KR0153822B1 - 능동형 현가 시스템의 제어장치 - Google Patents

능동형 현가 시스템의 제어장치

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KR0153822B1 KR1019950069673A KR19950069673A KR0153822B1 KR 0153822 B1 KR0153822 B1 KR 0153822B1 KR 1019950069673 A KR1019950069673 A KR 1019950069673A KR 19950069673 A KR19950069673 A KR 19950069673A KR 0153822 B1 KR0153822 B1 KR 0153822B1
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Abstract

본 발명은 상하 가속도 신호의 오작동 신호를 제거하고, 제어 영역 이외의 출력신호를 감소시켜 제어 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 전방 좌측, 후방 좌측 및 후방 우측의 바퀴측에 상하 가속도를 검출하는 상하 가속도 센서를 각기 설치하고, 상하 가속도 센서가 검출하는 상하 가속도 신호를 필터로 필터링하여 잡음 신호를 제거하고, 이를 고역 통과 필터 및 적분기를 통과시켜 차체의 절대 속도를 검출함과 아울러 전방 좌측, 후방 좌측 및 후방 우측의 상하 가속도 신호로 전방 우측의 상하 가속도 신호를 연산하여 차체의 절대 속도를 검출하며, 검출한 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 차체의 절대속도의 이득을 이득 조절기로 조절하며, 저역 통과 필터로 필터링한 후 압력 제어밸브에 인가하여 각각의 바퀴측에 설치된 액츄에이터의 감쇠력을 각기 조절한다.

Description

능동형 현가 시스템의 제어장치
제1도는 종래의 제어장치의 구성을 보인 도면.
제2도는 본 발명의 제어장치의 일실시예 구성을 보인 회로도.
제3도는 본 발명의 제어장치의 다른 실시예 구성을 보인 회로도.
제4도는 제3도의 고역 통과 필터/적분기의 주파수 특성을 보인 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11, 12, 13 : 상하 가속도 센서 14 : 아날로그 필터
15 : 절대속도 검출부 16, 17 : 이득 조절기
18 : 저역 통과 필터 19, 20, 21, 22 : 압력 제어 밸브
23, 24, 25, 26 : 액츄에이터 151 : 고역 통과 필터
152 : 가속도 연산기 153 : 적분기
154 : 고역 통과필터/적분기
본 발명은 차량에 구비되어 있는 능동형 현가 시스템(active suspension system)의 유압 액츄에이터의 동작을 제어하는 능동형 현가 시스템의 액츄에이터 제어장치에 관한 것으로 특히 차체의 상하 운동을 효과적으로 억제하고, 압력 제어 밸브의 동특성을 고려하여 제어 출력으로 인한 차체의 운동 성능의 약화를 방지함은 물론 차량이 긴 경사로 등을 주행할 경우에 제어 압력의 포화를 방지하여 차체의 상하 운동 제어를 정확히 수행할 수 있도록 한 능동형 현가 시스템의 제어장치에 관한 것이다.
차량이 주행할 경우에 노면으로 부터 진동이나 충격 등을 받게 되고, 이 진동 및 충격 등이 차체에 직접 전달될 경우에 승차감을 해치게 된다.
그러므로 차량에는 현가 시스템을 구비하고, 차량이 주행하면서 노면으로부터 받는 진동이나 충격 등을 차체에 직접 전달되지 않도록 하고 있다.
현가 시스템으로는 능동형 현가 시스템이 있다. 이 능동형 현가 시스템은 유압원을 보유하고, 제어장치의 제어 출력신호에 따라 유압원으로부터 공급된 공급압력을 제어압력으로 조절할 수 있는 압력 제어 밸브를 구비하며, 압력 제어 밸브로부터 제어 압력을 공급받아 차체에 힘을 가할 수 있도록 차체와 차륜의 사이에 액츄에이터가 장착되고, 차체의 상하 가속도를 검출할 수 있는 상하 가속도 검출기와, 검출된 센서신호를 입력받아 연산을 거쳐 제어 출력신호를 압력 제어 밸브의 솔레노이드로 보내는 제어장치를 갖추고 있다.
능동형 현가 시스템을 구비하고 있는 차량에서 차체의 상하운동을 억제하기 위하여 종래에는 차체에, 상하 가속도를 검출할 수 있도록 각각 차륜 상부의 차체 부위에 상하 가속도 검출기를 장착하고, 이 상하 가속도 검출기가 검출한 가속도 신호를 적분기로 적분하여 해당 검출위치의 차체의 상하 운동속도를 구하며, 구한 차체의 상하 운동속도에 미리 설정된 소정의 이득(gain)을 곱하여 해당 압력 제어 밸브를 제어하며, 압력 제어 밸브의 제어 압력을 해당 액츄에이터로 공급하여 차체의 상하운동을 억제시키고 있다.
이러한 종래의 기술을 제1도의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 종래의 제어장치의 구성을 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 차체(1)에 피스톤 로드(2A)의 단부가 고정되고, 차륜(3)에 실린더 튜브(2B)가 설치되는 액츄에이터(2)가 구비되고, 이 액츄에이터(2)에 작동 압력을 공급하는 압력 제어 밸브(4)가 있으며, 실린더 튜브(2B)와 차체(1)의 사이에 코일 스프링(5)이 설치된다.
그리고 차체(1)의 상하 가속도를 상하 가속도 검출기(6)로 검출하고, 검출한 상하 가속도를 적분기(7)에서 적분하여 상하 방향의 속도를 구한 후 소정의 이득(K)을 곱하며, 이 결과 값(Vx)을 감산기(8)에서 차체(1)를 지지하기 위한 소정의 오프셋 전압(V0)에서 감산하며, 감산한 결과를 제어장치의 지령 값으로써 압력 제어 밸브(4)에 인가하여 액츄에이터(2)의 감쇠력을 조절하게 구성되어 있다.
이러한 종래의 제어장치는 차량이 양호한 노면을 주행할 경우에 차체(1)에 설치된 상하 가속도 검출기(6)로 부터 검출신호가 발생하지 않으므로 상하 가속도 검출기(6)의 가속도 검출값은 '0'으로 되고, 각각 압력 제어 밸브(4)의 출력 압력은 제어장치의 일정한 출력전압(V0)에 대응한 오프셋 압력 값(P0)으로 설정되어 차체를 지지하고 있다.
이와 같은 상태에서 차량이 요철이 있는 노면을 주행하게 되면, 차체(1)에 장착된 상하 가속도 검출기(6)는 차체의 운동에 따른 상하 가속도를 검출하고, 검출한 상하 가속도는 적분기(7)에 입력되어 적분됨과 아울러 소정의 이득(K)이 곱해져 차체의 상하 운동 속도가 계산되며, 계산된 차체의 상하 운동 속도는 감산기(8)에 입력된다.
그러면, 감산기(8)는 차체를 지지하기 위해 항상 일정하게 출력되고 있는 오프셋 전압(Vo)에서 적분기(7)가 출력하는 차체의 상하 운동 속도를 감산하고, 감산한 결과 값을 압력 제어 밸브(4)로 출력하여 액츄에이터(2)의 감쇠력을 조절하고, 차체(1)의 상하 운동을 억제하게 된다.
이러한 종래의 기술은 상하 가속도의 검출신호를 단순히 적분하여 상하 속도를 연산하고, 연산한 상하 속도의 값을 구동값으로 출력하여 압력 제어 밸브(4) 및 액츄에이터(2)를 제어하게 된다.
그러므로 거리가 긴 오르막길이나 내리막길 또는 고속도로 상에서 커브길 등의 경사진 도로를 주행할 경우에 차체의 상하 운동에 관계없이 상하 가속도가 장시간에 걸쳐서 일정한 값을 유지하게 되고, 이 값에 의하여 연산된 구동값이 계속 출력되므로 압력 제어 밸브(4)에 의한 출력 압력은 제어 압력 범위를 넘어서게 되며, 제어 압력은 포화 압력 특성을 나타내게 되어 더 이상 제어를 할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
또한 유압 시스템의 느린 동특성으로 인하여 차량 운동 성능이 오히려 제어를 하지 않을 때보다도 더 나빠지게 되는 주파수 영역이 있는 문제점도 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상하 가속도 신호의 오작동 신호를 제거하고, 제어 영역 이외의 출력신호를 감소시켜 제어 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 능동형 현가 시스템의 제어장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동형 현가 시스템의 제어장치는 전방 좌측, 후방 좌측 및 후방 우측의 바퀴측에 상하 가속도를 검출하는 상하 가속도 센서를 각기 설치하고, 상하 가속도 센서가 검출하는 상하 가속도 신호를 필터로 필터링하여 잡음 신호를 제거하고, 이를 고역 통과 필터 및 적분기를 통과시켜 차체의 절대 속도를 검출함과 아울러 전방 좌측, 후방 좌측 및 후방 우측의 상하 가속도 신호로 전방 우측의 상하 가속도 신호를 연산하여 차체의 절대 속도를 검출하며, 검출한 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 차체의 절대속도의 이득을 이득 조절기로 조절하며, 저역 통과 필터로 필터링한 후 압력 제어밸브에 인가하여 각각의 바퀴측에 설치된 액츄에이터의 감쇠력을 각기 조절하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 제2도 내지 제4도의 도면을 참조하여 본 발명의 능동형 현가 시스템의 제어장치를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명의 제어장치의 일실시예 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이, 차량의 전방 좌측, 후방 좌측 및 후방 우측의 바퀴측에 설치되어 상하 가속도를 각기 검출하는 상하 가속도 센서(11,12,13)와, 상기 상하 가속도 센서(11,12,13)의 출력신호를 필터링하여 잡음을 제거하는 아날로그 필터(14)와, 상기 아날로그 필터(14)의 출력신호로 차체의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 절대 속도를 검출하는 절대속도 검출부(15)와, 상기 절대속도 검출부(15)가 검출한 전방 좌측 및 전방 우측 절대 속도와 후방 좌측 및 후방 우측의 절대 속도의 이득을 각기 조절하는 이득 조절기(16)(17)와, 상기 이득 조절기(16)(17)의 출력신호를 저역 필터링하는 저역 통과 필터(18)와, 상기 저역 통과 필터(18)의 출력신호에 따라 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 바퀴에 설치된 액츄에이터(23,24,25,26)의 감쇠력을 각기 제어하는 압력 제어 밸브(19,20,21,22)로 구성하였다.
여기서, 절대속도 검출부(15)는, 아날로그 필터(14)의 출력신호 중에서 고역 신호만을 검출하는 고역 통과 필터(151)와, 상기 고역 통과 필터(151)의 출력신호로 전방 우측의 상하 가속도를 연산하는 가속도 연산기(152)와, 상기 고역 통과 필터(151) 및 가속도 연산기(152)의 출력신호를 각기 적분하여 차체의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 절대 속도신호를 출력하는 적분기(153)로 구성하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제어장치의 일실시예는 차량이 주행할 경우에 상하 가속도 센서(11,12,13)는 전방 좌측, 후방 좌측 및 후방 우측의 상하 가속도를 각기 검출하여 출력하고, 출력한 상하 가속도 신호는 아날로그 필터(14)를 통해 각기 필터링되어 잡음신호가 제거된다.
여기서, 아날로그 필터(14)의 컷 오프(cutoff) 주파수는 능동형 현가 시스템의 제어대상 주파수를 고려하여 설정한다.
아날로그 필터(14)를 통과한 신호는 절대속도 검출부(15)에 입력된다.
그러면, 절대속도 검출부(15)는 입력된 전방 좌측, 후방 좌측 및 후방 우측의 상하 가속도 신호를 고역 통과 필터(151)로 필터링하여 상하 가속도 검출신호에 포함된 오프셋 전압을 제거하게 된다.
즉, 차체가 실제로 가속도를 받고 있지 않는 상태에서 상하 가속도 센서(11,12,13)의 동작 특성으로 인하여 가속도 검출신호를 출력하는 것으로서 이 출력하는 가속도 검출신호를 고역 통과 필터(151)로 필터링하여 제거한다.
즉, 차량이 경사로를 오르거나 내려갈 경우와 고속 회전을 위하여 도로에 만들어진 경사면을 주행할 경우에 상하 가속도 센서(11,12,13)도 차체와 함께 경사지게 되어 상하 가속도 검출신호는 마치 일정한 상하 가속도가 차체에 걸리고 있는 것처럼 일정한 직류 오프셋 전압을 포함하게 된다.
그러므로 상기한 상하 가속도 검출신호로 액츄에이터(23,24,25,26)의 감쇠력을 제어하게 되면, 압력 제어 밸브로부터 액츄에이터(23,34,25,26)에 공급되는 에어 출력 압력이 급격히 포화되는 현상이 발생하게 되고, 이로 인하여 제어 성능이 악화되는 현상을 초래하게 되는 것으로서 본 발명에서는 상하 가속도 검출 신호를 고역 통과 필터(151)로 필터링하여 직류 오프셋 전압을 제거함으로써 압력 제어 밸브로부터 액츄에이터(23,24,25,26)에 공급되는 에어 출력 압력이 급격히 포화되는 현상이 방지되고, 성능의 약화를 방지하게 된다.
고역 통과 필터(151)가 검출한 고역 신호는 가속도 연산기(152)에 입력되어 다음의 식(I)과 같이 전방 우측의 상하 가속도가 연산된다.
여기서, aFR은 전방 우측 상하 가속도 신호이고,
aFL은 전방 좌측 상하 가속도 신호이고,
aRR은 후방 우측 상하 가속도 신호이고,
aRL은 후방 좌측 상하 가속도 신호이다.
이와 같이 하여 검출된 전방 좌측 상하 가속도 신호, 후방 우측 상하 가속도 신호 및 후방 좌측 상하 가속도 신호와 연산된 하나의 전방 우측 상하 가속도 신호는 적분기(153)에서 적분되어 차체의 절대속도가 검출된다.
이와 같이 검출된 전방 좌측 및 전방 우측의 절대속도와, 후방 우측 및 후방 좌측의 절대속도는 이득 조절기(16)(17)에 각기 입력되어 소정의 이득 조절값(KF)(KR)이 곱해지고, 저역 통과 필터(18)를 통해 저역 필터링되어 압력 제어 밸브(19,20,21,22)의 동특성으로 고려한 적정 제어범위의 신호만 검출되며, 검출된 신호는 압력 제어밸브(19,20,21,22)에 각기 입력된다.
여기서, 저역 통과 필터(18)는 차량이 정차할 경우에 차체를 지지하기 위하여 항상 일정한 제어신호를 출력하고 있고, 압력 제어밸브(19,20,21,22)는 저역 통과 필터(18)가 출력하는 제어신호에 따라 일정한 제어압력을 액츄에이터(23,24,25,26)로 출력하고 있다.
따라서 저역 통과 필터(18)에서 출력되는 제어신호는 정차시 차체를 지지하기 위하여 각각의 바퀴별로 출력하는 신호에 차체의 절대속도에 따른 값을 감산한 결과를 출력하게 되는 것으로 차량이 범프 등을 통과할 경우에 액츄에이터(23,24,25,26)의 제어압력을 낮추어 노면의 형상에 의한 진동이 차체에 전달되는 것을 감소시키게 된다.
한편, 제3도는 본 발명의 제어장치의 다른 실시예 구성을 보인 회로도이다.
이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예는 아날로그 필터(14)의 출력 신호로 전방 우측의 상하 가속도를 연산하는 가속도 연산기(152)와, 상기 아날로그 필터(14) 및 가속도 연산기(152)의 출력신호를 각기 고역 필터링하고 적분하여 차체의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 절대 속도신호를 출력하는 고역 통과 필터/적분기(154)로 절대속도 검출부(15)를 구성하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예는 아날로그 필터(14)에서 출력되는 전방 우측, 후방 우측 및 후방 좌측의 상하 가속도 신호로 가속도 연산기(152)가 상기한 일실시예에서와 같이 전방 우측의 상하 가속도를 연산하게 된다.
그리고 아날로그 필터(14)가 출력하는 전방 우측, 후방 우측 및 후방 좌측의 상하 가속도 신호와, 가속도 연산기(152)가 연산한 전방 우측의 상하 가속도 신호는 고역 통과 필터/적분기(154)로 입력되어 고역 필터링되고, 적분되어 전방 우측, 후방 우측, 후방 좌측 및 전방 우측의 절대속도를 출력하게 된다.
여기서, 고역 통과 필터/적분기(154)는 고역 통과 필터(151) 및 적분기(153)를 하나로 통합한 것으로서 일종의 대역 통과 필터로 동작하게 된다.
고역 통과 필터/적분기(154)의 주파수 특성은 제4도에 도시된 바와 같으며, 이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 직선 A 부분에서 검출된 상하 가속도 신호 중에서 저역 성분의 크기는 감소하게 하고, 직선 B 부분은 이상적인 적분기의 주파수 특성과 동일하게 설계하여 상하 가속도 신호가 적분되어 상하 속도로 변환할 수 있도록 하였다.
이상에서와 같이 본 발명은 상하 가속도 센서가 검출한 상하 가속도 신호를 고역 통과 필터로 필터링함으로써 차체가 기울어진 상태 즉, 경사로를 주행할 경우에 상하 가속도 센서도 차체와 함께 경사지게 되면서 상하 가속도의 검출에 오프셋 전압이 실리게 되어 스카이훅 제어의 효과를 저감시키게 되는 현상을 제거할 수 있고, 제어효과를 증대시킬 수 있으며, 또한 저역 통과 필터를 구비하여 성능이 더 나빠지는 구간의 제어출력신호의 크기를 감소시킴으로써 제어성능의 약화를 방지하게 된다.

Claims (4)

  1. 차량의 전방 좌측, 후방 좌측 및 후방 우측의 바퀴측에 설치되어 상하 가속도를 각기 검출하는 상하 가속도 센서(11,12,13)와, 상기 상하 가속도 센서(11,12,13)의 출력신호를 필터링하여 잡음을 제거하는 아날로그 필터(14)와, 상기 아날로그 필터(14)의 출력신호로 차체의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 절대 속도를 검출하는 절대속도 검출부(15)와, 상기 절대 속도 검출부(15)가 검출한 전방 좌측 및 전방 우측 절대 속도와 후방 좌측 및 후방 우측의 절대 속도의 이득을 각기 조절하는 이득 조절기(16)(17)와, 상기 이득 조절기(16)(17)의 출력신호를 저역 필터링하는 저역 통과 필터(18)와, 상기 저역 통과 필터(18)의 출력신호에 따라 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 바퀴에 설치된 액츄에이터(23,24,25,26)의 감쇠력을 각기 제어하는 압력 제어 밸브(19,20,21,22)로 구성됨을 특징으로 하는 능동형 현가 시스템의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 절대속도 검출부(15)는, 아날로그 필터(14)의 출력신호 중에서 고역 신호만을 검출하는 고역 통과 필터(151)와, 상기 고역 통과 필터(151)의 출력신호로 전방 우측의 상하 가속도를 연산하는 가속도 연산기(152)와, 상기 고역 통과 필터(151) 및 가속도 연산기(152)의 출력신호를 각기 적분하여 차체의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 절대 속도신호를 출력하는 적분기(153)로 구성됨을 특징으로 하는 능동형 현가 시스템의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 절대속도 검출부(15)는, 아날로그 필터(14)의 출력신호로 전방 우측의 상하 가속도를 연산하는 가속도 연산기(152)와, 상기 아날로그 필터(14) 및 가속도 연산기(152)의 출력신호를 각기 고역 필터링하고 적분하여 차체의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측의 절대 속도신호를 출력하는 고역 통과 필터/적분기(154)로 절대속도 검출부(15)를 구성됨을 특징으로 하는 능동형 현가 시스템의 제어장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 가속도 연산기(152)는 다음의 식(I)로 전방 우측의 상하 가속도를 연산하는 것을 특징으로 하는 능동형 현가 시스템의 제어 장치.
    여기서, aFR은 전방 우측 상하 가속도 신호이고, aFL은 전방 좌측 상하 가속도 신호이고, aRR은 후방 우측 상하 가속도 신호이고, aRL은 후방 좌측 상하 가속도 신호이다.
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