KR100326370B1 - 자동차의노면가진력조절시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 현가제어시스템에 관한 것으로, 실제차량의 현가장치와 동일 특성을 갖는 모델차량제어시스템을 별도로 설치하여, 실제 차량과 연동시킴으로서 이 모델의 출력값과 실제차량의 출력값을 비교하여 적합한 제어명령을 산출할 수 있는 노면가진력 조절시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량으로부터 측정되는 신호에 의해 제어되는 자동차의 현가제어시스템에 있어서, 차량의 현가특성을 변화시키는 액추에이터와; 차량의 진동상태를 측정하는 가진력검출수단과; 차량의 현가장치와 동일한 특성을 지니도록 구성된 모델차량제어시스템과; 상기 가진력검출수단으로 부터의 출력과 모델차량제어시스템의 출력이 일치하도록 상기 액추에이터를 피드백제어하는 전자제어장치를 포함하는 자동차의 노면가진력 조절시스템을 제공한다.

Description

자동차의 노면가진력 조절시스템

본 발명은 자동차의 현가제어시스템에 관한 것으로, 특히 노면으로부터 차량에 전해지는 외란을 검출하여 이를 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 칼만필터를 이용하여 노면으로부터의 가진력을 추정하고 액츄에이터를 이용하여 이를 상쇄 제어하도록 하는 자동차용 노면가진력 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

종래의 자동차는 스프링과 쇽업소버를 포함하는 현가장치를 구비하여 타이어가 도로면의 요철부위를 지나가거나 차체에 관성력이 작용하게 되어 발생하는 진동을 흡수하여 승차감과 조정의 안정성을 확보하고 있다.

최근에는 이러한 현가장치를 수동적인 것이 아니라 적극적인 감쇄력 제어를 행할 수 있도록 구성하고 있는바, 도 1에 도시된 바와 같은 구성의 액티브 서스펜션으로 구성하는 사례가 늘고 있다.

도 1의 액티브 서스펜션은 하이드로 뉴메틱실린더(1)와 리니어 압력제어밸브(2)로 이루어진 압력제어장치(10)를 채용하여 유압펌프(3)의 동력을 제어하는 방법으로 적극적인 제어를 행하도록 한다.

이러한 장치의 작동에 따르면 차고 센서등의 가진력 검출기구를 이용하여 현재 차량의 상태를 파악하고, 그 결과에 따라 전자제어장치에 의해 압력제어장치(10)인 리니어 압력제어밸브의 니들(4)을 전자력에 의해 움직이도록 제어하여, 피드백유압(5)과 파일럿유압(6)의 압력차이에 의해 하이드로 뉴메틱실린더내의 압력을 일정하게 유지하도록 하는 기재로 작동한다.

도 2는 이러한 종래의 현가장치의 제어블록도를 그린 것으로서 외란에 의해출력값이 변화하면 이 값을 검출하여 피드백(Feedback)함으로서 출력값이 고르게 안정상태를 유지하여 차량의 자세제어, 승차감제어, 기타 조정성 및 안정성의 제어를 행하도록 한다.

그러나, 이러한 종래의 현가제어에서 정밀한 피드백제어를 위해서는 제어상태와 현재 차량에 대한 상태변화를 순시적으로 확인할 수 있어야 한다.

그러나, 노면으로부터 전해지는 가진력을 완전히 제어하기 위한 현재의 상태에 대한 충분한 검출은 구조적으로 어렵다.

이러한 한계로 전술한 액티브 서스펜션에서도 차량의 노면으로부터 전해지는 진동을 전면 제어하지 못하며 비교적 느린 응답으로도 가능한 저주파 영역에서의 진동만이 일부 제어 될 수 있을 뿐이다.

따라서, 노면으로부터 전해지는 가진력에 의한 시스템의 상태를 보다 정확하고 확실하게 확인하여 가진력을 완전히 제어하기 위한 시스템의 제공이 요구되고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 실제차량의 현가장치와 동일 특성을 갖는 모델차량제어시스템을 별도로 설치하여, 실제 차량과 연동시킴으로서 이 모델의 출력감과 실제차량의 출력값을 비교하여 적합한 제어명령을 산출할 수 있는 노면가진력 조절시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량으로부터 측정되는 신호에 의해 제어되는 자동차의 현가제어시스템에 있어서, 차량의 현가 특성을 변화시키는 유압식 액추에이터와; 차고센서나 또는 피에조소자를 이용한 위치검출센서를 이용해 차량의 진동상태를 측정하는 가진력검출수단과; 차량의 현가장치와 동일한 특성을 지니도록 구성된 모델차량제어시스템과; 상기 가진력검출수단으로 부터의 출력과 모델차량제어시스템의 출력이 일치하도록 상기 액추에이터를 피드백제어하는 전자제어장치를 포함하는 자동차의 노면가진력 조절시스템을 제공한다.

특히, 본 발명은 상기의 모델차량제어시스템은 칼만필터를 이용하여 구성하고, 상기 액츄에이터는 유압식 액츄에이터를 사용하며, 가진력 검출수단은 차고센서 또는 피에조 소자를 이용한 위치검출센서인 것을 특징으로 하는 노면 가진력 조절시스템을 제공한다.

도 1은 종래의 자동차에서 적용되는 액티브서스펜션의 구성을 도시한 개략도면,

도 2는 종래의 현가시스템의 피드백제어개념을 설명하는 블록선도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차에서 적용되는 액티브서스펜션의 구성을 도시한 개략도면,

도 4는 본 발명에 따른 자동차의 노면 가진력 조절시스템의 제어방법을 보여주는 블록선도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 하이드로 뉴메틱실린더 2 : 리니어 압력제어밸브

3 : 유압펌프 4 : 니들

5 : 피드백유압 6 : 파일럿유압

7 : 실제차량제어시스템 8 : 모델차량제어시스템

9 : PID제어 10 : 압력제어장치

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차에서 적용되는 액티브서스펜션의 구성을 도시한 개략도면을 도시한 것인바, 본 발명은 전술한 종래의 경우와 같이 액티브 서스펜션은 하이드로 뉴메틱실린더(1)와 액추에이터로 이루어진 압력제어장치(10)를 채용하여 차량의 노면으로부터 전달되는 가진력 검출기구에 의해 이론제어모델과 실제제어모델의 산출값을 비교하여 제어하는 전자제어장치의 제어를 통해 유압펌프(3)의 동력을 제어하는 방법으로 적극적인 제어를 행하도록 한다.

여기서, 상기 압력제어장치(10)인 액추에이터는 종래에 많이 사용하는 쇽업소버의 길이와 감쇠력을 가변하는 작동기를 사용하며, 유압식, 공압식 또는 이들을 함께 사용하는 것이거나 피에조소자를 이용한 것을 사용하며, 형식에는 제한되지않고 가변식 및 전자식으로 제어 가능하여 쇽업소버의 감쇠력을 가변 할 수 있으면 족하다.

또한, 노면으로부터 차체에 전해지는 가진력을 측정하는 수단인 검출기구는 위치검출 또는 가속도를 검출하는 센서를 사용하며, 기존 현가 시스템의 구성요소중 하나인 차고센서를 이용하면 바람직 하지만 별도의 위치검출센서를 응용한 가진력 검출수단을 사용하는 것도 가능하다.

그리고, 상기 전자제어장치는 도 4에 도시한 PID제어기(9)를 포함하도록 구성하며, 이 PID제어기(9)는 제어기의 안전성과 속응성을 얻기 위하여 보상하는 회로로서 회로 전체의 설계에 따라 여러 가지 형식으로 구성할 수 있고 또한, 시스템의 구성에 따라 보상량도 다르게 된다.

또한, 상기 전자제어장치는 그 외에도 시스템의 동력원인 액추에이터를 피드백제어신호에 따라 제어하는 역할을 한다.

한편, 상기 전자제어장치에 내장된 제어시스템은 실제차량제어시스템(7)과 모델차량제어시스템(8)으로 이루어지며 이는, 통상 상태추정기를 설계하는 방법에 따르면서 칼만필터(Kalman Filter)를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 모델차량제어시스템(8)은 본 발명의 효율을 좌우하므로 실제차량제어시스템(7)을 기본으로 즉, 실차의 실험을 통해 파악된 실차의 특성에 따른 기본 데이터를 갖춘 동일 특성을 갖는 회로를 구성하게 된다.

이대, 상기 상태추정기로서 역할을 하는 모델차량제어시스템(8)의 설계에서는 실차와 모델시스템의 특성의 근접성을 실현하는 것과 함께 피드백을 위한 상수를 설정하는 것이 중요하다.

일반적으로, 상태추정기의 작동에서 상태추정기인 모델차량제어시스템과 실제차량제어시스템 사이의 오차를 빠른 시간내에 "0"으로 수렴시키는 것이 가장 중요한 바, 이때 두 값 사이의 오차를 줄이는 것은 도 4에 도시된 바와 같은 모델차량제어시스템(8)에서 피드백이득(K)의 선택을 어떻게 하느냐에 의해 결정된다.

즉, 전술한 시스템에서 실제차량과 모델차량제어시스템간의 오차는 다음과 같은 식으로 구해지게 된다.

x' = Ax + Bu 이고 y = cx에서 이들을 모두 미분하면

x^' = Ax^ + Bu - K(y-y^) = Ax^ + Bu - Kc(y-y^)이고 y^ = Cx^이므로 이때, x' - x^' = A(x-x^) - KC(x-x^)이므로 결국, x^' = (A-KC)x^가 되므로 이로부터, A-KC가 안정(Stable)하면 x^의 값이 0으로 됨을 알 수 있어 K의 선택이 시스템의 안정을 좌우하는 것을 알 수 있다.

여기서, x' - x^'를 e^라 하면 x' - x^' = A(x-x^) - KC(x-x^)는 다음식 (1)으로 된다.

식(1)로부터 도 4에 도시한 상태추정기를 이용한 동적 시스템의 특성방정식을 일반적으로 자동제어 방정식에서 근을 구하는 수학식을 이용하여 구하면 다음의 식(2)과 같다.

즉, 상기 식(2)를 통해 특성방정식이 요구되는 고유치(Eigenvalues)를 갖도록 하는 것은 전술한 피드백이득을 제어하는 것만으로 가능함을 알 수 있는 것이다.

결국, 적합한 피드백상수를 선택하는 것이 적합한 고유치를 얻을 수 있고, 오차값을 빠른 시간내에 0으로 수렴시킬 수 있으므로, 오차없이 실제 차량의 상태를 추정하는 것이 가능하며 이는 실제차량을 모델차량제어시스템에 적합하도록 제어할 수 있다는 것을 의미함은 물론이다.

이와 같은 모델차량제어시스템(8)은 여러 가지 방법으로 구성할 수 있지만, 본 발명에서는 칼만필터를 이용하여 구성하게 된다.

이와 같은 칼만필터는 도 4에 도시된 바와 같이 상태추정기인 모델차량제어시스템(8)의 구조는 동일한 것으로서, 다만 모델링의 에러에 노이즈나 검출장치에 검출장치에 의한 센서노이즈를 고려하여 모델링의 에러나 센서노이즈가 있더라도 실제 차량에 대한 상태를 추정할 수 있도록 한 것이다.

칼만필터의 피그백이득(K)은 확률적시스템(Stochastic System)의 오차평균을 최소화하는 이득을 구하는 것이며 이때, 피드백이득(K)은 다음의 식(3)으로 정리될 수 있는데 이는, 칼만필터를 이용한 제어시스템의 일반적인 산출식이므로 이에 대한 식 전개는 생략한다.

여기서, P : Plant Noise Covariance, R : Sensor Noise Covariance 이다.

전술한 바와 같은 구성의 자동차의 노면가진력 조절시스템을 제공하여, 노면으로부터 차량에 전달되는 진동을 감지하고 현재 차량의 상태를 추정기를 이용하여 추정할 수 있으므로, 보다 성능을 향상시킨 현가제어시스템을 제공하게 되었다.

이상으로 상술한 내용에 본 발명의 사상이 한정되는 것은 아니며, 당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 바와 같이 공개된 내용으로 다양한 실시예를 구상할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 차량으로부터 측정되는 신호에 의해 제어되는 자동차의 현가제어시스템에 있어서, 차량의 현가 특성을 변화시키는 액추에이터와; 차량의 진동상태를 측정하는 가진력검출수단과; 차량의 현가장치와 동일한 특성을 기본데이터로 갖추어 외력에 대한 칼만필터의 산출된 제어 값을 상기 가진력검출수단으로 부터의 제어값을 일치시키는 출력 값으로 상기 액추에이터를 피드백제어하는 모델차량제어시스템을 구비한 전자제어장치로 이루어진 것을 특징으로하는 자동차의 노면가진력 조절시스템.

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