KR101075136B1

KR101075136B1 - 6축 로드 시뮬레이터 테스트 시스템

Info

Publication number: KR101075136B1
Application number: KR1020047018345A
Authority: KR
Inventors: 파칼나문
Original assignee: 비아이에이
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2011-10-24
Also published as: US7689395B2; EP1506386A2; JP4436245B2; KR20050014819A; EP1506386B1; WO2003095966A3; WO2003095966A2; JP2005525549A; US20050120783A1; CN100549652C; CN1653322A; AU2003233121A1

Abstract

본 발명은 6축 로드 시뮬레이터 테스트 시스템에 관한 것으로서, 차량을 탑재하기에 적합한 시뮬레이터로 자동차의 도로 테스트를 시뮬레이션하는 시스템에 있어서, 도로면 위에서 구동되는 소스 차량으로부터 필요한 응답을 표시해주는 일련의 데이타를 저장하는 전자 메모리 및 차량의 휠을 구동시키도록 구성된 구동벨트를 구비하며, 다수의 유압 액츄에이터(hydraulic actuators)를 더 구비하는 적어도 하나 이상의 로드 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 시뮬레이터 테스트 시스템(road simulator test system)을 제공한다.

시뮬레이터, 구동모터, 커플링, 구동벨트, 베어링, 인장 조정장치

Description

6축 로드 시뮬레이터 테스트 시스템{6-Axis Road Simulator Test System}

본 발명은 차량용 테스트 시뮬레이터에 관한 것이며, 특히 육상 차량용 평지 시뮬레이터에 관한 것이다.

지금까지는, 자동차를 테스트하는 데 있어 도로의 프로파일을 효율적으로 시뮬레이션하기 위한 방법으로 통상 양스핀들형 로드 시뮬레이터(spindle-coupled road simulator)에 의존하였다. 위 시뮬레이터는 전형적으로 다중 협력 레퍼런스 시스템(multiple coordinate reference system)에서 편평한 도로면을 정의하여 효율적인 도로 프로파일을 표시해준다. 이러한 시뮬레이터들은 종종 진동테이블(shaker) 및 수직 액츄에이터(actuators)를 차량의 스핀들에 직접 결합시킨다. 스핀들이 미리 정해놓은 운동 범위를 벗어나 자극을 받게 되면 도로를 시뮬레이션하게 된다. 양스핀들형 액츄에이터는 타이어가 차량의 운동에 주는 영향을 무시하기 때문에, 이러한 시뮬레이터들은 특정 운전 조건 하에서는 효율적이지 못하다.

통상적으로 사용되고 있는 또 다른 차량 테스트 시스템들은 타이어와 접촉하기 위하여 이동이 가능한 관절 주행 편평형 벨트 플랫포옴을 포함하고 있으며, 편평한 타이어 접촉면은 협력 레퍼런스 시스템을 정의하여 효율적인 도로 프로파일을 표시해준다. 도로 상태를 시뮬레이션하기 위하여 수직방향으로 힘을 작용시킨다는 것이 알려져 있다. 그러나, 이러한 수직방향의 힘을 이용한다고 해서 운전 조건들이 완벽하게 시뮬레이션되는 것은 아니다.

차량의 시뮬레이션 기술에 있어서 위에서 언급한 장치들이 중요한 발전을 보여주고 있지만, 전술한 문제점들을 극복하기 위해서는 더 많은 진보가 이루어져야 한다.

도로면 위의 차량에 대하여 일정한 제어 조건 하에서 역학적 시뮬레이션이 가능한 6축 로드 시뮬레이터 테스트 시스템이 개시된다. 본 시스템은, 도로 프로파일 시뮬레이션 또는 유저에 의하여, 차량의 각 휠들을 6개까지의 변위축 내에서 휠을 회전시키거나, 또는 그 회전을 저지시킬 수 있도록 해준다.

본 발명에 관한 더 많은 응용분야가 이하에서 제공되는 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면서 표현되어지는 상세한 설명과 실시예들은 오로지 설명을 위한 것이고 본 발명의 범위를 범위를 제한하기 위한 것으로 해석되어져서는 안 된다.

본 발명은 상세한 설명과 이에 첨부되는 아래의 도면들로부터 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로드 시뮬레이터(50)의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 교시에 따른 단일 로드 시뮬레이터 액츄에이터(50)의 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 로드 시뮬레이터에 의하여 주어지는 6개 축의 자유도를 정의하고 있다.

도 4는 도 2에 도시된 액츄에이터에 대한 전면 사시도이다.

도 5는 도 2에 도시된 액츄에이터의 상부 사시도이다.

도 6은 도 2에 도시된 액츄에이터에 결합된 제어 컨솔(control console)의 사시도이다.

도 7 내지 도 9는 도 2에 도시된 액츄에이터 후면의 사시도이다.

도 10은 액츄에이터 상부의 벨트에 대한 사시도이다.

도 11은 도 2에 도시된 시뮬레이터의 내부 사시도이다.

도 12 내지 도 14는 폐회로 제어장치들을 구비한 유압 액츄에이터(hydraulic actuators) 내부의 상세도이다.

도 15 및 도 16은 지지암(70)의 사시도이다.

도 17은 제어장치에 결합된 리모트 콘트롤 장치의 사시도이다.

도 18은 본 발명의 교시에 따른 본 시스템의 후면 사시도이다.

도 19는 도 18에 도시된 시스템의 측면도이다.

도 20은 도 18에 도시된 시스템의 상부 사시도이다.

도 21은 본 발명의 교시에 따른 시뮬레이터의 상부 구조도이다.

도 22는 본 발명의 교시에 따른 베이스의 구조도이다.

도 23 내지 도 26은 도 18에 도시된 시뮬레이터의 후면 사시도이다.

도 27은 액츄에이터 상부 구조의 후면 단면도이다.

바람직한 실시예에 대한 이하의 설명은 단지 예시적인 것에 불과하며 결코 본 발명의 응용 또는 그 이용을 제한하려는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로드 시뮬레이터(50)의 사시도이다. 로드 시뮬레이터(50)는 차량의 이용을 위하여 도로 시뮬레이션을 차량의 타이어에 입력함으로써 도로를 시뮬레이션하도록 구성되어 있다. 본 장치에 의해 제공되는 테스트는 차량의 구동, NVH(Noise, Vibration, Handling), 강성(rigidity), 차량의 고유진동수 및 서스펜션(suspension) 등이 포함되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 생산시험은 차량의 구동 및/또는 제동 기능 모두를 포함할 수 있다.

이러한 시뮬레이션들은 서로 독립적으로 제동되는 4개(필요에 따라 각 타이어마다 1개씩)의 액츄에이터를 이용함으로써 달성된다. 각 액츄에이터는 각각의 폐회로를 제어하여 타이어의 속력과 6개의 변위축을 가진 타이어의 변위를 다양화시키도록 구성되어 있다. 필요하다면, 각 차축이나 서스펜션 어셈블리와 같은 차량의 서브 어셈블리를 테스트하기 위하여 단일의 로드 시뮬레이터가 사용될 수도 있다.

모든 변위 및 속력의 구동은 액츄에이터로 통합된다. 테스트 도로를 따라 주행하는 동안 도로를 시뮬레이션하는 입력신호는 컴퓨터에 의하여 생성될 수도 있으며 또는 전형적인 차량 내부의 가속도 데이터로부터 얻어질 수도 있다. 위 입력신호 데이터는 수학적으로 실제의 도로 프로파일과 연관되어 있다.

각 액츄에이터들은 소음을 발생시키지 않고 작동하기 위하여 연관 수냉식 구동모터(52)를 구비하고 있으며, 이는 다시 가요성 커플링(flexible coupling)(54)에 의하여 구동축(drive shaft)에 결합되어 있다. 가요성 커플링(54)은 본 장치의 베이스(56)에 모터(52)가 탑재되게 해주며, 액츄에이터는 지지부재 위에 매달려 있다. 또한, 각 액츄에이터는 차량의 타이어의 회전을 구동시키거나 저지시키기 위하여 구동벨트(58)를 구비하고 있다. 본 명세서에서 상세하게 설명되는 구동벨트(58)는 4개의 드럼(60)과 상기 구동벨트(58) 휠 인터페이스의 바로 아래쪽에 위치하는 유압 베어링(62)에 의하여 지지된다. 드럼들과 벨트는 스틸(steel)이나 강화 폴리머와 같은 다른 금속재료일 수 있다.

도 2는 본 발명의 교시에 따른 단일 로드 시뮬레이터 액츄에이터(50)의 사시도이다. 로드 시뮬레이터 엑츄에이터(50)는 6개의 변위축은 물론, 차량의 타이어의 속력을 제어하는 폐회로를 포함하고 있다. 이러한 피드백 제어는 본 시스템의 제어장치에 이용될 수 있으며, 또는 각각의 액츄에이터에 직접 이용될 수도 있다. 본 테스트 시스템은 전기/전자장치, 데이터 인식 시스템(데이터를 저장하는 전자메모리를 포함) 및 소프트웨어를 포함하는 제어장치를 이용한다. 본 제어장치는 에테르넷(Ethernet)과 같은 통상의 네트워크 수단을 통해 구현가능하며 각 액츄에이터들을 개별적으로 제어하는 기능을 한다.

제어장치(61)는 센서를 이용하여 구동벨트 및/또는 차량의 휠 속력을 측정한다. 휠 또는 벨트의 회전속도를 측정할 때에는 자기저항, 광학, 자기 및 캐패시티 센서들과 같은 센서가 이용될 수 있음이 예상될 수 있다. 또한, 본 시스템은, 이용가능한 곳에는, 테스트 차량의 잠김방지장치 또는 견인제어장치로부터 데이터를 이용하여 휠 속도를 측정할 수 있다.

각 로드 시뮬레이터 액츄에이터(50)는 50kg 이상의 캐링 캐패시티(carrying capacity)를 구비한다. 승객 수송용 자동차 또는 트럭의 경우에 로드 시뮬레이터는 1,500kg 이상의 캐링 캐패시티를 구비할 수 있다. 각 액츄에이터들(제1 내지 제4 엑츄에이터)은, +/- 50mm보다 큰 X, Y, Z축상의 변위 외에도, 각변위(RX, RY, RZ)도 제공하는 것이 가능하다. 도 22에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 로드 시뮬레이터의 액츄에이터(50)로 구현되는 다수의 유압 액츄에이터(64)는 로드 시뮬레이터 가속기의 캐링 캐패시티의 주파수가 약 25Hz에서 35G의 가속도를 제공할 수 있다.

승객 수송용 차량 또는 트럭의 경우에 로드 시뮬레이터 가속기의 벨트는 차량의 휠에 약 7000N(7KN) 정도까지의 견인력을 전달할 수 있고, 약 180kph 정도까지의 로드 스피드를 시뮬레이션할 수 있는 폭길이 400mm로 된 스틸이다. 본 제어장치에 이용되는 소프트웨어는 각 코너부의 길이를 따라, 그리고 코너부 위쪽으로 타이어의 중심선에 대한 프로그래밍을 할 수 있게 해준다.

각 로드 시뮬레이터 액츄에이터(50)의 질량은 약 250kg이다. 각 로드 시뮬레이터 액츄에이터(50) 내에는 유압(자동) 또는 수동 벨트 인장 조정장치(66)가 제공된다. 본 시스템은 차량의 무게나 속력과 같은 다양한 차량의 파라미터들에 의존하는 벨트의 견인력을 자동으로 조정하는 것이 가능하다. 또한, 벨트를 신속하게 제거할 수가 있다. 어큐물레이터(accumulator)를 포함하여, 연관 유압 시스템(미도시)은 각 로드 시뮬레이터 액츄에이터의 베이스로 포함된다.

도 3은 도 2에 도시된 로드 시뮬레이터에 의하여 주어지는 6개 축의 자유도를 정의하고 있다. 여기서는 차량의 타이어 속력 및 변위축을 6개까지 가져 타이어의 변위를 다양화 시킬 수 있도록 할 수 있는 점을 도식적으로 표현한 것이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 교시에 따른 로드 시뮬레이터 액츄에이터를 앞쪽과 위쪽에 바라본 사시도이다. 본 액츄에이터는 일반적으로 상부와 측면, 그리고 전후면을 갖는 사다리꼴 구조이다. 상부면에는 스틸벨트가 이용된다. 전면에는 상기 스틸벨트를 지탱하는 내부 드럼과 베어링에 대한 지지 구조가 도시되어 있다. 또한 전면에는 벨트 인장 메커니즘이 도시되어 있다. 벨트 인장 조정장치는 벨트를 지지하고 있는 베어링에 힘을 인가하는 액츄에이터를 포함한다. 벨트에 가해지는 견인력은 유압 또는 공기 자동 벨트 인장 조정장치(66)를 이용하는 제어장치에 의하여 자동으로 조정된다.

도 7 내지 도 9는 도 2에 도시된 액츄에이터를 뒤에서 바라본 사시도이다. 로드 시뮬레이터 액츄에이터는 지지암(70)에 의하여 베이스 위에 매달려 있다. 지지암은 베이스 위로 액츄에이터가 떠있게 해주면서 액츄에이터를 지지하는 기능을 한다. 많은 유압 액츄에이터들이 지지암과 구동벨트 사이에 위치해 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 구동축(drive shaft)이 액츄에이터 내에 위치하는 구동프레임에 결합되어 있다. 구동축은 다시 가요성 커플링을 통해 구동모터에 결합되어 있다.

도 10은 액츄에이터 상부의 사시도이다. 연속되어 있는 루프 벨트(58)가 도시되어 있는데, 이는 타이어에 의하여 관찰되는 로드 표면을 시뮬레이션하는 기능을 한다. 또한, 테스트 조건으로서 필요한 경우에, 벨트는 항력(drag)이 타이어 상에 가해질 수 있도록 구성되어 있다. 상기 벨트는 금속을 짜넣거나 금속을 얇은 판으로 한 것과 같은 금속재료로 구성될 수 있음을 예상할 수 있다. 또한, 벨트는 타이어의 표면과 상호작용하는 3차원 표면을 가질 수 있다. 이러한 표면이 자갈길이나 일련의 덜커덕거리는 소리를 내는 급정거들을 시뮬레이션할 수 있음을 예상할 수 있다.

도 11 내지 도 14는 시뮬레이터의 내부 사시도이다. 벨트(58)를 지지하는 기능을 하는 2개의 지지 드럼(60)이 도시되어 있다. 부가적인 2개의 드럼(60)은 도시하지 않았다. 제1 부가적 드럼은 벨트를 지지하는 기능을 하는 반면에, 제2 부가적 드럼은 구동드럼이다. 지지암(70) 및 로드 시뮬레이터 액츄에이터 사이에 위치하는 유압 액츄에이터들(64)이 추가적으로 도시되어 있다. 이들 유압 액츄에이터(64)는 로드 시뮬레이터 액츄에이터의 유압 베어링(62)을 통해 힘을 인가함으로써 차량의 타이어에 힘을 가하는 기능을 한다.

도 11은 로드 시뮬레이터 액츄에이터의 전면을 통해 본 내부 단면도이다. 지지 드럼(60)에 힘을 인가하는 자동 벨트 인장 조정장치(66)가 도시되어 있다. 자동 벨트 인장 조정장치(66)는 구동벨트의 견인력을 자동으로 조정하는 기능을 한다. 벨트 인장 조정장치(66)는 구동벨트가 지지 드럼에서 분리될 수 있도록 구성되어 있다.

도 15, 16 및 도22는 액츄에이터의 지지암(70)을 도시하고 있다. 지지암은 로드 시뮬레이터 액츄에이터(50)를 지지하고 제어와 피드백 신호를 위한 콘딧(condit)으로 작동하는 기능을 한다. 또한, 유압 및 공기 유체가 로드 시뮬레이터 액츄에이터의 베이스에 있는 유압 어큐물레이터로부터 공급될 수 있다.

도 17에는 제어장치에 결합된 리모트 콘트롤 장치가 도시되어 있다. 도 22는 본 발명의 교시에 따른 베이스의 구조도이다. 도면 부호 7, 7', 7''은 본 발명에 의한 제1, 제2, 제3 액츄에이터를 표시하며 상기 액츄에이터(7, 7', 7'')는 단독 또는 필요에 따라 복수개 구비 설치 가능할 수 있다. 상기 도 22에는 액츄에이터 헤드(74)와 지지암(70)과 회전부(8)를 통하여 회전 가능한 연결 상태를 도시하고 있으며, 상기 지지암(70)은 회동 연결구조(8)를 통하여 상하로 회전 가능하도록 구성될 수 있음을 보여 주고 있다. 또한 상기 구조에서 액츄에이터 헤드와 밸트사이에는 임의의 어느방향(제 1방향)으로 힘을 부여할 수 있도록 구성된 다른 액츄에이터(제 4액츄에이터)를 구비할 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명에 대한 설명은 사실상 예시적인 것에 불과하며, 따라서, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것이라고 해석된다. 그러한 변형이 본 발명의 성질 및 범위로부터 벗어나는 것이라고 간주되지 않는다.

Claims

도로면 위에서 구동되는 소스 차량으로부터 필요한 응답을 표시해주는 일련의 데이타를 저장하는 전자메모리;

차량의 휠을 구동시키도록 구성된 벨트를 지지하는 액츄에이터 헤드를 구비하며, 데이터에 응답하여 제1 방향으로 헤드에 힘을 부여할 수 있는 제1 복수의 유압 액츄에이터 (hydraulic actuators), 데이터에 응답하여 제2 방향으로 헤드에 힘을 부여할 수 있는 제2 복수의 유압 액츄에이터 및 데이터에 응답하여 제3 방향으로 헤드에 힘을 부여할 수 있는 제3 복수의 유압 액츄에이터 더 구비하며, 상기 유압 액츄에이터는 6개 축의 헤드를 자유롭게 움직이도록 구성되는 적어도 하나 이상의 로드 시뮬레이터 액츄에이터 (road simulator actuator); 및

벨트와 연통하면서 적어도 1개의 지지 드럼에 힘을 인가하도록 구성된 자동 벨트 인장 조정장치를 갖되, 여기서 상기 자동 벨트 인장 조정장치는 벨트 속력, 벨트 견인력 또는 휠 속력 중 적어도 하나 이상의 기능으로서 벨트의 견인력을 자동으로 조정하는 기능을 하며, 인장 메커니즘상 폐회로 제어장치로 실시간으로 벨트의 측면 안내가 가능하며, 여기서 상기 적어도 하나 이상의 로드 시뮬레이터의 액츄에이터는 벨트내에 설치되는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

액츄에이터 헤드와 벨트 사이에 제1 방향으로 힘을 부여하도록 구성된 제4 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

상기 로드 시뮬레이터의 액츄에이터는 차량의 운동, 소음, 진동, 핸들링, 강성, 차량 및 서스펜션의 고유진동수 중 적어도 하나 이상을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

차량의 타이어 속력 및 변위축을 6개까지 가져 타이어의 변위를 다양화시킬 수 있도록 하는 폐회로 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

컴퓨터에 의하여 생성되는 도로를 시뮬레이션하는 입력신호를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

테스트 도로 위를 주행하는 동안, 시험 차량 내부의 가속 데이터로부터 얻어지는 도로를 시뮬레이션하는 입력신호를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제5항에 있어서,

상기 입력신호가 실제의 도로 프로파일과 수학적으로 연관되어 있는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

상기 로드 시뮬레이터의 액츄에이터는 가요성 커플링에 의하여 구동축에 결합되어 있는 연관 수냉식 구동모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제8항에 있어서,

상기 가요성 커플링은, 상기 액츄에이터가 지지부재 위에서 지지되면서, 상기 모터가 로드 시뮬레이터의 액츄에이터의 베이스에 탑재되게 하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

각 액츄에이터가 차량의 타이어들의 구동 및 회전 저지를 위하여 벨트를 구비하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

제3 액츄에이터와 액츄에이터 헤드 사이에 배치된 액츄에이터 지지암을 더 포함하며, 상기 액츄에이터 지지암은 회전 가능하게 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제11항에 있어서,

상기 액츄에이터 지지암이 굽어 있는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제11항에 있어서,

상기 제3 유압 액츄에이터는 제2 방향으로 힘을 부여하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

상기 벨트가 두 개의 드럼에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,

제1 복수의 액츄에이터는 7 kN 이상의 동력적 힘을 인가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

제2 복수의 액츄에이터는 약 +/- 50 mm 이상의 변위를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 유압 액츄에이터는 지지암과 액츄에이터 헤드 사이에 위치하며, 상기 로드 시뮬레이터 액츄에이터의 내부면을 통하여 힘을 인가함으로써 차량의 타이어에 힘을 가하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 로드 테스트용 시뮬레이션 시스템.