KR20080093260A - 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법에 관한 것으로, AGCS(Active Geometry Control System)를 이용하여 크게 일반 운전 조건(Normal Handling) 모드에서의 범프 토우 인(Bump Toe In)제어와, 후륜 현가 장치의 범프 토우 인 제어만으로는 차량 거동을 완전하게 제어하기 어려운 심한 운전조건(Severe Handling)모드로 구분되어 실행됨에 따라, 섀시 통합 안전시스템(CDC)를 이용하지 않고서도 섀시 통합 안전시스템(CDC)과 같은 차량 거동 제어를 구현할 수 있는 특징이 있게 된다.

Description

능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법{Chassis integrated control method using active geometry control rear suspension in vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법을 구현하기 위한 구성도

도 2는 본 발명에 따른 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법을 구현하기 위한 흐름도

도 3은 본 발명에 따른 일반 운전 조건(Normal Handling) 시 토우 인(Toe-In) 제어선도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : BCU 2 : 토우 조절 장치

3 : 모터 액츄에이터 4 : 제어 레버

5 : 현가장치 6 : 래터럴 링크

7 : 캐리어

T : 차륜

본 발명은 차량의 섀시 통합제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 주행 중 노면으로부터 발생하게 되는 진동을 흡수하기 위한 수단으로 1차 적으로, 차륜을 통해 완화시킴과 더불어 차륜을 통해 전달되는 큰 진동을 완충시키는 작용을 해, 차체의 흔들림과 승차감을 좋게 하기 위한 현가 장치가 장착되어진다.

이와 더불어 이러한 현가장치는 전·후 양쪽 차륜은 차량의 주행시 조종성 및 안정성을 확보하여야 한다는 기본 조건을 만족시킬 수 있도록, 주행 상태에 따라 변하는 토우 각에 의한 갑작스러운 오버스티어(over steer, 선회시 주로 발생)의 경향 시 언더스티어(Under steer)를 용이하게 유도시켜, 직진·제동 안정성은 물론 선회 안정성도 동시에 향상시켜 주는 기능을 갖추게 된다.

이러한 예로서 AGCS(Active Geometry Control System)를 사용하는데, 이는 조향 각과 조향 각속도에 따른 토우각을 조절하여 차량의 안정성을 향상시키는 장치로서, 상기 AGCS는 전기적으로 작동되는 엑츄에이터를 이용해 리어 현가장치의 지오메트리(Geometry)를 변경하고 결과적으로 선회 시, 롤 스티어(Roll Steer)정도를 증대시켜 차량 핸들링(Handling) 성능을 대폭적으로 개선시켜주는 기능을 해주게 된다.

즉, 선회 시 리어 외륜 측의 롤 스티어(Roll Steer)량(즉, 토우 인(Toe In))을 AGCS가 작동하지 않을 때 보다 훨씬 많이 발생되도록 하여 선회시의 리어측 코너링 포스(Cornering Force)를 증가시켜, 차량 특성이 언더 스티어(Under Steer)경향이 되게끔 하여 핸들링 성능을 개선시키는 기능을 수행한다.

이에 비해, ECU로 연결되는 회로를 공유하여 섀시(Chassis)를 통합 제어하는 즉, AGCS에 비해 더 한층 진전된 전자제어 모니터링 섀시 시스템인 섀시 통합 안전시스템(CDC)은 그 구현 방식이, 차속과 횡 가속도 및 노면 조건등에 대한 정보를 입력받은 ECU가 쇽 업소버에 장착된 액츄에이터(Actuator)를 구동하게 되고, 이로 인해 상기 쇽 업소버의 프로포셔닝 밸브(Proportioning Valve)위치가 변화해 쇽 업소버를 하드(Hard)나 또는 소프트(Soft)로 댐핑(Damping) 강도를 제어하게 된다.

이때, 상기 ECU는 센서로부터 입력된 차속과 횡 가속도 및 노면조건 등을 기초로 해, 약 1/1000초 이내에 4개의 차륜(Wheel)에 장착된 쇽 업소버의 댐핑 강도를 설정해주게 된다.

그러나, 이러한 섀시 통합 안전시스템(CDC)은 보다 정밀하고 안정적인 현가 장치 제어가 이루어지는데 반해, 전체적인 시스템 구조가 복잡함과 더불어 이를 구현하기 위한 제조 비용이 고가여서 차량에 범용적으로 적용할 수 없는 한계가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 급격한 조향 시 차량거동이 계산된 데이터보다 벗어나면 브레이크 또는 엔진 구동력을 제어하여 차량거동을 제어하는 ESP(Electronic Stability Program)나 또는 VDC(Vehicle Dynamic Control)에 적용하는 정보 값을 이용하여, AGCS(Active Geometry Control System)을 통한 차륜 토우(Toe) 값을 제어함에 따라, 운전자 의도와 차량거동 상태를 종합적으로 판단해 일반적인 조건과 심한(험로 주행) 조건에서 구현되는 제어 상태를 능동적으로 구분하여 차량의 안정성과 조종성을 증대함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 섀시 통합 안전시스템(CDC)을 사용하지 않고 AGCS(Active Geometry Control System)을 이용하면서도, 섀시 통합 안전시스템(CDC)과 동일한 성능으로 차량의 거동을 제어하도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법이, 주행중인 차량의 조타와 더불어 차량 상태를 측정하는 각종 센서 신호를 입력받는 ECU로부터 정보가 BCU(Body Control Unit)로 입력되는 단계;

상기 BCU에서 범프(Bump)가 발생되는 일반 운전 조건(Normal Handling)이라고 판단되면, AGCS(Active Geometry Control System)를 이루는 토우 조절 장치의 모터 액츄에이터를 구동해, 제어 레버와 래터럴 링크 및 차륜에 장착된 캐리어를 거동시켜, 차륜을 토우 인(Toe-In)으로 해 차량 주행 성능을 안정화시키는 단계;

상기 BCU에서 범프(Bump)가 발생되지 않은 상태에서도 눈길이나 언 노면에서와 같이 차량거동이 매우 불안한 심한 운전조건(Severe Handling)이라고 판단되면, 상기 BCU는 선회각 센서를 통해 선회중인 차량의 요 율(Yaw Rate)이 설정 값을 초과했는지 여부를 판단하는 단계;

선회중인 차량의 요 율(Yaw Rate)이 설정 값을 초과한 경우 브레이크 력을 증대시켜서 차량거동을 제어함과 더불어, 엔진 구동력을 저감시켜 차량 거동을 안 정화하도록, 각 상황에 따라 언더 스티어(Under Steer)제어와 오버스티어(Over Steer)제어를 수행하는 단계;

로 구현되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 일반 운전 조건(Normal Handling)하에서 차량 선회 시 차선을 외측으로 움직이는 차량거동이 일어나는 경우 BCU는, 엔진구동력 저감 또는 후륜 내측에 브레이크 력을 증대시켜서 차량의 요 모멘트(Yaw Moment)를 선회 안쪽으로 제어하는 언더 스티어(Under Steer)제어를 수행하게 된다.

또한, 상기 일반 운전 조건(Normal Handling)하에서 차량 선회 시 차량거동이 차선을 안측으로 움직이는 차량거동이 일어나는 경우 BCU는, 전륜 외측에 브레이크 력을 증대시켜서 차량의 요 모멘트(Yaw Moment)를 선회 외측으로 제어하는 오버스티어(Over Steerr)제어를 수행하게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법을 구현하기 위한 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 섀시 통합제어를 구현하기 위해, ESP(Electronic Stability Program)나 또는 VDC(Vehicle Dynamic Control)에 적용하는 정보 값을 획득하는 BCU(1, Body Control Unit)와, 상기 BCU(1)에서 산출된 제어 신호를 통해 차륜(T)의 토우(Toe) 값을 차량의 주행과 선회 상태에 따라 제어하는 AGCS(Active Geometry Control System)로 구성되어진다.

여기서, 상기 AGCS는 통상적인 구성과 같이 토우 조절 장치(2)를 구비하는데, 이는 BCU(1)에서 제어 신호를 받아 구동되는 모터 액츄에이터(3)가 제어 레버(4)를 밀거나 당기게 되면, 상기 제어 레버(4)의 거동을 추종해 밀리거나 잡아 당겨지는 래터럴 링크(6)를 매개로 차륜(T)에 장착된 캐리어(7)를 조정하게 되고, 이러한 캐리어(7)의 조정에 따라 현가장치(5)가 갖는 토우 값이 토우 인(Toe-In)이나 또는 토우 아웃(Toe-Out)으로 변화되어진다.

이러한 본원 발명은 AGCS(Active Geometry Control System)를 이용하여 크게 일반 운전 조건(Normal Handling) 모드에서의 범프 토우 인(Bump Toe In)제어와, 후륜 현가 장치의 범프 토우 인 제어만으로는 차량 거동을 완전하게 제어하기 어려운 심한 운전조건(Severe Handling)모드로 구분되어 실행됨에 따라, 섀시 통합 안전시스템(CDC)를 이용하지 않고서도 섀시 통합 안전시스템(CDC)과 같은 차량 거동 제어를 구현할 수 있는 특징이 있게 된다.

이는, 도 2에 도시된 바와 같이 주행중인 차량의 조타와 더불어 ESP나 또는 VDC의 구현에 따라 각종 센서를 통한 정보가 입력되면, 입력된 정보를 이용해 BCU(Body Control Unit)에서 차량의 주행 조건을 판단하게 된다.

이러한 상기 BCU의 판단이 일반 운전 조건(Normal Handling)인 경우는 도 3에서와 같이 발생된 후륜 현가 장치의 범프(Bump)제어인 토우 인(Toe In) 제어를 수행하게 되는데, 이는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 BCU가 제어 신호를 보내 AGCS를 구성하는 토우 조절 장치(2)의 모터 액츄에이터(3)를 구동하면, 상기 모터 액츄에이터(3)가 제어 레버(4)를 직선 거동시켜 그 끝단에서 함께 추종되는 래터럴 링크(6)를 거동시켜 주게 된다.

이어 상기 래터럴 링크(6)의 거동에 따라 차륜(T)에 장착된 캐리어(7)도 함께 움직이게 되고, 이러한 캐리어(7)의 움직임으로 차륜(T)의 토우 값이 토우 인(Toe-In)상태로 전환되어져, 타이어의 노면에 대한 그립(Grip)력이 증대됨에 따라 차량 주행 성능이 향상되어진다.

이러한 제어 시 차량 거동에 대한 정보는 통상적으로, 차량 횡 방향 가속도센서와 선회각 센서(Yaw Rate) 및 차속과 조향(Steering) 센서 입력등을 이용하여 차량거동을 알 수 있으며, 일례로 선회 차량은 외측 차륜쪽이 범프(Bump)되면서 횡 방향 가속도가 유사하게 증가하는 비례관계를 가지므로, 이와 같은 비례 관계를 이용하여 AGCS의 제어 시 횡 방향 가속도 신호를 통하여 범프 시 토우 인을 제어함과 더불어, 선회 각 센서와 차속 및 조향 각도를 이용해 토우 인 량을 최적으로 조절하는 방식을 구현하게 된다.

또한, 상기 BCU는 차량 선회 시 차선을 외측으로 움직이는 차량거동이 일어나는 경우 언더 스티어(Under Steer)제어를 수행하는데, 이는 엔진구동력 저감 또는 후륜 내측에 브레이크 력을 증대시켜서 차량의 요 모멘트(Yaw Moment)를 선회 안쪽으로 제어하여 정상적인 차선으로 주행하도록 구현하게 된다.

그리고, 상기 BCU는 차량 선회시 차량거동이 차선을 안측으로 움직이는 차량거동이 일어나는 경우 오버스티어(Over Steerr)제어를 수행하는데, 이는 전륜 외측에 브레이크 력을 증대시켜서 차량의 요 모멘트(Yaw Moment)를 선회 외측으로 제어 하여 정상적인 차선으로 주행하도록 구현하게 된다.

그러나, 일반 운전 조건(Normal Handling)이 아닌 심한 운전조건(Severe Handling, 범프하지 않은 상태에서도 눈길이나 언 노면에서와 같이 차량거동이 매우 불안한 조건)에서는, 위와 같은 후륜 현가 장치의 범프(Bump) 토우 인(Toe In) 제어만으로는 차량 거동을 완전하게 제어하기 어렵게 되고, 이에 따라 상기 BCU는 도 2에 도시된 바와 같이 선회각 센서를 통해 선회중인 차량의 요 율(Yaw Rate)이 설정 값을 초과했는지 여부를 판단하게 된다.

이어, 요 율(Yaw Rate)이 설정 값을 초과했다고 판단되는 경우는 엔진 브레이크와 더불어 전/후륜 브레이크를 제어하는데 즉, 브레이크 력을 증대시켜서 차량거동을 제어함과 더불어 엔진 구동력을 저감시켜 차량 거동을 안정화하도록, 각 상황에 따라 언더 스티어(Under Steer)제어와 오버스티어(Over Steer)제어를 수행하게 된다.

이와 같은 제어를 위한 BCU(1)의 판단은 통상적으로 차량에 장착된 각종 센서(차량 횡 방향 가속도센서와 선회각 센서(Yaw Rate) 및 차속과 조향(Steering)센서등)를 이용해 이루어지는데, 즉 이들 센서 값을 통해 계산된 이론 값과 실제 주행중인 차량을 통한 센서의 실제 측정값간의 상관관계를 판단한 후, 심한 운전조건(Severe Handling)하에서 실제 주행 중인 차량 거동의 일탈에 대해 상기 BCU(1)는, 브레이크 력과 엔진 구동력을 적절히 제어해 차량거동을 안정적으로 제어해주게 된다.

이때, 상기 BCU(1)는 이와 같은 심한 운전조건(Severe Handling)하에서 판단 을 위해, 노면조건과 운전 조건등 제반 상황에 대한 판단기준을 설정하고, 이론적인 계산 값과 실 측정값간 상호관계를 산출하기 위한 모델링 인자와 더불어 직접적인 시험등을 통해 최적화된 로직(Logic)을 구현하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복잡하고 고 비용인 섀시 통합 안전시스템(CDC)을 이용하지 않고 AGCS(Active Geometry Control System)를 이용해, 주행 노면 조건이 범프 토우 인 제어를 수행하는 일반 운전 조건(Normal Handling)과, 눈길이나 언 노면과 같이 범프와 상관없이 거동이 불안정한 심한 운전조건(Severe Handling)에 대해 각각 최적 제어를 구현해, AGCS만으로도 섀시 통합 안전시스템(CDC)과 같은 차량 거동 제어를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 주행중인 차량의 조타와 더불어 차량 상태를 측정하는 각종 센서 신호를 입력받는 ECU로부터 정보가 BCU(Body Control Unit)로 입력되는 단계;

   상기 BCU에서 범프(Bump)가 발생되는 일반 운전 조건(Normal Handling)이라고 판단되면, AGCS(Active Geometry Control System)를 이루는 토우 조절 장치(2)의 모터 액츄에이터(3)를 구동해, 제어 레버(4)와 래터럴 링크(6) 및 차륜(T)에 장착된 캐리어(7)를 거동시켜, 차륜(T)을 토우 인(Toe-In)으로 해 차량 주행 성능을 안정화시키는 단계;

   상기 BCU에서 범프(Bump)가 발생되지 않은 상태에서도 눈길이나 언 노면에서와 같이 차량거동이 매우 불안한 심한 운전조건(Severe Handling)이라고 판단되면, 상기 BCU는 선회각 센서를 통해 선회중인 차량의 요 율(Yaw Rate)이 설정 값을 초과했는지 여부를 판단하는 단계;

   선회중인 차량의 요 율(Yaw Rate)이 설정 값을 초과한 경우 브레이크 력을 증대시켜서 차량거동을 제어함과 더불어, 엔진 구동력을 저감시켜 차량 거동을 안정화하도록, 각 상황에 따라 언더 스티어(Under Steer)제어와 오버스티어(Over Steer)제어를 수행하는 단계;

   로 구현되는 것을 특징으로 하는 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 일반 운전 조건(Normal Handling)하에서 차량 선회 시 차선을 외측으로 움직이는 차량거동이 일어나는 경우 BCU는, 엔진구동력 저감 또는 후륜 내측에 브레이크 력을 증대시켜서 차량의 요 모멘트(Yaw Moment)를 선회 안쪽으로 제어하는 언더 스티어(Under Steer)제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 일반 운전 조건(Normal Handling)하에서 차량 선회 시 차량거동이 차선을 안측으로 움직이는 차량거동이 일어나는 경우 BCU는, 전륜 외측에 브레이크 력을 증대시켜서 차량의 요 모멘트(Yaw Moment)를 선회 외측으로 제어하는 오버스티어(Over Steerr)제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 능동제어 현가 장치를 이용한 섀시 통합제어 방법.

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