KR20080102158A - 자동차 차대의 위치를 조정하기 위한 시스템 - Google Patents

자동차 차대의 위치를 조정하기 위한 시스템 Download PDF

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클라우스 포익틀랜더
라르스 야쿠보브스키
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 제어 유닛의 구동 신호를 이용하여 세팅되는 구동기들을 구비한 자동차의 차대(2) 위치를 조정하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명에서는 거리 센서(4)에 의해 차대 또는 차대 일부분의 위치가 측정되고, 상기 거리 센서의 측정된 센서 신호가 미리 설정된 목표값과 상이할 경우, 구동기들에 의해 조정이 수행된다. 차량 밑면의 적어도 3개의 이격된 지점에, 비접촉식 거리 센서를 구비한 각각 1개의 경로 측정 센서 장치(3)가 배치되며, 상기 거리 센서에 의해 상이한 방향(5, 6, 7)으로 두가지 이상의 경로 측정이 실시될 수 있다.
차대, 제어 유닛, 비접촉식 거리 센서, 경로 측정 센서 장치

Description

자동차 차대의 위치를 조정하기 위한 시스템 {SYSTEM FOR REGULATING THE POSITION OF THE CHASSIS OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 자동차의 차대 위치를 조정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
DE 40 39 629 C2에는 차량 휠들과 차체 사이에 가변 세팅 스프링/댐핑 시스템을 구비한 자동차의 차대를 제어하기 위한 시스템이 기술되어 있다. 휠들과 차체 사이의 상대 운동뿐만 아니라 차량의 종방향 및 횡방향 운동도 센서에 의해 검출되는데, 이때 검출된 센서 신호들은 차량의 특성값들 및 매개변수들의 고려하에 정상(stationary) 및 비정상(non-stationary) 요소를 포함하는 차체 운동으로 변환된다. 연산된 차체 운동의 함수로서 스프링/댐핑 시스템 내에서의 댐핑 특성이 조절되고, 그 결과 진동, 롤링 또는 피칭과 같은 차체 운동이 저지될 수 있다.
이러한 제어 시스템을 구현하기 위해서는, 각각의 스프링 스트럿(Spring strut)에 차체의 상이한 운동 상태를 검출하기 위한 다수의 센서가 필요하다. 예컨대 경로 측정 센서나 각도 측정 센서나 힘 측정 센서를 사용하는 경우처럼, 필요에 따라 센서 타입에 있어서도 차이가 있을 수 있는 다양한 센서를 사용하게 되면, 높은 하드웨어 비용 및 소프트웨어 비용을 필요로 하는 비교적 복잡한 시스템이 초 래된다.
본 발명의 목적은, 정보의 손실 없이 복잡도가 감소된 것을 특징으로 하는, 자동차 차대의 위치 조정 시스템을 간단한 방법으로 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징들에 의해 달성된다. 종속 청구항들에는 바람직한 개선예들이 제시된다.
본 발명에 따른 자동차 차대의 위치 조정 시스템은 차량 밑면에 각각 1개의 비접촉식 거리 센서를 구비한 적어도 3개의 이격 배치된 센서 장치를 포함하며, 상기 거리 센서는 상이한 방향으로 두가지 이상의 경로 측정을 실시한다. 상기 경로 측정은 바람직하게 각각의 거리 센서에 할당된 송/수신 유닛 및 서로 임의의 각도를 형성하는 2개 이상의 스캐닝 빔을 발생시키는 빔 분리기에 의해 수행된다. 상기 2개의 스캐닝 빔은 서로 상이한 방향을 향하므로, 관련 스캐닝 빔이 충돌하는 차량 부품 또는 주변과 센서 장치의 위치 사이의 상이한 거리를 측정할 수 있다. 빔 분리기로는 위상 제어 부재 또는 렌즈 구조물이 사용될 수 있다. 방사 방향은 시간에 따라 단계적으로 스위칭될 수 있다.
상기 실시예의 장점은, 적어도 3개의 서로 이격 배치된 센서 장치가 상호 동일한 유형으로 설계되기 때문에 일관된 센서 시스템이 사용된다는 데 있으며, 이로써 공유 사용으로 인한 비용 절약 외에 추가로 신뢰도의 향상 및 하드웨어와 소프트웨어 모두와 관련한 복잡도의 감소가 달성된다. 에러 영향 가능성이 감소하고, 그밖에 중량 및 전기 에너지 수요도 감소할 수 있다.
상기 측정은, 두가지 이상의 상이한 경로 측정을 수행할 수 있는 단 1개의 센서 장치를 사용하여 비접촉식으로 이루어진다. 전술한 빔 분리 컨셉의 대안으로, 상이한 측정 방향으로의 두가지 이상의 측정을 수행하기 위한 송/수신 유닛의 평면적 또는 입체적 방사 영역을 활용하는 것도 가능하며, 이는 예컨대 로브(lobe) 또는 코운(cone) 형상의 방사 영역 내부에서 특정 측정 방향이 선택됨으로써 이루어질 수 있다. 이를 통해, 근본적으로 빔 분리기를 사용하는 경우와 동일한 장점이 획득된다.
예를 들어, 거리 센서 당 두가지 이상의 경로 측정, 특히 세가지의 경로 측정이 실시될 수 있다. 이러한 경로 측정에서는 예컨대 차대와 지면 사이의 거리, 차대와 휠림(wheel rim) 사이의 거리 및/또는 차대와 거리 센서 전방에 놓인 장애물 사이의 거리가 측정되며, 이때 전술한 세가지 거리 측정 중 2개가 임의로 조합된 측정이 실시되거나, 전술한 세가지 거리 측정이 모두 실시될 수도 있다. 센서 신호의 1개 이상의 측정값 중에 미리 설정된 목표값과 차이가 나는 값이 있는 경우, 차대의 위치를 조절하기 위한 -특히 폐회로 위치 제어가 관련되며, 경우에 따라서는 개회로 위치 제어도 고려됨- 구동기들이 작동된다. 위치 조정은 기본적으로 준정적 방식으로, 즉 주어진 부하 조건 하에 한번의 매칭으로서 수행되거나, 예컨대 커브길이나 울퉁불퉁한 도로 위를 주행할 경우 각각의 주행 상태에 맞게 다이내믹하게, 특히 적응형 스프링/댐핑 시스템(예: 스카이훅(sky-hook) 시스템)을 이용하여, 조정되는 동적 방식으로 수행될 수 있다. 준정적 위치 조정은 예컨대 조명 넓이의 조정의 경우 또는 트레일러 적재의 경우 또는 차대를 미리 설정된 레벨까지 상승시킴으로 인한 단측 적재(one-sided loading)의 경우에 실시된다. 일반적으로 준정적 또는 정적 레벨에서뿐만 아니라 동적 레벨에서도 롤링, 피칭 및 진동이 보상될 수 있다. 경우에 따라서는 요잉(yawing) 운동의 보상도 가능하다.
비접촉식 센서로는 초음파 센서, 레이더 센서, 라이더(lidar) 센서 또는 비디오 센서가 사용될 수 있다. 오염에 민감하지 않고 측정 정확도가 우수하다는 이유에서 레이더 센서가 바람직하며, 상기 레이더 센서는 일반적으로 눈, 비, 모래 등과 같은 환경의 영향도 받지 않는다. 77GHz 내지 81GHz의 주파수 범위 내에서는 특히 근거리 레이더가 사용된다. 4GHz의 밴드폭에 의해 3.75cm의 해상도가 달성될 수 있다. 즉, 상기 거리 내에 있는 목표물들이 구별될 수 있고, 이로써 휠림과 지면의 구별 및 그에 상응하는, 차대 바닥에 설치된 센서 장치의 위치와 휠림 또는 바닥 사이의 거리 측정이 가능해진다. 측정 정확도는 100배 더 높은 정확도로 이루어지며, 그 결과 약 0.4mm의 절대 정확도가 도출된다.
측정 시간은 예컨대 10ms이며, 검출이 실시되는 각도 범위는 예컨대 0.02°로 제한된다.
센서들이 차량 우측과 차량 좌측 모두에서 차량 바닥을 기준으로 섀시 내지는 차대의 높이 변동을 검출함으로써, 각도 보정이 수행될 수 있다. 바람직하지 않은 롤링 운동은 차량 좌측 및 차량 우측에서 수행되는 서로 반대편을 향하는 구동기 운동을 통해 조정될 수 있다.
피치각 보정시, 차량 길이 방향으로 이격 배치된 센서 장치들을 통해 차량 앞부분과 뒷부분에서 지면을 기준으로 차대의 높이 변동이 동시에 검출되는데, 이 경우 조정은 역시 차량 앞부분과 뒷부분에서의 반대 방향을 향한 구동기 운동에 의해 이루어진다.
레벨 조정은 일반적으로 높이 변동을 초래하는 차량 적재 상태의 변동시 실시된다. 과적시 또는 선박에 적재시 차체를 원하는 높이로 상승시키는 것에 추가로 또는 그 대안으로 경고 기능이 제공될 수도 있다. 차대의 기울기가 감지된 경우에도 동일하게 적용된다. 경우에 따라서는 자동 속도 조정, 특히 감속과 같은 조치도 수행될 수 있다.
차대 제어는, 센서 장치에 의해 검출된 높이 측정값들로부터 노면 불균일 가능성이 추론될 수 있기 때문에, 더욱 신속하고 정밀하게 수행될 수 있으며, 이 경우 종래 기술에 따른 측정 기법들에 비해 측정 데이터의 정밀도가 더 높아지고, 그에 상응하여 더 정밀한 차대 조정이 이루어지거나, 이루어질 수 있다. 또한, 휠 전방에 놓인 지면이 미리 인지되는 경우 예컨대 돌, 웅덩이 또는 연석과 같은 장애물 또는 요철부를 지나기 전에 이들이 검출될 수 있으며, 그 결과 예방 또는 회피 조치가 취해질 수 있거나, 스프링/댐핑 시스템의 댐핑율 변동과 같은 차대 내에서의 조정이 실시될 수 있다.
또 다른 장점은, 차량 개별 부품들의 노후화와 같은 장기간에 걸친 작용도 검출될 수 있다는 데 있다. 예를 들어, 높이 데이터들의 저장을 통해 상기 측정된 데이터들의 시간 응답이 분석됨으로써 쇽 업소버의 노후화가 인지될 수 있다. 노후화 또는 그 밖에 서서히 또는 완만하게 나타나는 차량 부품 특성들의 변동이 확인되면, 그에 상응하는 정보들이 표시되거나 차량 내부에서 가능한 대응 조치를 위해 고려될 수 있다. 예를 들면, 차량 휠에서 서서히 진행되는 압력 손실뿐만 아니라 쇽 업소버의 마모도 인지될 수 있다.
또 다른 장점들과 바람직한 실시예들은 종속 청구항, 도면 설명 및 도면들에 제시된다.
도1은 차대와 지면 사이의 거리와, 가장 가깝게 놓인 휠림과 차대 사이의 거리와 전방에 놓인 장애물까지의 거리를 측정하는 각각 1개의 비접촉식 거리 센서를 포함하는, 동일한 유형으로 설계된 총 4개의 센서 장치를 차대 밑면에 구비한 차량의 평면도이다.
도2는 차량 전면의 모습을 도시한 도면이다.
도3은 차량 후면의 모습을 도시한 도면이다.
도4는 차량 측면의 모습을 도시한 도면이다.
도면들에 도시된 자동차(1)의 차대(2) 밑면에는 총 4개의 센서 장치(3)가 분포 배치되어 있으며, 각각 차량의 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측 영역에 자리잡고 있다. 센서 장치들(3)은 경로 측정용으로 설계된 비접촉식 거리 센서(4)를 포함한다. 각각의 센서 장치(3)에는 바람직하게 정확히 1개의 거리 센서(4)가 할당된다. 비접촉식으로 측정하는 거리 센서에는 특히 레이더 센서가 포함되며, 그 외에 레이저 센서, 초음파 센서, 라이더 센서 또는 비디오 기반 센서도 고려된다. 레이더 기반 센서가 도입되는 경우, 특히 근거리 레이더가 사용된다. 분포 배치된 센서 장치들(3)은 서로 동일한 유형으로 설계된다. 바람직하게는 그러한 센서 장치 중 적어도 3개는 차대 밑면에 제공된다. 또는 4개 이상, 예컨대 6개 이상의 센서 장치(3)가 분포 배치될 수도 있다. 차대 밑면에서 센서 장치들(3)의 위치는 변경될 수 있다. 예를 들어 -길이 방향으로 볼때와 가로 방향으로 볼때 모두의 경우에- 차량 중앙에도 센서 장치(3)가 제공될 수 있다. 개별 센서 장치에 의해 공급된 센서 신호들의 규정에 따른 기능 및 상호 작용을 위해, 길이 방향뿐만 아니라 가로 방향으로도 센서 장치들 사이의 거리가 가급적 먼 것이 바람직하며, 그럼으로써 특히 차량이 횡축 및 종축을 중심으로 기울어지는 경우 각도 계산의 정확도가 향상된다.
차량 밑면에 배치되어 오직 경로 측정만을 하는 거리 센서들(4)을 통해 각 거리 센서의 위치와 스캐닝 빔의 발생 방향으로 놓인 장애물 사이의 거리가 측정될 수 있다. 바람직하게는 각각 단 개의 거리 센서(4)에 의해 빔 분리기를 이용하여 적어도 2개의, 특히 3개의 스캐닝 빔(5, 6, 7)이 발생하고, 상기 스캐닝 빔들 중 전방 센서 장치(3)에서의 스캐닝 빔 "5"는 전방을 향하도록 배향되어 차량 전면을 넘어서는 영역에까지 도달하며, 도1에 도시된 것처럼, 예컨대 돌이나 연석 가장자리와 같은 지면에 놓인 장애물(10)을 검출할 수 있다. 차량 후미부에 배치된 후방 센서 장치들(3)의 경우에는 장애물 스캐닝 빔(5)이 후방을 향하도록 배향되어 차량 후미 에지부를 넘어서는 영역에까지 도달됨으로써 후진 주행시 지면에 놓인 장애물을 스캐닝할 수 있다. 장애물 스캐닝 빔들(5)은 거의 차량 길이 방향으로 뻗긴 하지만, 차량 종축과 약 20°이하의 작은 각을 형성할 수 있다. 이때 차량의 좌측 및 우측 영역에 배치된 거리 센서들(4)은 각각 인접한 차량측의 방향을 향해 있다.
거리 센서(4)의 빔 분리기에 의해 발생하는 또 다른 스캐닝 빔(6)을 이용하여, 각각 가장 가깝게 놓인 휠림(9)과 차대 사이의 거리가 검출될 수 있다. 따라서 휠림 스캐닝 빔(6)을 통해서는 각각의 휠과 차대(2) 사이의 상대 운동이 검출될 수 있다.
제3 스캐닝 빔(7)을 이용해서는 차대(2)와 지면(8) 사이의 거리가 측정될 수 있다. 지면 스캐닝 빔(7)은 목적에 맞게 아래를 향해 수직으로 뻗는 반면, 휠림 스캐닝 빔(6)은 입체적으로 뻗는다. 즉, 차량 길이 방향 성분, 차량 가로 방향 성분 및 수직 방향의 성분을 포함한다. 장애물 스캐닝 빔(5)도 차량 좌표계에서 x 방향, y 방향 및 z 방향의 성분을 갖는다.
스캐닝 빔들(5, 6, 7)로부터 획득된 각 센서 장치(3)의 측정 신호들은 차량 내에 배치된 제어 유닛에 공급되고, 상기 제어 유닛에서는 상기 획득된 경로 신호들로부터 차량 구조의 고려 하에 수직 방향으로의 바운싱에 대한 값과, 피칭각 및 롤링각에 대한 값과, 경우에 따라서는 요잉각(yawing angle)도 산출된다. 시간에 따른 추이의 고려 하에 공지된 연산법들을 이용하여 속도 평면 및 가속도 평면에 상응하는 값도 산출될 수 있다. 또한, 연속 측정의 장시간 관찰을 통해 예컨대 스프링/댐핑 시스템에서의 노후화 과정이 인지될 수 있다.
취해질 조치들로서, 엔진 제어에의 개입 및 차량, 특히 차체 내 구동기들의 구동 및 브레이크 제어 시스템에의 개입이 고려될 뿐만 아니라, 그 외 예컨대 헤드라이트 조절, 타이어 압력 조절과 같은 안전 관련 기능들 또는 미러나 좌석 위치의 조정과 같은 편의 관련 기능들도 고려된다.
그 밖에도 본 발명은 자동차 차대의 위치 조절 방법을 포함한다. 이 방법에서는, 차대 또는 차대에 연결된 부품의 위치를 검출하는 거리 센서들의 센서 신호들에 기초하여 제어 유닛의 구동 신호들을 통해 차체가 조정된다. 이를 위해, 차량 밑면에 적어도 3개의 이격된 지점에서 비접촉식 경로 측정이 실시되는데, 이때 상기 각각의 지점에서 상이한 방향으로 적어도 2회의 경로 측정이 실시된다. 차대 조정은, 측정된 센서 신호들이 미리 설정된 목표값들과 차이가 날때 실시된다. 또한, 상기 방법을 수행하기 위한 제어 장치가 제공된다.

Claims (14)

  1. 차대(2)에 배치되어 제어 유닛의 구동 신호를 이용하여 조정되는 구동기들과, 차대(2) 또는 차대(2)에 연결된 부품의 위치를 검출하기 위한 거리 센서(4)를 구비한 자동차의 차대(2) 위치를 조정하기 위한 시스템이며,
    상기 거리 센서(4)의 측정된 센서 신호가 미리 설정된 목표값과 상이할 경우, 구동기의 조정이 실시될 수 있는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 차량 밑면의 적어도 3개의 이격된 지점에, 비접촉식 거리 센서(4)를 구비한 각각 1개의 경로 측정 센서 장치(3)가 배치되며, 상기 각각의 거리 센서(4)에 의해 상이한 방향(5, 6, 7)으로 두가지 이상의 경로 측정이 실시될 수 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 거리 센서(4)에 의해 차대(2)와 지면(8) 사이의 거리가 측정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 거리 센서(4)에 의해 차대(2)와 휠림(9) 사이의 거리가 측정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 거리 센서(4)에 의해 상기 거리 센서의 전방에 놓인 장애물(10)까지의 거리가 측정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 장치들(3)은 차량 휠에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 차량 휠에 1개의 센서 장치(3)가 할당되는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거리 센서들(4)은 각각 1개의 송/수신 유닛 및 서로 임의의 각도를 형성하는 2개 이상의 스캐닝 빔(5, 6, 7)을 발생시키는 빔 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 센서 장치 내 빔 분리기로서 위상 제어 부재가 사용되는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 센서 장치 내 빔 분리기로서 렌즈 구조물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 거리 센서(4)의 측정된 센서 신호들이 목표값들과 차이가 나는 경우, 차량 부품의 준정적 위치 조정이 실시되는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 거리 센서(4)의 측정된 센서 신호들이 목표값들과 차이가 나는 경우, 차량 부품의 동적 위치 조정이 실시되는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 신호로서 근거리 레이더가 사용되는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 시스템.
  13. 자동차의 차대(2) 위치를 조정하기 위한, 특히 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 구동하기 위한 방법이며,
    차대(2) 또는 차대(2)에 연결된 부품의 위치를 검출하는 거리 센서(4)의 센서 신호들에 기초하여 제어 유닛의 제어 신호들을 통해 차대(2)가 조정되고, 측정된 센서 신호가 미리 설정된 목표값과 상이할 경우, 차대(2)의 조정이 실시되는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 방법에 있어서,
    상기 차량 밑면의 적어도 3개의 이격된 지점에서 비접촉식 경로 측정이 실시되고, 상기 각각의 지점에서 상이한 방향(5, 6, 7)으로 적어도 2회의 경로 측정이 실시되는 것을 특징으로 하는, 자동차 차대 위치를 조절하기 위한 방법.
  14. 제13항에 따른 방법을 수행하기 위한 제어 장치.
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