KR101428931B1

KR101428931B1 - 4륜 구동차량의 토크 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR101428931B1
Application number: KR1020130077156A
Authority: KR
Inventors: 전정효
Original assignee: 현대다이모스(주)
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2014-08-08

Abstract

본 발명은 4륜 구동차량의 토크 제어방법에 관한 것으로, 4륜 구동차량의 훨 속도를 검출하는 단계, 시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 산출하는 단계, 상기 속도차 산출단계에서 산출된 속도차를 설정값과 비교하여 그 속도차가 설정값 보다 작은 경우 일반주행 토크값을 출력하고 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 슬립 토크값을 연산한 후 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 비포장주행 토크값을 출력하는 단계를 포함하여, 비포장 도로와 같이 불규칙적으로 바퀴의 미끄러짐이 발생하는 경우 미끄러짐이 발생하기 전에 미리 슬립 출력토크를 계산하여 출력함으로써 비포장 도로에서 효과적으로 바퀴의 미끄러짐을 제어할 수 있게 된다.

Description

4륜 구동차량의 토크 제어장치 및 방법{ Method and device for controlling a torque in 4 wheel driving vehicle }

본 발명은 4륜 구동차량의 토크 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포장도로 상태에서와 비포장도로 상태에서의 토크값을 구별하여 출력하는 4륜 구동차량의 토크 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 4륜 구동차량(4WD)은 엔진의 구동토크를 주행상황에 따라 전후륜으로 적절하게 분배하여 전후륜을 동시에 구동시키는 것으로, 미끄러운 도로, 비포장도로 등 큰 구동력이 필요로 하는 도로에서 타이어와 도로면의 슬립을 최소화하여 주행 안전성을 제공한다.

4륜 구동차량에서 엔진의 구동토크를 전후륜으로 분배하는 장치로는 전자 커플링이 있다. 특허문헌 1의 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 커플링은 리어액슬과 트랜스퍼 사이에 위치하여 도로조건이나 차량상태에 따라 엔진의 구동 토크를 전자 제어 유니트 (ECU:Electronic Control Unit)에 의해 전륜과 후륜으로 분배한다.

종래 4륜 구동차량의 토크 제어방법을 보면, 특허문헌 2에 개시된 바와 같이 휠 속도 검출부(103)를 통해 각 차륜별 속도와 전후륜의 속도차에 대한 정보를 검출하고 이를 토대로 토크 변동을 감지하여 토크 배분비와 목표 토크량을 결정하게 된다.

위 특허 문헌 2에 개시된 기술을 포함하여 기존의 토크 제어에서는 도로 노면의 정보가 없기 때문에 포장도로나 비포장도로에서 제어가 동일하게 이루어졌다.

포장도로에서는 일정 시간 동안 바퀴의 슬립이 동일하게 발생하기 때문에 제어가 용이하지만 비포장 도로의 경우 불규칙적인 슬립이 발생하기 때문에 제어가 용이하지 않게 된다. 즉, 비포장도로 상태에서 커플링을 제어하게 되면 바퀴의 미끄러짐을 효과적으로 감소시킬 수 없는 문제점이 있다.

1. 한국공개특허 제10-2006-0025794호 2. 한국공개특허 제10-2010-0044015호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 4륜 구동차량의 토크 제어장치 및 방법가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 비포장 도로와 같이 불규칙적으로 바퀴의 미끄러짐이 발생하는 경우 미끄러짐이 발생하기 전에 미리 슬립 출력토크를 계산하여 출력함으로써 비포장 도로에서 효과적으로 바퀴의 미끄러짐을 제어할 수 있는 4륜 구동차량의 토크 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 4륜 구동차량의 토크 제어장치는, 4륜 구동차량의 휠 속도를 감지하는 휠 속도 검출부, 시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 비교하여 그 속도차가 설정값 보다 작은 경우 일반주행 토크값을 연산하고 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 슬립 토크값을 연산한 후 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 비포장주행 토크값을 연산하는 토크 연산부, 및 상기 토크 연산부에서 연산된 주행 토크값을 동력전달장치로 출력하는 토크 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명은 시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 비교하여 주행중인 도로의 상태가 포장도로인지 비포장도로인지를 판단하는 도로상태 판단부를 더 포함한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 4륜 구동차량의 토크 제어방법은, 4륜 구동차량의 훨 속도를 검출하는 단계, 시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 산출하는 단계, 상기 속도차 산출단계에서 산출된 속도차를 설정값과 비교하여 그 속도차가 설정값 보다 작은 경우 일반주행 토크값을 출력하고 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 슬립 토크값을 연산한 후 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 비포장주행 토크값을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 속도차 산출단계에서 산출한 속도차를 설정값과 비교하여 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 비포장주행 모드로 진입하고, 비포장주행 모드에서 다시 속도차를 초기 설정값 보다 큰 설정값과 비교하며, 그 나중 설정값 보다 속도차가 크면 비포장주행 토크값을 산출하며, 속도차가 나중 설정값 보다 작으면 일반주행 모드로 진입한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 4륜 구동차량의 토크 제어장치 및 방법에 의하면, 비포장 도로와 같이 불규칙적으로 바퀴의 미끄러짐이 발생하는 경우 미끄러짐이 발생하기 전에 미리 슬립 출력토크를 계산하여 출력함으로써 비포장 도로에서 효과적으로 바퀴의 미끄러짐을 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크 제어장치를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크 제어방법을 나타낸 흐름도,
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크 제어장치는, 휠 속도를 감지하는 휠 속도 검출부(10)와, 시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 비교하여 주행중인 도로의 상태가 포장도로인지 비포장도로인지를 판단하는 도로상태 판단부(21), 상기 도로상태 판단부(21)의 판단이 포장도로인 경우 일반주행 토크값을 연산하고 비포장도로인 경우 슬립 토크값을 연산한 후 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 비포장주행 토크값을 연산하는 토크 연산부(22), 및 상기 토크 연산부(22)에서 연산된 주행 토크값을 동력전달장치(30)로 출력하는 토크 제어부(20)를 포함한다.

상기 휠 속도 검출부(10)는 4바퀴의 속도를 각각 검출하여 CAN통신(controller area network)을 통해 도로상태 판단부(21)로 출력한다.

상기 도로상태 판단부(21)는 각각의 바퀴에서 2개의 시점(T1, T2)에서의 속도를 각각 수집한 후 속도차를 산출하고, 그 속도차와 설정치를 비교하여 도로의 상태를 포장도로 또는 비포장도로로 인식한다. 속도차의 산출에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

상기 토크 연산부(22)는 상기 도로상태 판단부(21)로부터 도로상태에 대한 정보를 수신하여 일반주행 토크값 또는 비포장주행 토크값을 산출한다.

즉, 상기 토크 연산부(22)는 포장도로인 경우 일반주행 토크값을 연산하고, 비포장도로인 경우 슬립 토크값을 연산한 후 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 비포장주행 토크값을 연산한다. 슬립 토크값과 그를 이용한 비포장주행 토크값을 구하는 방법은 아래에서 설명하기로 한다.

상기 토크 제어부(20)는 상기 토크 연산부(22)로부터 일반주행 토크값 또는 비포장주행 토크값을 수신하여 동력전달장치(30)로 출력한다. 여기서, 동력전달장치(30)의 일예는 전자클러치이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크 제어방법은, 훨 속도를 검출하는 단계(S10), 시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 산출하는 단계(S20), 상기 속도차 산출단계에서 산출된 속도차를 설정값과 비교하여 도로상태를 판단하는 단계(S30), 상기 도로상태 판단단계(S30)에서 포장도로로 판단된 경우(S41) 일반주행 토크값을 출력하고(S42), 비포장도로로 판단된 경우(S51) 슬립 토크값을 연산한 후 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 비포장주행 토크값을 출력하는 단계(S60)를 포함한다.

상기 S10단계에서는 상기 휠 속도 검출부(10)로부터 검출한 바퀴(wheel)의 속도값을 차량의 CAN통신을 통해 수집한다.

상기 S20단계에서는 어느 한 바퀴의 특정 속도값을 수집하여 속도차를 계산하는 것도 가능하나, 4바퀴의 속도값을 모두 수집하여 바퀴의 평균값을 구하는 것이 바람직하다.

상기 속도차 산출단계(S20)에서는 각각의 바퀴에서 2개의 시점(T1, T2)에서의 속도를 각각 수집한 후 속도차를 산출하게 된다. 가령, 0.01초의 시간차가 나는 T1, T2 시점에서의 속도를 각각 수집하여 그 차이를 계산한다.

또한, 이러한 두 지점에서의 속도차를 소정 시간 동안 산출하여 적분한다. 가령, 0.01초의 시간차를 두고 10초 동안 속도차를 산출하고 이를 적분한다. 이는 소정 시간 동안 소정의 값으로 속도차 값이 수렴하도록 하여 소정 시간 동안의 속도차 대표값을 구하기 위함이다.

한편, 각각의 바퀴에서 검출된 0.01초 전(T1)의 속도값과 현재(T2) 속도값과의 차를 모두 구한 후 평균하여 바퀴의 속도차 값을 구한다. (여기서, 0.01초 값은 하나의 실시예에 불과하고 표본 시간의 추출과 데이터 값의 현실성에 맞게 변경가능한 값이다.)

상기 도로상태 판단단계(S30)에서는 상기 속도차 산출단계(S20)에서 산출된 속도차를 설정값과 비교하여 그 속도차가 설정값 보다 작은 경우 일반주행 모드(도로상태=0)로 진입하고(S41) 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 비포장주행 모드(도로상태=1)로 진입한다(S51).

즉, 속도차가 설정값 보다 작은 경우는 속도차가 크지 않으므로 직전과 비교했을 때 슬립의 발생이 작음을 나타내게 되어 도로상태를 포장도로로 판단하고, 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 슬립이 크게 발생했음을 나타내므로 도로상태를 비포장도로로 판단한다.

상기 도로상태 판단단계(S30)에서의 판단에 따라 도로상태가 포장도로이면(S41) 일반주행 토크값을 출력하고(S42), 비포장도로이면(S51) 비포장주행 토크값을 출력한다(S60).

비포장주행 토크값을 출력하는 단계(S60)는 먼저 슬립 토크값을 연산한 후(S61) 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 출력하는 과정(S62)이다.

일반주행 토크값은 통상적으로 변속기 출력토크를 이용하여 계산하고 크게 2가지로 이루어져 있는데 자동차 악셀에 의한 토크와 슬립보상 토크이다. 여기서, 슬립보상 토크는 차량 바퀴의 전후좌우 바퀴 속도값 차이를 이용하여 계산된 토크이다.

비포장주행 토크값은 슬립 토크값을 연산한 후(S61) 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산한 값이다.

즉, 비포장주행 출력토크　= 일반 주행토크 + 슬립 토크

여기서, 슬립 토크값은 다음의 수식에 의해 연산될 수 있다.

슬립 토크값 = 변속기 출력토크 × 슬립 값 / ( 2 × 최대 슬립 값 ) + C

여기서, 변속기 출력토크는 현재 상태 변속기 출력토크로 차량 데이터를 이용하여 계산한다. C는 옵셋(offset) 값으로, 비포장 주행 모드에 들어가면 슬립량이　없더라도　토크를 생성하게 하는 값이고 차량에 따라 변경가능한 값이다.

한편, 출력토크의 크기는　동력전달장치(30)(가령, 전자커플링)의 최대 한계토크를 넘지 않는다.

도 3을 참조하여 본 발명의 다른 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크 제어방법은, 훨 속도를 검출하는 단계(S10), 시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 산출하는 단계(S20), 상기 속도차 산출단계(S20)에서 산출된 속도차를 설정값과 비교하여 도로상태를 판단하는 단계(S30), 상기 도로상태 판단단계(S30)에서 포장도로로 판단된 경우(S41) 일반주행 모드로 진입하는 단계(S42), 상기 도로상태 판단단계(S30)에서 비포장도로로 판단된 경우(S51) 비포장주행 모드로 진입하고 그 비포장주행 모드에서 다시 속도차를 초기 설정값(A) 보다 큰 설정값(B)과 비교하며 그 나중 설정값(B) 보다 속도차가 크면 비포장주행 토크값을 산출하고 속도차가 나중 설정값(B) 보다 작으면 일반주행 모드로 진입하는 단계(S55)를 포함한다.

상기 S10단계 ~ S42단계는 위의 실시예와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.또한, 상기 S55단계에서 출력되는 비포장주행 토크값도 위의 실시예에서와 동일하게 산출되므로 이하 설명을 생략한다.

상기 S55단계에서는 상기 S51단계에서 비포장도로로 판단된 경우, 즉 비포장주행 모드(도로상태=1)인 경우 속도차를 초기 설정값(A) 보다 큰 설정값(B)과 비교한다.

이는 비포장도로로 한번 판단되면 도로상태 판단값, 즉 토크 출력값의 변화 빈도를 줄이기 위한 것이다. 가령, 일단 속도차가 설정값 A 보다 커서 비포장도로 판단하게 되면 이후의 속도차는 설정값 B 보다 커야 계속해서 비포장도로로 판단된다. 예를 들어, 초기 설정값 A가 10이고 나중 설정값 B가 15이며 처음 속도차가 12인 경우, 처음에는 속도차(12)가 초기 설정값 A(10) 보다는 크므로 비포장도로로 인식된다. 이후에는 설정값 B인 15와 비교하게 되는데 검출되는 속도차가 13인 경우 15 보다 작으므로 일반도로로 인식하게 되고, 속도차가 16인 경우에는 계속해서 비포장도로로 인식하게 된다.

상기 S55단계에서 속도차가 나중 설정값(B) 보다 크면 비포장주행 토크값을 출력하고(S60), 속도차가 나중 설정값(B) 보다 작은 경우, 즉 속도차가 초기 설정값 A 보다는 크지만 B 보다는 작은 경우에는 일반주행 모드로 진입하한다(S41).

10 : 휠 속도 검출부 20 : 토크 제어부
21: 도로상태 판단부 22 : 토크 연산부
30 : 동력전달장치

Claims

4륜 구동차량의 휠 속도를 감지하는 휠 속도 검출부;
시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 비교하여 속도차를 산출하고, 그 속도차가 설정값 보다 작은 경우 일반주행 토크값을 산출하고, 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 슬립 토크값을 연산한 후 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 비포장주행 토크값을 연산하는 토크 연산부; 및
상기 토크 연산부에서 연산된 주행 토크값을 동력전달장치로 출력하는 토크 제어부;를 포함하는 4륜 구동차량의 토크 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 토크 연산부에서 산출한 속도차와 설정치를 비교하여 주행중인 도로의 상태가 포장도로인지 비포장도로인지를 판단하는 도로상태 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크 제어장치.
4륜 구동차량의 훨 속도를 검출하는 단계;
시간의 경과에 따른 두 시점에서의 속도차를 산출하는 단계; 및
상기 속도차 산출단계에서 산출된 속도차를 설정값과 비교하여 그 속도차가 설정값 보다 작은 경우 일반주행 토크값을 출력하고, 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 슬립 토크값을 연산한 후 일반주행 토크값에 그 슬립 토크값을 합산하여 비포장주행 토크값을 출력하는 단계;를 포함하는 4륜 구동차량의 토크 제어방법.
제3항에 있어서,
상기 속도차 산출단계에서 산출한 속도차를 설정값과 비교하여 그 속도차가 설정값 보다 큰 경우 비포장주행 모드로 진입하고, 비포장주행 모드에서 다시 속도차를 초기 설정값 보다 큰 설정값과 비교하며, 그 나중 설정값 보다 속도차가 크면 비포장주행 토크값을 산출하며, 속도차가 나중 설정값 보다 작으면 일반주행 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크 제어방법.
제3항에 있어서,
상기 슬립 토크값은 다음의 수식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크 제어방법.
슬립 토크값 = 변속기 출력토크 × 슬립 값 / ( 2 × 최대 슬립 값 ) + C
여기서, C는 비포장 주행 모드에서 슬립량이　없더라도　토크를 생성하게 하는 옵셋(offset) 값이다.