KR100241395B1 - 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

차체의 상하방향의 가속도를 측정하여 출력하는 제1 내지 제3 가속도 센서와, 상기한 제1 내지 제3 가속도 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 임의의 점에서의 상하방향의 변위를 산출한 뒤에 상기한 변위를 시간에 대하여 2차 미분함으로써 가속도를 추정하여 출력하는 제어수단을 포함하여 이루어지며, 3개의 가속도 센서로부터 출력되는 신호를 사용하여 임의의 차체 위치에서의 가속도를 추정한 뒤에 이를 현가장치 제어에 사용함으로써 비용을 절감할 수 있는, 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법을 제공한다.

Description

반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법
이 발명은 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 3개의 가속도 센서로부터 출력되는 신호를 사용하여 임의의 차체 위치에서의 가속도를 추정한 뒤에 이를 현가장치 제어에 사용함으로써 비용을 절감할 수 있는, 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현가장치란 간단히 말해서 차량의 하체와 상체 사이를 지탱해주는 부분이다. 상기한 현가장치는 크게 수동 현가장치, 반능동 현가장치, 능동 현가장치의 3종류로 나눌 수가 있는데, 이러한 현가장치의 특성에 따라 차량의 승차감 및 조향성에 큰 영향을 미치게 된다.
상기한 각 현가장치의 특징은 댐퍼의 구조를 통해서 가장 현격하게 나타나는데, 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 수동 현가장치에 사용되는 수동 댐퍼는 하나의 댐핑계수를 가지고 있으며, 제2도에 도시되어 있는 바와 같이 반능동 현가장치에 사용되는 반능동 댐퍼는 단수에 따라 오리피스(orifice)의 크기가 바뀌어서 여러개의 댐핑계수를 가지고 있으므로 주위 상황에 따라 ECU가 적절하게 단수를 변화시키면 기존의 수동 댐퍼보다 훨씬 더 좋은 승차감 및 조향성을 확보할 수 있다. 하지만, 힘을 발생시키지는 못하기 때문에 능동 현가장치처럼 차체의 진동을 완전히 억제하지는 못한다. 능동 현가장치는, 제3도에 도시되어 있는 바와 같이, 차량내에 펌프와 밸브가 부착되어 있고 ECU가 밸브를 제어함으로써 적절한 힘을 실린더에서 발생시켜서 차량의 자세를 제어한다. 상기한 능동 현가장치의 가장 큰 특징은 힘을 발생시키는 요소인 펌프가 존재하고, 그것을 제어하는 제어밸브가 있기 때문에 상황에 따라 적절하게 유압을 변환시킴으로써 세 장치중 가장 효과적으로 차량을 제어한다.
하지만, 능동 현가장치는 시스템이 복잡하고 가격이 비싸기 때문에 대부분의 완성차 메이커들은 주변상황에 따라 댐핑 계수를 바꿀 수가 있는 반능동 현가장치를 선호하고 있는 추세이다. 상기한 반능동 현가장치에 있어서, 차량의 주변상황을 판단하는 요소중의 하나가 차량의 특정부위에서의 상하방향 가속도인데, 종래에는 차체의 상하방향 가속도를 측정하고자 하는 곳마다 가속도 센서(G 센서)를 모두 장착하여 이를 측정하는 구조로 이루어진다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 반능동 현가장치에서는, 차체의 상하방향 가속도를 측정하고자 하는 곳마다 고가의 가속도 센서를 장착해야 하므로 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
이 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 3개의 가속도 센서로부터 출력되는 신호를 사용하여 임의의 차체 위치에서의 가속도를 추정한 뒤에 이를 현가장치 제어에 사용함으로써 비용을 절감할 수 있는, 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
제1도는 종래의 수동 현가장치에 사용되는 수동 댐퍼의 구조도이다.
제2도는 종래의 반능동 현가장치에 사용되는 반능동 댐퍼의 구조도이다.
제3도는 종래의 능동 현가장치에 사용되는 댐퍼의 구조도이다.
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치의 구성 블록도이다.
제5도는 이 발명의 실시예에 다른 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어방법을 설명하기 위한 벡터도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 제1 가속도 센서 20 : 제2 가속도 센서
30 : 제3 가속도 센서 40 : 마이크로 컨트롤러
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치의 구성 블록도이다. 제4도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치의 구성은, 차체의 상하방향의 가속도를 측정하여 출력하는 제1 내지 제3 가속도 센서(10~30)와, 상기한 제1 내지 제3 가속도 센서(10~30)로부터 입력되는 신호를 이용하여 임의의 점에서의 상하방향의 변위를 산출한 뒤에 상기한 변위를 시간에 대하여 2차 미분함으로써 가속도를 추정하여 출력하는 마이크로 컨트롤러(40)를 포함하여 이루어진다.
상기한 마이크로 컨트롤러(40)는 내부에 에널로그/디지틀 컨버터(analog to digital converter)와 메모리(memory)가 내장되어 있는 것을 사용한다.
제5도는 이 발명의 실시예에 따른 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어방법을 설명하기 위한 벡터도이다. 제5도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어방법은, 제1 내지 제3 가속도 센서(10~30)로부터 입력되는 신호를 이용하여 임의의 점 P(xp, yp, zp)에 관하여 벡터를 구하는 단계와, 기준점을 좌표의 중심점 O으로 하여 백터를 풀어낸 뒤에 이를 z축의 좌표에 관해서 정리함으로써 임의의 점 P에서의 상하방향(z축 방향)의 변위를 산출하는 단계와, 상기한 변위를 시간에 대하여 2차 미분함으로써 가속도에 관한 결과식을 얻는 단계와, 상기한 결과식으로부터 가속도를 알고자 하는 임의의 점의 가속도를 구하여 이를 반능동 현가장치의 제어를 위한 정보신호로서 사용하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법의 적용은 다음과 같다.
전원이 인가되면, 마이크로 컨트롤러(40)의 내부 메모리에 프로그램화되어 저장되어 있는 제어 프로그램이 마이크로 컨트롤러(40)에 의해 실행됨으로써 이 발명의 실시예에 따른 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치의 동작이 시작된다(S10).
동작이 시작되면, 마이크로 컨트롤러(40)는 모든 메모리 변수를 초기화시킨 뒤에, 제1 내지 제3 가속도 센서(10~30)로부터 입력되는 신호를 읽어들인다. 상기한 제1 내지 제3 가속도 센서(10~30)가 제5도에 도시되어 있는 바와 같이 각각 P1(x1, y1, z1), P2(x2, y2, z2), P4(x4, y4, z4)의 위치에 장착되어 있다고 하면, 마이크로 컨트롤러(40)는 임의의 점 P(xp, yp, zp)에 관하여 다음의 수식(1)에 의한 벡터를 구할 수가 있다.
Figure kpo00002
여기에서, a는 점 P1에서 점 P2까지의 거리를 나타내며, b는 점 P2에서 점 P3까지의 거리를 나타낸다.
상기한 수식(1)에서, 기준점을 좌표의 중심점 O이라 하면, 다음과 같은 수식(2)를 얻을 수가 있다.
Figure kpo00003
여기에서,
Figure kpo00004
이므로, 이를 z축의 좌표에 관해서 수식 (2)를 정리하면 다음과 같은 수식(3)을 얻을 수가 있다.
Figure kpo00005
상기한 수식(3)은 임의의 점 P에서의 상하방향(z축 방향)의 변위를 나타내는데, 선형적(linear)이므로 이를 시간에 대하여 2차 미분하면 다음의 수식(4)와 같은 가속도에 관한 결과식을 얻을 수가 있다.
Figure kpo00006
위의 수식(4)로부터 알 수 있듯이, 한 평판내에서 3군데 위치에서의 가속도만을 가지고 임의의 위치에서의 가속도를 결정할 수가 있게 된다.
만약, 가속도를 알고자 하는 임의의 점이 P3(x3, y3, z3) 라면, x=a, y=b 이므로, 수식(4)는 다음의 수식(5)와 같이 산출된다.
Figure kpo00007
따라서, 마이크로 컨트롤러(4)는 3개의 가속도 신호와, 가속도를 알고 싶은 곳의 위치(x, y)를 알고 있다면, 차체의 어느 곳에서든지 가속도를 산출할 수가 있게 된다. 이와 같이 산출된 가속도 신호는 반능동 현가장치를 제어하기 위한 정보신호로서 사용된다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 3개의 가속도 센서로부터 출력되는 신호를 사용하여 임의의 차체 위치에서의 가속도를 추정한 뒤에 이를 현가장치 제어에 사용함으로써 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치 및 그 방법을 제공할 수가 있다. 이 발명의 이러한 효과는 자동차 현가장치 제어 분야에서 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 변형되어 이용될 수가 있다.

Claims (2)

  1. 차체의 상하방향의 가속도를 측정하여 출력하는 제1 내지 제3 가속도 센서와, 상기한 제1 내지 제3 가속도 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 임의의 점에서의 상하방향의 변위를 산출한 뒤에 상기한 변위를 시간에 대하여 2차 미분함으로써 가속도를 추정하여 출력하는 제어수단을 포함하여 이루어지며, 상기한 제어수단은 점 P1, 점 P2, 점 P4에 설치되어 가속도 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여, 임의의 점 P의 z축 성분 zp에 대하여 다음과 같은 수식을 이용하여 가속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어장치.
    Figure kpo00008
    여기에서, a는 점 P1에서 점 P2까지의 거리를 나타내며, b는 점 P2에서 점 P3까지의 거리를 나타낸다.
  2. 제1 내지 제3 가속도 센서(10~30)로부터 입력되는 신호를 이용하여 임의의 점 P(xp, yp, zp)에 관하여 벡터를 구하는 단계와, 기준점을 좌표의 중심점 O으로 하여 벡터를 풀어낸 뒤에 이를 z축의 좌표에 관해서 정리함으로써 임의의 점 P에서의 상하방향(z축 방향)의 변위를 산출하는 단계와, 상기한 변위를 시간에 대하여 2차 미분함으로써 가속도에 관한 결과식을 얻는 단계와, 상기한 결과식으로부터 가속도를 알고자 하는 임의의 점의 가속도를 구하여 이를 반능동 현가장치의 제어를 위한 정보신호로서 사용하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반능동 현가장치에서의 차체 가속도 추정 제어방법.
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