KR19980045202A - 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치 - Google Patents

차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 댐퍼의 변위를 검출하는 차고 센서를 추가 구성하여, 이 차고 센서의 신호와 조향각 센서, TPS, 차속 센서 및 종 가속도 센서의 검출신호에 따라 가변 댐퍼의 감쇠력을 조절하여 차량의 승차감 및 조향 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 차량을 퍼지 적응 제어 현가 장치에 관한 것으로, 차량의 조향 각속도를 검출하는 조향각 센서와, 엔진의 트로틀 개도각을 검출하는 TPS와, 차속을 검출하는 차속 센서와, 차량의 제동을 검출하는 브레이크 스위치와, 차량의 상하 방향의 가속도를 검출하는 종 가속도 센서와, 댐퍼의 변위속도를 검출하고 차고 센서와, 상기 센서 및 스위치로부터 출력되는 검출신호 및 스위칭 신호를 입력하여 각 바퀴의 가변 댐퍼의 감쇠력을 적절하게 조정하기 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하는 전자 제어기와, 이 전자 제어기로부터 출력되는 구동신호에 따라 구동되는 액츄에이터로 구성되어, 차고 센서를 추가 구성한 전자 제어기에서 조향각 센서, TPS, 차속 센서 및 종 가속도 센서 및 차고 센서의 검출신호에 따라 액츄에이터의 구동모드를 절환하고, 전륜 액츄에이터와 후륜 액츄에이터로 분리된 정상 동작 체크 기능에 따라 차량의 승차감 및 조향 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치
본 발명은 차량 댐퍼의 변위를 검출하는 차고 센서를 추가 구성하여, 이 차고 센서의 신호와 조향각 센서, TPS, 차속 센서 및 종 가속도 센서의 검출신호에 따라 가변 댐퍼의 감쇠력을 조절하여 차량의 승차감 및 조향 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 퍼지 적응 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 안전성을 향상시키고 있다.
또한 현가 장치는 바퀴에서 발생되는 구동력이나, 제동할 경우에 각각의 구동 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회할 경우에 원심력이 견디고, 구동바퀴를 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 수평 방향으로 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 제어로드를 회전시킴에 따라 유로가 변환하여 감쇠력이 가변되게 되어 있다.
종래 차량의 전자 제어 현가 장치(Electronic Control Suspension System)는 도1에 도시된 바와 같이 구성되며, 전자 제어기(7)는 차량의 조향 각속도를 검출하는 조향각 센서(1), 엔진의 트로틀 개도각을 검출하는 TPS(Throttle Position Sensor)(2), 차속을 검출하는 차속 센서(3), 차량의 제동을 검출하는 브레이크 스위치(4) 및 차량의 상하 방향의 가속도를 검출하는 종 가속도 센서(5) 등, 상기 센서 및 스위치(1∼5)의 검출신호를 입력하여 차량의 주행 상태를 판단하고, 이 판단 결과에 따라 댐퍼 상단에 위치한 각각의 전륜 액츄에이터(7)와 후륜 액츄에이터(8)를 구동시켜 제어 로드의 회전으로 유로의 크기를 변화시킴으로써 네 개의 바퀴댐퍼의 감쇠력을 하드 모드(Hard Mode), 미디움 모드(Medium Mode), 소프트 모드(Soft Mode)로 적절하게 조정한다.
이러한 종래 전자 제어 현가 장치는, 차량의 급 조향시 조향각 센서(1)에 의해 검출되는 조향 각속도가 설정된 각속도(80deg/sec) 이상인 경우 액츄에이터(7,8)를 하드 모드로 절환하고, 급 가속시 차속 센서(3)에서 검출된 차속이 설정속도(30Km/h) 이상으로 TPS(2)의 개도각이 설정치(60%) 이상인 경우 액츄에이터(7,8)를 미디움 모드로 절환하며, 종 가속도 센서(5)에서 검출된 종 가속도가 설정각도(0.32g) 이상이면 액츄에이터(7,8)를 미디움 모드로 각각 절환한다.
그리고, 차속이 일정 속도(40Km/h) 이상인 경우 브레이크 스위치(4)의 온으로 급 제동이 걸리면, 액츄에이터(7,8)를 하드 모드로 절환하고, 차속신호에 따라 저속시와 고속시에 구분하여 차량 주행시 안전성을 유지시키도록 한다.
즉, 차속이 설정된 저속(10Km/h) 이하인 경우에는 액츄에이터(7,8)를 하드모드로, 차속이 상기 저속(10Km/h) 이상으로 설정된 고속(120Km/h) 이하인 경우 액츄에이터(7,8)를 미디움 모드로 절환한다.
또한, 전자 제어기(7)는 상기와 같은 제어에 따른 액츄에이터(7,8)의 정상동작 유무를 체크하기 위한 점검기능을 구비하고, 이러한 기능들이 정상적으로 동작하는지를 모니터링하여 고장 진단을 할 수 있는 다이고우니시스(Diagnosis) 기능도 구비한다.
그러나, 상기 종래의 전자 제어 현가 장치는 급 조향시 제어에 있어서 차속의 구분없이 동일한 값으로 제어함에 따라 차량 안전성 확보가 미비하고, 급 가속시 제어에 있어서도 차속의 구분없이 TPS의 변화량으로만 제어함에 따라 안락성 유지가 미비하게 되며, 종 가속도 센서로부터의 안락성 유지에 있어서도 차속의 고려가 없고 급 제동시의 제어에 있어서도 차속 변화의 고려가 없음에 따라 안락성 및 안정성이 부족한 문제점이 있었다.
또한, 액츄에이터의 정상 동작 유무를 체크하는 점검기능은 전륜 액츄에이터와 후륜 액츄에이터를동시에 수행함으로써 고장 상황에 제대로 확인할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 그 목적은 차량 댐퍼의 변위를 검출하는 차고 센서를 추가 구성하여, 이 차고 센서의 신호와 조향각 센서, TPS, 차속 센서 및 종 가속도 센서의 검출신호에 따라 액츄에이터의 구동을 제어하고, 액츄에이터의 정상 동작 체크 기능을 전륜 액츄에이터와 후륜 액츄에이터로 분리하여 각각 수행하도록 함으로써 차량의 승차감 및 조향 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치는, 차량 댐퍼의 변위를 검출하는 차고 센서를 구성하여, 차량의 급 조향시 차속 센서와 조향각 센서의 신호로 액츄에이터를 제어하고, 차량의 급 가속시 차속 센서와 TPS의 신호로 액츄에이터를 제어하며, 승차감 향상시 차속 센서와 종가속도 센서의 신호로 제어하도록 한다.
또한, 차량의 급 제동시 차속 센서와 브레이크 스위치의 신호로 액츄에이터를 제어하고, 주행 안정성 향상시 차속 센서의 차속에 따라 액츄에이터를 제어하며, 퍼지 이론에 의한 제어시 종 가속도 센서와 차고 센서의 신호로 액츄에이터를 제어하며, 액츄에이터의 정상 동작 유무 체크는 전륜 액츄에이터와 후륜 액츄에이터를 분리하여 수행하도록 한다.
도 1은 종래 전자 제어 현가 장치의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치의 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 급 조향시 제어 흐름도.
도 4는 본 발명에 의한 급 가속시 제어 흐름도.
도 5는 본 발명에 의한 종 가속도에 따른 제어 흐름도.
도 6은 본 발명에 의한 급 제동시 제어 흐름도.
도 7은 본 발명에 의한 차속에 따른 제어 흐름도.
도 8은 본 발명에 의한 퍼지 이론에 따른 제어 흐름도.
도 9는 본 발명에 의한 액츄에이터 상태에 따른 제어 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 조향각 센서20 : TPS
30 : 차속 센서40 : 브레이크 스위치
50 : 종 가속도 센서60 : 차고 센서
70 : 전자 제어기80 : 전륜 액츄에이터
90 : 후륜 액츄에이터
도 2는 본 발명에 의한 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치의 블록 구성도로서, 차량의 조향 각속도를 검출하는 조향각 센서(10)와, 엔진의 트로틀 개도각을 검출하는 TPS(20)와, 차속을 검출하는 차속 센서(30)와, 차량의 제동을 검출하는 브레이크 스위치(40)와, 차량의 상하 방향의 가속도를 검출하는 종 가속도 센서(50)와, 댐퍼의 변위속도를 검출하는 차고 센서(60)와, 상기 센서 및 스위치(10∼60)로부터 출력되는 검출신호 및 스위칭 신호를 입력하여 각 바퀴의 가변 댐퍼의 감쇠력을 적절하게 조정하기 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하는 전자 제어기(70)와, 이 전자 제어기(70)로부터 출력되는 구동신호에 따라 구동되는 전륜 액츄에이터(80) 및 후륜 액츄에이터(90)로 구성된다.
상기 전자 제어기(70)는 상기 전륜 액츄에이터(80)와 후륜 액츄에이터(90)의 정상 동작 유무를 분리하여 체크하고, 상기와 같은 제어 기능이 정상으로 동작하는지를 모니터링하여 고장 진단을 수행한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 퍼지 적응 제어 현가 장치의 동작을 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 급 조향시 제어 흐름도로서, 차량의 급 조향시 차량의 안정성을 유지하기 위해 전자 제어기(70)는 차속센서(30)에서 검출된 차속이 설정 속도(30Km/h) 이하이거나, 설정 속도 이상으로 조향각 센서(10)에서 검출된 조향각과 차속에 의한 조향 각속도가 일정 각속도(4950) 이상이면 각각 액츄에이터(80,90)를 하드 모드로 절환하도록 한다.
즉, 차속과 조향 각속도를 서로 유지시킴으로써 차량의 안전성을 확보하도록 한다.
그리고, 도 4는 본 발명에 의한 급 가속시 제어 흐름도로서, 차량의 급 가속기 승차 안락성을 유지하기 위해 전자 제어기(70)는 차속 센서(30)에서 검출된 차속이 실정 속도(80Km/h) 이하인 경우 TPS(20)에서 검출된 트로틀 개도각을 미분한 다음, 이 미분값이 설정 값 이상인 경우에 액츄에이터(80,90)를 소프트나 하드 또는 미디움 모드로 절환하도록 한다.
즉, 차속에 따른 TPS의 미분값 적용을 가변시켜 최적의 상태로 제어하도록 한다.
도 5 는 본 발명에 의한 종 가속도에 따른 제어 흐름도로서, 승차 안락성 유지를 위해 전자 제어기(70)는 차속 센서(30)에서 검출된 차속이 설정된 저속(20Km/h) 이하인 경우 종 가속도 센서(50)에서 검출된 종 가속도 설정값(0.6g) 이상이거나, 차속이 저속(20Km/h) 이상이면서 고속(100Km/h) 이하인 경우 종 가속도가 설정값((차속/80)+0.5g) 이상 또는 상기 차속이 고속(100Km/h) 이상으로 종가속도가 설정값(1g) 이상인 경우에 액츄에이터의 동작시간 지연을 설정한 후, 각각의 액츄에이터(80,90)를 하드 모드로 절환하도록 한다.
도 6은 본 발명에 의한 급 제동 제어 흐름도로서, 차량의 급 제동시 승차 안락성 유지를 위해 전자 제어기(70)는 차속이 일정 속도(45Km/h)이상인 경우 브레이크 스위치(40)의 온 신호가 일정 시간(200msec) 유지되면서 설정치(0.2g) 이상의 감속이 발생하면 각각의 액츄에이터(80,90)를 하드 모드로 절환하도록 한다.
즉, 제동 상태와 그에 따른 감속비에 비례하여 액츄에이터의 절환을 제어하하도록한다.
도 7은 본 발명에 의한 차속에 따른 제어 흐름도로서, 전자 제어기(70)는 차속 센서(30)에서 검출된 차속이 설정된 저속(10Km/h) 이하인 경우 각각의 액츄에이터(80,90)를 하드 모드로 절환하고, 상기 검출된 차속이 저속(10Km/h) 이상이면서 설정된 고속(150Km/h) 이하인 경우에는 각각의 액츄에이터(80,90)를 미디움 모드로 절환하도록 한다.
도 8은 본 발명에 의한 퍼지 이론에 따른 제어 흐름도로서, 전자 제어기(50)는 종 가속도 센서(50)에서 검출된 종 가속도 값을 필터링하여 노면의 주파수 성분(Waviness)을 계산하고, 차고 센서(60)에서 검출된 댐퍼의 변위속도 값을 필터링하여 노면의 변위값(Road Height)을 계산한 후, 상기 계산된 노면의 주파수 성분과 변위값을 퍼지(Fuzzy) 이론을 적용한 추정값으로 변환하여 이 변환된 추정값에 따라 각각의 액츄에이터(80,90)를 소프트나 하드 또는 미디움 모드로 절환하도록 한다.
마지막으로, 도 9는 본 발명에 의한 액츄에이터 상태에 따른 제어 흐름도로서, 전자 제어기(70)는 전륜 액츄에이터(80)나 후륜 액츄에이터(90)로부터 단선 또는 단락 등으로 비정상 동작신호가 검출되는지를 체크하여 비정상 동작신호가 검출되면 전자 제어기의 동작을 정지시키도록 한다.
이상, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 차고 센서를 추가 구성한 전자 제어기에서 조향각 센서, TPS, 차속 센서 및 종 가속도 센서 및 차고 센서의 검출 신호에 따라 액츄에이터의 구동모드를 절환하고, 전륜 액츄에이터와 후륜 액츄에이터로 분리된 정상 동작 체크 기능에 따라 차량의 승차감 및 조향 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 차량의 조향 각속도를 검출하는 조향각 센서(10)와, 엔진의 트로틀 개도각을 검출하는 TPS(20)와, 차속을 검출하는 차속 센서(30)와, 차량의 제동을 검출하는 브레이크 스위치(40)와, 차량의 상하 방향의 가속도를 검출하는 종 가속도 센서(50)와, 댐퍼의 변위속도를 검출하는 차고 센서(60)와, 상기 센서 및 스위치(10∼60)로부터 출력되는 검출신호 및 스위칭 신호를 입력하여 각 바퀴의 가변 댐퍼의 감쇠력을 적절하게 조정하기 위한 액츄에이터 구동신호를 출력하는 전자 제어기(70)와, 이 전자 제어기(70)로부터 출력되는 구동신호에 따라 구동되는 전륜 액츄에이터(80) 및 후륜 액츄에이터(90)로 구성됨을 특징으로 하는 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어기(70)가 차량의 급 조향시, 차속 센서(30)에서 검출된 차속이 설정 속도 이하이거나, 이 설정 속도 이상으로 조향각 센서(10)에서 검출된 조향각과 차속에 의한 조향 각속도가 일정 각속도 이상이면 각각의 액츄에이터(80,90)를 하드 모드로 절환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어기(70)가 차량의 급 가속시, 차속 센서(30)에서 검출된 차속이 설정 속도 이하인 경우 TPS(20)에서 검출된 트로틀 개도각을 미분하여 이 미분값이 설정 값 이상인 경우에 각각 액츄에이터(80,90)를 소프트나 하드 또는 미디움 모드 절환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 퍼지적응 제어 현가 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어기(70)가 종 가속도에 따른 제어시, 차속 센서(30)에서 검출된 차속이 설정된 저속 이하인 경우 종 가속도 센서(50)에서 검출된 종 가속도가 설정값 이상이거나, 차속이 저속 이상이면서 고속 이하인 경우 종 가속도가 설정값 이상 또는 상기 차속이 고속 이상으로 종 가속도가 설정값 이상인 경우에 액츄에이터의 동작시간 지연을 설정하고, 이 설정된 시간이 경과된 후 각각의 액츄에이터(80,90)를 하드 모드로 절환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어기(70)가 차량의 급 제동시, 차속 센서(30)에서 검출된 차속이 일정 속도이상인 경우 브레이크 스위치(40)의 온 신호가 일정 시간 유지되면서 설정치 이상의 감속이 발생하면 각각의 액츄에이터(80,90)를 하드 모드로 절환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어기(70)가 차속이 따른 제어기, 차속 센서(30)에서 검출된 차속이 설정된 저속 이하인 경우 각각의 액츄에이터(80,90)를 하드 모드로 절환하고, 상기 검출된 차속이 저속 이상이면서 설정된 고속 이하인 경우 각각의 액츄에이터(80,90)를 미디움 모드로 절환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어기(70)가 퍼지 이론에 따른 제어시, 종 가속도 센서(50)에서 검출된 종 가속도 값을 필터링하여 노면의 주파수 성분을 계산하고, 차고 센서(60)에서 검출된 댐퍼의 변위속도 값을 필터링하여 노면의 변위값을 계산한 후, 상기 계산된 노면의 주파수 성분과 변위값을 퍼지 이론을 적용한 추정값으로 변환하여 이 변환된 추정값에 따라 각각의 액츄에이터(80,90)를 소프트나 하드 또는 미디움 모드로 절환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 제어기(70)가 액츄에이터 상태에 따른 제어시, 전륜 액츄에이터(80)나 후륜 액츄에이터(90)로부터 단선 또는 단락 등으로 비정상 동작신호가 검출되는지를 체크하여 비정상 동작신호가 검출되는 전자 제어기의 동작을 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 퍼지 적응 제어 현가 장치.
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