KR102643495B1 - Active suspension control method of vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컨트롤러가 차량의 목표거동을 구현하기 위한 차량의 목표모멘트를 산출하는 모멘트산출단계와; 상기 컨트롤러가 상기 목표모멘트를 구현하기 위하여, 상기 목표모멘트의 추종 에러, 상기 목표모멘트를 구현하기 위한 4개의 수직력의 크기 및 변화율을 최소화하는 4개의 목표수직력을 구하는 최적화단계와; 상기 컨트롤러가 상기 수직력들을 구현하는 액츄에이터의 한계 및 차량 안정성 확보를 위해, 상기 최적화단계에서 구해진 목표수직력들을 제한하는 스케일링단계를 포함하여 구성된다.The present invention includes a moment calculation step in which a controller calculates a target moment of the vehicle to implement the target behavior of the vehicle; In order for the controller to implement the target moment, an optimization step of obtaining four target vertical forces that minimize the tracking error of the target moment and the magnitude and change rate of the four vertical forces for implementing the target moment; The controller is configured to include a scaling step to limit the target vertical forces obtained in the optimization step in order to limit the actuator implementing the vertical forces and ensure vehicle stability.
Description
본 발명은 차량의 액티브 서스펜션에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 4개의 휠과 차체에 작용하는 수직력을 능동적으로 제어하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an active suspension of a vehicle, and more specifically, to a technology for actively controlling vertical forces acting on the vehicle's four wheels and body.
차량의 액티브 서스펜션은 차량의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 등을 원하는 상태로 제어하도록 함으로써, 차량의 승차감과 안정감을 향상시키고, 나아가 차량의 주행 안정성을 확보하도록 할 수 있다.The vehicle's active suspension can control the vehicle's roll, pitch, yaw, etc. to the desired state, improving the vehicle's ride comfort and stability, and further ensuring the vehicle's driving stability. .
액티브 서스펜션은 차체와 4개의 휠 사이에 개별적인 액츄에이터를 장착하여 각 액츄에이터를 통해 차체와 휠 사이의 4개의 수직력을 개별적으로 제어하도록 하거나, 롤바 대신 장착된 액츄에이터에 의해 전방 좌우륜 사이의 롤 모멘트 및 후방 좌우륜 사이의 롤 모멘트 제어를 통해 좌우륜의 수직력이 전방은 전방대로 연동되어 제어되고 후방은 후방대로 연동되어 제어되도록 구성할 수 있다.Active suspension installs individual actuators between the car body and the four wheels to individually control the four vertical forces between the car body and wheels through each actuator, or controls the roll moment between the front left and right wheels and the rear by an actuator mounted instead of a roll bar. Through roll moment control between the left and right wheels, the vertical force of the left and right wheels can be configured so that the front is controlled in conjunction with the front band and the rear is controlled in conjunction with the rear band.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background technology of the above invention are only for the purpose of improving the understanding of the background of the present invention, and should not be taken as recognition that they correspond to prior art already known to those skilled in the art. It will be.
본 발명은 차체와 휠 사이의 수직력을 능동적으로 제어하여 차량의 주행 거동을 원하는 상태로 조절할 수 있도록 함으로써, 차량의 승차감과 안정감을 향상시키고 차량의 주행안정성을 증대시킬 수 있도록 하며, 사용되는 액츄에이터의 하드웨어적 차이에도 불구하고 최소한의 변경으로 용이하게 범용적으로 사용될 수 있도록 한 차량의 액티브 서스펜션 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다. The present invention actively controls the vertical force between the car body and wheels to adjust the driving behavior of the vehicle to a desired state, thereby improving the riding comfort and stability of the vehicle and increasing the driving stability of the vehicle. The purpose is to provide a vehicle active suspension control method that can be easily and universally used with minimal changes despite hardware differences.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 액티브 서스펜션 제어방법은The active suspension control method of the present invention vehicle to achieve the above-mentioned purpose is
컨트롤러가 차량의 목표거동을 구현하기 위한 차량의 목표모멘트를 산출하는 모멘트산출단계와;a moment calculation step in which the controller calculates a target moment of the vehicle to implement the target behavior of the vehicle;
상기 컨트롤러가 상기 목표모멘트를 구현하기 위하여, 상기 목표모멘트의 추종 에러, 상기 목표모멘트를 구현하기 위한 4개의 수직력의 크기 및 변화율을 최소화하는 4개의 목표수직력을 구하는 최적화단계와;In order for the controller to implement the target moment, an optimization step of obtaining four target vertical forces that minimize the tracking error of the target moment and the magnitude and change rate of the four vertical forces for implementing the target moment;
상기 컨트롤러가 상기 수직력들을 구현하는 액츄에이터의 한계 및 차량 안정성 확보를 위해, 상기 최적화단계에서 구해진 목표수직력들을 제한하는 스케일링단계;A scaling step in which the controller limits the target vertical forces obtained in the optimization step to limit the actuator implementing the vertical forces and ensure vehicle stability;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.It is characterized by being composed including.
상기 목표모멘트는 차량의 무게중심에 대한, 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트로 구성되고, The target moment consists of a target roll moment, a target pitch moment, and a target yaw moment with respect to the vehicle's center of gravity,
상기 모멘트산출단계에서는, 상기 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트에 각각에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식으로부터 모델전달함수를 산출하고, 상기 모델전달함수와 상기 제어목표인 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수로부터 피드백 제어기 전달함수를 산출한 후, 상기 피드백 제어기 전달함수에 에러를 곱하여, 상기 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트를 구할 수 있다.In the moment calculation step, a model transfer function is calculated from equations of motion derived from the vehicle model for each of the target roll moment, target pitch moment, and target yaw moment, and the model transfer function and the control target are an ideal feedforward controller. After calculating the feedback controller transfer function from the transfer function, the feedback controller transfer function is multiplied by the error to obtain the target roll moment, target pitch moment, and target yaw moment.
상기 목표롤모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,The equation of motion derived from the vehicle model for the target roll moment is,
이고, 모델전달함수는,And the model transfer function is,
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를, , and the ideal feedforward controller transfer function is,
라고 할 때, 상기 피드백 제어기 전달함수는When this is said, the feedback controller transfer function is
로 정해지며, 여기서,It is set as, where,
: 롤회전관성모멘트 : Roll rotation moment of inertia
: 롤각 : Roll angle
: 등가 댐핑 상수 : Equivalent damping constant
: 등가 스프링 상수 : Equivalent spring constant
m: 차량질량m: vehicle mass
: 횡가속도 : Lateral acceleration
: 차량 무게중심 높이 : Vehicle center of gravity height
: 목표롤모멘트 : Target roll moment
: 롤 거동 제어 시상수(튜닝변수) : Roll behavior control time constant (tuning variable)
일 수 있다.It can be.
상기 목표피치모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,The equation of motion derived from the vehicle model for the target pitch moment is,
이고, 모델전달함수는,And the model transfer function is,
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를,, and the ideal feedforward controller transfer function is,
라고 할 때, 상기 피드백 제어기 전달함수는,When this is said, the feedback controller transfer function is,
로 정해지며, 여기서,It is set as, where,
: 피치회전관성모멘트 : Pitch rotation moment of inertia
: 피치각 : Pitch angle
: 등가 댐핑 상수 : Equivalent damping constant
: 등가 스프링 상수 : Equivalent spring constant
m: 차량질량m: vehicle mass
: 차량 종가속도 : Vehicle longitudinal acceleration
: 차량 무게중심 높이 : Vehicle center of gravity height
: 목표피치모멘트 : Target pitch moment
: 피치 거동 제어 시상수(튜닝변수) : Pitch behavior control time constant (tuning variable)
일 수 있다.It can be.
상기 목표요모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,The equation of motion derived from the vehicle model for the target yaw moment is,
이고, 여기서,And here,
, ,
, ,
로 정하면, 모델전달함수는 If set to , the model transfer function is
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를,, and the ideal feedforward controller transfer function is,
라고 할 때, 피드백 제어기 전달함수는,When this is said, the feedback controller transfer function is,
로 정해지며, 여기서,It is set as, where,
: 횡슬립각 : Lateral slip angle
: 요레이트 : yaw rate
: 전륜/후륜 타이어 횡강성 : Front/rear tire lateral rigidity
: 차속 : Vehicle speed
m: 차량질량m: vehicle mass
: 요회전관성모멘트 : Yaw rotational moment of inertia
: 차량 무게중심에서 전륜/후륜 거리 : Front/rear wheel distance from vehicle center of gravity
: 목표요모멘트 : Target moment
: 요 거동 제어 시상수(튜닝변수) : Yaw behavior control time constant (tuning variable)
일 수 있다.It can be.
상기 최적화단계에서는 상기 4개의 수직력을 3개의 수직매개변수로 치환하여, 상기 목표모멘트를 표현한 것을 이용하여 코스트함수를 정의하고;In the optimization step, the four vertical forces are replaced by three vertical parameters, and a cost function is defined using the target moment expression;
상기 코스트함수에 대하여 최적화를 수행하여 상기 3개의 수직매개변수에 대한 최적해를 구하며;Perform optimization on the cost function to obtain an optimal solution for the three vertical parameters;
상기 3개의 수직매개변수에 대한 최적해를 4개의 수직력으로 변환하여 4개의 목표수직력을 산출할 수 있다.The optimal solution for the three vertical parameters can be converted into four vertical forces to calculate four target vertical forces.
상기 스케일링단계에서는 상기 목표수직력이 액츄에이터의 한계를 넘는 것으로 판단되면, 상기 목표수직력에 소정의 제1감소계수를 곱하여 상기 목표수직력을 감소시킬 수 있다.In the scaling step, if it is determined that the target vertical force exceeds the limit of the actuator, the target vertical force can be reduced by multiplying the target vertical force by a predetermined first reduction coefficient.
상기 스케일링단계에서는 상기 목표수직력이 추가되면 차량의 휠에 작용하는 수직력이 차량의 안정성 확보를 위해 설정된 수준 이상이 될 것으로 판단되면, 상기 목표수직력에 소정의 제2감소계수를 곱하여 상기 목표수직력을 감소시킬 수 있다.In the scaling step, if it is determined that the vertical force acting on the wheels of the vehicle will exceed the level set to ensure the stability of the vehicle when the target vertical force is added, the target vertical force is multiplied by a predetermined second reduction coefficient to reduce the target vertical force. You can do it.
상기 스케일링단계 이후, 상기 컨트롤러는 상기 목표수직력을 발휘하도록 상기 액츄에이터들을 구동하는 구동단계를 더 수행할 수 있다.After the scaling step, the controller may further perform a driving step of driving the actuators to exert the target vertical force.
본 발명은 차체와 휠 사이의 수직력을 능동적으로 제어하여 차량의 주행 거동을 원하는 상태로 조절할 수 있도록 함으로써, 차량의 승차감과 안정감을 향상시키고 차량의 주행안정성을 증대시킬 수 있도록 하며, 사용되는 액츄에이터의 하드웨어적 차이에도 불구하고 최소한의 변경으로 용이하게 범용적으로 사용될 수 있도록 하여, 차량의 액티브 서스펜션 개발을 용이하게 할 수 있도록 한다.The present invention actively controls the vertical force between the car body and wheels to adjust the driving behavior of the vehicle to a desired state, thereby improving the riding comfort and stability of the vehicle and increasing the driving stability of the vehicle. Despite hardware differences, it can be easily and universally used with minimal changes, facilitating the development of active suspension for vehicles.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 액티브 서스펜션 제어방법을 예시한 순서도,
도 2는 본 발명의 개념을 설명한 블록도,
도 3은 목표롤모멘트를 구하기 위한 1자유도 차량모델을 설명한 도면,
도 4는 목표피치모멘트를 구하기 위한 1자유도 차량모델을 설명한 도면,
도 5는 목표요모멘트를 구하기 위한 1자유도 차량모델을 설명한 도면,
도 6은 차체와 휠 사이에 작용할 4개의 수직력을 3개의 상기 수직매개변수로 치환하는 원리를 설명한 도면,
도 7은 본 발명에 따라 제1감소계수에 의해 목표수직력이 제한되는 것을 설명한 도면,
도 8은 본 발명에 따라 제2감소계수를 적용할 상황을 설명한 도면,
도 9는 본 발명에 따라 제2감소계수를 적용한 상황을 설명한 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method for controlling the active suspension of a vehicle according to the present invention;
2 is a block diagram illustrating the concept of the present invention;
Figure 3 is a diagram illustrating a one-degree-of-freedom vehicle model for obtaining the target roll moment;
Figure 4 is a diagram explaining a one-degree-of-freedom vehicle model for calculating the target pitch moment;
Figure 5 is a diagram explaining a one-degree-of-freedom vehicle model for obtaining the target yaw moment;
Figure 6 is a diagram illustrating the principle of replacing the four vertical forces that will act between the car body and wheels with the three vertical parameters;
Figure 7 is a diagram explaining that the target vertical force is limited by the first reduction coefficient according to the present invention;
Figure 8 is a diagram illustrating the situation in which the second reduction coefficient is applied according to the present invention;
Figure 9 is a diagram explaining a situation in which the second reduction coefficient is applied according to the present invention.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명 차량의 액티브 서스펜션 제어방법의 실시예는, 컨트롤러가 차량의 목표거동을 구현하기 위한 차량의 목표모멘트를 산출하는 모멘트산출단계(S10)와; 상기 컨트롤러가 상기 목표모멘트를 구현하기 위하여, 상기 목표모멘트의 추종 에러, 상기 목표모멘트를 구현하기 위한 4개의 수직력의 크기 및 변화율을 최소화하는 4개의 목표수직력을 구하는 최적화단계(S20)와; 상기 컨트롤러가 상기 수직력들을 구현하는 액츄에이터의 한계 및 차량 안정성 확보를 위해, 상기 최적화단계에서 구해진 목표수직력들을 제한하는 스케일링단계(S30)를 포함하여 구성된다. Referring to Figures 1 and 2, an embodiment of the active suspension control method for a vehicle of the present invention includes a moment calculation step (S10) in which the controller calculates a target moment of the vehicle to implement the target behavior of the vehicle; In order for the controller to implement the target moment, an optimization step (S20) in which the controller obtains four target vertical forces that minimize the tracking error of the target moment and the size and change rate of the four vertical forces for implementing the target moment; The controller is configured to include a scaling step (S30) that limits the target vertical forces obtained in the optimization step in order to limit the actuator implementing the vertical forces and ensure vehicle stability.
즉, 어떤 운전 상황에서 차량이 이렇게 거동했으면 좋겠다고 하는 목표거동을 구현하기 위한, 목표모멘트를 산출하고, 이러한 목표모멘트를 차량의 차체와 휠 사이의 4곳에서 작용하는 4개의 수직력으로 구현하기 위해 액츄에이터에 가할 4개의 목표수직력을 구하되, 이러한 목표수직력은 상기 목표모멘트를 추종하는 에러를 최소화하면서, 동시에 액츄에이터에 가해지는 수직력의 크기도 최소화하고 그 변화율도 최소화하여 가급적 최소한의 액츄에이터 구동에 의해 상기 목표모멘트를 구현할 수 있도록 상기 최적화단계(S20)를 거쳐서 산출하도록 하고, 상기 최적화단계(S20)를 통해 산출된 목표수직력이 액츄에이터의 한계나 차량 안정성 확보 측면에서 과도하다고 판단되는 경우에는 이를 적절히 줄여서, 실제 액츄에이터에는 크기가 저감된 목표수직력이 발휘되도록 제어한다는 것이다.In other words, an actuator is used to calculate a target moment to implement the target behavior that the vehicle would like to behave like this in a certain driving situation, and to implement this target moment as four vertical forces acting at four locations between the vehicle body and wheels. Find four target vertical forces to be applied, and these target vertical forces minimize the error tracking the target moment, while also minimizing the size of the vertical force applied to the actuator and its rate of change to achieve the target by driving the actuator as little as possible. In order to implement the moment, it is calculated through the optimization step (S20), and if the target vertical force calculated through the optimization step (S20) is judged to be excessive in terms of the limitations of the actuator or securing vehicle stability, it is appropriately reduced and the actual force is calculated. The actuator is controlled to exert a target vertical force of reduced size.
본 실시예에서, 상기 목표모멘트는 차량의 무게중심에 대한, 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트 3가지로 구성된다.In this embodiment, the target moment is composed of three targets, a target roll moment, a target pitch moment, and a target yaw moment with respect to the vehicle's center of gravity.
따라서, 상기 모멘트산출단계(S10)에서는, 상기 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트에 각각에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식으로부터 모델전달함수를 산출하고, 상기 모델전달함수와 상기 제어목표인 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수로부터 피드백 제어기 전달함수를 산출한 후, 상기 피드백 제어기 전달함수에 에러를 곱하여, 상기 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트를 구한다.Therefore, in the moment calculation step (S10), a model transfer function is calculated from equations of motion derived from the vehicle model for each of the target roll moment, target pitch moment, and target yaw moment, and the model transfer function and the control target are calculated. After calculating the feedback controller transfer function from the ideal feedforward controller transfer function, the feedback controller transfer function is multiplied by the error to obtain the target roll moment, target pitch moment, and target yaw moment.
상기 각각의 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트를 구하는 것을 각각 자세히 살펴본다.Let's take a closer look at calculating each of the target roll moment, target pitch moment, and target yaw moment.
도 3은 목표롤모멘트를 구하기 위한 1자유도 차량모델을 도시한 것으로서,Figure 3 shows a one-degree-of-freedom vehicle model for obtaining the target roll moment.
상기 목표롤모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,The equation of motion derived from the vehicle model for the target roll moment is,
이고, 모델전달함수는,And the model transfer function is,
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를, , and the ideal feedforward controller transfer function is,
라고 할 때, 상기 피드백 제어기 전달함수는When this is said, the feedback controller transfer function is
로 정해지며, 여기서,It is set as, where,
: 롤회전관성모멘트 : Roll rotation moment of inertia
: 롤각 : Roll angle
: 등가 댐핑 상수 : Equivalent damping constant
: 등가 스프링 상수 : Equivalent spring constant
m: 차량질량m: vehicle mass
: 횡가속도 : Lateral acceleration
: 차량 무게중심 높이 : Vehicle center of gravity height
: 목표롤모멘트 : Target roll moment
: 롤 거동 제어 시상수(튜닝변수) : Roll behavior control time constant (tuning variable)
이다.am.
여기서, 상기 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수는 차량의 설계자가 원하는 목표 롤 거동에 따라 설계적으로 결정하는 것이며, 상기 피드백 제어기 전달함수는 상기 모델전달함수와 피드포워드 제어기 전달함수를 종래의 소위 "YOULA 제어기법"에 의해 산출하는 것이다.Here, the ideal feedforward controller transfer function is determined by design according to the target roll behavior desired by the vehicle designer, and the feedback controller transfer function is the model transfer function and the feedforward controller transfer function compared to the conventional so-called “YOULA control.” It is calculated using “technique.”
상기와 같이 산출된 피드백 제어기 전달함수에 목표값과 측정값 사이의 차이인 에러를 곱하면, 원하는 목표 롤 거동을 구현하기 위한 목표롤모멘트가 구해지는 것이다.By multiplying the feedback controller transfer function calculated as above by the error, which is the difference between the target value and the measured value, the target roll moment for implementing the desired target roll behavior is obtained.
도 4는 목표피치모멘트를 구하기 위한 1자유도 차량모델을 도시한 것으로서,Figure 4 shows a one-degree-of-freedom vehicle model for obtaining the target pitch moment,
상기 목표피치모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,The equation of motion derived from the vehicle model for the target pitch moment is,
이고, 모델전달함수는,And the model transfer function is,
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를,, and the ideal feedforward controller transfer function is,
라고 할 때, 상기 피드백 제어기 전달함수는,When this is said, the feedback controller transfer function is,
로 정해지며, 여기서,It is set as, where,
: 피치회전관성모멘트 : Pitch rotation moment of inertia
: 피치각 : pitch angle
: 등가 댐핑 상수 : Equivalent damping constant
: 등가 스프링 상수 : Equivalent spring constant
m: 차량질량m: vehicle mass
: 차량 종가속도 : Vehicle longitudinal acceleration
: 차량 무게중심 높이 : Vehicle center of gravity height
: 목표피치모멘트 : Target pitch moment
: 피치 거동 제어 시상수(튜닝변수) : Pitch behavior control time constant (tuning variable)
이다.am.
여기서, 상기 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수는 차량의 설계자가 원하는 목표 피치 거동에 따라 설계적으로 결정하는 것이며, 상기 피드백 제어기 전달함수는 상기 모델전달함수와 피드포워드 제어기 전달함수를 상기 "YOULA 제어기법"에 의해 산출하는 것이다.Here, the ideal feedforward controller transfer function is determined by design according to the target pitch behavior desired by the vehicle designer, and the feedback controller transfer function is the model transfer function and the feedforward controller transfer function in the "YOULA control technique." It is calculated by .
상기와 같이 산출된 피드백 제어기 전달함수에 목표값과 측정값 사이의 차이인 에러를 곱하면, 원하는 목표 피치 거동을 구현하기 위한 목표피치모멘트가 구해지는 것이다.By multiplying the feedback controller transfer function calculated as above by the error, which is the difference between the target value and the measured value, the target pitch moment for implementing the desired target pitch behavior is obtained.
도 5은 목표요모멘트를 구하기 위한 1자유도 차량모델을 도시한 것으로서,Figure 5 shows a one-degree-of-freedom vehicle model for obtaining the target yaw moment,
상기 목표요모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,The equation of motion derived from the vehicle model for the target yaw moment is,
이고, 여기서,And here,
, ,
, ,
로 정하면, 모델전달함수는 If set to , the model transfer function is
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를,, and the ideal feedforward controller transfer function is,
라고 할 때, 피드백 제어기 전달함수는,When this is said, the feedback controller transfer function is,
로 정해지며, 여기서,It is set as, where,
: 횡슬립각 : Lateral slip angle
: 요레이트 : yaw rate
: 전륜/후륜 타이어 횡강성 : Front/rear tire lateral rigidity
: 차속 : Vehicle speed
: 차량질량 : Vehicle mass
: 요회전관성모멘트 : Yaw rotational moment of inertia
: 차량 무게중심에서 전륜/후륜 거리 : Front/rear wheel distance from vehicle center of gravity
: 목표요모멘트 : Target moment
: 요 거동 제어 시상수(튜닝변수) : Yaw behavior control time constant (tuning variable)
이다.am.
여기서, 상기 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수는 차량의 설계자가 원하는 목표 요 거동에 따라 설계적으로 결정하는 것이며, 상기 피드백 제어기 전달함수는 상기 모델전달함수와 피드포워드 제어기 전달함수를 상기 "YOULA 제어기법"에 의해 산출하는 것이다.Here, the ideal feedforward controller transfer function is determined by design according to the target yaw behavior desired by the vehicle designer, and the feedback controller transfer function is the model transfer function and the feedforward controller transfer function in the "YOULA control technique." It is calculated by .
상기와 같이 산출된 피드백 제어기 전달함수에 목표값과 측정값 사이의 차이인 에러를 곱하면, 원하는 목표 요 거동을 구현하기 위한 목표요모멘트가 구해지는 것이다.By multiplying the feedback controller transfer function calculated as above by the error, which is the difference between the target value and the measured value, the target yaw moment for implementing the desired target yaw behavior is obtained.
참고로, 도 5에서 W는 휠을 나타낸다.For reference, in Figure 5, W represents a wheel.
상기 최적화단계(S20)에서는 상기 4개의 수직력을 3개의 수직매개변수로 치환한다.In the optimization step (S20), the four vertical forces are replaced with three vertical parameters.
도 6은 차체와 휠 사이에 작용할 4개의 수직력을 3개의 상기 수직매개변수로 치환하는 원리를 도시하고 있다.Figure 6 shows the principle of replacing the four vertical forces that will act between the vehicle body and the wheels with the three vertical parameters.
즉, 4개의 수직력에 의해 구현될 차체의 롤과 요거동 제어를 수직매개변수 Fz1과 Fz2의 조합으로 구현하도록 하며, 4개의 수직력에 의해 구현될 차체의 피치 거동 제어를 수직매개변수 Fz3로 구현하도록 하여, 이들을 도면과 같이 각각 더함으로써, 최종적으로 차체와 휠 사이에 작용할 수직력은 3개의 수직매개변수의 조합으로 표현되는 것이다.In other words, the roll and yaw behavior control of the car body to be implemented by four vertical forces is implemented by a combination of vertical parameters Fz1 and Fz2, and the pitch behavior control of the car body to be implemented by four vertical forces is implemented by the vertical parameter Fz3. So, by adding these together as shown in the drawing, the vertical force that will ultimately act between the car body and the wheels is expressed as a combination of three vertical parameters.
이는, 원하는 3개의 목표모멘트를 달성하기 위해 4개의 수직력을 제어하는 방법은 무수히 많은 해가 존재하므로, 이를 적절하게 제한하기 위한 것이다.This is to appropriately limit the method of controlling the four vertical forces to achieve the three desired target moments, as there are countless solutions.
다음 수식은 상기 목표모멘트를 상기 3개의 수직매개변수의 조합으로 표현한 것이다.The following formula expresses the target moment as a combination of the three vertical parameters.
여기서,here,
: 수직매개변수 : Vertical parameter
: 전/후륜 트레드 : Front/rear tread
a, b: 전/후륜 축거a, b: front/rear wheelbase
, , , : 4휠의 수직력 변화량 , , , : Change in vertical force of 4 wheels
, , , : 4휠의 횡력 변화량 , , , : Change in lateral force of 4 wheels
, , , : 선형화 타이어 특성 , , , : Linearized tire characteristics
상기 수식은 다음과 같은 매트릭스 식으로 표현될 수 있고,The above formula can be expressed in the following matrix equation,
이를 이용하여 상기 코스트함수를 다음과 같이 정의할 수 있다.Using this, the cost function can be defined as follows.
+ +
여기서, 우변의 첫번째 항은 추종에러를 나타내고, 두번째 항은 입력값 변화율을 나타내며, 세번째 항은 입력값을 나타내는 것이며,Here, the first term on the right side represents the tracking error, the second term represents the input value change rate, and the third term represents the input value,
: 코스트함수 (최적화 대상) : Cost function (optimization target)
: 가중치 팩터(튜닝값) : Weight factor (tuning value)
이다.am.
상기 코스트함수에 대하여 최적화를 다음과 같이 수행하면,If optimization is performed on the cost function as follows,
로부터, from,
= =
를 얻을 수 있으며, 이로부터can be obtained, from which
상기 매트릭스 계산에 의해 4개의 목표수직력(,, ,)을 산출할 수 있는 것이다. By calculating the above matrix, four target vertical forces ( , , , ) can be calculated.
상기 스케일링단계(S30)에서는 상기 목표수직력이 액츄에이터의 한계를 넘는 것으로 판단되면, 상기 목표수직력에 소정의 제1감소계수를 곱하여 상기 목표수직력을 감소시킨다.In the scaling step (S30), if it is determined that the target vertical force exceeds the limit of the actuator, the target vertical force is multiplied by a predetermined first reduction coefficient to reduce the target vertical force.
예컨대, 도 7과 같이 액츄에이터의 한계가 ±3800N인데, 전륜좌측의 목표수직력 이 -3800N을 넘고, 전륜우측의 목표수직력 이 3800N을 넘으므로, 모든 목표수직력에 상기 제1감소계수를 곱하여 상기 한계값 이내가 되도록 하는 것이다.For example, as shown in Figure 7, the limit of the actuator is ±3800N, and the target vertical force on the left side of the front wheel is This exceeds -3800N, and the target vertical force on the right side of the front wheel Since it exceeds 3800N, all target vertical forces are multiplied by the first reduction coefficient to remain within the limit value.
따라서, 상기 제1감소계수는 상기 한계값과 최대로 상기 한계값을 초과하는 목표수직력과의 비율 등을 이용하여 상기 취지에 따라 적절히 설정할 수 있다.Therefore, the first reduction coefficient can be appropriately set according to the above purpose using the ratio of the limit value and the target vertical force that exceeds the limit value at the maximum.
또한, 상기 스케일링단계에서는 상기 목표수직력이 추가되면 차량의 휠에 작용하는 수직력이 차량의 안정성 확보를 위해 설정된 수준 이상이 될 것으로 판단되면, 상기 목표수직력에 소정의 제2감소계수를 곱하여 상기 목표수직력을 감소시키도록 할 수 있다.In addition, in the scaling step, if it is determined that the vertical force acting on the wheels of the vehicle will be higher than the level set to ensure the stability of the vehicle when the target vertical force is added, the target vertical force is multiplied by a predetermined second reduction coefficient to reduce the target vertical force. can be reduced.
즉, 도 8에 예시된 바와 같이 차량의 4개의 휠에 작용하는 수직력이 상측의 점선과 같이 예측되는 상황에서, 여기에 본 발명에 의해 연산된 하측의 목표수직력들이 추가되면 우측과 같이 일부 휠의 수직력이 차량의 안정성 확보를 위해 설정된 기준값을 넘어서게 될 것으로 판단되면, 도 9에 표현된 바와 같이 상기 목표수직력에 상기 제2감소계수를 곱하여 그 크기들을 축소함으로써, 최종적으로 모든 휠에 작용하는 수직력이 상기 기준값을 넘지 않도록 제어하는 것이다.That is, as illustrated in FIG. 8, in a situation where the vertical forces acting on the four wheels of the vehicle are predicted as shown in the upper dotted line, if the lower target vertical forces calculated by the present invention are added here, some wheels as shown on the right If it is determined that the vertical force will exceed the standard value set to ensure the stability of the vehicle, as shown in FIG. 9, the target vertical force is multiplied by the second reduction coefficient to reduce its size, so that the final vertical force acting on all wheels is reduced. This is controlled so as not to exceed the above reference value.
물론, 상기 제2감소계수도 상기한 바와 같은 취지에 따라 상기 기준값을 고려하여 설계적으로 적절히 설정될 수 있을 것이며, 상기 제1감소계수와 제2감소계수는 중첩적으로 적용될 수 있다.Of course, the second reduction coefficient may also be appropriately set by design in consideration of the reference value according to the above-mentioned purpose, and the first reduction coefficient and the second reduction coefficient may be applied overlappingly.
상기 스케일링단계 이후, 상기 컨트롤러는 상기 목표수직력을 발휘하도록 상기 액츄에이터들을 구동하는 구동단계(S40)를 수행함으로써, 실질적으로 차량의 거동을 목표하는 거동으로 제어하게 된다.After the scaling step, the controller performs a driving step (S40) of driving the actuators to exert the target vertical force, thereby substantially controlling the vehicle's behavior to the target behavior.
이상은 4개의 휠과 차체 사이의 수직력을 독립적으로 제어할 수 있는 액티브 서스펜션에 적용하는 것을 전제로 설명하였으나, 본 발명은 용이하게 전륜 및 후륜의 롤 모멘트 변경으로 각 휠의 수직력을 제어하는 액티브 롤 제어장치에도 적용할 수 있다.The above has been explained on the premise of applying to an active suspension that can independently control the vertical force between the four wheels and the vehicle body, but the present invention is an active roll that controls the vertical force of each wheel by easily changing the roll moment of the front and rear wheels. It can also be applied to control devices.
상기 액티브 롤 제어장치의 경우 장치의 특성상 피치 거동은 제어할 수 없으므로, 목표모멘트를 목표롤모멘트와, 목표요모멘트만으로 구성하고 목표피치모멘트는 배제한 후 산출한다.In the case of the active roll control device, pitch behavior cannot be controlled due to the nature of the device, so the target moment is calculated by consisting of only the target roll moment and target yaw moment and excluding the target pitch moment.
또한, 상기 3개의 수직매개변수에서 좌륜과 우륜의 수직력을 동일하게 취급함으로써, 2개의 수직매개변수로 변경하여, 상기 최적화단계를 수행하는 방식으로 제어할 목표수직력을 구한다.In addition, by treating the vertical forces of the left and right wheels as the same in the three vertical parameters, they are changed to two vertical parameters and the target vertical force to be controlled is obtained by performing the optimization step.
이와 같이 본 발명은 제어 목적 거동의 변화와, 사용되는 액츄에이터의 하드웨어적 차이에도 용이하게 변경하여 적용할 수 있는 범용성을 갖추고 있다.As such, the present invention has the versatility to be easily changed and applied to changes in control purpose behavior and hardware differences in the actuators used.
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 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is known in the art that various improvements and changes can be made to the present invention without departing from the technical spirit of the invention as provided by the following claims. It will be self-evident to those with ordinary knowledge.
S10; 모멘트산출단계
S20; 최적화단계
S30; 스케일링단계
S40; 구동단계S10; Moment calculation step
S20; Optimization stage
S30; Scaling stage
S40; Driving stage
Claims (9)
상기 컨트롤러가 상기 목표모멘트를 구현하기 위하여, 상기 목표모멘트의 추종 에러, 상기 목표모멘트를 구현하기 위한 4개의 수직력의 크기 및 변화율을 최소화하는 4개의 목표수직력을 구하는 최적화단계와;
상기 컨트롤러가 상기 수직력들을 구현하는 액츄에이터의 한계 및 차량 안정성 확보를 위해, 상기 최적화단계에서 구해진 목표수직력들을 제한하는 스케일링단계;
를 포함하여 구성되고,
상기 목표모멘트는 차량의 무게중심에 대한, 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트로 구성되고,
상기 모멘트산출단계에서는, 상기 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트에 각각에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식으로부터 모델전달함수를 산출하고, 상기 모델전달함수와 제어목표인 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수로부터 피드백 제어기 전달함수를 산출한 후, 상기 피드백 제어기 전달함수에 에러를 곱하여, 상기 목표롤모멘트와 목표피치모멘트 및 목표요모멘트를 구하는 것
을 특징으로 하는 차량의 액티브 서스펜션 제어방법.a moment calculation step in which the controller calculates a target moment of the vehicle to implement the target behavior of the vehicle;
In order for the controller to implement the target moment, an optimization step of obtaining four target vertical forces that minimize the tracking error of the target moment and the magnitude and change rate of the four vertical forces for implementing the target moment;
A scaling step in which the controller limits the target vertical forces obtained in the optimization step to limit the actuator implementing the vertical forces and ensure vehicle stability;
It is composed including,
The target moment consists of a target roll moment, a target pitch moment, and a target yaw moment with respect to the vehicle's center of gravity,
In the moment calculation step, a model transfer function is calculated from equations of motion derived from the vehicle model for each of the target roll moment, target pitch moment, and target yaw moment, and the model transfer function and the control target, which is an ideal feedforward controller, are transmitted. After calculating the feedback controller transfer function from the function, multiplying the feedback controller transfer function by the error to obtain the target roll moment, target pitch moment, and target yaw moment.
A method of controlling the active suspension of a vehicle, characterized by:
상기 목표롤모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,
이고, 모델전달함수는,
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를,
라고 할 때, 상기 피드백 제어기 전달함수는
로 정해지며, 여기서,
: 롤회전관성모멘트
: 롤각
: 등가 댐핑 상수
: 등가 스프링 상수
m: 차량질량
: 횡가속도
: 차량 무게중심 높이
: 목표롤모멘트
: 롤 거동 제어 시상수(튜닝변수)
인 것을 특징으로 하는 차량의 액티브 서스펜션 제어방법.In claim 1,
The equation of motion derived from the vehicle model for the target roll moment is,
And the model transfer function is,
, and the ideal feedforward controller transfer function is,
When this is said, the feedback controller transfer function is
It is set as, where,
: Roll rotation moment of inertia
: Roll angle
: Equivalent damping constant
: Equivalent spring constant
m: vehicle mass
: Lateral acceleration
: Vehicle center of gravity height
: Target roll moment
: Roll behavior control time constant (tuning variable)
A method of controlling the active suspension of a vehicle, characterized in that:
상기 목표피치모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,
이고, 모델전달함수는,
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를,
라고 할 때, 상기 피드백 제어기 전달함수는,
로 정해지며, 여기서,
: 피치회전관성모멘트
: 피치각
: 등가 댐핑 상수
: 등가 스프링 상수
m: 차량질량
: 차량 종가속도
: 차량 무게중심 높이
: 목표피치모멘트
: 피치 거동 제어 시상수(튜닝변수)
인 것을 특징으로 하는 차량의 액티브 서스펜션 제어방법.In claim 1,
The equation of motion derived from the vehicle model for the target pitch moment is,
And the model transfer function is,
, and the ideal feedforward controller transfer function is,
When this is said, the feedback controller transfer function is,
It is set as, where,
: Pitch rotation moment of inertia
: pitch angle
: Equivalent damping constant
: Equivalent spring constant
m: vehicle mass
: Vehicle longitudinal acceleration
: Vehicle center of gravity height
: Target pitch moment
: Pitch behavior control time constant (tuning variable)
A method of controlling the active suspension of a vehicle, characterized in that:
상기 목표요모멘트에 대한 차량모델로부터 도출된 운동방정식은,
이고, 여기서,
,
,
로 정하면, 모델전달함수는
이며, 이상적인 피드포워드 제어기 전달함수를,
라고 할 때, 피드백 제어기 전달함수는,
로 정해지며, 여기서,
: 횡슬립각
: 요레이트
: 전륜/후륜 타이어 횡강성
: 차속
: 차량질량
: 요회전관성모멘트
: 차량 무게중심에서 전륜/후륜 거리
: 목표요모멘트
: 요 거동 제어 시상수(튜닝변수)
인 것을 특징으로 하는 차량의 액티브 서스펜션 제어방법.In claim 1,
The equation of motion derived from the vehicle model for the target yaw moment is,
And here,
,
,
If set to , the model transfer function is
, and the ideal feedforward controller transfer function is,
When this is said, the feedback controller transfer function is,
It is set as, where,
: Lateral slip angle
: yaw rate
: Front/rear tire lateral rigidity
: Vehicle speed
: Vehicle mass
: Yaw rotational moment of inertia
: Front/rear wheel distance from vehicle center of gravity
: Target moment
: Yaw behavior control time constant (tuning variable)
A method of controlling the active suspension of a vehicle, characterized in that:
상기 최적화단계에서는 상기 4개의 수직력을 3개의 수직매개변수로 치환하여, 상기 목표모멘트를 표현한 것을 이용하여 코스트함수를 정의하고;
상기 코스트함수에 대하여 최적화를 수행하여 상기 3개의 수직매개변수에 대한 최적해를 구하며;
상기 3개의 수직매개변수에 대한 최적해를 4개의 수직력으로 변환하여 4개의 목표수직력을 산출하는 것
을 특징으로 하는 차량의 액티브 서스펜션 제어방법.In claim 1,
In the optimization step, the four vertical forces are replaced by three vertical parameters, and a cost function is defined using the target moment expression;
Perform optimization on the cost function to obtain an optimal solution for the three vertical parameters;
Converting the optimal solution for the three vertical parameters into four vertical forces to calculate four target vertical forces
A method of controlling the active suspension of a vehicle, characterized by:
상기 스케일링단계에서는 상기 목표수직력이 액츄에이터의 한계를 넘는 것으로 판단되면, 상기 목표수직력에 소정의 제1감소계수를 곱하여 상기 목표수직력을 감소시키는 것
을 특징으로 하는 차량의 액티브 서스펜션 제어방법.In claim 1,
In the scaling step, if it is determined that the target vertical force exceeds the limit of the actuator, the target vertical force is multiplied by a predetermined first reduction coefficient to reduce the target vertical force.
A method of controlling the active suspension of a vehicle, characterized by:
상기 스케일링단계에서는 상기 목표수직력이 추가되면 차량의 휠에 작용하는 수직력이 차량의 안정성 확보를 위해 설정된 수준 이상이 될 것으로 판단되면, 상기 목표수직력에 소정의 제2감소계수를 곱하여 상기 목표수직력을 감소시키는 것
을 특징으로 하는 차량의 액티브 서스펜션 제어방법.In claim 7,
In the scaling step, if it is determined that the vertical force acting on the wheels of the vehicle will exceed the level set to ensure the stability of the vehicle when the target vertical force is added, the target vertical force is multiplied by a predetermined second reduction coefficient to reduce the target vertical force. What to do
A method of controlling the active suspension of a vehicle, characterized by:
상기 스케일링단계 이후, 상기 컨트롤러는 상기 목표수직력을 발휘하도록 상기 액츄에이터들을 구동하는 구동단계;
를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 액티브 서스펜션 제어방법.
In claim 1,
After the scaling step, a driving step in which the controller drives the actuators to exert the target vertical force;
A method of controlling the active suspension of a vehicle, characterized in that further performing.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |