KR20050018105A - 능동 현가 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동 현가 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 선회 거동 상태를 차속센서, 조향각센서, 선회거동센서(수직 G센서)를 사용하여 정확히 판별하여 차량의 조종안정성을 개선하고자 하는 능동 현가 제어 장치에 관한 것이다.

Description

능동 현가 제어 장치 { Active suspension control device }

본 발명은 능동 현가 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 선회 거동 상태를 차속센서, 조향각센서, 수직 G센서를 사용하여 정확히 판별하여 차량의 조종안정성을 개선하고자 하는 능동 현가 제어 장치에 관한 것이다.

현가장치(suspension)는 선회, 제동, 구동시 차량의 조종성 및 안정성을 확보하여야 하는 조건을 만족시키기 위해서 현가장치의 지오메트리에 의한 휠의 자세가 매우 중요한 요소로 작용하게 된다.

특히, 캠버(camber)와 토우(toe)는 차량의 직진 안정성 및 선회 안전성에 많은 영향을 미치게 되는데, 이는 차체의 롤링(rolling)과 매우 밀접한 관계를 갖고 있다.

차량 선회시 차량에는 원심력이 작용하는데, 이 힘에 조화되는 구심력(코너링 포스, cornering force)은 타이어가 옆으로 미끄러짐에 따라 발생하여 각각의 힘이 균형 잡힌 상태로 코너링하게 된다..

코너링 포스는 접지면의 마찰력이기 때문에 그 크기는 타이어에 가해지는 하중 및 타이어와 노면간의 옆으로 미끄러짐 마찰계수로 결정된다.

차량 선회시 차체는 롤링되어 외측륜은 범프되고, 내측륜은 리바운드된다.

이때 서스펜션의 형식에 따라서 좌·우륜의 토우 각과 캠버 각이 변화하여 스티어링 특성에 영향을 준다.

이러한 스티어링 특성을 개선하기 위한 능동현가장치는 공개특허공보 2003-0017668에 제기되고 있다.

도 2는 공개특허공보 2003-0017668의 차량용 현가 제어 장치의 블록 구성도이고, 도 3은 종래의 롤링 제어수단의 작동 설명을 위한 배면도이다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 스티어링 특성을 개선하기 위한 종래의 능동현가장치는 차속센서(2)와 조향각센서(4)를 이용하여 ECU를 통한 휠 얼라인먼트 조절구동부(6)를 조정함으로서 차량 선회시 차량의 조정안정성을 확보하도록 하였다.

상기 휠 얼라인먼트 조절구동부(6)는 상기 ECU의 제어신호에 따라 어퍼암과 로워암을 적극적으로 액추에이터(미도시)를 이용하여 이동시킴으로서 좌·우륜의 토우값 또는 캠버값을 각각 조절하였다.

그밖에 다른 방법으로는 맥퍼슨식 현가장치에서 차체 연결측에 있는 유압부시에 가해지는 유압량을 조절하여 휠 얼라인먼트를 조절하는 방법도 사용하고 있다.

그러나, 차속센서(2)와 조향각센서(4)만을 이용하여 차량의 현가장치의 기하학적 형상을 변경하여 차량의 조종 안정성을 개선하였기 때문에, 차량 선회시 차량의 선회 거동 상태에 따른 정확한 좌·우륜의 토우값과 캠버값을 조정하는데 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 차속센서와 조향각센서와 더불어 선회거동센서를 더 장착하여 차량의 선회 거동 상태를 이용하여 차량 상태를 정확히 판별하여 차량의 조종안정성을 개선하고자 하는 능동 현가 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 능동 현가 제어 장치는, 차량의 상태를 감지하기 위한 입력부; 상기 입력부에 의해 입력된 데이터를 분석하여 제어신호를 발생하는 제어부; 상기 제어부의 제어신호에 따라 휠의 얼라인먼트를 조절하는 출력부를 포함하여 이루어지되, 상기 입력부는, 차량의 주행속도를 측정하는 차속센서; 휠의 조향각을 측정하는 조향각센서; 차량의 선회 거동 상태를 측정하는 선회거동센서로 구성된다.

그리고, 상기 선회거동센서는 차량의 수직 가속도를 측정하는 수직G센서 또는 차량의 수직 변위를 측정하는 수직변위센서를 이용한다.

상기 선회거동센서는 차량의 전륜 좌·우측에 장착함이 바람직하다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 능동 현가 제어장치의 블록 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 입력부(100), 제어부(200), 출력부(300)로 이루어진다.

상기 입력부(100)는 차량의 상태를 감지하는 곳으로서, 차량의 주행속도를 측정하는 차속센서(110), 휠의 조향각을 측정하는 조향각센서(120), 차량의 선회 거동 상태를 측정하는 선회거동센서(130)로 구성된다.

그리고, 상기 입력부(100)의 선회거동센서(130)는 차량의 수직 가속도를 측정하는 수직G센서 또는 차량의 수직 변위를 측정하는 수직변위센서를 이용한다.

이때, 수직변위센서를 사용하지 않고 수직G센서만을 이용하여 차량의 수직가속도와 이를 적분하여 수직속도 및 수직변위를 산출할 수 있다.

상기 수직G센서란, 차체에 걸리는 가속도(G)를 검출하는 센서로서 액티브 전자 제어 서스펜션이나(ACTIVE-ECS) 앤티 록 브레이크에 사용되며 G센서는 차동 트랜스, 제어회로 등으로 구성되어 있다.

상기 수직G센서나 수직변위센서를 좌·우측 각각의 휠에 장착함으로서 선회시 내측륜과 외측륜의 변위량을 손쉽게 측정할 수 있으며, 이때 차량의 전륜 좌·우측에 장착함이 바람직하다.

그리고, 상기 제어부(200)는 상기 입력부(100)에 의해 입력된 데이터를 분석하여 그에 맞는 적절한 제어신호를 발생하고, 이를 상기 출력부(300)에 전송하는 역할을 한다.

상기 출력부(300)는 상기 제어부(200)로부터 발생된 제어신호에 따라 휠의 얼라인먼트를 적절하게 조절하는 역할을 한다.

휠 얼라인먼트를 조절하는 방법으로는 종래의 방법 즉, 액추에이터에 의한 어퍼암 또는 로워암의 적극적 이동 또는 유압부시의 유압량 조절 등을 이용하여 실행시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 능동 현가 제어 장치의 제어 방법을 살펴보면 다음과 같은 단계로 구성된다.

차량의 속도와 조향각을 측정하는 제1단계, 차량의 선회에 따른 좌·우륜의 수직가속도, 수직속도, 수직변위를 측정하는 제2단계, 상기 제1단계 및 제2단계에 의한 데이터를 분석하고 제어하는 제3단계, 차량의 휠 얼라인먼트를 조정하는 제4단계로 이루어진다.

상기 제1단계는 속도센서와 조향각센서에 의해 용이하게 측정할 수 있다.

그리고, 상기 제2단계는 수직가속도만을 측정하여 적분함으로서 수직속도와 수직변위를 산출할 수 있다.

이하에서는 차량 선회시 차량에 나타나는 현상을 중심으로 설명한다.

차량 선회시 원심력과 코너링 포스에 의해 외측륜은 범프가 일어나고 내측륜은 리바운드가 일어나고, 차체에는 롤링이 작용하여 외측륜에는 내측륜보다 많은 하중이 가해지게 된다.

그리고, 범프와 리바운드가 일어남에 따라 좌·우측륜의 토우각과 캠버각은 초기의 설정값과 각기 다른 값으로 변하게 되며, 이는 차량의 속도와 조향각도의 량에 따라서도 각기 다른 값으로 변하게 된다.

따라서, 차량의 안정성을 유지하기 위해서는 차량의 속도와 조향각만으로는 부족하고 그에 따른 선회거동에 관한 좌·우측륜의 변화에 대해서도 측정을 하여야 한다.

차량 선회시 원심력은 차량의 속도의 제곱에 비례하고, 선회반경 즉 조향각에 반비례하기 때문에 속도에 더 민감한 반응을 보인다.

즉, 차량의 속도가 저속일 경우에는 조향각이 커도 범프와 리바운드가 별로 일어나지 않기 때문에 토우값과 캠버값의 변화도 작게 일어나게 되어 안정화를 위한 토우값과 캠버값의 요구량도 작게 된다.

반면, 차량의 속도가 고속일 경우에는 조향각이 조금 변해도 범프와 리바운드의 량이 많이 변하게 되어 그에 다른 토우값과 캠버값이 많이 변하게 되고 안정화를 위한 토우값과 캠버값의 요구량도 크게 된다.

이렇게 요구되는 토우값과 캠버값의 량은 범프량과 리바운드량이 동일하여도 변화되는 토우량과 캠버량이 다르기 때문에 각기 요구되는 양도 달라진다.

예를 들어, 선회시 차량의 속도가 고속일 때에는 저속일 때보다 전륜의 외측륜은 범프량이 더 커지고 그에 따른 토우값은 토우인(toe-in)으로 변하게 되며, 전륜의 내측륜은 리바운드량이 더 커지고 그에 다른 토우값은 토우아웃(toe-out)으로 변하게 된다.

따라서, 차량은 오버스티어(over-steer)가 발생하여 차량 전복 등의 사고가 발생할 우려가 생긴다.

이를 위해서는 외측륜은 토우아웃을 요구하고, 내측륜은 토우인을 요구하게 되는데, 이때 요구되는 외측륜의 토우아웃 량과 내측륜의 토우인 량은 그 값이 동일하지 않다.

이러한 다양한 조건에 따른 토우값의 요구와 마찬가지로 캠버값도 다양한 값을 요구하게 된다.

그리고, 차속뿐만 아니라 조향각도에 따라서도 범프량과 리바운드량은 달라지기 때문에 그에 따른 다른 토우값과 캠버값을 요구하게 된다.

이는 조향각의 변화에 따라 차체에 작용하는 원심력이 달라지기 때문이다.

원심력을 input으로 놓고 그 형태별로 선회거동(좌·우측륜의 범프량과 리바운드량의 변화 등)을 살펴보면, input이 임팩트(impact)함수일 때, 즉 급회전을 할 경우 초기 과도상태에서 좌·우륜 각각은 서로 범프와 리바운드를 번갈아 가며 발생하고 그 양은 시간이 경과하여 정상상태로 이동되어 짐에 따라 점점 작아져 안정상태로 된다.

따라서 이때에는 초기 과도상태에서의 휠 얼라인먼트를 조정하여 차량 상태를 안정화시키는 것이 중요하므로, 초기 과도상태에서의 토우값과 캠버값은 범프량과 리바운드량에 따라 계속해서 변화를 시켜야 한다.

Input이 스텝(step)함수일 경우, 즉 일정한 선회반경을 갖는 코너를 돌 때 좌·우륜의 선회거동은 임팩트일 때와는 다르게 약간의 초기과도상태를 보인 후 곧바로 일정한 값에 수렴하여 시간이 경과하여도 일정한 상태를 유지하기 때문에 토우값과 캠버값이 거의 지속적으로 일정한 값을 유지하면 된다.

Input이 사인(sine)함수일 경우, 즉 지그재그로 운전을 할 경우 좌·우륜의 선회거동은 임팩트일 때와 유사하게 계속 변화하지만 시간이 경과해도 정상상태로 되지 않고 계속 선회거동을 하기 때문에 이에 맞는 좌·우륜의 휠 얼라인먼트를 계속해서 변화시켜주어야 한다.

이러한 다양한 조건에서 발생되는 데이터는 상기한 수직가속도를 측정하여 얻을 수 있고, 이는 제어부(200)에서 차량 설계시 미리 실험으로부터 설정해 놓은 데이터와 비교하여 그에 맞는 제어신호를 출력부(300)에 전송함으로서 휠 얼라인먼트를 조절할 수 있게 된다.

상술한 능동 현가 제어 장치 및 그 방법은 선회시뿐만 아니라 가속 및 제동시 전륜과 후륜에 가해지는 하중분배의 차이와 수직변위 등을 측정하여 휠 얼라인먼트를 조정함으로서 그에 따른 조정안정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명인 능동 현가 제어 장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 능동 현가 제어 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 차속센서와 조향각센서로 구성된 입력부에 선회거동센서(수직 G센서 또는 수직변위센서)를 더 장착함으로서, 차량의 선회 거동 상태를 선회거동센서의 입력 값으로 더 정확히 판별할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 차량의 상태에 따른 제어신호에 의해 휠 얼라인먼트를 조절함으로서, 선회시 차량의 조종 안전성을 개선할 수 있어 차량의 전복사고 및 중앙선 침범 등의 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 능동 현가 제어장치의 블록 구성도,

도 2는 종래의 차량용 현가 제어 장치의 블록 구성도,

도 3은 종래의 롤링 제어수단의 작동 설명을 위한 배면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 입력부, 110 : 차속센서,

120 : 조향각센서, 130 : 선회거동센서,

200 : 제어부, 300 : 출력부

Claims (4)

1. 차량의 상태를 감지하기 위한 입력부;

   상기 입력부에 의해 입력된 데이터를 분석하여 제어신호를 발생하는 제어부;

   상기 제어부의 제어신호에 따라 휠의 얼라인먼트를 조절하는 출력부를 포함하여 이루어지되,

   상기 입력부는, 차량의 주행속도를 측정하는 차속센서;

   휠의 조향각을 측정하는 조향각센서;

   차량의 선회 거동 상태를 측정하는 선회거동센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 능동 현가 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 선회거동센서는 차량의 수직 가속도를 측정하는 수직G센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 능동 현가 제어 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 선회거동센서는 차량의 수직변위를 측정하는 수직변위센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 능동 현가 제어 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 선회거동센서는 차량의 전륜 좌·우측에 장착되는 것을 특징으로 하는 능동 현가 제어 장치.