KR20090028250A - 센서 고장을 검출하는 차량용 현가장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 현가장치는 각 차륜에 배치되어, 감쇠력을 생성하는 쇼크 압쇼버, 차량의 수직 가속도를 측정하는 다수의 수직 가속도 센서 및 상기 다수의 수직 가속도 센서로부터 각각 측정되는 수직 가속도를 이용하여 상기 감쇠력을 제어하고, 상기 측정된 수직 가속도로부터 추정되는 중심 가속도를 각 수직 가속도 센서별로 구하여 각 수직 가속도 센서의 고장을 검출하는 제어기를 포함한다. 추가적인 전기적, 기계적 장치가 필요없이 소프트웨어 로직의 추가만으로 가속도 센서의 고장을 검출할 수 있어 구현이 용이하고, 현가장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
Figure P1020070093715
차량, 현가장치, 능동 현가장치, 가속도 센서, 고장 검출

Description

센서 고장을 검출하는 차량용 현가장치{Vehicular suspension for detecting sensor fault}
본 발명은 차량용 현가장치에 관한 것으로, 가속도 센서의 고장을 검출할 수 있는 차량용 현가장치에 관한 것이다.
일반적으로 현가장치(suspension)는 차축과 차체를 연결하고, 주행 중 노면에서 받는 충격은 완화하는 스프링과 스프링의 자유 진동을 흡수하는 쇼크업쇼버(shock absorber)와 차량이 좌우로 흔들리는 것을 방지는 스테빌라이저(stabilizer) 등으로 구성된다.
자동차의 현가 특성은 보통 주행시에는 승차감을 향상시키기 위해 부드럽게 작동해야 하고, 요철도로 및 고속주행시에는 주행안정성 확보를 위하여 딱딱하게 작동해야 한다. 또, 주행중 노면 상태에 따라서 발생하는 모든 충격을 흡수하여 차체의 진동을 최소화할 수 있어야 한다.
수동식 현가장치(passive suspension)는 스프링의 스프링 상수, 쇼크 압쇼버의 감쇠력 등이 일정한 값으로 고정되어 있다. 전자제어식 능동 현가장치(active suspension)는 주행속도와 도로조건에 따라서 스프링 상수, 감쇠력, 공기 스프링의 회로압력 등을 가변시켜 차 높이를 제어하거나 차체의 자세를 제어하여 주행안정성과 승차감을 동시에 향상시킬 것을 목적으로 하는 전자제어 시스템이다.
현가장치는 차량의 승차감 및 주행 안정성 확보에 매우 중요한 역할을 수행하며, 수동식 현가장치가 갖는 성능상의 한계를 극복하기 위해 능동 현가장치를 이용하여 승차감을 향상시키는 동시에 주행 안정성을 확보하고자 하는 연구들이 수행되고 있다. 능동 현가장치에는 완전 능동 현가장치와 반능동 현가장치가 있다. 완전능동 현가장치는 성능 면에서 매우 우수한 반면에 비용이 고가이기 때문에 반능동 현가장치(semi-active suspension)가 많이 사용된다. 반능동 현가장치는 쇼크 압쇼버의 감쇠력만을 노면 상태, 주행 속도 따위의 주행 조건에 맞게 실시간으로 변화시켜 주행 안정성과 승차감을 높여 준다. 일 예로, 반능동 현가장치의 일종인 CDC(Continuous Damping Control) 장치는 신장, 압축 행정 시에 유압이 통과하는 오리피스의 면적을 가변시켜 상황에 적합하도록 감쇠력을 연속적으로 제어한다.
능동 현가장치가 정상적으로 동작하기 위해서는 현가장치를 구성하는 주요 센서들의 신뢰성이 보장되어야 한다. 센서가 오동작을 일으킬 경우에는 승차감을 나쁘게 할 뿐만 아니라 안정성을 해칠 수도 있기 때문이다.
대한민국 특허 공개공보 제1999-0062746호는 소정 간격마다 차륜 속도 센서와 가속도 센서의 출력치의 차를 각각 구하고, 이들의 비를 가속도 센서의 구배 계수로서 산출하여 산출된 구배 계수가 소정 수치의 범위를 벗어나면 가속도 센서에 이상이 있다고 판단한다.
능동 현가장치에서 가속도 센서의 고장을 보다 효율적으로 검출할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 가속도 센서의 고장을 검출하는 차량용 현가장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 차량용 현가장치는 각 차륜에 배치되어, 감쇠력을 생성하는 쇼크 압쇼버, 차량의 수직 가속도를 측정하는 다수의 수직 가속도 센서 및 상기 다수의 수직 가속도 센서로부터 각각 측정되는 수직 가속도를 이용하여 상기 감쇠력을 제어하고, 상기 측정된 수직 가속도로부터 추정되는 중심 가속도를 각 수직 가속도 센서별로 구하여 각 수직 가속도 센서의 고장을 검출하는 제어기를 포함한다. 상기 다수의 수직 가속도 센서는 상기 차량의 전방에 배치되는 적어도 하나의 전방 수직 가속도 센서와 상기 차량의 후방에 배치되는 적어도 하나의 후방 수직 가속도 센서를 포함한다. 상기 제어기는 상기 후방 수직 가속도 센서에서 측정되는 수직 가속도와 상기 전방 수직 가속도 센서에서 측정되는 수직 가속도의 시간 지연을 비교하여 상기 후방 수직 가속도 센서의 고장을 검출한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 측정되는 수직 가속도를 이용하여 차륜으로부터 전달되는 감쇠력을 제어하는 차량용 현가장치의 센서 고장 검출 방법을 제공한다. 센서 고장 검출 방법은 차량의 전방에 배치되는 전방 수직 가속도 센서로부터 측정된 전방 수직 가속도를 획득하는 단계, 상기 차량의 후방에 배치되는 후방 수직 가속도 센서로부터 측정된 후방 수직 가속도를 획득하는 단계 및 시간 지연된 상기 전방 수직 가속도와 상기 후방 수직 가속도를 평균하여, 상기 후방 수직 가속도와의 차를 이용하여 상기 후방 수직 가속도 센서의 고장을 검출하는 단계를 포함한다.
추가적인 전기적, 기계적 장치가 필요없이 소프트웨어 로직의 추가만으로 가속도 센서의 고장을 검출할 수 있어 구현이 용이하다. 가속도 센서의 신속한 고장 검출로 능동 현가장치의 신뢰성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 현가장치를 구비한 차량을 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하면, 조향 휠(110)에 의해 각 차륜이 조향된다. 각 차륜마다 감쇠력을 제공하기 위한 쇼크 압쇼버(120FL, 120FR, 120RL, 120RR)가 배치된다. 밑첨자 FR는 우측 전륜을, FL은 좌측 전륜을, RR은 우측 후륜을, RL은 좌측 후륜을 나타낸다.
차량 몸체(105)에는 수직 가속도(vertical acceleration)를 측정하기 위한 3개의 수직 가속도 센서(vertical acceleration sensor, 130FR, 130FL, 130RR)이 배치된다. 가속도 센서는 G(Gravity) 센서라고도 하며, 수직 가속도는 차량의 진행 방향(또는 노면)에 수직한 방향의 가속도를 말한다. 차량 속도 센서(140)는 차량 속도를 측정하기 위해 배치된다.
여기서, 3개의 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR)를 예시하고 있으나, 가속도 센서의 수나 배치는 달라질 수 있다.
차량 몸체(105)에는 횡(lateral) 가속도를 측정하기 위한 횡 가속도 센서(154)와 종(longitudinal) 가속도를 측정하기 위한 종 가속도 센서(156)가 배치된다. 또한, 차량 몸체(105)에는 롤 가속도(roll acceleration)를 측정하기 위한 롤 가속도 센서(미도시) 및/또는 피치(pitch) 가속도를 측정하기 위한 피치 가속도 센서(미도시)가 더 포함될 수 있다.
차량 몸체(105) 내부에 배치되는 제어기(190)는 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR)와 차량 속도 센서(140)로부터 신호를 받아 쇼크 압쇼버(120FL, 120FR, 120RL, 120RR)는 감쇠력을 노면 상태, 주행 속도 따위의 주행 조건에 맞게 변화시켜 주행 안정성과 승차감을 높여 준다. 또한, 제어기(190)는 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR)의 고장을 검출하여, 이에 따른 적절한 조치를 취하거나 운전자에게 알린다.
도 2는 도 1의 현가장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 제어기(190)는 입력 인터페이스부(192), 프로세서(194), 센서 고장 검출 장치(196) 및 출력 인터페이스부(198)를 포함한다. 입력 인터페이스부(192)는 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR), 차량 속도 센서(140), 횡 가속도 센서(154) 및 종 가속도 센서(156)로부터 측정된 신호를 받아들인다. 프로세 서(194)는 입력된 센서 신호들로부터 각 쇼크 압쇼버(120FL, 120FR, 120RL, 120RR)의 감쇠력을 결정하여, 출력 인터페이스부(198)를 통해 각 쇼크 압쇼버(120FL, 120FR, 120RL, 120RR)의 감쇠력을 제어한다. 또한, 프로세서(194)는 센서 고장 검출 장치(196)로부터 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR)의 고장 여부를 받아, 운전자에게 이를 알려준다.
센서 고장 검출 장치(196)는 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR)의 고장을 검출한다. 센서 고장 검출 장치(196)는 각 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR)로부터 들어오는 측정값을 이용하여 각 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR)에 대한 중심 가속도를 구한다. 이 중심 가속도로부터 레지듀얼을 정의하여, 레지듀얼이 임계치를 넘으면 수직 가속도 센서(130FR, 130FL, 130RR)의 고장으로 진단한다. 이때, 후방 수직 가속도 센서(130RR)의 레지듀얼은 전방 수직 가속도 센서(130FR, 130FL)의 측정값의 시간 지연을 고려하여 얻을 수 있다.
센서 고장 검출 장치(196)는 차량의 동역학 모델과 측정된 수직 가속도로부터 중심 가속도를 추정한다. 중심 가속도로부터 각 수직 가속도 센서의 고장을 검출한다.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 고장 검출 방법을 기술한다.
도 3은 차량 모델을 나타낸 개략도이다.
도 3을 참조하면, 이 모델에 대하여 선형화를 위해 현가장치를 구성하는 요소들의 정적, 동적 마찰 계수는 고정되어 있다고 가정한다. 또한, 수직 방향으로의 변위는 매우 작으며, 이때 각 모서리에서의 변위는 독립적이라고 가정한다. 이러한 가정으로 인해 임의의 각인 α에 대해
Figure 112007066818741-PAT00001
,
Figure 112007066818741-PAT00002
이라고 할 수 있다. 차량의 무게를 m, 각 타이어의 스프링 계수를 Kri (i=1,2,3, 4), 각 차륜의 스프링 계수를 Kui, 감쇠(damping) 계수를 Cui라 하면 현가장치의 움직임을 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007066818741-PAT00003
Figure 112007066818741-PAT00004
Figure 112007066818741-PAT00005
Figure 112007066818741-PAT00006
이때, 피치(pitch)와 롤(roll) 방향으로 작용하는 관성(inertia)을 IXX, IYY, 무게 중심에서 각 바퀴까지의 횡 방향 거리를 wi (i=1,2,3,4)라 하면 다음과 같은 식이 성립한다.
Figure 112007066818741-PAT00007
Figure 112007066818741-PAT00008
Figure 112007066818741-PAT00009
여기서,
Figure 112007066818741-PAT00010
는 중심 가속도,
Figure 112007066818741-PAT00011
는 롤 방향 가속도,
Figure 112007066818741-PAT00012
는 피치 방향 가속도이다. 이하에서 중심 가속도는 차량의 무게 중심에서 수직 가속도를 말한다.
상기 식을 중심 가속도, 롤 방향 가속도, 피치 방향 가속도에 대하여 정리하면 다음과 같다.
Figure 112007066818741-PAT00013
Figure 112007066818741-PAT00014
Figure 112007066818741-PAT00015
Figure 112007066818741-PAT00016
Figure 112007066818741-PAT00017
이때, 무게 중심에서 각 바퀴까지의 횡 방향 거리가 모두 같다고 하고(wi = w), 수학식 3을 연립하여 차체의 모서리에 가해지는 수직 방향의 가속도를 나타내는 부-모델(sub-model)을 구하면 다음과 같다.
Figure 112007066818741-PAT00018
Figure 112007066818741-PAT00019
Figure 112007066818741-PAT00020
Figure 112007066818741-PAT00021
도 4는 3개의 수직 가속도 센서가 배치된 차량 모델을 나타낸 개략도이다.
도 4를 참조하면, 후륜의 수직 가속도
Figure 112007066818741-PAT00022
을
Figure 112007066818741-PAT00023
와
Figure 112007066818741-PAT00024
의 선형 보간(linear interpolation)에 의해 구하면 다음과 같은 관계식이 성립한다.
Figure 112007066818741-PAT00025
수학식 5를 수학식 4에 대입하여 정리하면 다음과 같이 각 수직 가속도 센서로부터 추정되는 중심 가속도를 얻을 수 있다.
Figure 112007066818741-PAT00026
Figure 112007066818741-PAT00027
과
Figure 112007066818741-PAT00028
는 2개의 전방 수직 가속도 센서로부터 입력되는 측정된 수직 가속도 값,
Figure 112007066818741-PAT00029
은 후방 수직 가속도 센서로부터 입력되는 측정된 수직 가속도 값이고, 롤 가속도
Figure 112007066818741-PAT00030
및 피치 가속도
Figure 112007066818741-PAT00031
는 센서로부터 직접 입력 또는 동역학 모델로부터 추정이 가능하다. 따라서, 2개의 전방 수직 가속도 센서에 대한 중심 가속도
Figure 112007066818741-PAT00032
,
Figure 112007066818741-PAT00033
및 후방 수직 가속도 센서에 대한 중심 가속도
Figure 112007066818741-PAT00034
을 상기 수학식 6으로부터 얻을 수 있다.
현가장치에 롤 가속도 및 피치 가속도를 측정할 수 있는 센서가 있다면, 상기 식으로부터 직접 각 중심 가속도를 구할 수 있다.
만약 롤 가속도 및 피치 가속도를 측정할 수 있는 센서가 없다면, 각 차륜에 가해지는 수직 힘(normal force)을 이용하여 롤 가속도 및 피치 가속도를 추정해야 한다. 수직 힘을 추정하기 위해서는 횡가속도와 종가속도가 필요하다. 횡가속도는 횡가속도 센서를 이용하여 측정할 수 있다. 종가속도 센서가 있으면 종가속도를 바 로 측정할 수 있지만, 종가속도 센서가 장착되어 있지 않은 경우에도 엔진과 브레이크의 정보를 이용하여 추정값을 얻을 수 있다. 여기서는 횡가속도 값과 종가속도 값을 센서를 통해 받는다고 가정한다.
차량이 주행하지 않을 때 차량의 하중에 의해 차륜에 가해지는 전/후 수직 힘 Fzf, Fzr는 다음과 같이 분배된다.
Figure 112007066818741-PAT00035
하지만, 차량에 종 방향의 힘이 가해질 경우 차량의 종 가속도 성분 ax에 의해 차륜에 가해지는 수직 힘은 다음과 같이 변형된다.
Figure 112007066818741-PAT00036
또한, 차량의 횡 방향 운동에 의해 좌/우에 분배되는 수직 힘의 변화량은 차량의 롤 강성(roll stiffness) Kf φ와 차량의 횡 가속도 ay에 의해 결정되고 다음과 같다.
Figure 112007066818741-PAT00037
따라서, 각 차륜에 분배되는 수직 힘은 다음과 같다.
Figure 112007066818741-PAT00038
도 5는 피치 운동을 위한 차량 모델을 나타낸 개략도이다.
도 5를 참조하면, 이 모델을 이용하여 피치 가속도에 대한 관계식을 구하면 다음과 같다.
Figure 112007066818741-PAT00039
따라서, 수학식 11에 수학식 10을 대입하면, 추정된 피치 가속도를 구할 수 있다.
도 6은 롤 운동을 위한 차량 모델을 나타낸 개략도이다.
도 6을 참조하면, 이 모델을 이용하여 롤 가속도에 대한 관계식을 구하면 다음과 같다.
Figure 112007066818741-PAT00040
따라서, 수학식 12에 수학식 10을 대입하면 추정된 롤 가속도를 구할 수 있다.
추정된 피치 가속도와 추정된 롤 가속도를 수학식 6에 적용하면 3개의 수직 가속도 센서에 대한 중심 가속도를 얻을 수 있다.
각 수직 가속도 센서에 대한 레지듀얼(residual)을 다음과 같이 정의한다.
Figure 112007066818741-PAT00041
제1 및 제2 레지듀얼 r1, r2은 각각 2개의 전방 수직 가속도 센서에 대한 레지듀얼들이고, 제3 레지듀얼 r3는 후방 수직 가속도 센서에 대한 레지듀얼이다. 제1, 제2 및 제3 레지듀얼 중 하나라도 미리 설정된 임계치(threshold)를 넘으면 센서 고장으로 검출한다. .
차량 동역학을 이용하여 종가속도 및 횡가속도 센서로부터 피치 가속도 및 롤 가속도를 추정한다. 추정된 피치 가속도와 롤 가속도 및 각 수직 가속도 센서로 부터 측정된 수직 가속도를 이용하여 각 수직 가속도 센서에 대한 중심 가속도를 추정한다. 추정된 중심 가속도들을 통해 각 수직 가속도 센서의 고장을 검출한다. 시스템 구성 요소의 변경 없이 소프트웨어의 추가만으로 센서의 오동작을 감지할 수 있어, 능동 현가장치의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 고장 검출 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 다수의 수직 가속도 센서로부터 각각 측정된 측정 수직 가속도를 획득한다(S210). 각 수직 가속도 센서에 대한 중심 가속도를 계산한다(S220). 중심 가속도를 계산하기 위해, 먼저 횡가속도와 종가속도를 이용하여 롤 가속도와 피치 가속도를 추정한다. 중심 가속도로부터 레지듀얼을 구해, 상기 레지듀얼이 허용 범위내에 드는지 여부를 판단하여 수직 가속도 센서의 고장을 검출한다(S230).
이제 본 발명에 따른 센서 고장 검출 방법에 대한 시뮬레이션 결과에 대해 기술한다.
도 8은 100kph로 주행한 경우의 센서 입력 신호를 나타낸 그래프이다. 도 9는 정상 상태에서 각 수직 가속도 센서에 대한 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. 각 수직 가속도 센서에 대한 레지듀얼은 모두 미리 정의된 임계값(threshold)을 넘지 않으므로 고장이 검출되지 않는다고 판단한다. 방향 전환시에 모델 불확실성(model uncertainty)에 의해 레지듀얼이 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 도 10은 좌 전륜(FL) 수직 가속도 센서의 고장이 발생한 경우에 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. FL측 수직 가속도 센서에 0.5g의 오류가 20초부터 25초까지 지속될 때, 오류가 레지듀얼에 영향을 주는 것을 관찰할 수 있다. 또한 센서 고장 검출 장치는 레지듀얼이 임계치를 넘은 FL 수직 가속도 센서를 고장으로 검출할 수 있다. 도 11은 우 전륜(FR) 수직 가속도 센서의 고장이 발생한 경우에 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. FR 수직 가속도 센서에 0.5g의 오류가 20초부터 25초까지 지속될 때, 레지듀얼이 임계치를 넘기 때문에 FR 수직 가속도 센서의 고장을 검출할 수 있다.
이제 실제 차량 실험 결과를 설명한다.
실제 차량은 SUV(Sport Utility Vehicle) 계열의 차량을 사용하고, ECU(Engine Control Unit)로 들어가는 신호들을 브리지를 통해 수집하여 중간에서 오동작을 발생시키는 장치인 FIU를 통해 변조한 후에 RCP 장비로 보내도록 구성한다. 각 수직 가속도 센서의 고장은 서로 겹쳐서 발생하지 않는다고 가정하였으며, 고장의 발생 및 지속 시기, 크기는 주행 중에 결정할 수 있도록 하였다.
도 12는 80kph의 속도로 직선 주행시의 센서 신호를 나타낸 그래프이다. 이 러한 상황은 센서 고장 검출 장치가 기본적인 사항을 만족하는 지를 체크하기 위해 설정한 것이다. 도 13은 80kph의 속도로 직선 주행 시에 고장이 없는 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. 모든 레지듀얼이 임계치를 넘지 않으므로 고장은 검출되지 않는다. 도 14는 80kph의 직선 주행 시 RR 수직 가속도 센서의 고장시 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. RR 수직 가속도 센서에 15초부터 20초까지 0.3g의 오동작이 발생하였을 때의 레지듀얼을 나타낸 것이다. RR 수직 가속도 센서의 레지듀얼이 임계치를 넘으므로 고장으로 검출할 수 있다.
도 15는 40kph의 속도로 반경 30m인 원 주행시 센서 신호를 나타낸 그래프이다. 이러한 상황은 센서 고장 검출 장치가 정상적인 주행 상태에서도 정확하게 동작하는 지를 체크하기 위해 설정한 것이다. 도 16은 40kph의 속도로 반경 30m인 원을 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. 모든 레지듀얼이 임계치를 넘지 않으므로 고장은 검출되지 않는다. 도 17은 40kph의 속도로 반경 30m인 원 주행시 FL 수직 가속도 센서의 고장시 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. FL 수직 가속도 센서에 15초부터 20초까지 0.3g의 오동작이 발생하였을 때의 레지듀얼을 나타낸 것이다. FL 가속도 센서의 레지듀얼이 임계치를 넘으므로 고장으로 검출할 수 있다.
도 18은 30kph의 속도로 블록 도로 주행 시 센서 신호를 나타낸 그래프이다. 이러한 상황은 센서 고장 검출 장치가 지면의 상태에 의해 영향을 받는 지를 체크하기 위해 설정한 것이다. 도 19는 30kph의 속도로 블록 도로 주행시 오동작이 없을 때 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. 모든 레지듀얼이 임계치를 넘지 않으므로 고 장은 검출되지 않는다.
도 20은 30kph의 속도로 비포장 도로를 주행한 경우의 센서 신호를 나타낸 그래프이다. 이러한 상황은 센서 고장 검출 장치가 지면 상태가 달라졌을 때 어떤 영향을 받는 지를 체크하기 위해 설정한 것이다. 도 21은 30kph의 속도로 비포장 도로를 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. 모든 레지듀얼이 임계치를 넘지 않으므로 고장은 검출되지 않는다.
도 22는 50kph의 속도로 지그재그(slalom) 주행한 경우의 센서 신호를 나타낸 그래프이다. 이러한 상황은 센서 고장 검출 장치가 운전자의 입력이 바뀌는 주행 상태에서도 정확하게 동작하는 지를 체크하기 위해 설정한 것이다. 도 23은 50kph의 속도로 지그재그 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. 모든 레지듀얼이 임계치를 넘지 않으므로 고장은 검출되지 않는다.
도 24는 저속에서 범프(bump)가 있는 도로를 주행한 경우의 센서 신호를 나타낸 그래프이다. 이러한 상황은 센서 고장 검출 장치가 범프의 영향을 받는 지를 체크하기 위해 설정한 것이다.
도 25는 저속에서 범프가 있는 도로를 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. 이때 RR 수직 가속도 센서의 레지듀얼이 임계치를 넘으므로 RR 수직 가속도 센서의 고장으로 검출한다. 하지만, 이는 실제의 상황과 일치하지 않는다. 따라서 이러한 문제를 보완할 필요가 있다.
도 26은 저속 범프 주행시 RR 가속도 센서에 16초부터 17초까지 0.4g의 오동작이 발생한 때의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. 16초부터 17초사이에 RR 가속도 센서의 레지듀얼이 임계치를 넘으므로 고장으로 검출한다. 하지만, 일부 구간(22초~23초 사이)에서 RR 가속도 센서의 고장이 검출되는 오동작이 발생하고 있다. 따라서, 이러한 문제를 보완할 필요가 있다.
차량이 범프를 넘는 주행을 할 때에 전륜과 후륜은 차속과 차륜 간의 종방향 거리에 의해서 생기는 지연 시간을 두고서 같은 지표면을 지나간다고 가정할 수 있다. 따라서 차속과 차륜 간의 종방향 거리를 알면 시간 지연을 계산할 수 있으며, 이러한 시간 지연만큼 시간 축에서 전륜의 수직 가속도를 지연시키면 후륜의 수직 가속도와 직접 비교할 수 있다. 따라서 이러한 가정을 통해 지연된 FR 가속도 센서 신호와 현재의 RR 가속도 센서 신호를 평균하여 현재의 RR 가속도 센서 신호와의 차를 구하면 RR 가속도 센서의 오동작을 검진하는 새로운 레지듀얼을 구할 수 있다. 이러한 내용을 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112007066818741-PAT00042
여기서, T는 샘플링 시간(sampling time)이다.
도 27은 수학식 14를 이용하여 저속에서 범프가 있는 도로를 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. RR 수직 가속도 센서의 레지듀얼이 임계치를 넘지 않으므로 고장은 검출되지 않는다. 이는 실제의 상황과 일치한다. 따라서 이러한 추가적인 로직을 이용하면 앞에서의 문제를 보완할 수 있다.
도 28은 수학식 14를 이용하여 저속에서 범프가 있는 도로를 주행한 상황에서 RR 수직 가속도 센서에 16초부터 17초까지 0.4g의 오동작이 발생한 때의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다. RR 수직 가속도 센서의 레지듀얼은 16초에서 17초 사이에만 임계치를 넘으므로, 센서 고장 검출 장치는 해당 센서의 오동작을 정확하게 진단하고 있다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 현가장치를 구비한 차량을 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1의 현가장치의 블록도이다.
도 3은 차량 모델을 나타낸 개략도이다.
도 4는 3개의 수직 가속도 센서가 배치된 차량 모델을 나타낸 개략도이다.
도 5는 피치 운동을 위한 차량 모델을 나타낸 개략도이다.
도 6은 롤 운동을 위한 차량 모델을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 고장 검출 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 100kph로 주행한 경우의 센서 입력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 9는 정상 상태에서 각 수직 가속도 센서에 대한 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 10은 좌 전륜(FL) 수직 가속도 센서의 고장이 발생한 경우에 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 11은 우 전륜(FR) 수직 가속도 센서의 고장이 발생한 경우에 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 12는 80kph의 속도로 직선 주행시의 센서 신호를 나타낸 그래프이다.
도 13은 80kph의 속도로 직선 주행 시에 고장이 없는 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 14는 80kph의 직선 주행 시 RR 수직 가속도 센서의 고장시 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 15는 40kph의 속도로 반경 30m인 원 주행시 센서 신호를 나타낸 그래프이다.
도 16은 40kph의 속도로 반경 30m인 원을 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 17은 40kph의 속도로 반경 30m인 원주행시 FL 수직 가속도 센서의 고장시 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 18은 30kph의 속도로 블록 도로 주행 시 센서 신호를 나타낸 그래프이다.
도 19는 30kph의 속도로 블록 도로 주행시 오동작이 없을 때 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 20은 30kph의 속도로 비포장 도로를 주행한 경우의 센서 신호를 나타낸 그래프이다.
도 21은 30kph의 속도로 비포장 도로를 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 22는 50kph의 속도로 지그재그 주행한 경우의 센서 신호를 나타낸 그래프이다.
도 23은 50kph의 속도로 지그재그 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 24는 저속에서 범프(bump)가 있는 도로를 주행한 경우의 센서 신호를 나 타낸 그래프이다.
도 25는 저속에서 범프가 있는 도로를 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 26은 저속 범프 주행시 RR 가속도 센서에 16초부터 17초까지 0.4g의 오동작이 발생한 때의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 27은 수학식 14를 사용하여 저속에서 범프가 있는 도로를 주행한 상황에서의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.
도 28은 수학식 14를 사용하여 저속에서 범프가 있는 도로를 주행한 상황에서 RR 수직 가속도 센서에 16초부터 17초까지 0.4g의 오동작이 발생한 때의 레지듀얼을 나타낸 그래프이다.

Claims (6)

  1. 각 차륜에 배치되어, 감쇠력을 생성하는 쇼크 압쇼버;
    차량의 수직 가속도를 측정하는 다수의 수직 가속도 센서; 및
    상기 다수의 수직 가속도 센서로부터 각각 측정되는 수직 가속도를 이용하여 상기 감쇠력을 제어하고, 상기 측정된 수직 가속도로부터 추정되는 중심 가속도를 각 수직 가속도 센서별로 구하여 각 수직 가속도 센서의 고장을 검출하는 제어기를 포함하되,
    상기 다수의 수직 가속도 센서는 상기 차량의 전방에 배치되는 적어도 하나의 전방 수직 가속도 센서와 상기 차량의 후방에 배치되는 적어도 하나의 후방 수직 가속도 센서를 포함하고, 상기 제어기는 상기 후방 수직 가속도 센서에서 측정되는 수직 가속도와 상기 전방 수직 가속도 센서에서 측정되는 수직 가속도의 시간 지연을 비교하여 상기 후방 수직 가속도 센서의 고장을 검출하는 차량용 현가장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 레지듀얼을 임계치와 비교하여 각 수직 가속도 센서의 고장을 검출하고, 상기 레지듀얼은 해당하는 수직 가속도 센서의 중심 가속도와 나머지 수식 가속도 센서의 중심 가속도들의 평균의 차인 차량용 현가장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심 가속도는 추정된 롤 가속도와 추정된 피치 가속도를 이용하여 얻어지는 차량용 현가장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    횡가속도를 측정하는 횡가속도 센서와 종가속도를 측정하는 종가속도 센서를 더 포함하고, 상기 추정된 롤 가속도와 상기 추정된 피치 가속도는 상기 횡가속도와 상기 종가속도를 이용하여 얻어지는 차량용 현가장치.
  5. 측정되는 수직 가속도를 이용하여 차륜으로부터 전달되는 감쇠력을 제어하는 차량용 현가장치의 센서 고장 검출 방법에 있어서,
    차량의 전방에 배치되는 전방 수직 가속도 센서로부터 측정된 전방 수직 가속도를 획득하는 단계;
    상기 차량의 후방에 배치되는 후방 수직 가속도 센서로부터 측정된 후방 수직 가속도를 획득하는 단계; 및
    시간 지연된 상기 전방 수직 가속도와 상기 후방 수직 가속도를 평균하여, 상기 후방 수직 가속도와의 차를 이용하여 상기 후방 수직 가속도 센서의 고장을 검출하는 단계를 포함하는 차량용 현가장치의 센서 고장 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 후방 수직 가속도를 이용하여 추정되는 후방 중심 가속도와 상기 전방 수직 가속도를 이용하여 추정되는 전방 중심 가속도로부터 상기 전방 수직 가속도 센서의 고장을 검출하는 단계를 더 포함하는 차량용 현가장치의 센서 고장 검출 방법.
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