KR102370246B1 - 서스펜션 장치 및 서스펜션 제어 방법 - Google Patents

서스펜션 장치 및 서스펜션 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치는 휠과 차체측 사이에 구비되어 상기 차체에 전달되는 충격을 흡수하도록 형성된 서스펜션 장치에 있어서, 스트로크 동작하도록 스프링, 실린더 및 피스톤이 구비된 액추에이터, 실린더의 압력 및 휠과 차체측 사이의 길이인 차고 중 적어도 하나를 감지하는 센서부, 압력 및 차고 중 적어도 하나를 기초로 스트로크 동작에 따른 스트로크 변위를 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

서스펜션 장치 및 서스펜션 제어 방법{SUSPENSION DEVICE AND SUSPENSION CONTROL METHOD}
본 발명은 서스펜션 장치 및 제어 방법에 관한 것으로써, 구체적으로는 액추에이터의 스트로크 변위를 측정하는 센서부 없이 액추에이터의 압력과 차고를 기초로 스트로크의 변위를 산출하는 장치 및 이에 대한 서스펜션 제어 방법에 관한 것이다.
현가장치라고 하는 서스펜션 장치는 쇽 업소버, 스프링, 액추에이터, 서스펜션암 등으로 이루어진 장치이다. 이는 노며에서 발생하는 충격이 차체나 탑승자에게 직접적으로 전해지지 않게 충격을 흡수하는 기능과 타이어를 노면에 확실하게 접지시키는 기능이 주요한 역할이다. 따라서 이 장치에 의하여 탑승자의 승차감과 차량의 조정성 및 안정성에 큰 영향을 끼친다.
또한, 서스펜션 장치에는 차량에 부착된 센서와 액추에이터의 스트로크를 탐지하는 센서로 인하여 액추에이터의 오일 압력을 조절하고 액추에이터 실린더의 높낮이를 조절한다. 이에 따라, 감쇠력을 조절할 수 있고 차량이 코너에 진입했을시 작용하는 롤에 대응하기도 한다.
다만, 액추에이터 내부에 위치한 스트로크 센서는 단가가 높아 서스펜션 전체 단가를 높일 뿐 아니라, 액추에이터 내부에 장착되어야 하므로 시스템 복잡성이 증가하며 스트로크 센서 오류에 대한 위험이 발생할 수 있다.
하기 선행문헌은 차량의 서스펜션 시스템에 관한 것으로 서스펜션 실린더, 실린더 하우징, 피스톤, 커넥팅 로드에 대한 기술적 특징이 기재되어 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 포함하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 10-2006-0122960
본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치 및 서스펜션 제어 방법은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 스트로크 동작에 따른 스트로크 변위를 산출하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
둘째, 종래 대비 원가를 절감할 수 있는 서스펜션 장치 및 서스펜션 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정하지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치는 휠과 차체측 사이에 구비되어 상기 차체에 전달되는 충격을 흡수하도록 형성된 서스펜션 장치에 있어서, 스트로크 동작하도록 스프링, 실린더 및 피스톤이 구비된 액추에이터, 실린더의 압력 및 휠과 차체측 사이의 길이인 차고 중 적어도 하나를 감지하는 센서부, 압력 및 차고 중 적어도 하나를 기초로 스트로크 동작에 따른 스트로크 변위를 산출하는 제어부를 포함한다.
제어부는 스트로크 변위를 하기 수학식을 이용하여 추정한다.
[수학식]
Figure 112015088143150-pat00001
(y : 스트로크 변위[m], H : 차고[m], Mr : 액추에이터 질량[kg], P: 실린더 압력[bar], A : 실린더의 면적[
Figure 112015088143150-pat00002
], Ks Dr : 상수)
제어부는 스트로크 변위를 기초로 상기 스프링의 압축에 따른 상기 휠 및 상기 차체측에 가해지는 힘을 산출하고, 산출된 힘에 따라 유체가 실린더로 유입되도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 서스펜션 장치 제어 방법은 센서부에서 스프링, 실린더 및 피스톤이 구비된 엑추에이터의 실린더 압력 및 휠과 액추에이터 사이의 길이인 차고를 검출하는 단계, 제어부에서 압력 및 차고 중 적어도 하나를 기초로 액추에이터의 스트로크 변위를 산출하는 단계, 스트로크 변위를 기초로 상기 스프링 압축 여부에 따라 상기 휠 및 상기 차체측에 가해지는 힘을 산출하는 단계를 포함한다.
스트로크 변위를 산출하는 단계는 스트로크 변위를 하기 수학식을 이용하여 산출한다.
[수학식]
Figure 112015088143150-pat00003
(y : 스트로크 변위[m], H : 차고[m], Mr : 액추에이터 질량[kg], P: 실린더 압력[bar], A : 실린더의 면적[
Figure 112015088143150-pat00004
], Ks Dr : 상수)
휠 및 차체측에 가해지는 힘을 산출하는 단계 이후에는 산출된 힘에 따라 유체를 실린더로 유입하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치 및 서스펜션 제어 방법은 제어부에서 액추에이터의 압력 및 차고를 기초로 스트로크의 변위를 산출할 수 있다.
또한, 종래의 변위 센서를 구비하고 있지 않아 종래 대비 원가 절감을 할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 다른 서스펜션 장치를 계략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치의 액추에이터 스트로크 변위를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치 제어 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠다. 첨부한 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사항이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치는 쇽 업소버, 액추에이터(30), 센서부(40), 제어부(50)를 포함한다.
액추에이터(30)는 스트로크 동작하도록 스프링(36), 실린더(32) 및 피스톤(34)으로 구성된다.
구체적으로, 액추에이터(30)의 스프링(36)은 수동 강철 나선형 압축 스프링으로 차체(10)와 휠(20)사이에 구비되고, 실린더(32)는 유체 실린더(hydraulic cylinder)로 구성되어 차체(10)측에 부착된다.
또한, 스프링(36)의 상부 접합부에는 차체(10)측에 부착된 실린더(36)의 피스톤(Piston)(34)이 구비되고, 피스톤(34) 대신 설계방식에 따라 플런저(Plunger)로 구성될 수 있다.
유체 실린더(36)는 유체가 저장되어 있는 리저버(60)와 연결되고, 실린더(36)와 리저버(60) 사이에 밸브가 구비되어 실린더(36)의 압력에 의하여 유체를 공급받거나 회수될 수 있다.
쇽 업서버(Shock Absorber)는 액추에이터(30)와 평행하게 차체(10)와 휠(20) 사이에 구비되어 차체에 전달되는 충격을 흡수한다.
센서부(40)는 실린(32)의 압력 및 휠(20)과 차체(10)측 사이의 길이인 차고(H) 중 적어도 하나를 감지한다.
제어부(50)는 압력 및 차고(H) 중 적어도 하나를 기초로 액추에이터의 스트로크 동작에 따른 스트로크 변위(y)를 산출한다.
스트로크 변위(y)는 스프링 압축에 따라 피스톤(34)이 실린더(32) 내부에서 상하 방향으로 이동되는 거리를 의미한다.
따라서, 종래와 같이 별도의 스트로크 변위(y)를 탐지하는 고가의 센서 없이 압력 및 차고를 기초로 스트로크 변위(y)를 산출하므로 종래 대비 원가를 절감할 수 있고 서스펜션 장치를 단순화할 수 있다.
또한, 별도의 스트로크 센서 없이 실린더(36)의 압력 및 차고(H)를 기초로 스트로크 변위(y)를 산출하므로 센서 오작동에 대한 위험성을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치의 제어부(50)는 스트로크 변위(y)를 하기 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112015088143150-pat00005
(y : 스트로크 변위[m], H : 차고[m], Mr : 액추에이터 질량[kg], P: 실린더 압력[bar], A : 실린더의 면적[
Figure 112015088143150-pat00006
], Ks Dr : 상수)
또한, 위 수학식은 라플라스 변환(Laplace Transform)을 통하여 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.
Figure 112015088143150-pat00007
Figure 112015088143150-pat00008
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 차량이 운행중이거나 정지시에 위 수학식을 기초로 스트로크의 변위(y)를 산출한 값(Posi Est)이 종래에 존재했던 센서에서 탐지된 값(Posi)과 유사하다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 제어부(50)는 스트로크 변위(y)를 기초로 스프링(36)의 압축에 따른 상기 휠(20) 및 차체(10)측에 가해지는 힘(Active force)을 산출하고, 산출된 힘에 따라 유체가 실린더(34)로 유입되도록 할 수 있다.
따라서, 차체(10)가 롤 회전상태 혹은 기타 외부환경에 의하여 스프링(36)이 압축되어 스트로크 변위(y)가 변화되고 차체의 하중이 한쪽으로 기울어질 경우, 휠(20) 및 차체(10)측에 가해지는 힘을 산출하고, 산출된 힘에 따라 리저버(60)에 저장되어 있는 유체를 실린더로 이동시킬 수 있다.
이에 따라, 스프링(36) 압축을 보상할 수 있고, 차체(10)의 하중이 한쪽으로 기울지는 것을 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 서스펜션 장치 제어 방법에 대하여 설명하도록 하며, 본 발명의 실시 예에 따른 서스펜션 장치에서의 설명과 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 서스펜션 장치 제어 방법은 압력 및 차고를 검출하는 단계(S100); 스트로크 변위를 산출하는 단계(S200), 휠 및 차체 측에 가해지는 힘을 산출하는 단계(S300)를 포함한다.
압력 및 차고(H)를 검출하는 단계(S100)는 센서부(40)에서 스프링(36), 실린더(32) 및 피스톤(34)이 구비된 엑추에이터(30)의 압력 및 휠(20)과 차체(10)측 사이의 길이인 차고(H) 중 적어도 하나를 검출하는 단계이다.
스트로크 변위를 산출하는 단계(S200)는 제어부(50)에서 상기 실린더(36)의 압력 및 상기 차고(H) 중 적어도 하나를 기초로 상기 액추에이터(30)의 스트로크 변위(y)를 산출하는 단계이다.
따라서, 종래와 같이 별도의 스트로크 변위(y)를 탐지하는 고가의 스트로크 센서 없이 압력 및 차고를 기초로 스트로크 변위(y)를 산출하므로 종래 대비 원가를 절감할 수 있고 서스펜션 장치를 단순화할 수 있다.
또한, 스트로크 센서 없이 압력 및 차고를 기초로 스트로크 변위(y)를 산출하므로 센서 오작동에 대한 위험성을 줄일 수 있다.
휠(20) 및 차체(10) 측에 가해지는 힘을 산출하는 단계(S300)는 스트로크 변위를 기초로 스프링(36) 압축 여부에 따라 휠(20) 및 상기 차체(10)측에 가해지는 힘을 산출하는 단계이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 서스펜션 장치 제어 방법의 스트로크 변위를 산출하는 단계(S200)는 스트로크 변위를 하기 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112015088143150-pat00009
(y : 스트로크 변위[m], H : 차고[m], Mr : 액추에이터 질량[kg], P: 실린더 압력[bar], A : 실린더의 면적[
Figure 112015088143150-pat00010
], Ks Dr : 상수)
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 서스펜션 장치 제어 방법의 휠(20) 및 차체(10)측에 가해지는 힘을 산출하는 단계(S300) 이후에는 유체를 유입하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
유체를 유입하는 단계(S400)는 산출된 힘에 따라 유체를 상기 실린더(34)로 유입하는 단계(S400)이다.
따라서, 차체(10)가 롤 회전상태 혹은 기타 외부환경에 의하여 스프링(36)이 압축되어 스트로크 변위(y)가 변화되고 차체(10)의 하중이 한쪽으로 기울어질 경우, 휠(20) 및 차체(10)측에 가해지는 힘을 산출하고, 산출된 힘에 따라 리저버(60)에 저장되어 있는 유체를 실린더로 이동시킬 수 있다.
이에 따라, 스프링 압축을 보상하고 차체의 하중이 한쪽으로 기울어지는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 차체 20 : 휠
30 : 액추에이터 32 : 실린더
34 : 피스톤 36 : 스프링
40 : 센서부 50 : 제어부
60 : 리저버

Claims (6)

  1. 휠과 차체측 사이에 구비되어 상기 차체에 전달되는 충격을 흡수하도록 형성된 서스펜션 장치에 있어서,
    스트로크 동작하도록 스프링, 실린더 및 피스톤이 구비된 액추에이터;
    상기 실린더의 압력 및 휠과 차체측 사이의 길이인 차고(H) 중 적어도 하나를 감지하는 센서부;
    상기 압력 및 상기 차고(H) 중 적어도 하나를 기초로 상기 스트로크 동작에 따른 스트로크 변위(y)를 산출하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 스트로크 변위(y)를 하기 수학식을 이용하여 산출하는 서스펜션 장치.
    [수학식]
    Figure 112021133591942-pat00011

    (y : 스트로크 변위[m], H : 차고[m], Mr : 액추에이터 질량[kg], P: 실린더 압력[bar], A : 실린더의 면적[
    Figure 112021133591942-pat00012
    ], Ks Dr : 상수)
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 스트로크 변위를 기초로 상기 스프링의 압축에 따른 상기 휠 및 상기 차체측에 가해지는 힘을 산출하고,
    상기 산출된 힘에 따라 유체가 상기 실린더로 유입되도록 하는 서스펜션 장치.
  4. 센서부에서 스프링, 실린더 및 피스톤이 구비된 엑추에이터의 실린더 압력 및 휠과 차체측 사이의 길이인 차고(H) 중 적어도 하나를 검출하는 단계;
    제어부에서 상기 압력 및 상기 차고(H) 중 적어도 하나를 기초로 상기 액추에이터의 스트로크 변위(y)를 산출하는 단계;
    상기 스트로크 변위(y)를 기초로 상기 스프링 압축 여부에 따라 상기 휠 및 상기 차체측에 가해지는 힘을 산출하는 단계; 를 포함하고,
    상기 스트로크 변위(y)를 산출하는 단계는
    상기 스트로크 변위(y)를 하기 수학식을 이용하여 산출하는 서스펜션 장치 제어 방법.
    [수학식]
    Figure 112021133591942-pat00013

    (y : 스트로크 변위[m], H : 차고[m], Mr : 액추에이터 질량[kg], P: 실린더 압력[bar], A : 실린더의 면적[
    Figure 112021133591942-pat00014
    ], Ks Dr : 상수)
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 휠 및 상기 차체측에 가해지는 힘을 산출하는 단계 이후에는
    상기 산출된 힘에 따라 유체를 상기 실린더로 유입하는 단계;
    를 더 포함하는 서스펜션 장치 제어 방법.
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