KR0169314B1 - 현가 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 댐퍼를 작동하는데 사용되고 유동 저항 댐핑 피스톤을 구비한 적어도 하나의 조정 가능한 댐퍼를 위한 기준 댐핑력(기준 값)은 적어도 하나의 상태 변수로부터 계산된, 차량상의 현가 제어용 방법 및 장치에 관한 것이다. 이것은 상기 댐퍼(1)의 피스톤 행정(X_ar)가 실제 값이 조정 가능한 관통 유동 횡단면(q)을 샛팅하기 위하여, 계산된 기준 댐핑력(F_{d ref})을 고려한, 상기 특성 곡선군(8,10)에 의하여 댐퍼(1)에 제공되는 단일 설계로서 댐퍼의 사용을 제안한 것이다.

Description

[발명의 명칭]

현가 제어 방법 및 장치

[발명의 상세한 설명]

[종래기술]

본 발명은 유동 저항 댐핑 피스톤을 구비하는 하나 이상의 조정 가능한 댐퍼를 위한 기준 댐핑력(기준값)이 하나 이상의 상태 변수로부터 계산되어 댐퍼를 작동하는데 사용되는 차량의 현가 제어 방법에 관한 것이다.

종래의 현가 장치는 소위 패시브 댐핑 시스템(passive damping system)을 구비하는데, 이는 댐퍼가 예를들면, 액체 댐핑 피스톤을 구비하며, 휘일 각각에 제공된 스프링 장치에 평행하게 연결되어 있는 것이다. 액체는 인자력 또는 압축력에 의하여 방출된다. 상기 경우에 있어서, 액체는 통류 단면(through-flow cross-section)을 통과한다.

소위 반작동 현가 장치(semiactive suspension control)에서 사용되는 댐퍼는 피스톤에 의하여 두 작동 공간으로 분할된 실린더를 구비한다. 외부로부터 제어 가능한 통류 단면에는 댐핑 특성(댐핑도)이 조정될 수 있도록 피스톤에 의하여 배출 가능한 압력 매체가 제공된다. 차량 상태에 따라서, 실제 댐핑력은 통류 단면을 급속하게 조정함으로서 제어 시스템에 의하여 그때그때의 상태로 맞추어진다. 이러한 방법에 의하여 차량의 안락함 및 구동 안전성이 개선될 수 있다.

카놉 제어 원리(the karnopp control concept)에 의하여 차량 제어를 구성하며 반작동 특수 댐퍼(semiactive special damper)와 함께 작동하는 것은 공지된 것이다. 상기 카놉 제어 원리에 있어서, 댐핑력은 차체의 절대 속도에 비례하여 조정된다. 소위 차체 절대 속도는 차체상의 한 지점과 관성계(고정된 독립 시스템) 사이에서 규정된다. 전술한 특수 댐퍼는 기준 댐핑력에 의하여 전기로 조정 가능한 압력 제어 밸브를 가지며, 제어 회로에 의해 사전 설정된 기준 댐핑력이 상기 압력 제어 밸브에 의하여 댐퍼에 직접 공급되어서 댐퍼를 조정할 수 있게 된다. 그러나, 상기 종류의 특수 댐퍼는 매우 비싸다.

[본 발명의 장점]

위와 대조하면, 주요한 특허청구의 범위에서 규정한 특징을 구비한 본 발명에 따른 방법은, 피스톤에 의하여 방출 가능한 압력 매체를 위한 통류 단면을 간단히 조정할 수 있는 단순한 구조의 반작동 댐퍼를 사용할 수 있는 장점을 가진다. 본 발명에 따라서, 상기 댐퍼의 피스톤 속도의 실제값은 조정 가능한 통류 단면을 셋팅하도록 제어 회로에 의해 계산된 기준 댐핑력을 고려하여, 특성 곡선(family of characteristic curves)으로 댐퍼에 제공된다. 그러므로 특성 곡선군은 현가 제어 시스템으로서 계산된 출력 변수가 상기 댐퍼의 통류 단면을 직접 작동하는 그러한 방법으로 곡선군에 의하여 변환되는 점에서 조합 가능(matching function)을 취한다. 따라서 전기로 조정 가능한 압력 제어 밸브를 가지는 공지된 상기 특수 댐퍼는 불필요하게 된다.

특히, 계산된 기준 댐핑력은 입력 변수로서 특성 곡선군에 제공된다. 상기 기준 댐핑력은 카놉 제어 원리에 따라 양호하게 계산된다.

본 발명을 더욱 발전시키면, 전술한 바와 같이 차체와 관성계와의 사이에서 발생하는 차체 절대속도는 상태 변수(status variable)로서 계산되고, 또, 차체와 현가 장치 사이에서 작용하는 댐퍼의 피스톤 상대 속도(실제값)와 상기 차체 절대속도로부터 기준 댐핑력이 결정된다.

상기 기준 댐핑력의 계산을 위하여, 디지탈 또는 아날로그 컴퓨팅 회로가 사용될 수 있다.

특히 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 상기 특성 곡선군은 댐퍼의 시뮬레이션을 수행하며, 실제 댐핑력은 출력 변수로써 제공된다. 상기 실제 댐핑력은 계산된 기준 댐핑력과 함께 실제 댐핑력에 차분 제어(control difference)를 만들기 위하여 제어기에 접속되고, 상기 제어기의 출력치는 한편으로 셋팅해야 할 통류 단면의 조치로서 댐퍼에 제공되며, 다른 한편으로 입력 변수로서 특성 곡선군에 제공된다. 그러므로 상기 특성 곡선군은 계산에 의해 구한 상기 댐퍼의 피스톤 속도(실제값) 및 통류 단면, 또는 그것에 대응하는 전압은 입력 변수로서 수신한다. 상기 전술한 제어기에 의하여, 댐퍼의 통류 단면은 특성 곡선군에 의하여 제공된 댐핑력과 카놉 제어 원리에 따라서 계산된 댐핑력의 기준값/실제값을 비교하여 상기 댐핑력의 기준값 및 실제값이 일치될 때까지 조정된다.

상기 전압/통류 단면 변환기는 특성 곡선군과 댐퍼 사이에서 양호하게 연결된다. 상기 변환기는 관련된 제어 전압에 의하여 댐퍼의 통류 단면을 셋팅한다.

상기 특성 곡선군은 양호하게 전자적으로 여기된다. 이는 디지탈 또는 아날로그 기술에 의하여 발생될 수 있다.

본 발명은 또한, 유동 저항 댐핑 피스톤을 구비하는 하나 이상의 조정 가능한 댐퍼를 위한 기준 댐핑력(기준값)을 하나 이상의 상태 변수로부터 계산하여 이것을 작동을 위한 댐퍼에 제공하는 컴퓨팅 회로를 구비하고, 댐퍼의 피스톤 속도의 실제값이 조정 가능한 통류 단면을 셋팅하도록 계산된 기준 댐핑력을 고려하여, 상기 특성 곡선군으로 댐퍼에 제공되는 차량의 현가 제어 장치에 관한 것이다.

특히, 상기 센서는 댐퍼의 피스톤 행정을 탐지하며 미분기 및 전파 정류기(full-wave rectifier)를 경유하여 이것을 스퀘어링 소자(squaring element)에 제공하는 센서가 설치되고, 센서의 출력값은 실제 댐핑력을 형성하기 위하여 통류 단면에 상응하는 제어 전압에 의하여 증폭된다. 상기 종류의 회로 설계는 아날로그 기술에서 간단한 방식으로 실행될 수 있다. 또한 아날로그 회로는 변환기로 공급해야 할 차체 속도를 제공하며, 이 변환기는 피스톤 속도의 신호 기능으로서 변경되고 반파 정류기(half-wave rectifier)를 경유하여 합산점과 연결되며, 전파 정류기의 출력값이 다른 입력 변수로서 합산점에 제공되고, 합산점의 출력값이 기준 댐핑력을 형성한다.

특히 양호한 결과는 차량의 각각의 휘일에 관련된 현가 제어 회로를 가진 조정 가능한 댐퍼가 할당되어 있는 현가 제어에 의해 달성될 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명은 도면과 관련하여 아주 상세하게 하기에 설명한다.

제1도는 현가 제어 장치의 블록 회로도.

제2도는 현가 제어의 다른 실시예를 도시하는 블록 회로도.

제3도는 제2도에 따른 현가 제어의 상세 블록 회로도.

[실시예의 설명]

제1도는 반작동 댐퍼(semiactive damper)(1)를 구비하는 현가 제어의 블록회로도를 도시하는데, 이것은 피스톤(2) 및 조정 가능한 통류 단면(q)을 구비한다. 상기 통류 단면(q)의 조정력은 피스톤(2)을 횡단하는 경사진 화살표에 의하여 지시된다. 상기 피스톤(2)은 센서(4)와 협동하는 피스톤 로드(3)를 제공한다. 상기 센서는, 예를들어 전위차계로써 각각 설정된 전위차계의 저항값이 댐퍼내의 피스톤 위치와 일치하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 센서(4)의 출력(5)에서 상대 피스톤 행정(X_ar)에 상응하는 전압을 이용할 수 있다. 상기 상대 피스톤 행정은 차량의 몸체와 차량의 휘일을 수용하는 휘일 베어링부재 사이에서 압축 행정으로서 이해해야 한다.

상기 센서(4)는 상대 피스톤 행정(X_ar)으로부터 상대 피스톤 속도()를 형성하는 미분기(6)와 연결된다. 상기 피스톤 속도()는 각각의 경우에 출력 변수로서 특성 곡선군(8) 및 카놉 회로(karnopp circuit; 7)에 제공된다. 상기 카놉 회로(7)는 다른 입력 변수로서 차체 절대 속도()를 수신한다. 상기 차체 절대 속도는 차체와 관성계 사이에서 발생하는 속도로서 이해해야 한다. 관성계는 독립된 고정좌표계의 특징을 가진다.

상기 카놉 회로(7)는 차체 속도() 및 입력 변수 피스톤 속도()로부터기준 댐핑력(f_{d ref})을 공지된 카놉 제어 원리(스카이 훅(Skyhook))에 따라서 계산한다. 이것은 계산에 의하여 획득된 힘으로서 이해되어야 하며, 전술한 카놉 제어 원리를 기초하여 반작동 댐퍼(1)로 제공되어야 한다.

상기 기준 댐핑력(f_{d ref})은 이미 언급된 피스톤 행정(X_ar)의 다른 입력 변수에 부가하여, 제어 전압으로서 설정하도록 된 현재의 차량 상태의 경우에 통류 단면(q)을 이들의 값으로부터 계산하는 특성 곡선군(8)에 제공된다. 상기 제어 전압은 전압/통류 단면 변환기(9)로 제공되는데, 이 변환기는 제어 전압의 크기에 따라 통류 단면(q)을 설정한다.

제2도의 실시예에 있어서, 동일 부재는 동일 관련 부호로 제공된다. 그러나, 제1도의 실시예에서 출발하면, 상기 피스톤 속도()는 반작동 댐퍼(1)의 시뮬레이션을 실행하는 특성 곡선군(10)에 제공된다. 상기 특성 곡선군(10)의 출력(11)은 차분 제어를 형성하기 위하여 카놉 회로(7)로부터 다른 입력 변수로서 기준 댐핑력(F_{d ref})을 수용하는 제어기(12)에 시뮬레이션을 기초로 하여 획득된 실제 댐핑력(F_{d act})을 제공한다. 상기 제어기(12)의 출력(13)에 있어서, 댐퍼(1)의 통류 단면에 상응하는 제어 전압이 이용가능한데, 이것은 한편으로는 특성 곡선군(10)에 입력 변수로서 공급되고, 다른 한편으로는 전압/통류 단면 변환기(9)에 입력 변수(15)로서 제공되고, 이 변환기가 상기 댐퍼(1)의 통류 단면의 셋팅을 수행한다.

제3도는 제2도의 실시예의 원리에 따른 아날로그 회로의 상세한 블록 회로도를 도시한다. 상기 피스톤 행정(X_ar)은 이미 언급된 미분기(6)에 제공되는데, 이것은 또한 동시에 저역 필터(low-pass filter)를 포함할 수 있다. 상기 미분기(6)의 출력(16)에서 이용 가능한 피스톤 속도()는 전파 정류기(17)에 제공되고, 이 전파 정류기의 출력(18)에서 상기 피스톤 속도()의 값이 이용될 수 있다. 상기 값은 특성 곡선군(10), 특히 스퀘어링 소자(19)에 제공된다. 상기 스퀘어링 소자(19)의 출력값은 특성 곡선군(10)의 배율기(20)와 연결되고, 이 배율기의 출력은 제어기(12)에 실제 댐핑력(F_d)을 제공한다.

상기 피스톤 속도()는 또한 신호 비교기(22)로 제공되고, 이 신호 비교기는 다른 입력 변수로서 기준 전위(B)를 수용한다. 상기 비교기(22)는 피스톤 속도()가 기준 전위(B)에 대하여 정(+)인지 혹은 부(-)인지를 검사한다. 상기 신호 비교기의 출력(23)은 차체 속도()가 입력 변수로서 제공되는 제어가능한 변환기(24)와 연결된다. 만약 상기 피스톤 속도()가 기준 전위(B)에 관하여 정(+)의 값을 취한다면, 상기 출력(23)은 변환기(24)가 출력(25)에서 불변 형태(다시말하면 변환되지 않음)로 차체 속도()를 가지도록 하는 방법으로 변환기(24)를 작동한다. 상기 변환기(24는 )피스톤 속도()가 기준 전위(B)에 대하여 부(-)의 값을 취한다면 차체 속도()를 변환한다.

상기 변환기(24)의 출력(25)은 반파 정류기(26)와 연결되는데, 이 정류기는 차체 속도()의 정(+)값을 통과하도록 허용한다. 이것은 합산점(27)에 제공되고, 이 합산점은 상기 피스톤 속도()의 값을 다른 입력 변수로서 수용된다. 상기 기준 댐핑력(F_{d ref})을 이용 가능한 출력(28)이 제어기(12)와 연결된다. 상기 댐퍼(1)의 통류 단면(q)을 위한 제어 전압은 제어기의 출력(13)에서 이용 가능하고, 상기 제어 전압은 입력 변수(30)로서 배율기(20)에 오프셋/리미터 회로(offset/limiter circuit)(29)를 경유하여 제공된다.

상기 댐퍼(1)는 제2도 및 제3도의 실시예에서 특성 곡선군(10)에 의하여 시뮬레이션되기 때문에 단지 전자 시승템내에서만 제어되고, 기계적 지연이 발생하지 않는다. 결과적으로, 상기 조정은 헌팅(hunting) 문제를 일으키지 않고 매우 급속하게 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따른 비교적 단순한 설계에 있어서, 상기 카놉 제어 원리는 현가 제어에서 실행될 수 있다. 상기 제어 원리는 다른 제어 장치들(즉 캐리지 종속 스위칭(carriage-dependent switching))과 함께 단순 방법으로 조합할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 해결에 근거를 둔 전자 시스템은 본래 장소에 즉 직접 댐퍼(1) 내부에 또는 그 자체에 사용될 수 있다. 이것은 필요한 센싱 시스템에 균일하게 적용한다. 이 범위에서, 사용해야 할 분리 센서 또는 제어 유니트없이 단순한 (또한 개장 가능한) 반작동 현가 제어 원리를 실현한다는 것이 가능하다. 양호하게도 차량의 휘일은 개별적으로 제어되고, 이에 의하여 안락한 구동 안전성의 개선을 얻을 수 있다.

Claims (11)

1. 유동 저항 댐핑 피스톤을 구비하는 하나 이상의 조정 가능한 댐퍼를 위한 기준 댐핑력이 하나 이상의 상태 변수로부터 계산되어 상기 댐퍼를 작동시키는데 사용되고, 이 경우에 조정 가능한 통류 단면을 셋팅하기 위하여 계산된 기준 댐핑력을 고려하여 상기 댐퍼(1)의 피스톤 속도의 실제값이 사용되는 차량의 현가 제어 방법에 있어서, 댐퍼(1)의 조정 가능한 통류 단면(q)을 셋팅하기 위하여 실제 댐핑력(F_dact)과 기준 댐핑력(F_dref) 사이에 차분 제어(출력 13)가 이루어지고, 이 경우에 실제 댐핑력(F_dact)을 형성하기 위하여 피스톤 속도(Q'_ar)의 실제값과 차분 제어(출력 13)는 특성 곡선군(10)에 공급되는 것을 특징으로 하는 현가 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 차체와 관성계 사이에서 발생하는 차체 절대 속도()는 상태 변수로서 계산되며, 상기 기준 댐핑력(F_{d ref})은 차체 및 현가 장치 사이에서 작용하는 댐퍼(1)의 상대 피스톤 속도(=실제값) 및 차체 속도()로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 현가 제어 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 기준 댐핑력(F_{d ref})은 카놉 제어 원리(Karnopp control concept)에 의하여 산정되는 것을 특징으로 하는 현가 제어 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 댐핑력(F_{d ref})은 디지탈 또는 아날로그 컴퓨팅 회로에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 현가 제어 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 특성 곡선군(10)은 댐퍼(1)의 시뮬레이션을 수용하며 또한 출력 변수(출력 11)로서, 계산된 기준 댐핑력(F_{d ref})과 함께, 차분 제어를 형성하기 위하여 제어기(12)에 접속된 실제 댐핑력(F_{d act})을 제공하며, 이러한 제어기의 출력값(출력 13)은 한편으로는 셋팅해야 할 통류 단면(q)의 조치로서 댐퍼(1)에 제공되고 또 다른편으로는 입력 변수(14)로서 특성 곡선군(10)에 제공되는 것을 특징으로 하는 현가 제어 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 전압/통류 단면 변환기(9)는 댐퍼(1)와 특성 곡선군(10) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 현가 제어 방법.
7. 제1항에 있어서, 일반적으로 디지탈 또는 아날로그 방식으로 발생되는 전자식 특성 곡선군(10)인 것을 특징으로 하는 현가 제어 방법.
8. 유동 저항 댐핑 피스톤을 구비한 하나 이상의 조정 가능한 댐퍼를 위한 기준 댐핑력을 하나 이상의 상태 변수로부터 계산하며 이것을 댐퍼를 작동시키는데 사용하고, 어느 경우에 상기 댐퍼의 피스톤 속도()의 검출된 실제값은 댐퍼의 조정 가능한 통류 단면을 셋팅하기 위하여, 계산된 기준 댐핑력을 고려하여 사용되는 컴 퓨팅 회로를 구비하는 차량상의 현가 제어 장치에 있어서, 댐퍼(1)의 조정 가능한 통류 단면(q)을 셋팅하기 위하여 실제 댐핑력(F_dact)과 기준 댐핑력(F_dref) 사이에 차분 제어(출력 13)를 형성하는 수단(10,12)이 설치되고, 어느 경우에 실제 댐핑력(F_dact)을 형성하기 위하여 피스톤 속도(Q'_ar)의 실제값과 차분 제어(출력 13)가 특성 곡선군(10)에 공급되는 것을 특징으로 하는 현가 제어 장치.
9. 제8항에 있어서, 센서(4)는 댐퍼(1)의 피스톤 행정(X_ar)을 탐지하며 미분기(6) 및 전파 정류기(17)를 경유하여 이것을 스퀘어링 소자(19)에 제공하며, 스퀘어링 소자의 출력값은 실제 댐핑력(F_{d act})을 형성하기 위하여 통류 단면과 대응하는 제어 전압에 의하여 증폭되는 것을 특징으로 하는 현가 제어 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 차체 속도()는 피스톤 속도()의 신호기능으로서 변환되며 반파 정류기(26)를 경유하여 합산점(26)과 연결되는 변환기(24)에 공급되고, 상기 전파 정류기(17)의 출력값이 다른 입력 변수로서 상기 합산점에 제공되고, 합산점(27)의 출력값(출력 18)이 기준 댐핑력(F_{d ref})을 형성하는 것을 특징으로 하는 현가 제어 장치.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 차량의 각각의 휘일은 관련된 현가 제어 회로를 갖춘 조정 가능한 댐퍼를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 현가 제어 장치.