KR20120017190A - 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직 - Google Patents

사륜구동 차량의 커플링 제어 로직 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 슬립 RPM을 통해 4WD 커플링 내부의 클러치의 구동을 보상하여 제어함으로써, 차량의 슬립 또는 부하 등으로 인해서 4WD 커플링의 입력단과 출력단의 급격한 토크 변화 인해서, 4WD 커플링의 입력 및 출력단에 기계적으로 연결된 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 파손이나, 운전성 저하 등이 발생하는 것을 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 후륜과 변속기 사이에 개재된 4WD 커플링으로 입력되는 입력 RPM과 커플링에서 출력되는 출력 RPM의 차이인 슬립 RPM을 산출하는 슬립 속도 연산부와, 슬립 RPM과 후륜의 목표 후륜 토크에 따른 보정 토크에 대한 데이터베이스를 통해서, 슬립 속도 연산부에서 산출된 슬립 RPM에 대한 보정 토크를 산출하는 보정 토크 연산부와, 보정 토크와 차량의 운전 조건에 따른 기본 토크를 합산하여, 4WD 커플링 내부의 클러치의 구동을 제어하기 위한 제어토크를 출력하는 제어부를 개시한다.

Description

사륜구동 차량의 커플링 제어 로직{COUPLING CONTROL LOGIC FOR FOUR WHEEL DRIVE VEHICLE }
본 발명은 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 슬립 RPM을 통해 4WD 커플링 내부의 클러치의 구동을 보상함으로써, 4WD 커플링에 기계적으로 연결된 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 파손이나, 운전성 저하 등이 발생하는 것을 방지할 수 있는 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직에 관한 것이다.
4WD 커플링은 차량의 주행 조건에 따라서 전륜과 후륜 사이의 토크를 4WD 커플링 내부의 클러치를 통해서 분배하여 주행 성능을 향상시키는 장치로, 드라이브 샤프트를 통해 전달된 엔진의 동력을, 후륜 차동 장치를 통해서 후륜으로 인가하거나 차단한다.
이러한 4WD 커플링은 커플링 전자 제어기가 차량의 전륜과 후륜의 회전수를 감지하는 휠 센서, 차속센서, 스로틀포지션센서, 브레이크 스위치 등 각종 센서로부터 측정된 차량 주행 상태에 따라서 후륜에 동력을 전달 및 차단하며, 필요에 따라서는 후륜을 구동시킴과 더불어 그 회전수를 제어하여, 차량의 주행 성능을 향상시킨다.
그러나 이러한 4WD 커플링은 전륜에 슬립이 발생될 경우에, 전륜과 후륜 사이의 속도차가 발생되어 커플링 제어에 의해서 후륜에 인가되던 토크에 비해서 더 큰 토크가 후륜으로 전달되어, 후륜의 구동을 일정하게 유지시킬 수 없다.
또한 이러한 토크 변화가 발생하여도 차량의 주행 안정성을 향상시키기 위해서는, 토크 변화에도 강건하도록 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 한계 강도를 상승시켜야하지만, 비용 상승에 문제점이 발생된다. 또한 4WD 커플링의 입출력 토크를 측정하기 위한 별도의 토크 센서를 구비하여 토크를 측정하고, 이를 통해 토크 변화를 개선할 수 있으나, 토크 센서로 인해 추가 비용이 발생할 수 있으며, 토크 측정 및 보상에 소요되는 시간으로 인해서 보상이 지연될 수 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 슬립 RPM을 통해 4WD 커플링 내부의 클러치의 구동을 보상하여 제어함으로써, 차량의 슬립 또는 부하 등으로 인해서 4WD 커플링의 입력단과 출력단의 급격한 토크 변화 인해서, 4WD 커플링의 입력 및 출력 단에 기계적으로 연결된 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 파손이나, 운전성 저하 등이 발생하는 것을 방지할 수 있는 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 4WD 커플링의 입력단과 출력단 사이의 토크 차이를 보상 토크를 통해 개선할 수 있으므로, 4WD 커플링의 입력단과 출력단 사이의 토크 차이에 대한 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 파손을 방지하기 위해서 한계 강도를 상승시키기 위해 추가되는 비용을 절감시킬 수 있는 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직은 후륜과 변속기 사이에 개재된 4WD 커플링으로 입력되는 입력 RPM과 커플링에서 출력되는 출력 RPM의 차이인 슬립 RPM을 산출하는 슬립 속도 연산부와, 슬립 RPM과 후륜의 목표 후륜 토크에 따른 보정 토크에 대한 데이터베이스를 통해서, 상기 슬립 속도 연산부에서 산출된 상기 슬립 RPM에 대한 보정 토크를 산출하는 보정 토크 연산부와, 상기 보정 토크와 차량의 운전 조건에 따른 목표 후륜 토크를 합산하여, 상기 4WD 커플링 내부의 클러치의 구동을 제어하기 위한 제어토크를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 슬립 속도 연산부는 상기 변속기에 장착된 변속기 센서에서 측정된 변속기 RPM에 변속기의 종감속 기어비와 전륜의 차동장치 기어비를 곱해서 입력 RPM을 산출하는 구성을 포함할 수 있다.
상기 슬립 속도 연산부는 상기 후륜에 장착된 휠 센서에서 측정된 후륜 휠 RPM에 후륜 차동장치 기어비를 곱해서 출력 RPM을 산출하는 구성을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 운전자의 운전 조건 및 각종 센서에서 측정된 측정값들을 통해 상기 목표 후륜 토크를 산출하는 목표 후륜 토크 산출부와 전기적으로 연결되어, 상기 목표 후륜 토크를 입력받을 수 있다.
본 발명에 의한 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직은 슬립 RPM을 통해 4WD 커플링 내부의 클러치의 구동을 보상하여 제어함으로써, 차량의 슬립 또는 부하 등으로 인해서 4WD 커플링의 입력단과 출력단의 급격한 토크 변화 인해서, 4WD 커플링의 입력 및 출력단에 기계적으로 연결된 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 파손이나, 운전성 저하 등이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직은 4WD 커플링의 입력단과 출력단 사이의 토크 차이를 보상 토크를 통해 개선할 수 있으므로, 4WD 커플링의 입력단과 출력단 사이의 토크 차이에 대한 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 파손을 방지하기 위해서 한계 강도를 상승시키기 위해 추가되는 비용을 절감시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 보정토크 연산부의 보상 토크의 데이터베이스의 일예인 참조 값이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직을 도시한 블록도가 도시되어 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직(100)은 슬립 속도 연산부(110), 보정토크 연산부(120) 및 제어부(130)로 이루어진다.
그리고 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직(100)에 의해 구동 제어되는 사륜구동(이하 "4WD"; Four-wheel drive) 커플링(40)은 사륜 구동 차량의 전륜과 후륜 사이에 개재되어, 전륜과 후륜에 토크를 분배하여 주행 성능을 향상시키는 장치이다. 이러한 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직(100)은 전/후륜 센서, 차속 센서, 스로틀 포지션 센서, 브레이크 스위치 등과 같은 각종 센서로부터 측정된 운전 조건에 따라서, 4WD 커플링(40)을 제어하여 후륜으로의 동력을 전달 또는 차단하여 후륜의 구동과, 구동할 때의 회전수를 제어한다.
그리고 4WD 커플링(40)의 입력단은 동력을 전달 및 변속하는 변속기와 기계적으로 연결되어, 변속기에서 출력되는 변속기 토크를 전달 받는다. 그리고 4WD 커플링(40)의 출력단은 차동장치와 기계적으로 연결되며, 4WD 커플링(40)의 내부 클러치의 구동 상태에 따라 후륜의 구동을 제어하기 위한 토크를 출력 또는 차단한다.
우선 슬립 속도 연산부(110)는 변속기에 장착된 변속기 센서(10)를 통해 측정된 변속 RPM을 인가받아, 4WD 커플링(40)의 입력단으로 입력되는 입력 RPM(Revolutions Per Minute)을 산출한다. 이러한 입력 RPM은 변속 RPM과, 전륜 차동 장치의 기어 비 및 변속기의 종감속 비를 곱해서 산출한다.
그리고 슬립 속도 연산부(110)는 후륜에 장착된 후륜 휠 센서(20)를 통해 측정된 후륜 RPM을 인가받아, 4WD 커플링(40)의 출력단에서 출력되는 출력RPM을 산출한다. 이러한 출력 RPM은 후륜 RPM에 후륜 차동 장치의 기어 비를 곱해서 산출한다.
그리고 슬립 속도 연산부(110)는 산출된 입력 RPM에서 출력 RPM을 빼서, 입력 RPM과 출력 RPM의 차이인 슬립 RPM을 산출한다. 이러한 슬립 RPM이 0보다 크다면 슬립이 발생된 것으로 판단하여 보상 토크를 산출하기 위해, 슬립 속도 연산부(110)는 산출된 슬립 RPM을 슬립 속도 연산부(110)와 전기적으로 연결된 보정토크 연산부(120)로 인가한다.
이러한 보정토크 연산부(120)는 슬립 RPM과 목표 후륜 토크에 따른 보정 토크에 대한 데이터베이스를 저장하고 있다. 여기서 목표 후륜 토크는 4WD 커플링(40)의 입력단으로 입력되는 입력 RPM과 4WD 커플링(40) 내부의 클러치의 구동 상태에 따라 출력되어야하는 목표 토크 값이다.
그리고 보정토크 연산부(120)는 슬립 속도 연산부(110)에서 입력받은 슬립 RPM과, 목표 후륜 토크 값에 대한 보정 토크를 데이터베이스를 통해서 산출한다.
이러한 보정 토크에 대한 데이터베이스는 커플링 입력 RPM을 일정단계로 증가시키고, 이에 따른 토크 변화를 측정한 데이터의 집합을 통해 구성할 수 있다.
이러한 보정토크에 대한 데이터베이스는 도 2에 도시된 바와 같이 슬립 RPM과 목표 후륜 토크 값에 대한 보정 토크에 대한 데이터를 저장하고 있다. 예를 들어 슬립 속도 연산부(110)에서 산출된 슬립 RPM가 40이고, 목표 후륜 토크가 50이라면, 도 2의 데이터베이스에서 보정 토크는 슬립 RPM과 목표 후륜토크가 교차하는 지점의 값인 e4가 보정 토크가 된다.
이러한 보정 토크는 음의 값으로, 슬립에 의해서 발생되는 토크 변화를 보정하기 위해 4WD 커플링(40) 내의 클러치의 마찰 특성에 따라 상이하게 설정할 수 있다.
그리고 보정토크 연산부(120)는 제어부(130)와 전기적으로 연결되어, 산출된 보정 토크를 제어부(130)로 인가한다. 그리고 제어부(130)는 각종 센서로부터 측정된 측정값과 운전자의 운전 조건에 따른 목표 후륜 토크를 인가받는다. 이러한 목표 후륜 토크는 각 센서 및 운전자의 운전 조건에 따라 목표 후륜 토크 산출부(140)에서 산출된다.
그리고 제어부(130)는 목표 후륜 토크와 보정토크 연산부(120)에서 인가받은 보정 토크를 합산하여, 4WD 커플링(40) 내부의 클러치의 구동을 제어하기 위한 제어 토크를 출력한다. 여기서 제어 토크는 4WD 커플링(40)의 내부의 클러치의 구동을 제어하는 모터를 구동시키기 위한 전류로 산정될 수 있다.
즉, 제어부(130)는 4WD 커플링(40)의 입력단과 출력단 사이에 발생된 RPM 차이를 4WD 커플링(40)의 클러치의 마찰특성을 고려하여 후륜의 구동을 제어함으로써, 목표 후륜 토크와 대응되는 일정한 토크를 후륜으로 인가한다.
그러므로 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직(100)은 슬립 RPM을 통해 4WD 커플링(40) 내부의 클러치의 구동을 제어함으로써, 차량의 슬립 또는 부하 등으로 인해서 4WD 커플링(40)의 입력단과 출력단의 급격한 토크 변화 인해서, 4WD 커플링(40)의 입력 및 출력단에 기계적으로 연결된 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 파손이나, 운전성 저하 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직(100)은 4WD 커플링(40)의 입력단과 출력단 사이의 토크 차이를 보상 토크를 통해 개선할 수 있으므로, 4WD 커플링(40)의 입력단과 출력단 사이의 토크 차이에 대한 드라이브 샤프트 및 후륜 차동 장치의 파손을 방지하기 위해서 한계 강도를 상승시키기 위해 추가되는 비용을 감소시킬 수 있다.
또한 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직(100)은 토크 값 변화에 비해 응답 특성이 좋은 입력 RPM과 출력RPM을 통해서 보상 토크를 산출하므로, 신속한 제어가 가능하고 별도의 토크 센서 없이, 속도 센서를 통해 제어가 가능하여, 불필요한 토크 센서 구비로 인해 로직의 단가가 상승하고 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직을 실시하기 위한 하나의 실 시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실 시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직
110; 슬립 속도 연산부 120; 보정토크 연산부
130; 제어부

Claims (4)

  1. 후륜과 변속기 사이에 개재된 4WD 커플링으로 입력되는 입력 RPM과 커플링에서 출력되는 출력 RPM의 차이인 슬립 RPM을 산출하는 슬립 속도 연산부;
    슬립 RPM과 후륜의 목표 후륜 토크에 따른 보정 토크에 대한 데이터베이스를 통해서, 상기 슬립 속도 연산부에서 산출된 상기 슬립 RPM에 대한 보정 토크를 산출하는 보정 토크 연산부;
    상기 보정 토크와 차량의 운전 조건에 따른 목표 후륜 토크를 합산하여, 상기 4WD 커플링 내부의 클러치의 구동을 제어하기 위한 제어토크를 출력하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬립 속도 연산부는
    상기 변속기에 장착된 변속기 센서에서 측정된 변속기 RPM에 변속기의 종감속 기어비와 전륜의 차동장치 기어비를 곱해서 입력 RPM을 산출하는 구성을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬립 속도 연산부는
    상기 후륜에 장착된 휠 센서에서 측정된 후륜 휠 RPM에 후륜 차동장치 기어비를 곱해서 출력 RPM을 산출하는 구성을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    운전자의 운전 조건 및 각종 센서에서 측정된 측정값들을 통해 상기 목표 후륜 토크를 산출하는 목표 후륜 토크 산출부와 전기적으로 연결되어, 상기 목표 후륜 토크를 입력받는 것을 특징으로 하는 사륜구동 차량의 커플링 제어 로직.
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