KR20180038277A - 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법 - Google Patents

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KR20180038277A
KR20180038277A KR1020160129186A KR20160129186A KR20180038277A KR 20180038277 A KR20180038277 A KR 20180038277A KR 1020160129186 A KR1020160129186 A KR 1020160129186A KR 20160129186 A KR20160129186 A KR 20160129186A KR 20180038277 A KR20180038277 A KR 20180038277A
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Abstract

본 발명은 회생모드 및 엑티브모드로 구동이 가능한 모터 펌프의 요구 토크를 산출함으로써, 다양한 감쇠력을 정확하게 구현할 수 있는 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에 관한 것이다.

Description

능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법{METHOD FOR CALCULATING TORQUE OF ENERGY ACTIVE REGENERATION DEVICE FOR SUSPENSION}
본 발명은 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력센서를 이용해 실시간으로 모니터링 하여, 회생모드 및 엑티브모드로 구동이 가능한 모터 펌프의 요구 토크를 산출함으로써, 원하는 감쇠력을 정확하게 구현할 수 있는 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 서스펜션(suspension, 현가장치 라고도 함) 시스템은 차체 중량을 지지함과 동시에 노면으로부터 차체로 전해지는 진동을 억제 및 감쇠시키는 역할을 한다.
이러한 종래의 차량용 서스펜션 시스템은, 바퀴가 결합되는 휠을 회전 가능하게 지지하는 캐리어와, 상기 캐리어의 상부를 차체에 연결시키기 위한 어퍼 암과, 상기 캐리어의 하부를 차체에 연결시키기 위한 로워 암과 어시스트 암 및 트레일링 암과, 캐리어의 상부와 차체를 연결시키는 완충기와, 로워 암과 차체 사이에 배치되는 탄성 스프링과, 차량에 고정되는 스테빌라이저 바와, 상기 스테빌라이저 바와 로워 암을 연결시키는 연결링크 등으로 구성된다.
최근의 차량용 서스펜션 시스템에는, 차량이 주행하는 과정에서 노면으로부터 전달되는 충격 등을 이용하여 전기에너지를 발생시켜 축전지에 충전시키기 위한 회생 현가 시스템이 제안된 바 있다.
이러한 종래의 회생 현가 시스템은, 차량의 서스펜션 링크 암에 설치되어 차량의 차축으로 전달되는 충격을 이용하는 방식으로, 리바운드시 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 회수하는 방식을 사용하며, 모터 펌프를 이용해 감쇠력을 제어하는 기능도 추가되는 추세이다.
그런데, 종래의 회생 현가 시스템은 모터 펌프를 구동시켜 감쇠력을 조절하는 과정에서 모터 펌프의 토크가 변경될 수 있으며, 이로 인해 원하는 감쇠력이 정확하게 구현되지 않을 염려가 있었다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 특허공개 제10-2012-0064846호(2012년 06월 20일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 자동차 현가장치의 에너지 회생장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 압력센서를 이용해 실시간으로 모니터링 하여 회생모드 및 엑티브모드로 구동이 가능한 모터 펌프의 요구 토크를 산출함으로써, 원하는 감쇠력을 정확하게 구현할 수 있는 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법은, 피스톤 밸브에 의해 압축챔버 및 인장챔버로 분할되는 실린더와, 양 방향의 포트가 연결라인에 의해 상기 압축챔버 및 상기 인장챔버에 각각 연결되어 회생모드 또는 엑티브모드로 동작되는 모터 펌프가 구비된 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에 있어서, 상기 완충기에서 요구하는 힘(
Figure pat00001
) 및 압력센서를 이용해 상기 인장챔버의 요구 압력(
Figure pat00002
)을 획득하는 단계와, 상기 힘(
Figure pat00003
)과 상기 인장챔버의 요구 압력(
Figure pat00004
)을 이용해 상기 압축챔버의 요구 압력(
Figure pat00005
)을 계산하는 단계와, 상기 압축챔버의 요구 압력(
Figure pat00006
)과 상기 인장챔버의 요구 압력(
Figure pat00007
)의 차이값(
Figure pat00008
)을 계산하는 단계와, 상기 차이값(
Figure pat00009
)을 이용해 상기 모터 펌프의 요구 토크(
Figure pat00010
)를 계산하는 단계와, 상기 요구 토크(
Figure pat00011
)와 위치센서로 획득한 상기 모터 펌프의 회전 속도(
Figure pat00012
)의 곱이 0보다 큰지 여부를 판별하는 단계 및, 상기 모터 펌프의 요구 토크(
Figure pat00013
)와 위치센서를 이용해 획득한 상기 모터 펌프의 회전 속도(
Figure pat00014
)의 곱이 0보다 큰 경우 감쇠력 제어를 위한 엑티모드로 판별하고, 상기 모터 펌프의 요구 토크(
Figure pat00015
)와 위치센서를 이용해 획득한 상기 모터 펌프의 회전 속도(
Figure pat00016
)의 곱이 0보다 작은 경우 전기에너지 생성을 위한 회생모드로 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 압축챔버의 요구 압력(
Figure pat00017
)을 계산하는 단계에서는 (
Figure pat00018
)와 (
Figure pat00019
)는 상수이며,
Figure pat00020
의 식을 통해 상기 요구 압력(
Figure pat00021
)을 계산하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 차이값(
Figure pat00022
)을 계산하는 단계에서는
Figure pat00023
의 식을 통해 상기 차이값(
Figure pat00024
)을 계산하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모터 펌프의 요구 토크(
Figure pat00025
)를 계산하는 단계에서 (
Figure pat00026
)은 상기 모터 펌프의 변위를 의미하는 상수이고, (
Figure pat00027
)(
Figure pat00028
)는 사전 시험을 통해 미리 추정 가능한 값이며,
Figure pat00029
의 식을 통해 상기 요구 토크(
Figure pat00030
)를 계산하는 것이 바람직하다.
본 발명은 압력센서를 이용해 실시간으로 모니터링 하여, 회생모드 및 엑티브모드로 구동이 가능한 모터 펌프의 요구 토크를 산출함으로써, 감쇠력에 따른 모터 펌프의 요구 토크를 정확하게 산출할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법를 단계적으로 보여주기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에서 실린더와 모터 펌프의 연결 관계를 개략적으로 보여주기 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법를 단계적으로 보여주기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에서 실린더와 모터 펌프의 연결 관계를 개략적으로 보여주기 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에서 능동 회생 완충기는 도 2에서처럼 피스톤 밸브(10)에 의해 압축챔버(110) 및 인장챔버(120)로 분할되는 실린더(100)와, 양 방향의 포트가 연결라인(200)에 의해 압축챔버(110) 및 인장챔버(120)에 각각 연결되어 회생모드(generating) 또는 엑티브모드(motoring)로 동작되는 모터 펌프(300)를 갖는다.
여기서, 실린더(100)의 압축챔버(110) 및 인장챔버(120) 내에는 작동 유체(오일 등)가 충전된다.
피스톤 밸브(10)는, 피스톤 로드(20)의 일단에 결합된 상태로 압축 및 인장 행정을 하게 되는데, 상기 피스톤 로드(20)의 일단이 실린더(100)의 외부로 연장되어 차량의 차축 등에 연결된다.
연결라인(200)은, 그 일단이 압축챔버(110)의 내부에 연결되고, 상기 연결라인(200)의 반대되는 타단이 인장챔버(120)의 내부로 연결되어 작동 유체를 양 방향으로 이동시킨다.
이와 같은 상기 연결라인(200)은, 피스톤 밸브(10)와 피스톤 로드(20)거 압축 행정을 하는 경우, 압축챔버(110)로부터 배출되는 유체를 외부로 이동시켜 인장챔버(120)로 유입시킨다.
반면, 상기 연결라인(200)은 피스톤 밸브(10)와 피스톤 로드(20)거 압축 행정을 하는 경우, 인장챔버(120)로부터 배출되는 유체를 외부로 이동시켜 압축챔버(110)로 유입시킨다.
모터 펌프(300)는, 연결라인(200) 상에 설치되는 것으로, 상기 모터 펌프(300)에는 유체가 유입 및 배출될 수 있도록 유체의 유입 및 유출용 포트가 양 방향에 각각 형성될 수 있다.
여기서, 상기 모터 펌프(300)는 차량이 일반 노면을 주행하는 세미 엑티브(semi-active) 영역 즉, 회생모드로 동작시 유체가 포트를 통해 유출입되는 과정에서 전달되는 유압력에 의해 회전되면서 전기에너지를 발생시킨다.
반면, 상기 모터 펌프(300)는 엑티브(active) 영역 즉, 엑티브 모드로 동작시 압축챔버(110) 및 인장챔버(120)로 유체를 펌핑하여 감쇠력을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 모터 펌프(300)는 급가속과 급감속 또는 선회시 압축챔버(110) 및 인장챔버(120)로 유체를 펌핑하여 감쇠력을 향상시킴으로써, 차량의 자세를 안정적으로 유지시킴과 동시에 승차감을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 모터 펌프(300)가 압축챔버(110) 및 인장챔버(120)로 순간적인 압력을 전달하게 되므로, 압축챔버(110) 및 인장챔버(120)의 압력이 증가하고, 이를 통해 차량의 자세를 하드(hard)하게 제어할 수 있다.
한편, 상기 모터 펌프(300)에는 회생 모드로 동작시 발생된 전기에너지를 변환하기 위한 인버터(미도시)가 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 상기 인버터에는 전류를 제어하는 제어기(500)가 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 인버터에는 변환된 전기에너지를 저장하는 축전지(미도시)가 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 상기 모터 펌프(300)는 회생 모드로 동작시 감쇠력을 형성시킴과 동시에 회생 동작에 의해 발생된 전기에너지를 인버터로 전달한다.
또한, 상기 인버터는 전기에너지를 변환시킨 후 축전지(미도시)로 전달하며, 상기 축전기(410)에는 차량 운행시 사용할 수 있도록 전기에너지가 일정 용량으로 충전된다.
이하, 도 1을 참조로 본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법을 설명하면 다음과 같으며, 전술한 구성과 동일 구성에 대해서는 반복적으로 설명하지 않도록 한다.
본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법은 도 2에서처럼 인장챔버(120)의 압력을 (
Figure pat00031
)라 하고, 압축챔버(110)의 압력을 (
Figure pat00032
)라고 한다면, 유압에 의해 모터 펌프(300)로 인가되는 토크는 (
Figure pat00033
)의 식으로 구할 수 있다.
여기서, (
Figure pat00034
)은 모터 펌프(300)의 변위 상수를 말하고, 이때 (
Figure pat00035
)이며, 한편 모터 펌프(300)에 토크(T)를 인가하여 구동시 발생되는 토크(T)와 회전속도의 관계는 (
Figure pat00036
)의 식을 따른다.
특히, 완충기에서 요구하는 힘(
Figure pat00037
)이 주어지는 경우는 다음과 같은 단계를 이용할 수 있는데, 이때 힘(
Figure pat00038
) 및 인장챔버(120)의 요구 압력(
Figure pat00039
)을 획득하는 단계(S100)와, 압축챔버(110)의 요구 압력(
Figure pat00040
)을 계산하는 단계(S200)와, 차이값(
Figure pat00041
)을 계산하는 단계(S300)와, 모터 펌프(300)의 요구 토크(
Figure pat00042
)를 계산하는 단계와, 상기 요구 토크(
Figure pat00043
)와 모터 펌프(300)의 회전 속도(
Figure pat00044
)의 곱이 0보다 큰지 여부를 판별하는 단계(S400) 및, 상기 모터 펌프(300)를 엑티브모드 또는 회생모드로 전환시키는 단계(S500)를 포함한다.
먼저, 힘(
Figure pat00045
) 및 인장챔버(120)의 요구 압력(
Figure pat00046
)을 획득하는 단계(S100)는 도 1에서처럼 완충기에서 요구하는 힘(
Figure pat00047
) 및 압력센서(400)를 이용해 인장챔버(120)의 요구 압력(
Figure pat00048
)을 획득한다.
여기서, 상기 힘(
Figure pat00049
) 및 인장챔버(120)의 요구 압력(
Figure pat00050
)을 획득하는 단계(S100)에서는 완충기에서 요구하는 힘(
Figure pat00051
)이 미리 주어지는 경우 (
Figure pat00052
)의 식이 만족된다.
또한, 압력센서(400)는 압축챔버(110) 또는 인장챔버(120)에 설치되어 압력을 실시간으로 감지할 수 있다.
또한, 상기 압력센서(400)는 모터 펌프(300)와 구동을 제어하기 위한 제어기(500)에 전기적으로 연결되어, 압력 감지신호를 전달할 수 있다.
다음으로, 압축챔버(110)의 요구 압력(
Figure pat00053
)을 계산하는 단계(S200)는 도 1에서처럼 완충기에서 요구하는 힘(
Figure pat00054
)과 인장챔버(120)의 요구 압력(
Figure pat00055
)을 이용해 압축챔버(110)의 요구 압력(
Figure pat00056
)을 계산한다.
여기서, 상기 압축챔버(110)의 요구 압력(
Figure pat00057
)을 계산하는 단계에서는 압력 센서(400)를 이용해 인장챔버(120)의 요구 압력(
Figure pat00058
)을 알고 있으므로, (
Figure pat00059
)의 식을 통해 상기 요구 압력(
Figure pat00060
)을 계산할 수 있으며, 상기 (
Figure pat00061
)와 (
Figure pat00062
)는 상수를 말한다.
이와 같이, 완충기에서 요구하는 힘(
Figure pat00063
)과 감지된 인장챔버(120)의 요구 압력(
Figure pat00064
)을 이용해 압축챔버(110)의 요구 압력(
Figure pat00065
)을 모두 구할 수 있다.
만약, 압축챔버(110)의 압력을 알고 있다고 해도 동일한 원리로 인장챔버(120)의 요구 압력을 계산할 수 있다.
이 경우, (
Figure pat00066
)의 식을 이용해
Figure pat00067
의 값을 도출할 수 있으며, 이를 다시 (
Figure pat00068
)의 식으로 정리할 수 있다. 여기서, (
Figure pat00069
)(
Figure pat00070
)는 사전 시험을 통해 미리 추정이 가능한 값이다.
다음으로, 차이값(
Figure pat00071
)을 계산하는 단계(S300)는 도 1에서처럼 압축챔버(110)의 요구 압력(
Figure pat00072
)과 인장챔버의 요구 압력(
Figure pat00073
)의 차이값(
Figure pat00074
)을 계산한다.
여기서, 상기 차이값(
Figure pat00075
)을 계산하는 단계(S300)에서는 (
Figure pat00076
)의 식을 통해 상기 차이값(
Figure pat00077
)을 계산할 수 있다.
다음으로, 모터 펌프(300)의 요구 토크(
Figure pat00078
)를 계산하는 단계(S400)는 도 1에서처럼 상기 차이값(
Figure pat00079
)을 이용해 상기 모터 펌프(300)의 요구 토크(
Figure pat00080
)를 계산한다.
여기서, 상기 모터 펌프(300)의 요구 토크(
Figure pat00081
)를 계산하는 단계에서는 (
Figure pat00082
)의 식을 통해 상기 요구 토크(
Figure pat00083
)를 계산한다.
이때, 상기 (
Figure pat00084
)의 식에서 (
Figure pat00085
)은 모터 펌프(300)의 변위 상수이고, (
Figure pat00086
)(
Figure pat00087
)는 사전 시험을 통해 미리 추정이 가능한 값이다.
다음으로, 요구 토크(
Figure pat00088
)와 모터 펌프(300)의 회전 속도(
Figure pat00089
)의 곱이 0보다 큰지 여부를 판별하는 단계(S500)는 요구 토크(
Figure pat00090
)와 위치센서(미도시)로 획득한 상기 모터 펌프(300)의 회전 속도(
Figure pat00091
)의 곱이 0보다 큰지 여부를 판별한다.
최종적으로, 모터 펌프(300)를 엑티브모드 또는 회생모드로 전환시키는 단계(S600)는 모터 펌프(300)의 요구 토크(
Figure pat00092
)와 위치센서로 획득한 모터 펌프(300)의 회전 속도(
Figure pat00093
)의 곱이 0보다 큰 경우 감쇠력 제어를 위한 엑티모드로 전환시킬 수 있다.
반면, 모터 펌프(300)의 요구 토크(
Figure pat00094
)와 위치 센서로 획득한 상기 모터 펌프(300)의 회전 속도(
Figure pat00095
)의 곱이 0보다 작은 경우 전기에너지 생성을 위한 회생모드로 전환시킬 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 회생모드 및 엑티브모드로 구동 가능한 모터 펌프(300)의 요구 토크를 산출함으로써, 감쇠력에 따른 모터 펌프(300)의 요구 토크를 정확하게 산출할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허등록 청구범위뿐만 아니라 이 특허등록 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허등록 청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허등록 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 피스톤 밸브 20: 피스톤 로드
100: 실린더 110: 압축챔버
120: 인장챔버 200: 연결라인
300: 모터 펌프 400: 압력센서
500: 제어기

Claims (4)

  1. 피스톤 밸브에 의해 압축챔버 및 인장챔버로 분할되는 실린더와, 양 방향의 포트가 연결라인에 의해 상기 압축챔버 및 상기 인장챔버에 각각 연결되어 회생모드 또는 엑티브모드로 동작되는 모터 펌프가 구비된 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법에 있어서,
    상기 완충기에서 요구하는 힘(
    Figure pat00096
    ) 및 압력센서(400)를 이용해 상기 인장챔버의 요구 압력(
    Figure pat00097
    )을 획득하는 단계;
    상기 힘(
    Figure pat00098
    )과 상기 인장챔버의 요구 압력(
    Figure pat00099
    )을 이용해 상기 압축챔버의 요구 압력(
    Figure pat00100
    )을 계산하는 단계;
    상기 압축챔버의 요구 압력(
    Figure pat00101
    )과 상기 인장챔버의 요구 압력(
    Figure pat00102
    )의 차이값(
    Figure pat00103
    )을 계산하는 단계;
    상기 차이값(
    Figure pat00104
    )을 이용해 상기 모터 펌프의 요구 토크(
    Figure pat00105
    )를 계산하는 단계;
    상기 요구 토크(
    Figure pat00106
    )와 위치센서로 획득한 상기 모터 펌프의 회전 속도(
    Figure pat00107
    )의 곱이 0보다 큰지 여부를 판별하는 단계; 및
    상기 모터 펌프의 요구 토크(
    Figure pat00108
    )와 위치 센서로 획득한 상기 모터 펌프의 회전 속도(
    Figure pat00109
    )의 곱이 0보다 큰 경우 감쇠력 제어를 위한 엑티모드로 판별하고, 상기 모터 펌프의 요구 토크(
    Figure pat00110
    )와 위치 센서로 획득한 상기 모터 펌프의 회전 속도(
    Figure pat00111
    )의 곱이 0보다 작은 경우 전기에너지 생성을 위한 회생모드로 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축챔버의 요구 압력(
    Figure pat00112
    )을 계산하는 단계에서,
    (
    Figure pat00113
    )와 (
    Figure pat00114
    )는 상수이며,
    (
    Figure pat00115
    )의 식을 통해 상기 요구 압력(
    Figure pat00116
    )을 계산하는 것을 특징으로 하는 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 차이값(
    Figure pat00117
    )을 계산하는 단계에서,
    (
    Figure pat00118
    )의 식을 통해 상기 차이값(
    Figure pat00119
    )을 계산하는 것을 특징으로 하는 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 모터 펌프의 요구 토크(
    Figure pat00120
    )를 계산하는 단계에서,
    (
    Figure pat00121
    )은 상기 모터 펌프(300)의 변위를 의미하는 상수이고, (
    Figure pat00122
    )(
    Figure pat00123
    )는 사전 시험을 통해 미리 추정이 가능한 값이며,
    (
    Figure pat00124
    )의 식을 통해 상기 요구 토크(
    Figure pat00125
    )를 계산하는 것을 특징으로 하는 능동 회생 완충기의 요구 토크 산출방법.
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