KR102353534B1 - 차량 및 차량 조향 방법 - Google Patents

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마르셀 필립 마이어
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

휠 선택식 트랙션 구동 장치는, 개별 휠들에 구동력을 의도한 바대로 분배함으로써, 주로 종적 다이내믹 변수의 변경에 의해 차량의 횡적 다이내믹에 영향을 미칠 수 있다. 차량의 조향되는 축에서 휠 선택식 트랙션 구동 장치를 이용함으로써, 휠들의 조향은 구동력의 차이를 의도한 바대로 조정하여 발생할 수 있다. 본원에는, 조향 축(2) 및 조향 축(2)을 조향하기 위한 조향 장치(7)이며, 이때 조향 장치(7)를 통해서는 조향 축의 휠들(4a, b)의 안으로 꺾어지는 각을 유도하는 스티어링 휠 각이 입력될 수 있으며, 스티어링 휠 각에 대한, 안으로 꺾어지는 각의 비율이 조향비를 규정하는, 상기 조향 축 및 조향 장치와; 제1 구동 장치(6)이며, 이때 제1 구동 장치(6)는 제1 구동 토크를 조향 축(2)의 휠들(5a, b)에 휠 선택적으로 분배하는 것을 가능하게 하는, 상기 제1 구동 장치와; 구동 축(3) 및 제2 구동 장치(9)이며, 이때 제2 구동 장치(9)는 제2 구동 토크를 구동 축(3)의 휠들(14a, b)에 휠 선택적으로 분배하는 것을 가능하게 하는, 상기 구동 축 및 제2 구동 장치;를 구비한 차량(1)이 제안되며, 입력 변수를 수신하기 위한 제어 장치(11)가 제안되며, 이 경우에는 입력 변수가 차량(1)의 주행 다이내믹 변수로서 형성되어 있으며, 이 경우 주행 다이내믹 변수는 조향비의 변경의 결정을 가능하게 하며, 그리고 제어 장치는, 변경을 축소하거나 완전히 보상하거나 목표 값을 추적하기 위하여 제2 구동 장치(9)의 구동 토크를 분배하기 위한 설정 정보를 출력 변수로서 출력한다.

Description

차량 및 차량 조향 방법
본 발명은, 청구항 1의 전제부의 특징들을 갖는 차량에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 차량을 조향하기 위한 방법과도 관련이 있다.
휠 선택식 트랙션 구동 장치는, 개별 휠들에 구동력을 의도한 바대로 분배함으로써, 주로 종적 다이내믹 변수의 변경에 의해 차량의 횡적 다이내믹에 영향을 미칠 수 있다. 차량의 조향되는 축에서 휠 선택식 트랙션 구동 장치를 이용함으로써, 휠들의 조향은 구동력의 차이의 의도한 바대로의 조정을 통해 발생될 수 있다.
상기와 같은 주제에 대하여, 다음과 같은 간행물들이 공지되어 있다. 간행물 DE 10 2009 025 058 A1호에서는, 기계적으로 야기되는 조향비를 갖는 차량 조향 장치 그리고 사전 설정 가능한 분배 목표 값에 따라 구동된 차량 축의 휠들에 구동 토크를 분배하기 위한 하나 이상의 장치를 포함하는 자동차가 개시된다. 더 나아가, 정상적인 운전자가 통상적으로 이동하는 횡적 다이내믹의 선형 범위 내에서 차량에 있는 센서들의 신호들에 따라 그리고 제어 장치 내에 저장된 알고리즘에 따라, 차량 조향 장치를 통해서 발생하는 요 모멘트(yaw moment)에, 구동 토크를 분배하기 위한 하나 이상의 장치에 의해 발생된 추가의 요 모멘트가 전달되도록 분배 목표 값을 결정하는 제어 장치가 제공되어 있다. 이로 인해, 직접적인, 간접적인 또는 가변적인 조향비 효과에 도달하게 된다.
간행물 DE 10 2007 043 599 A1호에서는, 차량 내에서 조향 과정을 실행하기 위한 방법에서, 조향 시스템을 통해서 휠 조향 각으로 변환되는 조향 각이 운전자에 의해 사전 설정된다. 추가 액추에이터에 의해서는, 적어도 하나의 좌측 차량 휠과 하나의 우측 차량 휠 사이의 토크 분배가 실행된다. 토크 분배를 통해서는, 차량 동작에 미치는 추가 액추에이터의 조향 작용을 통해서, 운전자에 의해 사전 설정된 조향 각에 추가 조향 각이 중첩됨으로써, 변경 가능한 조향비가 실현된다.
간행물 DE 10 2008 001 136 A1호에서는, 좌측 휠과 우측 휠 사이에서 구동 토크의 가변적인 분배를 가능하게 하는 조정 가능한 클러치를 갖는 차량 내에서 조향 액추에이터를 작동시키기 위한 방법이 소개된다. 이 간행물에 따르면, 조향 액추에이터는, 토크 분배의 변경에 의해서 야기되고 조향 장치에 작용하는 토크가 적어도 부분적으로 보상되도록, 클러치 설정에 따라 조절된다.
본 발명의 과제는, 개선된 조향 특성을 가능하게 하는 차량 및 차량 조향 방법을 제안하는 것이다.
상기 과제는, 청구항 1의 특징들을 갖는 차량에 의해서 그리고 청구항 9의 특징들을 갖는 방법에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직하거나 유리한 실시예들은 종속 청구항들, 이하의 상세한 설명부 및 첨부된 도면들로부터 나타난다.
본 발명의 대상은 차량이다. 차량은 예를 들어 승용차, 트럭, 버스 등으로서 형성되어 있다. 바람직하게, 차량은 2축으로 그리고/또는 2열로 형성되어 있다.
차량은, 바람직하게 전방 축으로서 형성된 조향 축을 구비한다. 또한, 차량은, 조향 축을 조향하기 위한 조향 장치를 포함한다. 조향 장치를 통해서는, 스티어링 휠 각이 운전자 또는 조향 액추에이터에 의해 입력될 수 있다. 예를 들어, 조향 장치는, 운전자에 의해 회전될 수 있는 스티어링 휠을 구비한다. 스티어링 휠 각의 입력에 의해서는, 조향 축을 중심으로한, 휠들의 안으로 꺾어지는 각, 특히 조향 각이 이루어진다.
조향 장치를 통한 차량의 조향은, 운전자로 하여금 차량의 횡적 다이내믹에 영향을 미칠 수 있게 그리고 이로써 원하는 방향으로 제어할 수 있게 한다. 운전자의 요구는, 조향 장치에 스티어링 휠 각(deltaH)의 형태로 조향 명령을 입력하기 위한 인간-기계-인터페이스 또는 스티어링 휠의 회전에 의해서 전달되며, 이 경우 운전자는 제공될 조향 토크(MH)를 갖는다.
차량은, 선택적으로 조향력 장치, 특히 조향력 지원 장치(LKU), 및 선택적으로는 조향력 장치를 제어하기 위한 제1 조향력 모듈을 구비한다. 조향력 모듈은 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈로서 또는 이들의 조합으로서 형성될 수 있다.
조향력 장치를 갖는 차량에서는, 운전자에게 안락한 조향을 가능하게 하기 위하여, 조향 토크가 액추에이터에 의해서 감소된다. 예컨대, 스티어링 컬럼이 조향 기어 장치로 동작을 전달하는 것이 제공되어 있다. 조향 기어 장치에서는, 스티어링 컬럼의 회전 동작이 타이 로드(tie rod)의 병진 동작으로 변환된다. 타이 로드는, 개별 조향 축을 중심으로 회전{조향 각(delta)}을 실행하는 휠 캐리어로 동작을 전달한다.
스티어링 휠 각과 휠들의 안으로 꺾어지는 각 간의 변환비는 운동학적인 조향비
Figure 112019017253316-pct00001
로 지칭된다. 운동학적인 조향비는, 한 편으로는 휠들을 소정 크기만큼 안으로 꺾기 위해서 요구되는 필요 스티어링 휠 각을 결정하지만, 다른 한 편으로는 또한 휠에 인가되는 힘이 스티어링 휠로 얼마나 강하게 전달되는지에도 영향을 미친다. 주행하는 차량을 안으로 꺾어서 조향하는 경우에는, 차량의 횡 방향 동작에 영향을 미치는 타이어-차도-접촉부에서 힘이 구성된다. 휠에서 작용하는 횡력의 총합은, 측력의 형태로 그리고 종력과 함께 요 모멘트(수직축을 중심으로 하는 모멘트)로서 차량 상부 구조에 작용하고, 이로 인해 수직 축을 중심으로 하는 차량의 회전이 가능해진다.
이하에서는, 타이어-차도-접촉부에 작용하고 휠 캐리어, 타이 로드 및 조향 기어 장치를 통해서 스티어링 휠 토크를 발생시키는 힘이 고려된다. 여기에서, 힘 및 휠에서의 힘의 작용점은 주어진 것으로서 간주된다. 타이어 접촉 면에서의 힘 구성에 대한 상세한 고려를 위해서는 문헌이 참조된다.
도 1에는, 선택된 현가 지점 및 섀시의 구성 요소를 갖는 좌측 전방 휠, 그리고 타이어 접촉 면[푸트-프린트(foot print)]에 작용하는 힘이 개략적으로 도시되어 있다. 힘은 성분 FW,X(구동력 또는 제동력), FW,Y(측력) 및 FW,Z(휠 하중)로 분리된다. 조향 축[점들(E 및 G) 사이에 있는 축] 둘레에서 나타나는 레버 암에 의해, 각각의 힘 벡터에 대해 결과적으로 나타나는 토크를 얻을 수 있다. 이들 (2개 휠들의) 토크들의 총합은 조향 토크를 나타낸다.
2개 휠들에서 구동 토크들의 크기가 동일한 종래의 구동 컨셉들에서는, 예컨대 Pfeffer & Harrer, 2013에 따라 측력(FW,Y)이 조향 토크에 가장 큰 영향을 미친다. 그와 달리, 휠 하중(FW,Z)에 의한 복원 효과는 낮게 나타나고(특히 고속 곡선 주행에서), 여기에서는 더 이상 고려되지 않는다. 조향력 지원의 구현된 컨셉을 위해서 결정적인 것은, 조향 토크에 대한 구동력 또는 제동력(FW,X)의 작용이다. 그렇기 때문에, 이하에서는, 두 가지 성분들(FW,Y 및 FW,X)로부터 조향 토크가 어떻게 계산상으로 결정되는지가 고려된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 힘(FW,X)은 점(W)에서 작용하고, YZ-평면에 대해 수직이다. 조향 축 둘레의 토크에 미치는 영향을 결정하기 위하여, 차량 상부 구조 내에서 (휠 캐리어 내에서는 아님) 구동 토크가 지지되고, 카르단 샤프트(cardan shaft)를 통해 휠의 축으로 전달된다. 이와 같은 경우는, 종래의 파워트레인 및 휠에 가까운 구동 장치가 속하는, 바람직하게 사용되는 내부에 놓인 구동 장치에 해당한다. 휠이 다만 휠 베어링 내에서만 힘을 휠 캐리어로 전달할 수 있기 때문에, 힘(FW,X)은 토크를 계산하기 위해 휠의 중심점으로 이동된다. 따라서, 조향 축 상에 수직으로 서있는 방해력 레버 암(ra)은, 힘(FW,X)으로 하여금 조향 축 둘레로 토크를 발생하게 하는 유효 레버 암이 된다.
여기에서, 이하에서는, 작은 확장 각 및 추적 각으로부터 모델 방식으로 출발된다. 따라서, 구동력 또는 제동력(FW,X)과 그에 속하는 조향 토크의 성분(MA,a /b) 간에는 다음과 같은 관계가 나타난다:
Figure 112019017253316-pct00002
측력(FW,Y)은 점(W)에서 작용하지 않고, 오히려 타이어 추적(rτ,T)만큼 이동된 점에서 작용한다. 이와 같은 사실로부터, 측력에 의해서 유도되는 조향 토크(MS)의 성분들에 대하여 다음과 같은 관계가 나타난다:
Figure 112019017253316-pct00003
휠 선택식 구동 장치를 이용하는 조향력 지원의 컨셉에서는, 구동 토크가 조향되는 축의 2개의 휠들 모두에 적합한 방식으로 분배됨으로써, 스티어링 휠 토크가 감소한다. 이하의 추론에서는, 외관상의 관찰을 목적으로, 확장 각 및 추적 각이 0°이고, 추적 구간(rτ) 및 조향비(iS)가 일정하며, 2개 휠들의 조향 각이 동일하다는 사실로부터 출발된다.
좌측 곡선을 통과하는 경우에는, 도 2의 좌측에 도시된 힘이 조향 시스템상에 나타난다. 구동 토크는 2개의 휠들 모두에 균일하게 분배되며, 이로 인해 각각의 휠에는 구동력(FA,l = FA,r)이 인가된다. 곡선 주행의 경우에는, 측력(FS,l 및 FS,r)이 구성된다. 스티어링 휠 토크에 대해, 상기와 같은 조건 하에서는 다음과 같은 결과를 얻는다:
Figure 112019017253316-pct00004
구동 토크가 균일하게 분배된 경우
2개의 측력들은 각각 동일한 부호로 총 토크에 기여하지만, 그와 달리 구동력들은 양의 성분 및 음의 성분을 나타낸다. 구동력들이 균일하게 분배된 경우에는, 구동력들의 작용이 상쇄된다. 이 지점에서, 조향력 지원의 컨셉이 휠 선택식 구동 장치에 의해 수립된다. 구동 토크를 곡선 외부 휠(도 2, 우측)로 이동시킴으로써, 2개의 구동력들은, 측력의 토크를 저지하는 토크를 조향 축 둘레로 발생시키게 된다.
Figure 112019017253316-pct00005
구동 토크가 우측 휠로 이동하는 경우
구동 토크의 둘레 분포는 또한 차량 횡적 다이내믹에도 영향을 미치는데, 그 이유는 2개의 힘 벡터들(FA,l 및 FA,r)이 요 모멘트(차량의 z-축을 중심으로 하는 모멘트)에 기여하기 때문이다(토크 벡터링 참조).
토크 벡터링은, 궁극적으로 주행 상황에 상응하게 차량 특성을 최적화하기 위하여, 차량의 구동 토크 분포가 각각의 휠에서 또는 예를 들어 전방 축의 2개 휠들에서 가변적으로 사전 설정될 수 있는 방법을 지칭한다. 이 방법은, 내연 기관을 갖는 종래의 구동 장치에서, 2개의 조절 가능한 클러치들을 통해 또는 중첩 기어 장치(축 분배기 기어 장치)를 통해 구현된다.
휠 선택식 구동 장치를 갖는, 특히 휠 개별적인 전기 구동 장치를 갖는 본 발명에 따른 차량에서는, 토크 벡터링이 개별 휠 구동 장치의 제어를 통해서 실현될 수 있다. 토크 벡터링에 의해서는, 주행 다이내믹, 특히 요 모멘트가 영향을 받게 되고, 이로 인해 선택적으로 다음과 같은 적용예들이 나타나게 된다:
Figure 112019017253316-pct00006
민첩성 증가(안으로 꺾어지는 특성을 개선하기 위한 추가의 요 모멘트)
Figure 112019017253316-pct00007
요 감쇠[안정화 요 모멘트, 요 레이트(yaw rate)와 반대임]
Figure 112019017253316-pct00008
주행 안전성 향상
Figure 112019017253316-pct00009
안락감의 개선
토크 벡터링의 또 다른 효과는, 횡 가속도에 따른 조향 각 요구의 감소가 가능하다는 것이다. 토크 벡터링 외에, "전자식 안정 프로그램"(ESP: Electronic Stability Program)도 주행 다이내믹 조절의 또 다른 가능성을 나타낸다. 그러나 ESP의 경우에는, 오로지 개별 휠들의 감속에 의해서만 요 모멘트가 영향을 받는다. 따라서, 토크 벡터링은 구동 상태에 대한 주행 다이내믹 조절의 확장으로서 간주 될 수 있다.
휠 선택식 구동 장치를 이용하는 조향력 지원의 경우에는, 토크 벡터링이, 조향되는 축에서 사용되며, 이 경우에는 통상적으로 조향 휠 토크의 감소에 초점이 맞추어져 있다. 이 경우에는 요 모멘트의 영향이 필연적으로 또한 존재함으로써, 결과적으로 위에서 언급된 효과들도 마찬가지로 나타날 수 있다.
조향력 장치는, 운전자에 의해 제공될 스티어링 휠 토크를 원하는 수준으로 감소시키기 위해서 이용된다. 바람직하게는, 대안적으로 사용될 수 있고 현재의 승용차에서 표준이 되는 두 가지 기본 구성, 즉 유압식으로 지원되는 조향 시스템(HPS: hydraulic power steering) 및 전기식으로 지원되는 조향 시스템(EPS: electric power steering)이 구별된다. 전자 기계식 조향 시스템에서는, 조향력 장치의 지원 토크가 전기 모터에 의해서 제공되고, 구성 방식에 따라 스티어링 컬럼에서 또는 조향 기어 장치 내에서 직접 도입된다. 스티어링 휠 토크는 토크 센서를 통해서 측정되고 제어 장치로 전송된다. 이로부터, 제어 장치는, 전기 모터가 발생시키고 기어 장치를 통해서 조향 시스템 내로 도입되는 필요한 지원 토크를 계산한다. 더 나아가, 제어 장치를 통한 EPS 시스템에 의해서는, 또한 최근의 운전자 보조 시스템(예컨대 주차 보조 장치, 차선 유지 보조 장치)의 사용을 가능하게 하는 복수의 추가 기능들도 실현될 수 있다.
선택 보완적으로, 중첩 조향 장치가 제공되어 있다. 중첩 조향 장치는, 운전자에 의해 설정된 스티어링 휠 각에 추가로, 스티어링 휠 각을 변경하지 않고 중첩 기어 장치 내에서 설정 각을 도입함으로써, 조향비를 변경한다. 이로 인해, 주행 상태에 따라 조향의 직접성이 매칭된다. 따라서, 고속 주행시의 안정적이고 간접적인 조향 특성(큰 조향비), 및 도시 주행시의 그리고 주차시의 직접적이고 민첩한 조향(작은 조향비)이 실현될 수 있다. 보조 시스템들의 안정적인 조향 개입도, 운전자에게 방해가 되는 피드백 없이 가능하다. 중첩 조향은 바람직하게, 전술된 성분들에 의해서 구현된다. 몇몇 실시예에서는, 차량이 중첩 조향 장치를 구비하지 않는다.
차량은 제1 구동 장치를 구비하며, 이 경우 제1 구동 장치는 조향 축의 각각의 휠들에 대한 제1 구동 토크의 휠 선택적인 분배를 가능하게 한다. 따라서, 조향 축의 일 휠에 다른 휠에서보다 큰 구동 토크를 할당하는 것이 가능해진다. 분배는, 선택적으로 휠들의 가속 또는 감속에 의해서 이루어진다.
또한, 차량은 제2 구동 장치를 갖는 구동 축을 구비한다. 바람직하게, 구동 축은 후방 축으로서 형성되어 있다. 제2 구동 장치는, 구동 축의 휠들에 대한 제2 구동 토크의 휠 선택적인 분배를 가능하게 한다. 분배는, 선택적으로 휠의 가속 또는 감속에 의해서 이루어진다.
본 발명의 범주 내에서는, 파워 트레인이, 입력 변수의 수신을 실행하는 제어 장치를 구비하는 것이 제안된다. 예를 들어, 제어 장치는 입력 변수를 전달받기 위한 상응하는 정보 기술적인 그리고/또는 신호 기술적인 인터페이스를 구비한다.
입력 변수는 차량의 주행 다이내믹 변수로서 형성되어 있다. 주행 다이내믹 변수는, 예를 들어 토크 벡터링 등의 사용에 의해서 실현되는 것과 같은 조향비의 변경의 결정을 가능하게 한다. 출력 변수로서, 제어 장치는 설정 정보를 제공한다. 이 목적을 위해, 절단 제어 장치는 예를 들어 정보 기술적인 그리고/또는 신호 기술적인 인터페이스를 구비한다. 출력 정보는, 구동 축의 2개의 휠들에 제2 구동 장치의 구동 토크를 분배하기 위한 위치 정보이다. 제어 장치는, 조향비의 변경이 축소되거나 심지어 완전히 보상되는 방식으로 출력 변수, 특히 설정 정보를 결정하도록, 프로그램 기술적으로 그리고/또는 회로 기술적으로 형성되어 있다.
본 발명의 한 가지 사상은, 구동 축 상에서의 구동 토크의 분포를 변경함으로써, 조향 장치 내에서 그리고/또는 토크 벡터링에 의해 야기되는 탄성 변형의 보상이 이루어진다는 것이다. 따라서, 조향비의 변경이 약해질 수 있거나 완전히 피해질 수 있다.
원칙적으로, 조향 축 및/또는 구동 축의 휠 선택식 구동 장치는 예컨대 2개의 상호 독립적으로 형성된, 휠에 가까운 구동 장치들로서 형성될 수 있다. 이들 구동 장치가 각각 모터로서 형성되어 있는 것도 가능하며, 이 경우 휠 선택적인 분배는 기어 장치에 의해서 이루어진다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 조향 축 및/또는 구동 축의 휠 선택식 구동 장치는 2개의 전기 모터들로서 형성되어 있으며, 이 경우에는 구동되는 휠들 각각에 전기 모터가 할당되어 있다. 특히, 전기 모터들은 휠에 가까운 모터들, 특히 휠 허브 모터들로 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 휠 선택식 구동 장치를 본 발명에 따라 사용하기 위한 구조적인 보완책이 반드시 필요치는 않다.
본 발명의 특히 바람직한 일 실시예에서, 제어 장치는, 조향비가 일정하도록 출력 변수를 결정하도록 형성되어 있다. 특히, 안으로 꺾이는 각을 통해서 스티어링 휠 각을 나타내는 좌표에서의 일 선은 하나의 직선을 형성한다.
본 발명의 대안적인 일 실시예에서, 제어 장치는, 조향비가 목표 값을 추적하도록 출력 변수를 결정하도록 형성되어 있다. 이 경우에는, 목표 값이 예를 들어 일 함수로 차량의 속도를 변경하는 것이 가능하다.
제어 장치가 조향 시스템 내에서의 탄성 운동학적인 효과를 보상하도록 형성되어 있는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 조향 시스템, 특히 조향 축 및/또는 조향 장치의 변형을 야기하고 재차 조향비의 변경을 야기하는 효과가 발생하면, 제어 장치는, 조향 시스템 내에서의 탄성 운동학적인 효과가 축소되거나 완전히 보상되도록 설계되어 있다.
본 발명의 일 대안예 또는 보완예에서는, 입력 변수가 조향 축의 휠에서의 토크 분포의 변경을 포함하는 것이 제안되어 있다. 이와 같은 조향 축의 휠들의 구동 토크 분포의 변경은, 예를 들어 전술된 토크 벡터링에서 나타난다. 조향비에서의 변경을 축소하거나 완전히 보상하기 위하여, 제어 장치가 조향 축의 구동 토크 분포의 변경을 토대로 해서 출력 변수를 변경하는 것도 제안되어 있다.
본 발명의 바람직한 구조적인 일 실시예에서는, 파워 트레인이 토크 벡터링 제어 장치를 구비하며, 이 경우 토크 벡터링 제어 장치는 조향 축 내에서의 토크 분포의 변경을 제어한다.
특히 바람직하게는, 구동 축에서의 구동 토크 분포가 조향 축 내에서의 구동 토크 분포와 정반대로 형성되어 있는 것이 제안되었다. 이와 같은 정반대의 분포는, 조향비의 변경의 축소 또는 완전한 보상을 유도한다. 정반대의 분포란, 일 축에서는 더 높은 구동 토크가 일 차량 측면에서 제공되고, 다른 축에서는 더 높은 구동 토크가 다른 차량 측면에서 제공된다는 것을 의미한다.
본 발명의 또 다른 대상은, 전술된 바와 같은 또는 선행 청구항들 중 어느 한 항에 따른 것과 같은, 차량을 조향하기 위한 방법과 관련이 있다. 제어 장치가 차량의 주행 다이내믹 변수로서 형성된 입력 변수를 수신하는 것이 제안되었다. 제어 장치는, 입력 변수를 토대로 하여, 제2 구동 장치의 구동 토크를 분배하기 위한 설정 정보로서 형성된 출력 변수를 결정한다. 제어 장치는, 차량의 조향비의 변경이 축소되거나 완전히 보상되도록 또는 목표 값을 추적하도록 출력 변수를 결정한다.
조향비의 변경의 시간적인 길이가 제2 구동 장치의 구동 토크의 비대칭적 분포의 시간적인 길이에 상응하는 것이 바람직하다. 대안적으로 또는 보완적으로, 변경의 시간적인 길이와 제2 구동 장치의 구동 토크의 비대칭적 분포의 길이의 시간적인 변경은 길이가 동일하다. 특히, 제어 장치는 인과관계적인 시스템이며, 이 경우 입력 변수는 입력 신호를 형성하고, 출력 변수는 인과관계적인 시스템 응답을 형성한다.
본 발명의 또 다른 장점 및 효과는, 본 발명의 바람직한 일 실시예 및 도면들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 나타난다. 도면부에서,
도 1은 Pfeffer, P., & Harrer, M.(편자)의 "조향 장치 편람: 자동차의 조향 시스템, 조향감, 조향 다이내믹(Lenkungshandbuch: Lenksysteme, Lenkgefuehl, Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen)"[2013년, 비스바덴, 슈프링어 피벡(Springer Vieweg) 출판사]에 따른 좌측 전방 휠의 예에서 타이어-차도-접촉부에 작용하는 힘을 도시하고,
도 2는 휠 선택식 구동 장치를 이용하는 조향력 지원의 기능적인 원리를 도시하며, 좌측에서는 조향력 지원이 없고 우측에서는 조향력 지원이 있으며, 조향 기하학적 구조가 간소화되어 있으며(확장 각 0°, 추적 각 0°),
도 3은 조향의 선형적인 단일 트랙 모델, 즉 정적인 순환 주행을 도시하고,
도 4는 스티어링 휠 각, 토크 벡터링의 영향 및 탄성 운동학을 통해서 조향 각을 도시하기 위한 그래프를 도시하며, 그리고
도 5는 본원의 방법을 구현하기 위한 차량의 개략도를 도시한다.
규정된 반경(
Figure 112019017253316-pct00010
)을 갖는 곡선을 통과하기 위해서는, (도 3의 단일 트랙 모델에 따라) 휠 상태(
Figure 112019017253316-pct00011
)를 갖는 차량에서, 아커만-조향 각 및 경사 주행 각(
Figure 112019017253316-pct00012
와
Figure 112019017253316-pct00013
)의 차이로 이루어진 조향 각(
Figure 112019017253316-pct00014
)이 필요하다:
Figure 112019017253316-pct00015
스티어링 휠 각과, 안으로 꺾이는 각으로도 지칭되는 조향 각 간에는, 조향 시스템 내에서의 운동학적인 관계/구속(chain)으로 인해, 규정된 종속성이 존재한다. 시스템이 강성으로 간주되어 탄성 효과가 발생하지 않으면, 상기 관계는 조향비로서 지칭된다. 하지만, 스티어링 휠 각과 조향 각 간의 비율은, 일반적으로 주행 동작 동안에는 휠 캐리어를 포함한 조향 시스템의 탄성 변형(휠 서스펜션에 가해지는 힘)으로 인해 일정하지 않다. 이와 같은 탄성 변형은 조향 동작을 저지하고, 조향 시스템은 직선 이동으로 "밀린다". 조향 토크에 영향을 미치는 힘이 클수록, 탄성 변형 및 이에 따른 운전자의 조향을 위한 수고는 그만큼 더 커진다. 다시 말해, 이와 같은 상황에 의해서는, 곡선을 통과하기 위해서 필요한 스티어링 휠 각이 확대된다. 휠에서의 조향 각에 도달하기 위해 필요한 스티어링 휠 각은 이하에서 스티어링 휠 각 요구로 지칭된다.
상기 스티어링 휠 각 요구는, 또한 휠 선택식 구동 장치를 통해서 발생하는 토크 벡터링에 의해서도 영향을 받는다. 토크 벡터링에 의해서 야기되는 (그리고 곡선 주행에 유리하게 작용하는) 요 모멘트는, 한 편으로는 전방의 경사 주행 각을 감소시키고, 다른 한 편으로는 후방의 경사 주행 각을 증가시킨다. 서문에 언급된 관계로부터 명백해지는 바와 같이, 이로 인해 동일한 곡선 반경에 도달하기 위한 조향 각은 종래의 시스템에서보다 낮다. 더 나아가, 전방의 경사 주행 각을 감소시킴으로써, 전방에서의 측력이 감소된다. 이와 같은 상황은, 결과적으로 복원력의 감소를 초래하고, 이에 따라 조향 토크/스티어링 휠 토크에 미치는 추가 영향을 초래한다. 마찬가지로, 탄성 운동학적인 효과도 영향을 받게 되고, 이와 같은 상황은 결과적으로 스티어링 휠 각 요구를 재차 감소시킨다. 도 4에는, 이와 같은 두 가지 효과들이 개략적으로 도시되어 있다. 스티어링 휠 각이 동일하게 유지되는 경우에는 토크 벡터링에 의해 유효 조향 각이 증가되고, 곡선 반경이 동일한 경우에는 필요 스티어링 휠 각이 감소된다. 정반대의 효과가 탄성 운동학적인 효과에 의해서 달성된다. 이때, 스티어링 휠 각이 동일하게 유지되는 경우에는, 유효 조향 각이 감소되거나, 동일한 곡선 반경을 통과하기 위해서 필요한 스티어링 휠 각이 증가된다.
도 5는, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 차량(1)을 개략도로 보여준다. 차량(1)은 조향 축(2)과 구동 축(3)을 구비한다. 조향 축(2)에는 구동되는 휠들(4a, b)이 배열되어 있으며, 이 경우 구동되는 휠들(4a, b)은, 2개의 전기 모터들(5a, b)에 의해 구현된 제1 휠 선택식 구동 장치(6)에 의해서 구동된다. 전기 모터들(5a, b)은 구동되는 휠들(4a, b)에 직접 배열되어 있다. 예를 들어, 전기 모터들(5a, b)은 휠 허브 모터들로서 형성되어 있다. 구동되는 휠들(4a, b) 각각에는 전기 모터(5a, b)가 하나씩 배타적으로 할당되어 있다. 차량(1)은, 스티어링 휠 각을 입력하기 위한 스티어링 휠(8)을 구비하는 조향 장치(7)를 구비한다. 조향 장치(7)를 통해 조향 토크가 휠들(4a, b)로 전달됨으로써, 결과적으로 이들 휠들은 안으로 꺾이는 각만큼 안으로 꺾이게 된다.
구동 축(3)은, 휠 허브 모터로서 형성된 2개의 전기 모터들(10a, b)에 의해 구현된 제2 구동 장치(9)를 구비한다. 따라서, 구동 축(3), 특히 휠들(14a, b)은 휠 선택적으로 제2 구동 토크를 제공 받는다. 전기 모터(5a, b, 10a, b) 또는 제1 및 제2 구동 장치(6, 9)는 제어 장치(11)와 신호 기술적으로 연결되어 있다. 제어 장치(11)는 휠 선택식 구동 장치들(6, 9)에서 구동 토크의 분배를 제어한다.
제어 장치(11)는, 차량(1)의 주행 다이내믹 변수를 입력 변수로서 전달받기 위한 입력 인터페이스(12)를 구비한다. 작동 모드에 따라, 주행 다이내믹 변수는 차량의 속도 또는 휠 선택식 구동 장치(6)에 의한 조향 축(2) 상에서의 구동 토크 분포일 수 있다.
또한, 제어 장치(11)는, 제2 구동 장치(9)의 구동 토크를 분배하기 위한 위치 정보를 출력 변수로서 출력하는 것 그리고 전기 모터들(10a, b)로 전달하는 것을 가능하게 하는 출력 인터페이스(13)를 구비한다.
제어 장치(11)가 입력 변수를 토대로 하여 출력 변수를 계산하거나 결정하도록 프로그램 기술적으로 그리고/또는 회로 기술적으로 형성되어 있음으로써, 결과적으로 주행 다이내믹 변수로 인한 조향비의 변경은 전혀 발생하지 않거나, 보상되거나 적어도 축소된다.
조향비의 변경을 보상하기 위한 전형적인 일 적용예는, 조향 장치(7) 내에서의 또는 전체 조향 시스템 내에서의 탄성 운동학적인 변형에 의해 나타난다. 이와 같은 탄성 운동학적인 변형은, 조향 장치(7) 상으로 도입되는 횡 방향 토크에 의해서 이루어지며, 이 경우 그 효과는 도 4에 도시되어 있다. 구동 축(3) 내에서의 비대칭적인 구동 토크 분포에 의해서, 상기와 같은 효과가 감소할 수 있거나 심지어 완전히 보상될 수 있다.
또 다른 일 적용예는 토크 벡터링을 사용하는 경우이며, 이 경우에는 2개 전기 모터들(5a, b)의 구동 토크의 조향 축(2)에서 비대칭적으로 분포된다. 이와 같은 비대칭적인 분포는 조향비의 변경을 유도한다. 구동 축(3) 내에서의 반대 방향의 비대칭적인 구동 토크 분포에 의해서, 상기와 같은 조향비 변경 효과가 감소할 수 있거나 심지어 완전히 보상될 수 있다.
1: 차량
2: 조향 축
3: 구동 축
4a, b: 조향 축의 휠
5a, b: 전기 모터
6: 제1 구동 장치
7: 조향 장치
8: 스티어링 휠
9: 제2 구동 장치
10a, b: 전기 모터
11: 제어 장치
12: 입력 인터페이스
13: 출력 인터페이스
14a, b: 구동 축의 휠

Claims (10)

  1. 조향 축(2) 및 조향 축(2)을 조향하기 위한 조향 장치(7)이며, 이때 조향 장치(7)를 통해서는 조향 축의 휠들(4a, b)의 안으로 꺾어지는 각을 유도하는 스티어링 휠 각이 입력될 수 있으며, 스티어링 휠 각에 대한, 안으로 꺾어지는 각의 비율이 조향비를 규정하는, 상기 조향 축 및 조향 장치와;
    제1 구동 장치(6)이며, 이때 제1 구동 장치(6)는 제1 구동 토크를 조향 축(2)의 휠들(5a, b)에 휠 선택적으로 분배하는 것을 가능하게 하는, 상기 제1 구동 장치와;
    구동 축(3) 및 제2 구동 장치(9)이며, 이때 제2 구동 장치(9)는 제2 구동 토크를 구동 축(3)의 휠들(14a, b)에 휠 선택적으로 분배하는 것을 가능하게 하는, 상기 구동 축 및 제2 구동 장치;를 구비한 차량(1)에 있어서,
    입력 변수를 수신하기 위한 제어 장치(11)를 구비하며, 상기 입력 변수는 차량(1)의 주행 다이내믹 변수로서 형성되어 있으며, 상기 주행 다이내믹 변수는 조향비의 변경의 결정을 가능하게 하며, 변경을 축소하거나 완전히 보상하거나 목표 값을 추적하기 위하여 제2 구동 장치(9)의 구동 토크를 분배하기 위한 설정 정보를 출력 변수로서 출력하고,
    상기 조향 장치(7)는 스티어링 토크를 조향 축의 하나 이상의 휠들(4a, b)로 전달하고,
    상기 구동 축(3)내에서의 구동 토크들의 비대칭적 분포는 상기 조향비를 조정하기 위해 상기 조향 장치(7)의 탄성 운동학적인 변형에 의해 나타나는 것을 특징으로 하는, 차량(1).
  2. 제1항에 있어서, 제1 구동 장치(6) 및/또는 제2 구동 장치(9)는 휠 선택식 구동 장치로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 장치(11)는, 조향비가 일정하도록 출력 변수를 결정하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 장치(11)는, 조향비가 목표 값을 추적하도록 출력 변수를 결정하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 장치(11)는, 조향 장치(7) 내에서의 탄성 운동학적인 효과를 보상하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 입력 변수는 조향 축(2)의 휠들(4a, b)에서의 구동 토크 분포의 변경을 포함하며, 제어 장치(11)는 상기 구동 토크 분포의 변경을 토대로 하여 제어 변수를 변경하는 것을 특징으로 하는, 차량(1).
  7. 제6항에 있어서, 토크 벡터링 제어 장치를 구비하며, 상기 토크 벡터링 제어 장치는 조향 축(2) 내에서의 구동 분포의 변경을 제어하는 것을 특징으로 하는, 차량(1).
  8. 제6항에 있어서, 구동 축(3) 내에서의 구동 토크 분포는 조향 축(2) 내에서의 구동 토크 분포에 대하여 정반대로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 따른 차량(1)을 조향하기 위한 방법이며,
    제어 장치(11)는, 차량(1)의 주행 다이내믹 변수로서 형성된 입력 변수를 수신하며, 제어 장치(11)는, 상기 입력 변수를 토대로 하여, 제2 구동 장치(9)의 구동 토크를 분배하기 위한 설정 정보로서 형성된 출력 변수를 결정하며, 제어 장치(11)는, 차량(1)의 조향비의 변경이 축소되거나 완전히 보상되거나 목표 값을 추적하도록 출력 변수를 결정하는, 차량 조향 방법.
  10. 제9항에 있어서, 조향비의 변경의 시간적인 길이는 제2 구동 장치(9)의 구동 토크의 비대칭적 분포의 시간적인 길이에 상응하는 것을 특징으로 하는, 차량 조향 방법.
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