KR0169183B1 - 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량 현가 시스템을 위한 감쇄력 특성 제어 장치 및 방법에 있어서, 탄성 질량체와 비탄성 질량체 사이의 상대 속도는 탄성 질량체 가속도 신호를 기초로 하여 얻어진 탄성 질량체 수직 속도로부터 소정의 전달 함수를 사용하여 계산된다. 양호한 실시예에서, 소정의 전달 함수는 Gu(s)=(QS2+RS)/(FS2+DS+E)로서 표현되며, 이때 Q=m1·c2, R=m1·k2, F=c1·c2, D=c1·k2+k1·c2, E=k1·k2이고, S는 라플라스 연산자, c1은 완충기 수단의 감쇄 계수, c2는 차륜들 중 대응 차륜의 감쇄 계수, k1은 완충기 수단의 스프링 상수, k2는 차륜들 중 대응 차륜의 스프링 상수, m1은 탄성 질량체, 그리고 m2는 비탄성 질량을 나타낸다.

Description

차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치 및 방법
제1도는 본 발명의 실시예 1에 따른 차량 현가 시스템의 감쇄력 제어 장치의 배열을 도시한 설명도.
제2도는 제1도에 도시된 완충기 감쇄력 제어 장치의 제어 유니트 및 그 주변 회로를 도시한 회로 블록도.
제3도는 제1도 및 제2도에 도시된 실시예 1에 사용된 각 완충기의 부분 단면도.
제4도는 제3도에 도시된 예시적인 완충기 SA의 부분 확대 단면도.
제5도는 제3도 및 제4도에 도시된 완충기의 피스톤 속도에 대한 감쇄력을 나타내는 특성 그래프.
제6도는 스텝핑 모터에 합체된 예시적인 완충기에 설치된 조정기의 제2도 및 제3도에 도시된 예시적인 펄스(스텝핑)모터의 회전에 따른 스텝 위치들에 대응하는 감쇄력 제어 영역을 나타내는 감쇄 계수 특성 그래프.
제7a도, 제7b도 및 제7c도는 제4도에 도시된 완충기의 요부를 도시한 것으로, 제4도의 K-K선을 따라 절결한 단면도.
제8a도, 제8b도 및 제8c도는 제3도 및 제4도에 도시된 완충기의 주요부를 나타내는 것으로 제4도의 L-L 선 및 M-M 선을 따라 절결한 단면도.
제9a도, 제9b도 및 제9c도는 제3도 및 제4도에 도시된 완충기의 주요부를 도시한 것으로 제4도의 N-N선을 따라 절결한 단면도.
제10도는 신장 행정측(위상)이 제4도에 도시된 완충기의 피스톤에 대하여 강성 감쇄력 특성에 있을 때의 감쇄력 특성 그래프.
제11도는 신장 및 압축 행정측(위상)들이 모두 연성 감쇄력 상태에 있을 때의 감쇄력 특성 그래프.
제12도는 압축 행정측(위상)이 강성 감쇄력 상태에 있을 때의 감쇄력 특성 그래프.
제13도는 제어 신호가 각 완충기에 대하여 형성되어 있는 제1도에 도시된 본 발명의 실시예 1에 따른 현가 시스템 감쇄력 제어 장치의 신호 처리 회로를 도시한 회로 블록도.
제14도는 본 발명의 실시예 1에 따른 경우의 제어 유니트에서 실행되는 작동 흐름도.
제15a도, 제15b도, 제15c도, 제15d도 및 제15e도는 본 발명의 실시예 1에서의 제어 유니트의 감쇄력 특성 제어 작동을 나타내는 타이밍 챠트.
제16a도, 제16b도, 제16c도, 제16d도 및 제16e도는 스프렁 매스의 수직 속도 및 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 수직 속도에 기초하여 형성되는 제어 신호의 형성 상태를 나타내는 타이밍 챠트.
제17a도 및 제17b도는 실시예 1의 경우에서의 전달 함수와 변경 실시예에서의 상기 전달 기능에 대한 근사(대략)전달 함수 및 변경 실시예에서의 근사(대략)대역 필터의 이득 및 상 특성을 나타내는 그래프.
제18도는 실시예 1의 경우에 감쇄력 제어장치의 전달 함수 계산 모델을 도시한 설명도.
제19a도 및 제19b도는 감쇄력 특성 제어 장치의 실시예 1의 변경 실시예에서의 근사(대략)대역 필터와 근사 고역 필터의 간이 회로 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 스텝핑 모터 4 : 제어 유니트
7 : 피스톤 로드 22 : 체크 밸브
30 : 실린더 31 : 피스톤
32 : 저장조 33 : 외피
34 : 기부 35 : 안내 부재
36 : 현가 스프링 37 : 완충 고무
40 : 조정기
본 발명은 자동차의 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성을 적절하게 저어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일본국 특허 출원 공개 소61-163011호는 제1선행 기술의 현가 시스템으로서 복수개의 완충기를 갖는 감쇄력 특성 제어 장치를 구비하고 있는 것이 기재되어 있다.
이 선행 기술의 현가 감쇄력 특성 제어 장치에서는, 스프렁 매스 수직 속도 표시 신호 및 각 완충기에 인접하여 배치된 차량의 스프렁 매스와 대응 차륜의 언스프렁 매스 사이의 상대 속도 표시 신호가 검출 및 출력된다.
스프렁 매스 수직 속도 표시 신호와 상대 속도 표시 신호의 방향 판별 신호들이 서로 일치하면, 완충기들 중 대응하는 하나에서의 감쇄력 특성이 강성 특성으로 설정된다. 스프렁 매스 수직 속도 신호와 언스프렁 매스 수직 속도 표시 신호 중 어느 하나가 속도 신호들 중 다른 것에 일치하지 않으면, 완충기들 중 대응하는 하나에서의 감쇄력 특성은 연성 특성으로 설정된다. 이러한 방식에서, 스카이 후크(Sky Hook)이론에 기초한 감쇄력 특성 제어는 각 완충기에 대하여 개별적으로 서로 독립적으로 수행된다.
또한, 일본국 특허 공개 평4-53712호에는 복수개의 완충기를 갖는 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치가 두 번째로 제안되어 있다.
상기 현가 감쇄력 제어 장치에서는 강성 특성이 압축 단계에서 나타난 연성 특성과 함께 신장 상에서 나타나는 제1모드와 강성 특성이 신장 단계에서 나타난 연성 특성과 함께 압축 단계에서 나타나는 제2모드를 갖는 형태의 완충기가 각 완충기에 사용된다. 절환 제어가 스프렁 매스 수직 속도(△X, 이후에는 간단하게 스프렁 매스 속도라 함)의 방향에 따라 제1모드와 제2모드 사이에서 수행된다.
구체적으로 설명하면, 상기 두 번째로 제안되어 있는 현가 감쇄력 특성 제어장치에서 스프렁 매스 수직 속도 신호(△X)의 방향 판별 신호가 상방을 지시하면 (즉, +이면), 감쇄력 절환 제어는 강성 감쇄력 특성이 신장 단계에서 나타나도록 제1모드로 절환된다. 스프렁 매스 수직 속도의 방향 판별 신호가 하방이면(즉, -이면), 감쇄력 특성은 강성 감쇄력 특성이 압축 단계에서 나타나도록 제2모드로 절환된다. 그러면, 신장 또는 압축 단계중 하나로 제어되는 강성 감쇄력 특성은 스프렁 매스 속도(△X)의 크기에 비례하는 감쇄력 특성 위치(P)를 제공하도록 제어되며, 이로써 스프렁 매스 수직 속도(△X) 및 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도(△X-△X0, 이후에는 간단하게 상대 속도라 함)의 방향 판별 신호들이 서로 일치하는 감쇄력 억제 영역에서는 방향 판별 신호들이 일치하는 시간에 제어에 필요한 신장 또는 압축 단계 중 하나에서의 감쇄력 특성이 더욱 제어되어서 그 강성 감쇄력 특성이 스프렁 매스·속도(△X)에 비례하고 상기 방향 판별 신호들이 서로 일치하지 않게 되는 진동 인가 영역에서 제어를 필요로 하는 신장 또는 압축 단계 중 하나에서의 감쇄력 특성이 제어되어 소정의 낮은(연성)감쇄력을 제공할 수 있게 된다. 두 번째로 제안된 현가 감쇄력 제어 장치는 더 간단한 구조로 상술한 것과 같은 스카이 후크 이론을 실현할 수 있다.
상술한 첫 번째와 두 번째로 제안된 현가 감쇄력 제어 장치 각각에서, 스프렁 매스 수직 속도(△X)는 대응 차량의 본체 위치에 설치된 스프렁 매스 수직 가속 센서에 의해 검출된 스프렁 매스 수직 가속 신호를 적분 또는 저역 필터에 통과시킴으로써 유도된다. 또한 스프렁 매스 및 언스프렁 매스 사이의 상대 속도는 대응하는 언스프렁 매스에 설치된 행정 센서에 의해 출력된 상대 변위 지시 신호를 미분 또는 고역 필터를 통과시킴으로써 유도된다.
상기 첫 번째 및 두 번째로 제안된 현가 시스템의 감쇄력 제어 장치에서는 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 검출하는 행정 센서를 언스프렁 매스부에 설치할 필요가 있다. 따라서, 상기 현가 감쇄력 제어 장치들 각각에서의 시스템 형상은 복잡해지며, 각 행정 센서를 차량에 실제로 설치하기 어렵다. 또한, 현가 시스템의 감쇄력 특성부의 제조 비용이 높아지게 된다.
본 발명의 목적은 구조가 간단하고 제조 비용이 값싸며, 차량 본체의 스프렁 매스와 차륜(차륜 조립체)중 대응하는 하나의 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 계산하는 것이 행정 센서 등의 각각의 상대 속도 검출 센서 없이 수행되는 차량 현가 시스템의 감쇄력을 제어하는 장치 및 방법을 마련하는 것이다.
본 발명의 일면에 따르면, 차량 본체의 스프렁 매스와 차륜 중 대응하는 하나에서의 언스프렁 매스 사이에 삽입된 완충기 수단을 갖는 차량 현가 시스템의 감쇄력 제어 특성을 제어하는 장치가 마련되는데, 상기 제어 장치는 a) 완충기 수단에의해 작용되는 감쇄력 특성을 입력 신호에 응답하여 변화시키도록 구성 및 배열된 작동기와, b) 스프렁 매스로서의 차체의 자세를 검출하여 차체의 자세를 지시하는 제1신호를 출력하는 검출 수단과, c) 상기 검출 수단에 의해 출력된 제1신호를 스프렁 매스의 스프렁 매스 수직 속도를 지시하는 제2신호로 변환시키는 속도 변환 수단과, d) 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 검출하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이에서의 판단된 상대 속도를 지시하는 제3신호를 출력하는 판단 수단과, e) 상기 속도 변환 수단에 의해 출력된 제2신호 및 상기 판단 수단에 의해 출력된 제3신호에 기초하여 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 생성 수단과, f) 상기 제어 신호에 기초하여 작동기를 거쳐 완충기 수단의 감쇄력 특성을 제어하는 제어 수단을 포함하며, 상기 상대 속도 판단 수단은 검출 수단에 의해 출력된 제1신호로부터의 소정의 전달 함수를 사용하여 스프렁 매스(m1)와 언스프렁 매스(m2)사이의 상대 속도를 계산하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 계산된 상대 속도를 지시하는 제3신호를 출력하는 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 차체의 스프렁 매스와 차륜 중 대응하는 하나에서의 언스프렁 매스 사이에 삽입되는 완충기 수단을 갖는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성을 제어하는 방법이 마련되는데, 상기 제어 방법은 a) 스프렁 매스로서의 차체의 자세를 검출하여 차체의 자세를 지시하는 제1신호를 출력하는 스텝과, b) 상기 검출 수단에 의해 출력된 제1신호를 스프렁 매스의 스프렁 매스 수직속도를 지시하는 제2신호로 변환하는 스텝과, c) 상기 스텝 a)에서 출력된 제1신호로부터 소정의 전달 함수를 사용하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 계산하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 계산된 상대 속도를 지시하는 제3신호 출력하는 스텝과, d) 상기 완충기에 의해 작용된 감쇄력이 제어 신호에 기초하여 제어되도록 감쇄력 특성 제어 수단에 공급되는 제어 신호를 상기 스텝 b)에서 출력된 제2신호와 스텝 c)에서 출력된 제3신호에 따라 생성하여 출력하는 스텝을 포함하며, 상기 스텝 a)에서 출력된 제1신호로부터의 소정의 전달함수를 사용하여 상기 스텝 c)에서 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명의 실시예 1에 따른 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어장치의 전체적인 시스템을 설명하는 도면이다.
4개의 완충기[SAFL, SAFR, SARL, SARR; 첨자 FL은 전방 좌륜측(위치)을, FR은 전방 우륜측(위치)을, RL은 좌후륜측(위치)을, RR은 우후륜측(위치)을 나타냄]이 있는데, 이들 모든 완충기(서로 동일한 구조를 취함)들이 차량 본체(스프렁 매스)의 소정 부분들과 각 차륜(타이어, 언스프렁 매스)사이에 삽입되기 때문에 대표적으로 하나의 완충기를 간단하게 SA라 한다. 차륜들은 차량의 전방 좌우측륜과 후방 좌우측륜으로 되어 있다. 상술한 차량 본체의 소정 부분들이란 전방 좌우측륜 위치와 후방 좌우측륜 위치를 의미한다.
제1도에 도시된 것처럼, 스프렁 매스(차량 본체)상에 작용된 수직 스프렁 매스 가속을 검출하기 위하여 각각 마련된 수직(즉, 상하방) 가속(G : 중력) 센서(1; 1FL, 1FR, 1RR)는 전방 좌우측륜측과 후방 우측륜측의 완충기(SA)에 인접한 차체의 소정 부분 상에 부착된다.
제어 유니트(4)가 가속 센서(1FR, 1FL, 1RR)로부터 유도된 신호들을 수신하고 이들을 처리하여 4개의 각 완충기(SA)에 해당 작동기(즉, 스텝핑 모터)에 상기 구동신호를 출력하도록 차량의 소정 부분에 설치된다.
제2도는 제1도에 도시된 실시예의 차량 완충기 감쇄력 제어 장치의 회로 블록도이다.
제1도 및 제2도에서, 제어 유니트(4)는 운전자 시트 가까이의 차체의 일부분에 설치된다. 제어 유니트(4)는 인터페이스 회로(4a)와, CPU(4b, 중앙 처리 장치)와, ROM 및 RAM을 갖는 메모리(4bb)와, 출력 인터페이스(4aa)와, 작동기 구동 회로(4c)와, 공통 버스를 포함한다.
제어 유니트(4)는 출력 인터페이스(4aa)와 대응 스텝핑 모터(3)사이에 연결된 각각의 구동 회로(4c)를 갖추고 있다.
제2도에 도시된 제어 유니트(4)는 제13도에 도시된 것과 같은 하드웨어 구조의 의미에서 단일 처리 회로를 갖추고 있다.
제3도는 제1도 및 제2도에 도시된 각 완충기(SA)의 단면도이다.
제3도에 도시된 것처럼, 완충기(SA)는 상부 챔버(A)와 하부 챔버(B)를 형성하는 실린더(30) 및 (가동)피스톤(31)과, 실린더(30)의 외주연 단부 상에 저장조 챔버(32)가 형성되어 있는 외피(33)와, 하부 챔버(B)와 저장조(32)를 형성하는 기부(34)와, 가동 피스톤(31)이 그 타단부에 연결된 있는 피스톤 로드(7)의 활주 이동을 안내하는 안내 부재(35)와, 외피(33)와 차량 본체 사이에 삽입된 현가 스프링(36)과, 완충 고무(37)를 포함한다.
제1도 및 제2도에 도시된 각 스텝핑 모터(3)는 대응하는 하나의 작동기 구동기(회로, 4c)로부터의 회전 구동 신호에 응답하여 제어 로드(70)를 거쳐 조정기(40, 제4도)를 최전 작동시키도록 제3도에 도시된 것처럼 대응하는 하나의 완충기(SA)의 상부 위치에 설치된다. 대응하는 하나의 스텝핑 모터(3)의 회전축은 제어 로드(70)를 거쳐 각 완충기(SA)내의 대응 조정기(40)에 기계적으로 연결된다.
제4도는 피스톤 조립체(31)의 일부와 이와 관련한 각 완충기(SA)의 주변부를 나타내는 확대 단면도이다.
제4도에 도시된 것처럼, 피스톤(31)은 관통 구멍(31a,31b)을 자체 내에 형성하고 있다. 또한, 피스톤(31)은 압축 단계 감쇄 밸브(20)와 신장 단계 감쇄 밸브(12)를 갖추고 있으며, 이들 밸브(20,12)는 각각의 관통 구멍(31a,31b)을 각각 개방 및 폐쇄하는 작용을 한다. 스터드(38)가 피스톤 로드(7)의 팁단부에 나선형으로 맞물려서 고정된 바운드 스톱퍼(41)에 나선형으로 맞물려 고정된다.
스터드(38)는 피스톤(31)을 관통한다. 또한, 스터드(38)는 상부 챔버(A)와 하부 챔버(B)를 연결하는 연통 구멍(39)을 형성하고 있으며, 상기 연통 구멍(39)은 이후에 설명하는 것처럼 유동 통로(신장 단계 제2유동 통로 E, 신장 단계 제3유동 통로 F, 바이패스 유동 통로 G, 압축 단계 제2유동 통로 J)를 형성하고 있다. 상술한 유동 통로들의 유동 통로 단면적을 변화시키는 조정기(40)가 연통 구멍(39)내에 마련된다.
또한, 신장 행정측(단계) 체크 밸브(17)와 압축(또는 수축)행정측(단계) 체크 밸브(22)도 스터드(38)의 외주연에 설치되며, 이들은 유체의 유동 방향에 따라 연통 구멍(39)에 의해 형성된 상기 유동 통로를 통한 유체 유동을 가능하게 해준다. 제3도에 도시된 것처럼, 조정기(40)는 제어 로드(70)를 거쳐 하나의 대응하는 작동기(3,스텝핑 모터)에 의해 회전가능하다.
스터드(38)는 제1포트(21)와 제2포트(13)와 제3포트(18)와 제4포트(14)와 제5포트(16)를 상부로부터 형성하고 있다.
한편, 제4도에서 조정기(40)는 중공부(19)와 제1측방 구멍(24)과 제2측방 구멍(25)을 형성하고 있으며, 상기 측방 구멍들은 조정기(40)의 내부와 외부를 연통시킨다. 외주연부 상에는 종방향 홈(23)이 형성되어 있다. 따라서, 피스톤 행정이 신장 단계를 지시할 때 4개의 유동 통로, 즉 1) 유체가 관통 구멍(31b)과 신장 행정측(위상) 감쇄 밸브(12)의 밸브 개방 내부측을 통하여 유동하여 하부 챔버(B)에 도달하도록 하는 신장 행정측(위상) 제1유동 통로(D)와, 2) 유체가 제2포트(13)와 종방향 홈(23)과 제4포트(14)와 신장 행정측(위상)감쇄 밸브(12)의 밸브개방 외주연 측을 통하여 유동하여 하부 챔버(B)에 도달하게 하는 신장 행정측(위상) 제2유동 통로(E)와, 3) 유체가 제2포트(13)와 종방향 홈(23)과 제5포트(16)를 통하여 유동하게 하는 신장 행정측(위상) 제3유동 통로(F)와, 4) 유체가 제3포트(18)와 제2측방 구멍(25)과 중공부(19)를 통하여 유동하여 하부 챔버(B)에 도달하게 하는 바이패스 유동 통로(G)가 상부 챔버(A)와 하부 챔버(B)사이에 유체 유동 통로로서 형성된다.
또한, 피스톤(31)의 압축 행정측(단계)중에 유체가 유동할 수 있게 해주는 제3개의 유체 유동 통로는, 1) 유체가 관통 구멍(31a)과 밸브 개방 압축 행정측(단계) 감쇄 밸브(20)를 통하여 유동하게 하는 압축 행정측(단계) 제1유동 통로(H) 와, 2) 유체가 중공부(19)와 제1측방 구멍(24)과 제1포트(21)와 압축 개방 행정측(단계) 체크 밸브(22)를 통하여 유동하여 상부 챔버(A)에 도달하게 하는 압축 행정측(단계) 제2유동 밸브(J)와, 3) 유체가 중공부(19)와 제2측방 구멍(25)과 제3포트(18)를 통하여 유동하게 하는 바이패스 통로(G)를 포함한다.
요약하면, 완충기(SA)는 조정기(40)가 대응하는 하나의 스텝핑 모터(3)의 회전에 따라 피봇될 때 신장 단계 또는 압축 단계에서 제5도에 도시된 것처럼 그 감쇄 특성의 여러 스텝에서 감쇄력 특성을 변화시킬 수 있게 구성 및 배열된다.
제6도는 조정기(40)의 회전된 위치와 피스톤(31)에 대한 신장 행정 단계 및 압축 단계에서의 감쇄력 특성들 사이의 관계를 도시한다.
상세하게 설명하면, 제6도에 도시된 것처럼 조정기(40)가 신장 및 압축 단계가연성 감쇄력 특성 위치(SS,이후에는 연성 영역이라 함)들에 있게 되는 대체로 중심 위치로부터 소정의 반시계 방향으로 피봇되면, 신장 행정측(단계)에서의 감쇄력 계수는 최대 강성 특성으로부터 최소 강성 특성에 이르기까지 여러 수준에서 변화될 수 있으나 압축 행정측은 연성 위치(HS, 이후에는 신장 행정측 강성 영역이라 함)에 고정된다. 이와 달리, 조정기(40)가 상기 위치로부터 소정의 시계 방향으로 피봇되면, 압축 행정측(단계)에서의 감쇄력 계수는 여러 수준에서 최대 강성영역으로부터 최소 강성 특성에 이르기까지 하나의 강성 영역으로만 변환가능하며 압축 행정측에서의 감쇄력 특성은 연성 위치(SH, 이후에는 압축 강성 영역이라함)에 고정된다.
제6도에 도시된 것처럼 조정기(40)가 위치 ①, ② 및 ③중 임의의 하나에서 피봇되었을 때, 제4도의 K-K 선, L-L 선, M-M 선 및 N-N 선을 따라 절결된 피스톤 조립체 부분의 단면들은 제7a도(①)와 제7b도(②) 및 제7c도(③)(K-K)와, 제8a도(①)와 제8b도(②) 및 제8c도(③)(L-L,M-M)와, 제9a도(①)와 제9b도(②) 및 제9c도(③)(N-N)으로 각기 도시되어 있다.
제6도에 도시된 각각의 위치 ①과 ② 및 ③에서의 감쇄력 특성은 제10도와 제11도 및 제12도에 각기 도시되어 있다.
제10도는 조정기(40)가 제6도의 ①위치에 있을 때 예시적인 완충기(SA)의 감쇄력 특성을 도시한다.
제11도는 조정기(40)가 제6도의 ②에 있을 때를 도시한다.
제12도는 조정기(40)가 제6도의 ③에 있을 때를 도시한다.
다음으로, 제14도는 제어 유니트(4)에서 실행된 각 완충기(SA)의 감쇄력 특성제어작동의 내용을 설명하는 작동 흐름도이다.
스텝 101에서, CPU(4b)는 완충기(SA)중 하나에 대하여 형성된 제어 신호(V)가 증가되어서 소정의 양의 한계치(δT)를 초과하는지를 판단한다. 스텝 101에서 예 이면, 루틴은 대응하는 하나의 완충기(SA)가 신장 단계의 강성 영역(HS)으로 설정되게 되는 스텝 102로 이행한다.
스텝 101에서 아니오이면, 루틴은 제어 신호(V)가 소정의 음의 한계치(-C)아래에 있는지를 CPU(4b)가 판단하게 되는 스텝 103으로 이행한다.
스텝 103에서 예이면, 루틴은 대응하는 하나의 완충기(SA)의 감쇄력 특성이 압축 단계의 강성 영역(SH)으로서 설정되게 되는 스텝 104로 이행한다.
스텝 103에서 아니오이면, 루틴은 스텝 105로 진행하는데, 즉 제어 신호(V)의 값이 +δT내지 -δC의 범위에 속한다고 CPU(4b)가 판단하면, 완충기들 중 대응하는 완충기는 각각의 신장 및 압축 스텝이 연성 영역(SS)이 되는 것으로서 설정된다.
제15a 내지 제15e도는 실시예 1의 경우에서 제어 유니트(4) 및 완충기(SA)의 작동을 설명하는 타이밍 챠트를 일체로 도시한다.
스프렁 매스 수직 속도(△X) 및 상대 속도(△X-△X0)를 기초로 형성된 제어 신호(V)가 제15a도에 도시된 바와 같이 시간에 따라 변하고, 제어 신호(V)가 소정의 음의 한계치(-δC)로부터 소정의 양의 한계치(δT)까지의 범위에 속할 때, 완충기들(SA)들 중 대응하는 하나의 완충기는 연성 영역(SS) 에서 제어된다.
한편, 제어 신호(V)의 크기 및 방향이 소정의 양의 한계치(δT)를 초과한다면, 완충기(SA)들 중 대응하는 하나의 완충기는 신장 단계 강성 영역(HS)이 제공되고 압축 단계가 소정의 낮은(연성)감쇄력 특성으로 설정되도록 제어된다. 이때, 신장 단계에서의 감쇄력 특성은 제어 신호(V)의 크기에 비례하여 목표 감쇄력 특성 위치(PT)를 제공하도록 증가된다.
다른 한편으로는, 제어 신호(V)의 크기 및 방향이 음의 값이고 소정의 음의 한계치(δT)미만이라면, 신장 단계 감쇄력 특성이 낮은 소정의 감쇄력 특성으로 고정 되도록 압축 단계 강성 영역(SH)이 제공되고, 압축 단계에서의 감쇄력 특성은 제어신호(V)의 값에 비례하여 목표 감쇄력 특성 위치(PC)를 제공하도록 변한다.
다음으로, 제15c도의 기호는 스프렁 매스 수직 속도(△X) 및 상대 속도(△X-△X0)를 기초로 형성된 제어 신호(V)의 방향이 음의 값(하향)으로부터 양의 값(상향)으로 반전되는 영역을 나타낸다.
영역a에서, 상대 속도(△X-△X0)는 음의 값[완충기(SA)의 단계는 압축 스텝에 있다)]을 제공하여, 대응하는 완충기(SA)가 제어 신호(V)의 방향을 기초로 하여 신장 단계 강성 영역(HS)에서 제어되게 하고 대응하는 완충기(SA)가 신장 단계에 있도록 한다. 그러므로, 상기 영역 a에서, 완충기(SA)의 피스톤(31)이 멀리 이동되는 신장 단계는 제어 신호(V)의 값에 비례하는 강성 특성을 제공한다.
영역 b는 제어 신호(V)의 방향(방향 판별 부호)이 여전히 양의 값(상향치)이고, 상대 속도(△X-△X0)가 음의 값으로부터 양의 값[대응하는 완충기(SA)의 피스톤이 멀리 이동되는 신장 단계]으로 절환되는 영역을 나타낸다. 이때, 완충기(SA)는 제어 신호(V)의 방향을 기초로 하여 신장 단계 강성 영역(HS)의 모드에서 제어되므로, 대응 완충기(SA)의 행정 방향은 신장 단계이다. 그러므로, 영역 b에서, 완충기(SA)의 신장 단계측은 제어 신호(V)의 값에 비례하는 강성 특성을 제공한다.
영역 c는 제어 신호(V)가 양의 값(상향)으로부터 음의 값(하향)으로 반전되는 영역을 나타낸다. 그러나, 상기 영역 c에서, 대응 완충기(SA)는 제어 신호(V)의 방향(방향 판별 부호)을 기초로 하여 압축 단계 강성 영역(SH)으로 제어되므로, 상기 영역 c는 대응 완충기(SA)의 피스톤이 연성 특성(소정의 낮은 감쇄력 특성)을 가지고 이동되는 단계(상기 영역 c에 있어서의 신장 단계)을 제공한다.
영역 d는 제어 신호(V)가 여전히 음의 값(하향)이고, 상대 속도(△X-△X0)가 양의 값으로부터 음의 값[대응 완충기(SA)의 피스톤이 신장 단계 측에 있는 단계]으로 변경되는 단계를 나타낸다. 이때, 대응 완충기(SA)는 제어 신호의 방향을 기초로 하여 압축 단계 강성 영역(SH)에서 제어되므로, 대응 완충기의 행정(단계)는 압축 단계에 있다. 상기 영역 d에서, 완충기(SA)의 피스톤이 이동되는 (압축)단계는 제어 신호(V)의 값에 비례하는 강성 특성을 제공한다.
제15a도 내지 제15c도를 참조하여 전술한 바와 같이, 스프렁 매스 수직 속도(△X) 및 상대 속도(△X-△X0)를 기초로 한 제어 신호(V)와 상대 속도(△X-△X0)가 상호동일한 방향 판별 신호(영역 b 및 d)를 가질 때, 완충기(SA)의 피스톤이 이동되는 순간 단계는 강성 특성 모드에서 제어된다. 제어 신호(V)와 상대 속도(△X-△X0)의 상호 부호가 서로 상이하다면(영역 a 및 c), 대응 완충기(SA)의 피스톤이 이동되는 단계는 연성 특성으로 제어된다. 실시예 1에서, 스카이 후크 이론을 기초로 한 감쇄력 특성 제어가 수행된다.
실시예 1에서, 완충기(SA)들 중 대응하는 하나의 완충기의 피스톤이 이동되는 단계가 종료되는 시점에, 즉 영역이 영역 a로부터 영역 b로 그리고 영역 c로부터 영역 d로 (강성 영역으로부터 연성 영역으로)이동될 때, 제어가 절환되는 스텝에서의 감쇄력 특성 위치(PT또는 PC)는 이전의 영역 a 및 c 에서 강성 특성 측으로 이미 절환되어 있다. 결국, 연성 특성으로부터 강성 특성으로의 절환은 시간 지연없이 수행되었다.
다음으로, 제13도는 스프렁 매스 수직 속도(△X) 및 상대 속도(△X-△X0)에 따라 스카이 후크 이론(이론)를 기초로 한 제어력(F)을 발생시키는 제어 신호(V)를 형성하는 신호 처리 회로의 구성을 도시한다.
블록 B1 에서, 제어 유니트(4)는 3개의 스프렁 매스 수직 가속도(G) 센서(1FL,1FR,1RR)로부터 각각 검출되어 출력된 좌우 전륜측 완충기(SAFL,SAFR) 및 우후륜 완충기(SARR)에 인접한 차체의 수직 가속도 신호를 기초로 하여 4개의 차륜측 스프렁 매스 수직 가속도(GFL,GFR,GRL,GRR)를 계산한다. GRL은 3개의 수직 가속도 센서로 부터의 이러한 신호로부터 산정된다.
블록 B2에서, 차량 롤링 가속도(GR)가 좌우 전륜측 수직 스프렁 매스 가속도 신호(GFL,GFR)로부터 다음 식(1)을 기초로 하여 얻어진다.
블록 B3에서, 제어 유니트(4)는 4개의 차륜측 스프렁 매스 수직 가속도(GFL,GFR,GRL,GRR) 및 롤링 가속도(GR)를 적분하거나 저역 필터를 통과시켜 가속도 신호(GFL내지 GR)를 스프렁 매스 수직 속도(X')(V')(V'-FL,V'-FR,V'-RL,V'-RR) 및 롤링속도(VR)로 각각 변환시키도록 한다.
블록 B4에서, 제어 유니트(4)는 감쇄력 특성의 제어가 수행되는 목표 주파수 대역을 제외한 상기 신호 성분들로부터의 신호 격리성(signal isolability)을 증가시키기 위하여 대역 필터 처리를 수행한다. 즉, 제1대역 필터(BPF1) 및 제2대역 필터(BPF2)는 차량의 바운스 공진 주파수 대역 내에서 바운스 속도 신호(VBFR,VBFL,VBRR,VBRL)를 추출한다. 게다가, 제3대역 필터(BPF3)가 차량 롤링 공진 주파수 대역을 목표(중심)로서 갖는 롤링 속도 신호(VR)를 구한다.
다음 블록 B5에서, 바운스 계수(af,ar)는 전륜측 및 후륜측 바운스와 상호 독립적으로 설정되어 차량 전륜측 및 후륜측에서의 사양(중량, 스프링 상수 등)의 차이에 따른 차량 거동의 크기 차이를 극복할 수 있도록 한다.
블록 B6에서, 롤링 계수(rf,rr)(제18도에서 vf,vr)는 전륜 및 후륜 측에서 독립적으로 설정되어 차량 조향 조작 동안에 차체에 가해지는 외력(측방향 가속도)으로 인한 롤링 방향으로의 차량 거동에 대항하는 제어력이 불충분하게 되지 않도록 한다.
다음 블록 B7에서, 제어 유니트(4)는 4개의 스프렁 매스 요소 신호(VH)(VFR-RH,VFL-LH,VRR-RH,VRL-LH)를 계산한다.
한편, 제13도에 도시된 바와 같이, 블록 B8에서 제어 유니트(4)는 관련 스프렁 매스 (수직) 가속도에 대한 상대 속도(△X-△X0)의 (소정의)전달 함수[GU(S)]를 사용하여 블록 B1에서 계산된 4개의 차륜측 스프렁 매스 수직 가속도 신호(GFL,GFR,GRL,GRR)로부터 스프렁 매스 및 언스프렁 매스 사이의 상대 속도(△X-△X0)[(△X-△X0)FL, (△X-△X0)FR, (△X-△X0)RL, (△X-△X0)RR]를 구한다.
본 실시예에서, 전달 함수는 다음과 같이 표현된다.
식(6)에서, S는 라플라스 연산자, Q=-m1·c2, R=-m1.k2, F=c1.c2, D=c1.k2+k1.c2및 E=k1.k2이다.
제18도는 전달 함수 계산 모드를 설명하는 설명도를 도시한다.
제18도로부터 알 수 있듯이, 기호 X1은 스프렁 매스 입력, X2는 언스프렁스 매스입력, X3은 도로 면으로부터의 도로면 입력, m1은 스프렁 매스, m2는 언스프렁 매스, c1은 현가 시스템의 감쇄 계수, c2는 차륜들 중 대응 차륜의 감쇄 계수, k1은 현가 시스템의 스프링 상수, 그리고 k2는 차륜들 중 대응 차륜의 스프링 상수를 나타낸다.
블록 B9에서, 제어 유니트(4)는 블록 B1 및 B8에서 형성된 관련 스프렁 매스 요소 신호(VH)(VFR-RH내지 VRL-LH) 및 상대 속도 신호(△X-△X0)로부터 다음 식(7) 내지 (10) 및 (7)' 내지 (10)'을 사용하여 제어 신호(V)[신장 단계 제어 신호(VFR-T,VFL-T,VRR-T,VRL-T) 및 압축 단계 제어 신호(VFR-C,VFL-C,VRR-C,VRL-C)]를 얻는다.
여기서, gf는 전륜측 감쇄력에 대한 총 제어 이득을 나타내고, gr은 후륜측 감쇄력에 대한 총 제어 이득을 나타낸다.
제13도에서, 각각의 상대 속도(△X-△X0)는 블록 B9로 직접 공급되지만, 다르게는 가상선으로 둘러싸인 평활 회로가 블록 B8과 블록 B9사이에 개재될 수 있음을 알아야 한다.
다음으로, 제16a도 내지 제16e도는 제13도에 도시된 예시적인 신호 처리 회로에서의 제어 신호(V)의 형성 상태를 설명하는 타이밍 차트를 일체로 도시한다.
본 경우에, 스프렁 매스 수직 속도(△X)는 제16a도에 도시된 비교적 저주파수형태로 시간에 따라 변하고, 제13도의 블록 B8에서의 상대 속도(△X-△X0)는 제16b도에 도시된 비교적 고주파수 형태로 시간에 따라 변한다.
제16c도에 도시된 바와 같이, 제어 신호(V)는 전술한 식(7) 내지 (10) 및 (7)' 내지 (10)'을 기초로 하여 형성되어서 제16c도에 도시된 제어 신호 형태를 야기하여, 상한 및 하한이 제어 신호(V)의 양의 측면 및 음의 측면에 위치되도록 한다. 따라서, 제어 신호의 신호 형태는 제15a도의 신호 형태에 접근한다.
제16d도에서, 감쇄력 특성 위치(P)에서, 제1모드는 소위 신장 단계 강성 특성 및 압축 단계 연성 특성(제14도에서 HS 제어 모드)에 대응하고, 제2모드는 소위 신장 단계 연성 특성 및 압축 단계 강성 특성(제14도에서 SH 제어 모드)에 대응한다. 결국, 제16e도에 도시된 감쇄력(C)이 나타난다.
전술한 바와 같이, 실시예 1에서의 현가 시스템 감쇄력 제어 장치는 다음의 이점을 갖는다.
(1) 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 검출하도록 언스프렁 매스 부분에 설치된 행정 센서와 같은 상대 속도 검출 센서는 생략되므로, 감쇄력 제어 장치의 시스템 구성은 간단하게 될 수 있고, 차량에 장치를 장착하는 것을 더욱 용이하게 할 수 있으며, 감쇄력 제어 장치의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
(2) 스카이 후크 이론을 기초로 하여 각각의 완충기에서 제어력을 발생시킬 수 있다.
[다른 실시예]
본 발명은 상기 실시예로 제한되지 않으며, 첨부된 특허 청구의 범위의 범주를 벗어남이 없이 여러 변경이 이루어질 수 있다.
예컨대, 상기 실시예에서 3개의 스프렁 매스 가속도 센서(1FL,1FR,1RR)가 좌우 전륜측 및 우후륜측의 차체에 설치되었지만, 설치 위치 개수는 임의적인 것이다. 본 발명에 따른 현가 시스템 감쇄력 제어 장치는 단 하나의 스프렁 매스(수직) G(G는 중력)센서가 전륜측에만 설치된 시스템에 적용될 수도 있다. 이러한 경우에, 다른 스프렁 매스 가속도는 단일 G센서의 출력 신호를 기초로 하여 계산된다.
더욱이, 실시예 1에서, 상기 전달 함수식(6)은 관련 스프렁 매스 가속도 신호로부터 상대 속도(△X-△X0)를 구하기 위해 전달 함수로서 사용된다. 그러나, 전술한 고차(higher order) 전달 함수식(10)이 사용될 때 프로그래밍 용량이 커지고 개별 식들이 복잡하게 되므로, 대안으로서 이하의 저차(lower order) (근사) 전달함수(Gs)[식(11)참조]가 사용될 수 있다.
다르게는, 통상적으로 사용되는 대역 필터(BPF) 또는 고역 필터(HPF)와 같은 다른 근사 필터 또는 근사 함수가 제19a도 또는 제19b도에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 제19a도에서, 관련 스프렁 매스 수직 가속도 신호를 이러한 다른 대역 필터를 통과시키기는 주파수 대역은 9Hz 내지 13Hz이다. 제19b도에서, 관련 스프렁 매스 수직 가속도 신호를 이러한 다른 고역 필터를 통과시키기는 주파수 대역은 10Hz이상이다.
이러한 근사 함수 및 필터는 감쇄력 특성 제어를 필요로 하는 주파수 대역에서의 이득 및 위상 특성이 크게 변화하지 않도록 된다. 근사 필터의 이득 및 위상특성은 제17a도 및 제17b도를 참조하기 바란다.
다음 식(12)에서 나타낸 일반식은 전술한 식(11)에서 나타낸 근사 전달 함수와 유사하므로 고역 필터(HPF)가 사용될 수 있음을 알아야 한다.
여기서, ω=2πfc(fc는 차단 주파수)이다.
마지막으로, 전술한 식(7) 내지(10) 및 (7)' 및 (10)'에서 전륜측 및 후륜측 제어 이득(gf,gr)은 제2도에 도시된(가상선으로 나타낸) 차속 센서에 의해 검출된 차속에 따라 가변될 수 있다.

Claims (7)

  1. 입력 신호에 응답하여 완충기 수단에 의해 가해지는 감쇄력 특성을 변경하도록 배열 구성된 작동기와, 스프렁 매스로서의 차체의 거동을 검출하여 차체의 거동을 나타내는 제1신호를 출력하는 검출 수단과, 상기 검출 수단에 의해 출력된 제1신호를 스프렁 매스의 스프렁 매스 수직 속도를 나타내는 제2신호로 변환하는 속도 변환 수단과, 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 결정하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 결정된 상대 속도를 나타내는 제3신호를 출력하는 결정 수단과, 상기 속도 변환 수단에 의해 출력된 제2신호와 상기 결정 수단에 의해 출력된 제3신호를 기초로 하여 제어 신호를 발생시켜 출력하는 제어 신호 발생 수단과, 상기 제어 신호를 기초로 하여 상기 작동기를 통해 상기 완충기 수단의 감쇄력특성을 제어하는 제어 수단을 포함하며; 차체의 스프렁 매스와 차륜들 중 대응하는 차륜의 언스프렁 매스 사이에 개재된 완충기 수단을 갖는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치에 있어서, 상기 상대 속도 결정 수단은, 상기 검출 수단에 의해 출력된 제1신호로부터 소정의 전달 함수를 사용하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 계산하고, 스프렁 매스(m1)와 언스프렁 매스(m2)사이의 계산된 상대 속도를 나타내는 제3신호를 출력하는 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 전달 함수는 GU(S)=(QS2+RS)/(FS2+DS+E)로서 표현되며, 이때 Q=-m1.c2, R=-m1.k2, F=c1.c2, D=c1.k2+k1.c2, E=k1.k2이고, S는 라플라스 연산자, c1은 완충기 수단의 감쇄 계수, c2는 차륜들 중 대응 차륜의 감쇄 계수, k1은 완충기 수단의 스프링 상수, k2는 차륜들 중 대응 차륜의 스프링 상수, m1은 스프렁 매스, 그리고 m2은 언스프렁 매스를 나타내는 것을 특징으로 하는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 계산 수단에서 사용되는 소정의 전달 함수는 GS=RS/(DS+E)로서 표현되며, 이때 S는 라플라스 연산자, R=-m1.k2, m1은 스프렁 매스, k2는 차륜들 중 대응 차륜의 스프링 상수, D=c1.k2+k1.c2, c1은 완충기 수단의 감쇄 계수, c2는 차륜들 중 대응 차륜의 감쇄 계수, 그리고 E=k1.k2인 것을 특징으로 하는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 계산 수단은 상기 소정의 전달 함수와 근사한 이득 및 위상 특성을 갖는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 현가 시스템의 감쇄력특성 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 필터는 HPF 1차식=S/(S+ω)인 전달 함수를 갖는 고역 필터이며, 이때 ω=2πfc(fc는 상기 고역 필터의 차단 주파수)인 것을 특징으로 하는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 필터는 상기 제어 수단에 의한 감쇄력 특성 제어를 필요로 하는 주파수 대역에서 제1신호를 통과시키는 대역 필터(BPF)인 것을 특징으로하는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 장치.
  7. 스프렁 매스로서의 차체의 거동을 검출하여 차체의 거동을 나타내는 제1신호를 출력하는 스텝과, (나) 검출 수단에 의해 출력된 상기 제1신호를 스프렁 매스의 스프렁 매스 수직 속도를 나타내는 제2신호로 변환하는 스텝과, (다)상기 스텝(가)에서 출력된 제1신호로부터 소정의 전달 함수를 사용하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 계산하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 계산된 상대 속도를 나타내는 제3신호를 출력하는 스텝과, (라)상기 스텝(나)에서 출력된 제2신호와 상기 스텝(다)에서 출력된 제3신호에 따르는 제어 신호를 발생시켜 출력하고, 상기 제어 신호는 완충기 수단에 의해 가해진 감쇄력이 제어 신호를 기초로 하여 제어되도록 감쇄력 특성 제어 수단에 공급되는 스텝을 포함하며; 차체의 스프렁 매스와 차륜들 중 대응하는 차륜의 언스프렁 매스 사이에 개재된 완충기 수단을 갖는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 방법에 있어서, 상기 스텝(다)에서, 상기 스텝(가)에서 출력된 제1신호로부터 소정의 전달함수를 사용하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이의 상대 속도를 계산하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 현가 시스템의 감쇄력 특성 제어 방법.
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