KR20030097108A

KR20030097108A - 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치

Info

Publication number: KR20030097108A
Application number: KR1020020034276A
Authority: KR
Inventors: 전재환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2003-12-31
Also published as: KR100476201B1

Abstract

본 발명은 드라이빙 시뮬레이터를 운전하는 운전자에게 보다 현실감 있는 주행환경을 제공하여 시뮬레이션 시 몰입감을 향상시키고 시뮬레이터의 성능을 개선할 수 있는 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 실제 차량을 사용하여 수행하는 각종 시험을 시뮬레이터 상에서 수행할 수 있는 드라이빙 시뮬레이터에 있어서, 실제 도로에서 측정된 차량의 주행상태에 관한 데이터를 입력하는 진동 입력부와; 상기 진동 입력부를 통해 입력된 데이터를 분석하여 해당되는 진동 제어신호를 발생하는 진동 제어부와; 상기 드라이빙 시뮬레이터를 구성하는 운동 플랫폼과 시뮬레이션 대상 차량 사이의 연결부에 장착되며, 상기 진동 제어부로부터 공급되는 진동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 실제 차량의 주행시 발생하는 잔 진동을 제공하는 진동 구동부를 포함하여 구성한다.

Description

드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치{VIBRATION CONTROLLING DEVICE OF DRIVING SIMULATOR}

본 발명은 차량 성능 시험에 관한 시뮬레이터에 관한 것으로서, 특히 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치에 관한 것이다.

통상적으로, 드라이빙 시뮬레이터는 차량 운전 모사장치로서 실제 차량을 사용하여 수행하는 각종 시험을 시뮬레이터 상에서 수행할 수 있는 장비이다.

따라서 시험하는 운전자가 실제 차량을 탄 상태와 유사한 느낌을 주는 것이 무엇보다 중요하다.

도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 드라이빙 시뮬레이션 방법을 설명한다.

먼저, 운전자가 운동 시스템(130) 위에 있는 차량(100)에 앉아서 실제 차량을 운전하듯 운전을 하면, 운전자가 조작하는 각종 신호(예를 들면, 가속 페달, 브레이크 페달, 시동키, 기어단수, 조향 휠 등의 조작에 따른 신호)를 각각의 센서를 통해 입력받는다.

이렇게 입력받은 신호는 도 1에 도시된 ①을 통하여 제어력 로딩 시스템 (110)(Control Force Loading System)에 전달되고 여기서 각종 신호처리를 하여 ②를 통하여 차량 동역학 시스템(120)으로 전달한다.

차량 동역학 시스템(120)에서는 미리 내장된 차량의 수학적인 모델 및 실시간 시뮬레이션 모델을 통하여 차량(100)의 상태를 실시간으로 계산한다.

계산된 결과는 네트워크로 다른 모든 시스템으로 전달하고, 마찬가지로 ②를 통하여 제어력 로딩 시스템(110)으로 역으로 전달한다.

결국, 차량(100)의 크래쉬 패드에 차량(100)의 속도나 엔진 회전수(RPM)등 운전자가 필요한 정보를 실시간으로 나타나게 한다.

한편, ④를 통하여 차량(100)의 상태를 전달받은 운동 시스템(130)에서는 역운동학(Inverse Kinematics)과 유실(Washout) 알고리즘 등을 통하여 실제 차량의 거동 상태를 나타내기 위해 운동 플랫폼(132)이 어떻게 움직여야 하는지를 계산한다.

계산된 결과를 사용하여 ⑧을 통하여 운동 플랫폼(132)을 움직여 주면 차량(100)에 타고 있는 운전자는 실제 차량에서 느끼는 롤 피치 움직임(Roll Pitch Heave)등 모든 운동을 느끼게 된다.

역으로 ⑧을 통하여 운동 플랫폼(132)의 위치를 운동 시스템(130)에서 전달받아 각종 계산하는데 사용한다.

한편, ⑤를 통하여 차량(100)의 상태를 전달받은 청각 시스템(140)에서는 차량(100)과 관계된 각종 소리(소음포함)를 재현한다.

즉, 차량(100)의 시동음과 주행음 그리고 교행하는 차량이 있는 경우 교행음 등 모든 소리를 ⑨를 통하여 스피커(142)로 재현시키므로 운전자는 실제 차량을 타고 주행하는 듯한 느낌을 같게 된다.

마찬가지로 ⑥을 통하여 차량(100)의 각종 상태를 전달받은 시각 시스템(150)에서는 가상현실(Virtual Reality) 기술을 사용하여 운전자가 현재 주행하고 있는 모든 환경(도로, 건물, 나무, 교행 차량 등)을 재현한다.

즉, ⑩을 통하여 이미지 제너레이터(152)로 현재 차량이 위치한 도로나 건물 차선 등의 위치데이터를 전달하면 이미지 제너레이터(152)는 전방 스크린(154)에 앞으로 주행할 화면을 재생하고, 후방 스크린(156)을 운전자가 룸미러나 사이드 미러를 통하여 후방 시야를 볼 수 있도록 후방 화면을 재현한다.

운전자가 이 화면을 보면 실제 주행환경처럼 느껴지므로 아무런 불편 없이 실제 차량을 타고 도로를 주행하는 듯이 주행할 수 있다.

모니터링 시스템(160)은 상기 시스템의 모든 신호를 ⑦을 통해 전달받아 모든 시스템을 관측 및 제어하는 역할을 수행한다.

즉, 모니터링 시스템(160)은 차량(100)의 상태를 감시하거나, 차량(100)의 위치 및 운전자가 조작하는 모든 것을 감시 혹은 데이터로 저장하는 역할을 수행하며, 각종 신호처리의 전처리/후처리기로 사용된다.

일반적인 시뮬레이터에서의 운동 플랫폼(132)과 차량(100)과의 연결은 도 1에 도시된 바와 같다.

이때 차량(100)에 부착되어 있는 타이어를 떼어낸 다음, 운동 플랫폼(132)의 상판과 차량(100)의 아래쪽과 직접 브래킷을 사용하여 체결한다.

특히 차량(100) 하부의 사이드 멤버 혹은 차량(100)의 서브 프레임이 장착되는 자리가 주로 이용된다.

이러한 방법으로 시뮬레이터를 구동할 때 발생할 수 있는 문제점 중의 하나는 실제 차량을 타고 실제 도로를 주행할 때 발생하는 고주파수 진동을 제대로 표현하지 못하는 점이다.

즉, 일반적으로 시뮬레이터에서 사용되는 운동 플랫폼(132)은 최대 1g정도까지 가속도를 표현할 수 있다.

또한 최대 표현 가능한 1g를 사용하여 시뮬레이션시 운동 플랫폼(132)을 구동하게 되면 시뮬레이터의 내구성이 저하된다.

뿐만 아니라, 운동 플랫폼(132)에 연결된 차량 전체가 떨리게 되므로 오히려 시뮬레이터의 성능 및 몰입감이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 드라이빙 시뮬레이터를 운전하는 운전자에게 보다 현실감 있는 주행환경을 제공하여 시뮬레이션 시 몰입감을 향상시키고 시뮬레이터의 성능을 개선할 수 있는 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 드라이빙 시뮬레이터의 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치 구성을 도시한 도면.

도 3은 도 2에 도시된 진동 구동부의 장착 위치를 도시한 도면.

도 4는 도 2에 도시된 진동 구동부의 구성을 도시한 도면.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실제 차량을 사용하여 수행하는 각종 시험을 시뮬레이터 상에서 수행할 수 있는 드라이빙 시뮬레이터에 있어서, 실제 도로에서 측정된 차량의 주행상태에 관한 데이터를 입력하는 진동 입력부와; 상기 진동 입력부를 통해 입력된 데이터를 분석하여 해당되는 진동 제어신호를 발생하는 진동 제어부와; 상기 드라이빙 시뮬레이터를 구성하는 운동 플랫폼과 시뮬레이션 대상 차량 사이의 연결부에 장착되며, 상기 진동 제어부로부터 공급되는 진동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 실제 차량의 주행시 발생하는 잔 진동을 제공하는 진동 구동부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치 구성 및 제어동작을 설명한다.

참고적으로, 도 3은 도 2에 도시된 진동 구동부(230)의 장착 위치를 도시한 것이며, 도 4는 도 2에 도시된 진동 구동부(230)의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예는 실제 차량을 사용하여 수행하는 각종 시험을 시뮬레이터상에서 수행할 수 있는 드라이빙 시뮬레이터에 있어서, 진동 입력부(210), 진동 제어부(220), 진동 구동부(230)를 포함한다.

진동 입력부(210)는 실제 도로에서 측정된 차량의 주행상태에 관한 데이터를 입력하는 부분이다.

예를 들면, 진동 입력부(210)는 차량의 차속을 검출하는 차속 센서, 조향 휠의 회전상태를 검출하는 조향각 검출 센서, 노면의 거칠기 상태를 측정하는 노면 검출 센서 등을 나타낸다.

진동 제어부(220)는 진동 입력부(210)를 통해 입력된 데이터를 분석하여 해당되는 진동 제어신호를 발생하는 기능을 한다.

즉, 진동 제어부(220)를 통해 진동 구동부(230)를 구동하기 위해서는 실제 도로에서 측정한 데이터를 사용하여 제어하여야 한다.

또한, 도 2와 도 3의 운동 플랫폼(202)과는 별도로 제어한다.

특히, 진동 제어부(220)를 통해 진동 구동부(230)를 제어함에 있어서, 진동 입력부(210)로 입력되는 데이터 가운데 차량의 속도에 따라 진동 구동부(230)의 제어 상태가 달라져야 하며, 또한 시각 시스템의 노면의 상태에 따라서도 달라져야 함에 유의해야 한다.

진동 구동부(230)는 도 2(도 2의 A, B부분)와 도 3에 도시된 바와 같이 드라이빙 시뮬레이터를 구성하는 운동 플랫폼(202)과 시뮬레이션 대상 차량(200) 사이의 연결부에 장착된다.

여기서, 차량(200)과 운동 플랫폼(202) 상판과의 연결은 기존의 방법대로 브래킷을 이용할 수 있다.

이때 주로 사이드 멤버 측과 체결한다.

진동 구동부(230)는 진동 제어부(220)로부터 공급되는 진동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 실제 차량의 주행시 발생하는 잔 진동을 제공하는 기능을 한다.

도 3과 도 4를 참조하여 진동 구동부(230)의 구성 및 장착 위치를 상세히 설명한다.

먼저, 도 3에서 참조 번호(310)는 차량(200)의 타이어가 장착되는 펜더 (Fender) 부분을 나타내며, 참조 번호(320)는 일반적으로 현가장치가 차체에 장착되는 부분을 나타낸다.

상기한 바와 같이 기존의 방법대로 차량(200)을 운동 플랫폼(202)과 연결하되, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 진동 구동부(230)를 장착한다.

진동 구동부(230)는 차량(200)의 앞쪽 2부분 뒤쪽 2부분 총 4개가 설치된다.

진동 구동부(230)는 현가장치를 차체에 마운팅 하는 부분에 장착되어 차량(200)의 잔 진동을 유발시킨다.

즉, 차량(200)의 차체는 강체가 아니라 플랙시블(Flexible)하기 때문에 진동 구동부(230)를 구동하면 차량(200)의 잔 진동이 유발된다.

이러한 진동 구동부(230)는 약 50Hz까지 가진동이 가능한 전동식 엑츄에이터를 사용할 수 있다.

즉, 진동 구동부(230)는 도 4에 도시된 바와 같이 모터(232), 진동부(234), 가이드(236)를 포함하여 구성하는 전동식 엑츄에이터를 사용한다.

모터(232)는 진동 제어부(220)로부터 공급되는 진동 제어신호의 입력에 따라 구동된다.

진동부(234)는 모터(232)의 구동에 따라 설정 방향으로 진동하며, 발생된 진동을 시뮬레이션 차량(200)의 차체에 전달한다.

가이드(236)는 진동부(234)의 움직임을 안내하는 기능을 한다.

참고적으로 드라이빙 시뮬레이터에 사용되는 기존의 운동 플랫폼은 수 Hz만의 진동을 유발시킨다.

즉, 차량(200)의 차체 거동만을 주로 표현하며, 그 범위는 수 Hz(약 5Hz)만의 움직임을 표현한다.

따라서 실제 차량의 주행시 노면의 거칠기 등에 의해 발생되는 잔 진동은 재현할 수 없다.

그러므로, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 진동 구동부(230)를 장착하여 실제 차량에서 발생하는 잔 진동을 약 50Hz 까지 재현한다.

이때 진동 구동부(230)의 진동부(234) 스트로크는 차량(200)의 잔 진동만을 유발할 목적이므로 수 mm면 충분하다.

이렇게 하면, 기존의 운동 플랫폼을 사용하여 차량(200)의 글로벌(Global)한 운동(~5Hz)을 표현하고, 실제 차량의 주행시 발생하는 잔 진동(~50Hz)을 진동 구동부(230)를 통해 표현하면, 운전자는 실제 차량을 타고 주행하는 느낌을 가지게 되어 시뮬레이션 시 몰입감이 향상되게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 일반적인 드라이빙 시뮬레이터에 진동구동부(230) 및 이를 제어하기 위한 제어장치를 구성하여 운전자에게 보다 현실감 있는 주행환경을 제공함으로써 드라이빙 시뮬레이션 시 몰입감을 향상시키고, 시뮬레이터의 성능을 개선한 것이다.

즉, 차량(200)과 운동 플랫폼(202) 사이를 기존 방식대로 브래킷을 사용하여 체결한 후, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 진동 구동부(230)를 구성하면 기존의 시뮬레이터의 성능을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치는 일반적인 드라이빙 시뮬레이터에 추가적인 진동 구동부를 장착하여 운전자에게 보다 현실감 있는 주행환경을 제공하여 시뮬레이션 시 몰입감을 향상시키고, 시뮬레이터의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

실제 차량을 사용하여 수행하는 각종 시험을 시뮬레이터 상에서 수행할 수 있는 드라이빙 시뮬레이터에 있어서,

실제 도로에서 측정된 차량의 주행상태에 관한 데이터를 입력하는 진동 입력부와;

상기 진동 입력부를 통해 입력된 데이터를 분석하여 해당되는 진동 제어신호를 발생하는 진동 제어부와;

상기 드라이빙 시뮬레이터를 구성하는 운동 플랫폼과 시뮬레이션 대상 차량 사이의 연결부에 장착되며, 상기 진동 제어부로부터 공급되는 진동 제어신호의 입력에 따라 구동되어 실제 차량의 주행시 발생하는 잔 진동을 제공하는 진동 구동부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 진동 구동부는

상기 진동 제어부로부터 공급되는 진동 제어신호의 입력에 따라 구동되는 모터와;

상기 모터의 구동에 따라 설정 방향으로 진동하며, 발생된 진동을 상기 시뮬레이션 차량의 차체에 전달하는 진동부와;

상기 진동부의 움직임을 안내하는 가이드를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 드라이빙 시뮬레이터의 진동 제어장치.