KR102475118B1

KR102475118B1 - 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템

Info

Publication number: KR102475118B1
Application number: KR1020220072889A
Authority: KR
Inventors: 김요한
Original assignee: 김요한
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2022-12-07
Also published as: KR20230028135A; CN117813208A; KR102603706B1; WO2023022357A1; DE112022004021T5; KR20230028173A

Abstract

사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템이 개시된다. 이 시스템은 사륜 구동 차량의 프론트 차동기 또는 리어 차동기와 연결된 구동축 및 구동축과 연결되어 구동축의 동력을 휠(wheel)로 전달하는 피동축을 포함하는 복수의 차축, 구동축과 피동축의 연결 차단을 위한 차축별 차단기, 구동축의 구동력을 감쇄시키기 위한 차축별 감쇄기, 및 차량 주행 안정화가 요구될 경우 차단기들과 감쇄기들 중에서 일부를 제어하여 차량 주행을 안정화시키는 제어부를 포함한다.

Description

사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템{Driving stabilization system for four-wheel drive vehicle}

본 발명은 차량의 주행 안정화 기술에 관한 것으로, 특히 사륜 구동 차량의 주행 안정화 기술에 관한 것이다.

차동기(디퍼렌셜)는 그 양단에 걸리는 저항에 따라 회전수가 바뀌는 것으로, 차량의 선회를 위한 필수 장치이다. 그런데 미끄러운 노면에 휠이 접촉하여 차동기 한쪽의 저항이 낮아지는 휠 슬립(wheel slip)이 발생하면 반대쪽으로 동력이 전달되지 않아 차량의 구동력이 상실된다. 그리고 사륜 구동 차량의 경우는 프론트 차축(front axle)과 리어 차축(rear axle) 각각에 차동기가 장착되는 바, 이륜 구동 차량에 비해 그 증상이 더욱 심하다. 이러한 증상을 해결하기 위한 방안으로 토크벡터링이 잘 알려져 있는데, 토크벡터링이라 함은 차동기 양단에 걸리는 저항을 제어하여 출력 회전수가 바뀌도록 함으로써 차량의 차체 자세 제어를 가능하게 한 것을 말한다.

그러나 엔진의 동력이 차동기를 거쳐 차축을 통해 휠까지 전달되는 동력 전달 구조를 가지므로, 엔진 출력을 낮추거나 제동력으로 차량의 자세를 제어하는 종래 방식으로는 한계가 있으며 주행 성능이 저하된다. 종래 방식은 프론트 차축과 리어 차축 간에 추가로 장착되는 센터 차동기를 두거나, 차체의 제동력을 이용하거나, 토크벡터링으로 제어를 하였으나, 엔진의 동력이 차동기를 거쳐 휠까지 직결되어 있어 동력을 전달하려는 엔진 및 동력 전달 장치와 제동장치가 함께 작동하는 구조상 주행 성능 저하가 불가피하다.

한편, 사륜 구동 차량은 사륜 구동 상태로 주행하는 경우, 전륜과 후륜의 회전수가 일정하기 때문에 건조한 포장로를 주행하거나 주행시 급회전조작을 할 때에는 전륜의 중심반경과 후륜의 중심반경의 선회 반경차가 타이어회전수차 및 구동축회전차로 전이되어 전륜에는 브레이크가 걸리는 느낌이 들고 후륜은 공전하는 느낌이 드는 이른바 타이트 코너 브레이킹(tight corner braking) 현상이 발생되어 차량의 코너링성능을 저하시키게 된다. 이러한 타이트 코너 브레이킹 현상은 구동장치들과 앞뒤 차동장치 등에 심각한 손상을 줄 수 있고 내구성을 떨어트리는 원인이 되며 선회 반경이 작을수록 이 현상은 더욱 잘 나타난다.

국내공개특허공보 제10-2021-0014821호 (2021년 2월 10일 공개)

본 발명은 주행 성능 저하를 방지하면서 휠 슬립 제어를 가능하게 하는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 타이트 코너 브레이킹 현상을 해결할 수 있는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.

일 양상에 따른 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템은 사륜 구동 차량의 프론트 차동기 또는 리어 차동기와 연결된 구동축 및 구동축과 연결되어 구동축의 동력을 휠(wheel)로 전달하는 피동축을 포함하는 복수의 차축, 구동축과 피동축의 연결 차단을 위한 차축별 차단기, 구동축의 구동력을 감쇄시키기 위한 차축별 감쇄기, 및 차량 주행 안정화가 요구될 경우 차단기들과 감쇄기들 중에서 일부를 제어하여 차량 주행을 안정화시키는 제어부를 포함할 수 있다.

제어부는 차량 주행 안정화가 요구되는 휠 슬립(wheel slip) 발생시 슬립 휠 측의 차단기를 제어하여 구동축과 피동축의 연결을 차단시키며, 슬립 휠 측의 감쇄기를 제어해 구동축의 구동력을 감쇄시킴에 의해 슬립 휠과 동일한 차동기에 연결된 반대 휠로 해당 차축을 통해 동력이 전달되도록 할 수 있다.

제어부는 차량의 선회 주행 중에 차량 주행 안정화가 요구되는 타이트 코너 브레이킹(tight corner breaking) 현상이 감지될 경우 선회 방향의 리어 내측 휠 측의 차단기를 제어하여 구동축과 피동축을 차단시키며, 리어 내측 휠 측의 감쇄기를 제어해 구동축의 구동력을 감쇄시킴에 의해 리어 외측 휠로 해당 차축을 통해 동력이 전달되도록 하여 타이트 코너 브레이킹 현상을 방지할 수 있다.

한편, 일 양상에 따른 사륜 구동 차량용 주행 안정화 방법은 사륜 구동 차량의 주행 안정화 요구 여부를 판단하는 단계, 사륜 구동 차량의 주행 안정화가 요구되면 프론트 차동기 또는 리어 차동기와 연결된 구동축 및 구동축과 연결되어 구동축의 동력을 휠(wheel)로 전달하는 피동축으로 이루어진 복수의 차축 중에서 어느 한 차축의 구동축과 피동축 간 연결을 차단 제어하는 단계, 및 연결 차단된 구동축의 구동력을 감쇄 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 차단 및 감쇄 제어 그리고 회복 후 재결합이라는 제어를 통해 차량 주행 안정화(차세 자세 안정화)를 가능하게 하며, 엔진이나 파워팩의 출력을 낮추지 않고서도 제어를 가능하게 하는 효과를 창출한다. 특히, 본 발명은 휠 슬립이나 타이트 코너 브레이킹 현상에 대해 효과적으로 주행 안정화를 달성할 수 있게 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 사륜 구동 차량용 주행 안정화를 위한 구성 배치를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 주행 안정화 시스템 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 주행 안정화 제어 방법 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 차단/감쇄기 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 차단/감쇄기 측면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 차단/감쇄기 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 차단/감쇄기 분해도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 차단/감쇄기에 제1-1 작동유가 유입되었을 때의 작동 예시도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 차단/감쇄기에 제1-2 작동유가 유입되었을 때의 작동 예시도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 차단/감쇄기에 제2-1 작동유가 유입되었을 때의 작동 예시도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 차단/감쇄기에 제2-2 작동유가 유입되었을 때의 작동 예시도이다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 통상의 기술자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 사륜 구동 차량용 주행 안정화를 위한 구성 배치를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 2는 일 실시예에 따른 주행 안정화 시스템 블록도이다. 프론트 차동기(1)는 프론트 좌측 차축(10)과 프론트 우측 차축(20)을 통해 프론트 좌측 휠(FL 휠)(50) 및 프론트 우측 휠(FR 휠)(60)과 연결되며, 리어 차동기(2)는 리어 좌측 차축(30)과 리어 우측 차축(40)을 통해 리어 좌측 휠(RL 휠)(70) 및 리어 우측 휠(RR 휠)(80)과 연결된다. 여기서, 각각의 차축(10, 20, 30, 40)은 구동축(11, 21, 31, 41)과 피동축(12, 22, 32, 42)으로 이루어지는데, 구동축(11, 21, 31, 41)은 차동기(1, 2)와 연결되어 회전 구동되는 축이며, 피동축(12, 22, 32, 42)은 구동축(11, 21, 31, 41)과 결합(연결)되어 구동축(11, 21, 31, 41)의 구동력을 휠로 전달해주는 축이다.

구동축(11, 21, 31, 41)과 피동축(12, 22, 32, 42)은 제어부(900)의 제어에 의해 연결 차단(분리)되거나 차단 후 재연결될 수 있으며, 이를 위해 차단기(100, 300, 500, 700)가 구성될 수 있다. 그리고 각각의 차축마다 구동축(11, 21, 31, 41)의 회전속도를 낮추기 위한 감쇄기(차동 감쇄기)(200, 400, 600, 800)도 구성될 수 있다. 추가로, 도 1과 도 2에는 도시되어 있지 않으나, 주행 안정화 시스템에는 차량의 주행 안정화가 필요한지 판단하는데 이용되는 정보들을 수집하기 위한 센서들(예를 들어, ABS 휠 회전속도 센서, 조향각 센서, 요센서, 구동축 회전속도 센서 등)도 구성될 수 있다.

한편, 도 1에서 각각의 차단기(100, 300, 500, 700)와 감쇄기(200, 400, 600, 800)는 별개로 구성된 것으로 도시되어 있으나 이는 배치 위치를 명확히 나타내고자 한 것으로, 일체로 구성된 것일 수도 있다. 즉, 차단기(100, 300, 500, 700)와 감쇄기(200, 400, 600, 800)는 별개로 구성된 장치일 수도 있고 일체로 이루어진 장치일 수도 있는 것이다. 차단기(100, 300, 500, 700)와 감쇄기(200, 400, 600, 800)가 일체로 이루어지는 경우에는 이를 차단/감쇄기라 명할 수 있으며, 차단/감쇄기로는 물림클러치 방식 또는 유성기어 방식 및 전자 클러치와 리타더를 적용한 방식을 예로 들 수 있다. 그리고 도 1에서 좌측 휠들과 우측 휠들은 제어부(900)에 의해 각각 하나의 그룹으로 지정되어 관리될 수 있다. 즉, FL 휠(50)과 RL 휠(70)이 같은 그룹(제 1 그룹)에 속하고, FR 휠(60)과 RR 휠(80)이 같은 그룹(제 2 그룹)에 속한다.

제어부(900)는 VDC(Vehicle Dynamic Control), ESC(Electronic Stability Control), ESP(Electronic Stability Program) 등으로 알려진 시스템에 구성되는 컨트롤러일 수 있다. 또한, 제어부(900)는 휠 제동 제어를 위한 시스템에 구성되는 컨트롤러도 포함할 수 있다. 이 같은 제어부(900)는 차량 주행 안정화가 요구될 경우 차단기들(100, 300, 500, 700)과 감쇄기들(200, 400, 600, 800) 중에서 일부를 제어하여 차량 주행을 안정화시킨다. 구체적으로, 구동축과 피동축의 연결을 차단 제어하고 구동축의 회전속도를 감쇄 제어하여 차량 주행을 안정화시킬 수 있다. 그리고 차량 주행 안정화가 요구되는 경우는 휠 슬립(wheel slip)이나 타이트 코너 브레이킹(tight corner breaking)일 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 사륜 구동 차량용 주행 안정화 제어 방법 흐름도로서, 휠 슬립과 타이트 코너 브레이킹을 해소하기 위한 제어 방법을 나타낸 것이다. 제어부(900)는 주행 중인 차량의 휠 슬립 여부를 판단한다(S100). 일 실시예에 있어서, 제어부(900)는 각각의 ABS 휠 속도 센서들로부터 회전속도 값을 수신하며, 동일 그룹에 속하는 프론트 휠과 리어 휠의 회전속도 차가 기준치 이상인 것으로 확인될 경우 회전속도가 높은 휠에 슬립이 발생한 것으로 판단한다. 이때 차량이 선회중인지 아닌지도 고려될 수 있으며, 선회중일 경우와 선회중이 아닐 경우의 기준치는 상이할 수 있다. 이 같은 휠 슬립 여부에 대한 판단 방식은 하나의 예일 뿐 이에 한정되지 않으며, 이미 널리 알려진 바에 따라 이루어질 수 있다.

S100에서 휠 슬립이 발생한 것으로 판단되면, 제어부(900)는 슬립이 발생한 휠(슬립 휠)과 연결된 차축의 차단기를 제어하여 그 차축의 구동축과 피동축의 연결을 차단시킨다(S110). 예를 들어, FL 휠(50)에 슬립이 발생한 것으로 판단되면, 제어부(900)는 FL 차단기(100)를 제어하여 FL 차축(10)의 구동축(11)과 피동축(12) 간의 연결을 차단시킨다. 그런데 차단만 이루어지면, 프론트 차동기(1)의 좌측은 주행 저항도 사라져 FL 휠(50)과 분리된 채로 내부에서 더욱 빠른 속도로 회전하게 되며, FR 차축(20)으로는 동력이 전달되지 못하게 된다. 이를 방지하기 위해, 제어부(900)는 FL 감쇄기(200)를 제어하여 FL 차축(10)의 구동축(11)의 속도를 감쇄시킴으로써, FR 휠(60)로 동력이 전달될 수 있게 한다(S120). 즉, 동력 전달이 차단된 FL 측에 정상 주행일 때의 저항인 가짜 주행저항을 만들어 줌으로써(차동 감쇄 제어를 통해) FR 휠(60)이 정상속도로 회전할 수 있게 하는 것이다.

제어부(900)는 차단 제어와 감쇄 제어를 통해 차량의 주행이 안정화되었는지를 판단한다(S130). 즉, 차체의 자세가 안정되었는지를 판단하는 것이다. 일 실시예에 있어서, 제어부(900)는 FR 휠(60)의 회전속도가 목표 휠의 회전속도와 동일해지면 차량의 주행이 안정화된 것으로 판단한다. 여기서, 목표 휠이라 함은 FR 휠(60)과 동일 그룹에 속하는 다른 휠을 말하는 것으로, 본 예에서는 RR 휠(80)이 목표 휠이 된다. 즉, 목표 휠은 고정되어 있는 것이 아니라 슬립 휠에 따라 달라지는 것으로, 슬립 휠과 동일한 차동기에 연결된 반대 휠과 같은 그룹에 속한 휠이 목표 휠이 되는 것이다.

S130에서 주행이 안정화되지 않은 것으로 판단되면, 제어부(900)는 FR 휠(60)의 회전속도가 목표 휠의 회전속도와 동일해지도록 FL 감쇄기(200)를 다시 제어한다. 즉, FL 감쇄기(200)의 감쇄력을 보정하여 FR 휠(60)의 회전속도를 목표 휠의 회전속도에 맞추는 것이다. 제어부(900)는 이를 반복하여 두 휠의 회전속도가 동일해지면 차량 주행이 안정화된 것으로 판단한다. 한편, 제어부(900)는 동력 전달이 차단된 FL 휠(50)에 대한 ABS 제동 제어도 수행할 수 있는데, 이는 S120에서 감쇄기 제어와 함께 수행될 수 있다. 제동 제어를 통해 FL 휠(50)이 미끄러지지 않고 조향을 가능하게 하기 위함이다.

이상에 따르면, 슬립 휠 이외의 휠들에는 동력이 계속 전달되며, 프론트 차축과 리어 차축 간의 속도 차이가 발생하지 않아 센터 차동기 없이도 정숙한 운전이 가능해진다. 또한, 동력이 차단된 휠도 계속해서 제동 제어되므로 차량의 자세제어가 원활해진다.

S130에서 주행이 안정화된 것으로 판단되면, 제어부(900)는 FL 차단기(100)를 제어하여 연결 분리되어 있는 FL 구동축(11)과 FL 피동축(12)을 재연결시킴으로써, FL 휠(50)로 동력 전달이 정상적으로 이루어지도록 한다(S320). 이때, 제어부(900)는 주행 안정화가 되었다고 해서 무조건 S320을 수행하는 것이 아니라 속도 동기화가 필요한 경우에는 속도 동기화를 행한다(S310). 이는 차단기 양단의 속도차가 허용 범위를 벗어날 경우에는 재연결이 어렵기 때문이다.

일 실시예에 있어서, 제어부(900)는 FL 휠(50)의 회전속도와 FL 구동축(11)의 회전속도를 비교하여 속도차가 허용 속도치를 벗어나면 허용 속도치 이내가 되도록 감쇄 제어 및/또는 제동 제어를 수행한다. 여기서, 허용 속도치는 30RPM일 수 있다. 따라서, FL 휠(50)의 회전속도와 FL 구동축(11)의 회전속도가 30RPM 이내이면 곧바로 S320을 수행하는 것이고, 그렇지 않으면 S310을 수행한 후에 S320을 수행하는 것이다.

FL 휠(50)의 회전속도가 FL 구동축(11)의 회전속도보다 높으면서 허용 속도치를 벗어날 경우, 제어부(900)는 ABS 제동 제어 및/또는 감쇄 제어를 수행할 수 있다. 이때, 제동 제어는 FL 휠(50)을 대상으로 하며, 감쇄 제어는 FR 감쇄기(400)를 대상으로 할 수 있다. FL 휠(50)의 회전속도가 FL 구동축(11)의 회전속도보다 낮으면서 허용 속도치를 벗어날 경우, 제어부(900)는 감쇄 제어만을 수행할 수 있다. 이때, 감쇄 제어는 FL 감쇄기(200)를 대상으로 할 수 있다.

다음으로는 타이트 코너 브레이킹에 대한 제어 방법에 대해 설명한다. 제어부(900)는 타이트 코너 브레이킹 현상을 감지한다(S200). 일 실시예에 있어서, 제어부(900)는 조향각 센서를 통해 확인된 조향각이 기설정된 관심 조향각 이상이고 관심 조향각 이상의 상태가 일정 시간 이상 지속되면서 차량의 선회 속도가 증가할 경우 타이트 코너 브레이킹이 발생하였거나 발생 가능성이 존재하는 것으로 판단한다. 여기서, 관심 조향각은 최대 조향각 또는 최대 조향각에 근접한 각일 수 있다. 그리고 참고로, 도 3에서 S200은 S100 이후에 수행되는 것처럼 도시되어 있으나 이에 한정되지 않으며, S100과 무관하게 독립적으로 수행될 수 있다.

S200에서 ‘예’로 판단되면(타이트 코너 브레이킹 현상이 감지되면), 제어부(900)는 타이트 코너 브레이킹 현상을 미리 방지하거나 해소하기 위해 선회 방향의 내측 리어 차단기(내측 리어 휠 측의 차단기)를 제어하여 구동축과 피동축 간의 연결을 차단시킨다(S210). 즉, 좌선회의 경우에는 RL 휠(70)과 연결된 RL 차단기(500)를 제어하여 RL 차축(30)의 구동축(31)과 피동축(32) 간의 연결을 차단시키며, 우선회의 경우에는 RR 휠(80)과 연결된 RR 차단기(700)를 제어하여 RR 차축(40)의 구동축(41)과 피동축(42) 간의 연결을 차단시키는 것이다.

차단 제어 후, 제어부(900)는 내측 리어 감쇄기를 제어하여 외측 리어 휠로 동력이 전달되도록 한다(S220). 즉, 좌선회의 경우에는 RL 감쇄기(600)를 제어하여 RR 휠(80)로 동력이 전달되도록 하는 것이며, 우선회의 경우에는 RR 감쇄기(800)를 제어하여 RL 휠(70)로 동력이 전달되도록 하는 것이다. 이 같이 하는 이유는 상술한 슬립 휠의 경우와 마찬가지로 차단만 이루어지면 외측 리어 휠로는 동력이 전달되지 않아 외측 휠이 멈춰버리게 되기 때문이다.

다음으로, 제어부(900)는 조향각 센서를 통해 확인된 조향각을 통해 조향휠이 중심 범위 내로 복원되었는지 여부를 판단한다(S230). S230에서 조향휠이 중심 범위 내로 복원된 것으로 판단되면, 제어부(900)는 해당 차단기를 제어하여 구동축과 피동축을 재연결시킨다. 즉, 좌선회 후에 조향휠이 중심 범위 내로 복원된 경우에는 RL 차단기(500)를 제어하여 RL 구동축(31)과 RL 피동축(32)을 재연결시키며, 우선회 후에 조향휠이 중심 범위 내로 복원된 경우에는 RR 차단기(700)를 제어하여 RR 구동축(41)과 RR 피동축(42)을 재연결시키는 것이다. 이때, 제어부(900)는 조향각이 직진 주행에 근사한 각도 값이 되었다고 해서 무조건 구동축과 피동축을 재연결시키는 것이 아니라, 휠 슬립의 경우와 마찬가지로 해당 차단기 양단의 속도 동기화가 필요한 경우에는 속도 동기화를 행한 후에 재연결시킨다(S300)(S310)(S320).

상술한 S220에서 제어부(900)는 내측 리어 감쇄기를 제어하여 차동기 반대편 휠의 속도를 변화시켜 세 개의 휠을 각각의 선회 반경에 맞는 속도로 제어할 수 있다. 휠 슬립의 경우와 비교하면, 상술한 바와 같이 휠 슬립 제어는 제어 대상 휠의 회전속도를 목표 휠의 회전속도와 비교하여 같아지도록 제어하는 것인 반면에, 타이트 코너 브레이킹 제어는 차단된 내측 휠의 감쇄기를 작동시켜 차동기 반대편 외측 휠이 회전반경에 맞게 선회하도록 속도를 계산하여 제어하는 것이다.

S220에 대해 좌선회의 경우를 가지고 구체적으로 설명한다. 일 실시예에 있어서, 제어부(900)는 FL 휠(50)의 회전속도와 FR 휠(60)의 회전속도를 평균한 값에 가중치를 적용한 값을 목표 회전값으로 결정하며, 외측 리어 휠인 RR 휠(80)의 회전속도가 그 결정된 목표 회전값에 도달하도록 RL 감쇄기(600)의 제어한다. 여기서, 목표 회전값은 한 번 지정되면 고정되는 것이 아니라 FL 휠(50)의 회전속도 값과 FR 휠(60)의 회전속도 값의 변화에 맞춰 가변됨은 물론이다. 즉, 휠 속도센서들로부터 지속적으로 수신되는 회전 속도값들을 가지고 목표 회전값을 갱신해가면서 RL 감쇄기(600)의 감쇄력을 보정하는 것이다.

그리고 목표 회전값을 산출할 시에 적용되는 가중치는 프론트 휠과 리어 휠의 선회 반경에 차이가 있음을 고려한 것인데, 선회 반경의 차이 때문에 리어 휠의 회전속도는 프론트 휠의 회전속도보다 빠르므로 이를 고려해 적정 가중치를 반영하여 목표 회전값을 결정할 수 있게 한 것이다. 여기서, 가중치는 조향각에 따라 상이할 수 있으며, 조향각별로 가중치가 미리 설정되어 적용될 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 S210과 S220에서 내측 리어 차단기와 내측 리어 감쇄기를 제어하는 것으로 설명하였으나 반드시 내측 리어 차축의 차단기와 감쇄기일 필요는 없으며, S210과 S220에서의 제어 대상은 내측 프론트 차축의 차단기와 감쇄기일 수도 있다. 즉, 내측 차축의 차단기와 감쇄기면 되는 것이며, 프런트 차축의 차단기와 감쇄기를 대상으로 할지 아니면 리어 차축의 차단기와 감쇄기를 대상으로 할지는 단순 선택 사항일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전륜 방식의 사륜 구동의 경우에는 내측 리어 차축의 차단기와 감쇄기를 제어하며, 후륜 방식의 사륜 구동의 경우에는 내측 프론트 차축의 차단기와 감쇄기를 제어한다.

S210과 S220에서 내측 프론트 차축의 차단기와 감쇄기를 제어하는 경우에는 리어 휠들의 평균회전속도에 가중치를 적용한 값을 목표 회전값으로 결정하며, 외측 프론트 휠의 회전속도가 목표 회전값에 도달하도록 내측 프론트 차축의 감쇄기를 제어할 수 있다. 그리고 차단기와 감쇄기는 프론트 차축(FL 차축과 FR 차축)과 리어 차축(RL 차축과 RR 차축) 모두에 구성되지 않고, 프론트 차축이나 리어 차축에만 구성될 수도 있다. 이 같이 프론트 차축 또는 리어 차축에만 차단기와 감쇄기가 구성되더라도 타이트 코너 브레이킹 현상 방지를 위한 상술한 제어가 가능하다.

이상에 따르면, 타이트 코너 브레이킹 시에는 하나의 내측 휠로의 동력 전달은 차단되고 나머지 휠들은 각각의 선회 반경에 맞게 회전됨으로써 타이트 코너 브레이킹을 해소할 수 있게 되며, 선회 주행이 종료되는 즉시 네 개의 휠 모두에 동력 전달이 이루어지도록 함으로써 차량 구동이 정상적으로 이루어질 수 있게 된다. 또한, 프론트 차축 또는 리어 차축에만 차단기와 감쇄기가 구성되더라도 해당 차축에 연결된 휠에서 슬립이 발생할 경우에는 상술한 바에 따라 휠 슬립 방지가 가능하다. 그리고 차단기와 감쇄기를 적용하지 않은 차축은 기존 제동력을 이용한 제어를 수행하고 차단기와 감쇄기를 적용한 차축은 감쇄 제어를 통해 휠 슬립 제어와 토크 벡터링 제어를 수행할 수 있다.

이하에서는 차단/감쇄기에 대해 설명한다. 차단/감쇄기는 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 하우징(1000), 입력축(2000), 출력축(3000) 및 피스톤(4000)을 포함한다. 이러한 차단/감쇄기는 차량을 구성하는 차동기와 바퀴 사이에 마련되어, 차동기로부터 전달받은 동력이 바퀴로 전달되도록 하거나 차동기로부터 전달받은 동력에도 불구하고 바퀴로 동력이 전달되지 않도록 할 수 있으며, 차동기의 적어도 일단에 걸리는 저항을 제어할 수도 있다.

하우징(1000)은 내부가 빈 통 형태로 형성되며 입구부(1100)와 출구부(1200)가 마주하게 형성된다. 일 예로, 뉘어진 원통 형태를 이루는 하우징(1000)에는 후방을 향해 입구부(1100)가 돌출형성되고, 전방을 향해 출구부(1200)가 돌출형성될 수 있다. 이러한 하우징(1000)은 그 내부에 구비되는 구성들의 조립이 이루어질 수 있도록, 전방을 향해 출구부(1200)가 형성되고 후면이 개방된 통 형태인 제1 하우징(100a)과, 후방을 향해 입구부(1100)가 형성되고 전면(前面)이 개방된 통 형태인 제2 하우징(100b)을 포함하게끔 분리구성될 수 있다.

입력축(2000)은 상술한 차축의 구동축을 의미한다. 입력축(2000)은 일단부가 하우징(1000) 내에 구비되도록 입구부(1100)를 관통하면서 입구부(1100)에 회전가능하게 결합될 수 있으며, 외부로부터 동력을 전달받아 회전될 수 있다. 예를 들어, 입력축(2000)은 타단이 차동기와 연결되어 차동기로부터 동력을 전달받아 회전될 수 있다.

출력축(3000)은 상술한 차축의 피동축을 의미한다. 출력축(3000)은 일단부가 하우징(1000) 내에 구비되도록 출구부(1200)를 관통하면서 출구부(1200)에 회전가능하게 결합될 수 있으며, 타단이 바퀴와 연결될 수 있다. 이러한 출력축(3000)의 일단부는 입력축(2000)과 일체로 회전되는 피스톤(4000)에 맞물려 동력을 전달받을 수 있다. 일 예로, 출력축(3000)의 일단부는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 피스톤(4000)과 마주하는 판 형태로 형성될 수 있으며, 후방을 향해 방사상으로 복수 개의 제1 물림돌기(3100)가 돌출형성되어 피스톤(4000)과 맞물릴 수 있다. 또한, 입력축(2000) 및 출력축(3000)의 안정적인 회전을 위하여, 출력축(3000)의 일단부 회전중심에는 베어링을 통해 입력축(2000)이 독립적으로 회전되게끔 결합될 수 있다.

피스톤(4000)은 링 형태로 형성되어 입력축(2000)의 일단부를 둘러싸게끔 하우징(1000) 내에 구비될 수 있으며, 입력축(2000)과 결합되어 입력축(2000)과 일체로 회전될 수 있다. 이러한 피스톤(4000)은 입력축(2000)의 일단부 길이방향을 따라 전후방향으로 이동가능하며, 전방으로 이동하여 출력축(3000)의 일단부와 맞물릴 수 있다. 일 예로, 입력축(2000)의 일단부 외주면에는 길이방향을 따라 방사상으로 결합홈이 함입형성되고, 피스톤(4000)의 내주면에는 결합홈에 끼워지는 결합돌편이 방사상으로 돌출형성되어, 결합돌편이 결합홈을 따라 이동됨에 따라 피스톤(4000)이 입력축(2000)의 전후방향으로 이동됨과 더불어, 입력축(2000)과 일체로 회전될 수 있다.

그리고 피스톤(4000)에는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 전방을 향해 복수 개의 제1 물림돌기(3100) 사이 사이에 배치되는 제2 물림돌기(4100)가 방사상으로 돌출형성될 수 있다. 즉, 피스톤(4000)이 전진하여 제1 물림돌기(3100)와 제2 물림돌기(4100)가 맞물리게 되면, 입력축(2000)의 회전수와 동일한 동력이 출력축(3000)으로 전달되고, 피스톤(4000)이 후진하여 제1 물림돌기(3100)와 제2 물림돌기(4100) 간의 맞물림이 해제되면, 출력축(3000)으로의 동력 전달이 차단되어, 입력축(2000)이 회전되더라도 출력축(3000)이 회전되지 않게 된다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 차단/감쇄기는 피스톤(4000)이 하우징(1000) 내에서 전후방향으로 이동되는 경로를 제공하는 실린더(8000)를 더 포함할 수 있으며, 실린더(8000)는 피스톤(4000)과 함께 회전이 이루어지도록 하우징(1000) 내에 구비될 수 있다. 일 예로, 하우징(1000)의 내주면에 고정되는 베어링 내측에 실린더(8000)가 회전가능하게 구비될 수 있으며, 그 내측에 전후방향으로 이동되는 피스톤(4000)이 구비될 수 있다. 이때, 피스톤(4000)은 둘레를 따라 립씰(4200)이 구비되어, 립씰(4200)에 의해 실린더(8000)가 피스톤(4000)과 함께 회전되도록 할 수 있다. 이처럼 피스톤(4000)과 실린더(8000)가 함께 회전됨에 따라, 마찰로 인한 손상이 방지되어 내구성을 향상될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 출력축(3000)과 피스톤(4000) 간의 맞물림이 이루어지도록 하거나 출력축(3000)과 피스톤(4000) 간의 맞물림이 해제되도록 함에 있어, 유압이 이용된다. 이를 위해, 하우징(1000)은 도 7에 도시된 바와 같이 피스톤(4000)을 기준으로 전방 측에 형성된 제1 제어공간(1300)을 포함할 수 있으며, 제1 제어공간(1300)은 피스톤(4000)을 비롯한 다른 구성을 통해 피스톤(4000)의 후방 측과 공간적으로 분리됨이 바람직하다. 또한, 하우징(1000)은 제1 제어공간(1300)과 외부가 연통되게끔 제1 제어홀(1310)이 관통형성될 수 있으며, 제1 제어홀(1310)를 통해 작동유가 유출입될 수 있다.

일 예로, 피스톤(4000)이 전진하여 출력축(3000)과 맞물린 상태에서 제1 제어홀(1310)을 통해 제1-1 설정압을 가지는 작동유가 제1 제어공간(1300)으로 유입되면, 도 9에 도시된 바와 같이 피스톤(4000)이 후방으로 이동되어 출력축(3000)과의 맞물림이 해제되며, 이에 따라 입력축(2000)과 출력축(3000) 간의 동력 전달이 차단된다. 이와 반대로, 피스톤(4000)이 후진하여 출력축(3000)과의 맞물림이 해제된 상태에서, 제1 제어홀(1310)을 통해 유입되었던 제1-1 설정압을 가지는 작동유를 외부로 유출시키면, 피스톤(4000)이 전방으로 이동되어 출력축(3000)과 맞물리게 되며, 이에 따라 입력축(2000)과 출력축(3000) 간의 동력 전달이 이루어진다.

다른 일 예로, 제1 제어홀(1310)을 통해 제1-1 설정압보다 높은 제1-2 설정압을 가지는 작동유가 유출입될 수 있으며, 이때 차단/감쇄기는 피스톤(4000)을 기준으로 후방 측에서 입력축(2000)과 하우징(1000) 사이에 구비되는 감속모듈을 더 포함할 수 있다. 감속모듈은 제1-2 설정압을 가지는 작동유가 제1 제어공간(1300)으로 유입되면 작동되어 입력축(2000)과 출력축(3000) 간의 동력 전달이 차단된 상태에서, 입력축(2000)의 회전을 감소시킬 수 있다. 이러한 감속모듈은, 일 예로 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 탄성부재(5000), 압력판(6000) 및 다판클러치(7000)를 포함할 수 있다.

탄성부재(5000)는 입력축(2000)을 둘러싸면서 피스톤(4000)의 인접한 후방에 배치될 수 있으며, 실린더(8000) 내측에 구비될 수 있다. 탄성부재(5000)는 피스톤(4000)과 압력판(6000) 사이에서 전후방향으로 작용되는 힘을 탄성적으로 지지하는 역할을 한다. 일 예로, 제1-1 설정압을 가지는 작동유가 제1 제어공간(1300)으로 유입될 시 피스톤(4000)이 출력축(3000)과의 맞물림이 해제되게끔 후방으로 이동된 상태에서, 탄성부재(5000)는 압력판(6000)이 후방으로 밀리지 않게끔 탄성적으로 지지할 수 있다. 반면, 도 10에 도시된 바와 같이 제1-1 설정압보다 높으면서 탄성부재(5000)의 탄성력보다 큰 제1-2 설정압을 가지는 작동유가 제1 제어공간(1300)으로 유입되면, 탄성부재(5000)는 압력판(6000)을 후방으로 밀게 된다.

이러한 탄성부재(5000)는, 일 예로 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 복수 개의 접시스프링이 대칭되게 전후로 배치될 수 있다. 구체적으로, 두 개의 접시스프링이 외측단이 인접하면서 내측단이 이격되게끔 배치될 수 있다.

압력판(6000)은 중앙에 관통공이 형성된 원판 형태로 이루어져, 입력축(2000)을 둘러싸면서 탄성부재(5000)의 인접한 후방에 배치될 수 있다. 이러한 압력판(6000)은 피스톤(4000)과의 사이에 구비된 탄성부재(5000)의 탄성력이 일정 범위 내에서 작용될 수 있도록 하는 역할을 함과 더불어, 후방으로의 밀림 발생시 다판클러치(7000)의 공극을 없애면서 다판클러치(7000)와의 마찰이 발생되어 입력축(2000)의 회전속도를 저하시키는 역할을 할 수 있다. 따라서, 압력판(6000)은 도 9에 도시된 바와 같이 제1-1 설정압을 가지는 작동유가 제1 제어공간(1300)으로 유입될 때에는 다판클러치(7000)와 다소 이격된 상태에서 탄성부재(5000)를 지지하며, 도 10에 도시된 바와 같이 제1-2 설정압을 가지는 작동유가 제1 제어공간(1300)으로 유입될 때에는 다판클러치(7000)와 맞닿게끔 이동이 이루어진다.

다판클러치(7000)는 중앙에 관통공이 형성된 원판 형태로 이루어져, 입력축(2000)을 둘러싸면서 압력판(6000)의 인접한 후방에 배치될 수 있으며, 구동디스크(7100) 및 피동디스크(7200)를 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 구동디스크(7100)는 내주연에 일정 간격으로 기어이가 가공되어 입력축(2000)과 결합되어 입력축(2000)과 일체로 회전될 수 있으며, 피동디스크(7200)는 외주연에 일정 간격으로 기어이가 가공되어 하우징(1000)에 고정될 수 있다. 다판클러치(7000)는 상술한 구동디스크(7100) 및 피동디스크(7200)가 전후방향으로 여러 쌍 반복 설치되며, 상호 간에 다소 이격되어 공극이 생기게끔 설치된다. 따라서, 압력판(6000)이 후방으로 밀리게 되면, 압력판(6000)과 다판클러치(7000) 간의 마찰이 일어남은 물론, 입력축(2000)과 일체로 회전되는 구동디스크(7100)와 하우징(1000)에 고정된 피동디스크(7200) 간의 마찰이 일어나므로, 입력축(2000)의 회전이 감소된다.

즉, 제1 제어공간(1300)으로 제1-2 설정압을 가지는 작동유가 유입되면, 도 10에 도시된 바와 같이 피스톤(4000)이 후방으로 이동함에 따라 탄성부재(5000)가 압력판(6000) 및 다판클러치(7000)를 가압하게 되어, 압력판(6000)과 다판클러치(7000) 간, 및 다판클러치(7000) 자체의 마찰로 인해, 입력축(2000)의 회전이 감소된다.

한편, 하우징(1000)은 도 7에 도시된 바와 같이 피스톤(4000)과 압력판(6000) 사이에 형성되면서 탄성부재(5000)가 구비되는 제2 제어공간(1400)을 포함할 수 있으며, 제2 제어공간(1400)은 제1 제어공간(1300)과 공간적으로 분리됨이 바람직하다. 또한, 하우징(1000)은 제2 제어공간(1400)과 외부가 연통되게끔 제2 제어홀(1410)이 관통형성될 수 있으며, 제2 제어홀(1410)을 통해 작동유가 유출입될 수 있다.

일 예로, 피스톤(4000)과 출력축(3000) 간의 맞물림이 해제된 상태에서 제2 제어홀(1410)을 통해 제2-1 설정압을 가지는 작동유가 제2 제어공간(1400)으로 유입되면, 도 8에 도시된 바와 같이 피스톤(4000)이 전방으로 이동되어 출력축(3000)과 맞물리게 되며, 이에 따라 입력축(2000)과 출력축(3000) 간의 동력 전달이 이루어진다. 통상 피스톤(4000)은 탄성부재(5000)의 탄성력으로 인해 출력축(3000)과 맞물린 상태를 유지하는바, 제2-1 설정압을 가지는 작동유를 통한 제어는, 제1-1 설정압을 가지는 작동유로 인해 후방으로 이동된 피스톤(4000)을 전방으로 보다 신속하게 이동시키고자 할 때 유용하며, 이로 인해 입력축(2000)과 출력축(3000) 간에 차단되었던 동력이 신속히 전달될 수 있다.

다른 일 예로, 제2 제어홀(1410)을 통해 제2-1 설정압보다 높은 제2-2 설정압을 가지는 작동유가 유출입될 수 있으며, 압력판(6000)은 제2-2 설정압을 가지는 작동유가 제2 제어공간(1400)으로 유입되면 도 9에 도시된 바와 같이 다판클러치(7000)를 가압하여, 입력축(2000)의 회전을 감소시킬 수 있다. 즉, 출력축(3000)과 피스톤(4000)이 맞물려 동력 전달이 이루어지는 상태에서, 제2-2 설정압을 가지는 작동유의 유입을 통해 입력축(2000) 및 출력축(3000)의 회전속도를 감소시킬 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 프론트 차동기 2 : 리어 차동기
10, 20, 30, 40 : 차축 11, 21, 31, 41 : 구동축
12, 22, 32, 42 : 피동축 50, 60, 70, 80 : 휠
100, 300, 500, 700 : 차단기 200, 400, 600, 800 : 감쇄기
900 : 제어부

Claims

사륜 구동 차량의 프론트 차동기 또는 리어 차동기와 연결된 구동축과, 구동축과 연결되어 구동축의 동력을 휠(wheel)로 전달하는 피동축을 포함하는 복수의 차축;
구동축과 피동축의 연결 차단을 위한 차축별 차단기;
구동축의 구동력을 감쇄시키기 위한 차축별 감쇄기; 및
차량 주행 안정화가 요구될 경우 차단기들과 감쇄기들 중에서 일부를 제어하여 차량 주행을 안정화시키는 제어부;
를 포함하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 1 항에 있어서,
차축별 차단기와 감쇄기는 일체로 이루어진 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제어부는 차량 주행 안정화가 요구되는 휠 슬립(wheel slip) 발생시 슬립 휠 측의 차단기를 제어하여 구동축과 피동축의 연결을 차단시키며, 슬립 휠 측의 감쇄기를 제어해 구동축의 구동력을 감쇄시킴에 의해 슬립 휠과 동일한 차동기에 연결된 반대 휠로 해당 차축을 통해 동력이 전달되도록 하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 3 항에 있어서,
제어부는 반대 휠의 회전속도가 목표 휠의 회전속도와 동일해지도록 슬립 휠 측의 감쇄기를 제어하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 4 항에 있어서,
제어부는 반대 휠의 회전속도가 목표 휠의 회전속도와 동일해지면 차량 주행이 안정화된 것으로 판단하여 슬립 휠 측의 차단기 제어를 통해 구동축과 피동축을 재연결시키는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 5 항에 있어서,
제어부는 슬립 휠의 회전속도와 슬립 휠 측의 구동축 회전속도가 소정의 오차 범위를 벗어날 경우 제동 제어와 감쇄 제어 중에서 적어도 하나를 수행하여 오차 범위 이내가 되도록 한 후에 구동축과 피동축을 재연결시키는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 1 항에 있어서,
제어부는 차량의 선회 주행 중에 차량 주행 안정화가 요구되는 타이트 코너 브레이킹(tight corner breaking) 현상이 감지될 경우 선회 방향의 내측 휠들 중에서 어느 하나의 내측 휠 측의 차단기를 제어하여 구동축과 피동축을 차단시키며, 내측 휠 측의 감쇄기를 제어해 구동축의 구동력을 감쇄시킴에 의해 외측 휠로 해당 차축을 통해 동력이 전달되도록 하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 7 항에 있어서,
복수의 차축은 프론트 차동기와 리어 차동기 중에서 어느 하나인 동일 차동기와 연결된 좌측 차축과 우측 차축만인 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
제어부는 타이트 코너 브레이킹 현상 방지를 위한 제어를 행한 이후에 조향휠이 중심 범위 내로 복원되면 내측 휠 측의 차단기를 제어하여 구동축과 피동축을 재연결시키는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
제 9 항에 있어서,
제어부는 내측 휠의 회전속도와 내측 휠 측의 구동축 회전속도가 소정의 오차 범위를 벗어날 경우 제동 제어와 감쇄 제어 중에서 적어도 하나를 수행하여 오차 범위 이내가 되도록 한 후에 구동축과 피동축을 재연결시키는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 시스템.
사륜 구동 차량의 주행 안정화 요구 여부를 판단하는 단계;
사륜 구동 차량의 주행 안정화가 요구되면 프론트 차동기 또는 리어 차동기와 연결된 구동축 및 구동축과 연결되어 구동축의 동력을 휠(wheel)로 전달하는 피동축으로 이루어진 복수의 차축 중에서 어느 한 차축의 구동축과 피동축 간 연결을 차단 제어하는 단계; 및
연결 차단된 구동축의 구동력을 감쇄 제어하는 단계;
를 포함하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 방법.
제 11 항에 있어서,
차단 제어 단계는 차량 주행 안정화가 요구되는 휠 슬립(wheel slip) 발생시 슬립 휠 측의 구동축과 피동축 간의 연결을 차단시키며,
감쇄 제어 단계는 연결 차단된 구동축의 구동력을 감쇄시켜 슬립 휠과 동일한 차동기에 연결된 반대 휠로 해당 차축을 통해 동력이 전달되도록 하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 방법.
제 12 항에 있어서,
반대 휠의 회전속도가 목표 휠의 회전속도와 동일해지면 차량 주행이 안정화된 것으로 판단하여 슬립 휠 측의 구동축과 피동축을 재연결시키되, 슬립 휠의 회전속도와 슬립 휠 측의 구동축 회전속도가 소정의 오차 범위를 벗어날 경우 제동 제어와 감쇄 제어 중에서 적어도 하나를 수행하여 오차 범위 이내가 되도록 한 후에 구동축과 피동축을 재연결시키는 단계;
를 더 포함하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 방법.
제 11 항에 있어서,
차단 제어 단계는 차량의 선회 주행 중에 차량 주행 안정화가 요구되는 타이트 코너 브레이킹(tight corner breaking) 현상이 감지되면 선회 방향의 어느 하나의 내측 휠 측의 구동축과 피동축 간의 연결을 차단시키며,
감쇄 제어 단계는 연결 차단된 구동축의 구동력을 감쇄시켜 외측 휠로 해당 차축을 통해 동력이 전달되도록 하여 타이트 코너 브레이킹 현상을 방지하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 방법.
제 14 항에 있어서,
감쇄 제어 단계는 외측 휠이 그 외측 휠의 회전 반경에 맞게 선회하도록 연결 차단된 구동축의 구동력을 감쇄 제어하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 방법.
제 14 항에 있어서,
감쇄 제어 후에 조향휠이 중심 범위 내로 복원되면 내측 휠 측의 구동축과 피동축을 재연결시키는 단계;
를 더 포함하는 사륜 구동 차량용 주행 안정화 방법.