KR20010089263A - 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 구동 차량의안티-로크 브레이크 제어 방법 - Google Patents

점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 구동 차량의안티-로크 브레이크 제어 방법 Download PDF

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Abstract

휘일에 작용하는 점성 토오크를 산정하고, 휘일의 소정 브레이킹 압력을 산정할 때 점성 토오크을 고려하고, 소정 브레이킹 압력을 휘일에 가하는, 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 구동 차량의 브레이크 시스템을 제어하는 방법.

Description

점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 구동 차량의 안티-로크 브레이크 제어 방법 {Method for Improved Anti-lock Braking Control for All-wheel Drive Vehicles Having a Viscous Coupling or a Viscous Lock}
본 발명은 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 휘일 구동 차량(all-wheel drive vehicle)의 안티-로크 브레이크 제어 방법에 관한 것이다.
전자식 안티-로크 브레이크 시스템("ABS")은 공지되어 있고 여러해 동안 사용되어 왔다. 차량 동역학적 제어 시스템에 채용된 전자식 안티-로크 브레이크 시스템은 유럽 특허 제 0 503 025 B1호에 기술되어 있다. 이러한 브레이크 시스템은 계산된 휘일 토오크나 휘일 브레이킹 압력을 기초로 작동하지만, 전륜 구동 차량안의 점성 커플링이나 점성 로크로부터의 점성 토오크에 의한 휘일 토오크 또는 브레이킹 압력의 차이를 고려하지 않았다.
어떤 전륜 구동 차량은 전륜 구동을 수행하기 위한 수단으로써 [고점성 실리콘 유체을 내장한 밀폐(encapsulated) 다판 유니트인] 점성 커플링을 사용한다. 영구 결합된 축에서 견인력 한계값(traction limit)을 초과하면, 점성 커플링은 점성-구동 반응 곡선에 따라 토오크를 제2 구동축으로 전달함으로써 슬립의 변동(variations)에 반응한다. 점성 로크를 구비한 차량에서는, 중앙 차동장치(center differential) 때문에, 구동 토오크는 (설계에 따른 비로, 예를들어 전방 축에 ⅓, 후방 축에 ⅔로) 전방 및 후방 축에 영구적으로 분배된다. 점성 커플링과 같이 점성 로크는 전방 및 후방 축들 사이에 속도 차가 있는 경우에 전방 및 후방 축에 추가 토오크(supplemental torque)를 전달할 수 있다.
공지의 ABS 제어 시스템은 점성 커플링이나 점성 로크에 의한 토오크의 전달 때문에 각 휘일에서의 토오크의 변동을 적절히 고려하지 않으므로, 이러한 시스템은 때때로 휘일에 부정확한 압력을 가하여 적정 브레이크 성능보다 낮은 성능을 갖는다.
본 발명은 휘일에 작용하는 점성 커플링 또는 점성 로크에 의한 토오크를 고려함으로써 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 휘일 구동 차량의 개선된 안티-로크 브레이킹 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 휘일 구동 차량의 휘일에 작용하는 토오크의 기준값(reference values) 형성의 개선에 관한 것이다.
각 휘일 상에 점성 커플링 또는 점성 로크에 의해 가해지는 토오크를 보다 정확히 고려함으로써, ABS 제어 유니트는 필요하다면 휘일 상의 브레이킹 압력을 증가 또는 감소시킴으로써 보다 정확히 반응할 수 있어서, 브레이크 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명은, 휘일에 작용하는 점성 토오크를 산정하고 휘일의 소정 브레이킹 압력을 산정할 때 점성 토오크을 고려하여 소정 브레이킹 압력을 휘일에 가하는, 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 구동 차량의 브레이킹 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.
휘일에 작용하는 점성 토오크가 정밀한 정도(precise degree)로 알 수 없다면, 점성 토오크가 영(zero)이거나 이보다 작은 경우에만 소정 브레이킹 압력을 계산할 때 점성 토오크을 고려하는 것이 유리할 수도 있다. 점성 토오크는 전방축 가단 샤프트(front axle cardan shaft) 속도와 후방축 가단 샤프트 속도간의 차(difference)의 함수로써 계산되고, 휘일의 브레이킹 압력을 산정할 때 또한 고려할 수 있다. 전방축과 후방축 가단 샤프트 속도간의 큰 차에 대한 점성 토오크의 효과를 조정하기 위하여 감속 인자(reduction factor)를 도입할 수 있다. 예를 들면, 감속 인자는 전방축과 후방축 가단 샤프트 속도간의 적은 차에 대하여는 약 1의 값이고, 큰 차에 대해서는 약 영(zero)의 값일 수도 있다. 속도의 적은 차는, 점성 커플링 또는 점성 로크가 정상적으로 작동함을 표시하고, 큰 차는 점성 커플링 또는 점성 로크가 비정상적으로(poorly) 작동함을 표시한다.
도1a 및 도1b는 전륜 구동 차량의 많은 구동 개념 중 두 개를 도시한 다이어프램.
도2는 본 발명에 의한 안티-로크 브레이크 시스템(ABS) 제어 시스템의 전체 개념을 도시한 블록 다이어프램.
도3은 감속 인자(reduction factor, RedVisco)와, 전방축 가단 샤프트(front axle cardan shaft) 속도와 후방축 가단 샤프트 속도간의 차(difference)와의 관계의 한 예를 도시한 곡선.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 슬립 계산기
9: 휘일
11: 전방 축
12: 후방 축
13: 유니버셜 조인트
14:후방 차동 장치 조인트
15: 점성 커플링
16: 중앙 차동 장치
17: 점성 로크
18: 가단 샤프트
도1a 및 도1b의 각 차량은 전방 축(11) 및 후방 축(12)과 전방축 가단 샤프트(19) 및 후방축 가단 샤프트(18) 그리고 전방 유니버셜 조인트(13) 및 후방 차동 장치 조인트(14)를 구비하고 있다. 도1a에는 중앙 차동 장치(16)와 점성 로크(17)를 구비한 전륜 구동 차량을 도시하고 있다. 도1b에는 점성 커플링(15)를 구비하고 있지만 중앙 차동 장치는 없는 전륜 구동 차량을 도시하고 있다.
도2에 도시된 함수는 유럽 특허 제 0 503 025 B1호에 도시된 것과 유사하며, 두 차량축 사이의 점성 커플링 또는 점성 로크에 의해 전달된 휘일에 작용하는 토오크(이하 "점성 토오크" 또는 "MDiffK"라 함)를 블록(20)에서 계산하고 블록(6)에서의 브레이크력(Fb)의 계산과 블록(4)에서의 슬립 조정기에 의한 소정 (또는 세트 포인트) 압력(Ps)의 세팅시 모두에서 값(MDiffK)을 고려하는 것 만이 다르다. 휘일에 작용하는 점성 토오크의 계산을 하기에서 보다 상세히 설명한다.
휘일(9)에서, 휘일의 외주연 속도(Vr)을 측정하고 이를 슬립 계산기(1)에 공급한다. 또한, 슬립 계산기에는 도2에 도시된 바와 같이 자유 롤링 휘일 속도(Vfr) 관측기(8)에서 어떤 방법으로 측정 또는 계산될 수 있는 자유 롤링 휘일 속도(Vfr)가 공급된다. 자유 롤링 휘일 속도(Vfr)는 종방향 차량 속도로부터 측정할 수 있다. 관측기(8)는 요우율(Yaw rate, Ψ)과, 스티어링 각도(δ)와, 횡방향 속도(Vy)와, 측면 안내력(Fs)과, 브레이킹력(Fb)과, 모든 휘일의 외주연 속도 등의 값을 기초로 자유 롤링 휘일 속도(Vfr)를 계산한다. 이러한 상황에서, δ와 Ψ는 측정값이고, Vy와 Fs와 산정값이다. 슬립 계산기(1)에서, 슬립 값 S = (1 - Vr/Vfr)은 Vfr와 Vr로부터 계산되고 슬립 조정기(4)로 공급되며, 슬립 조정기(4)에는 또한 블록(2)에서 조사(ascrtained)된 세트 포인트 슬립량(slippage, SO)과 함께 자유 롤링 휘일 속도(Vfr)와 슬립 각도(α) 그리고 블록(20)에서 계산된 점성 토오크(MDiffK)와 평균 브레이킹력(Fbo)이 공급된다.
블록(5)에서는, 역 유압 모델(inverse hydraulic model)의 도움으로 예비 압력(prepressure, Pvor)과 측면 안내력(Fs) 값을 이용하여, 세트 포인트 압력(Ps)에 대응하는 휘일(9)에서의 브레이크 압력(P)을 조정하기 위하여 유압 블록(10)안에 존재하는 솔레노이드 밸브를 작동시키는 데 필요한 트리거 시간(trigger time, U)을 계산한다. 그러나, P는 측정할 수도 있지만, 유압 모델(7)에서 예비 압력(Pvor) 그리고 측면 안내력(Fs)을 이용하여 계산할 수도 있다. 브레이킹력 산정기(estimator, 6)는 P와 Vfr그리고 α와 점성 토오크(MDiffK)로부터 브레이킹력(F8)을 조사하며, 이 브레이킹력은 계산을 위해 Vfr-관측기(8)에 필요하다. 가산기(adder, 3)에서, 차량 동역학적 제어기(21)로부터의 세트 포인트 슬립 편차(ΔSs)가 블록(2)의 세트 포인트 슬립량(SO)에 가산되어, 세트 포인트 슬립량(Ss)을 발생시킨다.
차량이 중앙 차동 장치없는 점성 커플링을 갖던 차동 장치와 점성 커플링을 갖고 있던 모두의 경우에, 전달된 점성 토오크(MVisco)의 크기와 사인(sign)은 가단 구동 샤프트 속도 차(DnKar)의 크기와 사인의 함수이고, 이는 다음과 같이 계산된다.
MVisco = cVisco (nKarR) * DnKar
여기서, DnKar는 후방축 가단 샤프트 속도(nKarR)에서 후방축 가단 샤프트 속도(nKarF)를 뺀 값이고, cVisco (nKar)는 점성 커플링(15) 또는 점성 로크(17)의 특성 곡선이다.
휘일에서의 점성 토오크(MDiffK)는 다음 식으로 계산된다.
MDiffK = MVisco * ueDiff/2 (전방 휘일의 경우)
MDiffK = - MVisco * ueDiff/2 (후방 휘일의 경우)
여기서, ueDiff는 차동 장치 변속비이다.
예를 들어, 전방축 구동 샤프트와 후방축 구동 샤프트 사이의 짧은 (brief) 구동축 속도차 동안에 주 점성 토오크가 짧게만 발생된다면, 휘일의 소정 브레이킹 압력(Ps)의 계산시에 이러한 토오크를 단순히(merely) 고려하는 것이 중요하다. 이는 다음 식(1)으로 수행될 수 있다.
Ps = (Ms + MDiffK)/Cp ---------- (1)
여기서, Cp는 휘일의 브레이킹 압력(Pw)으로 브레이크 토오크(MBrake)를 나눔으로써 계산된 브레이킹 상수이고, Ms는 ABS 전자 제어 유니트가 필요한 휘일 토오크이다.
MDiffK를 매우 정확히 알고 있다면, 식(1)은 휘일에 점성 커플링 또는 점성 로크가 발생시키는 소위 교란 토오크(disturbance torque)를 보상하는 데 사용할 수 있다.
그러나, 예를 들어 점성 유체의 온도 효과와 에이징(aging) 등에 의해 점성 커플링 또는 점성 로크의 특성을 정확히 알고 있지 않다면, MDiffK의 계산은 매우 부정확할 수 있다. 특히, MDiffK의 산정치가 양의 값이고 실제 점성 토오크 값보다 크다면 (즉, 구동 토오크가 너무 크게 산정된다면), 식(1)은 슬립 제어에 불안정한 효과를 갖게 될 것이다. MDiffK 값이 너무 크면, Ps 값이 너무 커지게 된다.이는 휘일 속도를 감속시키고, 결국 계산된 MDiffK를 보다 증가시키며, Ps를 보다 증가시킨다. MDiffK ≤ 0 인 경우에만 식(1)의 값을 구하고 MDiffK 〉0 인 경우에는 다음 식을 사용한다면, 이러한 양(positive)의 피드백 효과(feedback effect)를 피할 수 있다.
Ps = Ms / Cp ---------------- (1b)
예를 들어, 전방 및 후방 휘일의 롤링 환경이 다르거나 전방 및 후방 휘일이 다른 브레이크 슬립값으로 제어되기 때문에 주 점성 토오크가 연속적으로 발생된다면, MDiffK는 또한 브레이킹력의 계산에 고려되어야 만 한다. 그렇지 않다면, 제어기의 작동점이 부정확하게 계산되고 ABS 제어 시에 정상 상태 에러(steady state errors)가 발생될 것이다. 브레이킹력은 다음과 같이 계산된다.
Fb = (1/r) * [(J/r) * (dvWheel/dt) + Cp * Pw - MDiffK] --- (2)
여기서, Cp는 브레이킹 상수이고, J는 휘일의 모멘트 또는 관성(inertia)이고, r은 휘일 반경이며, dvWheel/dt는 시간에 대한 휘일 외주연 속도의 변화이고, Pw는 (산정 또는 측정될수 있는) 휘일 브레이킹력이다.
점성 커플링 또는 점성 로크의 특성 곡선은 많은 변화량(variations)에 좌우된다. 영향 인자는 다음의 것을 포함한다.
- 사용된 유체의 점성의 온도 종속도
- 유체의 에이징
- 누설에 의한 유체 손실
- 제조 관련 공차
이러한 영향 인자는 결정하기가 불가능하지는 않을지라도 매우 어렵고, 이에 따라 가정한 공칭 점성 특성 곡선은 때때로 실제 상황으로부터 실질적으로 벗어나 있게 된다. 두 경우 및 그의 효과를 구별하여야 만 한다.
(1) cVisco의 계산값이 너무 작다. 이런 경우에는, ABS 브레이킹의 기능은 점성 토오크를 고려함으로써 향상되지만, 보상(compensation)이 불완전하므로 향상이 이루어 질 수 있는 범위까지는 향상되지 않는다.
(2) cVisco의 계산값이 너무 크다. 이런 경우에는, 식 (1) 및 (2)에 의한 보상이 과잉 보상인 경우로 이르게 한다. 이는 (언더 브레이크 또는 오버 브레이크 휘일과 같은) 보상이 없는 것보다 더 나쁜 제어 거동에 이르게 할 수 있다.
(2)의 경우로 설명한 과잉 보상은 적절한 작동으로 감소시킬 수 있다. 즉, 점성 커플링 또는 점성 로크가 매우 적은 효과를 갖는다면, ABS 동안의 속도차는 때때로 매우 크다(휘일들의 동기성의 부족). 이는 cVisco의 에러가 MVisco에 특히 강한 효과를 갖는 상황에 이르게 한다. 이러한 효과를 감소시키기 위하여, 구동 샤프트 속도 차(DnKar)의 함수인 감속 인자(RedVisco)를 도입할 수 있다. 도3에는 감속 인자(RedVisco)와 구동 샤프트 속도 차(DnKar)와의 관계의 한 예를 도시하고 있다. 점성 토오크는 다음과 같이 계산된다.
MVisco = cVisco (nKarR) * DnKar * RedVisco (DnKar) --- (3b)
값(RedVisco1)은 공칭 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 ABS 제어기 안에서 발생되는 DnKar 값만큼 대략 크도록 선택되어야 만 한다. RedVisco2는 점성 커플링 또는 점성 로크가 작동이 비정상적으로 작동하는 경우에만 도달하는 DnKar값에 대응한다.
본 발명에 따르면, 각 휘일 상에 점성 커플링 또는 점성 로크에 의해 가해지는 토오크를 보다 정확히 고려함으로써, ABS 제어 유니트는 필요하다면 휘일 상의 브레이킹 압력을 증가 또는 감소시킴으로써 보다 정확히 반응할 수 있어서, 브레이크 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 구동 차량의 브레이크 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    휘일에 작용하는 점성 토오크를 산정하고, 휘일의 소정 브레이킹 압력을 산정할 때 점성 토오크을 고려하고, 소정 브레이킹 압력을 휘일에 가하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 점성 토오크가 영(zero)보다 작거나 같은 경우에만, 소정 브레이킹 압력을 계산할 때 점성 토오크를 고려하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  3. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 점성 토오크가 전방축 가단 샤프트 속도와 후방축 가단 샤프트 속도간의 차의 함수로써 계산되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 점성 토오크가 브레이킹력을 산정할 때 고려되고, 산정된 브레이킹력은 소정 브레이킹 압력을 산정할 때 고려되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 점성 토오크를 산정할 때 감속 인자를 사용하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 감속 인자가 전방축 가단 샤프트 속도와 후방축 가단 샤프트 속도간의 차의 함수로써 계산되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 감속 인자는 점성 커플링 또는 점성 로크가 정상적으로 작동할 때는 약 1의 값인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 감속 인자는 점성 커플링 또는 점성 로크가 비정상적으로 작동할 때는 약 영(zero)의 값인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  9. 상기 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제어 가능하고 브레이킹 시스템이 점성 커플링 및/또는 점성 로크을 포함하는, 전륜 구동 차량의 브레이킹 시스템에 있어서,
    휘일에 작용하는 점성 토오크를 산정하고, 휘일의 소정 브레이킹 압력을 산정할 때 점성 토오크을 고려하고, 소정 브레이킹 압력을 휘일에 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 브레이킹 시스템.
KR1020010013978A 2000-03-20 2001-03-19 점성 커플링 또는 점성 로크를 구비한 전륜 구동 차량의안티-로크 브레이크 제어 방법 KR100790608B1 (ko)

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