KR20180014599A - 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법에 관한 것으로, a) 실린더의 인장챔버의 압력과 압축챔버의 압력을 입력받는 단계와, b) 상기 a) 단계의 결과와 미리 입력된 상기 인장챔버와 상기 압축챔버의 유효 수압 면적을 이용하여 댐퍼 힘을 산출하는 단계와, c) 댐퍼 힘과 댐퍼속도의 관계함수의 역함수에 상기 b) 단계에서 산출된 댐퍼 힘과 솔레노이드 코일에 공급되는 전류의 값을 입력하여 댐퍼속도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명은 댐퍼 압력을 측정하기 위한 압력센서를 이용하여 댐퍼속도를 추정함으로써, 외부센서를 장착할 필요가 없어 장착성의 향상 및 비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법{Damper speed estimation method for the electronically controlled suspension system}

본 발명은 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법에 관한 것으로, 구체적으로는 외부 센서를 사용하지 않고도 댐퍼속도를 추정할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 현가장치는 차축과 차체를 연결하며 주행할 때 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 하여 차체나 화물의 손상을 방지하고, 승차감을 향상시킬 수 있는 장치이다.

현가장치는 새시스프링과 새시스프링의 자유진동을 감쇠시키는 댐퍼가 마련되어 있으며, 댐퍼의 감쇠력 제어를 위해서는 댐퍼의 속도를 추정할 필요가 있다.

시스템은, 에는 메인 실린더의 압력을 검출하는 센서, 유압을 검출하는 센서, 엔진 등 주요 장치의 온도를 검출하는 센서 등 다양한 센서들이 설치되어 있다.

예를 들어 등록특허 10-0947288호(가속도센서와 상대변위센서를 포함하는 센서모듈, 이를 장착한 댐퍼, 이를 포함하는 전자제어 현가시스템 및 이를 이용한 차량 동작 제어 방법, 2010년 3월 5일 등록)에는 z축 방향의 가속도를 감지하는 가속도센서와 피스톤로드의 변위를 감지하는 변위센서를 내장하여 로드가이드에 결합되는 센서모듈을 포함하는 댐퍼에 대하여 기재되어 있다.

이처럼 종래의 댐퍼속도 추정을 위해서는 실린더의 상단을 밀폐하되, 피드톤로드가 삽입될 수 있는 홀을 구비하는 로드가이드에 가속도 및 변위센서를 부가하여 댐퍼의 속도를 추정할 수 있게 된다.

그러나 종래와 같이 외부센서를 사용하는 경우 댐퍼의 속도를 추정할 수는 있지만, 장착성이 좋지 않으며, 별도의 외부센서의 부가에 의해 비용이 증가하며,연산 처리량도 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정 방법은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 발명의 목적으로 한다.

먼저, 별도의 외부센서를 사용하지 않고도 댐퍼속도를 추정할 수 있는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법을 제공하는 것이다.

또한 기본적으로 댐퍼 내부에 장착되는 두 개의 압력센서를 이용하여 댐퍼속도를 추정할 수 있는 새로운 알고리즘을 포함하는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법은, a) 실린더의 인장챔버의 압력과 압축챔버의 압력을 입력받는 단계와, b) 상기 a) 단계의 결과와 미리 입력된 상기 인장챔버와 상기 압축챔버의 유효 수압 면적을 이용하여 댐퍼 힘을 산출하는 단계와, c) 댐퍼 힘과 댐퍼속도의 관계함수의 역함수에 상기 b) 단계에서 산출된 댐퍼 힘과 솔레노이드 코일에 공급되는 전류의 값을 입력하여 댐퍼속도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 c) 단계에서 얻어지는 데이터들을 댐퍼 특성 맵으로 저장하고, 상기 댐퍼 특성 맵을 참조하여 이후의 댐퍼 힘과 전류 값의 입력이 있으면, 그 댐퍼 힘과 전류 값에 따른 댐퍼속도를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 b) 단계는, 아래의 수학식 1을 통해 댐퍼 힘을 산출할 수 있다.

[수학식 1]

Fdamper = ArebPreb - AcompPcomp

Fdamper는 댐퍼 힘, Areb는 인장챔버의 유효 수압 면적, Preb는 인장챔버의 압력, Acomp는 압축챔버의 유효 수압 면적, Pcomp는 인장챔버의 압력

상기 댐퍼 힘이 양의 값인 경우 인장 상태이며, 음의 값인 경우 압축 상태로 할 수 있다.

상기 c) 단계는, 아래의 수학식 2를 통해 댐퍼속도를 추정하는 할 수 있다.

[수학식 2]

Fdamper=f(Vdamper,Ivalve) -> Vdamper=f^-1(Fdamper,Ivalve)

f는 관계함수, f^{- 1}는 관계함수의 역함수, Fdamper는 댐퍼 힘, Vdamper는 댐퍼속도, Ivalve는 솔레노이드 코일에 공급되는 전류 값

본 발명 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법은, 댐퍼 압력을 측정하기 위한 압력센서를 이용하여 댐퍼속도를 추정함으로써, 외부센서를 장착할 필요가 없어 장착성의 향상 및 비용을 절감하는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 댐퍼의 압력을 측정하기 위하여 일반적으로 압축 챔버와 인장 챔버에 각각 장착되는 두 개의 압력센서를 이용하여 댐퍼속도를 추정할 수 있는 알고리즘을 제공하여, 별도의 센서의 부가에 따른 문제점을 해소함과 아울러 연산량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 댐퍼 힘과 댐퍼속도의 관계 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼 구성도이다.

도 1의 구성은 일반적으로 전자제어식 현가시스템에 적용되는 댐퍼 구조로서, 실린더(10)와, 상기 실린더(10) 내부에 삽입된 피스톤(20)을 포함하여 구성되며, 상기 피스톤(20)은 피스톤로드(21)와, 상기 실린더(10)의 내부를 인장챔버(11)와 압축챔버(12)로 분할하는 피스톤밸브(22)와, 상기 피스톤밸브(22)에 다수로 마련되는 유체통과공(23)과, 상기 유체통과공(23)을 통과하는 의 내에서 상하로 이동하는 유체의 유동을 제어하기 위한 솔레노이드 코일(24)을 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성에서 상기 인장챔버(11)의 압력을 검출하기 위한 제1압력센서(P1)와 압축챔버(12)의 압력을 검출하기 위한 제2압력센서(P2)가 마련되어 있으며, 솔레노이드 코일(24)에 공급되는 전류 값을 검출하기 위한 전류센서(I)를 기본으로 포함하고 있다.

즉, 제1압력센서(P1)와 제2압력센서(P2) 및 전류센서(I)는 본 발명을 구현하기 위하여 특별하게 부가되는 구성이 아니며, 댐퍼의 압력을 검출하고 전류 값을 검출하기 위하여 일반적인 댐퍼에 부가된 구성이다.

상기 제1압력센서(P1)와 제2압력센서(P2) 및 전류센서(I)의 검출값은 차량의 제어부(도면 미도시)로 입력되며, 아래에서 설명되는 각 과정은 특별한 설명이 없더라도 상기 제어부에서 처리되는 것으로 이해될 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정 방법의 순서도이다.

도 2를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법은, 제1압력센서(P1)와 제2압력센서(P2)로부터 입력받는 단계(S10)와, 기저장된 인장챔버(11)와 압축챔버(12)의 유효 수압 면적(Aref, Acomp)을 이용하여 댐퍼의 힘을 산출하는 단계(S20)와, 상기 S10단계와 동시에 상기 전류센서(I)로부터 상기 솔레노이드 코일(24)에 공급되는 전류 값을 입력받는 단계(S30)와, 상기 전류 값과 상기 댐퍼 힘 및 댐퍼속도의 상관관계를 이용하여 댐퍼속도를 추정하는 단계(40)를 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정 방법의 구성과 작용에 대하여 더 상세히 설명한다.

먼저, S10단계에서 제어부는 제1압력센서(P1)와 제2압력센서(P2)로부터 상기 실린더(10)의 인장챔버(11)의 인장압력(Preb)과 압축챔버(12)의 압축압력(Pcomp)을 입력받는다.

상기 제1압력센서(P1)와 제2압력센서(P2)에 대하여 도 1에서는 각각 인장챔버(11)와 압축챔버(12)에 직접 위치하는 것으로 도시하였으나, 실제로는 댐퍼의 유압회로에서 각각 인장챔버(11)와 압축챔버(12)에 직접 연결되는 관로의 압력을 측정하는 것일 수 있다.

그 다음, S20단계에서 제어부는 상기 제1압력센서(P1)와 제2압력센서(P2)에서 검출된 인장압력(Preb)과 압축압력(Pcomp)과 미리 입력된 인장챔버(11)의 유효 수압면적(Areb)과 압축챔버(12)의 유효 수압면적(Acomp)을 이용하여 댐퍼 힘(Fdamper)을 산출한다.

이때 댐퍼 힘(Fdamper)은 인장할 때의 힘과 압축할 때의 힘의 차로 나타나며, 구체적으로 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

Fdamper = ArebPreb - AcompPcomp

즉, 압력은 단위 면적당 힘으로 표시되는 단위인 것을 이용하여 인장할 때의 힘과 압축할 때의 힘을 인장챔버(11)와 압축챔버(12) 각각의 압력과 유효 수압면적을 이용하여 구하고, 이의 차를 구하여 댐퍼 힘을 산출할 수 있다.

이때 댐퍼 힘은 + 또는 - 값을 가질 수 있으며, +는 인장 -는 압축으로 볼 수 있다.

그 다음, S30단계와 같이 상기 제어부는 상기 솔레노이드 코일(24)에 공급되는 전류를 검출한 전류센서(I)의 검출결과를 입력받는다.

상기 전류센서(I)의 검출값의 검출은 상기 S10단계의 제1압력센서(P1)와 제2압력센서(P2)의 인장압력(Preb)과 압축압력(Pcomp)을 입력받는 것과 동시에 이루어짐이 바람직하다.

상기 솔레노이드 코일(24)에 공급되는 전류(Ivalve)는 댐퍼의 감쇠력을 결정하는 요인이다. 즉, 상기 전류(Ivalve)에 의해 솔레노이드 코일(24)에는 자기장이 형성되며, 전류(Ivalve) 값의 변경은 상기 유체통과공(23) 주위의 자기장을 변화시켜 유체의 유동 저항을 조절할 수 있으며, 이를 통해 댐퍼의 감쇠력을 제어할 수 있다.

그 다음, S40단계와 같이 상기 검출된 전류(Ivalve)와 앞서 산출된 댐퍼 힘을 이용하여 댐퍼속도를 산출한다.

도 3은 댐퍼 힘과 댐퍼속도의 관계 그래프이다.

도 3을 참조하면 댐퍼 힘의 절대값의 증가에 따라 댐퍼속도가 증가하게 되며, 이때 증가방향은 인장압력과 압축압력의 차이로 댐퍼 힘과 댐퍼속도가 양의 값일 때는 인장, 음의 값일 때는 압축을 나타낸다. 이와 같은 그래프는 댐퍼의 단품 시험을 통해 도출할 수 있다.

댐퍼는 각각의 댐퍼속도에서 인가되는 전류의 크기에 따라 일정한 감쇠력을 가지는 특성을 가지게 되며, 역으로 댐퍼의 속도, 솔레노이드 코일에 인가되는 전류에 따른 댐퍼 힘의 특성을 이용하여 역으로 댐퍼의 힘과 그 때 인가되는 전류의 값을 알면 댐퍼속도를 추정할 수 있다.

수학식 2는 댐퍼 힘과 솔레노이드 코일에 인가되는 전류 값을 이용한 댐퍼속도의 관계식이다.

[수학식 2]

Fdamper=f(Vdamper,Ivalve) -> Vdamper=f^-1(Fdamper,Ivalve)

위의 수학식 2에서 f는 관계함수이며, Fdamper는 댐퍼 힘, Vdamper는 댐퍼속도이다.

이처럼 본 발명은 외부에 별도의 센서를 부가하지 않고도 댐퍼의 속도를 추정할 수 있으며, 댐퍼속도의 추정 결과에 따라 솔레노이드 코일(24)에 공급되는 전류(Ivalve)의 제어가 가능하게 된다.

보다 더 정밀한 해상도의 댐퍼속도를 구하기 위해서, 보간법을 사용할 수 있다. 보간법은 위의 도 3의 그래프에 보여지는 결과 값의 사이에 위치하는 값들의 평균값을 이용하여 중간값을 산출하는 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법의 순서도이다.

도 4를 참조하면, 상기 도 2를 참조하여 설명한 S40단계의 과정을 수행한 후 제어부에서 얻어진 데이터를 댐퍼 특성 맵으로 저장하는 단계(S50)를 더 포함한다.

만약 M개의 댐퍼 힘(Fdamper)과 N개의 전류(Ivalve) 값을 이용하여 시험한 경우 MxN개의 댐퍼속도(Vdamper)를 얻을 수 있으며, 이를 맵으로 저장하여 이후 댐퍼 힘과 전류 값이 주어지면 댐퍼 특성 맵에서 쉽게 댐퍼속도를 얻을 수 있게 된다.

위에서는 하나의 솔레노이드 코일(24)을 포함하는 구성의 예를 설명하였으나, 솔레노이드 코일(24)이 복수인 경우 상기 댐퍼 특성 맵을 각 솔레노이드 코일(24)에 공급되는 전류 값을 이용하여 확장시킬 수 있기 때문에, 복수의 솔레노이드 코일(24)을 사용하는 경우에도 본 발명의 적용이 가능하게 된다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. a) 실린더의 인장챔버의 압력과 압축챔버의 압력을 입력받는 단계;
   b) 상기 a) 단계의 결과와 미리 입력된 상기 인장챔버와 상기 압축챔버의 유효 수압 면적을 이용하여 댐퍼 힘을 산출하는 단계; 및
   c) 댐퍼 힘과 댐퍼속도의 관계함수의 역함수에 상기 b) 단계에서 산출된 댐퍼 힘과 솔레노이드 코일에 공급되는 전류의 값을 입력하여 댐퍼속도를 추정하는 단계를 포함하는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 c) 단계에서 얻어지는 데이터들을 댐퍼 특성 맵으로 저장하고,
   상기 댐퍼 특성 맵을 참조하여 이후의 댐퍼 힘과 전류 값의 입력이 있으면, 그 댐퍼 힘과 전류 값에 따른 댐퍼속도를 추정하는 단계를 더 포함하는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 b) 단계는,
   아래의 수학식 1을 통해 댐퍼 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법.
   [수학식 1]
   Fdamper = ArebPreb - AcompPcomp
   Fdamper는 댐퍼 힘, Areb는 인장챔버의 유효 수압 면적, Preb는 인장챔버의 압력, Acomp는 압축챔버의 유효 수압 면적, Pcomp는 인장챔버의 압력
4. 제3항에 있어서,
   상기 댐퍼 힘이 양의 값인 경우 인장 상태이며, 음의 값인 경우 압축 상태인 것을 특징으로 하는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기 c) 단계는,
   아래의 수학식 2를 통해 댐퍼속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 전자제어식 현가시스템의 댐퍼속도 추정방법.
   [수학식 2]
   Fdamper=f(Vdamper,Ivalve) -> Vdamper=f^-1(Fdamper,Ivalve)
   f는 관계함수, f^{- 1}는 관계함수의 역함수, Fdamper는 댐퍼 힘, Vdamper는 댐퍼속도, Ivalve는 솔레노이드 코일에 공급되는 전류 값

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