KR19980044666A - 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 속도와 차체 수직 속도 및 차량의 휭 가속도로부터 운전자의 조향 입력을 검출하여 각 바퀴의 가변 댐퍼의 감쇠력을 독립적으로 조절하여 줌으로써 조향시의 롤 각도를 최소화하고 바퀴의 노면 접지력을 향상시켜 차량의 승차감과 주행 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치에 관한 것으로, 세 개 바퀴의 댐퍼 상단에 차량의 상하 방향의 가속도를 검출하는 수직 가속도 센서를 장착한 후, 이 세 개의 수직 가속도 센서에 의해 검출되는 가속도 값을 적분하여 차량 차체의 수직 속도를 검출하도록 하고, 우측의 전륜 가속도 센서에 의해 검출되는 횡 가속도 값을 이용하여 과도 응답 상태의 조향 특성값과 정상 응답 상태의 조향 특성값을 계산하고, 이 계산된 특성값과 차속 센서에 의해 검출되는 차량의 속도를 통해 조향 계수를 계산하도록 한 후, 상기 검출되는 차체 수직 속도와 조향 계수를 집적하여 각 바퀴에 해당하는 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 결정하고, 이 결정된 감쇠력 곡선에 의해 액츄에이터인 스테핑 모터를 구동시키도록 한다.

Description

차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치

본 발명은 차량의 속도와 차체 수직 속도 및 차량의 횡 가속도로부터 운전자의조향 입력을 검출하여 각 바퀴의 가변 댐퍼의 감쇠력을 독립적으로 조절하여 줌으로써 조향시의 롤 각도를 최소화하고 바퀴의 노면 접지력을 향상시켜 차량의 승차감과 주행 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 차축과 차체를 연결하는 현가 장치를 구비하여 차량이 주행할 경우에 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 함으로써 차체와 화물의 손상을 방지하고, 승차감 및 안정성을 향상시키고 있다.

또한 현가 장치는 바퀴에서 발생되는 구동력이나, 제동할 경우에 각각의 구동 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회할 경우에 원심력에 견디고, 구동 바퀴를 차체에 대하여 올바른 위치에 유지시키는 것으로서 노면에서 받는 충격을 완화시키기 위하여 상하 방향으로 유연한 결합을 필요로 함은 물론 구동 바퀴가 발생하는 구동력, 제동력 및 선회시의 원심력 등에 견딜 수 있도록 수평방향으로 강한 결합을 필요로 한다.

이러한 현가 장치는 차량의 주행 속도, 제동 및 가속에 따라 가변식 댐퍼의 감쇠력을 가변시킴은 물론 일정한 주행 속도에서도 노면에 따라 가변식 댐퍼의 감쇠력을 조절하고 있으며, 가변식 댐퍼의 감쇠력은 액츄에이터인 스테핑 모터를 구동시켜 조절하고 있다.

즉, 가변식 댐퍼는 제어 로드를 구비하고 있고 액츄에이터를 구동시켜 제어 로드를 회전시킴에 따라 유로가 변환되어 감쇠력이 가변되게 되어 있다.

종래 차량의 전자 제어 현가 장치(Electronic Control Suspension System)는 도 1의 (가)에 도시된 바와 같이 구성되며, 각각의 구성은 (나)에서와 같이 차량의 해당 위치에 장착되게 된다.

즉, 종래 전자 제어 현가 장치의 제어기(7)는 차량의 상하 방향의 가속도를 검출하는 수직 가속도 센서(1), 차속을 검출하는 차속 센서(2), 차량의 제동을 검출하는 브레이크 스위치(3), 엔진의 트로틀 개도각을 검출하는 TPS(Throttle Position Sensor)(4), 제어모드를 변환시키는 모드선택 스위치(5) 및 차량의 조향 각속도를 검출하는 조향각 센서(6) 등, 상기 센서 및 스위치(1~6)의 검출신호를 입력하여 차량의 주행 상태를 판단하고, 이 판단 결과에 따라 댐퍼 상단에 위치한 전자식 액츄에이터(8)를 구동시켜 제어 로드의 회전으로 유로의 크기를 변화시킴으로써 네 개의 바퀴 댐퍼의 감쇠력을 동시에 하드 모드(Hard Mode), 미디움 모드(Medium Mode), 소프트 모드(Soft Mode)로 적절하게 조정한다.

이러한 종래 전자 제어 현가 장치에 의한 차량 조향 상황 시의 제어는, 차속이 V₆Kph보다 큰 경우에 차속이 V₆₁Kph, V₆₂Kph, V₆₃Kph, V₆₄Kph에서 조향 각속도가 각각 θV₆₁Deg/sec, θV₆₂Deg/sec, θV₆₃Deg/sec, θV₆₄Deg/sec 보다 큰 경우에는 액츄에이터를 하드모드로 절환하며, 이 조건이 해제된 때로부터 t₆초 경과시에는 원래의 상태로 복귀한다.

즉, 상기와 같은 종래의 전자 제어 현가 장치는 적은 댐퍼 감쇠력 단을 갖고 각 바퀴의 감쇠력을 일시에 올려 줌으로써 차량의 과도 조향시 롤 각도만을 줄여 주도록 되어 있다.

그러나, 상기 종래의 전자 제어 현가 장치는 차량의 각 바퀴의 수직 항력을 임의로 제어하지 못하여 직접적인 차량의 조향 특성을 제어하지 못하였다.

또한, 조향 각속도만을 사용함에 따라 과도 조향 응답 후 정상 조향 응답시의 감쇠력을 유지하지 못하게 됨으로써 차량의 정상 상태이 조향 특성을 제대로 제어하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 그 목적은 차속 센서에 의해 검출되는 차량의 속도, 다수의 수직 가속도 센서에 의해 검출되는 수직 가속도, 횡 가속도 센서 의해 검출되는 횡 가속도 값에 따라 네개의 각 바퀴의 가변 댐퍼의 감쇠력이 적절하게 조정되도록 액츄에이터를 구동시켜 줌으로써 차량의 조향시 차체 롤 운동을 최대한 감소시키고, 정상 조향 운동시에 네 바퀴의 수직 반력을 적절이 분배함으로써 차량의 조종 안정성을 향상시켜 차량의 조향 특성을 극대화시킬 수 있도록 한 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반 능동 전자 제어 현가 장치는, 세 개 바퀴의 댐퍼 상단에 차량이 상하 방향의 가속도를 검출하는 수직 가속도 센서를 장착한 후, 이 세 개의 수직 가속도 센서에 의해 검출되는 가속도 값을 적분하여 차량 차체의 수직 속도를 검출하도록 하고, 우측의 전륜 가속도 센서에 의해 검출되는 횡 가속도 값을 이용하여 과도 응답 상태의 조향 특성값과 정상 응답 상태의 조향 특성값을 계산하고, 이 계산된 특성값과 차속 센서에 의해 검출되는 차량의 속도를 통해 조향 계수를 계산하도록 한 후, 상기 검출되는 차체 수직 속도와 조향 계수를 집적하여 각 바퀴에 해당하는 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 결정하고, 이 결정된 감쇠력 곡선에 의해 액츄에이터인 스테핑 모터를 구동시키도록 함을 특징으로 한다.

도 1의 (가)는 종래 차량의 전자 제어 현가 장치의 블록 구성도이고, (나)는 종래 전자 제어 현가 장치가 차량에 장착된 상태를 보여주는 도면.

도 2는 본 발명에 의한 차량의 전자 제어 현가 장치의 블록 구성도.

도 3은 본 발명에 의한 전자 제어 현가 장치가 차량에 장착된 상태를 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치의 블록 구성도.

도 5는 도 4의 차체 수직 속도 계산부의 블록 구성도.

도 6은 도 4의 조향 계수 계산부의 블록 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

111:전륜 수직/좌우 가속도 센서112, 113:후륜 수직 가속도 센서

114:차축 수직 가속도 센서115:차속 센서

116:브레이크 스위치117:TPS

118:모드선택 스위치200:제어기

210:차체 속도 계산부211~213:제1~제3적분기

214:컴퓨팅 제4속도부220:조향 계수 계산부

221:미분기222:저역통과필터

223:컴퓨팅 조향 계수부230:집적부

300:댐퍼 및 액츄에이터301~304:스테핑 모터

도 2는 본 발명에 의한 차량의 전자 제어 현가 장치의 블록 구성도로서, 차량 전륜의 오른쪽 댐퍼에 장착되어 차량의 상하 방향 및 좌우 방향의 수직 가속도와 횡 가속도를 검출하는 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)와, 후륜의 좌·우 댐퍼에 각각 장착되어 차량의 상하 방향의 가속도를 검출하는 후륜 수직 가속도 센서(112, 113)와, 전륜 차축의 수직 방향의 가속도를 검출하는 차축 수직 가속도 센서(114)와, 차량의 속도를 검출하는 차속 센서(115)와, 차량의 제동시 이를 검출하는 브레이크 스위치(116)와, 엔진의 트로틀 개도각을 검출하는 TPS(117)와, 제어노드를 변환시키는 모드선택 스위치(118)와, 상기 센서 및 스위치(111~118)로부터 차량 운전자의 조향 상태를 입력하여 각 바퀴의 가변 댐퍼의 감쇠력을 적절하게 조정하기 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하는 제어기(200)와, 이 제어기(200)로부터 출력되는 구동신호에 따라 구동되는 댐퍼 및 액츄에이터(300)로 구성된다.

상기 댐퍼 및 액츄에이터(300)는 연속 가변 댐퍼와 다단 제어 전자식 액츄에이터로 구성되어 있으며, 이때, 연속 가변 댐퍼의 감쇠력은 댐퍼 상부에 위치한 전자식 액츄에이터를 구동시켜 댐퍼의 제어 로드를 회전시킴으로써 유로의 크기를 변화시켜 네 바퀴 댐퍼의 감쇠력을 각각 조정한다.

그리고 본 발명에 의한 전자 제어 현가 장치내의 각종 센서 및 스위치 등의 구성은 도 3에 도시된 바와 같이 차량에 장착되게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 현가 장치의 블록 구성도로서, 차량운전자의 조향 입력을 감지하여 댐퍼 및 액츄에이터를 제어하기 위한 상기 제어기(200)의 구성도로서, 우측의 전륜(Fornt Right) 수직/좌우 가속도 센서(111)의 수직 가속도 값과, 좌·우측의 후륜(Rear Reft, Rear Right) 수직 가속도 센서(112, 113)의 수직 가속도 센서 값을 입력하여 차체 수직 속도를 계산하는 차체 수직 속도 계산부(210)와, 차속 센서(115)에 의해 검출되는 차속과 상기 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 횡 가속도 센서를 입력하여 조향 계수를 계산하는 조향 계수 계산부(220)와, 상기 차체 수직 속도 계산부(210)와 조향 계수 계산부(220)의 출력신호를 종합하여 각 바퀴에 해당하는 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 결정하는 집적부(230)로 구성된다.

그리고, 상기 댐퍼 및 액츄에이터(300)에는 상기 제어기(200)내의 집적부(240)로부터 집적되어 출력되는 적정 감쇠력 곡선에 따라 네 개의 바퀴의 구동을 독립적으로 제어하기 위한 좌·우측 전륜 및 좌·우측 후륜의 스테핑 모터(301~304)가 구비된다.

도 5는 도 4의 차체 수직 속도 계산부(210)의 블록 구성도로서, 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 가속도 값을 적분하여 우측의 전륜 차체 수직 속도를 계산하는 제1적분기(211)와, 좌측의 후륜 수직 가속도 센서(112)에 의해 검출되는 가속도 값을 적분하여 좌측의 후륜 차체 수직 속도를 계산하는 제2적분기(212)와, 우측의 후륜 수직 가속도 센서(113)에 의해 검출되는 가속도 값을 적분하여 우측의 후륜 차체 수직 속도를 계산하는 제3적분기(213)와, 상기 제1적분기~제3적분기(211~213)에서 계산된 차체 수직 속도를 이용하여 나머지 좌측 전륜의 차체 수직 속도를 계산하는 컴퓨팅 제4속도부(214)로 구성된다.

도 6은 도 4의 조향 계수 계산부(220)의 블록 구성도로서, 상기 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 횡 가속도 값을 미분하여 과도 응답 상태의 조향 특성값을 계산하는 미분기(221)와, 상기 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 횡 가속도 값에 포함된 고주파 잡음을 제거하여 정상 응답 상태의 조향 특성값을 계산하는 저역통과필터(222)와, 차속 센서(115)에 의해 검출되는 차속과 상기 미분기(221)에 의해 미분된 횡가속도의 변화량 및 상기 저역통과필터(222)를 통해 필터된 횡 가속도 값을 이용하여 조향 계수를 계산하는 컴퓨팅 조향 계수부(223)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 반 능동 전자 제어 현가 장치의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 감지되는 차량 운전자의 조향 상태에 따라 스테핑 모터가 적절한 감쇠력을 갖도록 제어하게 된다.

먼저, 제1적분기(211)를 통해 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 수직 가속도 값을 적분하여 우측의 전륜 차체 수직 속도를 계산하고, 이어 제2적분기(212)와 제3적분기(213)를 통해 각가 좌·우측 후륜의 차체 수직 속도를 계산한다.

이때, 상기 제1적분기(211)~제3적분기(213)는 식-(1)과 같은 필터를 이용하여 차체 수직 속도를 계산하게 된다.

여기서, a_i는 가속도이고, ξ₁,ω₁는 상수이다.

그리고 나서, 컴퓨팅 제4속도부(214)를 통해 상기 계산된 세 개의 차체 속도를 입력하여 식-(2)에 의해 나머지 좌측 전륜의 차체 수직 속도를 계산한다.

여기서, V_fl:좌측 전륜 차체 수직 속도, V_fr:우측 전륜 차체 수직 속도, V_rl:좌측 후륜 차체 수직 속도, V_rr:우측 후륜 차체 수직 속도이다.

이어, 차량의 조향 상태를 감지하여 차량의 조향 특성을 향상시키기 위해 조향 계수를 산출하게 된다.

즉, 조향 계수 계산부(220)의 미분기(221)는 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 횡 가속도 값을 입력하여 식-(3)에 의해 차량의 조향 거동 중 과도 응답 상태 영역에 해당하는 신호, 즉 좌우 방향 가속도의 변화량을 계산한다.

여기서, a_la는 가속도이고, ξ₁,ω₁는 상수이다.

그리고, 조향 계수 계산부(200)의 저역통과필터(222)는 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 횡 가속도 값에 포함된 고주파 잡음을 제거하고 차체 거동에 해당하는 성분만을 계산한다.

이때, 상기 저역통과필터(222)는 식-(4)를 이용하여 정상 응답 상태 영역에서의 횡 가속도를 계산하게 된다.

이어서, 조향 계수 계산부(220)의 컴퓨팅 조향 계수부(223)는 상기 미분기(221)에 의해 계산된 횡 가속도의 변화량과 상기 저역통과필터(222)에 의해 계산된 횡 가속도 값과 그리고 차속 센서(115)에 의해 검출되는 차량의 속도를 입력하여 식-(5)를 통해 조향 계수, 즉 롤 계수를 계산한다.

그리고 난 후, 집적부(220)는 상기와 같이 각각 계산된 차체 수직 속도(V_fl, V_fr, V_rl, V_rr)와, 조향 계수(S_roll) 를 입력하여, 각 바퀴에 해당하는 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 결정한다.

이때, 네 바퀴 각 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선은 식-(6)에 의해 구해지게 된다.

여기서, S_i:네 바퀴 적정 감쇠력 곡선의 위치값,

V_i:차체 수직 속도, (i:네 바퀴)

S_roll:조향 계수이다.

상기와 같이 구한 네 바퀴 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선은 제어 루프마다 적절하게 결정된다.

상기와 결정되는 네 바퀴 댐퍼의 적정 감쇠력에 따라 각각의 스테핑 모터(301~304)를 독립적으로 구동시켜 차체의 운동을 제어함으로써 차체의 롤 운동을 최소화시킬 수 있게 된다.

이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 세 바퀴의 댐퍼 상단에 장착된 수직 가속도 센서에 의해 검출 및 계산되는 차체 수직 속도와 조향계수를 이용하여 측정 순간의 차량 각 바퀴 댐퍼의 최적 감쇠력 곡선을 결정함으로써, 차량의 차체 운동을 제어하여 차체 롤 운동을 극소화하고, 정상 조향 시에 각 바퀴의 수직 반력을 적절이 분배함으로써 차량의 조종 안정성을 향상시켜 차량의 조향 특성을 극대화시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 수직/좌우 가속도 센서(111)와 다수의 수직 가속도 센서(112, 113, 114), 차속 센서(115), 브레이크 스위치(116), TPS(117)와, 모드선택 스위치(118), 상기 센서 및 스위치(111~118)로부터 출력되는 검출신호를 입력하여 액츄에이터 구동신호를 출력하는 제어기(200), 상기 제어기(200)로부터 출력되는 구동신호에 따라 구동되는 댐퍼 및 액츄에이터(300)로 구성된 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치에 있어서, 상기 제어기(200)가 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)의 수직 가속도 값과, 좌·우측의 후륜 수직 가속도 센서(112, 113)의 수직 가속도 센서 값을 입력하여 차체 수직 속도를 계산하는 차체 수직 속도 계산부(210)와, 차속 센서(115)에 의해 검출되는 차속과 상기 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 횡 가속도 센서를 입력하여 조향 계수를 계산하는 조향 계수 계산부(220)와, 상기 차체 수직 속도 계산부(210)와 조향 계수 계산부(220)의 출력신호를 종합하여 각 바퀴에 해당하는 댐퍼의 적정 감쇠력 곡선을 결정하는 집적부(230)로 구성됨을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 조향 계수 계산부(220)는 상기 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 횡 가속도 값을 미분하여 과도 응답 상태의 조향 특성값을 계산하는 미분기(221)와, 상기 우측의 전륜 수직/좌우 가속도 센서(111)에 의해 검출되는 횡 가속도 값에 포함된 고주파 잡음을 제거하여 정상 응답 상태의 조향 특성값을 계산하는 저역통과필터(222)와, 차속 센서(115)에 의해 검출되는 차속과 상기 미분기(221)의 의해 미분된 횡 가속도의 변화량 및 상기 저역통과필터(222)를 통해 필터된 횡 가속도 값을 이용하여 조향 계수를 계산하는 컴퓨팅 조향 계수부(223)로 구성됨을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 미분기(221)가 식-(3)을 이용하여 과도 응답 상태의 횡 가속도의 변화량을 계산하게 됨을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어 현가장치.

   [수학식 3]
4. 제1항에 있어서, 상기 저역통과필터가 식-(4)를 이용하여 고주파 잡음을 제거하고 정상 응답 상태의 횡 가속도를 계산하게 됨을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어 현가 제어 장치.

   [수학식 4]
5. 제2항에 있어서, 상기 컴퓨팅 조향 계수부(223)가 식-(5)을 이용하여 조향 계수를 계산하게 됨을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치.

   [수학식 5]
6. 제1항에 있어서, 상기 집적부(230)가 식-(6)을 이용하여 차량의 조향 특성에 따른 차량의 네바퀴 적정 감쇠력 곡선을 결정하게 됨을 특징으로 하는 차량의 반 능동 전자 제어 현가 장치.

   [수학식 6]