KR100329857B1 - 차량의전자제어감쇠력가변현가장치 - Google Patents

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Abstract

차량에 장착된 차속센서로부터 운전자의 제동 및 구동 상황을 정확하게 인식하여 댐퍼의 감쇠력을 제어함으로써 주행 방향 운동인 피칭을 최소화하고, 노면 접지력을 향상시켜 차량의 승차감과 주행 안정성을 동시에 향상시킨다.
차속센서(13)가 검출하는 차속신호를 미분기(21)로 미분하여 차량속도의 변화량을 계산하고, 계산한 차량속도의 변화량을 이용하여 차량속도 양수 변화량 계산부(22)가 차량의 출발에 해당하는 차량속도 양수 변화량만을 계산하며, 이 계산한 차량속도 양수 변화량에 적정 감쇠력 계산부(23)가 차량의 현재 주행속도에 따른 가중치를 곱하여 차량의 적정 감쇠력을 계산하는 것으로 차량의 급출발이나 급제동시 각 바퀴의 적정 감쇠력을 선정하여 차체 운동을 제어함으로써 차체 피칭 운동을 극소화시킨다.

Description

차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치{Electronic control decrease power variable suspension apparatus of vehicle}
본 발명은 차량에 장착된 차속센서로부터 운전자의 운전 조작에 따른 차량의 제동 및 구동 상황을 인식하고 인식한 차량의 제동 및 구동 상황에 따라 감쇠력 가변 댐퍼의 감쇠력을 제어하여 차량의 승차감 및 조정 안정성을 향상시키는 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 차축과 차체를 연결하는 현가장치를 구비하여 차량이 주행할 경우에 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 함으로써 차체와 화물의 손상을 방지하고, 승차감 및 안정성을 향상시키고 있다.
또한 현가장치는 바퀴에서 발생되는 구동력이나, 제동할 경우에 각각의 구동 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회할 경우에 원심력에 견디고, 구동 바퀴를 차체에 대하여 올바른 위치에 유지시키는 것이다.
이를 위하여 현가장치는 노면에서 받는 충격을 완화시키기 위하여 상하 방향으로의 유연한 결합을 필요로 함은 물론 구동 바퀴가 발생하는 구동력, 제동력 및 선회시의 원심력 등에 견딜 수 있도록 수평 방향으로의 강한 결합을 필요로 한다.
이러한 현가장치는 차량의 주행 속도, 제동 및 가속에 따라 가변식 댐퍼의 감쇠력을 가변함은 물론 일정한 주행 속도에서도 노면에 따라 가변식 댐퍼의 감쇠력을 조절하고 있으며, 가변식 댐퍼의 감쇠력은 액츄에이터인 스테핑 모터를 구동시켜 조절하고 있다.
즉, 가변식 댐퍼는 제어 로드를 구비하고 있고 액츄에이터인 스테핑 모터를 구동시켜 제어 로드를 회전시킴에 따라 유로가 변환되어 감쇠력이 가변되게 되어 있다.
종래의 전자제어 현가장치(Electronic Control Suspension System ; ECS)는 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 상하 방향의 가속도를 검출하는 수직 가속도 센서(1), 차량의 주행속도를 검출하는 차속센서(2), 차량의 제동을 검출하는 브레이크 센서(3), 엔진의 트로틀 개도각을 검출하는 TPS(Throttle Position Sensor)(4), 제어모드를 변환시키는 모드선택 스위치(5) 및 차량의 조향 각속도를 검출하는 조향각 센서(6) 등의 각종 센서와 스위치를 차량의 해당 위치에 장착하고, 전자제어 현가장치의 제어기(7)는 상기 수직 가속도 센서(1), 차속센서(2), 브레이크 센서(3), TPS(4), 모드선택 스위치(5) 및 조향각 센서(6)의 검출신호를 이용하여, 4개의 바퀴 측에 각기 구비된 댐퍼(도면에 도시되지 않았음)의 적절한 감쇠력을 결정하고, 이 결정한 댐퍼의 감쇠력에 따라 댐퍼의 상단에 위치한 전자식 엑츄에이터(8)를 구동 및 제어 로드를 회전시켜 유로의 크기를 변화시킴으로써 댐퍼의 감쇠력을 동시에 하드 모드(Hard Mode), 미디움 모드(Medium Mode), 소프트 모드(Soft Mode)로 적절하게 조정하게 구성하였다.
이러한 종래의 전자제어 현가장치는 차량의 주행 방향 운동시의 상황에 따라 다음의 6가지 개별 로직으로 액츄에이터를 구동하게 된다.
첫째, 안티-바운스(ANTI-BOUNCE) 제어는 범프나 험로 주행과 같은 상황을 감지하여 차속이 설정된 V1Kph이상이고, 차량의 무게 중심, 즉 콘솔 박스에 위치한 차량의 수직 가속도의 크기가 설정된 G1g이상인 경우에 액츄에이터를 미디움 모드로로 절환하고, 조건이 해제된 후 설정된 t1초가 경과될 경우에 원래의 상태로 복귀한다.
둘째, 차량이 정지할 경우에 승객이 타고 내리는 경우와, 짐의 적재 및 하차시의 차량의 움직임이 작도록 하기 위한 안티-쉐이크(ANTI-SHAKE) 제어는, 차속이 설정된 V2Kph이하인 경우에는 하드 모드로 절환하고, 차속이 V21Kph 이상으로 t2초 이상 유지될 경우에 원래의 상태로 절환한다.
셋째, 차량이 고속으로 주행하는 경우에 차량의 조종 안전성을 확보하기 위한 고속 감응 제어는 차속이 V3Kph 이상으로 t3초 이상 유지되면 미디움 모드로 절환하고, 차속이 V31Kph이하인 경우에는 원래의 상태로 복귀한다.
넷째, 저속 출발시 차량의 앞부분이 상하 방향으로 움직이는 것을 최소로 하기 위한 안티-스쿼트(ANTI-SQUAT) 제어는 차속이 V4Kph미만이고 엔진의 트로틀 개도각이 θ4Deg 보다 큰 경우에는 액츄에이터를 미디움 모드로 절환하고, t4초가 경과하거나 또는 차속이 V41Kph 이상이면 원래의 상태인 미디움 모드 또는 하드 모드로 절환한다.
다섯째, 중속 및 고속에서 제동시 차량의 앞부분이 아래 방향으로 움직이는 것을 최소로 하기 위한 안티 다이브(ANTI-DIVE) 제어는 차속 V5Kph 이상에서 제동에 의해 브레이크 스위치가 온(ON)되면 액츄에이터를 하드 모드로 절환하고, 이 조건이 성립하지 않는 시점으로부터 t5초가 경과되면 상기 액츄에이터를 미디움 모드 또는 하드 모드로 절환한다.
마지막으로, 조향시의 차량의 안정성을 확보하기 위한 안티-롤(ANTI-ROLL)제어는 차속이 설정된 V6Kph보다 큰 경우에 차속이 V61Kph, V62Kph, V63Kph, V64Kph에서 조향 각속도가 각각 θ61Deg/sec, θ62Deg/sec, θ63Deg/sec, θ64Deg/sec보다 큰 경우에는 하드 모드로 절환하고, 이 조건이 해제된 때로부터 t6초 경과될 경우에 원래의 상태로 복귀한다.
상기와 같이 종래의 전자제어 현가장치의 주행 방향 운동 제어 로직은 적은 댐퍼의 감쇠력 단을 갖고 각 바퀴의 감쇠력을 동시에 제어하여 각 바퀴의 감쇠력만을 올려줌으로써 차량의 급출발, 급제동 및 고속 주행을 할 경우에 피칭 운동을 줄여주도록 하고 있다.
그러나, 개도각만을 이용하여 차량의 출발 운동을 감지함으로써 차량의 운동에 직접적인 상황이 발생하지 않는 경우에도 차량의 운동 상황을 고려하지 않고 갑자기 감쇠력을 올려 주게되어 승차감을 저감시키고, 불필요한 감쇠력 제어를 빈번하게 수행하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 목적은 차량에 장착된 차속센서로부터 운전자의 제동 및 구동 상황을 정확하게 인식하여 댐퍼의 감쇠력을 제어함으로써 주행 방향 운동인 피칭을 최소화하고, 노면 접지력을 향상시켜 차량의 승차감과 주행 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 전자제어 현가장치가 차량에 장착된 상태를 보인 도면이고,
도 2는 본 발명에 의한 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치가 차량에 장착된 상태를 보인 도면이며,
도 3은 본 발명에 의한 전자제어 감쇠력 가변 현가장치의 제어기의 블록 구성도이며,
도 4는 차량속도에 따른 가중치를 나타낸 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
13 : 차속센서 17 : 제어기
18 : 가변 댐퍼 및 액츄에이터 21 : 미분기
22 : 차량속도 양수 변화량 계산부 23 : 적정 감쇠력 계산부
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치에 따르면,
차속센서로부터 검출되는 차속신호를 미분하여 차량속도의 변화량을 계산하고, 이 차량속도의 변화량으로부터 차량의 출발에 해당하는 차량속도 양수 변화량만을 계산하여, 이 차량속도 양수 변화량과 차량의 주행 속도에 따른 가중치를 곱하여 차량의 출발을 표시하는 값을 계산한 후, 이 표시값에 따라 감쇠력 가변 댐퍼의 감쇠력을 큰 방향으로 변화시켜 차량의 급출발시의 피칭 운동을 억제하도록 함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 4의 도면을 참고하여 본 발명의 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치가 구성된 차량을 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 차량의 상하 및 좌우 방향의 가속도를 검출하는 수직/좌우 가속도 센서(11)와, 차축의 수직 방향의 가속도를 검출하는 차축 수직 가속도 센서(12)와, 차량의 속도를 검출하는 차속센서(13)와, 차량의 제동시 이를 검출하는 브레이크 센서(14)와, 엔진의 트로틀 밸브의 개도각을 검출하는 TPS(15)와, 제어모드를 변환시키는 모드선택 스위치(16)와, 상기 수직/좌우 가속도 센서(11), 차축 수직 가속도 센서(12), 차속센서(13), 브레이크 센서(14), TPS(15) 및 모드선택 스위치(16)의 출력신호를 이용하여 감쇠력을 결정하고 결정한 감쇠력에 따라 각각의 바퀴 측에 설치된 가변 댐퍼의 감쇠력을 조정하기 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하는 제어기(17)와, 상기 제어기(17)가 출력하는 액츄에이터 구동신호에 따라 구동되는 각각의 바퀴의 가변 댐퍼 및 액츄에이터(18)가 차량에 장착되어 있다.
상기 가변 댐퍼 및 액츄에이터(18)는 감쇠력 가변 댐퍼와 스태핑(Stepping) 모터형 액츄에이터로 이루어진다. 그리고 감쇠력 가변댐퍼는, 댐퍼 상단에 위치한 스태핑 모터형 액츄에이터를 구동시켜 댐퍼의 제어 로드를 회전시킴에 따라 유로의 크기가 변화되어 감쇠력이 각각 조정된다.
도 3은 상기 제어기(17)의 구성을 보인 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이 상기 차속센서(13)에서 검출되는 차속신호를 미분하여 차량속도의 변화량을 계산하는 미분기(21)와, 상기 미분기(21)에서 계산한 차량속도의 변화량으로부터 차량의 출발에 해당하는 차량속도 양수 변화량을 계산하는 차량속도 양수 변화량 계산부(22)와, 상기 차량속도 양수 변화량 계산부(22)에서 계산한 차량속도 양수변화량과 차량의 현재 주행속도에 따른 가중치를 곱하여 차량의 적정 감쇠력을 계산하는 적정 감쇠력 계산부(23)로 구성된다.
도 4는 차량의 주행속도에 따른 가중치(W)를 보인 그래프이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치의 동작을 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치에 적용되는 주행 방향 운동 제어 로직은 차량이 급출발을 할 경우의 제어방법으로, 차량의 출발을 감지하여 이때 발생하는 차량의 거동을 제어하도록 한다.
먼저, 제어기(17)는 차속센서(13)가 검출하는 차속신호로부터 차량의 출발을 감지하게 되는데, 이때 제어기(17)의 미분기(21)에서는 상기 차속신호를 다음의 수학식 1에 따라 미분하여 차량속도의 변화량에 해당하는 값을 계산한다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 차량의 주행 가속도이고,
Figure pat00003
는 차량의 주행속도이며,
s는 복소변수로서 주파수 도메인이며,
ω및 ξ는 각기 차단 주파수(cut off frequency) 및 댐핑율(damping ratio)로서 제어 범위에 따라 실험을 통해 미리 도출된 값이다.
그리고 차량속도 양수 변화량 계산부(22)에서는 상기 미분기(21)에서 계산한 차량속도의 변화량으로부터 다음의 수학식 2와 같이 차량의 출발에 해당하는 차량속도 양수 변화량을 계산한다.
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 차량의 주행 가속도이고,
Figure pat00006
는 차량의 주행속도의 미분값이다.
그리고 나서, 적정 감쇠력 계산부(23)는 상기 차량속도 양수 변화량 계산부(22)가 구한 차량속도의 양수 변화량에 도 4에 도시된 그래프의 차속에 따른 가중치를 곱하여 적정 감쇠력을 선정한다.
이때, 적정 감쇠력의 선정은 다음의 수학식 3과 같다.
Figure pat00007
여기서
Figure pat00008
는 적정 감쇠력이고,
Figure pat00009
는 미리 설정된 튜닝 변수이며,
Figure pat00010
는 차량의 주행속도 미분 값이며,
Figure pat00011
는 도 4의 그래프에 도시된 가중치이다.
상기 수학식 3의 결과 값은 차량이 어느 정도로 급출발하는 지를 표시하는 값으로서 이 값이 미리 설정된 소정의 값 Q1이하일 경우에 제어기(17)는 스테핑 모터형 액츄에이터를 구동시켜 가변 댐퍼의 감쇠력을 소프트 모드 상태로 유지하도록 한다.
그리고 상기 수학식 3의 결과 값이 소정의 값 Q1및 Q2의 사이일 경우에 제어기(17)는 스테핑 모터형 액츄에이터를 구동시켜 가변 댐퍼의 감쇠력을 미디움 모드상태로 유지하도록 하며, 상기 수학식 3의 결과 값이 소정의 값 Q2이상일 경우에는 제어기(17)는 스테핑 모터형 액츄에이터를 구동시켜 가변 댐퍼의 감쇠력을 하드 모드 상태로 유지하도록 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 차속센서에서 검출된 차속신호로부터 차량의 급출발이나 급제동을 감지하여 급출발이나 급제동시 각 바퀴의 적정감쇠력을 선정 및 차체 운동을 제어함으로써 차체 피칭 운동을 극소화시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 차량의 주행속도를 검출하는 차속센서(13)의 검출신호에 따라 액츄에이터 구동신호를 출력하는 제어기(17)와, 상기 제어기(17)가 출력하는 액츄에이터 구동신호에 따라 감쇠력이 구동되는 가변 댐퍼 및 액츄에이터(18)를 구비한 차량의 전자제어 현가장치에 있어서,
    상기 제어기(17)는;
    상기 차속센서(13)에서 검출되는 차속신호를 미분하여 차량속도의 변화량을 계산하는 미분기(21);
    상기 미분기(21)에서 계산한 차량속도의 변화량으로부터 차량의 출발에 해당하는 차량속도 양수 변화량만을 계산하는 차량속도양수 변화량 계산부(22); 및
    상기 차량속도 양수 변화량 계산부(22)에서 계산한 차량속도 양수 변화량과 차량의 현재 주행속도에 따른 가중치를 곱하여 차량의 적정 감쇠력을 계산하는 적정 감쇠력 계산부(23)로 구성됨을 특징으로 하는 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 미분기(21)는;
    다음의 수학식 1과 같이 차속신호를 미분하여 차량속도의 변화량을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자제어 감쇠력 가변 현가장치.
    수학식 1
    Figure pat00012
    여기서,
    Figure pat00013
    는 차량의 주행 가속도이고,
    Figure pat00014
    는 차량의 주행속도이며,
    s는 복소변수로서 주파수 도메인이며,
    ω및 ξ는 각기 차단주파수(cutoff frequency) 및 댐핑율(damping ratio)으로서 제어 범위에 따라 실험을 통해 미리 도출된 값이다.
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