KR19980031243A - 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치 및 방법 - Google Patents

차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차체속도와 주파수 및 노면입력의 크기에 따라 가변되는 제어로직으로 승차감과 차량운동을 제어하고, 차축의 운동에 따라 가변되는 제어로직으로 차축공진 영역에서 바퀴의 노면 접지력을 향상시킴으로써 승차감 향상과 주행안정성을 향싱시킬 수 있도록 한 차량의 반 능동 전자 제어 현가장치에 관한 것이다.
본 발명은 고정 감쇄력을 가지는 댐퍼와 저단 4바퀴 동시 제어 시스템이 가지는차량 주행 순간마다의 최적 감쇠력 곡선을 사용하지 못하는 한계성을 극복하는 4바퀴 실시간 독립 제어 시스템으로 이루어진다.

Description

차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치 및 방법
도 1은 종래 차량의 전자 제어 현가 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 반 능동 전자 제어 현가 장치의 블록도
도 3은 본 발명 반 능동 전자 제어 현가 장치가 차량에 장착된 상태를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 제어 로직 구성도
도 5는 본 발명의 라이드 콘트롤 로직의 블록도
도 6은 본 발명의 휠 반응 콘트롤 로직의 블록도
도 7은 본 발명의 동작 흐름도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10:센서부20:ECU
30:댐퍼40:액튜에이터
50:라이드 콘트롤 로직51, 53, 54:수직 가속도센서
52:수평 가속도센서60:휠반응 콘트롤 로직
61:휠 센서62:밴드패스필터
70:집적로직71-74:스테핑 모터
80:적분부81:제 1적분기
82:제 2적분기83:제 3적분기
85:컴퓨팅 이동 평균부86-89:컴퓨팅 이동 평균기
본 발명은 차량에 관한 것으로, 특히 차체속도와 주파수 및 노면입력의 크기에 따라 가변되는 제어로직으로 승차감과 차량운동을 제어하고, 차축의 운동에 따라 가변되는 제어로직으로 차축공진 영역에서 바퀴의 노면 접지력을 향상시킴으로써 승차감향상과 주행안정성을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 반 능동 전자 제어 현가장치 및 방법에 관한 것이다.
종래 차량의 전자 제어 현가 장치(ECS)는 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 거동을 측정하는 센서부, 측정된 신호를 가지고 계산하는 ECU(중앙 연산 장치), 차량 거동을 제어하는 감쇠력을 발생하는 댐퍼, 그리고 이 댐퍼의 컨트롤 로드를 회전시키는 전자식 액튜에이터로 구성되었다.
그리고 상기 센서부는 차량의 상하 방향의 가속도를 감지하는 수직 가속도센서(1), 차속을 계산하는 차속 센서(2), 운전자가 제동시 이를 감지하는 브레이크 온/오프 센서(3), 엔진의 트로틀 개도각을 감지하는 TPS(4), 조향 각 속도를 측정하는 조향 센서(5)로 구성되었다.
또한, 상기 ECU는 센서의 신호를 근거로 그 순간이 적절한 댐퍼의 감쇠력을 결정하고 이를 근거로 4바퀴 댐퍼 상단의 전자식 액튜에이터(6)의 위치를 동시에 절환시킨다.
그리고 댐퍼는 다단 가변 댐퍼와 전자식 액튜에이터로 구성되며, 이 다단 가변 댐퍼의 감쇠력은 댐퍼 상부에 위치한 전자식 액튜에이터(6)를 구동시켜 댐퍼의 컨트롤로드를 회전시킴으로써 유로의 크기를 변화시켜 4바퀴 댐퍼의 감쇠력을 선정된 감쇠력 위치로 동시에 조정한다.
도면중 미설명 부호 7은 각부를 전자적으로 제어하기 위한 ECU이다.
또한, 종래 ECS 시스템은 각각의 제어 상황에 따라 6개의 개별 로직으로 구성되어 있다.
첫째로, 인티-바운스(ANTI-BOUNCE) 제어는 범프나 험로 주행과 같은 상황을 감지하여 차속이 V1Kph 이상이고 차량의 무게 중심(콘솔 박스)에 위치한 차량의 수직 가속도의 크기가 G1 g 이상인 경우에 미디엄(Medium)으로 절환되면 조건의 해제 t1초 후에 원래의 상태로 복귀한다.
둘째로, 안티-쉐이크(ANTI-SHAKE) 제어는 차가 정지시에 승객이 타고 내리는 경우 및 짐의 적재 및 하차시의 차량의 움직임이 작도록 하기 위하여 차속이 V2 Kph 이하에서 하드로 절환되며, 차속이 V21 Kph 이상에서 t2초 이상 유지되면 원래의 상태로 절환된다.
고속 감응의 경우는 차량이 고속으로 주행하는 경우의 차량의 조종 안전성을 확보하기 위하여 차속이 V3 Kph 이상에서 t2초 이상 유지되면 미디엄으로 절환되고 차속이 V3 Kph 이하인 경우에서는 원래의 상태로 복귀된다.
셋째로, 안티-스퀘트(ANTI-SQUAT) 제어는 저속에서 출발시 차량의 앞부분이 상하 방향으로 움직이는 것을 최소로 하기 위하여 차속이 V4 Kph 미만이고 트로틀 센서의 개도각이 θ4 Deg 보다 큰 경우에 미디엄을 절환되며 t4초가 경과시 또는 차속이 V4 Kph 보다 크면 원래의 상태인 미디엄 또는 하드로 절환된다.
넷째로, 안티 다이브(ANTI-DIVE) 제어는 중, 고속에서 제동시 차량의 앞부분이 아래 방향으로 움직이는 것을 최소로 하기 위하여 차속 V5 Kph 이상에서 제동에 의해 제동 스위치가 온(ON)되면 하드모드로 절환되며 이 조건이 성립하지 않는 시점으로부터 t5초가 경과하면 미디엄 또는 하드로 절환된다.
다섯째로, 안티-롤(ANTI-ROLL) 제어는 조향시의 차량의 안정성을 확보하기 위하여 적용하며 차속이 V6 Kph 보다 큰 경우에 차속이 V61 Kph, V62 Kph, V63 Kph, V64 Kph에서 조향 각속도가 각각 θ61 Deg/sec, θ62 Deg/sec, θ63 Deg/sec, θ64 Deg/sec 보다 큰 경우에는 하드로 절환되며, 이 조건이 해제된 때로부터 t6초 경과시에는 원래의 상태로 복귀된다.
상기와 같은 종래의 ECS 시스템은 적은 댐퍼 감쇠력 단을 갖고 각 바퀴를 동시에 제어함으로써 차량의 각 바퀴의 움직임을 세부적으로 제어하지는 못하였다.
또한, 동시 제어를 위하여 시스템의 반응을 느리게 함으로써 차량의 거동에 즉각적으로 반응하지 못하였다.
따라서, 종래 차량의 현가 제어 장치에 있어서는, 수동식 댐퍼 시스템에 대하여 승차감과 조정 안정성 모드가 크게 향상되지 못하고 제한적인 성능만을 만족시킬 수밖에 없는 문제가 있었다.
본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 차체 속도와 주파수 및 노면 입력의 크기에 따라 가변되는 제어로직으로 승차감과 차량운동을 제어하고, 차축의 운동에 따라 가변되는 제어로직으로 차축 공진 영역에서 바퀴의 노면 접지력을 향상시킴으로써 승차감 향상과 주행 안정성을 동시에 확보할 수 있는 반 능동 전자 제어 현가장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 본 발명은 고정 감쇠력을 가지는 담퍼와 저단 4바퀴 동시 제어 시스템이 가지는 차량 주행 순간마다의 최적 감쇠력 곡선을 사용하지 못하는 한계성을 극복하는 4바퀴 실시간 독립 제어 시스템을 제공함으로써 목적을 달성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 반 능동 전자 제어 현가 장치의 전체 구성도이고, 도 3은 이 시스템을 차량에 장착한 상태를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2에서 보면, 본 발명의 구성은 크게 차량의 거동을 측정하는 센서부(10), 측정된 신호를 가지고 계산하는 ECU(20), 차량 거동을 제어하는 감쇠력을 발생하는 댐퍼(30) 및 액튜에이터(40)로 구성된다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(10)는 차량의 상하 방향의 가속도를 감지하는 수직 가속도 센서로 전륜의 수직 좌우 2방향 가속도 센서(11)와, 후륜의 수직 방향 가속도 센서(12)와, 전륜 차축의 수직 방향 가속도 센서(13)로 구성된다.
그리고 ECU(20)는 센서의 신호를 근거로 본 발명에서 제안한 제어로직을 연산하고 그 결과에 따라 다단제어 전자식 액튜에이터를 제어위치로 각각 절환시킨다.
또한, 댐퍼(30)는 연속 가변 댐퍼 및 다단 제어 전자식 액튜에이터로 구성되어 있다.
연속 가변 댐퍼의 감쇠력은 댐퍼 상부에 위치한 전자식 액튜에이터를 구동시켜 댐퍼(30)의 컨트롤로드를 회진시킴으로써 유로의 크기를 변화시켜 4바퀴 댐퍼의 감쇠력을 각각 조정한다.
도면중 미설명 부호 17은 브레이크 온/오프 센서, 18은 TPS, 19는 모드 선택 스위치이다.
도 4는 본 발명 반능동형 현가장치에 적용되는 제어로직을 나타낸 것으로, 승차감을 향상시키고자 하는 라이드 콘트롤 로직(RIDE CONTROL LOGIC)(50)과 조정 안정성을 확보하기 위한 휠 반응 콘트롤 로직(WHEEL RESONANCE CONTROL LOGIC)(60)으로 구성된다.
즉, 상기 라이드 콘트롤 로직(50)의 입력단에는 프론트 라이트쪽의 수직, 수평 가속도센서(51)(52)와 리어 레프트 및 리어 라이트쪽의 수직 가속도센서(53)(54)가 접속되고, 상기 휠 반응 콘트롤 로직(60)의 입력단에는 프론트 라이트쪽의 휠센서(61)가 접속된다.
또한, 상기 라이드 콘트롤 로직(50)과 휠 반응 콘트롤 로직(60)의 출력단에는 공통으로 집적로직(70)이 접속되고 이 집적로직(70)의 출력단에 프론트 라이트 및 레프트, 리어 라이트 및 레프트의 각 스테핑 모터(71-74)가 접속된다.
도 5는 본 발명의 라이드 콘트롤 로직(50)의 상세구성도로, 수직가속도 센서(51)(53)(54)로 된 수직센서부의 출력단에 제 1 내지 제 3적분기(81-83)로 구성된 적분부(80)가 접속되고, 이 적분부(80)의 출력단에 4번째 바퀴의 속도를 감지하기 위한 컴퓨팅 제 4속도부(84)와 차체속도의 파우어값을 구하는 컴퓨팅 이동 평균기(86-89)로 구성된 컴퓨팅 이동 평균부(85)가 접속되어 구성된 것이다.
도 6은 상기 휠 반응 콘트롤 로직(60)의 상세 구성도로, 휠센서(61)의 출력단에 밴드패스필터(62)를 통하여 컴퓨팅 휠 반응값 및 휠 반응값을 얻도록 구성된 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 먼저, 라이드 콘트롤 로직(50)은 자체의 공진영역에서 공진 제어를 통하여 운동을 제어하고 승차감 영역에서는 감쇠력을 유연하게 함으로써 승차감을 향상시키는 역할을 한다.
이 라이드 콘트롤 로직(50)은 각 바퀴에 독립적으로 적용되며, 본 발명에서는 수직 가속도 센서(13)를 전륜과 후륜의 댐퍼 상단에 장착한다.
이 라이드 콘트롤 로직(50)에서는 각 바퀴의 댐퍼 상단에 설치된 가속도 센서(11-13)의 신호가 제 1적분기 내지 제 3적분기(81-83)를 통하면서 속도가 구해지고, 이 속도의 실시간 RMS값에 의해 라이드값이 계산되고, 라이드값에 차체 속도를 곱하여 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 결정한다.
이와 같은 라이드 콘트롤 로직(50)을 설계하기 위한 방법을 적분부(80), 컴퓨팅 제 4속도부(84), 컴퓨팅 이동 평균부(85)로 나누어 설명한다.
적분부(80)는 아래의 식(1)에서와 같은 필터를 이용하여 차체 가속도로부터 차체 속도를 계산한다.
본 발명에서는 각각의 차체 가속도(Front-Right, Rear-Left, Rear-Right) 가속도 신호를 각각의 적분기(81-83)를 통하여 차체 속도를 계산한다.
상기 식(1)의 ξ1과 ω1은 적분에 사용하는 필터의 계수를 결정하기 위해 사용하는 상수이다.
컴퓨팅 제 4속도부(84)는 측정하지 않은 4번째 바퀴의 속도를 구하는 것이다. 식(2)는 적분부(80)에서 구한 3개의 차체 속도로부터 4번째 바퀴의 차체 속도를 계산하기 위한 것이다.
Vf1=Vfr+Vr1-Vrr(2)
또한, 컴퓨팅 이동 평균부(85)는 차체 속도로부터 차체 속도의 파우어값(=라이드 밸브)을 계산한다.
라이드값은 차체 속도에 곱하여져 주파수와 크기에 따라 변화하는 게인(gain)의 역할을 한다.
다음의 식(3)에서 T1은 라이드값을 계산하는데 사용하는 필터의 계수를 결정하기 위한 상수이다.
상기 식(3)에서 구한 각 바퀴의 차체 속도의 RMS로부터 라이드 값은 식(4)와 같이 계산한다.
한편, 휠 반응 콘트롤 로직(60)은 차축의 공진역인 영역에서 공진 제어를 통하여 차축의 운동을 제어하여 조정 안정성을 향상시키고자 한다.
여기서는, 휠 센서(61)의 신호로부터 차축 공진역에 해당하는 신호를 밴드 패스 필터(62)에서 선택하여 차축 가속도로부터 차축 공진역에 해당되는 성분만을 계산한다.
다음의 식(5)의 ξ2과 ω2은 차축 공진역에 해당되는 성분만을 계산하는 필터의 계수를 결정하기 위해 본 발명에서 사용하는 상수이다.
한편, 컴퓨터 휠 반응값은 밴드 패스 필터(62)에서 구한 차축 공징역 신호로부터 휠 반응값을 계산하기 위한 것이다.
다음 식(6)의 T2는 휠 반응값을 계산하는 필터의 계수를 결정하기 위해 사용하는 상수이다.
상기(6)에서 구한 값으로부터 휠 반응값은 다음의 식(7)과 같이 계산된다.
이와 같이 라이드 콘트롤 로직(50)과 휠 반응 콘트롤 로직(60)에 의해 얻어진 결과는 집적로직(70)을 통하여 종합되며, 각 집적로직(70)에서는 바퀴에 해당하는 댐퍼의 적정 감쇠력을 결정하게 된다.
다음 식(8)은 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선의 계산식으로, 여기서 Si의 아래 첨자 i는 각바퀴를 의미하며 SWHEEL은 휠 반응 콘트롤 로직(60)에서 구한 휠 반응값이고, Si라이드, Vi는 라이드 콘트롤 로직(50)에서 구한 각 바퀴의 라이드값과 차체 속도이다.
상기 식(8)에서 구한 4바퀴의 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선은 제어 루프마다 결정된다.
한편, 액튜에이터(40)는 스테핑 모터이기 때문에 순서적으로 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 가변하여야 한다.
따라서 제어로직은 도 7과 같이 루프 타임(Loop Time)마다 목표댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 결정하고 액튜에이터는 최대 이동 가능 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선만을 액튜에이터 절환시간마다 절환시키는 이중시간 구조를 가진다.
즉, 도 7의 동작흐름을 살펴보면 타겟스테이지를 판단하여 (S1단계), 타겟스테이지에 따라 액튜에이터 콘트롤로직을 수행하여 액튜에이터를 동작시킨다(S1-S3단계).
그리고 데이터 어큐지션(Aquisition)센서신호의 프로세싱, 콘트롤 로직 프로세싱(S4-S6단계)을 차례로 수행하고, 집적로직 프로세싱 단계에서 타겟스테이지를 S1단계로 재설정시켜 놓고 페일 스테이지 로직 프로세싱을 수행한 후 다시 시작부로 되돌아가서 루프타임(LOOP TIME)마다 번복수행한다(S7, S8단계).
이상에서 설명한 바와 같은 3바퀴의 댐퍼 상단에 장착된 수직 가속도 센서와 차축부에 장착된 차축 상하 가속도 센서로부터 측정된 차량 운동에 관한 신호로부터 측정 순간의 차량 각 바퀴부 댐퍼의 최적 감쇠력 곡선을 선택할 수 있다.
따라서, 차체의 공진역에서는 각 바퀴의 상단의 차체 속도와 라이드 값에 비례하게 차체 운동을 제어하므로써 차체 운동을 극소화하고, 차축 공진역에서는 높은 감쇠력 구간으로 차축 운동을 제안함으로써 차축의 공진시 차량의 조종 안정성의 상실을 예방하고, 일반 임의 노면 주행시 차체의 운동을 최적으로 제어하여 승차감과 조종 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 차량의 거동을 측정하는 센서부(10)와, 상기 센서부(10)의 수직출력을 적분하여 속도를 구하고 이 속도의 라이드값을 계산하며 라이드값에 차체속도를 곱하여 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 결정하는 라이드 콘트롤 로직(50)과, 상기 센서부(10)의 차축 가속도 센서신호로부터 차축 공진역에 해당되는 신호를 구하고 이 신호로부터 휠 반응값을 계산하는 휠 반응 콘트롤 로직(60)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어 현가장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 센서부(10)가,
    차량의 전륜에 설치되어 상하, 좌우 방향의 가속도를 감지하는 가속도 센서(11)와, 후균에 각각 설치된 수직 상하 방향 가속도 센서(12)와, 전륜 차축에 설치된 수직 상하 방향 가속도 센서(13)로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어 현가장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 라이드 콘트롤 로직(50)이,
    수직센서에 의해 감지된 출력값을 입력받아 이를 적분하여 속도를 구하는 적분부(80)와, 상기 적분부(80)의 출력단에 접속되어 4번째 바퀴의 속도를 감지하기 위한 컴퓨팅 제 4속도부(84)와, 상기 적분부(80)의 차체속도의 파우어값을 구하는 컴퓨팅 이동 평균부(85)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 적분부(80)는 식(1)과 같은 필터를 이용하여 차체 가속도로부터 차체 속도를 계산하고, 이 차체속도로부터 상기 컴퓨팅 이동 평균부(85)에서 식(3)와 같은 필터를 이용하여 실시간 차체속도의 파우어값을 계산하는 값을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 휠 반응 콘트롤 로직(60)이,
    입력되는 차축 가속도 센서 출력중 일정대역의 신호만 출력시키는 밴드패스필터(62)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 밴드패스필터(62)가,
    차축 가속도신호로부터 식(5)와 같은 필터를 이용하여 차축공진역에 해당하는 신호를 추출하고, 식(6)과 같은 필터를 이용하여 차축 공진에 해당하는 값을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어장치.
  7. 타겟 스테이지를 판단하여 타겟 스테이지에 따라 액튜에이터 콘트롤로직을 수행하여 액튜에이터 동작을 수행하는 단계(S1-S3)와,
    데이타 어큐지션, 센서신호의 프로세싱, 콘트롤 로직 프로세싱을 차례로 수행하는 단계(S4-S6)와, 집적로직 프로세싱인가 판단하여 타겟스테이지를 재설정시키고 페일 스테이지 로직 프로세싱을 수행하는 단계(S8)로 이루어져 메인 제어 루프내에서 최대 이동 가능 위치로 이동시키면서 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어방법.
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