KR20200115612A

KR20200115612A - 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20200115612A
Application number: KR1020207024918A
Authority: KR
Inventors: 딩쉬앤 자오; 슈앙 류; 밍더 궁; 즈궈 순; 주신 장; 타오 니; 빈 양; 칭허 궈; 멍커 양
Original assignee: 얜산 유니버시티
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2020-10-07
Also published as: CN110370877A; JP2021508644A; KR102391326B1; CA3112407A1; JP6845601B2; NZ773674A; EP3851304A1; AU2019339956B2; NZ773654A; EP3851302A4; AU2019339956A1; KR20200116997A; CN109109601A; EP3851303A4; US11326985B2; WO2020052365A1; AU2019338507A1; SG11202102301PA; SG11202102304QA; CA3112415A1

Abstract

액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법에 있어서, 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼은 차체(13), 차체(13)에 고정 연결된 모션 시뮬레이션 플랫폼(14), 포즈 제어용 상위 컴퓨터(15), 자이로스코프(1), 복수의 휠(2, 3, 4), 휠(2, 3, 4)과 일대일 대응되는 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7)와 변위 센서(8, 9, 10), 전자 제어 유닛(11) 및 서보 컨트롤러 그룹(12)을 포함하며; 전자 제어 유닛(11)은 포즈 제어용 상위 컴퓨터(15)가 입력한 모션 시뮬레이션 플랫폼(14)의 포즈 명령 및 자이로스코프(1)가 측정한 모션 시뮬레이션 플랫폼(14)의 포즈 정보를 기반으로 포즈 제어 파라미터를 계산한 후 포즈 제어 파라미터를 서보 컨트롤러 그룹(12)에 출력하고, 서보 컨트롤러 그룹(12)은 포즈 제어 파라미터에 따라 각 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7)의 신축을 제어하여 모션 시뮬레이션 플랫폼(14) 포즈의 서보 제어를 실현한다.

Description

액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법

본 발명은 모션 제어의 기술 분야에 관한 것이며, 특히 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법에 관한 것이다.

모션 시뮬레이션 플랫폼은 비행 시뮬레이션, 차량 도로 시뮬레이션, 내비게이션 장비 스윙 시뮬레이션 및 엔터테인먼트 시설에서 널리 사용되며 일반적으로 베이스, 모션 플랫폼 및 양자를 연결하는 구동 메커니즘으로 구성된다. 모션 시뮬레이션 플랫폼에 탑재되는 시뮬레이션 캐빈은 일반적으로 무겁고 이동 중 관성이 커서 전복의 위험이 있으므로 일반적으로 베이스를 지면에 고정하며, 고정 설치 후에는 옮기기 어렵다. 그러나 일부 모션 시뮬레이션 시설, 엔터테인먼트 시설 등은 부단히 옮겨야 하는 경우가 있다. 예를 들어 일부 군사 훈련용 모션 시뮬레이션 시설은 주둔지를 따라 이동해야 하는 경우가 많으며, 일부 엔터테인먼트용 모션 시뮬레이션 시설은 집회를 따라 부단히 옮겨야 하는 경우가 많다. 종래의 모션 시뮬레이션 플랫폼은 이를 만족하기 어렵다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 차량과 모션 시뮬레이션 플랫폼을 일체로 통합함으로써 모션 시뮬레이션 플랫폼이 차량과 함께 자유롭게 이동하며, 고르지 않은 지면에서 피칭, 롤링, 및 승침(상승과 하강) 세 가지 자유도의 시뮬레이션을 실현한다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 다음과 같은 기술 수단을 채택한다.

액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼은 차체, 차체에 고정 연결된 모션 시뮬레이션 플랫폼, 포즈 제어용 상위 컴퓨터, 자이로스코프, 전자 제어 유닛, 서보 컨트롤러 그룹, 복수의 휠, 각 휠과 일대일 대응되는 서스펜션 서보 작동 실린더와 변위 센서를 포함하며, 자이로스코프는 모션 시뮬레이션 플랫폼에 고정되고, 전자 제어 유닛 및 서보 컨트롤러 그룹은 차체에 고정되며, 휠은 서스펜션 서보 작동 실린더를 통해 차체 아래에 연결되고, 변위 센서는 서스펜션 서보 작동 실린더의 스트로크를 측정하는 데 사용되며, 상기 전자 제어 유닛은 각각 자이로스코프 및 서보 컨트롤러 그룹과 통신 연결되고, 서보 컨트롤러 그룹은 변위 센서와 통신 연결되며, 전자 제어 유닛은 상위 컴퓨터가 입력한 플랫폼 포즈 명령과 자이로스코프가 측정한 플랫폼 포즈 정보를 기반으로 포즈 제어 파라미터를 계산한 다음 포즈 제어 파라미터를 서보 컨트롤러 그룹에 출력하고, 서보 컨트롤러 그룹은 포즈 제어 파라미터에 따라 각 서스펜션 서보 작동 실린더의 신축을 제어하여 플랫폼 포즈의 서보 제어를 실현한다.

액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼의 제어 방법은 하기 단계를 포함한다.

단계 1) 차체에 고정 연결된 좌표계 OXYZ를 설정한다. 좌표 원점 O는 차체에 고정 연결된 임의의 한점을 취하며, 좌표 원점 O를 통과하고 모션 시뮬레이션 플랫폼이 위치한 평면에 수직된 Z축의 위쪽 방향을 양의 방향으로 정의하고, 차량이 전진하는 정면을 Y축의 양의 방향으로 정의하며, 차량이 전진하는 오른쪽 방향을 X축의 양의 방향으로 정의하고, Z축 방향에 따른 모션 시뮬레이션 플랫폼의 승침 변위를 w, X축을 중심으로 한 회전 각도, 즉 피칭 각도를 α, 및 Y축을 중심으로 한 회전 각도, 즉 롤 각도를 β로 정의하며;

단계 2) 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 위치한 초기 기울기를 측정하고, 모션 시뮬레이션이 시작되기 전에 차량의 각 서스펜션 서보 작동 실린더를 제어하여 스트로크의 중간까지 신축시키며, 자이로스코프는 모션 시뮬레이션 플랫폼의 피칭 각도α₀ 및 롤 각도β₀를 미리 측정하고 이를 모션 시뮬레이션에 사용하기 위해 전자 제어 유닛으로 출력하며;

단계 3) 모션 시뮬레이션을 수행하고 전자 제어 유닛의 제어 프로그램 내에 스캔 주기를 설정하며, 각 스캔 주기에서 전자 제어 유닛은 상위 컴퓨터가 보낸 포즈 명령을 수신하며, 상기 포즈 명령에는 피칭 각도 α₁, 롤 각도 β₁, 승침 변위 w₁ 및 단계 2)에서 얻은 α₀, β₀값이 포함되며, α₁-α₀, β₁-β₀ 및 w₁을 상대 포즈 목표 값으로 사용하며, 차량 서스펜션 메커니즘의 역 운동학 알고리즘을 통해 각 서스펜션 서보 작동 실린더의 신축량의 목표 값을 계산하고, 당해 목표 값을 서보 컨트롤러 그룹에 전송하여 각 서스펜션 서보 작동 실린더에 대한 변위 서보 제어를 수행하며, 모션 시뮬레이션 플랫폼이 미리 결정된 모션의 시뮬레이션을 실현하도록 한다.

본 발명의 시뮬레이션 방법의 또 다른 개선은 좌표 원점 O를 차체의 형태 중심에 설정한다는 것이다.

상기 기술 수단의 채택으로 인해, 본 발명에 의해 달성된 기술적 진보는 다음과 같다.

본 발명은 차량과 모션 시뮬레이션 플랫폼을 일체로 통합하고, 휠 서스펜션 메커니즘을 모션 시뮬레이션 플랫폼의 서보 액추에이터로 사용하며, 다양한 경사에 따라 차체의 포즈를 제어할 수 있다. 이러한 모션 시뮬레이션 플랫폼은 차량과 함께 어디로 든 이동할 수 있으며 고르지 않은 지면 또는 일정하게 경사진 지면에 정지시켜 사용할 수 있다. 본 발명은 기존 모션 시뮬레이션 플랫폼의 움직임이 불편한 단점을 극복하고, 일부 군사 훈련용 모션 시뮬레이션 시설을 주둔지에 따라 자주 이동해야 할 수요, 및 일부 민간 엔터테인먼트 모션 시뮬레이션 시설을 집회에 따라 자주 옮겨야 할 수요 등 사항을 충족할 수 있으므로 폭 넓은 적용 전망을 가지고 있다.

도 1은 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 시스템의 구조 원리도이고;
도 2는 액티브 서스펜션을 기반으로 한 4륜 이동식 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 시스템의 구조 원리도이고;
도 3은 테스트에서 사용되는 3축 차량의 모식도이고;
도 4는 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 피칭 모션을 시뮬레이션할 때 측정한 플랫폼의 실제 피칭 각도와 명령 피칭 각도 간의 비교 곡선도이고;
도 5는 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 롤 모션을 시뮬레이션할 때 측정한 플랫폼의 실제 롤 각도와 명령 롤 각도 간의 비교 곡선도이고;
도 6은 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 승침 모션을 시뮬레이션할 때 측정한 플랫폼의 실제 승침량과 명령 승침량 간의 비교 곡선도이고;
도 7은 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 3° 세로 경사 노면에서 피칭 모션을 시뮬레이션할 때 측정한 플랫폼의 실제 피칭 각도와 명령 피칭 각도 간의 비교 곡선도이고;
도 8은 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 2° 가로 경사 노면에서 롤 모션을 시뮬레이션할 때 측정한 플랫폼의 실제 롤 각도와 명령 롤 각도 간의 비교 곡선도이다.

이하, 실시예들과 관련하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.

본 발명은 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법을 제공하며, 차량과 모션 시뮬레이션 플랫폼을 일체로 통합하고, 휠 서스펜션 메커니즘을 모션 시뮬레이션 플랫폼의 서보 액추에이터로 사용하며, 피칭, 롤링 및 승침 세 가지 자유도를 시뮬레이션할 수 있다.

이하에서 일반적인 3륜 차량과 4륜 차량을 예로 이동식 모션 시뮬레이션 플랫폼의 구축 방법 및 경사도를 가진 고르지 않은 노면에 정지하여 작업할 때의 제어 방법을 설명한다. 3륜 이상인 다른 이동식 모션 시뮬레이션 플랫폼의 구축 방법 및 제어 방법은 동일한 원리에 따라 구현될 수 있다.

제1 실시예: 액티브 서스펜션을 기반으로 한 3륜 차량 이동식 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법

도 1에 도시된 바와 같이, 시스템은 차체(13), 차체(13)에 고정 연결된 모션 시뮬레이션 플랫폼(14), 포즈 제어용 상위 컴퓨터(15), 자이로스코프(1), 휠(2, 3, 4) 및 휠(2, 3, 4)과 일대일 대응되는 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7)와 대응하는 변위 센서(8, 9, 10), 전자 제어 유닛(11) 및 서보 컨트롤러 그룹(12)을 포함한다. 자이로스코프(1)는 모션 시뮬레이션 플랫폼(14)에 고정되고, 휠(2, 3, 4)은 각각 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7)를 통해 차체(13) 아래에 연결되고, 변위 센서(8, 9, 10)는 각각 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7)의 스트로크를 측정하는 데 사용되며, 전자 제어 유닛(11) 및 서보 컨트롤러 그룹(12)은 차체(13)에 고정되고, 전자 제어 유닛(11)은 자이로스코프(1) 및 서보 컨트롤러 그룹(12)과 통신 연결되며, 서보 컨트롤러 그룹(12)은 변위 센서(8, 9, 10)와 통신 연결된다.

전자 제어 유닛(11)은 포즈 제어용 상위 컴퓨터(15)가 입력한 모션 시뮬레이션 플랫폼(14)의 포즈 명령과 자이로스코프(1)가 측정한 모션 시뮬레이션 플랫폼의 포즈 정보를 기반으로 포즈 제어 파라미터를 계산한 다음 포즈 제어 파라미터를 서보 컨트롤러 그룹(12)에 출력하고, 서보 컨트롤러 그룹(12)은 포즈 제어 파라미터에 따라 각 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7)의 신축을 제어하여 모션 시뮬레이션 플랫폼(14) 포즈의 서보 제어를 실현한다.

본 실시예는 3륜 차량이고, 각 휠 및 그 서스펜션 서보 작동 실린더는 차체에 대한 지지점을 형성할 수 있으므로 3점을 기준으로 평면을 결정하여 차체의 포즈를 제어할 수 있다.

본 실시예의 구체적 제어 방법은 다음 내용을 포함한다.

1) 좌표계 설정

설정한 좌표계 OXYZ는 차체에 고정 연결되고, 좌표 원점 O를 차체(13)의 형태 중심(차체에 고정 연결된 임의의 한점일 수도 있음)에 설정하며, 좌표 원점 O를 통과하고 모션 시뮬레이션 플랫폼(14)이 위치한 평면에 수직된 Z축의 위쪽 방향을 양의 방향으로 정의하고, 차량이 전진하는 정면을 Y축의 양의 방향으로 정의하며, 차량이 전진하는 오른쪽 방향을 X축의 양의 방향으로 정의한다. Z축 방향에 따른 모션 시뮬레이션 플랫폼의 승침 변위를 w, X축을 중심으로 한 회전 각도, 즉 피칭 각도를 α, 및 Y축을 중심으로 한 회전 각도, 즉 롤 각도를 β로 정의한다.

2) 모션 시뮬레이션 제어 단계

제1 단계: 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 위치한 초기 기울기를 측정한다. 이동식 모션 시뮬레이션 플랫폼이 멈추는 고르지 않은 노면의 경사도가 작업 중에 변경되지 않기 때문에 자이로스코프로 측정한 피칭 각도 α₀ 및 롤 각도 β₀는 한 번만 측정하면 된다. 모션 시뮬레이션이 시작되기 전에 세 휠 서스펜션 서보 작동 실린더를 제어하여 신축량을 모두 반정 즉 스트로크의 중간에 도달하게 한다. 자이로스코프로 모션 시뮬레이션 플랫폼의 피칭 각도 α₀ 및 롤 각도 β₀를 측정하고 전자 제어 유닛에 출력하여 모션 시뮬레이션에 사용한다.

제2 단계: 모션 시뮬레이션을 수행한다. 전자 제어 유닛(11)의 제어 프로그램 내에 스캔 주기를 설정하고, 각 스캔 주기에서 전자 제어 유닛(11)은 포즈 제어용 상위 컴퓨터(15)가 보낸 목표 포즈 명령을 수신하며, 포즈 명령에는 모션 시뮬레이션 플랫폼의 피칭 각도 α₁, 롤 각도 β₁, 승침 변위 w₁ 및 상기 제1 단계에서 얻은 α₀, β₀값이 포함되며, α₁-α₀, β₁-β₀ 및 w₁을 상대 포즈 목표 값으로 사용하여 각 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7)의 신축량의 목표 값 l₅, l₆, l₇을 계산하고 당해 목표 값을 서보 컨트롤러 그룹(12)에 전송하여 각 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7)에 대한 변위 서보 제어를 수행하며, 모션 시뮬레이션 플랫폼이 미리 결정된 모션의 시뮬레이션을 실현하도록 한다. 서스펜션 서보 작동 실린더의 신축량의 목표 값을 계산할 때 차량 서스펜션 메커니즘의 역 운동학 알고리즘을 통해 계산할 수 있다. 서보 컨트롤러 그룹이 각 서스펜션 서보 작동 실린더에 대해 변위 제어를 수행할 때 변위 센서가 측정한 서스펜션 서보 작동 실린더의 스트로크와 신축량의 목표 값에 따라 서스펜션 서보 작동 실린더의 신축을 제어한다.

이동식 모션 시뮬레이션 플랫폼이 평지에 멈추고 작업을 하는 상황이 가장 많이 사용되는 상황이다. 평지에서 작업하는 경우가 고르지 않은 지면에서 작업할 때의 특별한 경우이므로 역시 상술한 제어 방법을 사용할 수 있다.

제2 실시예: 액티브 서스펜션을 기반으로 한 4륜 이동식 모션 시뮬레이션 플랫폼 및 제어 방법

도 2에 도시된 바와 같이, 시스템은 차체(13), 차체(13)에 고정 연결된 모션 시뮬레이션 플랫폼(14), 포즈 제어용 상위 컴퓨터(15), 자이로스코프(1), 휠(2, 3, 4.1, 4.2) 및 휠(2, 3, 4.1, 4.2)과 일대일 대응되는 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7.1, 7.2)와 대응하는 변위 센서(8, 9, 10.1, 10.2), 전자 제어 유닛(11) 및 서보 컨트롤러 그룹(12)을 포함한다. 자이로스코프(1)는 모션 시뮬레이션 플랫폼(14)에 고정되고, 휠(2, 3, 4.1, 4.2)은 각각 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7.1, 7.2)를 통해 차체(13) 아래에 연결되고, 변위 센서(8, 9, 10.1, 10.2)는 각각 서스펜션 서보 작동 실린더(5, 6, 7.1, 7.2)의 스트로크를 측정하는 데 사용되며, 전자 제어 유닛(11) 및 서보 컨트롤러 그룹(12)은 차체(13)에 고정되고, 상기 전자 제어 유닛(11)은 자이로스코프(1) 및 서보 컨트롤러 그룹(12)과 통신 연결되며, 서보 컨트롤러 그룹(12)은 변위 센서(8, 9, 10.1, 10.2)와 통신 연결된다.

본 실시예는 4륜 차량이기 때문에 차량에 대해 포즈 제어를 수행히기 위해 본 실시예에서는 휠(4.1)과 휠(4.2)을 하나의 등가 지지점으로 간주한다. 즉 휠(4.1)과 휠(4.2)에 대응하는 서스펜션 서보 작동 실린더(7.1, 7.2)의 상부 챔버와 하부 챔버를 각각 연통시킨다. 즉 서스펜션 서보 작동 실린더(7.1, 7.2)의 상부 챔버는 상부 챔버 연결 파이프(16.1)를 통해 연결되고, 하부 챔버는 하부 챔버 연결 파이프(16.2)를 통해 연결된다. 이러한 방식으로, 휠(4.1)과 휠(4.2) 및 그 서스펜션이 차체에 대한 받침 효과가 지지점에 해당하며, 다른 2개의 휠(2)과 휠(3) 및 그 서스펜션 서보 작동 실린더도 차체(13)에 대해 각각 하나의 지지점을 형성하여 차체(13)는 합계 3개의 지지점을 갖게 된다. 일반 차량의 경우 두 뒤쪽 휠 및 그 서스펜션 서보 작동 실린더는 일반적으로 완전히 동일한 구조를 채택하므로 앞서 언급한 등가 지지점이 휠(4.1)과 휠(4.2)에 대응하는 서스펜션 서보 작동 실린더(7.1, 7.2)의 상부 힌지점의 중점에 있는 것으로 간주할 수 있다. 당해 등가 지지점의 높이 제어는 서스펜션 서보 작동 실린더(7.1, 7.2)의 신축량 평균 값(도 2에서 l₇로 표시됨)을 제어하여 실현할 수 있다. 다음으로 본 실시예의 제어 방법은 제1 실시예와 완전히 동일하므로 여기서 반복하지 않는다.

휠 개수가 4개 보다 많은 경우 특정 휠 그룹의 휠 개수는 하나 이상일 수 있다. 하나의 휠 그룹이 차체를 지지하는 하나의 지지점을 구성하고, 3개 휠 그룹이 3개 지지점을 형성하며, 이 세 지지점이 한 평면을 결정할 수 있고, 세 점이 한 평면을 결정한다는 원칙에 따라 차체의 포즈를 제어한다. 각 휠 그룹이 차체를 지지하는 지지점은 차체에 대한 그룹 내 각 서스펜션 서보 작동 실린더 받침점의 기하학적 중심점이며, 당해 지지점 높이에 대한 제어는 휠 그룹 내 각 서스펜션 서보 작동 실린더의 평균 신축량을 제어하는 것을 통해 실현한다. 본 발명은 3륜 이상 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼의 제어 방법을 제공하는 바, 3륜 이상인 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼을 3개 휠 그룹으로 변환할 수 있어 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼의 제어 분야에서 제어 방법의 적용 범위를 확장할 수 있다. 동시에, 가까운 위치의 휠을 선택하여 휠 그룹을 형성하면 그룹 내 휠 서스펜션 서보 작동 실린더의 상부 및 하부 챔버의 연통을 용이하게 한다.

본 발명의 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 미리 결정된 동작을 시뮬레이션할 수 있음을 더 잘 구현하기 위해, 본 발명의 액티브 서스펜션을 기반으로 한 3축 6륜 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼에 대해 사인 곡선 피칭 모션 시뮬레이션, 사인 곡선 롤 모션 시뮬레이션 및 사인 곡선 승침 모션 시뮬레이션을 진행한다.

도 3과 같이, 액티브 서스펜션을 기반으로 한 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 도시되어 있다. 차량은 길이 10m, 축간 거리 (2.95+1.65)m, 총 중량 36t, 차축 하중 12t, 서스펜션 스트로크 ±0.11m이다. 테스트 공정에서 본 발명의 3축 6륜 차량의 두 앞쪽 휠에 대응하는 서스펜션 서보 작동 실린더의 상부 챔버와 하부 챔버는 각각 연결 파이프를 통해 연통되며, 이러한 방식으로 차체에 대한 두 앞쪽 휠 및 그 서스펜션의 받침 효과가 하나의 지지점에 해당하게 된다. 차량의 뒤쪽에 있는 2개의 차축 오른쪽의 2개 휠에 대응하는 서스펜션 서보 작동 실린더의 상부 챔버와 하부 챔버는 각각 연결 파이프를 통해 연통되어 후방 오른쪽의 2개 휠이 차체에 대한 받침 효과가 하나의 지지점을 형성하게 한다. 또한, 차량의 뒤쪽에 있는 2개의 차축 왼쪽의 2개 휠에 대응하는 서스펜션 서보 작동 실린더의 상부 챔버와 하부 챔버는 각각 연결 파이프를 통해 연통되어 후방 왼쪽의 2개 휠이 차체에 대한 받침 효과가 하나의 지지점을 형성하게 한다. 이러한 방식으로 차체에는 합계 3개의 지지점이 있다. 차량의 뒤쪽에 있는 4개 휠 및 그 서스펜션 서보 작동 실린더는 완전히 동일한 구조를 채택한다.

도 4는 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 수평 노면에 멈추고 피칭 모션을 시뮬레이션할 때의 플랫폼 실제 피칭 각도와 명령 피칭 각도 간의 비교 곡선를 도시한다. 도 5는 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 수평 노면에 멈추고 롤 모션을 시뮬레이션할 때의 플랫폼 실제 롤 각도와 명령 롤 각도 간의 비교 곡선를 도시한다. 도 6은 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 승침 모션을 시뮬레이션할 때의 플랫폼 실제 승침량과 명령 승침량 간의 비교 곡선을 도시한다. 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 액티브 서스펜션을 기반으로 한 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 수평 노면에 멈추고 피칭 모션, 롤 모션 및 승침 모션을 시뮬레이션할 때, 그 실제 피칭 각도, 롤 각도 및 승침량과 포즈 제어용 상위 컴퓨터가 출력한 명령 피칭 각도, 명령 롤 각도 및 명령 승침량을 비교하면 약간의 시간 지연을 제외하고는 기본적으로 동일하다.

도 7은 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 3° 세로 경사 노면에 멈추고 피칭 모션할 시뮬레이션할 때의 플랫폼 실제 피칭 각도와 명령 피칭 각도 간의 비교 곡선을 도시한다. 도 8은 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 2° 가로 경사 노면에 멈추고 롤 모션을 시뮬레이션할 때의 플랫폼 실제 롤 각도와 명령 롤 각도 간의 비교 곡선을 도시한다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 액티브 서스펜션을 기반으로 한 3축 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 수평이 아닌 노면에 멈추고 피칭 모션 및 롤 모션을 시뮬레이션할 때, 그 실제 피칭 각도 및 롤 각도와 포즈 제어용 상위 컴퓨터가 출력한 명령 피칭 각도 및 명령 롤 각도를 비교하면 약간의 시간 지연을 제외하고는 기본적으로 동일하다.

수평 노면에 멈추든 수평이 아닌 노면에 멈추든 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼은 다양한 동작의 효과적인 시뮬레이션을 더 잘 구현할 수 있다.

마지막으로, 전술한 각 실시예는 본 발명의 기술 수단을 설명하기 위하 것일 뿐이고 본 발명을 제한하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 본 발명은 전술한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 당업자라면 전술한 실시예에서 설명한 기술 수단을 수정하거나 일부 또는 모든 기술적 특징을 동등하게 대체할 수 있으며, 이러한 수정 또는 대체로 인해 해당 기술 수단의 본질이 본 발명의 각 실시예의 기술 수단의 범위에서 벗어나지 않는다는 것을 이해해야 한다.

Claims

액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼의 제어 방법에 있어서,
상기 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼은 차체, 차체에 고정 연결된 모션 시뮬레이션 플랫폼, 포즈 제어용 상위 컴퓨터, 자이로스코프, 전자 제어 유닛, 서보 컨트롤러 그룹, 복수의 휠, 각 휠과 일대일 대응되는 서스펜션 서보 작동 실린더와 변위 센서를 포함하며, 자이로스코프는 모션 시뮬레이션 플랫폼에 고정되고, 전자 제어 유닛 및 서보 컨트롤러 그룹은 차체에 고정되며, 휠은 서스펜션 서보 작동 실린더를 통해 차체 아래에 연결되고, 변위 센서는 서스펜션 서보 작동 실린더의 스트로크를 측정하는 데 사용되며, 상기 전자 제어 유닛은 각각 자이로스코프 및 서보 컨트롤러 그룹과 통신 연결되고, 서보 컨트롤러 그룹은 변위 센서와 통신 연결되며, 전자 제어 유닛은 상위 컴퓨터가 입력한 플랫폼 포즈 명령과 자이로스코프가 측정한 플랫폼 포즈 정보를 기반으로 포즈 제어 파라미터를 계산한 다음 포즈 제어 파라미터를 서보 컨트롤러 그룹에 출력하고, 서보 컨트롤러 그룹은 포즈 제어 파라미터에 따라 각 서스펜션 서보 작동 실린더의 신축을 제어하여 플랫폼 포즈의 서보 제어를 실현하는 상기 제어 방법은,
단계 1): 차체에 고정 연결된 좌표계 OXYZ를 설정하며, 좌표 원점 O는 차체에 고정 연결된 임의의 한점을 취하며, 좌표 원점 O를 통과하고 모션 시뮬레이션 플랫폼이 위치한 평면에 수직된 Z축의 위쪽 방향을 양의 방향으로 정의하고, 차량이 전진하는 정면을 Y축의 양의 방향으로 정의하며, 차량이 전진하는 오른쪽 방향을 X축의 양의 방향으로 정의하고, Z축 방향에 따른 모션 시뮬레이션 플랫폼의 승침 변위를 w, X축을 중심으로 한 회전 각도, 즉 피칭 각도를 α, 및 Y축을 중심으로 한 회전 각도, 즉 롤 각도를 β로 정의하며;
단계 2): 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼이 위치한 초기 기울기를 측정하고, 모션 시뮬레이션이 시작되기 전에 차량의 각 서스펜션 서보 작동 실린더를 제어하여 스트로크의 중간까지 신축시키며, 자이로스코프는 모션 시뮬레이션 플랫폼의 피칭 각도 α₀ 및 롤 각도 β₀를 미리 측정하고 이를 모션 시뮬레이션에 사용하기 위해 전자 제어 유닛으로 출력하며;
단계 3): 모션 시뮬레이션을 수행하고 전자 제어 유닛의 제어 프로그램 내에 스캔 주기를 설정하며, 각 스캔 주기에서 전자 제어 유닛은 상위 컴퓨터가 보낸 포즈 명령을 수신하며, 상기 포즈 명령에는 피칭 각도 α₁, 롤 각도 β₁, 승침 변위 w₁ 및 단계 2)에서 얻은 α₀, β₀값이 포함되며, α₁-α₀, β₁-β₀ 및 w₁을 상대 포즈 목표 값으로 사용하며, 차량 서스펜션 메커니즘의 역 운동학 알고리즘을 통해 각 서스펜션 서보 작동 실린더의 신축량의 목표 값을 계산하고, 당해 목표 값을 서보 컨트롤러 그룹에 전송하여 각 서스펜션 서보 작동 실린더에 대한 변위 서보 제어를 수행하며, 모션 시뮬레이션 플랫폼이 미리 결정된 모션의 시뮬레이션을 실현하도록 하는 것을 특징으로 하는 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼의 제어 방법.
제1 항에 있어서,
좌표 원점 O를 차체의 형태 중심에 설정하는 것을 특징으로 하는 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼의 제어 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
휠(4.1)과 휠(4.2)은 하나의 등가 지지점이며, 휠(4.1)과 휠(4.2)에 대응하는 서스펜션 서보 작동 실린더(7.1, 7.2)의 상부 챔버와 하부 챔버를 각각 연통시키고, 서스펜션 서보 작동 실린더(7.1, 7.2)의 상부 챔버는 상부 챔버 연결 파이프(16.1)를 통해 연결되고, 하부 챔버는 하부 챔버 연결 파이프(16.2)를 통해 연결되어 휠(4.1)과 휠(4.2) 및 그 서스펜션이 차체에 대한 받침 효과가 지지점에 해당하게 되며, 다른 2개의 휠(2)과 휠(3) 및 그 서스펜션 서보 작동 실린더도 차체(13)에 대해 각각 하나의 지지점을 형성하여 차체(13)는 합계 3개의 지지점을 갖게 되며, 두 뒤쪽 휠 및 그 서스펜션 서보 작동 실린더는 완전히 동일한 구조를 채택하므로 앞서 언급한 등가 지지점이 휠(4.1)과 휠(4.2)에 대응하는 서스펜션 서보 작동 실린더(7.1, 7.2)의 상부 힌지점의 중점에 있게 되며, 당해 등가 지지점의 높이 제어는 서스펜션 서보 작동 실린더(7.1, 7.2)의 신축량 평균 값(l₇)을 제어하여 실현하는 것을 특징으로 하는 액티브 서스펜션을 기반으로 한 차량 탑재 모션 시뮬레이션 플랫폼의 제어 방법.