KR100835204B1 - 차량의 공기현가장치 및 그것을 이용한 차량의 중량정보획득방법 - Google Patents

차량의 공기현가장치 및 그것을 이용한 차량의 중량정보획득방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라, 차량의 중량정보 획득이 가능한 공기현가장치가 개시된다. 상기 공기현가장치는, 복수의 에어스프링들과, 압축공기로써 상기 에어스프링들 각각의 내압을 조절하는 솔레노이드밸브들을 구비한 밸브블록과, 상기 밸브블록의 내압을 측정하도록 설치된 압력센서와, 해당 에어스프링의 내압이 상기 밸브블록으로 전이된 때, 상기 압력센서로부터 받은 상기 밸브블록의 내압 정보를 이용해, 상기 해당 에어스프링에 대응되는 차륜 측의 질량을 계산하는 ECU를 포함한다.
중량정보, 공기현가장치, 에어스프링, ECU, 압력센서, 질량, 차륜

Description

차량의 공기현가장치 및 그것을 이용한 차량의 중량정보 획득방법{AIR SUSPENSION APPARATUS OF VEHICLE AND METHOD FOR ACQUIRING VEHICLE'S WEIGHT INFORMATIONS USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기현가장치를 도시한 블록구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기현가장치의 공압회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기현가장치를 이용한 차량의 중량정보 획득방법을 설명하기 위한 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
20: 밸브블록 21, 22, 23, 24: 솔레노이드밸브
31, 32, 33, 34:에어스프링 40: ECU
51: 압력센서
본 발명은 차량의 공기현가장치 및 그것을 이용하여 차량의 중량정보를 획득하는 방법에 관한 것이다.
차량의 중량은 차량의 주행, 제동, 선회 등에 큰 영향을 미치는 변수들 중의 하나이다. 차량의 중량은 승차 인원이나 적재물의 하중에 따라 크게 달라진다. 따라서, 차량의 중량정보를 실시간으로 획득할 수 있다면, 그 획득된 차량의 중량정보를 이용하여 차량의 성능 및 안정성을 크게 향상시킬 수 있을 것이다.
그러나, 정지 중인 차량은 차량용 저울을 이용하여 중량의 측정이 가능하지만, 주행 중인 차량의 중량을 측정하는 것은 쉽지 않다. 최근 개발된 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS; Tire Pressure Monitoring System)을 이용하면, 타이어 압력을 이용하여 차량 중량을 어느 정도 유추하는 것이 가능하지만, 이러한 차량 중량의 유추는 매우 부정확하다.
한편, 근래의 많은 차량은 차고센서에서 측정된 차고 정보를 기초로 하여 차륜 측에 설치된 에어스프링의 내부 압력 변화를 이용해 차고를 제어하는 공기현가장치가 탑재되는 바, 본 발명자는 차량에 탑재되는 공기현가장치에 차량의 중량정보를 획득할 수 있는 기능을 추가하고자 하는 많은 연구를 해왔다. 그 결과, 본 발명자는, 공기현가장치의 주요 구성을 이용하여, 주행중 차량의 중량을 알 수 있도록 해주는, 차륜 측 질량을 획득하는 기술을 개발하게 되었다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 에어스프링의 내압을 밸브블록의 내압으로 전이하고, 그 전이된 내압의 측정을 통해, 차륜 측 질량, 더 나아가서는, 차량의 질량 및/또는 중량과 같은, 정보의 획득이 가능한 공기현가장치 및 그것을 이용한 차량의 중량정보 획득방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 공기현가장치는, 복수의 에어스프링들과,압축공기로써 상기 에어스프링들 각각의 내압을 조절하는 솔레노이드밸브들을 구비한 밸브블록과, 상기 밸브블록의 내압을 측정하도록 설치된 압력센서와, 해당 에어스프링의 내압이 상기 밸브블록으로 전이된 때, 상기 압력센서로부터 받은 상기 밸브블록의 내압 정보를 이용해, 상기 해당 에어스프링에 대응되는 차륜 측의 질량을 계산하는 ECU를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 ECU는 상기 복수의 에어스프링들의 내압을 차례대로 상기 밸브블록의 내압으로 전이시켜, 상기 복수의 에어스프링들에 대응되는 차륜 측 질량을 차례대로 계산하도록 구성된다. 상기 ECU는 상기 차례대로 계산된 각 차륜 측의 질량을 더하여 그 더해진 질량을 주행중인 차량의 질량 계산에 이용하도록 구성된다. 상기 해당 에어스프링으로부터 상기 밸브블록으로의 내압 전이를 위해, 상기 ECU는, 상기 밸브블록과 연결된 배기밸브를 개방하여 상기 밸브블록의 내압을 제거한 후, 상기 해당 에어스프링과 연결된 솔레노이드밸브를 순간적으로 개방한 후 닫아 상기 밸브블록에 상기 에어스프링의 압축공기가 채워지는 제어를 하도록 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 복수의 에어스프링들과, 압축공기로써 에어스프링들 각각의 내압을 조절하는 솔레노이드밸브들을 구비한 밸브블록과, 상기 밸브블록의 내압을 측정하도록 설치된 압력센서와, 상기 밸브블록을 제어하는 ECU를 포함하는 공기현가장치를 이용한 차량의 중량정보 획득방법이 제공되며, 상기 획득방법은, (a) 해당 에어스프링의 내압을 상기 밸브블록의 내압으로 전이시키는 단계 와, (b) 상기 압력센서를 이용하여, 상기 밸브블록의 내압을 측정하는 단계와, (c) 상기 압력센서에서 측정된 내압 정보를 이용해 상기 해당 에어스프링에 대응되는 차륜 측의 질량을 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 차량의 중량정보 획득방법은, 상기 (a) 단계의 수행 여부를 차량의 주행 상태를 미리 확인하여 결정하는 단계를 상기 (a) 단계 전에 더 포함한다. 이때, 상기 차량의 주행 상태는, 상기 ECU와 연결된 센서들 또는 타 제어시스템으로부터 얻은 정보를 이용하여 확인된다. 상기 복수의 에어스프링들 각각에 대하여, 상기 (a), (b), (c) 단계를 수행하여, 각 차륜 측의 질량을 차례대로 계산하고, 상기 계산된 각 차륜 측의 질량을 더하여 차량의 질량 계산에 이용할 수 있다. 여기에서, 상기 각 차륜의 질량 및 차량의 질량은 궁극적으로 차량의 중량 획득을 가능하게 해주는 보들이며, 따라서, 각 차륜의 질량 및 차량의 질량은 차량 중량과 함께 본 발명의 방법에 의한 획득 대상이 되는 중량정보들인 것이다.
이때, 에어스프링이 차량의 모든 차륜(특히, 네개의 차륜)들에 설치된 차량의 경우, 상기 각 차륜 측 질량의 합이 차량의 질량이 된다. 하지만, 두 후륜에만 에어스프링이 설치되는 차량의 경우, 에어스프링이 설치되지 않은 차륜 측의 질량은 차량 설계 재원 상의 차륜 측 질량으로 대체된다.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 밸브블록과 연결된 배기밸브를 개방하여, 상기 밸브블록의 내압을 제거한 후, 상기 해당 에어스프링과 연결된 솔레노이드밸브를 순간적으로 개방한 후 닫아, 상기 밸브블록에 상기 에어스프링의 압축공기가 채워지도록 하는 것에 의해 이루어진다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 중량정보 획득 기능을 갖는 공기현가장치를 도시한 블록구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 공기현가장치의 공압회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 공기현가장치는, 차량의 각 차륜 측에 설치되는 네개의 에어스프링(31, 32, 33, 34)을 포함한다. 상기 에어스프링(31, 32, 33, 34)들 각각은 압축기(10)로부터 공급되고, 밸브블록(20)에 의해 분배되는 압축공기에 의해 내부압력이 조절되어 차량의 차고 제어에 이용된다. 상기 공기현가장치는, 각 차륜 측의 차고를 측정하는 복수의 차고센서(64)를 포함한다. 도시의 편의를 위해, 도 1에는 하나의 차고센서(64)만이 도시되어 있다.
상기 밸브블록(20)은 상기 에어스프링(31, 32, 33, 34)과 연결된 채 각 에어스프링으로 압축공기의 공급 및 배기를 제어하는 복수의 솔레노이드밸브(21, 22, 23, 24)를 포함한다. 상기 솔레노이드밸브(21, 22, 23, 24)들은 ECU(40)에 의해 온/오프 제어된다. 도 2에 도시된 리저버 탱크(2)와 리저버 밸브(25)는 공기현가장치에 흔히 이용되는 것으로 본 발명의 핵심적인 사항이 아니므로 그 구체적인 설명은 생략한다.
상기 압축기(10)는 전기 모터에 의해 구동되어 압축공기를 발생시키는 공기 압축부(12)와 배기밸브(14)를 포함한다. 통상은 상기 배기밸브(14)가 압축기(10)의 일부로 구성되지만, 그 압축기(10) 외부에서 압축기(10)의 공압 관로와 연결되는 것도 고려될 수 있다.
본 실시예에 따른 공기현가장치는 밸브블록(20) 내의 압력을 측정하는 압력센서(51)를 포함한다. 이하 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 압력센서(51)는, 에어스프링(31, 32, 33, 34)의 내압으로부터 밸브블록(20)의 내압으로 전이된 밸브블록(20) 내의 공기 압력을 측정하는데 이용된다. 본 명세서에서, "에어스프링의 내압로부터 밸브블록의 내압으로 전이된다"의 의미는, ECU(40)에 의한 제어에 의해, 각 에어스프링(31, 32, 33, 34)의 내압을 반영하는 공기 압력이 밸브블록(20)에 채워진다는 것을 의미한다.
도 2를 참조하면, 배기밸브(14)에 의해 밸브블록(20) 내의 압력이 제거될 수 있다. 또한, 밸브블록(20)의 압력이 제거된 상태에서, 하나의 솔레노이드밸브(21)를 순간적으로 개방한 후 닫으면, 밸브블록(20) 내에는 에어스프링(31)에 채워져 있던 압축공기가 상기 밸브블록(20) 내로 채워진다. 이때, 압력센서(51)가 상기 밸브블록(20)의 내압을 측정하면, 상기 밸브블록(20)에 압축공기가 채워지기 직전의 에어스프링(21)의 내압과 일정한 관계를 갖는 압력, 즉, 에어스프링의 내압으로부터 밸브블록의 내압으로 전이된 압력을 알 수 있게 된다.
상기 ECU(40)는 상기 측정된 밸브블록(20)의 내압을 이용하여 하나의 에어스프링(31)에 대응되는 차륜 측의 질량을 계산할 수 있으며, 그 계산식은 아래의 [수학식 1]과 같다.
M1 = R1 * P1 * A1/G
(여기에서, M1(kg)는 해당 차륜 측 질량, P1(pascal)은 측정된 밸브블록의 내압, A1는 해당 에어스프링의 유효 단면적(m2), R1은 밸브블록과 에어스프링 사이의 레버비(lever ratio), G는 중력가속도)
위 [수학식 1]에서의 밸브블록과 에어스프링 사이의 레버비는 에어스프링의 내압과 에어스프링의 내압 사이의 일정 관계를 반영하는 비율이다.
위 하나의 차륜 측 질량을 계산하는 과정을 다른 차륜들 측의 질량에 대하여 수행하면, 아래의 [수학식 2]와 같이 차량의 질량이 계산된다.
M = M1 + M2 + M3+ M4 (여기에서, M은 차량 질량, M1, M2, M3, M4는 각 에어스프링들에 대응되는 차륜들 측의 질량들)
전술한 것과 같이 차량의 질량과 같은 차량중량 정보를 획득하는 제어의 수행 전에, 도 1에 도시된 ECU(40)은, 차량의 주행 상태를 먼저 확인하여, 에어스프링의 내압의 순간 변화에 따른 차량 안정성 저하 또는 차량 승차감 저하를 최소화시켜야 한다.
이를 위해, 상기 ECU(40)는, 도 1에 도시된 차속센서(61), 조향각센서(62), 가속도센서(63), 차고센서(64) 등으로부터 얻은 정보를 이용한다. 상기 ECU(40)는 위의 정보들을 이용하여, 차량이 미리 정해진 범위 내의 속도로 주행중이고, 미리 정해진 기준을 벗어나는 선회, 제동, 가속 주행이 아니고, 노면 거칠기가 심하지 않은 경우(차량의 상하 진동폭이 일정값 이하인 경우)에 한하여, 상기 차량의 질량 계산 또는 차량의 중량정보 획득을 위한 제어를 수행한다. 이때, 상기 ECU(40)이 공기현가장치에 구비된 위 센서(61, 62, 63, 64)들을 모두 이용하여 상기 차량의 행 상태를 확인할 수도 있지만, 위 센서들 중 적어도 일부를 생략하고, 예를 들면, ABS, EPS 등과 같은 타 제어시스템으로부터 네트워크를 통해 얻은 정보를 상기 차량의 주행상태를 확인하는데 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 중량정보 획득방법을 도시한 순서도이다. 도 1 내지 도 3, 특히, 도 3을 참조로 하여 상기 중량정보 획득방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, ECU(40)은 센서들(61, 62, 63, 64) 또는 타 제어시스템으로부터 얻은 정보를 기초로 차량의 주행상태를 확인한다(S100). 현재의 차량 주행상태가 에어스프링(31, 32, 33, 34)의 내압 변화로 인해 승차감 또는 안정성을 저해하지 않는다고 판단되면, 상기 ECU(40)는 차량의 중량정보 획득을 위한 다음 단계들(S101, S102, S103, S104, S105)을 수행할 수 있다.
단계(S101)에서는 도 2에 도시된 배기밸브(14)를 통해 솔레노이드밸브들(21, 22, 23, 24)를 구비한 밸브블록(20) 내의 압력을 제거한다. 그 다음, 단계(S102)에서는, 에어스프링(31, 32, 33, 34)들 중 하나의 에어스프링 내압을 밸브블록(20)의 내압으로 전이시킨다. 그러한 내압의 전이는 해당 에어스프링과 연결된 솔레노드이드밸브들(21, 22, 23, 24) 중 하나의 솔레노이드밸브를 일시 개방한 후 즉시 닫아 밸브블록(20) 내에 해당 에어스프링에 차있던 압축공기가 채워지도록 함으로써 이루어질 수 있다. 그 다음, 단계(S103)에서는 해당 에어스프링으로부터 전이된 밸브 블록(20) 내의 압력을 압력센서(51)을 이용하여 측정한다.
그 다음, 단계(S104)에서는 위 [수학식 1]을 이용하여 해당 에어스프링에 대응되는 차륜 측의 질량을 계산한다. 그 다음, 도시하지는 않았지만, 상기 단계들(S101, S102, S103, S104)을 반복 수행하여, 다른 에어스프링에 대응되는 차륜 측의 질량들도 계산한다. 그 다음, 계산된 각 차륜 측의 질량들을 [수학식 2]에 나타낸 것과 같이 더하여, 차량의 질량을 계산한다(S105). 차량의 질량을 계산함에 있어서, 에어스프링이 모든 차륜 측에 설치되지 않고 예를 들면 후륜 측에만 설치된 경우, 전륜 측의 질량은 차량의 설계 재원에 의해 정해지는 질량을 대체된다.
압력센서를 밸브블록이 아닌 각 에어스프링 내부에 설치하는 것도 고려된 바 있지만, 압력센서를 에어스프링 내에 설치하여 제조하는 것은 너무나 많은 비용이 초래하여 실용적이지 못하다.
본 발명에 따르면, 승차 인원이나 적재물의 하중에 따라 달라지는 차량의 중량 정보를 실시간으로 획득할 수 있으며, 그 획득된 정보를 이용하여 차량의 성능 및 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 복수의 에어스프링들과;
    압축공기로써 상기 에어스프링들 각각의 내압을 조절하는 솔레노이드밸브들을 구비한 밸브블록과;
    상기 밸브블록의 내압을 측정하도록 설치된 압력센서와;
    상기 복수의 에어스프링들 중 해당 에어스프링의 내압이 상기 밸브블록으로 전이된 때, 상기 압력센서로부터 받은 상기 밸브블록의 내압 정보를 이용해, 상기 해당 에어스프링에 대응되는 차륜 측의 질량을 계산하는 ECU를 포함하며,
    상기 해당 에어스프링으로부터 상기 밸브블록으로의 내압 전이를 위해, 상기 ECU는, 상기 밸브블록과 연결된 배기밸브를 개방하여 상기 밸브블록의 내압을 제거한 후, 상기 해당 에어스프링과 연결된 솔레노이드밸브를 순간적으로 개방한 후 닫아 상기 밸브블록에 상기 에어스프링의 압축공기가 채워지는 제어를 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 공기현가장치.
  3. 복수의 에어스프링들과;
    압축공기로써 상기 에어스프링들 각각의 내압을 조절하는 솔레노이드밸브들을 구비한 밸브블록과;
    상기 밸브블록의 내압을 측정하도록 설치된 압력센서와;
    상기 복수의 에어스프링들 중 해당 에어스프링의 내압이 상기 밸브블록으로 전이된 때, 상기 압력센서로부터 받은 상기 밸브블록의 내압 정보를 이용해, 상기 해당 에어스프링에 대응되는 차륜 측의 질량을 계산하는 ECU를 포함하며,
    상기 ECU는, 상기 복수의 에어스프링들의 내압을 차례대로 상기 밸브블록의 내압으로 전이시켜, 상기 복수의 에어스프링들에 대응되는 차륜 측 질량을 차례대로 계산하고, 상기 차례대로 계산된 각 차륜 측의 질량을 더하여, 그 더해진 질량을 주행중인 차량의 질량 계산에 이용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 공기현가장치.
  4. 복수의 에어스프링들과, 압축공기로써 에어스프링들 각각의 내압을 조절하는 솔레노이드밸브들을 구비한 밸브블록과, 상기 밸브블록의 내압을 측정하도록 설치된 압력센서와, 상기 밸브블록을 제어하는 ECU를 포함하는 공기현가장치를 이용한 차량의 중량정보 획득방법으로서,
    (a) 상기 복수의 에어스프링들 중 해당 에어스프링의 내압을 상기 밸브블록의 내압으로 전이시키는 단계와;
    (b) 상기 압력센서를 이용하여, 상기 밸브블록의 내압을 측정하는 단계와;
    (c) 상기 압력센서에서 측정된 내압 정보를 이용해 상기 해당 에어스프링에 대응되는 차륜 측의 질량을 계산하는 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 중량정보 획득방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 (a) 단계의 수행 여부를 차량의 주행 상태를 미리 확인하여 결정하는 단계를 상기 (a) 단계 전에 더 포함하며, 상기 차량의 주행 상태는, 상기 ECU와 연결된 센서들 또는 타 제어시스템으로부터 얻은 정보를 이용하여 확인되는 것을 특징으로 하는 차량의 중량정보 획득방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 복수의 에어스프링들 각각에 대하여, 상기 (a), (b), (c) 단계를 수행하여, 각 차륜 측의 질량을 차례대로 계산하고, 상기 차례대로 계산된 각 차륜 측의 질량을 더하여 차량의 질량 계산에 이용하는 것을 특징으로 하는 차량의 중량정보 획득방법.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 차륜 측의 질량은 하기 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 중량정보 획득방법.
    [수학식]
    Mi = Ri * Pi * Ai/G
    (여기에서, Mi(kg)는 차륜 측 질량, Pi(pascal)은 측정된 밸브블록 내압, Ai는 스프링의 유효 단면적(m2), Ri은 밸브블록과 에어스프링 사이의 레버비, G는 중력가속도 )
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 (a) 단계는, 상기 밸브블록과 연결된 배기밸브를 개방하여, 상기 밸브블록의 내압을 제거한 후, 상기 해당 에어스프링과 연결된 솔레노이드밸브를 순간적으로 개방한 후 닫아, 상기 밸브블록에 상기 에어스프링의 압축공기가 채워지도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 중량정보 획득방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH11115444A (ja) * 1997-10-14 1999-04-27 Nissan Diesel Motor Co Ltd エアサスペンション装置
KR20050085137A (ko) * 2002-11-21 2005-08-29 르노 에스.아.에스. 자동 변속비 선택 제어 방법

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