KR101053979B1 - Vehicle attitude control - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량 자세 제어장치에 관한 것으로, 본 발명은 차량의 차속을 감지하는 차속감지부와, 차량의 조향각을 감지하는 조향각감지부와, 차량의 요레이트를 감지하는 요레이트감지부와, 차속감지부 및 조향각감지부의 출력신호에 의해 차량모델로부터 기준요레이트를 산출하는 기준요레이트산출부와, 기준요레이트산출부의 출력신호에 일정수준의 위상보상을 수행하는 위상보상필터부와, 위상보상필터부와 요레이트감지부의 출력신호에 기초하여 차량 자세 제어를 수행하는 제어부를 포함함으로서 차량 모델로부터 산출된 기준 요레이트와 실제 차량에서 측정된 실제 요레이트사이의 위상 지연 현상을 위상보상필터를 이용하여 위상 보상하여 응답성을 개선할 수 있어 차량의 동적 상태를 보다 정확히 판단하여 위급한 상황에서 운전자의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a vehicle attitude control apparatus, the present invention provides a vehicle speed detection unit for detecting the vehicle speed of the vehicle, a steering angle detection unit for detecting the steering angle of the vehicle, a yaw rate detection unit for detecting the yaw rate of the vehicle, the vehicle speed A reference yaw rate calculating unit that calculates a reference yaw rate from the vehicle model by output signals of the sensing unit and the steering angle detecting unit, a phase compensation filter unit which performs a certain level of phase compensation on the output signal of the reference yaw rate calculating unit, and phase compensation It includes a control unit for controlling the vehicle attitude based on the output signal of the filter unit and the yaw rate detection unit by using a phase compensation filter to determine the phase delay between the reference yaw rate calculated from the vehicle model and the actual yaw rate measured in the actual vehicle To compensate for phase and improve responsiveness to more accurately determine the dynamic state of the vehicle It is effective to secure the sex.
Description
도 1은 본 발명에 따른 차량 자세 제어장치의 제어블록도이다.1 is a control block diagram of a vehicle attitude control apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 차량 자세 제어장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.2 is a control flowchart of a control method of the vehicle attitude control apparatus according to the present invention.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*[Description of the Reference Numerals]
10 : 휠 속도센서 11 : 조향각센서10: wheel speed sensor 11: steering angle sensor
12 : 요레이트센서 13 : 차속감지부12: yaw rate sensor 13: vehicle speed detection unit
14 : 조향각감지부 15 : 요레이트감지부14: steering angle detection unit 15: yaw rate detection unit
16 : 기준요레이트산출부 17 : 위상보상필터부16: reference yaw rate calculation unit 17: phase compensation filter unit
18 : 제어부 19 : 구동력조절부18: control unit 19: driving force control unit
20 : 제동력조절부20: braking force control unit
본 발명은 차량 자세 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실제 차량의 동적 거동 상태를 보다 정확히 파악하여 위험한 상황에서 운전자의 안전성을 향상시킬 수 있는 차량 자세 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle attitude control device, and more particularly to a vehicle attitude control device that can more accurately grasp the dynamic behavior of the actual vehicle to improve the safety of the driver in a dangerous situation.
일반적으로, 차량 자세 제어장치(Electronic Stability Program ; ESP)는 운전자의 운전 중 타이어의 접촉한계에 이르는 위험한 상황에서 적절한 바퀴를 제어함으로써 차량을 운전자가 원하는 방향으로 운동시킨다.In general, the Electronic Stability Program (ESP) moves the vehicle in the direction desired by the driver by controlling the appropriate wheels in a dangerous situation up to the tire contact limit during the driver's driving.
이러한 차량 자세 제어장치는 타이어와 노면사이의 접착한계가 차량의 후륜보다 전륜에서 발생할 때 나타나는 드리프트(Drift) 현상인 언더스티어시 후륜 내측 바퀴에 제동력을 가하여 차량의 안쪽으로 작용하는 보상 모멘트를 생성시킴으로써 차량이 원하는 궤적에서 바깥쪽으로 밀려나는 것을 방지한다.The vehicle attitude control device generates a compensation moment acting inwardly of the vehicle by applying braking force to the inner wheel of the rear wheel during understeering, which is a drift phenomenon when the adhesion limit between the tire and the road surface occurs on the front wheel rather than the rear wheel of the vehicle. This prevents the vehicle from being pushed out of the desired trajectory.
이러한 보상 모멘트는 요레이트센서를 통해 얻어진 차량운동량(Actual Vehicle Motion) 제어기의 차량 모델에서 산출된 기준 요레이트보다 실제 차량운동량이 클 경우 적절한 차륜의 압력 제어에 의한 제동력에 의하여 발생된다. 이때, 제어의 기준이 되는 운전자의 조향의지를 나타내는 기준 요레이트는 차량의 조정성과 안정성을 판단하기 위한 필수적이 기준이며, 시스템의 필요한 제어의 기준을 제공함으로서 제품의 신뢰도뿐만 아니라, 운전자에게 차량 운동을 예측 가능하게 한다. 기준 요레이트(rdesired)는 간략한 2차 유도방정식을 이용한 차량 모델에 근거하여 차속(Vx)과 조향각(δteer)으로부터 다음의 식 [1]과 같다.This compensation moment is generated by braking force by proper wheel pressure control when the actual vehicle motion is greater than the reference yaw rate calculated by the vehicle model of the actual vehicle motion controller obtained through the yaw rate sensor. At this time, the reference yaw rate indicating the driver's steering will, which is the basis of control, is an essential criterion for judging the coordination and stability of the vehicle, and the vehicle movement to the driver as well as the reliability of the product by providing the necessary control of the system. Make it predictable. The reference yaw rate is given by the following equation [1] from the vehicle speed (Vx) and the steering angle (δteer) based on the vehicle model using a simple quadratic guided equation.
차량의 언더스티어는 식 [1]로부터 산출되는 기준 요레이트와 차량에 장착된 요레이트센서로부터 측정된 실제 요레이트사이의 차이인 요레이트 오차로부터 결정되며, 이 요레이트 오차로부터 보상모멘트를 만들 수 있도록 각 바퀴의 제동장치를 독립적으로 제어함으로써 차량의 안정성을 확보한다.The understeer of the vehicle is determined from the yaw rate error, which is the difference between the reference yaw rate calculated from Equation [1] and the actual yaw rate measured from the yaw rate sensor mounted on the vehicle. Independently controlling the brakes of each wheel to ensure vehicle stability.
이러한 기준 요레이트는 간략한 차량 모델인 2자유도 차량 모델로부터 선형적 거동 변위의 차량 거동을 기준으로 설계하였다. 이와 같은 방법은 간략한 차량 모델을 사용함으로서 차량의 거동을 해당 조향각 조건과 차속 조건에서 만족스럽게 표현 할 수 없다. 따라서 실제 차량에서는 기계적 특성에 의한 물리적 한계로 인해 차량 모델로부터 산출된 기준 요레이트와 실측된 실제 요레이트의 절대량은 동일하지만, 일정 수준의 위상 지연(TIME DELAY)이 생기기 때문에 응답성이 지연된다. 이와 같은 응답성 지연은 차량의 동적 거동 상태를 정확히 판단하는데 있어서 오류를 범할 수 있게 만들며 이에 따라 차량 자세 제어 시스템 (ESP)의 제어 신뢰도를 떨어뜨려 차량의 안정성 및 조종성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.This reference yaw rate was designed based on the linear behavior displacement of the vehicle from the two-degree-of-freedom vehicle model. This method can not express the behavior of the vehicle satisfactorily under the steering angle and vehicle speed conditions by using a simple vehicle model. Therefore, in the actual vehicle, the absolute amount of the reference yaw rate calculated from the vehicle model and the actual actual yaw rate calculated from the vehicle model are the same due to the physical limitations due to mechanical characteristics, but the responsiveness is delayed because a certain level of time delay occurs. Such responsiveness delays can lead to errors in accurately determining the dynamic behavior of the vehicle, thereby degrading control reliability of the vehicle attitude control system (ESP), which can adversely affect vehicle stability and maneuverability.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량 모델로부터 산출된 기준 요레이트와 실제 차량에서 측정된 실제 요레이트사이의 응답성 지연 현상을 보상하여 차량의 동적 상태를 보다 정확히 판단하고 이용함으로써 위급한 상황에서 운전자의 안전성을 확보할 수 있는 차량 자세 제어장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to compensate for the responsiveness of the responsiveness between the reference yaw rate calculated from the vehicle model and the actual yaw rate measured in the actual vehicle, thereby accurately correcting the dynamic state of the vehicle. It is to provide a vehicle attitude control device that can ensure the safety of the driver in emergency situations by judging and using.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 자세 제어장치는 차량의 차속을 감지하는 차속감지부와, 차량의 조향각을 감지하는 조향각감지부와, 차량의 요레이트를 감지하는 요레이트감지부와, 상기 차속감지부 및 조향각감지부의 출력신 호에 의해 차량모델로부터 기준요레이트를 산출하는 기준요레이트산출부와, 상기 기준요레이트산출부의 출력신호에 일정수준의 위상보상을 수행하는 위상보상필터부와, 상기 위상보상필터부와 상기 요레이트감지부의 출력신호에 기초하여 차량 자세 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Vehicle attitude control apparatus of the present invention for achieving the above object is a vehicle speed detection unit for detecting the vehicle speed of the vehicle, a steering angle detection unit for detecting the steering angle of the vehicle, yaw rate detection unit for detecting the yaw rate of the vehicle, A reference yaw rate calculating unit for calculating a reference yaw rate from the vehicle model by the output signals of the vehicle speed detecting unit and the steering angle detecting unit, and a phase compensation filter unit performing a predetermined level of phase compensation on the output signal of the reference yaw rate calculating unit And a controller configured to control the vehicle attitude based on the output signals of the phase compensation filter unit and the yaw rate detection unit.
상기 위상보상필터부는 상기 차속감지부에 의해 검출된 차속값이 높을수록 상기 기준요레이트의 위상을 앞당기고, 차속값이 낮을수록 상기 기준요레이트의 위상을 늦추는 것을 특징으로 한다.The phase compensation filter unit advances the phase of the reference yaw rate as the vehicle speed value detected by the vehicle speed detecting unit is higher, and delays the phase of the reference yaw rate as the vehicle speed value is lower.
상기 위상보상필터부는 다음의 식 [4]에 의한 라플라스 변환식을 이용하여 상기 기준요레이트의 위상보상을 수행하는 것을 특징으로 한다.The phase compensation filter unit may perform phase compensation of the reference yaw rate by using a Laplace transform equation according to Equation [4].
여기서, rdesired는 위상보상 후 기준요레이트, rno는 위상보상 전 기준요레이트, c1, c2는 위상보상변수, Nr은 요댐핑 미분계수, Yβ는 사이드 슬립 댐핑 미분계수, Nβ은 정적 횡방향 안정 미분계수, Yr는 횡력/요커플링 미분계수, Iz는 z축에 대한 차량 관성모멘트, m은 차량 무게, V는 차속이다.Where rdesired is the reference yaw rate after phase compensation, rno is the reference yaw rate before phase compensation, c1 and c2 are phase compensation variables, N r is yaw damping differential coefficient, Y β is the side slip damping differential coefficient, and N β is the static transverse Directional stable differential, Y r is the lateral force / yaw coupling differential, I z is the moment of inertia about the z axis, m is the vehicle weight and V is the vehicle speed.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명 하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 자세 제어장치는 각 바퀴의 회전속도를 검출하는 각 휠 속도센서(10)와, 핸들조향에 따른 조향각을 검출하는 조향각센서(11)와, 차량의 측정 요레이트를 검출하는 요레이트센서(12) 등의 각종 ESP 센서와, 이 ESP 센서를 통해 검출된 차량정보에 의해 산출된 기준 요레이트를 최적화하고, 최적화된 기준요레이트를 이용하여 전반적인 차량의 선회 안정성 제어를 수행하는 제어부(18)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the vehicle attitude control apparatus according to the present invention includes a
상기한 차량 자세 제어장치는 각 휠 속도센서(10)의 출력신호에 의해 차속을 감지하는 차속감지부(13)와, 조향각센서(11)의 출력신호에 의해 조향각을 감지하는 조향각감지부(14)와, 요레이트센서(12)의 출력신호에 의해 요레이트를 감지하는 요레이트감지부(15)와, 차속감지부(13) 및 조향각감지부(14)의 출력신호에 의해 수식에 의한 차량모델로부터 기준요레이트를 산출하는 기준요레이트산출부(16)와, 이 기준요레이트산출부(16)의 출력신호를 위상 보상 필터링하여 기준요레이트의 위상을 보상하는 위상보상필터부(17)와, 상기한 제어부(18)의 출력신호에 의해 엔진의 구동력을 조절하는 구동력조절부(19)와, 상기한 제어부(18)의 출력신호에 의해 각 차륜의 브레이크액을 조절하여 제동력을 조절하는 제동력조절부(20)를 구비한다.The vehicle attitude control device includes a vehicle
기준요레이트산출부(16)는 차속감지부(13) 및 조향각감지부(14)의 출력신호에 기초하여 다음의 식 [2]와 같은 차량모델로부터 차속(Vx)과 조향각(δw)의 함수인 기준요레이트(rno)를 산출한다.The reference yaw
여기서, Vch는 고유 속도특성계수이고, 조향각(δw)이고, L은 차량의 휠베이스이다.Where Vch is the intrinsic speed characteristic coefficient, steering angle? W, and L is the wheelbase of the vehicle.
상술한 바와 같이, 상기한 기준요레이트(rno)는 간략한 2차유도방정식을 이용한 차량 모델을 사용함으로서 차량의 거동을 해당 조향각 조건과 차속 조건에서 만족스럽게 표현 할 수 없다. 따라서 실제 차량에서는 기계적 특성에 의한 물리적 한계로 인해 차량 모델로부터 산출된 기준요레이트와 실측된 실제 요레이트의 절대량은 동일하지만, 일정 수준의 위상 지연(TIME DELAY)이 생기기 때문에 응답성이 지연된다.As described above, the reference yaw rate rno cannot satisfactorily express the behavior of the vehicle under the steering angle conditions and the vehicle speed conditions by using a vehicle model using a simple second induction equation. Therefore, in the actual vehicle, the absolute amount of the reference yaw rate calculated from the vehicle model and the actual actual yaw rate calculated from the vehicle model are the same due to physical limitations due to mechanical characteristics, but the responsiveness is delayed because a certain level of time delay occurs.
따라서, 식 [3]과 같이, 위에서 산출된 기준요레이트를 차량 조건(차속, 조향각)에 따라 가변되는 속도가변의 위상보상필터를 적용하여 응답성 지연에 대한 보상을 실시하여야 보다 정확하게 차량의 동적 상태를 판별할 수 있으며, 또한 이를 통해 제어시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.Therefore, as shown in Equation [3], it is necessary to compensate for responsiveness delay by applying a phase compensation filter of variable speed according to the vehicle condition (vehicle speed and steering angle) calculated above. The status can be determined and this also improves the reliability of the control system.
rdesired = filter(V)*rno 식 [3]rdesired = filter (V) * rno expression [3]
여기서, rdesired는 위상보상 후 기준요레이트, filter(V)는 위상보상필터, rno는 위상보상 전 기준요레이트이다.Here, rdesired is a reference yaw rate after phase compensation, filter (V) is a phase compensation filter, and rno is a reference yaw rate before phase compensation.
이를 위해 본 발명의 위상보상필터부(17)는 기준요레이트산출부(16)의 출력 신호를, 다음의 식 [4]를 이용한 라플라스 변환을 통하여 일정수준의 위상을 진상 또는 지상으로 위상보상을 실시하여 상기한 기준요레이트와 실제 요레이트사이의 일정 수준의 위상지연(TIME DELAY)을 보상함으로서 응답성을 개선시킨다.To this end, the phase
여기서, rdesired는 위상보상 후 기준요레이트, rno는 위상보상 전 기준요레이트, c1, c2는 위상보상변수, Nr은 요댐핑 미분계수, Yβ는 사이드 슬립 댐핑 미분계수, Nβ은 정적 횡방향 안정 미분계수, Yr는 횡력/요커플링 미분계수, Iz는 z축에 대한 차량 관성모멘트, m은 차량 무게, V는 차속이다.Where rdesired is the reference yaw rate after phase compensation, rno is the reference yaw rate before phase compensation, c1 and c2 are phase compensation variables, N r is yaw damping differential coefficient, Y β is the side slip damping differential coefficient, and N β is the static transverse Directional stable differential, Y r is the lateral force / yaw coupling differential, I z is the moment of inertia about the z axis, m is the vehicle weight and V is the vehicle speed.
상기한 위상보상필터부(17)는 차속감지부(13)에 의해 검출된 차속값이 높을수록 기준요레이트(rno)의 위상을 앞당기고, 차속값이 낮을수록 기준요레이트(rno)의 위상을 늦추어 위상 보상을 수행한다. 이는 차속이 높을수록 기준요레이트(rno)가 실제 요레이트보다 위상이 뒤처지고, 차속이 낮을수록 기준요레이트(rno)가 실제 요레이트보다 위상이 앞서기 때문이다.The phase
제어부(18)는 위상보상 후 기준요레이트(redesired)와 실측된 실제요레이트 사이의 오차를 산출하고, 산출된 오차를 이용하여 언더스티어의 판단을 위해 미리 설정된 언더스티어 임계값(Threshold)과 비교하는 방식으로 차량거동이 언더스티어인지를 판단하여 그에 맞게 엔진구동력과 제동력 제어를 통한 적절한 보상모멘트를 발생시켜 차량의 안정성을 유지시킨다.The
도 2는 본 발명에 따른 차량 자세 제어장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다. 도 2를 살펴보면, 먼저, 단계 S100와 S101에서 차속과 조향각을 검출하고, S102에서 검출된 차속과 조향각을 식 [2]에 대입하여 기준요레이트(rno)를 산출한다.2 is a control flowchart of a control method of the vehicle attitude control apparatus according to the present invention. 2, first, the vehicle speed and the steering angle are detected in steps S100 and S101, and the reference yaw rate rno is calculated by substituting the vehicle speed and the steering angle detected in S102 into equation [2].
기준요레이트(rno) 산출 후 단계 S103에서 위상보상필터를 이용하여 위상보상값을 산출한 후 단계 S104에서 산출된 위상보상값을 이용하여 기준요레이트(rno)의 위상보상을 수행한다. 이에 따라, 위상 보상이 이루어진 기준요레이트(rdesired)를 얻는다. 이때, 상기 위상보상값은 차속값이 높을수록 기준요레이트(rno)의 위상을 앞당기고, 차속값이 낮을수록 기준요레이트(rno)의 위상을 늦추도록 산출된다.After calculating the reference yaw rate rno, the phase compensation value is calculated using the phase compensation filter in step S103, and then phase compensation of the reference yaw rate rno is performed using the phase compensation value calculated in step S104. This obtains a reference yaw rate (rdesired) with phase compensation. In this case, the phase compensation value is calculated to advance the phase of the reference yaw rate rno as the vehicle speed value is higher, and to delay the phase of the reference yaw rate rno as the vehicle speed value is lower.
그런 후 단계 S105에서 차량의 실제 요레이트를 검출한 후 단계 S106에서 위상보상이 이루어진 기준요레이트(rdesired)와 검출된 실제 요레이트사이의 요레이트 오차를 산출하고, 산출된 요레이트 오차를 근거로 하여 단계 S107에서 차량이 오버스티어인지 언더스티어인지 등의 차량 자세를 판단한다. 그리고, 단계 S108에서 판단된 차량 자세에 기초하여 차량 자세를 수행하게 된다.Then, in step S105, the actual yaw rate of the vehicle is detected, and in step S106, a yaw rate error between the reference yaw rate (rdesired) where the phase compensation is performed and the detected actual yaw rate is calculated, and based on the calculated yaw rate error. In step S107, the vehicle attitude, such as whether the vehicle is oversteer or understeer, is determined. Then, the vehicle attitude is performed based on the vehicle attitude determined in step S108.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 차량 모델로부터 산출된 기준 요레이트와 실제 차량에서 측정된 실제 요레이트사이의 위상 지연 현상을 위상보상필터를 이용하여 위상 보상하여 응답성을 개선할 수 있어 차량의 동적 상태를 보다 정확히 판단하여 위급한 상황에서 운전자의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention can improve the responsiveness by phase-compensating the phase delay phenomenon between the reference yaw rate calculated from the vehicle model and the actual yaw rate measured in the real vehicle using a phase compensation filter. It is possible to more accurately determine the dynamic state of the driver to ensure the safety of the driver in emergency situations.
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