KR20190128290A - 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템 및 그를 이용한 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 전방의 노면을 인지하는 노면 인지부; 상기 노면 인지부에서 인지된 노면의 정보를 이용하여 노면 형상을 판단하는 노면 형상 판단부; 상기 노면 형상 판단부에서 판단된 노면의 형상에 따른 차량의 거동을 예측하는 거동 예측 연산부; 차량의 거동 정보가 기록된 거동 정보 기록부; 서스펜션을 제어하는 ECS 제어부; 및 상기 거동 예측 연산부의 예측값과 상기 거동 정보 기록부의 기록값을 비교하여 차량의 거동 레벨을 판단하여 상기 ECS 제어부로 상기 거동 레벨에 따른 제어 명령을 보내는 거동 판단 제어부를 포함하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템을 제공한다.

Description

노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템 및 그를 이용한 제어방법{Electronic controlled suspension control system of vehicle using road surface information and control method using the same}
본 발명은 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자제어 서스펜션에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 주행 중에 과속 방지턱, 비포장도로, 포트홀(Pothole) 등 노면 상태가 원활하지 못한 곳을 주행할 경우, 차량 바닥면이 긁히거나 충격, 진동 등에 의해 안전사고가 발생할 수 있다.
차량의 서스펜션(Suspension)은 차축과 연결되도록 설치되며, 상술한 바와 같이 차량의 주행중에 노면으로부터 받는 진동이나 충격을 차체에 직접적으로 전달되지 않도록 제어함으로써 차체, 승객, 화물 등의 손상과 안전사고를 방지하고 차량의 승차감을 좋게 하는 장치이다.
서스펜션은 현가장치로 불리우며, 노면으로부터 충격을 완화시키는 섀시 스프링(Chassis spring), 섀시 스프링의 자유진동을 제어하여 승차감을 좋게 하는 쇼크 앱소버(Shock absorber), 차량의 롤링(Rolling)을 방지하는 스태빌라이저 바(Stabilizer bar) 등으로 구성된다.
한편, 근래에는 주행 상황이나 노면 상태에 따라 서스펜션의 강도를 자동으로 조절해주는 전자제어 서스펜션(ECS, Electronic Controlled Suspension)이 차량에 장착되고 있다.
전자제어 서스펜션(ECS)은 차속, 조타각(Steer angle), 차체 상하 가속도 등 운전 상태 정보와 노면 정보를 각종 센서로 검출하고, 서스펜션의 스프링정수, 쇼크 앱소버의 감쇠력, 차체의 자세, 차고 등을 노면 상태에 맞추어 전자식으로 자동 제어할 수 있다.
전자제어 서스펜션(ECS)은 액추에이터를 사용하여 서스펜션에 외부 에너지를 가해서 차체 움직임을 제어하는 액티브(Active) 서스펜션과, 액추에이터를 보조스프링으로 사용하여 감쇠력을 조절하는 방식의 세미-액티브(Semi-Active) 서스펜션으로 분류될 수 있다.
그런데 종래 전자제어 서스펜션(ECS)은 차량이 노면에 접촉할 때, 노면 상태에 맞추어 서스펜션의 제어를 바로 수행하기 때문에 차량이 직접적으로 받게 되는 충격량, 피치 레이트 등을 사전에 예측하여 빠르고 안정적으로 대응하지 못하는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 차량의 전방 노면 상태를 미리 파악하고, 그에 따라 차량이 받게 될 충격량, 피치 레이트 등을 예측하여 서스펜션의 제어를 빠르고 안정적으로 수행할 수 있는 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템 및 그를 이용한 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 차량 전방의 노면을 인지하는 노면 인지부; 상기 노면 인지부에서 인지된 노면의 정보를 이용하여 노면 형상을 판단하는 노면 형상 판단부; 상기 노면 형상 판단부에서 판단된 노면의 형상에 따른 차량의 거동을 예측하는 거동 예측 연산부; 차량의 거동 정보가 기록된 거동 정보 기록부; 서스펜션을 제어하는 ECS 제어부; 및 상기 거동 예측 연산부의 예측값과 상기 거동 정보 기록부의 기록값을 비교하여 차량의 거동 레벨을 판단하여 상기 ECS 제어부로 상기 거동 레벨에 따른 제어 명령을 보내는 거동 판단 제어부를 포함하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템을 제공한다.
상기 노면 인지부는 카메라, 내비게이션 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 노면 인지부는 노면에 위치한 과속 방지턱, 포트홀, 노면의 높이와 길이, 곡률을 구분하여 인지할 수 있다.
상기 노면 형상 판단부는 상기 과속 방지턱의 길이와 높이를 통해 노면의 형상을 판단할 수 있다.
상기 거동 예측 연산부는 충격량, 바운스 레이트, 피치 레이트, 요 레이트 중 적어도 어느 하나로 차량의 거동을 예측할 수 있다.
상기 거동 예측 연산부는 상기 과속 방지턱의 형상에 따른 충격량과 피치 레이트를 연산하여 차량의 거동을 예측할 수 있다.
상기 거동 예측 연산부는 상기 충격량과 상기 피치 레이트 각각의 최초 피크값(1st Peak), 최대 피크값, 최소 피크값, 최대 피크값과 최소 피크값의 차이값(Peak to Peak) 중 적어도 어느 하나를 기준으로 차량 거동을 예측할 수 있다.
상기 최초 피크값은 첫 충격 제어에 사용되고, 상기 최대 피크값은 최대 충격 저감 제어에 사용되며, 상기 차이값은 전체 거동 제어에 사용될 수 있다.
상기 거동 정보 기록부는 과속 방지턱의 종류에 따른 차량 예상 거동을 실차실험이나 시뮬레이션을 통해 차량의 속도에 따른 충격량과 피치 레이트값들을 저장할 수 있다.
상기 거동 정보 기록부는 수식 연산법, 보간법 중 적어도 어느 하나를 이용하여 미지의 상기 과속 방지턱에 대한 충격량과 피치 레이트값들을 연산할 수 있다.
상기 거동 판단 제어부는 차량 거동 레벨을 다수개의 거동 레벨로 구분할 수 있다.
상기 차량 거동 레벨은 다수개 구역의 충격량 레벨 구간과, 다수개 구역의 피치 레이트 레벨 구간을 통해 정해질 수 있다.
차량 신호 정보를 판단하여 상기 ECS 제어부로 전송하는 차량 신호 판단부를 더 포함하며, 상기 ECS 제어부는 상기 차량 신호 판단부와 상기 거동 판단 제어부의 결과값을 통해 제어 우선순위를 더 판단할 수 있다.
상기 ECS 제어부는 상기 거동 판단 제어부의 결과값에 해당하는 9개의 프리뷰 제어 파라미터를 구비할 수 있다.
상기 ECS 제어부는 상기 차량 신호 판단부의 결과값에 해당하는 ECS 제어 파라미터를 구비할 수 있다.
한편, 본 발명은 차량 전방의 노면을 인지하는 노면 인지 단계; 상기 노면 인지 단계에서 인지된 노면의 정보를 이용하여 노면 형상을 판단하는 노면 형상 판단 단계; 상기 노면 형상 판단 단계에서 판단된 노면의 형상에 따른 차량의 거동을 예측하는 차량 거동 예측단계; 상기 차량 거동 예측 단계의 예측값과 거동 정보 기록부의 기록값을 비교하는 거동 비교 단계; 및 상기 거동 비교 단계의 결과로 차량의 거동 레벨을 판단하여 상기 거동 레벨에 따른 제어 명령을 보내는 거동 판단 제어단계를 포함하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어방법을 제공한다.
상기 거동 비교 단계는 상기 예측값을 상기 기록값과 유사한 값을 찾아서 기준 차량 거동을 판단할 수 있다.
상기 거동 판단 제어 단계는 상기 기준 차량 거동에 맞는 제어 파라미터를 적용하여 차량의 서스펜션을 제어할 수 있다.
상기 차량 거동 레벨은 다수개의 거동 레벨로 구분되며, 상기 다수개의 거동 레벨에 따라 상기 제어명령은 다수개의 제어 파라미터를 포함할 수 있다.
상기 거동 판단 제어 단계 이후에는 차량 신호 판단 단계와 상기 거동 판단 제어단계의 결과값에 따른 제어 우선순위를 더 판단하는 코디네이터 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 코디네이터 단계는 상기 노면 인지 단계에 따른 노면인지가 있는 경우에는 상기 거동 판단 제어단계의 결과값에 따른 제어를 우선적으로 수행할 수 있다.
상기 코디네이터 단계는 상기 노면 인지 단계에 따른 노면인지가 없는 경우에는 ECS 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템 및 그를 이용한 제어방법에 따르면, 전방 노면 높이 인지가 가능한 노면인지부를 통해 노면을 인지할 수 있고, 전방 노면에 의한 예상 차량 거동으로 구분하여 적절한 파라미터로 미리 제어할 수 있으므로 차량의 모션과 충격 저감의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템의 구성도이다.
도 2는 차량에서 노면 인지부를 통해 노면 정보를 취득하는 것을 예시한 도면이다.
도 3은 노면 인지에 따라 노면 형상을 판단한 데이터를 보여준다.
도 4는 차량의 거동 예측을 위한 충격량 및 피치 레이트를 하나의 피크값을 기준으로 연산한 결과를 개략적인 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 차량의 거동 예측을 위한 충격량 및 피치 레이트를 피크값들의 구간을 기준으로 연산한 결과를 개략적인 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 거동 정보 기록부의 예시로서, 과속 방지턱의 종류에 따른 차량 거동을 보여주는 개략적인 도표이다.
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템의 동작을 차량의 주행 구간별로 보여주는 실험 결과들이다
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템의 구성도이고, 도 2는 차량에서 노면 인지부를 통해 노면 정보를 취득하는 것을 예시한 도면이며, 도 3은 노면 인지에 따라 노면 형상을 판단한 데이터를 보여준다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템(1)은 제1 제어로직(A)과 제2 제어로직(B)을 수행하는 구성 요소들을 포함한다. 예를 들어 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템(1)은 노면 인지부(100), 노면 형상 판단부(200), 거동 예측 연산부(300), 거동 정보 기록부(400), 거동 판단 제어부(500), 차량 신호 판단부(600), ECS 제어부(700), 액추에이터(800)를 포함하여 구성될 수 있다.
노면 인지부(100)는 차량에 장착되어 차량의 전방에 위치한 노면을 인지할 수 있다. 노면 인지부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 차량(10)에 장착된 카메라(110)와 내비게이션(120) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
카메라(110)는 차량(10)의 상부 영역에 위치하여 노면 전방을 촬영함으로써 노면을 인지할 수 있으며, 내비게이션(120)은 맵 데이터(Map Data)에 저장된 과속 방지턱, 곡률 등 노면 정보를 통해 노면을 인지할 수 있다.
예를 들어 카메라(110)는 전방 노면 높이 인지가 가능한 카메라로 구성되면서 차량(10)의 전방에 위치한 노면을 촬영할 수 있다. 따라서 카메라(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 노면에 포함된 차선, 과속 방지턱(5), 포트홀(6) 등을 인지할 수 있다. 또한 카메라(110)는 차량의 전면에 위치한 노면과 물체를 식별하거나 차량과의 노면 포인트와의 거리, 물체의 길이 및 높이, 노면의 기울기, 타이어의 예상 궤적 등을 함께 인지할 수 있다.
노면 형상 판단부(200)는 노면 인지부(100)를 통해 인지된 노면의 정보를 통해 노면의 형상을 구제척으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 노면 형상 판단부(200)는 노면 인지부(100)를 통해 얻어진 과속 방지턱(5)의 길이와 높이 정보 등을 통해 과속 방지턱(5)을 포함한 노면의 높이, 길이, 거리 및 곡률 등을 입체적으로 미리 파악할 수 있다.
도 3에 도시된 그래프와 같이, 노면 형상 판단부(200)는 노면 인지부(100)를 통해 인지된 노면에 대하여 높이(H)가 10cm이고 차량(10)의 전방으로부터 5m 에서 10m 구간에 위치해 있는 과속 방지턱(5)의 형상을 판단할 수 있다.
거동 예측 연산부(300)는 노면의 상태에 따른 차량의 여러가지 거동을 예측하여 연산할 수 있다. 예를 들어 차량의 거동은 노면에서 선형 이동, 언더 스티어(Under steer), 오버 스티어(Over Steer), 바운스(Bounce) 등을 포함할 수 있으며, 그 밖에 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
차량의 거동은 충격량(Impulse), 피치(Pitch), 롤(Roll), 요(Yaw) 등의 물리량을 이용하여 표시할 수 있다. 충격량은 일정한 시간 내에서 운동량의 변화를 뜻하며, 피치는 차량이 전후 상하 방향으로 움직이는 거동을, 롤은 진행 방향 좌우로 움직이는 거동을, 요는 수평을 유지한 채 좌우로 회전하는 거동을 나타낸다.
예를 들어 과속 방지턱(5)이 위치한 노면에서 차량은 과속 방지턱(5)을 지나는 동안 충격량과 바운스 레이트(Bounce rate), 피치 레이트(Pitch rate), 요 레이트(Yaw rate) 등 휠 레이트(Wheel rate)가 커지는 거동을 보일 수 있다.
따라서 거동 예측 연산부(300)는 노면 형상 판단부(200)에 의해 판단된 노면을 주행하게 되는 차량의 거동을 상술한 물리량을 이용하여 미리 연산함으로써 차량의 거동을 예측할 수 있다.
실시예에서 거동 예측 연산부(300)는 차량의 거동을 예측하여 연산하는 물리량의 대표적인 예로서 충격량과 피치 레이트를 연산하는 것을 위주로 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에서 차량의 거동 예측에 이용되는 물리량은 충격량과 피치 레이트에 제한되지 않고 바운스 레이트, 요 레이트 등을 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 차량은 노면{예컨대 과속방지턱(5)}을 주행하게 되면서 노면 상태에 따라서 충격량과 피치 레이트가 변화하게 되며, 거동 예측 연산부(300)는 노면을 주행하는 차량의 충격량과 피치 레이트를 연산하여 차량의 거동을 예측할 수 있다.
예를 들어 과속 방지턱(5)의 높이가 10cm로 일정하다고 가정(차속 30Kph 기준)하면, 과속 방지턱(5)의 길이(m) 변화시 충격량은 y=-ax+b (y는 충격량[g], x는 길이[m], a, b는 상수)의 함수로 구해질 수 있다.
또 다른 예를 들어 과속 방지턱(5)의 길이가 3.6m로 일정하다고 가정(차속 30Kph 기준)하면, 과속 방지턱(5)의 높이(cm) 변화시 충격량은 y=cx-d (y는 충격량[g], x는 높이[cm], c,d는 상수)의 함수로 구해질 수 있다.
거동 예측 연산부(300)는 연산 결과 중에서 충격량과 피치 레이트 각각의 최초 피크값(1st Peak), 최대 피크값(Max Peak), 최소 피크값(Min Peak), 최대 피크값과 최소 피크값의 차이값(Peak to Peak) 중 적어도 어느 하나를 기준으로 차량의 동적 거동을 예측할 수 있다.
도 4는 차량의 거동 예측을 위한 충격량 및 피치 레이트를 하나의 피크값을 기준으로 연산한 결과를 개략적인 그래프로 예시한 것이고, 도 5는 차량의 거동 예측을 위한 충격량 및 피치 레이트를 피크값들의 구간을 기준으로 연산한 결과를 개략적인 그래프로 나타낸 것이다.
차량이 과속방지턱(5)이 포함된 노면을 주행하게 되면, 차량의 시속, 과속방지턱(5)의 높이, 길이, 거리 등에 따라서 충격량과 피치 레이트는 시간에 따라 변화하게 되며, 이를 데이터화(그래프화)하여 관측할 수 있다.
예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 시간과 충격량과의 상관 그래프(A) 및 시간과 피치 레이트와의 상관 그래프(B)를 참조하면, 거동 예측 연산부(300)는 충격량과 피치 레이트의 변화 그래프 중에서 각각 하나의 피크값(Peak Point)을 기준으로 노면의 충격량과 피치 레이트를 연산하여 과속 방지턱(5)을 지나갈 차량의 예상 거동에 따른 알맞는 제어에 활용하도록 할 수 있다.
최초 피크값(1st Peak)은 충격량과 피치 레이트가 최초로 급격하게 높아진 지점으로서 서스펜션의 첫 충격 제어에 중점적으로 활용할 수 있으며, 최대 피크값(Max Peak)은 최대 충격 저감 제어에 중점적으로 활용할 수 있다.
또 다른 예로서 도 5에 도시된 바와 같이 시간과 충격량과의 상관 그래프(A) 및 시간과 피치 레이트와의 상관 그래프(B)를 참조하면, 거동 예측 연산부(300)는 충격량과 피치 레이트의 변화 그래프 중에서 최고 피크값(Max Peak)과 최저 피크값(Min Peak)의 차이값(Peak to Peak)을 기준으로 노면의 충격량과 피치 레이트를 연산하여 과속 방지턱(5)을 지나갈 차량의 예상 거동에 따른 알맞은 제어에 활용할 수 있다. 즉, 이러한 차이값을 통해서는 차량의 전체 거동 제어에 중점적으로 활용할 수 있다.
상술한 바와 같이 거동 예측 연산부(300)는 노면 형상 판단부(200)에서 판단된 형상의 노면을 주행하게 되는 차량에 대한 물리량(예컨대 충격량과 피치 레이트)을 연산함으로써 차량의 거동을 예측할 수 있다.
거동 정보 기록부(400)는 노면의 종류에 따라 주행하는 차량의 예상 거동에 대한 정보가 기록 저장될 수 있다. 예를 들어 거동 정보 기록부(400)는 과속 방지턱의 종류 및 차량의 시속에 따른 차량 예상 거동을 실차 실험이나 시뮬레이션 등을 통하여 충격량과 피치 레이트를 수치화하여 기록할 수 있다. 즉, 거동 정보 기록부(400)는 차량 예상 거동에 따른 데이터 베이스를 구성할 수 있다.
도 6은 거동 정보 기록부의 예시로서, 과속 방지턱의 종류에 따른 차량 거동을 보여주는 도표이다.
도 6에 도시된 도표는 실제 도로 설치 실태 및 도로안전시설 관리 지침을 기준으로 총 6가지의 과속 방지턱의 예시(case)에 대해 차량 거동을 기록한 것이다. 참고로 차속은 30Kph인 경우이며, 총 50개의 과속 방지턱의 형상 중 설명을 위해서 6개만 예시한 것이다.
상술한 바와 같이 거동 정보 기록부(400)는 다양한 과속 방지턱의 종류에 따른 차량 거동을 다양한 차량의 속도(상술한 차속 30Kph 예시 뿐만 아니라 40Kph, 50Kph, 60Kph 등)에 따라 발생되는 충격량과 피치 레이트를 데이터화하여 미리 저장할 수 있다. 즉, 거동 정보 기록부(400)는 과속 방지턱의 높이, 길이 등의 종류와 차속에 따른 차량 예상 거동맵을 구성할 수 있다.
또한, 거동 정보 기록부(400)에 저장되지 않은, 즉 미지의 과속 방지턱인 경우에는 거동 예측 연산부(300)의 연산 결과가 이용될 수 있다. 예를 들어 거동 예측 연산부(300)의 수식 연산법, 보간법 등 다양한 연산법을 이용하여, 거동 정보 기록부(400)에서 저장되지 않은(미지의) 과속 방지턱이 존재하더라도 그 결과를 연산하여 저장할 수 있다.
이와 같이 거동 정보 기록부(400)는 다양한 차속에 따라 과속 방지턱(5)의 높이와 길이에 따른 충격량과 피치 레이트를 데이터화하여 저장하여 차량의 거동 예측을 위한 자료로 활용하도록 할 수 있다.
거동 판단 제어부(500)는 거동 예측 연산부(300)에 의해 연산되는 예측값과 거동 정보 기록부(400)에 저장된 기록값을 비교하여 차량의 거동을 레벨로 판단하여, 레벨에 따라 알맞은 서스펜션 제어를 수행하도록 ECS 제어부(700)에 그 결과를 전달할 수 있다.
차량의 거동의 관한 레벨은 다수개로 이루어질 수 있다. 예를 들어 차량의 거동에 관한 레벨은 충격량 레벨(Lv)을 3개의 레벨로 구분하고, 피치 레이트 레벨(Lv)을 3개의 구역으로 구별하여 총 9개로 구별할 수 있다. 이때 레벨1은 충격량과 피치 레이트 모두가 가장 작은 경우이고, 레벨9는 충격량과 피치 레이트 모두가 가장 큰 경우가 된다. 물론, 차량의 거동에 관한 레벨은 9개에 제한되지 않고 다양한 개수로 변형 실시될 수 있다.
이와 같이 거동 판단 제어부(500)는 거동 예측 연산부(300)에 의해 예측되는 예측값과 거동 정보 기록부(400)에 저장된 기록값을 비교하여, 일치(근접)되는 데이터에 해당하는 레벨로 차량의 거동 레벨을 판단할 수 있다.
차량의 거동 레벨 판단 결과는 ECS 제어부(700)로 보내지고, ECS 제어부(700)는 액추에이터(800)를 제어하면서 전자제어 서스펜션(ECS)의 서스펜션의 제어를 수행할 수 있게 된다.
거동 판단 제어부(500)에 의한 서스펜션의 제어는 노면 상태를 미리 관찰함으로써 서스펜션 제어를 먼저 수행할 수 있기 때문에 제1 제어로직으로 불릴 수 있다. 제1 제어로직은 카메라(110)로 인지된 노면을 기준 과속 방지턱(5)으로 구분하여, 과속 방지턱(5)에 도달 전에 가장 유사한 차량 거동을 가지는 파라미터를 미리 입력하여 제어를 실시하는 것이다. 또한, 제1 제어로직은 카메라(110)로 인지된 노면을 기준 포트홀(6)로 구분하여, 포트홀(6) 도달 전에 가장 유사한 차량 거동을 갖는 파라미터를 미리 입력하여 제어를 실시할 수 있다.
상술한 제1 제어로직을 이용하지 않는 경우, 일반적인 전자제어 서스펜션(ECS)의 제어(ECS 제어)는 제2 제어로직으로 불릴 수 있다.
차량 신호 판단부(600)는 제2 제어로직을 수행하기 위한 차량 신호를 판단할 수 있다. 예를 들어 차량 신호는 차체(Body) 가속도(G), 바퀴(Wheel) 가속도(G), 조향각, 차속, 브레이트 압력, TQI, 주행모드 등일 수 있다.
차량 신호 판단부(600)는 상술한 차량 신호를 수집하여 ECS 제어부(700)로 전송하여, ECS 제어를 수행하도록 한다.
ECS 제어부(700)는 상술한 차량 신호에 따라 노면 거칠기를 판단하고, 스카이훅(Skyhook) 제어를 통해 승차감(Ride)을 제어하는 명령을 내릴 수 있다. 또한 ECS 제어부(700)는 안티-롤(Anti-Roll), 안티 드라이브(Anti-Drive), 안티 스쿼트(Anti-Squat) 등의 적응(Adaptive) 제어를 수행할 수 있다.
ECS 제어부(700)는 차량 신호 판단부(600)로부터 얻어진 차량 신호에 따라서 액츄에어터를 제어하면서 전자제어 서스펜션(ECS)의 서스펜션의 제어를 수행할 수 있게 된다. 차량 신호 판단부(600)에 의한 제어 파라미터는 통상적인 전자제어 서스펜션(ECS)의 제어 방식을 따르며 제2 제어 파라미터로 불릴 수 있다.
ECS 제어부(700)는 어떠한 제어 명령을 먼저 수행할지 제어 우선순위를 판단하는 코디네이터 역할을 겸할 수 있다. 즉, ECS 제어부(700)는 통상적인 전자제어 서스펜션(ECS)의 제어는 차량 신호 판단부(600)를 기초로 하고(제2 제어), 노면 인지부(100)의 결과값이 존재할 경우에는 거동 판단 제어부(500)의 결과값을 기초로 서스펜션의 제어를 수행할 수 있다(제1 제어).
ECS 제어부(700)는 차량 신호 판단부(600)의 결과값에 해당하는 제2 제어 파라미터를 가질 수 있다. 또한, ECS 제어부(700)는 차량의 거동 레벨 판단 결과를 거동 판단 제어부(500)로 전달받아서 그에 알맞는 제1 제어 파라미터를 통해 액추에이터(800)를 제어할 수 있다.
실시예에서 거동 판단 제어부(500)의 결과값은 다수의 레벨로 구분할 수 있다. 예를 들어, 만약 9개의 레벨로 구분할 경우 9개의 제어 파라미터를 구비할 수 있다. 여기서 9개의 파라미터는 차량의 예상 거동에 맞는 서스펜션의 제어를 수행할 수 있도록 미리 설정될 수 있다. 9개 파라미터는 제어모드 0 내지 제어모드 9로 구별될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템의 동작을 차량의 주행 구간별로 보여주는 실험 결과들이다.
도 7 내지 도 9를 참조하여 전술한 구성을 포함하는 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템의 동작을 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전방에 과속 방지턱(5)이 존재하는 노면을 차량이 주행하는 경우, 과속 방지턱(5)과 멀리 떨어진 위치에서 노면 인지부(100){예컨대 카메라(110)}는 과속 방지턱(5)을 인지할 수 없다. 이러한 구간은 과속 방지턱(5)의 미인지 구간이 되며, ECS 제어부(700)는 제어모드 0의 파라미터로 서스펜션의 제어를 운용할 수 있다. 제어모드 0은 제2 제어로직에서 운용되는 파라미터일 수 있다.
노면 인지부(100)가 과속 방지턱(5)을 인지할 수 있는 거리에 위치하면, 이 구간은 과속 방지턱(5)의 인지 구간이 되며, ECS 제어부(700)는 제어모드 1의 파라미터로 서스펜션의 제어를 운용할 수 있다. 마찬가지로 제어모드 1은 제2 제어로직에서 운용되는 파라미터일 수 있다.
과속 방지턱(5) 인근에 차량이 위치하면, 과속 방지턱(5)의 인근 구간(①)이 되며, ECS 제어부(700)는 제어모드 2의 파라미터로 서스펜션의 제어를 운용할 수 있다. 제어모드 2는 제1 제어로직에서 운용되는 파라미터일 수 있다.
차량이 과속 방지턱(5)을 통과중인 과속 방지턱(5)의 통과중 구간(②)이면, ECS 제어부(700)는 제어모드 3의 파라미터로 서스펜션의 제어를 운용할 수 있다. 제어모드 3은 제1 제어로직에서 운용되는 파라미터일 수 있다.
과속 방지턱(6)의 통과 완료 구간(③)에 이르면, ECS 제어부(700)는 제어모드 0의 파라미터로 서스펜션의 제어를 다시 운용할 수 있다.
도 8에서 (A)는 과속방지턱(5)의 구간 별로 감쇠력 제어를 보여주는 그래프이고, (B)는 차량(차체)의 모션을 보여주는 그래프이고, (C)는 과속방지턱(5)이 위치한 노면을 보여준다.
도 8을 참조하면, 차량이 주행하면서 과속 방지턱(5)의 인근 구간(①), 과속 방지턱(5)의 통과중 구간(②), 과속 방지턱(5)의 통과 완료 구간(③)에서 제1 제어와 ESC 제어(종래)를 수행하는 경우의 차이점을 파악할 수 있다.
즉, 차량이 과속 방지턱(5)을 주행할 경우, 제1 제어 로직을 수행함으로써 주행할 노면에 대해 빠르게 대응하여 서스펜션을 제어할 수 있으므로 제2 제어 로직에 비해서 피치 모션이 감소하고 여진이 감소하는 결과를 볼 수 있다. 도 9에 도시된 포트홀(6)의 경우에도 유사한 결과를 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템(1)에 따르면, 전방 노면 높이 인지가 가능한 카메라(110)를 통해 노면 인지와 전방 노면에 의한 예상 차량 거동으로 구분하여 적절한 파라미터로 제어할 수 있으므로 차량의 모션과 충격 저감의 효과가 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어 방법의 흐름도이다.
도 10과 전술한 도면들을 참조하여, 실시예에 따른 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량 전방의 노면을 인지하는 노면 인지 단계를 수행한다(S100). 상기 단계(S100)은 차량에 장착된 카메라(110) 또는 네비게이션(120)을 통해 노면을 인지할 수 있다.
이어서 노면 인지 단계(S100)에서 인지된 노면의 정보를 이용하여 노면 형상을 판단하는 노면 형상 판단 단계(S200)가 수행된다. 에를 들어 노면 형상 판단 단계(S200)에서는 노면에 포함된 과속 방지턱(5)의 높이, 길이 등으로 노면의 형상을 판단할 수 있다.
이어서 수행되는 차량 거동 예측 단계(S300)는, 노면 형상 판단 단계(S200)에서 판단된 노면의 형상에 따른 차량의 거동을 거동 예측 연산부(300)가 예측한다. 차량의 거동 예측에는 다양한 정보가 활용될 수 있지만 대표적으로 충격량과 피치 레이트가 사용될 수 있다.
과속 방지턱(5)을 지나는 차량의 충격값과 피치 레이트들은 거동 정보 기록부(400)에 기록값으로 미리 저장되어 있는데, 거동 비교 단계(S400)는 차량 거동 예측 단계(400)의 예측값과 거동 정보 기록부(400)의 기록값을 비교한다.
여기서 거동 비교 단계(S400)의 결과로 차량의 거동 레벨을 판단할 수 있다(S500). 예를 들어, 차량 거동 레벨은 9개의 레벨(Lv)로 구분될 수 있다. 상기 거동 비교 단계(S500)는 예측값을 거동 정보 기록부(400)의 기록값과 유사한 값을 찾아서 기준 차량 거동을 판단할 수 있다.
여기서 차량 거동 레벨은 상술한 바와 같이 다수개, 예컨대 9개의 거동 레벨로 구분될 수 있으며, 9개의 거동 레벨에 따라 제어명령은 9개 제어 파라미터를 포함할 수 있다.
거동 판단 제어단계(S600)는 거동 레벨에 따른 알맞은 제어 명령을 보낼 수 있다. 거동 판단 제어 단계(S600)는 상기 기준 차량 거동에 맞는 제어 파라미터를 적용하여 차량의 서스펜션을 제어할 수 있도록 ECS 제어부(700)에 그 결과를 전송할 수 있다.
거동 판단 제어 단계(S600) 이후에는 차량 신호 판단 단계{상술한 도 1의 차량 신호 판단부(600) 참조}와 거동 판단 제어단계(600)의 결과값에 따른 제어 우선순위를 더 판단하는 제어 우선 순위 판단 단계(S700), 즉 코디네이터 단계를 더 수행할 수 있다.
코디네이터 단계(S700)에서는 노면 인지 단계(S100)의 노면 인지가 있는지 여부를 판단할 수 있다(S710). 이때, 노면인지가 있는 경우에는 거동 판단 제어단계(S600)의 결과값에 따른 제1 제어 파라미터를 우선적으로 수행(제1 제어)할 수 있다(S800). 만약, 노면인지가 없는 경우에는 제2 제어 파라미터를 수행할 수 있다(S900, 제2 제어).
이와 같이 본 발명의 노면 정보를 이용한 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템 및 그를 이용한 제어방법에 따르면, 전방 노면 높이 인지가 가능한 노면인지부를 통해 노면을 인지할 수 있고, 전방 노면에 의한 예상 차량 거동으로 구분하여 적절한 파라미터로 미리 제어할 수 있으므로 차량의 모션과 충격 저감의 효과가 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 전자제어 서스펜션 제어시스템 5 : 과속 방지턱
6 : 포트홀 10 : 자동차
100 : 노면 인지부 110 : 카메라
120 : 내비게이션 200 : 노면 형상 판단부
300 : 거동 예측 연산부 400 : 거동 정보 기록부
500 : 거동 판단 제어부 600 : 차량 신호 판단부
700 : ECS 제어부 800 : 액추에이터

Claims (22)

  1. 차량 전방의 노면을 인지하는 노면 인지부;
    상기 노면 인지부에서 인지된 노면의 정보를 이용하여 노면 형상을 판단하는 노면 형상 판단부;
    상기 노면 형상 판단부에서 판단된 노면의 형상에 따른 차량의 거동을 예측하여 연산하는 거동 예측 연산부;
    차량의 거동 정보가 기록된 거동 정보 기록부;
    서스펜션을 제어하는 ECS 제어부; 및
    상기 거동 예측 연산부의 연산값과 상기 거동 정보 기록부의 기록값을 비교하여 차량의 거동 레벨을 판단하여 상기 ECS 제어부로 상기 거동 레벨에 따른 제어 명령을 보내는 거동 판단 제어부를 포함하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노면 인지부는 카메라, 내비게이션 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노면 인지부는 노면에 위치한 과속 방지턱, 포트홀, 노면의 높이와 길이, 곡률을 구분하여 인지하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노면 형상 판단부는 상기 과속 방지턱의 길이와 높이를 통해 노면의 형상을 판단하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 거동 예측 연산부는 충격량, 바운스 레이트, 피치 레이트, 요 레이트 중 적어도 어느 하나로 차량의 거동을 예측하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거동 예측 연산부는 상기 과속 방지턱의 형상에 따른 충격량과 피치 레이트를 연산하여 차량의 거동을 예측하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 거동 예측 연산부는 상기 충격량과 상기 피치 레이트 각각의 최초 피크값(1st Peak), 최대 피크값, 최소 피크값, 최대 피크값과 최소 피크값의 차이값(Peak to Peak) 중 적어도 어느 하나를 기준으로 차량 거동을 예측하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 최초 피크값은 첫 충격 제어에 사용되고,
    상기 최대 피크값은 최대 충격 저감 제어에 사용되며,
    상기 차이값은 전체 거동 제어에 사용되는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 거동 정보 기록부는 과속 방지턱의 종류에 따른 차량 예상 거동을 실차실험이나 시뮬레이션을 통해 차량의 속도에 따른 충격량과 피치 레이트값들을 저장하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 거동 정보 기록부는 수식 연산법, 보간법 중 적어도 어느 하나를 이용하여 미지의 상기 과속 방지턱에 대한 충격량과 피치 레이트값들을 연산하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 거동 판단 제어부는 차량 거동 레벨을 다수개의 거동 레벨로 구분하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 차량 거동 레벨은
    다수개 구역의 충격량 레벨 구간과,
    다수개 구역의 피치 레이트 레벨 구간을 통해 정해지는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    차량 신호 정보를 판단하여 상기 ECS 제어부로 전송하는 차량 신호 판단부를 더 포함하며,
    상기 거동 판단 제어부는 상기 노면 인지부가 노면을 인지하지 않은 경우, 상기 차량 신호 판단부의 결과값을 통해 제어를 수행하도록 판단하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 ECS 제어부는 상기 거동 판단 제어부의 결과값에 해당하는 다수개의 제어 파라미터를 구비하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 ECS 제어부는 상기 차량 신호 판단부의 결과값에 해당하는 제어 파라미터를 구비하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어시스템.
  16. 차량 전방의 노면을 인지하는 노면 인지 단계;
    상기 노면 인지 단계에서 인지된 노면의 정보를 이용하여 노면 형상을 판단하는 노면 형상 판단 단계;
    상기 노면 형상 판단 단계에서 판단된 노면의 형상에 따른 차량의 거동을 예측하는 차량 거동 예측단계;
    상기 차량 거동 예측 단계의 예측값과 거동 정보 기록부의 기록값을 비교하는 거동 비교 단계; 및
    상기 거동 비교 단계의 결과로 차량의 거동 레벨을 판단하여 상기 거동 레벨에 따른 제어 명령을 보내는 거동 판단 제어단계를 포함하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 거동 비교 단계는 상기 예측값을 상기 기록값과 유사한 값을 찾아서 기준 차량 거동을 판단하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 거동 판단 제어 단계는
    상기 기준 차량 거동에 맞는 제어 파라미터를 적용하여 차량의 서스펜션을 제어하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 차량 거동 레벨은 다수개의 거동 레벨로 구분되며,
    상기 다수개의 거동 레벨에 따라 상기 제어명령은 다수개의 제어 파라미터를 포함하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 거동 판단 제어 단계 이후에는
    차량 신호 판단 단계와 상기 거동 판단 제어단계의 결과값에 따른 제어 우선순위를 더 판단하는 코디네이터 단계를 더 수행하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 코디네이터 단계는 상기 노면 인지 단계에 따른 노면인지가 있는 경우에는 상기 거동 판단 제어단계의 결과값에 따른 제어를 우선적으로 수행하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 코디네이터 단계는 상기 노면 인지 단계에 따른 노면인지가 없는 경우에는 ECS 제어를 수행하는, 차량의 전자제어 서스펜션 제어방법.
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