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KR20210142057A - 차량 선회 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 - Google Patents

차량 선회 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20210142057A
KR20210142057A KR1020200058455A KR20200058455A KR20210142057A KR 20210142057 A KR20210142057 A KR 20210142057A KR 1020200058455 A KR1020200058455 A KR 1020200058455A KR 20200058455 A KR20200058455 A KR 20200058455A KR 20210142057 A KR20210142057 A KR 20210142057A
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KR
South Korea
Prior art keywords
vehicle
turning
electronic differential
speed
inner wheel
Prior art date
Application number
KR1020200058455A
Other languages
English (en)
Inventor
정장훈
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
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Priority to US17/065,861 priority patent/US11685368B2/en
Priority to DE102020128931.6A priority patent/DE102020128931A1/de
Priority to CN202011209667.4A priority patent/CN113665562A/zh
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Abstract

본 발명은 차량 선회 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 제어 장치는 차량의 조향각 정보 및 휠속 정보를 기반으로 일반 선회 상황인지를 판단하고, 상기 일반 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치의 작동 불가 상태인 경우 선회 방향을 기준으로 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 획득되는 데이터 및 상기 프로세서를 구동하기 위한 알고리즘이 저장되는 저장부;를 포함할 수 있다.

Description

차량 선회 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법{Apparatus for controlling turning of a vehicle, system having the same and method thereof}
본 발명은 차량 선회 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 선회 민첩성 향상을 위한 통합 제어 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 차동 기어는 좌우 구동축의 구동 토크가 같아지도록 좌우륜의 회전속도를 다르게 유지시키는 역할을 수행하는 장치이다.
이러한 차동 기어는 엔진 구동축이 피니언과 사이드 기어를 매개로 좌우륜을 구동시키는 좌우 구동축과 연결되어 있는 바, 차량 주행 중 선회시 선회 외측 바퀴는 내측 바퀴보다 더 큰 회전 반경으로 선회하기 때문에 외측 바퀴가 내측 바퀴보다 빨리 회전해야 하므로 이것을 가능하게 하는 것이 차동 장치이다.
차량 주행 시 차량의 좌우에 장착되어 있는 타이어의 크기가 상이하거나 마모의 차이에 의해 좌우 타이어의 동회전 반경이 다른 경우, 동회전 반경이 작은 쪽의 바퀴가 동회전 반경이 큰 쪽의 바퀴보다 좀 더 많이 회전해야 차량이 직진할 수 있다. 따라서 이상적인 차동 기어라면 양쪽 바퀴의 구동 토크가 같아지도록 동회전 반경이 작은 쪽의 회전수를 크게 할 것이다.
전자식 차동 제한 장치(eLSD; electronic Limited Slip Differential)는 클러치 제어를 기반으로 차동 기어를 제어하여 좌우 토크를 배분하는 장치이다.
이러한 전자식 차동 제한 장치는 능동 현가 장치(Active Suspension)와 같은 타 시스템과의 통합 및/또는 협조 제어가 이뤄지지 않고 있다.
본 발명의 실시예는 능동 현가 장치를 이용하여 차량 하중 이동을 통한 휠 슬립을 유도하여 전자식 차동 제한 장치의 작동 금지 상황을 회피하도록 통합 제어함으로써 선회 민첩성을 향상시킬 수 있는 차량 선회 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 제어 장치는 차량의 조향각 정보 및 휠속 정보를 기반으로 일반 선회 상황인지를 판단하고, 상기 일반 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치의 작동 불가 상태인 경우 선회 방향을 기준으로 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 획득되는 데이터 및 상기 프로세서를 구동하기 위한 알고리즘이 저장되는 저장부;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 차량의 조향각 정보를 기반으로 상기 선회 방향을 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 선회 방향을 기준으로 외륜 휠속과 내륜 휠속을 비교하여, 상기 외륜 휠속이 상기 내륜 휠속 보다 큰 경우 상기 일반 선회 상황인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 일반 선회 상황에서 언더스티어(under steer) 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 경우 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동 불가 상태인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 내륜 휠속이 상기 외륜 휠속보다 빠르게 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 능동 현가 장치를 통해 수직력을 발생시켜 상기 선회 방향의 외측으로 차량의 하중을 이동시켜 상기 내륜 휠 슬립을 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 언더스티어링 지수가 상기 미리 정한 임계치 이하인 경우, 상기 전자식 차동 제한 장치를 작동시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 시스템은 차량의 선회 시 선회 방향을 기준으로 외륜으로 구동 토크를 전달하는 전자식 차동 제한 장치; 내륜 및 외륜에 인가되는 수직력을 제어하는 능동 현가 장치; 및 차량의 조향각 정보 및 휠속 정보를 기반으로 일반 선회 상황인지를 판단하고, 상기 일반 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치의 작동 불가 상태인 경우 상기 선회 방향을 기준으로 상기 능동 현가 장치를 통해 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 차량 선회 제어 장치;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차량 선회 제어 장치는, 차량의 조향각 정보를 기반으로 상기 선회 방향을 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차량 선회 제어 장치는, 상기 선회 방향을 기준으로 외륜 휠속과 내륜 휠속을 비교하여, 상기 외륜 휠속이 상기 내륜 휠속 보다 큰 경우 상기 일반 선회 상황인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차량 선회 제어 장치는, 상기 일반 선회 상황에서 언더스티어(under steer) 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 경우 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동 불가 상태인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 내륜 휠속이 상기 외륜 휠속보다 빠르게 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 능동 현가 장치를 통해 수직력을 발생시켜 상기 선회 방향의 외측으로 차량의 하중을 이동시켜 상기 내륜 휠 슬립을 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 제어 방법은 차량의 조향각 정보 및 휠속 정보를 기반으로 일반 선회 상황인지를 판단하는 단계; 상기 일반 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치의 작동 불가 상태인 지를 판단하는 단계; 및 상기 작동 불가 상태인 경우 상기 선회 방향을 기준으로 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 일반 선회 상황인지를 판단하는 단계는, 차량의 조향각 정보를 기반으로 상기 선회 방향을 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 일반 선회 상황인지를 판단하는 단계는, 상기 선회 방향을 기준으로 외륜 휠속과 내륜 휠속을 비교하여, 상기 외륜 휠속이 상기 내륜 휠속 보다 큰 경우 상기 일반 선회 상황인 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 작동 불가 상태인 지를 판단하는 단계는, 상기 일반 선회 상황에서 언더스티어(under steer) 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 경우 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동 불가 상태인 것으로 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 단계는, 상기 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 내륜 휠속이 상기 외륜 휠속보다 빠르게 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 단계는, 차량의 외륜 및 내륜에 각각 인가되는 수직력을 제어하여 상기 선회 방향의 외측으로 차량의 하중을 이동시켜 상기 내륜 휠 슬립을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 작동 불가 상태인 지를 판단하는 단계는, 상기 언더스티어링 지수가 상기 미리 정한 임계치 이하인 경우, 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동 가능 상태인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
본 기술은 능동 현가 장치를 이용하여 차량 하중 이동을 통한 휠 슬립을 유도하여 전자식 차동 제한 장치의 작동 금지 상황을 회피하도록 통합 제어함으로써 선회 민첩성을 향상시킬 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 제어 장치를 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차동 기어 및 전자식 차동 제한 장치 세부 구조도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 일반 선회 예시를 나타내는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 한계 선회 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 현가 장치의 수직력 제어 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 현가 장치에 의한 타이어 마찰원 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직력에 의한 휠 슬립을 유도하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 차동 제한 장치 개별 작동 시 차량의 진행 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 차동 제한 장치 개별 작동 시 차량의 롤링을 설명하기 위한 도면이다.
도 7c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 차동 제한 장치 개별 작동 시 전자식 차동 제한 장치 작동 영역과 비작동 영역에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 차동 제한 장치 통합 제어 시 차량의 진행 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 차동 제한 장치 통합 제어 시 차량의 롤링을 설명하기 위한 도면이다.
도 8c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 차동 제한 장치 통합 제어 시 전자식 차동 제한 장치 작동 영역과 비작동 영역에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 시 통합 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 능동 현가 장치와 연동하여 전자식 차동 제한 장치의 작동 영역을 증대시켜 차량의 선회 민첩성을 향상시킬 수 있는 구성을 개시한다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 제어 장치를 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 제어 장치(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 차량 선회 제어 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다. 특히 본 발명에서 차량 선회 제어 장치(100)는 차량이 선회할 때 전자식 차동 제한 장치(200)와 능동 현가 장치(300)를 통합 제어할 수 있다.
도 2를 참조하면, 차량 시스템은 차량 선회 제어 장치(100), 전자식 차동 제한 장치 (200), 및 능동 현가 장치(300)를 포함할 수 있다.
차량 선회 제어 장치(100)는 차량의 일반 선회 상황과 한계 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치 (200)와 능동 현가 장치(300)를 통합 제어할 수 있다.
전자식 차동 제한 장치(eLSD;electronic Limited Slip Differential, 200)는 클러치 제어를 기반으로 차동 기어를 제어하여 좌우 토크를 배분하여 차량이 선회하도록 제어하는 장치이다. 전자식 차동 제한 장치는 휠속이 높은 휠에서 휠속이 낮은 휠로 구동 토크를 전달하여 차량이 민첩하게 선회할 수 있도록 돕는다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차동 기어(210)에 전자식 차동 제한 장치(200)가 연결된 구조를 도시한다. 도 2를 참조하면 차동 기어(210)는 구동력을 차륜으로 전달하며 전자식 차동 제한 장치(200)는 차륜에 전달되는 구동 토크를 제어한다. 이때 구동력(driving force)은 어떤 속도로 기계를 움직이거나 배·자동차 등을 주행시킬 때 그 운동 저항을 이기기 위한 힘을 말한다.
즉 전자식 차동 제한 장치(200)의 다판 클러치가 체결되지 않으면 일반적인 차동 기어(210)와 동일한 기능으로 좌우 차륜에 동일한 구동 토크가 전달되고, 다판 클러치가 체결되면 좌우 차륜의 회전 수가 같아지면서 구동토크를 한쪽 차륜으로 전달할 수 있게 된다.
능동 현가 장치(300; Active Suspension)는 차량의 차체와 타이어 사이에 별도의 액츄에이터를 구비하여 차체 자세를 능동 제어할 수 있는 장치이다. 능동 현가 장치(300)는 차량의 롤 제어, 피치 제어, 바운스 제어 등을 수행할 수 있다.
차량 선회 제어 장치(100)는 전자식 차동 제한 장치(200)의 작동 후 언더스티어(Under Steer) 차량의 위험도가 증가되어 전자식 차동 제한 장치(200)의 작동이 금지될 때, 능동 현가 장치(300)를 이용하여 하중 이동을 통해 차량의 내륜 슬립을 유도함으로써 전자식 차동 제한 장치(eLSD)의 작동 영역을 증대시킬 수 있다.
차량 선회 제어 장치(100)는 통신부(110), 저장부(120), 및 프로세서(processor;130)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는 무선 또는 유선 연결을 통해 신호를 송신 및 수신하기 위해 다양한 전자 회로로 구현되는 하드웨어 장치로서, CAN(Controller Area Network) 통신, LIN(Local Interconnect Network) 통신, 플렉스레이(Flex-Ray) 통신 등을 통해 차량 내 통신을 수행할 수 있다.
일 예로서, 통신부(110)는 조향각 정보, 휠속 정보, 전자식 차동 제한 장치의 작동 정보 등을 차량 내 장치들로부터 수신할 수 있다.
저장부(120)는 통신부(110)에 의해 수신한 조향각 정보, 휠속 정보, 전자식 차동 제한 장치의 작동 정보 및 프로세서(130)에 의해 획득된 데이터, 차량 선회 제어 장치(100)가 작동하는데 필요한 데이터 및/또는 알고리즘 등이 저장될 수 있다.
저장부(120)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 통신부(110), 저장부(120) 등과 전기적으로 연결될 수 있고, 각 구성들을 전기적으로 제어할 수 있으며, 소프트웨어의 명령을 실행하는 전기 회로가 될 수 있으며, 이에 의해 후술하는 다양한 데이터 처리 및 계산을 수행할 수 있다. 프로세서(130)는 예를 들어, 차량에 탑재되는 ECU(electronic control unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 다른 하위 제어기일 수 있다.
프로세서(130)는 차량의 조향각 정보 및 휠속 정보를 기반으로 일반 선회 상황인지를 판단하고, 일반 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치의 작동 불가 상태인 경우 선회 방향을 기준으로 내륜 휠 슬립을 발생시켜 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 차량의 조향각 정보를 기반으로 선회 방향을 판단하고, 선회 방향을 기준으로 외륜 휠속과 내륜 휠속을 비교하여, 외륜 휠속이 내륜 휠속 보다 큰 경우 일반 선회 상황인 것으로 판단할 수 있다. 반면 프로세서(130)는 외륜 휠속이 내륜 휠속 이하인 경우 한계 선회 상황인 것으로 판단할 수 있다. 도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 일반 선회 예시를 나타내는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 한계 선회 예시를 나타내는 도면이다.
도 3a를 참조하면 차량의 일반 선회 시, 즉 선회 외측 휠속이 내측 휠속보다 큰 경우, 구동 토크가 선회 내측으로 전달되어 요댐핑(yaw damping) 효과가 발생한다. 이때, 차량이 오버스티어(over steer)한 경우 선회 안정성을 향상시킬 수 있으나, 차량이 언더스티어(under steer)한 경우 차량 위험도가 증가될 수 있어 전자식 차동 제한 장치(200)의 작동이 금지된다. 이에 본 발명에서는 능동 현가 장치(300)를 이용하여 차량의 하중을 이동시켜, 선회 내측 휠 슬립을 유도하여, 선회 내측 휠속이 외측 휠속보다 커지도록 제어한다. 이에 전자식 차동 제한 장치(200)가 계속 작동되어 선회 민첩성을 향상시키고 언더스티어를 저감시킬 수 있다. 이때, 언더스티어(under steer)는 차량이 코너를 돌 때 스티어휠을 돌린 각도보다 차량의 회전반경이 커지는 현상으로 차량이 운전자가 의도한 목표 라인보다 바깥쪽으로 벗어나는 경향을 말한다. 오버스티어(oversteer)는 차량이 코너를 돌 때 스티어휠을 돌린 각도보다 회전반경이 작아지는 현상으로 운전자가 의도한 것보다 차량이 급 커브를 하게 되는 경향을 말한다.
도 3b를 참조하면, 차량의 한계 선회 시, 즉 선회 외측 휠속이 내측 휠속 이하인 경우, 구동 토크가 선회 외륜으로 전달되어 선회 민첩성이 증가된다. 차량이 오버스티어한 경우 차량 위험도가 증가되어 전자식 차동 제한 장치(200)의 동작이 금지되고 차량이 언더스티어한 경우 선회 민첩성이 향상되어 언더스티어가 저감되는 효과가 있다. 차량이 오버스티어한 경우 차량의 하중 이동으로 내측 휠 슬림이 발생할 수 있다.
프로세서(130)는 일반 선회 상황에서 언더스티어(under steer) 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 경우 전자식 차동 제한 장치가 작동 불가 상태인 것으로 판단할 수 있다. 즉 프로세서(130)는 언더스티어 경향의 차량이 일반 선회하는 경우 위험상황이 발생할 수 있어 언더스티어 경향이 감소하도록 내륜 휠 슬립을 발생시켜 내륜 휠속이 외륜 휠속보다 빠르게 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 능동 현가 장치를 통해 수직력을 발생시켜 선회 방향의 외측으로 차량의 하중을 이동시켜 내륜 휠 슬립을 발생시킬 수 있다. 이때, 수직력(normal force)은 Z축 방향의 힘을 의미한다.
프로세서(130)는 언더스티어 지수가 미리 정한 임계치 이하인 경우, 전자식 차동 제한 장치를 작동시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 현가 장치의 수직력 제어 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 능동 현가 장치(300)는 차량의 각 륜에 수직력을 다르게 제어하여 피치 제어, 바운스 제어 등을 수행할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 현가 장치에 의한 타이어 마찰원 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 5a를 참조하면, 수직력 Fz가 커질수록 구동력 Fx 및 횡력 Fy이 커짐을 알 수 있다. 도 5b는 수직력 Fz, 구동력 Fx, 횡력 Fy을 하나의 그래프로 나타낸다. 이때, 횡력(Cornering Force)은 선회 구심력이라 하며, 차량이 선회할 때 밖으로 나가려는 원심력과 균형을 이루는 힘을 말한다. 즉 횡력은 타이어가 옆으로 미끄러짐으로써 발생되는데, 타이어의 회전면과 진행 방향과의 각도에 비례하여 커지고, 타이어의 공기압, 사이즈, 현가장치의 형식 등에 의해서도 영향을 받는다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직력에 의한 휠 슬립을 유도하는 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 수직력 차이로 구동력의 차이가 발생하고 구동축 좌우에 동일한 구동 토크가 인가되면 좌우 휠 속 차이로 인해 휠 슬립이 발생한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 차동 제한 장치 개별 제어를 통한 일반 선회 제어 방법에 대해 설명한다.
도 7a를 참조하면, 언더스티어 경향의 차량이 기준 경로보다 도로의 바깥쪽으로 선회하며, 전자식 차동 제한 장치를 개별 작동시키는 경우 더욱 바깥쪽으로 선회하게 되어 충돌 위험이 발생할 수 있다. 이때, 도 7b와 같이 차량의 롤은 안정적이다. 도 7c와 같이 언더스티어 경향의 차량의 횡가속도가 미리 정한 임계치(예, 0.5G)를 초과하는 경우 전자식 차동 제한 장치가 작동 하면 외륜의 구동 토크를 선회 내륜으로 전달하여 선회 민첩성을 증대시킬 수 있다(전자식 차동 제한 장치 작동 영역). 반면 차량의 횡가속도가 미리 정한 임계치(예, 0.5G) 이하인 경우 전자식 차동 제한 장치가 작동하면 선회 시 내륜의 구동 토크의 증가로 언더스티어 경향이 증가하게 되어 차량 위험도가 증가하게 될 수 있어, 전자식 차동 제한 장치의 작동을 중지시킨다(전자식 차동 제한 장치 비작동 영역).
예를 들어 횡가속도가 0.5G를 기준으로 전자식 차동 제한 장치 작동 영역과 전자식 차동 제한 장치 비작동 영역이 구분됨을 알 수 있고, 전자식 차동 제한 장치 작동 영역에 비해 전자식 차동 제한 장치 비작동 영역이 더 넓음을 알 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 차동 제한 장치 통합 제어를 통한 일반 선회 제어 방법에 대해 설명한다.
도 8a를 참조하면, 언더스티어 경향의 차량이 기준 경로보다 도로의 바깥쪽으로 선회하는 경우 전자식 차동 제한 장치(200)와 능동 현가 장치(300)를 통합 제어하여 차량이 기준 경로에 근접하여 주행함을 알 수 있다. 이때, 도 8b와 같이 차량의 롤은 도 7b에서와 달리 약간 높다. 도 8c와 같이 언더스티어 경향의 차량의 횡가속도가 미리 정한 임계치(예, 0.3G)를 초과하는 경우 전자식 차동 제한 장치가 작동 하면 외륜의 구동 토크를 선회 내륜으로 전달하여 선회 민첩성을 증대시킬 수 있다(전자식 차동 제한 장치 작동 영역). 반면 차량의 횡가속도가 미리 정한 임계치(예, 0.3G) 이하인 경우 전자식 차동 제한 장치가 작동하면 선회 시 내륜의 구동 토크의 증가로 언더스티어 경향이 증가하게 되어 차량 위험도가 증가하게 될 수 있어, 전자식 차동 제한 장치의 작동을 중지시킨다(전자식 차동 제한 장치 비작동 영역).
예를 들어 횡가속도가 0.3G를 기준으로 전자식 차동 제한 장치 작동 영역과 전자식 차동 제한 장치 비작동 영역이 구분됨을 알 수 있고, 전자식 차동 제한 장치 비작동 영역에 비해 전자식 차동 제한 장치 작동 영역이 더 넓어 짐을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 능동 현가 장치와 연동하여 전자식 차동 제한 장치의 작동 영역을 확장시킴으로써 더욱 효율적으로 차량 선회를 제어할 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 제어 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 선회 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도 1의 차량 선회 제어 장치(100)가 도 9의 프로세스를 수행하는 것을 가정한다. 또한, 도 9의 설명에서, 장치에 의해 수행되는 것으로 기술된 작동은 차량 선회 제어 장치(100)의 프로세서(130)에 의해 제어되는 것으로 이해될 수 있다.
도 9를 참조하면 차량 선회 제어 장치(100)는 캔(CAN) 통신을 통해 차량 내의 장치로부터 조향각 및 휠속 신호를 수신하고(S101), 조향각 부호를 기반으로 선회 방향을 판단하고, 휠속을 기반으로 선회 외륜 휠속이 내륜 휠속보다 큰 지를 판단하여 일반 선회 상황인지 한계 선회 상황인지를 판단한다(S102). 선회 외륜 휠속이 내륜 휠속 이하이면, 차량 선회 제어 장치(100)는 도 3b와 같은 한계 선회 상황으로 판단한다(S103).
예를 들어, 장치(100)는 조향각이 플러스(+)이면 차량이 좌측으로 선회하는 것으로 판단하고, 조향각이 마이너스(-)이면 우측으로 선회하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 장치(100)는 조향각이 플러스(+)이고 좌측 전륜(FL)의 휠속이 우측 전륜(FR)의 휠속보다 크면, 좌측으로 한계선회 상황인 것으로 판단할 수 있다. 반대로 조향각이 플러스(+)이고 좌측 전륜(FL)의 휠속이 우측 전륜(FR)의 휠속 이하이면, 우측으로 일반선회 상황인 것으로 판단할 수 있다.
선회 외륜 휠속이 내륜 휠속 보다 크면, 차량 선회 제어 장치(100)는 일반 선회 상황으로 판단하고 차량의 언더스티어 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 지를 판단한다(S104). 이때, 차량 선회 제어 장치(100)는 전자식 차동 제한 장치(200)로부터 언더스티어 지수 정보를 수신할 수 있다.
차량의 언더스티어 지수가 미리 정한 임계치 이하이면 차량 선회 제어 장치(100)는 전자식 차동 제한 장치(200)를 개별 작동시킨다(S105). 즉 일반 선회 시 구동 토크가 선회 내륜으로 전달되어 요 댐핑(Yaw damping) 효과가 발생하고, 차량이 오버스티어한 경우 선회 안정성을 향상 시킬 수 있다.
반면, 차량의 언더스티어 지수가 미리 정한 임계치 보다 크면 차량 선회 제어 장치(100)는 차량 위험도 증가로 전자식 차동 제한 장치(200)의 작동 금지 상태로 판단한다(S106).
즉 장치(100)는 조향각 및 휠속을 기반으로 일반 선회 상황인지 한계 선회 상황인지를 판단하고, 일반 선회 상황에서 언더스티어 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 경우 전자식 차동 제한 장치(200)의 작동이 금지된 상태임을 판단할 수 있다.
이어 차량 선회 제어 장치(100)는 능동 현가 장치(300)를 통해 수직력을 발생시켜 선회 외측으로 하중을 이동시킨다(S108). 이때, 타이어의 수직력이 커질수록 구동력 및 횡력이 증가하고, 차량의 외륜과 내륜에 가해지는 수직력의 차이로 구동력 차이가 발생하여 구동축 좌우에 동일한 구동 토크가 인가되면 좌우 횔속 차이로 휠 슬립이 발생한다. 즉 차량 선회 제어 장치(100)는 선회 내륜의 슬립이 발생될 만큼의 수직력을 발생시킨다.
차량 선회 제어 장치(100)는 선회 외륜 휠속이 내륜 휠속보다 큰지를 판단하고(S108), 선회 외륜 휠속이 내륜 휠속 이하가 될 때까지 휠 슬립의 발생을 유도한다.
선회 외륜 휠속이 내륜 휠속 이하이면 즉 내륜 휠속이 외륜 휠속보다 크면 내륜에 휠 슬립이 발생하고, 전자식 차동 제한 장치(200)의 클러치가 체결되어 작동하게 된다. 이때, 클러치가 체결되면, 속도가 빠른 휠에서 속도가 느린 휠로 구동 토크가 전달되어, 차량의 선회 성능이 향상될 수 있다.
따라서, 전자식 차동 제한 장치(200)가 비작동 영역으로 진입 시 능동 현가 장치(300)를 통해 수직력을 이용하여 선회 외측으로 하중을 이동시켜 선회 내륜의 휠 슬립을 유도하여 전자식 차동 제한 장치(200)의 작동이 가능하도록 한다.
이처럼 본 발명은 선회 내륜 슬립이 발생하지 않고 차량이 언더스티어한 경우, 전자식 차동 제한 장치가 작동하면 차량의 위험도가 증가되어 전자식 차동 제한 장치의 작동이 금지되나, 능동 현가 장치를 통한 하중이동으로 내륜 슬립을 유도하여 전자식 차동 제한 장치의 작동영역을 증대시켜 차량의 선회 민첩성을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 10을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 차량의 조향각 정보 및 휠속 정보를 기반으로 일반 선회 상황인지를 판단하고, 상기 일반 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치의 작동 불가 상태인 경우 선회 방향을 기준으로 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 획득되는 데이터 및 상기 프로세서를 구동하기 위한 알고리즘이 저장되는 저장부;
    를 포함하는 차량 선회 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    차량의 조향각 정보를 기반으로 상기 선회 방향을 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 선회 방향을 기준으로 외륜 휠속과 내륜 휠속을 비교하여, 상기 외륜 휠속이 상기 내륜 휠속 보다 큰 경우 상기 일반 선회 상황인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 일반 선회 상황에서 언더스티어(under steer) 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 경우 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동 불가 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 내륜 휠 슬립을 발생시켜 내륜 휠속이 외륜 휠속보다 빠르게 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    능동 현가 장치를 통해 수직력을 발생시켜 상기 선회 방향의 외측으로 차량의 하중을 이동시켜 상기 내륜 휠 슬립을 발생시키는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    언더스티어 지수가 미리 정한 임계치 이하인 경우, 상기 전자식 차동 제한 장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 장치.
  8. 차량의 선회 시 선회 방향을 기준으로 외륜으로 구동 토크를 전달하는 전자식 차동 제한 장치;
    내륜 및 외륜에 인가되는 수직력을 제어하는 능동 현가 장치; 및
    차량의 조향각 정보 및 휠속 정보를 기반으로 일반 선회 상황인지를 판단하고, 상기 일반 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치의 작동 불가 상태인 경우 상기 선회 방향을 기준으로 상기 능동 현가 장치를 통해 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 차량 선회 제어 장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 차량 선회 제어 장치는,
    차량의 조향각 정보를 기반으로 상기 선회 방향을 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 차량 선회 제어 장치는,
    상기 선회 방향을 기준으로 외륜 휠속과 내륜 휠속을 비교하여, 상기 외륜 휠속이 상기 내륜 휠속 보다 큰 경우 상기 일반 선회 상황인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 차량 선회 제어 장치는,
    상기 일반 선회 상황에서 언더스티어(under steer) 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 경우 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동 불가 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 차량 선회 제어 장치는,
    상기 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 내륜 휠속이 상기 외륜 휠속보다 빠르게 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 차량 선회 제어 장치는,
    능동 현가 장치를 통해 수직력을 발생시켜 상기 선회 방향의 외측으로 차량의 하중을 이동시켜 상기 내륜 휠 슬립을 발생시키는
    하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  14. 차량의 조향각 정보 및 휠속 정보를 기반으로 일반 선회 상황인지를 판단하는 단계;
    상기 일반 선회 상황에서 전자식 차동 제한 장치의 작동 불가 상태인 지를 판단하는 단계; 및
    상기 작동 불가 상태인 경우 선회 방향을 기준으로 내륜 휠 슬립을 발생시켜 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 일반 선회 상황인지를 판단하는 단계는,
    차량의 조향각 정보를 기반으로 상기 선회 방향을 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 일반 선회 상황인지를 판단하는 단계는,
    상기 선회 방향을 기준으로 외륜 휠속과 내륜 휠속을 비교하여, 상기 외륜 휠속이 상기 내륜 휠속 보다 큰 경우 상기 일반 선회 상황인 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 작동 불가 상태인 지를 판단하는 단계는,
    상기 일반 선회 상황에서 언더스티어(under steer) 지수가 미리 정한 임계치보다 큰 경우 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동 불가 상태인 것으로 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 방법.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 단계는,
    상기 내륜 휠 슬립을 발생시켜 내륜 휠속이 외륜 휠속보다 빠르게 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 방법.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 전자식 차동 제한 장치가 작동하도록 제어하는 단계는,
    차량의 외륜 및 내륜에 각각 인가되는 수직력을 제어하여 상기 선회 방향의 외측으로 차량의 하중을 이동시켜 상기 내륜 휠 슬립을 발생시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 방법.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 작동 불가 상태인 지를 판단하는 단계는,
    언더스티어 지수가 미리 정한 임계치 이하인 경우, 상기 전자식 차동 제한 장치가 작동 가능 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 선회 제어 방법.
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