KR20210104191A - 차량의 디스커넥터 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

차량의 디스커넥터 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 전기식 사륜구동(e-4WD)이 적용된 차량의 디스커넥터 제어 시스템은, 차량의 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 운전정보를 검출하는 운전정보 검출부, 부구동원으로 동작하는 모터(M)와 감속기(R)를 차량 휠 샤프트와 기계적으로 체결하거나 차단하는 디스커넥터 및 상기 운전정보를 분석하여 차량의 주행조건에 따른 4WD(four Wheel Drive) 구동 시 상기 디스커넥터를 체결하거나 주구동원만 구동 시 상기 디스커넥터의 체결을 해제하는 제어부를 포함한다.

Description

차량의 디스커넥터 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING DISCONNECTOR OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 디스커넥터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기식 사륜구동(e-4WD)이 적용된 차량에 있어서 디스커넥터 구조의 내구성 향상을 위한 차량의 디스커넥터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사륜구동(four Wheel Drive, 4WD) 차량은 전륜과 후륜에 구동 샤프트가 연결되어 기계적으로 구동력을 전달하는 방식으로 고속주행이 불가하고 연비에 불리한 것으로 알려져 있다.
최근 글로벌시장의 친환경 및 고연비 요구로 하이브리드 차량(HEV), 플러그 하이브리드(PHEV), 전기자동차(EV) 등의 친환경차량이나 일반 내연기관 차량에 적용되어 주 구동륜(예; 전륜) 이외의 종 구동륜(예; 후륜)을 모터로 구동함으로써 사륜구동 기능을 부여하는 전기식 사륜구동(electric-four Wheel Drive, e-4WD) 시스템 적용 차량이 개발되고 있다.
e-4WD 차량은 주행조건에 따라 이륜구동과 사륜구동 주행을 선택적으로 제공하며, 이 과정에서 전륜과 후륜을 연결하거나 연결을 해제하여 이륜구동과 사륜구동을 절환 하는 장치를 디스커넥터(Disconnector)라 한다.
즉, e-4WD 차량에서의 디스커넥터는 모터 또는 모터와 감속기의 동력을 차단/연결하기 위한 도그클러치 개념의 장치로써 제어적 측면의 성능 및 기계/구조적 측면의 내구성 확보가 주요 이슈로 연구되고 있다.
그러나, 제어 성능 측면에서는 기어/구조간 슬립 방지, 모터와 같은 상태 파트와의 속도 동기화를 위한 제어 연구가 진행된 반면, 디스커넥터 체결/해제 반복에 따른 기계 부품의 열화 문제가 발생될 수 있다.
또한, 기계/구조적인 측면에서는 기어 치면 마모를 방지하는 챔퍼 구조 제안, 체결/해제시 충격 완화를 통한 기구적인 손상 방지 기술의 연구가 진행된 반면, 근본 원인이 되는 체결 횟수를 제어 또는 감소하는 기술이 마련되지 않은 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 친환경차에 적용된 e-4WD의 모터를 부구동원으로 사용시 운전조건에 따라 모터를 구동 또는 비구동 시키는 디스커넥터의 불필요한 체결 횟수를 저감하는 디스커넥터 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전기식 사륜구동(e-4WD)이 적용된 차량의 디스커넥터 제어 시스템은, 차량의 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 운전정보를 검출하는 운전정보 검출부; 부구동원으로 동작하는 모터(M)와 감속기(R)를 차량 휠 샤프트와 기계적으로 체결하거나 차단하는 디스커넥터; 및 상기 운전정보를 분석하여 차량의 주행조건에 따른 4WD(four Wheel Drive) 구동 시 상기 디스커넥터를 체결하거나 주구동원만 구동 시 상기 디스커넥터의 체결을 해제하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 운전정보 검출부는 액셀 페달 센서(Accelerator Position Sensor, APS), 브레이크 페달 센서(Brake pedal Sensor, BPS), 내비게이션, 조향 장치 및 첨단운전보조시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS), 운전성향 센서 중 적어도 하나로부터 상기 운전정보를 검출할 수 있다.
또한, 상기 디스커넥터는 액추에이터의 작동으로 이동되는 시프트 포크를 통해 상기 차량 휠 샤프트와 상기 감속기측 허브를 체결하거나 상기 체결을 해제할 수 있다.
또한, 상기 차량의 디스커넥터 제어 시스템은 상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 상기 액추에이터를 작동하여 상기 감속기(R)와 차량 휠 샤프트를 체결하거나 해제하는 MCU(Motor Control Unit)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 운전정보로 입력된 액셀 개도 정보와 제동 정보에 기초한 차량의 목표 주행 속도에 따른 모터요구토크와 RPM을 산출하여 메모리에 설정된 기본 제어맵(MAP1)을 통한 상기 디스커넥터의 작동여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 일정시간 동안 상기 디스커넥터의 체결 및 해제가 빈번하게 작동되면, 상기 운전정보로부터 근미래 모터요구토크 발생 여부를 판단하고, 상기 기본 제어맵(MAP1)을 상기 디스커넥터를 현재상태로 유지시키는 조정맵(MAP2)으로 변경하여 상기 디스커넥터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 운전정보에 기초한 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 생성하고, 이를 토대로 상기 근미래 모터요구토크와 차량 속도를 예측하는 디스커넥터 작동 예측 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 디스커넥터 작동 예측 모듈은 머신 러닝 기법을 활용한 가감속 의지 예측 알고리즘을 통해 상기 운전정보로 수신된 내비게이션 정보, 조향장치 정보, ADAS 정보, 운전자성향 등을 종합하여 학습된 운전성향 별 가감속 예측모델을 구축할 수 있다.
또한, 상기 디스커넥터 작동 예측 모듈은 상기 가감속 예측모델을 활용하여 상기 운전정보에 따른 주행환경 및 운전성향이 반영된 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 예측할 수 있다.
또한, 상기 디스커넥터 작동 예측 모듈은 상기 머신 러닝 기법을 활용하여 기 구축된 상기 가감속 예측 모델을 보완하는 뉴럴 네트워크(Neural Network)등 기법이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 전기식 사륜구동(e-4WD)이 적용된 차량의 디스커넥터 제어 시스템이 차량의 주행조건에 따라 디스커넥터를 제어하는 방법은, a) 운전정보 검출부로부터 차량의 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 운전정보를 수집하는 단계; b) 차량이 4WD 조건으로 주행 중이면 상기 운전정보를 기초로 초기 설정된 기본 제어맵(MAP1)을 통해 주행조건을 판단하여 상기 디스커넥터의 체결 및 해제로 작동하는 단계; c) 상기 디스커넥터의 체결 및 해제 횟수를 카운트하여 일정 시간 동안의 작동 빈도가 임계치 이상인 것을 파악하는 단계; 및 d) 상기 운전정보로부터 근미래 모터요구토크 발생 여부를 판단하고, 상기 기본 제어맵(MAP1)을 상기 디스커넥터를 현재상태로 유지시키는 조정맵(MAP2)으로 변경하여 상기 디스커넥터를 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 a) 단계는, 상기 운전정보 검출부로부터 액셀 개도 정보 및 제동 정보, 차량 위치좌표, 차속, 교통도로정보, 스티어링 휠 각도와 각속도, 전방차량의 상대거리와 속도 및 가속도, 차량의 기울기, 종가속도, 휠속도 및 변속단 및 운전성향 중 적어도 하나를 포함하는 상기 운전정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 a) 단계와 b) 단계 사이에, 상기 운전정보를 분석하여 액셀 개도 정보 및 제동 정보에 기초한 운전자 요구토크를 계산하는 단계; 및 상기 운전자 요구토크를 전륜 구동 및 후륜 구동 분배비에 따라 계산하여 전륜의 주구동원과 후륜의 부구동원 모터(M)로 분배하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 b) 단계는, 상기 주행조건이 상기 디스커넥터의 체결로 판단되면 부구동원 모터(M)와 차량 휠 샤프트의 기계적 연결 상태를 유지하고 상기 해제로 판단되면 상기 기계적 연결상태를 해제하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 머신 러닝 기법을 활용한 가감속 의지 예측 알고리즘을 통해 학습된 운전성향별 가감속 예측모델이 구축된 디스커넥터 작동 예측 모듈을 가동하여 상기 운전정보에 기초한 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 생성하는 단계; 및 상기 근미래 가감속 의지 값을 토대로 상기 근미래 모터요구토크를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 근미래 가감속 의지 값을 생성하는 단계는, 상기 운전정보로 검출된 내비게이션 정보, 조향장치 정보, ADAS 정보, 운전자성향를 종합하여 상기 운전성향별 가감속 예측모델에 통한 상기 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 예측할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 운전정보에 기초한 등판로(Uphill), 험로(Offroad), 스티어링 급조타에 의해 차량 주행 상태 및 선회안정 성능 확보 상태 중 적어도 하나를 파악하여 상기 디스커넥터 작동 조건을 더 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 디스커넥터의 하드웨어 변경이나 추가 비용 없이 소프트웨어적 제어 구성만으로도 디스커넥터의 불필요한 작동 빈도를 저감함으로써 디스커넥터의 체결/해제 반복에 따른 기계 부품의 열화 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 디스커넥터의 체결 시 충격을 저감하여 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능을 향상시키고 그에 따른 내구성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 디스커넥터 제어 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터의 구성 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초기 세팅된 기본 제어맵(MAP1)을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터의 빈번한 작동 시 적용되는 조정맵(MAP2)을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터 작동 예측 모듈이 운전자의 가감속 의지를 예측하는 과정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터 작동 예측에 따라 진화된 보정맵의 예시이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 디스커넥터 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기존 제어맵과 조정맵에 따른 제어결과를 비교하여 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 디스커넥터 제어 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 디스커넥터 제어 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 디스커넥터 제어 시스템(100)은 운전정보 검출부(110), 디스커넥터(120), MCU(Motor Control Unit, 130) 및 제어부(140)를 포함한다.
차량의 디스커넥터 제어 시스템(100)은 하이브리드 차량(HEV), 플러그 하이브리드(PHEV), 전기자동차(EV), 연료전지차량(FCEV) 등의 친환경 차량에 적용된 전기식 사륜구동(e-4WD) 시스템에 있어서 디스커넥터(Disconnector)의 내구성 향상을 위한 제어 방법을 제공한다. 이하, 차량은 친환경 차량뿐 아니라 전륜 혹은 후륜이 주구동원(엔진/모터)에 의해 동작하는 이륜 차량을 의미할 수 있으며, 상기 e-4WD는 상기 이륜 차량에 적용되어 부구동원으로 사용되는 모터(M)를 통해 4륜구동을 지원하는 시스템을 의미할 수 있다.
운전정보 검출부(110)는 차량의 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 디스커넥터(120) 제어에 필요한 운전정보를 검출하여 제어부(140)로 전달한다.
예컨대, 운전정보 검출부(110)는 액셀 페달 센서(Accelerator Position Sensor, APS)(111), 브레이크 페달 센서(Brake pedal Sensor, BPS)(112), 내비게이션(113), 조향 장치(114) 및 첨단운전보조시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS)(115) 등으로부터 측정된 각종 운전정보를 검출할 수 있다.
APS(111)와 BPS(112)는 차량 운전자의 액셀 개도 정보(Accel Position Depth) 및 제동 정보를 측정한다.
내비게이션(113)은 차량의 운행에 따른 위치좌표(GPS)와 차속을 측정한다.
조향 장치(114)는 센서를 통해 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 스티어링 휠 각도 및 각속도를 측정한다.
ADAS(115)는 레이다(Rader), 라이다(Lidar) 및 카메라(Camera) 중 적어도 하나의 기기를 통해 측정된 전방 차량 상태 정보를 측정한다. 상기 전방 차량 상태 정보는 전방차량의 상대거리, 속도 및 가속도를 포함한다.
이 밖에도 운전정보 검출부(110)는 차량의 기울기센서, 종가속도 센서, 휠속도 센서 및 변속단 센서(Transmission Position Sensor, TPS) 및 운전성향 센서 중 적어도 하나로부터 측정된 운전정보를 더 검출할 수 있다.
디스커넥터(120)는 e-4WD 시스템의 모터(Motor, M)와 감속기(reducer, R)를 통해 발생된 동력을 차량으로 제공하기 위하여 차량 휠 샤프트와 감속기(R)를 기계적으로 연결하거나 차단하는 역할을 한다. 즉, 디스커넥터(120)는 상기 모터(M)의 구동시 차량 휠 샤프트와 감속기(R)를 연결하여 동력을 전달하고 비구동시 상기 연결을 해제하여 동력을 차단할 수 있다.
예컨대, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터의 구성 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터(120)는 e-4WD 시스템의 모터(M)와 감속기(R)로 구성된 어셈블리 중 감속기측에 장착될 수 있으며, 차량 휠 샤프트(121), 허브(122), 액추에이터(123), 시프트 포크(124), 스프링(125) 및 슬리브(126)를 포함한다.
디스커넥터(120)는 액추에이터(123)의 작동으로 스프링을 압축 또는 팽창시키고 탄성력에 의해 이동되는 시프트 포크(124)를 통해 차량 휠 샤프트(121)와 감속기측 허브(122)를 체결(동력 전달)하거나 해제(동력 차단)하는 역할을 한다.
디스커넥터(120)가 해제되면 모터(M)와 감속기(R)는 회전하지 않은 상태가 된다.
상기 부구동원 모터가 구동되려면 먼저 차량 휠 속도와 동기화가 필요하며, 차량 휠 샤프트(121)의 동력을 모터 감속기(R)가 연결되도록 액추에이터(123)가 작동되어 슬리브(126)를 밀어 감속기측 허브(122)와 연결된다.
디스커넥터(120)는 모터가 전륜 또는 후륜 하나만 있거나, 전륜과 후륜 동시에 있는 모터를 구비한 차량에 적용될 수 있다.
예컨대, FF(Front engine - Front wheel drive) 기반의 HEV/HEVP 차량의 경우 전륜에 엔진, 모터(주구동원), 변속기가 구성되고 후륜에 e-4WD의 모터(부구동원), 감속기(R) 및 디스커넥터(120)가 구비될 수 있다. 또한, FR(Front engine - Rear wheel drive) 기반 차량의 경우 상기 FF 기반 차량과 반대되는 개념으로 구비될 수 있다.
또한, EV/FCEV 차량에서는 전륜 모터와 후륜 모터가 동시에 있는 경우, 하나의 모터(M1)를 주구동원으로 하여 지속적으로 작동하고 나머지 모터(M2)는 부구동원으로 구성 시에 디스커넥터(120)가 적용될 수 있다.
위 2가지 예시의 경우 중 e-4WD의 부구동원 모터(M)와 감속기(R)를 비구동시키는 경우 또는 전륜과 후륜 중 전륜 모터 하나만 구동하는 경우, 즉 주구동원을 선택하여 이륜(2WD) 구동 시 상기 e-4WD의 모터(M)와 감속기(R)는 비구동 된다. 이 때, 상기 모터(M)와 감속기(R)는 차량 주행 시 구동 저항으로 작용하며 차량의 고속 운전시 모터(M) 내부 부품의 손상 및 감속기(R) 내부 베어링 등에 손상이 발생될 수 있다. 또한 모터와 감속기(R)의 부품이 손상되면 수명이 줄어들어 내구성이 떨어지고 연비 또한 나빠지게 된다.
그러므로, 디스커넥터(120)는 모터와 감속기(R)가 비구동되는 상황에서 비구동 모터의 동력 전달을 차량 휠로 부터 차단하고, 모터의 구동 시 감속기(R)와 차량 휠을 연결하여 동력을 전달한다.
MCU(130)는 디스커넥터(120)의 실질적인 작동을 제어하기 위한 마이크로 프로세서이다.
MCU(130)는 제어부(140)에서 인가되는 제어신호에 따라 액추에이터(123)를 작동하여 감속기(R)와 차량 휠을 연결하거나 차단한다.
제어부(140)는 차량용 컴퓨팅 시스템으로 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 운전조건에 따라 e-4WD의 부구동원 모터를 구동 또는 비구동 시키는 디스커넥터(120)의 불필요한 체결 횟수를 저감시키기 위한 전반적인 제어를 수행한다. 제어부(140)는 디스커넥터 제어를 위한 적어도 하나의 프로그램 및 데이터를 메모리에 저장하고, 그 운용에 다라 생성되는 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(140)는 차량의 주행 중 운전정보 검출부(110)를 통해 실시간으로 수집되는 다양한 운전정보를 분석하여 차량의 주행조건에 따른 4WD 구동 시 디스커넥터(120)를 체결하거나 그 체결을 해제하는 제어신호를 MCU(130)전달한다.
제어부(140)는 운전정보 검출부(110)로부터 수신된 운전정보를 분석하여 액셀 개도 정보 및 제동 정보, 차량 위치좌표, 차속, 교통도로정보, 스티어링 휠 각도와 각속도, 전방차량의 상대거리와 속도 및 가속도, 차량의 기울기, 종가속도, 휠속도 및 변속단 및 운전성향 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
제어부(140)는 상기 운전정보로 입력된 액셀 개도 정보와 제동 정보에 따른 차량의 목표 주행 속도를 결정하고, 이를 충족시키기 위한 모터 요구토크와 RPM을 산출하여 제어맵(MAP)과의 비교를 통한 4WD 구동 조건을 판단한다.
또한, 제어부(140)는 제어맵(MAP)을 통해 운전정보와 차량의 주행환경 등을 고려한 4WD 조건을 판단하고, 그에 따른 디스커넥터(120)를 작동시키기 위한 제어신호를 MCU(130)로 전달할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 운전정보를 토대로 정지된 차량의 발진 가속 조건, 일정 차속 이상의 고속 주행 조건, 일정경사 이상의 등판로 주행 조건, 험로 주행 조건 등에서는 임계치 이상의 큰 구동력이 요구되므로 4WD 조건이 충족되는 것으로 판단한다. 제어부(140)는 4WD 조건이 충족되면 디스커넥터(120)에 제어신호를 인가하여 모터(M)와 차량 휠 샤프트(121)를 기계적으로 연결한다.
또한, 제어부(140)는 차량이 에코(Eco) 모드나 정속 주행 등의 주구동력만 필요한 경우 연비 향상을 위해 디스커넥터(120)에 제어신호를 인가하여 모터(M)와 차량 휠 샤프트(121)의 기계적 연결을 차단한다. 이 때, 제어부(140)는 상기 에코(Eco) 모드나 정속 주행 조건으로 설정된 차속과 모터요구토크/RPM 정보가 일정한 제어맵(MAP)에 해당되면 상기 모터(M)의 동력을 차단시킬 수 있다. 상기 모터(M)는 제어부(140)의 제어신호에 따른 모터요구토크와 디스커넥터(120)의 체결/해제 작동 시 스트로크 계산을 위한 변위 센서가 장착된다.
제어부(140)는 차량의 운전정보와 주행조건에 따른 디스커넥터(120)의 체결/해제를 제어하기 위하여 초기 차량 평가를 통해 디폴트로 세팅된 기본 제어맵(MAP1)을 메모리에 저장한다.
예컨대, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초기 세팅된 기본 제어맵을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(140)의 메모리에 저장되어 차량의 주행 초기의 운전정보에 따른 디스커넥터(120)의 작동조건을 판별하도록 하는 기본 제어맵(MAP1)을 보여준다.
제어부(140)는 차량의 주행 시 운전정보 검출부(110)를 통해 실시간으로 수집되는 운전정보를 분석하여 상기 모터요구토크와 차량 속도를 검출하고 상기 기본 제어맵(MAP1)을 통한 주행조건이 4WD 구동 조건을 충족하면 디스커넥터(120)를 체결하는 제어신호를 MCU(130)로 전송한다. 그리고, 제어부(140)는 차량의 4WD 구동 상태에서 상기 기본 제어맵(MAP1)을 통한 주행조건이 4WD 구동 조건을 충족하지 않으면 디스커넥터(120)의 체결을 해제하는 제어신호를 MCU(130)로 전송할 수 있다. 이처럼, 제어부(140)는 기본 제어맵(MAP1)을 활용한 제어를 통해 디스커넥터(120)의 차량 휠 샤프트(121)와 모터(M)의 감속기측 허브(122)를 체결 및 해제할 수 있다.
이 때, 차량 휠 샤프트(121)와 감속기측 허브(122)는 체결(치합) 시 충격/소음이 발생되고 빈번하게 체결 및 해제가 반복되면 슬리브(126) 등의 디스커넥터(120) 내부 구조에 피로 손상이 누적되어 내구성 열하가 발생되는 문제가 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(140)는 소정 짧은 시간 동안 디스커넥터(120)가 빈번하게 작동되면, 현재 운전정보로부터 근미래 모터요구토크 발생 여부를 판단하고, 상기 디스커넥터(120)가 빈번하게 작동되는 특정 조건에서의 현재상태를 유지(예; 현재 체결상태 유지 또는 현재 해제상태 유지)시키는 조정맵(MAP2)으로 변경하여 디스커넥터(120)가 불필요하게 체결/해제가 반복되는 것을 제한한다.
이를 위해, 제어부(140)는 실시간으로 검출된 운전정보에 기초한 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 생성하고, 이를 토대로 근미래 모터요구토크와 차량 속도를 예측하는 디스커넥터 작동 예측 모듈(141)을 포함한다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터의 빈번한 작동 시 적용되는 조정맵(MAP2)을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 조정맵(MAP2)은 차량의 주행 상태에 따라 디스커넥터(120)의 작동을 최소화시키기 위하여 모터요구토크와 차량속도의 조건의 범위가 기본 제어맵(MAP1) 대비 축소 설정된다.
이처럼, 제어부(140)는 디스커넥터 작동 예측 모듈(141)에서 예측되는 모터 요구토크와 차량 속도에 따라 조정맵(MAP2)을 활용한 제어를 통해 디스커넥터(120)의 빈번한 작동에 의한 손상 및 연비 저감 등 유해 요소를 사전에 차단할 수 있다.
한편, 다음의 도 5를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터 작동 예측 모듈의 작동 메커니즘을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터 작동 예측 모듈이 운전자의 가감속 의지를 예측하는 과정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터 작동 예측에 따라 진화된 보정맵의 예시이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디스커넥터 작동 예측 모듈(141)은 머신 러닝(Machine Learning) 기법을 활용한 가감속 의지 예측 알고리즘을 통해 운전정보 검출부(110)로부터 수신된 내비게이션 정보, 조향장치 정보, ADAS 정보, 운전자성향 등을 종합하여 학습된 운전성향 별 가감속 예측모델을 구축한다. 그리고, 디스커넥터 작동 예측 모듈(141)은 상기 학습된 가감속 예측모델을 활용하여 차량의 주행환경 및 상기 운전성향이 반영된 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 예측할 수 있다. 또한, 디스커넥터 작동 예측 모듈(141)은 상기 머신 러닝 기법을 활용하여 기 구축된 상기 가감속 예측 모델을 보완하는 뉴럴 네트워크(Neural Network)등 기법이 적용될 수 있다. 이를 통해, 도 6과 같이 머신 러닝을 통해 근미래 운전자 가감속 의지 예측 학습의 진화된 결과의 디스커넥터 제어 보정맵(MAP3)이 구축될 수 있다.
이처럼, 디스커넥터 작동 예측 모듈(141)은 상기 근미래 가감속 의지 값을 통해 근미래 운전자 요구토크 예측치를 계산하고, 조정맵(MAP2) 통한 디스커넥터(120)의 작동 조건에 대해 판단하게 된다.
또한, 제어부(140)는 등판로(Uphill)나 오프로드(Offroad), 스티어링 급조타에 의해 차량 주행 또는 선회안정 성능 확보를 위해 4WD 구동의 지속 작동이 필요하다 판단되면 보정맵을 변경하고 디스커넥터(120)의 체결상태를 유지 및 모터요구토크로 모터(M)의 구동을 제어한다.
만약, 디스커넥터(120)의 지속 해제가 필요한 경우는 상기와 동일한 과정으로 조정맵(MAP2) 변경을 통해 디스커넥터(120)가 해제된 상태로 모터요구토크를 '0'으로 제어 할 수 있다. 이 때, 디스커넥터(120)가 해제되므로 부구동원인 모터(M)와 차량 휠 샤프트(121)와의 기계적인 연결이 해제되어 토크가 인가되지 않는 조건이 된다.
한편, 전술한 차량의 디스커넥터 제어 시스템(100)의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 디스커넥터 제어 방법을 설명한다. 다만, 앞선 설명에서는 차량의 디스커넥터 제어 시스템(100)의 기능별 구성을 세분화하여 설명하겠으나 이는 하나의 디스커넥터 제어 시스템(100)에 통합될 수 있으므로 후술되는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 디스커넥터 제어 방법을 설명함에 있어서 그 주체를 디스커넥터 제어 시스템(100)으로 하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 디스커넥터 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 디스커넥터 제어 시스템(100)은 차량의 주행 중 운전정보 검출부(110)로부터 액셀 개도 정보 및 제동 정보, 차량 위치좌표, 차속, 교통도로정보, 스티어링 휠 각도와 각속도, 전방차량의 상대거리와 속도 및 가속도, 차량의 기울기, 종가속도, 휠속도 및 변속단 및 운전성향 중 적어도 하나를 포함하는 운전정보를 지속적으로 수집한다.
디스커넥터 제어 시스템(100)은 상기 운전정보로 검출된 액셀 개도 정보 및 제동 정보에 기초한 운전자 요구토크를 계산한다(S1).
디스커넥터 제어 시스템(100)은 차량 구동에 필요한 상기 운전자 요구토크를 전륜 및 후륜 구동 분배비에 따라 계산하여 전륜의 주구동원과 후륜의 부구동원 모터(M)로 분배한다(S2). 여기서, 주구동원은 친환경차량의 엔진 또는 모터일 수 있으나 편의상 주구동 모터로 가정하여 계속 설명한다.
이 때, 디스커넥터 제어 시스템(100)은 차량의 전륜이나 후륜만 구동되는 2WD 조건 또는 전륜과 후륜을 동시에 구동하는 4WD 조건 여부에 따라 제어가 차별화 된다(S3).
먼저, 상기 S3 단계에서, 디스커넥터 제어 시스템(100)은 차량이 상기 4WD 조건이 아닌 2WD 조건으로 주행 중이면(S3; 아니오), 부구동원 모터(M)는 작동할 필요가 없고 주구동 모터만 작동하면 되므로 주구동 모터에 요구토크를 전달하여 차량을 구동한다(S7).
반면, 상기 S3 단계에서, 디스커넥터 제어 시스템(100)은 차량이 상기 4WD 조건으로 주행 중이면(S3; 예), 초기 설정된 기본 제어맵(MAP1)을 통해 주행조건을 판단하여 디스커넥터(120)의 체결 및 해제로 작동한다. 이 때, 차량이 4WD 조건으로 주행 중이므로 상기 주행조건이 디스커넥터(120)의 체결로 판단되면 부구동원 모터(M)와 차량 휠 샤프트(121)의 기계적 연결상태를 유지하고 상기 해제로 판단되면 상기 기계적 연결상태를 해제할 수 있다.
디스커넥터 제어 시스템(100)은 시간에 따른 디스커넥터(120)의 체결 및 해제 횟수를 카운트하여 짧은 일정 시간 동안의 작동 빈도를 계산한다(S4).
이 때, 디스커넥터 제어 시스템(100)은 상기 작동 빈도가 임계치 미만이면(S6; 아니오), 주구동 모터와 부구동 모터를 각각의 요구토크로 구동하고(S7), 상기 S1 단계로 리턴하여 위 과정을 반복한다.
반면, 디스커넥터 제어 시스템(100)은 상기 작동 빈도가 임계치 이상이면(S6; 예), 디스커넥터(120)의 지속적으로 반복된 체결 및 해제로 내부 기계부품이 손상될 수도 있으므로 불필요한 작동을 저감하는 디스커넥터 제어 알고리즘을 개시한다.
디스커넥터 제어 시스템(100)은 디스커넥터 작동 예측 모듈(141)을 가동하여 실시간으로 검출된 운전정보에 기초한 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 예측하고(S8), 이를 토대로 운전자의 근미래 모터요구토크를 예측한다(S9). 이 때, 디스커넥터 작동 예측 모듈(141)은 머신 러닝 기법을 활용한 가감속 의지 예측 알고리즘을 통해 학습된 운전성향별 가감속 예측모델을 구축하고, 내비게이션 정보, 조향장치 정보, ADAS 정보, 운전자성향 등의 운전정보를 종합하여 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 예측 할 수 있다.
또한, 디스커넥터 제어 시스템(100)은 상기 운전정보에 기초한 등판로(Uphill), 험로(Offroad), 스티어링 급조타에 의해 차량 주행 상태 및 선회안정 성능 확보 상태 중 적어도 하나를 파악하여 디스커넥터 작동 조건을 판단할 수 있다(S10).
디스커넥터 제어 시스템(100)은 상기 기본 제어맵(MAP1)을 디스커넥터(120)의 현재상태를 유지시키는 조정맵(MAP2)으로 변경하여 디스커넥터(120)가 불필요하게 체결/해제가 반복되는 것을 제한한다(S11).
디스커넥터 제어 시스템(100)은 디스커넥터(120)의 현재상태가 유지되는 조건에서 부구동원 모터(M)에 모터요구토르를 전달하여 차량을 구동하고(S12), 상기 S1 단계로 리턴된다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기존 제어맵과 조정맵에 따른 제어결과를 비교하여 나타낸다.
도 8을 참조하면, 동일한 차량 속도와 모터 토크 조건으로 기존 기본 제어맵을 활용한 디스커넥터 동작 결과 및 본 발명의 실시 예에 따른 잦은 디스커넥터 체결을 방지하기 위해 조정된 조정맵을 활용한 디스커넥터 동작 결과를 비교하여 보여준다.
기존 제어맵(MAP1)의 경우 디스커넥터가 10번의 체결이 발생된 반면, 본 발명의 동기화 제어 모드 적용 시에는 디스커넥터가 4번의 체결로 기어가 치합하는 횟수가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 디스커넥터의 하드웨어 변경이나 추가 비용 없이 소프트웨어적 제어 구성만으로도 디스커넥터의 불필요한 작동 빈도를 저감함으로써 디스커넥터의 체결/해제 반복에 따른 기계 부품의 열화 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 디스커넥터의 체결 시 충격을 저감하여 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능을 향상시키고 그에 따른 내구성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 디스커넥터 제어 시스템 110: 운전정보 검출부
111: 액셀 페달 센서(APS) 112: 브레이크 페달 센서(BPS)
113: 내비게이션 114: 조향 장치
115: 첨단운전자보조시스템(ADAS) M: 모터
R: 감속기 120: 디스커넥터
121: 차량 휠 샤프트 122: 허브
123: 액추에이터 124: 시프트 포크
125: 스프링 126: 슬리브
130: MCU 140: 제어부
141: 디스커넥터 작동 예측 모듈

Claims (17)

  1. 전기식 사륜구동(e-4WD)이 적용된 차량의 디스커넥터 제어 시스템에 있어서,
    차량의 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 운전정보를 검출하는 운전정보 검출부;
    부구동원으로 동작하는 모터(M)와 감속기(R)를 차량 휠 샤프트와 기계적으로 체결하거나 차단하는 디스커넥터; 및
    상기 운전정보를 분석하여 차량의 주행조건에 따른 4WD(four Wheel Drive) 구동 시 상기 디스커넥터를 체결하거나 주구동원만 구동 시 상기 디스커넥터의 체결을 해제하는 제어부;
    를 포함하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운전정보 검출부는
    액셀 페달 센서(Accelerator Position Sensor, APS), 브레이크 페달 센서(Brake pedal Sensor, BPS), 내비게이션, 조향 장치 및 첨단운전보조시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS), 운전성향 센서 중 적어도 하나로부터 상기 운전정보를 검출하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디스커넥터는
    액추에이터의 작동으로 이동되는 시프트 포크를 통해 상기 차량 휠 샤프트와 감속기측 허브를 체결하거나 상기 체결을 해제하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 상기 액추에이터를 작동하여 상기 감속기(R)와 차량 휠 샤프트를 체결하거나 해제하는 MCU(Motor Control Unit)를 더 포함하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 운전정보로 입력된 액셀 개도 정보와 제동 정보에 기초한 차량의 목표 주행 속도에 따른 모터요구토크와 RPM을 산출하여 메모리에 설정된 기본 제어맵(MAP1)을 통한 상기 디스커넥터의 작동여부를 판단하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    일정시간 동안 상기 디스커넥터의 체결 및 해제가 빈번하게 작동되면, 상기 운전정보로부터 근미래 모터요구토크 발생 여부를 판단하고, 상기 기본 제어맵(MAP1)을 상기 디스커넥터를 현재상태로 유지시키는 조정맵(MAP2)으로 변경하여 상기 디스커넥터를 제어하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 운전정보에 기초한 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 생성하고, 이를 토대로 상기 근미래 모터요구토크와 차량 속도를 예측하는 디스커넥터 작동 예측 모듈을 포함하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디스커넥터 작동 예측 모듈은
    머신 러닝 기법을 활용한 가감속 의지 예측 알고리즘을 통해 상기 운전정보로 수신된 내비게이션 정보, 조향장치 정보, ADAS 정보, 운전자성향 등을 종합하여 학습된 운전성향 별 가감속 예측모델을 구축하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디스커넥터 작동 예측 모듈은
    상기 가감속 예측모델을 활용하여 상기 운전정보에 따른 주행환경 및 운전성향이 반영된 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 예측하는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 디스커넥터 작동 예측 모듈은
    상기 머신 러닝 기법을 활용하여 기 구축된 상기 가감속 예측 모델을 보완하는 뉴럴 네트워크(Neural Network)등 기법이 적용되는 차량의 디스커넥터 제어 시스템.
  11. 전기식 사륜구동(e-4WD)이 적용된 차량의 디스커넥터 제어 시스템이 차량의 주행조건에 따라 디스커넥터를 제어하는 방법에 있어서,
    a) 운전정보 검출부로부터 차량의 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 운전정보를 수집하는 단계;
    b) 차량이 4WD 조건으로 주행 중이면 상기 운전정보를 기초로 초기 설정된 기본 제어맵(MAP1)을 통해 주행조건을 판단하여 상기 디스커넥터의 체결 및 해제로 작동하는 단계;
    c) 상기 디스커넥터의 체결 및 해제 횟수를 카운트하여 일정 시간 동안의 작동 빈도가 임계치 이상인 것을 파악하는 단계; 및
    d) 상기 운전정보로부터 근미래 모터요구토크 발생 여부를 판단하고, 상기 기본 제어맵(MAP1)을 상기 디스커넥터를 현재상태로 유지시키는 조정맵(MAP2)으로 변경하여 상기 디스커넥터를 제어하는 단계;
    를 포함하는 차량의 디스커넥터 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 운전정보 검출부로부터 액셀 개도 정보 및 제동 정보, 차량 위치좌표, 차속, 교통도로정보, 스티어링 휠 각도와 각속도, 전방차량의 상대거리와 속도 및 가속도, 차량의 기울기, 종가속도, 휠속도 및 변속단 및 운전성향 중 적어도 하나를 포함하는 상기 운전정보를 수집하는 단계를 포함하는 차량의 디스커넥터 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 a) 단계와 b) 단계 사이에,
    상기 운전정보를 분석하여 액셀 개도 정보 및 제동 정보에 기초한 운전자 요구토크를 계산하는 단계; 및
    상기 운전자 요구토크를 전륜 구동 및 후륜 구동 분배비에 따라 계산하여 전륜의 주구동원과 후륜의 부구동원 모터(M)로 분배하는 단계;
    를 포함하는 차량의 디스커넥터 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 주행조건이 상기 디스커넥터의 체결로 판단되면 부구동원 모터(M)와 차량 휠 샤프트의 기계적 연결 상태를 유지하고 상기 해제로 판단되면 상기 기계적 연결상태를 해제하는 단계를 포함하는 차량의 디스커넥터 제어 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    머신 러닝 기법을 활용한 가감속 의지 예측 알고리즘을 통해 학습된 운전성향별 가감속 예측모델이 구축된 디스커넥터 작동 예측 모듈을 가동하여 상기 운전정보에 기초한 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 생성하는 단계; 및
    상기 근미래 가감속 의지 값을 토대로 상기 근미래 모터요구토크를 예측하는 단계;
    를 포함하는 차량의 디스커넥터 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 근미래 가감속 의지 값을 생성하는 단계는,
    상기 운전정보로 검출된 내비게이션 정보, 조향장치 정보, ADAS 정보, 운전자성향를 종합하여 상기 운전성향별 가감속 예측모델에 통한 상기 운전자의 근미래 가감속 의지 값을 예측하는 차량의 디스커넥터 제어 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 운전정보에 기초한 등판로(Uphill), 험로(Offroad), 스티어링 급조타에 의해 차량 주행 상태 및 선회안정 성능 확보 상태 중 적어도 하나를 파악하여 상기 디스커넥터 작동 조건을 더 판단하는 차량의 디스커넥터 제어 방법.
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