KR100210217B1 - 차량 완충기의 감쇠력 특성 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량 완충기의 감쇠력 특성 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량이 주행하는 노면에 대해 차체의 경사가 발생되었는 지를 판단하여 차량 가속 또는 감속 시 각 완충기의 감쇠력 특성을 제어하도록 각 제어 신호를 구성하는 성분들 중 바운싱 성분이 0으로 되어 차체의 경사의 영향에 의한 그리고 차량 가속 및 감속에 의한 신호 부동이 방지되는 각 차량 완충기의 감쇠력 특성 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

차량 완충기의 감쇠력 특성 제어 장치 및 방법
본 발명은 차체의 스프링 상부 질량(sprung mass)과 좌우측 전륜 및 좌우측 후륜 중 대응 차륜의 스프링 하부 질량(unsprung mass) 사이에 각각 삽입된 차량 완충기의 감쇠력 특성 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
1992년 1월 16일 출원된 일본 국제특허출원 공개 제4-500191호에서는 스카이 후크 이론(Skyhook theorem)에 기초하여 각 완충기에 대해 감쇠력 특성 제어가 수행되는 종래의 차량 현가 장치 제어 장치가 개시되어 있다. 스카이후크 이론은, 차체(스프링 상부 질량) 수직 속도 및 스프링 상부 질량과 스프링 하부 질량(차륜 (road wheel assembly)) 사이의 상대 속도의 방향 표시 부호가 서로 일치하는 진동 억제 구역(vibration suppression region)에 차량이 있을 때, 강성 특성(hard characteristic)을 제공하도록 감쇠력 특성이 조절되어 진동 억제력(vibration suppression force)을 증가시켜 차체 진동을 억제하며, 상기 두 속도의 방향 표시 부호가 서로 일치하지 않는 진동 부가 구역(vibration application region)에 있을 때 연성 특성을 제공하도록 감쇠력 특성이 조절되어 감쇠력 적용력(damping force application force)을 감소시키어 스프링 상부 질량에 스프링 하부 질량 입력의 전달을 억제한다. 차체 부분에 설치된 다수의 수직 스프링 상부 질량 가속도 센서(가속도계) 중 대응 가속도 센서에 의해 감지된 대응 스프링 상무 질량 수직 가속도 신호를 계산(적분)함으로써 상술된 스프링 상부 질량 수직 속도가 유도된다.
그러나, 종래의 차량 현가 장치는 이하의 부정확성을 갖는다.
즉, 가속도 센서의 감지 방향이 차량이 주행하는 노면에 대해 각각 수직하도록 각 스프링 상부 질량 수직 가속도 센서가 차체의 대응 부분에 부착된다. 차량이 노면에 대해 또는 차체의 수평 방향에 대해 수평으로 주행할 때, 각 센서는 수직 방향의 가속도 성분만을 정확히 감지할 수 있다. 그러나, 차량이 가속되거나 또는 감속하여 차량 가속 또는 감속에 따라 발생된 피칭 방향으로 차량 자세 변화에 의해 주행하는 노면에 대해 전방 또는 후방 방향을 향해 차량이 경사지면 (스쿼트 (squart) 또는 노우즈 다이브(nose dive)), 주행 노면에 대해 각 센서의 감지 방향이 전방 또는 후방 방향으로 경사진다. 이러한 상태에서, 전방 또는 후방 가속 또는 감속이 차량에 작용할 때, 주행 노면에 평행하게 차량에 작용하는 전방 또는 후방 가속 또는 감속에 따른 합성력 벡터(resultant force vector)는 또한 각 수직 가속도 센서의 감지 방향에 작용한다. 수직 가속도 신호가 합성력 벡터에 의해 부동하여(drifted) 차량의 안락성 및 조향 안정성이 따라서 악화된다.
본 발명의 목적은 차량이 가속될 때 또는 감속될 때 발생되는 주행 노면(쪼는 차량 수평 방향)에 대한 차량 경사를 방지하며 차량의 전방 또는 후방 (종방향)가속 또는 감속에 의해 감지된 스프링 상부 질량 가속도 신호에서의 신호 부동(signal drift)을 방지하며 각 완충기의 감쇠력 특성이 악화되는 것을 방지하여 차량 안락성 및 조향 안정성을 보장하는 완충기의 감쇠력 특성 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, a) 감쇠력 특성의 가변 제어가 가능하도록 되어 스프링 상부 질량으로서 차체와 스프링 하부 질량으로서 좌우 전륜 및 좌우 후륜중 대응 차륜 사이에 각각 삽입된 다수의 완충기와, b) 좌우 전륜 및 좌우 후륜 중 대응 차륜에 인접하여 차체에 각각 배치되어 완충기에 대응하여 차체에서 스프링 상부 질량의 수직 가속도를 감지하는 스프링 상부 질량 수직 가속도 센서와, c) 스프링 상부 질량 수직 가속도 센서에 의해 전달된 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호로부터 차량 바운싱 성분, 차량 피칭 성분 및 차량 롤링 성분을 추출하며 상기 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호로부터 추출된 적어도 바운싱 성분, 피칭 성분 및 롤링 성분에 기초하여 각 완충기에 공급되는 제어 신호를 발생시키며 발생된 제어 신호 중 대응 제어 신호에 기초하여 목표 감쇠력 특성을 제공하도록 완충기 중 대응 완충기의 상기 감쇠력 특성을 가변 조절하도록 된 제어 유니트와, d) 차량 주행 속도의 변화율을 감지하도록 된 차량 주행 상태 센서를 포함하며, 제어 유니트는 차체가 차량 주행 속도의 변화율에 따라 차량이 주행하는 노면에 대해 경사지는지 여부를 판단하여 차체가 경사진 것을 판단할 때 발생된 제어 신호에 기초하여 상기 성분들 중 바운싱 성분을 0으로 하는 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, a) 좌우 전륜 중 대응 차륜에 인접한 차체 부분의 스프링 상부 질량 수직 가속도를 감지하는 단계와, b) 단계 a)에서 감지된 스프링 상부 질량 수직 가속도에 따라 차량 바운싱 성분과 차량 피칭 성분과 차량 롤링 성분을 결정하는 단계와, c) 단계 b)에서 결정된 상기 바운싱 성분과 피칭 성분과 롤링 성분에 기초하여 각 완충기에 대한 제어 신호를 발생시키는 단계와, d) 상기 발생된 제어 신호 중 대응 제어 신호에 기초하여 완충기들 중 대응 완충기에 대한 감쇠력 특성을 제어하는 단계와, e) 차량이 주행하는 주행 노면에 대해 차체가 경사졌는지 여부를 감지하는 단계와, f) 차체가 주행 노면에 대해 경사졌는지를 감지할 때 각 제어 신호를 구성하는 상기 성분들 중 바운싱 성분을 0으로 하는, 감쇠력이 변경될 수 있도록 되어 스프링 상부 질량으로서 차체와 스프링 하부 질량으로서 대응 좌우 전륜 사이에 각각 삽입된 차량 완충기에 대한 감쇠력 특성 제어 방법이 제공된다.
제1도는 본 발명에 따른 차량 완충기의 감쇠력 특성 제어를 위한 장치의 양호한 실시예가 적용될 수 있는 차량의 사시도.
제2도는 제1도에서 도시된 양호한 실시예에서 감쇠력 특성 제어 장치의 회로 블록 선도.
제3도는 제1도 및 제2도에서 도시된 각 완충기의 부분 단면도.
제4도는 제3도에서 도시된 완충기의 주요부의 단면도.
제5도는 제1도 내지 제4도에서 도시된 완충기의 피스톤 속도에 대한 감쇠력을 도시하는 감쇠력 특성 그래프.
제6도는 제1도 내지 제5도에서 도시된 완충기 내의 조절기와 연결된 스텝핑 모터의 스텝식 회전(stepwise rotation)에 따라 회전된 조절기의 특성 그래프.
제7a도, 제7b도 및 제7c도는 제4도의 선 K-K를 따른 단면도.
제8a도, 제8b도 및 제8c도는 제4도의 선 L-L 및 선 M-M을 따른 단면도.
제9a도, 제9b도 및 제9c도는 제4도의 선 N-N을 따른 단면도.
제10도는 신장 페이스가 강성인 HS 구역에 완충기가 있을 때 완충기의 감쇠력 특성 그래프.
제11도는 압축 및 신장 페이스 모두가 연성인 SS 구역에 완충기가 있을 때 완충기의 감쇠력 특성 그래프.
제12도는 압축 페이스가 강성인 SH 구역에 완충기가 있을 때 완충기의 감쇠력 특성 그래프.
제13도는 제1도 내지 제4도에서 도시된 실시예의 감쇠력 특성 제어 장치의 신호 처리 회로 선도.
제14a도 및 제14b도는 제1도, 제2도 및 제13도에서 도시된 제어 유니트에서 수행된 위상 지연 보상 식의 이득 및 위상의 특성 그래프.
제15도는 제1도, 제2도 및 제13도에서 도시된 실시예의 감쇠력 특성 제어 장치에서 수행되는 작업 흐름도.
제16a도, 제16b도, 제16c도, 제16d도 및 제16e도는 제1도, 제2도 및 제13도에서 도시된 감쇠력 특성 제어 장치의 부분에서 각 신호의 타이밍 차트.
제17도는 제1도, 제2도 및 제13도에서 도시된 감쇠력 특성 제어 장치의 실시예에서 수행되는 다른 작업 흐름도.
제18a도, 제18b도, 제18c도 및 제18d도는 제1도, 제2도 및 제13도에서 도시된 감쇠력 특성 제어 장치에서의 작업을 설명하는 신호 타이밍 차트.
제19도는 감쇠력 특성 제어 장치의 실시예에서 수행되는 보정 제어의 내용을 설명하기 위한 차량 감속 중의 차량의 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 수직 가속도 센서 2 : ABS 센서
3 : 스텝핑 모터 4 : 제어 유니트
이하, 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 양호한 실시예에서 각 완충기의 감쇠력 특성 제어 장치가 적용될 수 있는 자동차를 도시한다.
제2도는 본 발명에 따른 양호한 실시예에서 감쇠력 제어 장치의 회로 블록 선도를 도시한다.
네 개의 완충기(SAFL, SAFR, SARL, SARR)가 스프링 상부 질량으로 차체와 스프링 하부 질량으로서 좌우 전륜(front left and right road wheel) 및 좌우 후륜 (rear left and right road wheel) 붕 대응 차륜 사이에 삽입된다.
완충기는 SA로 표시되었다.
첨자 FR은 우측 전륜을 표시하며, 첨자 FL은 좌측 전륜을 표시하며, 첨자 RR은 우측 후륜을 표시하며, 첨자 RL은 좌측 후륜을 표시한다.
다수의 스프링 상부 질량 수직 가속도(G) 센서(1FL, 1FR, 1RL,1RR)가 대응하는 각 좌우 전륜 및 좌우 후륜에 인접하여 차체의 부분에 배치되어 차체의 부분에서의 스프링 상부 질량 수직 가속도를 감지한다. [수직 가속도는 상향일 때 양(+)이며, 하향일 때 음(-)이다.] 또한, ABS(Anti-Brake control System)의 작동을 감지하는 ABS 센서(2)가 제어 유니트(4)에 연결된다. ABS는 1994년 12월 20일 특허된 미국 특허 제5,374,113호에서 개시되어 있으며, 그 공보는 본 명세서에서 참조되었다.
제어 유니트(4)가 차량 승객 좌석에 인접한 차체 부분에 설치되어, 각 수직 가속도 센서(1)(1FL, 1FR, 1RL,1RR) 및 ABS 센서(2)로부터 전달된 신호를 받아서 각 대응 완충기(SA)(SAFL, SAFR, SARL, SARR)과 연결된 각 스텝핑 모터(3)로 구동 신호를 출력한다.
제어 유니트(4)는 입력 인터페이스(4a)와, CPU(4b, 중앙 처리 유니트)와, 공통의 버스와, ROM(4ab)과, RAM(4ac)과, 출력 인터페이스(4aa)를 포함한다. 다수의 구동기(4c)가 출력 인터페이스(4aa)와 각각의 대응하는 스텝핑 모터(3) 사이에 삽입되어 출력 인터페이스(4aa)로부터 제어 신호를 받아서 제어 신호의 내용에 따라 대응 스텝핑 모터(3)를 회전시키도록 구동 신호를 전달한다. 구동기(4c)는 제어 유니트(4) 내로 장착되며 스텝핑 모터(3)는 후술되는 바와 같이 각 대응 완충기에 설치된다.
제3도는 완충기(SA)의 단면도를 도시한다.
제3도에서, 상술된 실시예에서 사용된 각 완충기는 실린더(30)와, 상부 챔버(A) 및 하부 챔버(B)를 한정하는 피스톤(31)과, 실린더(30)의 외주 상에 저장 챔버를 형성하는 외피(32)와, 하부 챔버(B) 및 저장소(32)를 한정하는 기부(34)와, 피스톤(31)에 연결된 피스톤 로드(7)의 활주 운동을 안내하는 안내 부재(35)와, 외피(33)와 차체 사이에 삽입된 현가 장치 스프링(36)과, 범퍼 고무(37)를 포함한다.
제4도는 피스톤 조림체(31)의 일부와 각 완충기(SA)를 둘러싼 부분을 도시하는 단면도이다.
제4도에서 도시된 바와 같이, 피스톤(31)에는 관통 구멍(31a, 31b)이 형성된다.
또한, 피스톤(31)에는 압축 상태 감쇠 밸브(20) 및 신장 상태 갚쇠 밸브(12)가 제공되며, 양 밸브(20, 12)는 각 관통 구멍(31a, 31b)을 각각 개폐시킨다. 스터드(38)는 피스톤 로드(7)의 끝단에 나사 결합되어 고정된 경계 멈치(41)에 나사 결합되어 고정된다.
스터드(38)는 피스톤(31)을 통해 관통된다. 또한, 스터드(38)에는 연통 구멍(39)이 성되어 상부 챌버(A)와 하부 챔버(B)를 연통시킨다. 연통시 구멍(39)은 유동 통로(후술되는 바와 같이, 신장 상태 제2 유동 통로(E), 신장 상태 제3유동 통로(F), 바이패스 유동 통로(G), 압축 상태 제2 통로)를 형성한다. 상술된 유동 통로의 유동 통로 단면적을 변화시키는 조절기(40)가 연통 구멍(39) 내에 제공된다.
특히, 신장 상태측 체크 밸브(17) 및 압축 상태측 체크 밸브(22)는 스터드(38)의 외주에 설치되어, 유체 유동 방향에 따라 연통 구멍(39)에 의해 형성된 상술된 유동 통로를 통한 유체 유동을 가능하게 그리고 불가능하게 한다. 제3도에서 도시된 바와 같이, 조절기(40)는 제어 로드(70)를 통해 액츄에이터들 중 대응 액츄에이터(3, 스텝핑 모터)에 의해 회전 가능하다.
스터드(38)에는 제1 포트(21)와, 제2포트(13)와, 제3 포트(18)와, 제4포트(14)와, 제5포트(16)가 각각 위의 순서로 형성된다.
한편, 제4도에서, 조절기(40)에는 중공부(19)와, 제1 측방향 구멍(24)과, 제2측방향 구멍(25)이 형성되며, 양 측방향 구멍은 조절기(40)의 내부 및 외부를 연통시킨다. 종방향 흠(23)이 외주부에 형성된다. 그러므로, 피스톤 행정이 신장 상태일 때 유동 통로로서 상부 챔버(A)와 하부 챔버(B) 사이에 네 개의 유동 통로가 형성된다. 즉, i) 유체가 관통 구멍(31b)과 신장 상태측 감쇠 밸브(12)의 내부측이 개방된 밸브를 통해 하부 챔버(B)에 도달되는 신장 상태 제1 유동 통로(D), ii) 유체가 제2 포트(13)와 종방향 흠(23)과 제4 포트(14)와 신장 상태측 감쇠 밸브(12)의 외주측이 개방된 밸브를 통해 하부 챔버(B)에 도달되는 신장 상태 제2 유동 통로(E), iii) 유체가 제2 포트(13)와 종방향 홈(23)과 제5 포트(16)와 신장 상태측 체크 밸브(17)를 통해 하부 챔버(B)에 도달되는 신장 상태측 제3 유동 통로(F), iv) 유체가 제3 포트(18)와 제2측방향 구멍(25)과 중공부(19)를 통해 하부 챔버(B)에 도달되는 바이패스 통로(G), 또한, 피스톤(31)의 압축 상태측 중에 유체가 유동될 수 있는 세 개의 유동 통로는 i) 유체가 관통 구멍(31a)과 개방된 밸브를 통해 유동하는 압축 상태 (행정측) 제1 유동 통로(H)와, ii) 유체가 중공부(19)와 제1 측방향 구멍(24)과 제1 포트(21)와 개방된 압축 상태 (행정 측) 체크 밸브(22)를 통해 상부 챔버(A)에 도달되는 압축 행정 측(상태) 제2 유동 통로(J)와, iii) 유체가 중공부(19)와 제2 측방향 구멍(25)과 제3 포트(18)를 통해 유동하는 바이패스 통로(G)를 포함한다.
즉, 조절기(40)가 스텝핑 모터들 중 대응 스텝핑 모터(3)의 회전에 따라 회전될 때 신장 상태 또는 압축 상태에서 제5도에서 도시된 바와 같이 감쇠력 특성에서 복수 단계로 감쇠력 특성을 변화시킬 수 있도록 완충기(SA)가 설계되어 구성된다.
제6도는 조절기(40)의 회전된 위치와 피스톤(31)에 대해 신장 상태 및 압축 상태 모두에서의 감쇠력 특성 사이의 관계를 도시한다.
제6도에서 상세히 도시된 바와 같이, 신장 및 압축 상태 모두가 연성 감쇠력 위치(이하, 연성 구역(연성 제어 모드)(55))에 있는 일반적으로 중심 위치로부터 소정의 반시계 방향으로 조절기(40)가 회전될 때, 압축 행정측에서의 감쇠력 계수는 연성 위치로 고정되나 신장 상태에서의 감쇠력 계수는 최소 강성으로부터 최대 강성 특성으로 복수 단계로 변화될 수 있다 (이하, 신장 행정 측(상태) 강성 구역(HS)). 반대로, 조절기(40)가 상기 중심 위치로부터 소정의 시계방향으로 회전될 때, 신장 행정측의 감쇠력 계수는 연성 위치에 고정되나 압축 상태에서의 감쇠력 계수는 최소 강성으로부터 최대 강성 특성으로 복수 단계로 변화될 수 있다 (이하, 압축 강성 구역 (압축 상태 강성) (SH)).
제6도에서 도시된 바와 같이, 조절기(40)가 위치 ①, ②, ③ 중 어느 한 위치로 회전될 때, 제4도의 선 K-K, 선 L-L, 선 M-M, 선 N-N을 따라 절단된 피스톤 조립체 부분의 단면은 각각 제7a도(①), 제7b도(②), 제7c도(③)(K-K), 제8a도(①), 제8b도(②), 제8c도(③)(L-L, M-M), 제9a도(①), 제9b도(②), 제9c도(③)(N-N)이다.
각 위치(①, ②, ③)에서의 감쇠력 특성은 제10도, 제11도 및 제12도에서 각각 도시되어 있다.
제10도는 조절기(40)가 제6도의 ①의 위치에 있을 때 완충기(SA)의 감쇠력 특성을 도시한다.
제11도는 조절기(40)가 제6도의 ②의 위치에 있을 때를 도시한다.
제12도는 조절기(40)가 제6도의 ③의 위치에 있을 때를 도시한다.
다음, 제13도는 본 발명에 따른 감쇠력 특성 제어 장치의 양호한 실시예에서 각 완충기(SA)(SAFL, SAFR, SARL, SARR)의 감쇠력 특성에 대한 제어의 내용을 도시한다.
제1 블록(B1)에서, CPU(4b)는 이하의 식(1)의 함수로서 차체의 전륜측 부분 사이의 중심부에서의 바운싱 성분(GB-F)을 계산한다.
제2 블록(B2)에서, CPU(4b)는 이하의 식(2)의 함수로서 차체의 후륜측 부분 사이의 중심부에서의 바운싱 성분(GB-R)을 계산한다
식(1) 및 식(2)에서, GFR은 우측 전륜에 인접하여 차체에 설치된 수직 가속도 센서(1FR)로부터 전달된 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호 값을 표시하며, GFL은 좌측 전륜에 인접하여 차체에 위치된 수직 가속도 센서(1FL)로부터 전달된 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호 값을 표시하며, GRL은 수직 가속도 센서(IRL)로부터 전달된 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호 값을 표시하며, GRR가 수직 가속도 센서 (1RR)로부터 전달된 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호 값을 표시한다.
제3 블록(B3)에서, CPU(4b)는 이하의 식(3)의 함수로서 차량 롤링 성분(GP)을 계산한다.
제4 블록(B4)에서, CPU(4b)는 이하의 식(4)의 함수로서 차량 피칭 성분(GR)을 계산한다.
제5 블록(B5)에서, CPU(4b)는 각각 전방 중앙 위치에서의 바운싱 성분(GB-F)을 바운싱 성분(VB-F)으로 전환시키며, 후방 중앙 위치에서 바운싱 성분(GB-R)을 바운싱 성분(VB-R)으로 전환시키며, 피칭 성분(GP)을 피칭 성분(VP)으로 전환시키며, 롤링 성분(GR)을 롤링 성분(VR)으로 전환시킨다 이들 일련의 속도 변환은 이하의 식을 사용하여 수행된다.
또한, 저주파측(0.05 Hz까지)에서의 이득을 감소시키기 위해 그리고 감쇠력 특성 제어에 필요한 0.5 내지 3 Hz의 주파수 구역에서의 적분(1/s)의 경우에서와 동일한 위상 및 이득 특성을 갖는 위상 지연 보상 식으로서, 이하의 전달 식(6)이 사용된다.
식(5) 및 식(6)에서, γ는 적분(1/s)으로부터 유도된 신호의 이득에 이득 특성을 일치(match)시키도록 사용되는 이득을 표시하며, S는 복소 변수(complex variable)이며, 식(5) 및 식(6)은 라플라스 변환식을 표시한다.
양호한 실시예에서, γ = 10으로 설정된다. 따라서, 제14a도에서 실선으로 표시된 이득 특성이 도시되고 제14b도의 실선으로 표시된 위상 특성이 도시된 바와 같이, 감쇠력 특성 제어에 필요한 주파수 밴드(0.5 Hz 내지 3 Hz)에서의 이득 특성을 악화시키지 않으면서 저주파측에서의 이득은 단지 감소된다. 제14a도 및 제14b도의 점선은 수직 스프링 상부 질량 가속도에 대한 적분이 (1/s)에 대해 (with respect to (1/s)) 수행될 때 이득 및 위상 특성이다.
다음 제6 블록(B6)에서, CPU(4b)는 제어가 수행될 목표 주파수 밴드를 제외한 신호에 대한 차단 특성(isolation characteristic)을 개선시키도록 밴드 통과 필터(BPF) 처리를 수행한다.
즉, 각 바운싱 성분((VB-F), (VB-R))에 대해, 전방 중앙 위치에서의 바운싱 성분(Vbf) 및 후방 중앙 위치에서의 바운싱 성분(Vbr)이 유도되도록 2차 (butterworth) 고주파 통과 필터(HPF)(0.7 Hz) 및 2차 (butterworth) 저주파 통과 필터(LPF)(0.8 Hz)가 사용된다. 또한, 피칭 및 롤링 성분(Vp, Vr)에 대해, 2차 고주파 통과 필터 (HPF)(0.5 Hz) 및 2차 저주파 통과 필터(LPF)(2 Hz)이 처리된 피칭 및 롤링 성분(Vp, Vr)을 유도하도록 사용된다.
각 성분 신호는 상향 방향에 대해 양의 값으로 주어지며 하향 방향에 대해 음의 값으로 주어진다.
후속하는 블록(B7)(제어 신호 계산 블록)에서, 전륜측 및 후륜측과 서로 독립적인 바운싱 이득(αf, αr)과 피칭 이득(β)과 롤링 이득(γ)이 세팅된다. 차체의 각 차륜 배치 위치에 대해 제어 신호(V)(VFR, VFL, VRL, VRR)을 유도하기 위한 산술 작업 처리가 이하의 식(7), 식(8), 식(9) 및 식(10)에 기초하여 수행된다.
후속 블록(B8)(목표 감쇠력 특성 위치 계산 블록)에서, 각 완충기(SA)에 대한 목표 감쇠력 특성 위치(P)(PT, PC)는 제15도에서 도시된 작업 흐름도에 기초하여 CPU(4b)에 의해 계산된다.
제15도의 흐름도의 단계(101)에서, CPU(4b)는 제어 신호(V)가 양인지 여부를 판단한다.
CPU(4b)가 V 0인지 여부를 판단하면 신장 행정측 강성 구역(HS)으로 각 완충기(SA)를 제어하도록 CPU(4b)가 작동되는 단계(102)로 루틴(routine)이 진행된다. CPU(4b)가 단계(101)에서 V ≤ 0을 판단하면 루틴은 CPU(4b)가 V 0인지 여부를 판단하는 단계(103)로 진행된다.
단계(103)에서 예이면, CPU(4b)가 압축 상태 강성 구역(SH)으로 각 완충기 (SA)를 제어하는 단계(104)로 루틴이 진행된다.
단계(103)에서 아니오(V = 0)이면, CPU(4b)가 압축 및 신장 상태 모두가 SS(연성 및 연성) 모드에 있도록 각 완충기를 제어한다.
즉, 제16a, 제16b도, 제16c도, 제16d도 및 제16e도에서 도시된 타이밍 차트에서 도시된 바와 같이 제어 신호(V)가 변화되면, 제어 신호 값(V)이 0으로 될 때 완충기(SA)는 연성 구역(SS)으로 제어된다.
또한, 제어 신호(V)가 양을 표시할 때, 압축 상태에서 감쇠력 특성이 연성 특성으로 고정되며 제어 신호를 구성하는 신장 상태에서의 감쇠력 특성(목표 감쇠력 특성 위치(PT))이 이하의 식(11)에 기초한 제어 신호(V)에 비례하여 변화되도록 신장 상태 강성 구역(HS)이 제어된다.
식(11)에서, δT는 신장 상태측에서의 상수를 표시한다.
또한, 제어 신호(V)의 값이 음을 표시하면, 제어는 이하의 식(12)에 기초하여 제어 신호(V)에 비례하여 압축 상태 감쇠력 특성(목표 감쇠력 특성(PC))을 변화시키도록 압축 상태 강성 구역(SH)으로 복귀된다.
식(12)에서, δC는 압축 상태에서의 상수를 표시한다.
다시 제13도에서, 제9 블록(B9)(각 스텝핑 모터(3)에 대한 구동기)에서, CPU(4b)는 제8 블록(B8)에서 계산된 목표 감쇠력 특성(P)을 향해 각 스텝핑 모터(3)로 구동기 신호를 출력한다.
제16a 내지 제16e도의 타이밍 차트에서, 구역(a)은 스프링 상부 질량 수직 속도에 기초한 제어 신호(V)가 음의 값(상향)으로부터 양의 값(하향)으로 역전되는 상태를 표시한다. 이 때, 스프링 상부 질량과 스프링 하부 질량 사이의 상대 속도는 제어 신호(V)의 방향에 기초하여 음의 구역(압축기(SA)가 이동되는 압축 상태측)을 표시하기 때문에, 완충기(SA)의 행정인 압축 행정 쪽은 연성 특성을 표시한다.
또한, 구역(b)은 제어 신호(V)가 양이 값(상향)으로 유지되면서 스프링 상부 질량과 스프링 하부 질량 사이의 상대 속도가 음의 값으로부터 양의 값으로 절환된 구역(완충기(SA)가 이동되는 신장 행정측)을 표시한다. 이 때, 완충기(SA)는 제어 신호(V)의 방향에 기초하여 신장 상태 강성 구역(SH)에서 제어된다. 또한, 완충기(SA)의 이동 상태가 또한 신장 상태이기 때문에, 따라서, 완충기(SA)의 신장 행정 상태는 제어 신호(V)의 값에 비례하여 강성 특성을 나타낸다.
또한, 구역(c)은 제어 신호(V)가 양의 값(상향)으로부터 음의 값(하향)으로 전환되는 상태이다. 이 때, 스프링 상부 질량과 스프링 하부 질량 사이의 상대 속도가 양(완충기(SA)의 행정의 신장 상태측)을 표시하기 때문에, 완충기(SA)는 제어 신호(V)의 방향에 기초하여 압축 상태 강성 구역(SH)으로 제어된다. 따라서, 이 구역에서, 완충기(SA)의 압축 상태측은 제어 신호(V)의 값에 비례하여 강성 특성을 나타낸다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어 신호(V)의 부호 및 스프링 상부 질량과 스프링 하부 질량 사이의 상대 속도의 부호가 동일한 부호이면 (구역(b) 및 구역(d)), 완충기(SA)의 행정측은 강성 특성으로 제어된다. 상술된 부호가 서로 다르면 (구역(a) 및 구역(c)), 순간적으로 완충기(SA)는 연성 특성으로 된다. 스카이후크 이론에 기초하여 감쇠력 특성과 동일한 제어는 제어 신호(V)에 의해서만 수행된다.
또한, 완충기(SA)의 행정 위치가 절환될 때, 즉, 제어가 구역(a)으로부터 구역(b)으로, 또는, 구역(c)으로부터 구역(d)으로 (연성 특성으로부터 강성 특성으로) 이동될 때, 절환 행정 측에서의 감쇠력 특성 위치는 이미 구역(a, c)에서 수행되어 연성 특성으로부터 강성 특성으로의 전환이 시간 지연 없이 수행된다. 따라서, 높은 제어 반응 특성이 달성되며 강성 특성과 연성 특성 사이의 절환이 대응 스텝핑 모터(3)의 구동 없이 수행된다. 따라서, 각 스텝핑 모터(3)의 내구성이 개선되며 소비 전력이 절약된다.
다음, 제17도 및 제18a도 내지 제18d도는 차량이 감속될 때 보정 제어로 제어 작업을 절환하는 내용을 설명하기 위한 타이밍 차트를 도시한다.
단계(201)에서, CPU(4b)는 ABS 센서(2)로부터 전달된 신호에 따라 ABS 작동 여부를 판단한다
단계(201)에서 아니오이면(즉, ABS 제어 장치가 작동되지 않으면), 전륜측 바운싱 이득(αf)과, 피칭 이득(β)과, 롤링 이득(γ)이 정상적으로 세팅된 값으로 유지되는 단계(203)로 루틴이 진행된다.
반면, 단계(201)에서 예이면(ABS 제어 장치의 작동시), CPU(4b)는 차량이 감속되는 것을 판단하여 전륜측 바운싱 이득(α·f) 및 후륜측 바운싱 이득(αr)이 보정되어 0으로 세팅되는 단계(202)로 루틴이 진행된다.
특히, 제19도를 참조하여 차량 감속 중 보정 제어의 내용을 설명하기로 한다.
(1) 순항 속도:
차량이 순항, 즉, 차량이 정속으로 노면에서 주행 중일 동안, ABS 센서(2)로 부터 전달된 신호는 ABS 비작동 상태에 있으며, CPU(4b)는 전륜측 바운싱 이득(αf)과, 후륜측 바운싱 이득(αr)과, 피칭 이득(β)과, 롤링 이득(γ)을 정상 값으로 유지하여 최적의 감쇠력 특성 이득을 제공하도록 각 완충기(SA)의 감쇠력 특성이 제어된다.
(2) 감속:
차량 주행중 갑작스런 브레이크 작동과 같이 차량이 감속될 때, 제19도에서 도시된 마와 같이 차량의 전방 단부가 숙여지며 차량 후방 단부가 부상되는 노우즈 다이빙(nose diving)이 발생되며 전체 차량이 노면에 대해 경사짐에 따라 각 수직 가속도 센서(1)의 감지 방향 축(Q)은 주행 노면에 대해 수직 방향 축(H)으로부터 경사진다.
전방/후방 가속도(-Gb)가 제19도에서 도시된 차량 경사 상태에서 차량에 작용할 때, 주행 노면에 평행하게 작용하는 종가속도(-Gh)에 따른 힘(Ghv)이 수직 가속도 센서(1)(1FL, 1RL)의 감지 방향(Q)으로 또한 작용되어 수직 가속(가속)도 신호는 종방향 가속(또는 감속)에 따른 힘(Ghv)에만 음의 방향을 향해 부동된다.
본 발명에 따른 감쇠력 특성 제어 장치의 실시예에서, 두 바운싱 성분(αf, αr)의 값은 식(7) 내지 식(10)에서 각각 한정된 종방향 가속 또는 감속 시의 두 바운싱 성분(GB_F(Vbf) 및 GB_R(Vhv))의 비율을 상쇄하도록 0으로 절환되어 종방향 가속(감속) 성분이 상쇄된다.
또한, 감속 중 종방향 가속도(-Gh)는 상호 동일한 크기로 모든 수직 가속도 센서(1)(1FL, 1FR, 1RL,1RR) 상에 작용하기 때문에, 종방향 가속(감속)도 성분(Ghv)은 피칭 성분(GP(VP)) 및 롤링 성분(Gr(Vr))에 대해 상쇄된다. 피칭 성분은 식(3)으로 정의되며 롤링 성분은 식(4)으로 정의된다.
본 발명에 따른 실시예에서, 롤링 이득(γ)은 정상적으로 세팅된 값으로 유지되며 피칭 이득(β)은 정상 값보다 큰 값으로 절환되어 피칭 성분(GP(VP))은 바운싱 성분(GB-F(Vbf) 및 GB-R(Vbr))을 사용하지 않은 값만큼 증가된다.
다음, 감속 중 신호 부동이 방지되어 각 완충기(SA)의 감쇠력 특성 제어는 순항 속도 주행과 동일한 상태이다.
차량 브레이킹 작동 중, 차체 다이빙 현상이 발생되어 차량의 전방 단부가 다이빙(하강)되며 차량 후방 단부가 부상하여 차량이 경사지게 된다. 경사진 상태로 차체 속도가 감속되어 감속에 따른 힘이 하향 방향(음)으로 스프링 상부 질량 가속 성분에 따라 감지된다. 하향 방향으로 연속적으로 입력된 스프링 상부 질량 가속 성분은 신호 부동의 원인을 제공한다.
상술된 문제는 차량의 갑작스런 가속과 같은 경우에 발생되어 긴 상승 경사에서의 가속 주행 (이 경우, 상향 스프링 상부 질량 가속 성분이 감지된다) 또는 긴 하강 경사에서의 가속 주행과 같은 스쿼트 현상(squat phenomenon)을 발생시킨다. 특히, 이는 DC 성분(극히 낮은 주파수)이 수직 가속도 센서(1)(1FL, 1FR, 1RL,1RR)의 신호에 입력될 때 발생된다.
그러나, 본 발명에 따른 감쇠력 특성 제어 장치의 실시예에서, 대응 수직 가속도 센서에 의해 감지된 각 스프링 상부 질량 수직 가속도(G)를 각 차륜 위치의 스프링 상부 질량 수직 속도 신호로 전환(변환)시키기 위해 속도 변환으로서 위상 지연 보상 식이 사용되어, 스프링 상부 질량 수직 속도 신호는 감쇠력 특성 제어가 필요한 주파수 밴드(0.5 Hz 내지 3 Hz)의 악화 없이 저주파측에서의 이득이 감소된다.
따라서, 브레이킹 작동 중, 극히 낮은 주파수 성분이 브레이킹 작동 중과 같이 수직 가속도 센서(1)의 신호에 추가된 경우에도 감쇠력 특성 제어 작업 상의 저주파측 이득의 감소의 영향은 제거될 수 있다.
제2도에서 도시된 바와 같이, ABS 센서(2)와 같은 차량 주행 상태 센서가 차량 브레이킹 시스템의 브레이크 스위치와, 차량 속도 센서, 차륜 회전 속도 센서 또는 가속 페달 압박 각도 센서로 대체될 수 있다.

Claims (14)

  1. a) 감쇠력 특성의 가변 제어가 가능하도록 되어 스프링 상부 질량으로서 차체와 스프링 하부 질량으로서 좌우 전륜 및 좌우 후륜 중 대응 차륜 사이에 각각 삽입된 다수의 완충기와, b) 좌우 전륜 및 좌우 후륜 중 대응 차른에 인접하여 차체에 각각 배치되어 완충기에 대응하여 차체에서 스프링 상부 질량의 수직 가속도 수직 가속도를 감지하는 스프링 상부 질량 센서와, c) 상기 스프링 상부 질량 수직 가속도 센서에 의해 전달된 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호로부터 차량 바운싱 성분, 차량 피칭 성분 및 차량 를링 성분을 추출하며 상기 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호로부터 추출된 적어도 바운싱 성분, 피칭 성분 및 롤링 성분에 기초하여 각 완충기에 공급되는 제어 신호를 발생시키며 발생된 제어 신호 중 대응 제어 신호에 기초하여 목표 감쇠력 특성을 제공하도록 완충기 중 대응 완충기의 상기 감쇠력 특성을 가변 조절하도록 된 제어 유니트와, d) 차량 주행 속도의 변화율을 감지하도록 된 차량 주행 상태 센서를 포함하며; 상기 제어 유니트는 차체가 차량 주행 속도의 변화율에 따라 차량이 주행하는 노면에 대해 경사지는지 여부를 판단하여 차체가 경사진 것을 판단할 때 발생된 제어 신호에 기초하여 상기 성분들 중 바운싱 성분을 0으로 하는 특징으로 하는 차량용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어유니트는 차체가 경사졌다고 판단 시 발생된 제어 신호에 기초하여 상기 성분들 중 바운싱 성분을 0으로 함과 동시에, 각 제어 신호를 구성하는 성분 중 차량 피칭 성분의 비율이 증가되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 차량 주행 상태 센서는 차량 감속 상태로 들어가는 ABS의 작동을 감지하도록 된 ABS 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차량 주행 상태 센서는 차량에 장착된 ABS의 작동 상태를 감지하도록 차량 브레이킹 시스템 상에 배치된 브레이크 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 차량 주행 상태 센서는 차량의 주행 속도를 감지하도록 된 차량 속도 센서를 포함하며, 상기 제어 유니트는 상기 차량 속도 센서로부터 전달된 주행 속도 신호의 변화율에 따라 차량 가속 또는 감속이 발생되는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차량 주행 상태 센서는 차륜들 중 하나의 차륜의 회전 속도를 감지하도록 된 차륜 회전 속도 센서를 포함하며, 상기 제어 유니트는 상기 차량 속도 센서로부터 전달된 주행 속도 신호의 변화율에 따라 차량 가속 또는 감속이 발생되는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 차량 주행 상태 센서는 차량 가속 상태가 발생했는지 여부를 판단하기 위해 차량의 가속 페달의 압박 각도를 감지하도록 된 가속 압박각도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제어 유리트는, 좌우 전륜 사이의 차체의 전방 중심 위치에서의 제1 가속도 관련 바운싱 성분(GB-F)을 GB-F= (GFL+ GFR)/2로 - 여기서, GFL은 전방 좌측 차륜에 대응하는 차체의 부분에 위치된 스프링 상부 질량 수직 가속도 센서들 중 대응 센서로부터 전달된 수직 스프링 상부 질량 가속 신호를 표시하며 GFR은 전방 우측 차륜에 대응하는 차체의 부분에 위치된 스프링 상부 질량 수직 가속도 센서들 중 대응 센서로부터 전달된 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호를 표시한다-계산하며, 좌우 후륜 사이의 차체의 후방 중심 위치에서의 제2 가속도 관련 바운싱 성분(GB-R)을 GB-R= (GRL+ GRR)/2로 - 여기서, GFL은 후방 좌측 차륜에 대응하는 차체의 부분에 위치된 스프링 상부 질량 수직 가속도 센서들 중 대응 센서로부터 전달된 수직 스프링 상부 질량 가속 신호를 표시하며 GRR은 후방 우측 차륜에 대응하는 차체의 부분에 위치된 스프링 상부 질량 수직 가속도 센서들 중 대응 센서로부터 전달된 스프링 상부 질량 수직 가속도 신호를 표시한다 - 계산하며, 차량 피칭 성분을 Gp = ((GFL+ GFR) - (GRL+ GRR))/4로 계산하며, 차량 롤링 성분을 G. = ((GFR+ GRR) - (GFL+ GRL))/4로 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 유니트는 제1 및 제2 가속도 관련 바운싱 성분, 차량 피칭 성분 및 차량 롤링 성분을 위상 지연 보상 전달 함수 G(s) = (0.001s + 1)/(10s+1) · γ를 - 여기서, s는 복소 변수이며 γ는 각 성분을 적분(1/s)함으로써 유도된 신호에 이득 특성을 일치시키기 위한 이득을 표시 - 사용하여 속도 관련 성분으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어 유니트는 각 완충기에 대한 제어 신호(V)(VFR, VFL, VRR, VRL)를
    - 여기서, αf및 αr는 전륜 바운싱 성분(VFR, VFL)에 대해 세팅된 바운싱 이득을 표시하며 β는 피칭 성분(Vp)에 대해 세팅된 피칭 이득을 표시하며 r는 롤링성분에 대해 설정된 롤링 이득(VR)을 표시한다 - 유도하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어 유니트는 차량을 경사지게 하는 차량 감속이 발생되는지를 판단하며 전륜 및 후륜측 바운싱 이득(αf및 αr)을 0으로 함과 동시에 보통 사용되는 값보다 큰 값만큼 피칭 이득(β)을 증가시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 속도 관련 바운싱 성분(VB-F및 VB-R), 피칭 성분(VP) 및 롤링 성분(VR)은 각 밴드 통과 필터를 통과하며, 상기 밴드 패스 필터들 중 두 개의 밴드 통과 필터는 0.7 Hz의 컷오프 주파수를 갖는 2차 고주파 통과 필터(HPF) 및 0.8 Hz의 컷오프 주파수를 갖는 2차 저주파 통과 필터(LPF)를 각각 가지며 다른 밴드 통과 필터들은 0.5 Hz의 컷오프 주파수를 갖는 다른 고주파 통과 필터 및 0.5 Hz의 컷오프 주파수를 갖는 다른 저주파 통과 필터를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 각 완충기는 신장 및 압축 행정 상태 모두가 연성 감쇠력 특성으로 세팅되는 연성 구역과(SS), 압축 행정 상태가 연성 감쇠력 특성에 고정되면서 신장 행정 상태가 강성 감쇠력 특성으로 세팅되는 신장 행정 상태 강성 구역과(HS), 압축 행정 상태가 연성 감쇠력 특성에 고정되면서 압축 행정 상태가 강성 감쇠력 특성에 세팅되는 압축 행정 상태 강성 구역(SH)의 세 개의 모드를 가지며; 상기 제어 유니트는 상기 제어 신호(VFR, VFL, VRR, VRL) 중 대응 제어 신호의 방향 표시 부호가 0근처에 위치된 값을 나타낼 때 연성 구역(SS)을 제공하도록, 상기 제어 신호(VFR, VFL, VRR, VRL) 중 대응 제어 신호의 방향 표시 부호가 양을 나타낼 때 신장 행정 상태 구역(HS)을 제공하도록, 그리고 상기 제어 신호(VFR, VFL, VRR, VRL) 중 대응 제어 신호의 방향 표시 부호가 음을 나타낼 때 압축 행정 상태 강성 구역(SH)을 제공하도록, 각 완충기(SA)의 감쇠력 특성을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 감쇠력이 변경될 수 있도록 되어 스프링 상부 질량으로서 차체와 스프링 하부 질량으로서 대응 좌우 전륜 사이에 각각 삽입된 차량 완충기에 대한 감쇠력 특성 제어 방법에 있어서, a) 좌우 전륜 중 대응 차륜에 인접한 차체 부분의 스프링 상부 질량 수직 가속도를 감지하는 단계와, b) 단계 a)에서 감지된 스프링 상부 질량 수직 가속도에 따라 차량 바운싱 성분과 차량 피칭 성분과 차량 롤링 성분을 결정하는 단계와, c) 단계 b)에서 결정된 상기 바운싱 성분과 피칭 성분과 롤링 성분에 기초하여 각 완충기에 대한 제어 신호를 발생시키는 단계와, d) 상기 발생된 제어 신호 중 대응 제어 신호에 기초하여 완충기들 중 대응 완충기에 대한 감쇠력 특성을 제어하는 단계와, e) 차량이 주행하는 주행 노면에 대해 차체가 경사폈는지 여부를 감지하는 단계와, f) 차체가 주행 노면에 대해 경사졌는지를 감지할 때 각 제어 신호를 구성하는 상기 성분들 중 바운싱 성분을 0으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
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