KR20200070856A - 차량용 댐퍼 제어 시스템 - Google Patents

차량용 댐퍼 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 차량에 구비된 센서를 통해 차체 바디의 수직가속도를 측정하고, 이를 바탕으로 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하는 댐퍼상대속도추정모듈; 및 댐퍼상대속도추정모듈을 통해 추정된 서스펜션의 댐퍼속도를 이용하여 댐퍼를 작동시킴으로써 차체 바디의 유동을 감소시키는 제어모듈;을 포함하는 차량용 댐퍼 제어 시스템이 소개된다.

Description

차량용 댐퍼 제어 시스템 {DAMPER CONTROL SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 댐퍼 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서스펜션의 유동을 감소시키기 위한 차량용 댐퍼 제어 시스템에 관한 것이다.
최근 서스펜션의 상대속도에 따라 이와 반대로 댐퍼를 제어함으로써, 차체(스프렁 매스)의 수직 유동을 최소화하여 승차감을 향상시키기 위한 ECS(Electric Control Suspension)가 사용되고 있다.
종래의 ECS는 차체와 휠 사이에서 댐핑력을 제공하는 4개의 댐퍼와, 댐퍼를 제어하기 위한 ECU와, 차체의 수직속도를 산출하기 위한 차체 센서와, 휠의 수직속도를 산출하기 위한 휠 센서로 구성되어 있었다.
이때, 차체에는 네 모서리 중에서 세 모서리에 센서를 장착하고, 휠에는 전륜 두 개에 각각 센서를 장착하여, 총 다섯 개의 센서가 요구되었다.
그러나 차체와 휠에 장착하는 센서는 고가이고, 이러한 센서 장착에 의해 중량이 증가하여 연비에도 악영향을 미치는 문제가 있었다.
따라서, 종래에 비해 센서의 개수를 감소시키면서, ECS의 승차감 향상 효과는 유지할 수 있는 새로운 댐퍼 제어방법이 요구되고 있는 실정이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2009-0094509 (2009.09.08)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 더 적은 개수의 센서를 이용하여 댐퍼를 제어할 수 있는 차량용 댐퍼 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 댐퍼 제어 시스템은, 차량에 구비된 센서를 통해 차체 바디의 수직가속도를 측정하고, 이를 바탕으로 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하는 댐퍼상대속도추정모듈; 및 댐퍼상대속도추정모듈을 통해 추정된 서스펜션의 댐퍼속도를 이용하여 댐퍼를 작동시킴으로써 차체 바디의 유동을 감소시키는 제어모듈;을 포함한다.
댐퍼상대속도추정모듈은, 조향각 또는 조향각속도에 따른 조향 정보를 입렵받고 조향각 또는 조향각속도와 기설정된 한계값을 비교 판단하는 핸들링상황판단모듈;를 포함하며, 핸들링상황판단모듈은 조향각 또는 조향각속도가 기설정된 한계값 이하일 경우 비핸들링상황으로 판단하여 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하는 것을 특징으로 한다.
핸들링상황판단모듈은 차량의 주행속도 정보를 더 입력받고, 주행속도가 설정속도를 초과할 경우 비핸들링상황 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
핸들링상황판단모듈은 차체 바디에 설치되어 있는 센서를 통해 측정된 롤레이트 및 피치레이트가 각 경계값을 초과할 경우 차량 상태이상으로 판단하여 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
댐퍼상대속도추정모듈은 6D센서를 통해 수직가속도와 롤레이트 및 피치레이트를 측정하고, 수직가속도를 적분하여 수직속도를 도출 후 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도를 도출하는 것을 특징으로 한다.
댐퍼상대속도추정모듈은 차체 바디에서 차륜이 구비된 4개의 구간 중 3개의 구간에 설치된 바디G센서를 이용하여 수직가속도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
댐퍼상대속도추정모듈은 센서를 통해 측정된 차체 바디의 4개 구간 중 3개 구간의 수직가속도를 입력받고, 3개 구간의 수직가속도를 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도 및 롤레이트 및 피치레이트를 산출하며, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 나머지 1개 구간의 수직속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
댐퍼상대속도추정모듈은 3개 구간의 수직가속도를 적분한 값을 하이패스 필터에 통과시켜 수직속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
댐퍼상대추정모듈은 3개 구간의 수직가속도를 산출하는 하기의 방정식을 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, vbz_FL은 좌전방 차체 바디의 수직속도[m/s], vbz_FR은 우전방 차체 바디의 수직속도[m/s], vbz_RL은 좌후방 차체 바디의 수직속도[m/s], vcz_est는 차체 바디의 무게중심점 수직속도[m/s], a는 전축 윤거[m], b는 후축 윤거[m],
Figure pat00003
는 롤각[rad],
Figure pat00004
는 피치각[rad]이다.
댐퍼상대추정모듈은 3개 구간의 수직가속도를 이용하여 하기의 방정식을 통해 롤레이트 및 피치레이트를 산출하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00005
Figure pat00006
여기서, t1은 전륜 트레드[m]이고, t2는 후륜 트레드[m]이다.
댐퍼상대추정모듈은 차체 바디의 무게중심점 수직속도와 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 하기의 방정식을 통해 나머지 1개 구간의 수직속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00007
여기서, vbz_RR은 우후방 차체 바디의 수직속도[m/s]이다.
댐퍼상대추정모듈은 피치레이트가 발생되는 상황에서, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 각 구간의 수직속도, 피치레이트를 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
댐퍼상대추정모듈은 하기의 차량거동방정식 및 서스페션힘 방정식을 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
차량거동방정식 :
Figure pat00008
Figure pat00009
서스펜션힘 방정식:
Figure pat00010
여기서, Ffrt는 전륜 서스펜션 힘(N), Frr은 후륜 서스펜션 힘(N), ms는 스프링상 질량(kg), Iy는 피치관성(m/s), az는 차체 바디의 무게중심점 수직속도(m/s), a는 전축 윤거(m), b는 후축 윤거(m), xfrt는 전륜 서스펜션 상대거리(m), xrr은 후륜 서스펜션 상대거리(m), kfrt는 전륜 서스펜션 스프링강성(N/m), krr은 후륜 서스펜션 스프링강성(N/m), bfrt는 전륜 댐핑계수(Ns/m), brr은 후륜 댐핑계수(Ns/m)이다.
댐퍼상대추정모듈은 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에서, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 각 구간의 수직속도, 피치레이트를 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
댐퍼상대추정모듈은 하기의 차량거동방정식 및 서스페션힘 방정식을 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
차량거동방정식 :
Figure pat00011
Figure pat00012
서스펜션힘 방정식:
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
여기서, Fz_FL은 좌전륜 서스펜션 힘, Fz_FR은 우전륜 서스펜션 힘, Fz_RL은 좌후륜 서스펜션 힘, Fz_RR은 우후륜 서스펜션 힘, az_FL은 좌전방 차체 수직속도, az_FR은 우전방 차체 수직속도, az_RL은 좌후방 차체 수직속도, az_RR은 우후방 차체 수직속도, KFL은 좌전방 스프링 강성(N/m), KFR은 우전방 스프링 강성(N/m), KRL은 좌후방 스프링 강성(N/m), KRR은 우후방 스프링 강성(N/m), bFL은 좌전방 댐핑계수(Ns/m), bFR은 우전방 댐핑계수(Ns/m), bRL은 좌후방 댐핑계수(Ns/m), bRR은 우후방 댐핑계수(Ns/m), xFL은 좌전방 서스펜션 상대거리(m), xFR은 우전방 서스펜션 상대거리(m), xRL은 좌후방 서스펜션 상대거리(m), xRR은 우후방 서스펜션 상대거리(m)이다.
댐퍼상대추정모듈은 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도와 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도가 산출되면, 각 서스펜션의 댐퍼속도를 병합하여 서스펜션의 댐퍼속도를 튜닝하는 것을 특징으로 한다.
댐퍼상대추정모듈은 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도와 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도를 하기의 식을 통해 튜닝하는 것을 특징으로 한다.
ε×(피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션) + (1-ε)×(피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도) = 최종 서스펜션의 댐퍼속도
여기서, ε는 튜닝변수이다.
본 발명에 의한 차량용 댐퍼 제어 시스템에 따르면 종래에 비해 센서의 개수를 감소시키면서 효과적으로 댐퍼를 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 댐퍼 제어 시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 댐퍼 제어 시스템의 댐퍼상대속도추정모듈의 구성도.
도 3은 차체 바디 및 차체 바디에 가해지는 힘의 종류를 개략적으로 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 댐퍼 제어 시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 댐퍼 제어 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 차량용 댐퍼 제어 시스템의 댐퍼상대속도추정모듈의 구성도이며, 도 3은 차체 바디 및 차체 바디에 가해지는 힘의 종류를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 댐퍼 제어 시스템은, 차량에 구비된 센서를 통해 차체 바디의 수직가속도를 측정하고, 이를 바탕으로 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하는 댐퍼상대속도추정모듈(220); 및 댐퍼상대속도추정모듈(220)을 통해 추정된 서스펜션의 댐퍼속도를 이용하여 댐퍼를 작동시킴으로써 차체 바디의 유동을 감소시키는 제어모듈(300);을 포함한다.
즉, 본 발명은 ECS를 통한 서스펜션의 댐퍼 제어를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하는 댐퍼상대속도추정모듈(220)과, 추정된 서스펜션의 댐퍼속도로 댐퍼를 작동시키는 제어모듈(300)이 구성된다. 이와 더불어, 댐퍼상대속도추정모듈(220)의 서스펜션 댐퍼속도를 추정하기 위한 조향각, 차속, 바디G센서 등 각종 센서 신호를 입력받아 전달하는 신호처리모듈(100)이 구성될 수 있고, 댐퍼 제어를 위한 노면거칠기추정모듈(210)이 더 구성될 수 있다. 여기서, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은 도 2에 도시된 바와 같이, 차체 바디의 수직속도를 산출하기 위한 바디거동산출모듈(221), 선회주행 상황을 판단하기 위한 핸들링상황판단모듈(222), 서스펜션의 댐퍼상대속도를 산출하기 위한 댐퍼상대속도산출모듈(223)이 구성될 수 있으며, 하기 본 발명에 대해서 설명시 댐퍼상대속도추정모듈(220)로 통합하도록 한다.
한편, 본 발명의 센서는 차량의 주행속도를 측정하는 속도센서, 조향각도를 측정하는 조향휠센서, 차체의 롤레이트 및 피치레이트를 검출하기 위한 바디G센서를 더 포함할 수 있다. 특히, 차체 바디의 수직가속도 및 수직속도를 추정하기 위한 바디G센서의 경우 차체 바디의 4개 코너에 설치될 수 있으며, 3개 코너에 설치시 3개 코너에 대한 수직속도 및 수직가속도를 추정후 이를 병합하여 나머지 1개 코너에 대한 수직속도 및 수직가속도를 추정할 수 있다. 이를 통해, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은 서스펜션의 댐퍼상대속도를 산출해낼 수 있으며, 제어모듈(300)은 댐퍼상대속도추정모듈(220)을 통해 추정된 서스펜션의 댐퍼상대속도를 입력받아 댐퍼를 작동시킴으로써, 차체 바디의 유동이 감소되도록 할 수 있다.
본 발명에 대해서 구체적으로 설명하면, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은, 조향각 또는 조향각속도에 따른 조향 정보를 입렵받고 조향각 또는 조향각속도와 기설정된 한계값을 비교 판단하는 핸들링상황판단모듈(222);를 포함하며, 핸들링상황판단모듈(222)은 조향각 또는 조향각속도가 기설정된 한계값 이하일 경우 비핸들링상황으로 판단하여 서스펜션의 댐퍼속도를 추정할 수 있다. 여기서, 핸들링상황판단모듈(222)은 조향센서를 통해 조향 정보를 입력받을 수 있으며, 한계값은 조향핸들의 조작에 따른 조향각 또는 조향각속도가 차량이 선회주행되는 정도의 값으로서 미리 저장될 수 있다.
이러한 핸들링상황판단모듈(222)을 통해, 조향각 또는 조향각속도가 한계값 이하일 경우 차량이 비핸들링되어 선회주행되지 않은 것으로 판단하고, 그에 따라 댐퍼상대속도추정모듈(220)을 통해 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하도록 할 수 있다.
이와 더불어, 핸들링상황판단모듈(222)은 차량의 주행속도 정보를 더 입력받고, 주행속도가 설정속도를 초과할 경우 비핸들링상황 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 설정속도는 차량의 주행 여부를 판단하기 위한 것으로 미리 설정될 수 있으며, 주행속도가 설정속도를 초과할 경우 핸들링상황 판단 및 그에 따른 제어가 수행되도록 한다.
또한, 핸들링상황판단모듈(222)은 차체 바디에 설치되어 있는 센서를 통해 측정된 롤레이트 및 피치레이트가 각 경계값을 초과할 경우 차량 상태이상으로 판단하여 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하지 않도록 할 수 있다. 여기서, 경계값은 롤레이트 및 피치레이트를 검출하는 센서의 이상 여부를 판단하기 위해 미리 설정된 값으로서, 롤레이트 및 피치레이트가 경계값을 초과한 경우 차량의 상태이상으로 판단하여 댐퍼상대속도추정모듈(220)을 통한 서스펜션의 댐퍼속도 연산이 수행되지 않도록 한다. 이와 더불어, 운전자에게 경고메시지를 점등시켜 알릴 수 있다.
이와 같이, 핸들링상황판단모듈(222)을 통해, 주행속도, 조향각, 롤레이트 및 피치레이트 정보를 판단하여 차량의 비핸들링 상황을 파악하고, 비핸들링 상황에 따른 차량의 직진주행상황에서 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하도록 한다
한편, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은 차체 바디에서 차륜이 구비된 4개의 구간 중 3개의 구간에 설치된 바디G센서를 이용하여 수직가속도를 측정할 수 있다.
도 3에는 차체 바디(400)에서 차륜이 구비된 4개의 구간에 모두 센서(410)가 설치된 것으로 묘사되어 있지만, 실질적으로는 이 중에서 3개의 구간에만 센서(410)가 설치될 수 있다. 더 자세히는 후술하겠지만, 차체 바디(400)에서 4개의 구간 중 3개의 구간에 설치되어 있는 센서를 통해 측정된 수직가속도를 바탕으로, 4개 구간의 수직가속도 및 수직속도를 추정할 수 있다. 센서(410)의 설치 위치는 전방의 양측에 각각 좌전방 센서(411) 및 우전방 센서(412)가 설치되고, 후방의 양측 중 어느 하나에 좌후방 센서(413) 또는 우후방 센서(414) 중 하나를 설치할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 후방의 양측에 각각 좌후방 센서(413) 및 우후방 센서(414)를 설치하고, 전방의 양측 중 어느 하나에 좌전방 센서(411) 또는 우전방 센서(412)를 설치할 수 있다.
댐퍼상대속도추정모듈(220)은 센서를 통해 측정된 차체 바디의 4개 구간 중 3개 구간의 수직가속도를 입력받고, 3개 구간의 수직가속도를 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도 및 롤레이트 및 피치레이트를 산출하며, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 나머지 1개 구간의 수직속도를 산출할 수 있다.
여기서, 앞서 설명한 바와 같이 차체 바디(400)의 4개 구간 중에서 선택된 3개의 구간에 각각 설치되어 있는 바디G센서(410)를 이용하여 수직가속도를 측정하고, 측정된 수직가속도를 적분하여 수직속도를 계산한 후, 오차를 제거하기 위해 하이패스 필터에 수직속도값을 통과시켜 최종적인 수직속도를 산출할 수 있다.
구체적으로 4개의 구간 중 센서가 설치되지 않은 구간의 수직속도를 산출하기 위해, 댐퍼상대추정모듈은 3개 구간의 수직가속도를 산출하는 하기의 방정식을 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도를 산출할 수 있다.
Figure pat00017
Figure pat00018
여기서, vbz_FL은 좌전방 차체 바디의 수직속도[m/s], vbz_FR은 우전방 차체 바디의 수직속도[m/s], vbz_RL은 좌후방 차체 바디의 수직속도[m/s], vcz_est는 차체 바디의 무게중심점 수직속도[m/s], a는 전축 윤거[m], b는 후축 윤거[m],
Figure pat00019
는 롤각[rad],
Figure pat00020
는 피치각[rad]이다.
이때, 댐퍼상대추정모듈 위의 식을 유도하면서, 3개 구간의 수직가속도를 이용하여 하기의 방정식을 통해 롤레이트 및 피치레이트를 산출할 수 있다.
Figure pat00021
Figure pat00022
여기서, t1은 전륜 트레드[m]이고, t2는 후륜 트레드[m]이다.
이에 따라, 댐퍼상대속도추정모듈은 차체 바디의 무게중심점 수직속도와 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 하기의 방정식을 통해 나머지 1개 구간의 수직속도를 산출할 수 있다.
Figure pat00023
여기서, vbz_RR은 우후방 차체 바디의 수직속도[m/s]이다.
즉, 위의 vbz_FL, vbz_FR, vbz_RL을 산출하는 식을 이용하여
Figure pat00024
식을 유도할 수 있고, 해당 식을 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도를 도출하는 식이 유도될 수 있다.
또한, vbz_FL, vbz_FR, vbz_RL을 산출하는 식의 유도를 통해,
Figure pat00025
식이 유도되어 해당 식을 이용하여 롤속도가 도출되고,
Figure pat00026
식을 유도하여 피치속도를 도출할 수 있다.
이와 같이, 차체 바디의 4개 구간 중 3개 구간에 설치된 바디G센서를 통해, 나머지 1개 구간의 수직속도를 도출함으로써, 차체 바디의 모든 구간에 대한 수직속도의 도출을 할 수 있다.
한편, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은 6D센서를 통해 수직가속도와 롤레이트 및 피치레이트를 측정하고, 수직가속도를 적분하여 수직속도를 도출 후 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도를 도출할 수 있다. 여기서, 6D센서는 센서 특성상 기본적으로 롤레이트 및 피치레이트를 출력함에 따라 상술한 각 구간에 대한 차체 바디의 수직속도를 도출할 수 있다.
이는, 상술한 차체 바디의 수직속도를 산출식과 동일하며, 하기와 같다.
Figure pat00027
이렇게, 차체 바디의 모든 구간에 대한 수직속도가 산출되면, 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하도록 한다.
여기서, 차량 주행시 피치레이트가 발생되는 상황이 있을 수 있고, 피치레이트와 함께 롤레이트가 발생되는 상황이 있을 수 있다. 이에 따라, 서스펜션의 댐퍼속도를 추정시 각 상황에 따라 추정식을 달리한다.
즉, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은 피치레이트가 발생되는 상황에서, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 각 구간의 수직속도, 피치레이트를 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출할 수 있다. 이를 위해, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은 하기의 차량거동방정식 및 서스페션힘 방정식을 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출할 수 있다.
차량거동방정식 :
Figure pat00028
Figure pat00029
서스펜션힘 방정식:
Figure pat00030
여기서, Ffrt는 전륜 서스펜션 힘(N), Frr은 후륜 서스펜션 힘(N), ms는 스프링상 질량(kg), Iy는 피치관성(m/s), az는 차체 바디의 무게중심점 수직속도(m/s), a는 전축 윤거(m), b는 후축 윤거(m), xfrt는 전륜 서스펜션 상대거리(m), xrr은 후륜 서스펜션 상대거리(m), kfrt는 전륜 서스펜션 스프링강성(N/m), krr은 후륜 서스펜션 스프링강성(N/m), bfrt는 전륜 댐핑계수(Ns/m), brr은 후륜 댐핑계수(Ns/m)이다.
즉, 피치레이트가 발생되는 상황이라 하면, 차량이 피치방향으로 거동됨에 따른 모델을 통해 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것으로, 차량거동방정식은
Figure pat00031
와
Figure pat00032
식으로부터 유도될 수 있고, 서스펜션힘 방정식은
Figure pat00033
과
Figure pat00034
식으로 유도될 수 있다. 이러한 차량거동방정식과 서스펜션힘 방정식은 미리 설계되며, 미분방정식을 연산하여 전/후륜의 댐퍼 상대속도를 도출할 수 있다. 이때, 차량은 비핸들링상황으로서 직진주행하고 있는바, 좌/우륜의 댐퍼 상대속도는 동일하다고 가정한다.
한편, 댐퍼상대추정모듈은 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에서, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 각 구간의 수직속도, 피치레이트를 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출할 수 있다. 즉, 좌/우륜의 댐퍼 상대속도가 다를 경우, 피치레이트 뿐만 아니라 롤레이트까지 존재하기 때문에, 하기의 차량거동방정식 및 서스페션힘 방정식을 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출할 수 있다.
차량거동방정식 :
Figure pat00035
Figure pat00036
서스펜션힘 방정식:
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
여기서, Fz_FL은 좌전륜 서스펜션 힘, Fz_FR은 우전륜 서스펜션 힘, Fz_RL은 좌후륜 서스펜션 힘, Fz_RR은 우후륜 서스펜션 힘, az_FL은 좌전방 차체 수직속도, az_FR은 우전방 차체 수직속도, az_RL은 좌후방 차체 수직속도, az_RR은 우후방 차체 수직속도, KFL은 좌전방 스프링 강성(N/m), KFR은 우전방 스프링 강성(N/m), KRL은 좌후방 스프링 강성(N/m), KRR은 우후방 스프링 강성(N/m), bFL은 좌전방 댐핑계수(Ns/m), bFR은 우전방 댐핑계수(Ns/m), bRL은 좌후방 댐핑계수(Ns/m), bRR은 우후방 댐핑계수(Ns/m), xFL은 좌전방 서스펜션 상대거리(m), xFR은 우전방 서스펜션 상대거리(m), xRL은 좌후방 서스펜션 상대거리(m), xRR은 우후방 서스펜션 상대거리(m)이다.
즉, 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황이라 하면, 차량이 피치방향과 함께 롤방향으로도 거동됨에 따른 모델을 통해 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것으로, 차량거동방정식은 위에서 설명된 vbz_FL, vbz_FR, vbz_RL, vbz_RR의 차체 바디의 수직속도 산출식을 미분하여, 하기의 식을 도출할 수 있다.
Figure pat00041
여기서, abz_FL, abz_FR, abz_RL, abz_RR은 각 구간의 수직가속도이고, acz_est는 차체 바디의 차체 바디의 무게중심점 수직가속도이며, 이를 통해 상술한 차량거동방정식을 유도할 수 있고, 그에 따라 서스펜션힘 방정식을 이용하여 각 구간에 대한 서스펜션의 댐퍼속도를 도출할 수 있다.
한편, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도와 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도가 산출되면, 각 서스펜션의 댐퍼속도를 병합하여 서스펜션의 댐퍼속도를 튜닝할 수 있다. 즉, 위에서 도출된 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도와 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도를 이용하여 ECS의 제어가 수행될 수 있지만, 각 서스펜션의 댐퍼속도를 병합하여 정확한 최종적으로 4개 코너에 대한 서스펜션의 댐퍼상대속도를 도출하는 것이다.
이를 위해, 댐퍼상대속도추정모듈(220)은 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도와 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도를 하기의 식을 통해 튜닝할 수 있다.
식 : ε×(피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션) + (1-ε)×(피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도) = 최종 서스펜션의 댐퍼속도
여기서, ε는 튜닝변수이다.
이때 ε는 0에서 1 사이의 수치이고, ε가 0이면 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도만 사용하고, ε가 1이면 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션 댐퍼속도만 사용할 수 있다. 또한, ε가 0에서 1 사이의 어느 수치라면 그 수치에 따라 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도와 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도에 가중치를 부여하여 병합 사용할 수 있다.
이렇게, 각 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도를 도출 후 이를 병합 및 튜닝함으로써, ECS제어에 최적화된 정확한 서스펜션의 댐퍼속도를 도출할 수 있으며, 상술한 댐퍼속도 도출을 통해 휠G센서를 삭제 가능하여 재료비가 절감된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 신호처리모듈
210: 노면거칠기추정모듈
220: 댐퍼상대속도추정모듈
221: 바디거동산출모듈
222: 핸들링상황판단모듈
223: 댐퍼상대속도산출모듈
300: 제어모듈
400: 차체 바디
410: 센서

Claims (17)

  1. 차량에 구비된 센서를 통해 차체 바디의 수직가속도를 측정하고, 이를 바탕으로 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하는 댐퍼상대속도추정모듈; 및
    댐퍼상대속도추정모듈을 통해 추정된 서스펜션의 댐퍼속도를 이용하여 댐퍼를 작동시킴으로써 차체 바디의 유동을 감소시키는 제어모듈;을 포함하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    댐퍼상대속도추정모듈은, 조향각 또는 조향각속도에 따른 조향 정보를 입렵받고 조향각 또는 조향각속도와 기설정된 한계값을 비교 판단하는 핸들링상황판단모듈;를 포함하며,
    핸들링상황판단모듈은 조향각 또는 조향각속도가 기설정된 한계값 이하일 경우 비핸들링상황으로 판단하여 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    핸들링상황판단모듈은 차량의 주행속도 정보를 더 입력받고, 주행속도가 설정속도를 초과할 경우 비핸들링상황 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    핸들링상황판단모듈은 차체 바디에 설치되어 있는 센서를 통해 측정된 롤레이트 및 피치레이트가 각 경계값을 초과할 경우 차량 상태이상으로 판단하여 서스펜션의 댐퍼속도를 추정하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    댐퍼상대속도추정모듈은 6D센서를 통해 수직가속도와 롤레이트 및 피치레이트를 측정하고, 수직가속도를 적분하여 수직속도를 도출 후 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    댐퍼상대속도추정모듈은 차체 바디에서 차륜이 구비된 4개의 구간 중 3개의 구간에 설치된 바디G센서를 이용하여 수직가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    댐퍼상대속도추정모듈은 센서를 통해 측정된 차체 바디의 4개 구간 중 3개 구간의 수직가속도를 입력받고, 3개 구간의 수직가속도를 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도 및 롤레이트 및 피치레이트를 산출하며, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 나머지 1개 구간의 수직속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    댐퍼상대속도추정모듈은 3개 구간의 수직가속도를 적분한 값을 하이패스 필터에 통과시켜 수직속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 3개 구간의 수직가속도를 산출하는 하기의 방정식을 이용하여 차체 바디의 무게중심점 수직속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
    Figure pat00042

    Figure pat00043

    여기서, vbz_FL은 좌전방 차체 바디의 수직속도[m/s], vbz_FR은 우전방 차체 바디의 수직속도[m/s], vbz_RL은 좌후방 차체 바디의 수직속도[m/s], vcz_est는 차체 바디의 무게중심점 수직속도[m/s], a는 전축 윤거[m], b는 후축 윤거[m],
    Figure pat00044
    는 롤각[rad],
    Figure pat00045
    는 피치각[rad]이다.
  10. 청구항 9에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 3개 구간의 수직가속도를 이용하여 하기의 방정식을 통해 롤레이트 및 피치레이트를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
    Figure pat00046

    Figure pat00047

    여기서, t1은 전륜 트레드[m]이고, t2는 후륜 트레드[m]이다.
  11. 청구항 10에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 차체 바디의 무게중심점 수직속도와 롤레이트 및 피치레이트를 이용하여 하기의 방정식을 통해 나머지 1개 구간의 수직속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
    Figure pat00048

    여기서, vbz_RR은 우후방 차체 바디의 수직속도[m/s]이다.
  12. 청구항 9에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 피치레이트가 발생되는 상황에서, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 각 구간의 수직속도, 피치레이트를 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 하기의 차량거동방정식 및 서스페션힘 방정식을 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
    차량거동방정식 :
    Figure pat00049
    Figure pat00050

    서스펜션힘 방정식:
    Figure pat00051

    여기서, Ffrt는 전륜 서스펜션 힘(N), Frr은 후륜 서스펜션 힘(N), ms는 스프링상 질량(kg), Iy는 피치관성(m/s), az는 차체 바디의 무게중심점 수직속도(m/s), a는 전축 윤거(m), b는 후축 윤거(m), xfrt는 전륜 서스펜션 상대거리(m), xrr은 후륜 서스펜션 상대거리(m), kfrt는 전륜 서스펜션 스프링강성(N/m), krr은 후륜 서스펜션 스프링강성(N/m), bfrt는 전륜 댐핑계수(Ns/m), brr은 후륜 댐핑계수(Ns/m)이다.
  14. 청구항 12에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에서, 차체 바디의 무게중심점 수직속도, 각 구간의 수직속도, 피치레이트를 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 하기의 차량거동방정식 및 서스페션힘 방정식을 이용하여 서스펜션의 댐퍼속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
    차량거동방정식 :
    Figure pat00052

    Figure pat00053

    서스펜션힘 방정식:
    Figure pat00054

    Figure pat00055

    Figure pat00056

    Figure pat00057

    여기서, Fz_FL은 좌전륜 서스펜션 힘, Fz_FR은 우전륜 서스펜션 힘, Fz_RL은 좌후륜 서스펜션 힘, Fz_RR은 우후륜 서스펜션 힘, az_FL은 좌전방 차체 수직속도, az_FR은 우전방 차체 수직속도, az_RL은 좌후방 차체 수직속도, az_RR은 우후방 차체 수직속도, KFL은 좌전방 스프링 강성(N/m), KFR은 우전방 스프링 강성(N/m), KRL은 좌후방 스프링 강성(N/m), KRR은 우후방 스프링 강성(N/m), bFL은 좌전방 댐핑계수(Ns/m), bFR은 우전방 댐핑계수(Ns/m), bRL은 좌후방 댐핑계수(Ns/m), bRR은 우후방 댐핑계수(Ns/m), xFL은 좌전방 서스펜션 상대거리(m), xFR은 우전방 서스펜션 상대거리(m), xRL은 좌후방 서스펜션 상대거리(m), xRR은 우후방 서스펜션 상대거리(m)이다.
  16. 청구항 14에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도와 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도가 산출되면, 각 서스펜션의 댐퍼속도를 병합하여 서스펜션의 댐퍼속도를 튜닝하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    댐퍼상대추정모듈은 피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도와 피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도를 하기의 식을 통해 튜닝하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 시스템.
    ε×(피치레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션) + (1-ε)×(피치레이트 및 롤레이트가 발생되는 상황에 따른 서스펜션의 댐퍼속도) = 최종 서스펜션의 댐퍼속도
    여기서, ε는 튜닝변수이다.
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