KR20170090444A - 조향 장치 및 조향 장치를 제어하는 방법 - Google Patents

조향 장치 및 조향 장치를 제어하는 방법 Download PDF

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카이반 카시
카타리나 부르데싸
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티알더블유 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본원에는, 자동차용 조향 장치(10)로서, 자동차를 조향하기 위한 조향 요소(12)와, 자동차의 휠(20)이 상기 조향 요소(12)의 작동의 함수로서 조정되게 하는 작동 요소(18)를 포함하는 조향 장치가 기술되어 있다. 상기 조향 요소(12)에는, 조향 보조 유닛(22)이, 특히 조향 요소(12)의 능동 복귀를 위한 전자 조향 보조 유닛이, 연결되어 있고, 상기 조향 보조 유닛은, 모터(26)와, 보조 토크를 발생시키기 위해 모터(26)를 구동시키는 개폐 루프 제어 유닛(24)을 포함한다. 상기 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 상기 작동 요소(18)의 위치를 직접적으로 감지하는 제1 센서(28)로부터 데이터를 수신하고, 상기 모터(26)를 상기 작동 요소(18)의 위치의 함수로서 구동한다. 본원에는, 조향 장치(10)를 제어하는 방법도 또한 기술되어 있다.

Description

조향 장치 및 조향 장치를 제어하는 방법{STEERING DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING A STEERING DEVICE}
본 발명은 자동차용 조향 장치와 조향 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.
자동차의 현대의 조향 장치는 요즘에는 통상적으로 전자 보조식이고, 이에 따라 자동차의 운전자에 의해 인가되는 조향 토크는 전자 조향 보조 유닛에 의해 증폭된다. 이러한 방식에서, 운전자는 자동차를 조향하는 프로세스가 전반적으로 더 편안하다고 인지할 것이다. 또한, 조향 보조 유닛은 카운터-토크를 발생시킬 수 있고, 이에 따라 특히 고속에서, 조향을 위해 운전자가 증가된 조향 토크를 인가할 필요가 있게 된다. 이는 운전 안전성에 유익하다.
전자 조향 보조 유닛은 통상적으로, 소정의 조향 장치의 마찰 및 질량 관성을 야기하는 트랜스미션과 전기 모터를 포함한다. 특히, 전자 보조식이 아닌 조향 장치에서 운전자에게 친숙한, 조향 장치의 자동적인, 또한 바람직한 복귀 거동이, 불리한 영향을 받게 된다. 이 불리한 영향의 결과, 차량의 진로 때문에 코너링에서 직진으로 전환할 때, 휠은 복귀하지만, 운전자는 상기 휠의 복귀와 연관된 토크를 조향 요소에서 인지하지 못할 것이다.
종래 기술에서는, 적절한 보조 토크가 복귀 동작을 위해 발생됨으로써, 복귀 거동이 전자 조향 보조 유닛에 의해 능동적으로 제공된다. 이를 위해, 전자 조향 보조 유닛은, 조향 각도와, 조향 휠의 각속도, 그리고 차량의 속도를 센서에 의해 감지하고 이에 맞춰 전기 모터를 구동하여, 발생된 보조 토크를 통해, 조향 요소가 자동적으로 복귀한다는 느낌을 운전자에게 주는, 개폐 루프 제어 유닛을 포함한다.
그러나 여기서, 조향 각도와 조향 휠의 각속도는 조향 축에서 감지되며, 조향 축은 차량의 타입에 따라, 휠에 대하여 서로 다른 전달비를 가지므로, 각각의 차량 토폴로지에 영향을 미치는 팩터는 여전히 많은 시간이 걸리는 방식으로 고려되고 보정되어야 한다는 단점이 있는 것으로 드러났다. 또한, 영향을 미치는 팩터로는, 예를 들어 조향 축의 경사, 캐스터 및 조향 차축 기하형상의 스티어링 오프셋 등이 있다.
본 발명의 과제는, 조향 장치와, 차량의 토폴로지와는 무관하게 조향 장치의 능동 복귀 동작을 허용하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는, 자동차용 조향 장치로서, 자동차를 조향하기 위한 조향 요소와, 자동차의 휠이 상기 조향 요소의 작동의 함수로서 조정되게 하는 작동 요소로서, 조향 보조 유닛이, 특히 조향 요소의 능동 복귀를 위한 전자 조향 보조 유닛이, 연결되어 있는 것인 작동 요소를 포함하고, 상기 조향 보조 유닛은, 모터와, 보조 토크를 발생시키기 위해 모터를 구동시키는 개폐 루프 제어 유닛을 포함하며, 상기 개폐 루프 제어 유닛은, 상기 작동 요소의 위치를 직접적으로 감지하는 제1 센서로부터 데이터를 수신하고, 상기 모터를 상기 작동 요소의 위치의 함수로서 구동하는 것인, 조향 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 과제는 또한, 조향 장치를, 특히 전술한 타입의 조향 장치를, 제어하는 방법으로서, 개폐 루프 제어 유닛이 제1 센서에 의하여 작동 요소의 위치를 감지하고, 상기 개폐 루프 제어 유닛은, 조향 요소를 작동 요소의 위치의 함수로서 복귀시키기 위해 모터의 보조 토크를 산출하는 것인, 조향 장치의 제어 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 기본 개념은, 개폐 루프 제어 유닛이 모터를 작동 요소의 위치의 함수로서 직접적으로 구동하므로, 이에 따라 조향 요소와 작동 요소 사이의 전달비뿐만 아니라 조향 요소와 작동 요소 사이의 제조 공차 및 탄성도 도외시될 수 있다는 것이다. 일반적으로, 휠에 직접적으로 연결되어 있는 작동 요소의 위치를 센서가 감지하므로, 모터 구동의 경우, 휠의 위치를 직접적으로 캡처하는 제어 변수가 사용된다. 본 발명에 따른 조향 장치는, 차량 토폴로지 및 조향 장치의 배치 구성과는 관계 없이 조향 요소의 능동적인 복귀를 허용한다. 상기 조향 장치의 구성에서 유추하여, 상기 방법은, 작동 요소의 위치가 상기 제어 변수로서 직접적으로 감지되므로, 조향 요소를 복귀시키기 위한 모터의 보조 토크가 차량의 토폴로지와는 무관하게 산출되는 것을 허용한다. 따라서, 본 발명에 따르면 정확하게는, 종래 기술에서 행해지는 바와 같이, 조향 요소를 복귀시키는 모터의 보조 토크를 산출하기 위해, 조향 요소의 조향 각도 및/또는 조향 휠 각속도가 센서에 의해 감지되는 것은 아니다. 실제로, 조향 각도 및/또는 조향 휠 각속도에 기초한 산출은, 차량의 토폴로지 및 조향 장치의 배치 구성에 좌우되므로, 보편적이지 않다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 개폐 루프 제어 유닛은 상기 작동 요소의 속도를 감지하는 제2 센서로부터 데이터를 수신하고, 상기 제1 센서와 제2 센서는 보다 구체적으로는 센서 유닛으로 구성되도록 되어 있는 구성이 제공된다.
상기 방법과 관련하여, 상기 작동 요소의 속도는 상기 제2 센서에 의해 감지되고, 상기 제2 센서는 감지된 값을 상기 개폐 루프 제어 유닛에 송신하며, 상기 개폐 루프 제어 유닛은 모터의 보조 토크를 산출하기 위해 상기 감지된 값을 사용한다.
상기 제2 센서는 보조 토크를 산출하기 위한 데이터를 제공하는데, 작동 요소가 그 중립 위치로 전환되는 동안 작동 요소의 속도가 추가적으로 측정되므로, 상기 데이터에는 현재의 구동 상황이 보다 더 정확하게 캡처된다. 이 데이터는 또한, 차량의 구조 또는 작동 요소에 관한 조향 요소의 전달비와는 관계 없다. 상기한 두 센서는 작동 요소의 상태를 감지하므로, 공간 절약적인 방식으로 단 하나의 센서 유닛으로 구성될 수 있다.
특히, 상기 개폐 루프 제어 유닛은, 자동차의 속도를 감지하는 제3 센서로부터 데이터를 수신한다.
상기 방법에서, 제3 센서에 의해 감지된 차량 속도는 개폐 루프 제어 유닛에 송신되고, 상기 개폐 루프 제어 유닛은 모터의 보조 토크를 산출하기 위해 상기 감지된 값을 사용한다.
운전자의 감각 또는 지각은 일반적으로 자동차의 운전 안전과 관련하여 중요한 파라미터가 되는 것으로 여겨지는 차량 속도에 의존하기 때문에 자동차의 속도는 추가 제어 변수로서 작용한다. 또한, 속도는 노면과 휠 사이의 마찰력에, 그리고 결과적으로 휠의 복귀력에 영향을 미치므로, 자동차의 속도는, 휠이 코너링에서 휠의 중립 위치로 복귀하는 것에 영향을 미친다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 개폐 루프 제어 유닛은, 상기 작동 요소의 기준 속도를, 특히 입력 센서 신호들의 함수로서 산출하는 기준 발생기를 포함한다.
상기 방법에서, 작동 요소의 속도가, 상기 센서들에 의해 감지된 값들에 기초하여, 개폐 루프 제어 유닛의 기준 발생기에서 생성된다.
상기 기준 속도는, 작동 요소가 그 중립 위치로 이동하는 속도로서, 여기에는 특히 작동 요소의 실제 속도 및 차량 속도가 포함되어 있다. 따라서, 작동 요소의 기준 속도는, 각 차량의 토폴로지와는 관계 없는 파라미터들에 기초하여 산출된다. 또한, 상기 개폐 루프 제어 유닛은 작동 요소의 현재 속도와 상기 기준 속도를 계속해서 비교하고 적절하게 보조 토크를 조정할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 개폐 루프 제어 유닛은, 산출 유닛과, 제한 유닛, 그리고 상기 조향 요소에 있는 적어도 하나의 센서로부터 데이터를 수신하는 댐핑 유닛을 포함하는 구성이 제공된다. 일반적으로, 추가적인 유닛을 통해, 안전 운전 조작이 보장될 수 있다.
상기 방법에서, 댐핑 팩터가 개폐 루프 제어 유닛의 댐핑 유닛에서, 특히 조향 요소의 위치, 속도 및 토크의 함수로서 산출될 수 있다. 따라서 댐핑 팩터는, 운전자의 움직임에 좌우되고, 현재의 운전 상황에 따라 전자 조향 보조 유닛의 모터에 의해 제공되는 보조 토크를 감쇠시키며, 그 결과 운전자는 불의의 일을 당하게 되지 않게 될 것이다.
상기 방법의 다른 양태에 의하면, 모터의 최대 보조 토크가 개폐 루프 제어 유닛의 제한 유닛에서, 특히 댐핑 유닛에 의해 결정되는 댐핑 팩터와 자동차의 속도의 함수로서 산출되는 구성이 제공된다. 이로써, 사용 가능하게 된 보조 토크가, 차량의 안전 조작을 항상 보장하는 범위 내에 있는 것이 확보된다.
조향 장치는 전동식의 또는 전기 보조식의 조향 장치, 특히 스티어 바이 와이어(steer-by-wire) 조향 장치일 수 있다. 특히, 이러한 타입의 조향 장치의 경우에는, 전자 조향 보조 유닛을 마련하는 것이 일반적이다. 조향 장치에 따라, 상기 모터는 또한 작동 요소를 조정하는 모터로서의 역할도 겸할 수 있다.
본 발명의 다른 이점 및 특징은 이하의 설명과 참조하는 도면으로부터 명백해질 것인데, 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 조향 장치의 개략도를 보여주고;
도 2는 본 발명에 따른 조향 장치를 제어하는 방법의 개략도를 보여준다.
도 1은 자동차용 조향 장치(10)를 개략적으로 보여주는데, 이 조향 장치는 조향 휠(14)과 이 조향 휠에 배치된 조향 축(16)을 구비하는 조향 요소(12), 및 자동차의 한 쌍의 휠(20)이 트랙 로드 아암(track rod arm)(21)을 통해 연결되어 있는 작동 요소(18)를 포함하는 것이다. 조향 장치(10)의 구성에 따라, 스티어링 아암 및 스티어링 너클도 또한 마련될 수 있다.
일반적으로 조향 장치(10)를 보조하도록 구성될 수 있는 전자 조향 보조 유닛(22)이, 조향 요소(12)와 작동 요소(18)의 사이에 배치되어 있다. 이는, 운전자 측의 지각을 향상시키도록, 조향 요소(12)에 토크를 발생시키는 것과, 작동 요소(18)를 능동적으로 조정하는 것을 포함할 수 있다. 또한 전자 조향 보조 유닛(22)은, 차량이 코너링에서 직진으로 전환할 때, 조향 요소(12)를 능동적으로 복귀시킬 수 있다.
도 1은, 조향 요소(12)를 그 중립 위치로 능동적으로 복귀시키는 데 필요한 전자 조향 보조 유닛(22)의 구성요소들만을 보여준다.
따라서 전자 조향 보조 유닛(22)은, 조향 요소(12)를 그 중립 위치로 능동적으로 복귀시키는 전기 모터(26)를 구동하는 개폐 루프 제어 유닛(24)을, 전자 조향 보조 유닛(22)의 중심적 요소로서 포함한다.
개폐 루프 제어 유닛(24)은, 작동 요소(18)의 위치를 감지하는 제1 센서(28)로부터, 그리고 작동 요소(18)의 속도를 감지하는 제2 센서(30)로부터 데이터를 수신한다. 상기 두 센서(28, 30)는 여기에서 단 하나의 센서 유닛(32)으로 실시될 수 있고, 이에 따라 상기 두 센서는 공간 절약적인 방식으로 구현된다.
또한 상기 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 차량의 속도를 감지하는 제3 센서(34)로부터 데이터를 수신한다.
추가적으로, 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 조향 요소(12)에, 특히 조향 축(16)에 배치되어 있고, 조향 축의 각위치, 조향 축의 회전 속도 및 조향 축의 토크 등과 데이터를 개폐 루프 제어 유닛(24)에 송신하는, 추가적인 센서(36)로부터 데이터를 취득할 수 있다.
3개의 센서(28, 30, 34)를 사용하여, 개폐 루프 제어 유닛(24)은 모터(26)의 보조 토크를 산출할 수 있고, 이 보조 토크는, 전자 보조식이 아닌 조향 장치에서 알려져 있는 바와 같이, 조향 요소(12)가 중립 위치로 능동적으로 복귀한다는 느낌을 운전자에게 주도록, 조향 요소(12)에 작용한다.
상기 추가적인 센서(36)에 의해 감지된 데이터는 또한, 모터(26)의 보조 토크를 미세 조정하는 것과 같은 역할을 한다.
조향 장치(10)의 조작 모드, 특히 조향 보조 유닛(22)의 제어를, 도 2를 참조로 하여 설명한다.
도 2는, 특정 보조 토크가 모터(26)에 의해 생성되고, 그 결과 조향 요소(12)가 능동적으로 복귀되도록, 전자 조향 보조 유닛(22)의 모터(26)를 구동하기 위하여, 개개의 센서(28, 30, 34, 36)로부터 수신된 데이터가 전자 조향 보조 유닛(22)의 개폐 루프 제어 유닛(24)에서 어떻게 처리되는가를 개략적으로 보여준다.
이를 위해, 개폐 루프 제어 유닛(24)은 기준 발생기(38), 댐핑 유닛(40), 산출 유닛(42) 및 제한 유닛(44)을 포함하는데, 이들 구성요소 각각은 서로 다른 센서(28, 30, 34, 36)로부터 데이터를 수신하여 후술하는 바와 같이 처리한다.
처음 3개의 센서들(28, 30, 34)의 센서 신호에 기초하여, 기준 발생기(38)는 작동 요소(18)의 기준 속도를 생성하는데, 작동 요소(18)는 상기 기준 속도로 그 중립 위치로 되돌아간다. 기준 발생기(38)는 상기 기준 속도를 산출 유닛(42)에 송신한다.
추가적으로, 산출 유닛(42)은 센서들(28, 30, 34)로부터 각각의 측정 데이터를 직접적으로 수신한다. 따라서 산출 유닛(42)은, 기준 발생기(38)에 의해 생성된 바와 같은 작동 요소(18)의 기준 속도, 제3 센서(34)에 의해 감지된 차량 속도, 제2 센서(30)에 의해 감지된 바와 같은 작동 요소(18)의 실제 속도, 및 제1 센서(28)에 의해 감지된 바와 같은 작동 요소(18)의 위치를 수신한다.
또한, 산출 유닛(42)은, 댐핑 유닛(40)에서 상기 추가적인 센서(36)에 의해 감지된 데이터의 함수로서 산출된 댐핑 팩터를 수신한다. 여기서 댐핑 팩터는, 운전자의 움직임에 대한 결론을 도출하는 변수인데, 이는 추가적인 센서(36)에 의해 감지된 데이터가, 운전자에 의해 조작되는 조향 요소(12)에서 직접 측정되기 때문이다. 댐핑 팩터를 이용하여, 모터(26)에 의해 생성되는 보조 토크가 운전자의 움직임에 맞춰질 수 있다.
이제, 전술한 데이터에 기초하여, 모터(26)의 예비 보조 토크가 산출 유닛(42)에서 산출된다. 여기서 개폐 루프 제어 유닛(24)은 기준 발생기(38)에 의해 생성된 기준 속도를 작동 요소(18)의 실제 속도와 비교할 수 있고, 모터(26)의 예비 보조 토크를 적절히 조정할 수 있다. 이러한 방법의 단계는 반복적으로 수행될 수 있고, 기준 발생기(38)에서 산출된 기준 속도의 조정도 또한 가능하다.
결론적으로, 산출 유닛(42)에서 산출된 예비 보조 토크는, 제한 유닛(44)에 제한될 수 있다. 이를 위해, 댐핑 유닛(40)에 의해 산출된 댐핑 팩터, 제3 센서(34)에 의해 감지된 차량 속도, 및 산출 유닛(42)에 의해 산출된 예비 보조 토크가 제한 유닛(44)에 제공된다.
입력 변수에 기초하여, 제한 유닛(44)은, 모터(26)에 의해 생성된 바와 같은 조향 보조 유닛(22)의 보조 토크가 불안전한 차량의 상황을 초래하지 않도록, 예비 보조 토크의 한계를 산출하고 특정 차량의 상황에서 예비 보조 토크를 제한한다. 여기서, 특히 차량의 속도와 운전자의 거동이 고려된다.
전기 모터(26)는, 조향 요소(12)를 능동적으로 복귀시키기 위해서만 제공되는 별도의 모터일 수 있다. 대안적으로 모터(26)는, 조향 프로세스 동안에 작동 요소(18)도 또한 조정하는 모터일 수 있다. 이는 조향 장치(10)의 타입에 좌우된다. 예를 들어, 조향 요소(12)와 작동 요소(18)의 사이에 기계적 연결이 없는 스티어 바이 와이어 조향 장치가 포함되는 경우, 2개의 별도의 모터가 제공된다. 한편, 조향 장치가 대체로 기계적 연결을 특징으로 삼을 수 있는 전자 보조 조향 장치인 경우, 단 하나의 모터가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 조향 장치(10)와, 본 발명에 따른 조향 장치를 제어하는 방법에 의하면, 전자 조향 보조 장치(22)의 보조 토크가 차량의 토폴로지와 관계 없이 결정될 수 있어, 안전한 차량 조작 및 조향 요소(12)의 능동 복귀가 보장된다는 것이 확보된다.

Claims (12)

  1. 자동차용 조향 장치(10)로서, 자동차를 조향하기 위한 조향 요소(12)와, 자동차의 휠(20)이 상기 조향 요소(12)의 작동의 함수로서 조정되게 하는 작동 요소(18)로서, 조향 보조 유닛(22)이, 특히 조향 요소(12)의 능동 복귀를 위한 전자 조향 보조 유닛이, 연결되어 있는 것인 작동 요소(18)를 포함하고, 상기 조향 보조 유닛은, 모터(26)와, 보조 토크를 발생시키기 위해 모터(26)를 구동시키는 개폐 루프 제어 유닛(24)을 포함하며, 상기 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 상기 작동 요소(18)의 위치를 직접적으로 감지하는 제1 센서(28)로부터 데이터를 수신하고, 상기 모터(26)를 상기 작동 요소(18)의 위치의 함수로서 구동하는 것인 조향 장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 상기 작동 요소(18)의 속도를 감지하는 제2 센서(30)로부터 데이터를 수신하고, 상기 제1 센서(28)와 제2 센서(30)는 보다 구체적으로 센서 유닛(32)으로 구성되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 조향 장치(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 자동차의 속도를 감지하는 제3 센서(34)로부터 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 조향 장치(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 상기 작동 요소(18)의 기준 속도를, 특히 입력 센서 신호들의 함수로서 산출하는 기준 발생기(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향 장치(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 산출 유닛(42)과, 제한 유닛(44), 그리고 상기 조향 요소(12)에 있는 적어도 하나의 센서(36)로부터 데이터를 수신하는 댐핑 유닛(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조향 장치(10).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 조향 장치(10)는 전동식의 또는 전기 보조식의 조향 장치, 특히 스티어 바이 와이어(steer-by-wire) 조향 장치인 것을 특징으로 하는 조향 장치(10).
  7. 조향 장치(10), 특히 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 조향 장치(10)를 제어하는 방법으로서,
    a) 개폐 루프 제어 유닛(24)이 제1 센서(28)에 의하여 작동 요소(18)의 위치를 감지하고,
    b) 개폐 루프 제어 유닛(24)은, 조향 요소(12)를 작동 요소(18)의 위치의 함수로서 복귀시키기 위해 모터(26)의 보조 토크를 산출하는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제2 센서(30)가 작동 요소(18)의 속도를 감지하고, 감지된 값을 개폐 루프 제어 유닛(24)에 송신하며, 개폐 루프 제어 유닛은 모터(26)의 보조 토크를 산출하기 위해 상기 감지된 값을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 제3 센서(34)가 자동차의 속도를 감지하고, 감지된 값을 개폐 루프 제어 유닛(24)에 송신하며, 개폐 루프 제어 유닛은 모터(26)의 보조 토크를 산출하기 위해 상기 감지된 값을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서들(28, 30, 34)에 의해 감지된 값들에 기초하여, 작동 요소(18)의 기준 속도가, 개폐 루프 제어 유닛(24)의 기준 발생기(38)에서 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 댐핑 팩터가 개폐 루프 제어 유닛(24)의 댐핑 유닛(40)에서, 특히 조향 요소(12)의 위치, 속도 및 토크의 함수로서 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 모터(26)의 최대 보조 토크가 개폐 루프 제어 유닛(24)의 제한 유닛(44)에서, 특히 댐핑 유닛(40)에 의해 결정되는 댐핑 팩터와 자동차의 속도의 함수로서 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
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