KR20220015172A - 차량 서스펜션 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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이진희
이백희
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 가상 타이어 댐핑을 고려하여 가변 댐퍼를 제어하는 차량 서스펜션 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 차체와 차륜 사이에 장착되는 가변 댐퍼, 상기 차체의 각 코너에 장착되어 차체 코너 수직가속도를 측정하는 제1 가속도 센서, 상기 차륜에 각각 장착되어 차륜 수직가속도를 측정하는 제2 가속도 센서, 및 상기 차체 코너 수직가속도 및 상기 차륜 수직가속도를 기반으로 노면 거칠기를 추정하고, 추정된 노면 거칠기에 근거하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하고, 산출된 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 기반으로 상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 제어기를 포함한다.

Description

차량 서스펜션 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING SUSPENSION OF VEHICLE}
본 발명은 가상 타이어 댐핑을 고려하여 가변 댐퍼를 제어하는 차량 서스펜션 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에는 차체와 차륜(차축) 사이에서 충격을 흡수하고 타이어의 노면 접지를 유지하는 서스펜션(suspension)이 탑재된다. 서스펜션(현가장치)은 휠의 움직임을 제어하는 암(arm) 또는 링크(link), 충격을 흡수하고 조절하는 스프링 및 쇼크 업소버(shock absorber)로도 불리는 댐퍼 등으로 구성된다. 스프링과 댐퍼는 물리적으로 정해진 특성 범위 내에서만 작동하고 차체와 차륜 사이에서 수동적으로 움직이기 때문에, 차량의 승차감, 핸들링 및/또는 스티어링 반응 등에 영향을 미친다. 이에, 차량 운전자에게 최적의 승차감, 핸들링 및/또는 스티어링 반응을 제공하기 위하여 서스펜션의 특성(예: 스프링 특성 및/또는 댐퍼 특성 등)을 조절하는 기술이 연구되고 있다.
KR1020100045780A
본 발명은 차륜과 노면의 상대속도를 최소화하기 위하여 가상 타이어 댐핑을 고려하여 가변 댐퍼를 제어하는 차량 서스펜션 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 차량 서스펜션 제어 장치는 차체와 차륜 사이에 장착되는 가변 댐퍼, 상기 차체의 각 코너에 장착되어 차체 코너 수직가속도를 측정하는 제1 가속도 센서, 상기 차륜에 각각 장착되어 차륜 수직가속도를 측정하는 제2 가속도 센서, 및 상기 차체 코너 수직가속도 및 상기 차륜 수직가속도를 기반으로 노면 거칠기를 추정하고, 추정된 노면 거칠기에 근거하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하고, 산출된 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 기반으로 상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 제어기를 포함한다.
상기 제어기는, 상기 제1 가속도 센서 및 상기 제2 가속도 센서로부터 출력되는 측정 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고, 적분을 통해 차체 코너 수직속도 및 차륜 수직속도를 획득한다.
상기 제어기는, 칼만 필터를 이용하여 노면 거칠기를 추정한다.
상기 제어기는, 상기 노면 거칠기 및 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 획득한 차량 주행 정보를 기반으로 스카이훅 제어 게인, 가상 타이어 댐핑 제어 게인 및 패시브 요구 댐핑력을 결정한다.
상기 제어기는, 상기 차체 코너 수직속도 및 상기 차륜 수직속도를 기반으로 차체 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도를 산출하고, 상기 차체 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도와 스카이훅 제어 게인을 기반으로 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트를 산출하고, 상기 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트에 근거하여 각 차체 코너의 요구 댐핑력을 할당한다.
상기 제어기는, 상기 노면 거칠기 및 상기 가상 타이어 댐핑 제어 게인을 이용하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출한다.
상기 제어기는, 상기 각 차체 코너의 요구 댐핑력, 상기 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력, 및 상기 패시브 요구 댐핑력을 통합하여 코너별 최종 요구 댐핑력을 산출한다.
상기 제어기는, 상기 코너별 최종 요구 댐핑력에 기반하여 상기 가변 댐퍼에 인가할 전류를 산출한다.
상기 제어기는, 상기 가변 댐퍼의 솔레노이드 밸브로 인가되는 전류 신호를 조절하여 상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 제어한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 차량 서스펜션 제어 방법은 차체 및 차륜에 각각 장착되는 제1 가속도 센서 및 제2 가속도 센서를 통해 차체 코너 수직가속도 및 차륜 수직가속도를 계측하는 단계, 상기 차체 코너 수직가속도 및 상기 차륜 수직가속도를 기반으로 노면 거칠기를 추정하는 단계, 상기 노면 거칠기에 근거하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하는 단계, 및 상기 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 기반으로 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 단계를 포함한다.
상기 계측하는 단계는, 상기 제1 가속도 센서 및 상기 제2 가속도 센서로부터 출력되는 측정 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고, 적분을 통해 차체 코너 수직속도 및 차륜 수직속도를 획득하는 단계를 포함한다.
상기 노면 거칠기를 추정하는 단계는, CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 차량 주행 정보를 획득하는 단계, 및 상기 차량 주행 정보 및 상기 노면 거칠기를 이용하여 스카이훅 제어 게인, 가상 타이어 댐핑 제어 게인 및 패시브 요구 댐핑력을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 차량 서스펜션 제어 방법은 상기 차체 코너 수직속도 및 상기 차륜 수직속도를 기반으로 차체 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도를 산출하는 단계, 상기 차체 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도와 스카이훅 제어 게인을 기반으로 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트를 산출하는 단계, 및 상기 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트에 근거하여 각 차체 코너의 요구 댐핑력을 할당하는 단계를 더 포함한다.
상기 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하는 단계는, 상기 노면 거칠기 및 상기 가상 타이어 댐핑 제어 게인을 이용하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 단계는, 상기 각 차체 코너의 요구 댐핑력, 상기 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력, 및 상기 패시브 요구 댐핑력을 통합하여 코너별 최종 요구 댐핑력을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 단계는, 상기 코너별 최종 요구 댐핑력에 기반하여 상기 가변 댐퍼에 인가할 전류를 산출하는 단계를 더 포함한다.
상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 단계는, 상기 가변 댐퍼의 솔레노이드 밸브로 인가되는 전류 신호를 조절하여 상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 가상 타이어 댐핑을 고려하여 가변 댐퍼를 제어하므로, 차륜과 노면의 상대속도를 최소화할 수 있어 타이어 접지력(타이어 수직력 변동을 최소화)을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 선회 시 차량 요레이트 게인(반응성 관련)이 증가하나 차량 사이드 슬립각(안정성 관련)이 감소하여 과도상태 횡가속도 및 요레이트 오버슛 비율(안정성 및 그립 성능)을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 차량 서스펜션 제어 장치를 도시한 블록구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어기의 기능적 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 1/4 차량 모델을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 차량 서스펜션 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 차량 서스펜션 제어 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 차량 서스펜션 제어 장치를 도시한 블록구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제어기의 기능적 구성을 도시한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 1/4 차량 모델을 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 차량 서스펜션 제어 장치는 감지기(100), 가변 댐퍼(variable dampers)(200), 및 제어기(300)를 포함한다.
감지기(100)는 차체 및 차륜에 장착되어 차체 코너 수직가속도 및 차륜 수직가속도를 측정(계측)한다. 감지기(100)는 적어도 3개 이상의 제1 가속도 센서(first accelerometers)(110) 및 적어도 2개 이상의 제2 가속도 센서(second accelerometers)(120)를 포함할 수 있다. 제1 가속도 센서(110)는 차체의 4 코너의 탑 마운트 부분에 각각 부착되어 각 코너의 수직가속도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 가속도 센서(110)는 차체의 좌전방 코너, 우전방 코너, 좌후방 코너 및 우후방 코너에 각각 배치되거나 또는 차체의 좌전방 코너, 우전방 코너 및 후방의 일 지점에 각각 설치될 수 있다. 제2 가속도 센서(120)는 각 차륜의 너클에 부착되어 각 차륜의 수직가속도를 측정할 수 있다. 또한, 감지기(100)는 휠속 센서, 조향각 센서, 및/또는 횡가속도 센서 등을 더 포함할 수 있다.
가변 댐퍼(200)는 차체와 차륜(차축) 사이에 배치되어 차량 주행 중 노면에서 타이어로 전달되는 충격이나 진동을 완화시킬 수 있다. 가변 댐퍼(200)는 차체와 좌전륜, 우전륜, 좌후륜 및 우후륜 사이에 각각 설치될 수 있다. 가변 댐퍼(200)는 댐핑력을 조절하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 가변 댐퍼(200)는 솔레노이드 밸브의 작동을 제어하여 실제 감쇠력(댐핑력)을 조절할 수 있다. 여기서는 가변 댐퍼(200)가 솔레노이드 밸브를 액츄에이터로 사용하는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 스텝핑 모터 등을 액츄에이터로 사용할 수도 있다. 가변 댐퍼(200)로는 CDC(Continuous Damping Control) 댐퍼가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 가변 댐퍼가 적용될 수 있다.
제어기(300)는 서스펜션 내 가변 댐퍼(200)의 댐핑력을 제어하는 전자제어장치(ECU)로, 스카이훅 제어(sky-hook control) 로직과 가상 타이어 댐핑 제어 로직을 이용하여 가변 댐퍼(200)의 댐핑력을 제어할 수 있다. 제어기(300)는 감지기(100)를 이용하여 차체 코너 수직가속도 및 차륜 수직가속도를 획득할 수 있다. 여기서, 차체 코너 수직가속도는 차체 각 코너의 수직가속도로, 차체의 좌전방 코너 수직가속도, 우전방 코너 수직가속도, 좌후방 수직가속도, 및 우후방 수직가속도를 포함할 수 있다. 차륜 수직가속도는 좌전륜 수직가속도, 우전륜 수직가속도, 좌후륜 수직가속도, 및 우후륜 수직가속도를 포함할 수 있다. 제어기(300)는 차체 코너 수직가속도 및 차륜 수직가속도를 기반으로 스카이훅 요구 댐핑력 및 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력(가상 타이어의 요구 댐핑력)을 산출할 수 있다. 제어기(300)는 스카이훅 요구 댐핑력 및 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력에 근거하여 가변 댐퍼(200)로 인가되는 전류량을 조절할 수 있다. 가변 댐퍼(200)의 댐핑력은 가변 댐퍼(200)에 인가되는 전류량에 따라 가변될 수 있다.
제어기(300)는 프로세서(301) 및 메모리(302)를 포함할 수 있다. 프로세서(301)는 제어기(300)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(301)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), PLD(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), CPU(Central Processing unit), 마이크로 컨트롤러(microcontrollers) 및/또는 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 메모리(302)는 프로세서(301)에 의해 실행되는 명령어들(instructions)을 저장하는 저장매체(non-transitory storage medium)일 수 있다. 메모리(302)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(RAM: Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM: Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), EPROM(Erasable and Programmable ROM), 및/또는 레지스터 등의 저장매체(기록매체) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 제어기(300)의 기능적 구성을 설명한다.
제어기(300)는 신호 계측부(310), 신호 처리부(320), 상태량 추정부(330), 제어 게인 결정부(340), 댐핑력 제어부(350), 및 댐핑 전류 인가부(360)를 포함할 수 있다. 여기서, 각 구성은 기정해진 특정 기능을 수행하는 로직을 의미하며, 각 로직은 프로세서(301)에 의해 실행될 수 있다.
신호 계측부(310)는 제1 가속도 센서(110) 및 제2 가속도 센서(120)에 의해 측정되는 신호를 획득(수신)할 수 있다. 신호 계측부(310)는 제1 가속도 센서(110)를 이용하여 차체 코너별 수직가속도를 계측할 수 있다. 신호 계측부(310)는 제2 가속도 센서(120)를 이용하여 차륜별 수직가속도를 계측할 수 있다.
신호 계측부(310)는 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 차량 주행 정보를 획득할 수 있다. 차량 주행 정보는 차속, 조타각, 감속, 가속, 및/또는 횡가속도 등을 포함할 수 있다. 신호 계측부(310)는 CAN 통신을 통해 차량에 탑재된 다른 ECU 및/또는 센서들(예: 휠속 센서, 조향각 센서, 및/또는 횡가속도 센서 등)을 통해 차량 주행 정보를 획득할 수 있다.
신호 처리부(320)는 신호 계측부(310)에서 획득한 신호(정보, 데이터)를 후처리할 수 있다. 신호 처리부(320)는 제1 가속도 센서(110) 및 제2 가속도 센서(120)에 의해 측정되는 차체 코너별 수직가속도와 차륜별 수직가속도 신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 다시 말해서, 신호 처리부(320)는 제1 가속도 센서(110) 및 제2 가속도 센서(120)로부터 수신되는 측정 신호(센싱 신호)로부터 노이즈를 필터링할 수 있다. 또한, 신호 처리부(320)는 차체 코너별 수직가속도와 차륜별 수직가속도를 적분하여 차체 코너별 수직속도와 차륜별 수직속도를 산출할 수 있다. 신호 처리부(320)는 차체 코너별 수직속도와 차륜별 수직속도를 적분하여 차체 코너별 변위 정보와 차륜별 변위 정보를 산출할 수도 있다.
상태량 추정부(330)는 차체 코너 수직가속도, 차륜 수직가속도, 및 신호 처리부(320)에 의해 후처리된 신호(예: 차체 코너 수직속도 및 차륜 수직속도)를 활용하여 노면 거칠기 및 댐퍼 스트로크 속도 등을 실시간으로 추정할 수 있다. 상태 추정부(330)는 칼만 필터 및/또는 차량 모델 등을 이용하여 노면 거칠기를 추정할 수 있다.
제어 게인 결정부(340)는 차량 주행 정보를 기반으로 스카이훅 제어 게인, 가상 타이어 댐핑 제어 게인 및 패시브 댐핑 제어 게인을 결정할 수 있다. 즉, 제어 게인 결정부(340)는 차속, 종가속도, 횡가속도, 조타각 및/또는 노면 정보 등의 차량 주행 정보를 기반으로 스카이훅 제어 게인, 가상 타이어 댐핑 제어 게인 및 패시브 댐핑 제어 게인을 결정할 수 있다.
댐핑력 제어부(350)는 신호 계측부(310)에 의해 계측된 정보, 신호 처리부(320)에 의해 후처리된 정보, 및 상태량 추정부(330)에서 추정된 정보 등을 바탕으로 차체 무게중심점(차량 무게중심점) 및 차륜의 스카이훅 요구 감쇠력(댐핑력) 및 가상 타이어 댐핑 요구 감쇠력(댐핑력)을 산출할 수 있다. 또한, 댐핑력 제어부(350)는 요구 감쇠력 만족을 위한 각 코너별 최종 댐퍼 제어력 및 가변 댐퍼(200)에 인가할 전류를 산출할 수 있다.
댐핑력 제어부(350)는 차체 코너별 수직속도와 차량 제원 정보를 기반으로 차체 무게중심점의 수직가속도, 피치(pitch) 각속도, 및 롤(roll) 각속도를 산출할 수 있다. 차량 제원 정보는 메모리(302)에 저장되며, 휠베이스(wheelbase), 휠 트레드(wheel tread), 전륜과 차량 무게중심점 간의 거리, 및/또는 후륜과 차량 무게중심점 간의 거리 등을 포함할 수 있다. 메모리(302)에는 제1 가속도 센서(110) 및 제2 가속도 센서(120)의 부착 위치(설치 위치) 정보가 기 저장될 수도 있다.
댐핑력 제어부(350)는 차체 무게중심점의 3방향 속도(예: 수직속도, 피치 각속도, 및 롤 각속도)와 스카이훅 제어 게인을 바탕으로 각 방향의 스카이훅 요구 댐핑력(감쇠력)을 산출할 수 있다. 구체적으로, 댐핑력 제어부(350)는 차체 무게중심점의 3방향 속도와 제어 게인 결정부(340)에서 결정된 스카이훅 제어 게인을 기반으로 스카이훅 제어를 위해 요구되는 힘 및 모멘트를 산출할 수 있다. 다시 말해서, 댐핑력 제어부(350)는 차체 무게중심점의 3방향 속도와 스카이훅 제어 게인에 비례하는 각 방향의 스카이훅 요구 댐핑력을 산출할 수 있다. 댐핑력 제어부(350)는 산출된 요구되는 힘 및 모멘트를 기반으로 차체 코너별 스카이훅 요구 감쇠력을 할당할 수 있다. 댐핑력 제어부(350)는 추정된 노면 거칠기 및 가상 타이어 댐핑 제어 게인을 이용하여 각 차륜의 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출할 수 있다.
댐핑력 제어부(350)는 산출된 스카이훅 요구 감쇠력, 가상 타이어 댐핑 요구 감쇠력 및 제어 게인 결정부(340)에서 결정된 패시브 댐핑력을 통합하여 최종 코너별 요구 댐핑력(즉, 댐퍼 제어력)을 산출할 수 있다. 댐핑력 제어부(350)는 산출된 코너별 최종 요구 댐핑력에 토대로 댐퍼 인가 전류를 산출할 수 있다.
댐퍼 전류 인가부(360)는 댐핑력 제어부(350)에서 산출된 댐퍼 인가 전류에 근거하여 실제로 전류를 생성하여 가변 댐퍼(200)에 인가할 수 있다. 댐퍼 전류 인가부(390)에 의해 인가되는 전류에 따라 가변 댐퍼(200)의 댐핑력이 변경될 수 있다. 댐퍼 전류 인가부(360)는 가변 댐퍼(200)의 솔레노이드 밸브로 인가되는 전류량을 조절하여 솔레노이드 밸브의 동작을 제어할 수 있다. 가변 댐퍼(200)의 솔레노이드 밸브가 작동함에 따라 차체 각 코너의 실제 댐핑력이 변경될 수 있다. 댐퍼 전류 인가부(360)는 가변 댐퍼(200)의 솔레노이드 밸브로 인가되는 최대 전류를 제한하여 가변 댐퍼(200)의 손상을 방지할 수도 있다.
이하에서는 각 차륜의 요구 댐핑력을 산출하는 것을 구체적으로 설명한다.
먼저, 댐핑력 제어부(350)는 스카이훅 제어를 위한 각 차륜의 요구 댐핑력을 산출할 수 있다.
스카이훅 제어의 경우, 가상 타이어 댐핑 제어와는 다르게 차체 모션을 기반으로 제어량을 결정할 수 있다. 제어 게인 결정부(340)는 차량 주행 정보를 토대로 스카이훅 차체 3방향(예: 수직, 피치 및 롤) 제어 게인 Csky_heave, Csky_pitch, 및 Csky_roll을 결정할 수 있다. 스카이훅 차체 3방향 제어 게인이 결정되면, 댐핑력 제어부(350)는 [수학식 1]과 같이 차체 3방향 속도 vheave, wpitch, 및 wroll과 차체 3방향 제어 게인 Csky_heave, Csky_pitch, 및 Csky_roll을 각각 곱하여 차체 요구 댐핑력 Fsky_heave, Msky_pitch, 및 Msky_roll을 결정할 수 있다.
Figure pat00001
차체 요구 댐핑력이 결정되면, 댐핑력 제어부(350)는 차량 제원 정보 및 차체 코너별 센서 장착 위치를 이용하여 스카이훅 차체 요구 댐핑력을 달성하기 위한 코너별 요구 댐핑력 Fcorner (또는 Fsky_corner)을 할당할 수 있다. 코너별 요구 댐핑력 Fcorner은 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
이고, Ffl는 좌전방 코너 요구 댐핑력, Ffr는 우전방 코너 요구 댐핑력, Frl는 좌후방 코너 요구 댐핑력, 및 Frr은 우후방 코너 요구 댐핑력이며, Mwarp = ε×Mroll 이다. 일반적으로, ε은 0으로 설정될 수 있다. tf는 전륜 축 중심으로부터 차체 코너 가속도 센서(제1 가속도 센서) 부착 위치까지의 좌우 거리, tr은 후륜 축 중심으로부터 차체 코너 가속도 센서(제1 가속도 센서) 부착 위치까지의 좌우 거리, a는 무게중심점으로부터 전륜측 차체 코너 가속도 센서(제1 가속도 센서) 부착 위치까지의 전후 거리, b는 무게중심점으로부터 후륜측 차체 코너 가속도 센서(제1 가속도 센서) 부착 위치까지의 전후 거리이다.
다음, 댐핑력 제어부(350)는 각 차륜의 최종 요구 댐핑력을 산출할 수 있다. 각 차륜의 최종 요구 댐핑력은 도 3에 도시된 1/4 차량 모델을 기준으로 산출될 수 있다. 도 3에서, Ks 및 Kt는 서스펜션 스프링 계수 및 타이어 스프링 계수이고, ms 및 mus는 차체 질량 및 차륜 질량이고, vs, vus 및 vi는 차체 각 코너 수직속도, 각 차륜 수직속도, 및 각 차륜 노면 상태 입력(각 차륜 노면 속도)이고, Csky, Cground 및 Cpassive는 스카이훅 제어 게인, 가상 타이어 댐핑 제어 게인 및 패시브 댐핑 제어 게인이다.
차륜별 스카이훅 요구 댐핑력, 차륜별 수직속도 및 차륜별 노면 속도를 토대로 가상 타이어 댐핑의 요구 댐핑력이 결정되면, 댐핑력 제어부(350)는 반능동 제어(semi-active control)를 수행할 수 있다. 반능동 제어는 제어 로직별로 기정해진 특정 조건 만족 시 요구 댐핑력을 활성화(ON)하고, 특정 조건 불만족 시 요구 댐핑력을 비활성화(OFF)하여 목표로 하는 제어를 수행할 수 있다.
[표 1]을 참조하면, 스카이훅 제어 로직은 차체 각 코너 수직속도 vs와 각 차륜 수직속도 vus를 기반으로 특정 조건 만족 시 차륜별 스카이훅 요구 댐핑력을 활성화하고, 특정 조건 불만족 시 차륜별 스카이훅 요구 댐핑력을 비활성화할 수 있다. 또한, 가상 타이어 댐핑 제어 로직은 차체 각 코너 수직속도 vs, 각 차륜 수직속도 vus, 및 각 차륜 노면 상태 입력(각 차륜 노면 속도) vi을 기반으로 특정 조건 만족 여부를 결정할 수 있다. 가상 타이어 댐핑 제어 로직은 기정해진 특정 조건 만족 시 차륜별 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 활성화하고, 특정 조건 불만족 시 차륜별 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 비활성화할 수 있다. 반면, 패시브 댐핑 제어 로직은 항상 작동되며, 패시브 댐핑 제어 게인 Cpassive, 차체 각 코너 수직속도 vs 및 각 차륜 수직속도 vus를 기반으로 패시브 댐핑력을 결정할 수 있다.
Figure pat00004
여기서, 가상 타이어 댐핑 제어 게인 Cground 및 패시브 댐핑 제어 게인 Cpassive은 차량 주행 정보에 기반하여 결정될 수 있다.
댐핑력 제어부(350)는 스카이훅 요구 댐핑력 Fsky_final 및 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력 Fground, 및 패시브 요구 댐핑력 Fpassive을 합하여 각 코너(차륜)의 최종 요구 댐핑력을 산출할 수 있다. 다시 말해서, 코너별 최종 요구 댐핑력은 다음 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 차량 서스펜션 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
제어기(300)는 차체 코너 수직가속도, 차륜 수직가속도 및 차량 주행 정보를 획득할 수 있다(S110). 제어기(300)는 제1 가속도 센서(110)를 통해 차체 코너별 수직가속도를 획득하고, 제2 가속도 센서(120)를 통해 차륜별 수직가속도를 획득할 수 있다(S111). 차체 코너별 수직가속도(차체 코너 수직가속도) 및 차륜별 수직가속도(차륜 수직가속도)는 댐핑력 제어에 직접적으로 활용될 수 있다. 제어기(300)는 CAN 통신을 통해 차량 주행 정보를 획득할 수 있다. 차량 주행 정보는 각 제어 로직과 방향별 차체 모션 제어를 위한 댐핑력 게인을 결정하는데 활용될 수 있다.
제어기(300)는 차체 코너 수직가속도 및 차륜 수직가속도에 대한 후처리를 수행할 수 있다(S120). 제어기(300)는 제1 가속도 센서(110) 및 제2 가속도 센서(120)로부터 수신되는 신호들에 포함된 노이즈를 제거하기 위하여 필터링을 수행할 수 있다. 제어기(300)는 적분을 통해 차체 코너별 수직속도, 차륜별 수직속도, 차체 코너별 변위 정보, 및 차륜별 변위 정보를 산출할 수 있다.
제어기(300)는 차체 코너 수직가속도, 차륜 수직가속도 및 후처리된 신호(예: 차체 코너 수직속도 및 차륜 수직속도)를 활용하여 노면 거칠기를 실시간으로 추정할 수 있다(S130). 제어기(300)는 칼만필터 및/또는 간소화된 차량 모델 정보를 이용하여 노면 거칠기를 추정할 수 있다.
제어기(300)는 차량 주행 정보 및 노면 거칠기 정보를 기반으로 선회, 감속 및/또는 가속 등의 주행 상황 및 노면의 거칠기 상태를 판단하여 적절한 스카이훅 제어 게인 및 가상 타이어 댐핑 제어 게인을 결정할 수 있다(S140). 제어기(300)는 차량 주행 정보를 기반으로 패시브 댐핑 제어 게인(패시브 댐핑력)을 결정할 수도 있다.
제어기(300)는 후처리된 신호 및 스카이훅 제어 게인을 기반으로 차체 코너별 스카이훅 요구 감쇠력를 산출한다(S150). 구체적으로, 제어기(300)는 차체 코너 수직속도와 차량 제원 정보를 이용하여 차체 무게중심 모션(차체 무게중심점의 3방향 속도)을 계산할 수 있다(S151). 차량 제원 정보는 휠 베이스, 휠 트레드, 전륜과 차체 무게중심점(차량 무게중심점) 간의 거리, 및 후륜과 차체 무게중심점 간의 거리 등을 포함할 수 있다. 제어기(300)는 차체 코너별 수직속도 및 차량 제원 정보를 기반으로 차량의 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도를 산출할 수 있다. 제어기(300)는 S151에서 산출된 차량 무게중심점의 3방향 속도와 S140에서 결정된 스카이훅 제어 게인을 기반으로 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트를 산출할 수 있다(S153). 제어기(300)는 S151에서 산출된 차량 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도와 S140에서 결정된 스카이훅 제어 게인에 비례한 스카이훅 요구 댐핑력을 산출할 수 있다. 제어기(300)는 S151에서 사용된 변환 공식을 활용하여 차량의 무게중심점의 3방향 속도를 감쇠하기 위하여 요구되는 힘 및 모멘트를 만족할 수 있는 각 코너별 요구 감쇠력을 할당할 수 있다(S155). 제어기(300)는 산출된 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트를 기반으로 차체 코너별 요구 감쇠력(댐핑력)을 할당할 수 있다.
제어기(300)는 S130에서 추정된 노면 거칠기와 S140에서 결정된 가상 타이어 댐핑 제어 게인을 이용하여 차륜별 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출할 수 있다(S160). 요구 댐핑력은 차륜과 노면 입력의 상대속도에 비례하게 산출될 수 있다.
제어기(300)는 차체 코너별 스카이훅 요구 감쇠력(댐핑력), 가상 타이어 댐핑 요구감쇠력 및 S140에서 결정된 패시브 요구 댐핑력을 통합하여 최종 코너별 요구 댐핑력을 산출할 수 있다(S170). 제어기(300)는 S140에서 산출된 패시브 댐핑 제어 게인, 차체 수직속도 및 차륜 수직속도를 기반으로 패시브 댐핑력을 산출할 수 있다.
제어기(300)는 최종 코너별 요구 댐핑력과 댐퍼 특성을 기반으로 가변 댐퍼(200)로 실제 인가되는 전류 신호를 생성할 수 있다(S180). 제어기(300)는 최종 코너별 요구 댐핑력과 가변 댐퍼(200)의 특성을 고려하여 가변 댐퍼(200)의 솔레노이드 밸브에 인가할 전류량을 산정할 수 있다. 제어기(300)는 산정된 전류량에 기반하여 전류 신호를 생성하여 솔레노이드 밸브에 인가할 수 있다. 또한, 제어기(300)는 액츄에이터(예: 솔레노이드 밸브) 부하 및 최소 구동 전류를 고려하여 전류 신호의 상하한을 제한할 수 있다.
상기 실시 예들에 따르면, 차륜과 노면의 상대속도를 최소화하는 제어를 수행하여 타이어 접지력(타이어 수직력 변동을 최소화) 성능을 향상시킬 수 있다. 타이어 접지력(road holding) 성능이 향상됨에 따라 핸들링 성능이 개선될 수 있으며, 스카이훅 제어를 통해 승차감도 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 차량 서스펜션 제어 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory)(1310) 및 RAM(Random Access Memory)(1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서(1100) 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서(1100) 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 차체와 차륜 사이에 장착되는 가변 댐퍼;
    상기 차체의 각 코너에 장착되어 차체 코너 수직가속도를 측정하는 제1 가속도 센서;
    상기 차륜에 각각 장착되어 차륜 수직가속도를 측정하는 제2 가속도 센서; 및
    상기 차체 코너 수직가속도 및 상기 차륜 수직가속도를 기반으로 노면 거칠기를 추정하고, 추정된 노면 거칠기에 근거하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하고, 산출된 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 기반으로 상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 제어기를 포함하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1 가속도 센서 및 상기 제2 가속도 센서로부터 출력되는 측정 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고, 적분을 통해 차체 코너 수직속도 및 차륜 수직속도를 획득하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    칼만 필터를 이용하여 노면 거칠기를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 노면 거칠기 및 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 획득한 차량 주행 정보를 기반으로 스카이훅 제어 게인, 가상 타이어 댐핑 제어 게인 및 패시브 요구 댐핑력을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 차체 코너 수직속도 및 상기 차륜 수직속도를 기반으로 차체 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도를 산출하고, 상기 차체 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도와 스카이훅 제어 게인을 기반으로 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트를 산출하고, 상기 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트에 근거하여 각 차체 코너의 요구 댐핑력을 할당하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 노면 거칠기 및 상기 가상 타이어 댐핑 제어 게인을 이용하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 각 차체 코너의 요구 댐핑력, 상기 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력, 및 상기 패시브 요구 댐핑력을 통합하여 코너별 최종 요구 댐핑력을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 코너별 최종 요구 댐핑력에 기반하여 상기 가변 댐퍼에 인가할 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 가변 댐퍼의 솔레노이드 밸브로 인가되는 전류 신호를 조절하여 상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 장치.
  10. 차체 및 차륜에 각각 장착되는 제1 가속도 센서 및 제2 가속도 센서를 통해 차체 코너 수직가속도 및 차륜 수직가속도를 계측하는 단계;
    상기 차체 코너 수직가속도 및 상기 차륜 수직가속도를 기반으로 노면 거칠기를 추정하는 단계;
    상기 노면 거칠기에 근거하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하는 단계; 및
    상기 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 기반으로 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 단계를 포함하는 차량 서스펜션 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 계측하는 단계는,
    상기 제1 가속도 센서 및 상기 제2 가속도 센서로부터 출력되는 측정 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고, 적분을 통해 차체 코너 수직속도 및 차륜 수직속도를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 노면 거칠기를 추정하는 단계는,
    CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 차량 주행 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 차량 주행 정보 및 상기 노면 거칠기를 이용하여 스카이훅 제어 게인, 가상 타이어 댐핑 제어 게인 및 패시브 요구 댐핑력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 차체 코너 수직속도 및 상기 차륜 수직속도를 기반으로 차체 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도를 산출하는 단계;
    상기 차체 무게중심점의 수직속도, 피치 각속도 및 롤 각속도와 스카이훅 제어 게인을 기반으로 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트를 산출하는 단계; 및
    상기 스카이훅 제어 요구 힘 및 모멘트에 근거하여 각 차체 코너의 요구 댐핑력을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하는 단계는,
    상기 노면 거칠기 및 상기 가상 타이어 댐핑 제어 게인을 이용하여 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 단계는,
    상기 각 차체 코너의 요구 댐핑력, 상기 가상 타이어 댐핑 요구 댐핑력, 및 상기 패시브 요구 댐핑력을 통합하여 코너별 최종 요구 댐핑력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 단계는,
    상기 코너별 최종 요구 댐핑력에 기반하여 상기 가변 댐퍼에 인가할 전류를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 방법.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 조절하는 단계는,
    상기 가변 댐퍼의 솔레노이드 밸브로 인가되는 전류 신호를 조절하여 상기 가변 댐퍼의 댐핑력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 서스펜션 제어 방법.
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