KR102191829B1

KR102191829B1 - 차량용 휠의 오토 발란서 및 그를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법

Info

Publication number: KR102191829B1
Application number: KR1020140137547A
Authority: KR
Inventors: 정대이
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2020-12-16
Also published as: KR20160043330A

Abstract

휠의 회전축을 중심으로 휠과 동심원이 형성되도록 마련된 하우징; 및 상기 하우징의 내측에 삽입되어 휠의 회전에 따라 하우징 내에서 이동되는 중량체;를 포함하는 차량용 휠의 오토 발란서가 소개된다.

Description

차량용 휠의 오토 발란서 및 그를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법 {AUTO-BALANCER OF WHEEL AND VIBRATION CONTROL METHOD FOR VEHICLE THEREOF}

본 발명은 차량 휠의 불균형을 보정하는 발란스 및 그를 포함하는 진동 저감 제어방법에 관한 것으로서, 휠에 불균형지점이 발생한 경우 휠의 불균형을 해소하여 진동을 저감시킬 수 있는 차량용 휠의 오토 발란서 및 그를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법에 관한 것이다.

차량의 휠은 서스펜션과 함께 차량의 무게를 떠받치면서도, 차량의 주행에 따라 불균일한 노면 위를 고속으로 회전되게 된다. 따라서, 휠의 제조 시 무게 균형을 정확하게 맞춘다고 하더라도 차량 주행에 따른 불균일 마모 등으로 인해 균형이 틀어지게 된다. 또한, 불균형한 휠이 차량의 주행에 따라 회전하게되면 진동과 소음이 발생되어 탑승객에게 불쾌감을 조성하여 승차감을 저하시키고, 타이어의 마모를 촉진하는 등의 문제가 발생했다.

따라서, 휠의 불균형을 보정하기 위하여 불균형의 원인이 되는 불균형지점이 발생한 반대측에 불균형지점에서 발생하는 원심력을 상쇄시킬 수 있는 중량에 해당하는 발란스 웨이트를 결합하게 된다. 그러나, 별물로 형성된 발란스 웨이트를 림부에 결합하기 때문에 차량의 주행 중에 발생하는 심한 진동이나 충격 등에 의해 발란스 웨이트가 파손되거나 변형 혹은 탈거되는 문제점이 있었다. 또한, 사람의 손으로 직접 균형을 맞추기 때문에 회전에 따른 정확한 발란스 웨이트의 결합 위치를 찾기 힘든 단점이 있었다.

따라서, 상기와 같이 발란스 웨이트를 통해 휠의 불균형을 보정함과 동시에 차량의 다른 각 부분과의 유기적인 제어를 통하여 차량 전체의 진동을 저감하는 차량용 휠의 오토 발란서 및 그를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법이 필요한 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

20-0363550

Y1

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 휠의 불균형을 보정함과 동시에 차량의 다른 각 부분과의 유기적인 제어를 통하여 차량 전체의 진동을 저감하는 차량용 휠의 오토 발란서 및 그를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 휠의 오토 발란서는 휠의 회전축을 중심으로 휠과 동심원이 형성되도록 마련된 하우징; 및 상기 하우징의 내측에 삽입되어 휠의 회전에 따라 하우징 내에서 이동되는 중량체;를 포함한다.

상기 중량체는 상기 휠의 회전 시 휠의 불균형지점과 대칭되는 지점에 위치되어 휠의 불균형이 상쇄될 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오토 발란서를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법은 청구항 1의 오토 발란서를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법에 있어서, 차량의 센서부에서 센싱된 값을 바탕으로 제어부에서 오토 발란서의 정상 작동을 확인하는 정상작동 확인단계; 및 상기 정상작동 확인단계에서 오토 발란서의 작동이 정상이 아닌 것으로 확인되면, 센서부로부터 센싱된 값을 바탕으로 서스펜션부의 제어력을 산정하는 제어력 산정단계;를 포함한다.

상기 정상작동 확인단계에서 제어부는 서스펜션부의 가속도값을 확인하여 오토 발란서가 정상으로 작동하는지를 판단할 수 있다.

상기 정상작동 확인단계에서는 오토 발란서의 작동이 정상으로 확인되면 서스펜션부는 도로조건에 따른 진동을 제어하고, 엔진 마운트부는 엔진 시스템의 작동에 의한 진동을 제어하며 오토 발란서는 휠의 불균형에 따른 진동을 제어하여 차량 전체의 진동을 저감시키는 정상작동 제어단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 제어력 산정단계에서 제어부는 엔진 마운트부의 가속도값을 확인하여 서스펜션부의 제어력을 산정할 수 있다.

상기 제어력 산정단계에서 제어부는 센서부에 의해 센싱된 값에 따라 서스펜션부의 제어력값을 산정하고, 도출된 제어력값으로 서스펜션부를 제어하여 오토 발란서를 정상 작동시키는 오토 발란서 작동단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 오토 발란서 작동단계에서는 상기 오토 발란서가 정상적으로 작동되면 상기 정상작동 확인단계를 반복적으로 수행할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 차량용 휠의 오토 발란서는 휠에 불균형지점이 발생한 경우 별도의 센서나 제어가 없더라도 수동적으로 하우징 내를 중량체가 이동하여 불균형 문제를 해소함으로써, 구조가 간단하고 휠의 회전에 따라 해당하는 불균형지점에서 발생하는 원심력을 상쇄시킴으로써, 효과적으로 진동을 저감하는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 휠의 오토 발란서를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법에 의하면 오토 발란서를 통하여 오토 발란서는 휠의 진동을 저감하고, 서스펜션부는 도로로부터 전달되는 진동을 저감시키며, 엔진 마운트부는 엔진 시스템으로부터 전달되는 진동을 저감시키도록 각각 분담함으로써, 안정적으로 차량의 전체적인 진동을 저감할 수 있는 효과가 있게 된다. 그러므로, 각각의 진동을 담당하는 부분이 정해짐으로써, 종래에 대비하여 서스펜션부가 담당하는 진동의 양이 줄어들어 부품의 피로도가 줄어들고, 서스펜션부의 제어를 적게할 수 있는 장점이 있다.

더불어, 오토 발란서의 정상적인 작동 여부를 상시 모니터링하여 오토 발란서가 정상적으로 작동하지 않을 때에는 제어부에 의해 서스펜션부가 휠의 진동을 담당하면서도 동시에 오토 발란서를 정상작동시키도록 제어함으로써, 안정적인 오토 발란서의 제어가 가능해지는 장점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 제어부가 오토 발란서의 이상여부를 판단하여 오토 발란서가 정상적으로 작동하도록 함과 동시에 차량 진동이 발생하는 대표적인 각부분과 제어부와의 긴밀하고 유기적인 제어 관계를 통하여 차량 전체에 제공되는 진동을 저감시킬 수 있도록 제어하여 차량 주행에 따른 진동을 최소화하여 탑승자에게 안정적이고 편안한 탑승 환경을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠의 오토 발란서의 동작을 도시한 도면.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠의 오토 발란서 및 그를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법을 도시한 도면.
도 5는 도 3 내지 도 4의 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 휠의 오토 발란서 및 그를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법에 대하여 살펴본다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠의 오토 발란서의 동작을 도시한 도면으로서, 본 발명의 차량용 휠의 오토 발란서는 휠(110)의 회전축(130)을 중심으로 휠(110)과 동심원이 형성되도록 마련된 하우징(150); 및 상기 하우징(150)의 내측에 삽입되어 휠(110)의 회전에 따라 하우징(150) 내에서 이동되는 중량체(151);를 포함한다.

차량의 휠(110)은 스틸 재질의 림부와 림부의 외측을 감싸는 형태로 결합되는 고무 재질의 타이어로 구성되나, 본 명세서에서는 림부와 타이어를 구분하지 않고 휠로 칭하도록 한다. 상기 중량체(151)는 상기 휠(110)의 회전 시 휠(110)의 불균형지점(170)과 대칭되는 지점에 위치되어 휠(110)의 불균형이 상쇄되는데, 특히 휠(110)의 회전속도가 공진점 이후인 경우에는 불균형지점(170)의 반대쪽으로 중량체(151)가 위치하게 된다.

좀 더 상세하게는 상기 하우징(150)은 상기 휠(110)에 원형 트랙 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 중량체(151)는 소정의 질량을 갖도록 형성되며 상기 하우징(150) 내를 자유롭게 움직일 수 있도록 형성된다. 따라서, 상기 중량체(151)는 휠(110)에 불균형지점(170)이 발생한 경우, 불균형지점(170)의 반대쪽으로 이동하여 휠(110)의 불평형에 의해 야기되는 진동을 저감시키는데 사용된다. 상기 중량체(151)는 휠(110)의 회전에 따라 수동적으로 이동되도록 형성되기 때문에 중량체(151)를 작동하기 위하여 추가적인 센서나 별도의 제어가 필요하지 않은 장점이 있다. 특히, 상기 중량체(151)는 상기 휠(110)의 속도가 공진점을 지난 임계속도에서 휠(110)의 불균형지점(170)의 반대쪽에 위치됨으로써, 불균형지점(170)으로 인해 발생된 휠(110)의 원심력을 감쇄하여, 불균형지점(170)에 의해 발생하는 진동을 저감시키는 효과가 있다.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 휠의 오토 발란서 및 그를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법을 도시한 도면이고, 도 5는 도 3 내지 도 4의 순서도이다.

본 발명의 차량의 진동 저감 제어방법은 청구항 1의 오토 발란서(100)를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법에 있어서, 차량의 센서부(900)에서 센싱된 값을 바탕으로 제어부(700)에서 오토 발란서(100)의 정상 작동을 확인하는 정상작동 확인단계(S100); 및 상기 정상작동 확인단계(S100)에서 오토 발란서(100)의 작동이 정상이 아닌 것으로 확인되면, 센서부(900)로부터 센싱된 값을 바탕으로 서스펜션부(300)의 제어력 산정하는 제어력 산정단계(S500);를 포함한다.

상기한 센서부(900)는 차량 각 부분에 위치한 각종의 센서일 수 있으며, 특히 본 명세서에서는 서스펜션부(300)의 가속도값을 센싱하는 가속도 센서, 엔진 마운트부(500)의 가속도값을 확인하는 가속도 센서 및 휠(110)의 가속도 센서일 수 있으며, 하나 이상을 선택적으로 사용할 수 있으므로, 센서부(900)로 총칭하기로 한다.

상기 정상작동 확인단계(S100)에서 제어부(700)는 차량의 센서부(900) 중 특히 서스펜션부(300)의 가속도 센서를 통해 입력된 가속도값을 확인하여 오토 발란서(100)가 정상으로 작동하는지를 판단하게 된다. 상기 제어부(700)에서는 상기 서스펜션부(300)의 가속도값을 통해 오토 발란서(100)의 정상 작동여부를 판단하는데, 이것은 상기 서스펜션부(300)의 가속도 센서에 의해 센싱되어 제어부(700)로 전달되는 가속도값들은 휠(110)의 조건 진동값, 오토 발란서(100)의 작동여부에 따른 진동값, 도로조건에 따른 진동값 및 엔진 시스템(510)의 동작에 의한 진동값을 모두 합한 값이 전달되기 때문이다.

따라서, 상기 제어부(700)에서는 각각의 진동값이 각각 고유주파수를 가지므로, 밴드 패스 필터(Band-Pass Filter)를 이용하여 각각의 고유주파수를 분리하고, 분리한 진동값을 시간변화, 비정상, 다중채널 시스템을 포함한 모든 선형 시스템에 적용 가능한 순환 필터인 칼만 필터(Kalman Filter) 등의 확률 기반의 추정 필터를 사용하여 오토 발란서(100)의 작동여부에 따른 진동값을 통해 오토 발란서(100)의 중량체(151)의 위치, 중량체(151)의 속도 및 진동값 등을 파악하여 오토 발란서(100)가 정상적으로 작동하는지 아닌지를 판단하게 된다.

또한, 상기 제어부(700)에서는 오토 발란서(100)의 실제 상황을 모사하는 동역학 방정식을 유도하여 이를 안정화시킬 수 있는 리아푸노프 기반 접근법(Lyapunov based approach) 등의 방법을 사용하여 오토 발란서(100)를 제어하는 제어로직을 도출하게 되는 것이다. 상기 제어로직은 중량체(151)의 위치, 속도 및 진동값을 변수로하되, 이론적인 제어로직으로부터 시작하여 점차적으로 학습을 통해 제어 변수들이 튜닝되게 되어 보다 안정적으로 오토 발란서(100)의 제어가 가능해지며, 차량의 전체적인 진동을 저감할 수 있는 효과가 있게 된다.

따라서, 상기 정상작동 확인단계(S100)에서는 오토 발란서(100)의 작동이 정상으로 확인되면 서스펜션부(300)는 도로조건에 따른 진동을 제어하고, 엔진 마운트부(500)는 엔진 시스템(510)의 작동에 의한 진동을 제어하며, 오토 발란서(100)는 휠(110)의 불균형에 따른 진동을 제어하여 종합적으로 차량 전체의 진동을 저감시키는 정상작동 제어단계(S300);를 수행하게 된다. 상기 정상작동 제어단계(S300)가 수행되면, 상기 제어부(700)는 다시 주기적으로 서스펜션부(300)의 가속도 센서를 통해 가속도값을 확인하여 오토 발란서(100)의 정상 여부를 확인하는 정상작동 확인단계(S100)를 반복적으로 수행하여 지속적으로 오토 발란서(100)를 제어하고, 모니터링하게 된다.

상기 정상작동 확인단계(S100)에서 오토 발란서(100)의 작동이 정상이 아닌 것으로 확인되면, 센서부(900)로부터 센싱된 값을 바탕으로 서스펜션부(300)의 제어력을 산정하는 제어력 산정단계(S500)를 수행하게 된다. 상기 제어력 산정단계(S500)에서는 특히, 서스펜션부(300)의 가속도 센서를 통해 입력되는 가속도값과 엔진 마운트부(500)의 가속도값을 확인하여 서스펜션부(300)의 제어력을 산정할 수 있다. 따라서, 상기 제어부(700)에서는 오토 발란서(100)가 정상적으로 작동하지 않으면, 휠(110)의 불균형지점(170) 발생 등으로 인한 휠(110)로부터 차량에 전달되는 진동값을 서스펜션부(300)가 제어하도록 서스펜션부(300)의 제어력을 산정하게 된다. 상기한 것처럼, 리아푸노프 기반 접근법 등을 사용하여 오토 발란서(100)에 제어력에 해당하는 것만큼을 서스펜션부(300)에서 추가적으로 반영하여 제어하게 되는 것이다.

또한, 상기 제어력 산정단계(S500)에서 제어부(700)는 센서부(900)에 의해 센싱된 값에 따라 서스펜션부(300)의 제어력값을 산정하고, 도출된 제어력값으로 서스펜션부(300)를 제어하여 오토 발란서(100)를 정상 작동시키도록 하는 오토 발란서 작동단계(S700);를 더 포함할 수 있다. 상기 오토 발란서(100)는 상하측에서 가진되어지는 힘에 따라 오토 발란서(100)의 성능이 결정되므로, 제어부(700)가 가속도값에 따라 서스펜션부(300)를 작동시켜 오토 발란서(100)를 가진하여 오토 발란서(100)가 정상적으로 동작하도록 제어할 수 있는 것이다.

따라서, 상기 오토 발란서(100)가 정상적으로 작동하지 않아 서스펜션부(300)에서 휠(110)까지 제어하려면 서스펜션부(300)의 제어력이 많이 사용되어야하기 때문에 서스펜션부(300)의 부품 피로도가 높아질 수 있으므로, 서스펜션부(300)가 제어부(700)에 의해 오토 발란서(100)를 정상적으로 작동할 수 있도록 하여 서스펜션부(300)의 작동 피로도를 줄이는 효과가 있게 된다. 따라서, 상기 서스펜션부(300)는 종래에 휠(110)의 불균형에 의한 진동과 도로조건에 따른 진동을 모두 감쇄시키도록 제어되던 것과는 달리, 도로조건에 따른 진동만을 서스펜션부(300)에서 감쇄시키도록 제어됨으로써, 서스펜션부(300)의 제어력을 적게 사용할 수 있는 장점이 있게 되는 구조인 것이다.

그러므로, 상기 오토 발란서 작동단계(S700)에서 제어부(700)가 서스펜션부(300)를 제어하여 오토 발란서(100)가 정상적으로 작동되면, 다시 서스펜션부(300)의 센서부(900)를 통해 가속도값을 센싱하여 오토 발란서(100)가 정상적으로 작동하는지는 확인하는 정상작동 확인단계(S100)를 반복적으로 수행하여 오토 발란서(100)의 이상여부를 모니터링하게 되는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 오토 발란서(100)의 이상여부를 판단하여 오토 발란서(100)가 정상적으로 작동하도록 함과 동시에 차량 진동이 발생하는 대표적인 각부분(100,300,500)와 제어부(700)와의 긴밀하고 유기적인 제어 관계를 통하여 차량 전체에 제공되는 진동을 저감시킬 수 있도록 제어하여 차량 주행에 따른 진동을 최소화하게 되는 것이다.

본 발명의 서스펜션부(300)는 무단 전자제어 서스펜션(CDC, Continuous Damping Control)이고, 엔진 마운트부(500)는 액티브 엔진 마운트(Active Engine Mount)일 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 오토 발란서 110 : 휠
130 : 회전축 150 : 하우징
151 : 중량체 170 : 불균형지점
300 : 서스펜션부 500 : 엔진 마운트부
510 : 엔진 시스템 700 : 제어부
900 : 센서부
S100 : 정상작동 확인단계
S300 : 정상작동 제어단계
S500 : 제어력 산정단계
S700 : 오토 발란서 작동단계

Claims

휠의 회전축을 중심으로 휠과 동심원이 형성되도록 마련된 하우징; 및
상기 하우징의 내측에 삽입되어 휠의 회전에 따라 하우징 내에서 이동되는 중량체;를 포함하고,
차량의 센서부에서 센싱된 값을 바탕으로 오토 발란서의 정상 작동을 확인하고, 오토 발란서의 작동이 정상이 아닌 것으로 확인되면 센서부로부터 센싱된 값을 바탕으로 오토 발란서를 안정화시킬 수 있는 서스펜션부의 제어력을 산정하며, 도출된 제어력값으로 서스펜션부를 제어하여 오토 발란서를 정상 작동시키는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 오토 발란서.
청구항 1에 있어서,
상기 중량체는 상기 휠의 회전 시 휠의 불균형지점과 대칭되는 지점에 위치되어 휠의 불균형이 상쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 휠의 오토 발란서.
청구항 1의 오토 발란서를 포함하는 차량의 진동 저감 제어방법에 있어서,
차량의 센서부에서 센싱된 값을 바탕으로 제어부에서 오토 발란서의 정상 작동을 확인하는 정상작동 확인단계; 및
상기 정상작동 확인단계에서 오토 발란서의 작동이 정상이 아닌 것으로 확인되면, 센서부로부터 센싱된 값을 바탕으로 서스펜션부의 제어력을 산정하는 제어력 산정단계;를 포함하고,
상기 제어력 산정단계에서 제어부는 센서부에 의해 센싱된 값에 따라 오토 발란서를 안정화시킬 수 있는 서스펜션부의 제어력값을 산정하고, 도출된 제어력값으로 서스펜션부에 의해 진동을 제어하여 오토 발란서를 정상 작동시키는 오토 발란서 작동단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 진동 저감 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 정상작동 확인단계에서 제어부는 서스펜션부의 가속도값을 확인하여 오토 발란서가 정상으로 작동하는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 진동 저감 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 정상작동 확인단계에서는 오토 발란서의 작동이 정상으로 확인되면 서스펜션부는 도로조건에 따른 진동을 제어하고, 엔진 마운트부는 엔진 시스템의 작동에 의한 진동을 제어하며 오토 발란서는 휠의 불균형에 따른 진동을 제어하여 차량 전체의 진동을 저감시키는 정상작동 제어단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 진동 저감 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제어력 산정단계에서 제어부는 엔진 마운트부의 가속도값을 확인하여 서스펜션부의 제어력을 산정하는 것을 특징으로 하는 차량의 진동 저감 제어방법.
삭제
청구항 3에 있어서,
상기 오토 발란서 작동단계에서는 상기 오토 발란서가 정상적으로 작동되면 상기 정상작동 확인단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 진동 저감 제어방법.