KR20140060874A - 4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어시스템 및 유압제어방법 - Google Patents

4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어시스템 및 유압제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 4륜 구동 차량의 토크분배장치의 유압제어시스템 및 유압제어방법에 관한 것이다.
일례로, 운전자의 요구토크를 입력 받고, 입력된 상기 요구토크를 이용하여 상기 차량의 모터 제어에 필요한 제어압력을 계산하는 압력 계산부; 상기 모터의 구동 시 상기 모터의 전류를 계측하고, 상기 전류의 리플주기를 이용하여 상기 모터의 회전속도를 계산하는 모터속도 검출부; 상기 회전속도를 이용하여 상기 차량의 유압피스톤과 유압펌프 사이에서 생성되는 생성압력을 추정하는 유압 추정부; 상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 보정하여 상기 모터의 회전속도를 제어하는 압력피드백 제어부; 및 상기 생성압력을 이용하여 전달토크를 계산하고, 상기 전달토크를 상기 차량의 모터에 전달하는 전달토크 계산부를 포함하는 유압제어시스템을 개시한다.

Description

4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어시스템 및 유압제어방법{SYSTEM FOR CONTROLLING OIL PRESSURE OF TORQUE DIVISION APPARATUS OF FOUR WHEEL DRIVE VEHICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어시스템 및 유압제어방법에 관한 것이다.
기존의 4륜 구동 차량의 유압제어시스템은, 압력을 생성시키기 위한 모터, 유압펌프 및 유압피스톤, 그리고 압력을 이용하여 토크를 전달하기 위한 습식 다판 클러치와 연계하여 모터를 구동하고 압력을 제어하는 역할을 한다. 이러한 유압제어시스템은 운전자의 요구토크로부터 필요한 압력을 계산하고, 계산된 압력과 계측된 실제 압력 간의 차이를 이용하여 피드백 제어를 하며, 계측된 실제 압력으로부터 전달 가능한 토크량을 예측하도록 구성된다.
여기서, 기존의 유압제어시스템은 실제 생성압력을 계측하기 위하여 별도의 압력센서를 이용하도록 구성되고, 압력을 제어하기 위해 압력센서로부터 계측된 압력을 직접 피드백 받는다. 이와 같이, 기종의 유압제어시스템은 압력센서를 포함하여 구성되기 때문에, 시스템의 복잡도가 증가하고, 생산 단가가 높다는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2008-0081482호(2008.09.10)
본 발명은, 압력센서를 제거하고, 기존의 압력센서로부터 얻은 압력 값을 모터의 회전속도를 이용하여 추정함으로써 생산 단가가 절감된 4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어시스템은, 운전자의 요구토크를 입력 받고, 입력된 상기 요구토크를 이용하여 상기 차량의 모터 제어에 필요한 제어압력을 계산하는 압력 계산부; 상기 모터의 구동 시 상기 모터의 전류를 계측하고, 상기 전류의 리플주기를 이용하여 상기 모터의 회전속도를 계산하는 모터속도 검출부; 상기 회전속도를 이용하여 상기 차량의 유압피스톤과 유압펌프 사이에서 생성되는 생성압력을 추정하는 유압 추정부; 상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 보정하여 상기 모터의 회전속도를 제어하는 압력피드백 제어부; 및 상기 생성압력을 이용하여 전달토크를 계산하고, 상기 전달토크를 상기 차량의 모터에 전달하는 전달토크 계산부를 포함한다.
또한, 상기 압력 계산부는 하기의 수식에 기초하여 상기 제어압력을 계산하며,
Figure pat00001
, 상기 수식에서, T_req는 상기 요구토크, P_req는 상기 제어압력으로서 상기 유압피스톤의 압력, A_pst는 상기 유압피스톤의 단면적, F_spr는 상기 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력, R_m은 상기 클러치의 마찰 유효 반경, U_clu는 상기 클러치의 마찰계수, N_clu는 상기 클러치의 마찰 면적, C_tp는 캘리브레이션 계수를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 모터속도 검출부는 하기의 수식에 기초하여 상기 회전속도를 계산하며,
Figure pat00002
, 상기 수식에서, r_s는 상기 회전속도, △t는 상기 리플주기, N은 상기 모터에 설치된 전기자(armature)의 극수를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 유압 추정부는, 상기 모터의 공급전압값과 구동제어신호, 및 상기 회전속도를 입력으로 하여 상기 모터의 회전토크를 계산하는 모터토크 연산부; 상기 회전토크를 입력으로 하여 상기 유압펌프의 이론 토출압력을 계산하는 토출압력 연산부; 상기 회전속도에 따른 상기 유압펌프의 효율을 계산하는 펌프효율 연산부; 및 상기 이론 토출압력과 상기 효율의 곱셈연산을 통해 상기 유압펌프의 토출압력을 계산하고, 상기 토출압력을 이용하여 상기 유압피스톤과 상기 유압펌프 사이에서의 압력 손실량을 계산하는 압력손실 연산부를 포함하고, 상기 토출압력에서 상기 압력 손실량을 감산한 값을 상기 생성압력으로 추정할 수 있다.
또한, 상기 모터토크 연산부는, 미리 저장된 상기 모터의 성능곡선 특성 맵에 기초하여 상기 회전토크를 계산할 수 있다.
또한, 상기 토출압력 연산부는, 미리 저장된 상기 유압펌프의 성능곡선 특성 맵에 기초하여 상기 이론 토출압력을 계산할 수 있다.
또한, 상기 압력피드백 제어부는, 상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 계산하고, 상기 오차를 보정하기 위한 PID(Proportional-Integrate-Derivative) 제어를 통해 상기 모터의 회전속도를 제어하기 위한 듀티신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 전달토크 계산부는 하기의 수식에 기초하여 상기 전달토크를 계산하며,
Figure pat00003
, 상기 수식에서, T_tr은 상기 전달토크, P_est는 상기 생성압력, A_pst는 상기 유압피스톤의 단면적, F_spr는 상기 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력, R_m은 상기 클러치의 마찰 유효 반경, U_clu는 상기 클러치의 마찰계수, N_clu는 상기 클러치의 마찰 면적, C_tp는 캘리브레이션 계수를 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어방법은, 운전자의 요구토크를 이용하여 상기 차량의 모터 제어에 필요한 제어압력을 계산하는 압력 계산단계; 상기 모터의 구동 시 상기 모터의 전류를 계측하고, 상기 전류의 리플주기를 이용하여 상기 모터의 회전속도를 계산하는 모터속도 검출단계; 상기 회전속도를 이용하여 상기 차량의 유압피스톤과 유압펌프 사이에서 생성되는 생성압력을 추정하는 유압추정단계; 상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 보정하여 상기 모터의 회전속도를 제어하는 압력피드백 제어단계; 및 상기 생성압력을 이용하여 전달토크를 계산하고, 상기 전달토크를 상기 차량의 모터에 전달하는 전달토크 계산 및 전달단계를 포함한다.
또한, 상기 압력 계산단계에서는 하기의 수식에 기초하여 상기 제어압력을 계산하며,
Figure pat00004
, 상기 수식에서, T_req는 상기 요구토크, P_req는 상기 제어압력으로서 상기 유압피스톤의 압력, A_pst는 상기 유압피스톤의 단면적, F_spr는 상기 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력, R_m은 상기 클러치의 마찰 유효 반경, U_clu는 상기 클러치의 마찰계수, N_clu는 상기 클러치의 마찰 면적, C_tp는 캘리브레이션 계수를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 모터속도 검출단계에서는 하기의 수식에 기초하여 상기 회전속도를 계산하며,
Figure pat00005
, 상기 수식에서, r_s는 상기 회전속도, △t는 상기 리플주기, N은 상기 모터에 설치된 전기자(armature)의 극수를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 유압추정단계는, 상기 모터의 공급전압값과 구동제어신호, 및 상기 회전속도를 입력으로 하여 상기 모터의 회전토크를 계산하는 모터토크 연산단계; 상기 회전토크를 입력으로 하여 상기 유압펌프의 이론 토출압력을 계산하는 토출압력 연산단계; 상기 회전속도에 따른 상기 유압펌프의 효율을 계산하는 펌프효율 연산단계; 및 상기 이론 토출압력과 상기 효율의 곱셈연산을 통해 상기 유압펌프의 토출압력을 계산하고, 상기 토출압력을 이용하여 상기 유압피스톤과 상기 유압펌프 사이에서의 압력 손실량을 계산하는 압력손실 연산단계를 포함하고, 상기 토출압력에서 상기 압력 손실량을 감산한 값을 상기 생성압력으로 추정할 수 있다.
또한, 상기 모터토크 연산단계에서는, 미리 저장된 상기 모터의 성능곡선 특성 맵에 기초하여 상기 회전토크를 계산할 수 있다.
또한, 상기 토출압력 연산단계에서는, 미리 저장된 상기 유압펌프의 성능곡선 특성 맵에 기초하여 상기 이론 토출압력을 계산할 수 있다.
또한, 상기 압력피드백 제어단계에서는, 상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 계산하고, 상기 오차를 보정하기 위한 PID(Proportional-Integrate-Derivative) 제어를 통해 상기 모터의 회전속도를 제어하기 위한 듀티신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 전달토크 계산 및 전달단계는 하기의 수식에 기초하여 상기 전달토크를 계산하며,
Figure pat00006
, 상기 수식에서, T_tr은 상기 전달토크, P_est는 상기 생성압력, A_pst는 상기 유압피스톤의 단면적, F_spr는 상기 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력, R_m은 상기 클러치의 마찰 유효 반경, U_clu는 상기 클러치의 마찰계수, N_clu는 상기 클러치의 마찰 면적, C_tp는 캘리브레이션 계수를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 압력센서를 제거하고, 기존의 압력센서로부터 얻은 압력 값을 모터의 회전속도를 이용하여 추정함으로써 생산 단가가 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압제어시스템이 구성된 4륜 구동 차량의 토크분배장치에 대한 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압제어시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 DC 모터의 구동 시 전류 리플을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2의 유압 추정부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압추정방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압제어시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유압제어시스템(100)이 구성된 4륜 구동 차량의 토크분배장치에 대한 개략적 구성을 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압제어시스템(100)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 3은 DC 모터(4)의 구동 시 전류 리플을 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압제어시스템(100)은 압력 계산부(110), 모터속도 검출부(120), 유압 추정부(130), 압력피드백 제어부(140) 및 전달토크 추정부(150)를 포함한다.
압력 계산부(110)는 운전자의 요구토크(10)를 입력 받고, 입력된 요구토크(10)를 이용하여 DC 모터(4)의 제어에 필요한 압력 값을 계산한 후, 계산된 제어압력 값(20)을 압력피드백 제어부(140)로 전달할 수 있다.
이러한 압력 계산부(110)는 하기의 수식에 기초하여 제어압력 값(20)을 계산할 수 있다.
Figure pat00007
수학식 1에서, T_req는 요구토크(0≤T_req), P_req는 제어압력(20)으로서 유압피스톤(2)의 압력, A_pst는 유압피스톤(2)의 단면적(0≤A_pst), F_spr는 차량의 클러치(1) 마찰 시작 시점에서의 리턴 스프링의 반력, R_m은 클러치(1)의 마찰 유효 반경, U_clu는 클러치(1)의 마찰계수, N_clu는 클러치(1)의 마찰 면적, C_tp는 캘리브레이션 계수(0 내지 1)를 나타낼 수 있다.
모터속도 검출부(120)는 DC 모터(4)의 구동 시 DC 모터(4)의 전류를 계측하고, 계측된 전류의 리플주기를 검출하여 DC 모터(4)의 회전속도를 계산할 수 있다. 모터속도 검출부(120)는 시스템 내에 설치된 전류센서(101)를 이용하여 DC 모터(4)의 전류와 전류리플의 주기(△t)를 검출할 수 있다.
모터속도 검출부(120)는 하기의 수식에 기초하여 DC 모터(4)의 회전속도(r_s)를 계산할 수 있다.
Figure pat00008
수학식 2에서, r_s는 DC 모터(4)의 회전속도[RPM], △t는 DC 모터(4)로부터 검출된 리플주기[sec], N은 DC 모터(4)에 설치된 전기자(armature)의 극수(EA)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, DC 전기자극수(N)가 12개인 모터(4)를 회전시킬 경우, 전류의 리플주기(△t)가 0.1sec로 계측된 경우, 상기 모터의 회전속도는 60/(0.1*12)=50[RPM]으로 계산될 수 있다. 이렇게 계산된 회전속도(r_s)의 값(40)은 유압 추정부(40)로 입력될 수 있다.
유압 추정부(130)는 모터속도 검출부(120)을 통해 계산된 회전속도 값(40)을 이용하여 유압피스톤(2)과 유압펌프(3) 사이에서 생성되는 생성압력을 추정할 수 있다. 이하에서는, 본 실시예에 대한 이해의 돕기 위해 상기 생성압력을 추정압력으로 변경하여 설명하도록 한다.
도 4는 도 2의 유압 추정부(130)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 유압 추정부(130)는 모터토크 연산부(131), 토출압력 연산부(133), 펌프효율 연산부(135), 압력손실 연산부(137) 및 출력부(139)를 포함할 수 있다.
모터토크 연산부(131)는 차량의 배터리에서 DC 모터(4)로 공급되는 공급전압 값(Vbat)과 DC 모터(4)의 구동제어신호(Ctrl), 그리고 모터속도 검출부(120)을 통해 계산된 회전속도 값(40)을 입력으로 하여 DC 모터(4)의 회전토크를 계산할 수 있다. 구동제어신호(Ctrl)는 소정의 듀티비를 갖는 신호일 수 있으며, 공급전압 값(Vbat)과의 곱셈연산을 통해 모터토크 연산부(131)로 입력될 수 있다. 모터토크 연산부(131)는 구동제어신호(Ctrl) 및 공급전압 값(Vbat)의 곱셈연산 수행 결과 값과 회전속도 값(40)을 이용하여 DC 모터(4)의 회전토크 값을 계산할 수 있다. 여기서 모터토크 연산부(131)는, 실험에 의해 얻어진 DC 모터(4)에 대한 성능곡선 특성 맵에 기초하여, 회전토크 값을 계산할 수 있다.
토출압력 연산부(133)는 모터토크 연산부(131)를 통해 계산된 회전토크 값을 입력으로 하여 유압펌프(3)의 이론 토출압력 값을 계산할 수 있다. 여기서 토출압력 연산부(133)는 실험을 통해 얻어진 유압펌프(3)에 대한 성능곡선 특성 맵에 기초하여 유압펌프(3)의 이론 토출압력 값을 계산할 수 있다.
펌프효율 연산부(135)는 DC 모터(4)에 대한 회전속도 값(40)을 입력 받고, 입력된 회전속도 값(40)에 따른 유압펌프의 효율 계산할 수 있다. 이때, 유압펌프(3)의 효율은 0 내지 1 사이의 값을 가질 수 있다.
압력손실 연산부(137)는, 토출압력 연산부(133)을 통해 계산된 유압펌프(3)의 이론 토출압력 값과, 펌프효율 연산부(135)를 통해 계산된 유압펌프(3)의 효율의 곱셈연산을 통해 토출압력을 계산하고, 계산된 토출압력을 이용하여 유압피스톤(2) 및 유압펌프(3)의 접합부 등에서의 누설 손실과 관로 마찰 손실 등이 반영된 압력 손실량을 계산할 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 압력손실 연산부(137)가 유압펌프(3)의 이론 토출압력 값과 효율의 곱셈연산 기능을 수행하도록 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 도 4에 도시된 바와 같이 별도의 곱셈기를 구성할 수도 있으며, 이러한 경우, 곱셈기의 출력이 각각 압력손실 연산부(137)과 출력부(139)의 입력이 되도록 구성할 수 있다.
출력부(139)는 압력손실 연산부(137)을 통해 계산된 상기 토출압력에서 상기 압력 손실량을 감산하고, 그 결과 값을 추정압력 값으로 하여 최종적으로 출력할 수 있다. 출력부(139)에서 출력된 추정압력 값(50)은 압력피드백 제어부(140)와 전달토크 추정부(150)로 각각 입력될 수 있다.
압력피드백 제어부(140)는, 압력 계산부(110)를 통해 계산된 제어압력(20)과 유압 추정부(130)를 통해 추정된 추정압력(50) 간의 오차를 보정하여, DC 모터(4)의 회전속도를 제어할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 제어압력(20)과 추정압력(50) 간의 오차를 계산하고, 상기 오차를 보정하기 위한 PID(Proportional-Integrate-Derivative) 제어를 통해 DC 모터(4)의 회전속도 제어용 듀티신호를 출력할 수 있다. 이때, 신호의 듀티를 -100 내지 100의 범위로 하여 DC 모터(4)를 제어함으로써 운전자가 요구하는 압력과 토크를 제어할 수 있다.
전달토크 추정부(150)는 유압 추정부(130)로부터 입력된 추정압력 값(50)을 이용하여 전달토크를 계산하고, 계산된 전달토크(70)를 차량의 모터(4)에 전달할 수 있다.
이러한 전달토크 추정부(150)는 하기의 수식에 기초하여 전달토크(70)를 계산할 수 있다.
Figure pat00009
수학식 3에서, T_tr는 전달토크, P_est는 추정압력, A_pst는 유압피스톤(2)의 단면적, F_spr는 클러치(2) 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력, R_m은 클러치(2)의 마찰 유효 반경, U_clu는 클러치(2)의 마찰계수, N_clu는 클러치(2)의 마찰 면적, C_tp는 캘리브레이션 계수(0 내지 1)를 나타낼 수 있다. 여기서, 추정압력 값(P_est)과 유압피스톤의 단면적(A_pst)의 곱의 결과 값이 리턴스프링의 반력 값(F_spr)보다 작을 경우, 전달토크(T_tr)가 0보다 작을 경우가 발생될 수 있으므로, 이러한 경우에는 전달토크(T_tr)을 ‘0’으로 제한할 수 있다.
일반적인 모터 구동제어회로는 모터의 통전전류를 계측하고 이상 전류로부터 시스템을 보호하기 위한 전류센서를 포함하고 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 적용되는 전류센서는 기구적, 전기적인 부품 추가가 발생되지 않으며, 제어로직 내에 압력을 추정할 수 있는 기능을 추가하여 압력 제어를 수행함으로써, 시스템을 구성하는데 필요한 비용을 절감할 수 있다.
또한, 압력센서 생략을 통한 시스템 전체적인 중량 저감 및 부피 축소 등의 효과가 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압제어방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압제어방법(S400)을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압제어방법(S400)은 압력 계산단계(S410), 모터속도 검출단계(S420), 유압 추정단계(S430), 압력피드백 제어단계(S440) 및 전달토크 계산 및 추정단계(S450)를 포함한다.
압력 계산단계(S410)에서는 운전자의 요구토크를 이용하여 DC 모터의 제어에 필요한 압력 값을 계산할 수 있다.
이러한 제어압력은 하기의 수식에 기초하여 제어압력 값(20)을 계산할 수 있다.
Figure pat00010
수학식 4에서, T_req는 요구토크(0≤T_req), P_req는 제어압력으로서 유압피스톤의 압력, A_pst는 유압피스톤의 단면적(0≤A_pst), F_spr는 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴 스프링의 반력, R_m은 클러치의 마찰 유효 반경, U_clu는 클러치의 마찰계수, N_clu는 클러치의 마찰 면적, C_tp는 캘리브레이션 계수(0 내지 1)를 나타낼 수 있다.
모터속도 검출단계(S420)에서는 DC 모터의 구동 시 DC 모터의 전류를 계측하고, 계측된 전류의 리플주기를 검출하여 DC 모터의 회전속도를 계산할 수 있다. 모터속도 검출단계(S420)는 시스템 내에 설치된 전류센서를 이용하여 DC 모터의 전류와 전류리플의 주기(△t)를 검출할 수 있다.
DC 모터의 회전속도(r_s)는 하기의 수식에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure pat00011
수학식 5에서, r_s는 DC 모터의 회전속도[RPM], △t는 DC 모터로부터 검출된 리플주기[sec], N은 DC 모터에 설치된 전기자(armature)의 극수(EA)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, DC 전기자극수(N)가 12개인 모터를 회전시킬 경우, 전류의 리플주기(△t)가 0.1sec로 계측된 경우, 상기 모터의 회전속도는 60/(0.1*12)=50[RPM]으로 계산될 수 있다.
유압 추정단계(S430)에서는 모터속도 검출단계(S420)를 통해 계산된 DC 모터의 회전속도 값을 이용하여 유압피스톤과 유압펌프 사이에서 생성되는 추정압력을 추정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압추정방법(S430)을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 유압 추정단계(S430)는 모터토크 연산단계(S431), 토출압력 연산단계(S433), 펌프효율 연산단계(S435), 압력손실 연산단계(S437) 및 최종 출력단계(S439)를 포함할 수 있다.
모터토크 연산단계(S431)에서는 차량의 배터리에서 DC 모터로 공급되는 공급전압 값과 DC 모터의 구동제어신호, 그리고 모터속도 검출단계(S420)을 통해 계산된 회전속도 값을 입력으로 하여 DC 모터의 회전토크를 계산할 수 있다. 구동제어신호는 소정의 듀티비를 갖는 신호일 수 있으며, 공급전압 값과의 곱셈연산이 수행될 수 있다. 모터토크 연산단계(S431)에서는 구동제어신호 및 공급전압 값의 곱셈연산 수행 결과 값과 회전속도 값을 이용하여 DC 모터의 회전토크 값을 계산할 수 있다. 여기서 모터토크 연산단계(S431)는, 실험에 의해 얻어진 DC 모터에 대한 성능곡선 특성 맵에 기초하여, 회전토크 값을 계산할 수 있다.
토출압력 연산단계(S433)에서는 모터토크 연산단계(S431)를 통해 계산된 회전토크 값을 입력으로 하여 유압펌프의 이론 토출압력 값을 계산할 수 있다. 여기서 유압펌프(3)의 이론 토출압력 값은 실험을 통해 얻어진 유압펌프(3)에 대한 성능곡선 특성 맵에 기초하여 계산될 수 있다.
펌프효율 연산단계(S435)에서는 DC 모터에 대한 회전속도 값을 입력 받고, 입력된 회전속도 값에 따른 유압펌프의 효율 계산할 수 있다. 이때, 유압펌프의 효율은 0 내지 1 사이의 값을 가질 수 있다.
압력손실 연산단계(S437)에서는, 토출압력 연산단계(S433)를 통해 계산된 유압펌프의 이론 토출압력 값과, 펌프효율 연산단계(S435)을 통해 계산된 유압펌프의 효율의 곱셈연산을 통해 토출압력을 계산하고, 계산된 토출압력을 이용하여 유압피스톤 및 유압펌프의 접합부 등에서의 누설 손실과 관로 마찰 손실 등이 반영된 압력 손실량을 계산할 수 있다. 최종 출력단계(S439)에서는 상기 토출압력에서 상기 압력 손실량을 감산하고, 그 결과 값을 추정압력 값으로 수 있다. 최종 출력단계(S439)에서 출력된 추정압력 값은 압력피드백 제어단계(S440)와 전달토크 계산 및 추정단계(S450)에서 각각 이용될 수 있다.
압력피드백 제어단계(S440)에서는, 압력 계산단계(S410)를 통해 계산된 제어압력과 유압 추정단계(S430)를 통해 추정된 추정압력 간의 오차를 보정하여, DC 모터의 회전속도를 제어할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 제어압력과 추정압력 간의 오차를 계산하고, 상기 오차를 보정하기 위한 PID(Proportional-Integrate-Derivative) 제어를 통해 DC 모터의 회전속도 제어용 듀티신호를 생성할 수 있다. 이때, 신호의 듀티를 -100 내지 100의 범위로 하여 DC 모터를 제어함으로써 운전자가 요구하는 압력과 토크를 제어할 수 있다.
전달토크 계산 및 추정단계(S450)에서는 유압 추정단계(S430)로부터 입력된 추정압력 값을 이용하여 전달토크를 계산하고, 계산된 전달토크를 차량의 모터에 전달할 수 있다.
이러한 전달토크(70)는 하기의 수식에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure pat00012
수학식 6에서, T_tr는 전달토크, P_est는 추정압력, A_pst는 유압피스톤의 단면적, F_spr는 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력, R_m은 클러치의 마찰 유효 반경, U_clu는 클러치의 마찰계수, N_clu는 클러치의 마찰 면적, C_tp는 캘리브레이션 계수(0 내지 1)를 나타낼 수 있다. 여기서, 추정압력 값(P_est)과 유압피스톤의 단면적(A_pst)의 곱의 결과 값이 리턴스프링의 반력 값(F_spr)보다 작을 경우, 전달토크(T_tr)가 0보다 작을 경우가 발생될 수 있으므로, 이러한 경우에는 전달토크(T_tr)을 ‘0’으로 제한할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 유압제어시스템
110: 압력 계산부
120: 모터속도 검출부
130: 유압 추정부
131: 모터토크 연산부
133: 토출압력 연산부
135: 펌프효율 연산부
137: 압력손실 연산부
139: 출력부
140: 압력피드백 제어부
150: 전달토크 추정부

Claims (16)

  1. 4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어시스템으로,
    운전자의 요구토크를 입력 받고, 입력된 상기 요구토크를 이용하여 상기 차량의 모터 제어에 필요한 제어압력을 계산하는 압력 계산부;
    상기 모터의 구동 시 상기 모터의 전류를 계측하고, 상기 전류의 리플주기를 이용하여 상기 모터의 회전속도를 계산하는 모터속도 검출부;
    상기 회전속도를 이용하여 상기 차량의 유압피스톤과 유압펌프 사이에서 생성되는 생성압력을 추정하는 유압 추정부;
    상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 보정하여 상기 모터의 회전속도를 제어하는 압력피드백 제어부; 및
    상기 생성압력을 이용하여 전달토크를 계산하고, 상기 전달토크를 상기 차량의 모터에 전달하는 전달토크 계산부를 포함하는 유압제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 계산부는 하기의 수식에 기초하여 상기 제어압력을 계산하며,
    Figure pat00013

    상기 수식에서,
    T_req는 상기 요구토크,
    P_req는 상기 제어압력으로서 상기 유압피스톤의 압력,
    A_pst는 상기 유압피스톤의 단면적,
    F_spr는 상기 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력,
    R_m은 상기 클러치의 마찰 유효 반경,
    U_clu는 상기 클러치의 마찰계수,
    N_clu는 상기 클러치의 마찰 면적,
    C_tp는 캘리브레이션 계수를 나타내는 유압제어시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터속도 검출부는 하기의 수식에 기초하여 상기 회전속도를 계산하며,
    Figure pat00014

    상기 수식에서,
    r_s는 상기 회전속도,
    △t는 상기 리플주기,
    N은 상기 모터에 설치된 전기자(armature)의 극수를 나타내는 유압제어시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압 추정부는,
    상기 모터의 공급전압값과 구동제어신호, 및 상기 회전속도를 입력으로 하여 상기 모터의 회전토크를 계산하는 모터토크 연산부;
    상기 회전토크를 입력으로 하여 상기 유압펌프의 이론 토출압력을 계산하는 토출압력 연산부;
    상기 회전속도에 따른 상기 유압펌프의 효율을 계산하는 펌프효율 연산부; 및
    상기 이론 토출압력과 상기 효율의 곱셈연산을 통해 상기 유압펌프의 토출압력을 계산하고, 상기 토출압력을 이용하여 상기 유압피스톤과 상기 유압펌프 사이에서의 압력 손실량을 계산하는 압력손실 연산부를 포함하고,
    상기 토출압력에서 상기 압력 손실량을 감산한 값을 상기 생성압력으로 추정하는 유압제어시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 모터토크 연산부는, 미리 저장된 상기 모터의 성능곡선 특성 맵에 기초하여 상기 회전토크를 계산하는 유압제어시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 토출압력 연산부는, 미리 저장된 상기 유압펌프의 성능곡선 특성 맵에 기초하여 상기 이론 토출압력을 계산하는 유압제어시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력피드백 제어부는, 상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 계산하고, 상기 오차를 보정하기 위한 PID(Proportional-Integrate-Derivative) 제어를 통해 상기 모터의 회전속도를 제어하기 위한 듀티신호를 출력하는 유압제어시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달토크 계산부는 하기의 수식에 기초하여 상기 전달토크를 계산하며,
    Figure pat00015

    상기 수식에서,
    T_tr은 상기 전달토크,
    P_est는 상기 생성압력,
    A_pst는 상기 유압피스톤의 단면적,
    F_spr는 상기 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력,
    R_m은 상기 클러치의 마찰 유효 반경,
    U_clu는 상기 클러치의 마찰계수,
    N_clu는 상기 클러치의 마찰 면적,
    C_tp는 캘리브레이션 계수를 나타내는 유압제어시스템.
  9. 4륜 구동 차량의 토크배분장치의 유압제어방법으로,
    운전자의 요구토크를 이용하여 상기 차량의 모터 제어에 필요한 제어압력을 계산하는 압력 계산단계;
    상기 모터의 구동 시 상기 모터의 전류를 계측하고, 상기 전류의 리플주기를 이용하여 상기 모터의 회전속도를 계산하는 모터속도 검출단계;
    상기 회전속도를 이용하여 상기 차량의 유압피스톤과 유압펌프 사이에서 생성되는 생성압력을 추정하는 유압추정단계;
    상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 보정하여 상기 모터의 회전속도를 제어하는 압력피드백 제어단계; 및
    상기 생성압력을 이용하여 전달토크를 계산하고, 상기 전달토크를 상기 차량의 모터에 전달하는 전달토크 계산 및 전달단계를 포함하는 유압제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력 계산단계에서는 하기의 수식에 기초하여 상기 제어압력을 계산하며,
    Figure pat00016

    상기 수식에서,
    T_req는 상기 요구토크,
    P_req는 상기 제어압력으로서 상기 유압피스톤의 압력,
    A_pst는 상기 유압피스톤의 단면적,
    F_spr는 상기 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력,
    R_m은 상기 클러치의 마찰 유효 반경,
    U_clu는 상기 클러치의 마찰계수,
    N_clu는 상기 클러치의 마찰 면적,
    C_tp는 캘리브레이션 계수를 나타내는 유압제어방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 모터속도 검출단계에서는 하기의 수식에 기초하여 상기 회전속도를 계산하며,
    Figure pat00017

    상기 수식에서,
    r_s는 상기 회전속도,
    △t는 상기 리플주기,
    N은 상기 모터에 설치된 전기자(armature)의 극수를 나타내는 유압제어방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 유압추정단계는,
    상기 모터의 공급전압값과 구동제어신호, 및 상기 회전속도를 입력으로 하여 상기 모터의 회전토크를 계산하는 모터토크 연산단계;
    상기 회전토크를 입력으로 하여 상기 유압펌프의 이론 토출압력을 계산하는 토출압력 연산단계;
    상기 회전속도에 따른 상기 유압펌프의 효율을 계산하는 펌프효율 연산단계; 및
    상기 이론 토출압력과 상기 효율의 곱셈연산을 통해 상기 유압펌프의 토출압력을 계산하고, 상기 토출압력을 이용하여 상기 유압피스톤과 상기 유압펌프 사이에서의 압력 손실량을 계산하는 압력손실 연산단계를 포함하고,
    상기 토출압력에서 상기 압력 손실량을 감산한 값을 상기 생성압력으로 추정하는 유압제어방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 모터토크 연산단계에서는, 미리 저장된 상기 모터의 성능곡선 특성 맵에 기초하여 상기 회전토크를 계산하는 유압제어방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 토출압력 연산단계에서는, 미리 저장된 상기 유압펌프의 성능곡선 특성 맵에 기초하여 상기 이론 토출압력을 계산하는 유압제어방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력피드백 제어단계에서는, 상기 제어압력과 상기 생성압력 간의 오차를 계산하고, 상기 오차를 보정하기 위한 PID(Proportional-Integrate-Derivative) 제어를 통해 상기 모터의 회전속도를 제어하기 위한 듀티신호를 출력하는 유압제어방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 전달토크 계산 및 전달단계는 하기의 수식에 기초하여 상기 전달토크를 계산하며,
    Figure pat00018

    상기 수식에서,
    T_tr은 상기 전달토크,
    P_est는 상기 생성압력,
    A_pst는 상기 유압피스톤의 단면적,
    F_spr는 상기 차량의 클러치 마찰 시작 시점에서의 리턴스프링의 반력,
    R_m은 상기 클러치의 마찰 유효 반경,
    U_clu는 상기 클러치의 마찰계수,
    N_clu는 상기 클러치의 마찰 면적,
    C_tp는 캘리브레이션 계수를 나타내는 유압제어방법.
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