KR19980078555A - Simulator for Semi-active Suspension Controller Development - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 현가장치의 반능동 제어를 실행하는 제어기를 임의적으로 발생된 데이터 만으로 그 성능 및 작동상태를 실험하기 위한 반능동형 현가장치의 제어기 개발용 시뮬레이터 및 그 사용방법에 관한 것으로, 실차 실험을 대신하여 연구소 내에서 차량의 여러 가지 주행 상황에 따른 데이터만으로 현가장치 제어기의 작동상태를 점검할 수 있도록 하므로써 실차 실험에 따른 난점을 해결하도록 하는 것을 목적으로 하며, 본 발명은, G 센서, 브레이크 센서, 차속 센서 및 스티어링 각도 센서로부터 제어기로 입력되는 신호에 해당되는 신호를 임의적으로 발생시키기 위한 신호 발생기와; 이러한 신호 발생기에 의한 데이터를 입력 받은 제어기로부터 발생되는 다단 댐퍼의 단수 결정 신호와 이에 따른 스텝 모터 제어 신호를 분석하기 위한 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반능동형 현가장치의 제어기 개발용 시뮬레이터를 제공한다.The present invention relates to a simulator for developing a controller of a semi-active suspension device and to a method of using the same for experimenting the performance and operating state of the controller that executes the semi-active control of the vehicle suspension system using only randomly generated data. Instead, the object of the present invention is to solve the difficulties caused by the actual vehicle experiment by checking the operating state of the suspension controller using only data according to various driving conditions of the vehicle, and the present invention provides a G sensor and a brake sensor. A signal generator for randomly generating a signal corresponding to a signal input from the vehicle speed sensor and the steering angle sensor to the controller; Provided is a simulator for developing a controller for a semi-active suspension, comprising a computer for analyzing the stage determination signal of the multi-stage damper generated by the controller receiving data from the signal generator and the step motor control signal. .
Description
본 발명은 실험하고자 하는 대상물의 실체를 대신하여 여러 가지 상황을 나타내는 데이터 만으로 대상물의 작동 상태 등을 점검하기 위한 시뮬레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 현가장치의 반능동 제어를 실행하는 제어기를 실차를 대신하여 컴퓨터상에서 그 성능 및 작동상태를 실험하기 위한 반능동형 현가장치의 제어기 개발용 시뮬레이터 및 그 사용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a simulator for checking the operation state of the object with only data representing various situations on behalf of the object of the object to be tested, and more particularly, a controller for carrying out the semi-active control of the vehicle suspension. Instead, the present invention relates to a simulator for developing a controller of a semi-active suspension for testing its performance and operating state on a computer, and a method of using the same.
일반적으로 현가장치는 차축과 차체를 연결하여 주행중에 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달하지 않도록 하여, 차체와 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이며 노면으로부터의 충격을 완화하는 샤시 스프링, 샤시 스프링의 자유진동을 제어하여 승차감을 좋게 하는 쇽 업소버 및 자동차의 롤링을 방지하는 스태빌라이저(stabilizer) 등으로 구성되어 있다.In general, the suspension system connects the axle and the body to prevent the axle from directly transmitting the vibrations or shocks received from the road surface to prevent damage to the body and cargo and improves ride comfort. It consists of a chassis spring, a shock absorber that controls the free vibration of the chassis spring to improve ride comfort, and a stabilizer to prevent rolling of the vehicle.
또한, 상기 현가장치는 구동바퀴에서 발생되는 구동력이나 제동시의 각 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회시의 원심력에도 견디고, 각 바퀴를 차체에 대해서 올바른 위치에 유지시키는 중요한 역할도 가지고 있다. 현가로서 갖추어야 할 조건을 들면 다음과 같다.In addition, the suspension device transmits the driving force generated in the driving wheel or the braking force of each wheel during braking to the vehicle body, and also withstands the centrifugal force during the turning, and also has an important role of maintaining each wheel in the correct position with respect to the vehicle body. . The following are the conditions to be met at the present value:
1) 노면으로부터의 충격을 완화하기 위해서는 상하방향으로 유연한 결합을 필요로 한다.1) In order to alleviate the impact from the road surface, flexible coupling is required in the vertical direction.
2) 바퀴에 발생되는 구동력, 제동력 및 선회시의 원심력 등에 견딜 수 있도록 수평방향으로 강한 결합이 필요하다.2) Strong coupling in the horizontal direction is necessary to withstand the driving force, braking force, and centrifugal force generated during turning.
이들 조건은 서로 상반되는 것이지만, 가능한 한 두 조건을 만족하도록 여러가지 형식이 발명되고 있다.These conditions are mutually opposite, but various forms are invented to satisfy the two conditions as much as possible.
한편, 이러한 현가장치의 구성 부품 중에서 쇽 업소버는 상하방의 운동 에너지를 열로 바꾸는 작용을 하는 것으로, 그 방법에 따라 고체 마찰식과 유압식이 있으며, 또한 작동적으로 신장싱 감쇠력을 발휘하는 단동식과 암축 및 신장시의 두가지 경우 모두에 감쇠력을 발휘하는 복동식이 있다.On the other hand, among the components of the suspension system, the shock absorber acts to convert the kinetic energy of the upper and lower sides into heat, and according to the method, there are solid friction type and hydraulic type, and single-acting type, arm shaft and extension which exerts an actuating damping force. In both cases of poems there is a double-acting equation that exerts damping forces.
이러한 쇽 업소버로는 유압식 피스톤형 쇽 업소버가 주로 사용되며, 이러한 쇽 업소버는 내부에 가스나 유체로 채워진 실린더와, 타이어 후면상에 장착되어 있는 차축의 상부면상에 부착되어 차축과 함께 실린더 내부에서 상하 운동을 하는 피스톤으로 구성되어 있다.As the shock absorber, a hydraulic piston type shock absorber is mainly used. The shock absorber is attached to a cylinder filled with gas or fluid therein and to an upper surface of the axle mounted on the rear of the tire. It consists of a piston that moves.
이러한 구성에 의하여 상기 쇽 업소버는 외부로부터의 충격을 피스톤의 전달받아 실린더의 유체내에서 피스톤이 상하로 이동하면서 이에 따른 유체의 저항력을 이용하여 충격을 흡수하게 된다.By this configuration, the shock absorber receives the shock from the outside to absorb the shock using the resistance of the fluid as the piston moves up and down in the fluid of the cylinder.
또한, 종래에 있어서, 이러한 쇽 업소버의 댐핑 효율을 향상시키기 위하여 쇽업소버의 상하 운동을 여러 단으로 구분하여 차량에 가해지는 진동량의 크기에 따라 쇽 업소버의 댐핑 단이 결정되도록 하는 새로운 형태의 댐퍼가 제공되어 있으며, 이러한 쇽 업소버의 하나로 HS-SH 댐퍼와 같이 댐핑 단이 16개로 분할되어 있는 장치가 개발되어 있다.In addition, in the related art, in order to improve the damping efficiency of the shock absorber, the damper of the shock absorber may be determined according to the magnitude of the vibration amount applied to the vehicle by dividing the up and down motion of the shock absorber into several stages. As one of these shock absorbers, a device having 16 damping stages, such as an HS-SH damper, has been developed.
한편, 이러한 다단 댐퍼의 적용을 위하여 차량의 주행 상태에 따라 항시 최적의 승차감을 제공하기 위하여 차량의 속도 및 상하방향 속도에 따라 댐퍼의 단수를 결정하기 위한 반능동형 현가장치의 제어기가 사용되고 있다.On the other hand, for the application of such a multi-stage damper is used a controller of a semi-active suspension device for determining the number of stages of the damper according to the speed and the vertical speed of the vehicle in order to always provide the optimum ride comfort in accordance with the driving state of the vehicle.
도 1은 이러한 반능동형 현가장치의 구성을 개략적으로 나타내는 차체의 사시도로서, 도시된 바와 같이, 상기 반능동형 현가장치는 차량의 각 바퀴 부근에 장착되어 차량의 상하 진동을 감쇄시키는 다단 댐퍼(1)와, 차체의 상하방향 가속도를 측정하기 위한 G 센서(2)와, 브레이크의 작동 유무를 감지하기 위한 브레이크 센서(3)와, 차량의 속도를 검출하는 차속 센서(4)와, 운전자에 의한 차량의 조향 각을 검출하기 위한 스티어링 각도 센서(5)와, 이러한 각각의 센서(2, 3, 4, 5)로부터의 신호에 따라 다단 댐퍼(1)의 최적 단 수를 산출하는 전자에어 유니트(6) 및 상기 전자제어 유니트(6)의 제어에 의하여 결정된 댐퍼의 단 수를 작동시키는 스텝 모터(7)로 구성되어 있다.1 is a perspective view of a vehicle body schematically showing the configuration of such a semi-active suspension, as shown, the semi-active suspension is mounted in the vicinity of each wheel of the vehicle a multi-stage damper (1) for damping the up and down vibration of the vehicle And a G sensor (2) for measuring the vertical acceleration of the vehicle body, a brake sensor (3) for detecting the brake operation, a vehicle speed sensor (4) for detecting the speed of the vehicle, and a vehicle by the driver A steering angle sensor 5 for detecting a steering angle of the electronic steering unit 5 and an electronic air unit 6 for calculating an optimum stage of the multi-stage damper 1 according to signals from each of these sensors 2, 3, 4, and 5. ) And a step motor 7 for operating the number of stages of the damper determined by the control of the electronic control unit 6.
그런데, 이러한 종래의 반능동형 현가장치에 있어서, 상기 현가장치의 제어기는, 상술된 바와 같이, 각각의 센서로부터 입력된 신호에 따라 최적의 댐퍼 단 수를 구하기 위해서는 제어 게인(gain), 즉 이득을 구해야 하는데, 이러한 게인을 실험을 통해서만 설정하는 경우, 실차 실험이 병행되야 하나, 예를 들어 고속 주행, 급 커브, 급 감가속, 급 주행 도중의 급 커브 등의 경우, 이러한 상황을 재현사기가 매우 힘들 뿐 더러 실험 차량을 운전하는 운전자가 많은 위험 부담을 안게 되는 문제점이 있으며, 경우에 따라서는 실차 실험 자체가 불가능해지는 문제점이 있었다.By the way, in such a conventional semi-active suspension, the controller of the suspension has a control gain, i.e., gain, in order to obtain the optimum number of dampers in accordance with the signals input from the respective sensors as described above. If this gain is set only through experimentation, the actual vehicle experiment should be performed in parallel, for example, in the case of high-speed driving, rapid curves, rapid deceleration, and sudden curves during rapid driving. In addition to the difficulty, there is a problem that the driver driving the experimental vehicle bears a lot of risks, and in some cases, the actual vehicle experiment itself is impossible.
따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이러한 실차 실험을 대신하여 연구소 내에서 차량의 여러 가지 주행 상황에 따른 데이터만으로 현가장치 제어기의 작동상태를 점검할 수 있도록 하므로써 실차 실험에 따른 난점을 해결하도록 하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been proposed to solve such a conventional problem, and in place of the actual vehicle experiment, the actual vehicle experiment is performed by allowing the operation state of the suspension controller to be checked only by data according to various driving conditions of the vehicle in the laboratory. It aims to solve the difficulties caused by this.
도 1은 일반적으로 반능동형 현가장치의 구성을 개략적으로 나타내는 차체의 사시도.1 is a perspective view of a vehicle body schematically showing the configuration of a semi-active suspension in general.
도 2A 내지 2D는 본 발명에 따른 시뮬레이터에 입력되는 센서 신호의 입력 상태를 설명하는 각각의 그래프.2A to 2D are respective graphs illustrating input states of sensor signals input to a simulator according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 시뮬레이터에 의한 제어기의 시험 상태를 나타내는 개략적인 블럭도.3 is a schematic block diagram showing a test state of the controller by the simulator according to the present invention;
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 ; 다단 댐퍼 2 ; G 센서One ; Multi-stage damper 2; G sensor
3 ; 브레이크 센서 4 ; 속도 센서3; Brake sensor 4; Speed sensor
5 ; 스티어링 각도 센서 6 ; 전자제어 유니트5; Steering angle sensor 6; Electronic control unit
7 ; 스텝 모터 8 ; 시뮬레이터7; Step motor 8; Simulator
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 자동차 현가장치의 반능동 제어를 실행하는 제어기를 임의적으로 발생된 데이터 만으로 그 성능 및 작동상태를 실험하기 위한 반능동형 현가장치의 제어기 개발용 시뮬레이터로서, G 센서, 브레이크 센서, 차속 센서 및 스티어링 각도 센서로부터 제어기로 입력되는 신호에 해당되는 신호를 임의적으로 발생시키기 위한 신호 발생기와; 이러한 신호 발생기에 의한 데이터를 입력 받은 제어기로부터 발생되는 다단 댐퍼의 단수 결정 신호와 이에 따른 스텝 모터 제어 신호를 분석하기 위한 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반능동형 현가장치의 제어기 개발용 시뮬레이터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a simulator for developing a controller of a semi-active suspension device for experimenting the performance and operating state of the controller that executes the semi-active control of the vehicle suspension system with only randomly generated data, G A signal generator for arbitrarily generating a signal corresponding to a signal input to the controller from the sensor, the brake sensor, the vehicle speed sensor, and the steering angle sensor; Provided is a simulator for developing a controller for a semi-active suspension, comprising a computer for analyzing the stage determination signal of the multi-stage damper generated by the controller receiving data from the signal generator and the step motor control signal. .
또한, 상기 신호 발생기로부터 발생된 신호는 각 센서의 신호는 시간에 때한 전압의 변동치로서 입력되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the signal generated from the signal generator is input as a change value of the voltage of each sensor at time.
또한, 상기 신호 발생장치로부터 발생되는 신호는 실제 차량에서 실차 실험을 수행하면서 기록된 신호를 재생시켜 사용할 수도 있는 것이 바람직하다.In addition, the signal generated from the signal generator may be used to reproduce the recorded signal while performing the actual vehicle experiment in the actual vehicle.
또한, 본 발명에 의하면, 자동차 현가장치의 반능동 제어를 실행하는 제어기를 임의적으로 발생된 데이터 만으로 그 성능 및 작동상태를 실험하기 위한 반능동형 현가장치의 제어기 개발용 시뮬레이터의 사용방법으로서, 데이터 분석용 컴퓨터에 현재 개발 중인 반능동형 현가장치의 제어기를 연결시시키는 단계와; 신호 발생기로부터 각각의 센서에서 제어기에 입력되는 신호에 해당되는 차속, 조향 각도, 브레이크 작동 유무 및 차량의 상하방향 가속도 신호를 제어기에 입력시키는 단계와; 각 센서의 신호를 입력 받은 제어기가 다단 댐퍼의 단 수를 제어하기 위한 신호 및 이에 따른 스텝 모터 제어 신호를 발생시키는 단계와; 이러한 제어기로부터 발생되는 신호를 컴퓨터에서 분석해내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반능동형 현가장치의 제어기 개발용 시뮬레이터의 사용방법을 제공한다.In addition, according to the present invention, as a method of using a simulator for developing a controller of a semi-active suspension device for experimenting the performance and operating state of the controller to perform the semi-active control of the vehicle suspension system using only randomly generated data, the data analysis Connecting a controller of the semi-active suspension currently under development to the computer; Inputting a vehicle speed, a steering angle, a brake actuation, and an up-down acceleration signal corresponding to a signal input to the controller at each sensor from the signal generator to the controller; Generating a signal for controlling the number of stages of the multi-stage damper and a step motor control signal according to the controller receiving the signal of each sensor; It provides a method of using a simulator for developing a controller of a semi-active suspension, characterized in that it comprises the step of analyzing the signal generated from the controller in a computer.
실시예Example
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 보다 상세하게 설명하며, 본 실시예에서는 종래 기술에서 인용된 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 있으며, 설명의 중복을 피하기 위해 재차 설명하지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention, the same reference numerals are assigned to the same parts as those cited in the prior art, in the present embodiment, to avoid duplication of description again Do not explain.
여기서, 도 2A 내지 2D는 본 발명에 따른 시뮬레이터에 입력되는 센서 신호의 입력 상태를 설명하는 각각의 그래프이고, 도 3은 본 발명에 따른 시뮬레이터에 의한 제어기의 시험 상태를 나타내는 개략적인 블럭도이다.2A to 2D are respective graphs illustrating the input state of the sensor signal input to the simulator according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic block diagram showing a test state of the controller by the simulator according to the present invention.
먼저, 본 발명에 따르면 반능동형 현가장치의 제어기를 시험하기 위한 시뮬레이터 내에는 각각의 센서(2, 3, 4, 5)로부터 제어기로 입력되는 신호에 해당되는 인위적인 신호를 발생시키기 위한 신호 발생기가 내장되어 있으며, 이러한 신호 발생기로부터 발생된 신호는, 도 2A 내지 2D에 도시된 바와 같이, 시간에 때한 전압의 변동치로서 입력된다.First, according to the present invention, in the simulator for testing the controller of the semi-active suspension, a signal generator for generating an artificial signal corresponding to a signal input from each sensor (2, 3, 4, 5) to the controller is built in. The signal generated from such a signal generator is input as a change in voltage at time as shown in Figs. 2A to 2D.
먼저, 도 2A는 스티어링 각도 센서(5)에서의 조향각 신호를 나타내는 것으로, Y축의 0을 스티어링 각도의 중립 위치로 설정하여 스티어링 휘일의 좌우 조향각을 사인파 형태의 곡선으로 나타내게 된다.First, FIG. 2A illustrates a steering angle signal from the steering angle sensor 5, and the left and right steering angles of the steering wheel are represented by a sinusoidal curve by setting 0 on the Y axis to a neutral position of the steering angle.
또한, 도 2B는 차속 센서(4)에 신호를 나타내는 것으로, 시간에 따른 차속의 변화를 펄스 형태의 전압 신호로 나타내게 된다.2B shows a signal to the vehicle speed sensor 4, and the change in the vehicle speed with time is represented by a voltage signal in the form of a pulse.
도 2C는 차량의 상하 가속도를 나타내는 G 센서(2)의 신호에 해당하는 것으로, G 센서(2)가 차량의 양쪽 전륜과, 후륜의 한쪽에 설치된 상태에서 상하방향으로 진동되는 바퀴부분의 진동 가속도 신호를 나타내며, G 센서(2)가 설치되지 않은 나머지 한쪽 후륜에서의 상하 가속도는 차량이 강체 운동을 하고 있다는 가정하에서 상기 3개의 G 센서(2)에서 검출된 신호에 의하여 산출되게 된다.2C corresponds to a signal of the G sensor 2 indicating the vertical acceleration of the vehicle, and the vibration acceleration of the wheel part vibrated in the vertical direction when the G sensor 2 is installed on both front wheels and the rear wheels of the vehicle. The up and down acceleration in the other rear wheel which does not have the G sensor 2 installed is calculated by the signals detected by the three G sensors 2 under the assumption that the vehicle is in rigid motion.
다음으로, 도 2D는 브레이크 센서(3)에서 발생되는 신호에 해당하는 것으로, 본 발명의 신호 발생기에서는 브레이크의 작동을 단순히 온/오프의 형태로 표시하게 된다.Next, FIG. 2D corresponds to a signal generated by the brake sensor 3, and the signal generator of the present invention simply displays the operation of the brake in the form of on / off.
한편, 이러한 신호 발생장치로부터 발생되는 신호는 실제 차량에서 실차 실험을 수행하면서 기록된 신호를 재생시켜 사용할 수도 있으며, 이와 같이, 각 센서(2, 3, 4, 5)에서 발생되는 신호에 대응하는 신호는 시뮬레이터에서 실제 차량의 작동상태와 동일하게 재생되게 된다.On the other hand, the signal generated from the signal generator may be used to reproduce the recorded signal while performing the actual vehicle experiment in the actual vehicle, as described above, corresponding to the signal generated by each sensor (2, 3, 4, 5) The signal is reproduced in the simulator in the same manner as the actual vehicle operating state.
도 3은 본 발명에 따른 시뮬레이터에 의한 제어기의 시험 상태를 나타내는 개략적인 블록도로서, 본 발명에 따르면, 주로 컴퓨터로 구성되는 시뮬레이터(8)에 현재 개발 중인 반능동형 현가장치의 제어기(9)를 연결시킨 상태에서 시뮬레이터(8)의 내부에 장착된 신호 발생기가 각각의 센서(2, 3, 4, 5)에서 제어기(9)에 입력되는 신호에 해당되는 차속, 조향 각도, 브레이크 작동 유무 및 차량의 상하방향 가속도 신호를 발생시키게 된다. 이에 따라, 상기 반능동형 현가장치의 제어기(9)에는 실제차량에 장착된 상태에서와 똑같은 상황이 설정되어, 다단 댐퍼(1)의 단 수를 제어하기 위한 신호를 스텝 모터(7)에 제공하게 된다.Fig. 3 is a schematic block diagram showing a test state of a controller by a simulator according to the present invention. According to the present invention, a controller 9 of a semi-active suspension currently under development in a simulator 8 mainly composed of a computer is shown. In the connected state, a signal generator mounted inside the simulator 8 corresponds to a signal input to the controller 9 from each sensor 2, 3, 4, 5, and the vehicle speed, steering angle, brake operation, and vehicle Generates an up-down acceleration signal of. Accordingly, the same situation is set in the controller 9 of the semi-active suspension as in the state of being mounted on the actual vehicle, so as to provide the step motor 7 with a signal for controlling the number of stages of the multi-stage damper 1. do.
따라서, 상기 제어기(9)의 개발자는 이러한 제어기(9)의 신호를 검출하여 분석하므로써, 실차에 장착된 상태에서와 같은 제어 데이터를 얻을 수 있게 된다.Therefore, the developer of the controller 9 can obtain the same control data as in the mounted state of the vehicle by detecting and analyzing the signal of the controller 9.
이상 상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 반능동형 현가장치의 제어기 개발용 시뮬레이터에 의하며, 실차를 대신하여 컴퓨터로 이루어진 시뮬레이터를 통하여 개발중인 제어기의 성능을 평가할 수 있도록 되므로써 실차를 사용함에 따른 위험 부담을 피할 수 있을 뿐만 아니라 실차에서는 실행이 어려운 여러 가지 상황을 임의적으로 재현할 수 있게 되므로써 실험 경비의 절감과 제어기의 개발기간을 단축시킬 수 있게 되는 효과가 있다.As described above, the controller for developing the semi-active suspension according to the present invention is developed, and it is possible to evaluate the performance of the controller under development through a computer-made simulator instead of the actual vehicle, thereby reducing the risk of using the actual vehicle. Not only can it be avoided, but it is also possible to arbitrarily reproduce various situations that are difficult to carry out in a real vehicle, thereby reducing the experiment cost and shortening the development time of the controller.
한편, 본 발명은 상술된 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiment, and any person having ordinary skill in the art to which the invention belongs without departing from the gist of the invention claimed in the claims, various changes Would be possible.
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