KR20120136609A - Apparatus of improving ride comfort for electric vehicles with in-wheel motor - Google Patents

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KR20120136609A
KR20120136609A KR1020110055637A KR20110055637A KR20120136609A KR 20120136609 A KR20120136609 A KR 20120136609A KR 1020110055637 A KR1020110055637 A KR 1020110055637A KR 20110055637 A KR20110055637 A KR 20110055637A KR 20120136609 A KR20120136609 A KR 20120136609A
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Abstract

PURPOSE: An apparatus of improving riding comfort for an electric vehicle with in-wheel motors is provided to reduce up-down vibration of the vehicle body during traveling by using independent braking or driving control characteristic of the in-wheel motors to respective wheel. CONSTITUTION: An apparatus of improving riding comfort for an electric vehicle with in-wheel motors comprises a suspension device which reduces the motion of the vehicle body in the vertical direction. A driving or braking force of a wheel generated by friction between the wheel and road surface is applied to the vehicle body as a component force obstructing the vertical motion of the vehicle body, amounting to the angle between the virtual link of the suspension device and the road surface, thereby changing the load of a spring in the suspension device to extend or contract the spring.

Description

인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치{APPARATUS OF IMPROVING RIDE COMFORT FOR ELECTRIC VEHICLES WITH IN-WHEEL MOTOR}In-wheel motor-driven electric vehicle driving comfort improving device {APPARATUS OF IMPROVING RIDE COMFORT FOR ELECTRIC VEHICLES WITH IN-WHEEL MOTOR}

본 발명은 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 인휠모터의 토크 제어를 통하여 차량의 상하방향의 진동을 저감시켜 탑승자의 승차감을 향상시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for improving ride comfort of an in-wheel motor-driven electric vehicle, and more particularly, to a technique for improving ride comfort of a passenger by reducing vibration in the vertical direction of a vehicle through torque control of an in-wheel motor.

전기자동차에 있어서 전기구동모터는 본래의 기능으로 기존의 내연기관차량의 엔진을 대체하여 차륜을 회전시키는 구동력을 발생시키는 장치이다. 전기구동 모터는 내연기관의 엔진과 비교할 때 명령받은 토크를 매우 빠르고 정확히 만들어내는 장점이 있으며, 특히 전기구동모터를 차륜 내에 설치하는 인휠 모터의 경우는 전후좌우 각 차륜을 독립적으로 구동할 수 있다. 따라서 인휠 모터 구동 전기자동차는 인휠 모터의 우수한 제어성과 독립적인 구동력을 가지게 된다. 이로 인해서 최근 이 인휠 모터 구동 전기 자동차 분야에서는 전기구동모터의 우수한 제어성과 독립적인 구동력을 이용하여 차륜 슬립 제어 및 차량 선회시 요(yaw) 운동제어에 대한 기술이 개발 및 연구가 활발히 이루어지고 있다. In the electric vehicle, the electric drive motor is a device that generates a driving force to rotate the wheel by replacing the engine of the existing internal combustion engine vehicle with its original function. The electric drive motor has the advantage of producing the commanded torque very quickly and accurately as compared to the engine of the internal combustion engine, and in the case of the in-wheel motor in which the electric drive motor is installed in the wheels, each wheel can be independently driven. Thus, the in-wheel motor-driven electric vehicle has excellent controllability and independent driving force of the in-wheel motor. For this reason, in recent years, in-wheel motor-driven electric vehicles have been actively developed and researched on wheel slip control and yaw motion control by turning the vehicle using excellent controllability and independent driving force of the electric drive motor.

그러나, 인휠 모터 구동 전기 자동차 분야에서 차량 상하방향의 진동을 저감시켜 탑승자의 승차감 향상에 대한 기술개발 및 연구가 이루어지지 않고 있다.However, in the field of in-wheel motor-driven electric vehicles, technology development and research on improving the ride comfort of the occupants have not been made by reducing vibration in the vertical direction of the vehicle.

인휠 모터의 각 차륜의 독립적인 제동력 또는 구동력 제어 특성을 이용하여 차량의 주행 중 발생하는 차체가 상하로 흔들리는 현상을 저감 하는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치가 제안된다.An apparatus for improving ride comfort of an in-wheel motor-driven electric vehicle is proposed, which reduces a phenomenon in which a vehicle body shakes up and down while driving a vehicle by using independent braking force or driving force control characteristics of each wheel of the in-wheel motor.

본 발명의 일 양상에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치는, 차륜마다 인휠(In-Wheel) 모터를 구비한 전기자동차 차체의 상하방향 운동을 감소시키는 현가장치를 구비하되, 상기 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 차륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 상기 현가장치의 스프링에 하중변화를 주어 스프링을 늘어나게 하거나 줄어들게 한다.An apparatus for improving ride comfort of an in-wheel motor-driven electric vehicle according to an aspect of the present invention includes a suspension device for reducing vertical movement of an electric vehicle body having an in-wheel motor for each wheel, The driving force or braking force of the wheel generated by the friction between the wheel rotating by the torque and the road surface acts on the vehicle body by a component force that obstructs the vertical movement of the vehicle body by the angle between the virtual link of the suspension system and the road surface, A load change is applied to the spring of the suspension to increase or decrease the spring.

상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 상기 차체의 상하방향 운동의 방향과 좌우전륜 및 좌우후륜 각각의 상하방향 운동의 방향이 모두 동일하고, 상기 차체의 상하방향 가속도의 방향 및 상기 차체의 상하방향 속도의 방향이 같을 때에만, 발생될 수 있다.The component force hindering the up and down movement of the vehicle body is the same as the direction of the up and down movement of the vehicle body and the up and down movement of each of the left and right front wheels and the left and right rear wheels, and the direction of the vertical acceleration of the vehicle body and the direction of the vehicle body. It can occur only when the directions of the up-down speeds are the same.

상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력의 크기는, 스카이 훅 제어를 위한 이상적인 현가장치의 댐핑 계수와 상기 차체의 상하방향 속도의 절대값을 곱하여 얻어지며, 상기 차체의 상하방향의 운동을 방해하는 분력의 방향은, 좌우전륜에 의한 경우와 좌우후륜에 의한 경우 서로 반대일 수 있다.The magnitude of the component force hindering the up and down movement of the vehicle body is obtained by multiplying the damping coefficient of the ideal suspension device for the sky hook control by the absolute value of the up and down speed of the vehicle body, which hinders the up and down movement of the vehicle body. The direction of the component force may be opposite to that of the left and right front wheels and the left and right rear wheels.

상기 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력 및 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 아래의 수학식에 의해서 결정될 수 있다.The component force which hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right front wheels and the component force which hinders the vertical movement of the vehicle body caused by the left and right rear wheels can be determined by the following equation.

[[ 수학식Equation ]]

Figure pat00001
Figure pat00001

이때,

Figure pat00002
는 상기 차체의 상하방향 속도를 나타내며 양의 값을 갖는 경우 상기 차체의 상방향 속도를 나타내고 음의 값을 경우 상기 차체의 하방향 속도를 나타내며,
Figure pat00003
는 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 나타내며,
Figure pat00004
는 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 나타내며,
Figure pat00005
는 스카이 훅 제어를 위한 이상적인 현가장치에서의 댐핑계수를 나타낸다.At this time,
Figure pat00002
Represents the up and down speed of the vehicle body, and if it has a positive value, it represents the upward speed of the vehicle body, and if it is a negative value, it represents the down speed of the vehicle body,
Figure pat00003
Represents the component force that hinders the up and down movement of the body caused by the front and rear wheels,
Figure pat00004
Represents the component force that hinders the up and down movement of the body caused by the left and right rear wheels.
Figure pat00005
Denotes the damping coefficient in the ideal suspension for sky hook control.

상기 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 좌우 전륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 좌우 전륜 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 좌우 전륜 현가장치의 스프링을 늘리거나 줄이는 힘이며, 상기 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 좌우 후륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 좌우 후륜 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 좌우후륜 현가장치의 스프링을 늘리거나 줄이는 힘일 수 있다.The component force that hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right front wheels is the driving force or braking force of the wheel generated by friction between the left and right front wheels rotated by the torque of the in-wheel motor and the road surface, and the virtual link of the left and right front wheel suspension devices. It is a force acting on the vehicle body by the component force that hinders the vertical movement of the vehicle body by the angle between the road surface and the road surface. The component force is the driving force or braking force of the wheel generated by the friction between the left and right rear wheels and the road surface rotated by the torque of the in-wheel motor, and prevents the vertical movement of the vehicle body by the angle between the virtual link of the left and right rear wheel suspension and the road surface. Acting on the vehicle body by the component force, which may be a force to increase or decrease the spring of the left and right rear wheel suspension.

본 발명의 다른 양상에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치는, 차량으로부터 차체의 상하방향 속도와 좌우전륜의 상하방향 속도 및 좌우후륜의 상하방향 속도를 입력받아, 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 구하는 스카이훅 콘트롤러; 상기 구해진 분력에, 동일한 크기의 좌우전륜 및 좌우후륜의 반경을 곱하여, 승차감 제어를 위하여 좌우전륜 및 좌우후륜에 적용될 승차감 제어 토크로 변환하는 토크 변환부; 운전자의 목표 종방향 속도와 상기 차량에서 출력된 차량의 종방향 속도의 편차를 출력하는 감산기; 상기 감산기에서 출력된 값을 비례 적분 제어하여 운전자의 목표 종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크를 출력하는 PI 제어기; 상기 승차감 제어 토크와 상기 목표 종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크를 이용하여, 좌측전륜의 토크, 우측전륜의 토크, 좌측후륜의 토크 및 우측후륜의 토크를 구하는, 토크 형성부; 및 차륜마다 인휠(In-Wheel) 모터를 구비한 전기자동차 차체의 상하방향 진동을 감소하기 위한 현가장치를 구비하며, 상기 좌측전륜의 토크, 우측전륜의 토크, 좌측 후륜의 토크 및 우측후륜의 토크를 이용하여, 각각 회전하는 차륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 상기 현가장치의 스프링을 늘어나게 하거나 줄어들게 하며, 상기 토크 형성부에서 구해진 각 토크 값에 따라 각 차륜의 회전에 의한 차량 주행 중, 차체의 상하방향 속도, 좌우전륜의 상하방향 속도, 좌우후륜의 상하방향 속도 및 차체의 종방향 속도를 각각 차체 상하방향 속도감지센서, 좌우 전륜의 상하방향 속도감지센서, 좌우 후륜의 상하방향 속도감지센서 및 자동차 속도 감지센서를 이용하여 측정해서 출력하는 차량을 포함한다.According to another aspect of the present invention, an apparatus for improving ride comfort of an in-wheel motor-driven electric vehicle receives a vertical velocity of a vehicle body, an vertical velocity of a left and right front wheel, and an vertical velocity of a left and right rear wheels from a vehicle, thereby preventing vertical movement of the vehicle body. A skyhook controller for finding the power to perform; A torque converter for multiplying the obtained components by the radii of the left and right front wheels and the left and right rear wheels of the same size, and converting them into a ride comfort control torque to be applied to the left and right front wheels and the right and left rear wheels to control the ride comfort; A subtractor for outputting a deviation between a target longitudinal speed of a driver and a longitudinal speed of the vehicle output from the vehicle; A PI controller configured to proportionally integrate the value output from the subtractor and output a driving torque for following a target longitudinal speed of the driver; A torque forming unit that obtains the torque of the left front wheel, the torque of the right front wheel, the torque of the left rear wheel and the torque of the right rear wheel using the riding comfort control torque and the drive torque for following the target longitudinal speed; And a suspension device for reducing vertical vibration of an electric vehicle body having an in-wheel motor for each wheel, wherein the torque of the left front wheel, the torque of the right front wheel, the torque of the left rear wheel, and the torque of the right rear wheel are included. The driving force or braking force of the wheels generated by friction between the rotating wheels and the road surface, respectively, is applied to the vehicle body by a component force that prevents the vertical movement of the vehicle body by the angle between the virtual link of the suspension system and the road surface. In order to increase or decrease the spring of the suspension device, the vehicle is driven by the rotation of each wheel according to each torque value obtained from the torque forming unit, and the up and down speed of the vehicle body, the up and down speed of the left and right front wheels, the left and right rear wheels. The up and down speed and the longitudinal speed of the car body are respectively measured by the up and down speed sensor, the up and down speed sensor of the front left and right wheels, the left and right rear wheels. By measured by using the vertical direction speed detection sensor and the vehicle speed sensor comprises a vehicle output.

상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력은, 아래의 수학식으로 모델링 될 수 있다.The component force that interferes with the vertical movement of the vehicle body may be modeled by the following equation.

[[ 수학식Equation ]]

Figure pat00006
Figure pat00006

이때,

Figure pat00007
는 각각 차체의 상하 방향 이동거리, 차륜의 상하 방향 이동거리를 나타내며,
Figure pat00008
는 각각 차체의 상하 방향 속도, 차륜의 상하 방향 속도를 나타내며,
Figure pat00009
는 차체의 상하방향 가속도를 나타내며,
Figure pat00010
은 차체의 질량을 나타내며,
Figure pat00011
는 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력을 나타낸다.At this time,
Figure pat00007
Represents the up and down moving distance of the car body and the up and down moving distance of the wheel, respectively.
Figure pat00008
Represents the up and down speed of the vehicle body and the up and down speed of the wheel, respectively.
Figure pat00009
Represents the vertical acceleration of the vehicle body,
Figure pat00010
Represents the mass of the car body,
Figure pat00011
Denotes the component force which hinders the vertical movement of the vehicle body.

상기 토크 형성부는,The torque forming unit,

아래의 수학식을 이용하여 좌측전륜의 토크, 우측전륜의 토크, 좌측후륜의 토크 및 우측후륜의 토크를 구할 수 있다.Torque of the left front wheel, torque of the right front wheel, torque of the left rear wheel, and torque of the right rear wheel can be obtained using the following equation.

[[ 수학식Equation ]]

Figure pat00012
Figure pat00012

이때,

Figure pat00013
는 상기 승차감 제어를 위하여 좌우전륜 및 좌우후륜에 적용될 승차감 제어 토크,
Figure pat00014
는 상기 운전자의 목표 종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크,
Figure pat00015
은 좌측전륜 토크,
Figure pat00016
는 우측전륜 토크,
Figure pat00017
는 좌측후륜 토크,
Figure pat00018
는 우측후륜 토크를 나타낸다.
At this time,
Figure pat00013
Is a ride comfort control torque to be applied to the left and right front wheels and the left and right wheels for the ride comfort control,
Figure pat00014
Is a driving torque for following the target longitudinal speed of the driver,
Figure pat00015
Left front wheel torque,
Figure pat00016
Is the right front wheel torque,
Figure pat00017
Is the left rear wheel torque,
Figure pat00018
Represents the right rear wheel torque.

본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치에 따르면, 인휠 모터의 독립적인 제구동력 제어 특성을 이용하여 차량의 주행 중에 발생하는 차체가 상하로 흔들리는 현상을 저감 시킴으로써, 전기자동차 탑승자의 승차감을 향상시킬 수 있다. According to an apparatus for improving ride comfort of an in-wheel motor driven electric vehicle according to an embodiment of the present invention, by using an independent braking force control characteristic of an in-wheel motor, the phenomenon in which the vehicle body swings up and down while driving the vehicle is reduced. Can improve the riding comfort.

도 1은 후륜 타이어 노면 접지점의 상하운동과 현가장치의 가상링크의 관계도.
도 2는 차량 제동시에 관성력의 방향과 피칭각을 나타낸 도면.
도 3은 이상적인 현가장치 모델과 실제적인 현가장치 모델을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 현가장치 모델을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치의 구성을 나타낸 도면.
도 6은 노면 주행시 승차감 제어에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.1 is a relationship between the vertical movement of the rear tire road surface ground point and the virtual link of the suspension system.
2 is a view showing the direction and pitching angle of the inertia force during vehicle braking.
3 shows an ideal suspension model and an actual suspension model.
4 is a view showing a suspension model according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the configuration of the ride comfort improving apparatus of the in-wheel motor-driven electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a simulation result for the ride comfort control during road driving.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치는, 좌우 전륜 및 좌우 후륜 각 차륜별로 상하운동을 가능하게 하는 현가장치를 구비한다. 이 현가장치에 의해 차륜 타이어의 노면접지 중심점은, 차륜을 옆에서 보았을 때, 도 1에 도시된 바와 같은 접지점의 상하 이동궤적을 가질 수 있다. 이 접지점의 상하 이동궤적은 차량의 운동에 있어서 안티다이브(anti-dive)/안티리프트(anti-lift) 특성과 관계되며, 도 1에 도시된 바와 같이 가상링크의 회전에 의해 움직이며, 가상링크와 노면은 소정의 각도(

Figure pat00019
)를 이루고 있다.The riding comfort improving apparatus for an in-wheel motor-driven electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a suspension device that enables vertical movement for each wheel of the left and right front wheels and the left and right rear wheels. By this suspension, the road-grounding center point of the wheel tire can have a vertical movement trajectory of the ground point as shown in FIG. 1 when the wheel is viewed from the side. The up-and-down movement trajectory of this ground point is related to the anti-dive / anti-lift characteristics in the movement of the vehicle, and is moved by the rotation of the virtual link as shown in FIG. And the road surface has a predetermined angle (
Figure pat00019
)

이 안티다이브/안티리프트 특성에 대해서 살펴보기로 한다. Let's take a look at this anti-dive / anti-lift feature.

전기자동차가 가속하거나 감속하게 되면 전기자동차의 무게중심에 작용하는 관성력으로 인하여 차체는 피칭운동을 하게 된다. When the electric vehicle accelerates or decelerates, the body is pitched due to the inertia force acting on the center of gravity of the electric vehicle.

예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 전기자동차가 제동력에 의해 감속을 하게 되면 감속도에 의한 전기자동차의 관성력이 전기자동차의 전진방향으로 작용하여 차체가 앞으로 기울어지는 방향의 모멘트가 되어, 전륜의 경우 하중이 증가하고 후륜의 경우 하중이 작아져서, 결국 차량은 다이브(dive, 차체가 진행방향으로 기울어지게 되는 현상)하게 된다.For example, as shown in FIG. 2, when the electric vehicle decelerates by the braking force, the inertia force of the electric vehicle due to the deceleration acts in the forward direction of the electric vehicle, resulting in a moment in the direction in which the vehicle body is inclined forward, In the case of the load increases and in the case of the rear wheels the load is reduced, eventually the vehicle will dive (the phenomenon that the body is tilted in the direction of travel).

이때, 노면에 작용하는 제동력으로 인하여 이 제동력을 받는 전륜 현가장치의 가상링크 및 후륜 현가장치의 가상링크는 각각 노면과 이루는 소정의 제1각도(

Figure pat00020
) 및 제2각도(
Figure pat00021
)를 이루고 이 제1각도만큼 차체의 윗 방향으로 분력이 발생하고, 이 윗 방향으로 발생된 분력에 의해서 전륜 현가장치 스프링이 늘어나며 제2각도만큼 차체의 아래 방향으로 분력이 발생하고 이 아래 방향으로 발생된 분력에 의해 후륜 현가장치 스프링이 줄어들어서, 차량이 다이브 되는 현상이 저감 된다.
At this time, the virtual link of the front wheel suspension and the rear link suspension that receives the braking force due to the braking force acting on the road surface are respectively a predetermined first angle (
Figure pat00020
) And second angle (
Figure pat00021
), The component force is generated in the upward direction of the vehicle body by this first angle, and the front wheel suspension spring is extended by the component force generated in this upward direction, and the component force is generated in the downward direction of the vehicle body by the second angle, and in this downward direction. Due to the generated component force, the rear suspension suspension spring is reduced, thereby reducing the dive of the vehicle.

도 2에 도시된 바와 같이, 전륜 현가장치의 가상링크의 순간 회전중심(

Figure pat00022
)의 위치가 전륜의 후방에 있도록, 후륜 현가장치의 가상링크의 순간 회전중심(
Figure pat00023
)의 위치가 후륜의 전방에 있도록 설계된 경우, 차량의 제동으로 인해 발생하는 차체의 피칭 운동을 방해하는 분력을 만들어 낼 수 있다. 이러한 분력으로 인해서 차체의 상하운동이 저감 되는데, 이것이 바로 안티다이브/안티리프트 특성이다.As shown in Figure 2, the instantaneous rotation center of the virtual link of the front wheel suspension (
Figure pat00022
Instantaneous rotation center of the virtual link of the rear suspension, so that the position of
Figure pat00023
If the position of) is designed to be in front of the rear wheels, it can produce a force that interferes with the pitching motion of the body caused by the braking of the vehicle. This component reduces the vertical movement of the body, which is the anti-dive / anti-lift characteristics.

즉, 현가장치가 만들어 내는 안티다이브/안티리프트 특성을 이용하면, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 차륜이 노면과의 마찰에 의해서 발생하는 제동력 또는 구동력이, 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 전기자동차 차체의 상하 방향의 분력으로 차체에 작용하여, 현가장치의 스프링이 늘어나거나 줄어들 수 있다.  In other words, using the anti-dive / anti-lift characteristics created by the suspension system, the braking force or driving force generated by friction with the road surface of the wheel rotated by the torque of the in-wheel motor is the angle between the virtual link of the suspension device and the road surface. As a result, the spring of the suspension device may be extended or reduced by acting on the vehicle body by the vertical force of the electric vehicle body.

결국, 이 현가장치 스프링에 작용하는 힘을 변화시켜 차량의 상하운동을 저감할 수 있게 된다.
As a result, the vertical motion of the vehicle can be reduced by changing the force acting on the suspension spring.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치는, 현가장치 스프링에 의해 지지 되는 차체의 상하운동을 제한하려는 것이다. Therefore, the riding comfort improving apparatus of the in-wheel motor-driven electric vehicle according to the embodiment of the present invention is intended to limit the vertical movement of the vehicle body supported by the suspension spring.

기존 내연기관 차량에 있어서 승차감을 제어하기 위한 수단은, 현가장치에서 댐핑력을 이루는 댐핑계수를 가변할 수 있는 가변댐퍼를 두고 댐핑계수를 결정하는 알고리즘으로 스카이훅 제어 기법을 사용하고 있다. 이에 대해서 살펴보기로 한다.As a means for controlling ride comfort in a conventional internal combustion engine vehicle, a sky hook control technique is used as an algorithm for determining a damping coefficient with a variable damper capable of varying a damping coefficient of a damping force in a suspension system. Let's look at this.

스카이훅 제어는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 가상의 관성기준(Inertia Reference)과 차량의 스프링 상중량(Sprung mass)(차체) M에 가상의 스카이훅 수동 댐퍼를 설치하여 차체 M의 속도에 직접 비례하는 감쇄력을 발생시키는 방법이다. Skyhook control is performed by installing a virtual Skyhook manual damper on the virtual Inertia Reference and the spring mass M of the vehicle, as shown in FIG. This is a method of generating damping force directly proportional to speed.

그러나 실제로는 이것이 가능하지 않기 때문에, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 현가장치의 가변 댐퍼를 이용하여 이와 등가 적인 감쇄력을 발생시킨다. However, since this is not possible in practice, the equivalent damping force is generated by using the variable damper of the suspension as shown in Fig. 3B.

실제 모델에서의 등가 댐핑 계수는 아래의 수학식 1을 통해서 구해질 수 있다.  The equivalent damping coefficient in the real model can be obtained through Equation 1 below.

Figure pat00024
Figure pat00024

이때,

Figure pat00025
는 현가장치 모델에서의 등가 댐핑 계수, 는 이상적인 현가장치의 모델에서의 등가 댐핑 계수,
Figure pat00027
는 차체(스프링 상중량)의 상하방향 속도,
Figure pat00028
는 차륜(스프링 하중량)의 상하방향 속도를 나타낸다.
At this time,
Figure pat00025
Is the equivalent damping factor in the suspension model, Is the equivalent damping factor in the model of the ideal suspension,
Figure pat00027
Is the vertical velocity of the body (spring weight),
Figure pat00028
Represents the up-down speed of the wheel (spring lower weight).

또한, 도 3의 (b)에서 등가적인 감쇄력은 아래의 수학식 2와 같은 조건에서만 구해질 수 있다.  In addition, the equivalent damping force in (b) of FIG. 3 can be obtained only under the condition shown in Equation 2 below.

Figure pat00029
Figure pat00029

이때, 등가적인 감쇄력은

Figure pat00030
이고
Figure pat00031
인 경우를 모두 만족하는 경우에 발생하거나,
Figure pat00032
이고
Figure pat00033
인 경우를 모두 만족하는 경우에 발생할 수 있다. 즉, 차체의 상하방향 속도의 방향과, 차체의 상하방향 속도와 차륜 상하방향 속도 간 차의 방향이 모두 일치한 경우에 등가적인 감쇄력이 발생할 수 있다.
At this time, the equivalent damping force
Figure pat00030
ego
Figure pat00031
Occurs when all the cases are satisfied, or
Figure pat00032
ego
Figure pat00033
This may occur when all of the following conditions are satisfied. That is, an equivalent damping force may occur when the direction of the vehicle's up-down speed and the direction of the vehicle between the vehicle's up-down speed and the wheel's up-and-down speed coincide with each other.

이에 본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치는, 스카이 훅 제어기법을 이용하여 전기자동차 차체의 상하방향의 운동을 감소시키기 위해 차체에 인가되는 힘을 발생할 수 있다. 본 발명의 실시예에 적용되는 현가장치의 모델이 도 4에 도시되어 있다.Accordingly, the ride comfort improving apparatus of the in-wheel motor-driven electric vehicle according to the embodiment of the present invention may generate a force applied to the vehicle body to reduce the vertical movement of the vehicle body by using the sky hook controller method. A model of the suspension applied to an embodiment of the present invention is shown in FIG.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 현가장치의 모델은, 인휠(In-Wheel) 모터를 구비한 전기자동차의 차륜(4), 전기자동차 차체(1)를 지지하는 스프링(spring)(2) 및 전기자동차 차체(1)의 상하방향의 진동을 흡수하는 댐퍼(damper)(3)를 구비할 수 있다. 이때, 차륜(4)은 전기자동차의 좌우전륜 및 좌우후륜을 쿼터(quarter) 모델화하여 좌우전륜 및 좌우후륜 중 하나의 차륜으로만 표시한 경우이다.As shown in Figure 4, the model of the suspension device according to an embodiment of the present invention, the wheel (4) of the electric vehicle having an in-wheel (In-Wheel) motor, the spring for supporting the electric vehicle body (1) ( It may be provided with a damper (3) for absorbing the vibration in the vertical direction of the spring (2) and the electric vehicle body (1). In this case, the wheel 4 is a case in which the left and right front wheels and the left and right rear wheels of the electric vehicle are formed as a quarter model to display only one of the left and right front wheels and the left and right rear wheels.

인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 차륜과 노면 사이의 마찰에 의해 발생하는 구동력 또는 제동력이, 현가장치의 가상링크가 노면과 이루는 사잇각 만큼, 전기자동차 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력으로 차체에 작용하여, 현가장치의 스프링을 늘어나거나 줄어들게 할 수 있다. The driving force or braking force generated by the friction between the wheel and the road surface rotated by the torque of the in-wheel motor acts on the vehicle body by the component force that hinders the up and down movement of the electric vehicle body by the angle between the virtual link of the suspension system and the road surface. Thus, the spring of the suspension can be increased or decreased.

이때, 전기자동차 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력

Figure pat00034
는, 도 4에 도시된 바와 같이 차체의 상하방향의 운동을 감소시키기 위해 차체에 인가되는 힘일 수 있다.At this time, the component force hindering the vertical movement of the electric vehicle body
Figure pat00034
4 may be a force applied to the vehicle body to reduce the vertical movement of the vehicle body as shown in FIG. 4.

이에 따라 도 4에 도시된 현가장치의 모델에 대한 운동 방정식은 아래의 수학식 3 및 4를 이용하여 구할 수 있다. Accordingly, the equation of motion for the model of the suspension shown in FIG. 4 can be obtained using Equations 3 and 4 below.

Figure pat00035
Figure pat00035

Figure pat00036
Figure pat00036

이때, 수학식 3은 차체(1)의 운동방정식을 나타내며, 수학식 4는 차륜(4)의 운동 방정식을 나타내며, k는 현가장치 스프링상수를 나타내며, c는 현가장치 댐핑계수를 나타내며,

Figure pat00037
는 각각 차체의 상하 방향 이동거리, 차륜의 상하 방향 이동거리를 나타내며,
Figure pat00038
는 각각 차체의 상하 방향 속도, 차륜의 상하 방향 속도를 나타낸다.In this case, Equation 3 represents the equation of motion of the vehicle body 1, Equation 4 represents the equation of motion of the wheel 4, k represents the suspension spring constant, c represents the suspension damping coefficient,
Figure pat00037
Represents the up and down moving distance of the car body and the up and down moving distance of the wheel, respectively.
Figure pat00038
Denotes the vertical velocity of the vehicle body and the vertical velocity of the wheel, respectively.

그리고, 전기자동차 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력

Figure pat00039
가 차체에 작용하여, 현가장치의 스프링이 늘어나거나 줄어들게 된다. 이에 따라 차량 주행 중 발생하는 차체의 상하방향의 진동을 감소할 수 있게 된다.And the component force which hinders the up and down movement of the electric vehicle body
Figure pat00039
Acts on the car body, causing the suspension springs to stretch or shrink. Accordingly, it is possible to reduce the vibration in the vertical direction of the vehicle body generated while driving the vehicle.

전기자동차 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력

Figure pat00040
는 아래의 수학식 5 및 6의 조건을 동시에 만족하는 경우에만 발생할 수 있다. 즉, 전기자동차의 차체의 상하방향 운동의 방향과 좌우 전륜 및 좌우 후륜 각 차륜의 상하방향 운동의 방향이 모두 동일하고, 전기 자동차 차체의 상하방향 가속도의 방향 및 전기 자동차 차체의 상하방향 속도 방향이 같을 때이다. Components that interfere with the up and down movement of the electric vehicle body
Figure pat00040
May occur only when the conditions of Equations 5 and 6 are simultaneously satisfied. That is, the direction of the vertical movement of the vehicle body of the electric vehicle and the direction of the vertical movement of each of the left and right front wheels and the left and right rear wheels are the same, and the vertical acceleration direction of the electric vehicle body and the vertical velocity direction of the electric vehicle body are It is the same time.

Figure pat00041
Figure pat00041

이때,

Figure pat00042
는 좌우 전륜의 속도를 나타내며,
Figure pat00043
는 좌우 후륜의 속도를 나타내며, 수학식 5에서 알 수 있듯이, 전기자동차 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력
Figure pat00044
는 차체(1)의 상하방향 운동의 방향과 좌우 전륜 및 좌우 후륜의 상하방향 운동의 방향이 모두 동일할 때에만 적용됨을 알 수 있다. At this time,
Figure pat00042
Indicates the speed of the front left and right wheels,
Figure pat00043
Represents the speed of the left and right rear wheels, and as shown in Equation 5, the component force that hinders the up and down movement of the electric vehicle body
Figure pat00044
It can be seen that is applied only when the direction of the up and down movement of the vehicle body 1 and the direction of the up and down movement of the left and right front wheels and the left and right rear wheels are the same.

Figure pat00045
Figure pat00045

이때,

Figure pat00046
는 차체(1)의 상하방향 가속도를 나타내며, 수학식 6은 차체(1)의 상하방향 속도의 방향과 차체(1)의 상하방향 가속도의 방향이 같을 때에, 전기자동차 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력
Figure pat00047
이 적용됨을 알 수 있다.
At this time,
Figure pat00046
Denotes the vertical acceleration of the vehicle body 1, and Equation 6 hinders the vertical movement of the vehicle body when the direction of the vertical velocity of the vehicle body 1 and the vertical acceleration direction of the vehicle body 1 are the same. Component
Figure pat00047
It can be seen that this applies.

다음으로 전기자동차 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력

Figure pat00048
의 부호 및 크기는, 차체(1)의 상하방향 속도
Figure pat00049
의 부호에 따라 아래의 수학식 7과 같이 결정될 수 있다.Next, the component force that hinders the up and down movement of the electric vehicle body
Figure pat00048
The sign and the magnitude of are the vertical velocity of the vehicle body 1
Figure pat00049
It may be determined as shown in Equation 7 below according to.

Figure pat00050
Figure pat00050

이때,

Figure pat00051
는 상기 차체의 상하방향 속도를 나타내며 양의 값을 갖는 경우 상기 차체의 상방향 속도를 나타내고 음의 값을 경우 상기 차체의 하방향 속도를 나타내며,
Figure pat00052
는 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 나타내며,
Figure pat00053
는 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 나타내며,
Figure pat00054
는 스카이 훅 제어를 위한 이상적인 현가장치에서의 댐핑계수를 나타낸다.At this time,
Figure pat00051
Represents the up and down speed of the vehicle body, and if it has a positive value, it represents the upward speed of the vehicle body, and if it is a negative value, it represents the down speed of the vehicle body,
Figure pat00052
Represents the component force that hinders the up and down movement of the body caused by the front and rear wheels,
Figure pat00053
Represents the component force that hinders the up and down movement of the body caused by the left and right rear wheels.
Figure pat00054
Denotes the damping coefficient in the ideal suspension for sky hook control.

그리고, 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 좌우 전륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 좌우 전륜 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 좌우 전륜 현가장치의 스프링을 늘리거나 줄이는 힘을 나타낸다. 또한 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 좌우 후륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 좌우 후륜 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 좌우후륜 현가장치의 스프링을 늘리거나 줄이는 힘을 나타낸다. In addition, the component force that hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the front and rear wheels is the driving force or braking force of the wheel generated by the friction between the left and right front wheels rotated by the torque of the in-wheel motor and the road surface. As the angle between the link and the road surface, the force acts on the vehicle body by the component force that hinders the vertical movement of the vehicle body, thereby showing the force of increasing or decreasing the springs of the left and right front wheel suspensions. In addition, the component force that hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right rear wheels is the driving force or braking force of the wheel generated by friction between the left and right rear wheels rotated by the torque of the in-wheel motor and the road surface, and the virtual link of the left and right rear wheel suspension system. As the angle between the road surface and the road surface, it acts on the vehicle body by the component force which hinders the vertical movement of the vehicle body, and shows the force of increasing or decreasing the spring of the left and right rear wheel suspension.

차체(1)의 속도가

Figure pat00055
이면
Figure pat00056
는 스카이 훅 제어를 위한 현가장치의 이상적인 모델에서의 댐핑계수와 차체(1)의 상하방향 속도의 절대값의 곱으로 구해지고,
Figure pat00057
는
Figure pat00058
와 동일한 크기를 갖지만 반대방향으로 작용하며, 차체(1)의 속도가
Figure pat00059
인 경우는
Figure pat00060
에서의 값들과 반대 부호의 값으로 정해질 수 있다.
The speed of the body 1
Figure pat00055
If
Figure pat00056
Is obtained by multiplying the damping coefficient in the ideal model of the suspension device for the sky hook control by the absolute value of the vertical velocity of the vehicle body 1,
Figure pat00057
The
Figure pat00058
It has the same size as, but acts in the opposite direction, and the speed of the body 1
Figure pat00059
If is
Figure pat00060
It can be set to the value of the sign opposite to the values in.

이상과 같이 수학식 7에서 알 수 있듯이, 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력

Figure pat00061
와 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력
Figure pat00062
의 합은, "0(zero)"가 되므로, 전기자동차의 본래 주행을 위한 구동력을 변화시키지 않고 상하운동을 제어할 수 있게 된다.
As can be seen from Equation 7, as described above, the component force that hinders the up and down movement of the vehicle body caused by the left and right front wheels
Figure pat00061
Force that interferes with the up and down movement of the body caused by the front and rear wheels
Figure pat00062
Since the sum is " zero ", the vertical motion can be controlled without changing the driving force for the original driving of the electric vehicle.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치의 구성을 나타낸 도면이다. 5 is a view showing the configuration of the ride comfort improving apparatus of the in-wheel motor-driven electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치는, 스카이훅 콘트롤러(10), 토크 변환부(11), PI 제어기(12), 토크 형성부(13), 차량(14) 및 감산기(15)를 포함한다.
As shown in FIG. 5, a ride comfort improving apparatus of an in-wheel motor-driven electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention includes a sky hook controller 10, a torque converter 11, a PI controller 12, and a torque forming unit ( 13), vehicle 14 and subtractor 15.

스카이훅 콘트롤러(10)는 차량 모델(Vehicle Model)로부터 차체의 상하방향 속도(

Figure pat00063
)와 좌우 전륜의 상하방향 속도
Figure pat00064
, 좌우 후륜의 상하방향 속도
Figure pat00065
및 차량의 종방향 속도
Figure pat00066
를 입력받아, 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력
Figure pat00067
를 구한다. Skyhook controller 10 is a vertical velocity of the vehicle body from the vehicle model (Vehicle Model)
Figure pat00063
And up and down speed of left and right front wheels
Figure pat00064
, Vertical speed of left and right rear wheels
Figure pat00065
And longitudinal speed of the vehicle
Figure pat00066
Component that interferes with the vertical movement of the body
Figure pat00067
.

이때, 스카이훅 콘트롤러(10)는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력

Figure pat00068
를 수학식 5 및 6을 동시에 만족하는 경우에 대해서만 구할 수 있다. 그리고, 수학식 7을 이용하여 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력
Figure pat00069
및 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력
Figure pat00070
를 구할 수 있다. 그리고 차체의 상하운동을 방해하는 분력은 수학식 3에 의하여 모델링 될 수 있다.At this time, the sky hook controller 10 is a component force that prevents the up and down movement of the vehicle body
Figure pat00068
Can be obtained only for the case where Equations 5 and 6 are simultaneously satisfied. And, by using the equation (7) the component force that prevents the vertical movement of the vehicle body generated by the front and rear wheels
Figure pat00069
And a component force that prevents the up and down movement of the vehicle body caused by the left and right rear wheels.
Figure pat00070
Can be obtained. And the component that interferes with the vertical movement of the body can be modeled by the equation (3).

토크 변환부(11)는 스카이 훅 콘트롤러(10)에서 구해진, 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력

Figure pat00071
에 동일한 크기의 좌우전륜 및 좌우후륜의 반경을 곱하여, 승차감 제어를 위하여 좌우전륜 및 좌우후륜에 적용될 승차감 제어 토크
Figure pat00072
로 변환한다. The torque converting portion 11 is a component force that hinders the up and down movement of the vehicle body, which is obtained from the sky hook controller 10.
Figure pat00071
Riding control torque to be applied to left and right front wheels and left and right wheels to control riding comfort by multiplying the radius of left and right front wheels
Figure pat00072
.

감산기(15)는 운전자의 목표 종방향 속도

Figure pat00073
와 차량(14)에서 출력되는 차량의 종방향 속도
Figure pat00074
의 편차를 출력한다. Subtractor 15 is the target longitudinal speed of the driver
Figure pat00073
And longitudinal velocity of the vehicle output from the vehicle 14
Figure pat00074
Output the deviation of.

PI 제어기(12)는 감산기(15)에서 출력된 값을 비례 적분 제어하여 운전자의 목표종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크

Figure pat00075
를 출력한다. 이는 실제 차량에서 운전자가 주행하려는 운전자의 목표 종방향 속도를 변화시키고 현재 차량의 종방향 속도(차량의 운행속도)에 따라 그 편차를 인지하여 가속 및 감속 페달을 밟아 구동 토크
Figure pat00076
를 발생시키는 것과 동일한 과정이다. 즉, PI 제어기(12)는 운전자의 입장에서 보면 현재의 차량의 주행속도(차량의 종방향 속도)로부터 운전자가 목표로 하는 주행속도(차량의 목표 종방향 속도)를 만들어 내기 위한 가감속 페달의 조작량이라고 할 수 있으며, 이 가감속 페달의 조작량은 구동 토크
Figure pat00077
와 동일할 수 있다.The PI controller 12 controls the value output from the subtractor 15 in proportional integral control to drive the target longitudinal speed of the driver.
Figure pat00075
. It changes the driver's target longitudinal speed in the actual vehicle and recognizes the deviation according to the current vehicle's longitudinal speed (vehicle driving speed) and presses the acceleration and deceleration pedal to drive the driving torque.
Figure pat00076
Is the same process as generating it. In other words, the PI controller 12 is an acceleration / deceleration pedal for generating a driving speed (target longitudinal speed of the vehicle) that the driver targets from the driving speed of the current vehicle (length of the vehicle). The operation amount of the acceleration / deceleration pedal is the driving torque.
Figure pat00077
≪ / RTI >

토크 형성부(13)는 토크 변환부(11)에서 출력된 승차감 제어 토크

Figure pat00078
와 PI 제어기(12)에서 출력된 구동 토크
Figure pat00079
를 이용하여, 좌측전륜의 토크
Figure pat00080
, 우측전륜의 토크
Figure pat00081
, 좌측후륜의 토크
Figure pat00082
및 우측후륜의 토크
Figure pat00083
을 구한다.The torque forming unit 13 is a ride comfort control torque output from the torque converting unit 11.
Figure pat00078
And drive torque output from the PI controller 12
Figure pat00079
Torque of left front wheel
Figure pat00080
Torque on right front wheel
Figure pat00081
, Left rear wheel torque
Figure pat00082
And right rear wheel torque
Figure pat00083
.

이때, 좌측전륜의 토크, 우측전륜의 토크, 좌측후륜의 토크 및 우측후륜의 토크는 아래의 수학식 8을 이용하여 구할 수 있다.At this time, the torque of the left front wheel, the torque of the right front wheel, the torque of the left rear wheel and the torque of the right rear wheel can be obtained using Equation 8 below.

Figure pat00084
Figure pat00084

이때,

Figure pat00085
는 상기 승차감 제어 토크,
Figure pat00086
는 상기 운전자의 목표 종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크,
Figure pat00087
은 좌측전륜 토크,
Figure pat00088
는 우측전륜 토크,
Figure pat00089
는 좌측후륜 토크,
Figure pat00090
는 우측후륜 토크를 나타낸다. At this time,
Figure pat00085
Is the ride comfort control torque,
Figure pat00086
Is a driving torque for following the target longitudinal speed of the driver,
Figure pat00087
Left front wheel torque,
Figure pat00088
Is the right front wheel torque,
Figure pat00089
Is the left rear wheel torque,
Figure pat00090
Represents the right rear wheel torque.

좌측전륜의 토크 및 우측전륜의 토크는, 승차감 제어 토크

Figure pat00091
에, 운전자의 목표종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크
Figure pat00092
를 각 4개의 차륜에 4등분하여 이를 합한 값으로 결정하고, 좌측후륜의 토크 및 우측후륜의 토크는, 승차감 제어 토크
Figure pat00093
에 반대부호를 적용한 값을, 운전자의 목표종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크
Figure pat00094
를 각 4개의 차륜에 4등분하여 이를 합한 값으로 결정할 수 있다.Torque of left front wheel and torque of right front wheel are ride comfort control torque
Figure pat00091
Drive torque to follow the target longitudinal speed of the driver
Figure pat00092
Is divided into four equal parts and determined as the sum of them, and the torque of the left rear wheel and the torque of the right rear wheel are the ride comfort control torque.
Figure pat00093
Drive torque to follow the target longitudinal speed of the driver
Figure pat00094
It can be determined as the sum of four parts of each of the four wheels.

차량(14)은, 차륜마다 인휠(In-Wheel) 모터를 구비한 전기자동차 차체의 상하방향 진동을 감소하기 위한 현가장치를 구비하며, 상기 좌측전륜의 토크, 우측전륜의 토크, 좌측 후륜의 토크 및 우측후륜의 토크를 이용하여, 각각 회전하는 차륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 상기 현가장치의 스프링을 늘어나게 하거나 줄어들게 한다.The vehicle 14 includes a suspension device for reducing the vertical vibration of the electric vehicle body having an in-wheel motor for each wheel, and includes the torque of the left front wheel, the torque of the right front wheel, and the torque of the left rear wheel. And the driving force or braking force of the wheels generated by friction between the rotating wheels and the road surface using the torque of the right rear wheel, respectively, by the angle between the virtual link of the suspension system and the road surface, which impedes the vertical movement of the vehicle body. Acting on the vehicle body, the spring of the suspension is stretched or reduced.

또한 차량(14)은, 토크 형성부(13)에서 구해진 각 토크 값에 따라 각 차륜의 회전에 의한 차량 주행 중, 차체의 상하방향 속도, 좌우전륜의 상하방향 속도, 좌우후륜의 상하방향 속도 및 차체의 종방향 속도를 각각 차체 상하방향 속도감지센서, 좌우 전륜의 상하방향 속도감지센서, 좌우 후륜의 상하방향 속도감지센서 및 자동차 속도 감지센서를 이용하여 측정해서 출력한다.
In addition, the vehicle 14, the vehicle body by the rotation of each wheel according to the respective torque value obtained by the torque forming unit 13, the vertical speed of the vehicle body, the vertical speed of the front and rear wheels, the vertical speed of the left and right rear wheels and The longitudinal speed of the vehicle body is measured and output by using the vehicle body up and down speed sensor, the up and down speed sensor on the left and right front wheels, the up and down speed sensor on the left and right rear wheels, and the car speed sensor, respectively.

도 6은 차량에 적용한 승차감제어의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 6 is a diagram illustrating a simulation result of ride comfort control applied to a vehicle.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 차체의 상하운동을 제어한 경우와 제어하지 않은 경우를 비교할 때, 종축이 주파수, 횡축이 상하 가속도를 제곱하여 얻어진 상하 가속도의 PSD(Power Spectrum Density)가 배치되는 좌표에서, 사람이 가장 민감하게 느끼는 주파수 4~8Hz 부근을 보면 전기자동차 차체의 수직가속도에 대한 파워스펙트럼밀도가 낮아짐을 알 수 있다.
As shown, when comparing the case of controlling the vertical movement of the electric vehicle body according to the embodiment of the present invention and the case of no control, the vertical axis of the vertical axis, the horizontal axis of the vertical acceleration PSD (Power Spectrum obtained by squaring up and down acceleration) In the coordinates where the density is placed, it can be seen that the power spectrum density with respect to the vertical acceleration of the electric vehicle body is lowered when looking around the frequency of 4 to 8 Hz, which the human is most sensitive to.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
So far, the present invention has been described with reference to the embodiments. Those skilled in the art will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above-described examples, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims and equivalents thereof.

Claims (12)

차륜마다 인휠(In-Wheel) 모터를 구비한 전기자동차 차체의 상하방향 운동을 감소시키는 현가장치를 구비하되,
상기 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 차륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 상기 현가장치의 스프링에 하중변화를 주어 스프링을 늘어나게 하거나 줄어들게 하는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.Each wheel is provided with a suspension to reduce the vertical movement of the electric vehicle body having an in-wheel motor,
The driving force or braking force of the wheel generated by friction between the wheel and the road surface rotated by the torque of the in-wheel motor is a component force that prevents the vertical movement of the vehicle body by the angle between the virtual link of the suspension system and the road surface. By acting on, to give a change in the load of the spring of the suspension device to increase or decrease the spring, in-wheel motor-driven electric vehicle improvement device. 제 1 항에 있어서,
상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은,
상기 차체의 상하방향 운동의 방향과 좌우전륜 및 좌우후륜 각각의 상하방향 운동의 방향이 모두 동일하고,
상기 차체의 상하방향 가속도의 방향 및 상기 차체의 상하방향 속도의 방향이 같을 때에만, 발생하는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치. The method of claim 1,
The component force hindering the vertical movement of the vehicle body is
The direction of the up and down movement of the vehicle body and the up and down movement of each of the left and right front wheels and the left and right rear wheels are the same,
An apparatus for improving ride comfort of an in-wheel motor-driven electric vehicle, which occurs only when the direction of the vertical acceleration of the vehicle body and the direction of the vertical velocity of the vehicle body are the same. 제 2 항에 있어서,
상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력의 크기는,
스카이 훅 제어를 위한 이상적인 현가장치의 댐핑 계수와 상기 차체의 상하방향 속도의 절대값을 곱하여 얻어지며,
상기 차체의 상하방향의 운동을 방해하는 분력의 방향은, 좌우전륜에 의한 경우와 좌우후륜에 의한 경우 서로 반대인, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.The method of claim 2,
The magnitude of the force that interferes with the vertical movement of the vehicle body,
It is obtained by multiplying the damping coefficient of the ideal suspension for the sky hook control by the absolute value of the vertical velocity of the vehicle body,
The direction of the component force which hinders the movement of the vehicle body in the up and down direction is opposite to the case of the left and right front wheels and the left and right rear wheels, the ride comfort improvement device of the in-wheel motor-driven electric vehicle. 제 3 항에 있어서,
상기 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력 및 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 아래의 수학식에 의해서 결정되는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.
[ 수학식 ]
Figure pat00095

이때,
Figure pat00096
는 상기 차체의 상하방향 속도를 나타내며 양의 값을 갖는 경우 상기 차체의 상방향 속도를 나타내고 음의 값을 경우 상기 차체의 하방향 속도를 나타내며,
Figure pat00097
는 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 나타내며,
Figure pat00098
는 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 나타내며,
Figure pat00099
는 스카이 훅 제어를 위한 이상적인 현가장치에서의 댐핑계수를 나타낸다.The method of claim 3, wherein
The component force which hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the front and rear wheels and the component force which hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right rear wheels are determined by the following equation, Enhancement device.
[ Mathematical Expression ]
Figure pat00095

At this time,
Figure pat00096
Represents the up and down speed of the vehicle body, and if it has a positive value, it represents the upward speed of the vehicle body, and if it is a negative value, it represents the down speed of the vehicle body,
Figure pat00097
Represents the component force that hinders the up and down movement of the body caused by the front and rear wheels,
Figure pat00098
Represents the component force that hinders the up and down movement of the body caused by the left and right rear wheels.
Figure pat00099
Denotes the damping coefficient in the ideal suspension for sky hook control. 제 4 항에 있어서,
상기 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 좌우 전륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 좌우 전륜 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 좌우 전륜 현가장치의 스프링을 늘리거나 줄이는 힘이며,
상기 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 좌우 후륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 좌우 후륜 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 좌우후륜 현가장치의 스프링을 늘리거나 줄이는 힘인, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.The method of claim 4, wherein
The component force that hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right front wheels is the driving force or braking force of the wheel generated by friction between the left and right front wheels rotated by the torque of the in-wheel motor and the road surface, and the virtual link of the left and right front wheel suspension devices. As the angle between the road surface and the road surface, the force acts on the vehicle body by the component force that hinders the vertical movement of the vehicle body, and increases or decreases the spring of the left and right front wheel suspension device.
The component force that obstructs the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right rear wheels is the driving force or braking force of the wheel generated by friction between the left and right rear wheels rotated by the torque of the in-wheel motor and the road surface, and the virtual link of the left and right rear wheel suspension device. And an in-wheel motor-driven electric vehicle improving device that acts on the vehicle body by a component force that interferes with the vertical movement of the vehicle body by the angle between the road surface and the road surface, thereby increasing or decreasing the spring of the left and right rear wheel suspensions. 차량으로부터 차체의 상하방향 속도와 좌우전륜의 상하방향 속도 및 좌우후륜의 상하방향 속도를 입력받아, 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 구하는 스카이훅 콘트롤러;
상기 구해진 분력에, 동일한 크기의 좌우전륜 및 좌우후륜의 반경을 곱하여, 승차감 제어를 위하여 좌우전륜 및 좌우후륜에 적용될 승차감 제어 토크로 변환하는 토크 변환부;
운전자의 목표 종방향 속도와 상기 차량에서 출력된 차량의 종방향 속도의 편차를 출력하는 감산기;
상기 감산기에서 출력된 값을 비례 적분 제어하여 운전자의 목표 종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크를 출력하는 PI 제어기;
상기 승차감 제어 토크와 상기 목표 종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크를 이용하여, 좌측전륜의 토크, 우측전륜의 토크, 좌측후륜의 토크 및 우측후륜의 토크를 구하는, 토크 형성부; 및
차륜마다 인휠(In-Wheel) 모터를 구비한 전기자동차 차체의 상하방향 진동을 감소하기 위한 현가장치를 구비하며, 상기 좌측전륜의 토크, 우측전륜의 토크, 좌측 후륜의 토크 및 우측후륜의 토크를 이용하여, 각각 회전하는 차륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 상기 현가장치의 스프링을 늘어나게 하거나 줄어들게 하며, 상기 토크 형성부에서 구해진 각 토크 값에 따라 각 차륜의 회전에 의한 차량 주행 중, 차체의 상하방향 속도, 좌우전륜의 상하방향 속도, 좌우후륜의 상하방향 속도 및 차체의 종방향 속도를 각각 차체 상하방향 속도감지센서, 좌우 전륜의 상하방향 속도감지센서, 좌우 후륜의 상하방향 속도감지센서 및 자동차 속도 감지센서를 이용하여 측정해서 출력하는 차량을 포함하는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치. A sky hook controller which receives a vertical velocity of the vehicle body, an vertical velocity of the left and right front wheels, and an vertical velocity of the left and right rear wheels from the vehicle, and obtains a component force that impedes the vertical movement of the vehicle body;
A torque converter for multiplying the obtained components by the radii of the left and right front wheels and the left and right rear wheels of the same size, and converting them into a ride comfort control torque to be applied to the left and right front wheels and the right and left rear wheels to control the ride comfort;
A subtractor for outputting a deviation between a target longitudinal speed of a driver and a longitudinal speed of the vehicle output from the vehicle;
A PI controller configured to proportionally integrate the value output from the subtractor and output a driving torque for following a target longitudinal speed of the driver;
A torque forming unit that obtains the torque of the left front wheel, the torque of the right front wheel, the torque of the left rear wheel and the torque of the right rear wheel using the riding comfort control torque and the drive torque for following the target longitudinal speed; And
Suspension device for reducing the vertical vibration of the electric vehicle body having an in-wheel motor for each wheel, and the torque of the left front wheel, the torque of the right front wheel, the torque of the left rear wheel and the torque of the right rear wheel The driving force or braking force of the wheels generated by friction between the rotating wheels and the road surface, respectively, acts on the vehicle body by a component force that hinders the vertical movement of the vehicle body by the angle between the virtual link of the suspension system and the road surface. Increasing or decreasing the spring of the suspension device, while the vehicle is driven by the rotation of each wheel in accordance with the torque value obtained from the torque forming portion, the vertical speed of the vehicle body, the vertical speed of the left and right front wheels, the vertical wheels of the left and right rear wheels The direction speed and the longitudinal speed of the body are respectively measured by the up and down speed sensor of the car body, the up and down speed sensor of the left and right front wheels, and the left and right rear wheels. Speed and direction sensor, and a vehicle speed sensor to measure and output a vehicle device, in-wheel ride improvement in the motor driving an electric vehicle, including the use. 제 6 항에 있어서,
상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은,
상기 차체의 상하방향 운동의 방향과 좌우전륜 및 좌우후륜 각각의 상하방향 운동의 방향이 모두 동일하고,
상기 차체의 상하방향 가속도의 방향 및 상기 차체의 상하방향 속도의 방향이 같을 때에만, 발생하는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치. The method according to claim 6,
The component force hindering the vertical movement of the vehicle body is
The direction of the up and down movement of the vehicle body and the up and down movement of each of the left and right front wheels and the left and right rear wheels are the same,
An apparatus for improving ride comfort of an in-wheel motor-driven electric vehicle, which occurs only when the direction of the vertical acceleration of the vehicle body and the direction of the vertical velocity of the vehicle body are the same. 제 7 항에 있어서,
상기 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력의 크기는,
스카이 훅 제어를 위한 이상적인 현가장치의 댐핑 계수와 상기 차체의 상하방향 속도의 절대값을 곱하여 얻어지며,
상기 차체의 상하방향의 운동을 방해하는 분력의 방향은, 좌우전륜에 의한 경우와 좌우후륜에 의한 경우 서로 반대인, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.The method of claim 7, wherein
The magnitude of the force that interferes with the vertical movement of the vehicle body,
It is obtained by multiplying the damping coefficient of the ideal suspension for the sky hook control by the absolute value of the vertical velocity of the vehicle body,
The direction of the component force which hinders the movement of the vehicle body in the up and down direction is opposite to the case of the left and right front wheels and the left and right rear wheels, the ride comfort improvement device of the in-wheel motor-driven electric vehicle. 제 8 항에 있어서,
상기 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력 및 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 아래의 수학식에 의해서 결정되는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.
[ 수학식 ]
Figure pat00100

이때,
Figure pat00101
는 상기 차체의 상하방향 속도를 나타내며 양의 값을 갖는 경우 상기 차체의 상방향 속도를 나타내고 음의 값을 경우 상기 차체의 하방향 속도를 나타내며,
Figure pat00102
는 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 나타내며,
Figure pat00103
는 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력을 나타내며,
Figure pat00104
는 스카이 훅 제어를 위한 이상적인 현가장치에서의 댐핑계수를 나타낸다.The method of claim 8,
The component force which hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the front and rear wheels and the component force which hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right rear wheels are determined by the following equation, Enhancement device.
[ Mathematical Expression ]
Figure pat00100

At this time,
Figure pat00101
Represents the up and down speed of the vehicle body, and if it has a positive value, it represents the upward speed of the vehicle body, and if it is a negative value, it represents the down speed of the vehicle body,
Figure pat00102
Represents the component force that hinders the up and down movement of the body caused by the front and rear wheels,
Figure pat00103
Represents the component force that hinders the up and down movement of the body caused by the left and right rear wheels.
Figure pat00104
Denotes the damping coefficient in the ideal suspension for sky hook control. 제 9 항에 있어서,
상기 좌우전륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 좌우 전륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 좌우 전륜 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 좌우 전륜 현가장치의 스프링을 늘리거나 줄이는 힘이며,
상기 좌우후륜에 의해 발생하는 차체의 상하방향 운동을 방해하는 분력은, 인휠 모터의 토크에 의해 회전하는 좌우 후륜과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 차륜의 구동력 또는 제동력이, 좌우 후륜 현가장치의 가상링크와 노면이 이루는 사잇각 만큼, 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력으로 상기 차체에 작용하여, 좌우후륜 현가장치의 스프링을 늘리거나 줄이는 힘인, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.The method of claim 9,
The component force that hinders the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right front wheels is the driving force or braking force of the wheel generated by friction between the left and right front wheels rotated by the torque of the in-wheel motor and the road surface, and the virtual link of the left and right front wheel suspension devices. As the angle between the road surface and the road surface, the force acts on the vehicle body by the component force that hinders the vertical movement of the vehicle body, and increases or decreases the spring of the left and right front wheel suspension device.
The component force that obstructs the vertical movement of the vehicle body generated by the left and right rear wheels is the driving force or braking force of the wheel generated by friction between the left and right rear wheels rotated by the torque of the in-wheel motor and the road surface, and the virtual link of the left and right rear wheel suspension device. And an in-wheel motor-driven electric vehicle improving device that acts on the vehicle body by a component force that interferes with the vertical movement of the vehicle body by the angle between the road surface and the road surface, thereby increasing or decreasing the spring of the left and right rear wheel suspensions. 제 6 항에 있어서,
상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력은, 아래의 수학식으로 모델링 되는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.
[ 수학식 ]
Figure pat00105

이때,
Figure pat00106
는 각각 차체의 상하 방향 이동거리, 차륜의 상하 방향 이동거리를 나타내며,
Figure pat00107
는 각각 차체의 상하 방향 속도, 차륜의 상하 방향 속도를 나타내며,
Figure pat00108
는 차체의 상하방향 가속도를 나타내며,
Figure pat00109
은 차체의 질량을 나타내며,
Figure pat00110
는 상기 차체의 상하운동을 방해하는 분력을 나타낸다.The method according to claim 6,
The component force hindering the vertical movement of the vehicle body, which is modeled by the following equation, ride comfort improving device of an in-wheel motor-driven electric vehicle.
[ Mathematical Expression ]
Figure pat00105

At this time,
Figure pat00106
Represents the up and down moving distance of the car body and the up and down moving distance of the wheel, respectively.
Figure pat00107
Represents the up and down speed of the vehicle body and the up and down speed of the wheel, respectively.
Figure pat00108
Represents the vertical acceleration of the vehicle body,
Figure pat00109
Represents the mass of the car body,
Figure pat00110
Denotes the component force which hinders the vertical movement of the vehicle body. 제 6 항에 있어서,
상기 토크 형성부는,
아래의 수학식을 이용하여 좌측전륜의 토크, 우측전륜의 토크, 좌측후륜의 토크 및 우측후륜의 토크를 구하는, 인휠 모터 구동 전기자동차의 승차감 향상장치.
[ 수학식 ]
Figure pat00111

이때,
Figure pat00112
는 상기 승차감 제어를 위하여 좌우전륜 및 좌우후륜에 적용될 승차감 제어 토크,
Figure pat00113
는 상기 운전자의 목표 종방향 속도를 추종하기 위한 구동 토크,
Figure pat00114
은 좌측전륜 토크,
Figure pat00115
는 우측전륜 토크,
Figure pat00116
는 좌측후륜 토크,
Figure pat00117
는 우측후륜 토크를 나타낸다. The method according to claim 6,
The torque forming unit,
A device for improving ride comfort of an in-wheel motor-driven electric vehicle, which obtains the torque of the left front wheel, the torque of the right front wheel, the torque of the left rear wheel, and the torque of the right rear wheel using the following equation.
[ Mathematical Expression ]
Figure pat00111

At this time,
Figure pat00112
Is a ride comfort control torque to be applied to the left and right front wheels and the left and right wheels for the ride comfort control,
Figure pat00113
Is a driving torque for following the target longitudinal speed of the driver,
Figure pat00114
Left front wheel torque,
Figure pat00115
Is the right front wheel torque,
Figure pat00116
Is the left rear wheel torque,
Figure pat00117
Represents the right rear wheel torque.
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