KR20200069428A - 차량용 댐퍼 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 휠G센서를 삭제함에 따라 센서 개수가 감소되어 원가가 절감되고, ECS의 승차감 향상 효과는 유지하여 댐퍼가 정상 제어되는 차량용 댐퍼 제어 방법이 소개된다.

Description

차량용 댐퍼 제어 방법 {DAMPER CONTROL METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 댐퍼 제어 방법에 관한 것으로, 휠G센서 없이 서스펜션의 댐퍼속도를 도출하는 차량용 댐퍼 제어 방법에 관한 것이다.
최근 서스펜션의 상대속도에 따라 이와 반대로 댐퍼를 제어함으로써, 차체(스프렁 매스)의 수직 유동을 최소화하여 승차감을 향상시키기 위한 ECS(Electric Control Suspension)가 사용되고 있다.
종래의 ECS는 차체와 휠 사이에서 댐핑력을 제공하는 4개의 댐퍼와, 댐퍼를 제어하기 위한 ECU와, 차체의 수직속도를 산출하기 위한 차체 센서와, 휠의 수직속도를 산출하기 위한 휠 센서로 구성되어 있었다.
그러나 차체와 휠에 장착하는 센서는 고가이고, 이러한 센서 장착에 의해 중량이 증가하여 연비에도 악영향을 미치는 문제가 있었다.
따라서, 종래에 비해 센서의 개수를 감소시키면서, ECS의 승차감 향상 효과는 유지할 수 있는 새로운 댐퍼 제어방법이 요구되고 있는 실정이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2009-0094509 (2009.09.08)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 센서 개수를 감소시켜 원가를 절감하고, ECS의 승차감 향상 효과는 유지하여 댐퍼를 제어하는 차량용 댐퍼 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 댐퍼 제어 방법은 미리 저장된 차량 무게값과 센서를 통해 측정된 수직가속도값을 이용하여 전륜서스펜션에 작용되는 전륜힘값을 도출하는 제1계산단계; 제1계산단계에서 도출된 전륜힘값을 입력받아 전륜서스펜션의 전륜댐퍼속도값을 도출하는 제2계산단계; 제2계산단계에서 도출된 전륜댐퍼속도값을 이용하여 전륜 휠수직속도값을 도출하고, 도출된 전륜 휠수직속도값을 이용하여 후륜 휠수직속도값을 추정하며, 후륜 휠수직속도값으로 후륜댐퍼속도값을 도출하는 제3계산단계; 및 도출된 전륜서스펜션의 전륜댐퍼속도값과 후륜서스펜션의 후륜댐퍼속도값으로 전륜서스펜션 및 후륜서스펜션의 댐퍼를 제어하는 제어단계;를 포함한다.
전륜서스펜션은 좌측 전륜서스펜션과 우측 전륜서스펜션으로 구분되고, 후륜서스펜션은 좌측 후륜서스펜션과 우측 후륜서스펜션으로 구분되며, 전륜서스펜션과 후륜서스펜션의 댐퍼속도값은 좌측과 우측에 대해 각기 도출되는 것을 특징으로 한다.
제1계산단계에서 전륜힘값은 하기의 식을 통해 도출되는 것을 특징으로 한다.
식 1 :
Figure pat00001
식 2 :
Figure pat00002
FL1:좌측 전륜서스펜션의 전륜힘값 FL2:좌측 후륜서스펜션의 전륜힘값
FR1:우측 전륜서스펜션의 전륜힘값 FR2:우측 후륜서스펜션의 전륜힘값
ms:차체 중량 az:수직가속도
Figure pat00003
:피치 관성
Figure pat00004
:롤 관성
Figure pat00005
:피치가속도
Figure pat00006
:롤가속도
lf:전륜휠과 차체중심 사이의 거리 lr:후륜휠과 차체중심 사이의 거리
식 1 및 식 2는 수직방향, 피치방향, 롤방향에 따른 차량모델 운동방정식을 통해 전륜힘값이 도출되고, 수직방향[식 3], 피치방향[식 4], 롤방향[식 5]에 따른 운동방정식은 하기과 같은 것을 특징으로 한다.
식 3 :
Figure pat00007
식 4 :
Figure pat00008
식 5 :
Figure pat00009
제1계산단계에서 최초 전륜힘값을 도출시 FL2와 FR2는 초기값인 0으로 설정하고, 이후 FL2와 FR2이 도출되면 도출된 FL2와 FR2을 대입하여 전륜힘값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
제2계산단계는 제1계산단계에서 도출된 전륜힘값을 입력받아 하기 수식을 통해 전륜댐퍼속도값을 도출하는 것을 특징으로 한다.
식 6 :
Figure pat00010
식 7 :
Figure pat00011
kL1,kR1:스프링상수 bL1,bR1:전륜댐퍼변위
bL1,bR1:댐핑계수
Figure pat00012
L1,
Figure pat00013
R1:전륜댐퍼속도
제3계산단계에서는 제2계산단계에서 도출된 전륜댐퍼속도값을 입력받아 하기 수식을 통해 전륜 휠수직속도값을 도출하는 것을 특징으로 한다.
식 8 :
Figure pat00014
식 9 :
Figure pat00015
VuL1,VuR1:전륜 휠수직속도값
VsL1,VsR1:전륜 차체수직속도값
제3계산단계에서는 전륜 휠수직속도값이 도출되면, 전륜과 후륜의 위치차 및 차속에 따라 지연시켜 후륜 휠수직속도값(VuL2,VuR2)을 도출하는 것을 특징으로 한다.
제3계산단계에서는 하기의 수식을 통해 후륜댐퍼속도값을 도출하는 것을 특징으로 한다.
식 10 :
Figure pat00016
식 11 :
Figure pat00017
Figure pat00018
L2,
Figure pat00019
R2:후륜댐퍼속도값
VsL2,VsR2:후륜 차체수직속도값
제3계산단계를 통해 후륜댐퍼속도값이 도출되면, 후륜댐퍼속도값을 이용하여 후륜서스펜션에 작용되는 후륜힘값을 도출하는 제4계산단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
식 12:
Figure pat00020
식 13 :
Figure pat00021
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 댐퍼 제어 방법은 휠G센서를 삭제함에 따라 센서 개수가 감소되어 원가가 절감되고, ECS의 승차감 향상 효과는 유지하여 댐퍼가 정상 제어된다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 댐퍼 제어를 위한 추정모듈의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 댐퍼 제어의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 댐퍼 제어 방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 댐퍼 제어를 위한 추정모듈의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 차량용 댐퍼 제어의 순서도이다.
도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 댐퍼 제어 방법은 미리 저장된 차량 무게값과 센서를 통해 측정된 수직가속도값을 이용하여 전륜서스펜션에 작용되는 전륜힘값을 도출하는 제1계산단계(S10); 제1계산단계(S10)에서 도출된 전륜힘값을 입력받아 전륜서스펜션의 전륜댐퍼속도값을 도출하는 제2계산단계(S20); 제2계산단계(S20)에서 도출된 전륜댐퍼속도값을 이용하여 전륜 휠수직속도값을 도출하고, 도출된 전륜 휠수직속도값을 이용하여 후륜 휠수직속도값을 추정하며, 후륜 휠수직속도값으로 후륜댐퍼속도값을 도출하는 제3계산단계(S30); 및 도출된 전륜서스펜션의 전륜댐퍼속도값과 후륜서스펜션의 후륜댐퍼속도값으로 전륜서스펜션 및 후륜서스펜션의 댐퍼를 제어하는 제어단계(S50);를 포함한다.
여기서, 센서는 6축 자이로 센서로 구성될 수 있으며, ECU에서 상술한 제어가 수행될 수 있다. 즉, 본 발명은 휠G센서를 사용하지 않고, 6축 자이로 센서를 이용하여 댐퍼속도를 도출하고, 그에 따른 댐퍼 제어가 정상 동작되도록 한다.
이를 위한 본 발명은 제1계산단계(S10)를 통해 미리 저장된 차량 무게값과 센서를 통해 측정된 수직가속도값을 이용하여 전륜서스펜션에 작용되는 전륜힘값을 도출한다. 여기서, 차량 무게값은 차량의 중량이고, 6축 자이로 센서를 통해 수직가속도값을 입력받아 전륜서스펜션에 작용되는 전륜힘값을 도출할 수 있다.
이렇게, 전륜힘값이 도출되면, 제2계산단계(S20)를 통해 전륜힘값으로 전륜댐퍼속도값을 도출하고, 제3계산단계(S30)를 통해 전륜댐퍼속도값으로 전륜 휠수직속도값을 도출한다. 여기서, 전륜 휠수직속도값과 후륜 휠수직속도값은 전륜과 후륜이 같은 경로를 이동됨에 따라 타이밍만 상이하고 실질적인 값은 동일할 수 있다. 이렇게, 후륜 휠수직속도값이 추정되면 후륜 휠수직속도값으로 후륜댐퍼속도값을 도출함으로써, 제어단계(S50)를 통해 전륜서스펜션의 전륜댐퍼속도값과 후륜서스펜션의 후륜댐퍼속도값으로 전륜서스펜션 및 후륜서스펜션의 댐퍼를 제어할 수 있다.
이러한 본 발명에서는 전륜서스펜션의 경우 좌측 전륜서스펜션과 우측 전륜서스펜션으로 구분되고, 후륜서스펜션의 경우 좌측 후륜서스펜션과 우측 후륜서스펜션으로 구분된다. 이에 따라, 전륜서스펜션과 후륜서스펜션의 댐퍼속도값은 좌측과 우측에 대해 각기 도출하여 차량의 4축에 대한 댐퍼속도를 도출함으로써, 정상적인 ECS의 동작이 수행되도록 할 수 있다.
상술한 본 발명에 대해서 구체적으로 설명하면, 제1계산단계(S10)에서 전륜힘값은 하기의 식을 통해 도출될 수 있다. 즉, 전륜힘값은 기존의 휠G센서를 통해 도출될 수 있으나, 본 발명에서는 휠G센서없이 하기의 수식을 통해 전륜힘값으 유도하는 것이다.
식 1 :
Figure pat00022
식 2 :
Figure pat00023
여기서, FL1은 좌측 전륜서스펜션의 전륜힘값, FL2는 좌측 후륜서스펜션의 전륜힘값, FR1은 우측 전륜서스펜션의 전륜힘값, FR2는 우측 후륜서스펜션의 전륜힘값, ms는 차체 중량, az는 수직가속도,
Figure pat00024
는 피치 관성,
Figure pat00025
는 롤 관성,
Figure pat00026
는 피치가속도,
Figure pat00027
는 롤가속도, lf는 전륜휠과 차체중심 사이의 거리, lr는 후륜휠과 차체중심 사이의 거리이다. 여기서, 차체 중량은 미리 저장된 값이며, 수직가속도, 피치 관성, 롤 관성, 피치가속도, 롤가속도는 상술한 센서를 통해 도출된다.
이때, 식 1 및 식 2는 수직방향, 피치방향, 롤방향에 따른 차량모델 운동방정식을 통해 전륜힘값이 도출될 수 있다. 이러한 수직방향[식 3], 피치방향[식 4], 롤방향[식 5]에 따른 운동방정식은 하기과 같다.
식 3 :
Figure pat00028
식 4 :
Figure pat00029
식 5 :
Figure pat00030
즉, 식 3, 식 4, 식 5의 운동방적식을 상호 대입 및 풀이하여, 좌측 전륜서스펜션의 전륜힘값과 우측 전륜서스펜션의 전륜힘값을 유도할 수 있다.
제1계산단계(S10)에서 최초 전륜힘값을 도출시 FL2와 FR2는 초기값인 0으로 설정한다. 즉, 본 발명에서 FL2와 FR2는 전륜서스펜션에서 도출되는 댐퍼속도값으로 도출됨에 따라 최초 FL1, FR1을 도출하는 경우 FL2와 FR2는 그 값이 미도출된 상황으로 초기값인 0으로 설정하여 FL2와 FR2을 도출한다. 이후, FL2와 FR2이 도출되면 도출된 FL2와 FR2을 대입하여 FL1, FR1을 도출하고, 보정된 FL1, FR1으로 FL2와 FR2을 반복하여 도출함으로써, 오차를 줄여나가고 그에 따른 정확한 댐퍼속도값을 도출할 수 있다.
한편, 제2계산단계(S20)는 제1계산단계(S10)에서 도출된 전륜힘값을 입력받아 하기 수식을 통해 전륜댐퍼속도값을 도출하 할 수 있다.
식 6 :
Figure pat00031
식 7 :
Figure pat00032
여기서, kL1,kR1은 스프링상수, bL1,bR1는 전륜댐퍼변위, bL1,bR1는 댐핑계수,
Figure pat00033
L1,
Figure pat00034
R1는 전륜댐퍼속도이다. 스프링상수, 전륜댐퍼변위, 댐핑계수의 경우 차량에 서스펜션은 동일한 사양으로 구성됨에 따라 동일값일 수 있으며, 좌측 또는 우측 서스펜션에 따라 그 값이 상이하게 설정될 수 있다.
즉, 위의 수식을 이용하여
Figure pat00035
L1,
Figure pat00036
R1는 아래의 식 6-1 및 식 7-1통해 유도될 수 있다.
식 6-1 :
Figure pat00037
식 7-1 :
Figure pat00038
이와 같이, 좌측 전륜댐퍼속도(
Figure pat00039
L1)와 우측 전륜댐퍼속도(
Figure pat00040
R1)가 도출되면, 전륜서스펜션에 대해 도출된 댐퍼속도로 ECS의 제어가 수행될 수 있다.
한편, 제3계산단계(S30)에서는 제2계산단계(S20)에서 도출된 전륜댐퍼속도값을 입력받아 하기 수식을 통해 전륜 휠수직속도값을 도출할 수 있다.
식 8 :
Figure pat00041
식 9 :
Figure pat00042
여기서, VuL1,VuR1는 전륜 휠수직속도값이고, VsL1,VsR1은 전륜 차체수직속도값이다. 이러한 휠 수직속도값은 기존의 휠G센서를 통해 도출될 수 있으나, 본 발명에서는 휠G센서없이 위의 수식을 통해 휠 수직속도값을 유도할 수 있다.
이렇게, 전륜 휠수직속도값이 도출되면, 전륜과 후륜의 위치차 및 차속에 따라 지연시켜 후륜 휠수직속도값(VuL2,VuR2)을 도출할 수 있다.
즉, 차량의 전륜과 후륜은 주행시 유사 경로를 가지고 이동됨에 따라, 전륜 휠수직속도값과 후륜 휠수직속도값은 동일하다. 다만, 전륜과 후륜은 서로 이격되게 배치되는 바, 전륜휠과 차체중심 사이의 거리(lf) 및 후륜휠과 차체중심 사이의 거리(lr), 차량의 주행속도에 따라 시간이 지연된다. 이는, ECS의 제어시, 전륜과 후륜의 댐퍼제어 타이밍이 정확히 수행되도록 하기 위한 것으로, 후륜 휠수직속도값은 전륜 휠수직속도값보다 지연시켜 도출한다.
이후, 제3계산단계(S30)에서는 하기의 수식을 통해 후륜댐퍼속도값을 도출할 수 있다.
식 10 :
Figure pat00043
식 11 :
Figure pat00044
여기서,
Figure pat00045
L2,
Figure pat00046
R2는 후륜댐퍼속도값이고, VsL2,VsR2는 후륜 차체수직속도값이다.
이와 같이, 좌측 후륜댐퍼속도(
Figure pat00047
L2)와 우측 후륜댐퍼속도(
Figure pat00048
R2)가 도출되면, 후륜서스펜션에 대해 도출된 댐퍼속도로 ECS의 제어가 수행될 수 있다.
한편, 제3계산단계(S30)를 통해 후륜댐퍼속도값이 도출되면, 후륜댐퍼속도값을 이용하여 후륜서스펜션에 작용되는 후륜힘값을 도출하는 제4계산단계(S40);를 더 포함할 수 있다. 후륜힘값의 경우 하기의 수식을 통해 도출될 수 있다.
식 12:
Figure pat00049
식 13 :
Figure pat00050
여기서, kL2,kR2는 스프링상수, bL2,bR2는 후륜댐퍼변위, bL2,bR2는 댐핑계수,
Figure pat00051
L2,
Figure pat00052
R2는 후륜댐퍼속도이다. 스프링상수, 후륜댐퍼변위, 댐핑계수의 경우 차량에 서스펜션은 동일한 사양으로 구성됨에 따라 동일값일 수 있으며, 좌측 또는 우측 서스펜션에 따라 그 값이 상이하게 설정될 수 있다.
이렇게, 후륜힘값이 도출되면 상술한 전륜힘값 도출시, 최종 도출된 후륜힘값을 대입하여 보정된 전륜힘값이 도출되고, 그에 따라 댐퍼속도가 계속적으로 보정됨에 따라 오차를 줄여나가고 그에 따른 정확한 댐퍼속도값을 도출할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 댐퍼 제어 방법은 휠G센서를 삭제함에 따라 센서 개수가 감소되어 원가가 절감되고, ECS의 승차감 향상 효과는 유지하여 댐퍼가 정상 제어된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S10:제1계산단계
S20:제2계산단계
S30:제3계산단계
S40:제4계산단계
S50:제어단계

Claims (10)

  1. 미리 저장된 차량 무게값과 센서를 통해 측정된 수직가속도값을 이용하여 전륜서스펜션에 작용되는 전륜힘값을 도출하는 제1계산단계;
    제1계산단계에서 도출된 전륜힘값을 입력받아 전륜서스펜션의 전륜댐퍼속도값을 도출하는 제2계산단계;
    제2계산단계에서 도출된 전륜댐퍼속도값을 이용하여 전륜 휠수직속도값을 도출하고, 도출된 전륜 휠수직속도값을 이용하여 후륜 휠수직속도값을 추정하며, 후륜 휠수직속도값으로 후륜댐퍼속도값을 도출하는 제3계산단계; 및
    도출된 전륜서스펜션의 전륜댐퍼속도값과 후륜서스펜션의 후륜댐퍼속도값으로 전륜서스펜션 및 후륜서스펜션의 댐퍼를 제어하는 제어단계;를 포함하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전륜서스펜션은 좌측 전륜서스펜션과 우측 전륜서스펜션으로 구분되고, 후륜서스펜션은 좌측 후륜서스펜션과 우측 후륜서스펜션으로 구분되며, 전륜서스펜션과 후륜서스펜션의 댐퍼속도값은 좌측과 우측에 대해 각기 도출되는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1계산단계에서 전륜힘값은 하기의 식을 통해 도출되는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
    식 1 :
    Figure pat00053

    식 2 :
    Figure pat00054

    FL1:좌측 전륜서스펜션의 전륜힘값 FL2:좌측 후륜서스펜션의 전륜힘값
    FR1:우측 전륜서스펜션의 전륜힘값 FR2:우측 후륜서스펜션의 전륜힘값
    ms:차체 중량 az:수직가속도
    Figure pat00055
    :피치 관성
    Figure pat00056
    :롤 관성
    Figure pat00057
    :피치가속도
    Figure pat00058
    :롤가속도
    lf:전륜휠과 차체중심 사이의 거리 lr:후륜휠과 차체중심 사이의 거리
  4. 청구항 3에 있어서,
    식 1 및 식 2는 수직방향, 피치방향, 롤방향에 따른 차량모델 운동방정식을 통해 전륜힘값이 도출되고, 수직방향[식 3], 피치방향[식 4], 롤방향[식 5]에 따른 운동방정식은 하기과 같은 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
    식 3 :
    Figure pat00059

    식 4 :
    Figure pat00060

    식 5 :
    Figure pat00061
  5. 청구항 3에 있어서,
    제1계산단계에서 최초 전륜힘값을 도출시 FL2와 FR2는 초기값인 0으로 설정하고, 이후 FL2와 FR2이 도출되면 도출된 FL2와 FR2을 대입하여 전륜힘값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    제2계산단계는 제1계산단계에서 도출된 전륜힘값을 입력받아 하기 수식을 통해 전륜댐퍼속도값을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
    식 6 :
    Figure pat00062

    식 7 :
    Figure pat00063

    kL1,kR1:스프링상수 bL1,bR1:전륜댐퍼변위
    bL1,bR1:댐핑계수
    Figure pat00064
    L1,
    Figure pat00065
    R1:전륜댐퍼속도
  7. 청구항 6에 있어서,
    제3계산단계에서는 제2계산단계에서 도출된 전륜댐퍼속도값을 입력받아 하기 수식을 통해 전륜 휠수직속도값을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
    식 8 :
    Figure pat00066

    식 9 :
    Figure pat00067

    VuL1,VuR1:전륜 휠수직속도값
    VsL1,VsR1:전륜 차체수직속도값
  8. 청구항 7에 있어서,
    제3계산단계에서는 전륜 휠수직속도값이 도출되면, 전륜과 후륜의 위치차 및 차속에 따라 지연시켜 후륜 휠수직속도값(VuL2,VuR2)을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    제3계산단계에서는 하기의 수식을 통해 후륜댐퍼속도값을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
    식 10 :
    Figure pat00068

    식 11 :
    Figure pat00069

    Figure pat00070
    L2,
    Figure pat00071
    R2:후륜댐퍼속도값
    VsL2,VsR2:후륜 차체수직속도값
  10. 청구항 9에 있어서,
    제3계산단계를 통해 후륜댐퍼속도값이 도출되면, 후륜댐퍼속도값을 이용하여 후륜서스펜션에 작용되는 후륜힘값을 도출하는 제4계산단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 댐퍼 제어 방법.
    식 12:
    Figure pat00072

    식 13 :
    Figure pat00073
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