KR100240506B1 - 다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 주행중에 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화하여 승차감과 자동차의 안정성을 향상시키는 현가장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 차량의 주행 속도와 차량의 상하 방향 속도등을 고려하여 상기 HS-SH 댐퍼의 단 수를 적절하게 제어하기 위한 반능동형 현가장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 본 발명은, 자동차의 주행중에 노면에서 받는 충격이나 진동을 능동적으로 완화시키기 위하여 다단 구조를 갖는 댐퍼를 사용하는 반능동형 현가장치로서, 여러 단 수를 갖는 댐퍼와; 차량의 상하방향 가속도를 측정하기 위한 G 센서와; G센서로부터 검출된 가속도로부터 속도를 결정하기 위한 적분기와; 적분기로부터 속도 데이터를 받아 쇽 업소버의 단수 결정을 위한 변수를 산출해내는 전자제어 유니트와; 전자제어 유니트의 제어를 받아 댐퍼의 단수를 조절하는 스텝 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치를 제공한다.

Description

다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치 및 그 제어방법

본 발명은 자동차의 주행중에 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화하여 승차감과 자동차의 안정성을 향상시키는 현가장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러단을 갖는 HS-SH 댐퍼를 사용하여 이러한 댐퍼를 보다 효율적으로 운영하기 위한 다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 현가장치는 차축과 차체를 연결하여 주행중에 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달하지 않도록 하여, 차체와 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이며 노면으로부터의 충격을 완화하는 샤시 스프링, 샤시 스프링의 자유진동을 제어하여 승차감을 좋게 하는 쇽 업소버 및 자동차의 롤링을 방지하는 스태빌라이저(stabilizer)등으로 구성되어 있다.

또한, 상기 현가장치는 구동바퀴에서 발생되는 구동력이나 제동시의 각 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회시의 원심력에도 견디고, 각 바퀴를 차체에 대해서 올바른 위치에 유지시키는 중요한 역할도 가지고 있다. 현가로서 갖추어야 할 조건을 들면 다음과 같다.

1) 노면으로부터의 충격을 완화하기 위해서는 상하방향으로 유연한 결합을 필요로 한다.

2) 바퀴에 발생되는 구동력, 제동력 및 선회시의 원심력 등에 견딜 수 있도록 수평방향으로 강한 결합이 필요하다.

이들 조건은 서로 상반되는 것이지만, 가능한 한 두 조건을 만족하도록 여러가지 형식이 발명되고 있다.

한편, 이러한 현가장치의 구성 부품 중에서 쇽 업소버는 상하방의 운동 에너지를 열로 바꾸는 작용을 하는 것으로, 그 방법에 따라 고체 마찰식과 유압식이 있으며, 또한 작동적으로 신장싱 감쇠력을 발휘하는 단동식과 암축 및 신장시의 두가지 경우 모두에 감쇠력을 발휘하는 복동식이 있다.

한편, 이러한 쇽 업소버로는 유압식 피스톤형 쇽 업소버가 주로 사용되며, 이러한 쇽 업소버는 내부에 가스나 유체로 채워진 실린더와, 타이어 후면상에 장착되어 있는 차축의 상부면상에 부착되어 차축과 함께 실린더 내부에서 상하 운동을 하는 피스톤으로 구성되어 있다.

이러한 구성에 의하여 상기 쇽 업소버는 외부로부터의충격을 피스톤이 전달 받아 실린더의 유체내에서 피스톤의 상하로 이동하면서 이에 따른 유체의 저항력을 이용하여 충력을 흡수하게 된다.

그런데, 종래에 있어서, 이러한 쇽 업소버의 댐핑 효율을 향상시키기 위하여 쇽 업소버의 상하 운동을 여러 단으로 구분하여 차량에 가해지는 진동량의 크기에 따라 쇽 업소버의 댐핑 단이 결정되도록 하는 새로운 형태의 쇽 업소버가 제공되어 있으며, 이러한 쇽 업소버의 하나로 HS-SH 댐퍼가 있다.

도 1에는 이러한 HS-SH 댐퍼의 작동 원리를 나타내는 그래프가 도시되어 있으며, 도시된 바와 같이, 상기 HS-SH 댐퍼는 총 16개의 단수로 구성되어 있으며, 1단부터 8단까지를 SH 모드로 하고, 9단부터 16단까지를 HS 모드로 한다. 또한 댐퍼의 신장 곡선 및 수축 곡선으로 표시된 바와 같이, 댐퍼의 신장이 어려운 경우에는 압축을 부드럽게 하고, 압축이 어려운 경우에는 신장을 부드럽게 하므로써 한단에서 인장과 압출시의 댐핑 계수를 서로 다르게 제어할 수 있게 된다.

그런데, 이러한 다단 구조를 갖는 댐퍼를 사용하는 현가장치에 있어서, 차량에 가해지는 진동수 및 진폭에 따라 쇽 업소버의 적절한 단 수를 제어하기 위한 시스템, 특히 이러한 시스템의 제어 로직이 필요하게 되었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 필요성을 만족시키기 위하여 안출된 것으로, 차량의 주행 속도와 차량의 상하 방향 속도 등을 고려하여 상기 HS-SH 댐퍼의 단 수를 적절하게 제어하기 위한 반능동형 현가장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 종래의 HS-SH 댐퍼의 작동 원리를 나타내는 그래프.

제2도는 본 발명에 따른 반능동형 현가장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도.

제3a도 및 제3b도에는 차량의 주행 속도에 따른 단수 결정변수의 변화를 나타내는 각각의 그래프.

제4도는 본 발명을 설명하기 위한 상하방향 속도의 일예를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : G 센서 2 : 적분기

3 : 전자제어 유니트 4 : 스텝 모터

5 : 댐퍼

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 자동차의 주행중에 노면에서 받는 충격이나 진동을 농동적으로 완화시키기 위하여 다단 구조를 갖는 댐퍼를 사용하는 반능동형 현가장치로서, 여러 단 수를 갖는 댐퍼와; 차량의 상하방향 가속도를 측정하기 위한 G 센서와; G 센서로부터 검출된 가속도로부터 속도를 결정하기 위한 적분기와; 적분기로부터 속도 데이터를 받아 쇽 업소버의 단수 결정을 위한 변수를 산출해내는 전자제어 유니트와; 전자 제어 유니트의 제어를 받아 댐퍼의 단수를 조절하는 스텝 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치를 제공한다.

또한, 상기 댐퍼는 1단부터 16단으로 구분되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의하면, 자동차의 주행중에 노면에서 받는 충격이나 진동을 능동적으로 완화시키기 위하여 다단 구조를 갖는 댐퍼를 사용하는 반능동형 현가장치의 제어방법으로서, G 센서로부터 상하방향 가속도 (Xs)를 검출하는 단계와; 적분기에 의하여 상하방향 속도 (Xs)를 산출하는 단계와; 상하방향 속도를 근거로 하여 전자제어 유니트에서 신장 및 압축 영역으로의 단수 결정변수를 산출해 내는 단계와; 전자제어 유니트가 단수 결정변수에 근거하여 스텝 모터를 작동시켜 댐퍼의 단수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치의 제어방법을 제공한다.

또한, 상기 Xs가 0보다 크면, 댐퍼의 9단부터 16단에 걸쳐 단수 결정변수 Ke에 의하여 단 수가 제어되고, Xs가 0보다 작다면, 1단부터 8단에 걸쳐 단수 결정변수 Kc에 의하여 단 수가 제어되는 것이 바람직하다.

또한, 단수 결정변수 Ke의 경우 0부터 1사이를 8단계로 분할한 값으로 결정되고, 단수 결정변수 Kc는 0부터 -1 사이를 8단계로 분할한 값으로 결정되는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 단수 결정변수 Ke와 Kc는 차량의 속도에 비례하여 증대되며, Ke가 Kc보다 더 작은 것이 바람직하다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

여기서, 도 2는 본 발명에 따른 반능동형 현가장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 3a 및 3b에는 차량의 주행 속도에 따른 단수 결정변수의 변화를 나타내는 각각의 그래프이며, 도 4는 본 발명을 설명하기 위한 상하방향 속도의 일예를 나타내는 그래프이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반능동형 현가장치는 여러 단 수를 갖는 쇽 업소버(5)와, 챠량의 상하방향 가속도를 측정하기 위한 G 센서(1)와, G 센서(1)로부터 검출된 가속도로부터 속도를 결정하기 위한 적분기(2)와, 적분기(2)로부터 속도 데이터를 받아 쇽 업소버(5)의 단수 결정을 위한 변수를 산출해내는 전자제어 유니트(3)와, 전자제어 유니트(3)의 제어를 받아 쇽 업소버(5)의 단수를 조절하는 스텝 모터(4)로 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 의하면, HS-SH 댐퍼의 단수를 결정할 때, 원칙적으로는 스프링상 질량(sprung mass)의 상하속도(Xs)와 스프링하 질량(unsprung mass)의 상하속도(Xu)의 차이에 의해 결정해야 하지만 Xu을 알기가 어렵기 때문에, Xs만을 사용하게 된다.

따라서, 먼저 G 센서(1)로부터 상하방향 가속도(Xs)를 검출하고, 다시 적분기(2)에 의하여 Xs를 산출하게 된다. 이 때, 상기 Xs가 0보다 크면, 도 1에 도시된 HS모드로서 댐퍼(5)의 9단부터 16단에 걸쳐 단 수가 제어되고, Xs가 0보다 작다면, SH모드로서 1단부터 8단에 걸쳐 단 수가 제어된다.

다음으로, 전자제어 유니트(3)에서 각 모드에 있어서의 단수 결정변수로서 게인(gain)이 결정되는데, HS 모드에서는 Ke로 나타내고, HS 모드에서는 Kc로 나타낸다. 또한, 이러한 각각의 변수는, 단 수를 표준화하여 결정하기 위하여, Ke의 경우 0부터 1 사이를 8단계로 분할한 값으로 결정되고, Kc는 0부터 -1 사이를 8단계로 분할한 값으로 결정된다.

이러한 단수 결정변수의 결정과정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

예를 들어, 차량이 어느 일정한 주행속도에서 도 4에 도시된 바와 같이 Xs의 신호가 나왔다면, 신장 영역(+) 쪽으로 가는 신호와 압축 영역(-) 쪽으로 가는 신호의 폭이 서로 다르다. 또한, 차량의 속도 빨라져 고속주행을 하게 되면 Xs의 범위가 좁아지기 때문에(예를 들면, 차속이 저속일 때는 Xs가 0.4m/s까지 나와도 고속일 때는 0.2m/s 까지 밖에 안된다), Ke나 Kc도 차량의 속도에 따라 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 변하게 해야 하며, 그래야만 단 수를 좀더 효율적으로 사용하여 Xs에 대한 해상도가 높아지기 때문이다.

따라서, 이러한 방법으로 결정된 단수 결정변수에 의하여 전자제어 유니트(3)는 스텝 모터(4)를 작동시켜 댐퍼(5)의 단수를 결정하게 된다.

이상 상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 HS-SH 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치 및 그 제어방법에 의하면, 다단 구조를 갖는 댐퍼의 단 수를 반 능동적으로 제어하기 위한 현가장치 및 그 제어방법을 제공하므로써 제어 범위의 변화에 따른 속도별 최적의 승차감 및 운전 성능을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

한편, 본 발명은 상술된 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 자동차의 주행중에 노면에서 받는 충격이나 진동을 능동적으로 완화시키기위하여 다단 구조를 갖는 댐퍼를 사용하는 반능동형 현가장치의 제어 방법으로서, G센서로부터 상하방향 가속도(Xs)를 검출하는 단계와; 적분기에 의하여 상하방향 속도(Xs)를 산출하는 단계와; 상하방향 속도를 근거화하여 전자제어 유니트에서 신장 및 압축 영역으로의 단수 결정 변수를 산출해 내는 단계와; 전자제어 유니트가 단수 결정 변수에 근거하여 스텝 모터를 작동시켜 댐퍼의 단수를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 Xs가 0보다 크면, 댐퍼의 9단부터 16단계에 걸쳐 단수 결정 변수 Ke에 의하여 단 수가 제어되고, Xs가 0보다 작다면, 1단부터 8단에 걸쳐 단수 결정변수 Kc에 의하여 단 수가 제어되는 것을 특징으로하는 다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치의 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 단수 결정 변수 Ke의 경우 0부터 1사이를 8단계로 분할한 값으로 결정되고, 단수 결정 변수 Kc는 0부터 -1사이를 8단계로 분할한 값으로 결정되는 것을 특징으로하는 다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치의 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 각각의 단수 결정변수 Ke와 Kc는 차량의 속도에 비례하여 증대되며, Ke가 Kc보다 더 작은 것을 특징으로하는 다단 구조를 갖는 댐퍼를 이용한 반능동형 현가장치의 제어방법.

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