KR20140089256A - 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은, 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 동력 분리기능을 가지는 전자식 PTU와 후륜측에 설치되는 사이드 커플링을 이용하여 동력전달을 해제함으로써 프로펠러 샤프트, 리억액슬의 회전저항을 차단하여 연비향상을 도모할 수 있으며, 동력의 전달 및 해제시에 전자식 PTU와 사이드 커플링을 상호 연동하여 제어함으로써 차량 전체에 전해지는 충격과 소음을 최소화하여 안전하고 신속하게 동력의 전달 및 해제를 수행할 수 있는, 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로서,
회전동력을 발생시키는 엔진에 연결되어 있으며 제어신호에 의해 전륜으로 전달되는 회전동력을 전달하기 위하여 연결 또는 분리되는 전자식 PTU(Power Transfer Unit)와, 상기한 전자식 PTU의 회전동력을 후륜측으로 전달하는 프로펠러 샤프트와, 상기한 프로펠러 샤프트에 연결되어 후륜으로 회전동력을 전달하는 리어액슬 차동장치와, 상기한 리어액슬 차동장치와 후륜의 사이에 연결되어 있으며 제어신호에 의해 결합 또는 해제되는 사이드 커플링과, 상기한 전자식 PTU와 사이드 커플링을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기를 포함하여 이루어진다.

Description

4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법{Power transfer disconnecting system for four wheel driving vehicle and control method for the same}
이 발명은 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 동력 분리기능을 가지는 전자식 PTU와 후륜측에 설치되는 사이드 커플링을 이용하여 동력전달을 해제함으로써 프로펠러 샤프트, 리억액슬의 회전저항을 차단하여 연비향상을 도모할 수 있으며, 동력의 전달 및 해제시에 전자식 PTU와 사이드 커플링을 상호 연동하여 제어함으로써 차량 전체에 전해지는 충격과 소음을 최소화하여 안전하고 신속하게 동력의 전달 및 해제를 수행할 수 있는, 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 4륜구동 차량은, 2륜구동 차량과는 달리, 풀 타임, 또는 파트 타임으로 차량의 전후륜 모두를 구동륜으로 사용할 수 있는 기능을 가진 자동차로서, 험로 주행을 목적으로하는 지프형 차량이나 레져용 차량, 그리고 특수한 목적을 위해 사용되어지는 특장차량에 적용되어지는 구동 메커니즘이다.
상기한 4륜구동 차량은 주행가능한 노면 여건에서는 안정감있는 주행성을 발휘하며 지형이나 기후로 인해 노면이 취약하여 주행성이 좋지 않은 상황에서도 네 개의 바퀴에 동력을 고르게 분배하여 타이어의 접지성을 높여 원활한 주행이 가능하도록 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 전륜으로 동력이 전달되지 않을 경우 공회전 부품을 최소화하기 위하여 액츄에이터를 이용하여 전륜 드라이브 라인의 일부를 단속하는 장치를 적용하는 기술이 개시된 바 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 4륜 구동 차량은, 고속 주행이나 정속 주행과 같이 4륜의 구동력이 불필요한 조건에서도 프로펠러 샤프트와 같은 4륜 구동 부품의 회전으로 인한 연비저하가 발생되는 문제점이 있다.
연비저하를 방지하기 위하여, 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 프로펠러 샤프트, 리억액슬과 같은 4륜 구동 부품이 회전되지 않도록 하는 기술이 요구된다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 기술적 과제에 부응하기 위한 것으로서, 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 동력 분리기능을 가지는 전자식 PTU와 후륜측에 설치되는 사이드 커플링을 이용하여 동력전달을 해제함으로써 프로펠러 샤프트, 리억액슬의 회전저항을 차단하여 연비향상을 도모할 수 있는, 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 동력의 전달 및 해제시에 전자식 PTU와 사이드 커플링을 상호 연동하여 제어함으로써 차량 전체에 전해지는 충격과 소음을 최소화하여 안전하고 신속하게 동력의 전달 및 해제를 수행할 수 있는, 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 회전동력을 발생시키는 엔진에 연결되어 있으며 제어신호에 의해 전륜으로 전달되는 회전동력을 전달하기 위하여 연결 또는 분리되는 전자식 PTU(Power Transfer Unit)와, 상기한 전자식 PTU의 회전동력을 후륜측으로 전달하는 프로펠러 샤프트와, 상기한 프로펠러 샤프트에 연결되어 후륜으로 회전동력을 전달하는 리어액슬 차동장치와, 상기한 리어액슬 차동장치와 후륜의 사이에 연결되어 있으며 제어신호에 의해 결합 또는 해제되는 사이드 커플링과, 상기한 전자식 PTU와 사이드 커플링을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 전자식 PTU의 내부에는 동력분리장치 입력축에 위치센서가 설치되고, 동력분리장치 모터가 설치되면 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 동작이 시작되면 2륜 구동을 하는 단계와, 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단을 하여 4륜구동 이벤트가 발생된 경우에 사이드 커플링을 결합하는 단계와, 프로펠러 샤프트의 회전속도를 계산하여 입출력 상대속도 분석을 한 후 전자식 PTU를 연결하는 단계와, 동력전달을 위한 결합이 되었는지를 판단하여 결합이 된 경우에 4륜 구동 토크를 제어하는 단계와, 2륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단을 하는 여 2륜구동 이벤트가 발생된 경우에 사이드 커플링을 해제하는 단계와, 전자식 PTU를 분리하는 단계와, 동력전달이 해제되었는지를 판단하여 동력전달이 해제된 경우에 동작을 종료하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 프로펠러 샤프트의 회전속도는 다음의 수식을 이용하면 바람직하다.
a_psft = T_act / J_sft X C_t
V_psft = ∫ (T_act / J_sft X C_t )dt
여기서, T_act 는 사이드 커플링 제어토크이고, J_sft 는 리어액슬, 프로펠러 샤프트 회전 관성이고, C_t : 제어 토크별 캘리브레이션 계수(0~1)이며, a_psft 는 프로펠러 샤프트 가속도이고, v_psft 는 프로펠러 샤프트 속도이다.
이 발명의 방법의 구성은, 사륜구동 이벤트 검출단계, 속도 동기화 단계, 동력분리장치 작동 단계, 4륜토크 제어단계순으로 진행되면 바람직하다.
이 발명은, 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 동력 분리기능을 가지는 전자식 PTU와 후륜측에 설치되는 사이드 커플링을 이용하여 동력전달을 해제함으로써 프로펠러 샤프트, 리억액슬의 회전저항을 차단하여 연비향상을 도모할 수 있으며, 동력의 전달 및 해제시에 전자식 PTU와 사이드 커플링을 상호 연동하여 제어함으로써 차량 전체에 전해지는 충격과 소음을 최소화하여 안전하고 신속하게 동력의 전달 및 해제를 수행할 수 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 세부 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어기의 구성도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법의 동작 흐름도이다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 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 제시된 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.
또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 일예로서, 방향에 관한 용어는 설명상의 편의를 위하여 도면상에 표현된 위치를 기준으로 설정하기로 한다.
도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 세부 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 구성은, 회전동력을 발생시키는 엔진(20)에 연결되어 있으며 제어신호에 의해 전륜(31, 32)으로 전달되는 회전동력을 전달하기 위하여 연결 또는 분리되는 전자식 PTU(40)와, 상기한 전자식 PTU(40)의 회전동력을 후륜측으로 전달하는 프로펠러 샤프트(50)와, 상기한 프로펠러 샤프트(50)에 연결되어 후륜(71, 72)으로 회전동력을 전달하는 리어액슬 차동장치(60)와, 상기한 리어액슬 차동장치(60)와 후륜(71)의 사이에 연결되어 있으며 제어신호에 의해 결합 또는 해제되는 사이드 커플링(80)과, 상기한 전자식 PTU(40)와 사이드 커플링(80)을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기(10)를 포함하여 이루어진다.
상기한 전자식 PTU(40)의 내부에는 동력분리장치 입력축(41)에 위치센서(42)가 설치되고, 동력분리장치 모터(43)가 설치되는 구조로 이루어진다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어기의 구성도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어기(10)는, 디스커넥터 상태 판단부(11)와, 동기화 속도 연산부(12)와, 결합가능 판단부(13)와, 구동모터 제어모드 변환부(14)와, 구동모터 토크 제어부(15)와, 구동모터 속도 제어부(16)와, 동력분리장치 제어부(17)를 포함하여 이루어진다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법의 동작 흐름도이다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법의 구성은, 동작이 시작되는 단계(S10)와, 2륜 구동을 하는 단계(S20)와, 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단을 하는 단계(S30)와, 4륜구동 이벤트가 발생된 경우에 사이드 커플링을 결합하는 단계(S40)와, 프로펠러 샤프트의 회전속도를 계산하는 단계(S50)와, 입출력 상대속도 분석이 되었는지를 판단하는 단계(S60)와, 입출력 상대속도 분석이 된 경우에 전자식 PTU를 연결하는 단계(S70)와, 동력전달을 위한 결합이 되었는지를 판단하는 단계(S80)와, 결합이 된 경우에 4륜 구동 토크를 제어하는 단계(S90)와, 2륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단을 하는 단계(S100)와, 2륜구동 이벤트가 발생된 경우에 사이드 커플링을 해제하는 단계(S110)와, 전자식 PTU를 분리하는 단계(S120)와, 동력전달이 해제되었는지를 판단하는 단계(S120)와, 동력전달이 해제된 경우에 동작을 종료하는 단계(S150)를 포함하여 이루어진다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 타이밍도로서. (a)는 사륜구동 이벤트 검출단계이고, (b)는 속도 동기화 단계이며, (c)는 동력분리장치 작동 단계이며, (d)는 4륜토크 제어단계를 보여준다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법의 작용은 다음과 같다.
동작이 시작되면(S10), 제어기(10)는 동력분리장치 제어부(17)를 이용하여 전자식 PTU(40)를 분리하고 사이드 커플링(80)을 해제하여 2륜 구동을 하도록 한다(S20).
다음에, 제어기(10)는 동력분리장치 센서신호와 4WD 요구명령을 이용하여 4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단을 한다(S30).
4륜구동 이벤트가 발생된 경우에, 제어기(10)는 동력분리장치 제어부(17)를 이용하여 사이드 커플링(80)을 제어함으로써 사이드 커플링(80)을 결합한다(S40).
다음에, 제어기(10)는 동기화 속도 연산부(12)를 이용하여 프로펠러 샤프트(50)의 회전속도를 계산한다(S50). 프로펠러 샤프트(50)의 회전속도는 다음의 수식을 이용한다.
a_psft = T_act / J_sft X C_t
V_psft = ∫ (T_act / J_sft X C_t )dt
여기서, T_act 는 사이드 커플링 제어토크이고, J_sft 는 리어액슬, 프로펠러 샤프트 회전 관성이고, C_t : 제어 토크별 캘리브레이션 계수(0~1)이며, a_psft 는 프로펠러 샤프트 가속도이고, v_psft 는 프로펠러 샤프트 속도이다.
상기한 프로펠러 샤프트(50)의 회전속도에 따라 제어기(10)는 결합이 가능하도록 전자식 PTU(40)의 구동모터(43)를 제어한다.
다음에, 제어기(10)는 결합가능 판단부(14)를 이용하여 입출력 상대속도 분석이 되었는지를 판단한 뒤에(S60), 입출력 상대속도 분석이 된 경우에 동력분리장치 제어부(17)를 이용하여 전자식 PTU(40)를 연결한다(S70).
이어서, 제어기(10)는 결합가능 판단부(14)를 이용하여 동력전달을 위한 결합이 되었는지를 판단한 후(S80), 구동모터 구동모터 제어부(15)와 구동모터 속도 제어부(16)를 이용하여 4륜 구동 토크를 제어한다(S90).
다음에 제어기(10)는 동력분리장치 센서신호와 4WD 요구명령을를 이용하여 2륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단을 하여(S100), 2륜구동 이벤트가 발생된 경우에는 사이드 커플링(80)을 해제하고(S110), 전자식 PTU(40)를 분리한다(S120).
이어서, 제어기(10)는 동력전달이 해제되었는지를 판단하여(S120), 동력전달이 해제된 경우에 동작을 종료한다(S150).
10 : 제어기 40 : 전자식 PTU
50 : 프로펠러 샤프트 60 : 리어액슬 차동장치
71, 72 : 후륜 80 : 사이드 커플링

Claims (5)

  1. 회전동력을 발생시키는 엔진에 연결되어 있으며 제어신호에 의해 전륜으로 전달되는 회전동력을 전달하기 위하여 연결 또는 분리되는 전자식 PTU(Power Transfer Unit)와,
    상기한 전자식 PTU의 회전동력을 후륜측으로 전달하는 프로펠러 샤프트와,
    상기한 프로펠러 샤프트에 연결되어 후륜으로 회전동력을 전달하는 리어액슬 차동장치와,
    상기한 리어액슬 차동장치와 후륜의 사이에 연결되어 있으며 제어신호에 의해 결합 또는 해제되는 사이드 커플링과,
    상기한 전자식 PTU와 사이드 커플링을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 전자식 PTU의 내부에는 동력분리장치 입력축에 위치센서가 설치되고, 동력분리장치 모터가 설치되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템.
  3. 동작이 시작되면 2륜 구동을 하는 단계와,
    4륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단을 하여 4륜구동 이벤트가 발생된 경우에 사이드 커플링을 결합하는 단계와,
    프로펠러 샤프트의 회전속도를 계산하여 입출력 상대속도 분석을 한 후 전자식 PTU를 연결하는 단계와,
    동력전달을 위한 결합이 되었는지를 판단하여 결합이 된 경우에 4륜 구동 토크를 제어하는 단계와,
    2륜구동 이벤트가 발생되었는지 판단을 하여 2륜구동 이벤트가 발생된 경우에 사이드 커플링을 해제하는 단계와,
    전자식 PTU를 분리하는 단계와,
    동력전달이 해제되었는지를 판단하여 동력전달이 해제된 경우에 동작을 종료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기한 프로펠러 샤프트의 회전속도는 다음의 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법.
    a_psft = T_act / J_sft X C_t
    V_psft = ∫ (T_act / J_sft X C_t )dt
    여기서, T_act 는 사이드 커플링 제어토크이고, J_sft 는 리어액슬, 프로펠러 샤프트 회전 관성이고, C_t : 제어 토크별 캘리브레이션 계수(0~1)이며, a_psft 는 프로펠러 샤프트 가속도이고, v_psft 는 프로펠러 샤프트 속도이다.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기한 제어방법은 사륜구동 이벤트 검출단계, 속도 동기화 단계, 동력분리장치 작동 단계, 4륜토크 제어단계순으로 진행되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170035067A (ko) 2015-09-22 2017-03-30 현대위아 주식회사 전자식 구동력분배장치의 충격완화 장치
CN109863051A (zh) * 2016-10-28 2019-06-07 本田技研工业株式会社 车辆
KR102086358B1 (ko) 2019-02-28 2020-03-09 이원희 볼램프를 이용하는 4륜 구동 차량용 디스커넥트 장치

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