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KR102614161B1 - 차량의 댐퍼속도 도출 시스템 - Google Patents

차량의 댐퍼속도 도출 시스템 Download PDF

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KR102614161B1
KR102614161B1 KR1020180158963A KR20180158963A KR102614161B1 KR 102614161 B1 KR102614161 B1 KR 102614161B1 KR 1020180158963 A KR1020180158963 A KR 1020180158963A KR 20180158963 A KR20180158963 A KR 20180158963A KR 102614161 B1 KR102614161 B1 KR 102614161B1
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vehicle
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speed
corner
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이민수
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기아 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 센서모듈로부터 횡가속도 정보를 입력받고, 기저장된 차량 정보를 이용하여 스프렁매스로서의 차체 거동에 따른 각 코너의 타이어수직력을 도출하는 도출모듈; 도출모듈에 의해 도출된 타이어수직력을 입력받고, 스프렁매스와 언스프렁매스 사이의 서스페션기구에 따른 각 코너의 서스펜션힘과 타이어수직력을 이용하여 각 코너의 댐퍼속도를 도출하는 연산모듈; 및 연산모듈에 의해 도출된 각 코너의 댐퍼속도를 출력하는 출력부;를 포함하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템이 소개된다.

Description

차량의 댐퍼속도 도출 시스템 {SYSTEM FOR CALCULATING DAMPER SPEED OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 댐퍼속도 도출 시스템에 관한 것으로, 선회 주행 상황에서 휠G센서 없이 서스펜션의 댐퍼속도를 도출하는 차량의 댐퍼속도 도출 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.
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 위하여 제안된 것으로, 센서 개수를 감소시켜 원가를 절감하고, 승차감 향상 효과는 유지하여 ECS의 댐퍼가 수행되도록 하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 댐퍼속도 도출 시스템은 센서모듈로부터 횡가속도 정보를 입력받고, 기저장된 차량 정보를 이용하여 스프렁매스로서의 차체 거동에 따른 각 코너의 타이어수직력을 도출하는 도출모듈; 도출모듈에 의해 도출된 타이어수직력을 입력받고, 스프렁매스와 언스프렁매스 사이의 서스페션기구에 따른 각 코너의 서스펜션힘과 타이어수직력을 이용하여 각 코너의 댐퍼속도를 도출하는 연산모듈; 및 연산모듈에 의해 도출된 각 코너의 댐퍼속도를 출력하는 출력부;를 포함한다.
차량의 조향 정보를 입력받아 선회 주행 여부를 판단하는 판단모듈;를 더 포함하고, 판단모듈은 조향각 또는 조향각속도가 기설정된 한계값 이상일 경우 선회 주행으로 판단하여 연산모듈이 댐퍼속도를 연산하도록 신호를 보내는 것을 특징으로 한다.
판단모듈은 차량의 주행속도 정보를 더 입력받고, 주행속도가 설정속도를 초과할 경우 선회주행 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
판단모듈은 롤레이트 및 피치레이트가 각 경계값을 초과할 경우 차량 상태이상으로 판단하여 연산모듈의 댐퍼속도 연산이 수행되지 않도록 신호를 보내는 것을 특징으로 한다.
도출모듈은, 차체 중량, 롤 센터높이, 전륜 및 후륜의 트레드에 따른 차량 정보와 센서모듈을 통해 측정된 차량의 횡방향 가속도에 따른 횡가속도 정보를 이용하여 각 코너의 타이어수직력을 도출하는 것을 특징으로 한다.
도출모듈에서 각 코너의 타이어수직력을 도출하기 위한 차량거동 방정식은 하기와 같은 것을 특징으로 한다.
Fz_tire_FL:전방 좌륜의 타이어수직력[N] Fz_tire_FR:전방 우륜의 타이어수직력[N]
Fz_tire_RL:후방 좌륜의 타이어수직력[N] Fz_tire_RR:후방 후륜의 타이어수직력[N]
mtot:차량 중량[kg] ay:횡가속도[m/s2]
hroll:롤 센터높이[m] t1:전륜 트레드[m]
t2:후륜 트레드[m]
연산모듈은, 타이어수직력을 도출하는 차량거동 방정식과 스프렁매스와 언스프링매스 사이의 서스펜션힘을 도출하는 서스펜션힘 방정식을 병합하여 댐퍼속도를 연산하는 것을 특징으로 한다.
연산모듈에서 각 코너의 서스펜션힘 방정식은 하기와 같은 것을 특징으로 한다.
Fz_sus_FL:전방 좌륜의 서스펜션힘[N] Fz_sus_FR:전방 우륜의 서스펜션힘[N]
Fz_sus_RL:후방 좌륜의 서스펜션힘[N] Fz_sus_RR:후방 우륜의 서스펜션힘[N]
kFL, kFR, kRL, kRR:각 코너의 스프링 강성[N/m]
bFL, bFR, bRL, bRR:각 코너의 댐핑계수[Ns/m]
:댐퍼속도
연산모듈은 타이어수직력과 서스펜션힘을 이용하여 하기의 식을 통해 댐퍼속도를 도출하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 댐퍼속도 도출 시스템은 센서 개수가 감소되어 원가가 절감되고, 승차감 향상 효과는 유지하여 ECS의 댐퍼가 정상 제어된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 댐퍼속도 도출 시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 차량의 댐퍼속도 도출 시스템의 제어 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 댐퍼속도 도출 시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 댐퍼속도 도출 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 차량의 댐퍼속도 도출 시스템의 제어 순서도이다.
본 발명에 따른 차량의 댐퍼속도 도출 시스템은 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 센서모듈(10)로부터 횡가속도 정보를 입력받고, 기저장된 차량 정보를 이용하여 스프렁매스로서의 차체 거동에 따른 각 코너의 타이어수직력을 도출하는 도출모듈(30); 도출모듈(30)에 의해 도출된 타이어수직력을 입력받고, 스프렁매스와 언스프렁매스 사이의 서스페션기구에 따른 각 코너의 서스펜션힘과 타이어수직력을 이용하여 각 코너의 댐퍼속도를 도출하는 연산모듈(40); 및 연산모듈(40)에 의해 도출된 각 코너의 댐퍼속도를 출력하는 출력부(50);를 포함한다.
여기서, 센서모듈(10)은 차량의 횡방향 가속도를 측정하는 횡가속도 센서(11)를 포함하며, 차량의 주행속도를 측정하는 속도센서(12), 조향각도를 측정하는 조향휠센서(13), 차체의 롤레이트 및 피치레이트를 검출하기 위한 바디G센서(14)를 더 포함할 수 있다. 바디G센서(14)의 경우 차체의 네 코너에 설치될 수 있으며, 세 코너에 설치시 세 코너에 대한 댐퍼속도를 산출 후 병합하여 나머지 코너에 대한 값을 도출할 수 있다. 이러한 바디G센서(14)를 통해, 각 코너의 수직속도를 추정할 수 있으며, 그에 따른 롤레이트 및 피치레이트를 도출할 수 있다.
본 발명에서는 차량의 조향 정보를 입력받아 선회 주행 여부를 판단하는 판단모듈(20);을 더 포함하고, 판단모듈(20)은 조향각 또는 조향각속도가 기설정된 한계값 이상일 경우 선회 주행으로 판단하여 연산모듈(40)이 댐퍼속도를 연산하도록 신호를 보낼 수 있다. 여기서, 판단모듈(20)은 상술한 센서모듈(10)을 통해 조향 정보를 입력받을 수 있으며, 한계값은 조향핸들의 조작에 따른 조향각 또는 조향각속도가 차량이 선회주행되는 정도의 값으로서 미리 저장될 수 있다.
이러한 판단모듈(20)을 통해, 조향각 또는 조향각속도가 한계값 이하일 경우 차량이 비핸들링되어 선회주행되지 않은 것으로 판단하고, 조향각 또는 조향각속도가 한계값 이상일 경우 핸들링되어 선회주행되는 것으로 판단할 수 있다.
단, 본 발명에서는 차량이 선회주행되는 상태에서 댐퍼상대속도를 추정하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 제어는 판단모듈(20)을 통해 조향각 또는 조향각속도가 한계값 이상임에 따라 선회주행되는 것으로 판단시, 연산모듈(40)이 댐퍼속도를 연산하여 댐퍼속도를 추정하도록 한다.
이와 더불어, 판단모듈(20)은 차량의 주행속도 정보를 더 입력받고, 주행속도가 설정속도를 초과할 경우 선회주행 여부를 판단하도록 할 수 있다. 여기서, 설정속도는 차량의 주행 여부를 판단하기 위한 것으로 미리 설정될 수 있으며, 주행속도가 설정속도를 초과할 경우 선회주행 여부 판단 및 그에 따른 제어가 수행되도록 한다.
또한, 판단모듈(20)은 롤레이트 및 피치레이트가 각 경계값을 초과할 경우 차량 상태이상으로 판단하여 연산모듈(40)의 댐퍼속도 연산이 수행되지 않도록 신호를 보내도록 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 연산모듈(40)의 댐퍼속도 연산이 수행되지 않도록 한다. 이와 더불어, 운전자에게 경고메시지를 점등시켜 알릴 수 있다.
이와 같이, 판단모듈(20)을 통해, 주행속도, 조향각, 롤레이트 및 피치레이트 정보를 판단하여 차량의 핸들링 상황을 파악하고, 핸들린 상황에 따른 차량의 선회주행상황에서 댐퍼속도를 추정하도록 한다.
이렇게, 판단모듈(20)을 통해 차량이 선회 주행되는 것으로 판단되면, 도출모듈(30)은 차체 중량, 롤 센터높이, 전륜 및 후륜의 트레드에 따른 차량 정보와 센서모듈(10)을 통해 측정된 차량의 횡방향 가속도에 따른 횡가속도 정보를 이용하여 각 코너의 타이어수직력을 도출한다. 즉, 타이어수직력은 휠G센서를 통해 간단히 도출될 수 있으나, 본 발명에서는 선회주행 상황에서 휠G센서 없이 타이어수직력을 도출하기 위해 차량 정보 및 횡가속도 정보를 이용한다.
여기서, 차체 중량, 롤 센터높이, 전륜 및 후륜의 트레드에 따른 차량 정보는 차량 사양에 따라 미리 결정되는 값이며, 횡가속도 정보는 센서모듈(10)로부터 도출된 값을 이용한다.
도출모듈(30)에서 차량 정보 및 횡가속도 정보를 이용한 각 코너의 타이어수직력을 도출하기 위한 차량거동 방정식은 하기와 같다.
여기서, Fz _tire_FL은 전방 좌륜의 타이어수직력[N], Fz _tire_ FR은 전방 우륜의 타이어수직력[N], Fz _tire_ RL은 후방 좌륜의 타이어수직력[N], Fz _tire_RR은 후방 후륜의 타이어수직력[N], mtot는 차량 중량[kg], ay는 횡가속도[m/s2], hroll은 롤 센터높이[m], t1은 전륜 트레드[m], t2는 후륜 트레드[m]이다.
한편, 연산모듈(40)은 타이어수직력을 도출하는 차량거동 방정식과 스프렁매스와 언스프링매스 사이의 서스펜션힘을 도출하는 서스펜션힘 방정식을 병합하여 댐퍼속도를 연산할 수 있다.
이를 위한 각 코너의 서스펜션힘 방정식은 하기와 같다.
여기서, Fz_sus_FL은 전방 좌륜의 서스펜션힘[N], Fz_sus_FR은 전방 우륜의 서스펜션힘[N], Fz_sus_RL은 후방 좌륜의 서스펜션힘[N], Fz_sus_RR은 후방 우륜의 서스펜션힘[N], kFL, kFR, kRL, kRR은 각 코너의 스프링 강성[N/m], bFL, bFR, bRL, bRR은 각 코너의 댐핑계수[Ns/m], 은 댐퍼속도이다.
여기서, 스프링 강성 및 댐핑계수는 차량 설계시 미리 설정되는 값이며, 상술한 서스펜션힘 방정식을 통해 각 코너의 서스펜션힘을 도출할 수 있다.
이렇게, 각 코너의 타이어수직력과 서스펜션힘이 도출되면, 연산모듈(40)은 타이어수직력과 서스펜션힘을 이용하여 하기의 식을 통해 댐퍼속도를 도출할 수 있다.
여기서, 은 전방 좌륜의 댐퍼속도[m/s], 은 전방 우륜의 댐퍼속도[m/s], 은 후방 좌륜의 댐퍼속도[m/s], 후방 우륜의 댐퍼속도[m/s]이고, xFL은 전방 좌륜의 댐퍼거리[m], xFR은 전방 우륜의 댐퍼거리[m], xRL은 후방 좌륜의 댐퍼거리[m], xRR은 후방 후륜의 댐퍼거리[m]이다. 댐퍼거리의 경우 차량의 서스펜션 사양에 따라 미리 결정된 값이며, 댐퍼속도는 상술한 식은 통해 도출됨으로써, 각 코너의 상대 댐퍼속도를 도출할 수 있다.
즉, 차량의 주행중 특히 선회주행을 하는 경우 포장도로를 주행함에 따라 스프렁매스가 곧 언스프렁매스로 작용되어 타이어수직력과 서스펜셤힘의 빼기값은 0으로 설정될 수 있다. 이에 따라, 타이어수직력과 서스펜션힘을 병합하여 풀이하면, 각 코너의 댐퍼속도를 도출할 수 있으며, 도출된 댐퍼 상대속도를 출력부(50)를 통해 출력하여 ECS(Electric Control Suspension)의 정상적인 제어가 수행되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 댐퍼속도 도출 시스템은 센서 개수가 감소되어 원가가 절감되고, 승차감 향상 효과는 유지하여 ECS의 댐퍼가 정상 제어된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10:센서모듈
20:판단모듈
30:도출모듈
40:연산모듈
50:출력부

Claims (9)

  1. 센서모듈로부터 횡가속도 정보를 입력받고, 기저장된 차량 정보를 이용하여 스프렁매스로서의 차체 거동에 따른 각 코너의 타이어수직력을 도출하는 도출모듈;
    도출모듈에 의해 도출된 타이어수직력을 입력받고, 스프렁매스와 언스프렁매스 사이의 서스페션기구에 따른 각 코너의 서스펜션힘과 타이어수직력을 이용하여 각 코너의 댐퍼속도를 도출하는 연산모듈; 및
    연산모듈에 의해 도출된 각 코너의 댐퍼속도를 출력하는 출력부;를 포함하며,
    차량의 조향 정보를 입력받아 선회 주행 여부를 판단하는 판단모듈;을 더 포함하고,
    판단모듈은 조향각 또는 조향각속도가 기설정된 한계값 이상일 경우 선회 주행으로 판단하여 연산모듈이 댐퍼속도를 연산하도록 신호를 보내며, 롤레이트 및 피치레이트가 각 경계값을 초과할 경우 차량 상태이상으로 판단하여 연산모듈의 댐퍼속도 연산이 수행되지 않도록 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    판단모듈은 차량의 주행속도 정보를 더 입력받고, 주행속도가 설정속도를 초과할 경우 선회주행 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    도출모듈은, 차체 중량, 롤 센터높이, 전륜 및 후륜의 트레드에 따른 차량 정보와 센서모듈을 통해 측정된 차량의 횡방향 가속도에 따른 횡가속도 정보를 이용하여 각 코너의 타이어수직력을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    도출모듈에서 각 코너의 타이어수직력을 도출하기 위한 차량거동 방정식은 하기와 같은 것을 특징으로 하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템.

    Fz_tire_FL:전방 좌륜의 타이어수직력[N] Fz_tire_FR:전방 우륜의 타이어수직력[N]
    Fz_tire_RL:후방 좌륜의 타이어수직력[N] Fz_tire_RR:후방 후륜의 타이어수직력[N]
    mtot:차량 중량[kg] ay:횡가속도[m/s2]
    hroll:롤 센터높이[m] t1:전륜 트레드[m]
    t2:후륜 트레드[m]
  7. 청구항 6에 있어서,
    연산모듈은, 타이어수직력을 도출하는 차량거동 방정식과 스프렁매스와 언스프링매스 사이의 서스펜션힘을 도출하는 서스펜션힘 방정식을 병합하여 댐퍼속도를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    연산모듈에서 각 코너의 서스펜션힘 방정식은 하기와 같은 것을 특징으로 하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템.

    Fz_sus_FL:전방 좌륜의 서스펜션힘[N] Fz_sus_FR:전방 우륜의 서스펜션힘[N]
    Fz_sus_RL:후방 좌륜의 서스펜션힘[N] Fz_sus_RR:후방 우륜의 서스펜션힘[N]
    kFL, kFR, kRL, kRR:각 코너의 스프링 강성[N/m]
    bFL, bFR, bRL, bRR:각 코너의 댐핑계수[Ns/m]
    :댐퍼속도
  9. 청구항 8에 있어서,
    연산모듈은 타이어수직력과 서스펜션힘을 이용하여 하기의 식을 통해 댐퍼속도를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량의 댐퍼속도 도출 시스템.

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