KR101507661B1 - 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

차량의 차속과 운전자에 의한 가속 의지 및 노면의 상태에 따른 슬립의 발생에 따라 커플링 제어를 위한 토크를 가변적으로 조절함으로써 구동 토크의 효율적인 활용을 통한 연비의 향상을 구현할 수 있는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법을 개시한다.
전술한 커플링 제어 시스템은 가속 페달의 작동 상태를 검출하는 가속 감지부(10), 차속을 검출하는 차속 감지부(12), 차륜의 회전 속도를 검출하는 휠속도 감지부(14), 상기 가속 감지부(10)와 상기 차속 감지부(12) 및 상기 휠속도 감지부(14)를 통해 입력된 정보를 기반으로 주행 상태를 판단하고 그에 상응하는 출력 토크를 설정하는 제어부(16), 및 상기 제어부(16)로부터 설정된 출력 토크를 기반으로 커플링의 작동을 제어하는 토크 조절부(18)를 구비한다.

Description

사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템 및 그 방법{Coupling control system for 4WD vehicle and method thereof}

본 발명은 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 주행 상태에 따라 커플링 제어용 토크를 조절하여 불필요한 토크의 소비를 줄임으로써 연비의 향상을 기대할 수 있는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사륜 구동장치(4WD)는 엔진으로부터 발생된 구동력을 전륜과 후륜의 차축으로 적절하게 배분하여 가속 및 등판 성능을 향상시키고 미끄러운 노면에서도 우수한 안정성을 확보할 수 있는 것이다. 이러한 사륜 구동장치는 크게 일시 사륜방식(PART TIME 4WD)과 상시 사륜방식(FULL TIME 4WD)으로 구분될 수 있다.

일시 사륜방식은 이륜구동과 사륜구동의 모드 선택을 운전자의 의지에 따른 조작을 통해 구현할 수 있는 것임에 반해, 상시 사륜방식은 이륜구동과 사륜구동의 선택이 주행 정보를 비롯하여 기 설정된 로직에 의해 자동적으로 조절되는 것이다.

또한, 4WD 커플링은 차량의 주행 조건에 따라서 전륜과 후륜 사이의 토크를 내부에 있는 클러치의 작동을 통해 적절하게 분배하여 주행 성능을 향상시키는 장치로, 드라이브 샤프트를 통해 전달된 엔진의 구동력을, 후륜 차동 장치를 통해서 후륜으로 인가하거나 차단하는 역할을 수행한다.

이러한 4WD 커플링은 종래 공개특허 10-2012-0017190호의 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직에 개시된 바와 같이, 커플링 전자 제어기가 차량의 전륜과 후륜의 회전수를 감지하는 휠 센서, 차속센서, 스로틀포지션센서, 브레이크 스위치 등 각종 센서로부터 측정된 차량 주행 상태에 따라서 후륜에 동력을 전달 및 차단하며, 필요에 따라서는 후륜을 구동시킴과 더불어 그 회전수를 제어하여, 차량의 주행 성능을 향상시키게 된다.

이 경우, 종래 4WD 커플링의 제어를 위해서는 외부로부터 적정의 토크가 제공되어야 하는 바, 이러한 토크는 크게 슬립의 발생 이전시점에 미리 제공되어 슬립의 발생을 사전에 방지하기 위한 선제 토크(Pre-emptive Torque)와 슬립의 발생 이후의 시점에 제공되어 발생된 슬립을 해소하기 위한 슬립보상 토크로 구분될 수 있다.

그런데, 상기와 같이 4WD 커플링의 제어를 위해 제공되는 토크는 차량의 주행상황, 특히 운전자에 의한 가속 의지, 및/또는 노면의 상태를 종합적으로 고려하지 않은 상태에서 그 수준이 결정되어 클러치로 제공되기 때문에 엔진으로부터 발생된 구동력의 비효율적인 낭비를 수반하게 될 뿐만 아니라, 이러한 현상은 연비를 크게 저하시키게 되는 문제로 귀결된다.

대한민국 공개특허 10-2012-0017190호의 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 차량의 차속과 운전자에 의한 가속 의지 및 노면의 상태에 따른 슬립의 발생에 따라 커플링 제어를 위한 토크를 가변적으로 조절함으로써 구동 토크의 효율적인 활용을 통한 연비의 향상을 구현할 수 있도록 하는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가속 페달의 작동 상태를 검출하는 가속 감지부, 차속을 검출하는 차속 감지부, 차륜의 회전 속도를 검출하는 휠속도 감지부, 상기 가속 감지부와 상기 차속 감지부 및 상기 휠속도 감지부를 통해 입력된 정보를 기반으로 주행 상태를 판단하고 그에 상응하는 출력(체결) 토크를 설정하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 설정된 출력 토크를 기반으로 커플링의 작동을 제어하는 토크 조절부를 구비하고, 상기 제어부에 의한 주행 상태의 판단은 주행속도 조건과 가속의지 조건 및 슬립발생 조건을 기반으로 이루어지는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템을 개시한다.

본 발명에 있어, 상기 슬립발생 조건은 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점의 휠속도 사이의 속도 차이를 설정된 기준값과 비교하여 결정되거나, 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점 사이의 시간 대비 휠속도에 대한 변화율을 설정된 기준값과 비교하여 결정된다.

본 발명은 차량의 차속과 가속에 대한 주행 정보를 수집하는 단계, 차륜의 슬립을 검출하는 단계, 차량의 주행 정보와 차륜의 슬립 정보를 토대로 차량의 주행 상태를 판단하고, 판단된 차량의 주행 상태에 따라 구동 모드의 전환을 위한 출력 토크를 설정하는 단계, 및 상기 설정된 출력 토크를 기반으로 커플링의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법을 개시한다.

본 발명에 있어, 상기 차량의 주행 정보를 수집하는 단계에서 가속 정보는 현재 가속 페달의 답입량을 기 설정된 기준값과 비교하여 이루어지고, 상기 차륜의 슬립을 검출하는 단계는 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점의 휠속도 사이의 속도 차이를 기 설정된 기준값과 비교하여 이루어지거나, 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점의 사이의 시간 대비 휠속도에 대한 변화율을 기 설정된 기준값과 비교하여 이루어진다.

본 발명에 있어, 상기 주행 상태를 판단하는 단계에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건을 모두 만족하고 차속이 일반 주행의 조건이면, 상기 출력 토크는 슬립보상 토크로 설정되고, 상기 주행 상태를 판단하는 단계에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건을 모두 만족하고 차속이 고속 주행의 조건이면, 상기 출력 토크는 0으로 설정되며, 상기 주행 상태를 판단하는 단계에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건 중에서 어느 하나의 조건이라도 만족되지 않으면, 상기 출력 토크는 정상 상태의 일반 주행 토크로 설정된다.

본 발명에 따른 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템 및 그 방법은 주행 중인 차량의 차속과 운전자에 의한 가속 의지 및 노면의 상태에 따른 슬립의 발생 여부를 기반으로 차량의 주행상태를 종합적으로 판단하고 이를 통해 커플링 제어를 위한 토크를 적절한 수준으로 조절할 수 있으므로 구동 토크를 효율적으로 활용할 수 있고, 이를 통해 불필요한 토크의 소모를 줄임과 더불어 이에 따른 연비의 향상을 기대할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템에 대한 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

이하, 본 발명에 따른 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참조로 하면, 본 발명에 따른 사륜구동 자동차의 커플링 제어 시스템은 가속 페달의 작동 유무를 포함한 작동 정도를 함께 검출하는 가속 감지부(10), 현재 차량의 차속을 검출하는 차속 감지부(12), 차륜의 회전 속도를 검출하는 휠속도 감지부(14), 상기 가속 감지부(10)와 상기 차속 감지부(12) 및 상기 휠속도 감지부(14)를 통해 입력된 신호를 기반으로 주행 상태를 판단하고 구동 모드의 전환을 위해 주행 상태에 상응하는 출력(체결) 토크를 산출하여 설정하는 제어부(16), 및 상기 제어부(16)로부터 제어 신호를 입력받아 구동 모드를 전환하도록 커플링의 작동을 조절하는 토크 조절부(18)를 포함하여 구성된다.

상기 가속 감지부(10)는 가속 페달의 답입량에 따라 연속적인 가변신호를 출력하는 가속페달 포지션 센서로 구현할 수 있고, 상기 차속 감지부(12)는 변속기의 출력축 회전속도를 검출하는 센서 등으로 구현할 수 있으며, 상기 휠속도 감지부(14)는 각 차륜에 설치된 휠스피드 센서로 구현할 수 있다.

상기 제어부(16)는 상기 가속 감지부(10)와 상기 차속 감지부(12) 및 상기 휠속도 감지부(14)를 통해 입력된 신호를 기반으로 현재 차량의 주행 상태를 판단하는 것으로, 주행 상태를 판단하기 위한 선행 조건은 주행속도 조건과, 가속의지 조건, 및 슬립발생 조건에 해당한다.

이 경우, 주행속도 조건은 일반 주행과 고속 주행으로 구분될 수 있는 바, 일반 주행의 조건은 대략 20~60km/H 정도의 속도 구간으로 설정되고, 고속 주행의 조건은 대략 60km/H 이상의 속도 구간으로 설정되나, 이러한 속도 구간은 주행 상황이나 제어의 목적을 위해 다양한 범위로 변경 설정이 가능하다.

또한, 가속의지 조건은 운전자에 의해 조작되는 현재 가속 페달의 답입량을 기준으로 이루어지는 바, 예컨대 20% 이하의 답입구간에서는 운전자에 의한 가속 의지가 없는 정속 주행의 상태로 판단하고, 20% 보다 큰 답입구간에서는 가속 의지가 있는 가속 주행의 상태로 판단할 수 있다.

한편, 슬립발생 조건은 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점(Dt)의 휠속도 사이의 속도 차이를 기준으로, 그 차이값을 기 설정된 기준값과 비교하여 판단할 수 있다. 아울러, 슬립발생 조건은 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점(Dt) 사이의 시간 대비 그 시간 동안에서 발생하는 휠속도에 대한 변화율을 기준으로, 그 차이값을 기 설정된 기준값과 비교하여 판단할 수도 있다. 이와 같은 슬립발생의 판단 조건에서, 슬립 판단의 정확성을 위해 기준값 이상의 속도 차이 또는 기준값 이상의 속도 변화율이 각각 발생하는 시간이 설정 시간(대략 10초) 이상으로 지속될 경우에 한해 슬립이 발생한 것으로 판단하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제어부(16)에서 차량의 주행 상태를 판단한 다음 구동 모드의 전환을 위해 상기 토크 조절부(18)로 지령되어 커플링의 체결을 도모하는 출력 토크는 커플링에서 슬립의 발생을 대비한 선제 토크(Pre-emptive Torque)와 슬립의 발생후 보상을 위한 슬립보상 토크로 구분된다. 이 경우, 상기 제어부(16)에 의해 설정되는 출력 토크는 주행 상태의 판단을 토대로 설정된 조건의 범위를 벗어나는 정도에 따라 적정의 비율로 가감하여 설정될 수 있다.

또한, 상기 토크 조절부(18)는 커플링에 구비된 다판 클러치에 대한 체결 정도를 가변적으로 조절하여 이륜구동 모드(2WD) 또는 사륜구동 모드(4WD)로의 전환을 유도하기 위한 것으로, 다판 클러치에 대한 체결력을 전기적인 힘으로 제공하는 전자 클러치 또는 유/공압에 의한 힘으로 제공하는 유/공압 액츄에이터 등으로 구현될 수 있다.

따라서 상기 제어부(16)는 상기 가속 감지부(10)와 상기 차속 감지부(12) 및 상기 휠속도 감지부(14)를 통해 입력된 신호를 기반으로 현재 차량의 주행 상태를 판단하는 과정에서, 일반 주행의 조건이고 운전자에 의한 가속 의지가 없는 상태에서 슬립이 발생하지 않으면, 출력(체결) 토크를 슬립보상 토크로 설정하여 상기 토크 조절부(18)에 출력함으로써, 불필요한 구동 토크의 손실을 줄여 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 제어부(16)는 상기 가속 감지부(10)와 상기 차속 감지부(12) 및 상기 휠속도 감지부(14)를 통해 입력된 신호를 기반으로 현재 차량의 주행 상태를 판단하는 과정에서, 고속 주행의 조건이고 운전자에 의한 가속 의지가 없는 상태에서 슬립이 발생하지 않으면, 출력(체결) 토크를 0으로 설정하는 연비 향상 모드로 전환하여 상기 토크 조절부(18)에 출력함으로써, 불필요한 구동 토크의 손실을 최대한 줄여 연비의 향상을 극대화시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 제어부(16)는 상기 가속 감지부(10)와 상기 차속 감지부(12) 및 상기 휠속도 감지부(14)를 통해 입력된 신호를 기반으로 현재 차량의 주행 상태를 판단하는 과정에서, 주행속도 조건과 가속의지 조건 및 슬립발생 조건 중 어느 하나의 조건이라도 만족하지 않으면 출력(체결) 토크를 정상 상태로 설정, 즉 선제 토크와 슬립보상 토크를 전부 감안한 상태에서 상기 토크 조절부(18)로 출력함으로써 정상적인 사륜구동을 유도할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 2를 참조로 하면, 상기 제어부(16)는 상기 가속 감지부(10)와 상기 차속 감지부(12)를 통해 입력되는 차량의 주행 정보, 즉 차속 및 가속 정보를 수집한다.(S10) 이 과정에서 상기 제어부(16)는 차량의 CAN 통신을 통해 상기 가속 감지부(10)와 상기 차속 감지부(12)로부터 해당 정보를 제공받게 된다. 특히, 차량의 주행 정보를 수집하는 과정에서 차속 정보는 현재 차속을 기 설정된 기준값과 비교하여 이루어진다. 또한, 주행 정보를 수집하는 과정에서 가속 정보는 운전자의 조작에 의한 현재 가속 페달의 답입량을 기 설정된 기준값과 비교하여 이루어진다.

이어, 상기 제어부(16)는 상기 휠속도 감지부(14)를 통해 입력되는 차륜의 슬립 정보를 수집한다. 이 경우, 상기 제어부(16)는 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점(Dt)의 휠속도 사이의 속도 차이를 기 설정된 기준값과 비교하여 슬립발생의 유무를 판단하게 된다. 또한, 상기 제어부(16)는 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점(Dt)의 사이의 시간 대비 그 시간 동안에서 발생하는 휠속도에 대한 속도 변화율을 기 설정된 기준값과 비교하여 슬립발생의 유무를 판단하게 된다. 이 과정에서 슬립발생의 유무에 대한 판단은 속도의 차이 또는 속도 변화율의 차이가 기준값 이상의 수준으로 설정 시간에 걸쳐 지속될 경우에 한해 슬립이 발생한 것으로 간주한다.(S12)

이어, 상기 제어부(16)는 차량의 주행 정보와 차륜의 슬립 정보를 토대로 차량의 주행 상태를 종합적으로 판단하고, 판단된 차량의 주행 상태에 따라 구동 모드의 전환을 위해 출력 토크를 산출하게 된다.(S14) 이 과정에서 산출되는 출력 토크는 주행 상태를 판단하는 기준 조건의 범위를 벗어나는 정도에 따라 적정의 비율로 가감하여 설정된다. 또한, 상기 제어부(16)는 운전자에 의한 가속의지와 차륜에서 발생되는 슬립발생의 유무를 기준으로 주행 상태를 판단하게 되거나, 이에 더하여 차량의 주행속도 조건을 더 포함하여 주행 상태를 판단할 수 있다.

예컨대, 상기 제어부(16)는 상기 주행 상태를 판단하는 과정(S14)에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건을 모두 만족하고 차속이 일반 주행의 조건이면, 상기 출력 토크를 슬립보상 토크로 설정하여 상기 토크 조절부(18)에 출력하게 된다.(S16) 즉, 이 과정에서 상기 제어부(16)로부터 제공되는 출력 토크는 선제 토크를 배제한 수준이므로, 선제 토크에 의한 커플링의 동력 손실부분에 해당하는 구동 토크를 구동에 이용할 수 있으므로 연비의 향상을 기대할 수 있게 된다.

또한, 상기 제어부(16)는 상기 주행 상태를 판단하는 과정(S14)에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건을 모두 만족하고 차속이 고속 주행의 조건이면, 상기 출력 토크를 0으로 설정하여 상기 토크 조절부(18)에 출력하게 된다.(S18) 즉, 이 과정에서 상기 제어부(16)로부터 제공되는 출력 토크는 선제 토크와 슬립보상 토크를 모두 배제한 수준이므로, 커플링에서 출력 토크에 의한 동력 손실은 완전하게 배제되어 연비의 향상을 극대화시킬 수 있게 된다.

아울러, 상기 제어부(16)는 상기 주행 상태를 판단하는 과정(S14)에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건 중에서 어느 하나의 조건이라도 만족하지 않으면, 상기 출력 토크를 정상 상태의 일반 주행 토크로 설정하게 되므로 정상적인 사륜구동의 주행을 구현할 수 있게 된다.(S20) 즉, 이 과정에서 상기 제어부(16)로부터 제공되는 출력 토크는 선제 토크를 감안한 수준이므로 정상적인 사륜구동을 유도할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10-가속 감지부 12-차속 감지부
14-휠속도 감지부 16-제어부
18-토크 조절부

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 차량의 차속과 가속에 대한 주행 정보를 수집하는 단계;
   차륜의 슬립을 검출하는 단계;
   차량의 주행 정보와 차륜의 슬립 정보를 토대로 차량의 주행 상태를 판단하고, 판단된 차량의 주행 상태에 따라 구동 모드의 전환을 위한 출력 토크를 설정하는 단계; 및
   상기 설정된 출력 토크를 기반으로 커플링의 작동을 제어하는 단계를 포함하고,
   상기 주행 상태를 판단하는 단계에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건을 모두 만족하고 차속이 일반 주행의 조건이면, 상기 출력 토크는 슬립보상 토크로 설정되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법.
6. 차량의 차속과 가속에 대한 주행 정보를 수집하는 단계;
   차륜의 슬립을 검출하는 단계;
   차량의 주행 정보와 차륜의 슬립 정보를 토대로 차량의 주행 상태를 판단하고, 판단된 차량의 주행 상태에 따라 구동 모드의 전환을 위한 출력 토크를 설정하는 단계; 및
   상기 설정된 출력 토크를 기반으로 커플링의 작동을 제어하는 단계를 포함하고,
   상기 주행 상태를 판단하는 단계에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건을 모두 만족하고 차속이 고속 주행의 조건이면, 상기 출력 토크는 0으로 설정되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법.
7. 차량의 차속과 가속에 대한 주행 정보를 수집하는 단계;
   차륜의 슬립을 검출하는 단계;
   차량의 주행 정보와 차륜의 슬립 정보를 토대로 차량의 주행 상태를 판단하고, 판단된 차량의 주행 상태에 따라 구동 모드의 전환을 위한 출력 토크를 설정하는 단계; 및
   상기 설정된 출력 토크를 기반으로 커플링의 작동을 제어하는 단계를 포함하고,
   상기 주행 상태를 판단하는 단계에서 가속의지가 없는 조건과 슬립이 발생하지 않는 조건 중에서 어느 하나의 조건이라도 만족되지 않으면, 상기 출력 토크는 정상 상태의 일반 주행 토크로 설정되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법.
8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 차량의 주행 정보를 수집하는 단계에서 가속 정보는 현재 가속 페달의 답입량을 기 설정된 기준값과 비교하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법.
9. 삭제
10. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차륜의 슬립을 검출하는 단계는 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점의 사이의 시간 대비 휠속도에 대한 변화율을 기 설정된 기준값과 비교하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법.
11. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차륜의 슬립을 검출하는 단계는 현재 차량의 휠속도와 설정된 직전 시점의 휠속도 사이의 속도 차이를 기 설정된 기준값과 비교하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 커플링 제어 방법.

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