KR101043386B1 - 쌍방향 동력 전달 계통 제어 시스템 및 차량 제어 방법 - Google Patents

쌍방향 동력 전달 계통 제어 시스템 및 차량 제어 방법 Download PDF

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Abstract

전륜 구동 차량의 두 개의 후방 차축 및 차륜에 독립적으로, 다시 말해서, 비대칭적으로 전달되는 토크를 제어하는 방법 및 장치는 차량의 조정 능력 및 성능을 향상시킨다. 장치는 발동기, 트랜스 액슬, 파워 테이크오프, 각각의 후방 차축 및 차륜을 구동하는 독립적으로 제어 가능한 한 쌍의 변조 클러치를 갖춘 후방 차축 어셈블리와, 다양한 차량 센서 및 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서에 소프트웨어적으로 실현되는 방법은 차륜 속도, 편요 비율, 측방 가속도, 스로틀 위치 및 조향각을 감지하고, 여러가지 기준값들과 오버스티어 및 언더스티어 조건을 결정하고, 두 클러치 중 하나 또는 양쪽 모두를 구동한다.

Description

쌍방향 동력 전달 계통 제어 시스템 및 차량 제어 방법{CONTROL SYSTEM FOR INTERACTIVE DRIVELINE AND VEHICLE CONTROL }
도 1은 본 발명이 적용된 전륜 구동 자동차의 동력 전달 계통의 개략 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 쌍을 이루는 변조 클러치를 갖춘 후방 차축의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로프로세서에 내장된 제어 구조를 보인 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로프로세서에 내장된 견인 제어기 모듈 중 하나의 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로프로세서에 내장된 동력 제어기 모듈의 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로프로세서에 내장된 스마트 액추에이터 모듈 중 하나의 블록도이다.
도 7은 도 5에 도시한 동력 제어기 모듈에 의해 수행되는 절차를 보인 흐름도이다.
도 8은 도 5에 도시한 편요 비율 계산의 흐름도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 5에 도시한 클러치 선택기 로직의 흐름도이다.
도 10은 도 9b에 도시한 좌회전 언더스티어 검출 서브루틴과 관련된 흐름도이다.
도 11은 도 9b에 도시한 우회전 언더스티어 검출 서브루틴과 관련된 흐름도이다.
도 12a 및 도 12b는 도 9b에 도시한 우회전 오버스티어 검출 서브루틴과 관련된 흐름도이다.
도 13a 및 도 13b는 도 9b에 도시한 좌회전 오버스티어 검출 서브루틴과 관련된 흐름도이다.
도 14a 내지 도 14c는 도 3에 도시한 중재기 모듈과 관련된 흐름도이다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 사륜 차량 구동 트레인
20: 일차 또는 전방 동력 전달 계통
28: 일차 또는 전방 타이어 및 차륜 어셈블리
30: 이차 또는 후방 동력 전달 계통
36: 후방 또는 이차 차축 어셈블리
40: 이차 또는 후방 타이어 및 차륜 어셈블리
50: 마이크로프로세서
52: 조향각 센서
56, 58, 60, 62: 차륜 속도 센서
64: 스로틀 위치 센서
65: 편요 비율 및 측방 가속도 센서
본 발명은 전륜 구동 차량의 후방 차륜으로 전달되는 토크를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 전륜 구동 차량의 후방에 배치되어 각각의 후방 차륜에 비대칭적으로 구동 토크를 제공하는 클러치의 독립적인 맞물림을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
적응형 사륜 구동 시스템이 장착된 차량의 제어 능력 및 성능을 향상시키기 위한 노력이 광범위하게 이루어져 왔다. 사륜 구동 시스템이 장착된 차량의 경우, 단순히 많은 차량에 채택된, 2 개의 차륜보다는 4 개의 차륜 모두에 인가되는 토크를 관측하고 제어할 수 있기 때문에, 그러한 차량의 성능 및 성능 특성을 현저히 향상시킬 수가 있다.
특허를 받은 많은 시스템들은, 예를 들어 스키드 제어를 제공하거나, 최적의 가속도 및 감속도를 제공하거나, 지속적인 차량의 제어를 필요로 하는 최대 가속도 및 감속도를 제공하기 위하여, 사륜 구동 시스템의 성능을 증진시킨다.
스키드 또는 슬립 감지 및 제어 이외에, 최근의 특허 확보 영역은 차량의 편요 제어, 다시 말해서, Z 축선 또는 중심 수직 축선을 중심으로 하는 차량의 운동을 제어하는 분야에까지 미치고 있다.
예를 들어, 미국 특허 제 5,332,059 호에는 후방 차동장치를 가로질러 배치된 클러치와 조향각 센서를 갖춘 사륜 구동 차량 제어 시스템이 개시되어 있다. 클러치는 감지된 차량 속도와, 조향각과, 종방향 및 측방 가속도에 응하여 차동 동작을 억제한다.
미국 특허 제 5,341,893 호에는 차량, 특히 트랙터의 사륜 구동 시스템을 개시하고 있는데, 전방 차동 장치는 왼쪽 및 오른쪽 전륜을 구동하고, 토크는 개개의 클러치를 통해 후륜에 공급된다.
미국 특허 제 6,076,033 호에는 차량의 왼쪽 및 오른쪽 차륜에 대해 상호 배타적인 제동 및 구동력을 발생시킴으로써 차량의 편요를 제어하는 방법이 개시되어 있다.
또다른 사륜 구동 시스템이 미국 특허 제 6,145,614 호에 개시되어 있다. 이 특허에 의하면, 사륜 구동 시스템이 차동 장치를 가로질러 배치된 차동 동작 억제 장치를 갖춘 중앙 차동 장치를 구비함과 아울러, 차동 장치를 가로질러 배치된 차동 동작 억제 클러치를 또한 갖춘 제 2 차동 장치를 일차 차축에 구비한다. 이 시스템은 회전 센서와, 오른쪽 및 왼쪽의 주된 구동 차륜 사이의 속도 차에 따라 차동 동작 억제의 정도를 조정하는 수단을 또한 포함한다.
자동차의 편요 제어와 관련된 상기한 바와 같은 특허를 살펴보면, 편요 제어의 개선이 절실히 요구되고 있다는 점을 명백히 알 수 있다.
전륜 구동 차량의 두 개의 후방 차축 및 차륜에 독립적으로, 다시 말해서, 비대칭적으로 전달되는 토크를 제어하는 방법 및 장치는 차량의 조정 능력 및 성능을 향상시킨다. 장치는 발동기, 트랜스 액슬, 파워 테이크오프, 각각의 후방 차축 및 차륜을 구동하는 독립적으로 제어 가능한 한 쌍의 변조 클러치를 갖춘 후방 차축 어셈블리와, 다양한 차량 센서 및 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서에 소프트웨어적으로 실현되는 방법은 차륜 속도, 편요 비율, 측방 가속도, 스로틀 위치 및 조향각을 감지하고, 여러가지 기준값들과 오버스티어 및 언더스티어 조건을 결정하고, 두 클러치 중 하나 또는 양쪽 모두를 구동한다.
따라서, 본 발명의 목적은 쌍을 이루는 클러치를 통해 전륜 구동 자동차의 후방 차축과 차륜에 비대칭적으로 토크를 전달하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전륜 구동 자동차의 후방 차축 내의 쌍을 이루는 클러치를 독립적으로 제어하여 차량의 조정 및 제어를 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 감지된 차륜 속도, 편요 비율, 측방 가속도, 스로틀 위치 및 조향각에 기초하여 전륜 구동 자동차의 후방 차축의 왼쪽 및 오른쪽 클러치의 독립적인 작동을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전륜 구동 차량의 후방 차축과 차륜에 비대칭적으로 구동 토크를 전달하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 쌍을 이루는 클러치를 구비한 후방 차축과, 차륜 속도, 편요 비율, 측방 가속도, 스로틀 위치 및 조향각을 감지하는 센서와, 마이크로프로세서를 갖춘 전륜 구동 자동차의 후방 차륜에 독립적으로 구동 토크를 전달 하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 발동기와, 트랜스 액슬과, 파워 테이크오프와, 후방 차축 내에 쌍을 이루어 배치된 독립적으로 변조 가능한 클러치와, 차량의 동작 상태를 관측하는 다양한 센서 및 변조 클러치를 구동하는 출력을 구비하는 마이크로프로세서를 갖춘 전륜 구동 자동차용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적 및 장점 등은 첨부도면을 참조하는 이하의 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백히 밝혀진다. 도면에 있어서, 동일한 도면부호는 동일한 구성요소 또는 특징을 가리킨다.
도 1을 참조하면, 적응형 사륜 차량 구동 트레인이 도면부호 10으로 개략적으로 도시되어 있다. 사륜 차량 구동 트레인(10)은 트랜스 액슬(14)에 연결되어 트랜스 액슬(14)을 직접적으로 구동하는 발동기(12), 예컨대, 가솔린, 디젤 또는 천연가스연료 내연기관을 포함하고 있다. 트랜스 액슬(14)의 출력은 일차 또는 전방 동력 전달 계통 (20) 및 이차 또는 후방 동력 전달 계통(30)을 구동한다. 일차 동력 전달 계통(20)은 전방 또는 일차 추진 샤프트(22)와, 전방 또는 일차 차동 장치(24)와, 한 쌍의 전방 차축(26)과, 각각 한 쌍으로 이루어진 일차 또는 전방 타이어 및 차륜 어셈블리(28)를 포함한다. 여기서, 전방 또는 일차 차동 장치(24)는 공지된 기술임에 유의할 필요가 있다.
트랜스 액슬(14)은, 파워 테이크오프(16)를 통해, 적절한 유니버설 조인트(34)를 갖춘 이차 추진 샤프트(32)와, 후방 또는 이차 차축 어셈블리(36)와, 한 쌍 의 이차 또는 후방 차축(38)과, 각각 한 쌍으로 이루어어진 이차 또는 후방 타이어 및 차륜 어셈블리(40)를 포함하는 이차 또는 후방 동력 전달 계통(30)에 구동 토크를 또한 제공한다. 이차 차축 어셈블리(36)와 관련하여 사용되고 있는 "차축"이라는 용어는 동력 전달 계통 토크를 받아들이고, 이 토크를 가로로 배치되고 정렬된 두 개의 구동 차축에 분배하고, 특히 차량의 코너링의 결과로서 생기는 회전 속도 차이를 조정하기 위한 장치를 확인하기 위하여 사용된다. "차축"이라는 용어 그 자체는 이들 기능을 제공하지만 종래의 내장된 차동 기어 세트를 포함하지는 않는 본 발명을 포함하는 것을 의미한다.
앞서 행한 설명 및 이하의 설명은 일차 동력 전달 계통(20)이 차량의 전방에 배치되어 있고, 그에 따라 이차 동력 전달 계통(30)이 차량의 후방에 배치되어 있는 차량에 관한 것이다. 그러한 차량은 일반적으로 (일차) 전륜 구동 차량 또는 적응형 사륜 구동 차량으로 불린다.
차량 구동 트레인(10)에는 다수의 센서로부터 신호를 수신하고 후방 또는 이차 차축 어셈블리(36)에 두 개의 독립적인 제어, 즉, 작동 신호를 제공하는 제어기 또는 마이크로프로세서(50)가 장착되어 있다. 특히, 조향각 센서(52)는 조향 핸들축관(54)과 조향 핸들의 각위치를 감지하고, 마이크로프로세서(50)에 적절한 신호를 제공한다. 조향 핸들축관(54)과 전방 (조향) 타이어 및 차륜 어셈블리(28) 사이에는 일반적으로 직접 방식 포지티브 연동장치가 제공되어 있기 때문에, 전방 타이터 및 차륜 어셈블리의 각위치는 직접적으로 추량될 수 있으며, 실제로 조향각 센서(52)에 의해 제공되는 정보로부터 계산될 수 있다. 따라서, 조향 핸들축관 (54)의 회전과 조향각 센서(52)의 이동은, 공지된 수학식에 따라, 전방 타이어 및 차륜 어셈블리(28)의 각운동에 항상 대응한다는 점이 이해되어야 한다. 이것은 가변 비율 조향 시스템인 경우에도 변하지 않는다. 마이크로프로세서(50)의 스케일링 팩터는 조향 핸들축관(54)의 각위치를 전방 (조향) 타이어 및 차륜 어셈블리(28)의 각위치로 쉽게 변환할 수 있다.
그러한 손쉬운 변환으로 인해, "조향각"을 언급할 때 조향 핸들축관(54) 및 부착된 차륜의 각위치가 참조된다. 주어진 차량의 조향 핸들축관(54)의 각과 전방 타이어 및 차륜 어셈블리(28)의 각은 둘 다 위에서 언급한 바와 같이 공지된 관계 또는 비율에 의해 관련되며, 상기한 각 어느 쪽이든 필요에 따라 감지될 수도 있고, 다른 적절한 형태로 축척되거나 변환될 수도 있다. 이 점에 있어서는, 선형 센서(도시 안됨)가 조향 랙 또는 선형 운동을 나타내는 다른 조향 요소에 동작 가능하게 연결되거나, 운동이 제한된 조향 요소에 연결된 운동이 제한된 각 센서가 이 시스템에서 기능을 수행하게 된다. 마지막으로, 스티어-바이-와이어 시스템에 있어서는, 스티어-바이-와이어 시스템의 조향각 센서(52)로부터 마이크로프로세서(50)로 신호가 전달될 수도 있다. 이들 센서의 유형, 센서의 위치 및 시스템 구성 모두는 본 발명의 범주에 속한다. 그러나, 조향 핸들축관(54)의 상대적으로 중요한 회전 범위, 일반적으로 적어도 3회전 (1080도) 록-투-록은 적은 회전 또는 선형 운동을 나타내는 센서 위치에 대한 센서(52)의 출력 신호에 더욱 양호한 각도 명료도(definition)를 제공한다는 점을 이해할 필요가 있다.
차량 구동 트레인(10)은 왼쪽 일차 (전방) 타이어 및 차륜 어셈블리(28)의 회전 속도를 감지하고 마이크로프로세서(50)에 신호를 제공하는 제 1 가변 릴럭턴스 또는 홀 효과 센서(56)를 또한 포함한다. 제 2 가변 릴럭턴스 또는 홀 효과 센서(58)는 오른쪽 일차 (전방) 타이어 및 차륜 어셈블리(28)의 회전 속도를 감지하고 마이크로프로세서(50)에 신호를 제공한다. 왼쪽 이차 (후방) 타이어 및 차륜 어셈블리(40)에 장착된 제 3 가변 릴럭턴스 또는 홀 효과 센서(60)는 왼쪽 이차 (후방) 타이어 및 차륜 어셈블리(40)의 속도를 감지하고 마이크로프로세서(50)에 신호를 제공한다. 최종적으로, 오른쪽 이차 (후방) 타이어 및 차륜 어셈블리(40)에 장착된 제 4 가변 릴럭턴스 또는 홀 효과 센서(62)는 오른쪽 이차 (후방) 타이어 및 차륜 어셈블리(40)의 속도를 감지하고 마이크로프로세서(50)에 신호를 제공한다. 상기한 속도 센서(56, 58, 60, 62)는 독립된, 다시 말해서 전용 센서일 수도 있고, 차량에 장착되어 록 방지 제동 시스템(abS) 또는 기타 속도 감지 및 견인 제어 시스템에 신호를 제공하는 센서일 수도 있다는 점을 이해하여야 한다. 또한, 적절한 종래의 카운팅 또는 톤 휠(도시 안됨)에 속도 센서(56, 58, 60, 62) 각각과 근접 감지 관계에 있는 각각의 타이어 및 차륜 어셈블리(28, 40)가 장착되어 있음을 이해하여야 한다. 일체형 장치일 수도 있고 분리형 장치일 수도 있는, 스로틀 위치 센서(64) 및 편요 비율 및 측방 가속도 센서(65) 또한 마이크로프로세서(50)에 신호를 제공한다. 마이크로프로세서(50)는 조향각 센서(52)와, 차륜 속도 센서(56, 58, 60, 62)와, 스로틀 위치 센서(64)와, 편요 비율 및 측방 가속도 센서(65)로부터 신호를 수신하고 그 신호를 조절하는 소프트웨어를 포함한다.
도 2을 참조하면, 후방 또는 이차 차축 어셈블리(36)는 이차 추진 샤프트 (32)로부터 구동 토크를 받아들이는 입력 샤프트(70)를 포함하고 있다. 입력 샤프트(70)는 플랜지 또는 컵(72), 아니면 예를 들어 유니버설 조인트(34) 또는 이차 추진 샤프트(32)에 대한 기타 연결 부재의 일부를 형성하는 요소를 포함할 수도 있다. 플랜지(72)는 록 너트(74) 또는 그와 유사한 장치에 의해 입력 샤프트(74) 상에 고정될 수도 있다. 입력 샤프트(70)는 중앙에 배치되고 축방향으로 연장된 중앙 하우징(76) 내에 수용되어 있으며, 하우징(76)과 입력 샤프트(70) 또는 플랜지(72)의 장착된 부분 사이에 유체 불투과성 밀봉을 제공하는 적절한 오일 밀봉부재(78)에 의해 둘러싸여 있다. 입력 샤프트(70)는 한 쌍의 마찰 방지 베어링, 예컨대 테이퍼 형상의 롤러 베어링 어셈블리(80)에 의해 회전 가능하게 지지되는 것이 바람직하다. 입력 샤프트(70)는 나사가 형성된 적절한 파스너(96)에 의해 중앙에 배치된 관상 구동 부재(94) 상의 플랜지(92)에 고정된 링 기어(88) 상의 보완적인 형상의 기어치(86)와 짝을 이루는 기어치(84)를 갖춘 하이포이드 또는 베벨 기어(82)까지 연장되어 있다.
관상 구동 부재(84)는 한 쌍의 마찰 방지 베어링, 예컨대 볼 베어링 어셈블리(102)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 관상 구동 부재(94)는 가운데가 비어 있어서, 내부 체적(104)을 갖는다. 한 쌍의 스캐빈저 또는 국자(106)가 관상 구동 부재(94)의 벽을 관통하여 방사상으로 연장되며, 윤활 및 냉각 유체(108)를 수집하여 내부 체적(104) 안으로 주입한다. 윤활 및 냉각 유체(108)는 관상 구동 부재(94)의 내부 체적(104)과 소통하는 통로(110)를 통해 후방 차동 어셈블리(36) 내의 요소로 공급된다.
후방 또는 이차 차축 어셈블리(36)는 나사가 형성된 파스너(114)에 의해 중앙 하우징(76)에 부착되어 있는 한 쌍의 벨 형상 하우징(112A, 112B)을 또한 포함하고 있다. 하우징(112A, 112B)은 거울 영상 요소, 즉 좌우 대칭 요소로서, 한 쌍의 변조 클러치 어셈블리(120A, 120B)를 각각 수용한다. 두 개의 변조 클러치 어셈블리(120A, 120B)가 거울 영상 형태로 좌우로 대향 배치된 점을 제외하면, 이하에서 설명되는 두 개의 클러치 어셈블리(120A, 120B)의 구성요소들은 동일하다. 따라서 그리고 도 2를 명확히 도시하기 위하여, 왼쪽 및 오른쪽 클러치 어셈블리(120A, 120B)의 상호 대응하는 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하였다. 그러한 구성요소는 두 어셈블리 모두에 존재하며, 그러한 도면부호는 두 어셈블리 모두에 적용된다는 점이 이해되리라 본다.
변조 클러치 어셈블리(120A, 120B) 둘 다 베벨 기어(82, 88) 및 관상 구동 부재(94)를 통해 입력 샤프트(70)에 의해 구동된다. 특히, 위에서 언급한 링 기어(88)는 관상 구동 부재(94)에 고정되어 있다. 링 기어(88)의 관상 연장부(122)는 왼쪽 구동 칼라(130A) 상에 형성된, 내부 또는 암컷형 스플라인 또는 기어치(128A)와 짝을 이루는, 외부 또는 수컷형 스플라인(124)을 포함하고 있다. 왼쪽 구동 칼라(130A)는 클러치 단부 벨(140A) 상의 보완적인 형상의 내부 또는 암컷형 스플라인 또는 기어치(134A)와 짝을 이루는 외부 또는 수컷형 스플라인 또는 기어치(132A)를 또한 포함하고 있다. 오른쪽 변조 클러치 어셈블리(120B)의 구동과 관련하여 설명하면, 관상 구동 부재(94)는 보완적인 형상의 암컷형 스플라인 또는 기어치(128B)와 맞물리는 외부 또는 수컷형 스플라인 또는 기어치(136)와 구동 칼라(130B)를 포함하고 있다. 그에 대응하여, 구동 칼라(130B)는 클러치 단부 벨(140B) 상에 형성된 내부 또는 암컷형 스플라인 또는 기어치(134B)와 보완적인 형상을 취하며 그와 맞물리는 외부 또는 수컷형 스플라인 또는 기어치(132B)를 포함한다.
클러치 단부 벨(140A, 140B)은 동일하지만 거울 영상 형태로 배치되어 있다. 클러치 단부 벨(140A, 140B)은 각각 직경이 큰 다수의 제 1 마찰 클러치 플레이트 또는 디스크(146) 상의 보완적인 형상의 외부 스플라인(144)과 구동 가능하게 맞물리는 내부 스플라인(142)을 포함하고 있다. 직경이 큰 다수의 제 1 마찰 클러치 플레이트 또는 디스크(146)는 직경이 작은 다수의 제 2 마찰 클러치 플레이트 또는 디스크(148)에 끼워져 있다. 마찰 클러치 플레이트 또는 디스크(146, 148) 각각의 적어도 일면은 적절한 마찰 클러치 재료를 포함한다. 직경이 작은 마찰 클러치 플레이트 또는 디스크(148)는 각각 원형 칼라 또는 허브(154) 상의 보완적인 형상의 수컷형 또는 외부 스플라인(152)과 맞물리는 내부 또는 암컷형 스플라인(150)을 포함하고 있다. 허브(154)는 내부 또는 암컷형 스플라인 또는 기어치(156)에 의해 각각의 왼쪽 또는 오른쪽 출력 축(160A, 160B) 상의 수컷형 스플라인 또는 기어치(158)에 연결되어 함께 회전한다.
변조 클러치 어셈블리(120A, 120B)는 볼 램프 액추에이터 어셈블리(170A, 170B)를 또한 포함하고 있다. 볼 램프 액추에이터 어셈블리(170A, 170B)는 각각 칼라 또는 허브(154) 상의 수컷형 스플라인(152)과 맞물리는 암컷형 스플라인 또는 내부 기어치(174)를 갖춘 원형 인가 플레이트(172)를 포함하고 있다. 따라서, 인가 플레이트(172)는 다수의 제 2 클러치 플레이트(148)와 함께 회전하며, 그에 대해 축방향으로 이동할 수도 있다. 인가 플레이트(172)는 전기자(182)와 맞물리는 플랫 와셔(178)를 위치시키고 수용하는 쇼울더(176)를 포함할 수도 있다. 전기자(182)는 그 둘레에 배치된 수컷형 스플라인(184)을 포함하고 있다. 수컷형 스플라인(184)은 단부 벨(140A, 140B) 내부의 암컷형 스플라인(142)과 보완적인 형상을 취하며, 그와 맞물린다. 따라서, 전기자(182)는 단부 벨(140A) 및 다수의 제 1 클러치 플레이트(146)와 함께 회전한다. 전기자(182)는 U 형상의 원형 회전자(186)에 인접하게 배치되어 있다. 회전자(186)는 전자 코일(194)이 들어 있는 고정 하우징(192)을 부분적으로 둘러싸고 있다. 고정 하우징(192) 및 코일(194)은 나사가 형성된 다수의 스터드 및 파스너(196)에 의해 벨 하우징(112A, 112B)에 고정되는 것이 바람직하다. 전기 에너지는 각각의 왼쪽 및 오른쪽 전기 도체(66, 68)를 통해 전자 코일(194)에 공급될 수도 있다.
회전자(186)에는, 적절한 수단에 의해, 예컨대 용접, 스플라인 결합, 또는 간섭 끼워맞춤에 의해, 제 1 원형 부재(202)가 연결되어 있다. 제 1 원형 부재(202)는 출력 샤프트(160A, 160B) 둘레의 느슨하고 자유로운 회전 끼워맞춤을 한정한다. 따라서, 제 1 원형 부재(202) 및 회전자(186)는 출력 샤프트(160A, 160B) 및 전자 코일(194)의 하우징(192)을 중심으로 자유로이 회전할 수 있다. 제 1 원형 부재(202)는 출력 샤프트(160B)의 축선을 중심으로 원형으로 배열된 다수의 구부러진 램프 또는 리세스(204)를 포함하고 있다. 각각의 리세스(204) 내에는 리세스(204)의 경사진 표면에 의해 한정되는 램프를 따라 병진 운동을 하는 하중 전달 볼(206) 또는 이와 유사한 하중 전달 부재가 배치되어 있다.
제 2 원형 부재(208)는 제 1 원형 부재(202)와 대향하는 상태로 배치되며, 보완적인 크기와 배열 관계를 갖는 다수의 리세스(212)를 포함하고 있다. 따라서, 하중 전달 볼(206)은 대향 배치되어 쌍을 이루는 리세스(204, 212) 내에 수용된다. 리세스(204, 212)의 단부는 구부러져 있고, 하중 전달 봉(206)이 효과적으로 그 내부에 놓일 수 있도록, 리세스의 내부 영역보다 더욱 가파르게 경사져 있다. 다수의 웨이브 와셔 또는 접시 스프링(214)이 제 2 원형 부재(208) 및 허브 또는 칼라(154) 사이에 배치되어, 제 2 원형 부재(208)를 제 1 원형 부재(202) 쪽으로 치우치게 작용하고 있다.
리세스(204, 212) 및 하중 전달 볼(206)은 상대적인 회전에 응하여 원형 부재(202, 208)의 축방향 변위를 일으키는 기타 유사한 기계적인 요소로 대체될 수도 있음에 유의할 필요가 있다. 예를 들어, 보완적인 형상의 원추형 나선 형태로 배치된 테이퍼 형상의 롤러가 사용될 수도 있다.
제 2 원형 부재(208)는 출력 샤프트(160B) 상의 수컷형 스플라인 또는 외부 기어치(158)와 보완적인 형상으로 구성되어 그와 맞물리는 다수의 암컷형 스플라인 또는 기어치(215)를 포함하고 있다. 제 1 원형 부재(202)의 축방향 위치는 스러스트 베어링 어셈블리(216)에 의해 설정된다. 출력 샤프트(160B)를 회전 가능하게 지지하고 축방향으로 위치시키는 마찰 방지 베어링, 예컨대 볼 베어링 어셈블리(218)가 스러스트 베어링 어셈블리(216)에 인접하게 배치되어 있다. 볼 베어링 어셈블리(218)는 한 쌍의 스냅 링(222)에 의해 유지되며, 벨 하우징(112B)에 대해 출력 샤프트(160B)를 축방향으로 위치시킨다. 오일 밀봉부재(224)가 볼 베어링 어셈블리(218)와 출력 샤프트(160B)의 말단에 인접하게 배치되어 있다. 출력 샤프트(160B)의 단자 부분은 수컷형 스플라인(226), 플랜지 또는 인접한 후방 차축(38)과의 구동 연결을 용이하게 하는 다른 구성요소를 포함할 수도 있다. 구동 샤프트(160A, 160B)의 대향 단부는 관상 구동 부재(94) 내에 수용된 원통형 저널 베어링, 부싱 또는 롤러 베어링 어셈블리(228) 내에서 회전 가능하게 지지되어 있다.
도 3을 참조하면, 마이크로프로세서(50)는 조향각 센서(52)와, 차륜 속도 센서(56, 58, 60, 62)와, 스로틀 위치 센서(64)와, 편요 비율 및 측방 가속도 센서(65)를 포함하는 다양한 센서 중 하나 또는 다수의 센서로부터 데이터를 수신하는 다수의 모듈을 포함하고 있다. 마이크로프로세서(50)는 6개의 모듈 또는 블록, 즉 도 4를 참조하여 상세하게 설명되는 왼쪽 및 오른쪽 견인 제어기 모듈(250A, 250B)과, 도 5를 참조하여 상세하게 설명되는 동력 제어기 모듈(252)과, 도 14a 내지 도 14c를 참조하여 상세하게 설명되는 중재기 모듈(256)과, 도 6을 참조하여 상세하게 설명되는 왼쪽 및 오른쪽 스마트 액추에이터 모듈(258A, 258B)을 포함하고 있다.
도 4를 참조하면, 왼쪽 및 오른쪽 견인 제어기 모듈(250A, 250B)은 동일하며, 따라서 왼쪽 견인 제어기 모듈(250A)에 대해서만 설명하기로 한다. 모듈(250A, 250B)에는 모두 4 개의 차륜 속도 센서(56, 58, 60, 62)가 제공되어 차륜 속도를 판독하며, 조향각 센서(52) 및 스로틀 위치 센서(64)로부터 또한 신호를 수신한다. 슬립 에러 신호는 선택적인 신호로서, 실제 차륜 슬립 및 계산되거나 예상되는 차륜 슬립간 차이를 나타낸다. 차륜 속도 및 스로틀 위치로부터, 토크 요구가 서브루틴(262)에 의해 결정된다. 토크 요구 서브루틴(262)의 출력은 목표 토크를 결정하는 제 2 서브루틴(264) 및 토크 전이 신호를 제공하는 제 3 서브루틴(266)에 제공된다. 센서(64)로부터 출력된 스로틀 위치는 필터링된 스로틀 신호를 목표 토크 서브루틴(264)에 제공하는 조절 또는 필터링 서브루틴(268)에 또한 제공된다. 센서(52)로부터 출력된 조향각은 서브루틴(264, 266)에 제공된 오른쪽 또는 왼쪽으로의 회전 상태와 관련된 신호를 제공하는 서브루틴(272)에 제공된다. 선택적인 슬립 에러 신호(260)는 서브루틴(264, 266)에 또한 제공된다. 왼쪽 견인 제어기 모듈(250A) 및 오른쪽 견인 제어기 모듈(250B)의 출력은 도 3에 도시한 중재기 모듈(256)에 제공된다.
도 5를 참조하면, 도 3에 개략적으로 예시된 동력 제어기 모듈(252)이 상세히 도시되어 있다. 동력 제어기 모듈(252)은 차륜 속도 센서(56, 58, 60, 62)와, 조향각 센서(52)와, 편요 비율 및 측방 가속도 센서(65)로부터 신호를 수신한다. 또한, 동력 제어기 모듈(252)은 이하에서 설명되는 좌회전 및 우회전 속도 조절과 관련된 신호를 수신한다. 다수의 신호가 도 8을 참조하여 상세히 설명되는 편요 비율 기준 계산 서브루틴(276)에 제공된다. 편요 비율 센서(65)로부터 직접 신호를 수신하고 서브루틴(276)으로부터의 출력 신호를 수신하는 비례 적분 미분 (PID) 제어기 모듈(278)이 도 14c에 상세히 도시되어 있다. 편요 비율 기준 모듈(252)은 편요 비율 기준 계산 서브루틴(276)으로부터 신호를 수신하는 오버스티어 검출 모듈(282)를 또한 포함하고 있다. 오버스티어 검출 서브루틴은 도 10, 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13a 및 도 13b에 도시되어 있다. 동력 제어기 모듈(252)은 좌회전 및 우회전 속도 조절 신호를 수신하는 구동 토크 검출 서브루틴(284)를 또한 포함하고 있다. 서브루틴(278, 282, 284)의 출력은 도 9a 및 도 9b에 예시된 클러치 선택기 로직 서브루틴(286)에 제공된다. 클러치 선택기 로직 서브루틴(286)은 도 3에 도시한 스마트 액추에이터 모듈(258A, 258B)에 오른쪽 및 왼쪽 토크 제어 출력을 제공한다.
도 6을 참조하면, 두 개의 스마트 액추에이터 모듈 중 한 개의 스마트 액추에이터 모듈(258A)이 도시되어 있다. 스마트 액추에이터 모듈(258A, 258B)은, 분리되어 있고 오른쪽 및 왼쪽 전자 클러치 어셈블리(120A, 120B)에 전기 에너지를 각각 제공하는 것을 제외하면, 동일하다. 스마트 액추에이터 모듈(258A)은 자동차의 전기 시스템으로부터 전자 코일(194A)에 공급되어야 할 현재 이용 가능한 전압을 나타내는 신호를 수신한다. 스마트 액추에이터 모듈(258A)은 요청된 토크 인가의 수준인 클러치 선택기 로직 서브루틴(286)으로부터 신호를 수신한다. 스마트 액추에이터 모듈(258A)은 전륜 속도 센서(56, 58)로부터의 신호를 평균하여 유도될 수도 있는 클러치의 입력 속도를 나타내는 신호를 또한 수신하며, 후륜 속도 센서(60, 62)의 속도를 평균하여 유도될 수도 있는 클러치 출력 속도 신호를 또한 수신한다. 그렇지 않으면, 이차 추진 샤프트(32)의 속도를 감지하는 단일 센서(도시 안됨) 또는 직접적으로 연결된 요소를 이용하여 클러치 입력 속도를 감지할 수도 있다. 클러치 토크 제어기(292)는 요청된 클러치 토크를 수신하고, 토크 레벨 요청을 조절하고, 그것을 현재 이용 가능한 전기 시스템 전압이 또한 공급되어 있는 코일 전류 제어기(294)에 제공한다. 코일 전류 제어기(294)는 라인(66)에서의 출력 신호를 전자 클러치 어셈블리(120A)의 왼쪽 코일(194)에 제공하며, 펄스 폭 변조 (PWM) 제어 체계 또는 변조 전기 신호, 즉 비례 전기 신호를 코일(194)에 제공할 수 있는 다른 제어 체계를 이용할 수도 있다. 코일 전류 평가기(296)는 제어 전압을 받아들이고, 클러치 입력 및 출력 속도와 함께 평가된 토크 레벨을 나타내는 신호를 제공하는 클러치 토크 평가기(298)를 구동한다.
도 7을 참조하면, 도 3 및 도 5에 도시한 동력 제어기 모듈(252)의 단계를 보여주는 흐름도가 도시되어 있다. 동력 제어기 모듈(252)은 차량 속도를 계산하는데 사용되는 4 개의 차량 속도 센서(56, 58, 60, 62)로부터의 신호을 수신하고, 또한 조향각 센서(52)와, 스로틀 위치 센서(64)와, 편요 비율 및 측방 가속도 센서(65)로부터 신호를 수신한다. 중재기 모듈(256)의 현재 상태를 나타내는 신호가 또는 제공된다. 이 데이터는 초기화되거나 필요에 따라 초기화 지점(300)에 저장되고, 처리 단계(302)에서 이용되어 도 8에 도시한 흐름도에 따라 편요 제어 토크를 계산한다. 계산된 편요 제어 토크는 처리 단계(304)에서 이용되어 도 9a 및 도 9b에 도시한 흐름도에 기술되어 있는 클러치 선택기 로직을 결정하고 인에이블시킨다. 차례로, 이 데이터는 처리 단계(306)에서 이용된다.
처리 단계(306)는 왼쪽 클러치 플래그(플래그가 설정된 경우는 1, 플래그가 설정되지 않은 경우는 0)와 왼쪽 클러치 제어 토크와의 곱인 편요 제어 왼쪽 토크 요청을 제공한다. 부연하면, 왼쪽 클러치 플래그가 설정되어 있지 않으면, 편요 제어 왼쪽 토크 요청은 0이 된다. 왼쪽 클러치 플래그가 설정되어 있으면, 편요 제어 왼쪽 토크 요청은 왼쪽 클러치 제어 요청이 된다. 이에 후속하여 오른쪽 클 러치 플래그(오프인 경우 0, 온인 경우 1)와 오른쪽 클러치 제어 토크와의 곱인 편요 제어 오른쪽 토크 요청을 결정하는 처리 단계(308)가 수행된다. 따라서, 오른쪽 제어 클러치 플래그가 설정되어 있으면, 즉 1과 같으면, 편요 제어 오른쪽 토크 요청은 오른쪽 클러치 제어 토크와 같다. 오른쪽 클러치 플래그가 설정되어 있지 않으면, 편요 제어 오른쪽 토크 요청은 0과 같다. 이들 신호 및 오버스티어 플래그는 동력 제어기 모듈(252)의 출력을 나타낸다.
도 7에 도시한 동력 제어기 모듈(252)의 처리 단계/서브루틴(302)를 상세히 설명하는 도 8을 참조하면, 편요 제어 토크의 계산은 조향각 센서(52)로부터 출력된 신호, 4 개의 센서(56, 58, 60, 62)의 평균인 차량 속도, 또는 다른 센서 및 처리, 편요 비율 센서(65)에 의해 결정되는 차량 속도 정보, 및 차량의 축거와 관련된 (메모리에 저장되어 있는) 고정값을 이용한다. 이들은 모두 초기화 단계(310)에서 판독되고 저장된다. 그런 다음, 서브루틴(302)은 편요 비율 기준값을 계산하는 처리 단계(312)로 진행한다. PID 제어기, 예컨대 도 5에 도시한 제어기(278)을 이용할 경우, 기준 신호가 계산되어야 한다고 요청하는 에러 신호를 계산할 필요가 있다.
PID 제어기(278)에서 사용되는 편요 비율 기준은 식
Figure 112004041927393-pat00001
으로 표시되는 중립 스티어 차량의 편요 비율의 선형적인 표현이다. 여기서,
Figure 112004041927393-pat00002
는 편요 비율과 같고,
Figure 112004041927393-pat00003
는 위에서 언급한 바와 같이 조향각 센서(52)로부터 계산될 수도 있는 차량의 전륜의 각과 같으며, V는 차량의 속도와 같고, l은 축거와 같다.
언더스티어로부터 오버스티어로 차량 특성을 조정할 수 있도록 이 식에 이득 K가 곱해질 수도 있다.
Figure 112004041927393-pat00004
. 이 기준 신호는 비교적 낮은 측방 가속도에서는 정확하며, 이 시스템에서 사용하기 충분하다. 더 큰 정확도와 더 높은 측방 가속도는 식
Figure 112004041927393-pat00005
의 사용을 통해 조향각에 대한 곡률 응답을 나타냄으로써 달성될 수 있다. 그런 다음, 서브루틴(302)은 편요 가속도 기준값을 제공하기 위하여 계산된 편요 비율의 도함수를 취하는 처리 단계(314)로 진행한다. 처리 단계(316)에서, 편요 비율 에러는 식
Figure 112004041927393-pat00006
의 사용을 통해 계산된다.
Figure 112004041927393-pat00007
는 처리 단계(312)에서 계산된 것이다. 후속하여, 서브루틴(302)은 편요 비율 에러의 기호를 판독하는 처리 단계(318)로 진행한다. 기준 편요 비율이 측정된 편요 비율보다 크면, 이 값은 양의 값이다. 기준 편요 비율이 측정된 편요 비율보다 작으면, 이 값은 음의 값이다. 처리 단계(322)에서, 편요 가속도가 계산되고, 이들 다양한 값들은 PID 제어기(278)가 식
Figure 112004041927393-pat00008
에 따라 오른쪽 또는 왼쪽 토크 요청을 발생시키는 처리 단계에서 사용된다. 그 다음에, 서브루틴(302)은 편요 가속도의 계산된 값들, 편요 가속도 기준값 및 편요 에러 기호는 물론 오른쪽 클러치 제어 토크와 왼쪽 클러치 제어 토크를 제공한다.
도 7을 다시 참조하면, 서브루틴(302)은 도 9a 및 도 9b와 관련하여 더욱 상 세히 설명되는 클러치 선택기 로직인 서브루틴(304)으로 진행한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 클러치 선택기 로직 서브루틴(304)은 오른쪽 전륜 속도 센서(58), 왼쪽 전륜 속도 센서(56), 오른쪽 후륜 속도 센서(62) 및 왼쪽 후륜 속도 센서(60)로부터의 입력 데이터와, 편요 비율 에러 기호와, 편요 가속도와, 편요 가속도 기준 편요 비율과, 조향각 센서(52)로부터 출력된 데이터를 이용한다. 이 정보는 편요 비율의 기호로서 편요 기호를 설정하는 처리 단계(332)에 제공된다. 그런 다음, 서브루틴(304)은 조향각의 기호로서 전륜각의 기호를 설정하는 제 2 처리 단계(334)로 진행한다. 이것은 국제 규격(SaE 또는 ISO)에서 활용하고 있는 바와 같이 단순히 현재 조향 핸들축관(54)의 중앙 위치에서 왼쪽에 있는가 아니면 오른쪽에 있는가에 따라 양의 기호를 갖거나 음의 기호를 갖는다. SaE 규격에 따르면, 중앙에서 왼쪽은 양이고 중앙에서 오른쪽은 음이다. ISO 규격은 그와 정반대이다. 처리 단계(336)에서는 오른쪽 전륜의 속도와 왼쪽 전륜의 속도를 더하고 이 더한 값을 둘로 나눔으로써 전륜의 평균 속도를 결정한다.
서브루틴(304)은 편요 가속도 대역을 상수값으로 설정하는 처리 단계(338)로 진행한다. 그런 다음, 서브루틴(304)은 분기되어, 좌회전 및 우회전 언더스티어 및 오버스티어를 결정한다. 특히, 좌회전 언더스티어는 도 10에 도시한 서브루틴(340)에서 검출된다. 우회전 오버스티어는 도 11에 도시한 서브루틴(342)에서 검출된다. 이와 유사하게, 우회전 언더스티어는 도 12a 및 도 12b에 도시한 서브루틴(344)에서 검출되고, 좌회전 오버스티어는 도 13a 및 도 13b에 도시한 서브루틴(346)에서 검출된다. 좌회전 언더스티어가 검출되든가 우회전 언더스티어가 검출 되면, 결정 지점(350)은 참을 출력하고, 처리 단계(352)는 오른쪽 클러치 플래그를 설정한다. 결정 지점(350)에서 좌회전 언더스티어도 없고 우회전 오버스티어도 없다는 결정이 내려지면, 결정 지점(350)은 거짓을 출력하고, 처리 단계(354)에서 오른쪽 클러치 플래그는 0으로 설정된다. 이에 대응하여, 우회전 언더스티어 또는 좌회전 오버스티어가 검출되면, 결정 지점(360)은 참을 출력하고, 처리 단계(362)에서 왼쪽 클러치 플래그가 설정된다. 반대로, 우회전 언더스티어도 좌회전 오버스티어도 검출되지 않아서 결정 지점(360)이 거짓을 출력하면, 처리 단계(364)는 왼쪽 클러치 플래그를 0으로 설정한다. 이렇게 출력된 클러치 선택기 로직 서브루틴(304)은 설정되거나 설정되지 않을 수도 있는 오른쪽 및 왼쪽 클러치 플래그와 설정되거나 설정되지 않을 수도 있는 오버스티어 플래그를 포함한다. 이에 대해서는 도 10, 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13a 및 도 13b와 관련하여 설명된다.
도 10을 참조하면, 좌회전 언더스티어 검출 서브루틴(340)이 도시되어 있다. 좌회전 언더스티어 검출 서브루틴(340)은 센서(62)로부터 오른쪽 후륜 속도를 판독하고, 도 9a에 도시한 처리 단계(336)로부터 계산되거나 재계산될 수도 있는 전륜의 평균 속도를 판독하고, 편요 기호를 판독하고, 편요 에러 기호를 판독하는 초기화 단계(366)로부터 시작한다. 그런 다음, 서브루틴(340)은 속도 초과값으로서 사전 설정된 상수값을 판독하는 처리 단계(368)로 진행한다. 속도 초과값은 일반적으로 0에서 최대 차량 속도의 1 퍼센트까지의 범위 내에서 경험적으로 또는 실험적으로 결정될 수도 있는 조정 가능한 파라미터이다.
그런 다음, 서브루틴(340)은 처리 단계(368)에서 판독된 속도 초과값과 사전 에 계산된 전륜의 평균 속도를 더하여 전륜의 제한 속도를 결정하는 처리 단계(372)로 진행한다. 다음으로, 오른쪽 후륜 속도가 전륜의 제한 속도보다 작거나 같은지를 결정하는 결정 지점(374)으로 진행한다. 결정이 참이면, 처리 단계(376)에서 좌회전 속도 조건은 1 또는 로직 하이로 설정된다. 결정이 거짓이면, 좌회전 속도 조건은 0으로 설정되고, 서브루틴(340)은 좌회전 속도 조건이 1과 같고, 편요 기호가 -1과 같고, 편요 에러가 -1과 같은지의 여부를 결정하는 제 2 결정 지점(382)으로 진행한다. 이들 조건 모두 참이면, 결정 지점(382)은 참을 출력하고, 처리 단계(384)에서 좌회전 언더스티어 값은 1 또는 로직 하이로 설정된다. 결정 지점(382)에서의 조건이 참이 아니면, 결정 지점(382)은 거짓을 출력하고, 좌회전 언더스티어를 0으로 설정하는 처리 단계(386)로 진행한다. 따라서, 좌회전 언더스티어가 존재하면 좌회전 언더스티어 검출 서브루틴(340)의 출력(388)은 로직 하이 또는 1이 되고, 좌회전 언더스티어가 존재하지 않으면 좌회전 언더스티어 검출 서브루틴(340)의 출력(388)은 로직 로우, 0 또는 무효값이 된다.
도 11에는 우회전 언더스티어 검출 서브루틴(342)이 도시되어 있다. 본질적으로, 우회전 언더스티어 검출 서브루틴(342)은 위에서 설명한 좌회전 언더스티어 검출 서브루틴(340)과 동일한 처리 단계 및 결정 지점을 포함하고 있다. 그럼에도 불구하고, 명확성과 완전성을 기하기 위하여, 우회전 언더스티어 검출 서브루틴(342)은 이하에 상세히 설명된다. 우회전 언더스티어 검출 서브루틴(342)에는 센서(60)로부터 출력된 왼쪽 후륜 속도를 포함하는 데이터 및 신호들이 제공된다. 클러치 선택기 로직 서브루틴(304)에서 계산된 전륜의 평균 속도와 편요 기호 및 편요 에러 기호가 초기화 단계(390)에서 제공된다. 그런 다음, 서브루틴(342)은 사전 설정된 상수와 같은 속도 초과값을 판독하는 처리 단계(392)로 진행한다. 처리 단계(394)에서, 전륜의 평균 속도와 속도 초과값의 합인 전륜의 제한 속도가 결정된다.
그런 다음, 서브루틴(340)은 왼쪽 후륜 속도가 바로 위 단계에서 결정된 전륜의 제한 속도보다 작은지 아니면 같은지를 결정하는 결정 지점(396)으로 진행한다. 조건이 참이면, 우회전 속도 조건을 로직 하이 또는 1로 설정하는 처리 단계(398)로 진행한다. 조건이 참이 아니면, 결정 지점(396)은 거짓을 출력하고, 서브루틴(342)은 우회전 속도 조건을 로직 로우, 0 또는 무효값으로 설정하는 처리 단계(402)로 진행한다. 후속하여, 우회전 속도 조건이 0과 같고, 편요 기호가 -1과 같고, 편요 에러가 -1과 같은지의 여부를 결정하는 결정 지점(404)로 진행한다. 이들 조건 모두가 참이면, 결정 지점(404)은 참을 출력하고, 서브루틴(342)은 우회전 언더스티어 플래그 또는 값을 로직 하이 또는 1로 설정하는 처리 단계(406)로 진행한다. 이들 조건 모두가 참이 아니면, 결정 지점(404)은 거짓을 출력하고, 처리 단계(408)에서 우회전 언더스티어 플래그 또는 값은 로직 로우, 0 또는 무효값으로 설정된다. 우회전 언더스티어 결정 서브루틴(342)의 출력(410)은 필요에 따라 이 우회전 언더스티어 값 또는 플래그를 다른 서브루틴 및 시스템에 제공한다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 도 9b에서 인용된 우회전 오버스티어 검출 서브루틴(344)이 편요 기호, 편요 에러 기호, 편요 가속도, 편요 가속도 기준, 편요 가속도 대역 및 우회전 언더스티어 검출 서브루틴(342)의 우회전 언더스티어 출력 (410)을 판독하는 초기화 단계(422)를 포함하고 있음이 이해될 것이다. 다음으로, 클러치 선택기 로직 서브루틴(304)의 처리 단계(338)에서 설정된 편요 가속도 대역과 편요 가속도 기준의 곱인 편요 제한 가속도를 계산하는 처리 단계(424)로 진행한다. 다음으로, 현재 검출된 편요 가속도가 계산된 편요 제한 가속도보다 큰지를 결정하는 결정 지점(426)으로 진행한다. 만일 크다면, 결정 지점(426)은 참을 출력하고, 처리 단계(428)에서 편요 가속도 플래그 또는 값은 1 또는 참으로 설정된다. 편요 가속도가 편요 제한 가속도보다 크지 않으면, 결정 지점(426)은 거짓을 출력하고, 처리 단계(432)에서 편요 가속도 플래그는 0 또는 무효값으로 설정된다. 다음으로, 편요 가속도 플래그가 1로 설정되거나 1과 같거나 편요 에러 기호가 -1인지를 결정하는 결정 지점(434)으로 진행한다. 이들 조건 모두가 참인 경우, 결정 지점(434)은 참을 출력하고, 처리 단계(436)는 편요 에러 및 가속도 플래그를 1로 설정한다. 결정 지점(434)에서의 조건이 참이 아니면, 결정 지점(434)은 거짓을 출력하고, 처리 단계(438)로 진행하여 편요 에러 및 가속도 플래그를 0 또는 무효값으로 설정한다.
도 12b을 참조하면, 결정 지점(442)으로 진행하여 편요 에러 및 가속도 플래그가 1로 설정되었거나 1과 같은지 그리고 편요 신호가 1과 같은지 그리고 우회전 언더스티어가 없는지를 결정한다. 조건이 참이면, 결정 지점(442)은 참을 출력하고, 처리 단계(444)에서 우회전 오버스티어 플래그 또는 값은 1로 설정된다. 결정 지점(442)에서의 조건이 거짓이면, 우회전 오버스티어 값 또는 플래그를 0으로 설정하는 처리 단계(446)로 진행한다. 우회전 오버스티어 검출 서브루틴(344)은 0이 거나 1인 우회전 언더스티어의 출력값 또는 신호로 끝이 나며, 이 값은 도 9b에 도시한 클러치 선택기 로직에 제공된다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 도 12a 및 도 12b에 도시한 우회전 오버스티어 검출 서브루틴(344)과 본질적으로 유사한 좌회전 오버스티어 검출 서브루틴(346)이 도시되어 있다. 그러나, 명확성과 완전성을 기하기 위하여, 좌회전 오버스티어 검출 서브루틴(346)은 이하에 상세히 설명된다. 입력 및 초기화 단계(452)에서, 편요 기호, 편요 에러 기호, 편요 가속도, 편요 가속도 기준, 편요 가속도 대역 및 좌회전 언더스티어 플래그 또는 값을 나타내는 신호들이 제공되고 초기화된다. 이어서, 좌회전 오버스티어 검출 서브루틴(346)은 편요 가속도 기준 및 편요 가속도 대역의 곱으로서 편요 제한 가속도를 계산하는 처리 단계(454)로 진행한다. 다음으로, 편요 가속도가 편요 제한 가속도보다 큰지를 결정하는 결정 지점(456)으로 진행한다. 만일 크다면, 결정 지점(456)은 참을 출력하고, 편요 가속도 플래그 또는 값을 1로 설정하는 처리 단계(458)로 진행한다. 편요 가속도가 편요 제한 가속도보다 크지 않으면, 결정 지점(456)을 거짓을 출력하고, 처리 단계(462)에서 편요 가속도 플래그 또는 값은 0으로 설정된다.
다음으로, 편요 가속도 플래그가 1로 설정되거나 1과 같거나 편요 에러 기호가 -1과 같은지를 결정하는 결정 지점(464)으로 진행한다. 이들 조건 중 하나라도 참인 경우, 결정 지점(464)은 참을 출력하고, 처리 단계(466)에서 편요 에러 및 가속도 값 또는 플래그는 1로 설정된다. 결정지점(464)에서의 조건이 거짓이면, 결정 지점(464)은 거짓을 출력하고, 처리 단계(468)에서 편요 에러 및 가속도 플래그 또는 값은 0으로 설정된다. 계속해서 도 13를 참조하면, 편요 에러 및 가속도 플래그가 1로 설정되어 있는지, 편요 기호가 1로 설정되어 있는지, 그리고 좌회전 언더스티어가 없는지를 결정하는 결정 지점(472)으로 진행한다. 이들 조건 모두가 참이면, 결정 지점(472)은 참을 출력하고, 처리 단계(474)에서 좌회전 오버스티어 값 또는 플래그는 1로 설정된다. 상기 조건이 거짓이면, 결정 지점(472)은 거짓을 출력하고, 처리 단계(476)에서 좌회전 오버스티어 값 또는 플래그는 0으로 설정된다. 출력 단계(478)는 좌회전 언더스티어 값 또는 플래그를 도 9b에 도시한 클러치 선택기 로직에 제공한다.
도 3, 도 14a, 도 14b 및 도 14c를 참조하면, 중재기 모듈(256)은 시스템 전반의 동작 방식을 선택하고, 왼쪽 및 오른쪽 견인 제어기 모듈(250A, 250B) 및 동력 제어기 모듈(252)에 의해 제공된 데이터를 중재한다. 중재기 모듈(256)은 자체적으로 중재기 모듈(256)의 동작 모드를 결정하는 선택기(502)를 포함하고 있다. 제 1 모드에서는, 다중 포트 스위치(504)가 제 1 위치에 놓이고, 속도 및 조향각에 기초하여 데이터를 선택한다. 제 2 모드에서 중재기 모듈(256)은 속도를 갖는 기준 편요 비율을 이용하며, 제 3 모드에서 중재기 모듈(256)은 기준 편요 비율을 이용한다. 중재기 모듈(256)에는 장치(506)에서의 적절한 수학적인 조작에 의해 절대값이 얻어지는 조향각 센서(52)로부터 출력된 데이터가 제공된다. 이 절대값은 비교기 또는 관계 연산자(508)에 제공된다. 결정 조향각 임계 또는 기준값(510)은 관계 연산자(508)에 또한 제공된다. 결정 조향각 기준값(510)은 0에서 최대 조향각까지의 범위에서 경험적으로 또는 실험적으로 선택되거나 결정될 수 있는 조정 가능한 파라미터이다. 관계 연산자(508)는 센서(52)로부터 출력된 조향각이 결정 조향각 임계 또는 기준값(510)보다 작은지를 결정한다. 만일 작다면, 1 또는 양의 로직 신호가 논리합 연산자(512)에 제공된다. 센서(52)로부터 출력된 조향각의 값이 결정 조향각 임계 또는 기준값(510)보다 크면, 관계 연산자(510)에 의해 0 또는 무효값을 갖는 논리 신호가 출력된다.
이와 유사하게, 이전의 계산으로부터 얻어지거나 4 개의 속도 센서(56, 58, 60, 62)로부터 출력된 값과 결정 차량 속도 임계 또는 기준값(514)을 평균하여 얻어지는 차량 속도 값이 관계 연산자 또는 비교기(518)에 제공된다. 결정 차량 속도 임계값(514)은 0에서 공칭 또는 실제 최대 차량 속도까지의 범위에서 경험적으로 또는 실험적으로 선택되거나 결정될 수 있는 조정 가능한 파라미터이다. 관계 연산자(518)는 현재의 차량 속도가 결정 차량 속도 임계값(514)보다 작거나 같은지를 결정한다. 만일 작거나 같다면, 1 또는 양의 논리 신호가 논리합 연산자(512)의 출력과 또다른 논리합 연산자 또는 장치(522)의 출력에 제공된다. 현재의 차량 속도가 결정 차량 속도 임계값(514)보다 크면, 관계 연산자(518)는 논리합 연산자(512, 522)에 0 또는 무효값을 갖는 논리 신호를 출력한다.
논리합 연산자(512) 및 논리합 연산자(522) 둘다 종래와 같이 동작하여, 그들의 입력 중 하나 또는 모두가 이 양 또는 로직 하이, 즉 1의 입력을 수신할 때 양 또는 로직 하이, 즉 1의 출력을 제공한다.
논리합 연산자(512, 522)에서 출력된 신호는 다중 포트 스위치(504)의 제 1 위치 및 제 2 위치에 제공된다. 선택된 중재기 모드에 따라, 다중 포트 스위치(504)의 선택된 출력은 견인 제어기 모듈(250A, 250B)로부터 슬립 제어 토크를 선택하거나 동력 제어기 모듈(252)로부터 편요 제어 토크를 선택하는 스위치(524)에 제공되어 이 스위치(524)를 제어한다. 스위치의 출력은 스마트 액추에이터 모듈(258A, 258B)에 제공된 중재된 토크이다.
도 14b는 중재기 모듈(256)의 부가 요소를 보여주고 있다. 앞서 계산된 기준 편요 비율은 절대값 연산자(532)에 제공되고, 기준 편요 비율의 절대값은 관계 연산자 또는 비교기(534)의 하나의 입력에 제공된다. 편요 기준 이득값(536)이 또한 관계 연산자(534)에 제공된다. 편요 기준 이득값은 경험적으로 또는 실험적으로 선택되거나 결정될 수 있는 조정 가능한 파라미터로서, 0에서 최대값 사이의 값을 갖는다. 기준 편요 비율의 절대값이 편요 기준 이득값보다 작으면, 관계 연산자(534)는 논리합 연산자(538)의 하나의 입력에 양, 로직 하이 또는 1의 값을 제공한다. 기준 편요 비율의 절대값이 편요 기준 이득값(536)보다 크면, 관계 연산자(534)는 논리합 연산자(538)의 하나의 입력에 0 또는 무효값을 갖는 논리 신호를 출력한다.
이와 유사하게, 현재의 편요 비율이 절대값 연산자(542)에 제공되며, 이 절대값은 관계 연산자 또는 비교기(544)의 하나의 입력에 제공된다. 관계 연산자(544)의 다른 하나의 입력에는 위에서 설명한 편요 기준 이득값(536A)이 제공된다. 이 이득값은 경험적으로 또는 실험적으로 결정되는 값이며, 편요 기준 이득값(536)과 같은 것이 바람직하지만 편요 기준 이득값(536)과 다를 수도 있다. 편요 비율의 절대값이 편요 기준 이득값(536A)보다 작으면, 관계 연산자(544)는 논리합 연산자(538)의 다른 하나의 입력에 양, 로직 하이 또는 1의 값을 제공한다. 논리합 연산자(538)로의 하나 또는 양쪽 논리 입력이 양의 값 또는 1이면, 논리합 연산자는 3-입력 논리곱 연산자(548)의 하나의 입력에 양 또는 1의 값을 갖는 논리 신호를 제공한다. 세 개의 입력을 갖는 논리합 연산자(552)는 그 세 개의 입력 중 하나의 입력을 통해 3-입력 논리곱 연산자(548)로부터 논리 출력을 수신한다.
도 14c를 참조하면, 도 5에 도시되어 있고 도 8의 처리 단계(324)와 또한 관련이 있는 비례 적분 미분 (PID) 제어기(278)가 제공되어 있다. 이 비례 적분 미분 제어기(278)는 절대값 연산자(562)에 제공되는 편요 비율 신호를 이용하며, 편요 가속도 및 편요 제한 가속도(568)가 관계 연산자(566)에 제공된다. 관계 연산자(566)는 편요 가속도가 편요 제한 가속도(568)의 경험적으로 또는 실험적으로 산출된 값보다 작거나 같은지를 결정한다. 만일 작다면, 편요 가속도 플래그가 설정되고, 도 14b에 도시한 논리곱 연산자(548)에 데이터가 제공된다. 도 14c의 하부에는, 우회전 오버스티어 플래그 및 좌회전 오버스티어 플래그가 설정되어 있고, 이 데이터는 도 14b에 도시한 논리합 연산자(552)에 제공된다. 논리곱 연산자(548)로 출력되는 이들 세 개의 신호가 양의 값을 갖거나 참이면, 논리합 연산자(552)의 입력 중 하나에 신호가 제공된다. 논리합 연산자(552)의 입력 중 어느 하나가 로직 하이인 경우, 로직 하이 출력이 다중 포트 스위치(504)의 세번째 부분은 물론 도 14a에 도시한 논리합 연산자(522)에 제공된다.
개시된 내용은 본 발명을 실시할 수 있도록 본 발명자들이 제시한 최선의 형태이다. 그러나, 자동차 후방 차축 요소 및 제어 시스템 관련 분야의 당업자라면 본 발명을 변형 및 변경할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 개시된 내용은 관련 분야의 숙련된 기술을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위하여 제시된 것이기 때문에, 본 발명이 개시된 내용이 의해 제한되지 않으며, 본 발명은 상기한 여러가지 변형을 포함하며, 본 발명은 오직 이하에 기재하는 특허청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전륜 구동 차량의 두 개의 후방 차축 및 차륜에 독립적으로, 다시 말해서, 비대칭적으로 전달되는 토크를 제어함으로써 차량의 조정 능력 및 성능이 향상된다.

Claims (14)

  1. 자동차의 편요(yaw)를 제어하는 장치로서,
    한 쌍의 후방 차축(38)과 쌍으로 된 후방 타이어 및 차륜 어셈블리(40)를 구동할 수 있도록 된 독립적으로 동작 가능한 한 쌍의 클러치(120A, 120B)를 갖춘 후방 차축 어셈블리(36)와,
    복수의 타이어 및 차륜 어셈블리(28, 40)의 속도를 감지하기 위한 복수의 속도 센서(56, 58, 60, 62)와,
    조향각 센서(52)와,
    측방 가속도 센서(65)와,
    편요 비율 센서(65)와,
    상기 센서들로부터 신호를 수신하고, 상기 쌍의 클러치를 작동하기 위한 독립적인 제 1 및 제 2 신호(66,68)를 제공할 수 있도록 되어 있으며, 상기 자동차의 좌회전 및 우회전 오버스티어(oversteer)(478, 448)와 좌회전 및 우회전 언더스티어(understeer)(388, 410)를 검출하는 수단을 포함하는 마이크로프로세서(50)를
    조합하여 포함하는, 편요 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 쌍의 클러치는 각각 전자기 오퍼레이터(194)를 포함하는, 편요 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 쌍의 클러치는 각각 볼 램프 오퍼레이터(170A, 170B)를 포함하는, 편요 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 트랜스 액슬(14)과, 한 쌍의 전방 차축(26)과, 한 쌍의 전방 타이어 및 차륜 어셈블리(28)를 포함하는 제 1 동력 전달 계통(20)을 더 포함하는, 편요 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 조향각 센서(52)는 상기 자동차의 조향 핸들축관(54)의 회전을 감지하는, 편요 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(50)는 상기 클러치 내의 전자기 오퍼레이터(194)를 구동할 수 있도록 된 PWM 구동기 회로(294)를 포함하는, 편요 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(50)는 편요 가속도 값(322)을 계산하는, 편요 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(50)는 비례 적분 미분 제어기(278)를 포함하는, 편요 제어 장치.
  9. 자동차의 편요를 제어하는 방법으로서,
    상기 자동차의 차륜(28, 40)의 속도를 감지하는 단계,
    상기 자동차의 조향 요소(28, 54)의 위치를 감지하는 단계,
    상기 자동차의 편요 비율(65)을 감지하는 단계,
    상기 자동차의 좌회전 오버스티어(428), 우회전 오버스티어(448), 좌회전 언더스티어(388) 및 우회전 언더스티어(410)를 결정하는 단계,
    한 쌍의 후방 차륜(40) 중 각각을 구동할 수 있도록 된 독립적으로 동작 가능한 한 쌍의 클러치(120A, 120B)를 갖춘 후방 차축 어셈블리(36)를 제공하는 단계,
    상기 언더스티어 및 오버스티어의 결정에 응하여 상기 클러치(120A, 120B)를 작동하는 단계를
    포함하는, 자동차의 편요를 제어하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 측방 가속도(65)를 감지하는 단계를 더 포함하는, 자동차의 편요를 제어하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 편요 비율 에러 신호(316)를 결정하는 단계를 더 포함하는, 자동차의 편요를 제어하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 편요 가속도 값(322)을 결정하는 단계를 더 포함하는, 자동차의 편요를 제어하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 한 쌍의 견인 제어기(250A, 250B)와 동력 제어기(252)의 출력을 중재하는 단계(256)를 더 포함하는, 편요 제어 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 자동차의 스로틀 위치(64)를 감지하는 단계를 더 포함하는, 편요 제어 방법.
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