KR101162312B1 - 전자 제어 현가 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

전자 제어 현가 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차체 가속도 센서에 의해 감지된 가속도와 노면 판정 결과별로 지정된 데드존의 크기를 결정하기 위한 설정치를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 조절함으로써, 차체의 진동을 효율적으로 억제할 수 있도록 하는 전자 제어 현가 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 차량의 가속도를 감지하는 감지부; 노면 판정 결과별로 지정된 게인과 데드존(Dead Zone)의 크기를 결정하기 위한 설정치를 저장한 메모리; 및 상기 감지된 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산하고, 계산된 노면 정보를 미리 지정된 기준 노면 정보와의 비교를 통해 판정된 노면 판정 결과에 따른 게인을 상기 가속도를 적분한 신호에 적용시켜 생성된 신호와 상기 설정치의 데드존 크기를 비교하여 데드존 처리된 신호를 출력하여 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 한다.
차체, 가속도, 노면, 설정치, 게인, 데드존, 댐퍼, 스카이훅

Description

전자 제어 현가 장치 및 그 제어 방법{electronically controlled suspension apparatus and controlling method therefor}
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
도 3 는 도 1의 전자 제어 현가 장치를 통해 얻어진 차체 가속도 및 댐퍼의 감쇠력을 나타낸 그래프.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 감지부 20 : ECU
21 : 수신부 22 : 계산부
23 : 노면 판정부 24 : 필터링부
25 : 데드존 처리부 31 : 제 1 댐퍼
32 : 제 2 댐퍼 33 : 제 3 댐퍼
34 : 제 4 댐퍼 40 : 메모리
본 발명은 전자 제어 현가 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 차체속도와 댐퍼 속도 모두가 필요한 스카이훅 제어를 대신하여 차체 속도만을 이용하여 스카이훅 제어와 유사한 성능을 얻을 수 있도록 하는 전자 제어 현가 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 현가 장치는 차량의 무게지지, 노면으로부터 발생하는 진동의 차단, 타이어와 노면과의 접지력유지 등의 역할을 한다. 이러한 현가장치는 제어입력의 유무에 따라 크게 능동 현가장치와 수동 현가장치로 나뉘어진다.
능동 현가장치는 제어력을 발생시키는 방법에 따라 반능동(semi-active)형과 능동(active)형으로 구분될 수 있다. 반능동형은 오리피스(orifice)의 조절에 따른 감쇠력의 증감으로 제어력을 발생시키는 현가장치이며, 능동형은 피스톤의 양쪽으로 유압을 공급하여 제어력을 발생시키는 현가장치이다.
그러나, 능동현가장치는 에너지 소모가 크고 고가의 부품을 필요로 하므로 능동 현가장치와 유사한 성능을 보이는 반능동 현가장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현가장치의 성능은 차량의 주행특성으로 결정되는 승차감과 조종정성의 두 가지 측면에서 매우 중요한 영향을 미친다. 이러한 성능은 차체질량의 가속도, 현가장치의 작동에 필요한 공간, 동적 타이어힘(dynamic tire force)등에 의해서 결정이 되는데, 능동 및 반능동 현가장치를 채택하는 주된 목적은 승차감 및 조종안정성의 향상에 있다.
현가장치의 승차감 향상을 위해서 많은 제어기법들이 적용되고는 있지만, 승차감 향상을 위한 기본이 되는 원리는 Karnopp 외 2인에 의해서 제안된 스카이훅이라는 개념이다.
스카이훅 제어의 개념은 노면외란에 의한 차체의 수직가속도를 줄이기 위하여 가상적인 기준면에 댐퍼를 설치하는 것이다. 이러한 스카이훅 제어는 모든 상태변수를 다 알 필요가 없고, 현가장치 상대속도와 차체의 속도만으로 구현이 가능하다. 즉, 현가장치 상대속도와 차체의 속도를 다음의 수학식 1에 대입시켜 목표 감쇠력을 계산하여 계산된 목표 감쇠력을 댐퍼에 반영한다.
Figure 112007033284696-pat00001
여기서, '0'은 댐퍼가 구현할 수 있는 최소한의 감쇠력, 즉 소프트한 감쇠력을 의미한다. 변수 K는 노면이나 차속에 따라서 달라지는 게인(gain)이며, Vs는 차체의 수직방향 속도이다. Vs는 차체에 장착된 가속도 센서 신호를 적분해서 얻어진 값이다. Vdamper는 스프링 위 질량(sprung mass)과 스프링 아래 질량(unsprung mass) 사이의 상대속도이다.
이때, 상대속도(Vdamper)를 얻기 위해서는 차고 센서를 이용하거나, 차축에 추가적인 가속도 센서(예를 들면, 휠 가속도 센서)를 장착해야 하므로, 가격이 상승한다. 또한, 장착 공간이 협소해서 설계의 어려움이 있다.
본 발명의 목적은, 상대 속도를 구하기 위한 별도의 추가적인 센서 없이도 차체 가속도 센서에 의해 감지된 가속도와 노면 판정 결과별로 지정된 데드존의 크기를 결정하기 위한 설정치를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 조절함으로써, 차체의 진동을 효율적으로 억제할 수 있도록 함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치는 차량의 가속도를 감지하는 감지부; 노면 판정 결과별로 지정된 게인과 데드존(Dead Zone)의 크기를 결정하기 위한 설정치를 저장한 메모리; 및 상기 감지된 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산하고, 계산된 노면 정보를 미리 지정된 기준 노면 정보와의 비교를 통해 판정된 노면 판정 결과에 따른 게인을 상기 가속도를 적분한 신호에 적용시켜 생성된 신호와 상기 설정치의 데드존 크기를 비교하여 데드존 처리된 신호를 출력하여 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 ECU는 상기 감지부로부터 차량의 가속도를 수신하는 수신부; 상기 수신된 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산하는 계산부; 상기 계산된 노면 정보와 미리 지정된 기준 노면 정보를 비교하여 노면 상태를 판정하는 노면 판정부; 상기 수신된 가속도를 적분하여 얻은 신호에 상기 노면 판정 결과에 따른 게인을 곱하여 생성된 신호를 필터링하는 필터링부; 및 상기 필터링부에 의해 필터링된 신호와 상기 노면 판정 결과에 따른 설정치의 데드존 크기를 비교하여 데드존 처리된 신호를 출력하여 상기 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 데드존 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게 상기 설정치는 (+)값과 (-)값으로 설정되어 있으며, 상기 데드존 처리부는 상기 설정치가 (+)값일 경우 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 이상이면 그 설정치 이상의 필터링된 신호를 출력하고 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 미만이면 '0'으로 출력하며, 상기 설정치가 (-)값일 경우 상기 필터링된 신호가 설정치 미만이면 그 설정치 미만의 필터링된 신호를 출력하고 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 이상이면 '0'으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치의 제어 방법은 차량의 가속도를 수신하는 단계; 상기 수신된 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산하는 단계; 상기 계산된 노면 정보와 미리 지정된 기준 노면 정보를 비교하여 노면 상태를 판정하는 단계; 상기 수신된 가속도를 적분하여 얻은 신호에 상기 노면 판정 결과에 따른 게인을 곱하여 생성된 신호를 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 신호와 상기 노면 판정 결과에 따른 설정치의 데드존 크기를 비교하여 데드존 처리된 신호를 출력하여 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 조절하는 단계는 상기 설정치가 (+)값일 경우 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 이상이면 그 설정치 이상의 필터링된 신호를 출력하고 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 미만이면 '0'으로 출력하며, 상기 설정치가 (-)값일 경우 상기 필터링된 신호가 설정치 미만이면 그 설정치 미만의 필터링된 신호를 출력하고 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 이상이면 '0'으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자 제어 현가 장치에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치는 차륜에 설치된 제 1 내지 제 4 댐퍼(31, 32, 33, 34, 이하, '댐퍼'라 한다)와, 차량의 가속도를 감지하는 감지부(10)와, 노면 판정 결과별로 지정된 게인과 데드존(Dead Zone)의 크기를 결정하기 위한 설정치를 저장한 메모리(40)와, 차량의 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산하고 계산된 노면 정보와 미리 지정된 기준 노면 정보의 비교를 통해 노면 판정을 수행하여 그 노면 판정 결과에 해당하는 게인과 설정치의 크기를 적용시켜 출력되는 신호에 따라 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 ECU(20)를 포함한다. 이때, 메모리(40)에 저장된 설정치는 (+)값과 (-)값을 갖게 설정된다.
감지부(10)는 차체 가속도 센서(미도시)를 포함한다. 차체 가속도 센서는 노면의 충격으로 인해 발생하는 가속도를 감지하고 감지된 가속도를 ECU(20)에 제공한다.
ECU(20)는 차체 가속도 센서로부터 감지된 가속도를 수신하고, 그 가속도를 이용하여 계산된 노면 정보와 미리 지정된 기준 노면 정보의 비교를 통해 노면 판정을 수행하고, 수행된 노면 판정 결과에 해당하는 게인을 차체 가속도 센서로부터 감지된 가속도를 적분하여 얻어진 신호에 곱하여 생성된 신호를 필터링하며, 필터링된 신호와 설정치의 데드존 크기를 비교하여 데드존 처리된 신호를 출력하여 댐 퍼의 감쇠력을 조절한다.
ECU(20)를 더 설명하면, ECU(20)는 수신부(21), 계산부(22), 노면 판정부(23), 필터링부(24), 데드존 처리부(25)를 포함한다.
수신부(21)는 차체 가속도 센서로부터 감지된 가속도를 수신한다.
계산부(22)는 수신부(21)에 의해 수신된 가속도를 미리 정해진 산출방식에 의해 노면정보를 계산한다. 이러한 산출방식은 공지의 기술이므로 그 설명은 생략한다.
노면 판정부(23)는 계산부(22)에 의해 계산된 노면 정보와 미리 지정된 기준 노면 정보를 비교하여 노면 상태를 판정한다. 이때, 미리 지정된 기준 노면 정보는 노면의 거칠기 정도, 노면의 굴곡 정도 등이다.
필터링부(24)는 수신부(21)에 의해 수신된 가속도 신호를 적분기(미도시)를 통해 적분하여 얻어진 신호에 노면 판정부(23)에 의해 판정된 노면 판정 결과에 따른 게인(gain)을 곱하여 생성된 신호를 필터링한다.
이때, 게인은 노면 판정 결과별로 메모리(40)에 이미 저장되어 있으며, 메모리(40)에 저장된 노면 판정 결과 중 노면 판정부(23)에 의해 판정된 노면 판정 결과에 따른 게인을 메모리(40)에서 검출하여 제공한다.
여기에서, 필터링부(24)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter)로, 차체 공진 주파수 영역(1-2Hz)을 포함할 수 있도록 필터링함이 바람직하다.
데드존 처리부(25)는 필터링부(24)에 의해 필터링된 신호와 노면 판정 결과에 따른 설정치의 데드존 크기를 비교하여 필터링부(24)에 의해 필터링된 신호가 설정치(예를 들면, +값) 이상이면 설정치 이상의 필터링된 신호를 출력하고 설정치 미만이면 '0'으로 출력하여 댐퍼의 감쇠력을 조절한다. 또한, 데드존 처리부(25)는 필터링부(24)에 의해 필터링된 신호와 노면 판정 결과에 따른 설정치의 데드존 크기를 비교하여 필터링부(24)에 의해 필터링된 신호가 설정치(예를 들면, -값) 미만이면 설정치 미만의 필터링된 신호를 출력하고 설정치 이상이면 '0'으로 출력하여 댐퍼의 감쇠력을 조절한다.
여기에서, 설정치는 데드존의 크기를 결정하기 위한 것으로, 노면 판정 결과별로 서로 다른 수준의 값(즉, +값과 -값)으로 설정된다. 이러한 설정치는 메모리(40)에 노면 판정 결과에 대응시켜 저장되어 있다.
이렇게 함으로써, 댐퍼의 상대속도를 얻기 위한 별도의 추가적인 센서의 장착 없이도 차체 가속도 센서에 의해 감지된 가속도와 노면 판정 결과에 대응시켜 저장된 데드존의 크기를 결정하기 위한 설정치를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 조절할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 2를 참조하면, ECU(20)는 노면 판정 결과별로 지정된 게인과 데드존의 크기를 결정하기 위한 설정치를 메모리(40)에 미리 저장해 놓은 상태이다(S101).
다음, ECU(20)의 수신부(21)는 차체 가속도 센서로부터 감지된 차체의 가속 도를 수신한다(S103).
다음, ECU(20)의 계산부(22)는 수신된 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산한다(S105).
다음, ECU(20)의 노면 판정부(23)는 계산된 노면 정보와 미리 지정된 기준 노면 정보와의 비교를 통해 노면의 상태를 판정한다(S107).
다음, ECU(20)의 필터링부(24)는 수신된 가속도를 적분기(미도시)를 통해 적분하여 얻어진 신호에 노면 판정 결과에 해당하는 게인을 곱하여 신호를 생성한다(S109). 이때, 적분기를 통해 적분하여 얻어진 신호에 곱해지는 게인은 메모리(40)에서 저장된 게인 중 해당 노면 판정 결과에 따라 지정된 게인으로, 메모리(40)에서 검출하여 제공된다.
다음, 필터링부(24)는 생성된 신호를 필터링시킨다(S111). 특히, 필터링부(24)는 차체 공진 주파수 영역을 포함할 수 있도록 필터링시킨다.
다음, ECU(20)의 데드존 처리부(25)는 필터링된 신호와 노면 판정 결과에 해당하는 설정치의 데드존 크기를 비교하여 데드존 처리된 신호를 출력한다(S113). 즉, 데드존 처리부(25)는 필터링된 신호와 해당 설정치(예를 들면, +값)의 데드존 크기를 비교하여 필터링된 신호가 설정치 이상이면 설정치 이상의 필터링된 신호를 출력하고 필터링된 신호가 설정치 미만이면 '0'으로 출력한다. 또한, 데드존 처리부(25)는 필터링된 신호와 해당 설정치(예를 들면, -값)의 데드존 크기를 비교하여 필터링된 신호가 설정치 미만이면 설정치 미만의 필터링된 신호를 출력하고 필터링된 신호가 설정치 이상이면 '0'으로 출력한다.
다음, 데드존 처리부(25)는 이와 같이 출력되는 신호에 따라 댐퍼의 감쇠력을 조절한다(S115).
도 3의 그래프를 참조하여 설명하면, 도 3의 (a)의 A는 차체 가속도 센서로부터 수신된 가속도를 적분기를 거쳐 적분하여 얻어진 신호에 노면 판정 결과에 따른 게인을 곱하여 생성된 신호를 필터링하고 필터링된 신호를 나타낸 그래프이고, 도 3의 (a)의 B는 댐퍼의 상대 속도를 나타낸 그래프이며, 도 3의 (a)의 C는 도 3의 (a)의 A와 도 3의 (a)의 B를 이용하여 결정된 댐퍼의 감쇠력을 나타낸 그래프이다. 이와 같은 도 3의 (a)의 C는 댐퍼의 상대 속도를 얻기 위하여 별도의 추가적인 센서(예를 들면, 휠 가속도 센서)가 장착되어야만 한다.
그러나, 본 발명이 적용되는 도 3의 (b)의 A는 도 3의 (a)의 A와 같은 신호를 나태는 그래프이고, 도 3의 (b)의 D는 도 3의 (a)의 A에 데드존의 크기를 결정하기 위한 설정치(Delta)를 적용시켜 결정된 댐퍼의 감쇠력을 나타낸 그래프이다. 여기에서, 설정치(Delta)는 도 3의 (b)의 D에 도시된 바와 같이 서로 다른 수준의 값(즉, +값과 -값)으로 설정된다.
이와 같이 도 3의 (b)의 D는 별도의 추가적인 센서 없이도 차체 가속도와 데드존의 크기인 설정치(Delta)를 이용하여 도 3의 (a)의 C와 유사한 성능을 갖는 그래프를 구현할 수 있다.
이렇게 함으로써, 댐퍼의 상대 속도와 차체 속도가 모두 필요한 스카이훅 제어를 대신하여 댐퍼의 상대속도를 구하기 위한 센서 없이 차체 가속도만을 이용하여 스카이훅 제어와 유사한 성능을 구현할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
차체 가속도 센서에 의해 감지된 가속도와 노면 판정 결과별로 지정된 데드존의 크기를 결정하기 위한 설정치를 이용하여 댐퍼의 감쇠력을 조절함으로써, 차체의 진동을 효율적으로 억제할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 댐퍼의 상대 속도와 차체 속도가 모두 필요한 스카이훅 제어를 대신하여 댐퍼의 상대속도를 구하기 위한 센서 없이 차체 가속도만을 이용하여 스카이훅 제어와 유사한 성능을 구현할 수 있기 때문에, 센서 서치로 인한 가격 상승과 설계의 어려움을 극복할 수 있다.

Claims (5)

  1. 차량에 설치된 댐퍼를 포함하는 전자 제어 현가 장치에 있어서,
    노면의 충격으로 인해 발생하는 차량의 가속도를 감지하는 감지부;
    노면 판정 결과별로 지정된 게인과 데드존(Dead Zone)의 크기를 결정하기 위한 설정치를 저장한 메모리; 및
    상기 감지된 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산하고, 계산된 노면 정보를 미리 지정된 기준 노면 정보와의 비교를 통해 판정된 노면 판정 결과에 따른 게인을 상기 가속도를 적분한 신호에 적용시켜 생성된 신호와 상기 설정치의 데드존 크기를 비교하여 출력되는 데드존 처리된 신호에 따라 상기 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 ECU를 포함하되,
    상기 설정치는 (+)값과 (-)값으로 각각 설정되어 있고,
    상기 ECU는 상기 설정치가 (+)값일 경우 상기 생성된 신호가 상기 설정치 이상이면 그 설정치 이상의 신호를 출력하고 상기 생성된 신호가 상기 설정치 미만이면 '0'으로 출력하며,
    상기 설정치가 (-)값일 경우 상기 생성된 신호가 설정치 미만이면 그 설정치 미만의 신호를 출력하고 상기 생성된 신호가 상기 설정치 이상이면 '0'으로 출력하는 것을 특징으로 하는 전자 제어 현가 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 ECU는
    상기 감지부로부터 차량의 가속도를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산하는 계산부;
    상기 계산된 노면 정보와 미리 지정된 기준 노면 정보를 비교하여 노면 상태를 판정하는 노면 판정부;
    상기 수신된 가속도를 적분하여 얻은 신호에 상기 노면 판정 결과에 따른 게인을 곱하여 생성된 신호를 필터링하는 필터링부; 및
    상기 필터링부에 의해 필터링된 신호와 상기 노면 판정 결과에 따른 설정치 의 데드존 크기를 비교하여 데드존 처리된 신호를 출력하여 상기 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 데드존 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 제어 현가 장치.
  3. 삭제
  4. 차량에 설치된 댐퍼, 노면 판정 결과별로 지정된 게인과 데드존(Dead Zone)의 크기를 결정하기 위한 설정치를 저장한 메모리를 포함하는 전자 제어 현가 장치의 제어 방법으로,
    노면의 충격으로 인해 발생하는 차량의 가속도를 수신하는 단계;
    상기 수신된 가속도를 이용하여 노면 정보를 계산하는 단계;
    상기 계산된 노면 정보와 미리 지정된 기준 노면 정보를 비교하여 노면 상태를 판정하는 단계;
    상기 수신된 가속도를 적분하여 얻은 신호에 상기 노면 판정 결과에 따른 게인을 곱하여 생성된 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 신호와 상기 노면 판정 결과에 따른 설정치의 데드존 크기를 비교하여 출력되는 데드존 처리된 신호에 따라 상기 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 단계를 포함하되,
    상기 설정치는 (+)값과 (-)값으로 각각 설정되어 있고,
    상기 조절하는 단계는 상기 설정치가 (+)값일 경우 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 이상이면 그 설정치 이상의 필터링된 신호를 출력하고 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 미만이면 '0'으로 출력하며,
    상기 설정치가 (-)값일 경우 상기 필터링된 신호가 설정치 미만이면 그 설정치 미만의 필터링된 신호를 출력하고 상기 필터링된 신호가 상기 설정치 이상이면 '0'으로 출력하는 것을 특징으로 하는 전자 제어 현가 장치의 제어 방법.
  5. 삭제
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