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KR20240053087A - 차량의 트랙션 제어 방법 - Google Patents

차량의 트랙션 제어 방법 Download PDF

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KR20240053087A
KR20240053087A KR1020220132112A KR20220132112A KR20240053087A KR 20240053087 A KR20240053087 A KR 20240053087A KR 1020220132112 A KR1020220132112 A KR 1020220132112A KR 20220132112 A KR20220132112 A KR 20220132112A KR 20240053087 A KR20240053087 A KR 20240053087A
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KR
South Korea
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controller
torque
vehicle
motor
driving
Prior art date
Application number
KR1020220132112A
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English (en)
Inventor
윤예안
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US18/105,715 priority patent/US20240123995A1/en
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Abstract

토크 벡터링 모터를 포함하는 토크 벡터링 장치가 탑재된 차량에서, 제1 제어기와 제2 제어기가 각각 차량에서 수집되는 실시간 차량 운전 정보를 기초로 현재 차량이 스플릿 노면을 주행하는 스플릿-뮤 상황인지를 판단하는 단계; 상기 제1 제어기와 제2 제어기가 모두 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 경우, 상기 제2 제어기에서 슬립륜 속도 제어를 위한 목표 속도가 결정 및 생성되면 상기 생성된 목표 속도를 제1 제어기로 송신하는 단계; 상기 제1 제어기가 제2 제어기로부터 수신된 목표 속도를 추종하도록 슬립륜 속도를 제어하기 위한 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 생성하는 단계; 및 상기 제1 제어기가 상기 생성된 토크 지령에 따라 토크 벡터링 모터의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 차량의 트랙션 제어 방법이 개시된다.

Description

차량의 트랙션 제어 방법{Traction control method for vehicle}
본 발명은 차량의 트랙션 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토크 벡터링 장치를 탑재한 차량의 스플릿-뮤(split-μ) 상황에서 좌우 구동력의 적절한 배분을 통해 차량의 발진 응답성 및 선형성을 향상시킬 수 있는 차량의 트랙션 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량 주행 중 안전성을 향상시키기 위한 전자 제어 시스템으로 차량의 자세를 안정적으로 제어하기 위한 ESC(Electronic Stability Control)가 알려져 있다.
ESC는 차량 제동시 미끄러운 노면에서 휠 슬립(wheel slip)으로 인한 브레이크 잠김을 방지하는 ABS(Anti-lock Brake System), 차량 급발진이나 급가속시 구동력 또는 제동력을 제어하여 휠 슬립을 방지하는 TCS(Traction Control System) 등을 작동시켜 차량의 구동시나 제동시에 차량의 안정성을 확보하는 시스템이다.
TCS는 저마찰 노면이나 비대칭 노면에서의 차량 발진 또는 가속시에 구동륜의 과도한 슬립을 방지하여 차량 스핀(spin)을 방지하고, 차량의 발진 성능 및 가속 성능, 조종 안정성을 향상시키는 능동 안전 장치이다.
TCS는 차량이 미끄러운 노면에서 출발하거나 가속할 때 과잉의 구동력이 발생하여 휠 슬립 등의 현상이 발생하면, 차량의 구동력(구동토크) 또는 제동력(제동토크)을 제어하여 구동륜 속도를 제어하고, 이를 통해 차량 가속도가 최대가 될 수 있도록 한다.
여기서, 차량의 구동력은 구동장치가 출력하는 토크를 의미할 수 있고, 상기구동장치는 모터(순수 전기 자동차, 연료전지 자동차), 엔진(내연기관 자동차), 또는 모터와 엔진(하이브리드 자동차)이 될 수 있다.
일례로, TCS는 순수 전기 자동차, 연료전지 자동차, 하이브리드 자동차와 같은 모터 구동 차량에서는 구동륜과 노면 사이에 발생하는 슬립의 양과 노면 마찰계수 등에 따라 구동륜에서 최적 구동력을 얻을 수 있는 목표 속도를 결정하고, 이를 추종하도록 모터 토크를 제어한다. 또한, 코너 길에서 차량이 선회할 때 차량의 불안정성을 막기 위해 모터 토크를 줄여줌으로써 차량이 안전하게 선회할 수 있도록 해준다.
이와 더불어 최근 차량에서 다양한 샤시 제어 기술을 활용하여 핸들링 성능을 개선하기도 한다. 대표적인 핸들링 성능 개선 방법이 토크 벡터링(torque vectoring) 제어 기술이다.
토크 벡터링을 수행하기 위한 장치, 즉 토크 벡터링 장치는 차량의 민첩한 운동 성능 및 핸들링 성능을 향상시키기 위해 좌우 양측 차륜에 전달되는 토크의 크기를 독립적이면서 자유롭게 조절한다. 여기서, 토크는 구동토크와 제동토크를 모두 포함하는 의미이다.
상기 토크 벡터링은 차량의 구동륜에 전달되는 구동장치(모터, 또는 엔진, 또는 모터와 엔진)의 출력 또는 구동력에 대해 크기와 방향 모두를 표현하기 위한 것으로, 차륜에 전달되는 토크의 크기와 방향, 그 중에서도 같은 차축선상의 좌우 양측 차륜으로 각각 전달되는 토크에 변화를 주기 위한 기술을 의미한다.
나아가, 모터를 포함하는 전동화 파워트레인을 탑재한 전동화 차량, 즉 모터를 이용하여 주행하는 모터 구동 차량(하이브리드 차량을 포함함)에서 차량의 구동장치와 브레이크를 이용하여 토크 벡터링을 구현하는 기술이 알려져 있다. 상기 브레이크는 차륜에 제동력을 인가하는 마찰제동장치(통상 유압제동장치임)인 휠 브레이크를 의미한다.
한편, 차량의 좌측륜이 접지한 좌측 노면과 우측륜이 접지한 우측 노면의 마찰계수(μ)가 서로 상이한 노면을 스플릿(split) 노면이라 하며, 이러한 스플릿 노면에서의 주행 상황을 스플릿-뮤(split-μ) 상황이라 한다. 즉, 현재 차량이 주행하고 있는 도로의 노면 상태가 스플릿 노면인 상황이 스플릿-뮤 상황이다.
스플릿 노면에서 차량 발진을 위해 구동륜에 토크가 인가될 경우 차량의 디퍼렌셜(differential, 차동기구)에 의해 마찰계수가 낮은 노면의 차륜에 토크가 전달되면서 차륜이 과도하게 슬립하는 현상이 발생한다.
종래의 TCS 및 ESC에서는 스플릿 노면에서 차량을 안정적으로 제어하기 위해 구동토크를 감소시키고 슬립이 발생한 차륜(슬립륜)에 제동토크를 인가하여 스플릿-뮤 상황에서의 속도 제어를 수행하였다.
그러나, 차량을 안정적으로 제어하기 위해 제동토크 제어를 수행하는 과정에서 유압제동장치의 느린 반응성으로 인하여 초기 휠 슬립을 효과적으로 억제하지 못하고 차량 제어가 불안정해지거나 제동토크로 인해 운전 이질감이 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 토크 벡터링 장치를 탑재한 차량이 스플릿 노면에 위치할 때 좌우 구동력의 적절한 배분을 통해 차량의 발진 응답성 및 선형성을 향상시킬 수 있는 차량의 트랙션 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 토크 벡터링 모터를 포함하는 토크 벡터링 장치가 탑재된 차량에서, 제1 제어기와 제2 제어기가 각각 차량에서 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 현재 차량이 스플릿 노면을 주행하는 스플릿-뮤 상황인지를 판단하는 단계; 상기 제1 제어기와 제2 제어기가 모두 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 경우, 상기 제2 제어기에서 슬립륜 속도 제어를 위한 목표 속도를 결정 및 생성하여 제1 제어기로 송신하는 단계; 상기 제1 제어기가 제2 제어기로부터 수신된 목표 속도를 추종하도록 슬립륜 속도를 제어하기 위한 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 생성하는 단계; 및 상기 제1 제어기가 상기 생성된 토크 지령에 따라 토크 벡터링 모터의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 차량의 트랙션 제어 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 차량의 트랙션 제어 방법에 의하면, 기존 유압제동장치(마찰제동장치)를 이용한 스플릿-뮤 상황에서의 트랙션 제어와 비교하여 토크 벡터링 모터의 속도 제어를 수행함으로써 발진 응답성과 발진 선형성이 향상되는 이점이 있게 된다.
또한, 토크 벡터링 모터에 의해 슬립륜에 구동모터의 구동토크와는 역방향 토크인 제동토크가 인가됨으로써 기존 유압제동장치의 토크량 감소에 따른 유압제동장치의 내구 향상이 가능해지며, 토크 벡터링 모터에 의해 접지륜에는 구동모터의 구동토크와 같은 방향의 정방향 토크인 구동토크가 인가됨으로써 기존 구동모터의 토크량 감소에 따른 전비 향상이 가능해진다. 특히, 토크 벡터링 모터가 스플릿-뮤 상황에서의 트랙션 제어시 회생제동 영역에서 작동하므로 전비 향상이 가능해진다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에서 이용될 수 있는 전동식 토크 벡터링 장치의 하드웨어 구성을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 트랙션 제어 과정을 수행하는 제어장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제어 결과 및 상태를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 의해 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 토크 벡터링 장치를 가지는 차량의 트랙션 제어(traction control) 방법에 관한 것으로서, 여기서 토크 벡터링 장치는 전동식 토크 벡터링 장치일 수 있고, 상기 전동식 토크 벡터링 장치는 토크 벡터링 모터를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에서는 전동식 토크 벡터링 장치를 이용하는 트랙션 제어가 수행되며, 트랙션 제어를 위해 이용되는 전동식 토크 벡터링 장치는 하드웨어 구성이 알려져 있는 공지의 토크 벡터링 장치일 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에서 이용될 수 있는 전동식 토크 벡터링 장치의 하드웨어 구성을 예시한 것이다. 도 1의 예에서 제1 모터(3)가 차량을 구동하는 구동모터이고, 제2 모터(4)는 토크 벡터링(torque vectoriong, TV) 모터로 이용될 수 있는 모터이다. 이하 토크 벡터링 모터를 'TV 모터'라 칭하기로 한다.
도 1을 참조하면, 배터리(1)가 인버터(2)를 매개로 구동모터인 제1 모터(3)와 TV 모터인 제2 모터(4)에 충방전 가능하게 연결되고 있으며, 제1 모터(3)와 제2 모터(4)는 모두 인버터(2)를 통해 배터리(1)의 전력을 공급받아 작동한다.
또한, 제1 모터(3)와 제2 모터(4)는 차량의 구동륜, 즉 도시된 좌측륜(7)과 우측륜(8)에 동력 전달 가능하게 연결되는데, 제1 모터(3)와 제2 모터(4)로부터 좌측륜(7)과 우측륜(8)으로 인가되는 토크에 의해 차량이 구동 및 주행할 수 있게 된다.
또한, TV 모터인 제2 모터(4)의 출력측에는 유성기어세트 등이 조합된 토크 벡터링 기구(5)가 연결되고, 결국 이 토크 벡터링 기구(5)를 통해 제2 모터(4)의 토크가 좌측륜과 우측륜으로 분배되어 인가됨에 따라 토크 벡터링이 수행될 수 있게 된다.
상기 인버터(2)는 제1 모터(3)와 제2 모터(4)를 구동 및 제어하기 위한 것으로, 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU)(도 4에서 도면부호 '20'임)가 실시간 수집되는 차량 운전 정보로부터 모터 토크 지령을 생성하여 출력하면, 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU)(도 4에서 도면부호 '40'임)가 차량 제어기에서 출력되는 모터 토크 지령에 따라 인버터(2)를 구동하게 된다
또한, 배터리(1)의 전력이 인버터(2)를 통해 모터(3,4)에 인가될 때, 모터 토크 지령에 따라 구동하는 인버터에 의해 배터리의 직류전류가 3상 교류전류로 변환되어 모터에 인가됨으로써 해당 모터가 토크를 출력하게 된다.
이와 같이 모터에서 출력되는 토크는 감속기나 변속기, 디퍼렌셜(차동기구)(6)을 통해 좌측륜(7)과 우측륜(8)으로 인가되는데, 도 1에서는 감속기나 변속기에 대해서는 도시를 생략하였다.
만약, 차량이 하이브리드 차량인 경우, 미도시된 엔진과 구동모터 사이에 엔진 클러치(미도시됨)가 배치되고, 상기 구동모터의 출력측에 변속기가 장착될 수 있다.
이와 같이 구동모터의 출력측에 변속기가 배치된 하이브리드 차량, 즉 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 타입의 하이브리드 차량에서는, 엔진에 동력 전달 가능하게 직결된 스타터-제너레이터, 즉 HSG(Hybrid Starter and Generator)가 TV 모터인 제2 모터로 이용될 수 있다.
또한, 도 2에 예시된 바와 같이, 토크 벡터링 장치는 미도시된 감속기를 통해 구동모터(제1 모터)의 동력이 전달되는 디퍼렌셜(11), TV 모터(제2 모터)(4), 그리고 TV 모터(4)와 구동륜 사이에 배치되는 복수 개의 유성기어세트(12a,12b,12c)가 조합된 구성을 가질 수 있다.
도 2에 도시된 구동계의 예와 같이, 상기 복수 개의 유성기어세트는, TV 모터의 출력측에 배치된 제1 유성기어세트(12a), 디퍼렌셜(11)과 좌측륜 사이에 배치된 제2 유성기어세트(12b), 그리고 제1 유성기어세트(12a)와 우측륜, 디퍼렌셜(11) 사이에 배치된 제3 유성기어세트(12c)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3은 구동모터(3)와 TV 모터(4)에 의해 좌측륜(7)과 우측륜(8)에 전달되는 토크 상태를 설명하기 위한 도면이다. TV 모터(4)의 출력측에 유성기어세트를 포함하는 동력전달기구인 토크 벡터링 기구(12)가 배치됨을 볼 수 있다.
토크 벡터링 장치가 디퍼렌셜, TV 모터 및 복수 개의 유성기어세트가 조합된 예에서, 후륜이 구동륜이라면, 후륜의 좌측륜(7)으로 전달되는 토크와 후륜의 우측륜(8)으로 전달되는 토크는 하기 수학식 1 및 2와 같다.
[수학식 1]
TRL = 1/2×A×Tmain,Mot + G×TTV,Mot
[수학식 2]
TRR = 1/2×A×Tmain,Mot - G×TTV,Mot
여기서, TRL은 후륜의 좌측륜(7)에 인가되는 토크(좌측륜 토크, Rear Left Wheel Torque)를, TRR은 후륜의 우측륜(8)에 인가되는 토크(우측륜 토크, Rear Right Wheel Torque)를 나타내며, TTV,Mot는 TV 모터(4)가 출력하는 토크(TV 모터 토크, TV Motor Torque)를 나타낸다. 또한, A는 후륜 구동모터 기어비(Rear Motor Gear Ratio)를, G는 TV 모터 기어비(TV Motor Gear Ratio)를 나타낸다.
이때 TV 모터 속도는 하기 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
NTV = G×(NRL - NRR)
여기서, NTV는 TV 모터 속도(TV Motor Speed)를 나타내고, NRL는 후륜의 좌측륜 속도(Rear Left Wheel Speed)을, NRR는 후륜의 우측륜 속도(Rear Right Wheel Speed)을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 트랙션 제어 과정을 수행하는 제어장치를 도시한 블록도이다. TV 모터를 구비한 차량에서 도시된 복수 개의 제어기들이 수행하는 협조제어에 의해 본 발명에 따른 차량의 트랙션 제어가 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 차량 제어기(이하 'VCU'라 칭함)(20), TCS 제어기('TCS')(30), 모터 제어기(이하 'MCU'라 칭함)(40), 브레이크 제어기('IEB')(50)가 수행하는 협조제어 상태를 보여주고 있다.
도 4에서 'IEB'는 브레이크 제어기를 나타내는 것으로, 협조제어를 수행하는 브레이크 제어기는 IEB(Integrated Electric Brake)의 제어기일 수 있다. IEB의 제어기는 통합 전자 브레이크 장치(IEB)의 구성에 포함된 것으로, 도 4에서는 협조제어를 수행하는 IEB의 제어기를 'IEB'로 표기하였다.
또한, 도 4에서 'TCS'는 TCS 제어기를 의미하는 것으로, TCS 제어기는 ESC 제어기로 대체할 수 있다. 이 TCS 제어기는 TCS(트랙션 제어 시스템)의 구성에 포함된 것으로, '트랙션 제어기'로 표기하거나 그냥 'TCS'로 표기할 수 있다. 마찬가지로, ESC 제어기는 ESC의 구성에 포함된 것으로, 그냥 'ESC'로 표기할 수 있다.
본 명세서의 청구범위에서 제1 제어기는 VCU(20)이고, 제2 제어기는 TCS 제어기(30)이다.
기본적으로 VCU(20)는 차량의 운전정보 검출부(미도시됨)를 통해 검출되는 차량 운전 정보를 실시간으로 취득하며, 상기 취득되는 실시간 차량 운전 정보를 기초로 차량 상태를 추정하고 차량 운전 모드를 판단하며 총 요구 토크를 결정한다. 이때 상기 차량 운전 정보는 가속페달 입력값(APS 값), 브레이크 페달 입력값(BPS 값), 조향각(SAS 값), 휠속, 모터 속도, 차량 가속도를 포함한다.
그리고, 운전정보 검출부는 운전자의 가속페달 입력값(도 4에서 'Accel Pedal Value'임)을 검출하는 가속페달 센서, 운전자의 브레이크 페달 입력값('Brake Pedal Value')을 검출하는 브레이크 페달 센서, 운전자의 조향 입력값으로서 조향각('Steering Angle')을 검출하는 조향각 센서(Steering Angle Sensor, SAS), 차량의 휠속('Wheel Speed')을 검출하는 휠속 센서, 차량 가속도('Acceleration')를 검출하는 가속도 센서, 모터 속도('Motor Speed')를 검출하기 위한 센서를 포함한다.
상기 가속페달 센서와 브레이크 페달 센서는 가속페달과 브레이크 페달에 장착되는 통상의 APS(Accelerator Pedal Sensor)와 BPS(Brake Pedal Sensor)일 수 있고, 모터 속도를 검출하기 위한 센서는 구동모터와 TV 모터에 각각 장착되는 통상의 레졸버(resolver)일 수 있다.
VCU(20)는 실시간 차량 운전 정보를 기초로 운전자 주행 의지에 따른 총 요구 토크를 결정한다. 또한, VCU(20)는 미리 정해진 제어로직에 따른 임의의 제어 기능이 수행될 수 있도록 자체 제어 인터벤션(intervention) 요청이 필요한지를 검토하고, 그 인터벤션이 필요한 것으로 판단되는 경우 토크 보정을 위한 내부 인터벤션을 요청하는 동시에 내부 인터벤션 토크를 산출한다.
또한, VCU(20)는 외부 제어기에 의한 외부 인터벤션 요청 및 외부 인터벤션 토크 정보를 수신하여 외부 제어기에 의한 외부 인터벤션 상황을 결정한다. 이때 VCU(20)는 외부 제어기로부터 안정성 제어나 회전반경 축소 제어 등과 같은 미리 정해진 제어로직에 따른 임의의 제어 기능이 수행될 수 있도록 제어 인터벤션 및 토크 보정을 위한 외부 인터벤션 요청 및 외부 인터벤션 토크 정보를 입력받는다.
이로써 VCU(20)는 내부 인터벤션 요청 및 외부 인터벤션 요청에 따라 인터벤션 상태 결정을 수행하고, 내부 인터벤션 토크와 외부 인터벤션 토크 정보를 기초로 최종 인터벤션 토크 지령을 결정한다.
또한, VCU(20)는 총 요구 토크 지령이 결정되면, 총 요구 토크 지령으로부터 시스템 제한값을 적용함과 더불어 배터리 및 전장 부하 상황 등을 고려하여 모터 토크 지령을 결정한다.
또한, VCU(20)는 상기 결정된 모터 토크 지령과 인터벤션 토크 지령을 기초로 구동모터(제1 모터)(도 1에서 도면부호 '3'임)에 대한 모터 토크 지령과 TV 모터(제2 모터)(도 1에서 도면부호 '4'임)에 대한 모터 토크 지령을 결정하고, 상기 결정된 모터 토크 지령을 MCU(40)로 전달한다.
이에 MCU(40)는 VCU(20)로부터 전달된 모터 토크 지령에 따라 모터 효율 및 맵핑된 값으로 인버터(도 1에서 도면부호 '2'임)를 통해 구동모터와 TV 모터의 작동을 제어하게 된다. 이때 MCU(40)는 모터 속도 정보 등을 이용하여 모터 진동 상쇄 및 저감을 위한 안티 저크 제어를 수행할 수 있다.
브레이크 제어기(IEB)(50)는 운전자의 브레이크 페달 입력값을 기초로 필요한 총 제동토크를 결정한다. 또한, 브레이크 제어기(50)는 VCU(20)로부터 수신된 회생제동토크 정보(회생제동 실행량 정보)를 기초로 마찰제동토크를 결정한 뒤, 상기 결정된 마찰제동토크에 따라 차륜의 마찰제동장치(유압제동장치)인 휠 브레이크의 제동유압을 제어한다. 이로써 마찰제동장치에 의해 해당 차륜에 필요한 마찰제동력이 인가될 수 있게 된다.
TCS 제어기(30)(또는 ESC 제어기)는 차량에서 수집되는 실시간 차량 운전 정보를 기초로 차속, 오버스티어(oversteer), 언더스티어(understeer), 코너링 강성 등의 차량 상태를 추정하고, 안정성 제어를 위해 VCU(20) 및 MCU(40), 브레이크 제어기(IEB)(50) 등 타 제어기와 협조제어하여 각 휠 브레이크(각 차륜의 마찰제동장치)의 제동유압이 제어될 수 있도록 하고 제어 인터벤션을 요청한다.
여기서, 차량 운전 정보로는, 앞서 설명한 운전정보 검출부에 의해 검출되는 정보를 포함하여 기타 다른 센서나 타 제어기로부터 전달되는 추가적인 차량 상태 정보 중에 선택된 단수 또는 복수 개의 정보가 이용될 수 있다.
또한, TCS 제어기(30)는 토크 벡터링 제어를 위해 타 제어기와 협조제어하여 각 휠 브레이크의 제동유압이 제어될 수 있도록 하고 인터벤션 토크를 결정하고 및 제어 인터벤션을 요청한다(외부 인터벤션 토크 결정 및 외부 인터벤션 요청).
한편, 본 발명에서는 VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 차량에서 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 좌측륜이 접지한 노면과 우측륜이 접지한 노면의 마찰계수(μ)가 서로 상이한 스플릿(split) 노면을 해당 차량이 주행하고 있는 상황, 즉 스플릿-뮤(split-μ) 상황인지를 판단할 수 있다.
또한, 현재 스플릿-뮤 상황인 경우 VCU(20)와 TCS 제어기(30)는 개별적으로 슬립이 발생한 차륜, 즉 슬립륜의 속도 제어를 수행할 수 있다. 본 발명에서 VCU(20)와 TCS 제어기(30)는 스플릿-뮤 상황에서 다양한 협조제어를 수행할 수 있는데, 두 제어기가 모두 스플릿-뮤 상황임을 판단한 경우 두 제어기가 협조제어를 수행할 수 있고, 협조제어시 VCU(20)가 TCS 제어기(30)에서 수신된 목표 속도를 기초로 슬립륜의 속도 제어를 수행할 수 있다.
또한, VCU(20)가 TCS 제어기(30)의 목표 속도를 기초로 슬립륜의 속도 제어를 실시하면, TCS 제어기(30)는 TV 모터(4)의 토크 값을 기초로 마찰제동장치의 제동토크 저감을 위한 제어 및 구동모터(3)의 구동토크 저감을 위한 제어를 수행할 수 있다. 상기한 협조제어 수행시 구동모터(3)는 TCS 제어기(30)에서 제어권을 가질 수 있고, TV 모터(4)는 VCU(20)에서 제어권을 가질 수 있다.
TCS 제어기(30)의 제어 인터벤션 요청 및 인터벤션 토크 결정 과정에 있어, TCS 제어기(30)는 내부 로직에 따라 스플릿-뮤 상황 발생 시 VCU(20)에 제어 인터벤션(개입)을 요청하고, 내부 로직에 따라 VCU(20)에 구동모터(3)에 대한 토크 인터벤션을 요청한다. 또한, TCS 제어기(30)는 내부 로직에 따라 브레이크 제어기(50)에 차륜의 마찰제동장치에 대한 토크 인터벤션을 요청한다.
본 발명에서 '제어 인터벤션' 및 '토크 인터벤션'은 제어 기능 수행을 위한 토크 보정을 의미하는 것일 수 있고, 이때 인터벤션 토크는 보정 토크를 의미하는 것일 수 있다.
위에서 VCU(20)가 스플릿-뮤 상황일 때 인터벤션 요청 및 인터벤션 토크 결정을 수행하고 TCS 제어기(30)의 목표 속도를 기초로 슬립륜의 속도 제어를 수행함을 기재하였는바, 이하에서는 상기한 속도 제어를 위한 과정에 대해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 제어 과정을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 제어 결과 및 상태를 나타내는 도면으로 차량 발진 이후 VCU(20)와 TCS 제어기(30) 간 협조제어가 이루어짐을 보여주고 있다. 도 5의 순서도에서 일부 단계에 표기된 '[VCU]'는 VCU(20)가 해당 단계의 수행 주체임을 나타내고, 나머지 단계에 표기된 '[TCS]'는 TCS 제어기(30)가 해당 단계의 수행 주체임을 나타낸다.
상기 두 제어기, 즉 VCU(20)와 TCS 제어기(30)는, 현재 차량이 위치한 노면 상태가 좌측륜이 접지한 노면의 마찰계수(μ)와 우측면이 접지한 노면의 마찰계수가 서로 상이한 스플릿 노면인 상황, 즉 스플릿-뮤(split-μ) 상황임을 각각 개별적으로 판단한다.
이때 두 제어기 중 하나만 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 경우(즉 스플릿 노면 및 스플릿-뮤 상황을 감지한 경우), 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 제어기가 슬립륜의 목표 속도를 결정 및 생성한 후 상기 결정 및 생성된 목표 속도로 슬립이 발생한 차륜인 슬립륜의 속도를 제어하기 위해 TV 모터(4)의 속도 제어를 수행할 수 있다.
이하의 설명에서 스플릿 노면을 감지한 것과 스플릿-뮤 상황을 감지하는 것은, 스플릿 노면인 것으로 판단한 것, 그리고 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 것을 각각 의미한다.
도 6을 참조하면, BPS 값이 감소하고 APS 값이 증가하는 시점이 차량 발진시이며, 차량 발진시 TCS 제어기(30)가 먼저 현재의 노면 상태를 판단하여 스플릿-뮤 상황을 감지한 예를 보여주고 있다('TCS 스플릿-뮤 상황 감지'). 이와 같이 TCS 제어기(30)가 단독으로 스플릿-뮤 상황을 감지한 경우, TCS 제어기(30)에서 자체 내부 로직에 따라 목표 속도가 결정 및 생성된다.
반면, TCS 제어기(30)와 VCU(20)가 모두 스플릿-뮤 상황을 감지한 경우, 즉 TCS 제어기(30)에 의해 스플릿-뮤 상황이 감지된 상태이고('TCS 스플릿-뮤 상황 감지'), 동시에 VCU(20)에 의해 스플릿-뮤 상황이 감지된 상태이면('VCU 스플릿-뮤 상황 감지'), VCU(20)와 TCS 제어기(30)의 협조제어가 수행된다.
이때 VCU(20)와 TCS 제어기(30)의 협조제어에 의해 슬립륜 속도가 목표 속도를 추종하도록 하기 위한 TV 모터(4)의 속도 제어('VCU + TCS 협조제어')가 우선 수행될 수 있다.
도 6의 예를 참조하면, TCS 제어기(30)의 스플릿-뮤 상황 감지 후 VCU(20) 또한 스플릿-뮤 상황을 감지하였음을 알 수 있다. 이와 같이 TCS 제어기(30)와 VCU(20)가 모두 스플릿-뮤 상황을 감지한 경우, TCS 제어기(30)에서 결정 및 생성된 목표 속도를 추종하도록 VCU(20)에 의해 TV 모터(4)를 이용한 슬립륜 속도 제어가 수행된다('VCU + TCS 협조제어').
이러한 과정을 도 5를 참조로 단계별로 설명하면, 도 5에서 S101 - S105의 단계, 그리고 S106 - S110의 단계는 VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 각각 개별적으로 스플릿-뮤(split-μ) 상황인지를 판단하되, VCU(20)와 TCS 제어기(30) 중 하나에서만 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 경우, 두 제어기 중 스플릿-뮤 상황을 감지한 제어기에서 자체 내부 로직에 따라 목표 속도를 생성하고, 이어 슬립륜 속도가 목표 속도를 추종하도록 하기 위한 TV 모터(4)의 속도 제어를 수행하는 것을 나타낸다.
즉, 도 5에서 S101 - S105의 단계는 VCU(20)가 스플릿-뮤 상황을 감지하여 목표 속도를 생성한 후 TV 모터(4)를 이용한 슬립륜 속도 제어를 수행하는 과정을 나타내고, S106 - S110의 단계는 TCS 제어기(30)가 스플릿-뮤 상황을 감지하여 목표 속도를 생성한 후 TV 모터(4)를 이용한 슬립륜 속도 제어를 수행하는 과정을 나타낸다.
도 5에 나타낸 바와 같이, VCU(20)와 TCS 제어기(30)는 운전정보 검출부 중 각 차륜에 설치된 휠속 센서에 의해 검출되는 실시간 차륜 속도(회전속도) 정보(NFL,NFR,NRL,NRR)를 취득한다(S100 단계). 즉, VCU(20)는 휠속 센서의 신호로부터 전륜의 좌측륜 속도와 우측륜 속도, 그리고 후륜의 좌측륜 속도와 우측륜 속도를 취득한다. 이와 더불어 VCU(20)와 TCS 제어기(30)는 현재 차속을 추정한다(S100 단계).
이때 VCU(20)는 하기 수학식 4에 나타낸 바와 같이 운전정보 검출부 중 휠속 센서에 의해 검출되는 각 차륜 속도, 즉 전륜의 좌측륜 속도와 우측륜 속도, 그리고 후륜의 좌측륜 속도와 우측륜 속도를 기초로 차속을 추정한다.
[수학식 4]
Vveh = min(VFL,VFR,VRL,VRR)
여기서, Vveh는 추정되는 차속(km/hr)을 나타내고, VFL, VFR, VRL,VRR은 각 차륜의 휠속 센서에 의해 검출된 휠속, 즉 각 차륜의 회전속도(NFL,NFR,NRL,NRR)(RPM)를 차체 속도(km/hr)로 변환한 것이다.
상기와 같이 추정되는 차속 역시 차체 속도이며, 이는 차륜별 슬립 발생을 판단하고 슬립률을 계산하기 위한 기준차속이다. 상기 기준차속은 슬립이 없는 상태에서의 차속 의미를 가지는 것으로, TCS 작동을 위해 필요한 정보이다.
또한, 휠속 센서에 의해 검출되는 각 차륜 속도(NFL,NFR,NRL,NRR)를 차체 속도로 변환한 후, 각 차륜 속도로부터 변환된 각각의 차체 속도(VFL,VFR,VRL,VRR) 중 최소값을 상기한 추정 차속, 즉 기준차속로 결정한다.
만약, 휠속 센서의 고장시에는 구동모터(3)의 회전속도, 즉 레졸버 신호로부터 취득되는 실시간 구동모터 속도(Nmain)로부터 하기 수학식 5와 같이 추정 휠속(Nwheel)을 결정할 수 있고, 상기 추정 휠속(Nwheel)으로부터 기준차속인 추정 차속(Vveh)을 결정할 수 있다.
[수학식 5]
Nwheel = Nmain×FGRmain
여기서, Nmain은 구동모터 속도를 나타내고, FGRmain은 구동모터와 차륜 간 감속비(즉, 구동모터 감속비)를 나타낸다.
그 밖에 가속도 센서에 의해 검출되는 차량 가속도(ax)를 적분하여 적분 결과인 차량 속도를 추정 차속(Vveh)으로 결정할 수 있다.
상기와 같이 각 차륜 속도로부터 기준차속인 추정 차속이 결정되고 나면, 각 차륜에서의 슬립 발생 여부를 판단할 수 있는데, 하기 수학식 6과 같이 각 차륜 속도를 변환한 차체 속도(VFL,VFR,VRL,VRR)와 기준차속인 추정 차속(Vveh) 간의 차이가 설정된 임계속도보다 큰 경우 해당 차륜에서 슬립이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 6]
｜Vveh-VFL｜> 임계속도이면, SlipFL = 1
｜Vveh-VFR｜> 임계속도이면, SlipFR = 1
｜Vveh-VRL｜> 임계속도이면, SlipRL = 1
｜Vveh-VRR｜> 임계속도이면, SlipRR = 1
수학식 6에서 SlipFL = 1과 SlipFR = 1, SlipRL = 1, SlipRR = 1은 해당 차륜에서 슬립이 발생하였음을 나타내는 것이다. 그리고, VCU(20)는 하기 수학식 7과 같이 좌측륜과 우측륜 중 어느 하나에서만 슬립이 발생하였다면 현재 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단할 수 있다(S101 단계).
즉, '(((SlipFL XOR SlipFR)==1) OR ((SlipRL XOR SlipRR)==1))==1'이면 스플릿 노면 상태 및 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단하는 것이며, 이러한 스플릿-뮤 상황에서 VCU(20)에서는 내부 인터벤션 요청이 이루어진다.
또한, VCU(20)는 스플릿-뮤 상황임을 판단한 경우 스플릿-뮤 상황 감지를 나타내는 신호(VCU_SPLIT_DETECT = 1, 이하 'VCU의 스플릿-뮤 상황 감지 신호'라 칭함)를 TCS 제어기(30)로 송신한다(S102 단계).
또한, VCU(20)는 슬립이 발생한 차륜, 즉 슬립륜(slip wheel)의 목표 속도(target speed)를 결정 및 생성한다(S103 단계). 이때 슬립륜의 목표 속도는 하기 수학식 7과 같이 추정 휠속에 슬립 허용 속도를 합산한 값으로 결정될 수 있다. 여기서, 추정 휠속은 추정 차속을 차륜에서의 회전속도로 변환한 속도이다.
[수학식 7]
목표 속도 = 추정 휠속 + 슬립 허용 속도
상기와 같이 목표 속도가 결정되면, VCU(20)에서는 슬립륜 속도가 상기와 같이 내부적으로 결정된 목표 속도를 추종하도록 속도 제어를 수행하고(S104 단계), 이때 VCU(20)가 슬립륜 속도를 목표 속도로 제어하기 위하여 TV 모터(4)를 이용한 속도 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로 VCU(20)는 슬립륜 속도를 목표 속도로 제어하기 위하여 TV 모터(4)의 속도를 목표 속도를 추종하도록 PID 제어할 수 있다.
이어 VCU(20)는 슬립륜 속도 제어를 위한 협조제어를 요청하는 신호(VCU_SPD_CTRL = 1, 이하 'VCU의 협조제어 요청 신호')를 TCS 제어기(30)로 송신한다(S105 단계).
또한, VCU(20)는 PID 제어 등을 통해 내부 인터벤션 토크를 결정하고, 상기 결정된 내부 인터벤션 토크를 모터 토크 지령에 반영하여 최종의 모터 토크 지령을 결정한다.
한편, VCU(20)가 스플릿-뮤 상황임을 판단하는 것과 별도로, TCS 제어기(30)에서도 자체 내부 로직에 따라 센서 등을 통해 수집되는 실시간 정보를 기초로 차량이 주행하고 있는 도로의 노면 상태를 판단한다.
또한, VCU(20)와 마찬가지로, TCS 제어기(30)가 상기 판단된 노면 상태로부터 현재 주행 도로가 스플릿 노면인지 판단하고 현재의 차량 주행 상황이 스플릿-뮤 상황인지를 판단한다(S106 단계).
이와 같이 VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 각각 별도로 차량에서 수집되는 실시간 정보를 기초로 현재 주행 상황이 스플릿-뮤 상황인지를 확인하며, S118 단계에서 만약 VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 모두 스플릿-뮤 상황이 아님을 판단하였다면 제어는 종료된다.
반면, S106 단계에서 VCU(20)에 의해 스플릿 노면 및 스플릿-뮤 상황이 감지되지 않고 TCS 제어기(30)에 의해서만 스플릿 노면 및 스플릿-뮤 상황이 감지되었다면, 즉 VCU(20)는 스플릿-뮤 상황이 아닌 것으로 판단하였으나 TCS 제어기(30)만 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단하였다면, S107 - S110의 단계가 수행된다.
먼저, TCS 제어기(30)도 스플릿-뮤 상황임을 판단한 경우 스플릿-뮤 상황 감지를 나타내는 신호(TCS_SPLIT_DETECT = 1, 이하 'TCS 제어기의 스플릿-뮤 상황 감지 신호'라 칭함)를 VCU(20)로 송신한다(S107 단계).
또한, VCU(20)가 슬립이 발생한 차륜, 즉 슬립륜(slip wheel)의 목표 속도(target speed)를 결정 및 생성하는 것과 마찬가지로, TCS 제어기(30)에서도 자체 내부 로직에 따라 별도로 슬립륜의 목표 속도를 결정 및 생성한다(S108 단계).
TCS 제어기(30)가 수행하는 스플릿-뮤 상황의 판단, 그리고 슬립륜 목표 속도의 결정 및 생성을 위한 방법과 그 과정에 대해서는, 기존의 TCS 제어에 있어 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 공지의 기술 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
TCS 제어기(30)는 목표 속도 생성 및 결정 후 자체 내부 로직에 따라 마찰제동장치 및 구동모터(3)를 이용하여 슬립륜 속도를 목표 속도로 제어하기 위한 슬립륜 속도 제어를 수행하는데(S109 단계), TCS 제어기에서 구동모터의 토크(구동토크) 및 마찰제동장치의 토크(제동토크) 제어권을 가지게 된다.
또한, TCS 제어기(30)는 슬립륜 속도 제어를 위한 협조제어를 요청하는 신호(TCS_SPD_CTRL = 1, 이하 'TCS의 협조제어 요청 신호')를 VCU(20)로 송신한다(S110 단계).
한편, VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 모두 스플릿 노면 및 스플릿-뮤 상황을 감지할 수 있다. 즉 두 제어기(20,30) 모두가 현재 스플릿-뮤 상황임을 판단할 수 있는 것이며, 이때 두 제어기는 스플릿-뮤 상황을 감지한 상태임을 서로 공유하게 된다.
즉, TCS 제어기(30)는 자체 내부 로직에 따라 스플릿-뮤 상황을 감지함과 동시에 스플릿-뮤 상황 감지 신호(TCS_SPLIT_DETECT = 1)를 VCU(20)로 송신하고, VCU(20) 또한 스플릿-뮤 상황을 감지함과 동시에 스플릿-뮤 상황 감지 신호(VCU_SPLIT_DETECT = 1)를 TCS 제어기(30)로 송신한다.
이때 두 제어기 중 TCS 제어기(30)는, 자체 내부 로직에 따라 스플릿-뮤 상황을 감지하여 스플릿-뮤 상황 감지 신호(TCS_SPLIT_DETECT = 1)를 생성한 상태에서 VCU(20)로부터 스플릿-뮤 상황 감지 신호(VCU_SPLIT_DETECT = 1)를 수신받게 되면(S111 단계), 두 제어기 모두가 스플릿-뮤 상황을 감지한 것으로 판단하여, 두 제어기 간 협조제어가 필요한 것으로 판단하고, 협조제어를 위해 자체 내부 로직에 따라 결정 및 생성된 목표 속도를 VCU(20)로 송신한다(S112 단계).
또한, VCU(20)는, 스플릿-뮤 상황을 감지하여 슬립륜 속도 제어를 위한 협조제어 요청 신호(VCU_SPD_CTRL = 1)를 생성한 상태에서, TCS 제어기(30)의 슬립륜 목표 속도를 수신받은 후, S113 단계에서 TCS 제어기(30)의 협조제어 요청 신호(TCS_SPD_CTRL = 1)가 수신된 것을 확인하게 되면, 상기 수신된 TCS 제어기(30)의 슬립륜 목표 속도에 따라 TV 모터(4)를 이용한 슬립륜 속도 제어를 수행하게 된다(S114 단계).
즉, VCU(20)에서도 스플릿-뮤 상황 감지 후 TCS 제어기(30)의 협조제어 요청 신호를 수신하게 되면, 두 제어기 모두가 스플릿-뮤 상황을 감지한 상태여서 두 제어기의 협조제어가 필요한 것으로 판단하고, VCU(20)가 TCS 제어기(30)로부터 수신된 TCS 제어기(30)의 슬립륜 목표 속도에 따라 슬립륜 속도 제어를 수행하며, 슬립륜 속도를 목표 속도로 제어하기 위해 TV 모터(4)에 대한 속도 제어를 수행한다.
이때 VCU(20)는 TV 모터(4)에 대한 제어권을 가지게 되며, 슬립륜 속도를 목표 속도로 제어하기 위해 TV 모터의 속도 제어를 수행함에 있어 상기 속도 제어를 위한 TV 모터의 모터 토크 지령을 생성하여 출력하고, 이에 MCU(40)가 VCU(20)에서 출력된 모터 토크 지령에 따라 TV 모터의 작동을 제어하게 된다.
S113 단계는 VCU(20)에서 슬립륜 속도 제어를 위한 협조제어가 필요한 조건을 만족하는지를 판단하는 단계이며, 상기 협조제어가 필요한 조건은, VCU(20)가 자체 스플릿-뮤 상황을 감지한 상태 및 자체 협조제어 요청 신호(VCU_SPD_CTRL = 1)를 생성한 조건, 및 TCS 제어기(30)의 협조제어 요청 신호(TCS_SPD_CTRL = 1)가 수신된 조건을 포함한다. VCU(20)는 상기 두 조건을 모두 만족할 경우 슬립륜 속도 제어를 위한 협조제어가 필요한 조건을 만족하는 것으로 판단하게 된다.
이와 같이 S113 단계에서 자체 스플릿-뮤 상황 감지 및 자체 협조제어 요청 신호 생성 후 TCS 제어기(30)의 협조제어 요청 신호가 수신되어 협조제어가 필요한 조건을 만족하면, VCU(20)는 TCS 제어기(30)의 슬립륜 목표 속도에 따라 TV 모터를 이용한 슬립륜 속도 제어를 수행하지만(S114 단계), 상기한 협조제어가 필요한 조건을 만족하지 않는다면 S101 단계로 이동하여 스플릿-뮤 상황의 판단을 다시 수행한다.
또한, S113 단계에서 협조제어가 필요한 조건을 만족하여 VCU(20)가 TCS 제어기(30)의 목표 속도에 따라 TV 모터의 속도 제어를 수행함과 더불어, VCU(20)는 S115 단계에서 마찰제동장치의 제어 및 구동모터의 제어를 위한 협조제어를 요청하는 또 다른 협조제어 요청 신호(VCU_TCS_SPD_CTRL = 1)를 TCS 제어기(30)로 송신한다.
이에 TCS 제어기(30)는 VCU(20)로부터 협조제어 요청 신호(VCU_TCS_SPD_CTRL = 1)가 수신되면 마찰제동장치의 제어 및 구동모터의 제어를 위한 협조제어가 필요한 조건을 만족하는 것을 판단하고(S116 단계), 마찰제동장치의 제어 및 구동모터의 제어를 수행한다(S117 단계).
상기와 같이 TCS 제어기(30)가 VCU(20)로부터 마찰제동장치의 제어 및 구동모터의 제어를 위한 협조제어를 요청하는 협조제어 요청 신호(VCU_TCS_SPD_CTRL = 1)를 수신하게 되면, 마찰제동장치 및 구동모터의 제어권은 TCS 제어기(30)가 가지게 된다.
그리고, 토크 벡터링 장치는 TV 모터에서 출력되는 토크가 구동륜 중 슬립륜에 구동모터의 구동토크와는 역방향 토크인 제동토크로 작용하도록 TV 모터의 토크를 전달하고, 슬립륜 반대쪽 차륜인 접지륜에는 구동모터의 구동토크와 같은 방향의 구동토크로 작용하도록 TV 모터의 토크를 전달한다.
이를 고려하여 TCS 제어기(30)는 VCU(20)로부터 TV 모터에 대한 모터 토크 지령(토크 벡터링 모터의 토크 지령)을 수신하고, 수신된 모터 토크 지령을 기초로 마찰제동장치 및 구동모터(3)의 제어를 위한 인터벤션 토크를 결정하는데, 슬립륜에 TV 모터(4)가 전달하는 제동토크만큼 차륜에 설치된 마찰제동장치의 마찰제동토크를 저감시키기 위한 제동토크 저감량을 결정하고, 접지륜에 TV 모터(4)가 전달하는 구동토크만큼 실제 구동모터(3)의 구동토크를 저감시키기 위한 구동토크 저감량을 결정한다.
상기 제동토크 저감량은 마찰제동장치에 대한 인터벤션 토크가 되고, 상기 구동토크 저감량은 구동모터에 대한 인터벤션 토크가 된다. 상기 접지륜은 슬립륜 반대쪽의 차륜으로서, 후륜의 우측륜이 슬립륜이라면 후륜의 좌측륜이 접지륜이 된다.
상기 TCS 제어기(30)에서 결정된 제동토크 저감량과 구동토크 저감량은 VCU(20)와 브레이크 제어기(50)로 전달되는데, 이와 동시에 TCS 제어기(30)는 내부 로직에 따라 VCU(20)에 구동모터(3)에 대한 토크 인터벤션을 요청한다. 또한, TCS 제어기(30)는 내부 로직에 따라 브레이크 제어기(50)에 마찰제동장치에 대한 토크 인터벤션을 요청한다.
결국, VCU(20)에서는 실시간 차량 운전 정보로부터 결정된 총 요구 토크의 모터 토크 지령에 상기 인터벤션 토크에 해당하는 구동토크 저감량을 반영하여 최종의 모터 토크 지령을 결정 및 생성하여 출력하고, 이에 MCU(40)가 VCU(20)에서 출력되는 모터 토크 지령에 따라 구동모터(3)의 작동을 제어하는바, 구동모터(3)에서 상기 구동토크 저감량만큼 저감된 구동토크의 출력이 이루어지게 된다.
즉, 상기 총 요구 토크 지령으로부터 결정된 구동모터의 토크 지령을 상기 구동토크 저감량만큼 저감하는 보정을 하고, 상기 보정된 토크 지령에 따라 구동모터의 작동을 제어한다.
또한, 브레이크 제어기(50)에서는 마찰제동토크에 상기 인터벤션 토크에 해당하는 제동토크 저감량을 반영하여 최종의 마찰제동토크를 결정 및 생성하고, 상기 최종의 마찰제동토크를 차륜에 인가하도록 마찰제동장치의 작동을 제어하는바, 마찰제동장치에서 상기 제동토크 저감량만큼 저감된 마찰제동토크가 차륜에 인가되게 된다.
즉, 상기 마찰제동토크를 상기 제동토크 저감량만큼 저감하는 보정을 하고, 상기 보정된 마찰제동토크(상기 최종의 마찰제동토크)가 차륜에 인가될 수 있도록 마찰제동장치의 작동을 제어하는 것이다.
위에서 VCU(20)가 TV 모터에 대한 모터 토크 지령(토크 벡터링 모터의 토크 지령)을 TCS 제어기(30)로 송신하고, 이에 TCS 제어기(30)가 VCU(20)로부터 수신된 TV 모터에 대한 모터 토크 지령으로부터 구동토크 저감량을 결정하여 VCU(20)로 송신하면, VCU(20)가 TCS 제어기(30)로부터 수신된 구동토크 저감량을 이용하여 구동모터의 토크 지령을 상기 구동토크 저감량만큼 저감하는 보정을 하는 예에 대해 설명하였다.
이와 같이 VCU(20)에서 TCS 제어기(30)에 의해 결정된 구동토크 저감량만큼 토크 지령을 보정할 수 있으나, TCS 제어기(30)가 VCU(20)로부터 구동모터의 토크 지령을 수신한 뒤 수신된 토크 지령을 구동토크 저감량만큼 저감하는 보정을 수행하도록 할 수도 있다.
이때 TCS 제어기(30)가 보정된 토크 지령을 VCU(20)로 송신하고, VCU(20)가 상기 보정된 토크 지령을 TCS 제어기(30)로부터 수신한 뒤 MCU(40)와의 협조제어를 통해 상기 보정된 토크 지령(최종 토크 지령)에 따라 구동모터의 작동이 제어되도록 할 수 있다.
도 6의 예를 참조하면, TCS 제어기(30)가 스플릿-뮤 상황임을 판단한 경우 TCS 제어기(30)에 의한 외부 인터벤션 토크 결정 및 외부 인터벤션 요청이 이루어짐을 볼 수 있고, 이후 VCU(20)에서도 스플릿-뮤 상황임을 판단한 경우 VCU(20)에 의한 내부 인터벤션 토크 결정 및 내부 인터벤션 요청이 수행됨을 볼 수 있다.
이와 같이 VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 모두 스플릿-뮤 상황임을 판단한 경우에는 VCU(20)와 TCS 제어기(30) 간 협조제어가 수행되며, 협조제어시에는 VCU(20)가 목표 속도를 추종하기 위한 TV 모터(4)의 속도 제어를 수행하고, TCS 제어기(30)가 최종 모터 토크 지령에 따라 구동모터(3)의 토크 제어를 수행한다.
그리고, 도 5의 제어 과정이 수행되는 동안 종료 판단 단계(S118 단계)에서 VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 모두 스플릿-뮤 상황이 아닌 것으로 판단한 경우 제어 과정이 모두 종료된다.
또한, VCU(20)는 스플릿 노면 및 스플릿-뮤 상황을 감지하지 못한 상태이거나 스플릿-뮤 상황이었다가 스플릿-뮤 상황 판단을 해제한 상태이지만, TCS 제어기(30)에서는 현재 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단하고 있는 상태(TCS 제어기의 스플릿-뮤 감지 상태인 경우)이면, S107 - S110 단계의 TCS 제어를 유지한다.
또한, TCS 제어기(30)는 스플릿 노면 및 스플릿-뮤 상황을 감지하지 못한 상태이거나 스플릿-뮤 상황이었다가 스플릿-뮤 상황 판단을 해제한 상태이지만, VCU(20)에서는 현재 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단하고 있는 상태(VCU의 스플릿-뮤 감지 상태인 경우)이면, S102 - S105 단계의 VCU 제어를 유지한다.
또한, VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 모두 스플릿 노면 및 스플릿-뮤 상황을 감지한 상태가 계속해서 유지되면, VCU(20)와 TCS 제어기(30)의 협조제어 상태 또한 계속해서 유지된다.
요컨대, VCU(20)와 TCS 제어기(30)는 각각 개별적으로 현재 차량이 주행하고 있는 도로의 노면 상태가 스플릿 노면 상태인지를 판단하고, 두 제어기 중 하나가 스플릿-뮤 상황을 감지하면 스플릿-뮤 상황을 감지한 제어기에 의해 토크 벡터링을 포함한 차량의 트랙션 제어가 수행되지만, 두 제어기가 모두 스플릿-뮤 상황을 감지하면 두 제어기의 협조제어를 통해 차량의 트랙션 제어가 수행된다.
그리고, 위에서 VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 모두 스플릿-뮤 상황을 감지한 경우 두 제어기(20,30)의 협조제어를 통해 차량의 트랙션 제어가 수행됨을 설명하였지만, 만약 두 제어기(20,30) 중 하나만이 스플릿-뮤 상황을 감지하였다면, 상기 스플릿-뮤 상황을 감지한 제어기가 슬립륜 속도 제어를 위한 목표 속도를 결정하고, 상기 결정된 목표 속도를 추종하도록 슬립륜 속도를 제어하기 위한 TV 모터의 토크 지령을 생성한 후, 상기 생성된 TV 모터의 토크 지령에 따라 TV 모터의 작동을 제어하도록 할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 전동식 토크 벡터링 장치를 탑재한 차량에서 VCU(20)와 TCS 제어기(또는 ESC 제어기)가 좌우 스플릿-뮤 상황에 한하여 좌우 구동력 배분을 위한 협조제어를 수행한다.
본 발명에서는 스플릿-뮤 상황 판단시 TV 모터(4)를 통해 슬립륜에 제동토크를 인가하고 접지륜에 구동토크를 인가함으로써 차량의 발진 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 협조제어 수행시 TCS 제어기(30)의 단독 제어 대비 제동토크를 적게 사용하므로 마찰제동장치의 내구도를 향상시킬 수 있고, 접지륜에 인가된 TV 모터(4)의 토크만큼 차량의 구동토크를 감소시킬 수 있으므로 에너지 소비를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 협조제어 수행시 VCU(20)와 TCS 제어기(30)가 각각 별도로 결정한 목표 속도를 사용하지 않고 TCS 제어기의 목표 속도를 VCU(20)가 수신받아 동일한 목표 속도로 슬립륜의 속도 제어를 실시하여 속도 제어 안정성을 향상시킬 수 있다.
VCU(20)가 단독으로 제어하면 TV 모터 용량이 작은 경우 스플릿-뮤 상황에서 필요한 제동토크가 부족할 수 있으나, 본 발명에서는 TCS 제어기(30)와의 협조제어를 통해 TV 모터(4)의 용량 문제를 해소할 수 있고, TV 모터의 토크 용량만큼 속도 제어에 도움을 줄 수 있으며, TV 모터의 토크 용량만큼 초기 발진 응답성 향상, 마찰제동장치의 내구 향상 및 전비 향상의 효과를 얻을 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.
1 : 배터리 2 : 인버터
3 : 제1 모터 4 : 제2 모터
5 : 토크 벡터링 기구 6 : 디퍼렌셜
7 : 좌측륜 8 : 우측륜
11 : 디퍼렌셜 12 : 토크 벡터링 기구
12a : 제1 유성기어세트 12b : 제2 유성기어세트
12c : 제3 유성기어세트 20 : VCU
30 : TCS 제어기 40 : MCU
50 : 브레이크 제어기(IEB)

Claims (19)

  1. 토크 벡터링 모터를 포함하는 토크 벡터링 장치가 탑재된 차량에서, 제1 제어기와 제2 제어기가 각각 차량에서 수집되는 차량 운전 정보를 기초로 현재 차량이 스플릿 노면을 주행하는 스플릿-뮤 상황인지를 판단하는 단계;
    상기 제1 제어기와 제2 제어기가 모두 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 경우, 상기 제2 제어기에서 슬립륜 속도 제어를 위한 목표 속도를 결정 및 생성하여 제1 제어기로 송신하는 단계;
    상기 제1 제어기가 제2 제어기로부터 수신된 목표 속도를 추종하도록 슬립륜 속도를 제어하기 위한 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 제어기가 상기 생성된 토크 지령에 따라 토크 벡터링 모터의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 제어기가 상기 생성된 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 제2 제어기로 송신하는 단계;
    상기 제2 제어기가 상기 제1 제어기로부터 수신된 토크 벡터링 모터의 토크 지령으로부터 구동모터의 구동토크 저감량을 결정하는 단계; 및
    상기 제2 제어기가 상기 결정된 구동모터의 구동토크 저감량을 제1 제어기로 송신하는 단계를 더 포함하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 제어기가 상기 제2 제어기로부터 수신된 구동모터의 구동토크 저감량을 기초로 차량을 구동하는 구동모터의 토크 지령을 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 제어기가 상기 보정된 토크 지령에 따라 구동모터의 작동을 제어하고,
    상기 제1 제어기는, 운전정보 검출부에 의해 검출되는 차량 운전 정보를 기초로 운전자의 주행 의지에 따른 총 요구 토크 지령을 결정하고 상기 총 요구 토크 지령으로부터 구동모터의 토크 지령을 결정하는 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU)인 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보정된 토크 지령은 상기 총 요구 토크 지령으로부터 결정된 구동모터의 토크 지령을 상기 구동토크 저감량만큼 저감한 토크 지령인 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 제어기가 상기 제1 제어기로부터 수신된 토크 벡터링 모터의 토크 지령으로부터 마찰제동장치의 제동토크 저감량을 결정하는 단계; 및
    상기 제2 제어기가 상기 결정된 마찰제동장치의 제동토크 저감량을 제1 제어기로 송신하는 단계를 더 포함하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 제어기가 상기 수신된 마찰제동장치의 제동토크 저감량을 브레이크 제어기로 송신하고,
    상기 브레이크 제어기가 상기 제1 제어기로부터 수신된 마찰제동장치의 제동토크 저감량을 기초로 마찰제동장치의 마찰제동토크를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 보정 후 마찰제동토크는 마찰제동토크를 상기 제동토크 저감량만큼 저감한 마찰제동토크이고,
    상기 브레이크 제어기는 상기 제동토크 저감량만큼 저감한 마찰제동토크를 생성하도록 마찰제동장치의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 제어기가 상기 생성된 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 제2 제어기로 송신하는 단계;
    상기 제2 제어기가 상기 제1 제어기로부터 수신된 토크 벡터링 모터의 토크 지령으로부터 구동모터의 구동토크 저감량을 결정하는 단계;
    상기 제2 제어기가 상기 제1 제어기로부터 차량을 구동하는 구동모터의 토크 지령을 수신하는 단계;
    상기 제2 제어기가 상기 결정된 구동모터의 구동토크 저감량을 기초로 상기 수신된 구동모터의 토크 지령을 보정하는 단계; 및
    상기 제2 제어기가 상기 보정된 토크 지령에 따라 구동모터의 작동이 제어되도록 하는 단계를 더 포함하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크 벡터링 모터의 작동을 제어하는 단계에서,
    상기 토크 벡터링 장치는,
    상기 토크 벡터링 모터가 출력하는 토크를,
    차량의 구동륜인 좌측륜과 우측륜 중 슬립이 발생한 차륜인 슬립륜에 구동모터의 구동토크와는 역방향 토크인 제동토크로 전달하고,
    상기 좌측륜과 우측륜 중 상기 슬립륜 반대쪽 차륜인 접지륜에는 구동모터의 구동토크와 같은 방향의 토크인 구동토크로 전달하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 제어기와 제2 제어기 중 하나의 제어기만이 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 경우, 상기 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 제어기가 슬립륜 속도 제어를 위한 목표 속도를 결정 및 생성하는 단계;
    상기 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 제어기가 상기 생성된 목표 속도를 추종하도록 슬립륜 속도를 제어하기 위한 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 생성하는 단계; 및
    상기 스플릿-뮤 상황인 것으로 판단한 제어기가 상기 생성된 토크 벡터링 모터의 토크 지령에 따라 토크 벡터링 모터의 작동을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 제어기와 제2 제어기는,
    스플릿-뮤 상황인 것으로 판단하여 스플릿-뮤 상황을 감지한 경우, 스플릿-뮤 상황 감지 신호를 상기 두 제어기 중 상대 제어기로 송신하여, 스플릿-뮤 상황을 감지한 상태임을 서로 공유하도록 설정된 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 생성된 목표 속도를 제1 제어기로 송신하는 단계에서,
    상기 제2 제어기는,
    스플릿-뮤 상황을 감지한 상태에서, 상기 제1 제어기로부터 스플릿-뮤 상황 감지 신호를 수신한 경우, 상기 제1 제어기와 제2 제어기가 모두 스플릿-뮤 상황을 감지한 것으로 판단하여,
    상기 생성된 목표 속도를 제1 제어기로 송신하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 제어기는 상기 생성된 목표 속도를 제1 제어기로 송신함과 동시에 상기 제1 제어기로 슬립륜 속도 제어를 위한 협조제어 요청 신호를 송신하고,
    상기 제1 제어기는,
    스플릿-뮤 상황을 감지한 상태에서, 상기 제2 제어기로부터 슬립륜 속도 제어를 위한 협조제어 요청 신호가 수신되면,
    상기 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 생성하는 단계, 및 상기 생성된 토크 지령에 따라 토크 벡터링 모터의 작동을 제어하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 제어기는 상기 토크 벡터링 모터의 작동을 제어하여 슬립륜 속도 제어를 수행함과 더불어, 마찰제동장치의 제어 및 구동모터의 제어를 위한 협조제어 요청 신호를 제2 제어기로 송신하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 제어기는,
    상기 제1 제어기로부터 상기 마찰제동장치의 제어 및 구동모터의 제어를 위한 협조제어 요청 신호와 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 수신하고,
    상기 수신된 토크 벡터링 모터의 토크 지령을 기초로 구동모터의 구동토크 저감량 및 마찰제동장치의 제동토크 저감량을 결정하며,
    상기 구동모터의 구동토크 저감량 및 마찰제동장치의 제동토크 저감량을 제1 제어기로 송신하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 제2 제어기로부터 수신된 구동모터의 구동토크 저감량을 기초로 차량을 구동하는 구동모터의 토크 지령을 보정하고,
    상기 보정 후 토크 지령에 따라 구동모터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 제어기는 상기 제2 제어기로부터 수신된 마찰제동장치의 제동토크 저감량을 브레이크 제어기로 송신하고,
    상기 브레이크 제어기가 상기 수신된 마찰제동장치의 제동토크 저감량을 기초로 마찰제동장치의 마찰제동토크를 보정한 후 보정 후 마찰제동토크를 생성하도록 마찰제동장치의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 제어기가 운전정보 검출부에 의해 검출되는 실시간 차량 운전 정보를 기초로 운전자의 주행 의지에 따른 모터 토크 지령을 결정하는 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU)이고,
    상기 제2 제어기가 트랙션 제어 시스템(Traction Control System, TCS)의 제어기인 것을 특징으로 하는 차량의 트랙션 제어 방법.
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