KR20100052874A - 날씨 변화 감지를 통한 4ｗｄ 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 가속 시에 발생되는 차량스핀을 방지하기 위한 제어시스템으로서, 보다 상세하게는 눈과 비의 양에 따라 FF기반의 전후구동력 배분을 조절하는 4WD 제어시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 엔진에서 발생하는 구동력을 전륜 또는 후륜에 직접적으로 전달함과 동시에 상기 구동력을 토크배분용 클러치를 통하여 타측의 바퀴로 전달하고, 차량의 주행상태에 따라 상기 토크배분용 클러치의 계합력을 제어하는 4륜 구동차량에 있어서, 날씨를 감지할 수 있도록 구비되는 검출부; 상기 검출부로부터 차속, 강우량, 대기의 온도, 전륜과 후륜의 속도차이를 입력받는 날씨변화 감지부; 상기 날씨변화 감지부에서 감지된 날씨에 대응되도록 구동력 배분수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템을 제공한다.
차속센서, 레인센서, 온도센서, 구동력 배분수단

Description

날씨 변화 감지를 통한 4ＷＤ 제어시스템{4WD CONTROL SYSTEM FOR SENSING WEATHER CHANGE}
본 발명은 차량의 가속 시에 발생되는 차량스핀을 방지하기 위한 제어시스템으로서, 보다 상세하게는 눈과 비의 양에 따라 FF기반의 전후구동력 배분을 조절하는 4WD 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 FF기반의 4WD시스템을 적용한 차량에서는 전후륜 휠슬립(wheel slip)이 감지될 경우 전후 구동력이 최대 50:50이 되도록 구동력을 배분하여 험로탈출이나 발진성능을 향상시키고 있다.
상기와 같은 시스템을 적용한 4륜구동차량은 차속, 스로틀개도, 전후륜회전차를 검출하여 토크배분용클러치의 결합력의 제어치를 구하고, 이러한 결합력을 가변 제어하는 것이 공지되어 있다.
하지만, 차량의 주행은 다양한 기후조건에서 주행되므로 차량의 주행 시 기후변화가 빈번하게 된다.
이때, 날씨 변화에 의한 강우나 적설에 따라 타이어와 도로면 간의 마찰력 의 변화가 고려되지 않은 상태에서 일반 주행의 경우와 동일하게 전후 구동력 배분이 이루어지게 되면 차량스핀의 위험이 발생된다.
즉, FF기반의 4WD시스템을 적용한 차량은 휠슬립의 유무에만 의존하여 눈 또는 비의 양에 관계없이 다양한 기후조건하에서 운전자의 운전의지에 따라 차량의 속도를 제어하므로, 젖은 노면이나 적설에 의해 차량스핀이 발생되어 차량 속도 및 조향 조절 등의 적절한 대응력이 부족하여 차량사고로 이어지는 문제점이 있다.
이 때문에 노면상황에 적합하도록 적절한 전후륜에 대한 토크배분이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 FF기반의 4WD시스템을 적용한 차량의 주행 중 기상조건을 고려하여 전후 구동력을 효율적으로 배분할 수 있도록 조절함으로써 차량 안전주행을 위한 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템은 엔진에서 발생하는 구동력을 전륜 또는 후륜에 직접적으로 전달함과 동시에 상기 구동력을 토크배분용 클러치를 통하여 타측의 바퀴로 전달하고, 차량의 주행상태에 따라 4WD 제어부를 제어하는 4륜 구동차량에 있어서,
날씨를 감지할 수 있도록 구비되는 검출부;
상기 검출부로부터 차속, 강우량, 대기의 온도, 전륜과 후륜의 속도차이를 입력받는 날씨변화감지부;
상기 제어부에서 감지된 날씨에 대응되도록 구동력 배분 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검출부는 차속을 감지할 수 있는 차속센서;
강우량을 감지할 수 있는 레인센서;
대기온도를 감지하는 온도센서; 및
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 레인센서로부터 발생되는 출력전압과 상기 온도센서의 결과값에 따라 상기 구동력 배분수단의 작동여부가 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 날씨변화 감지부에서 연산된 결과값에 따라 날씨를 예측하고 전륜과 후륜의 구동력 배분비율이 일반주행, 빗길주행, 설로주행 및 빙판주행 순으로 갈수록 전륜 측으로 구동력이 더 많아지도록 배분하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 검출부에는 차량 바퀴의 미끄러짐을 감지하는 슬립센서가 더 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
차량 주행 중의 기상조건 중 레인센서로부터 강우량을 감지하고 온도센서로부터 온도를 감지하여 이를 연산함으로써 FF기반의 전후구동력 배분 4WD시스템을 제어하므로 우천시 및 적설에 의한 차량의 슬립을 미연에 방지할 수 있으므로 보다 향상된 안전성을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4WD 제어방법을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4WD 제어방법의 작동 과정을 도시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4WD 제어방법 중 날씨 감지에 따른 연산제어 과정을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 FF(Front engine Front drive)기반의 4WD 차량에서 차속과 레인센서, 외부온도 입력을 통하여 날씨 변화를 감지하게 되며 이를 통하여 4WD 시스템을 제어하게 된다.
본 발명의 본래 목적상 도면에 도시하지는 않았지만, 4WD 차량의 개략적인 기술구성을 설명하면 다음과 같다.
통상적인 기술구성에 기초로 하여서 전륜의 엔진으로부터 구동토크가 주어짐과 동시에 주행상황에 따라 상기 구동토크가 조정되어 후륜에 전달될 수 있도록 구성된다.
상기와 같은 구조로서, 엔진에 조립되는 트랜스미션에는 프론트디퍼런셜(front differential)이 조립되고 엔진으로부터의 동력을 액슬샤프트(axle shaft)로 출력하고 전륜을 구동시킴과 동시에 프로펠러샤프트(propeller shaft)로 출력한다.
프로펠러샤프트는 커플링(coupling)을 통하여 리어디퍼런셜(rear differential)로 연결된다.
커플링은 클러치를 구비하고 프로펠러샤프트로부터 리어디퍼런셜 측으로 토 크의 전달을 조정할 수 있도록 구성된다.
상기 클러치는 전자제어장치(ECU)로부터의 신호에 의해 제어되고, 상기 클러치판의 마찰계합력을 변화시켜서, 프로펠러샤프트로부터 리어디퍼런셜로 공급되는 전달토크를 조정할 수 있도록 구성된다.
상기 리어디퍼런셜로부터의 구동력은 액슬샤프트를 지나서 후륜을 구동시킨다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템은 도 1 및 도 2를 참조하면 차속센서(110), 레인센서(120), 온도센서(130)를 포함하는 검출부(100), 상기 검출부(100)로부터 입력받은 파라미터를 연산하는 날씨 변화 감지부(200) 및 전후륜 구동력을 배분하는 구동력 배분수단(300)으로 구성된다.
상기 차속센서(110)는 차량의 전륜 및 후륜에 배치되어서 각 바퀴의 회전수를 감지할 수 있도록 설치될 수 있다.
그리고, 레인센서(120)는 비의 유무 또는 비의 양을 검출하기 위한 것이다.
이때, 레인센서(120)는 차량 앞 유리에 굴절되는 비의 양을 검출하는 방식으로 앞 유리에서의 출력전압이 '0' 이상인 경우 비가 내리는 것으로 판단하며, 앞 유리에 굴절되는 빛의 양을 검출하는 방식으로 비의 양에 따라 출력전압을 도출하게 된다.
온도센서(130)는 외부온도를 검출하기 위한 것으로 통상적으로 적용되는 기 술구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 입력받은 출력전압 및 외부온도를 연산함으로써 날씨의 변화를 예측하기 위한 날씨 변화 감지부(200)가 구비된다.
이후, 날씨 변화 감지부(200)에서 연산된 결과값에 따라 주행모드를 판단하는 구동력 배분수단(300)이 구비된다.
상기와 같이 구성되는 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2를 참조하면, 우선 파라미터를 검출한다. (S100)
여기서, 상기와 같은 파라미터는 속도센서(110)로부터 입력받는 차속, 레인센서(120)로부터 입력받는 출력전압 또는 온도센서(130)로부터 입력받는 외부온도가 포함될 수 있다.
이후, 출력전압이 '0'인지 판단을 한다. (S110)
이때, 상기 출력전압이 '0'이면 외부온도가 0℃보다 큰지 여부를 판단한다. (S111)
만약 외부온도가 0℃보다 크다면 일반주행(S112)으로 판단한다.
즉, 상기 출력전압이 '0'이더라도 외부온도가 0℃보다 작은 경우에는 도로면에 존재하는 수분이 얼게 되어 차량스핀을 유발할 수 있으므로 후술할 Icy 주행과 유사한 상태로 판단하게 된다.
한편, 상기 출력전압이 '0'이 아닐 경우 상기 파라미터에 따라 한계속도(A)를 연산한다. (S120)
상기 한계속도(A)의 연산에 관하여 상술하면 다음과 같다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이 출력전압에 따라 구동력 배분에 관련하는 Gain값을 정하게 되는데, 출력 전압의 Max까지는 선형적으로 증가하게 되고, 그 이후에는 일정한 Max값이 반영되도록 한다.
Gain 값은 설정된 값을 출력 전압으로 나누어 결정되며, 상기 설정된 값은 당업자가 필요에 따라 임의로 정할 수 있다.
이때, 1/Gain을 Y축 결과로 놓게 되고, Icy>Snowy>Rainy로 1/Gain값이 정해진다.
따라서, Gain값은 Icy<Snowy<Rainy순서가 된다.
이와 같이 레인센서(120)의 출력전압과 외부온도로 정해진 Gain값에 따라 한계속도(A)가 결정된다.
한계속도(A)는 미리 설정된 속도에 앞에서 구한 Gain 값을 곱하여 계산되며, 상기 미리 설정된 속도 역시 당업자가 임의로 결정할 수 있다.
한계속도(A)는 Icy<Snowy<Rainy 순서로 크기가 정해질 것이고, 출력전압이 클수록 낮은 속도에서도 영향을 주도록 한계속도(A)가 결정되도록 한다.
이와 같이 연산한 후, 차량속도가 한계속도(A)보다 작은 경우에는 일반주행모드로 판단한다. (S112)
하지만, 상기 차량속도가 한계속도(A)보다 클 경우에는 외부온도가 표준온도인 0℃보다 큰지 여부를 판단하게 된다. (S140)
이때, 외부온도가 0℃보다 큰 경우에는 빗길 주행(Rainy)으로 판단한다. (S141)
하지만, 상기 외부온도가 표준온도인 0℃보다 작을 경우에는 외부온도가 -10℃보다 큰지 여부를 한번 더 판단하게 된다. (S150)
즉, 상기 외부온도가 -10℃보다 클 경우에는 설로주행(Snowy )으로 판단한다. (S151)
하지만, 상기 외부온도가 -10℃보다 작을 경우에는 빙판주행(Icy)으로 판단한다.(S160)
상기와 같이 검출된 파라미터들은 날씨변화 감지부(200)에서 연산이 이루어져서 날씨변화를 예측하게 되고, 이에 따라 상기 구동력 배분 수단(300)은 전륜과 후륜에 배분되는 구동력을 결정하고 제어한다.
즉, 일반 주행, 빗길 주행, 설로주행, 빙판주행의 순으로 후륜에 배분되는 구동력을 감소시키는 방향으로 구동력을 배분한다.
예를 들어, 일반 주행에는 전륜과 후륜에 배분되는 구동력이 50:50이라면, 빗길 주행은 60:40으로 제어하며 설로주행이나 빙판주행은 70:30이나 그 이상의 비율로 제어할 수 있다.
단, 여기에서 예시한 값은 설계자의 의도에 따라 임의로 정한 값이며, 도로의 상태, 차량(특히 휠의 노화 상태)에 따라 필요한 값으로 정할 수 있다.
전술한 바와 같이 일반 주행에서는 노면 상태의 영향이 없이 주행이 가능한 상태로, 차량 전륜 구동력이 후륜으로 배분되면서 차량 자체의 거동에 후륜 요 모멘트를 발생하여, 오버스티어(over-steer) 거동이 되도록 제어한다.
Rainy주행(S141)의 경우 일반 상황에서 구동력에 레인센서(120)와 외부온도, 한계속도(A)에 따른 Gain값을 곱하여 기존의 구동력 배분보다 적은 구동력을 배분하도록 한다.
이는 노면이 일반적이지 못한 상황에서 후륜으로 구동력을 과도하게 배분할 경우, 차량의 요 모멘트 발생이 과도하여 차량 스핀이 발생할 수 있기 때문이다.
또한, Snowy주행(S151) 혹은 Icy주행(S160)에서는 Rainy주행(S141) 상황보다 더 작은 구동력이 배분되고 극한 상황이 되면, 구동력 배분량을 0%로 배분하게 되어 차량의 스핀 발생을 막을 수도 있다.
또한, 상기 검출부(100)는 휠슬립을 감지하여서 신호를 보낼 수 있도록 슬립센서가 더 포함될 수도 있다.
상기와 같은 방법으로 날씨 변화를 감지하여 강우량 및 적설량에 따라 4WD시스템을 제어한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4WD 제어방법을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4WD 제어방법의 작동 과정을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4WD 제어방법 중 날씨 감지에 따른 연산제어 과정을 도시한 흐름도
* 도면에 사용된 주요부분 부호설명 *
100 : 검출부 110 : 차속센서
120 : 레인센서 130 : 온도센서
200 : 날씨변화 감지부 300 : 4WD 제어부

Claims (5)

  1. 엔진에서 발생하는 구동력을 전륜 또는 후륜에 직접적으로 전달함과 동시에 상기 구동력을 토크배분용 클러치를 통하여 타측의 바퀴로 전달하고, 차량의 주행상태에 따라 4WD 제어부를 제어하는 4륜 구동차량에 있어서,
    날씨를 감지할 수 있도록 구비되는 검출부;
    상기 검출부로부터 차속, 강우량, 대기의 온도, 전륜과 후륜의 속도차이를 입력받는 날씨변화 감지부; 및
    상기 날씨변화 감지부에서 감지된 날씨에 대응되도록 구동력 배분수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 차속을 감지할 수 있는 차속센서;
    강우량을 감지할 수 있는 레인센서;
    대기온도를 감지하는 온도센서; 및
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레인센서로부터 발생되는 출력전압과 상기 온도센서의 결과값에 따라 상기 구동력 배분수단의 작동여부가 결정되는 것을 특징으로 하는 날씨 변화 감지 를 통한 4WD 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 날씨변화 감지부에서 연산된 결과값에 따라 날씨를 예측하고 전륜과 후륜의 구동력 배분비율이 일반주행, 빗길주행, 설로주행 및 빙판주행 순으로 갈수록 전륜 측으로 구동력이 더 많아지도록 배분하는 것을 특징으로 하는 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출부에는 차량 바퀴의 미끄러짐을 감지하는 슬립센서가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 날씨 변화 감지를 통한 4WD 제어시스템.
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