KR20170059052A - 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템 - Google Patents

차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템 Download PDF

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Abstract

차체의 전방에 배치되고, 과속방지턱의 형상을 인지하는 프리뷰 센서; 차량의 상하방향의 가속도를 측정하는 가속도 센서; 및 프리뷰 센서를 통해 인지한 과속방지턱의 형상과 차량의 종류, 차량의 속도, 현가장치의 스프링 탄성계수, 현가장치의 쇽업소버 댐핑계수를 포함하는 차량정보를 통해 수직 가속도 값인 계산값을 산출하고, 계산값과 가속도 센서에서 측정된 값인 측정값을 비교하여 현가장치의 성능 이상 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.이 소개된다.

Description

차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템 {SUSPENSION MALFUNCTION DETECTING SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 현가장치 성능 이상을 탐지하여 운전자에게 알리는 시스템에 관한 것이다.
차량의 현가장치는 차체의 주행시 노면에서 전달되는 진동을 흡수하여 승객실 내부로의 전달을 차단하고, 노면의 상황에 따라 안정적인 차체의 자세를 유지할 수 있도록 하여 주행안정성을 향상시키는 역할을 수행한다. 이때 차량의 현가장치에 이상이 발생하게 되면 1차적으로 주행성능 저하 및 승차감의 저하가 발생하고 나아가 2차적으로 주행안정성을 저하로 안전사고를 유발할 수도 있다.
또한 이상이 발생한 현가장치를 계속적으로 사용하게 되면, 부품의 치명적인 파손을 야기하고, 차량의 기타 시스템에도 악영향을 미치게 되므로 전반적인 차량의 유지보수 비용의 상승을 초래하게 된다. 따라서 현가장치의 이상을 조기에 판단하고 대응하는 것은 매우 중요하다 할 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2015-0091722 A
본 발명은 차량의 현가장치 성능 이상을 판단하고 이를 운전자에게 알림으로써 차량의 정비를 유도하는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템은 차체의 전방에 배치되고, 과속방지턱의 형상을 인지하는 프리뷰 센서; 차량의 상하방향의 가속도를 측정하는 가속도 센서; 및 프리뷰 센서를 통해 인지한 과속방지턱의 형상과 차량의 종류, 차량의 속도를 포함하는 차량정보를 통해 수직 가속도 값인 계산값을 산출하고, 계산값과 가속도 센서에서 측정된 값인 측정값을 비교하여 현가장치의 성능 이상 여부를 판단하는 제어부;를 포함한다.
제어부는 계산값과 측정값의 차이인 차이값을 산출하고, 차이값이 미리 정해진 판단값 보다 큰 경우 차량의 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
현가장치에 이상이 발생하는 경우 사용자에게 알리는 사용자 표시장치;를 더 포함하고, 제어부는 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 사용자 표시장치에 현가장치 이상을 표시할 수 있다.
차량의 외부에 마련되어 정보를 저장하고 분류하는 외부장치; 및 차량의 내부에 마련되어 외부장치와 정보를 주고받는 통신장치;를 더 포함하고, 제어부는 통신장치를 통하여 과속방지턱의 형상, 차량정보 및 가속도 센서에서 측정된 값을 외부장치에 송신하고, 외부장치는 통신장치를 통해 수신한 정보를 저장할 수 있다.
외부장치는 통신장치를 통해 수신한 정보를 차종, 과속방지턱의 형상, 차량의 속도 별로 구분하여 측정값의 평균인 평균값을 계산하여 저장할 수 있다.
외부장치에 의해 계산된 평균값을 다시 제어부에 송신할 수 있다.
제어부는 통신장치를 통해 해당 과속방지턱의 형상 및 차량정보에 대응하는 평균값을 전송받고, 평균값과 측정값의 차이인 평균차이값이 미리 정해진 판단값보다 큰 경우 차량의 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
통신장치를 통해 수신한 측정값이 평균값과 비교하여 미리 정해진 수치 이상의 차이가 있는 경우 그 측정값을 저장하지 않을 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템에 따르면, 차량의 현가장치 이상을 조기에 발견하고 운전자에게 알림으로써 수리비용을 절감 및 운전자의 안전을 도모할 수 있게된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템의 개념도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템의 설명을 위한 도면
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템의 설명을 위한 도면이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템은 차체의 전방에 배치되고, 과속방지턱의 형상을 인지하는 프리뷰 센서(101); 차량의 상하방향의 가속도를 측정하는 가속도 센서(103); 및 프리뷰 센서(101)를 통해 인지한 과속방지턱의 형상과 차량의 종류, 차량의 속도를 포함하는 차량정보를 통해 수직 가속도 값인 계산값(401)을 산출하고, 계산값(401)과 가속도 센서(103)에서 측정된 값인 측정값(403)을 비교하여 현가장치의 성능 이상 여부를 판단하는 제어부(200);를 포함한다.
제어부(200)는 계산값(401)과 측정값(403)의 차이를 통해 얻어진 차이값(405)을 산출하고, 차이값(405)이 미리 정해진 판단값(407)보다 큰 경우 차량의 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
차량의 현가장치는 차체의 주행시 노면에서 전달되는 진동을 흡수하여 승객실 내부로의 전달을 차단하고, 노면의 상황에 따라 안정적인 차체의 자세를 유지할 수 있도록 하여 주행안정성을 향상시키는 역할을 수행한다. 이때 차량의 현가장치에 이상이 발생하게 되면 1차적으로 주행성능 저하 및 승차감의 저하가 발생하고 나아가 2차적으로 주행안정성을 저하로 사고가 발생 될 수도 있다.
따라서 차량의 현가장치의 이상을 탐지하고 이를 경고하여 운전자로 하여금 차량의 이상 여부를 파악하도록 하는 것은 안전사고의 예방적 측면에서 매우 유용하다.
본 발명에서는 현가장치의 이상을 도로상에 존재하는 과속방지턱을 통하여 측정하게 된다. 과속방지턱을 통과할 때 전달되는 충격에 대한 현가장치의 동작상황을 센싱하여 이상 여부를 판단하게 된다.
차량이 높이가 h이고, 폭이 w인 과속방지턱을 통과하는 경우를 바탕으로 설명한다. 먼저, ECS(Electronic Controlled Suspension, 전자제어현가장치) 장착 차량의 경우 좌측전륜, 우측전륜, 우측후륜 세 곳에 장착된 가속도 센서(103)를 통해서 수직가속도 값을 측정한다. 이것을 각각 ACC_FL(좌측전륜), ACC_FR(우측전륜), ACC_RR(우측후륜)이라 한다. 이때 차체를 하나의 강체로 가정하고 ACC_FL, ACC_FR, ACC_RR를 통해 ACC_RL(좌측후륜)을 계산하여 구한다. 이 4개의 가속도 값이 측정값(403)이다.
위의 가속도 값을 적분하여 각각의 수직속도를 구한다. 이를 각각 Vb_FL(좌측전륜 수직속도), Vb_FR(우측전륜 수직속도), Vb_RL(좌측후륜 수직속도), Vb_RR(우측후륜 수직속도)이라 한다.
위의 수직속도를 통하여 차체 무게중심(CG, Center of Gravity)에서의 모달 속도를 구한다. 모달 속도는 차체의 3자유도인 바운스, 롤, 피치 모드에 대한 각각의 속도를 의미한다.
바운스 속도는 다음의 식을 통해 얻어진다.
Vcg = (Vb_FL + Vb_FR + Vb_RR + Vb_RL)/4
롤 속도는 다음의 식을 통해 얻어진다.
Rcg = (Vb_FL - Vb_FR)/윤거
피치 속도는 다음의 식을 통해 얻어진다.
Pcg = (Vb_FR - Vb_RR)/축거
이때 위에서 언급한 바운스 속도, 롤 속도, 피치 속도 중 과속방지턱 통과시 가장 큰 연관관계를 갖는 값은 바운스 속도(Vcg) 및 피치 속도(Pcg)이다. 따라서 하나의 과속방지턱을 통과할 때마다 차속, 과속방지턱의 높이 및 폭에 대한 정보를 입력정보로 하고, 바운스 속도 및 피치 속도를 결과정보로 대응시켜 누적시킨다. 참고로, 차속은 차량의 차속센서를 통해 얻고 과속방지턱의 높이와 폭은 프리뷰 센서(101)를 통해 측정하여 얻도록 한다.
프리뷰 센서(101)를 통해 인식된 과속방지턱의 형상에 대한 정보를 바탕으로 차체의 수직 가속도 값을 산출하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 차량을 바운스, 롤, 피치의 3개의 자유도와 차량의 4개의 휠에서 발생하는 상하움직임을 각각 1개의 자유도로 나타낸 7개의 자유도를 갖는 강체로 모델링 한다.
이렇게 모델링 된 각각의 자유도마다 다음과 같은 상태공간방정식(State-space form)으로 표현한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서 x는 휠의 상하방향의 변위이고, u는 프리뷰 센서(101)를 통해 입력되는 과속방지턱의 형상정보이며,
Figure pat00003
은 휠의 상하방향 속도이고, y는 차체 무게중심의 상하방향 변위가 된다.
이때 입력정보 x, u와 측정값(403)을 통해 얻어진 수직속도
Figure pat00004
를 바탕으로 위의 식에서 표현된 A, B, C, D의 값을 역산하고, 이를 행렬의 형태로 정렬하여 분류한다.
이렇게 얻어진 행렬값을 바탕으로 프리뷰 센서(101)를 통해 입력되는 과속방지턱의 형상에 따라 발생하게 될 휠과 차체의 수직 방향의 변위, 속도 또는 가속도를 추정할 수 있게 된다. 이러한 모델을 통한 계산값(401)과 실제 측정값(403)을 비교함으로서 현가장치의 이상 여부를 알 수 있는 것이다. 이에 관하여는 자세히 후술한다.
본 발명은 현가장치에 이상이 발생하는 경우 사용자에게 알리는 사용자 표시장치를 더 포함하고, 제어부(200)는 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 사용자 표시장치에 현가장치 이상을 표시할 수 있다.
사용자 표시장치는 차량의 계기판 등에 표시되는 임의의 형상일 수 있다. 현가장치에 이상이 발생하는 경우 이를 운전자에게 시각적으로 인지시켜 현가장치의 이상 상황이 악화되기 전에 정비를 유도함으로써 보수비용의 절감 및 운전자의 안전을 도모할 수 있게된다.
차량의 외부에 마련되어 정보를 저장하고 분류하는 외부장치(303); 및 차량의 내부에 마련되어 외부장치(303)와 정보를 주고받는 통신장치(301);를 더 포함하고, 제어부(200)는 통신장치(301)를 통하여 과속방지턱의 형상, 차량정보 및 가속도 센서(103)에서 측정된 값을 외부장치(303)에 송신하고, 외부장치(303)는 통신장치(301)를 통해 수신한 정보를 저장할 수 있다.
외부장치(303)는 통신장치(301)를 통해 수신한 정보를 차종, 과속방지턱의 형상, 차량의 속도 별로 구분하여 측정값(403)의 평균인 평균값(409)을 계산하여 저장할 수 있다.
외부장치(303)에 의해 계산된 평균값(409)을 다시 제어부(200)에 송신할 수 있다.
제어부(200)는 통신장치(301)를 통해 해당 과속방지턱의 형상 및 차량정보에 대응하는 평균값(409)을 전송받고, 평균값(409)과 측정값(403)의 차이인 평균 차이값(411)이 미리 정해진 판단값(407)보다 큰 경우 차량의 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
통신장치(301)를 통해 수신한 측정값(403)이 평균값(409)과 비교하여 미리 정해진 수치 이상의 차이가 있는 경우 그 측정값(403)을 저장하지 않을 수 있다.
앞서 언급한 한 Vb_FL(좌측전륜 수직속도), Vb_FR(우측전륜 수직속도), Vb_RL(좌측후륜 수직속도), Vb_RR(우측후륜 수직속도)를 통하여 차체 무게중심(CG, Center of Gravity)에서의 모달 속도를 구한다.
바운스 속도는 다음의 식을 통해 얻어진다.
Vcg = (Vb_FL + Vb_FR + Vb_RR + Vb_RL)/4
롤 속도는 다음의 식을 통해 얻어진다.
Rcg = (Vb_FL - Vb_FR)/윤거
피치 속도는 다음의 식을 통해 얻어진다.
Pcg = (Vb_FR - Vb_RR)/축거
이때 위에서 언급한 바운스 속도, 롤 속도, 피치 속도 중 과속방지턱 통과시 가장 큰 연관관계를 갖는 값은 바운스 속도(Vcg) 및 피치 속도(Pcg)이다. 따라서 하나의 과속방지턱을 통과할 때마다 차속, 과속방지턱의 높이 및 폭에 대한 정보를 입력정보로 하고, 바운스 속도 및 피치 속도를 결과정보로 대응시켜 누적시킨다.
이 결과값을 입력정보를 바탕으로 분류하여 정렬하게 되면 일정한 분포를 이루는 군집을 형성하게 된다. 이 군집의 평균값(409)을 저장하여 둔다.
이때 가속도 센서(103)로부터 입력된 측정값(403)과 계산값(401)의 차이인 차이값(405)을 통해 얻어진 바운스 속도 또는 피치 속도를 평균값(409)과 비교하여 그 평균 차이값(411)을 얻어낸다. 그 평균 차이값(411)이 결과정보의 군집으로부터 일정거리인 판단값(407)보다 큰 경우에는 현가장치의 비정상 상황으로 인식하며 비정상 상황의 발생횟수를 카운팅한다. 이후 비정상 상황의 발생횟수가 미리 정해진 횟수를 초과하는 경우 현가장치의 이상 상황임을 운전자에게 알리도록 한다.
위의 연산과정은 차량의 내부에 마련된 ECU 등의 자체 연산장치를 통해서 수행할 수도 있으며, 위의 연산 또는 저장과정 들을 외부장치(303)에서 수행한 뒤 차량에 마련되 통신장치(301)를 통하여 정보를 주고받음으로써 수행할 수도 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
101 : 프리뷰 센서 103 : 가속도 센서
200 : 제어부 301 : 통신장치
303 : 외부장치 401 : 계산값
403 : 측정값 405 : 차이값
407 : 판단값 409 : 평균값
411 : 평균 차이값

Claims (8)

  1. 차체의 전방에 배치되고, 과속방지턱의 형상을 인지하는 프리뷰 센서;
    차량의 상하방향의 가속도를 측정하는 가속도 센서; 및
    프리뷰 센서를 통해 인지한 과속방지턱의 형상과 차량의 종류, 차량의 속도를 포함하는 차량정보를 통해 수직 가속도 값인 계산값을 산출하고, 계산값과 가속도 센서에서 측정된 값인 측정값을 비교하여 현가장치의 성능 이상 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 계산값과 측정값의 차이를 통해 얻어진 차이값을 산출하고, 차이값이 미리 정해진 판단값 보다 큰 경우 차량의 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    현가장치에 이상이 발생하는 경우 사용자에게 알리는 사용자 표시장치;를 더 포함하고,
    제어부는 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 사용자 표시장치에 현가장치 이상을 표시하는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    차량의 외부에 마련되어 정보를 저장하고 분류하는 외부장치; 및
    차량의 내부에 마련되어 외부장치와 정보를 주고받는 통신장치;를 더 포함하고,
    제어부는 통신장치를 통하여 과속방지턱의 형상, 차량정보 및 가속도 센서에서 측정된 값을 외부장치에 송신하고,
    외부장치는 통신장치를 통해 수신한 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    외부장치는 통신장치를 통해 수신한 정보를 차종, 과속방지턱의 형상, 차량의 속도로 구분하여 측정값의 평균인 평균값을 계산하여 저장하는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    외부장치에 의해 계산된 평균값을 다시 제어부에 송신하는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    제어부는 통신장치를 통해 해당 과속방지턱의 형상 및 차량정보에 대응하는 평균값을 전송받고,
    평균값과 측정값의 차이인 평균 차이값이 미리 정해진 판단값보다 큰 경우 차량의 현가장치의 성능에 이상이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    통신장치를 통해 수신한 측정값이 평균값과 비교하여 미리 정해진 수치 이상의 차이가 있는 경우 그 측정값을 저장하지 않는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치 성능 이상 판단 시스템.
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