KR980010681A - 연속 힘 제어를 갖춘 준능동 댐퍼 - Google Patents

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미셸 푸르니에
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Abstract

본 발명은 제어 회로에 의해 제어되는 준능동 댐퍼에 있어서, 상기 제어 회로가 댐퍼의 인버스 모델(15)로 만들어진 직접 제어 루프(19)를 포함하고, 상기 인버스 모델(15)은 물리적 크기에 기초한 것을 특징으로 하는 준능동 댐퍼에 관한 것이다.

Description

연속 힘 제어를 갖춘 준능동 댐퍼
본 발명은 일반적으로 댐퍼의 인버스 모델을 포함하는 직접 제어 루프를 포함하는 댐퍼 제어 회로에 관한 것이고, 더 자세하게는 연속 힘 제어를 갖는 준능동 댐퍼에 관한 것이다.
본 출원인의 프랑스 특허 출원 FR 94 08 337호는 개방 루프 설계를 사용한 인버스 모델(inverse model)에 의해 힘을 트래킹하는 일반 원리를 개시한다.
프랑스 특허 출원 FR 94 08 337호에 개시된 제어 회로에 의해 제어되는 준능동 댐퍼(semi-active dameper)의 기본적 특징에 의하면, 제어 회로는 댐퍼의 인버스 모델을 포함하는 직접 제어 루프를 포함한다. 또한 댐퍼의 인버스 모델은 댐퍼의 2개 단부 사이의 상대 속도의 측정값과 힘 기준값 Fc에 기초하여 압축 제어 제한 값과 팽창 제어 제한 값을 제어하는 이상직 전류의 ith의 값을 결정한다.
힘 제어 피드백 루프가 힘 기준값 Fc와 실제로 작용된 힘 F의 측정값 사이의 힘 에러εF를 고려하기 위해 비례형 수정항 δi을 이상적 제어 전류 ith에 부가한다.
댐퍼의 인버스 모델은 이하의 식에 의해 한정된다.
위 식에서 K13와 K23는 액츄에이터의 크기와, 오일의 물리적 특성과, 유압 밸브의 유동률 이득에 의존하는 양의 상수이다.
이 방식으로 한정된 댐퍼의 인버스 모델은 유체가 비압축성인 것으로 가정한다.
그럼에도 불구하고 이 가정은 모든 응용에서 유효하지는 않다.
그러므로 본 발명의 목적은 유체 압축성의 문제에 영향을 받지 않는 것이 가능하면서 준능동 댐퍼의 힘을 연속 제어하는 장치를 제공하는 것이다.
도1은 제2,722,265호로 발행된 본 출원인의 프랑스 특허 출원 FR 94 08 337호에 개시되고, 본 발명에 의한 제어된 준능동 댐퍼의 이론적 개략도.
도2는 본 출원인의 프랑스 특허 출원 FR 94 08 337호에 개시되고, 본 발명에 의한 제어된 준능동 댐퍼의 제어 회로의 블록도.
도3은 본 발명의 제어된 준능동 댐퍼의 이론적 개략도.
도4는 본 발명의 연속 힘 제어를 갖춘 제어된 준능동 댐퍼의 제어 회로의 블록도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4 : 제1 챔버 5 : 제2 챔버
11 : 축적기 12, 13 : 속도 센서
14 : 액츄에이터 15 : 인버스 모델
17 : 수정기
본 발명에 의하면, 제어 회로에 의해 제어되는 준능동 댐퍼에 있어서, 제어회로는 댐퍼의 인버스 모델로 구성된 직접 주 제어 루프를 포함하고, 상기 인버스 모델은 물리적 크기에 기초하고, 제어 크기가 준능동 댐퍼에 인가된 드라이브와 얻어진 기준힘의 함수로서 결정될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
제어 루프는 힘 센서가 사용될 필요가 없기 때문에 "직접"이라 한다.
이 방식을 특징으로 하는 본 발명의 준 능동 댐퍼의 장점은 등가 속도의 계산에 의해 유체의 압축성을 고려한다는 것이다.
본 발명의 준능동 댐퍼는 또한 다음의 특징들 중 적어도 하나를 만족한다.
댐퍼의 상기 인버스 모델은 압축 제어 제한값과 팽창 제어 제한값을 제어하는 제어 전류 ith의 이상값을, 또는 양 기능을 결합한 단일값을 댐퍼의 2개 단부들 사이에 상대 속도와 힘 기준값 Fc에 기초하여 결정한다. 등가속도e은 상기 상대 속도로부터 연역된다.
댐퍼의 상기 인버스 모델은 개방된 비복귀 밸브, 즉 팽창시 팽창 비복귀 밸브와 압축시 압축 비복귀 밸브의 수두 손실 △PCL을 산출하는 제1 블록과, 능동 제어 제한 밸브의 수두 손실 △PV을 산출하는 제2 블록과, 제어 제한 값을 위한 이상제어 전류 ith를 계산하는 제3 블록과, 속도의 수정항 δ을 계산하는 제4 블록과, 합산 회로를 포함한다.
상기 제1 블록은 개방된 비복귀 밸브의 수두 손실 △PCL을 계산한다.
상기 제1 블록으로부터의 출력된 상기 크기 △PCL는 상기 제1 블록의 ith및 입력 크기의 함수로서 도표화된 특성 배열로부터 내삽된다.
상기 제2 블록은 축적기 및 가압하의 챔버 사이에 위치된 능동 제어 제한 밸브에 의해 얻어지는 수두 손실 △PV을 산출한다.
블록으로부터의 출력 △PV은 블록에 대한 2개의 입력 Fc의 함수로서 계산된다.
△PV= ［Fc -△PVS2]/S1 팽창시
△PV= ［-Fc -△PVS1]/S2 압축시
측정된 속도 정보는 상기 합산 회로로부터의 출력에 동등 속도e =+δ를 형성하기 위해 상기 제4 블록으로부터의 출력 δ에 의해 수정된다.
상기 제4 블록은 수정 속도 항 δ를 계산한다.
상기 수정 속도 항 δ은 이하의 식에 의해 주어진다.
상기 제3 블록은 상기 제3 블록의 2개의 입력 △PV및 e의 함수로서 이상 제어 전류 ith를 계산한다.
상기 제어 제한값은 밸브의 측정된 수두 손실 PVmeasured에 관련된 비선형 이득 K(i)와, 측정된 값 및 △P 로부터 만들어진 등가 속도 e와형태의 전류i를 확인함으로써 사전에 특성화된다.
전류 ith는 허용가능 전류의 세트에 대한 에러 함수 εK(i)를 최소화시킴으로써, 즉 로서 결정된다.
상기 식에서 K(i)는 측정에서 확인된 비선형 이득이고, △PV는 제2 블록으로부터의 출력에서 계산되는 얻어지는 수두 손실이고, e는 합산 회로의 출력에서 계산된 등가 속도이다.
제2 힘 피드백 루프가 상기 주 이상 전기 제어 전류 ith로 부 수정항을 도입하고, 상기 부 수정항 δi은 비례형이고, 그럼으로써 기준 힘 Fc 및 실제로 인가된 힘 F의 측정값 사이의 힘 에러 εF를 고려한다.
본 발명의 준능동 댐퍼의 연속 힘 제어 장치의 다른 장점은 소산하는 기준힘(dissipative reference force)의 트래킹, 즉 제어 시스템이 단지 제한된 수의 특성만을 수행할 수 있는 종래 기술의 제어된 댐퍼와는 달리 힘과 상대 속도 사이의 무수한 관계들을 연속으로 고려할 수 있다는 것이다.
본 발명의 준능동 매퍼의 연속 힘 제어 장치의 다른 장점은 댐퍼가 유압형이라 가정할 때 표준 저급의 유압 부품들의 사용을 가능하게 한다는 것이다.
본 발명의 준능동 댐퍼의 연속 힘 제어 장치의 다른 장점은 그 장비가 단일 속도 센서로 줄어든 채로 만족스러운 방식으로 시스템이 작동할 수 있다는 것이다.
예를 들어 힘 센서가 열화되면 댐퍼에 인가된 응력의 단일 측정과 기준힘 Fc의 값에 기초하여 제어 전류에 대한 주요 기여 ith와 함께 수정항 δi이 비작동으로 되고 0으로 설정되어 만족스러운 정밀도를 유지한다.
본 발명의 준능동 댐퍼의 연속 힘 제어 장치의 다른 장점은 이동의 소산 단계중 힘을 항으로 하여 수 립된 제어 관계를 트랙하는 것을 가능하게 한다는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 도면을 참조한 준능동 댐퍼의 연속 힘 제어 장치의 양호한 실시예의 다음의 설명으로부터 명확히 알수 있을 것이다.
도1은 제2,722,265호로 발행된 본 출원인의 프랑스 특허 출원 FR94 08 337호에 개시되고, 본 발명에 의한 제어된 준능동 댐퍼의 이론적 개략도이다.
본 발명의 제어된 준능동 댐퍼는 조립체가 액츄에이터(14)를 구성하도록 피스톤 로드(3)가 제공된 중실 피스톤(2)이 그안에서 활주되는 몸체(1)를 포함한다.
피스톤(2)은 "압축" 기재로서 설명된 제1 챔버(4)와 "팽창" 챔버로서 기재된 제2 챔버(5)를 한정한다.
몸체(1)는 예를 들어 유압 오일인 유체(6)로 채워진다.
준능동 댐퍼는 또한 "압축" 비복귀 밸브로서 설명되는 제1 비복귀 밸브(7)와, "팽창" 비복귀 밸브로서 설명되는 제2 비복귀 밸브(8)를 포함한다.
"압축" 제어 제한 밸브로서 설명되는 제1 유압 제어 제한 밸브(9)와, "팽창" 제어 제한 밸브로서 설명되는 제2 유압 제어 제한 밸브(10)는 모두 전기적으로 제어된다.
준능동 댐퍼는 또한 준능동 댐퍼의 조립중 약간 프리로드되고 챔버에 의해 구성되는 축적기(11)를 포함한다.
예를 들어 올레오식(oleopneumatic) 축적기인 상기 축적기는 가압하의 불활성 가스와 가스가 그 압력을 연통하는 유압 오일을 포함하는 고정체적을 구성한다.
2개의 유체는 일반적으로 막 또는 풍선에 의해 물리적으로 분리된다.
축적기의 기능은 첫째 댐퍼가 완전히 압축되었을 때 피스톤 로드의 체적에 대응하는 오일의 체적을 흡수하는 것이고, 둘째 유압 회로에서 얻어지는 소정 최소량의 압력을 보장하는 것이다.
본 발명의 준능동 댐퍼의 작동은 고압 축적기 또는 유압 펌프와 같은 외부 유압원을 필요로 하지 않는 다는 것을 유의하라.
압축 비복귀 밸브(7)와 팽창 제어 제한 밸브(10)는 팽창 챔버(5)와 축적기 챔버(11) 사이에 배치되고 평행하게 연결된다.
팽창 비복귀 밸브(8)와 압축 제어 제한 밸브(9)는 압축 챔버(4)와 축적기 챔버(11) 사이에 배치되고 평행하게 연결된다.
마지막으로 준능동 댐퍼는 힘 센서(12)와 상대 속도 센서(13)를 포함한다.
도2는 제2,722,265호로 발행된 본 출원인의 프랑스 특허 출원 FR 94 08 337호에 개시되고, 본 발명에 의한 제어된 준능동 댐퍼의 제어 회로의 블록도이다.
도2에 사용된 참조 부호와 그 의미는 이하와 같다.
Fc : 기준 힘
F : 실제 힘
Fm : 센서에 의해 측정된 실제 힘
eF : 힘 에러 eF = Fc - Fm
: 댐퍼의 2개 단부들 사이의 상대 속도
i : 제어 제한 밸브를 제어하는 전류
ith: 힘 Fc를 얻기 위해 유압제어 제한 밸브에 인가를 위한 것이고, 인버스 모델에 의해 결정되는 이상 제어 전류
δi : 힘 에러 εF를 고려하는 부가 수정항 i = ith+ δi
본 발명의 제어된 준능동 댐퍼의 유압 작동이 도1과 도2를 참조하여 설명된다.
2개의 단계가 본 발명의 제어된 준능동 댐퍼의 유압 작동에서 구별될 수 있다.
도1에서 화살표 C로 표시한 "압축" 단계로 설명되는 제1단계.
도1에서 화살표 D로 표시한 "팽창" 단계로 설명되는 제2단계.
압축 단계중 피스톤(2)이 액츄에이터의 몸체(1) 내로 침투하고, 팽창 단계 중에는 피스톤(2)은 액츄에이터의 몸체(1)에 대해 외측으로 이동한다.
압축 단계중 압축 챔버(4)에 내장된 유체(6)는 압축된다. 팽창 비복귀 밸브(8)가 폐쇄됨으로써 유체가 압축 제어 제한 밸브(9)를 통해 유동하도록 강제한다.
압축 비복귀 밸브(7)는 유체(6)가 팽창 제어 제한 밸브(10)를 단락시키고 팽창 챔버(5)를 자유로이 충전하는 것을 허용한다.
압축 제어 제한 밸브(9)의 제어는 압축 챔버(4)의 압력 수준을 제어하여 압축시 인가된 반작용력을 제어하는 것을 가능하게 한다.
팽창 단계중 부재들은 역할을 전환한다.
팽창 제어 제한 밸브(10)는 팽창 챔버(5)로부터 축적기 챔버(11)로의 유체(6)의 통과를 제어하여 팽창력이 조절될 수 있게 한다.
팽창 비복귀 밸브(8)가 작동하여 유체(6)가 팽창 챔버(5)로부터 축적기 챔버(11)로 자유로이 이동하게 허용한다.
압축 및 팽창 제어 제한 밸브(9, 10)는 바람직하게는 전기적으로 제어되어 속도에 항상 반대인 댐핑력을 조절할 수 있게 한다.
전술한 것의 결과 댐핑은 소산 시스템으로 유지된다.
인가된 힘의 조절은 상기 힘이(도시되지 않은) 컴퓨터에 의해 발생된 기준 힘 Fc로 서보 제어될 수 있게 한다.
기본적인 문제는 기준 힘 Fc를 얻기 위해 압축 및 팽창 제어 제한 밸브(9, 10)에 인가되는 제어 전류i를 결정하는 것이다.
일정 속도에서 압축 단계 및 팽창 단계 모두에서 댐퍼의 각 챔버의 체적 유동률의 평형을 대표하는 관계를 사용하여, 댐퍼의 인버스 모델(15)에 의해 전달되는 전류 ith와, 순간 상대 속도와, 댐핑력 사이의 간단한 관계식을 유도하는 것이 가능하다.
예를 들어 팽창 단계에서 이 관계는 이하의 식으로 주어진다.
위 식에서 F : 인가된 댐핑력
ρ : 오일의 밀도
S1: 피스톤 로드를 갖지 않는 쪽의 압력에 노출된 피스톤의 단면적
S2: 피스톤 로드를 갖는 쪽의 압력에 노출된 피스톤의 단면적
St : 피스톤 로드의 단면적
: 상대 속도
Gi : 제어 밸브의 압력 이득
i : 제어 전류
Cd : 팽창 비복귀 밸브의 유동률 계수
A31: 팽창 비복귀 밸브의 기하학적 유동 단면
△P31: 흡입시 챔버와 축적기 사이의 수두 손실
P3: 축적기 압력
Pe : 대기압
이 댐퍼 모델의 사용은, 원하는 힘 Fc 및 측정된 속도의 함수로서 제어 부재에 인가되기 위한 전류 ith의 검색이 이루어진다는 의미에서, 결국 댐퍼의 인버스 모델(15)의 사용이 된다.
댐칭 관계식 수립의 단순화 때문에, 댐핑의 인버스 모델(15)에서 비례형 수정항 δi이 힘 피드백 루프(16)에 의해 포함된다.
인가되는 힘 F의 측정 Fm을 제공하기 위한 힘 센서(12)의 사용에 의해, 피드백 루프(16)는 기준 Fc 및 측정된 힘 Fm 사이의 에러 신호 εF의 발생을 가능하게 한다.
이 에러 신호 εF는 압축 및 팽창 제어 제한 밸브(9, 10)을 위한 제어 전류i에 부가적인 수정항 δi을 전달하는 수정기(17)에 인가된다.
상대 속도의 값은 속도 피드백 루프(18)을 통해 댐퍼의 인버스 모델(15)로 삽입된다.
속도 피드백 루프(18)는 속도 센서(13)를 포함한다.
이상 제어 전류 ith의 값은 댐퍼의 인버스 모델(15)에 의해 정해진다.
이상 제어 전류 ith은 직접 제어 루프(19)를 통해 힘 Fc을 얻기 위해 유압 제어 제한 밸브에 인가된다.
직접 제어 루프(19)는 예를 들어 이하의 식으로 한정되는 댐퍼의 인버스 모델(15)를 포함한다.
K13와 K23는 액츄에이터의 크기와, 오일의 물리적 특성과, 또한 유압 제어 제한 밸브의 유동률 이득에 의존하는 양의 상수들이다.
본 발명의 준능동 댐퍼는 여객 열차용 횡방향 보조 현가 장치로서 응용가능하다.
이하의 설명은 본 발명의 연속 힘 제어를 갖춘 준능동 댐퍼에 더 자세히 관련된다.
도4는 본 발명의 연속 힘 제어를 갖춘 준능동 댐퍼의 제어 회로의 블록도의 양호한 실시예를 도시한다.
도4에 도시된 블록도는 본 출원인의 프랑스 특허 출원 FR 94 08 337호에 개시된 바와 같이, 제어된 준능동 댐퍼의 블록도에 부가된다.
도2 및 도4에 공통인 요소들은 동일한 참조 부호를 갖는다.
수정기(17) 및 힘 센서(12)는 이제는 선택적이고 그러므로 실제로는 사용되지 않지만 도3 및 도4에 여전히 도시되었다.
종래의 댐퍼는 외부 제어의 가능성을 제공하지 않고가 강조되는 속도의 함수로서 소산 유압력 FV을 전달한다.
제어된 댐퍼에서 기초 발상은 Fv가 Fc와 동등하게 만들어지게 할 수 있는 조정 변수(밸브를 제어하는 전류값)를 결정하기 위해 이 원인 결과 관계, 즉 기준 힘 Fc와 속도의 주어진 지식을 역전시키는 것이다.
장치의 물리적 반응의 이해에서 출발하여, 속도, 기준 힘 Fc 및 제어 전류 ith를 관련시키는 시스템의 모델을 제공하고 인버스 모델을 개발하는 것이 가능하다.
등가 속도 e는 속도자체를 기초로 하여 작업하는 대신에 속도로부터 추론되어 압축성 유체를 포함하는 시스템의 본 케이스로 제어 설계를 연장한다.
이하의 설명은 개방 루프 제어 설계에 관한 것이다.
에러 신호(εF = Fv Fc)에 기초한 종래의 서보 제어 기법은 본 출원에서 효과적이지 않으며 실제의 힘 Fv가 주 루프에서 측정되는 것을 필요로 한다.
개방 루프 설계가 개발되었고 제어 전류 ith를 힘을 측정하지 않고 원하는 힘 Fc와 속도의 함수로서 직접 결정하는 것을 가능하게 한다.
이하의 설명은 압력 동역학의 예측에 기초하여 구동 속도에 적용될 수 있는 수정에 관한 것이고 "등가" 속도의 개념을 도입한다.
유체의 압축성은 비압축성 유체를 위해 유도된 인버스 모델의 원리를 적용하기에 부적합한 히스테리시스를 나타내는 힘-속도 특성 Fv = fct(, i)을 나타낸다.
속도 데이터은 인버스 모델 개념의 사용을 가능하게 하는 불명확하지 않은 특성 표시:Fv=fct(, I) 를 갖을 수 있게 하는 등가 속도 e의 형태로 수정 되었다.
유체 압축성은 압축 및 팽창 챔버(4, 5)의 유체 체적의 연속성(continuity)에 관한 식에서 압력의 미분과 관련된 압축성 유동률 형태의 효과를 갖는다.
그러므로 속도는 유체가 비압축성이라는 가정하에 얻어진 식과 유사한 식을 유도하기 위해 인장하의 챔버의 압력의 미분에 비례하는 항에 의해 수정되었다.
축적기에서의 압력 변동을 무시하면, 인장하의 챔버의 작동 압력은 제어 제한 밸브의 능동 관통 오리피스의 원하는 수두 손실과 △PV과 사실상 동일하다. 이는 이하의 식으로 주어진다.
위식에서 e는를 대체하는 산출된 등가 속도이다.
이하의 설명은 제어 제한 밸브를 위한 기준의 위상을 선행시키는 것에 관한 것이다.
부호 함수는 계수 r()가 상대 구동 속도의 함수로서 모델링되는 구동 단계에 관한 것이다.
양의 값은 압축성의 유체를 고려하는 것과 관련된 이론적 정당화에 상응한다.
음의 값은 등가 속도의 위상을 선행시키고, 이는 낮은 속도에서 제어 제한 밸브가 폐쇄되는 속도를 제한하여 유압 차단(hydraulic blockage)을 피하는 역할을 한다.
이하의 설명은 기준 힘의 형성에 관한 것이다.
최적 제어 이론으로부터 시작된 제어 관계 U로부터 시작하여 예를 들어 기준 힘 값은 낮을 때(제어 제한 밸브가 넓게 개방) 및 높을 때(제한 밸브 최소 개방) 모두의 댐퍼의 물리적 특성의 제한에 의해 제기된 소산 영역(dissipative domain)으로 제한된다.
준능동 전략에 대응하는 결과적인 소산 제어력은 Usa로 표기된다.
또한 주어진 값의 개방시 시스템의 자연적 특성은 2차이고(즉 자승 법칙을 따르고), 기준은 0 속도에서 값에 인가되는 제어 전류에 관한 불확실성을 제거하기 위해, 2차 결합(Cv││)의 형태로(임계 속도 Vo)에서 형성된다.
본 발명의 준능동 댐퍼의 유압 회로의 양호한 실시예가 도3에 도시되어 있다.
도 3에서 P1은 챔버(5)의 압력이고, P2는 챔버(4)의 압력이고, P3는 축적기(11)의 압력이다.
CLd는 도1에 8로 도시된 팽창 비복귀 밸브를 나타내고, CLc는 도1에 7로 도시된 압축 비복귀 밸브를 나타낸다.
Vc와 Vd는 예를 들어 4/2 비례형(도3 참조) 또는 2개의 2/2 형 밸브(도1의 밸브(9, 10) 참조)인 제어 제한 밸브(20)의 관통 오리피스를 지시한다.
본 발명의 설계의 장점은 도3에 도시된 바와 같이 평행으로 제어되는 2개의 유동 구역(Vd, Vc)을 갖는 단일 밸브의 사용가능성에 있다.
팽창 단계(피스톤 외측 이동)에서 팽창 비복귀 밸브(CLd)는 비능동 밸브(Vc)의 오리피스를 단락시키고 챔버(2)가 자유로이 충전될 수 있게 한다. 비복귀 밸브(CLc)가 폐쇄된다. 밸브(Vd)의 능동 오리피스의 관통 구역을 제어함에 의해, 챔버(1)의 압력을 제어하여 힘 Fv가 팽창중 댐퍼에 의해 인가되게 하는 것이 가능하다.
압축시 작동은 대칭적이다.
댐퍼에 의해 발생된 힘은 이하의 식으로 쓸 수 있다.
중요한 힘은 단지 소산 유압 부분 Fv이다.
예를 들어 팽창 단계중 계산이 수행되는 방식이 도3을 참조하여 이하에 설명된다.
개방 비복귀 밸브(CLd)를 통한 수두 손실은 속도와 도표화된 특성으로 적용되는 제어 제한 밸브에 인가된 제어 전류의 함수로서 계산된다. 이는 수정항이다. 제어 전류는 비복귀 밸브를 통한 유동률의 관계에 대한 오리피스(Vc)의 개방의 영향을 고려하는 것을 가능하게 한다.
△PCLD= P3-P2 = GCLD(, ith)
능동 제어 제한 밸브(Vd)의 오리피스에서 필요한 수두 손실은 Fc와 △PCL의 표현에 기초하여 계산된다.
△Pv = P1-P3 = (Fc - △PCLS2)/S1
△Pv는 수치적으로 유도되고, 그후 등가 작업 속도를 결정하기 위해 속도의 함수 r()로서 변동가능한 이득에 의해 곱해진다.
제어 전류는 작동 지점을 보장하도록 계산된다.
△Pv = fct(ith, e)
이 특성은 이하와 같이 도표화된 비선형 이득K(ith)의 형태로 이전에 확인되었다.
△Pv = K(ith)｜ e｜ e
인버스 모델의 원리는 ith를 이하와 같이 결정하는 데 있다.
이하의 설명은 직접 제어 루프(19)에 관한 것이고, 더 자세하게는 댐퍼의 인버스 모델(10)에 관한 것이다.
도4에 도시된 요소(15)는 인버스 모델의 전체 기능을 제공한다.
댐퍼의 인버스 모델(15)은 기준 힘 Fc와 측정된 속도의 함수로서 이상 제어 전류 ith을 결정하는 역할을 한다.
이는 여러개의 불록, 특히 개방 비복귀 밸브의 수두 손실 △PCL을 산출하는 제1 블록(15A)과, 능동 제어 제한 밸브를 통한 수두 손실 △Pv를 산출하는 제2 블록(15B)과, 제어 제한 밸브의 이상 제어 전류 ith를 계산하는 제3 블록(15C)과, 속도의 수정항 δ을 계산하는 제4 블록(15D)과, 합산 회로(15E)를 결합한다.
블록(15)의 내부 회로는 시스템의 물리적 해석에 기초한다. 이는 이하의 다양한 산출된 물리적 크기를 나타낸다.
- 개방 비복귀 밸브를 통한 산출 수두 손실 △PCL
팽창 단계에서 이 산출 수두 △PCL손실은 팽창 비복귀 밸브(8)의 P3 - P2의 산출이다.
압축 단계에서 이 산출 수두 손실 △PCL은 압축 비복귀 밸브(7)의 P3 - P1의 산출이다.
- 산출된 수두 손실 △Pv은 가압하의 챔버와 축적기 사이에 위치된 능동 제어 제한 밸브에 의해 얻어진다.
팽창 단계에서 이 수두 손실 △Pv은 밸브(10)에 대해 수행된 P1 - P3의 산출이다.
압축 단계에서 이 수두 손실 △Pv은 밸브(9)에 대해 수행된 P2 - P3의 산출이다.
- 계산된 등가 속도e =+ δ는 측정된 속도와 수정 속도 δ항에 기초한다.
이하의 설명은 댐퍼의 인버스 모델(15)을 구성하는 블록들의 상세한 기능에 관한 것이다.
블록(15A)은 개방된 비복귀 밸브, 즉 팽창시 밸브(8)과 압축시의 밸브(7)를 통한 수두 손실 △PCL을 계산한다.
블록(15A)으로부터의 출력 크기 △PCL은 상기 블록(15A)에 입력된 크기, 즉및 ith의 함수로서 도표화된 특성 배열로부터 내삽된다.
블록(15B)은 수두 손실 △Pv을 가압하의 챔버 및 축적기 사이에 위치된 능동 제어 제한 밸브에 의해 얻어지도록 산출한다. 블록(15B)으로부터의 출력 △Pv은 블록에 대한 2개의 입력, 즉 Fc 및 △PCL의 함수로서 계산된다.
팽창시〔밸브(10)〕△Pv =??Fc - △PCLS2〕/S1
압축시〔밸브(9)〕△Pv =〔-Fc - △PCLS1〕/S2
유체의 압축성을 고려하기 위해, 측정된 속도 정보 y은 블록(15D)로부터의 출력 δ에 의해 수정되어 합산 회로(15E)의 출력에서 등가 속도 e을 형성한다.
e=+ δ
블록(15D)은 수정 속도 항 δ을 계산한다.
그러므로 e는
위식에서〉0일 경우(팽창) ε() = -1이고,〈 0일 경우(압축) ε() = 1이다.
r()는 속도의 함수로서 변동가능한 이득이다.
은 △Pv의 시간 미분이다.
블록(15C)은 이상 제어 전류 ith을 블록(15C)에 대한 2개의 입력 △Pv 및 e함수로서 계산한다.
밸브(9, 10)의 오리피스(Vc, Vd)의 관통 구역은 고려되는 오리피스에서 측정된 수두 손실 △Pv과 관련된 비선형 이득 K(i)과, △Pvmeasured및의 측정값을 기초로 구성된 측정 등가 속도 emeasured와, 이하의 형태의 전류i을 확인함으로써 이전에 특성화되었다.
블록(15C)에서 이하의 식을 만족하는 전류 ith의 결정을 위해 이 특성이 사용된다.
위 식에서 K(i)는 측정에 의해 확인되는 비선형 이득이다.
△Pv은 블록(15B)의 출력에서 계산되는 대로 얻어지는 수두 손실이다.
e은 합산 회로(15E)의 출력에서 계산된 등가 속도이다.
상기 미지의 ith의 비선형 방정식은 최소화 문제로서 재형성된다.
ith은 허용가능한 함수의 세트에서 에러 함수 εK(i)을 최소화시키는 전류로서 계산된다.

Claims (15)

  1. 제어 회로에 의해 제어되는 준능동 댐퍼에 있어서, 제어 회로는 댐퍼의 인버트 모델(15)로 구성된 직접 주 제어 루프(19)를 포함하고, 상기 인버스 모델(15)은 물리적 크기에 기초하고, 제어 크기가 준능동 댐퍼에 인가된 드라이브와 얻어진 기준힘의 함수로서 결정될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  2. 제1항에 있어서, 댐퍼의 상기 인버스 모델(15)은 힘 기준값 Fc와 댐퍼의 2개 단부들 사이의 상대 속도와, 상대 속도로부터 연역된 동등 속도 e에 기초하여 양 함수들을 결합하는 단일 값(20) 또는 압축 제어 제한 밸브(9)와 팽창 제어 제한 밸브(10)를 제어하는 제어 전류 ith의 이상값을 결정하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 댐퍼의 상기 인버스 모델(15)은 개방된 비복귀 밸브, 즉 팽창시 팽창 비복귀 밸브(8)와 압축시 압축 비복귀 밸브(7)의 수두 손실 △PCL을 산출하는 제1 블록(15A)과, 능동 제어 제한 밸브(9, 10)의 수두 손실 △Pv을 산출하는 제2 블록(15B)과, 제어 제한 값(9, 10)을 위한 이상 제어 전류 ith를 계산하는 제3 블록(15C)과, 속도의 수정항 δ을 계산하는 제4 블록(15D)과, 합산 회로(15E)를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 블록(15A)은 개방 비복귀 밸브(7, 8)의 수두 손실 △PCL을 계산하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 블록(15A)으로부터 출력된 상기 크기 △PCL는 상기 제1 블록(15A)의 ith및 입력 크기의 함수로서 도표화된 특성 배열로부터 내삽되는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제2 블록(15B)은 축적기 및 가압하의 챔버 사이에 위치된 능동 제어 제한 밸브에 의해 얻어지는 수두 손실 △Pv을 산출하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  7. 제6항에 있어서, 블록(15B)으로부터의 출력 △Pv은 블록에 대한 2개의 입력 Fc 및 △PCL의 함수로서 계산되는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
    팽창시 [밸브(10)] △Pv = 〔Fc - △PCLS2〕/S1
    압축시 [밸브(9)] △Pv = 〔-Fc - △PCLS1〕/S2
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 측정된 속도 정보는 상기 합산 회로(15E)부터의 출력에 동등 속도 e=+ δ를 형성하기 위해 상기 제4 블록(15D)으로부터의 출력 δ에 의해 수정되는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  9. 제3항에 있어서, 상기 제4 블록(15D)은 수정 속도 항 δ를 계산하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수정 속도 항 δ은 이하의 식에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  11. 제3항에 있어서, 상기 제3 블록(15C)은 상기 제3 블록(15C)의 2개의 입력 △Pv 및 e의 함수로서 이상 제어 전류 ith를 계산하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어 제한값(9, 10)은 밸브의 측정된 수두 손실 Pvmeasured에 관련된 비선형 이득 K(i)와, 측정된 값 △Pv 및로부터 만들어진 등가 속도e와,형태의 전류i를 확인함으로써 사전에 특성화되는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 전류 ith는 허용가능 전류의 세트에 대한 에러함수 εK(i)를 최소화시킴으로써, 즉로서 결정되는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
    상기 식에서 K(i)는 측정에서 확인된 비선형 이득이고, △Pv는 제2 블록(15B)으로부터의 출력에서 계산되는 얻어지는 수두 손실이고, ye는 합산 회로(15E)의 출력에서 계산된 등가 속도이다.
  14. 제1항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 힘 피드백 루프(16)가 상기 주 이상 전기 제어전류 ith로 부 수정항을 도입하고, 상기 부 수정항 δi은 비례형이고, 그럼으로써 기준 힘 Fc 및 실제로 인가된 힘 F의 측정값 사이의 힘 에러 εF를 고려하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
  15. 제1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 기준은 이하의 식에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
    Fc = (1-q)Cv|| +q Usa, q=min(||/Vo, 1)
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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