KR20030006613A

KR20030006613A - 차량의 반능동 현가장치의 제어방법

Info

Publication number: KR20030006613A
Application number: KR1020010042451A
Authority: KR
Inventors: 김학균
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2003-01-23

Abstract

본 발명은 차량의 반능동 현가장치의 제어방법에 관한 것으로서, 안티 롤 제어 로직에서 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 차량에서 전체 시스템의 응답 즉, 조향입력으로부터 차량거동이 발생하기까지 조향조작이 이루어지는 차량특성, 타이어, 댐퍼의 감쇠력 등의 조건에 따라 다르기 때문에 발생되는 실제 롤속도와 위상차이가 발생하는 부분을

Description

차량의 반능동 현가장치의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING SEMI-ACTICVE SUSPENSION OF A VEHICLE}

본 발명은 차량의 반능동 현가장치의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안티 롤 제어 로직에서 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 차량에서의 롤속도와 위상차이가 발생하는 부분을 위상지연필터를 통해 튜닝 가능하도록 설계하여 모든 상황에서 가장 이상적인 롤제어를 수행할 수 있도록 한 차량의 반능동 현가장치의 제어방법에 관한 것이다.

차량의 현가장치는 차축과 차체를 연결하며 주행할 때 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 하여 차체나 하물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이다. 노면에서 받는 충격을 완화하는 섀시스프링과, 섀시 스프링의 자유진동을 억제하여 승차감을 좋게 하는 쇽 업소버 및 자동차가 옆으로 흔들리는 것을 방지하는 스테이빌라이져 등으로 구성되어 있다.

그리고 현가장치는 구동 바퀴에 발생하는 구동력이나 제동할 때에 각 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회할 때의 원심력에도 견디고 각 바퀴를 차체에 대해 바른 위치로 지지하는 역할도 해야 한다.

그런데 위와 같은 현가장치의 특성은 보통 주행시는 승차감을 향상시키기 위해 부드러워야 하고, 고속주행시에는 주행안정성을 확보하기 위해 딱딱해야한다. 또한 주행중 노면의 상태에 따라 발생되는 모든 충격을 흡수하여 차체의 진동을 최소화할 수 있어야 한다. 그러나 현재 사용되고 있는 기계식 현가장치는 스프링상수, 쇽업소버의 감쇠력 등이 일정값으로 고정되어 있어 상반된 요구를 동시에 만족시킬 수 없다는 문제점이 있다.

그래서 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 스프링과 댐퍼 대신에 공기압이나 유압으로 작동하는 액튜에이터를 사용하고, 각종 센서로부터 자동차와 노면의 상태를 감지하고, 컴퓨터에 의하여 스프링상수, 쇽업소버의 감쇠력 그리고 공기나 유공압 스프링의 회로압력 등을 가변시켜 차고를 제어하거나 차체의 자세를 제어하여 주행안정성과 승차감을 동시에 향상시키는 것을 목적으로 통상의 스프링과 댐퍼를 갖추고 스프링 레이트나 댐퍼의 감쇠력을 가변시켜 제어하는 반능동 현가장치와, 공기나 가스를 스프링으로 사용하는 저주파 능동 현가장치 등 여러 가지 타입이 있고, 유압 실린더와 서보만으로 작용하는 능동 현가장치가 있다.

도1은 전자제어 현가장치중 종래의 반능동 현가장치의 블록구성도를 도시하였다.

여기에 도시된 바와 같이 차체의 상하진동 가속도를 측정하기 위한 가속도센서(10)와, 조향휠의 회전각을 측정하여 차체의 롤링을 판정하기 위한 조향각센서(20)와, 차량의 속도를 측정하기 위한 차속센서(30)와, 가속도센서(10)와 조향각센서(20)와 차속센서(30)의 값을 입력받아 차량의 현가특성을 결정하는 제어부(40)와, 제어부(40)의 판정에 따라 쇽업소버(60)내의 회전밸브(62)를 조절하는 스텝모터(50)로 이루어진다

도2는 도 1의 쇽업소버(60)를 나타낸 단면도로써 피스톤로드(68)를 중공으로 형성하여 그 내부에 컨트롤로드(61)를 설치하고 컨트롤로드(61)와 일체로 회전밸브(62)를 설치한다. 그리고 컨트롤로드(61)에는 좌우로 일정각도 회전시키는 스텝모터(50)가 연결된다.

상기와 같이 이루어진 반능동 현가장치의 작동을 설명하면 다음과 같다. 각종 센서에 의해 차량의 상하진동이나 좌우롤링 등을 측정하여 바운싱을 감쇠시키거나 롤링을 줄이기 위해 스텝모터(50)를 작동시켜 컨트롤로드(61)를 회전시켜 쇽업소버(60)의 감쇠력을 조절함으로써 스프링의 자유진동을 제어하게 된다.

도2의 (가)에 도시된 바와 같이 스텝모터(50)를 작동시켜 컨트롤로드(61)를 회전시키면 회전밸브(62)를 통해 상/하압력실(66)(67)이 서로 연결된다. 따라서 회전밸브(62)가 오리피스(63)를 막지 않기 때문에 동작유체는 오리피스(63)와 피스톤밸브(64)를 통해 흐르게 되어 쇽업소버(60)의 감쇠력은 상대적으로 감소하여 부드럽게 된다.

또한, 도2의 (나)에 도시된 바와 같이 스텝모터(50)를 작동시켜 컨트롤로드(61)를 회전시키면 회전밸브(62)가 상/하압력실(66)(67)을 서로 차단한다. 따라서 회전밸브(62)가 오리피스(63)를 폐쇄하므로 상/하압력실(66)(67) 간의 유체유동은 단지 피스톤밸브(64)에 의해서 이루어지기 때문에 쇽업소버(60)의 감쇠력은 상대적으로 증가하여 딱딱하게 된다.

위와 같이 오리피스(63)를 회전밸브(62)에 의해 폐쇄하거나 개방시킴으로써 쇽업소버(60)의 감쇠력을 조절함으로써 노면의 특성이나 주행특성에 따라 현가특성을 조절할 수 있게 된다.

이렇게 가속도센서, 조향각센서, 차속센서 등의 값과 그밖에 브레이크, TPS 등의 조작신호를 받아들여 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 장치로써 반능동 현가장치가 있다.

본 출원인은 승차감 제어로직(Ride Control Logic)과 차속 감응 제어로직(Speed Dependent Control Logic), 안티 롤 제어 로직(Anti-Roll Control Logic), 안티 다이브 제어로직(Anti-Dive Control Logic), 안티 스쿼트 제어로직(Anti-Squat Control Logic) 등을 이용한 반능동 현가장치로 특허출원 98-45753호(1998. 10. 29) "전자제어 현가장치"와, 특허출원 99-4720호(1999. 2. 10) "전자제어 현가장치"와, 특허출원 99-4721호(1999. 2. 10) "전자제어 현가장치"를 출원한 바 있다.

위와 같이 이미 출원된 내용을 참조할 때 안티 롤 제어 로직은 차량 조향시에 댐퍼의 감쇠력을 높임으로서 차량의 롤 운동을 억제하기 위한 것으로서 조향각센서로부터 운전자의 조향입력을 감지하고 차체 거동의 과도 영역을 제어한다.

조향각센서로부터의 신호를 처리하여 조향각속도를 구하고 차속을 고려하여 횡가속도의 변화량과 롤값을 구하게 된다.

따라서, 댐퍼의 감쇠력은 상하 수직속도에 대한 함수이므로 롤값에는 롤속도에 대한 정보가 포함되어야 한다. 그리고, 롤각을 나타내는 psi는 횡가속도(a_y)에 비례하며, 횡가속도(a_y)는 조향각변위와 차속으로부터 구할 수 있다. 또한, 롤속도인 psi의 미분값은 횡가속도의 변화량으로부터 구해지므로 조향각속도를 검출하여 롤값을 계산할 수 있게 된다.

도 3은 일반적인 차량의 반능동 현가장치의 제어장치의 안티 롤 제어로직을 나타낸 블록구성도이다.

여기에 도시된 바와 같이 조향각센서(20)로부터 입력받은 신호를 조향각속도를 계산하는 조향각속도 계산부(70)와, 조향각속도 계산부(70)로부터 출력된 값과 차속센서(30)의 출력값을 입력받아 롤값을 계산하여 출력하는 롤값 계산부(80)로 이루어진다.

여기에서 조향각센서(20)로부터 입력받은 조향입력각에 대한 차륜의 움직임의 비율을 조향율 i_s로 표시한다.

: 조향율: 조향휠각율(rad/sec)

l : 휠베이스 V : 차량속도 (m/sec)

: 특성속도

수학식 1에서 계산되는 단위는 MKS와 radian을 사용하며, 반시계 방향의 조향 입력을 양(+)의 부호로 한다. 실제 시스템에서는 조향 입력에 대한 횡가속도 출력이 1차 지연을 갖는다. 그러므로 수학식 1로부터 계산된 횡가속도 신호를 수학식 2를 이용하여 저주파 필터링한다.

이와 같이 저주파 필터링을 한 후 롤값은 다음과 같이 제 1롤값(S_roll1)과 제2롤값(S_roll2)으로 나누어 계산한다.

먼저, 제 1롤값(S_roll1)은 조향각 입력으로 받아들여진 신호를 미분하여 이를 차속과 함께 수학식 1을 사용하여 횡가속도의 변화량을 계산한다. 그런다음 이 신호를 수학식 2의 필터를 통하여 저주파 필터링을 수행하고 수학식 3과 같이 제 1롤값(S_roll1)을 계산한다.

다음으로 제 2롤값(S_roll2)은 수학식 1을 통하여 계산된 신호인 횡가속도의 변화량에 절대값을 취하고 이를 수학식 4의 필터를 통과시켜 게인(gain ; K_roll2)인 을 곱하여 수학식 5와 같이 제 2롤값(S_roll2)을 계산한다.

그런다음, 수학식 6과 같이 제 1롤값(S_roll1)은 부호(posneg)에 곱하여져 차체수직속도(v_i)와 더해지며, 제 2롤값(S_roll2)는 세이프값(S_safe)에 더해진다.

여기에서의 첨자 i는 네 개의 차륜을 의미하며, 부호(posneg)는 차량의 좌우륜에 따른 부호를 의미하는 것으로써 FL = 1, FR = -1, RL = 1, RR = -1을 가리킨다.

위와 같은 방법으로 롤값을 산출하여 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 제어방법에서는 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 롤속도(Roll rate)와의 위상을 같게 하기 위하여 수학식 2를 이용하여 1차 지연필터링을 수행하였다.

그러나, 실제 차량에서는 전체 시스템의 응답 즉, 조향입력으로부터 차량거동이 발생하기까지 조향조작이 이루어지는 차량특성, 타이어, 댐퍼의 감쇠력 등의 조건에 따라 다르기 때문에, 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 롤속도(roll rate)와 위상차이가 발생하여 적절한 롤제어를 수행할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 안티 롤 제어 로직에서 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 차량에서의 롤속도와 위상차이가 발생하는 부분을 위상지연필터를 통해 튜닝 가능하도록 설계하여 모든 상황에서 가장 이상적인 롤제어를 수행할 수 있도록 한 차량의 반능동 현가장치의 제어방법을 제공함에 있다.

도1은 일반적인 차량의 반능동 현가장치를 나타낸 블록구성도이다.

도2는 일반적인 차량의 반능동 현가장치의 작동을 설명하기 위해 쇽업소버의 단면을 나타낸 작동도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 가속도센서 20 : 조향각센서

30 : 차속센서 40 : 제어부

50 : 스텝모터 60 : 쇽업소버

70 : 조향각속도 계산부 80 : 롤값 계산부

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 안티 롤 제어에 의한 반능동 현가장치의 제어방법에 있어서, 횡가속도의 변화량과 실제 차량에서의 롤속도와 위상차이를 다음식에 의한 위상지연필터를 통해 튜닝할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

위와 같이 이루어진 본 발명은 안티 롤 제어 로직에서 계산된 횡가속도의 변화량이 실제 차량에서 전체 시스템의 응답 즉, 조향입력으로부터 차량거동이 발생하기까지 조향조작이 이루어지는 차량특성, 타이어, 댐퍼의 감쇠력 등의 조건에 따라 다르기 때문에, 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 롤속도와 위상차이가 발생하는 부분은 실제 롤속도값(D_roll)을 증감시켜 튜닝함으로써 실제 차량 주행상태에서 발생하는 각 조건에 대하여 가장 적절한 롤 제어를 수행할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 3에서와 같이 조향각센서(20)로부터 입력받은 조향입력각에 대한 차륜의 움직임의 비율을 조향율 i_s로 표시한다.

: 조향율: 조향휠각율(rad/sec)

l : 휠베이스 V : 차량속도 (m/sec)

: 특성속도

수학식 7에서 계산되는 단위는 MKS와 radian을 사용하며, 반시계 방향의 조향 입력을 양(+)의 부호로 한다. 실제 시스템에서는 조향 입력에 대한 횡가속도 출력이 1차 지연을 갖는다. 그러므로 수학식 1로부터 계산된 횡가속도 신호를 수학식 8를 이용하여 저주파 필터링한다.

이와 같이 저주파 필터링을 한 후 롤값은 다음과 같이 제 1롤값(S_roll1)과 제 2롤값(S_roll2)으로 나누어 계산한다.

먼저, 제 1롤값(S_roll1)은 조향각 입력으로 받아들여진 신호를 미분하여 이를 차속과 함께 수학식 7을 사용하여 횡가속도의 변화량을 계산한다. 그런다음 이 신호를 수학식 8의 필터를 통하여 저주파 필터링을 수행하고 수학식 9과 같이 제 1롤값(S_roll1)을 계산한다.

다음으로 제 2롤값(S_roll2)은 수학식 7을 통하여 계산된 신호인 횡가속도의 변화량에 절대값을 취하고 이를 수학식 10의 필터를 통과시켜 게인(gain ; K_roll2)인 을 곱하여 수학식 11과 같이 제 2롤값(S_roll2)을 계산한다.

그런다음, 수학식 12과 같이 제 1롤값(S_roll1)은 부호(posneg)에 곱하여져 차체수직속도(v_i)와 더해지며, 제 2롤값(S_roll2)는 세이프값(S_safe)에 더해진다.

위와 같은 방법으로 롤값을 산출하여 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 제어방법에서는 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 롤속도(Roll rate)와의 위상을 같게 하기 위하여 수학식 8를 이용하여 1차 지연필터링을 수행하였다.

따라서, 수학식 8의 1차 지연필터에서 실제 롤속도값(Droll)을 증가시키고 감소시킴에 따라서 위상지연이 조절된다. 실제로 이 필터를 디지털로 프로그래밍하기 위해서는 수학식 13과 같이 Z-트랜스폼의 형태로 나타내 주어야 한다.

그러나 Z-트랜스폼의 수행에 있어서는 로직이 수행되는 샘플링 시간에 대한 정보가 필요하기 때문에 본 실시예에서는 샘플링 시간을 7msec로 설정하였을 때의 예제만을 명시하여 수학식 13에 나타내었다.

이와 같이 안티 롤 제어에 의한 반능동 현가장치의 제어방법에서 계산된 횡가속도의 변화량이 실제 차량에서 전체 시스템의 응답 즉, 조향입력으로부터 차량거동이 발생하기까지 조향조작이 이루어지는 차량특성, 타이어, 댐퍼의 감쇠력 등의 조건에 따라 다르기 때문에, 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 롤속도와 위상차이가 발생하는 부분은 실제 롤속도값(D_roll)을 증감시켜 튜닝함으로써 실제 차량 주행상태에서 발생하는 각 조건에 대하여 가장 적절한 롤 제어를 수행할 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 안티 롤 제어에 의한 반능동 현가장치의 제어방법에서 계산된 횡가속도의 변화량과 실제 롤속도와 위상차이가 발생하는 부분을 위상지연필터를 통해 튜닝함으로써 실제 차량 주행상태에서 발생하는 각 조건에 대하여 가장 적절한 롤 제어를 수행할 수 있는 이점이 있다.

Claims

안티 롤 제어에 의한 반능동 현가장치의 제어방법에 있어서,

횡가속도의 변화량과 실제 차량에서의 롤속도와 위상차이를 수학식 1에 의한 위상지연필터를 통해 튜닝할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반능동 현가장치의 제어방법.

(수학식 1)
제 1항에 있어서, 상기 위상지연필터는 수학식 2와 같이 7msec의 샘플링시간의 Z-트랜스폼의 형태로 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는 반능동 현가장치의 제어방법.

(수학식 2)