KR100262572B1 - 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

조향각을 감지하여 출력하는 조향각 센서(10)와, 전방 및 후방 쇼크 업쇼버의 변위를 감지하여 출력하는 전방 및 후방 변위 센서(20,30)와, 브레이크 페달이 밟혀지는 경우에 온되는 브레이크 스위치(40)와, 드로틀 밸브의 개도각을 감지하여 출력하는 드로틀 포지션 센서(50)와, 브레이크의 압력을 감지하여 출력하는 브레이크 압력 센서(60)와, 차량의 속력을 감지하여 출력하는 차속 센서(70)와, 조향각 센서(10)와 차속 센서(70)로부터 입력되는 신호를 이용하여 횡가속도를 산출하고, 횡가속도와 전방 및 후방 변위 센서(20,30)로부터 입력되는 신호를 이용하여 롤링 보정치를 산출하고, 브레이크 스위치(40)가 온된 경우에 브레이크 입력센서(60)로 부터 입력되는 신호를 이용하여 언더스티어 보정을 하고, 브레이크 스위치(40)가 온되지 않은 경우에 드로틀 포지션 센서(50)로부터 입력되는 신호를 이용하여 오버스티어 보정을 하는 마이크로 컨트롤러(80)와, 상기한 마이크로 컨트롤러(70)로부터 입력되는 신호에 따라 액티브 롤을 댐핑시키는 서스펜션 구동부(90)로 이루어지며, 차량을 선회시키는 경우에 횡가속도와 변위에 따라 서스펜션 특성이 보정되도록 함으로써 롤링을 방지하고, 가속시에는 후방의 서스펜션 특성이 강화되도록 함으로써 언더 스티어를 방지하고, 감속시에는 전방의 서스펜션 특성이 강화되도록 함으로써 오버 스티어를 방지하는 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치 및 그 방법을 제공한다.

Description

자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치 및 그 방법
제1도는 본 발명 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치의 구성 회로도.
제2도는 본 발명 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어 방법의 동작 순서도.
본 발명은 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 차량을 선회시키는 경우에 횡가속도와 변위에 따라 서스펜션 특성이 보정되도록 함으로써 롤링을 방지하고, 가속시에는 후방의 서스펜션 특성이 강화되도록 함으로써 언더 스티어를 방지하고, 감속시에는 전방의 서스펜션 특성이 강화되도록 함으로써 오버 스티어를 방지할 수 있는 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현가장치(suspension)는 차체와 차축 사이에서 노면으로부터의 진동이나 충격을 완화하여 승차감을 향상시키며, 자동차의 자세 변화를 최소화하여 조종 안정성을 향상시키는 등의 기능이 있으며, 스프링(spring), 쇼크 업쇼버(shock absorber), 스테이빌라이저(stabilizer) 등으로 구성되어 있다.
일반적으로 자동차에서의 승차감과 조종 안정성은 서로 상반된 특성이다. 노면의 미세한 진동까지 흡수하기 위해서 스프링을 유연하게 하면 승차감은 좋아지게 되나, 선회시 롤링이 심하게 되며 제동시에는 다이브 현상이 심화되는 등 조종 안정성이 불안하게 된다. 이와는 반대로, 스프링 상수가 커지게 되면 조종 안정성은 좋으나, 노면의 미세한 진동이 차체에 전달됨으로써 승차감이 나빠지게 된다.
서스펜션의 설계시 차량의 성격에 따라 기구적으로 양자(승차감과 조종 안정성)를 적절하게 하고 있지만, 특히 전자 기술을 이용하여 주행 상태에 따라 서스펜션 특성을 제어함으로써 양자를 만족시키는 것이 전자 제어 서스펜션이다.
종래의 전자 제어 서스펜션은, 메이커나 차종에 따라 그 기능에 다소 차이가 있으나, 대체로 스프링 상수, 댐핑, 차고를 조정하는 3가지 기능을 갖추고 있다.
그러나 상기한 종래의 전자 제어 서스펜션은, 차량을 선회시키는 경우에 발생되는 롤링 현상을 제대로 제어하지 못함으로써 조종 안정성이 저하되는 문제점이 있다.
또한 상기한 종래의 전자 제어 서스펜션은, 차량을 선회시키는 경우에, 가속시에 핸들을 꺾은 각도에 비하여 차체의 선회 반경이 커지게 되는 언더 스티어(understeer)현상과, 감속시에 핸들을 꺾은 각도에 비하여 차체의 선회 반경이 작아지게 되는 오버 스티어(oversteer) 현상의 발생을 적절하게 제어하지 못함으로써 조종 안정성이 나쁘게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 차량을 선회시키는 경우에 횡가속도와 변위에 따라 서스펜션 특성이 보정되도록 함으로써 롤링을 방지하고, 가속시에는 후방의 서스펜션 특성이 강화되도록 함으로써 언더 스티어를 방지하고, 감속시에는 전방의 서스펜션 특성이 강화되도록 함으로써, 오버 스티어를 방지할 수 있는 자동차의 액티브 롤댐핑 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 장치의 구성은, 조향각을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 조향각 센서와, 전방 쇼크 업쇼버의 변위를 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 전방 변위 센서와, 후방 쇼크 업쇼버의 변위를 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 후방 변위 센서와, 브레이크 페달이 밟혀지는 경우에 온되는 브레이크 스위치와, 드로틀 밸브의 개도각을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 드로틀 포니션 센서와, 브레이크의 압력을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 브레이크 압력센서와, 차량의 속력을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 차속 센서와, 상기한 조향각 센서와 차속 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 횡가속도를 산출하고, 상기한 횡가속도와 상기한 전방 후방 변위센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 롤링 보정치를 산출하고, 상기한 브레이크 스위치가 온된 경우에 상기한 브레이크 압력 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 언더 스티어 보정을 하고, 상기한 브레이크 스위치가 온되지 않은 경우에 상기한 드로틀 포지션 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 오버 스티어 보정을 한 뒤에 보정치에 따라 서스펜션을 구동하기 위한 신호를 출력하는 마이크로 컨트롤러(microcontroller)와, 상기한 마이크로 컨트롤러로부터 입력되는 신호에 따라 액티브 롤을 댐핑(damping)시키는 서스펜션 구동부를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 구성은, 운전자가 필요에 따라 액티브 롤 댐핑 제어장치를 선택적으로 동작시키기 위한 동작 스위치를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 방법은 전원이 인가되면 동작이 시작되는 단계와, 모든 메모리 변수를 초기화시킨 뒤에 동작 스위치로부터 입력되는 신호를 읽어들여 동작 스위치가 온되었는지를 판단하는 단계와, 동작스위치가 온된 경우에 조향각과 차속을 감지하는 단계와, 조향각과 차속을 이용하여 횡가속도를 산출한 뒤에, 횡가속도가 일정치 이하인지를 판단하는 단계와 횡가속도가 일정치 이하인 경우에 보정을 하지 않는 단계와, 횡가속도가 일정치 이상인 경우에 쇽크 업쇼버의 전방 변위 및 후방 변위를 감지하는 단계와, 상기한 변위에 따라 롤링 보정치를 산출하는 단계와, 브레이크 스위치가 온되어 있는지를 판단하여, 브레이크 스위치가 온되어 있는 경우에 브레이크 압력을 감지하고, 상기한 브레이크 압력치를 이용하여 오버 스티어 보정을 하는 단계와, 브레이크 스위치가 온 되지 않은 경우에 드로틀 밸브의 개도가 일정치 이상인지를 판단하여, 드로틀 밸브의 개도가 일정치 이상인 경우에 언더 스티어 보정을 하는 단계와, 보정치에 따라 서스펜션을 구동하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치의 구성 회로도이다.
제1도에 도시되어 있듯이 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치는 조향각을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 조향각 센서(10)와, 전방 쇼크 업쇼버의 변위를 감지한 뒤에 를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 전방 변위 센서(20)와, 후방 쇼크 업쇼버의 변위를 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 후방 변위 센서(30)와, 브레이크 페달이 밟혀지는 경우에 온되는 브레이크 스위치(40)와, 드로틀 밸브의 개도각을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 드로틀 포지션 센서(50)와, 브레이크의 압력을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 브레이크 압력 센서(60)와, 차량의 속력을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 차속 센서(70)와, 운전자가 필요에 따라 액티브 롤 댐핑 제어장치를 선택적으로 동작시키기 위한 동작 스위치(SW)와, 상기한 조향각 센서(10)와 전방 및 후방 변위 센서(20,30)와 브레이크 스위치(40)와 드로틀 포지션 센서(50)와 브레이크 압력 센서(60)와 차속 센서(70)와 동작 스위치(SW)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 마이크로 컨트롤러(80)와, 상기한 마이크로 컨트롤러(80)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 서스펜션 구동부(90)로 이루어진다.
상기한 마이크로 컨트롤러(80)는 내부에 애널로그/디지틀 컨버터(analog to digital converter)와 메모리(memory)가 내장되어 있는 것을 사용한다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어 방법의 동작 순서도이다.
제2도에 도시되어 있듯이 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어 방법의 구성은, 전원이 인가되면 동작이 시작되는 단계(F10)와, 모든 메모리 변수를 초기화시킨 뒤에 동작 스위치로부터 입력되는 신호를 읽어들여 동작 스위치가 온되었는지를 판단하는 단계(F20)와, 동작 스위치가 온된 경우에 조향각과 차속을 감지하는 단계(F30)와, 조향각과 차속을 이용하여 황가속도를 산출하는 단계(F40)와, 횡가속도가 일정치 이하인지를 판단하는 단계(F50)와, 횡가속도가 일정치 이하인 경우에 보정을 하지 않는 단계(F60)와, 횡가속도가 일정치 이상인 경우에 쇽크 업쇼버의 전방 변위 및 후방 변위를 감지하는 단계(F70)와, 상기한 변위에 따라 롤링 보정치를 산출하는 단계(F80)와, 브레이크 스위치가 온되어 있는지를 판단하는 단계(F90)와, 브레이크 스위치가 온되어 있는 경우에 브레이크 압력을 감지하는 단계(F100)와, 상기한 브레이크 압력치를 이용하여 오버 스티어 보정을 하는 단계(F110)와, 브레이크 스위치가 온되지 않은 경우에 드로틀 밸브의 개도가 일정치 이상인지를 판단하는 단계(F120)와, 드로틀 밸브의 개도가 일정치 이상인 경우에 언더 스티어 보정을 하는 단계(F130)와, 보정치에 따라 서스펜션을 구동하는 단계(F140)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치 및 그 방법의 작용은 다음과 같다.
전원이 인가되면, 마이크로 컨트롤러(80)의 내부 메모리에 프로그램화되어 저장되어 있는 제2도에 도시되어 있는 동작 수순이 마이크로 컨트롤러(80)에 의해 실행됨으로써 이 발명의 실시예에 따른 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치의 동작이 시작된다(F10).
동작이 시작되면, 마이크로 컨트롤러(80)는 모든 메모리 변수를 초기화시킨 뒤에, 동작 스위치(SW)로부터 입력되는 신호를 읽어들여 동작 스위치(SW)가 온되었는지를 판단한다(F20).
동작 스위치(SW)가 온된 경우에, 마이크로 컨트롤러(80)는 조향각 센서(10)와 차속 센서(70)로부터 입력되는 신호를 읽어들여 조향각과 차속을 감지한다(F30).
마이크로 컨트롤러(80)는 감지된 조향각과 차속을 이용하여 다음의 수식(1)을 이용하여 횡가속도(ay)를 산출한다(F40).
여기에서, K1, K2는 상수이고, ds 는 조향각이고, V는 차속이다.
다음에, 마이크로 컨트롤러(80)는 횡가속도의 절대치가 일정치(0.1g) 이하인지를 판단한다(F50).
횡가속도가 일정치 이하인 경우에, 마이크로 컨트롤러(80)는 보정을 하지 않는다(F60).
횡가속도가 일정치 이상인 경우에, 마이크로 컨트롤러(80)는 전방 및 후방 변위 센서(20,30)로부터 입력되는 신호를 읽어들여 쇽크 업쇼버의 전방 변위(xf) 및 후방 변위(xr)를 감지한다(F70).
다음에, 마이크로 컨트롤러(80)는 상기한 변위에 따라 롤링 보정치(Vf, Vr)를 다음의 수식(2)와 수식(3)을 이용하여 산출한다(F80).
여기에서, xf는 전방 쇼크 업쇼버의 변위이고, xr은 후방 쇼크 업쇼버의 변위이며, Kf는 전방 제어 상수, Kxf는 전방 쇼크 업쇼버의 변위 제어 상수이며, Kr은 후방 제어 상수, Kxr은 후방 쇼크 업쇼버의 변위 제어 상수이다.
다음에, 마이크로 컨트롤러(80)는 브레이크 스위치(40)로부터 입력되는 신호를 읽어들여 브레이크 스위치(40)가 온되어 있는지를 판단한다(F90).
브레이크 스위치(40)가 온되어 있는 경우에, 마이크로 컨트롤러(80)는 브레이크 압력 센서(60)로부터 입력되는 신호를 읽어들여 브레이크 압력을 감지한다(F100).
다음에, 마이크로 컨트롤러(80)는 상기한 브레이크 압력치(Br)를 이용하여 다음의 수식(4)를 이용하여 오버 스티어 보정을 한다(F110).
여기에서, Kb는 상수이고, Br은 브레이크 압력치이다.
브레이크 스위치(40)가 온되지 않은 경우에, 마이크로 컨트롤러(80)는 드로틀 포지션 센서(50)로부터 입력되는 신호를 읽어들여 드로틀 밸브의 개도가 일정치 이상인지를 판단한다(F120).
드로틀 밸브의 개도가 일정치 이상인 경우에, 마이크로 컨트롤러(80)는 다음의 수식(5)를 이용하여 언더 스티어 보정을 한다(F130).
여기에서 Kt는 제어 상수이고, Tps는 차량의 엔진에 공기를 공급하는 스로틀 장치의 위치를 측정하는 드로틀 포지션 센서(Throttle position sensor)이다.
다음에, 마이크로 컨트롤러(80)는 상기한 보정치에 따라 서스펜션 구동부(90)로 제어 신호를 출력하여 구동시킴으로써 액티브 롤 댐핑이 이루어지도록 한다(F140).
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에서, 차량을 선회시키는 경우에 횡가속도와 변위에 따라 서스펜션 특성이 보정되도록 함으로써 롤링을 방지하고, 가속시에는 후방의 서스펜션 특성이 강화되도록 함으로써 언더 스티어를 방지하고, 감속시에는 전방의 서스펜션 특성이 강화되도록 함으로써 오버 스티어를 방지할 수 있는 효과를 가진 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치 및 그 방법을 제공할 수가 있다.

Claims (3)

  1. 스티어링에 조향각을 감지하는 조향각 센서(10)와, 전방 쇼크 업쇼버의 변위를 감지하는 전방 변위 센서(20)와, 후방 쇼크 업쇼버의 변위를 감지하는 후방 변위 센서(30)와, 브레이크 페달이 밟혀지는 경우에 온되는 브레이크 스위치(40)와, 드로틀 밸브의 개도각을 감지하는 드로틀 포지션 센서(50)와, 상기 브레이크의 압력을 감지하는 브레이크 압력 센서(60)와, 차량의 속력을 감지하는 차속 센서(70)와, 상기 조향각 센서(10)와 차속 센서(70)로부터 입력되는 신호를 이용하여 횡가속도를 산출하고, 상기 횡가속도와 상기 전방 및 후방 변위 센서(20,30)로부터 입력되는 신호에 롤링 보정치를 산출하고, 상기 브레이크 스위치(40)가 온 시 브레이크 압력 센서(60)로부터 입력되는 신호로 언더 스티어 보정을 하고, 상기 브레이크 스위치(40)가 오프시 상기 드로틀 포지션 센서(50)로부터 입력되는 신호로 오버 스티어 보정을 한 뒤에 보정치에 따라 서스펜션을 구동하기 위한 신호를 출력하는 마이크로 컨트롤러(80)와, 상기 마이크로 컨트롤러(70)로부터 입력되는 신호에 따라 액티브 롤을 댐핑시키는 서스펜션 구동부(90)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 컨트롤러(70)에는 운전자가 필요에 따라 액티브 롤 댐핑 제어장치의 동작을 선택하는 동작 스위치(SW)를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어장치.
  3. 전원이 인가되면 동작이 시작되는 단계(F10)와, 모든 메모리 변수를 초기화시킨 뒤에 동작 스위치로부터 입력되는 신호를 읽어들여 동작 스위치가 온되었는지를 판단하는 단계(F20)와, 동작 스위치가 온된 경우에 조향각과 차속을 감지하는 단계(F30)와, 상기 단계에서 감지된 조향각과 차속으로 황가속도를 산출하고, 이 횡가속도가 임의의 설정치 이하인지를 판단하는 단계(F40)(F50)와, 상기 단계에서 횡가속도가 임의의 설정치 이하인 경우에 보정하지 않는 단계(F60)와, 상기 단계에서 횡가속도가 일정치 이상인 경우에 쇽크 업쇼버의 전방 변위와 후방 변위를 감지하는 단계(F70)와, 상기 단계에서 감지된 변위에 따라 롤링 보정치를 산출하는 단계(F80)와, 브레이크 스위치가 온되어 있는지를 판단하는 단계(F90)와, 상기 단계에서 브레이크 스위치가 온되어 있는 경우에 브레이크 압력을 감지하고(F100), 상기한 브레이크 압력치로 오버 스티어 보정하는 단계(F110)와, 상기 단계에서 브레이크 스위치가 온되지 않은 경우에 드로틀 밸브의 개도가 일정치 이상인지를 판단하여(F120), 드로틀 밸브의 개도가 일정치 이상인 경우에 언더 스티어 보정을 하는 단계(F130)와, 상기 단계에서 보정된 보정치에 따라 서스펜션을 구동하는 단계(F140)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 액티브 롤 댐핑 제어 방법.
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