KR0172637B1 - 차량의 능동 롤 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 전후륜 각각을 위한 센서부, 유압 제어용 밸브 유닛, 로터리 액츄에이터, 제어부 및 유압원을 구비하는 차량용 능동 롤 제어장치에 관한 것이다.

센서부는 차속 센서, 조향각 센서, 그리고 로터리 엑츄에이터 회전각 센서 등의 3개의 센서로 구성되며, 로터리 액츄에이터 회전각센서는 차량의 롤각을 직접적으로 검출하며, 상기 액츄에이터는 비례 방향 제어 밸브로부터 유압 작동유를 공급받아 토오크를 발생시키며 회전운동을 하도록 되고, 액츄에이터의 양단에는 차량의 롤 형상을 제어하기 위해서 로터리 액츄에이터를 중심으로 서로 반대방향으로 상대운동을 하도록 구성된 스테빌라이저 바가 부착되어 최대 회전각이 제한된다.

비례 방향 제어밸브는 텐덤센터형 비례 방향 제어 밸브로서, 로터리 액츄에이터의 회전 방향과 회전각을 결정하며, 차량이 평탄로를 주행할 때와 같이 제어 방치의 작동이 불필요할 때 펌프의 유압토출량을 모두 바이패스 시키도록 구성한 것이다.

Description

차량의 능동 롤 제어장치

제1도는 종래의 스테빌라이저 바의 예시도.

제2도는 종래의 스테빌라이저 바를 차량에 장착하고 있는 것을 개략적으로 보여주는 도면.

제3도는 본원 발명에 따른 로터리 액츄에이터와 회전 변위센서가 장착된 스테빌라이저 바의 구성을 나타낸 예시도.

제4도는 본 발명에 따른 능동롤 제어장치를 개략적으로 나타낸 블록도.

제5도는 본 발명의 전·후방 능동 롤 제어장치에 모터 구동형 유압펌프가 이용되는 것을 나타낸 예시도.

제6도는 본 발명의 전·후방 능동 롤 제어장치에 엔진 구동형 유압펌프를 이용되는 것을 나타낸 예시도.

제7도는 본 발명에 따른 각도 센서 부착형 유압 로터리 액츄에이터의 횡단면도.

제8도는 본 발명에 따른 각도 센서 부착형 유압 로터리 액츄에이터의 종단면도.

제9도는 본 발명에 채택된 제어방식을 보여주는 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 조향각센서 11 : 진단장치

2 : 차속센서 12 : 베인

3 : 회전변위 센서 13 : 하우징

4 : 유압펌프 14 : 릴리프밸브

6 : 액츄에이터 15 : 방향제어밸브

7 : 스테빌라이저 바 16 : 온/오프 밸브

8 : 제어부

본 발명은 조향 및 선회시 차량의 자세변화를 작게 하여, 차량의 운동특성을 최적화 하는 능동롤제어 장치로서, 간단한 구조에 의해, 승차감과 조종안전성을 동시에 실현할 수 잇는 차량용 능동 롤 제어장치에 관한 것이다.

본 발명은 차량용 스테빌라이저장치에 비례 방향 제어밸브를 설치하여 로터리 유압액츄에이터의 회전각을 연속적으로 제어함으로서, 주행 상태에 따라서 발생하는 롤 현상을 억제하여 차량을 최대한 수평으로 하여 승차감을 향상시키고, 차량의 선회시, 제동시, 그리고 조향시 로터리 유압액츄에이터의 회전각을 연속적으로 제어하여 차량의 자세 제어 및 조종성·안전성을 동시에 개선하는 것을 목적으로 한다.

이러한 제어장치는, 선회시 타이어의 접지력을 제어하고, 스테빌라이저의 강성이 차량의 주행모드에 따라 변화가능하며 제어장치에 고장이 발생하는 경우 부드러운 압력 변동 및 일정강성 유지를 위한 제어압력이 유지되어야 하고, 또한 제어 장치의 압력은 원상태로의 복귀가 가능해야 하고도 용이해야 한다.

또한 동일한 목적의 다른 고성능 능동 현가 장치에 비해 구조가 간단하여 부피 및 무게가 적고 에너지 소비가 적어 적용 차종에 제한을 받지 않아야 한다.

종래의 스테빌라이저에 의해 차량의 롤 현상을 제어하는 것으로서, 소위 수동 스테빌라이저 바(passive stavilizer bar)가 알려져 있다.

스테빌라이저 바는 일종의 비틀림 스프링의 역할을 하는 것으로서, 종래의 스테빌라이저 바의 일례가 첨부도면 제1도에 도시되어 있다.

차량의 선회시 원심력에 의해 횡가속도가 발생하고, 이에 의해 차량에는 차량의 무게중심을 중심으로 하여 회전 모우멘트가 발생하며, 횡가속도의 방향으로 차량이 기울게되며, 차량의 무게가 한족으로 과도하게 전가되고 또 타이어에 슬립이 발생하여 조향성을 약화시킨다. 또한, 펌프 통과 시에도 역시 차량이 저주파수를 가지고 출렁이는 현상이 생긴다.

이러한 현상을 방지하기 위하여, 전륜과 후륜 각각의 좌·우너클을 스테빌라이저로 연결하여 좌우의 높이 차에 의한 토오크를 스테빌라이저 바의 각변위량에 해당하는 토오크로 보상하고 있다.

그러나, 기존의 스테빌라이저는 고정된 감성을 가지고 있기 때문에 다양하고 급작스러운 주행조건의 변화에 대처하지 못하며, 외부 롤 모우멘트에 수동적인 반응만 한다.

그리하여, 스테빌라이저의 강성을 크게 하면 롤 현상을 감소시키는 경향이 있으나 승차감이 아주 악화되는 결과를 초래하며, 역으로 스테빌라이저의 강성을 작게 하면 롤 현상이 과다해져서 차량의 주행 안전에 심대한 영향을 끼친다.

한국특허 출원 제95-1704호에는 이러한 종래의 기술의 문제점을 해소하기 위한 능동 롤 제어장치가 제안되기도 하였다.

그러나, 상기의 능동 롤 제어장치는 미리 프로그램된 응답방식 대로만 작동하게 되어 차량의 조건변화에 능동적으로 대응하지 못하게 되며 또한 유압액츄에이터를 조정하는 밸브유닛이 상대적으로 복잡하게 구성되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해, 본 발명의 차량의 능동 롤 제어장치는 센서부, 전륜밸브유닛, 전륜액츄에이터유닛, 후륜밸브유닛, 후륜액츄에이터유닛 및 제어부로서 구분될 수 있다.

이들 유닛을 구분하여 설명하면 다음과 같다.

센서부는 차속 센서, 조향각 센서, 그리고 로터리 액츄에이터 회전각 센서 등의 3개의 센서로 구성된다.

차속센서와 조향각센서는 이미 시판되고 있는 차량에 대부분 장착되어 있으며, 로터리 액츄에이터 회전각센서는 포텐셔미터나 엔코더 형태로 차량의 롤각을 직접적으로 검출하는 기능을 하는바, 이는 다른 제반의 지능형 능동시스템에 쓰이는 차량의 자세 검출장치보다 구조적으로나 기능적으로, 간단 명료하다는 장점이 있다. 전륜밸브유닛은 텐덤센터형 비례 방향제어밸브와 온/오프 밸브로 구성된다.

텐덤센터형 비례 방향제어밸브는 로터리 액츄에이터의 회전방향과 회전각을 결정하는바, 텐덤센터형을 쓰는 이유는 차량이 평탄로를 주행할 때와 같이 제어장치의 작동이 불필요할 때 펌프의 유압 토출량을 모두 바이패스 시키기 위함이다.

또한, 로터리 액유에이터의 양 포트사이에 온/오프 밸브가 배치되어 평탄로 주행 시에는 그 개도를 열어 스테빌라이저의 강성을 거의 0(영)으로 만들며, 시스템 고장 등의 작동 불량 시에는 그 개도를 닫아 기계적으로 기존의 수동형 스테빌라이저보다 더 큰 강성을 획득할 수 있도록 구성된다.

전륜 액츄에이터는 비례 방향제어밸브로부터 유압 작동유를 공급받아 토오크를 발생하며 회전운동을 한다. 액츄에이터의 양단에는 스테빌라이저 바가 부착되는데 차량의 롤 현상을 제어하기 위해서 스테빌라이저 바가 로터리 액츄에이터를 중심으로 서로 반대방향으로 상대운동을 하도록 설계된다.

로터리 액츄에이터는 일정 최대회전각이 제한되어 기계적으로 차량의 임계 롤각을 설정하도록 한다.

후륜밸브유닛은 그 기능이나 구조가 전륜밸브유닛과 동일하며, 후륜 로터리 액츄에이터는 전륜의 그것과 동일하다.

제어부는 센서로부터 차량의 정보를 검출하여 전·후륜 유압밸브유닛에 부과되는 전류를 조절하여 소기의 롤 제어를 위하여 액츄에이터 작동을 제어하는 기능을 한다.

유압원으로는 탱크와 일체로 된 릴리이프 밸브 부착형의 모터 구동형유압펌프, 또는 엔진 구동형 유압펌프를 사용한다.

모터구동형일 경우 불 필요시에는 모터의 전원을 차단하여 에너지를 절약하며, 엔진 구동형일 경우 텐덤센터형의 비례 방향 제어 밸브의 바이패스기능에 의해 에너지 절약이 가능하다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면 제3도와 같이 본 발명에 따른 능동 롤 제어장치는 회전변위센서(회전각 센서 ; 3)가 부착된 로터리 액츄에이터(6) 및 그 양단에 장착된 2개의 스테빌라이저를 구비한다.

본 발명의 실시 예에 따른 액츄에이터가 제7도 및 제8도에 각각 횡단면도 및 종단면도로 도시되어 있다.

액츄에이터는 하우징(13)과 로터축(11) 및 로터축에 장착된 베인(12)이 구비되며, 로터축의 일단부는 하나의 스테빌라이저 바에 결합되고, 또, 로터축 및 베인을 내장하는 하우징(13)의 상기 로터축의 일단부와 반대측의 단부에는 다른 하나의 스테빌라이저 바가 결합된다. 상기 로터축의 일단부에는 상대 회전각 세서(10)가 장착되어, 로터축 회전시 베인과 함께 회전하도록 구성되어 있다.

차량운행시 차량의 롤 등의 불평형 상태가 발생하게 되면, 제7도 및 제8도에 화살표 A, B로 도시된 바와 같이 하우징(13)과 로터축(11)이 상호 반대방향으로 회전하게 되며, 이때 발생하는 하우징 일단부와 로터축 일단부간의 상대적 회전변위를 상기 상대 회전각 센서가 감지하여, 그 데이타를 후술하는 전자제어유닛(8)으로 보내게 된다.

본 발명의 유압전자제어 계통도가 제4도에 개략적으로 도시 도어 있는 바, 운전자에 의한 차량의 조향 핸들의 각도변화를 감지하는 조향각센서, 차속 센서(2) 및 로터리 액츄에이터(6)에 부착된 회전각 센서(3)에 의해 감지된 데이타가 전자제어유닛(8)에 입력되며, 그 전자 제어유닛는 입력된 데이타를 처리하여, 진단장치(9) 및 표시장치(10)로 관련 신호를 출력함과 아울러, 유압펌프(4)에 연결된 유압밸브유닛(5)에 개·폐 명령신호를 전달한다.

본 발명의 작동관계를 제5도와 제6도에 예 도시된 회로도를 참고로 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 바람직하게 사용되는 유압원은 릴리이프 밸브(14)가 부착된, 탱크 일체형의 유압펌프(4)로서 모터 구동형 (제5도) 혹은 엔진 구동형(제6도)일 수 있다.

그 유압펌프에서 토출된 오일은 각 전·후륜에 대응 배치시킨 유압밸브유닛(5)과 로터리 액츄에이터(6)의 챔버에 공급 및, 배출됨으로써 로터리 액츄에이터와 연결된 스테빌라이저(7)에 힘을 가하도록 작동하여 차량의 운동상태를 제어한다 이때 시스템의 최고 작동입력은 펌프에 부착된 릴리이프 밸브(14)에 의해 설정된다.

차량의 운동 상태는, 로터리 액츄에이터 회전각센서(3), 조향각센서(1) 차속센서(2)의 검출신호에 의해 비례 방향제어밸브(15, 15)의 비례 솔레노이드를 제어하여 차량의 운동상태 즉, 자세 및 안전성을 최적으로 제어한다. 이때, 로터리 액츄에이터 회전각 센서(3)가 차량의 롤 각을 검출한다.

좌·우의 기울어짐, 즉 롤 각이 없을 경우는 좌·우 차고변화가 없으므로 액유에이터의 회전각은 0(영)이 되며, 이 각이 바로 차량제어의 목표 값이 된다.

외부, 측 차량의 운행조건으로부터 롤각이 발생하게 되면, 제어부(8)는 이것을 로터리 회전각 센서로부터 검출하여 연산제어작용을 시작하는바, 이때 조향센서와 차속센서로부터 검출되는 정보를 차량 동역학을 기초로 연산하여 피드포워드(feed-forward) 제어를 수행하여 시스템의 빠른 응답을 유도한다. 이때 이용되는 제어 블록 선도가 제9도에 도시되어 있다.

제어부에서는 전류 값을 PWM(Pulse Width Modulation ; 펄스 폭 변조)등 여러 가지 방법으로 제어 및 출력하여 각각의 밸브(15, 16)를 제어한다.

밸브의 동작에 의해 전·후륜 로터리 액츄에이터에 유입되는 유량을 제어하고 로터리 액츄에이터의 회전각을 제어하여 최종적으로 차량의 롤각을 제어한다. 이때, 로터리 액츄에이터의 회전각은, 제9도에 도시된 제어부의 블록 선도에서처럼 최초의 입력으로 피드백 되어 만족할만한 최소의 롤각이 획득될 때까지 제어를 반복 수행한다.

본 발명은 차량의 무게의 변동은 실제로 예측이 불가능하며 또 하중 센서를 통한 중량 검출도 번거로운 과정인 것에 착안하여 기준이 되는 중량으로 피드포워드(feed-forward)제어를 하고 기타의 조건변화에 의한 추가 롤 각만을 액츄에이터 회전각을 피드백 하여 제어하도록 한다.

이는 본 발명의 차량의 중량 변동과 무관한 일반적인 적용을 의도한 것이다.

시스템 고장에 의한 일정간격 유지 기능은 이상 상태 검출기의 검출신호 또는 전기적 고장에 의해 온/오프 밸브의(16, 16) 개도를 절환 하여 수행한다.

그 온/오프(13, 13)밸브가 열리면, 로터리 액츄에이터의 양쪽 챔버가 폐쇄되어 스테빌라이저의 강성이 커지는 효과를 얻는다.

차량이 평탄로를 주행할 때는 스테빌라이저의 강성이 없는 것이 차량의 승차감에 도움이 되는데, 이를 위해서는 로터리 액츄에이터의 양쪽 챔버를 개방하는 회로가 요구된다. 이를 위해서 온/오프 밸브(16, 16)를 개방하여 액츄에이터가 자유롭게 회전 가능하도록 한다.

본 발명에서 사용한 방향 제어 밸브(15, 15)는, 적용한 차량에 특성에 따라 복귀측 관로의 압력을 설정압력으로 차량의 요구강성을 유지하는 기능을 수행하게 된다. 즉, 비례 솔레노이드에 의해 제어되는 방향 제어밸브의 개도절혼을 수행하게된다. 이때 방향 제어 밸브의 개도의 절환에 따라 방출 유량의 조절이 가능하며, 개도는 일종의 댐핑 오리피스(damping orifice)의 역할을 한다.

따라서, 본원 발명의 능동 롤 제어장치는 강성의 소프트모드(soft mode)에서 하드모드(hard mode)로의 연속적인 변환이 필요한 경우나 시스템 고장시, 방향제어밸브(15, 15)의 개도 절환에 따른 방출 유량의 조정에 의해 유압 로터리 액츄에이터의 강성을 제어하는 구조로 되어 있다.

이상과 같은 본원 발명의 구성에 따르면, 차량 전후륜에 부착된 유압 액츄에이터의 유압유량을 제어하여 차량의 운동상태를 적극적으로 제어함으로써 종래의 수동형 스테빌라이저에서 얻을 수 없는 승차감 및 조종 안전성을 동시에 실현할 수 있게 된다.

또한, 유사한 목적을 위해 사용되고 있는 능동현가장치에 비해 월등한 에너지 절감의 효과가 있고, 따라서 본 발명에서 사용한 비례 방향제어밸브(15, 15)와 온/오프 밸브(16, 16)의 간단한 조합구조에 의해 유압 로터리 액츄에이터가 부착된 스테빌라이저의 임의의 작동방향의 회전 변위를 생성하여 차량의 롤 제어를 수행하고, 유량제어가 가능한 방향제어밸브의 개도량에 의해 스테빌라이저의 강성제어를 실행한다.

또, 본 발명은 로터리 액츄에이터에 부착된 회전각센서를 통해 차량의 자세를 직접 검출하여 제어부의 제어목표가 정해지기 때문에 차량조건의 변동에 관계없이 일관된 자세 제어가 가능하다.

더욱이 차량의 롤 운동보다는 운전자의 조향 조작이 더 신속하다는 점을 이용하여 조향각센서와 차속센서에서 검출되는 정보를 연산하여 요구 전류치에 최소 오차를 갖는 전류제어값을 산출·출력하여 초기제어를 수행하고 목표에 빨리 도달하는 제어구조로 그 롤 제어효과를 향상시킨다.

또한, 화물차의 적재 중량, 승용차의 탑승 인원 등을 따로 검출하지 아니하고 직접적인 자세 제어가 가능해 장치의 저가화, 간소화가 가능하다.

이상, 본원 발명에 대하여 첨부도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시에를 참고하여 상세히 설명했는 바, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 한가지 예에 불과한 것으로, 본원 발명이 이들 바람직한 실시 예로서 한정되는 것은 아니하며, 본원 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 여러 가지 변형 및 수정이 가능하다.

Claims (8)

1. 차량의 전후륜 각각을 센서부, 유압 제어용 밸브 유닛, 로터리 액츄에이터, 제어부 및 유압원을 구비하는 차량용 능동 롤 제어장치에 있어, 상기 센서부는 차속센서, 조향각 센서, 로터리 액츄에이터 회전각센서로 구성되며, 상기 밸브유닛은 비례 방향제어밸브와 온/오프 밸브로 구성되며, 상기 비례 방향 제어 밸브는 개도 조정에 의해서 로터리 액츄에이터의 회전방향과 회전각을 결정하며, 상기 온/오프 밸브는 로터리 액유에이터의 양포트사이에 배치되며, 상기 액츄에이터는 비례 방향 제어 밸브로부터 유압작동유를 공급받아 토오크를 발생하면서 회전운동을 하며, 상기 액츄에이터의 양단에는 차량의 롤 현상을 제어하기 위해서 로터리 액츄에이터를 중심으로 서로 반대방향으로 상대운동을 하는 스테빌라이저 바가 부착되어 최대 회전각이 제한됨으로써 기계적으로 차량의 임계 롤각을 설정하도록 구성되어, 상기 제어부가 상기 센서들로부터 차량의 정보를 검출하여 검출된 정보를 기초로 전후륜 유아밸브유닛에 부과되는 전류를 조절하여 밸브유닛의 방향 또는 개도를 조정하여 액츄에이터 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 롤 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비례 방향제어밸브가 텐덤센터형 비례 방향제어밸브로서, 로터리 액츄에이터의 회전 방향과 회전각을 결정하며, 차량이 평탄로를 주행할 때와 같이 제어장치의 작동이 불필요할 때 펌프의 유압 토출량을 모두 바이패스시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 롤 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 차량 운전중 필요에 따라, 평탄로 주행 시에는 상기 비례제어밸브 및 온/오프 밸브의 개도를 열어 액츄에이터가 자유롭게 회전 가능하도록 함으로써 스테빌라이저의 강성을 거의 0(영)으로 만들며, 시스템 고장 등의 작동불량시에는 상기 비례제어밸브 및 온/오프 밸브의 개도를 닫도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 롤 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 비례 솔레노이드에 의해 제어되는 개도 절환을 통해서 방출 유량을 조절하며, 상기 개도는 댐핑 오리피스의 역할을 하며, 이로써, 방향 제어밸브의 개도 절환에 따른 방출 유량의 조정에 의해 유압 로터리 액츄에이터의 강성을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 롤 제어장치.
5. 제1항에 있어서, 로터리 액츄에이터에는 차량의 자세를 직접 검출하도록 회전각 센서가 부착되며, 기준이 되는 중량을 이용하여 피드 포워드 제어롤하고, 액츄에이터 회전각을 피드백 하여 만족할만한 최소의 롤각이 획득될 때까지 제어를 반복수행하고 기타의 조건변화에 의한 추가의 롤 각만을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 롤 제어장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 차량의 운행 조건으로부터 롤각이 발생하게 되면, 이것을 로터리 회전각 센서로부터 검출하여 연산제어작용을 시작하며, 이때 조향센서와 차속 센서로부터 검출되는 정보를 차량 동역학을 기초로 연산하여 피드포워드 제어를 수행하며, 전류값을 PWM(Pulse Width Modulation : 펄스 폭 변조) 등 여러 가지 방법으로 제어 및 출력하여 각각의 밸브를 제어하며, 밸브의 동작에 의해 전, 후륜로타리 액츄에이터에 유입되는 유량을 제어하고 로터리 액츄에이터의 회전각을 제어하여 최종적으로 차량의 롤각을 제어하며, 이때, 로타리 액츄에이터의 회전각이 최초의 입력으로 피드백 되어 만족할만한 최소의 롤각이 획득될 때까지 제어를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 롤 제어장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 유압원이 릴리이프 밸브 부착형의 모터 구동형 유압펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 롤 제어장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 유압원이 릴리이프 밸브 부착형의 엔진 구동형 유압펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 능동 롤 장치.