KR102247470B1 - 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법 - Google Patents

능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102247470B1
KR102247470B1 KR1020200018136A KR20200018136A KR102247470B1 KR 102247470 B1 KR102247470 B1 KR 102247470B1 KR 1020200018136 A KR1020200018136 A KR 1020200018136A KR 20200018136 A KR20200018136 A KR 20200018136A KR 102247470 B1 KR102247470 B1 KR 102247470B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
roll
equation
vehicle
deriving
model estimation
Prior art date
Application number
KR1020200018136A
Other languages
English (en)
Inventor
유승한
Original Assignee
한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기술교육대학교 산학협력단 filed Critical 한국기술교육대학교 산학협력단
Priority to KR1020200018136A priority Critical patent/KR102247470B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102247470B1 publication Critical patent/KR102247470B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/018—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method
    • B60G17/0182—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method involving parameter estimation, e.g. observer, Kalman filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/016—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input
    • B60G17/0162—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input mainly during a motion involving steering operation, e.g. cornering, overtaking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/05—Attitude
    • B60G2400/051—Angle
    • B60G2400/0511—Roll angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/18—Automatic control means
    • B60G2600/182—Active control means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2800/00—Indexing codes relating to the type of movement or to the condition of the vehicle and to the end result to be achieved by the control action
    • B60G2800/01—Attitude or posture control
    • B60G2800/012—Rolling condition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2800/00—Indexing codes relating to the type of movement or to the condition of the vehicle and to the end result to be achieved by the control action
    • B60G2800/90—System Controller type
    • B60G2800/91—Suspension Control
    • B60G2800/912—Attitude Control; levelling control
    • B60G2800/9122—ARS - Anti-Roll System Control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법은, 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 변환단계 및 상기 변환단계에 의해 변환된 1차 롤 선회운동방정식에, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 제1추정식도출단계를 포함한다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 변환단계 및 상기 변환단계에 의해 변환된 1차 롤 선회운동방정식에, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용한 롤 모델 추정식을 도출하는 제2추정식도출단계를 포함한다.

Description

능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법{Vehicle Roll Model Estimation Algorithm Drawing Method for Active Suspension Control System}
본 발명은 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 롤 모델 추정 정밀도를 가지면서도 단순화가 가능하여 연산 부하를 감소시킬 수 있는 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 롤 운동은 선회운동에 따른 횡방향 관성력과 좌우 불균일한 노면 입력에 의해 발생된다.
일반적인 온로드(ON-ROAD) 주행 상황에서, 조향 입력에 의한 횡방향 관성력은 주로 1Hz이하의 주파수 영역에서 롤 운동을 발생시킨다. 한편 고속 주행에서는 급격한 조향을 하면 큰 롤 모션이 발생되며, 이때 내륜에서 외륜으로의 하중 이동이 크게 일어나 차량의 횡방향 자세가 불안정해질 수 있다.
종래에는 이와 같은 상황에서 차량의 안정성과 승차감을 동시에 개선하기 위해, 롤 각을 저감시키는 능동 롤 제어시스템(ARS) 및 서스펜션의 댐핑력을 조절하는 전자제어 서스펜션(ECS)과 같은 능동/반능동 현가 제어시스템들이 적용되어 왔다.
최근 고급 승용차량에서는 능동 현가 제어시스템들의 적용이 확대되고 있으며, 고급화된 사용자의 니즈를 만족시키기 위해 보다 제어 응답성이 빠르고 신뢰성 및 정확도가 높은 시스템 사양이 요구되고 있다.
차량의 롤 각 추정에 대한 연구는 지난 20~30년간 활발하게 진행되었으며 현재까지도 여전히 이뤄지고 있다. 기존 연구들에서는 주로 횡가속도 센서를 모델 입력으로 하는 롤 운동방정식을 통해 롤 각을 추정하는 경우가 많다.
하지만, 이와 같은 기존의 많은 연구에서 롤 운동방정식의 롤 각가속도와 롤 각속도를 생략하여 정상상태 롤 각을 추정하였기 때문에 횡가속도가 빠르게 변화하는 선회 조건에서는 롤 각 추정이 정확하지 못한 경우가 발생하는 문제가 있었다.
또한 차량의 롤 각속도를 적분하는 방법 혹은 무게중심의 높이와 수직운동방정식을 통해 롤 각을 추정하는 알고리즘도 개발되었으나, 능동/반능동 현가 제어시스템이 롤 모델에 적절하게 반영되지 않아 ARS/ECS 제어가 적용되는 상황에서 롤 각 추정 성능의 한계가 존재하는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 차량의 다양한 주행 상황 별로 최적의 능동적인 롤 모멘트 및 댐핑력을 발생시켜 차량의 롤 거동을 제어하는 능동/반능동 현가 제어시스템들이 반영된 차량에 대한 단순화된 차량 롤 모델을 제안하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법은, 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 변환단계 및 상기 변환단계에 의해 변환된 1차 롤 선회운동방정식에, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 제1추정식도출단계를 포함한다.
이때 상기 제1추정식도출단계는, 1차 롤 선회운동방정식인
Figure 112020015735704-pat00001
의 식으로부터, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여
Figure 112020015735704-pat00002
의 롤 모델 추정식을 도출할 수 있다.
또한 상기 롤 모델 추정식의 시정수 인자 및 ARS 롤 모멘트 인자는 차량의 ARS ECU에서 내부적으로 산출하여 CAN통신을 통해 출력되는 값을 사용할 수 있다.
더불어 상기 롤 모델 추정식에 포함된
Figure 112020015735704-pat00003
인자는 롤 각에 대한 롤 강성계수의 비선형성을 보상하기 위해 횡가속도 계측치를 입력으로 하는 Look-Up-Table(1D)로 처리하는 것으로 할 수 있다.
한편 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법은, 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 변환단계 및 상기 변환단계에 의해 변환된 1차 롤 선회운동방정식에, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 제1추정식도출단계를 포함한다.
이때 상기 제2추정식도출단계는, 전륜 및 후륜의 댐퍼 특성을 고려하여 설정된 기준세팅값에 대비하여 시정수의 값을 다르게 적용하는 것으로 할 수 있다.
더불어 상기 제2추정식도출단계는, 1차 롤 선회운동방정식인
Figure 112020015735704-pat00004
의 식으로부터, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용하여
Figure 112020015735704-pat00005
의 롤 모델 추정식을 도출할 수 있다.
또한 상기 롤 모델 추정식에 포함된
Figure 112020015735704-pat00006
인자는
Figure 112020015735704-pat00007
의 식에 의해 도출될 수 있다.
한편 본 발명의 각 실시예에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법의 경우, 상기 변환단계는, 차량의 2차 롤 선회운동방정식에 횡가속도 센서 계측치를 반영하여 단순화하는 (a-1)단계 및 상기 (a-1)단계에 의해 단순화된 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 라플라스 변환하는 (a-2)단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 변환단계는, 상기 (a-2)단계에 의해 라플라스 변환된 차량의 2차 롤 선회운동방정식으로부터, 임의로 부여한 기준기여도 미만의 기여도를 가지는 상태변수를 제거하여 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 (a-3)단계를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 (a-1)단계는, 차량의 2차 롤 선회운동방정식인
Figure 112020015735704-pat00008
의 식에, 횡가속도 센서 계측치를 수식화한
Figure 112020015735704-pat00009
의 식을 적용하여,
Figure 112020015735704-pat00010
의 식으로 단순화할 수 있다.
여기서 상기 (a-2)단계는, 상기 (a-1)단계에 의해 도출된
Figure 112020015735704-pat00011
의 식을 라플라스 변환하여,
Figure 112020015735704-pat00012
의 식을 도출할 수 있다.
더불어 상기 (a-3)단계는, 상기 (a-2)단계에 의해 도출된
Figure 112020015735704-pat00013
의 식에서 임의로 부여한 기준기여도 미만의 기여도를 가지는 상태변수를 제거하여,
Figure 112020015735704-pat00014
의 1차 롤 선회운동방정식을 도출할 수 있다.
한편 본 발명은 컴퓨터에 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체 형태로 제공될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법은,
ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 적용한 롤 모델 추정식과, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용한 롤 모델 추정식을 각각 도출함에 따라 차량의 다양한 주행 상황 별로 최적의 능동적인 롤 모멘트 및 댐핑력을 발생시켜 차량의 롤 거동을 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 우수한 롤 모델 추정 정밀도를 가지면서도 단순화가 가능하여 시스템에서의 연산 부하를 현저하게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법에 있어서, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정을 나타낸 도면;
도 2는 스프링, 댐퍼 및 롤 회전 관성으로 단순화된 차량의 롤 모델을 나타낸 도면;
도 3은 능동 현가 제어시스템이 적용된 다양한 실제 차량의 내부에서 조향에 의한 롤 계측 데이터를 주파수 분석한 결과를 나타낸 도면;
도 4는 Bode 선도를 통해 2차 시스템과 모델 축소된 1차 시스템의 주파수 영역에서의 게인 및 위상 지연 차이를 나타낸 도면;
도 5 및 도 6은 각각 차속 90kph와 120kph에서 연속적인 차선 변경 조향 상황에서의 롤 각 추정 결과를 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법에 있어서, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정을 나타낸 도면;
도 8은 ECS 모드 별 댐퍼 속도에 대한 댐핑력 특성곡선을 나타낸 도면;
도 9는 전/후 댐퍼가 기준세팅값으로 세팅된 차량의 ISO 3888-2 주행에 대한 횡가속도, 조향각, 롤 각속도와 롤 각가속도를 나타낸 도면;
도 10 및 도 11은 각각 전후 댐퍼의 셋팅이 하드 모드, 소프트 모드 각각에서 본 발명에 의해 도출된 롤 모델 추정식과 종래의 모델과 비교한 도면; 및
도 12는 과도한 핸들링 상황에서 오버스티어 발생 시 언더스티어 유도를 위해 ECS가 Front Hard/Rear Base로 제어되는 케이스에 대한 본 발명의 롤 모델 추정식의 정확도를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법은 저장매체에 저장된 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출용 프로그램이 설치된 관리서버를 통해 수행되는 것으로서, 상기 관리서버에 설치되어 상기 관리서버의 프로세서에 의해 구동될 수 있다.
또한 이에 의해 구동된 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출용 프로그램은 디스플레이 모듈 등 영상 출력장치를 통해 출력될 수 있으며, 시각화된 그래픽 유저 인터페이스를 통해 사용자에게 가시적인 정보를 제공할 수 있다.
특히 상기 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출용 프로그램이 저장된 저장매체는 이동식 디스크나 통신망을 이용하여 상기 관리서버에 설치될 수 있으며, 상기 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출용 프로그램은 상기 관리서버가 다양한 기능적 수단으로 운용되도록 할 수 있다. 즉 본 발명은 소프트웨어에 의한 정보 처리가 하드웨어를 통해 구체적으로 실현된다.
한편 본 발명의 설명에 앞서, 이하 설명되는 내용 중 나타나는 모든 수식에 포함되어 있는 각 인자의 의미는 다음과 같다.
Figure 112020015735704-pat00015
그리고 본 발명에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법은 크게 ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정과, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정으로 나뉘어질 수 있다.
이하에서는 상기 관리서버를 통해 실행되는 본 발명의 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법에 있어서, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정은, 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 변환단계와, 상기 변환단계에 의해 변환된 1차 롤 선회운동방정식에, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 제1추정식도출단계를 포함한다.
그리고 상기 변환단계는, 차량의 2차 롤 선회운동방정식에 횡가속도 센서 계측치를 반영하여 단순화하는 (a-1)단계와, 상기 (a-1)단계에 의해 단순화된 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 라플라스 변환하는 (a-2)단계와, 상기 (a-2)단계에 의해 라플라스 변환된 차량의 2차 롤 선회운동방정식으로부터, 임의로 부여한 기준기여도 미만의 기여도를 가지는 상태변수를 제거하여 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 (a-3)단계를 포함할 수 있다.
도 2는 상기 (a-1)단계 내지 상기 (a-3)단계를 설명하기 위해 스프링, 댐퍼 및 롤 회전 관성으로 단순화된 차량의 롤 모델을 나타낸 도면이다.
일반적으로 차량이 선회하는 경우, 원심력에 의해 선회 바깥쪽으로 롤 거동이 발생한다. 도 2와 롤 중심에서 발생하는 스프링과 댐퍼의 반력 롤 모멘트, 무게중심에서 발생하는 횡방향 관성에 의한 모멘트, 중력에 의한 모멘트가 롤 각가속도를 발생시키는 차량 용수철 상질량(Sprung Mass)의 롤 2차 선회운동방정식은 이하의 식 1과 같다.
Figure 112020015735704-pat00016
한편, 횡가속도 센서 계측치는 식 1의 순수 횡방향 가속도 성분
Figure 112020015735704-pat00017
과 중력 가속도 성분
Figure 112020015735704-pat00018
을 포함하며, 이하의 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020015735704-pat00019
이때 중력 가속도 성분은 도로에 대한 차량 롤 각(
Figure 112020015735704-pat00020
)뿐만 아니라 도로 횡경사각(
Figure 112020015735704-pat00021
)도 포함하기 때문에, 식 1은 횡경사 노면에서도 그 유효성이 유지된다. 결과적으로 식 1은 식 2를 적용하여 이하의 식 3과 같이 간략하게 표현될 수 있다.
Figure 112020015735704-pat00022
여기서 식 3을 라플라스 변환하면, 이하의 식 4와 같이 표현된다.
Figure 112020015735704-pat00023
이때 식 4에서의 2차 롤 운동 모델은 시스템에서 임의로 부여한 기준기여도 미만의 기여도를 가지는 상태변수를 제거하고 중요한 모델의 특성만을 보존하여 1차 롤 선회운동방정식으로 변환할 수 있다. 이는 이하의 식 5와 같이 표현된다.
Figure 112020015735704-pat00024
이와 같은 방법에 의해 도출된 1차 시스템은 2차 시스템 대비 과도 응답 측면에서 정확도가 다소 저하되지만, 본 발명의 관심 주행 상황인 온로드(ON-ROAD) 핸들링 조건의 롤 거동의 주파수 영역대(주로 1Hz이하)에서는 롤 각 추정 성능에는 큰 차이가 없었으며, 차량 ECU에서 연산 부하가 감소할 뿐만 아니라 모델 파라미터의 간소화로 모델 분석이 용이한 장점을 가진다.
도 3은 능동 현가 제어시스템이 적용된 다양한 실제 차량의 내부에서 조향에 의한 롤 계측 데이터를 주파수 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타난 결과와 같이, 대부분의 온로드 핸들링 상황에서 롤 운동은 1Hz이하의 주파수 영역에서 발생함을 확인할 수 있다.
그리고 도 4는 Bode 선도를 통해 2차 시스템과 모델 축소된 1차 시스템의 주파수 영역에서의 게인 및 위상 지연 차이를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 1Hz이하 저주파 구간에서는 모델 축소 1차 시스템의 게인과 위상이 2차 시스템과 거의 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
즉 이를 통해, 실차 데이터의 주파수 특성을 고려하여 변환단계의 (a-1)단계 내지 (a-3)단계에서의 1차 시스템으로의 모델 차수 축소가 타당함을 확인할 수 있다.
다음으로 상기 제1추정식도출단계에 대해 설명하도록 한다.
제1추정식도출단계는 ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정이다.
본 과정에서 상기 제1추정식도출단계는, 1차 롤 선회운동방정식인 식 5로부터, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출할 수 있다. 이에 의해 도출된 롤 모델 추정식은 이하 식 6과 같다.
Figure 112020015735704-pat00025
식 6은 식 5에 ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하는 특징을 갖는다. 여기서, 시정수
Figure 112020015735704-pat00026
는 0.01이고 ARS 롤 모멘트는
Figure 112020015735704-pat00027
로 표현되며 롤 관성모션을 억제하는 방향으로 작용한다. 이때 상기 롤 모델 추정식의 시정수 인자 및 ARS 롤 모멘트 인자는 ARS ECU에서 내부적으로 산출하여 CAN통신을 통해 출력되는 값을 사용할 수 있다.
또한 식 6의 1차 시스템에서 DC gain 역할을 하는 상기 롤 모델 추정식에 포함된
Figure 112020015735704-pat00028
인자는 롤 각에 대한 롤 강성계수의 비선형성을 보상하기 위해 횡가속도 계측치를 입력으로 하는 Look-Up-Table(1D)로 처리하는 것으로 할 수 있으며, 해당 테이블의 수치는 실차 계측 데이터에 근거하여 경험적으로 설계될 수 있다.
이상과 같은 과정에 따라 도출된 결과를 통해 ARS가 장착된 차량에서 롤 각 추정 성능을 검증하기 위해, 실차 테스트를 수행하였다.
테스트에 사용된 차량은 국내의 대형 승용차량으로, 제안 모델에서 사용된 파라미터는 아래의 표 1과 같다. 정확한 측정을 위하여 상용 GPS/INS RT3000을 장착하여 차량 롤 각을 계측하였으며, ARS는 주로 고속 선회 구간에서 안정성 및 승차감 개선효과를 목적으로 하기 때문에 90kph이상 고속 조건의 연속 차선 변경 시나리오로 테스트를 진행하였다.
Figure 112020015735704-pat00029
그리고 도 5 및 도 6은 각각 차속 90kph와 120kph에서 연속적인 차선 변경 조향 상황에서의 롤 각 추정 결과를 나타낸 도면이다.
우선, 횡가속도 계측치와 ARS 롤 모멘트를 각각 나타낸 상단 그래프는 ARS 롤 모멘트가 롤 각을 감소시키기 위해 횡방향 관성력 반대 방향으로 작용하여 횡가속도 센서 계측치와 역상되는 경향을 보인다. 하단의 롤 각 추정 결과 그래프를 통해, ARS 제어 효과가 모델에 효과적으로 반영된 제안 롤 모델 추정식, 즉 식 6이 ARS 롤 모멘트 반영 전 롤 모델인 식 5에 대비하여 롤 각을 더 정확하게 추정함을 알 수 있다.
특히, ARS가 차량의 롤 응답성을 빠르게 하면서도 피크를 지나 빠르게 저감시키는 부분에서 특히 식 5에서는 오차가 크게 발생하는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 식 6에서는 ARS 롤 모멘트를 모델에 모멘트 입력 형태로 반영함으로써 최대 1deg정도의 오차를 개선한 것을 확인하였다.
다음으로, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법에 있어서, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정은, 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 변환단계와, 상기 변환단계에 의해 변환된 1차 롤 선회운동방정식에, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용한 롤 모델 추정식을 도출하는 제2추정식도출단계를 포함한다.
그리고 상기 변환단계는, 차량의 2차 롤 선회운동방정식에 횡가속도 센서 계측치를 반영하여 단순화하는 (a-1)단계와, 상기 (a-1)단계에 의해 단순화된 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 라플라스 변환하는 (a-2)단계와, 상기 (a-2)단계에 의해 라플라스 변환된 차량의 2차 롤 선회운동방정식으로부터, 임의로 부여한 기준기여도 미만의 기여도를 가지는 상태변수를 제거하여 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 (a-3)단계를 포함할 수 있다.
이와 같은 변환단계의 경우 전술한 ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 과정에서의 변환단계와 동일하므로, 변환단에 대한 중복되는 설명은 생략하도록 하며, 이하에서는 상기 제2추정식도출단계에 대해 집중하여 설명하도록 한다.
본 실시예에서 상기 제2추정식도출단계는, 차량의 전륜 및 후륜의 댐퍼 특성을 고려하여 설정된 기준세팅값에 대비하여 시정수의 값을 다르게 적용하는 것으로 할 수 있다.
도 8은 ECS 모드 별 댐퍼 속도에 대한 댐핑력 특성곡선이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전/후륜 각각의 모드 별 댐퍼 특성을 고려하여 기준세팅값 대비 하드(HARD) 세팅이 반영되는 ECS 제어 모드에서는 시정수가 높게, 소프트(SOFT) 세팅이 적용되는 ECS 제어 모드에서는 시정수가 낮게 조절된 것을 확인할 수 있다.
이에 따라 본 실시예에서는 1차 롤 선회운동방정식, 즉 식 5로부터 ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용하여, 롤 모델 추정식인 이하의 식 7을 도출할 수 있다.
Figure 112020015735704-pat00030
이때 식 7에 포함된 DC게인(
Figure 112020015735704-pat00031
)은 전술한 식 6에서와 같이 경험적으로 설계하였고, 가변 시정수
Figure 112020015735704-pat00032
인자는 ECS가 고정 모드가 아닌 4륜의 임의의 연속적인 제어량으로 전/후 댐퍼를 각각 제어하는 상황에서도 유효성을 확보하기 위해, 제어 댐핑 모드 별 상대적인 위상 지연을 고려하였으며 다양한 검증 시뮬레이션 결과를 기반으로 경험적인 방법으로 이하의 식 8을 통해 도출할 수 있도록 하였다.
Figure 112020015735704-pat00033
이때 Df,Dr은 전/후 댐퍼의 롤 댐핑계수에 근거하여 설계된 댐핑지수를 의미하며, 이 값은 모드에 따라 0~1사이의 값을 갖는다(SOFT 0.35, BASE 0.5, HARD 1). 여기서, kT값은 모델의 성능 개선을 위한 시정수 게인으로서, 경험적인 방법에 의해 설계될 수 있다.
한편, 도 8을 통해 동일 스트로크 속도에 대해 댐퍼 용량 차이로 인해 전륜 댐핑력이 후륜 댐핑력보다 더 큰 것을 알 수 있으며, 이를 고려하기 위해 제안 시정수 식 8에서 후륜 댐퍼 대비 전륜 댐퍼의 댐핑지수를 25% 크게 적용할 수 있다.
이상과 같은 과정에 따라 도출된 결과를 통해 ECS 시스템이 장착된 차량에서 롤 각 추정 성능을 검증하기 위해, 실차 테스트를 수행하였다.
본 테스트 과정에서는, ECS 시스템이 적용된 차량에 대해 제안 롤 모델을 검증하기 위해 상용 차량 동역학 해석프로그램인 CARSIM을 활용하였다. 또한 본 테스트에서 사용된 차량 모델은 전술한 표 1에서 나타난 실차 데이터가 도출된 국대 대형 승용 차량이다. 검증 시나리오는 DOUBLE LANE CHANGE 관련 표준인 ISO 3888-2(MOOSE TEST)9)을 사용하였으며, 종방향 속도는 70kph로 설정하였다.
도 9는 전/후 댐퍼가 기준세팅값으로 세팅된 차량의 ISO 3888-2 주행에 대한 횡가속도, 조향각, 롤 각속도와 롤 각가속도를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 최대 횡가속도는 절대값 기준으로 약 0.7g, 최대 롤 각속도는 약 10deg/s인 급격한 핸들링 상황으로 모드 별 댐퍼 특성 변동이 가변 시정수를 적용한 제안 롤 모델로 잘 모사가 되는지 여부를 검증하기에 적합한 주행상황이다.
또한 핸들링 상황에서 전/후 댐퍼 모두 하드 세팅인 하드 모드, 전/후 댐퍼 모두 기준세팅값으로 세팅된 베이스 모드, 전/후 댐퍼 모두 소프트 세팅인 소프트 모드의 경우, 식 8에 의해 시정수
Figure 112020015735704-pat00034
는 각각 0.081, 0.045, 0.027으로 산출되었다.
도 10 및 도 11은 각각 전후 댐퍼의 셋팅이 하드 모드(FHRH: FRONT HARD REAR HARD), 소프트 모드(FSRS: FRONT SOFT REAR SOFT) 각각에서 본 발명에 따라 도출된 롤 모델 추정식과 종래의 모델과 비교한 도면이다.
도 10의 FHRH 상황에서는 식 8에서 산출된 시정수가 차량 롤 모델 특성에 맞게 결정되어 제안 모델이 기준 모델 대비 위상을 실제 차량 롤 거동과 유사하게 40ms 정도 지연시켜 차량 롤 각 오차를 최대 0.3deg 정도 감소시켰다. 또한 FHRH조건에서 제안 모델의 롤 각과 Carsim 측정 롤 각의 오차는 0.05deg이하로 매우 작다.
도 11은 차량의 전/후 댐핑력이 상대적으로 작게 제어되는 FSRS 상황에서도 식 8에 의해 시정수가 0.027로 산출되어 제안 모델이 기준 모델 대비 위상을 약 15ms 빠르게 변화시켜 차량 롤 각 오차를 최대 0.2deg 정도 감소시키는 것을 보여준다.
소프트 세팅 댐퍼는 댐핑력이 낮기 때문에 급격한 핸들링 상황에서 큰 과도응답이 발생하며 이 부분을 제외하고는 FSRS 조건에서 제안 모델의 롤 각과 Carsim 측정 롤 각의 오차는 0.07deg이하로 매우 작다.
한편 도 12는 과도한 핸들링 상황에서 오버스티어 발생 시 언더스티어 유도를 위해 ECS가 Front Hard/Rear Base로 제어되는 케이스에 대한 본 발명의 롤 모델 추정식의 정확도를 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 롤 모델 추정식에서 시정수는 해당 전/후 댐핑력 제어 모드에 따라 0.065로 조절됨으로써 급격한 차선 변경 상황에서 롤 운동 위상을 기준 모델 대비 18ms 정도 지연시켜 롤 각 오차를 0.03deg 이하로 감소, 개선시킨 것을 확인할 수 있다.
이상을 통해 핸들링 상황에서 발생하는 다양한 ECS 댐핑력 제어 모드에서도 본 발명의 롤 모델 추정식이 우수한 롤 각 추정 성능을 보이는 것으로 확인된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (14)

  1. 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 변환단계; 및
    상기 변환단계에 의해 변환된 1차 롤 선회운동방정식에, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여 롤 모델 추정식을 도출하는 제1추정식도출단계;
    를 포함하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환단계는,
    차량의 2차 롤 선회운동방정식에 횡가속도 센서 계측치를 반영하여 단순화하는 (a-1)단계; 및
    상기 (a-1)단계에 의해 단순화된 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 라플라스 변환하는 (a-2)단계;
    를 포함하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변환단계는,
    상기 (a-2)단계에 의해 라플라스 변환된 차량의 2차 롤 선회운동방정식으로부터, 임의로 부여한 기준기여도 미만의 기여도를 가지는 상태변수를 제거하여 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 (a-3)단계를 더 포함하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1추정식도출단계는,
    1차 롤 선회운동방정식인
    Figure 112020015735704-pat00035

    의 식으로부터, ARS 액추에이터에 의해 생성된 롤 모멘트를 추가 외력 모멘트 입력으로 하여
    Figure 112020015735704-pat00036

    의 롤 모델 추정식을 도출하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  5. 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 변환단계; 및
    상기 변환단계에 의해 변환된 1차 롤 선회운동방정식에, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용한 롤 모델 추정식을 도출하는 제2추정식도출단계;
    를 포함하는 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변환단계는,
    차량의 2차 롤 선회운동방정식에 횡가속도 센서 계측치를 반영하여 단순화하는 (a-1)단계; 및
    상기 (a-1)단계에 의해 단순화된 차량의 2차 롤 선회운동방정식을 라플라스 변환하는 (a-2)단계;
    를 포함하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변환단계는,
    상기 (a-2)단계에 의해 라플라스 변환된 차량의 2차 롤 선회운동방정식으로부터, 임의로 부여한 기준기여도 미만의 기여도를 가지는 상태변수를 제거하여 1차 롤 선회운동방정식으로 변환하는 (a-3)단계를 더 포함하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a-1)단계는,
    차량의 2차 롤 선회운동방정식인
    Figure 112020015735704-pat00037

    의 식에,
    횡가속도 센서 계측치를 수식화한
    Figure 112020015735704-pat00038

    의 식을 적용하여,
    Figure 112020015735704-pat00039

    의 식으로 단순화하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (a-2)단계는,
    상기 (a-1)단계에 의해 도출된
    Figure 112020015735704-pat00040

    의 식을 라플라스 변환하여,
    Figure 112020015735704-pat00041

    의 식을 도출하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (a-3)단계는,
    상기 (a-2)단계에 의해 도출된
    Figure 112020015735704-pat00042

    의 식에서 임의로 부여한 기준기여도 미만의 기여도를 가지는 상태변수를 제거하여,
    Figure 112020015735704-pat00043

    의 1차 롤 선회운동방정식을 도출하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제2추정식도출단계는,
    전륜 및 후륜의 댐퍼 특성을 고려하여 설정된 기준세팅값에 대비하여 시정수의 값을 다르게 적용하는 것으로 하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2추정식도출단계는,
    1차 롤 선회운동방정식인
    Figure 112020015735704-pat00044

    의 식으로부터, ECS제어 효과에 의한 가변 시정수를 적용하여
    Figure 112020015735704-pat00045

    의 롤 모델 추정식을 도출하는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 롤 모델 추정식에 포함된
    Figure 112020015735704-pat00046

    인자는
    Figure 112020015735704-pat00047

    의 식에 의해 도출되는,
    능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법.
  14. 컴퓨터에 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체.
KR1020200018136A 2020-02-14 2020-02-14 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법 KR102247470B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200018136A KR102247470B1 (ko) 2020-02-14 2020-02-14 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200018136A KR102247470B1 (ko) 2020-02-14 2020-02-14 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102247470B1 true KR102247470B1 (ko) 2021-04-30

Family

ID=75740905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200018136A KR102247470B1 (ko) 2020-02-14 2020-02-14 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102247470B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2618367A (en) * 2022-05-05 2023-11-08 Jaguar Land Rover Ltd Vehicle roll control

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100880110B1 (ko) * 2007-09-14 2009-01-21 한양대학교 산학협력단 액티브 지오메트리 제어 현가장치의 고장 검출 방법
JP2009214592A (ja) * 2008-03-07 2009-09-24 Toyota Motor Corp 車両の減衰力制御装置
JP2010006286A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Toyota Central R&D Labs Inc サスペンション制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100880110B1 (ko) * 2007-09-14 2009-01-21 한양대학교 산학협력단 액티브 지오메트리 제어 현가장치의 고장 검출 방법
JP2009214592A (ja) * 2008-03-07 2009-09-24 Toyota Motor Corp 車両の減衰力制御装置
JP2010006286A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Toyota Central R&D Labs Inc サスペンション制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2618367A (en) * 2022-05-05 2023-11-08 Jaguar Land Rover Ltd Vehicle roll control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7314899B2 (ja) 制振制御装置
JP5168567B2 (ja) 状態推定装置、サスペンション制御装置及びサスペンションシステム
US8718872B2 (en) Vehicle attitude controller
US20110208391A1 (en) Stabilizer control device for vehicle
JP7189514B2 (ja) 制振制御装置及び制振制御方法
JP2006060936A (ja) 車両挙動制御システム
JP2006335193A (ja) 車両のロール特性推定装置、及び該装置を用いた車両のローリング運動安定化制御装置
JP2021187412A (ja) 制振制御装置及び制振制御方法
JP2000289424A (ja) 車両の運動状態量推定装置
KR102247470B1 (ko) 능동 현가 제어시스템을 위한 차량의 롤 모델 추정 알고리즘 도출방법
US11890909B2 (en) Vibration damping control apparatus
JP4609767B2 (ja) システムの最適制御方法
WO2008138067A1 (en) A method and system for estimating parameters of a vehicle
JP2018069798A (ja) サスペンションの減衰力制御装置
US20220105774A1 (en) Vibration damping control apparatus and data management apparatus
Venhovens et al. Semi-active control of vibration and attitude of vehicles
JP5841200B1 (ja) 信号処理装置、サスペンション制御装置および信号処理方法
KR102402807B1 (ko) 능동 현가 제어 시스템을 위한 차량 롤 각 추정 방법
US10759248B2 (en) Traveling control system for vehicle
WO2018066478A1 (ja) 減衰力制御装置
Yamamoto et al. Preview ride comfort control for electric active suspension (eActive3)
JP5012425B2 (ja) 車両の制振制御装置
Chiu et al. A methodology for the design of robust rollover prevention controllers for automotive vehicles using differential braking
Huo et al. Ride comfort improvement in post-braking phase using active suspension
JP2013241076A (ja) サスペンション制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant