KR100394142B1 - 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법 - Google Patents

반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이브 노면/범프 노면과 일반 노면 상태, 차속의 리바운드 또는 컴프레션 범위에 따라 승차감값을 정밀하게 조정할 수 있는 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법에 있어서, 이 방법은 RMS 검출부를 통해 구한 속도 값()이 실제 주행시 튜닝되는 기준값()보다 클 경우 적분기를 통해 구한 수직 속도값()이 웨이브 노면의 저속 운행 범위()에 포함되는지를 판단한다. 만약 이면, 필터링부에서 구한 차체의 수직 속도값()이 리바운드() 또는 컴프레션 영역()인지에 따라 해당 웨이브 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을에 곱하여 승차감값()을 구한다. 만약≤이면,이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지에 따라 해당 범프 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을에 곱하여을 구한다. 또한≤일 경우이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지에 따라 해당 일반 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을에 곱하여

Description

반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING A RIDE CONTROL OF SEMI-ACTIVE SUSPENSION SYSTEM}
본 발명은 차량의 현가장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 노면 상태와 주행중인 차체 속도에 따라 댐퍼의 감쇠력을 미세하게 조절하여 탑승자의 승차감을 높여주는 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 차축과 차체를 연결하는 현가 시스템(suspension system)이 장착되는데, 이 시스템은 주행 중에 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 하여 차체와 화물의 손상을 방지하면서 승차감과 주행 안정성을 도모하는 것이다. 또한, 현가 시스템은 노면에서 받는 충격을 완화시킬 수 있게 차체와 바퀴 사이의 상/하 방향으로 유연한 결합을 필요로 하고, 바퀴의 구동력 및 제동력과, 원심력 등에 견딜 수 있도록 수평 방향으로 강한 결합을 필요로 한다.
이를 위하여, 최근에는 차량의 주행 속도, 제동 및 가속에 따라 댐퍼의 감쇠력을 가변적으로 조절하는 반능동 현가장치의 적용이 늘고 있다. 특히, 이러한 반능동 현가장치는 여러가지 센서(수직 가속도 센서, 속도 센서, 조향각 센서 등)들을 통해 차량과 노면의 상태를 감지하고 감지된 차량의 주행 상태 및 노면 상태에 맞추어 댐퍼의 감쇠력을 가변적으로 조정함으로써 차량의 주행 안정성과 승차감을 동시에 높일 수 있다.
한편, 본 출원인은 반능동 현가장치에 대한 댐퍼의 감쇠력을 연산하는 로직에 대한 기술을 이미 출원한 바 있다. 이는 특허출원 98-45753호(1998.10.29)의 "전자제어 현가장치"로서, 이 현가장치는 승차감 제어로직(ride control logic)과 차속 감응 제어로직(speed dependent control logic), 안티롤 제어로직(anti-rollcontrol logic), 안티다이브 제어로직(anti-dive control logic), 안티스쿼트 제어로직(anti-squat control logic)를 구비하여 현가장치의 댐퍼 감쇠력을 조절하게 된다.
여기서, 승차감 제어로직은 적어도 3개이상의 수직 가속도 센서를 통해 얻은 각 바퀴의 수직 가속도값을 이용하여 소정의 연산처리과정을 거쳐 차량의 승차감값(ride value)()과 차체의 수직 속도값()을 구한다. 차속 감응 제어로직은 차속 센서를 통해 검출된 차속 신호를 연산처리하여 차속 감응신호()를 구한다. 안티롤 제어로직은 차속 신호와 조향각 센서를 통해 검출된 조향각 신호를 연산처리하여 차량의 롤값()을 구한다. 안티다이브 제어로직은 브레이크 감지 센서의 신호와 차속 신호를 연산처리하여 차량의 안정성을 확보하기 위한 다이브 값()을 구한다. 안티 스쿼트 제어로직은 트로틀 위치 감지센서(TPS)의 신호를 연산처리하여 차량의 스쿼트 값()을 구한다.
이와 같이 각 제어로직에서 구해진 연산값들은 댐퍼의 제어부에 제공된다. 그러면, 제어부에서는 이 연산값들을 이용하여 댐퍼의 구동을 제어하는 감쇠력()을 결정한다. 이 감쇠력을 구하는 수학식은 다음과 같다.
여기서,의 i 첨자는 네 개의 바퀴를 의미하고, posneg는 차량 좌, 우측 바퀴에 따라 변하는 부호를 의미하며, min 및 max는 댐퍼 액튜에이터의 최소, 최대값을 의미한다. 그러므로, 감쇠력()은 중립 위치()를 기준으로 하여 상술한 제어 로직들에서 구한 값에 따라 액튜에이터의 최소값(min)과 최대값(max) 사이의 정수값으로 댐퍼의 감쇠력을 조절한다.
그런데, 종래 기술에 의한 반능동 현가장치에 있어서, 승차감 제어로직은 승차감값() 산출시식에 의해 RMS처리된 수직 속도값()과 소정의 이득값()을 곱한다.
그러나, 차체의 리바운드/컴프레션 상태 및 노면의 상태(웨이브노면/범프노면/일반노면)에 따라 승차감값()또한 달라져야 하는데, 종래 승차감 제어로직의 연산 방법에서는 RMS처리된 수직 속도값()에 곱해지는 이득값()이 고정되어 있기때문에 정확한 승차감값을 구하는데 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 웨이브 노면 또는 범프 노면의 저속 운행과 일반 운행 상태, 차속의 리바운드 또는 컴프레션 범위에 따라 차량의 댐퍼 감쇠력을 조정하기 위한 승차감값을 다르게 가변적용함으로써 차량의 승차감을 최적으로 높일 수 있는 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량의 반능동 현가장치에서 적어도 3륜이상의 차륜에 장착된 수직 가속도센서를 통해 검출된 신호를 적분기에서 적분하여 수직 속도값을 구하고, RMS 검출부를 통해 수직 속도값을 제곱 및 저역통과필터링하고 이 값에 소정의 게인을 곱하여 현가장치의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 차체의 승차감값을 구하고, 별도의 필터링부를 통해 수직 속도값을 연산처리하여 차체의 수직 속도값을 구하는 승차감 제어로직의 제어방법에 있어서, RMS 검출부를 통해 구한 속도 값이 실제 주행시 튜닝되는 기준값보다 큰지 비교하는 단계와, 속도값이 기준값보다 클 경우 적분기를 통해 구한 수직 속도값이 웨이브 노면의 저속 운행 범위에 포함되는지를 비교하는 단계와, 수직 속도값이 웨이브 노면의 저속 운행 범위에 포함되면, 필터링부에서 구한 차체 수직 속도값이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지를 비교하여 해당 영역에 대응하는 웨이브 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을 RMS 검출부의 속도값에 곱하여 승차감값을 구하는 단계와, 수직 속도값이 웨이브 노면의 저속 운행 범위에 포함되지 않으면, 필터링부에서 구한 차체의 수직 속도값이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지를 비교하여 해당 영역에 대응하는 범프 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을 RMS 검출부의 속도값에 곱하여 승차감값을 구하는 단계와, RMS 검출부를 통해 구한 속도값이 기준값이하일 경우 필터링에서 구해진 차체 수직 속도값이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지를 비교하여 해당 영역에 대응하는 일반 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을 RMS 검출부를 통해 구한 속도값에 곱하여 승차감값을 구하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법을 설명하기 위한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법을 순차적으로 설명하기 위한 플로우챠트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 수직 가속도 센서부
111a : 제 1수직 가속도 센서
111b : 제 2수직 가속도 센서
111c : 제 3수직 가속도 센서
120 : 적분기
130 : RMS 검출부
140 : 필터링부
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 반능동 현가장치의 승차감 제어로직(100)은 적어도 3개이상의 수직 가속도 센서들(111a,111b,111c)로 이루어진 센서부(110)와, 적분기(120)와, RMS 검출부(130)와, 필터링부(140)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법을 순차적으로 설명하기 위한 플로우챠트로서, 도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 승차감 제어로직의 연산 방법은 다음과 같다.
우선, 센서부(110)는 3개 수직 가속도 센서들(111a,111b,111c)에서 각각의 수직 가속도값을 검출한다.(S10) 그리고, 승차감 제어로직(100)에서는 3개의 수직 가속도값을 연산하여 나머지 한쪽 바퀴의 가속값을 구한다. 예를 들면, 센서를 통해 측정된 후륜 좌측 가속도값(αRL), 후륜 우측 가속도값(αRR), 전륜 우측 가속도값(αFR)을 연산하여 전륜 좌측의 가속도(αFL)를 검출한다. 여기에서, 수학식 2의 적용이 가능하다는 것은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해 할 수 있을 것이다.
여기서, 수학식 2의 조건은 전륜과 후륜의 트레드(tread)가 거의 유사한 경우이다.
그러면, 적분기(120)는 수직 가속도 센서(111a, 111b, 111c)들로부터 구해진 수직 가속도값들과, 이들 3개의 가속도값을 연산해서 구한 나머지 하나의 가속값을 입력받아 상기 가속도 신호들중 직류 값을 포함한 저주파수의 신호를 제거하고, 설계자의 의도에 따른 주파수 영역에서 적분을 행함으로써 차륜의 수직 속도값을 계산한다.(S12) 아래의 수학식 3은 본 실시예에서 적분기(120)의 s-영역(domain)에서의 전달 함수, 즉 입력 가속도()에 대한 속도()의 전달 함수를 나타낸 것이다.
여기서 ζ1및 ω1은 설계 변수이다. 또한, 상기 수학식 2 및 이하의 수학식에서 물리량을 나타내는 알파벳의 위 첨자는 필터링되는 주파수 대역을 표시한다.
이어서, 적분기(120)에서 계산된 속도() 정보는 RMS 검출부(130)로 인가되는데, RMS 검출부(130)에서는 아래의 수학식 4에서와 같이, 적분기(120)로부터 제공받은 속도()에 제곱을 취하고, 이 값에 아래의 수학식 5를 행하는 움직임 평균(moving average)을 구하는 저역통과필터(low pass filter)를 통과시킴으로서 수직 속도의 RMS값()을 검출한다.(S14)
여기서 T1은 임의의 시간 변수이다.
한편, 필터링부(140)에서는 적분기(120)로부터 제공되는 가속도값()에 대해 다음과 같은 수학식 6에 의해 차축 공진역 밴드패스필터링(band pass filter)을 일차적으로 행하여 그 출력값()을 구한다. 여기서 차축 공진역은 실제 차량 실험을 통하여 구한다.
수학식 6에서 ζ2, ω2은 변수이다.
필터링부(140)에서을 다음 수학식 7과 같이 제곱하고, 그 결과값()을 아래의 수학식 8과 같은 특징을 갖는 로우패스 필터로 필터링함으로써 그 평균값()을 구한다.
여기서 T2는 소정 시간의 지연을 위한 변수값이다.
필터링부(140)는 상기 수학식 8의 평균값 ()과 수학식 4에서 검출한 ()를 이용하여 차체의 수직 속도()를 구한다.(S16)
여기서, 차체의 수직 속도()는 도면에 도시되지는 않았지만, 댐퍼의 감쇠력을 제어하는 회로에 전달된다. 이때 차체 수직 속도()는 입력되는 수직 가속도 신호가 저주파일수록 커지고 고주파일수록 작아지는 특성을 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 승차감 제어로직(100)에서는 RMS 검출부(130)를 통해 구한 수직 속도의 RMS값()에 소정의 게인(gain)을 곱해서 승차감 값(ride value)()을 구한다.
여기서 Kride값은 소정의 게인(gain)값을 나타낸 것이다. 종래 기술에서는 승차감값() 계산시 RMS처리된 수직 속도값()에 일정한 게인()값을 곱하였지만, 본 발명에서는 다음과 같은 제어 루틴에 의해서 차체의 수직 속도 방향에 따른 리바운드와 컴프레션 상태, 고주파 및 저주파의 노면 상태에 따라 상기 게인()을 다르게 조정한다. 즉, 본 발명에서는 승차감 값() 계산시 다음과 같은 방법에 의해 RMS처리된 수직 속도()에 곱해지는 게인(Kride)을 가변화시킨다.
먼저, RMS 검출부(130)를 통해 구한 수직 속도의 RMS값()이 실제 주행시 튜닝되는 기준값()보다 큰지 비교(S20)해서, 만약이 기준값()보다 클 경우에는 차체의 노면 상태를 저주파인 저속 운행으로 가정한다. 이와 반대로,이 기준값()이하일 경우에는 차체의 노면 상태를 고주파인 일반 노면(S28)으로 가정한다.
이에, RMS 검출부(130)를 통해 구한 수직 속도의 RMS값()이 기준값()보다 클 경우에는 적분기(120)를 통해 구한 수직 속도값()이 웨이브 노면의 저속 운행 범위()에 포함되는지를 비교(S22)하여이보다 클 경우에는 차체의 노면 상태를 웨이브 노면으로 지정하고(S24), 그렇지 않을 경우에는 범프 노면으로 지정한다.(S26)
만약, 수직 속도값()이 웨이브 노면의 저속 운행 범위()에 포함(S24)되면, 필터링부(140)에서 구한 차체의 수직 속도값()이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지를 비교한다.(S30)
이에,가 + 방향으로 차체 수직 속도값이 리바운드 영역일 경우()에는 웨이브 노면 및 리바운드 특성을 고려하여 승차감값()을 구한다.(S32) 즉, 승차감값() 계산시 웨이브 노면 및 리바운드 영역에 해당하는 게인값()을 RMS처리된 수직 속도값()에 곱한다. 이와 반대로,가 - 방향으로 차체 수직 속도값이 컴프레션 영역일 경우()에는 웨이브 노면 및 컴프레션 영역에 해당하는 게인값()과 RMS처리된 수직 속도값()을 곱하여 승차감값()을 구한다.(S34)
상기 단계 (S22)에서 적분기(120)를 통해 구한 수직 속도값()이 웨이브 노면의 저속 운행 범위()에 포함되지 않을 경우, 즉이이하일 경우에는 차체의 노면 상태를 범프 노면으로 지정(S26)한 후에도, 다음과 같이 필터링부(140)에서 구한 차체의 수직 속도값()이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지를 비교한다.(S30)
이에, 차체의 수직 속도값()이 리바운드 영역일 경우()에는 범프 노면 및 리바운드 영역에 해당하는 게인값()을 RMS처리된 수직 속도값()에 곱하여 승차감값()을 구한다.(S36) 이와 반대로, 차체 수직 속도()가 컴프레션 영역일 경우() 범프 노면 및 컴프레션 영역에 해당하는 게인값()을 RMS처리된 수직 속도값()에 곱하여 승차감값()을 구한다.(S38)
또한, 상기 단계 (S20)에서 RMS 검출부(130)를 통해 구한 수직 속도의RMS값()이 실제 주행시 튜닝되는 기준값()이상일 경우 차체의 노면 상태를 고주파인 일반 노면(S28)으로 가정하는데, 이때 승차감값()은 다음과 같이 구한다. 즉, 필터링부(140)를 통해 구한 차체의 수직 속도값()이 리바운드 영역일 경우()에는 일반 노면 및 리바운드 영역에 해당하는 게인값()을 RMS처리된 수직 속도값()에 곱하여 승차감값()을 구한다.(S40) 이와 반대로, 차체 수직 속도()가 컴프레션 영역일 경우()에는 일반 노면 및 컴프레션 영역에 해당하는 게인값()을 RMS처리된 수직 속도값()에 곱하여 승차감값()을 구한다.(S42)
그러므로, 본 발명의 승차감 제어 로직에서는 수직 가속도 센서를 통해 구한 수직 속도값()에 따라 차량의 노면 상태를 고주파(일반노면)/저주파(웨이브 및 범프노면)로 구분한 후에, 차체의 수직 속도() 방향에 따라 리바운드 또는 컴프레션 영역으로 구분해서 해당 노면 상태와 수직 속도 방향에 대응하는 게인값을 조정한다. 이렇게 각각의 노면 상태와 수직 속도 방향에 따라 달라지는 게인값과 수직 속도값()을 곱해서 종래보다 정밀하게 승차감값()을 구한다.
이와 같이 본 발명의 승차감 제어로직에서 구한 승차감값은 이후 다른 제어로직들의 값들과 함께 댐퍼의 감쇠력을 조정하는데 사용된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 차속에 따라 저속 운행인 웨이브 노면/범프 노면과, 이에 상대적인 고속 운행인 일반 노면으로 구분하고 차체 수직 속도 방향에 따라 리바운드 또는 컴프레션으로 구분하여 각 노면 상태와 속도 방향에 따라 서로 다른 총 6개의 게인값으로 승차감값을 구한다. 그러므로, 차속과 차체 수직 속도 방향에 따라 차량의 댐퍼 감쇠력을 조정하기 위한 승차감값을 가변적용함으로써 차량의 승차감을 최적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 차량의 반능동 현가장치에서 적어도 3륜이상의 차륜에 장착된 수직 가속도센서를 통해 검출된 신호를 적분기에서 적분하여 수직 속도값을 구하고, RMS 검출부를 통해 상기 수직 속도값을 제곱 및 저역통과필터링하고 이 값에 소정의 게인을 곱하여 현가장치의 댐퍼 감쇠력을 제어하는 차체의 승차감값을 구하고, 별도의 필터링부를 통해 수직 속도값을 연산처리하여 차체의 수직 속도값을 구하는 승차감 제어로직의 제어방법에 있어서,
    상기 RMS 검출부를 통해 구한 속도 값이 실제 주행시 튜닝되는 기준값보다 큰지 비교하는 단계;
    상기 속도값이 기준값보다 클 경우 상기 적분기를 통해 구한 수직 속도값이 웨이브 노면의 저속 운행 범위에 포함되는지를 비교하는 단계;
    상기 수직 속도값이 웨이브 노면의 저속 운행 범위에 포함되면, 상기 필터링부에서 구한 차체 수직 속도값이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지를 비교하여 해당 영역에 대응하는 웨이브 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을 상기 RMS 검출부의 속도값에 곱하여 승차감값을 구하는 단계;
    상기 수직 속도값이 웨이브 노면의 저속 운행 범위에 포함되지 않으면, 상기 필터링부에서 구한 차체의 수직 속도값이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지를 비교하여 해당 영역에 대응하는 범프 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을 상기 RMS 검출부의 속도값에 곱하여 승차감값을 구하는 단계; 및
    상기 RMS 검출부를 통해 구한 속도값이 기준값이하일 경우 상기 필터링에서 구해진 차체 수직 속도값이 리바운드 또는 컴프레션 영역인지를 비교하여 해당 영역에 대응하는 일반 노면 및 리바운드/컴프레션의 게인값을 상기 RMS 검출부를 통해 구한 속도값에 곱하여 승차감값을 구하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반능동 현가장치의 승차감 제어로직의 제어방법.
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