KR20120105774A - 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치 및 방법 - Google Patents

4륜 구동차량의 토크분배 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은, 종방향 가속도와 후륜 중량 지지비를 이용하여 후륜토크 분배비를 결정함으로써 가속시에 차량 가속에 따른 전륜측에서 후륜측으로의 중량 이동 효과량이 반영되도록 하여 구동력의 손실을 유발하지 않도록 하는, 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치 및 방법에 관한 것으로서,
엔진토크를 감지하기 위한 엔진토크 센서와, 엔진속도를 감지하기 위한 엔진속도 센서와, 전륜과 후륜의 휠속을 감지하기 위한 바퀴속도 센서와, 변속기 기어비, 정지상태 차량 총중량, 정지상태 차량 후륜 중량, 차량 무게중심 높이, 휠베이스 전장의 데이터가 저장되어 있는 메모리와, 상기한 바퀴속도 센서의 신호로 부터 차량 평균속도를 계산하고, 상기한 차량 평균속도와 엔진속도 센서의 신호와 메모리에 저장되어 있는 변속기 기어비 정보로부터 변속 기어비를 계산하고, 상기한 엔진토크 센서의 신호로부터 구동가능한 최대 토크를 계산하고, 차량의 평균속도로부터 종방향 가속도(VEH_ACC)를 계산하고, 상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)로부터 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 계산하여 4WD 토크를 제어하는 4륜구동 컨트롤러와, 상기한 4륜구동 컨트롤러로부터 입력되는 제어신호에 따라 전륜과 후륜의 구동력을 분배하여 전달하는 동력전달장치를 포함하여 이루어진다.

Description

4륜 구동차량의 토크분배 제어장치 및 방법{Device and method for controlling torque distribution for 4 wheel driving vehicle}
이 발명은 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 종방향 가속도와 후륜 중량 지지비를 이용하여 후륜토크 분배비를 결정함으로써 가속시에 차량 가속에 따른 전륜측에서 후륜측으로의 중량 이동 효과량이 반영되도록 하여 구동력의 손실을 유발하지 않도록 하는, 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 4륜 구동차량(4WD)은 엔진의 구동토크를 주행상황에 따라 전후륜으로 적절하게 분배하여 전후륜을 동시에 구동시키는 것으로, 눈길이나 빙판길 등의 미끄러운 도로, 모래땅이나 가파른 언덕, 진흙길 등 큰 구동력이 필요로 하는 도로에서 구동 타이어와 도로면의 슬립을 최소화하여 주행 안전성과 탈출성을 제공한다.
운전자는 운전석에 장착되어 있는 4륜구동모드전환 스위치를 조작함으로써 주행조건에 따라 전후륜의 구동력 분배를 제어할 수가 있다. 상기한 4륜구동모드전환 스위치가 온되면, 4륜 구동차량의 4륜구동 컨트롤러는 엔진토크센서, 스로틀 포지션 센서, 엔진 속도센서, 바퀴별 속도센서로부터 신호를 입력받아서 토그 분배량을 계산하고 그에 따라 전자식 커플링을 제어하여 액츄에이터를 작동시킴으로써 구동토크의 분배를 가감하여 전후륜의 구동을 제어한다.
종래의 4륜 구동차량의 4륜구동 컨트롤러는 전후륜의 토크 분배비를 각각 Wf/W : Wr/W로 설정하거나, 50:50의 고정된 값으로 설정하여 제어하고 있다. 전후륜의 토크 분배 제어값은 일반적으로 다음과 같다.
후륜 토크 분배 제어값 = 차량 전체 토크 × 후륜 토크 분배비
전륜 토크 분배 제어값 = 차량 전체 토크 × (1- 후륜 토크 분배비)
후륜 토크 분배비 = 정지시 후륜 차축 중량(Wr) / 정지시 차량 전체 중량(W)
전륜 토크 분배비 = 정지시 전륜 차축 중량(Wf) / 정지시 차량 전체 중량(W)
그리고, 각 바퀴에서 전달 가능한 최대 토크는 다음과 같다.
최대 토크 = (타이어와 지면의 마찰계수) × (각 바퀴의 지지중량)
위의 수식으로부터 전후륜의 슬립을 억제하면서 구동력을 극대화하는 이상적인 전후륜의 토크 분배비는 전후륜의 중량 지지비와 일치함을 알 수가 있다.
그러나, 상기한 종래의 4륜 구동차량은, 가속시에 차량 가속에 따른 전륜측에서 후륜측으로의 중량 이동 효과량이 반영되지를 않아서 전후륜 토크 분배비가 이상적인 값인 전후륜 중량 지지비와 차이가 나게 되며, 이는 구동력의 손실을 유발하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종방향 가속도와 후륜 중량 지지비를 이용하여 후륜토크 분배비를 결정함으로써 가속시에 차량 가속에 따른 전륜측에서 후륜측으로의 중량 이동 효과량이 반영되도록 하여 구동력의 손실을 유발하지 않도록 하는, 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 제1 구성은, 엔진토크를 감지하기 위한 엔진토크 센서와, 엔진속도를 감지하기 위한 엔진속도 센서와, 전륜과 후륜의 휠속을 감지하기 위한 바퀴속도 센서와, 변속기 기어비, 정지상태 차량 총중량, 정지상태 차량 후륜 중량, 차량 무게중심 높이, 휠베이스 전장의 데이터가 저장되어 있는 메모리와, 상기한 바퀴속도 센서의 신호로 부터 차량 평균속도를 계산하고, 상기한 차량 평균속도와 엔진속도 센서의 신호와 메모리에 저장되어 있는 변속기 기어비 정보로부터 변속 기어비를 계산하고, 상기한 엔진토크 센서의 신호로부터 구동가능한 최대 토크를 계산하고, 차량의 평균속도로부터 종방향 가속도(VEH_ACC)를 계산하고, 상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)로부터 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 계산하여 4WD 토크를 제어하는 4륜구동 컨트롤러와, 상기한 4륜구동 컨트롤러로부터 입력되는 제어신호에 따라 전륜과 후륜의 구동력을 분배하여 전달하는 동력전달장치를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 제1 구성은, 상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)는 다음의 수식에 의해 계산되면 바람직하다.
종방향 가속도(VEH_ACC) = DELTA_VEH_SPEED / DELTA_T
여기에서, 상기한 DELTA_VEH_SPEED는 바퀴속도 센서의 샘플링 시간에 따른 차량 종방향 속도의 변화량이고, 상기한 DELTA_T는 바퀴속도 센서의 샘플링 시간이다.
이 발명의 제1 구성은, 상기한 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)는 다음의 수식에 의해 계산되면 바람직하다.
후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R) = WEIGHT_R / GVW
WEIGHT_R = WEIGHT_STA_R + GVW × VEH_ACC / GRAVITY_ACC × HEIGHT_MassCenter / WHEEL_TREAD
여기에서, 상기한 WEIGHT_R는 가속효과를 고려한 후륜 지지중량이고, WEIGHT_STA_R는 정지상태 차량 후륜 중량이고, GVW는 정지상태 차량 총중량이고, VEH_ACC는 종방향 가속도이고, GRAVITY_ACC는 중력가속도(9.81 ㎨)이고, HEIGHT_MassCenter는 차량 무게중심 높이이고, WHEEL_TREAD는 휠베이스 전장이다.
이 발명의 제1 구성은, 상기한 동력전달장치는 전자식 커플링으로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 제2 구성은, 동작이 시작되면 엔진토크 센서와 엔진속도 센서와 바퀴속도 센서로부터 입력되는 센서신호를 읽어들이는 단계와, 바퀴속도 센서의 신호로 부터 차량 평균속도를 계산하는 단계와, 상기한 차량 평균속도와 엔진속도 센서의 신호와 메모리에 저장되어 있는 변속기 기어비 정보로부터 변속 기어비를 계산하는 단계와, 엔진토크 센서의 신호로부터 구동가능한 최대 토크를 계산하는 단계와, 차량의 평균속도로부터 종방향 가속도(VEH_ACC)를 계산하는 단계와, 상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)로부터 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 계산하는 단계와, 4WD 후륜분배 토크를 계산하여 4WD 토크를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 제2 구성은, 상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)는 다음의 수식에 의해 계산되면 바람직하다.
종방향 가속도(VEH_ACC) = DELTA_VEH_SPEED / DELTA_T
여기에서, 상기한 DELTA_VEH_SPEED는 바퀴속도 센서의 샘플링 시간에 따른 차량 종방향 속도의 변화량이고, 상기한 DELTA_T는 바퀴속도 센서의 샘플링 시간이다.
이 발명의 제2 구성은, 상기한 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)는 다음의 수식에 의해 계산되면 바람직하다.
후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R) = WEIGHT_R / GVW
WEIGHT_R = WEIGHT_STA_R + GVW × VEH_ACC / GRAVITY_ACC × HEIGHT_MassCenter / WHEEL_TREAD
여기에서, 상기한 WEIGHT_R는 가속효과를 고려한 후륜 지지중량이고, WEIGHT_STA_R는 정지상태 차량 후륜 중량이고, GVW는 정지상태 차량 총중량이고, VEH_ACC는 종방향 가속도이고, GRAVITY_ACC는 중력가속도(9.81 ㎨)이고, HEIGHT_MassCenter는 차량 무게중심 높이이고, WHEEL_TREAD는 휠베이스 전장이다.
이 발명은, 종방향 가속도와 후륜 중량 지지비를 이용하여 후륜토크 분배비를 결정함으로써 가속시에 차량 가속에 따른 전륜측에서 후륜측으로의 중량 이동 효과량이 반영되도록 하여 구동력의 손실을 유발하지 않도록 하는, 효과를 갖는다.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치의 블럭 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크분배 제어방법의 동작 순서도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치의 블럭 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치의 구성은, 엔진토크를 감지하기 위한 엔진토크 센서(10)와, 엔진속도를 감지하기 위한 엔진속도 센서(20)와, 전륜과 후륜의 휠속을 감지하기 위한 바퀴속도 센서(30)와, 변속기 기어비, 정지상태 차량 총중량(GVW), 정지상태 차량 후륜 중량(WEIGHT_STA_R), 차량 무게중심 높이(HEIGHT_MassCenter), 휠베이스 전장(WHEEL_TREAD)의 데이터가 저장되어 있는 메모리(40)와, 상기한 바퀴속도 센서(30)의 신호로 부터 차량 평균속도를 계산하고, 상기한 차량 평균속도와 엔진속도 센서(20)의 신호와 메모리(40)에 저장되어 있는 변속기 기어비 정보로부터 변속 기어비를 계산하고, 상기한 엔진토크 센서(10)의 신호로부터 구동가능한 최대 토크를 계산하고, 차량의 평균속도로부터 종방향 가속도를 계산하고, 상기한 종방향 가속도로부터 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 계산하여 4WD 토크를 제어하는 4륜구동 컨트롤러(50)와, 상기한 4륜구동 컨트롤러(50)로부터 입력되는 제어신호에 따라 전륜과 후륜의 구동력을 분배하여 전달하는 동력전달장치(60)를 포함하여 이루어진다.
상기한 동력전달장치(60)는 전자식 커플링으로 이루어진다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크분배 제어방법의 동작 순사도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크분배 제어방법의 구성은, 동작이 시작되는 단계(S10)와, 엔진토크 센서와 엔진속도 센서와 바퀴속도 센서로부터 입력되는 센서신호를 읽어들이는 단계(S20)와, 바퀴속도 센서의 신호로 부터 차량 평균속도를 계산하는 단계(S30)와, 상기한 차량 평균속도와 엔진속도 센서의 신호와 메모리에 저장되어 있는 변속기 기어비 정보로부터 변속 기어비를 계산하는 단계(S40)와, 엔진토크 센서의 신호로부터 구동가능한 최대 토크를 계산하는 단계(S50)와, 차량의 평균속도로부터 종방향 가속도를 계산하는 단계(S60)와, 종방향 가속도로부터 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 계산하는 단계(S70)와, 4WD 후륜분배 토크를 계산하는 단계(S80)와, 4WD 토크를 제어하는 단계(S90)와, 동작을 종료하는 단계(S100)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치 및 방법의 작용은 다음과 같다.
동작이 시작되면(S10), 4륜구동 컨트롤러(50)는 엔진토크 센서(10)와 엔진속도 센서(20)와 바퀴속도 센서(30)로부터 입력되는 센서신호를 읽어들인다(S20).
4륜구동 컨트롤러(50)는 바퀴속도 센서(30)의 신호로 부터 차량 평균속도를 계산한다(S30).
다음에, 4륜구동 컨트롤러(50)는 상기한 차량 평균속도와 엔진속도 센서(20)의 신호와 메모리(40)에 저장되어 있는 변속기 기어비 정보로부터 현재 차량의 변속 기어비를 추정 계산한다(S40).
이어서, 4륜구동 컨트롤러(50)는 엔진토크 센서(10)의 신호로부터 구동가능한 최대 토크를 계산한다(S50).
이와 동시에, 4륜구동 컨트롤러(50)는 상기한 차량 평균속도로부터 종방향 가속도(VEH_ACC)를 계산한다(S60). 차량의 종방향 가속도(VEH_ACC)는 다음의 수식을 이용하여 계산한다.
종방향 가속도(VEH_ACC) = DELTA_VEH_SPEED / DELTA_T
여기에서, 상기한 DELTA_VEH_SPEED는 바퀴속도 센서(30)의 샘플링 시간에 따른 차량 종방향 속도의 변화량이고, 상기한 DELTA_T는 바퀴속도 센서(30)의 샘플링 시간이다.
다음에, 4륜구동 컨트롤러(50)는 메모리(4)로부터 정지상태 차량 총중량(GVW), 정지상태 차량 후륜 중량(WEIGHT_STA_R), 차량 무게중심 높이(HEIGHT_MassCenter), 휠베이스 전장(WHEEL_TREAD)의 데이터를 입력받아서 종방향 가속도(VEH_ACC)로부터 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 계산한다(S70). 상기한 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)는 다음의 수식을 이용하여 계산한다.
후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R) = WEIGHT_R / GVW
여기에서, 상기한 WEIGHT_R는 가속효과를 고려한 후륜 지지중량이고, GVW는 정지상태 차량 총중량이다.
상기한 가속효과를 고려한 후륜 지지중량(WEIGHT_R)은 다음의 수식을 이용하여 계산한다.
가속효과를 고려한 후륜 지지중량(WEIGHT_R) = WEIGHT_STA_R + GVW × VEH_ACC / GRAVITY_ACC × HEIGHT_MassCenter / WHEEL_TREAD
여기에서, 상기한 WEIGHT_STA_R는 정지상태 차량 후륜 중량이고, 상기한 GVW는 정지상태 차량 총중량이고, 상기한 VEH_ACC는 종방향 가속도이고, 상기한 GRAVITY_ACC는 중력가속도(9.81 ㎨)이고, 상기한 HEIGHT_MassCenter는 차량 무게중심 높이이고, 상기한 WHEEL_TREAD는 휠베이스 전장이다.
이와 같이 종방향 가속도와 후륜 중량 지지비를 이용하여 후륜토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 결정함으로써 가속시에 차량 가속에 따른 전륜측에서 후륜측으로의 중량 이동 효과량이 반영되도록 하여 구동력의 손실을 유발하지 않도록 할 수가 있다.
다음에, 4륜구동 컨트롤러(50)의 4WD 토크분배 계산부는 후륜토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)에 따라 4WD 후륜분배 토크를 계산한다(S80).
이어서 다음에, 4륜구동 컨트롤러(50)의 동력전달장치 제어신호부는 동력전달장치(60)로 제어신호를 출력하여 4WD 토크를 제어한 뒤에(S90), 동작을 종료한다(S100).
10 : 엔진토크 센서 20 : 엔진속도 센서
30 : 바퀴속도 센서 40 : 메모리
50 : 4륜구동 컨트롤러 60 : 동력전달장치

Claims (7)

  1. 엔진토크를 감지하기 위한 엔진토크 센서와,
    엔진속도를 감지하기 위한 엔진속도 센서와,
    전륜과 후륜의 휠속을 감지하기 위한 바퀴속도 센서와,
    변속기 기어비, 정지상태 차량 총중량, 정지상태 차량 후륜 중량, 차량 무게중심 높이, 휠베이스 전장의 데이터가 저장되어 있는 메모리와,
    상기한 바퀴속도 센서의 신호로 부터 차량 평균속도를 계산하고, 상기한 차량 평균속도와 엔진속도 센서의 신호와 메모리에 저장되어 있는 변속기 기어비 정보로부터 변속 기어비를 계산하고, 상기한 엔진토크 센서의 신호로부터 구동가능한 최대 토크를 계산하고, 차량의 평균속도로부터 종방향 가속도(VEH_ACC)를 계산하고, 상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)로부터 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 계산하여 4WD 토크를 제어하는 4륜구동 컨트롤러와,
    상기한 4륜구동 컨트롤러로부터 입력되는 제어신호에 따라 전륜과 후륜의 구동력을 분배하여 전달하는 동력전달장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)는 다음의 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치.
    종방향 가속도(VEH_ACC) = DELTA_VEH_SPEED / DELTA_T
    여기에서, 상기한 DELTA_VEH_SPEED는 바퀴속도 센서의 샘플링 시간에 따른 차량 종방향 속도의 변화량이고, 상기한 DELTA_T는 바퀴속도 센서의 샘플링 시간이다.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기한 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)는 다음의 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치.
    후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R) = WEIGHT_R / GVW
    WEIGHT_R = WEIGHT_STA_R + GVW × VEH_ACC / GRAVITY_ACC × HEIGHT_MassCenter / WHEEL_TREAD
    여기에서, 상기한 WEIGHT_R는 가속효과를 고려한 후륜 지지중량이고, WEIGHT_STA_R는 정지상태 차량 후륜 중량이고, GVW는 정지상태 차량 총중량이고, VEH_ACC는 종방향 가속도이고, GRAVITY_ACC는 중력가속도(9.81 ㎨)이고, HEIGHT_MassCenter는 차량 무게중심 높이이고, WHEEL_TREAD는 휠베이스 전장이다.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기한 동력전달장치는 전자식 커플링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크분배 제어장치.
  5. 동작이 시작되면 엔진토크 센서와 엔진속도 센서와 바퀴속도 센서로부터 입력되는 센서신호를 읽어들이는 단계와,
    바퀴속도 센서의 신호로 부터 차량 평균속도를 계산하는 단계와,
    상기한 차량 평균속도와 엔진속도 센서의 신호와 메모리에 저장되어 있는 변속기 기어비 정보로부터 변속 기어비를 계산하는 단계와,
    엔진토크 센서의 신호로부터 구동가능한 최대 토크를 계산하는 단계와,
    차량의 평균속도로부터 종방향 가속도(VEH_ACC)를 계산하는 단계와,
    상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)로부터 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)를 계산하는 단계와,
    4WD 후륜분배 토크를 계산하여 4WD 토크를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크분배 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기한 종방향 가속도(VEH_ACC)는 다음의 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크분배 제어방법.
    종방향 가속도(VEH_ACC) = DELTA_VEH_SPEED / DELTA_T
    여기에서, 상기한 DELTA_VEH_SPEED는 바퀴속도 센서의 샘플링 시간에 따른 차량 종방향 속도의 변화량이고, 상기한 DELTA_T는 바퀴속도 센서의 샘플링 시간이다.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기한 후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R)는 다음의 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 토크분배 제어방법.
    후륜 토크 분배비(TQCtrl_DIST_R) = WEIGHT_R / GVW
    WEIGHT_R = WEIGHT_STA_R + GVW × VEH_ACC / GRAVITY_ACC × HEIGHT_MassCenter / WHEEL_TREAD
    여기에서, 상기한 WEIGHT_R는 가속효과를 고려한 후륜 지지중량이고, WEIGHT_STA_R는 정지상태 차량 후륜 중량이고, GVW는 정지상태 차량 총중량이고, VEH_ACC는 종방향 가속도이고, GRAVITY_ACC는 중력가속도(9.81 ㎨)이고, HEIGHT_MassCenter는 차량 무게중심 높이이고, WHEEL_TREAD는 휠베이스 전장이다.
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