 수식에 의해 차량의 현재 요관성모멘트를 산출하게 된다. 즉, 중심축 정리로부터 현재 요관성모멘트를 산출할 수 있다.
lzz = lzzo + Wa2
lzz : 현재 요관성모멘트
lzzo : 초기 요관성모멘트
W : 차량 중량
a : 초기 무게중심 위치에서 현재 무게중심 위치로의 이동량
아울러, 본 발명에서 제동력을 배분 제어하는 단계에서는, 상기 요토크에 대응하는 역토크가 발생되도록 양측 휠브레이크의 제동력을 상이하게 배분하게 된다.
바람직하게는, 상기 요토크에 의해 쏠림이 발생하는 방향의 휠브레이크 제동력을 반대방향의 휠브레이크 제동력보다 작게 배분하게 된다.
그리고, 상기 요토크의 절대값과 역토크의 절대값이 동일해지도록 양측 휠브레이크의 제동력을 배분 제어하게 된다.
이때에, 상기 양측 휠브레이크의 제동력은 하기의 수식에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00006
FL : 좌측 휠브레이크 제동력
FR : 우측 휠브레이크 제동력
F운전자 : 브레이크페달 답입에 따른 제동력
Wt : 무게중심과 휠센터 간의 거리
T : 요토크
예컨대, 도 5와 같이 상기 요토크가 우측 회전방향으로 작용하여 차량이 우측으로 쏠림 발생시, 역토크는 이에 대응하여 차량의 좌측 회전방향으로 생성되어야 한다.
이에, 좌측 휠브레이크의 제동력과 우측 휠브레이크의 제동력이 하기의 수식에 의해 산출이 된다.
Figure pat00007
Figure pat00008
이처럼, 계산된 휠브레이크별 제동력에 맞추어 좌측 휠브레이크의 제동력이 우측 휠브레이크의 제동력보다 크게 적용됨으로써, 차량의 우측 방향 쏠림현상을 제거할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 차량의 제동력 제어과정을 설명하면, 차량의 무게중심 위치를 기반으로 차량의 현재 요관성모멘트를 산출한다(S10).
이에, 상기 현재 요관성모멘트를 산출하는 과정을 설명하면, 차량의 공차중량을 기준으로 차량의 초기 무게중심 위치를 산출하고, 상기 초기 무게중심 위치를 이용하여 차량의 초기 요관성모멘트를 확보한다. 그리고, 차축별 축중과, 차량 중량과, 축간 거리를 이용하여 차량의 현재 무게중심 위치를 산출하고, 상기 초기 무게중심 위치와, 초기 요관성모멘트와, 차량의 현재 무게중심 위치를 이용하여 차량의 현재 요관성모멘트를 산출하게 된다.
S1O단계 이후에, 차량의 제동력이 인가되면, 요각속도가 a를 초과하는지 판단하고(S20), a 초과시 차량의 쏠림이 있는 것으로 판단한다.
이어서, 조향각속도를 검출하여, 검출된 조향각속도가 b를 초과하는지 판단하고(S30), b초과시 요각속도에서 조향각속도를 감산한 값을 미분하여 요각가속도를 산출한다(S40).
반면, 검출된 조향각속도가 b 이하인 경우에는, 요각속도만을 미분하여 요각가속도를 산출한다(S50).
이어서, 앞서 산출된 요관성모멘트와 요각가속도를 곱하여 차량의 요토크를 산출한다(S60).
이에, 상기 요토크를 상쇄하는 방향으로 차량에 역토크를 제공함으로써, 상기 요토크에 의한 차량의 쏠림을 제거하게 된다(S70). 즉, 운전자의 제동력을 좌측 휠브레이크와 우측 휠브레이크에 상이하게 배분함으로써, 차량에 상기 요토크를 상쇄하는 역토크를 제공할 수 있게 되고, 이를 통해 차량의 쏠림을 방지하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 브레이크페달을 밟아 차량의 제동시, 차량의 쏠림이 발생하면, 쏠림이 상쇄되는 방향으로 양측 휠브레이크에 제동력을 차등 배분하게 된다. 따라서, 다양한 원인에 의해 발생되는 쏠림 현상을 소프트웨어적으로 개선하여 다양한 운전조건에서 발생하는 쏠림의 개선이 가능하고, 또한 추가 중량이나 구조물의 설치 없이 쏠림을 방지할 수 있게 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 : 축중센서
3 : G센서
5 : 조향각센서
CLR : 컨트롤러

Claims (10)

  1. 컨트롤러가, 차량의 제동시, 쏠림이 발생하는지 판단하는 단계;
    컨트롤러가, 상기 쏠림 발생시, 운전자의 조향정보를 검출하는 단계;
    컨트롤러가, 상기 조향정보를 반영하여 운전자 조향에 따른 쏠림이 배제된 상태의 차량의 쏠림량을 산출하는 단계; 및
    컨트롤러가, 상기 쏠림량을 상쇄하는 방향으로 양측 휠브레이크에 제동력을 배분하여 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 쏠림 방지방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    G센서의 측정값을 이용하여 차량의 쏠림 여부를 판단하고;
    조향각센서의 측정값을 이용하여 운전자의 조향정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    G센서에 의해 차량의 요각속도를 산출하고;
    조향각센서에 의해 조향각속도를 산출하며;
    상기 요각속도에서 조향각속도를 감산하여 운전자 조향에 따른 쏠림을 배제하는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    차량의 무게중심 위치를 기반으로 요관성모멘트를 산출하고;
    상기 요각속도에서 조향각속도를 감산한 값을 미분하여 요각가속도를 산출하며;
    상기 요관성모멘트와 요각가속도를 곱하여 차량의 요토크를 산출함으로써, 산출된 요토크가 차량의 쏠림량으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    차량의 무게중심 위치를 기반으로 요관성모멘트를 산출하고;
    상기 조향각속도가 일정값 초과인 경우, 상기 요각속도를 미분하여 요각가속도를 산출하며;
    상기 조향각속도가 일정값 이하인 경우, 상기 요각속도에서 조향각속도를 감산한 값을 미분하여 요각가속도를 산출하고;
    상기 요관성모멘트와 요각가속도를 곱하여 차량의 요토크를 산출함으로써, 산출된 요토크가 차량의 쏠림량으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    차량의 공차중량을 기준으로 차량의 초기 무게중심 위치를 산출하고;
    상기 초기 무게중심 위치를 이용하여 차량의 초기 요관성모멘트를 확보하고;
    차축별 축중과, 차량 중량과, 축간 거리를 이용하여 차량의 현재 무게중심 위치를 산출하며;
    상기 초기 무게중심 위치와, 초기 요관성모멘트와, 차량의 현재 무게중심 위치를 이용한 하기의 수식에 의해 차량의 현재 요관성모멘트를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
    lzz = lzzo + Wa2
    lzz : 초기 요관성모멘트
    lzzo : 현재 요관성모멘트
    W : 차량 중량
    a : 초기 무게중심 위치에서 현재 무게중심 위치로의 이동량
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 요토크에 대응하는 역토크가 발생되도록 양측 휠브레이크의 제동력을 상이하게 배분하는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 요토크에 의해 쏠림이 발생하는 방향의 휠브레이크 제동력을 반대방향의 휠브레이크 제동력보다 작게 배분하는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 요토크의 절대값과 역토크의 절대값이 동일해지도록 양측 휠브레이크의 제동력을 배분하는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 양측 휠브레이크의 제동력은 하기의 수식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 쏠림 방지방법.
    Figure pat00009

    FL : 좌측 휠브레이크 제동력
    FR : 우측 휠브레이크 제동력
    F운전자 : 브레이크페달 답입에 따른 제동력
    Wt : 무게중심과 휠센터 간의 거리
    T : 요토크
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