KR20150062267A - 차량의 스카이 훅(skyhook) 제어 방법 - Google Patents

차량의 스카이 훅(skyhook) 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 차량의 스카이 훅 제어방법은, 범프 모드 및 일반노면 모드 판단 단계(S110); 상기 일반노면 모드인 경우 스피드 범프를 검출하여 범프 모드를 적용하는 단계(S120); 상기 범프 모드인 경우 차량 전륜과 후륜이 모두 스피드 범프를 통과한 것을 판단하여 상기 범프 모드를 해제하고 상기 일반노면 모드를 적용하는 단계(S130);를 포함할 수 있다.

Description

차량의 스카이 훅(skyhook) 제어 방법{Skyhook Control Method for vehicle}
본 발명은 차량의 스카이 훅(skyhook) 제어 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 차량이 주행중인 도로의 노면 거칠기를 반영한 차량의 스카이 훅 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 주행 중 외부로부터 지속적으로 전달되는 외력에 대해 차량 내부의 승차감을 향상시키기 위해 보다 간단하면서도 향상된 제어 방식이 끊임없이 개발되고 있다.
이러한 제어 중 스카이훅(Skyhook) 제어는 모든 상태변수를 다 고려하지 않고 단지, 현가장치 상대속도와 차체의 절대속도만으로 구현이 가능한 방식인데, 이는 가상적인 기준면에 감쇄기를 설치해 노면 외란에 의한 차체의 수직가속도를 줄여 주는 방식 즉, 차체의 움직임을 억제하는 제어 알고리즘이다.
이와 같은 스카이훅(Skyhook)제어에 따른 감쇄력은 차체와 차축 사이에 있는 연속 가변 댐퍼를 통해 구현이 가능하며, 이러한 연속 가변 댐퍼는 전류의 인가에 따라 상대속도에 대한 감쇄력이 조절 가능하므로 물리적인 포화 또는 제어불능이 생기지 않는다면 원하는 감쇄력을 추종할 수 있게 된다.
그러나, 스카이훅(Skyhook)제어는 아스팔트와 같이 상태가 양호한 노면을 주행중일 때는 차체의 움직임을 강하게 억제하더라도 승차감이 떨어지지 않는 반면, 시멘트 노면이나 벨지안 노면같이 거친 노면을 주행할 때 지속적인 스카이훅(Skyhook)제어를 수행하는 경우 즉, 스카이훅(Skyhook)제어와 같이 강하게 차체의 움직임을 억제하게 되면 승차감 향상과는 반대로 노면 진동을 차체로 전달시켜 승차감을 오히려 떨어뜨리는 역효과가 발생되어진다.
즉, 스피드 범프(과속방지턱)를 통과시 차체 진동제어 성능을 좋게 튜닝할 경우, 일반 노면 주행시 승차감이 약화되고, 일반 노면에서의 제어 성능을 좋게 튜닝하면 스피드 범프 통과 시 제어 효과가 약화되는 문제점이 있었다.
이와 같은 역효과를 방지하기 위해, 스피드 범프(과속방지턱)를 빠를 시간 내 감지하여 스피드 범프에 특화된 튜닝이 가능하도록 하며, 동시에 일반 노면에서도 성능을 만족시키는 튜닝 자유도를 확보해야만 한다.
한국공개특허공보 제10-2008-0036712호(출원일 : 2006.10.24)
본 발명은 스피드 범프를 더 빠르게 감지하고 이때 미리 준비된 스카이 훅 제어 게인(Gain) 및 튜닝 파라미터를 적용하여 차량의 스피드 범프 통과 시 향상된 제어 성능을 구현할 수 있는 차량의 스카이 훅 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 스카이 훅 제어방법은, 범프 모드 및 일반노면 모드 판단 단계(S110); 상기 일반노면 모드인 경우 스피드 범프를 검출하여 범프 모드를 적용하는 단계(S120); 상기 범프 모드인 경우 차량 전륜과 후륜이 모두 스피드 범프를 통과한 것을 판단하여 상기 범프 모드를 해제하고 상기 일반노면 모드를 적용하는 단계(S130);를 포함할 수 있다.
여기서, 차량의 스카이 훅 제어장치는 상기 일반노면 모드에서 일반노면용 스카이 훅 제어 파라미터가 적용되고 상기 범프 모드에서 범프 모드용 스카이 훅 제어 파라미터가 적용될 수 있다.
또한, 상기 스피드 범프 검출 및 범프 모드 적용 단계(S120)는, 차량 속도가 저속인 것을 검출하는 차속 비교 단계(S121); 차량 전면 좌륜의 댐퍼 상대운동속도와 차량 전방 좌측의 차체 수직가속도를 비교하여 차량 전좌륜의 스피드 범프 통과 여부를 검출하는 전좌륜 범프 검출단계(S122); 차량 전면 우륜의 댐퍼 상대운동속도와 차량 전방 우측의 차체 수직가속도를 비교하여 차량 전우륜의 스피드 범프 통과 여부를 검출하는 전우륜 범프 검출단계(S123); 상기 전좌륜 또는 전우륜이 스피드 범프를 통과함이 검출되면 범프 카운터를 증가시키고 비검출되면 범프 카운터를 리셋하는 범프 카운터 증가 또는 리셋 단계(S124); 상기 범프 카운터를 비교하여 스피드 범프가 검출됨을 비교하는 범프 카운터 비교 단계(S125) 및 상기 스피드 범프를 통과함이 확정되면 일반노면 모드에서 범프 모드로 모드를 변경하는 범프 모드 확정 단계(S126)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 범프 모드를 해제 및 일반노면 모드 적용 단계(S130)는, 상기 범프 모드를 해제하기 위해 스피드 범프가 검출된 이후 차량의 후륜이 스피드 범프를 통과할 동안을 검출하기 위한 타이머(Timer)가 작동될 수 있다.
또한, 상기 타이머의 작동시간(Bump_timer)은 차량 휠 베이스를 기준으로 산출된 기준값(Bump_time)을 초과할 경우 스피드 범프를 통과한 것으로 판단하며, 상기 기준값 Bump_time[sec]=(차량 휠 베이스[m]/(차량속도(kph)*1000/3600))+α(α:여유시간)일 수 있다.
본 발명의 차량의 스카이 훅 제어방법에 따르면, 일반 노면과 스피드 범프 모드용 스카이 훅 제어 파라메터를 별도 구비하여 스카이 훅 제어에 적용함에 의해 종래에 비해 더욱 향상된 스카이 훅 제어가 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 스카이 훅 제어방법의 흐름도;
도 2는 스피드 범프를 통과하는 차량 센서의 값을 나타내는 개략도;
도 3은 스피드 범프를 검출하는 과정을 나타내는 개략도;이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 공지된 구조 및 공지된 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기술된 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 사시도, 단면도, 측면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 차량의 스카이 훅 제어방법에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 스카이 훅 제어방법은, 범프 모드 및 일반노면 모드 판단 단계(S110)와, 일반노면 모드인 경우 스피드 범프를 검출하여 범프 모드를 적용하는 단계(S120)와, 범프 모드인 경우 차량 전륜과 후륜이 모두 스피드 범프를 통과한 것을 판단하여 범프 모드를 해제하고 일반노면 모드를 적용하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
범프 모드 및 일반노면 모드 판단 단계(S110)는 현재 차량의 상태가 스피드 범프를 통과하는 범프 모드인 경우 또는 일반노면을 주행하고 있는 상태인 일반노면 모드인 것을 판별할 수 있다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 스카이 훅 제어방법에 따른 알고리즘에서 모드 판별을 위한 Bump Mode 변수가 1인 경우 범프 모드인 것으로 판별하고, 변수가 0인 경우 일반노면 모드인 것으로 판별할 수 있다.
일반노면 모드인 경우 스피드 범프를 검출하여 범프 모드를 적용하는 단계(S120)는 상기 모드 판단 단계(S110)에서 일반노면을 주행하고 있는 일반노면 모드인 것으로 판별될 경우, 차량에 구비된 다양한 센서들을 통해 스피드 범프를 검출하고, 스피드 범프의 검출시 일반노면 모드에서 범프 모드로 변경한다.
즉, 일반노면 모드에서 차량의 스카이 훅 제어장치에 적용되던 일반노면용 스카이 훅 제어 파라미터를 범프 모드용 스카이 훅 제어 파라미터로 변경하여 적용할 수 있다.
스피드 범프 검출 및 범프 모드 적용 단계(S120)에서 스피드 범프를 검출하는 과정은 도 1 내지 도 3을 참조로 아래에서 더 구체적으로 설명하기로 한다.
범프 모드인 경우 차량 전륜과 후륜이 모두 스피드 범프를 통과한 것을 판단하여 범프 모드를 해제하고 일반노면 모드를 적용하는 단계(S130)는 상기 모드 판단 단계(S110)에서 차량이 스피드 범프를 통과하고 있는 범프 모드인 것으로 판별될 경우, 차량의 전륜과 후륜 모두가 스피드 범프를 통과한 것으로 판정될 경우 범프 모드를 해제하고 일반노면 모드를 적용할 수 있다.
즉, 차량이 스피드 범프를 완전히 통과한 것으로 판정될 경우, 차량이 스카이 범프를 통과하는 동안 범프 모드에서 차량의 스카이 훅 제어장치에 적용되던 범프 모드용 스카이 훅 제어 파라미터를 일반노면용 스카이 훅 제어 파라미터로 변경하여 적용할 수 있다.
본 범프 모드 해제 및 일반노면 모드 적용 단계(S130)에서, 범프 모드를 해제하기 위해 스피드 범프가 검출된 이후 타이머(Timer)가 작동할 수 있다. 이 타이머는 제어 주기에 따라 다양하게 변형실시될 수 있으며, 예를 들어 10ms의 제어주기로 수행되는 경우 타이머의 값이 100이 되었을 때 1초가 경과했음을 의미할 수 있다. 스피드 범프가 검출되어 타이머가 작동되어 Bump_timer의 값이 기준값인 Bump_time을 초과하면 범프 모드가 해제될 수 있다.
기준값인 Bump_time은 차량의 후륜이 스피드 범프를 통과하기까지 걸리는 시간을 의미하며, 통과예상시간에 일정 여유시간(α)을 가산한 시간을 의미할 수 있다.
즉, Bump_time[sec]=(차량 휠 베이스[m]/(차량속도(kph)*1000/3600))+α가 될 수 있으며, Bump_timer ＞ Bump_time인 경우 차량이 스피드 범프를 완전히 통과한 것으로 간주할 수 있으며 이후 일반노면 모드용 스카이 훅 제어 파라미터가 스카이 훅 제어장치에 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조로 일반노면 모드인 경우 스피드 범프를 검출하여 범프 모드를 적용하는 단계(S120)에 대하여 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 모드 판단 단계(S110)에서 일반노면을 주행하고 있는 일반노면 모드인 경우, 차량에 구비된 다양한 센서를 통해 스피드 범프를 검출할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 일반적으로 스프링과 댐퍼로 구성된 세스펜센을 구비한 모든 차량은 스피드 범프를 통과할 때, 차륜(wheel)이 빠르게 상승하여 차체와 차륜 사이의 스프링의 압축이 시작되고, 스프링의 압축력에 의해 차체가 상승하여 스프링이 인장되는 상태를 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이, 차량이 스피드 범프를 통과하는 경우, 전륜 서스펜션에 위치한 수직 가속도 센서로부터의 신호(Vertical Accel)와 댐퍼의 상대운동속도(Damper Speed)의 변화를 통해 스피드 범프가 검출될 수 있다. 차체와 전륜 사이의 서스펜션에서, 차량이 스피드 범프를 통과할 경우 차량 서스펜션의 압축거동에 따라 댐퍼의 상대운동속도(Damper Speed)가 마이너스(-) 방향으로 빠르게 증가한 후, 차체의 수직 가속도가 증가하고 이에 따라 차체의 상승속도가 차륜의 상승 속도보다 빠르게 되어 결국 댐퍼의 상대운동속도(Damper Speed)가 플러스(+) 방향으로 즉, 인장되는 상태로 변화할 수 있다.
이와 같은 차량 수직 가속도 센서로부터의 신호(Vertical Accel)와 댐퍼의 상대운동속도(Damper Speed)의 변화를 통해 스피드 범프가 검출될 수 있으며, 도 3에는 본 실시예의 스피드 범프 검출방법의 일례를 도시하였다.
도 3에 도시한 바와 같이, 수직 가속도(Vertical Accel)가 일정 Threshold(aBody_thold; 0.1g) 이상 증가하고 댐퍼 상대운동속도(Damper Speed)가 일정 Threshold(vDamper_thold; -300mm/s) 이하를 유지하는 상태에서 범프 검출 카운터의 일정 카운트 횟수를 초과할 시 스피드 범프를 검출한 것으로 판단할 수 있다.
본 실시예에서는 차량의 한쪽 차륜만 범프를 통과하는 경우에도 이를 스피드 범프로 검출할 수 있도록 차량의 좌륜과 우륜에 대해 상기 조건을 합(or) 조건으로 체크할 수 있다.
도 3의 스피드 범프 검출방법을 토대로, 도 1에 도시한 일반노면 모드인 경우 스피드 범프를 검출하여 범프 모드를 적용하는 단계(S120)에 대하여 더 구체적으로 설명하면, 모드 판단 단계(S110)에서 Bump Mode 변수가 0 이어서 일반노면 모드인 경우 스피드 범프가 검출된다.
본 실시예의 스피드 범프 검출 및 범프 모드 적용 단계(S120)는 차속 비교 단계(S121), 전좌륜 범프 검출단계(S122), 전우륜 범프 검출단계(S123), 범프 카운터 증가 또는 리셋 단계(S124), 범프 카운터 비교 단계(S125) 및 범프 모드 확정 단계(S126)를 포함할 수 있다.
차속 비교 단계(S121)는 일반적으로 스피드 범프를 통과할 시 차속이 빠르지 않으므로 차량의 속도도 추가로 고려하며, 차량의 속도인 Vehicle Speed가 일정 Threshold(VS_thold; 40kph) 이하를 유지하는 경우 1차적으로 스피드 범프를 통과하는 것으로 고려될 수 있다.
전좌륜 범프 검출단계(S122)는 차량 전면의 좌륜의 댐퍼 상대운동속도와 차량의 전방 좌측의 차체 수직가속도를 비교하여, 전좌륜이 스피드 범프를 통과하는 것을 검출하기 위한 것으로, 차량 전좌륜의 댐퍼 상대운동속도 Damper Speed FL이 (-1)vDamper_thold 미만이고 차량 전좌측 수직 가속도 Vertical Accel FL이 aBody_thold 초과인 경우, 차량이 스피드 범프를 통과하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
전우륜 범프 검출단계(S123)는 상기 전좌륜 범프 검출단계(S122)에서 스피드 범프가 검출되지 않은 것으로 판단될 경우, 차량 전방 우측이 스피드 범프를 통과하는지 여부를 추가적으로 판별하기 위한 것으로, 차량 전면의 우륜의 댐퍼 상대운동속도와 차량의 전방 우측의 차체 수직가속도를 비교하여, 전우륜이 스피드 범프를 통과하는 것을 검출하기 위한 것으로, 차량 전우륜의 댐퍼 상대운동속도 Damper Speed FR이 (-1)vDamper_thold 미만이고 차량 전우측 수직 가속도 Vertical Accel FR이 aBody_thold 초과인 경우, 차량이 스피드 범프를 통과하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
범프 카운터 증가 또는 리셋 단계(S124)는 상기 전좌륜 범프 검출단계(S122) 또는 전우륜 범프 검출단계(S123)에서 스피드 범프의 검출 유무에 따라 범프 검출 카운터 Bump detection count를 1 증가시키거나 Bump detection count를 0으로 리셋시킬 수 있다.
범프 카운터 비교 단계(S125)는 Bump detection count를 기 설정된 범프 카운터 스레드홀드(BDC-thold)를 초과하는지 여부를 판별하여 BDC-thold를 초과할 시 스피드 범프를 검출한 것으로 판단할 수 있다.
범프 모드 확정 단계(S126)는 상기 범프 카운터 비교 단계(S125)에서 스피드 범프가 검출된 것으로 판단된 경우, Bump Mode를 1로 설정하여 범프 모드를 확정하고 범프 검출 카운터(Bump Detection Count)를 0으로 셋팅할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량의 스카이 훅 제어방법은 차량의 스카이 훅 제어를 위한 스카이 훅 제어 파라미터를 일반노면과 스피드 범프용으로 구분하여 노면 상태에 따라 반영하여 사용할 수 있는 바, 종래 스카이 훅 제어방법에 따른 차량 서스펜션 제어에 비해 더 양호한 승차감을 제공할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 본 발명의 차량의 스카이 훅 제어방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 범프 모드 및 일반노면 모드 판단 단계(S110);
    상기 일반노면 모드인 경우 스피드 범프를 검출하여 범프 모드를 적용하는 단계(S120);
    상기 범프 모드인 경우 차량 전륜과 후륜이 모두 스피드 범프를 통과한 것을 판단하여 상기 범프 모드를 해제하고 상기 일반노면 모드를 적용하는 단계(S130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 스카이 훅 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    차량의 스카이 훅 제어장치는 상기 일반노면 모드에서 일반노면용 스카이 훅 제어 파라미터가 적용되고 상기 범프 모드에서 범프 모드용 스카이 훅 제어 파라미터가 적용되는 것을 특징으로 하는 차량의 스카이 훅 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스피드 범프 검출 및 범프 모드 적용 단계(S120)는,
    차량 속도가 저속인 것을 검출하는 차속 비교 단계(S121);
    차량 전면 좌륜의 댐퍼 상대운동속도와 차량 전방 좌측의 차체 수직가속도를 비교하여 차량 전좌륜의 스피드 범프 통과 여부를 검출하는 전좌륜 범프 검출단계(S122);
    차량 전면 우륜의 댐퍼 상대운동속도와 차량 전방 우측의 차체 수직가속도를 비교하여 차량 전우륜의 스피드 범프 통과 여부를 검출하는 전우륜 범프 검출단계(S123);
    상기 전좌륜 또는 전우륜이 스피드 범프를 통과함이 검출되면 범프 카운터를 증가시키고 비검출되면 범프 카운터를 리셋하는 범프 카운터 증가 또는 리셋 단계(S124);
    상기 범프 카운터를 비교하여 스피드 범프가 검출됨을 비교하는 범프 카운터 비교 단계(S125) 및
    상기 스피드 범프를 통과함이 확정되면 일반노면 모드에서 범프 모드로 모드를 변경하는 범프 모드 확정 단계(S126)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 스카이 훅 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 범프 모드를 해제 및 일반노면 모드 적용 단계(S130)는,
    상기 범프 모드를 해제하기 위해 스피드 범프가 검출된 이후 차량의 후륜이 스피드 범프를 통과할 동안을 검출하기 위한 타이머(Timer)가 작동되는 것을 특징으로 하는 차량의 스카이 훅 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 타이머의 작동시간(Bump_timer)은 차량 휠 베이스를 기준으로 산출된 기준값(Bump_time)을 초과할 경우 스피드 범프를 통과한 것으로 판단하며, 상기 기준값 Bump_time[sec]=(차량 휠 베이스[m]/(차량속도(kph)*1000/3600))+α(α:여유시간)인 것을 특징으로 하는 차량의 스카이 훅 제어방법.
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