KR100218792B1 - 에이 알 에스용 롤각 측정장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

차량의 선회시 스태빌라이저 바의 회전량이 없도록 로터리 액츄에이터의 압력을 제어하여 차체의 평형을 유지할 수 있도록 한 ARS용 롤각 측정장치 및 제어방법에 관한 것으로, 차량의 선회시나 범퍼에 의한 롤링이 발생할 경우 회전하는 스태빌라이저 바와, 차량의 선회시 스태빌라이저 바의 회전과 연동하여 회전하는 로터리 액츄에이터와, 상기 로터리 액츄에이터의 회전량을 검출하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 액츄에이터 회전량 검출수단과, 차량 운행중의 조향각과 차속을 검출하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 운행정보 검출수단과, 상기 액츄에이터 회전량 검출수단과 운행정보 검출수단의 신호를 분석하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어수단의 신호에 따라 상기 액츄에이터를 구동시키는 액츄에이터 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ARS(Active Roll Stabilizer)용 롤각 측정장치 및 제어 방법

본 발명은 차량의 롤링을 방지하기 위한 스태빌라이저 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스태빌라이저 바의 회전량을 감지하여 선회시에 차체의 기울기를 없애기 위해 스태빌라이저 바의 회전량이 없도록 로터리 액츄에이터의 압력을 제어하는 ARS용 롤락 측정장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 승차감을 좋게 하기 위하여 스프링 상수가 작은 스프링을 사용하면 선회시에 작동하는 원심력 때문에 차체의 기울기가 증대한다.

독립현가식의 차에서는 특히 그 경향이 크기 때문에 선회시의 롤을 감소시켜 차체의 평형을 유지하기 위해 토션 바를 이용한 스태빌라이저를 장착하고 있다.

스태빌라이저는 양단은 로어 현가 암에, 중앙부는 프레임에 장착되어 있는 것으로 좌우의 바퀴가 동시에 상하 작동하는 경우에는 작용하지 않지만, 좌우의 바퀴가 서로 상하 작동하는 경우에는 스태빌라이저가 비틀려서 그 때 발생하는 복원력에 의해 차체의 기울기를 감소할 수 있도록 한 것이다.

전술한 바와 같은 종래의 방법은 주 제어 대상인 롤 각의 측정이 어려워서 주로 피이드-포오드 방식의 제어 방법을 사용하였기 때문에 성능면에서 뒤떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 차량의 선회시 발생하는 롤각을 측정하여 스태빌라이저 바의 회전량이 없도록 로터리 액츄에이터의 압력을 제어하여 차체의 평형을 유지할 수 있도록 한 ARS용 롤각 측정장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 선회시나 범퍼에 의한 롤링이 발생할 경우 회전하는 스태빌라이저 바와, 차량의 선회시 스태빌라이저 바의 회전과 연동하여 회전하는 로터리 액츄에이터와, 상기 로터리 액츄에이터의 회전량을 검출하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 액츄에이터 회전량 검출수단과, 차량 운행중의 조향각과 차속을 검출하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 운행정보 검출수단과, 상기 액츄에이터 회전량 검출수단과 운행정보 검출수단의 신호를 분석하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어수단의 신호에 따라 상기 액츄에이터를 구동시키는 액츄에이터 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 차량의 운행중 검출된 조향각과 차속으로 횡가속도를 연산한 뒤 조향각과 횡가속도를 기준값과 비교하여 선회에 의한 롤링인지를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 선회에 의한 롤링일 경우에는 검출된 액츄에이터의 회전량에 의한 신호를 이용하여 PID제어를 통해 액츄에이터의 회전량을 0으로 하기 위한 듀티를 연산하여 조향각이 0보다 큰지를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 조향각이 0보다 클 경우에는 방향제어밸브를 왼쪽으로 하고, 조향각이 0보다 작을 경우에는 방향제어밸브를 오른쪽으로 하여 압력제어밸브에 듀티를 인가하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 일 실시예를 나타낸 블록 구성도이고,

제2도는 제1도의 1-1' 부분을 나타낸 로터리 액츄에이터의 단면도이고,

제3도는 제1도의 2-2' 부분을 나타낸 로터리 포텐션미터의 단면도이고,

제4도는 본 발명인 ARS 제어 방법을 나타낸 동작 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 ARS용 롤각 측정장치는 스태빌라이저 바(10,11)와, 로터리 액츄에이터(20), 로터리 포텐션미터(30), 운행정보 검출부(40), 제어부(50), 로터리 액츄에이터 구동부(60)로 이루어진다.

스태빌라이저 바(10,11)는 양단은 좌우의 로어 현가 암에, 중앙부는 양단이 분리되어 로터리 액츄에이터에 장착되며 차량의 선회시나 범퍼에 의한 롤링이 발생할 경우 회전한다.

로터리 액츄에이터(20)는 제2도와 같이 베인 타입으로 베인(21)은 스태빌라이저 바의 일단(11)에 연결되고 하우징(22)은 스태빌라이저 바의 다른 일단(10)에 연결되며, 스태빌라이저 바의 회전과 연동하여 회전한다.

로터리 포텐션미터(30)는 제3도와 같이 스태빌라이저 바(11)와 연결되어 회전하는 도체부분(31)과 액츄에이터(20)의 하우징(22)에 연결된 저항체(32)로 이루어지며, 저항체(32)는 양끝단에 +5V와 GND를 각각 연결하여 도체(31)과 저항체(32)를 슬라이딩하여 회전량이 0일때에는 +2.5V, 반시계 방향으로 -180°회전하면 +5V, 시계방향으로 +180°회전하면 0V를 출력하는 것과 같이 상기 액츄에이터(20)의 회전에 따라 도체(31)가 저항체(32)를 슬라이딩하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력한다.

운행정보 검출부(40)는 차량의 조향각을 검출하는 조향휠 각속도 센서와 차량의 속도를 검출하는 속도 센서로 이루어지며, 차량 운행중의 조향각과 차속을 검출하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력한다.

제어부(50)는 상기 로터리 포텐션미터(30)와 운행정보 검출부(40)의 신호를 분석하여 차량의 횡가속도와 PID제어를 통한 듀티를 연산하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력한다.

로터리 액츄에이터 구동부(60)는 상기 제어부(50)의 신호에 따라 듀티압을 제어하는 압력제어밸브(61)와 듀티압의 방향을 제어하는 방향제어밸브(62)로 이루어지며, 상기 제어부(50)의 신호에 따라 상기 로터리 액츄에이터(20)에 일정 방향의 듀티압을 인가한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 동작 과정에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

차량의 운행중 제어부(50)는 차량이 선회하는지를 판단하기 위해서 운행정보 검출부(40)에서 검출되는 조향각의 절대값을 기준값과 비교한다(S10).

상기 단계(S10)에서 검출된 조향각의 절대값이 기준값보다 클 경우에는 상기제어부(50)는 운행정보 검출부(40)에서 검출된 조향각과 차속을 이용하여 다음의 식에 의해 차량의 횡가속도를 연산한(S20) 후 롤링이 발생하는지를 판단하기위해 연산된 횡가속의 절대값을 기준값과 비교한다(30).

여기서, A_CC는 횡가속도, STR은 조향각, VEL은 차속 K₁, K₂는 상수이다.

상기 단계(S30)에서 횡가속도의 절대값이 기준값보다 클 경우는 차량의 선회에 의한 롤링이 발생하는 것이다.

이때, 스태빌라이저 바(10,11)의 회전으로 로터리 액츄에이터(20)가 회전하게 된다.

상기 로터리 액츄에이터(20)가 회전하면 상기 스태빌라이저 바(11)에 연결되어 있는 로터리 포텐션미터(30)의 도체부분(31)이 저항체(32)를 슬라이딩하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력한다.

로터리 포텐션미터(30)의 신호에 대한 액츄에이터(20)의 상대적인 회전량은 수식에 의해 알 수 있다.

제어부(50)에서는 상기 로터리 포텐션미터(30)의 신호에 따라 액츄에이터(20)의 회전량을 0으로 하기 위한 압력듀티를 다음의 식에 의한 PID제어로 연산하여(S40) 그에 따른 전기적인 신호를 출력함과 동시에 운행정보 검출부(40)에서 검출된 조향각이 0보다 큰지를 판단한다(S50).

듀티(앞 액츄에이터) :

듀티(뒤 액츄에이터) :

상기 단계(S50)에서 조향각이 0보다 클 경우에는 방향제어밸브(62)는 왼쪽, 0보다 작을 경우에는 오른쪽으로 밸브를 제어한 뒤, 압력제어밸브(61)에서는 제어부(50)의 압력듀티 신호에 따라 펌프의 압력을 조절하여 액츄에이터(20)를 처음의 회전한 방향과 반대방향으로 회전하게 하여 스태빌라이저 바를 복원시킴으로써 차량의 평형을 유지하도록 한다.

상기의 동작에서 차량이 선회에 의한 롤링이 아닐 경우 즉, 범퍼에 의한 롤링이 발생하는 경우에는 방향제어밸브(62)를 중립으로 유지하고 압력제어밸브(61)의 압력듀티를 0으로 유지하여(S90)제어를 하지 않는다

상기한 바와 같은 본 발명은 피이드-백되는 양이 존재하므로 기존의 피이드-포오드와 달리 에러 보정이 가능하고, 직접 액츄에이터의 회전량을 측정하므로 제어 여부를 쉽게 알 수 있고, 앞과 뒤를 각각 제어할 수 있으므로 앞뒤의 제어량 차이에 의한 몸체의 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다.

또한, PID제어를 사용하여 응답성이 빠르고 정상상태 오차가 없고, 피이드-포오도의 경우 승차인원수에 따라 제어 에러가 변하나 이 알고리즘의 경우 항상 롤각의 제거를 목표로 하므로 승차인원에 따른 성능 변화가 없다.

Claims (9)

1. 차량의 선회시나 범퍼에 의한 롤링이 발생할 경우 회전하는 스태빌라이저 바와, 차량의 선회시 스태빌라이저 바의 회전과 연동하여 회전하는 로터리 액츄에이터와, 상기 로터리 액츄에이터의 회전량을 검출하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 액츄에이터 회전량 검출수단과, 차량 운행중의 조향각과 차속을 검출하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 운행정보 검출수단과, 상기 액츄에이터 회전량 검출수단과 운행정보 검출수단의 신호를 분석하여 그에 따른 전기적인 신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어수단의 신호에 따라 상기 액츄에이터를 구동시키는 액츄에이터 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 ARS용 롤각 측정장치.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 스태빌라이저 바는 양단은 좌우의 로어 현가 암에, 중앙부는 양단이 분리되어 상기 로터리 액츄에이터에 장착되는 것을 특징으로 하는 ARS용 롤각 측정자치.
3. 청구항 1 에 있어서, 상기 로터리 액츄에이터는 베인 타입으로 베인은 스태빌라이저 바의 일단에 연결되고 하우징은 스태빌라이저 바의 다른 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 ARS용 롤각 측정장치.
4. 청구항 1 에 있어서, 상기 액츄에이터 회전량 검출수단은 로터리 포텐션미터로서 스태빌라이저 바와 연결되어 회전하는 도체부분과 액츄에이터의 하우징에 연결된 저항체를 포함하는 것을 특징으로 하는 ARS용 롤각 측정장치.
5. 청구항 1 에 있어서, 상기 액츄에이터 구동수단은 상기 제어수단의 신호에 따라 듀티압을 제어하는 압력제어밸브와 듀티압의 방향을 제어하는 방향제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 ARS용 롤각 측정 장치.
6. 차량의 운행중 검출된 조향각과 차속으로 횡가속도를 연산한 뒤 조향각과 횡가속도를 기준값과 비교하여 선회에 의한 롤링인지를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 선회에서 의한 롤링일 경우에는 검출된 액츄에이터의 회전량에 의한 신호를 이용하여 PID제어를 통해 액츄에이터의 회전량을 0으로 하기 위한 듀티를 연산하여 조향각이 0보다 큰지를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 조향각이 0보다 클 경우에는 방향제어밸브를 왼쪽으로 하고, 조향각이 0보다 작을 경우에는 방향제어밸브를 오른쪽으로 하여 압력제어밸브에 듀티를 인가하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ARS용 롤각 제어 방법.
7. 청구항 6 에 있어서, 상기 제1단계의 횡가속도 연산은 다음의 식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 ARS용 롤각 제어 방법.

   여기서, A_CC는 횡가속도, STR은 조향각, VEL은 차속 K₁,K₂는 상수이다.
8. 청구항 6 에 있어서, 상기 제2단계의 듀티를 연산하는 PID제어는 다음의 식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 ARS용 롤각 제어 방법.

   듀티(앞 액츄에이터) :

   듀티(뒤 액츄에이터) :
9. 청구항 6 에 있어서, 상기 제1단계에서 선회에 의한 롤링이 아닌 경우에는 압력제어밸브를 중립으로 하고 압력듀티를 0으로 유지하여 액츄에이터를 구동시키지 않는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한는 ARS용 롤각 제어 방법.