KR100517207B1 - 리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치 - Google Patents

Abstract

차륜에 들어가는 수직 가속도 센서를 줄이면서 차량의 성능을 확보하여 차량의 생산비용을 절감할 수 있는 리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치는 전륜 중앙에 설치되어 차륜의 수직 가속도를 검출하는 수직 가속도 센서와, 수직 가속도 센서에서 검출된 수직 가속도에 대응하여 노면 상태 정보를 검출하는 노면 판정부와, 수직 가속도에 대응하여 전륜 좌우측의 수직 속도 성분을 계산하는 전륜 수직 속도 계산부와, 노면 상태 정보를 토대로 전륜의 좌우측 수직 속도 성분의 위상과 크기를 변경하여 후륜 좌우측의 수직 속도 성분을 검출하는 후륜 수직 속도 추정부와, 전후륜 좌우측 수직 속도 성분에 대응하여 댐퍼의 감쇠력을 제어하기 위한 제어값을 계산하는 제어로직부와, 제어값에 대응하여 차륜의 댐퍼들에 제공되는 감쇠력을 결정하는 댐퍼 제어회로를 구비한다.

Description

리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치{ELECTRONIC CONTROL SUSPENSION FOR ADOPTING REVERSE DAMPER}

본 발명은 전자 제어 현가 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 수직 가속도 센서와 리버스형 댐퍼를 이용하여 스카이-훅 제어를 구현하는 리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치에 관한 것이다.

현가 장치는 차축과 차체를 연결하여 주행 중에 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 하여 차체와 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이다. 또한 현가 장치는 구동 바퀴에서 발생하는 구동력이나 제동시 각 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회시의 원심력에도 견디고 각 바퀴를 차체에 대해서 올바른 위치에 유지하는 역할도 가지고 있다.

한편, 전자 제어 현가 장치에서는 차량내에 각종 센서를 부착하고, 센서로부터의 정보에 따라 댐퍼의 운동특성을 실시간으로 가변시켜 승차감 및 조정 안정성을 향상시키고 있다.

그런데, 이러한 현가 장치에서는 어떠한 센서 및 댐퍼를 사용하고, 센서로부터의 정보를 어떠한 방식으로 이용하여 댐퍼를 제어하느냐에 따라 그 효율이 극히 상이하므로 가장 효율적으로 댐퍼를 제어할 수 있는 장치의 개발이 요망되고 있다.

현가 장치는 4륜의 감쇠력을 독립적으로 제어함으로서 독립 현가 시스템의 장점을 최대한 보장하여 주는 시스템으로서, 각 차륜의 상단 차체에는 수직 가속도 센서가 부착되어 차륜 각각의 거동을 측정, 독립적인 제어를 가능하게 한다.

이러한 현가 장치의 주요 구성요소는 수직 가속도 센서, 조향각 센서, 댐퍼 및 엑츄에이터, 전자제어기로 이루어진다.

종래 기술에 의하면, 댐퍼는 감쇠력 가변식 댐퍼가 채용되었으며, 이러한 감쇠력 가변식 댐퍼로는 리버스형 댐퍼(Reverse type Damper)와 노말형 댐퍼(Normal type Damper)가 존재하였다.

이러한 감쇠력 가변식 댐퍼 중에서 리버스형 댐퍼를 이용한 리버스 제어 로직은 차체의 속도 계측만으로 스카이-훅 제어가 가능한 장점을 갖는다. 리버스 댐퍼를 이용한 경우, 스카이-훅 제어는 댐퍼의 감쇠력을 조절하여, 차체가 들리는 경우는 하드/소프트 모드로, 차체가 가라앉는 경우 소프트/하드 모드로 조절한다.이와 같이 리버스 댐퍼는 차체 속도 정보만을 가지고 스카이 훅 제어를 구현하기 용이하도록 고안된 것으로서, 차체가 들리는 인장 행정시 감쇠력 모드를 하드/소프트 모드, 즉 인장 행정시에는 하드 모드로 조절하고 압축 행정시에는 소프트 모드로 조절하고, 차체가 가라앉는 압축 행정시 감쇠력 모드를 소프트/하드 모드, 즉 인장 행정시에는 소프트 모드로 조절하고 압축 행정시에는 하드 모드로 조절한다.즉, 차체가 들리면서 댐퍼가 인장 행정이거나 차체가 가라앉으면서 댐퍼가 압축행정이면 감쇠력을 하드 모드로 제어하고, 그 외의 경우, 즉 차체가 들리면서 압축 행정이거나 차체가 가라앉으면서 인장 행정이면 감쇠력을 소프트 모드로 조절한다. 이렇게 하면 스카이-훅 제어가 구현되는 것이다.

리버스형 댐퍼를 채용한 전자 제어 현가 장치가 스카이-훅 제어를 구현하는 과정은 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 리버스형 댐퍼를 채용한 전자 제어 현가 장치를 개략적으로 도시한 블록도로써, 그 구성은 다수의 수직 가속도 센서(S1∼S3), 제어로직(10), 댐퍼 제어회로(20)로 이루어진다.

수직 가속도 센서(S1∼S3)는 차량의 전륜 오른쪽과 왼쪽 및 후륜의 왼쪽(또는 오른쪽)에 설치되어 차량의 상하 방향에 가속도를 검출하여 제어로직(10)에 인가한다.

제어로직(10)은 수직 가속도 센서(S1∼S3)에서 검출된 차체와 차축의 가속도 신호를 이용하여 차체와 차축의 수직 속도를 계산하여 댐퍼의 감쇠력을 조절하기 위한 승차감 값, 롤 값, 바운스 값 및 피치 값을 검출하고, 이를 댐퍼 제어회로(20)에 인가한다.

댐퍼 제어회로(20)는 제어로직(10)에서 인가된 승차감 값, 롤 값, 바운스 값 및 피치 값에 대응하여 각 차륜의 댐퍼들에 제공되는 감쇠력 모드를 설정하고, 설정된 감쇠력 모드에 따라 댐퍼 상단에 위치한 전자식 액츄에이터(도시 생략됨)를 구동시켜 제어로드의 회전으로 유로의 크기를 변화시킴으로써 네 개의 바퀴 댐퍼의 감쇠력을 적절하게 조정한다.

스카이-훅 제어를 위해 종래의 전자 제어 현가 장치에는 차륜의 속도를 검출하기 위해서 전륜측에 2개 후륜측에 1개의 수직 가속도 센서가 필요한데, 이러한 수직 가속도 센서는 고가의 차량용 부품이기 때문에 차량의 가격 경쟁력 확보를 위해 수량을 줄이면서 같은 성능을 확보할 수 있는 제어로직 개발이 절실한 요구 과제로 부각되었다.

본 발명의 목적은 연구 결과 안출된 것으로, 전륜 중앙에 위치한 수직 가속도 센서에서 검출된 수직 속도와 노면 상태를 이용하여 전후륜 좌우측의 수직 속도를 계산하고, 전후륜 좌우측 가속도에 대응되는 속도 값으로 산출된 댐퍼의 감쇠력 제어값을 이용하여 댐퍼 감쇠력 모드를 변경시키는 리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차륜의 속도에 대응하여 댐퍼의 감쇠력 모드를 설정하는 리버스형 댐퍼를 채용한 전자 제어 현가 장치에 있어서, 전륜 중앙에 설치되어 차륜의 수직 가속도를 검출하는 수직 가속도 센서와, 상기 수직 가속도 센서에서 검출된 수직 가속도에 대응하여 노면 상태 정보를 검출하는 노면 판정부와, 상기 수직 가속도에 대응하여 전륜 좌우측의 수직 속도 성분을 계산하는 전륜 수직 속도 계산부와, 상기 노면 상태 정보를 토대로 상기 전륜의 좌우측 수직 속도 성분의 위상과 크기를 변경하여 후륜 좌우측의 수직 속도 성분을 검출하는 후륜 수직 속도 추정부와, 상기 전후륜 좌우측 수직 속도 성분에 대응하여 댐퍼의 감쇠력을 제어하기 위한 제어값을 계산하는 제어로직부와, 상기 제어값에 대응하여 차륜의 댐퍼들에 제공되는 감쇠력을 결정하는 댐퍼 제어회로를 구비한다.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 리버스형 댐퍼를 채용한 전자 제어 현가 장치를 나타내는 블록 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 제어 현가 장치는 전륜 중앙에 위치한 수직 가속도 센서(100), 전륜 수직 속도 계산부(110), 노면 판정부(115), 후륜 수직 속도 추정부(120), 제어로직부(130) 및 댐퍼 제어회로(140)로 구성된다.

수직 가속도 센서(100)는 바람직한 실시 예에 따라 차량의 전륜 중앙에 설치되어 차량 중앙의 상하 방향에 대한 가속도를 검출하고, 이를 차량의 제원인 차륜거리에 따라 보정하여, 전륜 좌우측의 가속도 신호를 계산한다. 이와 같이 계산된 전륜 좌우측의 가속도 신호를 노면 판정부(115)와 전륜 수직 속도 계산부(110)에 인가한다.

전륜 수직 속도 계산부(110)는 수직 가속도 센서(100)에서 계측된 전륜 좌우측의 가속도 신호에 대해, 설계자의 의도에 따라 수직 가속도 센서(100)에 측정시 발생하는 노이즈 등을 제거한 주파수 영역에서 적분을 행하며, 전륜 좌우측의 수직 속도 성분(V_FrontLeft, V_FrontRight)을 계산할 수 있고, 이를 제어 로직부(130)에 인가한다.

노면 판정부(115)는 수직 가속도 센서(100)에서 인가된 가속도 신호를 이용하여 차량이 주행중인 노면의 상태를 파악한 후에 이를 후륜 수직 속도 추정부(120)에 인가한다. 여기서, 전륜이 이동 중인 노면을 차량의 차속과 휠 베이스(wheel base)에 의한 일정 시간의 간격을 두고 후륜도 지나가게 된다. 다시 말해서, 전륜의 수직 속도 성분(V_FrontLeft, V_FrontRight)의 위상과 크기를 전륜의 노면 상태 정보를 토대로 변경시키면 후륜 좌우측의 수직 속도 성분(V_RearLeft, V_RearRight )이 예측 가능하다.

즉, 후륜 수직 속도 추정부(120)는 노면 상태 정보를 토대로 전륜 좌우측의 수직 속도 성분(V_FrontLeft, V_FrontRight)의 위상을 변경시키는 위상 변환기(121)와, 노면 상태 정보를 토대로 하여 전륜 좌우측의 속도 성분(V_FrontLeft, V_FrontRight)의 크기를 변경시키는 교정부(122)를 이용하여 후륜 좌우측의 수직 속도 성분(V_RearLeft, V_RearRight )을 산출한 후에 이를 제어로직부(130)에 인가한다.

제어로직부(130)는 전륜 수직 속도 계산부(110)에서 인가된 전륜 좌우측의 수직 속도 성분(V_FrontLeft, V_FrontRight)과 후륜 좌우측의 수직 속도 성분(V _RearLeft, V_RearRight)을 이용하여 댐퍼 감쇠력을 제어하기 위한 제어값을 검출하는데, 이때 제어값으로는 바운스 값, 피칭 값 및 롤 값을 들 수 있으며, 제어로직부(130)의 구성은 안티-바운스 제어로직(131) 및 안티-피치 제어로직(132)으로 이루어진다.

안티-바운스 제어로직(131)은 범프나 험로 주행과 같은 상황에 따라 발생되는 차량의 바운스 운동을 억제하기 위한 것으로, 하기의 수학식 1과 같이, 전후륜 좌우측 수직 속도 성분(V_FrontLeft, V_FrontRight, V_RearLeft, V_RearRight)을 이용하여 차량의 바운스 값(V_bounce)을 산출하고, 이를 댐퍼 제어회로(140)에 인가한다.

안티-피치 제어로직(132)은 차량의 급제동, 급출발, 고속 주행시에 차량의 피칭 운동을 줄이기 위한 것으로, 하기의 수학식 2와 같이, 전후륜 좌우측 수직 속도 성분(V_FrontLeft, V_FrontRight, V_RearLeft, V _RearRight)을 이용하여 차량의 피치 값(V_pitch)을 산출하고, 이를 댐퍼 제어회로(140)에 인가한다.

댐퍼 제어회로(140)는 이와 같은 각 제어로직(131, 132)에서 산출된 바운스 값과 피치 값을 종합하여 전후륜에 적용되어야 할 댐퍼의 감쇠력 모드를 결정하고, 이에 따라 댐퍼의 구동을 제어한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 전륜 중앙에 위치한 한개의 수직 가속도 센서에서 검출된 수직 가속도를 이용하여 전후륜 수직 속도 성분을 계산하고, 전후륜의 수직 속도 성분을 이용하여 댐퍼의 감쇠력 모드를 제어함으로써 차륜에 들어가는 수직 가속도 센서를 줄이면서 차량의 성능을 확보할 수 있어 차량의 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치를 나타낸 블록 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 리버스형 댐퍼를 채용한 전자 제어 현가 장치가 적용된 예를 나타낸 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 수직 가속도 센서 110 : 전륜 수직 속도 계산부

115 : 노면 판정부 120 : 후륜 수직 속도 추정부

121 : 위상 변환기 122 : 교정부

130 : 제어로직부 131 : 안티-바운스 제어로직

132 : 안티-피치 제어로직 140 : 댐퍼 제어회로

Claims (2)

1. 차륜의 속도에 대응하여 댐퍼의 감쇠력 모드를 설정하는 리버스형 댐퍼를 채용한 전자 제어 현가 장치에 있어서,

   전륜 중앙에 설치되어 차륜의 수직 가속도를 검출하는 수직 가속도 센서와,

   상기 수직 가속도 센서에서 검출된 수직 가속도에 대응하여 노면 상태 정보를 검출하는 노면 판정부와,

   상기 수직 가속도에 대응하여 전륜 좌우측의 수직 속도 성분을 계산하는 전륜 수직 속도 계산부와,

   상기 노면 상태 정보를 토대로 상기 전륜의 좌우측 수직 속도 성분의 위상과 크기를 변경하여 후륜 좌우측의 수직 속도 성분을 검출하는 후륜 수직 속도 추정부와,

   상기 전후륜 좌우측 수직 속도 성분에 대응하여 댐퍼의 감쇠력을 제어하기 위한 제어값을 계산하는 제어로직부와,

   상기 제어값에 대응하여 차륜의 댐퍼들에 제공되는 감쇠력을 결정하는 댐퍼 제어회로를 구비하는 리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 후륜 수직 속도 추정부는,

   상기 노면 상태 정보를 토대로 전륜의 좌우측 수직 속도 성분의 위상을 변경시키는 위상 변환기와,

   상기 노면 상태 정보에 대응하여 전륜의 좌우측 수직 속도 성분의 크기를 증감시키는 교정부로 이루어진 리버스형 댐퍼를 이용한 전자 제어 현가 장치.