KR100324436B1 - 신경회로망을이용한차량의현가제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노면의 상태 및 각 바퀴에 전달되는 진동이 차이 정보를 반영하여 액츄에이터의 감쇠력을 제어함으로써 보다 쾌적한 승차감을 보장할 수 있도록 한 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 현가 제어 장치에서 각 차축에 전달되는 진동을 주파수별로 구분하여 입력받고 이를 신경 회로망으로 처리하여 노면의 상태를 분석한 후에 이에 의거하여 각 차축의 액츄에이터의 감쇠력을 독립적으로 가변 제어하는데 특징이 있는 것으로, 각 차축에 대해 감쇠력을 제어하는 다수의 액츄에이터; 상기 각 차축의 적소에 장착되어 차축의 수직 가속도를 감지하는 다수의 수직 가속도 센서; 상기 각 수직 가속도 센서에 의해 감지된 수직 가속도를 주파수 차원으로 변환한 후에 미리 정해진 소정의 대역별로 분류하는 다수 쌍의 밴드 패스 필터; 상기 각 밴드 패스 필터 쌍에 의해 분류된 각 주파수 대역별 가속도 신호 성분의 크기를 측정하여 여러개의 히든 레이어와 뉴런에 의해 노면의 상태를 파악하고, 상기 파악된 노면의 상태에 따라 최적의 게인을 결정하는 신경 회로망; 상기 수직 가속도 센서에서 감지된 가속도 신호를 속도 신호 성분으로 변환하는 차축 속도 연산부; 상기 차축 속도 연산부에서 연산된 각 차축 속도와 각 신경 회로망에서 결정된 게인에 의해 결정된 감쇠력으로 각 액츄에이터를 제어하는 액츄에이터 제어부를 포함한다.

Description

신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치

본 발명은 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치에 관한 것으로, 특히 차량의 현가 제어 장치에서 각 차축에 전달되는 진동을 주파수별로 구분하여 입력받고 이를 신경 회로망으로 처리하여 노면의 상태를 분석한 후에 이에 의거하여 각 액츄에이터의 감쇠력을 독립적으로 가변 제어하는 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치에 관한 것이다.

근래 들어, 차량의 현가 제어 분야에서도 쇽 업소버를 피에조 액츄에이터 등의 전자식 액츄에이터로 구현한 기술이 제안되어 고급 차량을 중심으로 활발하게 채택되고 있다.

이러한 종래의 전자식 액츄에이터에서는 각 차축에 피에조 센서 등을 장착하여 각 차축에 전달되는 수직 가속도를 감지하고 이렇게 감지된 수직 가속도를 평균한 값과 실험에 의해 최적이라고 결정된 고정 게인값을 이용하여 얻어진 동일한 감쇠력에 의해 모든 차축의 액츄에이터를 제어하고 있다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 차량 현가 제어 장치에 있어서는 각 차축에 전달되는 수직 가속도의 평균값에 실험에 의해 최적이라고 결정된 고정 게인값을 곱하여 얻어진 감쇠력에 의해 모든 차축의 감쇠력을 제어하기 때문에 노면의 상태 및 각 바퀴에 전달되는 진동의 차이 정보가 무시되게 되고 이에 따라 쾌적한 승차감을 제공하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 노면의 상태 및 각 바퀴에 전달되는 진동이 차이 정보를 반영하여 액츄에이터의 감쇠력을 제어함으로써 보다 쾌적한 승차감을 보장할 수 있도록 한 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치의 블록 구성도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

2, 4, 6, 8: 수직 가속도 센서, 10, 20, 30, 40: 개별 제어부,

12: 밴드 패스 필터, 14: 신경 회로망,

16: 차축 속도 연산부, 18: 액츄에이터 제어부,

50, 60, 70, 80: 액츄에이터

본 발명은 차량의 현가 제어 장치에서 각 차축에 전달되는 진동을 주파수별로 구분하여 입력받고 이를 신경 회로망으로 처리하여 노면의 상태를 분석한 후에 이에 의거하여 각 차축의 액츄에이터의 감쇠력을 독립적으로 가변 제어하는데 특징이 있는 것으로, 각각의 차축에 대해 감쇠력을 제어하는 다수의 액츄에이터; 상기 각각의 차축의 적소에 장착되어 차축의 수직 가속도를 감지하는 다수의 수직 가속도 센서; 상기 각각의 수직 가속도 센서에 의해 감지된 수직 가속도를 주파수 차원으로 변환한 후에 미리 정해진 소정의 대역별로 분류하는 다수 쌍의 밴드 패스 필터; 상기 각각의 밴드 패스 필터 쌍에 의해 분류된 각각의 주파수 대역별 가속도 신호 성분의 크기를 측정하여 여러개의 히든 레이어와 뉴런에 의해 노면의 상태를 파악하고, 상기 파악된 노면의 상태에 따라 최적의 게인을 결정하는 신경 회로망; 상기 수직 가속도 센서에서 감지된 가속도 신호를 속도 신호 성분으로 변환하는 차축 속도 연산부; 상기 차축 속도 연산부에서 연산된 각각의 차축 속도와 각각의 신경 회로망에서 결정된 게인에 의해 결정된 감쇠력으로 각각의 액츄에이터를 제어하는 액츄에이터 제어부를 포함하여 이루어진다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 신경 회로망을 이용한 차량 현가 제어 장치의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치의 블록 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치는 각각의 차축, 즉 4 개의 차축에 대해 감쇠력을 제어하는 4 개의 액츄에이터(50),(60),(70),(80), 각각의 차축의 적소, 예를 들어 쇽업소버의 피스톤 로드에 장착되어 차축의 수직 가속도를 감지하는 4 개의 수직 가속도 센서 (2),(4),(6),(8), 각각의 수직 가속도 센서와 액츄에이터 사이에 연결되어 각각의 액츄에이터의 감쇠력을 독립적으로 또한 가변 게인값으로 제어하는 4 개의 개별 제어부(10),(20),(30),(40)으로 이루어진다.

전술한 구성에서, 각각의 개별 제어부(이하에서는 하나의 개별 제어부(10)만을 예로 들어 설명을 진행한다)는 수직 가속도 센서(2)에 의해 감지된 수직 가속도를 주파수 차원으로 변환한 후에 미리 정해진 소정의 대역별로 분류하는 밴드 패스 필터(12), 밴드 패스 필터(12)에 의해 분류된 각각의 주파수 대역별 가속도 신호 성분의 크기를 측정하여 여러개의 히든 레이어(Hidden Layer)와 뉴런(Neuron)에 의해 노면의 상태를 파악하고, 상기 파악된 노면의 상태에 따라 최적의 게인을 결정하는 신경 회로망(14), 수직 가속도 센서(2)에서 감지된 가속도 신호를 속도 신호 성분으로 변환하는 차축 속도 연산부(16), 차축 속도 연산부(16)에서 연산된 차축 속도와 신경 회로망(14)에서 결정된 게인에 의해 결정된 감쇠력으로 액츄에이터 (50)를 제어하는 액츄에이터 제어부(18)를 포함하여 이루어진다. 각각의 수직 가속도 센서(2),(4),(6),(8)는 예를 들어 피에조 센서로 구현될 수 있다. 밴드 패스 필터(12)는 예를 들어, 0 - 1[Hz](G1), 1 - 2[Hz](G2), 3 - 10[Hz](G3) 및 10 - 20[Hz](G4)의 4 개의 주파수 대역 통과 필터로 구현될 수 있다.

상기 신경 회로망(14)은 밴드 패스 필터(12)를 이용하여 주파수 차원으로 변화된 수직 가속도 신호 입력시 액츄에이터(18)의 게인이 출력되도록 한 회로로, 상기 신경 회로망(14)을 구성하는 각각의 뉴런{도 1 에 5개의 뉴런으로 구성되는 은닉층(히든 레이어)과 2개의 뉴런으로 구성되는 출력층을 가지는 신경회로망이 도시됨}은 y=ax+b 형태의 선형함수이다(이때, 상수 a는 자중치이고, 상수 b는 역치이다).

상기 선형함수 각각의 가중치와 역치는 학습에 의하여 결정되는 바, 본 발명에서는 수직 가속도 신호, 해당 수직 가속도 신호에 대응하는 노면상태 정보 및 노면상태에 따른 액츄에이터(18)의 게인을 역전도법을 이용하여 학습시킨다.

한편, 본 발명에서는 후술하는 표 1 의 데이터{주파수 대역별 액츄에이터 (18)의 게인}를 만족하도록 신경회로망을 학습(역전도법 이용)시켜 각 뉴런의 가중치와 역치를 설정한다.

이와 같은 학습에 의하여 각 뉴런의 가중치와 역치가 결정되면, 신경 회로망 (14)에 임의 대역폭의 수직 가속도 신호 입력시 노면상태 및 노면상태에 따른 액츄에어터(18)의 게인이 예측(output)된다.

전술한 바와 같이 구성된 신경 회로망(14)에 임의 대역폭의 수직 가속도 신호가 입력되면, 상기 가속도 신호를 변수로 하고, 학습에 의해 가중치와 역치의 설정이 완료된 각 뉴런들의 연산에 의하여 액츄에이터(18)의 게인(신경 회로망의 출력)이 도출된다.

이하에는 본 발명의 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치의 동작에 대해서 설명하는데, 편의상 하나의 차축에 대해서만 설명을 진행한다.

먼저, 차량의 주행 시에 노면으로부터 전달되는 진동 성분이 차체에 전달되면 차축에 장착된 수직 가속도 센서(2)가 이를 감지하고 이렇게 감지된 수직 가속도 성분은 개별 제어부(10)의 밴드 패스 필터(12)에 전달된다. 다음, 밴드 패스 필터(12)는 이렇게 전달된 수직 가속도 성분을 주파수 차원으로 변환한 후에 4 개의 주파수 대역(G1),(G2),(G3),(G4)으로 분류한다. 다음, 이렇게 분류된 주파수 대역신호들은 신경 회로망(14) 알고리즘에서 처리되어 노면의 형상을 인식하는데 사용된다. 즉, 신경 회로망(14)은 밴드 패스 필터(12)에 의해 분류된 각각의 주파수 대역별(G1),(G2),(G3),(G4) 가속도 신호 성분의 크기를 측정하여 여러 개의 히든 레이어와 뉴런에 의해 노면의 상태를 파악하고, 상기 파악된 노면의 상태에 따라 최적의 게인을 결정한다. 다음으로, 차축 속도 연산부(16)에서는 수직 가속도 센서 (2)에서 감지된 가속도 신호를 속도 신호 성분으로 변환하여 액츄에이터 제어부 (18)에 제공하고, 액츄에이터 제어부(18)에서는 차축 속도 연산부(16)에서 연산된 각각의 차축 속도와 신경 회로망(14)에서 결정된 게인에 의해 감쇠력을 결정한 후에 액츄에이터(50)를 제어한다.

여기에서, 노면 입력의 주파수 분석을 통해 차체에 전달되는 수직 가속도를 시뮬레이션한 결과로 얻어진 가변 게인값은 아래의 표 1과 같다.

예를 들어, 신경 회로망을 통한 노면 상태의 탐지 결과, 주파수 대역으로 0[Hz] ∼ 1[Hz] 성분이 노면 입력의 주성분이라고 판정되면 가변 게인값은 4000[N·S/m]이고, 노면 입력의 주성분이 3[Hz] ∼ 9[Hz]의 주파수 대역에 존재한다면 가변 게인값은 500[N·S/m]가 된다.

다음, 액츄에이터 제어부(18)는 신경 회로망(14) 알고리즘에 의해 결정된 게인값과 차축 속도 연산부(16)에서 연산된 차축 속도를 이용하여 결정된 감쇠력에 의해 액츄에이터(50)를 제어하게 된다. 이렇게 하여 각각의 개별 제어부 (10),(20),(30),(40)에서는 해당 차축에 대해 얻어진 최적의 감쇠력으로 각각의 액츄에이터(50),(60),(70),(80)를 독립적으로 또한 가변적으로 제어하기 때문에 승차감이 우수해진다.

본 발명의 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어 전술한 실시예에서는 수직 가속도 센서 및 개별 제어부가 각각 4 개가 필요한 것으로 설명을 진행하였지만, 이들을 3 개씩만 구비하고 나머지의 하나는 3개의 수직 가속도 센서로부터 전달된 수직 가속도 성분으로부터 유추하여 해당 액츄에이터를 제어하게 할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치에 따르면, 차량의 현가 제어 장치에서 각 차축에 전달되는 진동을 주파수별로 구분하여 입력받고 이를 신경 회로망으로 처리하여 노면의 상태를 분석한 후에 이에 의거하여 각 차축의 액츄에이터의 감쇠력을 독립적으로 가변 제어함으로써 보다 쾌적한 승차감을 제공하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 각각의 차축에 대해 감쇠력을 제어하는 다수의 액츄에이터;

   상기 각각의 차축의 적소에 장착되어 차축의 수직 가속도를 감지하는 다수의 수직 가속도 센서;

   상기 각각의 수직 가속도 센서에 의해 감지된 수직 가속도를 주파수 차원으로 변환한 후에 미리 정해진 소정의 대역별로 분류하는 다수 쌍의 밴드 패스 필터;

   상기 각 밴드 패스 필터 쌍에 의해 분류된 각 주파수 대역별 가속도 신호 성분의 크기를 측정하여 여러개의 히든 레이어와 뉴런에 의해 노면의 상태를 파악하고, 상기 파악된 노면의 상태에 따라 최적의 게인을 결정하는 신경 회로망;

   상기 수직 가속도 센서에서 감지된 가속도 신호를 속도 신호 성분으로 변환하는 차축 속도 연산부 및

   상기 차축 속도 연산부에서 연산된 각 차축 속도와 각 신경 회로망에서 결정된 게인에 의해 결정된 감쇠력으로 각 액츄에이터를 제어하는 액츄에이터 제어부를 포함하여 이루어진 신경 회로망을 이용한 차량의 현가 제어 장치.