KR20110005959A - 차량 자세제어 시스템 및 이를 이용한 차량 자세 제어 방법 - Google Patents

차량 자세제어 시스템 및 이를 이용한 차량 자세 제어 방법 Download PDF

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Abstract

차량 자세제어 시스템이 제공된다. 개시된 차량 자세제어 시스템은 차량의 차체와 차축 사이에 배치되며, 상기 차량의 운행중에 지면과 타이어로부터 발생된 진동이 상기 차체에 가해지는 정도를 저감하게 하는 서스펜션, 상기 차량 내에 장착되는 브레이크, 상기 서스펜션에 연결되어 상기 차체의 진동정도를 감지하는 진동센서 및 상기 브레이크에 연결되어 가압되는 제동력을 감지하는 제동센서로 이루어지는 센서유닛, 상기 센서 유닛으로부터 상기 진동정도 및 제동력에 대한 정보를 제공받아 상기 차체의 기울어짐 정도를 파악하는 분석 유닛, 및 상기 분석 유닛 및 상기 서스펜션에 연결되어지고, 상기 차체가 수평을 유지할 수 있게 상기 서스펜션의 상태를 조절하게 하는 서스펜션 조절 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 차량의 추돌 상황이 발생하여 차체가 불안정하게 되는 경우에 브레이크 센서 및 각 방향 진동 센서에 의해 감지된 위치 데이터를 분석하여 타력에 의해 움직이는 서스펜션의 움직임을 개별적으로 제어함에 의해서 차량 탑승자의 안전을 확보할 수 있게 하는 효과가 있다.
서스펜션, 브레이크, 차체, 진동, 추돌, 센서, 타이어, 차축

Description

차량 자세제어 시스템 및 이를 이용한 차량 자세 제어 방법{System for Controlling Vehicle's Position and Method for Controlling Vehicle's Position}
본 발명은 차량 자세제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 추돌 상황 발생시에 차체의 진동으로 인하여 차량의 범퍼가 설계목적에 부합하지 않는 상태에 위치하는 것을 방지하여 최적의 위치에 놓이도록 하는 과정을 통하여 차량 추돌시에 탑승자에게 가해질 수 있는 충격을 최소화하도록 하는 차량 자세제어 시스템에 관한 것이다.
차량에 사용되는 현가장치(Suspension System)는 차축과 차체를 연결하여, 주행할때 차축이 노면에서 받는 충격이나 진동을 차체에 직접적으로 전달하지 않도록 하여 차체나 하물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치로서 기능한다. 상기 현가장치는 일반적으로 노면에서 받는 충격을 완화하는 섀시스프링(chassis spring)과 섀시스프링의 자유진동을 억제하여 승차감을 좋게 하는 쇽 옵쇼버(shock absorber) 및 자동차가 옆으로 흔들리는 것을 방지하는 스테빌라이저(stabilizer) 등으로 구성되어 있다.
기존에는 차량의 추돌 직전에 운전자가 위험 상황을 인지하게 되면 서스펜션의 움직임이 타력에 의한 방식 및 관성에 의해 자연스럽게 전면의 범퍼 위치가 낮아지고 후면 범퍼의 위치는 상대적으로 높아지는 결과를 가져오게 된다. 상기의 전후면 범퍼의 위치가 변화된 상태에서 추돌이 일어나는 경우에는 충돌 충격이 효과적으로 범퍼에 흡수되는 것이 어려워지는 단점이 있게 된다. 즉, 차체가 기울어진 상태에서 차량끼리의 추돌이 일어나는 경우에 범퍼 등에서 충분히 흡수되는 것이 어려워지므로 이에 따라 탑승자에게 전달되는 충격량이 저감되는 정도가 낮아지므로 상해 정도가 증가할 수 있다는 문제가 있게 된다.
더불어, 차량의 피칭(pitching), 롤링(rolling), 요잉(yawing) 등의 각 회전축을 중심으로 한 차체의 진동으로 인하여 차량 탑승자의 안정된 자세 유지가 힘들어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 각 방향의 진동에 대한 서스펜션의 개별적인 제어가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 차량의 추돌 상황이 발생하여 차체가 불안정하게 되는 경우에 브레이크 센서 및 각 방향 진동 센서에 의해 감지된 위치 데이터를 분석하여 타력에 의해 움직이는 서스펜션의 움직임을 개별적으로 제어함에 의해서 차량 탑승자의 안전을 확보할 수 있는 차량 자세제어 시스템을 제 공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 관점에 따른 차량 자세제어 시스템은 차량의 차체와 차축 사이에 배치되며, 상기 차량의 운행중에 지면과 타이어로부터 발생된 진동이 상기 차체에 가해지는 정도를 저감하게 하는 서스펜션, 상기 차량 내에 장착되는 브레이크, 상기 서스펜션에 연결되어 상기 차체의 진동정도를 감지하는 진동센서 및 상기 브레이크에 연결되어 가압되는 제동력을 감지하는 제동센서로 이루어지는 센서유닛, 상기 센서 유닛으로부터 상기 진동정도 및 제동력에 대한 정보를 제공받아 상기 차체의 기울어짐 정도를 파악하는 분석 유닛, 및 상기 분석 유닛 및 상기 서스펜션에 연결되어지고, 상기 차체가 수평을 유지할 수 있게 상기 서스펜션의 상태를 조절하게 하는 서스펜션 조절 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석 유닛이 파악한 상기 차체의 기울어짐 정도가 미리 설정된 수치 이상인 경우에는 상기 서스펜션 조절 유닛이 상기 서스펜션에 동력을 제공하여 상기 차체를 지면과 수평하도록 조절할 수 있게 한다.
상기 타이어의 내측에 장착된 상기 브레이크에 과도한 제동력이 가해져 상기 차체 전후면의 높낮이가 상호 다르게 되는 경우에 상기 서스펜션 조절 유닛이 작동하게 된다.
상기 진동센서는 Yaw 센서를 포함하며, 상기 차량의 측면 또는 모서리에 추 돌이 발생하는 경우에 상기 Yaw 센서가 상기 차체로부터 상기 타이어에 개별적으로 연결되는 4개의 서스펜션을 독립적으로 제어하여 상기 차량의 흔들림을 안정화할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 다른 관점에 따른 차량 자세제어 방법은 (A) 차량 운행중 지면과 타이어로부터 발생된 진동이 상기 차량의 차체와 차축 사이에 배치되는 서스펜션에 가해지는 진동정도를 감지하는 단계, (B) 상기 서스펜션에 가해지는 진동정도를 분석하는 단계, 및 (C) 상기 (B) 단계에서의 분석자료를 통하여 서스펜션 조절 유닛이 상기 서스펜션의 독립적인 작동을 조절하는 단계를 포함하며, 상기 (B)단계에서 파악된 상기 차체의 기울어짐 정도가 미리 설정된 수치 이상인 경우에는 상기 서스펜션 조절 유닛이 상기 서스펜션에 동력을 제공하여 상기 차체를 지면과 수평하도록 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 타이어에 장착된 브레이크에 과도한 제동력이 가해져 상기 차체 전후면의 높낮이가 상호 다르게 되는 경우에는 상기 서스펜션에 동력이 제공되어 상기 차체가 지면과 수평하도록 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 차량 자세제어 시스템은 차량의 추돌 상황이 발생하여 차체가 불안정하게 되는 경우에 브레이크 센서 및 각 방향 진동 센서에 의해 감지된 위치 데이터를 분석하여 타력에 의해 움직이는 서스펜션의 움직임을 개 별적으로 제어함에 의해서 차량 탑승자의 안전을 확보할 수 있게 하는 효과가 있다. 차량 타이어에 연결되는 4개의 서스펜션을 개별적으로 제어함에 의해서 코너링시에 발생하는 롤링 현상에 의한 전복 위험시에 차체의 무게 중심을 이동하여 차량이 전복되는 것을 방지하여 탑승자의 안전을 확보하게 된다.
그리고, 본 발명은 차량의 전,후면 추돌 뿐만 아니라 측면 또는 모서리를 통해 전달되는 차체의 흔들림이 발생하는 경우에도 진동감지센서를 통해 감지된 차량의 비정상적 움직임을 분석하여 서스펜션 제어모듈에서 개별적으로 실시간 제어하는 과정을 통해서 차량의 흔들림을 최단시간에 안정화시킬 수 있는 장점이 있게 된다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 차량 자세제어 시스템을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에서 운전자가 브레이크를 작동하는 경우의 차량 내에서의 서스펜션의 위치 및 전후 차량과의 범퍼의 상대적인 차이를 비교한 개략도, 도 2는 본 발명의 차량 자세제어 시스템을 설명하기 위한 개략적인 다이어그램, 및 도 3은 본 발명의 차량 자세제어 방법을 설명하기 위한 시계열적인 방법에 의한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 차량 자세제어 시스템(10)이 적용될 수 있는 차량(1)의 개략적인 모식도를 토대로 설명한다. 차량(1)은 외부의 본체(11)를 지지하는 차체(12,frame), 차체(12)의 전후방에 배치되는 타이어(15,16), 차체(12)의 전후단에 부설되는 범퍼(13,14), 상기 차체(12) 및 타이어(15,16)를 개별적으로 연결하는 서스펜션(20), 및 상기 타이어(15,16)의 내측에 고정배치되어 제동력을 가하는 브레이크(30) 등으로 이루어진다. 여기에서, 타이어(15,16)는 차축(미도시)에 직접 연결되는 드럼(15b,16b)과 상기 드럼(15b,16b)의 외부를 감싸도록 배치되는휠(15a,16a)로 이루어진다. 휠(15a,16a)은 금속체로 이루어진 내부 회전체 및 회전체 외부에 밀착 결합되는 탄성체로 이루어진다. 브레이크(30)는 드럼(15b,16b)의 내측에 접하는 방식에 의해서 차량(1)에 제동력을 가하는 기능을 하게 된다.
서스펜션(20)은 구체적으로는 타이어(15,16)에 직접적으로 접속되는 차축(미도시) 및 차체(12)에 연결되어 차량(1)의 운행시에 지반(2) 및 타이어(15,16)의 진동이 차체(12)에 그대로 전달되는 것을 방지한다. 상기 서스펜션(20)은 차량(1)의 타이어(15,16)에 각각 독립적으로 설치되고 동작하도록 제어된다. 서스펜션(20)은 제1서스펜션(22)과 제2서스펜션(24)으로 이루어질 수 있는데, 제1서스펜션(22)은 전방 타이어(15)와 차체(12)를 연결하여 진동을 조절하는 기능을 하고, 제2서스펜션(24)은 후방 타이어(16)와 차체(12)를 연결하여 진동을 조절하는 기능을 한다. 여기에서, 상기 서스펜션(20)은 차량의 제1,2 서스펜션(22,24)이 각각 한쌍으로 이루어져 전부 4개로 이루어져 독립적으로 구동되는 시스템으로 이루어질 수 있다.
도 1을 다시 보게 되면, 운전자가 추돌 상황 직전에 급제동을 실시하는 경우에 차량(1)의 전방이 하측으로 일부 처진 상태를 나타내고 있는 것으로서 전방범퍼(13)가 전방차량의 후면범퍼(3)에 추돌하고, 후방범퍼(14)가 후방차량의 전면범퍼(4)에 추돌하는 상황을 나타낸 것으로 볼 수 있다. 본 발명에서는 상기의 상황에서 제1서스펜션(22)이 작동하여 전방타이어(15) 측에 인접한 차체(12) 부분이 상승하도록 함으로써(도면부호 26 참조) 전방범퍼(13)를 상측으로 이동하게 하고, 제2서스펜션(24)이 작동하여 후방타이어(16) 측에 인접한 차체(12) 부분이 하강하도록 함으로써(도면부호 28 참조) 후방범퍼(14)를 하측으로 이동하게 하는 과정을 통해 차량(1)의 수평을 유지하게 하는 작용을 한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 차량 자세제어 시스템(10)의 구체 적인 구성에 대해서 설명한다.
차량 자세제어 시스템(10)은 차체(12)에 전기적으로 연결되는 진동센서(44), 브레이크(30)에 전기적으로 연결되는 제동감지센서(42), 상기 진동센서(44)와 제동감지센서(42)로부터 측정신호를 전달받아 분석작업을 행하는 분석유닛(50), 및 분석유닛(50)으로부터 차량(1)의 진동 상태에 대한 자료를 받아 차체(12)가 수평을 유지할 수 있게 서스펜션(20)의 상태를 조절하게 하는 서스펜션 조절유닛(60)으로 이루어질 수 있다. 브레이크(30)에 과도한 제동력이 가해져 차체(12) 전후면의 높낮이가 상호 다르게 되는 경우에는 서스펜션 조절 유닛(60)이 서스펜션(20)에 동력을 제공하여 차체(12)를 지면(2)과 수평하도록 조절하게 된다. 여기에서, 차체(12) 전후면의 높낮이에 대한 기준값 정보는 분석유닛(50)에 기 입력되어진 상태로 설정될 수 있으며, 상기 기준값은 탑승자가 불편함 내지 위험 상황을 피할 수 있을 만한 차체(12)의 기울기 값을 나타내는 것이라 볼 수 있다.
상기 진동센서(44)는 Yaw 센서를 포함하며, 차량(1)의 측면 또는 모서리에 추돌이 발생하는 경우에 Yaw 센서가 차체(12)로부터 타이어(15,16)에 개별적으로 연결되는 서스펜션(20)을 독립적으로 제어하여 차량(1)의 흔들림을 안정화하는 기능을 한다. 더불어, 차량(1)의 코너 주행 중의 경우에도 외측 쏠림 현상을 방지하기 위해 상기 Yaw 센서 외에 Roll 센서를 장착하여 차량의 코너링시 전복되는 위험을 미연에 방지하게 된다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 차량 자세제어 방법에 대해 시계열적인 순서에 의거하여 설명한다.
차량(1) 운행시 운전자가 전방에 타 차량을 발견하고 급정거를 수행하거나 코너를 주행하는 경우에 브레이크 센서(42)와 진동센서(44)로 이루어진 센서 유닛(40)에서 차체(12)의 진동 정도와 제동력을 감지하게 된다(S11). 이후, 분석유닛(50)은 센서 유닛(40)에서 관련 정보를 수신받아 차체(12)의 전후 높낮이가 기준값을 초과하는 범위인지 여부 및 좌우 균형을 벗어나는지 여부에 대한 판단을 수행한다(S12). 급제동을 수행하는 경우에 차량(1) 진행 방향에 의한 관성 및 브레이크(30) 힘의 배분 등의 문제로 차체(12)의 전면이 불균형하게 하측으로 향하는 현상이 발생하여 전방범퍼(13)가 과도하게 아래로 처지고 후방범퍼(14)가 상승함으로써 추돌시에 충격을 효과적으로 커버하지 못하게 된다. 이에 따라 분석유닛(50)에서는 차체(12) 전후면의 높낮이 차이가 기준값을 벗어나는지 여부에 대한 판단 작업을 수행한다(S13). 이후, 서스펜션 조절 유닛(60)은 분석유닛(50)으로부터 차체(12)의 기울어짐 정도에 대한 데이터를 제공받아 타이어(15,16)에 개별적으로 연결되는 서스펜션(20)을 조절하는 과정을 통해 차량(1)을 수평상태로 유지하게 한다(S14).
상술한 바와 같이, 차량의 급정거나 코너링 등으로 인해서 차체(12)가 불안정하게 기울어지는 현상이 발생하는 경우에 탑승자에게 안전상 문제가 발생할 소지가 있게 되는데, 본 발명은 능동적 서스펜션을 이용하여 추돌시 범퍼를 최적의 위치에 오도록 함으로써 충돌 충격을 효과적으로 흡수하게 한다. 즉, 진동이 직접적으로 가해지는 타이어(15,16)에 개별적으로 연결되는 서스펜션(20)을 조절하여 차체(12)를 수평으로 안정화시키는 과정을 통하여 차량의 비정상 기울기에 의한 탑승 자의 움직임 방향을 최소화하여 추돌시 에어백 작동 영역에 탑승자를 위치시켜 상해 정도를 저감시킬 수 있다.
또한, 차량의 직진이 아닌 회전 중 추돌 및 회피 기동에 있어서 발생하는 국부적 모멘트 발생시에도 개별적으로 서스펜션을 제어하여 차량 자세를 유지시켜 충돌 위치 및 차량 롤링을 제어할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에서 운전자가 브레이크를 작동하는 경우의 차량 내에서의 서스펜션의 위치 및 전후 차량과의 범퍼의 상대적인 차이를 비교한 개략도,
도 2는 본 발명의 차량 자세제어 시스템을 설명하기 위한 개략적인 다이어그램, 및
도 3은 본 발명의 차량 자세제어 방법을 설명하기 위한 시계열적인 방법에 의한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 차량 2 : 지면
3 : 전방차량의 후면범퍼 4 : 후방차량의 전면범퍼
10 : 차량 자세제어 시스템 11 : 본체
12 : 차체 13 : 전방범퍼
14 : 후방범퍼 15,16 : 타이어
20 : 서스펜션 22 : 제1서스펜션
24 : 제2서스펜션 30 : 브레이크
40 : 센서유닛 42 : 제동감지센서
44 : 진동센서 50 : 분석유닛
60 : 서스펜션 조절 유닛

Claims (6)

  1. 차량의 차체와 차축 사이에 배치되며, 상기 차량의 운행중에 지면과 타이어로부터 발생된 진동이 상기 차체에 가해지는 정도를 저감하게 하는 서스펜션;
    상기 차량 내에 장착되는 브레이크;
    상기 서스펜션에 연결되어 상기 차체의 진동정도를 감지하는 진동센서 및 상기 브레이크에 연결되어 가압되는 제동력을 감지하는 제동센서로 이루어지는 센서유닛;
    상기 센서 유닛으로부터 상기 진동정도 및 제동력에 대한 정보를 제공받아 상기 차체의 기울어짐 정도를 파악하는 분석 유닛; 및
    상기 분석 유닛 및 상기 서스펜션에 연결되어지고, 상기 차체가 수평을 유지할 수 있게 상기 서스펜션의 상태를 조절하게 하는 서스펜션 조절 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 자세제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분석 유닛이 파악한 상기 차체의 기울어짐 정도가 미리 설정된 수치 이상인 경우에는 상기 서스펜션 조절 유닛이 상기 서스펜션에 동력을 제공하여 상기 차체를 지면과 수평하도록 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 자세제어 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 타이어의 내측에 장착된 상기 브레이크에 과도한 제동력이 가해져 상기 차체 전후면의 높낮이가 상호 다르게 되는 경우에 상기 서스펜션 조절 유닛이 작동하는 것을 특징으로 하는 차량 자세제어 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 진동센서는 Yaw 센서를 포함하며, 상기 차량의 측면 또는 모서리에 추돌이 발생하는 경우에 상기 Yaw 센서가 상기 차체로부터 상기 타이어에 개별적으로 연결되는 4개의 서스펜션을 독립적으로 제어하여 상기 차량의 흔들림을 안정화하는 것을 특징으로 하는 차량 자세제어 시스템.
  5. (A) 차량 운행중 지면과 타이어로부터 발생된 진동이 상기 차량의 차체와 차축 사이에 배치되는 서스펜션에 가해지는 진동정도를 감지하는 단계;
    (B) 상기 서스펜션에 가해지는 진동정도를 분석하는 단계; 및
    (C) 상기 (B) 단계에서의 분석자료를 통하여 서스펜션 조절 유닛이 상기 서스펜션의 독립적인 작동을 조절하는 단계;를 포함하며,
    상기 (B)단계에서 파악된 상기 차체의 기울어짐 정도가 미리 설정된 수치 이상인 경우에는 상기 서스펜션 조절 유닛이 상기 서스펜션에 동력을 제공하여 상기 차체를 지면과 수평하도록 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 자세제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 타이어에 장착된 브레이크에 과도한 제동력이 가해져 상기 차체 전후면의 높낮이가 상호 다르게 되는 경우에는 상기 서스펜션에 동력이 제공되어 상기 차체가 지면과 수평하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 차량 자세제어 방법.
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