KR20160026157A - 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 동력 분리기능을 가지는 전자식 PTU와 후륜측에 설치되는 사이드 커플링을 이용하여 동력전달을 해제함으로써 프로펠러 샤프트와 리억액슬의 회전저항을 차단하여 연비향상을 도모할 수 있으며, 차량의 구동 상태에 따라 디스커넥트 시점을 제어하여 차량 주행 안전성을 향상시키는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 회전동력을 발생시키는 엔진과 연결되어, 제어신호에 의해 전륜에서 후륜으로 전달되는 회전동력을 전달 또는 차단하는 전자식 PTU(Power Transfer Unit)와, 전자식 PTU가 전단에 연결되어, 전자식 PTU를 통해 전달된 회전동력을 후륜으로 전달하는 프로펠러 샤프트와, 프로펠러 샤프트의 후단에 연결되어 후륜 양측의 차동을 제어하는 리어액슬 차동장치와, 리어액슬 차동장치에 연결되어, 후륜 양측의 동력 분배량을 제어하는 사이드 커플링 및, 전자식 PTU와 사이드 커플링을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기를 포함하며, 제어기는 차체에 장착된 가속도 센서에서 측정된 차량의 가속상태에 따라 PTU의 구동을 제어할 수 있는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법을 개시한다.

Description

4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법{Power transfer disconnecting system for four wheel driving vehicle and control method for the same}

본 발명은 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 주행 가능한 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.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 4륜 구동 차량은, 고속 주행이나 정속 주행과 같이 4륜의 구동력이 불필요한 조건에서도 프로펠러 샤프트 및 리어엑슬과 같은 4륜 구동 부품의 회전으로 인한 연비저하가 발생되는 문제점이 있다.

연비저하를 방지하기 위하여, 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 프로펠러 샤프트 및 리억액슬과 같은 4륜 구동 부품이 회전되지 않도록 하는 기술이 요구된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 동력 분리기능을 가지는 전자식 PTU와 후륜측에 설치되는 사이드 커플링을 이용하여 동력전달을 해제함으로써 프로펠러 샤프트와 리억액슬의 회전저항을 차단하여 연비향상을 도모할 수 있는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 차량의 구동 상태에 따라 디스커넥트 시점을 제어하여 차량 주행 안전성을 향상시킬 수 있는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법은 회전동력을 발생시키는 엔진과 연결되어, 제어신호에 의해 전륜에서 후륜으로 전달되는 회전동력을 전달 또는 차단하는 전자식 PTU(Power Transfer Unit)와, 상기 전자식 PTU가 전단에 연결되어, 상기 전자식 PTU를 통해 전달된 회전동력을 후륜으로 전달하는 프로펠러 샤프트와, 상기 프로펠러 샤프트의 후단에 연결되어 후륜 양측의 차동을 제어하는 리어액슬 차동장치와, 상기 리어액슬 차동장치에 연결되어, 후륜 양측의 동력 분배량을 제어하는 사이드 커플링 및, 상기 전자식 PTU와 상기 사이드 커플링을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 차체에 장착된 가속도 센서에서 측정된 차량의 가속상태에 따라 상기 PTU의 구동을 제어할 수 있다.

상기 전자식 PTU는 상기 전자식 PTU를 통해 상기 프로펠러 샤프트로 회전동력이 전달되는 상태인지, 차단된 상태인지를 확인하기 위한 전자식 PTU 위치 센서를 더 구비할 수 있다.

상기 프로펠러 샤프트는 상기 프로펠러 샤프트의 RPM을 측정하는 프로펠러 샤프트 RPM 센서를 더 구비하고, 상기 전륜에 장착되어 휠속을 측정하는 휠속 센서를 더 구비할 수 있다.

상기 제어기는 상기 프로펠러 샤프트 RPM센서에서 인가받은 신호와, 전륜 휠속도를 RPM으로 변환한 신호를 비교하여, 두 RPM의 차이가 기준 범위 이내일 경우 전자식 PTU의 구동을 제어할 수 있다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법은 가속도 센서에서 측정된 종횡가속도에 따라, 차량이 급선회 또는 급정로 판단될 경우, 4륜구동 이벤트가 발생된 것으로 판단하는 4륜 구동 이벤트 발생 판단 단계와, 4륜구동 이벤트가 발생된 것으로 판단될 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, 휠속 센서와 가속도 센서에서 측정된 신호를 통해 차량이 정속 또는 감속으로 판단될 경우 2륜구동 이벤트가 발생된 것으로 판단하는 2륜 이벤트 발생 판단 단계와, 2륜 이벤트가 발생된 것으로 판단되면 상기 사이드 커플링을 해제하는 단계와, 상기 전자식 PTU를 분리하는 단계 및, 동력전달이 해제되었는지를 판단하여 동력전달이 해제된 경우에 동작을 종료하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법은 4륜 구동이 필요하지 않은 경우에는 동력 분리기능을 가지는 전자식 PTU와 후륜측에 설치되는 사이드 커플링을 이용하여 동력전달을 해제함으로써 프로펠러 샤프트와 리억액슬의 회전저항을 차단하여 연비향상을 도모할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법은 차량의 구동 상태에 따라 디스커넥트 시점을 제어하여 차량 주행 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 구성에서 전자식 PTU의 구성 및 제어기와 각 구성의 연결 관계를 추가 도시한 세부 구성도이다.
도 3은 도 1의 구성에서 제어기의 구성을 도시한 세부 구성도이다.
도 4는 도 1의 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 전체 구성도에 도시되어 있고, 도 2는 도 1의 구성에서 전자식 PTU의 구성 및 제어기와 각 구성의 연결 관계를 추가 도시한 세부 구성도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템(100)의 구성은 회전동력을 발생시키는 엔진(10), 엔진(10)과 연결되어 엔진(10)에서 생성된 회전 동력을 기어 변화를 통해 변환하여 전륜으로 전달하는 변속기(20), 상기 변속기(20)의 출력축(21)에 연결되어 변속기를 통해 인가되는 회전동력을 인가받는 전륜(31,32), 상기 변속기(20)의 출력축(21)에 연결되어, 후륜으로 전달되는 회전 동력을 차단 또는 연결하는 전자식 PTU(Power Transfer Unit, 40), 상기 전자식 PTU(40)에 연결되며 전자식 PTU(40)를 통해 인가된 회전 동력을 후륜(71,72)으로 전달하는 프로펠러 샤프트(50), 상기 프로펠러 샤프트(50)에 연결되며 후륜(71,72) 양측의 차동을 제어하는 리어액슬 차동장치(60), 상기 리어액슬 차동장치(60)에 연결되어 후륜(71,72) 양측의 동력분배량을 제어하는 사이드 커플링(80) 및 전자식 PTU(40)의 구동을 제어하기 위한 제어기(90)를 포함한다.

상기 전자식 PTU(40)는 변속기의 출력축(21)에 입력축(41)이 연결되며, 입력축(41)과 출력축(44) 사이가 동력분리장치 모터(43)의 구동에 의해서 연결 또는 분리된다. 또한 전자식 PTU(40)는 동력분리장치 모터(43)의 구동에 의해서 입력축(41)과 출력축(43)사이가 연결된 상태인지 분리된 상태인지 센싱하기 위한 PTU 위치센서(42)를 더 구비한다. 상기 전자식 PTU(40)는 제어기(90)의 제어에 의해, 변속기(20)에서 전달되는 회전동력을 프로펠러 샤프트(50)로 전달하거나 차단할 수 있다.

상기 제어기(90)는 전륜(31,32)에 장착되어 전륜의 휠속을 측정하는 휠속 센서(33) 및 차체에 장착되어 차량의 가속도를 측정하기 위한 가속도 센서(34)와 전기적으로 연결되어, 센싱 신호를 인가받을 수 있다. 또한 제어기(90)는 프로펠러 샤프트(50)에 장착되어 프로펠러 샤프트(50)의 RPM을 측정하는 프로펠러 샤프트 RPM 센서(51)로부터 측정 신호를 인가 받을 수 있다.

이와 같은 제어기(90)의 구동은 도 3을 참조하여 설명하고자 한다. 도 3은 도 1의 구성에서 제어기의 구성을 도시한 세부 구성도가 도시되어 있다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이 제어기(90)는 디스커넥터 상태 판단부(91)와, 동기화 속도 연산부(92)와, 결합가능 판단부(93)와, 구동모터 제어모드 변환부(94)와, 구동모터 토크 제어부(95)와, 구동모터 속도 제어부(96)와, 동력분리장치 제어부(97) 및 종횡 가속도 판단부(98)를 포함하여 이루어진다.

상기 디스커넥터 상태 판단부(91)는 PTU 위치센서(42)에서 인가되는 신호에 의해서 전자식 PTU(40)가 연결 상태인지 분리된 상태인지 여부를 확인할 수 있다. 상기 동기화 속도 연산부(92)는 프로펠러 샤프트 RPM 센서(51)에서 인가되는 신호와, 휠속센서(33)에서 인가된 신호를 RPM으로 변환한 두 신호를 비교한다. 상기 결합가능 판단부(93)는 동기화 속도 연산부(92)에서 두 RPM의 차이가 설정된 기준값 이하일 경우, 전자식 PTU(40)가 결합 또는 해제가 가능한 것으로 판단한다.

또한 동력 분리 장치 제어부(97)는 전자식 PTU(40)의 전체적 구동 제어와 사이드 커플링(80)의 다판클러치의 압력을 제어할 수 있다. 상기 종횡가속도 판단부(98)는 가속도 센서(34)를 통해 전달된 차량의 종횡 가속도가 기준값 이상일 경우, 급선회 또는 급정거상태인 것으로 판단할 수 있다. 상기 종횡가속도 판단부(98)에서 차량이 급선회 또는 급정거상태인 것으로 판단되면, 전자식 PTU(40)의 연결에 의해서 4륜 구동될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법의 순서도가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법은 종횡가속도 센싱 단계(S1)와, 기준값에 비해서 측정된 현재 종횡가속도가 큰지 판단하는 사륜 이벤트 발생 확인 단계(S2)와, 현재 종횡가속도가 더 크다면 사이드 커플링을 결합하는 단계(S3)와, 프로펠러 샤프트의 회전속도를 계산하는 단계(S4)와, 전자식 PTU(40)의 입력축(변속기 출력단)과 출력축(프로펠러 샤프트 회전 속도)의 속도차를 분석하여 기준 범위 이내인지 판단하는 단계(S5)와, 입출력 상대속도가 기준범위인 경우 전자식 PTU를 연결하는 단계(S6)와, 전자식 PTU가 동력전달을 위해 결합이 되었는지를 판단하는 단계(S7)와, 결합이 된 경우에 4륜 구동 토크를 제어하는 단계(S8)순으로 진행된다. 또한 추가적으로 4륜 이벤트 발생확인 단계(S2)에서 현재 종횡가속도가 기준값과 같거나 작을 경우, 차속에 따른 기준 엑셀 페달값에 비해서 현재 엑셀 페달 값이 큰지 여부를 판단하는 2륜 이벤트 발생판단 단계(S9)와, 차속에 따른 기준 엑셀 페달값에 비해서 현재 엑셀 페달 값이 작거나 같은 경우, 사이드 커플링을 해제하는 단계(S10)와, 전자식 PTU를 분리하는 단계(S11)와, 동력전달이 해제되었는지를 판단하는 단계(S12)와, 동력전달이 해제된 경우에 2륜 구동 단계(S9)순으로 진행된다.

상기한 구성에 의한, 도 4의 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법은 다음과 같다. 일반적으로 고속 또는 정속 주행 판단될 경우, 제어기(90)는 동력분리장치 제어부(97)를 이용하여 전자식 PTU(40)를 분리하고 사이드 커플링(80)을 해제하여 2륜구동을 하도록 함으로써, 불필요한 연비 소모를 방지할 수 있다.

제어기(90)는 종횡가속도 판단부(98)를 이용하여, 가속도 센서(34)에서 측정된 종횡 가속도가 급선회나 급정거등으로 판단되면 4륜 구동 이벤트가 발생된 것으로 판단을 한다(S2).

4륜구동 이벤트가 발생된 경우에, 제어기(90)는 동력분리장치 제어부(97)를 이용하여 사이드 커플링(80)을 결합(S3)하고, 동기화 속도 연산부(92)를 이용하여 프로펠러 샤프트(50)의 회전속도를 계산한다(S4). 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 회전속도와, 전륜의 휠속 센서에서 측정된 속도의 차이가 기준범위 내에 들어온다면(S5) 제어기(90)는 전자식 PTU(40)의 구동모터(43)를 제어하여, 전자식 PTU(40)를 구동한다(S6). 즉, 제어기(90)는 결합가능 판단부(94)를 이용하여 입출력 상대속도 분석이 되었는지를 판단한 뒤에(S5), 입출력 상대속도 분석이 된 경우에 동력분리장치 제어부(97)를 이용하여 전자식 PTU(40)를 연결한다(S6).

이어서, 제어기(10)는 결합가능 판단부(94)를 이용하여 동력전달을 위한 결합이 되었는지를 판단한 후(S7), 구동모터 제어부(95)와 구동모터 속도 제어부(96)를 이용하여 4륜 구동 토크를 제어한다(S8).

다음에 제어기(90)는 휠속 센서(33) 및 가속도 센서(34)에서 측정된 차속 및 가속도를 통해 차량이 정속 또는 단순 가속상태일 경우, 2륜구동 이벤트가 발생된 것으로 판단하여(S9), 사이드 커플링(80)을 해제하고(S10), 전자식 PTU(40)를 분리한다(S11). 이어서, 제어기(90)는 동력전달이 해제되었는지를 판단하여(S12), 동력전달이 해제된 경우(S13)에 동작을 종료한다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템 및 그의 제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 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.

10; 엔진 20; 변속기
31,32; 전륜 33; 휠속 센서
4; 가속도 센서 40; 전자식 PTU
50 : 프로펠러 샤프트 60 : 리어액슬 차동장치
71, 72 : 후륜 80 : 사이드 커플링
90 : 제어기

Claims (5)

1. 회전동력을 발생시키는 엔진과 연결되어, 제어신호에 의해 전륜에서 후륜으로 전달되는 회전동력을 전달 또는 차단하는 전자식 PTU(Power Transfer Unit);
   상기 전자식 PTU가 전단에 연결되어, 상기 전자식 PTU를 통해 전달된 회전동력을 후륜으로 전달하는 프로펠러 샤프트;
   상기 프로펠러 샤프트의 후단에 연결되어 후륜 양측의 차동을 제어하는 리어액슬 차동장치;
   상기 리어액슬 차동장치에 연결되어, 후륜 양측의 동력 분배량을 제어하는 사이드 커플링; 및
   상기 전자식 PTU와 상기 사이드 커플링을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기를 포함하며,
   상기 제어기는 차체에 장착된 가속도 센서에서 측정된 차량의 가속상태에 따라 상기 PTU의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전자식 PTU는 상기 전자식 PTU를 통해 상기 프로펠러 샤프트로 회전동력이 전달되는 상태인지, 차단된 상태인지를 확인하기 위한 전자식 PTU 위치 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 프로펠러 샤프트는 상기 프로펠러 샤프트의 RPM을 측정하는 프로펠러 샤프트 RPM 센서를 더 구비하고,
   상기 전륜에 장착되어 휠속을 측정하는 휠속 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 프로펠러 샤프트 RPM센서에서 인가받은 신호와, 전륜 휠속도를 RPM으로 변환한 신호를 비교하여, 두 RPM의 차이가 기준 범위 이내일 경우 전자식 PTU의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템.
5. 가속도 센서에서 측정된 종횡가속도에 따라, 차량이 급선회 또는 급정로 판단될 경우, 4륜구동 이벤트가 발생된 것으로 판단하는 4륜 구동 이벤트 발생 판단 단계;
   4륜구동 이벤트가 발생된 것으로 판단될 경우에 사이드 커플링을 결합하는 단계;
   프로펠러 샤프트의 회전속도를 계산하여 입출력 상대속도 분석을 한 후 전자식 PTU를 연결하는 단계;
   동력전달을 위한 결합이 되었는지를 판단하여 결합이 된 경우에 4륜 구동 토크를 제어하는 단계;
   휠속 센서와 가속도 센서에서 측정된 신호를 통해 차량이 정속 또는 감속으로 판단될 경우 2륜구동 이벤트가 발생된 것으로 판단하는 2륜 이벤트 발생 판단 단계;
   2륜 이벤트가 발생된 것으로 판단되면 상기 사이드 커플링을 해제하는 단계;
   상기 전자식 PTU를 분리하는 단계; 및
   동력전달이 해제되었는지를 판단하여 동력전달이 해제된 경우에 동작을 종료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량의 디스커넥트 시스템의 제어방법.

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