KR101787261B1 - 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치는, 차량의 가속도를 측정하기 위한 가속도 센서; 전자식 PTU를 통해 프로펠러 샤프트로 회전동력이 전달되는 상태인지, 차단된 상태인지를 확인하기 위한 전자식 PTU 위치 센서; 프로펠러 샤프트의 RPM을 측정하는 프로펠러 샤프트 RPM 센서; 차량의 전륜에 장착되어 휠속을 측정하는 휠속 센서; 엔진토크를 측정하는 엔진토크 센서; 타이어와 노면과의 마찰을 추정하는 마찰계수 추정부; 및 가속도 센서, 전자식 PTU 위치 센서, 엔진토크 센서, 휠속 센서, 프로펠러 샤프트 RPM 센서 및 마찰계수 추정부로부터 각각 측정값을 입력받아 4륜구동 이벤트의 발생을 판단하여 전자식 PTU와 사이드 커플링을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법{POWER TRANSFER DISCONNECTING CONTROL APPARATUS FOR FOUR WHEEL DRIVING VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 4륜 구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 4륜구동 차량에서 디스커넥트 제어시 엔진토크와 노면 마찰계수를 반영하여 디스커텍트 제어를 수행함으로써 구동륜의 급격한 휠 슬립이 발생할 경우 절환 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 4륜구동 차량은, 2륜구동 차량과는 달리, 풀 타임, 또는 파트 타임으로 차량의 전후륜 모두를 구동륜으로 사용할 수 있는 기능을 가진 자동차로서, 험로 주행을 목적으로 하는 지프형 차량이나 레저용 차량, 그리고 특수한 목적을 위해 사용되어지는 특장차량에 적용되어지는 구동 메커니즘이다.
따라서 4륜구동 차량은 주행 가능한 노면 여건에서는 안정감 있는 주행성을 발휘하며 지형이나 기후로 인해 노면이 취약하여 주행성이 좋지 않은 상황에서도 네 개의 바퀴에 동력을 고르게 분배하여 타이어의 접지성을 높여 원활한 주행이 가능하도록 한다.
그러나, 이러한 4륜 구동 차량은, 고속 주행이나 정속 주행과 같이 4륜의 구동력이 불필요한 조건에서도 프로펠러 샤프트 및 리어엑슬과 같은 4륜구동 부품의 회전으로 인해 2륜구동 차량 대비 연비저하가 발생되는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 4륜구동이 불필요할 때 2륜구동으로 전환하여 구동계 부하를 개선하는 디스커넥트 시스템이 도입되어 2륜구동 시 전륜 트랜스퍼, 프로펠러 샤프트, 후륜디프를 정지 상태로 만들어 구동계의 저항을 개선하고 필요할 때는 4륜구동과 동일한 성능을 발휘하여 연비개선을 하고 있다.
그러나 종래의 디스커넥트 시스템은 2륜구동 주행 중 4륜구동으로 전환할 때 프리하게 회전 중인 후륜 휠의 속도를 이용하여 프로펠러샤프트 회전을 동기화 시키는 시스템으로 전륜과 후륜의 속도 차이가 일정 이상 발생할 경우 4륜구동 시스템으로 전환이 불가하다.
즉, 눈길이나 빙판길 같은 저마찰로 2륜구동 상태에서 급 출발할 경우, 전륜 휠에 슬립이 발생하게 되면서 4륜으로 전환 전에 전륜과 후륜의 속도 차이가 일정 이상 벌어지게 되어 4륜구동으로 전환이 지연되어 저마찰로에서 전륜 슬립이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 디스커넥트 시스템은 변속기 출력토크를 디스커넥트 참고값으로 사용하여 실제 엔진토크의 반응시간보다 지연되는 문제점이 있었다.
관련 선행기술로는 한국등록특허 제1584015호(2016.01.08. 공고)인 "사륜구동 전환 방법"이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 4륜구동 차량에서 디스커넥트 제어시 엔진토크와 노면 마찰계수를 반영하여 디스커텍트 제어를 수행함으로써 구동륜의 급격한 휠 슬립이 발생할 경우 절환 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치는, 차량의 가속도를 측정하기 위한 가속도 센서; 전자식 PTU를 통해 프로펠러 샤프트로 회전동력이 전달되는 상태인지, 차단된 상태인지를 확인하기 위한 전자식 PTU 위치 센서; 프로펠러 샤프트의 RPM을 측정하는 프로펠러 샤프트 RPM 센서; 차량의 전륜에 장착되어 휠속을 측정하는 휠속 센서; 엔진토크를 측정하는 엔진토크 센서; 타이어와 노면과의 마찰계수를 추정하는 마찰계수 추정부; 및 가속도 센서, 전자식 PTU 위치 센서, 엔진토크 센서, 휠속 센서, 프로펠러 샤프트 RPM 센서 및 마찰계수 추정부로부터 각각 측정값을 입력받아 4륜구동 이벤트의 발생을 판단하여 전자식 PTU와 사이드 커플링을 제어하는 제어기;를 포함하되, 제어기는, 차량이 이그니션 온 되면 이그니션 오프 이전 정보에서 노면 마찰계수의 상태정보를 확인하여 설정하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에서 제어기는, 마찰계수가 급격하게 변동될 경우 4륜구동 상태로 절환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어기는, 엔진토크의 크기와 기울기를 비교하여 4륜구동 상태로 절환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법은, 제어기가 차량이 이그니션 온 되면 이그니션 오프 이전 정보에서 노면 마찰계수의 상태정보를 확인하여 설정하는 단계; 제어기가 전자식 PTU(Power Transfer Unit)의 초기 상태를 판단하여 구동상태를 유지하는 단계; 제어기가 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단하는 단계; 및 제어기가 판단결과 4륜구동 이벤트가 발생된 경우 4륜구동 상태로 절환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단하는 단계는, 제어기가 엔진토크의 크기와 기울기를 비교하여 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단하는 단계는, 제어기가 실시간 마찰계수의 상태정보를 입력받아 급격한 변동여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 4륜구동 상태로 절환하는 단계는; 제어기가 사이드 커플링의 프리로드 제어를 수행하는 단계; 제어기가 사이드 커플링의 프리로드 제어를 수행한 후 전자식 PTU를 통해 4륜구동 위치제어를 수행하는 단계; 및 제어기가 4륜구동 위치제어를 수행한 후 사이드 커플링의 토크제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법은 4륜구동 차량에서 디스커넥트 제어시 엔진토크와 노면 마찰계수를 반영하여 디스커텍트 제어를 수행함으로써 구동륜의 급격한 휠 슬립이 발생할 경우 절환 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치를 나타낸 구성도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 장치(100)는, 회전동력을 발생시키는 엔진(10), 엔진(10)과 연결되어 엔진(10)에서 생성된 회전 동력을 기어 변화를 통해 변환하여 전륜으로 전달하는 변속기(20), 변속기 출력축(21)에 연결되어 변속기(20)를 통해 인가되는 회전동력을 인가받는 전륜(31,32), 변속기 출력축(21)에 연결되어, 후륜으로 전달되는 회전 동력을 차단 또는 연결하는 전자식 PTU(Power Transfer Unit, 40), 전자식 PTU(40)에 연결되며 전자식 PTU(40)를 통해 인가된 회전 동력을 후륜(71,72)으로 전달하는 프로펠러 샤프트(50), 프로펠러 샤프트(50)에 연결되며 후륜(71,72) 양측의 차동을 제어하는 리어액슬 차동장치(60), 리어액슬 차동장치(60)에 연결되어 후륜(71,72) 양측의 동력분배량을 제어하는 사이드 커플링(80) 및 전자식 PTU(40)의 구동을 제어하기 위한 제어기(90)를 포함한다.
또한, 전자식 PTU(40)는 변속기 출력축(21)에 입력축(41)이 연결되며, 입력축(41)과 출력축(44) 사이가 동력분리장치 모터(43)의 구동에 의해서 연결 또는 분리된다.
따라서 전자식 PTU(40)는 제어기(90)의 제어에 의해, 변속기(20)에서 전달되는 회전동력을 프로펠러 샤프트(50)로 전달하거나 차단할 수 있다.
그리고, 4륜구동 디스커넥트 장치(100)의 제어를 위해 전자식 PTU(40)는 동력분리장치 모터(43)의 구동에 의해서 입력축(41)과 출력축(44)사이가 연결된 상태인지 분리된 상태인지 센싱하기 위한 PTU 위치센서(42)를 구비하고, 차체에 장착되어 차량의 가속도를 측정하기 위한 가속도 센서(34), 프로펠러 샤프트(50)의 RPM을 측정하는 프로펠러 샤프트 RPM 센서(51), 차량의 전륜(31, 32)에 장착되어 휠속을 측정하는 휠속 센서(33), 엔진(10)의 엔진토크를 측정하는 엔진토크 센서(12) 및 타이어와 노면과의 마찰을 추정하는 마찰계수 추정부(35);를 포함한다.
따라서 제어기(90)는 휠속 센서(33), 가속도 센서(34), 프로펠러 샤프트 RPM 센서(51), PTU 위치센서(42)로부터 측정값을 입력받아 전자식 PTU(40)가 연결 상태인지 분리된 상태인지 디스커넥트 상태를 판단하고, 프로펠러 샤프트 RPM 센서(51)에서 인가되는 신호와, 휠속 센서(33)에서 인가된 신호를 RPM으로 변환한 두 신호를 비교하여 두 RPM의 차이가 설정된 기준값 이하일 경우, 전자식 PTU(40)가 결합 또는 해제가 가능한 것으로 판단하여 전자식 PTU(40)의 전체적 구동 제어와 사이드 커플링(80)의 다판 클러치의 압력을 제어한다.
또한 제어기(90)는 가속도 센서(34)를 통해 전달된 차량의 종횡 가속도가 기준값 이상일 경우, 급선회 또는 급정거상태인 것으로 판단하여 전자식 PTU(40)의 연결에 의해서 4륜구동 상태로 절환할 수 있다.
또한, 제어기(90)는 마찰계수 추정부(35)를 통해 타이어와 노면의 마찰계수를 실시간으로 추정하여 구동륜에 급격한 휠 슬립이 발생하여 마찰계수가 급격하게 변동될 경우 4륜구동 상태로 절환할 수 있다.
한편, 제어기(90)는 차량이 이그니션 온 되면 제어기(90)에 저장된 이그니션 오프 이전 정보에서 노면 마찰계수의 상태정보를 확인하여 설정함으로써 즉각적으로 마찰계수를 반영할 수 있도록 한다. 이는 차량이 이그니션 온 된 직후에는 마찰계수를 추정할 수 없는 문제점을 해결하기 위해 차량을 운행한 후 노면 마찰계수를 제어기(90)에 저장함으로써 이그니션 온 된 직후에도 마찰계수의 급격한 변동을 판단할 수 있도록 한다.
여기서, 마찰계수 추정부(35)는 구동륜의 슬립률을 이용하여 타이어와 노면과의 노면 마찰계수를 추정할 수 있다.
또한 제어기(90)는 엔진토크 센서(12)로부터 입력되는 엔진토크의 크기와 기울기를 설정값과 비교하여 4륜구동 상태로 절환함으로써 응답속도를 줄여 절환 응답성을 개선할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치에 따르면, 4륜구동 차량에서 디스커넥트 제어시 엔진토크와 노면 마찰계수를 반영하여 디스커넥트 제어를 수행함으로써 구동륜의 급격한 휠 슬립이 발생할 경우 절환 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법은, 먼저 제어기(90)가 차량이 이그니션 온 상태인지를 판단한다(S10).
S10 단계에서 이그니션 온 상태를 판단하여 이그니션 온 되면 제어기(90)에 저장된 이그니션 오프 이전 정보를 확인한다(S12).
이그니션 오프 이전 정보를 통해 차량 운행 후 저장된 디스커넥트 상태 정보 및 노면 마찰계수 상태정보를 확인할 수 있다.
제어기(90)는 S12 단계에서 확인한 이그니션 오프 이전 정보에서 노면 마찰계수의 상태정보를 확인하여 설정한다(S14).
이와 같이 이그니션 온 된 후 이그니션 오프 이전 정보로부터 노면 마찰계수의 상태정보를 설정함으로써 이그니션 온 된 직후 바로 발진하더라도 즉각적으로 마찰계수의 변동을 반영하여 4륜구동 제어를 수행할 수 있도록 한다.
S14 단계에서 제어기(90)는 노면 마찰계수의 상태정보를 설정한 후 PTU 위치센서(42)로부터 전자식 PTU(40)가 2륜구동 상태인지 4륜구동 상태인지 초기 구동상태를 판단하고, 현재 구동상태를 유지한다(S16).
S16 단계에서 현재 구동상태를 유지한 상태에서, 제어기(90)는 4륜구동 이벤트의 발생여부를 판단한다(S18).
여기서 제어기(90)는 가속도 센서(34)에서 측정된 종횡가속도에 따라, 차량이 급선회 또는 급정거로 판단될 경우 4륜구동 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 제어기(90)는 엔진토크 센서(12)로부터 엔진(10)의 엔진토크를 입력받아 엔진토크의 크기와 기울기가 설정값에 도달할 경우 4륜구동 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수도 있다. 이때 변속기(20)의 토크를 적용하지 않고 엔진(10)의 토크를 적용함으로써 전체 응답속도를 줄일 수 있다.
한편, 제어기(90)는 마찰계수 추정부(35)로부터 실시간 마찰계수 상태정보를 입력받아 급격한 변동이 발생한 경우 4륜구동 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수도 있다.
여기서 제어기(90)는 이그니션 온 되면서 이그니션 오프 이전 정보로부터 노면 마찰계수의 상태정보를 설정함으로써 이그니션 온 된 직후 바로 발진하더라도 즉각적으로 마찰계수의 변동을 반영할 수 있어 급격한 변동이 발생하는지 판단할 수 있다.
S18 단계에서 4륜구동 이벤트 발생여부를 판단하여 이벤트가 발생되지 않은 경우에는 S16 단계의 현재 구동상태를 계속 유지하고, 4륜구동 이벤트가 발생된 경우에는 4륜구동 절환을 위해 제어기(90)가 사이드 커플링(80)의 프리로드(preload) 제어를 수행한다(S20).
이렇게 사이드 커플링(80)의 프리로드 제어를 수행함으로써 2륜구동에서 4륜구동으로 절환할 때 주행 중 급격한 쇼크(shock)를 방지할 수 있다.
S20 단계에서 사이드 커플링(80)의 프리로드 제어를 수행하여 차량이 4륜구동 체결이 가능한 상태에 도달하면 제어기(90)는 전자식 PTU(40)를 작동시켜 4륜구동 위치제어를 수행한다(S22).
S22 단계에서 전자식 PTU(40)의 4륜구동 위치제어가 완료되면, 제어기(90)가 후륜에 동력을 전달하기 위해 사이드 커플링(80)의 토크제어를 수행한다(S24).
S24 단계에서 사이드 커플링(80)의 토크제어를 수행한 후 제어기(90)는 4륜구동 절환 상태정보를 확인하여 절환이 성공적으로 수행되었는지 확인하고 4륜구동 토크를 제어한다(S26).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법에 따르면, 4륜구동 차량에서 디스커넥트 제어시 엔진토크와 노면 마찰계수를 반영하여 디스커텍트 제어를 수행함으로써 구동륜의 급격한 휠 슬립이 발생할 경우 절환 응답성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 엔진 12 : 엔진토크 센서
20 ; 변속기 21 : 변속기 출력축
31, 32 : 전륜 33 : 휠속 센서
34 : 가속도 센서 35 : 마찰계수 추정부
40 : 전자식 PTU 41 : 입력축
42 : PTU 위치센서 43 : 동력분리장치 모터
44 : 출력축 50 : 프로펠러 샤프트
51 : 프로펠러 샤프트 RPM 센서 60 : 리어액슬 차동장치
71, 72 : 후륜 80 : 사이드 커플링
90 : 제어기 100 : 디스커넥트 장치

Claims (8)

  1. 차량의 가속도를 측정하기 위한 가속도 센서;
    전자식 PTU를 통해 프로펠러 샤프트로 회전동력이 전달되는 상태인지, 차단된 상태인지를 확인하기 위한 전자식 PTU 위치 센서;
    상기 프로펠러 샤프트의 RPM을 측정하는 프로펠러 샤프트 RPM 센서;
    상기 차량의 전륜에 장착되어 휠속을 측정하는 휠속 센서;
    엔진토크를 측정하는 엔진토크 센서;
    타이어와 노면과의 마찰계수를 추정하는 마찰계수 추정부; 및
    상기 가속도 센서, 상기 전자식 PTU 위치 센서, 상기 엔진토크 센서, 상기 휠속 센서, 상기 프로펠러 샤프트 RPM 센서 및 상기 마찰계수 추정부로부터 각각 측정값을 입력받아 4륜구동 이벤트의 발생을 판단하여 상기 전자식 PTU와 사이드 커플링을 제어하는 제어기;를 포함하되,
    상기 제어기는, 차량이 이그니션 온 되면 이그니션 오프 이전 정보에서 노면 마찰계수의 상태정보를 확인하여 설정하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 마찰계수가 급격하게 변동될 경우 4륜구동 상태로 절환하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 엔진토크의 크기와 기울기를 비교하여 4륜구동 상태로 절환하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 장치.
  5. 제어기가 차량이 이그니션 온 되면 이그니션 오프 이전 정보에서 노면 마찰계수의 상태정보를 확인하여 설정하는 단계;
    상기 제어기가 전자식 PTU(Power Transfer Unit)의 초기 상태를 판단하여 구동상태를 유지하는 단계;
    상기 제어기가 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단하는 단계; 및
    상기 제어기가 판단결과 상기 4륜구동 이벤트가 발생된 경우 4륜구동 상태로 절환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단하는 단계는,
    상기 제어기가 엔진토크의 크기와 기울기를 비교하여 판단하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단하는 단계는,
    상기 제어기가 실시간 마찰계수의 상태정보를 입력받아 급격한 변동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 4륜구동 상태로 절환하는 단계는;
    상기 제어기가 사이드 커플링의 프리로드 제어를 수행하는 단계;
    상기 제어기가 상기 사이드 커플링의 프리로드 제어를 수행한 후 상기 전자식 PTU를 통해 4륜구동 위치제어를 수행하는 단계; 및
    상기 제어기가 4륜구동 위치제어를 수행한 후 상기 사이드 커플링의 토크제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량의 디스커넥트 제어 방법.
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