KR20220089089A - 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법 - Google Patents

사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220089089A
KR20220089089A KR1020200179390A KR20200179390A KR20220089089A KR 20220089089 A KR20220089089 A KR 20220089089A KR 1020200179390 A KR1020200179390 A KR 1020200179390A KR 20200179390 A KR20200179390 A KR 20200179390A KR 20220089089 A KR20220089089 A KR 20220089089A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sleeve
speed
driving
dog clutch
input gear
Prior art date
Application number
KR1020200179390A
Other languages
English (en)
Inventor
윤동필
박세훈
최원석
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020200179390A priority Critical patent/KR20220089089A/ko
Priority to US17/550,428 priority patent/US11619272B2/en
Publication of KR20220089089A publication Critical patent/KR20220089089A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/02—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of clutch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B60K17/354—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having separate mechanical assemblies for transmitting drive to the front or to the rear wheels or set of wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
    • F16D23/10—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches automatically producing the engagement of the clutch when the clutch members are moving at the same speed; Indicating synchronisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/02—Arrangement or mounting of electrical propulsion units comprising more than one electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/08—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially
    • F16D11/10—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/14—Clutches in which the members have interengaging parts with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/06—Control by electric or electronic means, e.g. of fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/001—Arrangement or mounting of electrical propulsion units one motor mounted on a propulsion axle for rotating right and left wheels of this axle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/42—Clutches or brakes
    • B60Y2400/421—Dog type clutches or brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/82—Four wheel drive systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D2011/002—Clutches in which the members have interengaging parts using an external and axially slidable sleeve for coupling the teeth of both coupling components together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D2011/004—Clutches in which the members have interengaging parts using an internal or intermediate axially slidable sleeve, coupling both components together, whereby the intermediate sleeve is arranged internally at least with respect to one of the components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/10—System to be controlled
    • F16D2500/104—Clutch
    • F16D2500/10443—Clutch type
    • F16D2500/10462—Dog-type clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/30—Signal inputs
    • F16D2500/304—Signal inputs from the clutch
    • F16D2500/30408—Relative rotational position of the input and output parts, e.g. for facilitating positive clutch engagement
    • F16D2500/30409—Signals detecting the transmission of zero torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/30—Signal inputs
    • F16D2500/304—Signal inputs from the clutch
    • F16D2500/3041—Signal inputs from the clutch from the input shaft
    • F16D2500/30415—Speed of the input shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/30—Signal inputs
    • F16D2500/304—Signal inputs from the clutch
    • F16D2500/3042—Signal inputs from the clutch from the output shaft
    • F16D2500/30426—Speed of the output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/30—Signal inputs
    • F16D2500/31—Signal inputs from the vehicle
    • F16D2500/3108—Vehicle speed
    • F16D2500/3109—Vehicle acceleration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/30—Signal inputs
    • F16D2500/31—Signal inputs from the vehicle
    • F16D2500/3114—Vehicle wheels
    • F16D2500/3115—Vehicle wheel speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/70—Details about the implementation of the control system
    • F16D2500/704—Output parameters from the control unit; Target parameters to be controlled
    • F16D2500/70402—Actuator parameters
    • F16D2500/7041—Position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/70—Details about the implementation of the control system
    • F16D2500/704—Output parameters from the control unit; Target parameters to be controlled
    • F16D2500/70422—Clutch parameters
    • F16D2500/70432—From the input shaft
    • F16D2500/70436—Input shaft speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/70—Details about the implementation of the control system
    • F16D2500/704—Output parameters from the control unit; Target parameters to be controlled
    • F16D2500/70452—Engine parameters
    • F16D2500/70458—Engine torque
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)
  • Arrangement And Mounting Of Devices That Control Transmission Of Motive Force (AREA)
  • Arrangement And Driving Of Transmission Devices (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • Control Of Transmission Device (AREA)

Abstract

본 발명은 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법에 관한 것으로, 상세하게는 구동 모드의 전환 시에 도그클러치에서 발생하는 충격 및 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법에 관한 것이다.

Description

사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법 {Control method for dog clutch engagement of electric four-wheel drive vehicle}
본 발명은 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법에 관한 것으로, 상세하게는 구동 모드의 전환 시에 도그클러치에서 발생하는 충격 및 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 하이브리드 차량, 전기자동차, 수소 연료전지 차량 등은 주행 구동원으로서 전기모터가 탑재되어 있으며, 이러한 차량을 전동화 차량이라고 칭한다.
상기와 같은 전동화 차량 중 사륜 구동 전동화 차량은, 일례로, 주 구동륜에 엔진 및/또는 주 구동모터가 연결되고 보조 구동륜에 보조 구동모터가 연결된다.
이러한 사륜 구동 전동화 차량은, 전비 향상을 위하여 보조 구동모터의 드래그(drag) 손실을 제거하기 위한 도그클러치(혹은 '디스커넥터'라고 함)라고 하는 동력차단장치를 사용하고 있다. 후륜을 주 구동륜으로 채택한 사륜 구동 전동화 차량의 경우, 전륜 구동축에 상기 도그클러치가 장착되어 있다.
상기 도그클러치는, 보조 구동륜으로 동력 전달이 불필요한 2륜 구동(2-wheel drive) 모드로 주행하는 경우, 보조 구동모터와 보조 구동륜의 연결을 해제하여 보조 구동륜의 드라이브 라인(drive line)이 상시 회전함에 따른 기계적인 드래그 손실 및 그로 인한 연비 저하를 방지한다.
2륜 구동 모드로 주행 시 상기 보조 구동모터와 보조 구동륜이 연결되어 있는 경우, 보조 구동륜을 통해 보조 구동모터에 인가되는 역기전력에 의한 드래그 손실을 방지하기 위해 보조 구동모터의 0(zero) 토크 제어가 요구되고, 상기 0 토크 제어를 위한 전기 에너지의 손실이 발생하게 된다.
따라서 2륜 구동 모드로 주행 시 상기 도그클러치를 해제시킴으로써 기계적 드래그 손실 및 전기적 드래그 손실을 방지하는 것이 필요하다.
알려진 바와 같이 상기 도그클러치는, 보조 구동모터와 연결된 입력기어 및 보조 구동륜에 연결된 출력기어의 치합을 통해 동력을 전달하는 구조로 구성되며, 원활한 회전 작동을 위해 상기 입력기어의 치와 상기 출력기어에 장착된 슬리브의 치 사이에 틈새(즉, 백래시)가 반드시 존재하게 된다.
다시 말해, 상기 도그클러치는 입력기어와 슬리브가 맞물릴 때 입력기어의 치와 슬리브의 치 사이에 백래시(backlash)가 생기게 된다.
그런데, 상기 백래시는 가속 주행 및 감속 주행 시 도그클러치의 충격 및 소음을 유발하는 원인이 된다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 도그클러치(100)는, 입력기어(110)의 치(111)와 슬리브(130)의 기어치(131) 사이에 존재하는 백래시로 인해 가속 주행 및 감속 주행 시 치간 충돌 및 충격소음이 발생하게 된다.
이에 충격 및 소음을 저감하기 위해 상기 백래시를 작게 하면 보조 구동륜의 드라이브 라인에서 발생하는 기계적인 드래그 손실이 증가하게 되고, 상기 드래그 손실을 줄이기 위해 상기 백래시를 크게 하면 가속 및 감속 주행 시 도그클러치에서 발생하는 충격 및 소음을 저감할 수 없게 된다.
상기 도그클러치의 백래시는, 가속 주행 시 토크 변동률의 상승을 저감시켜 가속 응답성 및 선형성을 저하하게 되고, 감속 주행 시 토크 변동률의 하강을 저감시켜 감속 응답성 및 선형성을 저하하게 되며, 또한 제동 시 2륜 구동 모드에서 4륜 구동 모드로 전환되는 시점을 지연시키고 제동 응답성 및 선형성을 저하하게 되며, 결론적으로 연비 저하 및 운전성 저하를 회피하는 것을 불가하게 한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 가속 주행 및 감속 주행 시 도그클러치의 백래시로 인해 발생하는 충격 및 소음을 효과적으로 방지할 수 있는, 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명은: 구동장치와 연결된 입력기어와, 구동륜과 연결된 출력기어, 및 상기 출력기어에 조립된 상태로 상기 입력기어와 출력기어를 결합시키거나 분리시키는 슬리브를 포함하는 도그클러치의 체결 방법으로서,
주행 중 도그클러치의 체결 요구 시, 상기 입력기어의 목표 동기화 속도를 상기 출력기어의 추정 속도와 오프셋(offset) 속도를 합한 값으로 결정하는 단계; 상기 입력기어가 상기 목표 동기화 속도를 추종하도록 상기 구동장치를 작동하는 단계; 상기 입력기어의 실제 속도가 목표 동기화 속도에 도달하면, 상기 슬리브를 상기 입력기어와 맞닿는 미팅(meeting) 위치로 이송시키는 단계; 상기 입력기어의 실제 속도와 출력기어의 실제 속도가 동기화되면 상기 슬리브를 입력기어와 출력기어의 결합을 위한 체결 위치까지 이송시키는 단계;를 포함하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 도그클러치 체결 방법은, 상기 입력기어의 실제 속도가 목표 동기화 속도에 도달할 때, 상기 입력기어의 목표 동기화 속도를 유지하기 위하여, 상기 구동장치가 0(zero) 토크를 출력하도록 하기 위한 제어를 수행한다.
그리고 상기 슬리브를 입력기어와 출력기어의 결합을 위한 체결 위치까지 이송시키는 단계에서, 상기 슬리브는 슬리브의 기어치 표면이 입력기어의 치 표면과 접촉한 상태로 상기 체결 위치까지 슬라이드 이동하게 된다.
상기 구동장치는 전륜의 구동력을 발생하는 전륜모터와 후륜의 구동력을 발생하는 후륜모터 중 어느 하나일 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 주된 효과를 제공할 수 있다.
첫째, 가속 주행 시나 감속 주행 시에 도그클러치를 포함한 드라이브 라인의 백래시로 인한 치간 충돌 및 충격소음을 방지할 수 있다. 상기 드라이브 라인은 보조 구동륜에 연결된 모터, 감속기, 디퍼렌셜, 드라이브샤프트를 포함할 수 있다.
둘째, 도그클러치를 포함한 드라이브 라인의 기계적인 백래시 축소에 따른 연비 저하를 방지할 수 있다.
셋째, 가속 주행 및 감속 주행 시 도그클러치의 초기 응답성을 개선할 수 있다.
넷째, 가속 주행 및 감속 주행 시의 구동토크 변동률 및 제동토크 변동률을 개선하여 가속 선형성 및 감속 선형성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 도그클러치 체결 방법이 적용될 수 있는 사륜 구동 전동화 차량의 일례를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 도그클러치 체결 과정을 수행하는 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 도 2에 도시된 도그클러치의 외부 사시도,
도 4는 도그클러치의 체결 과정에 따른 상태를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 도그클러치의 슬리브에, 가속 주행 시, 작용하는 힘을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 도그클러치의 슬리브에, 감속 주행 시, 작용하는 힘을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 도그클러치의 슬리브에, 등속 주행 시, 작용하는 무부하 상태를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 도그클러치의 가속 주행 시 체결 방법을 나타낸 순서도이고,
도 9a는 본 발명에 따른 슬리브가 미팅 위치에 도달한 상태를 나타낸 도면이고,
도 9b는 도 9a의 A-A에서 본 도면,
도 10a는 본 발명에 따른 슬리브가 체결 위치로 이동한 상태를 나타낸 도면,
도 10b는 도 10a의 B-B에서 본 도면,
도 11은 본 발명에 따른 도그클러치의 감속 주행 시 체결 방법을 나타낸 순서도,
도 12a는 본 발명에 따른 슬리브가 미팅 위치에 도달한 상태를 나타낸 도면,
도 12b는 도 12a의 C-C에서 본 도면,
도 13a는 본 발명에 따른 슬리브가 체결 위치에 도달한 상태를 나타낸 도면,
도 13b는 도 13a의 D-D에서 본 도면,
도 14 및 도 15는 종래 도그클러치의 백래쉬로 인해 발생하는 문제점을 나타낸 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예를 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
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.
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도그클러치를 구비하는 사륜 구동 전동화 차량의 구성에 대해 간단히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 도그클러치 체결 방법이 적용될 수 있는 사륜 구동 전동화 차량의 구성을 일례로 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 4륜 구동 전동화 차량은 전륜(1)과 후륜(2)의 구동을 위한 모터(3,4)가 서로 독립적으로 장착될 수 있다. 구체적으로, 사륜 구동 전동화 차량은 전륜(1)을 구동하기 위한 전륜 구동모터(이하, '전륜모터'라고 함)(3)와 후륜(2)을 구동하기 위한 후륜 구동모터(이하, '후륜모터'라고 함)(4)가 탑재될 수 있다.
이러한 사륜 구동 전동화 차량은 4륜 구동(4WD, four wheel drive) 모드와 2륜 구동(2WD, two wheel drive) 모드 중 어느 하나의 모드로 주행할 수 있다. 4륜 구동 시 차량은 전륜모터(3)와 후륜모터(4)의 구동력을 모두 이용하여 주행하고, 2륜 구동 시 차량은 전륜모터(3)와 후륜모터(4)의 구동력 중 어느 하나의 구동력을 이용하여 주행하게 된다. 2륜 구동 시 사용하지 않는 구동모터와 구동륜은 미리 정해진다.
2륜 구동 시 사용하지 않는 구동륜을 보조 구동륜이라 할 수 있다. 보조 구동륜에 별도의 동력을 인가하지 않는 경우 즉, 2륜 구동 모드로 주행 시, 보조 구동륜으로부터 보조 구동장치에 역구동력이 전달되면서 드래그 손실이 발생할 수 있다.
따라서 2륜 구동 시 보조 구동륜으로부터 전달되는 역구동력을 차단하여 드래그 손실을 방지해야 하며, 이를 위해 보조 구동륜의 구동축에 도그클러치(5)가 설치될 수 있다.
상기 도그클러치(5)는, 4륜 구동 시 보조 구동륜으로 보조 구동장치의 동력 전달이 가능하도록 체결될 수 있고, 2륜 구동 시 보조 구동륜으로 보조 구동장치의 동력 전달이 차단되도록 해제될 수 있다. 즉, 상기 도그클러치(5)를 체결하거나 해제함으로써 구동축에서의 동력 전달을 단속(斷續)할 수 있다.
따라서, 보조 구동륜으로 보조 구동장치의 동력 전달이 불필요한 2륜 구동 시, 도그클러치(5)를 통해 보조 구동장치와 보조 구동륜의 연결을 해제하여 보조 구동륜의 역구동력에 의해 발생하는 드래그 손실 및 연비 저하를 방지할 수 있다.
여기서, 상기 차량의 2륜 구동 시 주행 구동력을 발생하는 구동장치가 주 구동장치일 수 있고 주행 구동력을 미발생하는 구동장치가 보조 구동장치일 수 있다. 상기 보조 구동장치는 4륜 구동 시 작동되어 주행 구동력을 발생할 수 있다.
구체적으로, 상기 보조 구동장치는 전륜(1)의 구동력을 발생하는 전륜모터(3)와 후륜(2)의 구동력을 발생하는 후륜모터(4) 중 하나일 수 있다. 도 1을 참조하면, 보조 구동장치는 전륜모터(3)일 수 있고 주 구동장치는 후륜모터(4)일 수 있다. 이때 전륜(1)이 보조 구동륜이 될 수 있고 후륜(2)이 주 구동륜이 될 수 있으며, 도그클러치(5)는 상기 전륜(1)과 프론트 디퍼렌셜(6) 사이의 구동축(7)에 설치될 수 있다.
후륜(2)이 보조 구동륜이 되고 전륜(1)이 주 구동륜이 되는 경우, 후륜(2)과 리어 디퍼렌셜(8) 사이의 구동축(9)에도 도그클러치가 설치될 수 있다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 도그클러치의 체결 과정을 제어하기 위한 시스템의 구성을 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 도그클러치(10)는 구동장치(20)의 감속기(21)와 구동륜(24) 사이에 설치될 수 있으며, 구체적으로 도그클러치(10)는 디퍼렌셜(22)과 구동륜(24) 사이의 구동축(23)에 설치될 수 있다. 이때 상기 구동장치(20)는 전륜모터 또는 후륜모터일 수 있고, 구동륜(24)은 전륜 또는 후륜일 수 있다.
그리고 이때 도그클러치(10)는, 감속기(21) 및 디퍼렌셜(22)을 통해 구동장치(20)의 동력을 전달받게 되고, 전달받은 동력을 구동륜(24)으로 전달하게 된다.
상기 도그클러치(10)는 구동축(23)에서 동력 전달을 단속하기 위한 구성요소들을 포함하여 구성되며, 도 3에 도그클러치(10)의 구성을 도시하였다. 도 3에 도시된 도그클러치(10)는 일반적인 도그클러치의 구성과 별다른 차이가 없다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도그클러치(10)는 입력기어(11)와 출력기어(12) 및 슬리브(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 입력기어(11)는 구동장치(20)와 연결되어 구동장치(20)의 동력을 전달받을 수 있도록 구성된다. 구체적으로 입력기어(11)는, 구동축(23)에 설치되어 감속기(21)와 디퍼렌셜(22)을 통해 구동장치(20)와 연결될 수 있으며, 상기 구동장치(20)로부터 출력되는 동력을 감속기(21) 및 디퍼렌셜(22)을 통해 전달받을 수 있다.
상기 출력기어(12)는 구동륜(24)과 연결되어 입력기어(11)로부터 전달받은 구동력을 구동륜(24)에 전달할 수 있도록 구성된다. 구체적으로 출력기어(12)는, 구동축(23)에 설치되어 입력기어(11) 및 슬리브(13)를 통해 전달받은 구동장치(20)의 동력을 구동륜(24)에 전달할 수 있다.
상기 슬리브(13)는 출력기어(12)의 외측에 조립된 상태로 선형 이동하여 입력기어(11)와 출력기어(12)를 결합하거나 분리하도록 구성될 수 있다. 구체적으로 슬리브(13)는 출력기어(12)에 축방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되어 출력기어(12)와 일체로 회전하도록 구성될 수 있다. 이러한 슬리브(13)는 출력기어(12)에 결합된 상태에서 입력기어(11)쪽으로 슬라이드 이동하여 입력기어(11)와 결합될 수 있다.
상기 슬리브(13)는, 4륜 구동 시 도 4에 도시된 바와 같이 출력기어(12)에 치합된 상태에서 입력기어(11)쪽으로 슬라이드 이동하여 입력기어(11)와도 치합될 수 있다. 즉, 슬리브(13)는, 4륜 구동 시 입력기어(11) 및 출력기어(12)와 동시 치합되어 입력기어(11) 및 출력기어(12)와 일체로 회전할 수 있게 된다.
또한 상기 슬리브(13)는, 2륜 구동 시에는 출력기어(12)쪽으로 복귀하거나 입력기어(11)측으로 이동하지 않음으로써 출력기어(12)하고만 일체로 회전가능한 상태가 된다.
이러한 슬리브(13)의 이동을 위해, 도그클러치(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이 슬리브(13)를 이동시키는 슬리브 액추에이터(15)와 연결된다.
슬리브(13)는, 상기 슬리브 액추에이터(15)에 의해, 입력기어(11)측으로 선형 이동하여 입력기어(11)와 치합되거나 또는 출력기어(12)측으로 복귀하여 입력기어(11)와의 치합이 해제될 수 있다.
슬리브(13)가 입력기어(11)와 치합될 때 슬리브(13)를 통해 입력기어(11)와 출력기어(12)가 일체로 회전 가능한 체결 상태가 되고, 슬리브(13)가 입력기어(11)와 치합 해제될 때 슬리브(13)를 통해 입력기어(11)와 출력기어(12)가 일체로 회전 불가한 해제 상태가 된다.
알려진 바와 같이, 상기 슬리브 액추에이터(15)는 슬리브(13)의 이동 동력을 발생하는 모터와 상기 모터의 회전운동력을 직진이동력으로 변환시켜 슬리브(13)에 전달하는 포크를 포함하여 구성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도그클러치(10)의 체결 과정은, 슬리브(13)의 이동 위치에 따라, 입력기어(11)와 출력기어(12)의 체결이 시작되기 이전의 풀 디스인게이지먼트(full disengagement) 단계와, 입력기어(11)와 출력기어(12)의 체결이 완료된 시점의 풀 인게이지먼트(full engagement) 단계, 및 입력기어(11)와 출력기어(12)의 체결이 수행 중인 시점의 보킹(baulking) 단계로 구분될 수 있다.
상기 보킹 단계에서 슬리브(13)는, 미팅(meeting) 위치에 이송되어 입력기어(11)와 맞닿는 상태가 되며, 이러한 보킹(baulking) 단계를 거쳐서 입력기어(11)와 치합되는 풀 인게이지먼트 단계에 진입하게 된다.
또한 도 2에는 상기 슬리브(13)의 이동 위치 및 시점을 제어하기 위한 제어부(30)가 도시되어 있다. 구체적으로 상기 제어부(30)는 차량에 기탑재되어 있는 차량 제어기(31)와 모터 제어기(32) 등이 포함될 수 있다.
상기 차량 제어기(31)는, 운전자 요구와 차량 정보 및 주행 조건 등에 따라 구동 모드를 결정할 수 있으며, 구동 모드의 전환 시 슬리브(13)의 이동 제어를 통해 도그클러치(10)를 체결하거나 해제할 수 있다.
예를 들어, 차량 제어기(31)는 가속페달의 위치 정보 및 제동페달의 위치 정보 등을 입력받아 운전자 요구토크를 결정할 수 있다. 상기 운전자 요구토크는 가속 주행을 위한 구동 요구토크와 감속 주행을 위한 제동 요구토크로 구분될 수 있다.
상기 차량 제어기(31)는 운전자 요구토크에 따라 구동장치(20)의 토크 지령을 결정할 수 있으며, 모터 제어기(32)는 차량 제어기(31)로부터 수신한 토크 지령에 따라 구동장치(20)를 제어할 수 있다.
구체적으로 모터 제어기(32)는, 차량 제어기(31)로부터 수신하는 지령에 따라 구동장치(20)를 구동시켜 구동장치(20)의 출력 토크 및 속도를 제어하며, 구동장치(20)의 구동에 따른 실제 토크 및 실제 속도 정보를 차량 제어기(31)에 전송한다.
또한 차량 제어기(31)는, 구동륜(24)에 장착되어 있는 휠 스피드 센서(25)로부터 구동륜(24)의 속도 정보를 수신할 수 있으며, 상기 구동륜(24)의 속도 정보를 기초로 출력기어(12)의 속도를 추정할 수 있다.
또한 차량 제어기(31)는, 입력기어(11)의 목표 동기화 속도를 결정할 수 있으며, 상기 목표 동기화 속도를 기초로 구동장치(20)의 목표 토크 지령 및 목표 속도 지령을 결정하여 모터 제어기(32)에 전송할 수 있다.
이와 동시에 차량 제어기(31)는, 슬리브 액추에이터(15)로부터 슬리브(13)의 위치 정보를 수신하고 상기 위치 정보를 기초로 슬리브 액추에이터(15)의 작동을 제어하기 위한 제어전류를 송출할 수 있다. 이때 차량 제어기(31)는, 슬리브 액추에이터(15)의 작동상태 정보를 기초로 슬리브(13)의 위치를 파악할 수 있다.
상기 슬리브 액추에이터(15)는 차량 제어기(31)의 전류 지령에 따라 작동되어 슬리브(13)를 이동시킬 수 있으며, 상기 슬리브(13)는 이동 위치에 따라 입력기어(11)에 전달된 동력을 출력기어(12)로 전달하거나 또는 차단할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 차량의 주행 조건에 따라 슬리브에 작용하는 힘을 나타낸 것이다. 구체적으로 도 5는 가속 주행 시 슬리브에 작용하는 힘을 나타낸 것이고, 도 6은 감속 주행 시 슬리브에 작용하는 힘을 나타낸 것이고, 도 7은 등속 주행 시 슬리브에 작용하는 무부하 상태를 나타낸 것이다.
먼저 도 7을 보면, 등속 주행 시의 경우, 입력기어(11)와 출력기어(12)가 등속으로 회전하여 슬리브(13)가 무부하 상태에 놓이게 된다. 이때 슬리브(13)의 기어치(13a)는 입력기어(11)의 치(11a) 및 출력기어(12)의 치(12a)와 접촉하지 않고 맞물린 상태를 유지한다.
가속 주행 시에는 구동장치(20)가 구동륜(24)을 일정치 이상으로 가속시키기 위해 입력기어(11)의 속도가 출력기어(12)의 속도보다 증가한다. 따라서 도그클러치(10)를 체결하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이,
입력기어(11)의 치(11a)가 슬리브(13)의 기어치(13a)와 접촉하게 되고 출력기어(12)의 치(12a)도 슬리브(13)의 기어치(13a)와 접촉하게 된다. 이때 슬리브 기어치(13a)의 한쪽 표면(즉, 제1표면)에 입력기어(11)의 치(11a)를 통해 구동장치(20)의 토크가 전달되고, 상기 슬리브 기어치(13a)의 다른 한쪽 표면(즉, 제2표면)에 출력기어(12)의 치(12a)를 통해 차량 관성력 및 구름 저항이 전달된다.
여기서 상기 제1표면은 입력기어(11)의 회전방향을 기준으로 슬리브 기어치(13a)의 뒷면이고, 상기 제2표면은 입력기어(11)의 회전방향을 기준으로 슬리브 기어치(13a)의 앞면이다.
그리고, 감속 주행 시에는 구동장치(20)가 구동륜(24)을 일정치 이상으로 감속시키기 위해 입력기어(11)의 속도가 출력기어(12)의 속도보다 감소한다. 따라서 도그클러치(10)를 체결하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬리브 기어치(13a)의 제1표면에 출력기어(12)의 치(12a)를 통해 구동륜(24)의 제동 토크 및 구름 저항이 작용하게 되고, 슬리브 기어치(13a)의 제2표면에 입력기어(11)의 치(11a)를 통해 구동장치(20)의 관성력 및 회생제동력이 작용하게 된다.
이러한 도그클러치(10)는, 입력기어(11)의 치(11a)와 슬리브(13)의 기어치(13a) 사이에 존재하는 백래시로 인해 가속 주행 및 감속 주행 시 치간 충돌 및 충격소음이 발생할 수 있다.
제어부(30)는, 도그클러치(10)의 체결 시에 백래시로 인해 발생하는 치간 충돌을 방지하기 위해, 가속 주행 및 감속 주행 시 상기 백래시를 제거할 수 있도록 속도 동기화 제어를 수행함으로써 슬리브(13)가 입력기어(11)와 출력기어(12)를 완전 체결시킬 때 치간 충돌을 방지할 수 있도록 한다.
첨부한 도 8은 본 발명에 따른 도그클러치의 가속 주행 시 체결 방법을 나타낸 순서도이고, 도 9a 및 도 9b는 슬리브가 미팅 위치에 도달한 상태를 나타낸 도면이고, 도 10a 및 도 10b는 슬리브가 체결 위치에 도달한 상태를 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 주행 중 운전자 요구토크를 정해진 제1임계토크와 비교한다(S10). 상기 제1임계토크는 도그클러치(10)의 체결을 필요로 하는 토크값으로 정해질 수 있다. 즉, 상기 제1임계토크는 2륜 구동만으로는 운전자 요구토크를 만족하지 못하는 토크값으로 정해질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1임계토크는 차량의 종가속도가 일정치 이상 발생하여 도그클러치(10)의 체결이 요구되는 토크값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 상기 구동장치(20)가 전륜모터인 경우, 후륜모터의 구동력만으로 운전자 구동 요구토크를 만족시킬 수 없으면, 전륜모터의 구동력을 더 이용하기 위해 도그클러치(10)의 체결이 필요하게 된다.
이에 운전자 요구토크가 상기 제1임계토크 이상이면 가속 주행 중 도그클러치(10)의 체결이 요구되는 것으로 판단하고, 도그클러치(10)의 출력속도 즉, 출력기어(12)의 속도를 추정하여 산출한다(S12). 이때 출력기어(12)의 추정 속도는 구동륜(24)의 속도 정보를 기초로 추정할 수 있다.
그리고 상기 출력기어(12)의 추정 속도를 기초로 입력기어(11)의 목표 동기화 속도를 결정한다(S14). 구체적으로 상기 출력기어(12)의 추정 속도와 오프셋 속도를 합한 값(추정 속도 + 오프셋 속도)으로 상기 목표 동기화 속도를 연산한다.
상기 오프셋 속도는 도그클러치(10)의 체결 시 입력기어(11)와 슬리브(13)의 치 사이에 백래시를 제거하기 위한 값으로 정해질 수 있다. 상기 목표 동기화 속도를 결정할 때 백래시의 제거를 위한 오프셋 속도를 고려함으로써, 즉 상기 목표 동기화 속도를 계산할 때 출력기어(12)의 추정 속도와 오프셋 속도를 합한 값으로 계산하여 결정함으로써, 슬리브(13)가 체결 위치로 이동할 때 입력기어(11)의 치(11a) 표면과 슬리브(13)의 기어치(13a) 표면이 서로 접촉한 상태로 슬리브(13)가 슬라이드 이동을 할 수 있게 된다.
이를 위해 가속 주행 중일 때의 오프셋 속도는, 목표 동기화 속도를 출력기어(12)의 추정 속도보다 더 큰 값으로 설정하기 위해 양수(positive) 값으로 결정된다. 즉, 가속 주행 중에 도그클러치(10)의 체결이 요구되는 경우 상기 오프셋 속도를 이용하여 목표 동기화 속도를 출력기어(12)의 추정 속도보다 높은 값으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 가속 주행 중일 때의 오프셋 속도는, 구동륜(24)의 속도 정보, 슬리브(13)의 기어치(13a)의 개수와 면적 정보, 도그클러치(10)의 체결 시 입력기어(11)와 출력기어(12)의 치(11a,12a) 및 슬리브(13)의 기어치(13a) 간 마찰면적과 마찰계수 및 마찰면에 가해지는 수직항력 정보를 기초로 사전에 결정할 수 있다. 구체적으로 구동륜(24)의 속도, 슬리브(13)의 기어치(13a)의 개수 및 면적을 기초로 최소 오프셋 속도를 연산할 수 있다. 그리고, 상기 최소 오프셋 속도와 더불어 입력기어(11)와 출력기어(12)의 치(11a,12a) 및 슬리브(13)의 기어치(13a) 간 마찰면적과 마찰계수 및 마찰면에 가해지는 수직항력에 기초하여 도그클러치(10)의 체결 시 요구되는 오프셋 속도를 결정할 수 있다. 이때, 상기 슬리브(13)의 기어치(13a)의 개수 및 면적 정보는 입력기어(11)와 출력기어(12)의 치(11a,12a,13a)의 개수 및 면적 정보로 대체될 수 있고, 상기 마찰면에 가해지는 수직항력은 슬리브 액추에이터(15)의 작동전류에 기초하여 연산할 수 있다.
다음, 상기 입력기어(11)가 상기 목표 동기화 속도를 추종하도록 하기 위해 구동장치(20)를 작동시킨다(S16). 이를 위해 구동장치(20)의 토크 출력을 제어하여 구동장치(20)가 목표 토크를 출력하도록 한다. 이때 상기 목표 토크는 상기 목표 동기화 속도에 따라 결정된다.
예를 들어, 차량 제어기(31)는 구동장치(20)의 목표 토크 지령을 모터 제어기(32)에 전송하고, 모터 제어기(32)는 차량 제어기(31)로부터 받은 토크 지령에 따라 구동장치(20)의 토크 출력을 제어한다.
상기 구동장치(20)가 목표 토크를 출력하도록 구동됨에 따라 입력기어(11)가 목표 동기화 속도를 추종하게 된다. 이에 구동장치(20)의 토크 출력을 제어한 다음, 입력기어(11)의 실제 속도를 상기 목표 동기화 속도와 비교한다(S18).
입력기어(11)의 실제 속도가 목표 동기화 속도에 도달하면, 입력기어(11)의 속도를 목표 동기화 속도 값으로 유지시키기 위해 구동장치(20)의 0(zero) 토크 출력을 위한 제어를 수행한다(S20).
입력기어(11)의 실제 속도가 목표 동기화 속도에 도달하면, 구동장치(20)가 0 토크를 출력하도록 구동장치(20)의 출력 제어를 수행함으로써 입력기어(11)의 속도를 목표 동기화 속도로 유지한다.
이때 구동장치(20)의 회전관성을 보상하기 위해, 구동장치(20)는 실제 0(zero) 보다 작은 토크(즉, 보상토크)를 출력하도록 제어될 수 있다.
상기 구동장치(20)가 0 토크를 출력하는 무부하 상태에서, 슬리브 액추에이터(15)의 구동 전류를 제어하여 슬리브(13)를 미팅 위치로 이송한다(S22).
상기 슬리브 액추에이터(15)는 홀 센서가 내장되어 있어서 홀 카운트(hall count) 정보를 차량 제어기(31)에 전송할 수 있으며, 차량 제어기(31)는 홀 카운트 정보에 기초하여 슬리브(13)의 위치를 판단할 수 있다. 이에 차량 제어기(31)는 슬리브 액추에이터(15)의 구동전류를 제어하여 슬리브(13)의 이동 위치를 결정할 수 있다. 즉, 슬리브 액추에이터(15)는 차량 제어기(31)의 전류 지령에 따라 슬리브(13)를 소정 위치로 이동시킬 수 있다.
슬리브(13)는 상기 미팅 위치에서 입력기어(11)와 서로 맞물리지 않고 맞닿은 상태가 된다. 즉, 슬리브(13)가 상기 미팅 위치에 도달할 때 슬리브(13)의 기어치(13a)가 입력기어(11)의 치(11a)와 서로 맞물리지 않고 맞닿아 있는 미체결 상태가 된다.
이렇게 슬리브(13)가 미팅 위치에 도달한 상태에서, 입력기어(11)의 실제 속도와 출력기어(12)의 실제 속도를 비교하여 입력기어(11)와 출력기어(12)의 속도 동기화 여부를 판단한다(S24).
슬리브(13)가 미팅 위치에 도달하여 입력기어(11)와 맞닿게 되면, 슬리브(13)와 입력기어(11)가 속도 차이로 인해 슬립 및 마찰이 발생하고, 그 마찰에 의해 속도 차이가 감소하면서 속도 동기화가 된다.
이에 입력기어(11)의 실제 속도와 출력기어(12)의 실제 속도가 동기화되면, 슬리브 액추에이터(15)의 전류 제어를 통해 슬리브(13)를 체결 위치까지 이송하여 도그클러치(10)의 체결을 완료한다(S26).
상기 체결 위치는 입력기어(11)와 출력기어(12)의 완전 결합을 위한 위치이다. 따라서, 슬리브(13)가 상기 체결 위치에 도달함에 따라 입력기어(11)와 출력기어(12)는 일체로 회전 가능한 상태가 된다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 슬리브(13)가 입력기어(11)와 서로 치합되지 않고 맞닿게 되는 미팅 위치에 도달한 상태에서, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 슬리브(13)가 체결 위치로 이송하게 되면, 슬리브(13)의 회전방향을 기준으로 슬리브 기어치(13a)의 앞면이 입력기어(11)의 치(11a)와 접촉한 상태로 슬리브(13)가 입력기어(11)측으로 슬라이드 이동하게 된다.
다시 말해 슬리브(13)는, 입력기어(11)와 출력기어(12)의 결합을 위한 체결 위치까지 이동할 때, 슬리브(13)의 기어치(13a) 표면이 입력기어(11)의 치(11a) 표면과 접촉한 상태로 상기 체결 위치까지 슬라이드 이동하게 된다.
이때 도 10b에 보듯이, 슬리브 기어치(13a)의 앞면이 입력기어(11)의 치(11a)와 접촉한 상태로 도그클러치(10)의 체결이 이루어짐으로써, 체결 완료 후 슬리브(13)와 입력기어(11)의 치면 충돌에 의한 충격소음이 발생하지 않게 된다.
즉, 슬리브 기어치(13a)의 앞면이 입력기어(11)의 치(11a)와 접촉한 상태로 도그클러치(10)의 체결이 이루어짐으로써, 상기 슬리브(13)가 체결 위치로 이동한 후 가속 주행에 의한 치면 충돌이 발생하지 않게 된다.
상기 구동장치(20)는 도그클러치(10)의 체결이 요구되기 전(즉, 2륜 구동 시)에는 미구동되는 정지 상태를 유지한다.
첨부한 도 11은 본 발명에 따른 도그클러치의 감속 주행 시 체결 방법을 나타낸 순서도이고, 도 12a 및 도 12b는 슬리브가 미팅 위치에 도달한 상태를 나타낸 도면이고, 도 13a 및 도 13b는 슬리브가 체결 위치에 도달한 상태를 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 주행 중 회생제동 요구토크를 정해진 제2임계토크와 비교한다(S30). 상기 제2임계토크는 도그클러치(10)의 체결을 필요로 하는 토크값으로 정해질 수 있다. 즉, 상기 제2임계토크는 2륜 구동만으로는 회생제동 요구토크를 만족하지 못하는 토크값으로 정해질 수 있다.
구체적으로, 상기 제2임계토크는 차량의 종감속도가 일정치 이상 발생하는 것으로 판단되는 토크값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 상기 구동장치(20)가 전륜모터인 경우 후륜모터를 이용한 회생제동만으로 회생제동 요구토크를 만족시킬 수 없는 경우, 전륜모터의 회생제동을 더 이용하기 위해 도그클러치(10)의 체결이 필요하게 된다.
이에 운전자 제동 요구토크가 상기 제2임계토크 이상이면 감속 주행 중 도그클러치(10)의 체결이 요구되는 것으로 판단하고, 도그클러치(10)의 출력속도 즉, 출력기어(12)의 속도를 추정하여 결정한다(S32). 이때 출력기어(12)의 추정 속도는 구동륜(24)의 속도 정보를 기초로 추정할 수 있다.
그리고 상기 출력기어(12)의 추정 속도를 기초로 입력기어(11)의 목표 동기화 속도를 결정한다(S34). 구체적으로 상기 출력기어(12)의 추정 속도와 오프셋 속도를 합한 값(추정 속도 + 오프셋 속도)으로 상기 목표 동기화 속도를 연산한다.
상기 오프셋 속도는 도그클러치(10)의 체결 시 입력기어(11)와 슬리브(13)의 치 사이에 백래시를 제거하기 위한 값으로 정해질 수 있다. 상기 목표 동기화 속도를 결정할 때 백래시의 제거를 위한 오프셋 속도를 고려함으로써, 즉 상기 목표 동기화 속도를 출력기어(12)의 추정 속도와 오프셋 속도를 합한 값으로 계산함으로써, 슬리브(13)가 체결 위치로 이동할 때 입력기어(11)의 치(11a) 표면과 슬리브(13)의 기어치(13a) 표면이 서로 접촉한 상태로 슬리브(13)가 슬라이드 이동을 할 수 있게 된다.
이를 위해 감속 주행 중일 때의 오프셋 속도는, 목표 동기화 속도를 출력기어(12)의 추정 속도보다 더 작은 값으로 설정하기 위해 음수(negative) 값으로 결정한다. 즉, 감속 주행 중에 도그클러치(10)의 체결이 요구되는 경우 상기 오프셋 속도를 이용하여 목표 동기화 속도를 출력기어(12)의 추정 속도보다 낮은 값으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 감속 주행 중일 때의 오프셋 속도는, 가속 주행 중일 때와 동일한 정보를 기초로 사전에 결정할 수 있다.
다음, 상기 입력기어(11)가 상기 목표 동기화 속도를 추종하도록 하기 위해 구동장치(20)를 작동시킨다(S26). 이를 위해 구동장치(20)의 토크 출력을 제어하여 구동장치(20)가 목표 토크를 출력하도록 한다. 이때 상기 목표 토크는 상기 목표 동기화 속도에 따라 결정된다.
예를 들어, 차량 제어기(31)는 구동장치(20)의 목표 토크 지령을 모터 제어기(32)에 전송하고, 모터 제어기(32)는 차량 제어기(31)로부터 받은 토크 지령에 따라 구동장치(20)의 토크 출력을 제어한다.
상기 구동장치(20)가 목표 토크를 출력하도록 구동됨에 따라 입력기어(11)는 목표 동기화 속도를 추종하게 된다. 이에 입력기어(11)의 실제 속도를 상기 목표 동기화 속도와 비교한다(S38).
입력기어(11)의 실제 속도가 목표 동기화 속도에 도달하면, 입력기어(11)의 속도를 목표 동기화 속도 값으로 유지시키기 위해 구동장치(20)의 0(zero) 토크 출력 제어를 수행한다(S40).
입력기어(11)의 실제 속도가 목표 동기화 속도에 도달하면, 구동장치(20)가 0 토크를 출력하도록 구동장치(20)의 출력 제어를 수행함으로써 입력기어(11)의 속도를 목표 동기화 속도로 유지한다.
상기 구동장치(20)가 0 토크를 출력하는 무부하 상태에서, 슬리브 액추에이터(15)의 구동 전류를 제어하여 슬리브(13)를 미팅 위치로 이송한다(S42).
슬리브(13)는 상기 미팅 위치에서 입력기어(11)와 서로 맞물리지 않고 맞닿은 상태가 된다. 즉, 슬리브(13)가 상기 미팅 위치에 도달할 때 슬리브(13)의 기어치(13a)가 입력기어(11)의 치(11a)와 서로 맞물리지 않고 맞닿아 있는 미체결 상태가 된다.
이렇게 슬리브(13)가 미팅 위치에 도달한 상태에서, 입력기어(11)의 실제 속도와 출력기어(12)의 실제 속도를 비교하여 입력기어(11)와 출력기어(12)의 속도 동기화 여부를 판단한다(S44).
상기 슬리브(13)가 미팅 위치에 도달하여 입력기어(11)와 맞닿게 되면, 슬리브(13)와 입력기어(11)가 속도 차이로 인해 슬립 및 마찰이 발생하고, 그 마찰에 의해 속도 차이가 감소하면서 속도 동기화가 이루어지게 된다.
이에 입력기어(11)의 실제 속도와 출력기어(12)의 실제 속도가 동기화되면, 슬리브 액추에이터(15)의 전류 제어를 통해 슬리브(13)를 체결 위치까지 이송하여 도그클러치(10)의 체결을 완료한다(S46).
상기 체결 위치는 입력기어(11)와 출력기어(12)의 완전 결합을 위한 위치이다. 따라서, 슬리브(13)가 상기 체결 위치에 도달함에 따라 입력기어(11)와 출력기어(12)가 일체로 회전 가능한 상태가 된다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 슬리브(13)가 입력기어(11)와 서로 치합되지 않고 맞닿게 되는 미팅 위치에 도달한 상태에서, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 슬리브(13)를 체결 위치로 이송하게 되면, 슬리브(13)의 회전방향을 기준으로 슬리브 기어치(13a)의 뒷면이 입력기어(11)의 치(11a)와 접촉한 상태에서 슬리브(13)가 입력기어(11)측으로 슬라이드 이동하게 된다.
이때 도 13b에 보듯이, 상기 슬리브 기어치(13a)의 뒷면이 입력기어(11)의 치(11a)와 접촉한 상태로 도그클러치(10)의 체결이 이루어짐으로써, 체결 완료 후 상기 슬리브(13)와 입력기어(11)의 치면 충돌에 의한 충격소음이 발생하지 않게 된다.
즉, 슬리브 기어치(13a)의 뒷면이 입력기어(11)의 치(11a)와 접촉한 상태로 도그클러치(10)의 체결이 이루어짐으로써, 슬리브(13)가 체결 위치로 이동한 후 감속 주행 시 치면 충돌이 발생하지 않게 된다.
참고로, 상기 구동장치(20)는 도그클러치(10)의 체결이 요구되기 전에는 구동륜(24)의 역기전력이 인가되지 않는 정지 상태를 유지한다.
이와 같이 본 발명에 따른 도그클러치 체결 방법에 의하면, 슬리브(13)가 미팅 위치로 이동할 때 입력기어(11)가 오프셋 속도를 포함한 목표 동기화 속도를 추종하게 됨으로써 상대적으로 슬리브(13)보다 더 회전된 위치에서 상기 미팅 위치에 도달하게 되며, 그에 따라 슬리브(13)가 체결 위치로 이동하기 전에 슬리브(13)의 기어치(13a)가 입력기어(11)의 치(11a)와 접촉하는 상태로 슬라이드 이동가능한 위치에 위치하게 되고, 결과적으로 슬리브(13)가 체결 위치로 이동할 때 슬리브(13)가 입력기어(11)에 치면 접촉 상태로 슬라이드 이동하여 치합됨으로써, 가속 주행 시나 감속 주행 시에 백래시로 인한 기어치 간 충돌 및 충격소음을 방지할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 또한 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예일뿐이므로 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 전륜 2 : 후륜
3 : 전륜모터 4 : 후륜모터
5 : 도그클러치 6 : 프론트 디퍼렌셜
7 : (프론트) 구동축 8 : 리어 디퍼렌셜
9 : (리어) 구동축 10 : 도그클러치
11 : 입력기어 11a : 치
12 : 출력기어 12a : 치
13 : 슬리브 13a : 기어치
15 : 슬리브 액추에이터
20 : 구동장치 21 : 감속기
22 : 디퍼렌셜 23 : 구동축
24 : 구동륜 25 : 휠 스피드 센서
30 : 제어부 31 : 차량 제어기
32 : 모터 제어기

Claims (8)

  1. 구동장치와 연결된 입력기어와, 구동륜과 연결된 출력기어, 및 상기 출력기어에 조립된 상태로 상기 입력기어와 출력기어를 결합시키거나 분리시키는 슬리브를 포함하는 도그클러치의 체결 방법으로서,
    주행 중 도그클러치의 체결 요구 시, 상기 입력기어의 목표 동기화 속도를 상기 출력기어의 추정 속도와 오프셋(offset) 속도를 합한 값으로 결정하는 단계;
    상기 입력기어가 상기 목표 동기화 속도를 추종하도록 상기 구동장치를 작동하는 단계;
    상기 입력기어의 실제 속도가 목표 동기화 속도에 도달하면, 상기 슬리브를 상기 입력기어와 맞닿는 미팅(meeting) 위치로 이송시키는 단계;
    상기 입력기어의 실제 속도와 출력기어의 실제 속도가 동기화되면 상기 슬리브를 입력기어와 출력기어의 결합을 위한 체결 위치까지 이송시키는 단계;
    를 포함하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력기어의 실제 속도가 목표 동기화 속도에 도달할 때, 상기 구동장치가 0(zero) 토크를 출력하도록 하기 위한 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    감속 주행 중에 상기 도그클러치의 체결이 요구되면, 상기 오프셋 속도를 음수(negative) 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    가속 주행 중에 상기 도그클러치의 체결이 요구되면, 상기 오프셋 속도를 양수(positive) 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬리브를 입력기어와 출력기어의 결합을 위한 체결 위치까지 이송시킬 때, 상기 슬리브는 슬리브의 기어치 표면이 입력기어의 치 표면과 접촉한 상태로 상기 체결 위치까지 슬라이드 이동하게 되는 것을 특징으로 하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력기어의 추정 속도는 구동륜의 속도 정보를 기초로 산출하는 것을 특징으로 하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 출력기어에 축방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되어 상기 출력기어와 일체로 회전하도록 된 것을 특징으로 하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동장치는 전륜의 구동력을 발생하는 전륜모터와 후륜의 구동력을 발생하는 후륜모터 중 하나인 것을 특징으로 하는 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법.
KR1020200179390A 2020-12-21 2020-12-21 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법 KR20220089089A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200179390A KR20220089089A (ko) 2020-12-21 2020-12-21 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법
US17/550,428 US11619272B2 (en) 2020-12-21 2021-12-14 Dog clutch engagement method of electric four-wheel drive vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200179390A KR20220089089A (ko) 2020-12-21 2020-12-21 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220089089A true KR20220089089A (ko) 2022-06-28

Family

ID=82022091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200179390A KR20220089089A (ko) 2020-12-21 2020-12-21 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11619272B2 (ko)
KR (1) KR20220089089A (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7489887B2 (ja) * 2020-10-05 2024-05-24 株式会社クボタ ギヤトランスミッション
DE102021122500A1 (de) * 2021-08-31 2023-03-02 Dana Belgium N.V. Verfahren zum Auskuppeln einer Kupplungsvorrichtung und elektrischer Antriebsstrang

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09196128A (ja) * 1996-01-23 1997-07-29 Seiko Epson Corp 電気自動車の変速駆動装置及び変速駆動方法
WO2007058571A1 (en) * 2005-11-17 2007-05-24 Volvo Construction Equipment Holding Sweden Ab Method for performing gear shifting
DE102009055242B4 (de) * 2009-12-23 2024-02-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Einkuppeln einer Klauenkupplung zum Antrieb einer Achse eines Kraftfahrzeuges
WO2015129693A1 (ja) * 2014-02-28 2015-09-03 日産自動車株式会社 ４輪駆動車のクラッチ制御装置
WO2016198510A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-15 Borgwarner Torqtransfer Systems Ab Dog clutch having a sensor system

Also Published As

Publication number Publication date
US20220194224A1 (en) 2022-06-23
US11619272B2 (en) 2023-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109496185B (zh) 动力装置
US20180022342A1 (en) Hybrid vehicle
KR20220089089A (ko) 사륜 구동 전동화 차량의 도그클러치 체결 방법
JPH11313404A (ja) 自動車の動力伝達装置
EP3683078B1 (en) Control system to eliminate powertrain backlash
WO2020065800A1 (ja) 電動車両の制御方法および電動車両の駆動システム
JP6585473B2 (ja) 自動駐車制御装置
US11007870B2 (en) Four-wheel drive vehicle
JP2007331418A (ja) ハイブリッド車両の駆動装置及び制御装置
US9707952B2 (en) Stopping control apparatus for vehicle
KR20150044135A (ko) 싱크로 타입의 전기식 시프트 트랜스퍼 케이스의 변속충격 방지장치와 그 제어방법
KR20220017539A (ko) 전기 모터를 구비한 자동차 및 그를 위한 파킹 기어 해제 방법
JP3770262B2 (ja) 車両の駆動力制御装置
JP7010392B2 (ja) 車両の制御装置
CN111206996B (zh) 用于控制机动车辆中的发动机的方法
US10933879B2 (en) Controlling the powertrain of a vehicle
KR20210126211A (ko) 차량의 도그 클러치 체결 방법
JP2020102925A (ja) 車両用変速機の制御装置
KR20220075467A (ko) 전기자동차의 레졸버 오프셋 학습을 위한 모터 토크 제어 방법
WO2023074197A1 (ja) 動力伝達装置の制御装置
WO2024062836A1 (ja) 車両制御システム
JP2024053197A (ja) ４輪駆動車及び駆動装置
KR20210153212A (ko) 디스커넥터 시스템의 제어 방법
US20230331095A1 (en) Control device
JP2018192879A (ja) 電力回生装置