KR100926551B1 - 차량의 엔진 마운트 제어장치 - Google Patents

Abstract

CDA 엔진이 장착되는 차량에서 CDA 기능의 작동 전/후에 대하여 서브 프레임 진동 성분을 적절하게 저감 및 증가시켜 보다 안정된 승차감을 제공하는 차량의 엔진 마운트 제어장치에 관한 것이다.

본 발명은 엔진이 마운트되는 서브 프레임에 설치되어 엔진의 작동에 따라 발생되는 진동 신호를 검출하는 센서, CDA가 작동하기 전에 센서에서 검출되는 진동 신호를 저장하는 버퍼, CDA의 작동이 시작되면 상기 버퍼에 저장되어 있는 진동신호를 FFT 변환하여 주파수 별 진동의 크기로 계산하는 FFT 연산부, FFT연산부에서 계산된 주파수별 진동의 크기에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 엔진 진동 성분별 크기를 결정하여 진동 제어의 기준 신호로 결정하는 기준값 결정부, CDA의 작동에 따라 센서에서 검출되는 서브 프레임의 진동 신호와 결정된 기준 신호를 비교하여 진동 제어를 위한 차이 값을 추출하는 연산기, 연산기에서 추출된 값에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 액티브 엔진 마운팅 제어를 위한 제어신호를 생성하는 마이콤, 엔진이 마운트되는 서브 프레임의 좌우측에 장착되어 마이콤에서 인가되는 제어신호에 따라 작동되어 액티브 엔진 마운팅 제어를 실행하는 구동기를 포함한다.

CDA 엔진, 액티브 엔진 마운팅, 진동 제거, 음색

Description

차량의 엔진 마운트 제어장치{SYSTEM FOR CONTROLLING A ENGINE MOUNT ON VEHICLE}

본 발명은 차량의 엔진 마운트 제어장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 CDA(Cylinder De Activation) 엔진이 장착되는 차량에서 CDA 기능의 작동 전/후에 대하여 서브 프레임 진동 성분을 적절하게 저감 및 증가시켜 보다 안정된 승차감을 제공하는 차량의 엔진 마운트 제어장치에 관한 것이다.

자동차 엔진의 최대 출력은 가속을 할 때나 경사진 곳을 올라갈 때에만 필요하므로 엔진의 부분 출력으로도 차량을 구동시킬 수 있을 경우에는 실린더를 선택적으로 실화(Misfiring)시킴으로써 연료를 절감할 수 있다.

CDA 엔진이란 차량의 주행상태에 따라 작동하는 실린더의 수를 제어하고 각 실린더는 항상 고출력을 내도록 하는 엔진이다.

CDA 엔진은 보통의 엔진보다 연료가 적게 들어 연비가 좋다는 장점이 있는 반면에 실린더 중 일부를 실화 시킴으로써 진동이 심해지는 단점이 있다.

이를 해결하고자 최근 액티브 엔진 마운팅 시스템에 대한 연구 및 적용이 완성차 메이커들 사이에서 활발히 진행되고 있다.

상기의 선행 연구의 결과 CDA 엔진이 탑재된 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능을 향상시키기 위해서는 단지 소음 및 진동을 저감하는 것만으로는 충분치 않고 음색의 개선이 필요한 것이 도출되었다.

예를 들어, V6 CDA 엔진의 경우 CDA가 작동하기 이전에는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 1.5차와 4.5차의 진동 성분은 거의 발생되지 않으나 3차와 6차의 진동 성분이 크게 발생되고 있음을 알 수 있다.

그러나, CDA가 작동하게 되면 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 1.5차와 4.5차의 진동 성분이 발생되면서 3차와 6차의 진동 성분의 크기가 약간 줄어들게 된다.

이때, 액티브 엔진 마운팅(Active Engine Mounting)을 이용하여 진동을 줄이게 되는데, 이에 대하여 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

CDA가 작동하여 도 1의 (b)과 같이 과다 진동이 발생하게 되면 서브 프레임에 장착된 센서(11), 가속도 센서는 진동 신호를 검출하여 제어기에 전달한다.

이때, 제어기내의 마이콤(12)은 는 서브 프레임에서 발생되는 진동 신호가 "0"(Zero)가 되도록 가산기(13)를 통해 기준신호(r=0)와 비교되어 인가되는 신호에 따라 적절한 제어전류를 계산한다.

이후, 계산된 제어전류로 서브 프레임의 좌우측에 장착되는 구동기(20)를 작동시켜 CDA의 작동으로 발생되는 진동 성분이 억제되도록 한다.

상기 서브 프레임에서 검출되는 진동신호로부터 구동기(20)를 작동시키기 위해 생성되는 제어 전류는 구동기의 제어력이 서브 프레임의 진동성분과 크기는 같고 위상이 180°차이가 나도록 생성된다.

이러한 제어 전류가 구동기(20)에 전달되면 서브 프레임의 진동 성분과 크기는 같고 위상이 반대인 제어력을 발생시켜 결과적으로 서브 프레임의 진동을 절연하게 된다.

이때, 센서(11)에 측정된 모든 신호에 대하여 제어 전류를 계산하면 마이콤(12)의 계산량이 매우 많고 또한 구동기(20)의 용량도 커야하기 때문에 엔진 RPM을 이용하여 엔진의 주가진 차수(order)를 찾아내서 특정한 엔진 차수의 성분만을 저감하게 된다.

앞에서 예를 들은 V6 CDA 엔진의 경우처럼 CDA가 작동하게 되면 1.5차와 4.5차의 진동 성분이 발생되므로 센서(11)의 진동 신호 중에서 1.5차와 4.5차의 진동 성분을 계산하여, 이 진동 성분과 크기는 같고 위상이 반대인 제어 전류를 계산하여 구동기(20)를 작동한다.

이 경우 서브 프레임에서 발생되던 1.5차와 4.5차의 진동 성분이 상쇄되어 제거된다.

그러나 종래의 기술에 적용되고 있는 진동 저감장치에서는 진동만을 저감시키는 것을 목적으로 하고 있어 제어의 기준신호를 항상 "0"으로 한다.

전술한 바와 같은 CDA 엔진 탑재 차량에서 액티브 엔진 마운팅을 이용하면 1.5차와 4.5차의 진동 성분은 CDA 작동 전의 크기만큼 줄일 수 있으나, 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이 3차와 6차의 진동 성분은 크기가 줄어든 상태를 그대로 유지하여 CDA 작동 전후의 음색이 다르게 되고, 운전자는 CDA 작동 전후의 차이를 느끼게 되어 운전자는 이질감을 느끼게 된다.

이를 회피하기 위해서는 CDA 작동 후의 3차와 6차의 진동 성분이 CDA 작동 전과 크기가 같도록 진동 성분의 크기를 증가시키는 것이 필요하나, 진동을 저감시키는 것과는 다르게 진동을 증가시키는 것은 모든 운전조건에 따라 얼마만큼의 크기로 증가시켜야 하는지에 대한 정보가 필요하기 때문에 현실적으로 구현하기가 상당이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 CDA 작동에 따라 서브 프레임에서 발생되는 진동 성분을 제거하는 진동 제어시 단순히 크기가 증가한 성분만을 저감시키는 것이 아니라 CDA 작동 전후의 진동 성분이 유사하도록 진동 성분을 적절히 저감 또는 증가시켜 NVH 성능과 음색 성능 향상을 제공하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량의 엔진 마운트 제어장치는, 엔진이 마운트되는 서브 프레임에 설치되어 엔진의 작동에 따라 발생되는 진동 신호를 검출하는 센서; CDA가 작동하기 전에 상기 센서에서 검출되는 진동 신호를 저장하는 버퍼; CDA의 작동이 시작되면 상기 버퍼에 저장되어 있는 진동신호를 FFT 변환하여 주파수 별 진동의 크기로 계산하는 FFT 연산부; 상기 FFT연산부에서 계산된 주파수별 진동의 크기에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 엔진 진동 성분별 크기를 결정하고, 이를 진동 제어의 기준 신호로 결정하는 기준값 결정부; CDA 의 작동에 따라 센서에서 검출되는 서브 프레임의 진동 신호와 상기 기준값 결정부에서 결정된 기준 신호를 비교하여 진동 제어를 위한 차이 값을 추출하는 연산기; 상기 연산기에서 추출된 값에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 액티브 엔진 마운팅 제어를 위한 제어신호를 생성하는 마이콤; 엔진이 마운트되는 서브 프레임의 좌우측에 장착되어, 상기 마이콤에서 인가되는 제어신호에 따라 작동되어 액티브 엔진 마운팅 제어를 실행하는 구동기를 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 CDA 작동 전과 작동 후에 차량의 NVH 성능을 향상시키고, 동시에 음색까지 유사하도록 제어함으로써 모든 진동 성분이 CDA 작동 전과 작동 후가 유사한 크기를 가지게 되어 보다 더 자연스러운 승차감을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 마운트 제어장치의 구성을 도 시한 도면이다.

도시된 바와 같이 센서(101)와 버퍼(102), FFT 연산부(103), 기준값 결정부(104), 연산기(105), 마이콤(106) 및 구동기(200)로 이루어진다.

센서(101)는 엔진이 마운트되는 서브 프레임에 설치되어 엔진의 작동에 따라 발생되는 진동 신호를 검출한다.

버퍼(102)는 CDA가 작동하기 전에 상기 센서(102)에서 검출되는 진동 신호를 저장하며, 대략적으로 1 내지 3초 정도의 시간 데이터를 저장할 수 있는 크기를 갖는다.

상기 버퍼(102)는 센서(101)로부터 새로운 진동 신호가 들어오면 설정된 저장 시간을 초과한 가장 오래 저장된 진동 신호는 자동적으로 소멸되어 항상 최근 1 내지 3초의 서브 프레임 진동 신호만이 저장된다.

상기 버퍼(102)는 CDA의 작동이 시작되면 상기 센서(101)에서 검출되는 신호를 더 이상 저장하는 동작을 실행하지 않는다.

FFT연산부(103)는 CDA의 작동이 시작되면 상기 버퍼(102)에 저장되어 있는 진동신호를 엑세스(Access)한 다음 FFT(Fast Fourier Transform) 변환하여 주파수 별 진동의 크기를 계산함으로써, 버퍼(102)에 저장된 시간 영역의 데이터를 주파수 영역으로 변환시킨다.

기준값 결정부(104)는 상기 FFT연산부(103)에서 계산된 주파수별 진동의 크기에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 엔진 진동 성분별 크기를 결정하고, 이를 진동 제어의 기준 신호로 결정한다.

연산기(105)는 CDA의 작동에 따라 센서(101)에서 검출되어 인가되는 서브 프레임의 진동 신호와 상기 기준값 결정부(104)에서 결정된 기준 신호를 비교하여 진동 제어를 위한 차이 값을 추출한다.

마이콤(106)는 상기 연산기(105)에서 추출되어 인가되는 값에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 서브 프레임에서 발생되는 진동 신호를 상쇄시켜 제거하고, 음색에 대해서는 CDA의 작동 전과 동일한 음색이 유지되도록 하는 제어신호를 생성한다.

구동기(200)는 엔진이 마운트되는 서브 프레임의 좌우측에 장착되어, 상기 마이콤(106)에서 인가되는 제어신호에 따라 작동되어 진동 신호를 억제시키는 기능을 실행한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

엔진의 시동이 온을 유지하고 있으나, CDA가 작동되지 않고 있는 경우 서브 프레임에 장착되어 있는 센서(101)는 엔진에 의해 발생되는 진동 신호를 검출하여 버퍼(102)에 저장한다.

상기 버퍼(102)에 저장되는 진동 신호는 버퍼(102)의 크기에 의해 대략적으로, 1초 내지 3초 정도의 진동 신호만을 저장할 수 있으므로, 오래된 신호는 자동적으로 소멸되어 항상 최근의 신호만이 저장된다.

이때, CDA의 작동이 개시되면 센서(102)는 검출되는 진동 신호를 버퍼(102)에 저장하는 동작을 종료하며, FFT연산부(103)는 상기 버퍼(102)에 저장된 진동 신호를 엑세스한 다음 FFT 변환을 통해 주파수별 진동의 크기를 계산하여 기준값 결 정부(104)에 인가한다.

기준값 결정부(104)는 상기 계산된 주파수별 진동의 크기에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 도 5에 도시된 바와 같이 엔진 진동 성분별 크기를 결정하고, 이를 진동 제어의 기준 신호로 결정한다.

예를 들어 r1.5, r3, r4.5, r6을 각각 1.5차, 3차, 4.5차, 6차 성분의 진동 제어의 기준 신호로 결정한다.

상기한 바와 같이 CDA의 작동 개시에 따라 기준 신호가 결정되면 연산기(105)는 결정된 기준 신호와 센서(101)에서 검출되는 서브 프레임의 진동 신호를 비교하여 진동 제어를 위한 차이 값을 추출하여 마이콤(106)에 인가한다.

따라서, 마이콤(106)은 상기 연산기(105)에서 추출되어 인가되는 값에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 서브 프레임에서 발생되는 진동 신호를 상쇄시켜 제거하고, 음색에 대해서는 CDA의 작동 전과 동일한 음색이 유지되도록 하는 제어신호를 생성한 다음 구동기(200)를 작동시켜 진동 성분을 상쇄 제거한다.

상기의 동작에 따라 도 6에 도시된 바와 같이, CDA 작동 전에 발생되는 진동과 CDA 작동 후 액티브 엔진 마운팅 제어가 실행된 결과를 비교하였을 때 동일한 진동으로 유지되어 NVH 성분 및 음색이 동일하게 유지된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 종래의 CDA 엔진 탑재 차량에서 CDA 작동 전후의 진동 성분 변화를 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 CDA 엔진 탑재 차량에 적용되는 액티브 엔진 마운트 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 3은 종래의 CDA 엔진 탑재 차량에서 CDA 및 액티브 엔진 마운트 제어 작동 전후의 진동 성분 변화를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 마운트 제어장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 마운트 제어장치에서 기준 신호 설정의 예를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 마운트 제어장치에서 CDA 및 액티브 엔진 마운트 제어 작동 전후의 진동 성분 변화를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 센서 102 : 버퍼

103 : FFT 연산부 104 : 기준값 결정부

105 : 가산기 106 : 마이콤

200 : 구동기

Claims (4)

1. 엔진이 마운트되는 서브 프레임에 설치되어 엔진의 작동에 따라 발생되는 진동 신호를 검출하는 센서; CDA가 작동하기 전에 상기 센서에서 검출되는 진동 신호를 저장하는 버퍼; CDA의 작동이 시작되면 상기 버퍼에 저장되어 있는 진동신호를 FFT 변환하여 주파수 별 진동의 크기로 계산하는 FFT 연산부; 상기 FFT연산부에서 계산된 주파수별 진동의 크기에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 엔진 진동 성분별 크기를 결정하고, 이를 진동 제어의 기준 신호로 결정하는 기준값 결정부; CDA의 작동에 따라 센서에서 검출되는 서브 프레임의 진동 신호와 상기 기준값 결정부에서 결정된 기준 신호를 비교하여 진동 제어를 위한 차이 값을 추출하는 연산기; 상기 연산기에서 추출된 값에 엔진의 RPM 정보를 적용하여 액티브 엔진 마운팅 제어를 위한 제어신호를 생성하는 마이콤; 엔진이 마운트되는 서브 프레임의 좌우측에 장착되어, 상기 마이콤에서 인가되는 제어신호에 따라 작동되어 액티브 엔진 마운팅 제어를 실행하는 구동기를 포함하는 차량의 엔진 마운트 제어장치에 있어서,

   상기 버퍼는 센서에서 검출되는 신호에 대하여 설정된 저장 시간을 초과한 진동 신호를 자동적으로 소멸시켜 항상 최근 1 내지 3초의 진동 신호만을 저장하고, CDA의 작동이 시작되면 센서에서 검출되는 신호를 더 이상 저장하지 않으며,

   상기 마이콤의 제어신호는 서브 프레임에서 발생되는 진동 신호를 상쇄시켜 제거하고, 음색에 대해서는 CDA의 작동 전과 동일한 음색을 유지시키는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 마운트 제어장치.
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