KR20050091717A - 4륜구동차량 구동 트레인의 전환가능한 클러치의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 축이 직접 구동되고 다른 하나의 축은 현수 시스템으로서 클러치(K)에 의해 결합되는, 4륜 구동 장치를 구비한 차량(1)의 전방축(VA)과 후방축(HA) 사이의 드라이브 트레인(AS)에서 전환 가능한 클러치(K)의 제어 방법에 관한 것이다.

차량의 전방축과 후방축 사이의 드라이브 트레인 내에서 전환 가능한 클러치의 제어 방법과 해당 전체 차량의 주행 다이내믹에 상응하는 고정 장치에 의해 완전한 4륜 구동 특성의 개선된 사용력을 갖는 상응하는 장치를 제공하기 위해 클러치(K)에는 사전 제어 조치에 의해 조절 가능하게 항상 모멘트가 제공된다.

Description

4륜구동차량 구동 트레인의 전환가능한 클러치의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A SHIFTABLE CLUTCH IN THE DRIVE TRAIN OF A 4-WHEEL DRIVE MOTOR VEHICLE}

본 발명은 4륜 구동 차량의 전방축과 후방축 사이의 드라이브 트레인에서 전환 가능한 클러치의 제어를 위한 방법에 관한 것이다.

4륜 구동 차량에 대한 선행 기술로부터 4륜 구동 차량의 구조에서 축이 영구적으로 구동하고 각각 제 2 축이 상기 드라이브 트레인에 준 연결되고 또는 즉, 소위 현수 시스템(Hang On System)으로 형성되는 것이 공지되어 있다. 공지된 변형예에서 후방축은 계속 구동되고 전방축은 현수 장치로서 전환된다. 또한, 차량의 드라이브 트레인의 중앙 차동 장치(differential)는 전환 가능한 클러치에 의해 대체되고, 이때 상기 클러치에 의해 후방축에 전방축이 결합될 수 있다.

전환 가능하게 구현된 클러치를 제어 로직에 의해 제어시 선행 기술에 따라 축들 간의 타이어 원주 편차가 고려되지 않는다. 전방축과 후방축 간에 타이어 원주 편차가 존재하면, 4륜 구동의 경우 또는 축의 클러치가 고정된 경우, 전체 드라이브 트레인이 왜곡된다. 구동축, 조인트축 및 차동 장치와 같은 부품들은 보다 높은 부하를 받는다. 따라서 모든 관련 부품은 보다 큰 부하에 맞게 설계되어야 하고, 이것은 마치 타이어 원주 편차로 인해 야기된 추가 부하를 받지 않는 해당 차량의 한계 부하의 범위에 있는 경우와 같다. 또한, 타이어는 슬립 구동되고, 이것은 구동면의 마모를 증가시킨다.

현수 시스템으로서 후방축을 갖는 장치의 상황도 유사하다. 전방휠 현수 시스템의 전방축의 타이어의 작은 직경에 대한, 본 발명의 실시예와 관련한 하기 관련성은 후방축 현수 구조에서 후방축이 작게 나타나고 역이 성립된다. 두 개의 서로 다른 현수 시스템 사이의 이러한 간단한 관련성으로 인해 본 설명의 범위에서는 예외없이 전방축 현수 시스템에만 관련된다.

선행 기술의 중요한 단점은 특히 앞에서 예시적으로만 구현된 단점을 갖는 드라이브 트레인의 왜곡이 고정 4륜 구동 장치의 구현에 의해 감수된다는 점에 있다. 대안예로서 예컨대 드라이브 트레인에서 강한 왜곡을 해결하기 위해 DE 37 21 626 C2 및 DE 197 06 720 A1 에 따라 전환 가능한 클러치가 간단하게 공지되어 있다. 이로써 각각 발생된 왜곡이 조정되며, 차량은 적어도 상기 조정 과정 동안 더 이상 4륜 특성을 갖지 않는다. 이것은 차량이 돌발적으로 그리고 운전자가 거의 예상치 못하는 이러한 상태에서, 정확하게 말하면 후방 또는 전방 구동되는 차량에서 갑자기 멈추는 것을 의미한다. 상기 작동이 발생할 때마다 이렇게 갑자기 시작되는 과정은 차량의 주행 특성에 네가티브하게 작용하고, 따라서 차량은 불안정한 상태가 될 수 있다.

본 발명의 목적은 4륜 구동 장치를 구비한 차량의 전방축 및 후방축 사이에서 드라이브 트레인의 전환 가능한 클러치의 제어를 위한 방법과 해당 차량 전체의 주행 다이내믹의 상응하는 고정 장치를 갖는 완전한 4륜 구동 특성을 더욱 잘 이용할 수 있는 적절한 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 독립 청구항 제 1 항 및 14 항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 개선이 종속 청구항에 제시된다.

도 1은 4륜 구동 차량의 드라이브 트레인의 개략도.

도 2는 너무 작은 전방축에 발생하는 모멘트에서 본 발명의 제 1 실시예에 따라 도시한 그래프.

도 3은 전방축에 비하여 너무 작은 후방축의 경우에 드라이브 트레인에서 발생하는 모멘트에서 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한 그래프.

도 4는 조절 조치가 취해지지 않은 범위 및 조절이 필요한 범위의 속도 의존성.

도 5는 각각의 클러치 모멘트에 의존하여 전방축과 후방축 간의 rpm 차이를 마찰 계수에 의존하여 측정하는 방법.

본 발명에 따른 방법은 클러치에 사전 제어 조치에 의해 조절 가능하도록 항상 모멘트가 제공되는 특징을 갖는다. 이러한 모멘트는 그 크기와 관련하여 전환 가능한 클러치에서 자제척으로 또는 예컨대 제어하는 유압 장치에서 조절될 수 있다.

본 발명은 휠 직경이 다른 경우 및 그로 인한 4륜 구동 차량의 드라이브 트레인에서의 왜곡시 완전한 모멘트 보상이 필요 없다는 사실을 기초로 한다. 따라서 타이어 공차 로직의 범위에서 드라이브 트레인이 왜곡되어도 좋은 모멘트가 결정된다. 이러한 모멘트를 나타낼 수 있도록 클러치는 적절한 방법으로 타이어 공차 로직의 순서로 제어된다. 따라서 클러치는 주행 작동 중에 항상 차단된다. 따라서 본 발명의 개선예에서 잔륜 구동 장치의 바람직한 특성을 완전히 사용하여 모든 주행 다이내믹 범위에서 항상 드라이브 트레인 내부에서 전방축 및 후방축으로 바람직한 모멘트 분배가 구현될 수 있고, 주행 중에 일반적으로 이용하는 경우에 왜곡된 드라이브 트레인 내에서 모멘트 보상을 위한 클러치의 개방은 방지된다. 따라서 본 발명에 따른 방법에 의해 구동되는 차량은 공지된 차량과 달리 전환 가능한 클러치의 영구적인 작용을 통해 슬립 및 다른 부정적인 현상을 현저히 제한하면서 영구 작용하는 4륜 구동 장치 및 높은 차량 안정성으로 구동될 수 있다.

전방축이 너무 작으면 상기 축은 선행 기술에 따른 드라이브 트레인에서 하기의 도 2에서 얇은 선(VA)으로 도시된 바와 같이, 작은 엔진 모멘트에서 축의 고정 클러치를 갖는 구상에 따라 네가티브 모멘트에서 작동한다. 유사하게 도 3에서 파선(ha)으로 도시된 바와 같이 후방축이 너무 작은 경우 상기 축에 네가티브 모멘트가 산출된다. 구동 모멘트 분배는 타이어 편차 및 엔진 모멘트에 의존하여, 더 정확히는 각각의 카아던 모멘트에 의존한다. 이것은 주행 다이내믹을 현저하게 감소시킨다. 후방축이 너무 작은 경우에도 유사하게 적용된다. 적절한 중립의 주행 상태에서 예컨대 커브가 없고 주행 다이내믹 조절 또는 DSC 조절 조치가 취해지지 않은 비제동, 비작동 주행시 휠속도 또는 회전 모멘트 차이에 의해 전방축과 후방축 간의 타이어 편차가 산출된다. 따라서 이 경우 이러한 실시예에서 클러치는 일시적으로 개방된다. 이로써 시스템은 축들 사이의 평균적인 휠의 균일한 형태에서, 조정된 조절 컨셉이 휠에 슬립이 발생하지 않는 영구적인 4륜 구동 장치로서 현수 시스템이 유효해 질 수 있도록 이용되는 각각의 작동 조건을 제공한다.

사전 제어로서 클러치 모멘트의 프리세팅은 본 발명의 실시예에서 주로 주행 페달 위치에 의해 이루어지고 차량이 완전 차단된 범위에 근접하게 이동되도록, 즉 고정 4륜 구동 장치의 상태가 양호하게 나타나도록 형성된다. 이렇게 휠이 균일한 경우가 제공되면, 양 축의 바람직한 모멘트 특성 곡선에 중첩되는 왜곡 모멘트가 발생하므로, 본 발명에 따른 방법을 취하지 않고 부분적으로 매우 바람직하지 않게 작용하는 특성 곡선이 발생한다. 이때 타이어 공차 로직이 관련하고, 사전 제어가 적절하게 감소된다. 이 경우 한편으로는 왜곡 상태의 형태 및/또는 어떤 축이 보다 작은 크기의 펼쳐진 둘레를 갖는지가 중요하고, 다른 한편으로는 견인 또는 구동 모드로서 작용하는 카아던 모멘트의 부호로부터 나타나는 부하 상태가 중요하다. 후방축에 비하여 전방축이 너무 작은 경우, 0 부터 상승하는 카아던 모멘트에서 구동시 사전 제어는 타이어 공차 로직에 의해 허용 왜곡 모멘트에서 제한된다. 카아던 모멘트가 0 보다 작은 경우, 즉 견인 상태에서 타이어 공차 로직은 사전 제어를 카아던 모멘트의 양으로 제한한다. 따라서 타이어 둘레 편차에도 불구하고 축으로의 견인 모멘트의 바람직한 최적의 분배가 달성될 수 있다. 후방축이 너무 작은 경우 점대칭형의 모멘트 곡선이 나타나므로, 구동과 견인 상태 간의 조절 공급만 바뀐다. 바람직하게 상승하는 커브의 특성 곡선을 갖는 본 발명의 실시예의 하기의 그래프를 참고로 상세히 설명되어 있듯이, 주행 다이내믹의 이러한 상황에 따라, 타이어 공차 로직에 의해 클러치에 작용하는 모멘트가 결정된다.

그러나, 전방축과 후방축 간의 편차가 본 발명의 개선예에 따라 속도에 의존하여 선택되는 사역 또는 비간섭 영역을 벗어나는 경우에야 비로소 본 발명의 바람직한 개선예에서 타이어 공차 로직이 활성화된다.

이 경우, 타이어 편차를 갖는 경우에도 축들의 적어도 하나의 공통 평균 속도가 세팅되도록 전방축과 후방축이 중간 기어 박스에 의해 서로 결합됨으로써 시스템은 축속도를 동기화한다. 클러치의 제어부에서는 본 발명에 따른 실시예의 앞에 설명된 특징에 따라 제어 장치 로직의 형태로 타이어 공차 로직에 상응하게 축들 사이의 타이어 원주 편차가 제어 가능한 클러치의 허용 차이 모멘트의 결정을 통해 고려된다. 이를 위해 본 발명의 실시예에서 중립 직선 주행시 및 일시적으로 개방된 클러치에서 전방축과 추방축의 rpm 측정이 실행된다. 이로써 선행 기술에 따른 방법과 달리 4륜 특성이 보장되어 차량 주행 특성 등의 불안정해지는 경향이 있을 수 있는 상태를 벗어나는 경우에만 중단된다. 또한, 4륜 특성의 손실을 갖는 이러한 단계는 일시적으로만 지속되고, 이것은 주행 섹션에서의 휠 균일화의 학습 후에 측정 반복이 필요하지 않다. 전방축과 후방축의 rpm차이를 기초로 과도하게 당겨진 또는 견고하게 차단된 클러치의 경우에 세팅된 왜곡 모멘트 또는 휠 직경 편차가 결정된다.

앞에서 설명된 방식의 방법은 확정된 휠 직경 편차를 기초로 도로 표면의 정규화된 높은 마찰에서 세팅되는 모멘트 상태를 고려하여 구성된다. 대안예에서는 이와 달리 본 발명에 따른 방법은 상기 고려시 각각의 현재 도로 및 마찰 상태가 고려되어 개선된다. 앞에서 설명된 방법에 따라 전방축과 후방축 간의 타이어 원주 편차에 의한 드라이브 트레인의 왜곡은 타이어 공차 로직에 의해 바람직한 범위에서 제한 또는 변동된다. 가능한 왜곡의 정도는 타이어 원주 편차 및 현재 마찰 계수 비에 의존한다. 처음에 언급된 방식의 타이어 공차 로직은 영구적으로 4륜 구동되는 차량의 주행 다이내믹을 개선시키지만 변동하는 도로 상태에 적응되지 못한다. 이때 이것은 가장 심각한 경우에 - 즉 높은 마찰계수를 갖는 지면 상의 하절기용 타이어 - 발생한다. 특히 특징적인 카아던 모멘트의 결정에 영향을 미치고, 전방축이 너무 작은 경우 상기 모멘트 이상에서는 가속을 위해 마찬가지로 전방축의 드라이브 모멘트를 이용하도록 더 이상 사전 제어가 제한되지 않는다. 낮은 마찰 계수에서는 현저하게 보다 작은 카아던 모멘트에서 제한이 중단될 수 있다. 그 이유는 드라이브 트레인이 최고 마찰 계수만큼 강하게 왜곡되지 않기 때문이다.

타이어 공차 로직에 대한 입력 변수로서 개별 휠들의 타이어 편차가 필요하다. 이것은 언급된 측정 방법에서 적절한 주행 상태에서 커브가 없고 주행 다이내믹 조절 조치 등이 취해지지 않은 비제동, 비작동 주행시 개방된 클러치에서 자유 휠 속도에 의해 측정된다. 클러치가 측정을 위해 개방되어야 하는 단점이 있다. 클러치의 개방은 재차 이러한 상태에서 차량이 순수 후방 구동을 일으킨다. 또한, 이러한 방법에서는 차단된 클러치의 경우 일반적으로 추구되는 4륜 구동 시 타이어 편차의 준수가 상실된다.

이러한 기본적인 단점을 완전하게 극복하기 위해 대안적인 방법에서 앞에서 처럼 커브 영향이 없고 및/또는 조절 조치가 취해지지 않은 등의 비제동, 비구동의 동일한 적합한 주행 상태에서 특수한 클러치 모멘트에서 전방축과 후방축 간의 rpm 차이가 측정된다. 이러한 두 개의 값의 쌍을 기초로 외삽을 통해 전방축과 후방축 간의 평균 타이어 편차 및 클러치의 과도한 차단 상태에서 설정되는 왜곡 모멘트가 측정될 수 있다. 상기 방법은 하기에서 도면에 의해 상세하게 전방축과 후방축 간0.6% 의 직경 편차의 실시예에서 상세하게 설명된다.

상기 방법의 정확도를 달성하기 위해 식별을 위해 사용된 클러치 모멘트는 가능한 상이한 크기로 선택되고, 따라서 상기 모멘트는 전방축과 후방축 사이에 매우 현저한 rpm차이를 갖는 근거를 나타낸다. 다른 한편으로는 최소 요구 클러치 모멘트가 미달되지 않고 드라이브 트레인에서 최대 허용 왜곡 모멘트는 초과되지 않는다.

이로써 본 발명에 따라 모든 주행 상황에서 영구적인 4륜 구동을 설명할 수 있는, 즉 특히 왜곡 상태의 조정을 위해 전환 가능한 클러치의 강제적 개방이 이루어지지 않는 방법이 제공된다. 타이어 직경 편차의 측정 및/또는 모니터링을 위해 클러치의 개방은 더 이상 필요 없다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에서 전환 가능한 클러치의 개방이 완전히 생략된다.

본 발명에 따라 전방축과 후방축 간의 타이어 편차를 갖는 차량에서 각각의 상태에서 제한되고 허용되는, 드라이브 트레인의 왜곡이 이루어진다. 이로써 예를 들어 구동축, 조인트축 및 차동 장치와 같은 상기 차량의 부품들이 고정 축 클러치를 갖는 영구 4륜 구동 장치의 경우보다 적어진다. 이러한 방법은 마모를 줄이고 수명을 연장하고 비용과 중량을 낮춘다. 그 이유는 설계가 적절하게 이루어질 수 있기 때문이다. 조정 장치로 드라이브 트레인을 과도하게 왜곡하여 운전자가 느낄 수 있는 부정적인 영향 및 주행 특성이 방지된다. 또한, 타이어 마모가 최소화되고 차량의 측면 가이드 포텐셜은 감소되지 않는다. 왜냐하면, 과도한 왜곡으로 인한 휠 슬립이 야기되지 않기 때문이다. 또한, 상기 방법에 의해 차량 내부에서 구동 분배는 주행 다이내믹이 구동 및 견인시 개선되도록 작용한다.

본 발명의 실시예는 하기 도면에 의해 상세히 설명된다.

도 1에 4륜 구동 차량(1)의 드라이브 트레인(AS)이 개략적으로 도시된다. 여기에 도시된 전방축 현수 시스템의 경우 엔지 기어장치 유닛(MG)을 통하는 후방축(HA)이 드라이브 트레인(AS)에 의해 구동된다. 중간 기어 박스(VG) 내의 전환 가능한 클러치(K)에 의해 전방축(VA)이 드라이브 트레인(AS)에 의해 후방축(HA)과 결합된다. 클러치(K)는 제어 유닛(S)에 의해 제어되고, 상기 제어 유닛(S)은 라인(L)에 의해 전방축(VA) 및 후방축(HA)의 휠(2)에서 rpm 센서와 결합된다. 엔진 기어장치 유닛(MG)으로부터 카아던 모멘트(M_K)가 전환 가능한 클러치(K)로 전달되고, 상기 클러치는 상기 모멘트를 전방축(VA,M_{G ha})과 후방축의 조인트 축 모멘트(M_{G va})로 분배된다. 전환 가능한 클러치(K)의 제어 방식 및 각각의 센서 신호의 생성과 평가는 하기에서 상세히 설명된다.

4륜 구동 차량에서 지금까지 선행 기술의 큰 단점은 전방축(VA)과 후방축(HA)간의 휠 직경 편차가 있는 경우 드라이브 트레인(AS)에서 왜곡이 나타나는 것이다. 타이어의 불규칙한 마모에 의해 예컨대 차량(1) 내부의 상이한 중량 분배 때문에 작동 중에 상기 휠 직경 편차가 방지될 수 없다. 또한, 예컨대 조인트 축 및 차동 장치와 같은 드라이브 트레인(AS)의 모든 부재들도 상승된 부하에 맞게 설계되어야 한다. 드라이브 트레인(AS)의 계속해서 나타나는 왜곡을 조정하기 위해 전체 구동 시스템은 주행 작동 동안 영구적으로 나타나는 휠(2)의 슬립 상태에 놓인다. 이러한 과정은 타이어(2)의 작동면 영역에서 마모를 증가시킨다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 매우 작은 전방축(VA)에서 나타나는 모멘트의 그래프를 도시한다. 그래프는 드라이브 트레인(AS) 내부의 물리적 관계를 휠직경 편차 0.8% 에 대해 예시적으로 도시한다. 이어서 본 발명에 따른 타이어 공차 로직의 조치가 취해지지 않은 상태를 도시한다. 따라서 4륜 구동 장치 생략 및 제한적으로 고정 결합된 4륜 구동 장치의 대안으로서 타이어 공차 로직의 작용이 도시된다. 또한, 타이어 공차 로직은 4륜 차량의 적절하게 형성된 제어 유닛(S)에서 변환된 방법으로 파악된다.

얇은 선(va, ha)은 고정 4륜 구동 장치를 포함하는 차량과 동일하게 반응하는 특성 또는 과도하게 차단된 차량 또는 과도하게 차단된 클러치(K)를 갖는 차량에서 조인트 축 내의 모멘트 특성 곡선(M_G)을 도시한다. 휠 직경 편차에 의해 후방축(HA, va) 및 전방축(VA)에 대한 모멘트 특성 곡선(ha)이 화살표(d)를 따라 등간격으로 파선 도시된 목표 곡선에 대한 특정 값만큼 변동된다. 이러한 변동은 도로 표면과 휠(2) 작동면 간의 마찰 계수 비가 동일하다는 전제에서 보다 큰 타이어 직경 편차의 경우 계속 증가된다. 이 경우 전방축(VA)과 후방축(HA)간 0.8% 의 편차에 의해 전체적으로 왜곡 모멘트(ΔS)는 드라이브 트레인(AS)에서 약 200 Nm 이상이 된다. 비교적 보다 작고 이로 인해 빠르게 회전하는 전방축(VA)은 상기 모멘트에 의해 제동된다. 이것은 클러치에 의한 주행 궤도상으로의 힘 또는 모멘트이기 때문에 후방축(HA)은 적절하게 구동된다.

도시된 그래프에서 좌측 평면(B)은 제동 또는 슬립 상태를 나타내고, 우측 평면(A)은 구동되는 경우를 나타낸다. 작은, 포지티브 카아던 모멘트(M_K) 동안 전방축(VA)은 본 발명에 따른 조절 조치가 이루어지지 않은 채 작동되고, 차단된 클러치(K)의 경우에는 드라이브 트레인(AS) 내부에서 형성된 왜곡으로 인해 네가티브 모멘트의 범위에서 작동한다(곡선 va 참조). 그에 비하여 후방축(HA)은 상승된 구동 모멘트(곡선 ha 참조)로 작동한다. +400 Nm 의 특징적 카아던 모멘트(M_K) =C 부터, 전방축(VA)으로부터 드라이브 모멘트가 전달된다. 이러한 상태에서 타이어 공차(Δr)에 의해 발생하는 휠슬립은 휠 타이어에 마모를 증가시킨다. 또한, 상기 휠슬립은 휠 타이어의 측면 가이드 포텐셜을 감소시키고 이로써 차량의 주행 다이내믹에 부정적인 영향을 일으킨다.

도 2에 그래프로 도시된, 후방축에 비하여 전방축이 너무 작은 경우, 0 부터 상승하는 카아던 모멘트(M_K)에서 구동(A)시 타이어 공차 로직에 의한 사전 제어는 허용 왜곡 모멘트(Δm)에서 제한된다. 이러한 제한은 소위 특징적 카아던 모멘트(C)에 도달할 때까지 유지되고, 상기 모멘트에서부터 전방축 모멘트(M_{G va})가 계속해서 포지티브의 값이 된다. 전방축의 드라이브 모멘트를 이용할 수 있도록 특징적 카아던 모멘트(C) 보다 큰 카아던 모멘트(M_K) 동안 제한이 중단된다. 본 발명의 규정에 따른 타이어 공차 로직은 클러치의 사전 제어를 대체로 허용 왜곡 모멘트(Δm) 정도로 그리고 대략 특징적 카아던 모멘트(M_K = C)의 범위에 도달될 때까지 도 2의 그래프에서 상승하는 카아던 모멘트 이상으로 간주하여 감소시킨다. 전환 가능한 클러치(K)에 의한, 조인트축 모멘트 곡선(M_{G va}, M_{G ha})의 특성 곡선에서 볼 수 있는 강한 조절 조치를 갖는 이러한 섹션은 도 2의 꺾음 괄호에 의해 도시된다. 따라서 예컨대 전방축(VA)의 조인트축 모멘트(M_{G va})는 클러치(K)의 조절 조치 중에 부하 변화시 약 -200 Nm 의 네가티브 모멘트로부터 이 경우 약 -50 Nm 의 값(Δm)으로 제한된다. 동일한 수치로 주행 안정시 이러한 기준점에서 후방축(HA)의 조인트 축 모멘트(M_{G ha})가 약 200 Nm 의 포지티브 모멘트로부터 약 50 Nm 으로 제한된다. 상기 값으로부터 클러치 모멘트는 클러치(K)가 접촉 상태에 있고 거의 동시에 각각의 모멘트가 클러치(K)에 의해 세팅될 수 있도록 최소값으로 선택된다. 따라서 계속 주행시 차량이 지정된 범위를 넘어 왜곡되지 않는 완전한 4륜 형태가 보장된다.

운전자의 각각의 트렉션 소망은 주행 페달 위치의 경사도에 의해 감지되거나 또는 주행 페달 프로그램에 의해 정해진다. 경사도가 초과되고, 이로 인하여 운전자가 원하는 가속이 규정 임계값을 초과하면, 이러한 상태에서 적합한 동일한 타이어 원주에 대한 사전 제어로 전환되고 또는 타이어 공차 로직에 의한 제한이 정지되고 클러치(K)는 차단된다. 제한으로의 역행은 갑작스럽게 이루어지는 것이 아니라 지연되고, 이것은 시스템의 저역 특성에 의해 구현된다. 상기 방법에 의해 슬립이 발생하기 전에 트렉션의 경우 클러치(K)가 차단된다.

전방축(VA)의 드라이브 모멘트를 완전하게 이용하기 위해 특징적 카아던 모멘트(M_K = C) 이상에서 사전 제어는 더 이상 제한되지 않는다. 도 2의 도면에서 선(va, ha)에 비하여 두껍게 도시된 조인트 축 모멘트 곡선((M_{G va}, M_{G ha})의 특성 곡선에 의한 관계가 분명해지고, 상기 조인트 축 모멘트 곡선은 특징적 카아던 모멘트(M_K = C) 이상의 범위에서 타이어 공차 로직의 영향을 받아 해당하는 얇은 선으로부터 벗어나 있다.

엔진 슬립의 경우, 도 2의 그래프의 좌측 평면(B)에서 타이어 공차 로직 조치가 취해지지 않은 차량이 얇은 선(ha, va)으로 표시된 상태를 도시한다. 후방축(HA)은 포지티브 모멘트로 작동하고 차량 자체만 보면 더욱 가속될 것이다. 전방축(VA)만 네가티브 모멘트에서 작동하고, 이로써 차량은 전방축에 의해 제동될 것이다.

0 보다 작은 카아던 모멘트 동안, 즉 슬립의 경우(B), 타이어 공차 로직은 사전 제어를 카아던 모멘트(M_K)의 값(x)에서 제한한다. 따라서 타이어 원주 편차에도 불구하고 축(HA, VA)으로의 슬립 모멘트의 소정의 최적 분배가 달성될 수 있다. 이러한 경우에 상기 값(x)은 약 40% 에 달한다. 전방축(VA)에서 공제되는 슬립 모멘트는 적절하게 제한되고, 이로써 중간 기어 박스(VG)에서의 모멘트 밸런스로 인해 후방축(HA)도 슬립에서 벗어난다. 이 경우 그러나 영역(A, B)의 일정한 전환을 달성하기 위해 클러치 모멘트는 허용된 왜곡 모멘트(Δm)보다 작지 않다. 따라서 상기 조절 장치가 설치된 차량의 조화로운 부하 변동 특성이 이루어진다. 전방축(VA)에서 모멘트 특성 곡선(M_{G VA})이 설정되고 중간 기어 박스에서 모멘트 밸런스(VG, M_K = M_{G VA} + M_{G HA')}에 상응하게 후방축(HA)의 모멘트 특성 곡선(M _{G HA})이 설정된다.

도 3은 도 2와 유사한 다른 그래프 형태로 조인트축 모멘트(M_G)를 도시하고, 상기 모멘트는 전방축(VA)에 비하여 후방축(HA)이 너무 작은 경우 드라이브 트레인(AS)에서 나타난다. 상기 그래프에서 다시 예시적으로 휠 직경 편차가 0.8%로 도시된다. 드라이브 트레인(AS)의 왜곡 모멘트는 적절하게 약 200 Nm 이다. 추(HA, VA)으로의 작용은 전도된다. 작은, 따라서 전방축(VA)에 비하여 빠르게 회전하는 후방축(HA)이 제동된다. 그와 반대로 전방축(VA)은 구동된다. 도 2 및 3의 그래프는 서로 점대칭의 대칭 상태이다.

후방축이 너무 작은 경우에 0 보다 큰, 즉 구동시(A) 카아던 모멘트(M_K) 동안 타이어 공차 로직은, 전방축(VA)으로 이동하는 구동 모멘트가 카아던 모멘트(M_K)의 값(x)에서 확정됨으로써 사전 제어를 제한한다. 중간 기어 박스(VG)의 모멘트 밸런스에 상응하게 후방축(HA)도 굵은 선(M _{G HA})에 의해 도시된 바와 같이 드라이브 모멘트를 감소시킨다. 구동 모멘트 분배는 이 경우에는 40% 인 파라미터(x) 선택에 의해 사전 설정된다. 이에 상응하게 최적의 구동 분배가 사전 설정되고, 구동(A) 및 슬립(B) 간의 일정한 전환을 위해 최소 클러치 모멘트(Δm)도 50 Nm 이 된다.

엔진 슬립(B)시 후방축(HA)의 슬립 모멘트를 감소시키기 위해 범위(M_K = 0)의 클러치 모멘트는 약 50 Nm 의 값 (Δm)으로 제어장치에 의해 제한된다. 이로써 전방축(VA)에서 모멘트 특성 곡선(M _{G VA}) 및 후방축(HA)에서 모멘트 특성 곡선(M _{G HA})이 중간 기어 박스(VG)의 모멘트 밸런스에 상응하게 도출되고, 엔지 슬립 모멘트 제어와 관련하여 재차 조화로운 부하 변동 특성이 나타난다.

휠 직경 편차에서 항상 드라이브 트레인(AS)에 형성되는 왜곡 모멘트의 작용은 차량의 속도에 의존한다. 따라서 속도 v=0 인 경우 조절을 취하기 위한 개시가 절대로 나타나지 않으며, 이와 달리 속도 v=100 km/h 에서 주행 다이내믹의 보호를 위해 바람직하게 본 발명에 따른 타이어 공차 로직이 취해질 수 있다. 또한, 휠 직경의 편차가 크거나 또는 전방 및 후방 축에서 휠(2)들의 반경 불일치시 편차가 작은 경우보다 오히려 조절 조치가 필요하다. 도 2 및 3의 그래프에서 증명하듯이 이러한 상태는 전방축 휠이 비교적 너무 작은 경우 및 후방축 휠이 너무 작은 경우에 대칭형으로 나타나므로, 전방축(VA)과 후방축(HA)의 휠(2)들 간의 반경 불일치의 크기만 관찰된다. 평균 반경 불일치(Δr)가 속도에 의존하는 사역 또는 비간섭 영역(N)을 벗어나는 경우, 사전 제어의 제한으로써 타이어 공차 로직이 영역(R)에 의해 도시된 바와 같이 활성화된다. 즉 속도 v =100 km/h 및 0.3 의 반경 불일치(Δr)시 조절이 이루어지지 않으면, v = 130 km/h 의 속도 및 동일한 반경 불일치(Δr)에서 타이어 공차 로직이 활성화된다.

앞에서 설명된 타이어 공차 로직의 제 1 방법에서 전방축(VA) 및 후방축(HA)의 자유 롤링 휠(2)들이 축들 간의 평균적인 휠 반경 편차를 결정하기 위해 검사된다. 이러한 측정을 위해 클러치(K)는 짧은 측정 시간 동안 강제로 개방되어야 하고, 상기 측정 시간 동안 구동 장치의 4륜 특성은 나타나지 않으며 완전히 개방된 클러치는 차단시 연장된 반응 또는 응답 시간을 갖는다. 실제로 조절될 왜곡은 평균 횔 직경 편차 외에도 현재 지면과 휠 타이어 특성의 마찰계수(μ)에 의존한다. 앞에 설명된 타이어 공차 로직 형태의 사전 제어는 변하는 도로 상태에 맞추어지지 않는다. 이것은 높은 마찰계수-베이스 상의 여름철 타이어와 같은 심각한 경우에 시작된다. 특히 특징적 카아던 모멘트(C)의 측정에 영향을 미치고, 상기 모멘트 이상에서 전방축(VA)이 너무 작은 경우에 전방축(VA)의 드라이브 모멘트를 이용하기 위해 사전 제어가 더 이상 제한되지 않는다. 낮은 마찰 계수에서 현저하게 보다 작은 카아던 모멘트에서 사전 제어의 제한이 중단될 수 있다. 왜냐하면, 드라이브 트레인은 더 이상 높은 마찰 계수에서처럼 왜곡되지 않기 때문이다.

타이어 공차 로직의 입력 변수로서 개별 휠들의 타이어 공차가 필요하다. 이것은 처음에 언급된 측정 방법의 경우에는 커브 또는 주행 다이내믹의 조절 개입이 이루어지지 않는 비제동, 비구동 주행시 적합한 주행 상태에서 개방된 클러치의 자유 휠속도에 의해 측정된다. 클러치의 개방은 재차 차량을 이러한 상태에서 순수 후방 구동 시킨다. 또한, 이러한 방법에서는 차단된 클러치에서 일반적으로 추구되는 전휠 구동시 타이어 편차의 준수가 상실된다.

이러한 기본적인 단점이 동일한 적합한 주행 상태에서 대안 방법으로 극복되기 위해 전술한 바와 같이 비제동, 비구동 및 커브 및/또는 조절 개입이 이루어 지지 않은 것처럼 특수한 클러치 모멘트에서 전방축과 후방축 사이의 마찰계수에 의존하는 rpm 차가 측정된다. 도 5는 이러한 방법을 전방축과 후방축의 휠들 간의 직경 편차 0.6 % 의 예로 도시한다. 즉, 클러치 모멘트(M_kup)의 사전 설정 값에 대해 클러치 모멘트(M_kup) 및 rpm 차(Δn)으로부터 값의 쌍이 형성된다. 전방축 및 후방축(VA, HA)간의 rpm 차이는 클러치 모멘트에 1차적으로 의존한다. 클러치 모멘트(M_kup)의 측정점(a, b)의 상기 두 개의 값의 쌍 사이에 1차 외삽에 의해 먼저 P₁ 에서 종좌표에 전방축(VA)과 후방축(HA) 간의 타이어 편차가, P₂ 에서 횡자표와의 교차점에 클러치(K)의 차단 상태에서 드라이브 트레인(AS)에서 조정될 왜곡 모멘트가 측정될 수 있다.

지점(P₁)은 일반적인 경우, 즉 타이어의 강한 마모 및/또는 압력 손실이 없는 경우의 값으로 고정된다. 이와 달리 값(P₂)은 도 5에 도시된 바와 같이 그때 그때의 마찰 계수(μ)에 의존한다. 클러치 개방시, 즉 M_kup = 0 Nm 인 경우, 전방축(VA)과 후방축(HA) 간의 rpm 차이는 타이어 편차(Δr)에 상응하게 조절되고 또는 전방축(VA)과 후방축(HA) 간의 편차(Δr)가 도출될 수 있다. Δr 는 순수 구조적으로 결정되고 마찰 계수에 의존하지 않는다. 타이어의 마모는 매우 천천히 진행되므로, 상기 값은 타이어의 압력 손실이 발생하는 즉시 적절한 관성비를 나타낸다.

클러치 모멘트(M_kup)가 증가되면, rpm 차(Δn)는 작아진다. 축들은 점차적으로 동기화된다. 최대 왜곡 모멘트(ΔS_max)에 해당하고 약 160 Nm 인 특수한 클러치 모멘트(Mkup)부터 rpm 차(Δn)는 0 이 되고, 횡자표와의 교차점(P₂)에 도달한다. 이것은 클러치(K)의 부분 차단 및 과도 차단 상태로부터 전환이다. 최대 왜곡 모멘트 또는 과도하게 차단된 상태(ΔS_max)에서 왜곡 모멘트는 전방축(VA)과 후방축(HA) 간의 편차 값, 축 부하 및 타이어 특성과 현재 마찰 계수에 의존한다. 축 부하는 차량 구조 및 종가속에 의해 매우 정확하게 공지되므로, 타이어 특성 및 마찰 계수, 즉 휠 슬립 특성 곡선이 실질적이고 공지되지 않은 변수로 간주된다.

횡좌표와의 교차점(P₂)의 위치는 예컨대 도시된 위치로부터 동절기 도로 상태에서는 좌측으로, 건조한 하절기 도로 상태 및 차량의 여름철 타이어 장착 시에는 우측으로 보다 높은 μ-값으로 이동된다. 상응하게 두 개의 화살표에 의해 도 2 및 3에 도시된 모멘트 특성 곡선(ha, va)의 평행 이동도 변경된다. 즉 눈 덮인 주행 궤도의 동절기 상태에서는 상기 곡선은 서로 근접하고, 이와 달리 하절기 조건에서는 간격(d)이 더 커진다. 상응하게 여름철에 증가하고 겨울철에 반대로 감소하는 드라이브 트레인(AS)의 왜곡에서는 특징적 카아던 모멘트(M_K = C)가 변경되고, 상기 모멘트의 초과시 사전 제어로의 조절 개입은 종료되고 클러치(K)는 필요시 완전하게 차단될 수 있다.

두 개의 상이한 클러치 모멘트의 설정 및 적절한 주행 상태에서 각각의 rpm차의 측정은 상술한 바와 같은 관련성이 얻어진다. 차이(Δr) 및 왜곡 모멘트(ΔS_max)는 1차 외삽에 의해 결정될 수 있다.

이러한 방법에서 높은 정확성을 얻기 위해 확인에 이용되는 클러치 모멘트(M_kup)는 가능한 상이한 크기로 선택되므로, 상기 모멘트는 전방축(VA)과 후방축(HA) 간의 분명한 rpm 차(Δn)로써 확실한 근거를 제시한다. 다른 한편으로는 최소 요구 클러치 모멘트(Δm)가 미달되지 않는다. 이러한 약 50 Nm 의 최소 요구 클러치 모멘트(Δm)에서 클러치 내부의 층들은 임의의 모멘트 전환을 위한 극도의 짧은 반응 또는 응답 시간이 클러치에 의해 구현될 수 있도록 서로 접촉한다. 또한, 지점(b)의 선택시 드라이브 트레인(AS) 내에서 최대로 허용된 왜곡 모멘트도 미달되지 않는다. 따라서 등화 알고리즘을 위한 가능한 클러치 모멘트(M_kup)의 범위가 형성되거나 또는 최소 요구 클러치 모멘트 및 최대 허용 왜곡 모멘트 및 이와 관련된 최대 클러치 모멘트는 상기 범위에서 선택된다.

전방축(VA)과 후방축(HA) 간의 편차 측정은 바람직하게 부분 차단된 상태에서 가능하다. 상기 측정은 부분 차단된 상태에서 모니터링이 가능하다. 이 경우 클러치(K)는 더 이상 개방될 필요가 없다. 이것은 적절하게 장착된 차량에서 4륜 구동 장치의 사용 가능성을 현저하게 상승시킨다. 전방축(VA)과 후방축(HA) 간의 편차(Δr) 변동은 예를 들어 타이어의 압력 손실 또는 타이어 마모에 의해 적절한 주행 상태에서 클러치가 개방되지 않고 거의 계속해서 인식될 수 있다. 타이어 공차 로직은 상응하게 적용된다.

왜곡 모멘트(ΔS_max) 정보로부터 특징적 카아던 모멘트(C)가 도출될 수 있고, 상기 모멘트 이상에서 전방축(VA)이 너무 작은 경우 사전 제어가 더 이상 제한되지 않는다. 이로써 마찰 계수가 낮은 경우에도 카아던 모멘트가 현저히 작으면 사전 제어의 제한이 중단된다. 타이어 공차 로직은 예를 들어 동절기 도로 상태에 따라 조정된다. 사전 제어는 높은 마찰 계수에 동일한 크기로 감소되는 것이 아니라 타이어 특성 및 예측되는 마찰 계수, 예를 들어 적절한 슬립 특성 곡선에 매칭된다. 이것은 시스템 작동의 극대화를 야기한다.

공지된 왜곡 모멘트(ΔS_max), 편차(Δr) 및 축 부하로부터 타이어 종방향 강도(k)가 정확하게 측정될 수 있다. 상기 강도는 μ= k*s 에 따라 휠 슬립 곡선의 1차 범위를 나타내고 또는 타이어와 도로 간의 마찰 계수를 반영한다. 이러한 정보는 예를 들어 전방축 모멘트, 무효 모멘트 등과 같은 모든 다른 분석 관점에 있어 기초이다.

차량의 커브 주행시 전방축(VA)은 일반적으로 소위 아커만 조작으로 인해 후방축(HA) 보다 빠르게 회전한다. 유추에 의해 상기 상태는 전방축(VA)의 매우 작은 휠 타이어에 의한 주행으로 전환되고 커브 주행시에도 드라이브 트레인(AS)의 지속적인 저지를 위해 타이어 공차 로직에 의해 상응하게 작동된다. 따라서 사역(N)을 벗어나는 경우 도 4에 따라 각각의 허용 왜곡 모멘트(Δm)가 적절한 조향각에 따른 특성 곡선에 의해 설정된다.

이로써 본 발명에 따른 방법을 이용함으로써 구동시는 물론 슬립시 구동 분배는 영구적인 4륜 구동의 경우 주행 다이내믹이 개선되도록 작용한다.

Claims (18)

1. 하나의 축은 직접 구동되고 다른 하나의 축은 현수 시스템으로서 클러치(K)에 의해 결합되는, 4륜 구동 장치를 구비한 차량(1)의 전방축(VA)과 후방축(HA) 사이의 드라이브 트레인(AS)에서 전환 가능한 클러치(K)의 제어 방법에 있어서,

   상기 클러치(K)에는 사전 제어 조치에 의해 조절 가능하게 항상 모멘트가 제공되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 타이어 공차 로직에서 휠 타이어(2)의 비균일성을 위한 값이 측정되고, 상기 값을 기초로 드라이브 트레인(AS)의 왜곡(Δs)이 결정되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전방축(VA)과 상기 후방축(HA) 간의 휠 타이어 비균일성은 타이어 직경 편차(Δr) 형태로 측정되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 중립 주행 상태에서 타이어 직경 편차(Δr)의 측정을 위해 상기 클러치(K)가 개방되고 상기 전방축(VA)과 상기 후방축(HA) 간의 rpm 차(Δn)가 결정되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이어 직경 편차(Δr)는 상기 클러치(K)가 개방되지 않고 상기 클러치(K)가 부분 고정된 경우에 상기 전방축(VA)과 상기 후방축(HA) 간의 rpm차(Δn)가 결정됨으로써 정해지는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이어 직경 편차(Δr)의 결정은 두 지점(P₁,P₂)에서 측정하여 구현되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
7. 제 5 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정(P₁,P₂)을 이용하여 1 차 내삽을 통해 한계값(Δn = 0 및 M = 0)이 결정되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정을 위해 상기 클러치(K)의 가능한 차이가 많이 나는 모멘트 값(a, b)이 이용되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방축(VA)과 상기 후방축(HA) 간의 편차(Δn, Δr)가 사역 또는 비간섭 영역(N)을 벗어나면, 상기 타이어 공차 로직을 사용하는 사전 제어 조치가 비로소 활성화되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비간섭 영역(N)은 각각의 속도(v)에 의존하여 선택되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 범위가 대략 특징적 카아던 모멘트(C)로 결정되고, 가속을 위해 상기 전방축(VA)의 드라이브 모멘트를 사용하기 위해 상기 모멘트 이상에서 상기 전방축이 작은 경우 사전 제어가 더 이상 제한되지 않는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 커브 주행 시 사역(N)을 벗어나는 경우 각각의 허용된 왜곡 모멘트(Δm)는 특히 적합한 조향각에 따른 특성 곡선에 의해 사전 설정되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방축(VA)과 상기 후방축(HA) 사이에 사전 설정된 모멘트 분배(x)를 기초로 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방축(VA)과 상기 후방축(HA) 사이의 바람직한 모멘트 분배(x)는 특히 슬립(B) 상태에서 전방축(VA)이 너무 작은 경우 및/또는 구동(A)시 후방축(HA)이 너무 작은 경우 특정 주행 다이내믹 범위의 드라이브 트레인(AS) 내부에서 구현되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치 제어 방법.
15. 하나의 축(VA, HA)은 직접 구동되고, 다른 하나의 축(HA, VA)은 현수 시스템으로서 클러치에 의해 형성되는, 4륜 구동 장치를 구비한 차량(1)의 전방축(VA)과 후방축(HA) 사이의 드라이브 트레인(AS) 내에서 전환 가능한 클러치(K) 제어 장치에 있어서,

    상기 장치는 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 실행을 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치의 제어 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 클러치(K)는 제어 유닛(S)에 의해 제어되고, 상기 제어 유닛(S)은 라인(L)에 의해 상기 전방축(VA) 및 상기 후방축(HA)의 휠들(2)에 있는 rpm센서(SR)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치의 제어 장치.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 클러치(K)는 중간 기어 박스(VG)의 일부인 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치의 제어 장치.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 사전 제어 조치는 타이어 공차 로직에 의해 구현 또는 결정되는 것을 특징으로 하는 전환 가능한 클러치의 제어 장치.