KR102440674B1

KR102440674B1 - 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102440674B1
Application number: KR1020160167199A
Authority: KR
Inventors: 장영준; 어정수; 정연광; 김성재; 오지원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2022-09-05
Also published as: CN108216240B; KR20180066417A; US10427669B2; CN108216240A; US20180162349A1

Abstract

본 발명은 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 4륜 구동 모드 주행 시 후륜에 대한 슬립 제어와 핸들링 제어 효과를 동시에 얻을 수 있는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 4륜 구동 모드 주행 시 전륜과 후륜에 대한 구동 토크 분배 제어를 수행하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치에 있어서, 4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 슬립 제어 토크를 산출하는 슬립 제어 토크 산출부; 4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 핸들링 제어 토크를 산출하는 핸들링 제어 토크 산출부; 차량 상태 정보에 기초하여 슬립 제어 가중치와 핸들링 제어 가중치를 결정하는 가중치 결정부; 및 상기 산출된 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크에 상기 결정된 각 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 후륜 분배 토크의 목표값인 후륜 목표 토크를 산출하는 목표 토크 산출부를 포함하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치, 및 그 제어 방법이 개시된다.

Description

4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치 및 방법{Control system and method for distributing drive torque between front and rear wheels of four-wheel drive vehicle}

본 발명은 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 4륜 구동 모드 주행 시 후륜에 대한 슬립 제어와 핸들링 제어 효과를 동시에 얻을 수 있는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 차량은 화석연료를 사용하는 엔진(ICE:Internal Combustion Engine)과 전기에너지를 사용하는 모터를 구동원으로 이용하여 주행하는 차량을 의미한다.

하이브리드 차량의 파워트레인 형태로는 차량을 구동하는 모터의 출력 측에 변속기가 배치된 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식이 알려져 있다.

통상의 TMED 방식에서는 구동원이 되는 엔진과 모터 사이에 엔진 클러치가 개재되고, 모터의 출력 측에 변속기가 배치되어, 엔진 클러치가 결합된 상태에서 엔진과 모터의 복합 동력이 변속기를 통해 구동륜에 전달되도록 되어 있다.

또한, TMED 방식의 하이브리드 차량에서는 구동륜인 전륜 측에 엔진과 모터가 함께 배치되어, 엔진과 모터가 출력하는 토크를 오버레이(overlay)한 뒤 변속기를 통해 전륜에 전달하는 방식으로 되어 있고, 따라서 전, 후륜에 대한 구동력 분배 없이 전륜에 전달되는 토크만이 제어된다.

그리고, 하이브리드 차량의 또 다른 일종으로 RMED(Rear-axle Mounted Electric Device) 방식이 알려져 있고, RMED 방식의 하이브리드 차량은 전륜은 엔진의 동력에 의해 구동되고, 후륜은 모터의 동력에 의해 구동된다.

이러한 RMED 방식은 4륜 구동(4WD:Four-Wheel Drive) 방식을 채택한 것으로, 미국 등록특허 US7,517,298에는 4륜 구동 차량의 효율 향상을 위해 기계적 동력장치 부분인 프로펠러 샤프트를 제거하고 후륜에 모터를 적용한 e-4WD(electronic-4WD) 형태가 개시되어 있다.

이와 같이 e-4WD 시스템이 적용된 하이브리드 차량에서는 전륜과 후륜에 각각 독립적인 구동수단이 적용되는데, 전륜의 구동수단으로 엔진이, 후륜의 구동수단으로 모터가 적용될 수 있고, 각 구동수단이 운전 환경의 조건에 따라 독립적으로 구동되거나 함께 구동될 수 있다.

예로서, 2륜 구동(2WD) 모드와 4륜 구동(4WD) 모드 간의 절환이 이루어질 수 있으며, 2륜 구동 모드에서는 전륜만이 구동륜이 되지만, 4륜 구동 모드에서는 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배가 이루어지므로 전륜과 후륜이 모두 구동륜이 된다.

또한, 4륜 구동 모드에서는 전륜과 후륜에 대해 구동력 분배가 이루어지므로 전륜뿐만 아니라 후륜에 전달되는 토크에 대해서도 제어가 이루어지며, 이때 차량 주행을 위해 요구되는 전체 요구 토크를 충족하도록 전륜과 후륜에 대한 토크 분배가 이루어진다.

이하, 본 명세서에서는 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배의 결과에 따라 차량의 구동원으로부터 전륜에 인가되는 토크를 전륜 토크, 후륜에 인가되는 토크를 후륜 토크라 칭하기로 한다.

결국, 차량 주행을 위해 요구되는 전체 요구 토크, 즉 운전자 요구 토크를 충족하도록 전륜 토크와 후륜 토크의 분배 및 제어가 이루어지며, 상기와 같은 e-4WD 시스템에서는 후륜 토크 제어를 위해 모터가 출력하는 토크를 제어하게 된다.

한편, e-4WD 시스템은 주행 상황에 따라 전과 후륜의 구동력을 차등적으로 분배함으로써 주행 안정성을 개선할 수 있다.

일반적으로 4륜 구동 시스템의 제어는, 미끄러운 노면에서의 차량 발진이나 가속 시, 특히 등판 상황에서 전륜과 후륜의 속도차가 발생할 경우 정상적인 발진 및 가속, 등판 성능 확보를 위한 최적의 전/후륜 구동력 분배가 이루어지도록 하는 슬립 제어(slip control)와, 차량 선회 시 언더스티어(understeer)나 오버스티어(oversteer)를 억제하고 정상적인 선회 성능을 확보하기 위한 최적의 전/후륜 구동력 분배가 이루어지도록 하는 핸들링 제어(handling control)를 포함한다.

알려진 바와 같이, 차량에서 주행 안정성 확보를 위한 제어 전략은 크게 차량의 구동, 제동, 조향, 현가 시스템을 기반으로 하여 각 시스템의 동 특성을 목표 성능에 부합시키도록 구성되어 있다.

또한, 상기 각 제어 전략은 독립적으로 구현되어 있으며, 차량의 운전 조건 및 주행 조건에 따라 안정성 관점의 우선 순위가 할당되어, 할당된 우선 순위에 따라 순차적으로 해당되는 제어에 진입하도록 되어 있다.

4륜 구동의 슬립 제어와 핸들링 제어도 이와 유사한 협조 제어 전략에 따라 운용되고 있으며, 통상 핸들링 제어가 슬립 제어보다 우선적으로 진입 및 작동하도록 되어 있다.

하지만, 이와 같은 단일 제어의 온/오프(on/off) 방식으로는 복합적인 주행 상황(예를 들면, 선회로(곡선로)에서의 슬립 발진)에서의 안정성 확보에 한계가 있으며, 빈번한 제어 모드간 천이(transition)가 발생하는 경우 과도(transient) 구간에서의 응답 성능 등에 문제가 발생할 수 있다

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 4륜 구동 모드 주행 시 후륜에 대한 슬립 제어와 핸들링 제어 효과를 동시에 얻을 수 있는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 4륜 구동 모드 주행 시 전륜과 후륜에 대한 구동 토크 분배 제어를 수행하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치에 있어서, 4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 슬립 제어 토크를 산출하는 슬립 제어 토크 산출부; 4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 핸들링 제어 토크를 산출하는 핸들링 제어 토크 산출부; 차량 상태 정보에 기초하여 슬립 제어 가중치와 핸들링 제어 가중치를 결정하는 가중치 결정부; 및 상기 산출된 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크에 상기 결정된 각 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 후륜 분배 토크의 목표값인 후륜 목표 토크를 산출하는 목표 토크 산출부를 포함하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 4륜 구동 모드 주행 시 전륜과 후륜에 대한 구동 토크 분배 제어를 수행하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법에 있어서, 제어 장치가 4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 슬립 제어 토크를 산출하는 단계; 상기 제어 장치에서 4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 핸들링 제어 토크를 산출하는 단계; 상기 제어 장치에서 차량 상태 정보에 기초하여 슬립 제어 가중치와 핸들링 제어 가중치를 결정하는 단계; 및 상기 제어 장치에서 산출된 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크에 상기 결정된 각 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 후륜 분배 토크의 목표값인 후륜 목표 토크를 산출하는 단계를 포함하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치 및 방법에 의하면, 4륜 구동 모드 주행 시 슬립 제어와 핸들링 제어를 동시에 반영하는 후륜 토크 제어가 수행될 수 있고, 이를 통해 복합적인 주행 상황에서 안정성 확보가 가능해지며, 빈번한 제어 모드간 천이로 인한 응답 성능 등의 문제점이 개선될 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 통상의 슬립 제어 시 전륜 속도와 후륜 속도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 참고 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 토크 분배 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 요레이트 에러에 따른 가중치 설정 선도를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전, 후륜 토크 분배 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 차량의 슬립 제어(slip control)와 핸들링 제어(handling control)에 대해 설명하면 다음과 같다.

슬립 제어시에는 차량의 전륜과 후륜의 속도차(전, 후륜 축 속도차)를 연산하고, 연산된 속도차가 기준치 이상이면 슬립 발생으로 판단하여 슬립 해소를 위한 전, 후륜 구동력 분배가 이루어지도록 한다.

이때, 센서를 통해 각 차륜의 휠 속도, 즉 전륜의 좌측륜과 우측륜, 후륜의 좌측륜과 우측륜의 휠 속도를 검출하고, 검출된 각 휠 속도로부터 전륜 속도와 후륜 속도를 계산할 수 있다.

여기서, 전륜 속도와 후륜 속도는 도 1과 같은 4륜 구동 시스템에서 각각 좌측륜과 우측륜의 휠 속도 평균값을 차륜 속도로 변환한 값이 사용될 수 있다.

이때, 전륜 속도와 후륜 속도는 아래의 수학식 1과 수학식 2로 계산될 수 있다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기서, 'FL 휠 속도'는 전륜의 좌측륜 휠 속도를, 'FR 휠 속도'는 전륜의 우측륜 휠 속도를 나타내고, 'RL 휠 속도'는 후륜의 좌측륜 휠 속도를, 'RR 휠 속도'는 후륜의 우측륜 휠 속도를 각각 나타낸다.

'PTU 기어비'는 PTU(Power Transfer Unit)의 기어비를 나타내고, '액슬 기어비'는 액슬 기어의 기어비를 나타내며, 'PTU 기어비', '액슬 기어비', '타이어 동반경'은 차량 고유의 제원 값이다.

PTU는 전륜의 구동축과 후륜으로 연결된 프로펠러 샤프트 사이에 설치되어 2륜 구동 모드와 4륜 구동 모드 중 하나의 운전 모드로 절환해주는 장치이다.

슬립 발생 시, 상기와 같이 전륜 속도와 후륜 속도가 실시간으로 구해지면, 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배를 조정하여 슬립 발생을 해소하며, 전륜과 후륜의 속도차가 기준치 이상으로 큰 경우에서, 전륜 속도가 후륜 속도보다 크다면 전륜 슬립으로 판단하여 후륜 구동력(후륜 토크)을 증가시키고, 반대로 전륜 속도가 후륜 속도보다 작다면 후륜 슬립으로 판단하여 후륜 구동력을 감소시킨다.

그리고, 선회로(곡선로) 주행 시의 핸들링 제어에서는 선회 주행하는 차량의 요레이트를 연산하여 추정한 다음, 추정된 요레이트와 목표 요레이트의 차이값, 즉 언더스티어 또는 오버스티어 발생 여부를 판단할 수 있는 요레이트 에러를 구하고, 과도한 요레이트 에러 발생 시 언더스티어 또는 오버스티어 상황을 해소하기 위한 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배 제어를 수행한다.

일례로, 요레이트(ψ)는 아래의 수학식 3에 의해 추정될 수 있다.

[수학식 3]

ψ = δ×(V/L)/(1 + K×V²/L)

여기서, δ는 조향각을, V는 차속을, L은 휠 베이스를, K는 언더스티어 그레디언트(understeer gradient)를 나타낸다.

상기 언더스티어 그레디언트 K는 K = m×(C_r×l_f - C_f×l_r)/(2C_r×C_f×L))의 식으로 계산될 수 있다.

여기서, m은 차량 중량을 나타내고, C_f은 전륜 타이어의 코너링 강성을, C_r은 후륜 타이어의 코너링 강성을 나타내며, l_f는 차량 중심에서 전륜 액슬까지의 거리를, l_r은 차량 중심에서 후륜 액슬까지의 거리를 나타낸다.

또한, 요레이트 에러(ψ_e)는 추정된 요레이트와 목표 요레이트의 차이값으로 구해지며, 요레이트 에러가 0보다 큰 경우 오버스티어 상황을 의미하고, 요레이트 에러가 0보다 작은 경우 언더스티어 상황을 의미한다.

이러한 요레이트 에러가 실시간으로 구해지면, 차량의 언더스티어나 오버스티어 발생을 판단하여 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배를 조정하며, 요레이트 에러가 0보다 큰 경우 후륜 구동력(후륜 토크)을 감소시키고, 요레이트 에러가 0보다 작은 경우 언더스티어 상황으로 판단하여 후륜 구동력을 증가시킨다.

종래에는 상기한 슬립 제어와 핸들링 제어가 우선 순위별로 개별적으로, 그리고 독립적으로 작동 및 수행되고, 두 제어 모드 중 하나만이 선택되어서 온/오프(on/off) 방식으로 수행된다.

그러나, 우선 순위에 따라 하나의 제어만이 수행될 경우, 복합적인 주행 상황에서의 안정성 확보에 한계가 있으며, 빈번한 제어 모드간 천이가 발생할 때 과도 구간에서의 응답 성능 등에 문제가 발생할 수 있다

따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 4륜 구동 차량에서 후륜에 대한 슬립 제어와 핸들링 제어의 조합이 이루어질 수 있는 토크 분배 제어 장치 및 방법을 제시한다.

이러한 본 발명에서는 차량이 4륜 구동(4WD) 모드로 주행하는 동안 후륜으로 분배되는 구동력의 목표값인 후륜 목표 토크를 결정함에 있어서, 주행 상황에 따른 두 제어의 최적 조합을 위해 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크의 가중치(weighting factor) 합산 방식이 이용된다.

즉, 슬립 제어와 핸들링 제어의 두 제어 모드 중 우선 순위에 따라 어느 하나의 제어 모드만 수행되도록 개별적인 제어 모드 진입과 해제를 조정하는 종래의 협조 제어 방식과 달리, 본 발명에서는 4륜 구동 모드 동안 후륜 목표 토크를 결정함에 있어서, 각 모드의 제어 토크에 전체 시스템의 동 특성을 판단할 수 있는 핵심 파라미터들이 고려된 가중치를 적용하여 합산하는 아웃풋 블렌딩(output blending) 방식이 적용되는 것이다.

전술한 바와 같이, 4륜 구동 시스템의 제어는, 미끄러운 노면에서의 차량 발진이나 가속 시, 특히 등판 상황에서 전륜과 후륜의 속도차가 발생할 경우 정상적인 발진 및 가속, 등판 성능 확보를 위한 최적의 전/후륜 구동력 분배가 이루어지도록 하는 슬립 제어(slip control)와, 차량 선회 시 언더스티어나 오버스티어 발생을 억제하고 정상적인 선회 성능을 확보하기 위한 최적의 전/후륜 구동력 분배가 이루어지도록 하는 핸들링 제어(handling control)를 포함한다.

이러한 슬립 제어와 핸들링 제어는 주행 상황에서 발생하는 문제점을 해결하기 위해 전륜과 후륜에 대한 최적의 구동력 분배가 이루어지도록 하기 위한 것이며, 보다 상세하게는 차량 구동원으로부터 후륜으로 인가되는 구동력의 분배(후륜에 대한 토크 분배)를 최적화하기 위한 것이다.

본 발명에서도 기본적으로 후륜 목표 토크를 결정하고, 상기 결정된 후륜 목표 토크를 목표값으로 하여, 목표값의 토크가 후륜에 인가되도록 하는 구동력 분배 제어가 이루어진다.

또한, 본 발명에서도 차량 주행을 위해 요구되는 전체 요구 토크, 즉 운전자 요구 토크를 충족하도록 전륜 토크와 후륜 토크의 분배가 이루어지고, 후륜의 구동수단으로 모터가 탑재된 e-4WD 시스템의 경우 목표값인 후륜 목표 토크를 출력하도록 모터의 구동을 제어하게 된다.

이와 같이 본 발명이 적용되는 4륜 구동 차량은 전륜의 구동수단으로 엔진이, 후륜의 구동수단으로 모터가 탑재되어 프로펠러 샤프트가 제거된 형태의 e-4WD 차량이 될 수 있다.

e-4WD 차량에서는 2륜 구동(2WD) 모드와 4륜 구동(4WD) 모드 간의 절환이 이루어질 수 있고, 2륜 구동 모드 시에는 전륜이 구동륜, 후륜이 피동륜(비구동륜)이 되며, 4륜 구동 모드 시에는 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배가 이루어지므로 전륜과 후륜이 모두 구동륜이 된다.

또한, 4륜 구동 모드 시에는 전륜뿐만 아니라 후륜에 전달되는 토크에 대해서도 제어가 이루어지며, 후륜 구동수단이 출력하여 후륜에 인가되어야 하는 토크의 목표값(후륜 목표 토크)이 후술하는 바와 같이 가중치 합산 방식으로 결정되면, 이 목표값의 토크를 출력하도록 후륜 구동수단의 구동을 제어하게 된다.

또한, 본 발명이 상기 e-4WD 차량으로 한정되는 것은 아니며, 특정의 4륜 구동 차량으로 한정됨 없이, 2륜 구동 모드와 4륜 구동 모드 간의 모드 변환이 가능한 차량, 그리고 4륜 구동 모드 시 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배가 이루어질 수 있는 차량, 그리고 구동력 분배의 분배 결과에 따라 목표값으로 후륜 토크를 제어할 수 있는 차량이라면 본 발명의 적용이 가능하다.

예를 들면, 본 발명의 적용이 가능한 차량으로서, 차량을 구동하는 구동원으로 엔진이나 모터가 탑재되고, 엔진 또는 모터의 동력을 원하는 동력 분배율에 따라 전륜과 후륜으로 분배할 수 있는 트랜스퍼 케이스 등의 기계식 또는 전자식 동력분배장치를 탑재한 4륜 구동 차량이 될 수 있다.

또는 엔진과 모터를 구동원으로 이용하는 하이브리드 차량에서 구동원으로부터 전달되는 동력, 즉 모터 동력(EV 모드) 또는 엔진과 모터의 복합 동력(HEV 모드)을 트랜스퍼 케이스 등의 동력분배장치가 전륜과 후륜으로 분배하도록 된 4륜 구동 차량이 될 수도 있다.

이때, 2륜 구동 모드 시에는 트랜스퍼 케이스가 동력을 후륜으로는 분배하지 않고 전륜으로만 전달되도록 하여 전륜이 구동륜, 후륜이 피동륜(비구동륜)이 되고, 4륜 구동 모드 시에는 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배가 이루어지므로 전륜과 후륜이 모두 구동륜이 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치 및 제어 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 운전 모드 결정, 요구 토크 산출, 슬립 및 핸들링 제어 토크 산출, 가중치 결정, 후륜 목표 토크 산출을 수행하는 구성요소들을 보여주고 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전, 후륜 토크 분배 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치는, 차량의 운전 모드를 결정하는 운전 모드 결정부(10), 운전자 요구 토크를 산출하는 요구 토크 산출부(20), 4륜 구동 모드 주행 시 슬립 제어 토크를 산출하는 슬립 제어 토크 산출부(31), 4륜 구동 모드 주행 시 핸들링 제어 토크를 산출하는 핸들링 제어 토크 산출부(32), 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크의 토크 블렌딩에 적용할 가중치를 결정하는 가중치 결정부(40), 상기 산출된 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크, 가중치를 이용하여 제어 토크 가중치 합산 방식으로 후륜 목표 토크를 산출하는 목표 토크 산출부(50)를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전, 후륜 토크 분배 제어 방법은, 운전 모드 결정, 요구 토크 산출, 후륜에 대한 슬립 제어 토크 및 핸들링 제어 토크 산출, 가중치 결정, 후륜 목표 토크 산출 과정을 포함한다.

먼저, 상기한 구성의 제어 장치에는 차량에서 수집되는 차량 운전 정보 및 상태 정보가 실시간으로 입력되고, 제어 장치 내 운전 모드 결정부(10)가 상기 입력된 차량 운전 정보 및 상태 정보로부터 차량의 운전 모드를 결정한다.

여기서, 운전 모드의 결정은 차량의 2륜 구동 모드와 4륜 구동 모드 중 어느 하나의 모드를 결정하는 것을 의미한다.

또한, 상기 차량 운전 정보 및 상태 정보는 운전 모드 결정, 운전자 요구 토크 연산, 슬립 제어 토크 및 핸들링 제어 토크 연산 과정에 필요한 정보를 포함한다.

예를 들어, 상기 차량 운전 정보 및 상태 정보는 차속 검출부에 의해 검출되는 차속, 가속페달 검출부에 의해 검출되는 가속페달 값, 조향각 검출부에 의해 검출되는 조향각, 휠 속도 검출부에 의해 검출되는 전륜과 후륜의 휠 속도 정보, 차량의 요레이트 정보 등이 될 수 있다.

상기 가속페달 값은 운전자의 가속페달 조작상태를 나타내는 것으로서, APS(Accelerator Position Sensor)가 출력하는 전기적인 신호 값(APS 신호 값), 즉 가속페달 위치가 될 수 있다.

상기 조향각 검출부는 통상의 차량에서 사용되고 있는 조향각 센서가 될 수 있으며, 운전자 조향 입력 값, 즉 운전자의 조향휠 조작에 따른 조향각을 검출하게 된다.

또한, 휠 속도 검출부는 각 차륜에 설치된 휠 속도 센서가 될 수 있으며, 본 발명에서는 슬립 제어 토크를 적용할 지의 여부를 결정하는데 전륜과 후륜의 속도차가 이용되고, 전륜 속도와 후륜 속도를 각각 산출하는데 수학식 1 및 수학식 2에서와 같이 전륜의 휠 속도와 후륜의 휠 속도, 차량 제원 값이 이용될 수 있다.

또한, 전륜의 휠 속도는 전륜의 좌측륜과 우측륜의 속도 평균값이 될 수 있고, 후륜의 휠 속도는 후륜의 좌측륜과 우측륜의 속도 평균값이 될 수 있다.

전륜 속도와 후륜 속도를 산출하는 방법에 있어서는 수학식 1 및 수학식 2의 계산 방식으로 한정하지는 않으며, 다양한 방법들이 알려져 있고 그 방법이 공지의 기술 사항이므로, 본 명세서에서 그 산출 방법에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 요레이트는 요레이트 센서에 의해 검출되는 실제 요레이트 값(요레이트 검출값) 또는 수학식 3에서와 같이 조향각과 차속, 언더스티어 그레디언트로부터 추정되는 요레이트 값(요레이트 추정값)이 될 수 있다.

상기 운전 모드 결정부(10)에서 차량 운전 정보 및 상태 정보로부터 2륜 구동 모드 또는 4륜 구동 모드의 운전 모드가 결정되는 방법에 대해서는 공지의 기술 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

일례로, 요레이트 추정값(또는 요레이트 검출값)과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러, 전륜 휠 속도(예, 좌측륜과 우측륜의 평균값)와 후륜 휠 속도(예, 좌측륜과 우측륜의 평균값) 차이, 가속페달 조작의 가속도 값(APS 신호로부터 구해질 수 있음)이 미리 설정된 각각의 기준값 이상일 경우 4륜 구동 모드로 결정할 수 있다.

본 발명에서 목표 요레이트는 차속 및 조향각과 함께 차량 고유값 정보, 예를 들어 차량 고유의 핸들링 특성 속도와 휠베이스 등으로부터 계산될 수 있으며, 이는 일례일 뿐, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

목표 요레이트가 각종 차량 제어에 널리 사용되고 있는 변수 정보일 뿐만 아니라, 목표 요레이트 산출 방법이 공지의 기술 사항이므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서는 후술하는 바와 같이 핸들링 제어 토크를 적용할 지의 여부를 결정하는데 차량 상태 정보인 요레이트 에러 값이 이용되고(도 4의 S1', S2' 단계 참조), 또한 요레이트 에러 값은 가중치를 결정하는데에도 이용된다(도 4에서 S4 단계 및 S4' 단계 참조) .

그리고, 상기 요구 토크 산출부(20)는 차속과 가속페달 값 등에 기초하여 차량 구동을 위해 요구되는 전체 토크 값, 즉 운전자 요구 토크를 산출하며, 요구 토크 산출 방법 또한 공지의 기술 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

또한, 상기 운전 모드 결정부(10)에서 4륜 구동 모드가 결정되는 것과 함께 요구 토크 산출부(20)에서 요구 토크가 산출되고 나면, 슬립 제어 토크 산출부(31)와 핸들링 제어 토크 산출부(32)에서는 각각 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크를 산출한다.

이때, 슬립 제어 토크 산출부(31)는 전륜과 후륜의 속도차, 또는 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도 간의 차이값이 미리 설정된 제1 기준치보다 큰 경우 슬립 제어 토크를 산출하고(도 4에서 S1, S2, S3 단계 참조), 상기 속도차, 또는 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도 간의 차이값이 제1 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정한다.

또한, 핸들링 제어 토크 산출부(32)는 요레이트 에러가 미리 설정된 제2 기준치 보다 큰 경우 핸들링 제어 토크를 산출하고(도 4에서 S1', S2', S3' 참조), 요레이터 에러가 제2 기준치 이하이면 핸들링 제어 토크를 0으로 결정한다.

전술한 바와 같이 4륜 구동 차량에서는 4륜 구동 모드 시 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크가 계산되어 차량 제어에 이용되고 있고, 본 발명에서도 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크를 계산함에 있어 공지의 방법이 이용될 수 있다.

일례로, 슬립 제어 토크는 전륜과 후륜의 속도차를 줄이기 위해 주행 시 수집되는 차량 상태 정보인 전륜과 후륜의 속도차, 또는 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도 간의 차이값을 이용하여 미리 정해진 수학식에 의해 계산될 수 있다.

또한, 핸들링 제어 토크는 주행 시 수집되는 차량 상태 정보인 요레이트 에러 값을 이용하여 미리 정해진 수학식에 의해 계산될 수 있다.

다만, 종래에는 온/오프 방식으로 슬립 제어 모드와 핸들링 제어 모드가 우선 순위에 따라 선택되어 독립적으로, 개별적으로 수행되고, 계산된 슬립 제어 토크를 4륜 구동 모드의 후륜 목표 토크로 결정하거나, 핸들링 제어 토크를 4륜 구동 모드의 후륜 목표 토크로 결정한다.

반면, 본 발명에서는 가중치를 계산한 뒤(도 4에서 S4, S4' 단계 참조), 상기 산출된 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크에 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 후륜 목표 토크를 산출하고(도 4에서 S5 단계 참조), 운전자 요구 토크와 산출된 후륜 목표 토크에 기초하여 전륜과 후륜에 대한 구동력 분배가 이루어진다.

즉, e-4WD 차량에서 후륜 목표 토크가 후륜에 인가되도록(도 4에서 S6 단계 참조) 후륜 구동수단(예, 모터)의 토크 출력을 제어하고, 운전자 요구 토크에서 후륜 목표 토크를 뺀 값의 전륜 목표 토크를 출력하도록 전륜 구동수단(예, 엔진)의 구동을 제어한다.

또는 트랜스퍼 케이스와 같은 동력분배장치를 구비한 4륜 구동(4WD) 차량에서 전, 후륜의 각 목표 토크에 따라 구동력(토크) 분배가 이루어질 수 있도록, 즉 전륜과 후륜에 각 목표 토크가 분배 및 인가될 수 있도록 동력분배장치의 작동을 제어한다.

이러한 구동력 분배 제어(즉 전, 후륜 토크 분배 제어)는 본 발명의 제어 장치 내 별도의 구성요소에 의해 수행될 수 있으며, 전륜 목표 토크를 산출하고, 산출된 전륜 목표 토크와 후륜 목표 토크에 따라 전륜 구동수단 및 후륜 구동수단의 출력을 제어하거나 동력분배장치의 작동을 제어하는 구성요소들이 될 수 있다.

한편, 목표 토크 산출부(50)에서는 4륜 구동 모드 시 계산된 슬립 제어 토크(T_slip)와 핸들링 제어 토크(T_handling)와 가중치 결정부(40)에서 결정된 가중치를 이용하여 후륜 목표 토크(T_total)를 산출한다.

슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크에 가중치를 적용하여 합산하는 가중치 합산 방식의 식은 아래와 같다.

[수학식 4]

여기서,

은 슬립 제어 가중치를 나타내고,

는 핸들링 제어 가중치를 나타낸다.

상기 수학식 4에서

이므로, 핸들링 제어 가중치는

로 계산될 수 있고, 여기서

은 상기 설정 데이터에서 1 이하의 양의 값으로 설정된다.

따라서,

이 구해지면, 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크로부터 블렌딩된 토크, 즉 가중치 합산 방식으로 계산된 후륜 목표 토크가 구해질 수 있다.

상기 가중치 결정부(40)에는 가중치(

)를 결정하기 위한 설정 데이터가 저장되고, 상기 설정 데이터는 차량 상태 정보인 요레이트 에러(ψ_e) 값에 따라 가중치 값이 설정되어 있는 테이터가 될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가중치 설정 선도를 예시한 도면으로, 도시된 바와 같이 설정 데이터는 요레이트 에러(ψ_e) 값에 상응하는 가중치 값(

)이 설정되어 있는 데이터가 될 수 있다.

상기 요레이트 에러 값에 따른 가중치 값은 차량 개발 시 선행 연구 및 시험, 평가 과정에서 취득된 데이터들에 기초하여 구해질 수 있으며, 전체 시스템에서 차량 주행 조건 등에 따른 동 특성을 판단할 수 있는 핵심 파라미터들을 고려하여 해석 및 시험적으로 구해지는 값이 될 수 있다.

결국, 4륜 구동 모드 시 슬립 제어 토크 및 핸들링 제어 토크가 계산된 후 현재의 요레이트 에러 값에 해당하는 가중치 값이 구해지면, 각 제어 토크에 가중치 값을 적용하여 합산하는 방식으로 후륜 목표 토크가 구해질 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 운전 모드 결정부
20 : 요구 토크 산출부
31 : 슬립 제어 토크 산출부
32 : 핸들링 제어 토크 산출부
40 : 가중치 결정부
50 : 목표 토크 산출부

Claims

4륜 구동 모드 주행 시 전륜과 후륜에 대한 구동 토크 분배 제어를 수행하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치에 있어서,
4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 슬립 제어 토크를 산출하는 슬립 제어 토크 산출부;
4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 핸들링 제어 토크를 산출하는 핸들링 제어 토크 산출부;
차량 상태 정보에 기초하여 슬립 제어 가중치와 핸들링 제어 가중치를 결정하는 가중치 결정부; 및
상기 산출된 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크에 상기 결정된 각 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 후륜 분배 토크의 목표값인 후륜 목표 토크를 산출하는 목표 토크 산출부를 포함하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
차량 운전 정보 및 상태 정보로부터 운전자 요구 토크를 산출하는 요구 토크 산출부를 더 포함하고,
전륜으로 분배되는 토크의 목표값인 전륜 목표 토크는 상기 운전자 요구 토크에서 상기 후륜 목표 토크를 뺀 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 슬립 제어 토크 산출부는 전륜과 후륜의 속도차가 설정된 기준치보다 큰 경우 슬립 제어 토크를 산출하고, 상기 속도차가 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 슬립 제어 토크 산출부는 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도의 차이값이 설정된 기준치보다 큰 경우 슬립 제어 토크를 산출하고, 상기 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도의 차이값이 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 핸들링 제어 토크 산출부는,
요레이트 센서에 의해 검출된 차량의 요레이트 값과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러 값이, 설정된 기준치보다 큰 경우 핸들링 제어 토크를 산출하고, 상기 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 핸들링 제어 토크 산출부는,
차량에서 검출된 차속과 조향각 정보를 이용하여 구해진 요레이트 추정값과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러 값이, 설정된 기준치보다 큰 경우 핸들링 제어 토크를 산출하고, 상기 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가중치 결정부는,
상기 차량 상태 정보로서, 요레이트 센서에 의해 검출된 차량의 요레이트 값과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러 값으로부터 상기 슬립 제어 가중치를 결정하고, 상기 결정된 슬립 제어 가중치로부터 상기 핸들링 제어 가중치를 결정하며,
상기 슬립 제어 가중치 결정 시, 요레이트 에러 값에 따라 슬립 제어 가중치가 설정되어 있는 설정 데이터를 이용하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가중치 결정부는,
상기 차량 상태 정보로서, 차량에서 검출된 차속과 조향각 정보를 이용하여 구해진 요레이트 추정값과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러 값으로부터 상기 슬립 제어 가중치를 결정하고, 상기 결정된 슬립 제어 가중치로부터 상기 핸들링 제어 가중치를 결정하며,
상기 슬립 제어 가중치 결정 시, 요레이트 에러 값에 따라 슬립 제어 가중치가 설정되어 있는 설정 데이터를 이용하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 핸들링 제어 가중치는 1에서 상기 슬립 제어 가중치를 뺀 값으로 결정되고, 상기 슬립 제어 가중치는 상기 설정 데이터에서 1 이하의 양의 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 장치.
4륜 구동 모드 주행 시 전륜과 후륜에 대한 구동 토크 분배 제어를 수행하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법에 있어서,
제어 장치가 4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 슬립 제어 토크를 산출하는 단계;
상기 제어 장치에서 4륜 구동 모드 주행 시 차량에서 수집되는 정보로부터 후륜에 대한 핸들링 제어 토크를 산출하는 단계;
상기 제어 장치에서 차량 상태 정보에 기초하여 슬립 제어 가중치와 핸들링 제어 가중치를 결정하는 단계; 및
상기 제어 장치에서 산출된 슬립 제어 토크와 핸들링 제어 토크에 상기 결정된 각 가중치를 적용하여 합산하는 방식으로 후륜 분배 토크의 목표값인 후륜 목표 토크를 산출하는 단계를 포함하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제어 장치에서 차량 운전 정보 및 상태 정보로부터 운전자 요구 토크를 산출하는 단계를 더 포함하고,
상기 제어 장치는 전륜으로 분배되는 토크의 목표값인 전륜 목표 토크는 상기 운전자 요구 토크에서 상기 후륜 목표 토크를 뺀 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 슬립 제어 토크를 산출하는 단계에서,
전륜과 후륜의 속도차가 설정된 기준치보다 큰 경우 슬립 제어 토크를 산출하고, 상기 속도차가 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 슬립 제어 토크를 산출하는 단계에서,
전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도의 차이값이 설정된 기준치보다 큰 경우 슬립 제어 토크를 산출하고, 상기 전륜 휠 속도와 후륜 휠 속도의 차이값이 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 핸들링 제어 토크를 산출하는 단계에서,
요레이트 센서에 의해 검출된 차량의 요레이트 값과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러 값이, 설정된 기준치보다 큰 경우 핸들링 제어 토크를 산출하고, 상기 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 핸들링 제어 토크를 산출하는 단계에서,
차량에서 검출된 차속과 조향각 정보를 이용하여 구해진 요레이트 추정값과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러 값이, 설정된 기준치보다 큰 경우 핸들링 제어 토크를 산출하고, 상기 기준치 이하이면 슬립 제어 토크를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 가중치 결정 단계에서,
상기 차량 상태 정보로서, 요레이트 센서에 의해 검출된 차량의 요레이트 값과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러 값으로부터 상기 슬립 제어 가중치를 결정하고, 상기 결정된 슬립 제어 가중치로부터 상기 핸들링 제어 가중치를 결정하며,
상기 슬립 제어 가중치 결정 시, 요레이트 에러 값에 따라 슬립 제어 가중치가 설정되어 있는 설정 데이터를 이용하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 가중치 결정 단계에서,
상기 차량 상태 정보로서, 차량에서 검출된 차속과 조향각 정보를 이용하여 구해진 요레이트 추정값과 차량 핸들링 제어를 위한 목표 요레이트 값의 차이로 계산되는 요레이트 에러 값으로부터 상기 슬립 제어 가중치를 결정하고, 상기 결정된 슬립 제어 가중치로부터 상기 핸들링 제어 가중치를 결정하며,
상기 슬립 제어 가중치 결정 시, 요레이트 에러 값에 따라 슬립 제어 가중치가 설정되어 있는 설정 데이터를 이용하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.
청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
상기 핸들링 제어 가중치는 1에서 상기 슬립 제어 가중치를 뺀 값으로 결정되고, 상기 슬립 제어 가중치는 상기 설정 데이터에서 1 이하의 양의 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 전, 후륜 토크 분배 제어 방법.