KR100995266B1 - 차량 스테빌라이져 시스템 - Google Patents

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가츠유키 사노
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

본 발명은 차량의 좌우측 차륜을 각각 유지하는 차륜 유지 부재 각각에 양 단부가 연결되는 스테빌라이져 바; 및 액츄에이터의 중립 위치로부터의 작동량에 따라 스테빌라이져 바의 강성을 변화시키는 액츄에이터를 포함하는 스테빌라이져 장치; 및 차체에 작용하는 롤 모멘트를 나타내는 롤 모멘트 지표량에 근거하여 액츄에이터의 목표 작동량을 결정하는 제어 장치를 포함하는 차량용 스테빌라이져 시스템으로서, 상기 제어 장치는, 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 목표 작동량이 달라지도록 목표 작동량을 결정하고, 결정된 목표 작동량에 근거하여 액츄에이터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템에 관한 것이다.

Description

차량 스테빌라이져 시스템{VEHICLE STABILIZER SYSTEM}
본 발명은 차량에 설치되는 스테빌라이져 시스템, 특히 액츄에이터를 가지며 액츄에이터의 작동에 의해 스테빌라이져 바의 강성을 변화시킬 수 있는 스테빌라이져 시스템에 관한 것이다.
최근, 일본특허 공개공보 제 2002-518245 호에 개기된 것과 같이, 액티브 스테빌라이져 시스템, 즉 차량의 선회 상태 등에 따라 스테빌라이져 바에 의해 가해지는 롤 억제력(roll restraining force)을 변화시킬 수 있는 스테빌라이져 시스템이 제안된다. 이러한 액티브 스테빌라이져 시스템은 몇몇 차량에 실제로 설치된다. 스테빌라이져 시스템은 스테빌라이져 바 및 액츄에이터를 포함함으로써 구성되는 스테빌라이져 장치를 포함한다. 액츄에이터의 작동을 제어하여 스테빌라이져 바의 강성을 변화시킴으로써, 스테빌라이져 바에 의해 가해지는 롤 억제력을 능동적으로 변화시킨다.
상기 스테빌라이져 시스템에서, 차량의 우선회와 좌선회 시에 액츄에이터가 유사하게 제어되기는 하지만, 차체의 롤 양(roll amount)은 차량의 선회 상태, 즉 차량이 오른쪽 또는 왼쪽으로 선회하는지에 따라 달라질 수 있다. 롤 양의 차이는 스테빌라이져 바의 형상 및 액츄에이터의 위치 등의 스테빌라이져 장치의 구조에 기인한다. 또한, 몇몇 경우에는, 차량 구조 및 차량 상태에 따라, 우선회시의 롤 억제력과 좌선회시의 롤 억제력이 서로 달라지는 것이 바람직하다. 따라서, 스테빌라이져 시스템이 이러한 현상과 상황에 따라 대처할 수 있다면, 스테빌라이져 시스템의 실용성이 향상될 것이다. 본 발명은 이러한 점을 고려하여 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 실용성이 높은 차량 스테빌라이져 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 차량용 스테빌라이져 시스템은, 액츄에이터의 작동량을 제어함으로써 스테빌라이져 바의 강성을 변화시킬 수 있고, 차체에 작용하는 롤 모멘트(roll moment)의 방향에 따라 액츄에이터의 목표 작동량이 달라지는 방식으로 액츄에이터가 제어될 수 있도록 구성된다.
본 발명에 따른 스테빌라이져 시스템에서, 차량이 오른쪽으로 선회할 때의 차체의 롤 양과 차량이 왼쪽으로 선회할 때의 롤 양이 다르더라도, 그 차이를 줄일 수 있다. 이러한 이점에 따르면, 본 발명의 스테빌라이져 시스템은 높은 실용성을 가진다.
청구 가능한 것으로 여겨지는 본 발명의 다양한 실시형태를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태 각각은 첨부된 특허청구의 범위와 같이 번호가 붙여지고, 본 발명을 더 쉽게 용이하도록 다른 실시형태를 인용한다. 본 발명은 기재된 기술적 특징 또는 그 조합에 제한되지 않으며, 이하의 다양한 실시형태의 설명과 본 발명의 바람직한 실시예를 참작하여 구성될 수 있다는 점을 이해할 수 있다. 본 발명의 이하의 실시형태 중 어느 하나에 포함된 복수의 구성요소 또는 특징은 반드시 함께 제공되는 것은 아니며, 하나 이상의 구성요소 또는 특징이 이하의 실시형태 중 어느 하나에 더해지는 실시형태 및 하나의 구성요소 또는 특징이 이하의 실시형태 중 어느 하나로부터 삭제되는 실시형태도 본 발명의 한 실시형태로 고려될 수 있다.
(1) 차량의 좌우측 차륜을 각각 유지하는 차륜 유지 부재 각각에 양 단부가 연결되는 스테빌라이져 바; 및 액츄에이터의 중립 위치로부터의 작동량에 따라 스테빌라이져 바의 강성을 변화시키는 액츄에이터를 포함하는 스테빌라이져 장치; 및
차체에 작용하는 롤 모멘트를 나타내는 롤 모멘트 지표량에 근거하여 액츄에이터의 목표 작동량을 결정하는 제어 장치
를 포함하는 차량용 스테빌라이져 시스템으로서,
상기 제어 장치는, 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 목표 작동량이 달라지도록 목표 작동량을 결정하고, 결정된 목표 작동량에 근거하여 액츄에이터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
본 실시형태 (1) 에 따라 구성된 스테빌라이져 시스템은, 차체에 작용하는 롤 모멘트에 대하여 롤 억제력을 발휘하고 롤 억제력이 롤 모멘트에 따라 제어될 수 있도록 구성된 소위 "액티브 스테빌라이져 시스템" 이다. 스테빌라이져 바는 그 강성에 따라 롤 억제력을 발휘하도록 구성된다. 본 발명의 스테빌라이져 시스템에서, 액츄에이터의 작동량을 제어하여 스테빌라이져 바의 강성을 변화시킬 수 있고, 그에 의해 롤 억제력이 조정되어 차체의 롤 양이 적절해진다.
본 발명의 스테빌라이져 시스템에서, 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 액츄에이터의 목표 작동량이 달라져서, 롤 모멘트의 방향에 따라 스테빌라이져 바의 강성이 적절해질 수 있다. 즉, 액츄에이터의 특정 작동량 하에서 제어가 수행될 때, 예를 들어 스테빌라이져 장치의 구조로부터 기인하여, 롤 억제력이 가해지는 방향에 따라 스테빌라이져 바의 강성이 달라질 수 있다. 이 경우에, 본 실시형태에 따르면, 롤 모멘트의 다른 방향 모두에 대해 유사한 롤 억제 효과를 얻을 수 있다. 다시 말해, 동일한 양의 롤 모멘트에 대한 차체의 롤 양이 차량이 오른쪽 또는 왼쪽으로 선회하는지 여부에 따라 달라지는 경우에도, 이러한 롤 양의 차이가 감소될 수 있다. 또한, 스테빌라이져 바의 강성이 롤 억제력의 방향에 관계 없이 액츄에이터의 특정 작동량에 대해 동일한 경우에, 차량 구조, 차량 조건 등에 따라서 스테빌라이져 바에 의해 가해지는 롤 억제력은 그 방향에 따라 달라지는 것이 바람직하다. 본 발명의 시스템은 이런한 경우에 유리하다.
본 발명의 시스템의 "스테빌라이져 바" 는 그 형상, 구조 등이 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들어, 스테빌라이져 바는 비틀림에 의해 롤 억제 모멘트를 발생시키도록 구성될 수도 있다. 더 구체적으로 설명하면, 액츄에이터를 가지지 않는 일반적인 스테빌라이져 시스템(이하, "종래의 스테빌라이져 시스템" 또는 "종래의 시스템" 이라 한다)의 스테빌라이져 바와 유사한 구조를 가지는 스테빌라이져 바를 사용할 수도 있다. 또한, 후술하듯이, 종래의 시스템의 스테빌라이져 바가 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재로 나누어지고, 나누어진 두 스테빌라이져 바 부재가 하나의 스테빌라이져 바를 구성하는 구조를 사용할 수도 있다.
본 발명의 시스템의 "액츄에이터" 는 스테빌라이져 바를 변위 또는 변형시키거나 스테빌라이져 바에 특정 힘을 가함으로써 스테빌라이져 바의 강성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 여기서 사용되는 "스테빌라이져 바의 강성" 이라는 용어는 스테빌라이져 바 자체의 물리적 수치로서의 강성을 의미하지 않고, 소위 외관상의 강성을 의미한다. 더 구체적으로는, 스테빌라이져 바의 강성은 (a) 서스펜션 아암 등의 좌우측 차륜 유지 부재에 각각 연결되는 스테빌라이져 바의 양단부의 상대 변위량 및 (b) 가해지는 롤 억제력 사이의 관계를 의미한다. 따라서, 스테빌라이져 바의 강성을 변화시킴으로써, 특정 롤 억제력에 대한 상기 상대 변위량을 변화시켜, 차체의 롤 양을 변화시킬 수 있다. 이러한 점에 있어서, 액츄에이터의 작동량의 기준인 "중립 위치" 는 차량이 평탄한 노면에서 정지했을 때의 액츄에이터의 작동 위치, 즉 차량이 롤 모멘트를 받지 않을 때의 액츄에이터의 작동 위치일 수 있다.
액츄에이터의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 유압 등의 유체 압력에 의해 작동되는 실린더 장치형 액츄에이터, 및 전동 모터의 구동력에 의해 작동되는 모터 작동 액츄에이터 등의 다양한 구조의 액츄에이터가 사용될 수 있다. 또한, 액츄에이터의 작동은 선형이거나 회전형일 수 있다.
본 발명의 시스템의 "제어 장치" 는, 예를 들어 컴퓨터로 주로 구성되는 제어기를 포함함으로써 구성될 수 있다. 또한, 액츄에이터가 구동원으로서 전동 모터를 포함하는 경우, 제어 장치는 인버터 등의 드라이버를 포함함으로써 구성될 수 있다.
제어 장치에 의한 액츄에이터의 제어에서, 액츄에이터의 목표 작동량은 전술한 롤 모멘트 지표량에 근거하여 결정된다. 여기서 사용되는 "롤 모멘트 지표량" 이라는 용어는 차체에 작용하는 롤 모멘트를 직접 또는 간접적으로 나타내는 물리량이다. 롤 모멘트 지표량은 차량의 선회 상태를 나타내는 파라미터로 여겨질 수 있다. 측면 가속도, 요 레이트(yaw rate), 코너링 힘, 측방향 힘, 및 슬립각 등의 다양한 종류의 물리량이 롤 모멘트 지표량으로 사용된다. 조향각, 차량 주행 속도 등이 차량의 선회 상태를 결정하는 요소이기 때문에, 이러한 파라미터도 롤 모멘트 지표량으로서 여겨질 수 있다. 목표 작동량에 근거하여 수행되는 액츄에이터의 제어로서, 목표 작동량에 대한 액츄에이터의 실제 작동량의 편차에 근거하는 피드백 제어 등의 다양한 제어 기술에 따라, 제어를 이용할 수 있다. 제어 장치는 기능적인 측면에서, 목표 작동량을 결정하기 위한 목표 작동량 결정부 및 목표 작동량 결정부에 의해 결정된 목표 작동량에 근거하여 액츄에이터의 작동을 제어하기 위한 액츄에이터 작동 제어부를 포함함으로써, 구성될 수 있다.
액츄에이터의 작동량은 액츄에이터에 의해 가해지는 힘, 즉 액츄에이터 힘과 대응 관계에 있는 경우가 있다.(액츄에이터가 구동원으로서 전동 모터를 포함하는 경우, 액츄에이터의 작동량은 전동 모터의 힘과 대응 관계에 있을 수 있다.) 이러한 대응 관계를 가지는 스테빌라이져 시스템에 대해, 본 실시형태는 액츄에이터의 작동량을 직접적인 제어 목표로 설정하는 대신, 액츄에이터 힘을 제어 목표로 설정하고, 액츄에이터 힘이 목표 액츄에이터 힘과 일치하게 하는 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 즉, 본 실시형태는 액츄에이터의 작동량이 간접적인 제어 목표로서 설정되는 실시형태를 포함한다.
(2) 상기 실시형태 (1) 에 있어서,
상기 제어 장치는 롤 모멘트 지표량과 목표 작동량 사이의 관계에 따라 목표 작동량을 결정하도록 구성되며, 상기 관계는 롤 모멘트 지표량의 증가에 대한 목표 작동량의 증가의 비율이 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 달라지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
본 실시형태는 액츄에이터의 목표 작동량을 결정하는 기술에 의해 한정된다. 상기와 같이 구성된 스테빌라이져 시스템은 일반적으로 액츄에이터의 작동량의 증가에 따라 스테빌라이져의 강성이 증가하도록 구성된다. 또한, 차체에 작용하는 롤 모멘트의 증가에 따라, 롤 모멘트에 대한 롤 억제력을 증가시킴으로써, 차체의 롤링을 효과적으로 억제하기 위해 액츄에이터의 작동량이 증가된다. 따라서, 액츄에이터는 목표 작동량이 롤 모멘트 지표량에 따라 변화되도록 제어된다. 본 실시형태는, 상기 제어에서, 롤 모멘트 지표량, 예를 증가 기울기의 증가에 대한 목표 작동량의 증가의 비율이 롤 억제력이 가해지는 방향에 따라 달라지도록 구성된다. 더 구체적으로 설명하면, 본 실시형태는 이하와 같이 실행될 수 있다. 롤 모멘트 지표량이 파라미터로서 사용되는, 목표 작동량을 결정하기 위한 두 종류의 맵 데이터가 설정된다. 롤 모멘트의 방향에 따라 두 종류의 맵 데이터 중 적절한 하나가 선택되고, 선택된 맵 데이터에 근거하여 목표 작동량이 결정된다.
(3) 상기 실시형태 (1) 또는 (2) 에 있어서,
상기 제어 장치는, 롤 모멘트 지표량에 근거하여 목표 작동량을 결정할 때에 사용되는 이득이 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 달라지도록, 목표 작동량을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
본 실시형태는 액츄에이터의 목표 작동량을 결정하는 기술에 의해 한정된다. 예를 들어, 본 실시형태는 이하와 같이 실행될 수 있다. 먼저, 롤 모멘트 지표량에 근거한 프로세스에 따라 기준 목표 작동량을 얻고, 그 다음에 특정 계수를 기준 목표 작동량에 곱함으로써, 목표 작동량을 결정한다. 계수는 롤 모멘트의 방향에 따라 변경되도록 구성된다.
(4) 상기 실시형태 (1) 내지 (3) 항 어느 하나에 있어서,
상기 제어 장치는, 스테빌라이져 장치의 구조에서 기인하는 차이로서, 어느 한 방향으로의 롤 모멘트에 대해 나타나는 스테빌라이져 바의 강성과 다른 한 방향으로의 롤 모멘트에 대해 나타나는 스테빌라이져 바의 강성 사이의 차이를 줄이기 위해, 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 목표 작동량이 달라지도록, 목표 작동량을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
본 실시형태에서, 롤 모멘트의 방향에 따라 목표 작동량을 다르게 하는 목적이 명확해진다. 액츄에이터가 특정 작동량 하에서 제어될 때, 롤 억제력이 가해지는 방향에 따라 스테빌라이져 바의 강성이 달라질 수 있다. 이 경우에, 액츄에이터가 동일한 작동량 하에서 제어되는 경우에도, 예를 들어 차량이 오른쪽 또는 왼쪽으로 선회하는지에 따라 차체의 롤 양이 달라진다. 본 실시형태에 따르면, 스테빌라이져 바의 강성의 차이의 영향을 고려하여, 롤 모멘트의 방향에 따라 액츄에이터의 작동량이 달라짐으로써, 롤 모멘트의 다른 방향에서 기인하는 차체의 롤 양의 차이가 없어지거나 줄어든다. 본 실시형태의 "스테빌라이져 장치의 구조" 는 스테빌라이져 장치의 스테빌라이져 바 및 액츄에이터의 형상, 재질, 종류 및 상세 사항, 스테빌라이져 바와 액츄에이터 사이의 위치 관계 및 연결 구조, 차체 또는 차륜 유지 부재에 대한 스테빌라이져 장치의 설치 구조 및 위치 등의 다양한 개념을 포함한다.
(5) 상기 실시형태 (1) 내지 (4) 항 어느 하나에 있어서,
상기 스테빌라이져 바는, 차량의 폭 방향으로 연장되는 축선 상에 배치되는 토션 바(torsion bar) 부 및 토션 바 부로부터 연속해서 연장되어 토션 바 부와 교차하며 대응하는 차륜 유지 부재에 선단부가 연결되는 아암(arm) 부를 포함하는 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재를 포함하여 구성되며,
상기 액츄에이터는, 상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부를 축선 주위로 서로 상대 회전시키고, 작동량으로서의 상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부의 상대 회전량에 따라 스테빌라이져 바의 강성을 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
본 실시형태에 따른 스테빌라이져 시스템은 이하와 같이 고려될 수 있다. 예를 들어, 스테빌라이져 시스템은, 서로에 대해 회전가능하게 연결되며, 액츄에이터를 가지지 않는 종래의 스테빌라이져 시스템의 스테빌라이져 바를 그 중간부에서 나눈 두 부분에 대응되는 두 개의 스테빌라이져 바 부재를 가지는 스테빌라이져 바를 가진다. 본 실시형태에서, 나누어진 두 부분은 하나의 일체적인 스테빌라이져 바로 여겨지고, 나누어진 두 부분을 서로에 대해 회전시킴으로써 일체적인 스테빌라이져 바의 외관상의 강성이 변한다. 본 실시형태에 따르면, 스테빌라이져 바에 의해 가해지는 롤 억제력이 효과적으로 변화될 수 있다. 즉, 본 실시형태는 차체에 작용하는 롤 모멘트에 따라 스테빌라이져 바의 강성을 능동적으로 변화시키는 용이한 제어의 수행을 가능하게 한다.
(6) 실시형태 (5) 에 있어서,
상기 액츄에이터는 차량의 폭 방향으로 중심에서 벗어나 배치되며, 상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부는 서로 다른 길이 값을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
일반적으로, 상기와 같이 구성된 스테빌라이져 장치는, 토션 바로서 기능하는 스테빌라이져 바의 부분의 양 단부, 즉 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부 각각의 단부로서, 대응하는 아암부에 근접하여 위치하는 단부에서 차체에 의해 회전가능하도록 지지된다. 스테빌라이져 바에 의해 가해지는 롤 억제력은 토션 바로서 기능하는 스테빌라이져 바의 상기 부분의 비틀림에 주로 의존한다.(이하, 이 부분을 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재에 의해 구성되는 하나의 스테빌라이져 바의 "토션 바 부" 라 한다.) 스테빌라이져 바의 강성은 토션 바 부의 비틀림 강성에 의존한다. 그러나, 차륜 유지 부재를 각각 가지는 스테빌라이져 바의 좌측 및 우측 연결부가 서로 반대 방향으로 변위되는 경우, 토션 바 부는 휜다(굴곡된다). 이러한 휨에 대한 강성은 스테빌라이져 바의 강성의 한 성분이다.
본 실시형태에 따른 스테빌라이져 장치에서, 액츄에이터는 스테빌라이져 바의 토션 바 부에서 차량 폭 방향으로 중심에서 벗어난 위치에 배치된다. 따라서, 좌측 및 우측 연결부의 상기 상대 변위의 방향에 따라, 즉 롤 억제력이 가해지는 방향에 따라, 토션 바 부의 휨이 달라지는 경우가 있을 수 있다. 롤 억제력의 방향에 의존하는 휨의 차이는 전술한 스테빌라이져 바의 강성의 차이가 된다. 본 실시형태에 따르면, 이러한 현상에서 기인하는 스테빌라이져 바의 강성의 차이를 고려함으로써, 스테빌라이져 바의 강성의 차이에 의해 발생되는 차이인, 롤 모멘트의 방향에 의존하는 차체의 롤 양의 차이를 없애거나 줄일 수 있다.
(7) 실시형태 (5) 또는 (6) 에 있어서,
상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부 중 하나 이상이, 차량의 폭 방향으로 연장된 축선으로부터 이동된 굴곡부를 가지며, 토션 바 부는 서로 다른 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
전술한 것처럼, 스테빌라이져 바의 강성은 스테빌라이져 바의 토션 바 부의 휨에 의존한다. 본 실시형태에 따른 스테빌라이져 장치에서, 토션 바 부는 굴곡부를 가진다. 따라서, 액츄에이터를 사이에 끼우는 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 두 토션 바 부는 서로 다른 형상을 가진다. 따라서, 스테빌라이져 바의 토션 바 부의 휨은 롤 억제력이 가해지는 방향에 따라 달라진다. 이 경우에, 상기 스테빌라이져 바의 강성의 차이가 생기는 경우를 예상할 수 있다. 본 실시형태에서는, 이러한 현상에 기인하는 스테빌라이져 바의 강성의 차이를 고려함으로써, 스테빌라이져 바의 강성의 차이에 의해 발생되는 차이인, 롤 모멘트의 방향에 기인하는 차체의 롤 양의 차이를 없애거나 줄일 수 있다.
상기 실시형태 (6) 및 본 실시형태 (7) 을 조합한 구성, 즉 액츄에이터가 중심에서 벗어나 배치되고 액츄에이터를 사이에 끼우는 두 토션 바 부가 서로 다른 형상을 가지는 구성에서, 스테빌라이져 바의 강성의 차이가 더 커질 가능성이 있다. 따라서, 본 실시형태는 스테빌라이져 바의 강성의 차이에 의해 발생되는 차이인, 롤 모멘트의 방향에 기인하는 차체의 롤 양의 차이를 더 효율적으로 없애거나 줄일 수 있다.
(8) 실시형태 (5) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서,
상기 액츄에이터는 하우징, 하우징에 의해 지지되는 전동 모터, 및 하우징에 의해 지지되며 전동 모터의 회전을 감속시키기 위한 감속기를 포함하며,
상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재 중 어느 하나의 토션 바 부는 하우징에 대해 회전될 수 없도록 하우징에 연결되며, 상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재 중 다른 하나의 토션 바 부는 감속기 출력부에 대해 회전될 수 없도록 감속기의 출력부에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
본 실시형태에서, 상기와 같이 구성된 스테빌라이져 시스템의 액츄에이터는 모터에 의해 작동된다. 다시 말해, 모터에 의해 작동되는 액티브 스테빌라이져 시스템의 액츄에이터의 구조로 한정된다. 본 실시헝태에서, 전동 모터에 공급되는 전력을 제어함으로써, 스테빌라이져 바의 강성이 쉽게 변경될 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 양호하게 제어될 수 있는 스테빌라이져 시스템이 실현된다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 이점, 기술상 및 산업상 중요성은 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 스테빌라이져 시스템의 전체 구조를 도시한 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 스테빌라이져 시스템의 스테빌라이져 장치를 도시하는 개략적인 도면이며, 도 2a 는 전륜측 스테빌라이져 장치를 도시하고, 도 2b 는 후륜측 스테빌라이져 장치를 도시한다.
도 3 은 도 2 의 스테빌라이져 장치의 액츄에이터를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 4 는 롤 모멘트에 의한 전륜측 스테빌라이져 장치의 스테빌라이져 바의 휨을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4a 는 차량의 좌선회 시의 스테빌라이져 바의 휨을 도시하고, 도 4b 는 차량의 우선회 시의 스테빌라이져 바의 휨을 도시한다.
도 5 는 차체가 받는 롤 모멘트에 대해 전륜측 스테빌라이져 장치가 롤 억제력을 가하는데 필요한 전동 모터의 목표 모터 조작각을 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 6 은, 차체가 받는 측면 가속도를 파라미터로 사용하여, 전륜측 스테빌라이져 장치의 전동 모터의 목표 모터 회전각을 결정하기 위한 맵 데이터를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7 은 도 1 의 스테빌라이져 시스템에서 수행되는 후륜측 스테빌라이져 제 어 프로그램을 도시하는 순서도이다.
도 8 은 도 1 의 스테빌라이져 시스템에서 수행되는 전륜측 스테빌라이져 제어 프로그램을 도시하는 순서도이다.
도 9 는 도 1 의 스테빌라이져 시스템에서 수행되는 다른 전륜측 스테빌라이져 제어 프로그램을 도시하는 순서도이다.
1. 스테빌라이져 시스템의 전체 구조
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 스테빌라이져 시스템 (10) 을 개략적으로 도시한다. 스테빌라이져 시스템 (10) 은 차량의 전륜측 및 후륜측에 배치되는 두 개의 스테빌라이져 장치 (14) 를 포함한다. 스테빌라이져 장치 (14) 각각은 스테빌라이져 바 (20) 를 포함하며, 각각의 스테빌라이져 바 (20) 의 양 단부는 연결 부재인 각각의 링크 로드 (18) 를 거쳐 전측 차륜 및 후측 차륜 (16) 을 유지하는 각각의 차륜 유지 부재(도 2 참고)에 연결된다. 스테빌라이져 바 (20) 는 두 부분, 즉 우측 스테빌라이져 바 부재 (22) 및 좌측 스테빌라이져 바 부재 (24) 로 이루어지는 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재로 나누어진다. 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재 (22, 24) 는 그 사이에 끼워지는 액츄에이터 (30) 에 의해 서로 회전가능하게 연결된다. 개략적으로 설명하면, 스테빌라이져 장치 (14) 는, 액츄에이터 (30) 가 우측 및 좌측 스테빌라이져 바 부재 (22, 24) 를 서로에 대해 회전시킴으로써, 스테빌라이져 바 (20) 전체의 외관상의 강성을 변화시켜 차체의 롤링(rolling)을 억제하도록 구성된다. 본 발명의 스테빌라이져 시 스템 (10) 에서, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14) 및 후륜측 스테빌라이져 장치 (14) 는 구조에 있어서 서로 부분적으로 다르다. 따라서, 이하의 설명에서, 두 스테빌라이져 장치 (14) 를 서로 구별할 필요가 있는 경우에는, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14) 와 그 구성요소에 할당되는 참조 번호 각각에 기호 "f" 를 붙이고, 후륜측 스테빌라이져 장치 (14) 와 그 구성요소에 할당되는 참조 번호 각각에 기호 "r" 를 붙인다. 또한, 좌륜측과 우륜측으로 두 장치 (14) 를 구별할 필요가 있는 경우에는, 기호: "fr" (우전륜측), "fl" (좌전륜측), "rr" (우후륜측), "rl" (좌후륜측) 을 적절한 참조 번호에 붙인다.
도 2a 에 도시된 것처럼, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 의 스테빌라이져 바 부재 (22f, 24f) 는 대략 차량 폭 방향으로 연장되는 토션 바 부 (60fr, 60fl), 및 대응하는 토션 바 부 (60fr, 60fl) 와 일체로 형성되며 대략 차량의 후방으로 연장되도록 토션 바 부 (60fr, 60fl) 와 교차하는 아암 부 (62, 62) 를 각각 포함한다. 우측 스테빌라이져 바 부재 (22f) 의 토션 바 부 (60fr) 는 비교적 짧게 만들어지는 반면에, 좌측 스테빌라이져 바 부재 (24f) 의 토션 바 부 (60fl) 는 비교적 길게 만들어진다. 좌측 스테빌라이져 바 부재 (24f) 는, 토션 바 부 (60fl) 의 축으로부터 이동된 굴곡부 (63) 를 포함한다. 한편, 도 2b 에 도시된 것처럼, 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 의 스테빌라이져 바 부재 (22r, 24r) 는 대략 차량 폭 방향으로 대략 동일한 길이로 연장되는 토션 바 부 (60rr, 60rl), 및 대응하는 토션 바 부 (60rr, 60rl) 와 일체로 형성되며 대략 차량의 전방으로 연장되도록 토션 바 부 (60rr, 60rl) 와 교차하는 아암 부 (62, 62) 를 각각 포함 한다. 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 의 토션 바 부 (60fr, 60fl) 와는 다르게, 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 의 토션 바 부 (60rr, 60rl) 각각은 직선형이다. 또한, 액츄에이터 (30) 와 대응하는 아암 부 (62) 사이에서 연장되는 토션 바 부 (60rr) 및 토션 바 부 (60rl) 의 길이는 실질적으로 서로 동일하게 만들어진다.
스테빌라이져 바 부재 (22f, 22r, 24f, 24r) 각각의 토션 바 부 (60) 는 아암 부 (62) 근처에서, 차체에 고정되는 지지부 (64) 에 의해 회전가능하게 지지된다. 따라서, 우측 및 좌측 스테빌라이져 바 부재 (22, 24) 의 토션 바 부 (60) 는 서로에 대해 동축적으로 배치된다. 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 및 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 각각에서, 상기 액츄에이터 (30) 가 좌측 및 우측 토션 바 부 (60) 를 서로 연결하도록 배치된다. 이하에서 상세하게 설명하듯이, 아암 부 (62) 의 반대편인 토션 바 부 (60) 각각의 일단부는 액츄에이터 (30) 에 연결된다. 상기와 같이 구성되는 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 에서, 액츄에이터 (30) 는 차량 폭 방향으로 중심에서 벗어나 배치되며, 다시 말해, 액츄에이터 (30) 는 차량의 폭 방향 중심부로부터 오른쪽으로 이동한 위치에 배치된다. 상기와 같이 구성되는 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 에서, 액츄에이터 (30) 는 실질적으로 차량의 폭 방향 중심부에 배치된다. 한편, 대응하는 토션 바 부 (60) 로부터 떨어진 아암 부 (62) 의 일단부는 링크 로드 (18) 를 통해 대응하는 차륜 유지 부재에 연결된다. 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 에서, 토션 바 부 (60fl) 에 고정되는 규제 부재 (66) 와 액츄에이터 (30) 가 두 지지부 (64, 64) 의 서로 대향하는 면에 접하도록 각각 유지되어, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 가 차량 폭 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 에서, 토션 바 부 (60rr, 60rl) 각각에 고정되는 두 규제 부재 (66, 66) 가 두 지지부 (64, 64) 의 서로 대향하는 면에 접하도록 각각 유지되어, 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 가 차량 폭 방향으로 이동하는 것을 방지한다.
전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 의 액츄에이터 (30) 와 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 의 액츄에이터 (30) 는 구조가 서로 동일하다. 도 3 에 개략적으로 도시된 것처럼, 액츄에이터 (30) 는 전동 모터 (70) 와 전동 모터 (70) 의 회전을 감속시키는 감속기 (72) 를 포함한다. 전동 모터 (70) 와 감속기 (72) 는 액츄에이터 (30) 의 외부 프레임인 하우징 (74) 의 내부에 배치된다. 도 3 에서 알 수 있듯이, 좌측 스테빌라이져 바 부재 (24) 는 하우징 (74) 의 일단부에 고정되도록 연결되고, 우측 스테빌라이져 바 부재 (22) 는 하우징 (74) 내로 연장되도록 배치되며, 하우징 (74) 에 대해 회전가능하면서 축 방향으로 이동불가능하게 하우징 (74) 에 의해 지지된다. 하우징 (74) 내에 위치하는 우측 스테빌라이져 바 부재 (22) 의 일단부는 감속기 (72) 에 연결된다.
전동 모터 (70) 는 하우징 (74) 의 원통벽의 내주면을 따라 일 원주 상에 고정되도록 배치되는 복수의 스테이터 코일 (84); 하우징 (74) 에 의해 회전가능하게 유지되는 중공 모터축 (86); 및 모터축 (86) 의 외주면을 따라 일 원주 상에 고정되도록 배치되어 스테이터 코일 (84) 에 면하는 영구 자석 (88) 을 포함한다. 전동 모터 (70) 는 스테이터 코일 (84) 이 고정자로서 기능하고, 영구 자석 (88) 이 회전자로서 기능하는 모터이며, 3상 DC 브러시레스 모터(three-phase DC brushless motor)이다.
본 실시예에서, 감속기 (72) 는 파동 발생기 (90), 가요성 기어 (92), 및 링 기어 (94) 를 포함하는 조화(harmonic) 기어 기구로서 구성된다. 조화 기어 기구는 "HARMINIC DRIVE"(상표) 또는 스트레인 웨이브 기어 링 기구로 불린다. 파동 발생기 (90) 는 타원형 캠 및 캠의 외주에 끼워지는 볼 베어링을 포함하며, 모터축 (86) 의 일 단부에 고정된다. 가요성 기어 (92) 는 원통벽부가 탄성 변형될 수 있는 컵 모양의 부재이다. 컵 모양의 가요성 기어 (92) 의 개구 단부의 외주에는 복수의 이(teeth)가 형성된다. 가요성 기어 (92) 는 상기 우측 스테빌라이져 바 부재 (22) 에 연결되어 유지된다. 구체적으로, 우측 스테빌라이져 바 부재 (22) 는 모터축 (86) 을 관통하며, 모터축 (86) 으로부터 또는 모터축 (86) 을 지나서 연장되는 단부를 가진다. 우측 스테빌라이져 바 부재 (22) 의 상기 단부가 감속기 (72) 의 출력부인 가요성 기어 (92) 의 바닥부를 관통하고, 상기 바닥부와 톱니 결합하여 고정됨으로써, 가요성 기어 (92) 와 우측 스테빌라이져 바 부재 (22) 가 서로에 대해 회전불가능하면서 축 방향으로 이동불가능하게 연결된다. 링 기어 (94) 의 내주에는 복수의 이가 형성된다. 링 기어 (94) 의 내주에 형성된 이의 수는 가요성 기어 (92) 의 외주에 형성된 이의 수보다 조금 더 많다(예를 들어 2개 더 많다). 가요성 기어 (92) 는 파동 발생기 (90) 상의 원통벽부에 끼워지며, 타원형으로 탄성 변형된다. 가요성 기어 (92) 는 타원의 장축의 반대편 양단부에 대응하는 두 부분에서 링 기어 (94) 와 맞물리며, 다른 부 분에서는 링 기어 (94) 와 맞물리지 않는다. 파동 발생기 (90) 의 일 회전 후(즉, 파동 발생기가 360°만큼 회전한 후), 다시 말해 전동 모터 (70) 의 모터축 (86) 의 일 회전 후에, 가요성 기어 (92) 와 링 기어 (94) 는 그 사이의 이의 수의 차이에 대응하는 정도로 서로에 대해 회전한다.
이렇게 구성된 스테빌라이져 장치 (14) 에서, 좌우측 차륜 (16) 중 하나와 차체 사이의 거리 및 좌우측 차륜 (16) 중 다른 하나와 차체 사이의 거리를 서로에 대해 변경하는 힘, 즉 롤 모멘트가 차량의 선회 등에 따라 차체에 가해지는 경우, 좌측 스테빌라이져 바 부재 (22) 및 우측 스테빌라이져 바 부재 (24) 를 서로에 대해 회전시키는 힘, 즉 외부 입력 힘이 액츄에이터 (30) 에 작용한다. 이 경우에, 전동 모터 (70) 에 의해 발생되는 모터 힘에 의해, 액츄에이터 (30) 가 외부 입력 힘과 평형을 이루는 힘을 액츄에이터 힘으로서 가할 때, 좌우측 스테빌라이져 바 부재 (22, 24) 로 이루어지는 하나의 스테빌라이져 바 (20) 가 비틀어진다. (전동 모터 (70) 가 회전 모터이어서, 전동 모터 (70) 에 의해 발생하는 힘이 회전 토크로 여겨지기 때문에, 상기 모터 힘은 이하, '회전 토크' 라 한다.) 스테빌라이져 바 (20) 를 비틈으로써 발생되는 탄성력은 롤 모멘트에 대한 대항력, 즉 롤 억제력으로서 기능한다. 모터 힘에 의해 액츄에이터 (30) 의 회전 위치(작동 위치)를 변경하는 것에 의해, 좌우측 스테빌라이져 바 부재 (22, 24) 의 상대 회전 위치가 변함으로써, 상기 롤 억제력이 변한다. 따라서, 차체의 롤 양이 변경될 수 있다. 본 발명의 스테빌라이져 장치 (14) 는, 스테빌라이져 바 (20) 의 외관상의 강성, 즉 스테빌라이져 강성이 변화될 수 있도록 구성된다.
액츄에이터 (30) 는 하우징 (74) 내에, 모터축 (86) 의 회전각, 즉 전동 모터 (70) 의 회전각을 검출하기 위한 모터 회전각 센서 (100) 를 가진다. 본 발명의 액츄에이터 (30) 의 모터 회전각 센서 (100) 는 주로 인코더로 이루어진다. 센서 (100) 에 의해 검출되는 값은, 좌우 스테빌라이져 바 부재 (22, 24) 의 상대 회전각(상대 회전 위치), 다시 말해 액츄에이터 (30) 의 작동량, 즉 회전량을 나타내는 지표로서, 액츄에이터 (30) 의 제어, 즉 스테빌라이져 장치 (14) 의 제어에 이용된다.
액츄에이터 (30) 의 전동 모터 (70) 에는, 도 1 도시된 것과 같이, 배터리 (102) 로부터 전력이 공급된다. 본 발명의 스테빌라이져 시스템 (10) 은 배터리 (102) 로부터 공급되는 전압을 올리기 위한 DC-DC 컨버터 (103) 를 가진다. 전원은 배터리 (102) 와 컨버터 (103) 를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 스테빌라이져 시스템 (10) 에서, 컨버터 (103) 와 두 스테빌라이져 (14) 각각 사이에는 스테빌라이져 전자 제어 유닛(이하, '스테빌라이져 ECU' 라 한다)이 제공된다. 스테빌라이져 ECU (111) 각각은 동력 전달부로서의 인버터(미도시) 및 제어 장치로서의 제어기(미도시) 를 포함하여 이루어진다. 전력은 두 스테빌라이져 ECU (111) 의 두 인버터 (104) 각각을 통해 두 스테빌라이져 장치 (14) 각각의 전동 모터 (70) 에 공급된다. 전동 모터 (70) 각각이 일정한 전압으로 구동되기 때문에, 공급되는 전류의 양을 변경함으로써 공급되는 전력량이 변하고, 전동 모터 (70) 각각은 공급되는 전류의 양에 따라 힘을 발생시킨다. 이러한 점에서, 공급되는 전류의 양이 변경되어, 인버터 (104) 에 의해 PWM(Pulse Width Modulation) 에 의한 펄스 오프 타임에 대한 펄스 온 타임의 비율(듀티 비)이 변경된다.
도 1 에 도시된 것처럼, 스테빌라이져 ECU (111) 의 제어기는 CPU, ROM, RAM 등을 포함하는 컴퓨터를 주체로 하여 이루어진다. 스테빌라이져 ECU (111) 각각의 제어기에는,전술한 모터 회전각 센서 (100) 에 더하여, 조향량으로서 조향 조작 부재의 조작량인 조향 핸들의 조작 각도를 검출하기 위한 조향 센서 (120) 및 차량에 실제로 발생하는 측면 가속도를 검출하기 위한 측면 가속도 센서 (122) 가 연결된다. 스테빌라이져 ECU (111) 각각의 제어기에는, 차량의 브레이크 시스템을 제어하기 위한 제어 장치인 브레이크 전자 제어 유닛 (124) (이하, '브레이크 ECU' 라 한다) 이 더 연결된다. 브레이크 ECU (124) 에는, 회전 속도를 검출하기 위해 4 개의 차륜 각각에 제공되는 4 개의 차속 센서 (126) 가 연결된다. 브레이크 ECU (124) 는 4 개의 차속 센서 (126) 각각에 의해 검출되는 값에 근거하여 차량 주행 속도를 산출함으로써 브레이크 제어를 수행하도록 구성된다. 스테빌라이져 ECU (111) 의 제어기는 브레이크 ECU (124) 에 연결되고, 필요에 따라 브레이크 ECU (124) 에 의해 산출된 차속을 얻도록 구성된다.
스테빌라이져 ECU (111) 각각의 제어기는 스테빌라이져 ECU (111) 내에 제공되는 인버터에 연결된다. 제어기는 인버터를 제어함으로써 액츄에이터 (30) 에 의해 발생하는 액츄에이터 힘을 제어하고, 액츄에이터 (30) 의 회전 위치, 즉 좌우측 스테빌라이져 바 부재 (22, 24) 의 상대 회전 위치를 제어한다.
전술한 것처럼, 본 발명의 스테빌라이져 시스템 (10) 은 두 스테빌라이져 장치 (14), 즉 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 및 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 를 가진다. 두 스테빌라이져 장치 (14f, 14r) 는 소정의 롤 강성 배분에 따라 서로 독립적으로 제어되며, 소정의 롤 억제력을 각각 발생시킨다.
2. 스테빌라이져 장치의 제어
i) 기본 제어
스테빌라이져 장치 (14) 에서, 액츄에이터 (30) 의 목표 회전 위치는 차량이 받는 롤 모멘트를 나타내는 롤 모멘트 지표량에 근거하여 정해지며, 액츄에이터 (30) 의 회전 위치는 목표 회전 위치와 일치하도록 제어된다. 여기서 말하는 "액츄에이터 (30) 의 회전 위치" 란 액츄에이터 (30) 의 작동량을 의미한다. 구체적으로, 액츄에이터 (30) 의 회전 위치는 이하와 같다. 차체에 롤 모멘트가 작용하지 않는 상태를 기준 상태로 간주한다. 기준 상태에 있는 액츄에이터 (30) 의 회전 위치를 중립 위치로 보는 경우, 액츄에이터 (30) 의 회전 위치는 중립 위치로부터의 회전량을 나타낸다. 다시 말해, 액츄에이터 (30) 의 회전 위치는 중립 위치로부터의 액츄에이터 (30) 의 작동 위치의 변위량을 의미한다. 액츄에이터 (30) 의 회전 위치와 전동 모터 (70) 의 회전각인 모터 회전각은 대응 관계이기 때문에, 모터 회전각은 액츄에이터 (30) 의 회전 위치 대신에 액츄에이터 (30) 의 실제 제어에 사용된다.
스테빌라이져 장치 (14) 의 제어를 더 구체적으로 설명한다. 제어기에서, 적절한 스테빌라이져 강성을 얻기 위해, 롤 모멘트 지표량으로서의 측면 가속도에 근거하여 액츄에이터 (30) 의 목표 회전 위치, 즉 목표 모터 회전각 θ* 이 결정된다. 더 구체적으로 설명하면, 조향 핸들의 조작각과 차량 주행 속도에 근거하여 추정되는 추정 측면 가속도 Gyc 및 실제로 측정된 실제 측면 가속도 Gyr 에 근거하여, 이하의 식에 따라 제어에 이용되는 제어용 측면 가속도 Gy* 가 결정된다.
Gy* = K1·Gyc + K2·Gyr
여기서, K1 및 K2 는 이득(gain)이다. 이렇게 결정된 제어용 측면 가속도 Gy* 에 근거하여 목표 모터 회전각 θ* 이 결정된다. 목표 모터 회전각 θ* 에 대한 모터 (70) 의 실제 회전각인 실제 모터 회전각 θ 의 편차에 근거한 피드백 제어 방법에 따라, 모터 (70) 에 공급되는 목표 공급 전류 i* 가 결정되며, 결정된 목표 공급 전류 i* 에 관한 명령이 제어기로부터 인버터에 전달된다. 결과적으로, 액츄에이터 (30) 의 회전 위치를 목표 회전 위치에 가까워지게 하거나, 액츄에이터 930) 의 회전 위치를 목표 회전 위치에 유지하기 위해, 인버터에 위해 액츄에이터 (30) 의 전동 모터 (70) 에 적절한 전력이 공급된다.
본 발명의 스테빌라이져 시스템 (10) 에서, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 및 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 는 전술한 것처럼 구성이 서로 달라서, 두 장치 (14f, 14r) 의 스테빌라이져 바 (20) 는 서로 다른 강성을 가진다. 따라서, 본 발명의 스테빌라이져 시스템 (10) 의 제어에서, 제어용 측면 가속도 Gy* 에 근거하여 적절한 목표 모터 회전각 θ* 을 결정하기 위한 처리, 즉 차량의 전륜측 및 후륜측에 대해 다르게 하는 처리가 수행된다. 이하, 두 장치 (14f, 14r) 각각의 스테빌라이져 바 (20) 의 강성에 관해서, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 의 스테빌라이져 바 (20) 의 제어 및 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 의 스테빌라이져 바 (20) 의 제어를 설명한다.
ii) 전륜측 스테빌라이져 장치의 제어
전술한 것처럼, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 에서, 우측 스테빌라이져 바 부재 (22f) 의 토션 바 부 (60fr) 의 길이와 형상은 좌측 스테빌라이져 바 부재 (24f) 의 토션 바 부 (60fl) 와 다르며, 액츄에이터 (30) 는 중심에서 벗어나, 즉 차량 폭 방향 중심부로부터 오른쪽으로 이동된 위치에 있다. 이러한 구조는 전륜 구동(FF) 차량 등, 차량의 전측에 다양한 장치가 설치된 차량에서 자주 볼 수 있다. 본 발명의 스테빌라이져 시스템 (10) 에서, 다양한 장치와 스테빌라이져 바 (20f) 의 간섭을 피하기 위해, 좌측 스테빌라이져 바 부재 (24f) 의 토션 바 부 (60fl) 가 그 축으로부터 이동된 전술한 굴곡부 (63) 를 가지는 형상이 되며, 액츄에이터 (30) 가 중심에서 벗어나 위치하도록 구성된다.
스테빌라이져 바 (20) 는, 토션 바 부 (60) 의 비틀림에 의존하는 강성에 의해 주로 결정되는 강성에 따라 롤 억제력을 가하도록 구성된다. 또한, 토션 바 부 (60) 의 휨에 의존하는 강성 성분도 스테빌라이져 바 (20) 의 강성을 결정하는 한 성분으로서 기능한다. 즉, 스테빌라이져 바 (20) 의 강성은 토션 바 부 (60) 의 휨에도 의존한다. 전술한 것처럼, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 에서, 스테빌라이져 바 (20f) 는, 액츄에이터 (30) 를 사이에 끼우는 두 토션 바 부 (60fl, 60fr) 가 서로 다른 형상을 가지고, 액츄에이터 (30) 가 중심에서 벗어나도록 구성된다. 따라서, 토션 바로서 기능하는 스테빌라이져 바 (20f) 의 일부의 휨이, 롤 억제력이 가해지는 방향에 따라 다르다. 도 4a 및 도 4b 는 차량의 좌선회 및 우선회 시의 전륜측 스테빌라이져 바 (20f) 의 휨량을 개략적으로 나타낸다. 도 4a 및 도 4b 의 굵은 실선은 스테빌라이져 바 (20f) 의 휨량을 도시한다. 도 4a 에 도시된 차량의 좌선회 시의 스테빌라이져 바 (20f) 의 여러 부분에서의 휨량과 도 4b 에 도시된 차량의 우선회 시의 스테빌라이져 바 (20f) 의 여러 부분에서의 휨량을 비교하면, 동일한 속도 및 동일한 조향량으로 차량이 선회하는 경우에도, 스테빌라이져 바 (20f) 의 휨량은 차량의 좌선회 시보다 우선회 시에 더 크다. 특히, 우선회 시의 스테빌라이져 바 (20f) 의 좌측 단부의 휨량은 좌선회 시보다 크다. 상기로부터 알 수 있듯이, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 의 스테빌라이져 바 (20f) 의 강성은 롤 모멘트의 방향에 따라 달라진다. 더 구체적으로 설명하면, 좌선회 시에 차체에 작용하는 롤 모멘트에 대한 스테빌라이져 바 강성이 우선회 시에 차체에 작용하는 롤 모멘트에 대한 스테빌라이져 바 강성보다 크다.
전술한 것처럼, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 에서, 스테빌라이져 바 (20f) 의 강성은 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 다르다. 따라서, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 가 특정 크기의 롤 억제력을 발휘하기 위해 필요한 액츄에이터 (30) 의 회전 위치는, 액츄에이터 (30) 가 중립 위치로부터 어느 방향으로 회전되는지에 따라 달라질 필요가 있다. 더 구체적으로 설명하면, 다른 방향의 롤 모멘트에 대해 다른 강성으로 처리하기 위해, 특정 크기의 롤 모멘트에 대한 목표 모터 회전각 θ* 의 크기는 도 5 에 도시된 것처럼 차량의 좌선회 시보 다 우선회 시에 더 커질 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 에 대해, 전술한 제어용 측면 가속도 Gy* 에 근거하여 목표 모터 회전각 θ* 을 결정하기 위해 사용되는 두 종류의 맵 데이터(도 6)가 준비된다. 목표 모터 회전각 θ* 을 결정하기 위해, 차량의 선회 방향, 즉 제어용 측면 가속도 Gy* 의 방향에 따라, 두 맵 데이터 중 적절한 것이 선택된다. 이러한 점에서, 모터 회전각 θ, 제어용 측면 가속도 Gy, 및 롤 모멘트가 그 방향에 따라 실제로 양 또는 음의 값이 된다. 그러나, 간결하게 하기 위해서, 도 5 및 도 6, 그리고 이에 관한 상기 설명에서는 양 또는 음의 개념이 고려되지 않고, 모터 회전각 θ, 제어용 측면 가속도 Gy, 및 롤 모멘트의 크기 만을 비교하여 설명한다.
전술한 제어에서, 선회 방향에 따라 목표 모터 회전각 θ* 을 다르게 하기 위해, 두 종류의 맵 데이터를 사용하는 방법에 따라 목표 모터 회전각 θ* 이 결정된다. 그러나, 목표 모터 회전각 θ* 은 상기와 다른 방법에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 목표 모터 회전각 θ* 은 이하의 방식으로 결정될 수 있다. 차량의 선회 방향에 관계 없이 설정되고 제어용 측면 가속도 Gy* 를 파라미터로 사용하는 맵 데이터에 따라 먼저 기준 목표 모터 회전각 θ0* 이 결정된다. 목표 모터 회전각 θ* 은 이하의 식에 따라 결정된다.
θ* = K·θ0*
이 경우에, 차량의 선회 방향에 다라 이득 K 가 선택되고, 선택된 이득 K 에 근거하여 목표 모터 회전각 θ* 이 결정된다. 구체적으로, 차량이 좌선회하는 경우, 즉 제어용 측면 가속도 Gy* 가 차량의 좌선회 시의 값인 경우에는, 이득 K 는 KL 로 정해진다. 반대로, 차량이 우선회하는 경우, 즉 제어용 측면 가속도 Gy* 가 차량의 우선회 시의 값인 경우에는, 이득 K 는 KR (> KL) 로 정해진다. 따라서, 상기 식에 근거한 방법에 따라 목표 모터 회전각 θ* 이 결정될 수 있다.
iii) 후륜측 스테빌라이져 장치의 제어
전술한 것처럼, 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 에서, 좌우측 스테빌라이져 바 부재 (22r, 24r) 의 형상이 대략 동일하고 액츄에이터 (30) 가 차량 폭 방향 중심부에 위치하도록, 스테빌라이져 바 (20r) 가 구성된다. 따라서, 도시되지는 않았지만, 스테빌라이져 바 (20r) 의 강성은 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 다르지 않다. 따라서, 후륜측 스테빌라이져 장치 (14r) 에서는, 상기 기본 제어에 따라, 차량의 선회 방향에 관계 없이 설정되고 제어용 측면 가속도 Gy* 를 파라미터로 사용하는 상기 맵 데이터에 근거하여 목표 모터 회전각 θ* 이 결정된다. 따라서, 결정된 목표 모터 회전각 θ* 에 근거하여 제어가 수행된다.
3. 스테빌라이져 제어 프로그램
도 7 내지 도 9 의 순서도에 도시된 스테빌라이져 제어 프로그램이 차량의 점화 스위치의 ON 상태에서 짧은 시간 간격(예를 들어, 수 밀리세컨드)으로 스테빌라이져 ECU (111) 각각의 제어기에 의해 반복적으로 실행되도록, 본 발명의 스테빌라이져 시스템 (10) 의 제어가 수행된다. 도 7 의 순서도는 차량의 후륜측에 대해 실행되는 프로그램이고, 도 8 및 도 9 의 순서도는 차량의 전륜측에 대해 실행되는 프로그램이다. 이하, 순서도를 참고하여 스테빌라이져 제어의 흐름을 구체적으로 설명한다. 전륜측에 대한 프로그램과 후륜측에 대한 프로그램은 처리가 유사하게 실행되는 복수의 유사한 단계를 가지기 때문에, 좀더 단순한 후륜측에 대한 프로그램을 먼저 설명하고, 복수의 유사한 단계의 설명을 생략아혀 전륜측에 대한 프로그램을 설명한다.
i) 후륜측 스테빌라이져 제어 프로그램
도 7 에 도시된 후륜측 스테빌라이져 제어 프로그램에서, 브레이크 ECU (124) 및 조향각 센서 (120) 에 의해 각각 검출되는 값에 근거하여, 차속 v 및 조작각 δ 를 얻기 위해 단계 S1 (이하, '단계' 는 생략한다) 이 먼저 수행된다. 다음으로, S1 에서 얻어진 차속 v 및 조작각 δ 에 근거하여 추정 측면 가속도 Gyc 를 얻도록 S2 가 수행된다. ECU (111) 의 제어기에는, 차속 v 및 조작각 δ 를 파라미터로 사용하는 추정 측면 가속도 Gyc 에 관한 맵 데이터가 저장된다. 이 맵 데이터를 참조하여 추정 측면 가속도 Gyc 가 얻어진다. 그 후에, S3 에서, 차체에 실제로 발생되는 측면 가속도인 실제 측면 가속도 Gyr 이 측면 가속도 센서 (124) 에 의해 검출된 값에 근거하여 얻어진다. 다음으로, S4 에서, 추정 측면 가속도 Gyc 및 실제 측면 가속도 Gyr 에 근거하여 제어용 측면 가속도 Gy* 가 결정된다. S4 후에, 목표 모터 회전각 θ* 이 제어용 측면 가속도 Gy* 에 근거하여 결정하는 S5 가 이어진다. ECU (111) 의 제어기에는, 제어용 측면 가속도 Gy* 를 파라미터로 사용하는 목표 모터 회전각 θ* 의 맵 데이터가 저장된다. S5 에서, 이 맵 데이터를 참조하여 목표 모터 회전각 θ* 이 결정된다. 그리고나서, 목표 모터 회전각 θ* 에 대한 실제 모터 회전각 θ 의 편차인 모터 회전각 편차 Δθ 에 근거하여 목표 공급 전류 i* 를 결정하기 위해 S6 이 수행된다. S6 후에, 결정된 목표 공급 전류 i* 에 관한 명령값을 ECU (111) 의 인버터로 출력하는 S7 이 이어진다.
ii) 전륜측 스테빌라이져 제어 프로그램
도 8 은 전륜측 스테빌라이져 제어 프로그램의 순서도이다. 전술한 후륜측 스테빌라이져 제어 프로그램에서처럼, 전륜측 스테빌라이져 제어 프로그램에서 제어용 측면 가속도 Gy* 를 결정하기 위해 S11 내지 S14 가 먼저 수행된다. S11 내지 S14 는 후륜측 스테빌라이져 제어 프로그램의 S1 내지 S4 에 각각 대응한다. 그 후에, 차량이 오른쪽으로 선회하는지 여부를 판정하기 위해 S15 가 수행된다. 더 구체적으로 설명하면, 차량이 오른쪽으로 선회할 때 차체에서 발생되는 측면 가속도의 값이 양의 값으로 설정되고, S15 에서, 제어용 측면 가속도 Gy* 가 0 보다 큰 경우에 차량이 오른쪽으로 선회하고 있다고 판정된다. 다음으로, S16 에서, 목표 모터 회전각 θ* 을 결정하기 위한 맵 데이터로서 우선회에 대한 맵 데이터가 선택된다. 반대로, 차량이 직진하거나 왼쪽으로 선회하는 경우에는, S15 에서 부정 판정인 "아니오" 가 된다. 이 경우에, S17 에서 좌선회에 대한 맵 데이터가 선택된다.
S16 또는 S17 에서 맵 데이터가 선택된 후에, 제어용 측면 가속도 Gy* 및 선택된 맵 데이터에 근거하여 목표 모터 회전각 θ* 을 결정하기 위해 S18 이 수행된 다. 그리고나서, 목표 모터 회전각 θ* 에 대한 실제 모터 회전각 θ 의 편차인 모터 회전각 편차 Δθ 에 근거하여 목표 공급 전류 i* 를 결정하기 위해 S19 가 수행된다. S19 후에, 결정된 목표 공급 전류 i* 에 관한 명령값을 인버터에 출력하는 S20 이 이어진다.
두 종류의 맵 데이터를 이용하는 전륜측 스테빌라이져 장치 (14f) 의 제어를 설명하였지만, 목표 모터 회전각 θ* 은 상기 두 이득을 사용하여 결정될 수 있다. 이 경우에, 도 9 의 순서도에 의해 나타나는 전륜측 스테빌라이져 프로그램이 수행된다. 도 9 에 도시된 프로그램에서, 후륜측 스테빌라이져 프로그램의 S1 내지 S5 에 각각 대응하는 S31 내지 S35 에서, 기준 목표 모터 회전각 θ0* 이 결정된다. 다음으로, S15 에서처럼 S36 에서, 차량이 오른쪽으로 선회하는지 여부가 판정된다. 차량이 오른쪽으로 선회하고 있다고 판정되면, 이득 K 를 KR 로 설정하기 위해 S37 이 수행된다. 반대로, 차량이 오른쪽으로 선회하고 있지 않다고 판정되면, 즉 차량이 정지해 있거나 직진하거나 왼쪽으로 선회하고 있는 경우에는, 이득을 KR 보다 더 작은 KL 로 설정하기 위해 S38 이 수행된다. S38 후에, 이득 K, 즉 KR 및 KL 중 하나를 기준 목표 모터 회전각 θ0* 에 곱하여 얻어진 값을 목표 모터 회전각 θ* 으로서 정하는 S39 가 이어진다. 다음으로, 목표 공급 전류 i* 를 결정하기 위해 S40 이 수행되고, 명령값을 인버터에 출력하기 위해 S41 이 수행된다.

Claims (8)

  1. 차량의 좌우측 차륜을 각각 유지하는 차륜 유지 부재 각각에 양 단부가 연결되는 스테빌라이져 바; 및 액츄에이터의 중립 위치로부터의 작동량에 따라 스테빌라이져 바의 강성을 변화시키는 액츄에이터를 포함하는 스테빌라이져 장치; 및
    차체에 작용하는 롤 모멘트를 나타내는 롤 모멘트 지표량에 근거하여 액츄에이터의 목표 작동량을 결정하는 제어 장치
    를 포함하는 차량용 스테빌라이져 시스템으로서,
    상기 제어 장치는, 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 목표 작동량이 달라지도록 목표 작동량을 결정하고, 결정된 목표 작동량에 근거하여 액츄에이터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 롤 모멘트 지표량과 목표 작동량 사이의 관계에 따라 목표 작동량을 결정하도록 구성되며, 상기 관계는 롤 모멘트 지표량의 증가에 대한 목표 작동량의 증가의 비율이 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 달라지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 롤 모멘트 지표량에 근거하여 목표 작동량을 결정할 때에 사용되는 이득이 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 달라지도록, 목표 작동량을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 스테빌라이져 장치의 구조에서 기인하는 차이로서, 어느 한 방향으로의 롤 모멘트에 대해 나타나는 스테빌라이져 바의 강성과 다른 한 방향으로의 롤 모멘트에 대해 나타나는 스테빌라이져 바의 강성 사이의 차이를 줄이기 위해, 차체에 작용하는 롤 모멘트의 방향에 따라 목표 작동량이 달라지도록, 목표 작동량을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스테빌라이져 바는, 차량의 폭 방향으로 연장되는 축선 상에 배치되는 토션 바 부 및 토션 바 부로부터 연속해서 연장되어 토션 바 부와 교차하며 대응하는 차륜 유지 부재에 선단부가 연결되는 아암 부를 포함하는 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재를 포함하여 구성되며,
    상기 액츄에이터는, 상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부를 축선 주위로 서로 상대 회전시키고, 작동량으로서의 상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부의 상대 회전량에 따라 스테빌라이져 바의 강성을 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 차량의 폭 방향으로 중심에서 벗어나 배치되며, 상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부는 서로 다른 길이 값을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재의 토션 바 부 중 하나 이상이, 차량의 폭 방향으로 연장된 축선으로부터 이동된 굴곡부를 가지며, 토션 바 부는 서로 다른 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 하우징, 하우징에 의해 지지되는 전동 모터, 및 하우징에 의해 지지되며 전동 모터의 회전을 감속시키기 위한 감속기를 포함하며,
    상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재 중 어느 하나의 토션 바 부는 하우징에 대해 회전될 수 없도록 하우징에 연결되며, 상기 한 쌍의 스테빌라이져 바 부재 중 다른 하나의 토션 바 부는 감속기 출력부에 대해 회전될 수 없도록 감속기의 출력부에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 스테빌라이져 시스템.
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