KR101786247B1 - 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2륜 구동과 4륜 구동의 차량 구동모드를 전환시켜 줄 수 있는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제가 발생하기 시작하는 시점을 정확하게 검출하여 즉각적으로 대응함으로써 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제가 발생하기 이전 상태로 액추에이터를 회복시킬 수 있는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치 및 방법 {Apparatus and method for fail-safe of actuator}

본 발명은 2륜 구동과 4륜 구동의 차량 구동모드를 전환시켜 줄 수 있는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제가 발생하기 시작하는 시점을 정확하게 검출하여 즉각적으로 대응함으로써 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제가 발생하기 이전 상태로 액추에이터를 회복시킬 수 있는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 2륜 구동(2WD)과 4륜 구동(4WD)으로 구분할 수 있다. 2륜 구동은 주행시 전륜 또는 후륜에 엔진의 동력이 전달되어 구동되는 방식이고, 4륜 구동은 전륜과 후륜에 각각 엔진의 동력이 전달되는 방식이다.

4륜 구동차량은 동력전달방식에 따라 일시 4륜 구동(Part Time 4WD)과 상시 4륜 구동(Full Time 4WD, All Wheel Drive)으로 다시 구분할 수 있다. 일시 4륜 구동차량은 평상시에는 주행성능을 높이기 위하여 2륜 구동으로 운행하다가 험로나 악천후시 4륜 구동으로 전환하여 강력한 주행력을 발휘할 수 있도록 하고, 상시 4륜 구동차량은 4륜이 항시 구동력을 전달받는 구조로서 평상시나 악천후시에도 안정된 주행이 가능하도록 한다.

한편, 일시 4륜 구동차량과 같이 2륜 구동과 4륜 구동의 구동모드를 선택적으로 변환시켜 주행하는 차량의 경우, 2륜 구동과 4륜 구동의 차량 구동모드를 전환시켜 줄 수 있는 차량 구동모드 변환용 액추에이터가 탑재된다.

도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 차량 구동모드 변환용 액추에이터는 슬리브(17)를 직선 이동시켜 2륜 구동과 4륜 구동의 구동모드 전환을 가능하게 하는 장치로서, 슬리브(17)의 이동 위치에 따라 구동모드가 선택 전환된다.

상기 차량 구동모드 변환용 액추에이터(이하, '액추에이터'라고 축약하여 혼용함)는 슬리브(17)와 일체로 이동가능하게 연결된 포크(16)의 양쪽에 설치되는 푸쉬 스프링(14)과 리턴 스프링(15)의 스프링력(탄성복원력)에 종속하여 슬리브(17)를 직선 이동시키는 구조를 가지며, 상기 푸쉬 스프링(14)은 리드스크류(12)를 매개로 모터(10)의 구동력을 전달받아 직선 이동하는 피스톤(13)에 의해 일측단이 지지되는 형태로 상기 피스톤(13)과 포크(16) 사이에 압축 및 복원 가능하게 설치된다.

이러한 액추에이터는 모터 구동력을 기반으로 직선 이동하는 피스톤(13)에 의해 푸쉬 스프링(14)을 변형시켜 포크(16)에 작용하는 스프링력을 조정함으로써 슬리브(17)의 위치를 제어하여 2륜 구동에서 4륜 구동으로 차량 구동모드를 변환시킬 수 있다.

이때 이동시킨 슬리브(17)의 위치를 고정하기 위하여 셀프락킹(self-locking)이 가능한 리드스크류(12)가 사용되며, 2륜 구동모드에서 4륜 구동모드로 전환시 상기 리드스크류(12)의 셀프락킹에 의해 슬리브(17)와 포크(16)가 이동하지 않고 고정된다.

즉, 상기 액추에이터는 차량 구동모드의 전환시 리드스크류(12)에 의해 셀프락킹 기능을 구현하여 슬리브(17)와 포크(16)를 이동시킨 위치에 자동으로 고정해주게 된다.

알려진 바와 같이, 리드스크류는 그 나선면의 마찰각도와 마찰계수 등에 셀프락킹 기능을 구현할 수 있게 제작된다.

이러한 액추에이터는 동작에 따른 차량 구동상태를 검출 및 진단하기 위하여, 차량 구동모드를 2륜 구동과 4륜 구동 및 2륜 구동에서 4륜 구동으로 변환되는 과도기의 3가지로 구분하여 검출하게 되는데, 이에 따라 4륜 구동에서 2륜 구동으로 변환될 때의 과도기 상태를 검출하지 못하므로 액추에이터의 셀프락킹이 해제되는 시점을 정확하게 판단하지 못하며, 따라서 액추에이터의 셀프락킹이 비정상적으로 해제된 이후에 액추에이터의 동작 실패(fail)를 진단하게 되어 액추에이터의 비정상적인 잠금(셀프락킹) 해제가 발생하기 시작하는 시점에 즉각적으로 대응하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 2륜 구동과 4륜 구동의 차량 구동모드를 전환시켜 줄 수 있는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제가 발생하기 시작하는 시점을 검출하고 즉각적으로 대응함으로써 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제가 발생하기 이전 상태로 액추에이터를 회복시킬 수 있는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 모터 구동에 의한 피스톤 스트로크의 변동을 기반으로 차량의 2륜 구동과 4륜 구동의 모드 전환을 가능하게 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치로서, 상기 피스톤 스트로크를 검출하는 리니어 센서; 상기 리니어 센서의 피스톤 스트로크 정보를 실시간으로 모니터링하고, 상기 모니터링한 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 발생하는지 여부를 판단하여 액추에이터의 상태를 진단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어부는 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 발생한 것으로 판단되면 모터를 구동시키며, 구체적으로 상기 실시간 피스톤 스트로크가 피스톤 스트로크 정상치에 도달할 때까지 모터를 구동시킨다.

이때, 상기 피스톤 스트로크 정상치는 액추에이터의 4륜 구동 모드시에 검출한 피스톤 스트로크 값이다.

또한 본 발명에서는, 차량 구동모드 변환용 액추에이터가 4륜 구동 모드일 때 상기 액추에이터의 피스톤 스트로크를 검출하여 저장하는 제1과정; 상기 액추에이터의 피스톤 스트로크를 실시간으로 모니터링하여 상기 제1과정에서 저장한 피스톤 스트로크와 비교하는 제2과정; 상기 제2과정의 비교 결과 피스톤 스트로크의 변동이 발생하면 상기 액추에이터의 작동을 위한 모터를 구동시켜 상기 액추에이터의 피스톤 스트로크를 상기 제1과정에서 저장한 피스톤 스트로크의 값으로 회복시키는 제3과정;을 포함하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 방법을 제공한다.

이떼 상기 제3과정에서는, 피스톤 스트로크의 감소가 발생하면 4륜 구동에서 2륜 구동 모드로 상기 액추에이터의 강제 모드 전환이 발생한 것으로 판단한다.

본 발명에 의하면, 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제가 발생하기 시작하는 시점을 정밀하게 검출하여 진단함으로써 액추에이터의 잠금이 비정상적으로 해제되기 전에 잠금 해제를 방지할 수 있으며, 이에 의해 4륜 구동모드에서 2륜 구동모드로 강제 전환되는 액추에이터의 페일(fail) 현상을 방지하고, 액추에이터의 비정상 풀림 현상으로 인해 발생되는 이상 소음 및 충격 등의 문제를 개선 가능하다.

도 1은 종래의 차량 구동모드 변환용 액추에이터를 나타낸 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 구동모드 변환용 액추에이터를 나타낸 개략적인 구성도
도 3은 본 발명에 따른 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 방법을 나타낸 흐름도

본 발명에서는 차량 구동모드 변환용 액추에이터(이하, '액추에이터'라고 약칭하여 혼용함)의 동작을 진단하기 위하여, 리니어 센서를 통해 연속적인 검출을 수행하여 액추에이터의 피스톤 스트로크의 변동을 정밀하게 검출하여 액추에이터 모드를 진단할 수 있도록 하며, 특히 피스톤의 위치를 검출하여 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제가 발생하기 시작하는 시점을 정밀하게 검출하도록 한다.

다시 말해, 본 발명에서는 피스톤의 스트로크 변동이 시작되는 시점을 연속적으로 정밀하게 검출할 수 있는 리니어 센서를 적용하여 액추에이터 모드 진단의 정확도를 높일 수 있도록 하여, 액추에이터의 페일 발생시 즉, 액추에이터의 비정상적인 잠금 해제/풀림에 의해 4륜 구동에서 2륜 구동 모드로 강제 전환시 리니어 센서를 이용한 페일세이프 모드를 구현할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

도 2은 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.

도 2에 보듯이, 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터는, 포크(16) 및 슬리브(17)의 위치 이동에 의해 차량의 구동모드 변환을 가능하게 하는 장치로서, 다시 말해 모터(10)를 구동시켜 발생하는 피스톤 스트로크의 변동을 기반으로 차량의 2륜 구동과 4륜 구동의 모드 전환을 가능하게 하는 장치로서, 리니어 센서(19)를 적용한 것을 제외하고는 앞서 설명한 종래의 액추에이터와 동일한 작동 구조로 구성되어 슬리브(17)의 이동 위치에 따라 구동모드가 선택 전환된다.

이러한 본 발명의 액추에이터는 포크(16)와 일체로 이동가능하게 결합된 슬리브(17)를 직선 이동시켜 2륜 구동과 4륜 구동의 모드 전환을 가능하게 하며, 이를 위하여 모터(10)의 구동에 의해 피스톤(13)을 직선 이동시키고, 피스톤(13)의 직선 이동에 의해 조정되는 푸쉬 스프링(14)과 리턴 스프링(15)의 스프링력에 종속하여 슬리브(17)를 이동시키는 구조로 구성된다.

상기 액추에이터는 모터 구동력을 기반으로 직선 이동하는 피스톤(13)에 의해 푸쉬 스프링(14)을 변형시켜 포크(16)의 양측에 작용하는 스프링력을 조정함으로써 슬리브(17)의 위치를 제어하여 2륜 구동에서 4륜 구동으로 차량 구동모드를 변환시킬 수 있게 된다.

이때 이동시킨 슬리브(17)의 위치를 고정하기 위하여 셀프락킹(self-locking)이 가능한 리드스크류(12)가 사용되며, 2륜 구동모드에서 4륜 구동모드로 전환시 상기 리드스크류(12)의 셀프락킹에 의해 슬리브(17)와 포크(16)가 이동하지 않고 고정된다.

즉, 상기 액추에이터는 차량 구동모드의 전환시 리드스크류(12)에 의해 셀프락킹 기능을 구현하여 슬리브(17)와 포크(16)를 이동시킨 위치에 자동으로 고정해주게 된다.

이러한 액추에이터의 동작 모드 및 그에 따른 차량 구동상태를 검출 및 진단하기 위하여, 액추에이터의 모터(10) 동작에 따른 피스톤(13)의 직선 이동을 감지하여 피스톤 스트로크를 연속적으로 검출할 수 있는 수단으로서 리니어 센서(19)가 구비된다.

예를 들어, 상기 리니어 센서(19)는 피스톤(13)을 직선 이동 가능하게 수용/지지하는 하우징 등에 설치 구성될 수 있다.

상기 리니어 센서(19)는 2륜 구동모드일 때의 피스톤 위치, 4륜 구동모드일 때의 피스톤 위치, 2륜 구동모드에서 4륜 구동모드로 전환될 때의 피스톤 위치와 더불어, 4륜 구동에서 2륜 구동으로 변환될 때의 피스톤 위치를 검출하여 액추에이터의 모드를 진단할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 리니어 센서(19)의 정보를 기반으로 모터(10)의 동작을 제어할 수 있는 제어부(30)가 구성된다.

상기 제어부(30)는 입력되는 리니어 센서(19)의 정보를 기반으로 액추에이터의 피스톤 스트로크 정보를 실시간으로 모니터링하고, 상기 모니터링한 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치를 비교하여 그 비교 결과에 의해 액추에이터의 상태(정상 잠금 상태 및 비정상 잠금 해제 상태 등)를 진단한다.

여기서, 상기 피스톤 스트로크 정상치는 액추에이터의 4륜 구동 모드시에 검출한 피스톤 스트로크 값으로서 제어부(30)에 저장된다.

상기 제어부(30)는 실시간으로 모니터링한 실시간 피스톤 스트로크와 저장되어 있는 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 발생하는지 여부를 판단하고, 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 발생한 것으로 판단되면 액추에이터의 강제 모드 전환(의도치않게 비정상적으로 잠금이 해제됨)이 시작된 것으로 판단하여 모터(10)를 구동시키며, 구체적으로 실시간 피스톤 스트로크가 피스톤 스트로크 정상치에 도달할 때까지 모터(10)를 구동시킨다.

즉, 상기 제어부(30)는 액추에이터의 잠금이 비정상적으로 해제되기 시작하는 것으로 판단되면 모터(10)를 역회전으로 구동시켜 피스톤(13)을 액추에이터가 잠금 상태일 때의 위치로 이동/복귀시킨다.

바람직하게, 상기 제어부(30)는 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 기준치 이상 발생한 것으로 판단될 때 액추에이터의 비정상 잠금 해제를 진단하고 모터(10)를 구동시킨다.

여기서, 상기 기준치는 리니어 센서(19)의 측정 오차 등을 허용하되 액추에이터의 잠금이 해제되기 시작하는 것을 정확하게 판단할 수 있도록 사전 실험 및 평가 등을 통해 도출 설정된 값으로 결정된다.

참고로, 도 2에서 도면부호 11은 모터(10)의 회전축과 리드스크류(12) 사이에 연결되어 모터(10)의 회전속도를 감속시켜 전달하는 감속기(11)이다.

아울러, 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명에 따른 액추에이터의 페일세이프 방법을 첨부한 도 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 상기 액추에이터가 4륜 구동 모드일 때 상기 액추에이터의 피스톤 스트로크를 검출하여 제어부(30)에 저장하며, 이때의 피스톤 스트로크 값은 피스톤 스트로크 정상치로서 저장된다.

다음, 액추에이터의 4륜 구동 모드 상태에서 실시간으로 피스톤 위치를 검출하여 실시간 피스톤 스트로크를 모니터링하여, 제어부에 4륜 구동 모드일 때의 피스톤 스트로크 값으로서 저장한 피스톤 스트로크 정상치와 비교한다.

상기 비교 결과, 피스톤 스트로크 정상치와 실시간 피스톤 스트로크 간에 차이값이 발생하면, 다시 말해 실시간 피스톤 스트로크의 감소가 발생하면, 상기 액추에이터의 피스톤(13) 작동을 위한 모터(10)를 구동시켜 피스톤(13)을 4륜 구동 모드일 때의 위치로 복귀시킴으로써 액추에이터의 실시간 피스톤 스트로크를 피스톤 스트로크 정상치의 값으로 회복시킨다.

이와 같이 본 발명에서는 액추에이터의 피스톤 스트로크의 감소가 발생하면 피스톤(13)이 밀리면서 4륜 구동에서 2륜 구동 모드로 상기 액추에이터의 강제 모드 전환이 발생한 것으로 진단하여, 진단 즉시 모터(10)를 구동시켜 피스톤(13)을 4륜 구동 모드일 때의 위치로 복귀시킴으로 액추에이터의 페일을 방지하고 세이프 모드를 구현하게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 모터
11 : 감속기
12 : 리드스크류
13 : 피스톤
14 : 푸쉬 스프링
15 : 리턴 스프링
16 : 포크
17 : 슬리브
18 : 홀센서
19 : 리니어 센서
30 : 제어부

Claims (7)

1. 모터 구동에 의한 피스톤 스트로크의 변동을 기반으로 차량의 2륜 구동과 4륜 구동의 모드 전환을 가능하게 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치로서,
   상기 피스톤 스트로크를 검출하는 리니어 센서;
   상기 리니어 센서의 피스톤 스트로크 정보를 실시간으로 모니터링하고, 상기 모니터링한 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 발생하는지 여부를 판단하여 액추에이터의 상태를 진단하는 제어부;를 포함하며,
   상기 제어부는 실시간 피스톤 스트로크가 감소하여 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 발생한 것으로 판단하면, 4륜 구동에서 2륜 구동 모드로 상기 액추에이터의 강제 모드 전환이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 발생한 것으로 판단되면 모터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 실시간 피스톤 스트로크와 피스톤 스트로크 정상치 간에 차이값이 발생한 것으로 판단되면 실시간 피스톤 스트로크가 피스톤 스트로크 정상치에 도달할 때까지 모터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 피스톤 스트로크 정상치는 액추에이터의 4륜 구동 모드시에 검출한 피스톤 스트로크 값인 것을 특징으로 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 장치.
   
5. 차량 구동모드 변환용 액추에이터가 4륜 구동 모드일 때 상기 액추에이터의 피스톤 스트로크를 검출하여 저장하는 제1과정;
   상기 액추에이터의 피스톤 스트로크를 실시간으로 모니터링하여 상기 제1과정에서 저장한 피스톤 스트로크와 비교하는 제2과정;
   상기 제2과정의 비교 결과 피스톤 스트로크의 변동이 발생하면 상기 액추에이터의 작동을 위한 모터를 구동시켜 상기 액추에이터의 피스톤 스트로크를 상기 제1과정에서 저장한 피스톤 스트로크의 값으로 회복시키는 제3과정;을 포함하며,
   상기 제3과정에서는 피스톤 스트로크의 감소가 발생하면 4륜 구동에서 2륜 구동 모드로 상기 액추에이터의 강제 모드 전환이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 방법.
   
6. 삭제
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 액추에이터는 액추에이터의 동작에 따른 피스톤 스트로크를 검출할 수 있는 리니어 센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 구동모드 변환용 액추에이터의 페일세이프 방법.
   

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