KR20090005474A - 차량용 자세 제어 장치 및 그 자세 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 주행상태를 종합적으로 고려하여 결정된 롤 모멘트에 따라 스테빌라이저 바의 강성을 조절하도록 액츄에이터의 구동을 제어함으로써, 차량의 조정 안정성 및 승차감을 확보할 수 있도록 하는 차량용 자세 제어 장치 및 그 자세 제어 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 차량의 속도를 감지하는 차속 센서; 상기 차량의 조향각을 감지하는 조향각 센서; 상기 차량의 횡가속도를 감지하는 횡가속도 센서; 상기 차량에 장착된 스테빌라이저 바의 강성을 조절하는 액츄에이터; 및 상기 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 이용하여 롤 측정값을 계산하고, 계산된 롤 측정값과 미리 설정된 임계값과의 차이가 일정값을 초과하는 경우 그 초과분에 상응하는 롤 모멘트에 따라 상기 액츄에이터를 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 한다.

스테빌라이저 바, 강성, 조절, 롤 모멘트, 액츄에이터

Description

차량용 자세 제어 장치 및 그 자세 제어 방법{vehicle stability control device and method}

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어 장치를 설명하기 위한 블록도.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어 장치의 자세 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 차속 센서 12 : 조향각 센서

13 : 횡가속도 센서 20 : ECU

21 : 수신부 22 : 계산부

23 : 판단부 24 : 강성조절부

30 : 메모리 40 : 스테빌라이저 바

45 : 액츄에이터

본 발명은 차량용 자세 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 차 량의 주행상태를 종합적으로 고려하여 결정된 롤 모멘트에 따라 스테빌라이저 바의 강성을 조절하도록 액츄에이터의 구동을 제어함으로써, 차량의 조정 안정성 및 승차감을 확보할 수 있도록 하는 차량용 자세 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 현가 장치에 있어 스테빌라이저 바(Stabilizer bar)는 차체에 횡방향으로 배치되도록 장착되어, 주행중 좌/우측 현가장치의 상대적인 거동자세의 변화에 따라 발생되는 차체의 롤링을 자체적으로 갖고 있는 롤 강성을 매개로 완화시킴으로써, 차체의 거동자세를 보다 더 안정화시키도록 하는 것이다.

이러한 스테빌라이저 바의 적용을 보면, 바퀴의 움직임에 차이가 있을 때만 작용하여 코너링을 할 때 바깥쪽 바퀴가 부딪히거나 안쪽 바퀴가 튀어 오르게 하는 현상에 대하여 좌, 우 바퀴의 움직임을 같게 하여 차체의 기울기를 최소로 하고 차체의 롤(roll) 현상을 억제하여 승차감 및 차체를 안정되게 한다.

이와 같은 스테빌라이저 바의 강성 조절을 제어함에 있어, 종래 조향각 및 차속을 이용하여 차량의 자세 제어를 수행하기 때문에, 평탄로 주행시 스테빌라이저 바의 강성을 해제하여 승차감을 확보하고, 급 조향시 스테빌라이저 바의 강성을 인가하여 조종 안정성을 확보할 수 있었다.

그러나, 불균일한 노면 조건이나 예측이 어려운 노면조건에서 차량의 거동을 고려하지 않은 채 차량의 자세 제어를 수행하기 때문에, 차량의 자세 제어의 성능 향상에 한계가 있다.

본 발명의 목적은 차량의 주행상태를 종합적으로 고려하여 결정된 롤 모멘트에 따라 스테빌라이저 바의 강성이 조절되도록 액츄에이터의 구동을 제어함으로써, 차량의 조정 안정성 및 승차감을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 자세 제어의 성능을 향상시킬 수 있도록 함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어 장치는 차량의 속도를 감지하는 차속 센서; 상기 차량의 조향각을 감지하는 조향각 센서; 상기 차량의 횡가속도를 감지하는 횡가속도 센서; 상기 차량에 장착된 스테빌라이저 바의 강성을 조절하는 액츄에이터; 및 상기 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 이용하여 롤 측정값을 계산하고, 계산된 롤 측정값과 미리 설정된 임계값과의 차이가 일정값을 초과하는 경우 그 초과분에 상응하는 롤 모멘트에 따라 상기 액츄에이터를 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 ECU는 상기 차속 센서, 조향각 센서 및 횡가속도 센서로부터 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 수신하는 수신부; 상기 수신된 차속, 조향각 및 횡가속도를 이용하여 차량의 롤 측정값을 계산하고, 상기 롤 측정값과 미리 설정된 임계값과의 차이를 계산하는 계산부; 상기 차이가 일정값을 초과하는지 여부를 판단하는 판단부; 및 상기 차이가 일정값을 초과하는 경우, 그 초과분에 상응하는 롤 모멘트를 상기 스테빌라이저 바의 각 변위량에 반영하여 보상되도록 상기 액츄에이터를 구동시켜 상기 스테빌라이저 바의 강성을 조절하는 강성 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게 상기 액츄에이터는 전동기, 유압 모듈레이터 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어 장치의 자세 제어 방법은 차속 센서, 조향각 센서 및 횡가속도 센서로부터 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 수신하는 단계; 상기 수신된 차속, 조향각 및 횡가속도 정보를 이용하여 차량의 롤 측정값을 계산하는 단계; 상기 롤 측정값과 미리 설정된 임계값과의 차이를 계산하는 단계; 상기 차이가 일정값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 차이가 일정값을 초과하는 경우, 그 초과분에 상응하는 롤 모멘트에 따라 액츄에이터를 구동시켜 스테빌라이저 바의 강성을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 자세 제어 장치는 차속 센서(vehicle speed sensor)(11)와, 조향각 센서(steering angle sensor)(12)와, 횡가속도 센서(lateral acceleration sensor)(13)와, 전륜 및 후륜에 각각 설치된 스테빌라이저 바(40)의 강성을 조절하기 위한 액츄에이터(45) 및 차속, 조향각 및 횡각속도를 이용하여 계산된 롤 측정값과 미리 설정된 임계값과의 차이가 일정값을 초과하면 그 초과분에 상응하는 몰 모멘트에 따라 액츄에이터(45)의 구동을 제어하 는 ECU(20)를 포함하여 구성된다.

차속 센서(11)는 차량의 속도를 감지할 수 있는 휠 스피드 센서(wheel speed sensor)라 칭하며, 차량의 속도를 감지하여 감지된 속도 신호를 ECU(20)에 제공한다.

조향각 센서(12)는 차량의 조향각을 감지하고, 감지된 조향각 신호를 ECU(20)에 제공한다. 이러한 조향각 센서(12)는 스티어링 휠의 조향 샤프트(미도시)에 설치되며, 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각을 감지한다.

횡가속도 센서(13)는 차량의 횡가속도를 감지하고, 감지된 횡가속도 신호를 ECU(20)에 제공한다.

스테빌라이저 바(40)는 차체에 횡방향을 따라 배치된다. 이러한 스테빌라이저 바(40)는 차체가 롤링하였을 때 발생하는 좌우 바퀴를 지지하는 보조 스프링 기능을 하면서, 좌우 바퀴가 동위상으로 움직일때는 힘을 받지 않고, 역위상으로 움직이는 경우에는 비틀림 탄성력에 의해 좌우 바퀴의 움직임을 구속하여 차체의 롤 거동을 줄인다.

ECU(20)는 차속 센서(11), 조향각 센서(12) 및 횡가속도 센서(13)로부터 차량의 주행상태를 감지하여 전,후륜에 설치된 스테빌라이저 바(40)의 강성을 조절하기 위해 액츄에이터(45)의 작동을 제어하는 기능을 한다.

여기에서, ECU(20)는 액츄에이터(45)와 연결된 스테빌라이저 바(40)에 힘을 가하도록 작동하여 차량의 주행 상태, 즉 차량의 자세 및 안정성을 최적으로 제어한다.

또한, ECU(20)는 전류 값을 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스 폭 변조) 등 여러 가지 방법으로 제어 및 출력하여 액츄에이터(45)를 제어한다.

액츄에이터(45)는 전,후륜측에 각각 설치된 스테빌라이저 바(40)에 각각 설치된다.

이러한 액츄에이터(45)는 스테빌라이저 바(40)의 강성을 조절하기 위한 장치로, 모터와 기어를 이용한 전동기 또는 유압 모듈레이터로 구성될 수 있다.

액츄에이터(45)가 유압 모듈레이터로 구성되는 경우, ECU(20)는 액츄에이터(45)의 동작에 의해 전,후륜 액츄에이터(45)에 유입되는 유량을 제어하고 액츄에이터(45)의 회전각을 제어하여 최종적으로 차량의 롤각을 제어한다.

이에 따라, ECU(20)는 차량 전,후륜에 부착된 유압 액츄에이터의 유압유량을 제어하여 차량의 운동상태를 적극적으로 제어함으로써, 스테빌라이저바(40)에서 얻을 수 없는 승차감 및 조정 안정성을 동시에 실현할 수 있게 된다.

더 설명하면, ECU(20)는 차속 센서(11), 조향각 센서(12) 및 횡가속도 센서(13)로부터 수신된 속도, 조향각 및 횡가속도를 미리 설정된 산출방식에 따라 적용시켜 롤 측정값, 즉 롤 각도 값을 계산하고, 계산된 롤 각도 값과 미리 설정된 임계값과의 차이를 계산한 후 계산된 차이가 일정값을 초과하면 그 초과분에 비례하는 롤 모멘트에 따라 액츄에이터(45)의 구동을 제어한다. 이때, 차이가 일정값을 초과하지 않는 경우 즉, 롤 각이 없는 경우 차고 변화가 없는 것으로 간주한다.

이와 같은 ECU(20)는 수신부(21), 계산부(22), 판단부(23) 및 강성 조절부(24)를 포함한다.

수신부(21)는 차속 센서(11), 조향각 센서(12) 및 횡가속도 센서(13)로부터 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 수신한다.

계산부(22)는 수신부(21)에 의해 수신된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 다음의 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 3을 이용하여 롤 각도 값('

')을 계산한다.

여기에서, '

'는 차량의 속도이고, '

'은 전륜센터와 후륜센터 사이의 직선거리이고, '

'는 전륜 조향각이며, '

'는 차량 특성 속도이다. 이와 같은 변수를 이용하여 계산된 값은 횡가속도 값('

')이다. 여기에서, '

'는 다음의 수학식 2에 의해 계산된다.

여기에서, '

'는 언더 스티어 특성 게인으로, 미리 정의되어 있는 값이다.

여기에서, 'Mass'는 차체 질량이고, 'H_roll'은 롤 센서에서 무게중심까지의 높이이며, 'K_roll'은 롤 강성이다.

또한, 계산부(22)는 롤 각도 값과 미리 설정된 임계값과의 차이를 계산한다. 이때, 미리 설정된 임계값은 메모리(30)에 미리 저장되어 있는 상태이다.

판단부(23)는 계산부(22)에 의해 계산된 차이가 일정값을 초과하는지 여부를 판단한다.

강성 조절부(24)는 판단부(23)의 판단결과, 계산부(22)에 의해 계산된 차이가 일정값을 초과하는 경우, 그 초과분에 상응하는 롤 모멘트를 생성하여 생성된 롤 모멘트에 따라 액츄에이터(45)의 구동을 제어한다. 이러한 초과분에 비례하는 롤 모멘트를 스테빌라이저 바(40)의 각 변위량에 반영하여 보상되도록 액츄에이터(45)를 구동시켜 스테빌라이저 바(40)의 강성을 조절한다.

이와 같은 구성을 갖는 차량용 자세 제어 장치의 자세 제어 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

ECU(20)의 수신부(21)는 차속 센서(11), 조향각 센서(12) 및 횡가속도 센서(13)로부터 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 수신한다(S101).

다음, ECU(20)의 계산부(22)는 수신된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 상술한 수학식 1을 이용하여 롤 각도 값을 계산한다(S103).

다음, 계산부(22)는 계산된 롤 각도 값과 미리 설정된 임계값과의 차이를 계산한다(S105). 여기에서, 미리 설정된 임계값은 메모리(30)에 미리 저장되어 있는 상태이다.

다음, 판단부(23)는 계산된 차이가 일정값을 초과하는지 여부를 판단한 다(S107).

상기 S107 단계의 판단결과, 계산된 차이가 일정값을 초과하지 않은 경우, ECU(20)의 강성 조절부(24)는 스테빌라이저 바(40)의 강성을 조절하는 액츄에이터(45)의 구동을 중지시켜 스테빌라이저 바(40)에 강성을 가하지 않도록 조절한다(S108).

상기 S107 단계의 판단결과, 계산된 차이가 일정값을 초과하는 경우, 강성 조절부(24)는 차이에 상응하는 롤 모멘트에 따라 액츄에이터(45)의 구동을 제어하여 스테빌라이저 바(40)의 강성을 조절한다(S109).

이렇게 함으로써, 차량의 제어목표가 정해지기 때문에 차량조건의 변동에 관계없이 일관된 자세 제어를 수행할 수 있다.

본 실시예에서 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 이용하여 롤 각도 값을 계산하는 것으로 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌바, 주행중인 차량의 롤 레이트 값을 계산하여서도 차량의 자세 제어를 수행할 수 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 차량의 주행상태를 종합적으로 고려하여 결정된 롤 모멘트에 따라 스테빌라이저바의 강성을 조절하도록 액츄에이터를 구동시킴으로써, 차량의 조정 안정성 및 승차감을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따르면 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 이용하여 계산된 롤 각도값과 미리 설정된 임계값과의 차이가 일정값을 초과할 경우 그 초과분에 비례하여 롤 모멘트를 액츄에이터에 인가함으로써, 차량 조건의 변동에 관계없이 일관된 자세 제어를 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 전복을 방지할 수 있는 효과도 있다.

Claims (4)

1. 차량의 속도를 감지하는 차속 센서;

   상기 차량의 조향각을 감지하는 조향각 센서;

   상기 차량의 횡가속도를 감지하는 횡가속도 센서;

   상기 차량에 장착된 스테빌라이저 바의 강성을 조절하는 액츄에이터; 및

   상기 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 이용하여 롤 측정값을 계산하고, 계산된 롤 측정값과 미리 설정된 임계값과의 차이가 일정값을 초과하는 경우 그 초과분에 상응하는 롤 모멘트에 따라 상기 액츄에이터를 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 ECU는

   상기 차속 센서, 조향각 센서 및 횡가속도 센서로부터 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 수신하는 수신부;

   상기 수신된 차속, 조향각 및 횡가속도를 이용하여 차량의 롤 측정값을 계산하고, 상기 롤 측정값과 미리 설정된 임계값과의 차이를 계산하는 계산부;

   상기 차이가 일정값을 초과하는지 여부를 판단하는 판단부; 및

   상기 차이가 일정값을 초과하는 경우, 그 초과분에 상응하는 롤 모멘트를 상기 스테빌라이저 바의 각 변위량에 반영하여 보상되도록 상기 액츄에이터를 구동시켜 상기 스테빌라이저 바의 강성을 조절하는 강성 조절부를 포함하는 것을 특징으 로 하는 차량용 자세 제어 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 액츄에이터는

   전동기, 유압 모듈레이터 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어 장치.
4. 차량에 설치된 차속 센서, 조향각 센서, 횡가속도 센서 및 스테빌라이저 바의 강성을 조절하는 액츄에이터를 포함하는 차량용 자세 제어 장치의 자세 제어 방법으로,

   상기 차속 센서, 조향각 센서 및 횡가속도 센서로부터 감지된 차량의 속도, 조향각 및 횡가속도를 수신하는 단계;

   상기 수신된 차속, 조향각 및 횡가속도 정보를 이용하여 차량의 롤 측정값을 계산하는 단계;

   상기 롤 측정값과 미리 설정된 임계값과의 차이를 계산하는 단계;

   상기 차이가 일정값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및

   상기 차이가 일정값을 초과하는 경우, 그 초과분에 상응하는 롤 모멘트에 따라 상기 액츄에이터를 구동시켜 상기 스테빌라이저 바의 강성을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자세 제어 장치의 자세 제어 방법.

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