KR20230134021A - 토크 벡터링 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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박재일
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 토크 벡터링 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키기 위한 TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 결정하고, 상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 TVCM의 토크를 결정함으로써, 상기 차량의 트랙션(traction) 제어를 안정적으로 수행하는 것은 물론, 상기 차량의 선회 안정성을 향상시킬 수 있는 토크 벡터링 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 이용하여 좌측 휠과 우측 휠로 배분되는 토크 비율을 조절하는 TVED(Torque Vectoring Electric Device); 및 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키도록 상기 TVCM의 토크를 결정하고, 상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

토크 벡터링 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING TORQUE VECTORING AND METHOD}
본 발명은 차량에 구비된 토크 벡터링 장치(Torque Vectoring Electric Device, TVED)를 제어하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 토크 벡터링 장치(TVED)는 차량의 민첩한 운동 성능 및 핸들링 성능을 향상시키기 위하여, 좌우측 바퀴에 전달되는 토크의 크기를 독립적이면서 자유롭게 조절하기 위한 장치이다.
여기서, 토크 벡터링이라 함은 자동차에서 바퀴로 전달되는 엔진의 출력 또는 구동력에 대하여 크기와 방향 모두를 표현하기 위한 것으로, 바퀴에 전달되는 토크의 크기와 방향, 그 중에서도 같은 차축선 상의 양측 바퀴로 각각 전달되는 토크에 변화를 주기 위한 기술을 의미한다. 즉, 토크 벡터링은 양측 바퀴로 전달되는 토크의 크기와 방향을 달리하는 것으로, 바퀴에 걸리는 부하에 따라 좌우측 바퀴로 배분되는 토크 비율이 달라지는 디퍼렌셜(Differential)에 부가적인 기능으로 적용된다.
이러한 기능을 위한 토크 벡터링 장치는 운전자의 주행의도가 반영되도록 하여 능동적으로 디퍼렌셜의 기능을 제어함으로써 좌우 바퀴로 배분되는 토크의 비율을 조절하게 된다. 이에 따라, 운전자는 구동력을 더 적극적으로 활용할 수 있고 핸들링 특성의 향상도 기대할 수 있다.
그러나 토크 벡터링 장치는 디퍼렌셜의 기본적인 기능은 그대로 유지하면서, 필요한 상황에 따라 적절한 수준의 토크를 필요한 바퀴로 필요한 만큼 전달하는 기능이 더해져야 하기 때문에 기술적으로 구현하는 것은 쉽지 않다.
최근, 토크 벡터링 장치는 내연기관을 사용하는 구동계보다 모터의 배치와 제어에 따라 토크 벡터링을 휠씬 정확하게 구현할 수 있는 전기자동차 기술이 발전하면서 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히, 환경차의 고성능화가 진행되면서, 전기자동차(EV) 등의 AWD(All Wheel Drive)의 후방 디퍼렌셜에 적용되어 고성능 환경차의 선회 성능 향상을 위한 요소 기술로의 연구개발이 활발하다.
이러한 환경차의 경우, 일반 내연기관 자동차와 다르게 트랜스퍼 샤프트와 같은 기계요소가 필요 없고, 2모터 e-AWD(All Wheel Drive) 및 전기자동차(EV)의 경우, 모터 제어 기술의 적용만으로 토크 벡터링의 구현이 가능하나, 1모터 e-AWD(All Wheel Drive)의 경우, 최적화된 후륜 동력 분배에 의한 선회 성능 향상의 실현을 위한 다양한 토크 벡터링 기술 개발이 요구된다.
이에, 1모터 e-AWD(All Wheel Drive)와 같은 고성능 환경차에 적용되어 동력 손실을 최소화하여 연비 성능을 향상시키고, 선회 주행 성능을 향상시키는 토크 벡터링 장치에 대한 개발이 진행되고 있지만, 이러한 토크 벡터링 장치를 차량의 주행상황에 맞게 적절히 제어할 수 있는 기술도 함께 개발되어야 한다.
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 발명은 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키기 위한 TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 결정하고, 상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 TVCM의 토크를 결정함으로써, 상기 차량의 트랙션(traction) 제어를 안정적으로 수행하는 것은 물론, 상기 차량의 선회 안정성을 향상시킬 수 있는 토크 벡터링 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치는, TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 이용하여 좌측 휠과 우측 휠로 배분되는 토크 비율을 조절하는 TVED(Torque Vectoring Electric Device); 및 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키도록 상기 TVCM의 토크를 결정하고, 상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 운전자의 핸들링 정보는, 조향각, 조향각속도, APS(Accel Position Sensor) 값, BPS(Brake Position Sensor) 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 차량이 선회중인 경우, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하고, 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하며, 상기 제1 토크와 상기 게인에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 차량의 구동모터의 토크에 상응하는 게인이 기록된 맵을 구비하고, 상기 맵으로부터 상기 게인을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 차량이 선회중인 경우, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하고, 타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이에 기초하여 제2 토크를 결정하며, 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하고, 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하여 제3 토크를 결정하며, 상기 제3 토크와 상기 게인에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제3 토크에 상기 게인을 곱한 결과를 상기 TVCM의 토크로서 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 차량이 선회중인 경우, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하고, 타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이에 기초하여 제2 토크를 결정하며, 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하고, 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하여 제3 토크를 결정하며, 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시키기 위한 제4 토크를 결정하고, 상기 제3 토크와 상기 제4 토크에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제3 토크와 상기 제4 토크를 합산한 결과를 상기 TVCM의 토크로서 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 차량이 직진중에 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이에 기초하여 휠슬립을 검출하고, 상기 좌측 휠속과 상기 우측 휠속 간의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 상기 TVED가 트랙션 제어를 수행하도록 상기 TVCM의 토크를 결정할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 방법은, TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 이용하여 좌측 휠과 우측 휠로 배분되는 토크 비율을 조절하는 TVED(Torque Vectoring Electric Device)를 제어하는 방법에 있어서, 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키도록 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계; 및 상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 차량이 선회하는 경우에 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하는 단계; 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하는 단계; 및 상기 제1 토크와 상기 게인에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 게인을 검출하는 단계는, 상기 차량의 구동모터의 토크에 상응하는 게인이 기록된 맵을 구비하는 단계; 및 상기 맵으로부터 상기 게인을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 차량이 선회하는 경우에 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하는 단계; 타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이에 기초하여 제2 토크를 결정하는 단계; 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하는 단계; 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하여 제3 토크를 결정하는 단계; 및 상기 제3 토크와 상기 게인에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는, 상기 제3 토크에 상기 게인을 곱한 결과를 상기 TVCM의 토크로서 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 차량이 선회하는 경우에 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하는 단계; 타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이에 기초하여 제2 토크를 결정하는 단계; 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하는 단계; 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하여 제3 토크를 결정하는 단계; 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시키기 위한 제4 토크를 결정하는 단계; 및 상기 제3 토크와 상기 제4 토크에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는, 상기 제3 토크와 상기 제4 토크를 합산한 결과를 상기 TVCM의 토크로서 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 차량이 직진중에 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는, 상기 차량이 직진중에 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이에 기초하여 휠슬립을 검출하는 단계; 및 상기 좌측 휠속과 상기 우측 휠속 간의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 상기 TVED가 트랙션 제어를 수행하도록 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치 및 그 방법은, 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키기 위한 TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 결정하고, 상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 TVCM의 토크를 결정함으로써, 상기 차량의 트랙션(traction) 제어를 안정적으로 수행하는 것은 물론, 상기 차량의 선회 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 이용되는 토크 벡터링 장치의 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 대한 구성도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 전체 동작을 나타내는 일예시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제1 예시도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제2 예시도,
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제3 예시도,
도 7 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제4 예시도,
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제5 예시도,
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치의 성능을 나타내는 일예시도,
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 방법에 대한 흐름도,
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 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. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 이용되는 토크 벡터링 장치의 구성도로서, TVCM을 구비하고 있다면 어떠한 구조를 가져도 무방하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 이용되는 토크 벡터링 장치는 구동원인 모터/제너레이터(MG)와 함께, 좌우측 출력축(OS1)(OS2) 선상에 배치되는 감속기구(10), 차동기구(20), 토크 벡터링 제어모터(TVCM), 토크 벡터링 기구(30), 및 토크 증배 기구(40)로 구성된다.
이러한 토크 벡터링 장치는 모터/제너레이터(MG)의 회전동력을 감속기구(10)에서 감속하여 차동기구(20)로 전달하고, 차동기구(20)는 좌우측 바퀴(미도시)의 회전수 차이를 흡수하면서 감속기구(10)로부터 전달된 회전동력을 좌우측 바퀴로 전달한다. 이때, 토크 벡터링 기구(30)는 선회 주행 등의 운전조건에 따라 토크 증배 기구(40)로부터 전달되는 토크 벡터링 제어모터(TVCM)의 토크를 이용하여 좌우측 바퀴로 배분되는 토크 비율을 조절하여 선회 주행 성능 등의 운전성을 향상시키게 된다. 상기 좌우측 출력축(OS1)(OS2)은 차동기구(20)와 좌우측 바퀴(미도시) 사이에 구성되는 동력 전달축으로, 통상의 좌우측 구동축을 의미할 수 있다.
상기 모터/제너레이터(MG)는 하우징(H) 일측에 고정되는 스테이터(ST)와 감속기구(10)와 동력 연결되는 로터(RT)로 구성되며, 로터(RT)를 통하여 감속기구(10)에 회전동력을 공급하는 모터의 기능과, 좌우측 바퀴로부터 전달되는 회전력에 의하여 회전하면서 전기를 생성하는 제너레이터의 기능을 동시에 수행할 수 있다.
상기 감속기구(10)는 모터/제너레이터(MG)로부터 전달되는 회전동력을 감속하여 차동기구(20)로 전달한다. 상기 감속기구(10)는 구동기어(DG), 및 아이들 기어유닛(IDGU)을 포함한다. 즉, 상기 구동기어(DG)를 통해 전달되는 모터/제너레이터(MG)의 회전동력을 아이들 기어유닛(IDGU)에서 감속하여 차동기구(20)로 전달한다. 상기 구동기어(DG)는 모터/제너레이터(MG)의 로터(RT)에 허브(3)를 통하여 고정 연결된다.
상기 아이들 기어유닛(IDGU)은 구동기어(DG)와 차동기구(20) 사이에 동력 전달 가능하도록 아이들 축(IDS) 상에 구성되는 기어비가 다른 2개의 아이들 기어(IDG1)(IDG2)를 통하여 상기 모터/제너레이터(MG)의 회전동력을 감속하여 상기 차동기구(20)에 전달한다. 즉, 상기 아이들 축(IDS)은 차동기구(10)의 외주 측에서, 상기 좌우측 출력축(OS1)(OS2)에 평행하게 배치된다.
상기 아이들 축(IDS) 상에 구성되는 2개의 아이들 기어는 아이들 입력기어(IDG1)와 아이들 출력기어(IDG2)로 이루어진다. 상기 아이들 입력기어(IDG1)는 상기 아이들 축(IDS) 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 구동기어(DG)와 외접 기어 연결된다. 상기 아이들 출력기어(IDG2)는 상기 아이들 축(IDS) 상에 고정 연결되어 상기 차동기구(20)와 동력 연결된다.
이때, 상기 아이들 기어유닛(IDGU)은 아이들 축(IDS) 상에 싱크로나이저(SL)를 구성하여 아이들 입력기어(IDG1)를 아이들 축(IDS)에 선택적으로 동기 연결하여 상기 차동기구(20)에 전달되는 모터/제너레이터(MG)의 회전동력을 연결 또는 단절하도록 한다. 즉, 상기 싱크로나이저(SL)는 상기 아이들 입력기어(IDG1)를 아이들 축(IDS)에 회전 가능하게 배치한 상태로, 상기 아이들 입력기어(IDG1)를 상기 아이들 축(IDS)에 선택적으로 동기 연결하도록 상기 아이들 입력기어(IDG1)와 상기 아이들 축(IDS) 사이에 구성된다. 여기서, 상기 싱크로나이저(SL)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 싱크로나이저(SL)에 적용되는 슬리이브(SLE)는 공지와 같이 별도의 액추에이터(미도시)를 구비하며, 상기 액추에이터는 제어유닛에 의하여 제어될 수 있다.
상기 토크 벡터링 제어모터(TVCM)는 하우징(H)의 일측에 고정되며, 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 모터로 이루어지고, 모터축 상에는 출력기어(OG)가 구성되어 토크를 출력하게 된다.
상기 토크 벡터링 기구(30)는 상기 토크 벡터링 제어모터(TVCM)로부터 출력되는 토크를 이용하여 상기 좌우측 바퀴로 배분되는 토크 비율을 조절하기 위한 기구로, 2개의 유성기어세트(PG2)(PG3)의 조합으로 구성된다. 상기 2개의 유성기어세트(PG2)(PG3)는 상기 차동기구(20)를 사이에 두고, 서로 일정 간격 이격되어 배치되는 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3)로 이루어진다.
상기 제2 유성기어세트(PG2)는 제4, 제5, 제6 회전요소(N4)(N5)(N6)를 보유하는 싱글 피니 유성기어세트로서, 제4 회전요소(N4)인 제2 선기어(S2)와, 상기 제2 선기어(S2)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제2 피니언 기어(P2)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제5 회전요소(N5)인 제2 유성캐리어(PC2)와, 상기 복수의 제2 피니언 기어(P2)와 내접 치합되어 상기 제2 선기어(S2)와 동력 연결되는 제6 회전요소(N6)인 제2 링기어(R2)를 포함한다.
상기 제3 유성기어세트(PG3)는 제7, 제8, 제9 회전요소(N7)(N8)(N9)를 보유하는 싱글 피니언 유성기어세트로서, 제7 회전요소(N7)인 제3 선기어(S3)와, 상기 제3 선기어(S3)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제3 피니언 기어(P3)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제8 회전요소(N8)인 제3 유성캐리어(PC3)와, 상기 복수의 제3 피니언 기어(P3)와 내접 치합되어 상기 제3 선기어(S3)와 동력 연결되는 제9 회전요소(N9)인 제3 링기어(R3)를 포함한다.
여기서, 상기 제4 회전요소(N4)가 제4 연결부재(CN4)를 통해 상기 제7 회전요소(N7)와 고정 연결되고, 상기 제5 회전요소(N5)가 제3 연결부재(CN3)를 통해 상기 우측 출력축(OS2)과 고정 연결되며, 상기 제6 회전요소(N6)가 제1 연결부재(CN1)를 통해 상기 토크 증배 기구(40)와 연결되어 상기 토크 벡터링 제어모터(TVCM)의 토크를 전달받는다.
또한, 상기 제8 회전요소(N8)가 제5 연결부재(CN5)를 통해 상기 좌측 출력축(OS1)과 고정 연결되며, 상기 제9 회전요소(N9)가 제6 연결부재(CN6)를 통해 하우징(H)에 고정 연결되어 상시 고정요소로 작동된다.
한편, 상기 제4 회전요소(N4)와 제7 회전요소(N7)와 고정 연결하는 제4 연결부재(CN4)는 상기 좌우측 출력축(OS1)(OS2) 선상에 평행하게 배치되며, 상기 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3)는 기어비를 동일하게 설계할 수 있다.
상기 차동기구(20)는 좌우측 바퀴의 회전수 차이를 흡수하면서 상기 감속기구(10)로부터 전달되는 회전동력을 좌우측 출력축(OS1)(OS2)에 전달한다.
상기 차동기구(20)는 파이널 기어(FG)를 통하여 상기 감속기구(10)로부터 회전동력을 전달받는 디프렌셜 케이스(DC)가 상기 토크 벡터링 기구(30)의 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3) 사이에 배치되는 디프렌셜(DIFF)로 구성된다. 즉, 상기 디프렌셜(DIFF)은 디프렌셜 케이스(DC)가 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3) 사이에 배치되어 상기 제4 회전요소(N4)와 제7 회전요소(N7)를 고정 연결하는 상기 제3 연결부재(CN4) 상에 회전 가능하게 배치된다.
이러한 디프렌셜 케이스(DC)의 내부에는 회전방향 내주면 상에 회전 가능하게 복수의 디프렌셜 기어(DFG)가 설치되고, 상기 디프렌셜 케이스(DC)의 내부 양측에서 상기 제4 연결부재(CN4) 상에 회전 가능하게 제1, 제2 사이드 기어(SG1)(SG2)가 배치되어 상기 복수의 디프렌셜 기어(DFG)와 치합된다.
여기서, 상기 제1 사이드 기어(SG1)는 제3 연결부재(CN3)를 통하여 토크 벡터링 기구(30)의 제5 회전요소(N5)와 고정 연결되어 상기 우측 출력축(OS2)과 동력 연결되고, 상기 제2 사이드 기어(SG2)는 제5 연결부재(CN5)를 통하여 토크 벡터링 기구(30)의 제8 회전요소(N8)와 고정 연결되어 상기 좌측 출력축(OS1)과 동력 연결된다.
또한, 상기 파이널 기어(FG)는 상기 디프렌셜 케이스(DC)의 회전방향 외주면 상에 형성되어 상기 감속기구(10)와 동력연결부재(TC)를 통하여 동력 연결된다. 이러한 디프렌셜(DIFF)은 상기 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3)의 상기 제4 회전요소(N4)와 제7 회전요소(N7)를 고정 연결하는 제4 연결부재(CN4) 상에 회전 가능하게 배치되어 상기 디프렌셜 케이스(DC) 내부의 제1, 제2 사이드 기어(SG1)(SG2)가 좌우측 바퀴의 회전수 차이를 흡수하면서 각각 상기 제2, 제3 유성기어세트(PG2)(PG3)의 제5, 제8 회전요소(N5)(N8)를 통해 양측 출력축(OS1)(OS2)에 회전동력을 전달한다. 상기 동력연결부재(TC)는 체인으로 이루어질 수 있으며, 금속벨트 또는 풀리벨트와 간은 벨트로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 토크 증배 기구(40)는 상기 토크 벡터링 기구(30)와 토크 벡터링 제어모터(TVCM) 사이의 상기 우측 출력축(OS2) 선상에 배치되는 제1 유성기어세트(PG1)로 이루어진다.
상기 제1 유성기어세트(PG1)는 제1, 제2, 제3 회전요소(N1)(N2)(N3)를 보유하는 싱글 피니 유성기어세트로서, 제1 회전요소(N1)인 제1 선기어(S1)와, 상기 제1 선기어(S1)의 외주 측에 방사상 등간격으로 외접 치합되는 복수의 제1 피니언 기어(P1)를 자전 및 공전이 가능하게 회전 지지하는 제2 회전요소(N2)인 제1 유성캐리어(PC1)와, 상기 복수의 제1 피니언 기어(P1)와 내접 치합되어 상기 제1 선기어(S1)와 동력 연결되는 제3 회전요소(N3)인 제1 링기어(R1)를 포함한다.
여기서, 상기 제1 회전요소(N1)가 제1 연결부재(CN1)를 통해 상기 토크 벡터링 기구(30)의 제6 회전요소(N6)와 고정 연결되고, 상기 제2 회전요소(N2)가 상기 토크 벡터링 제어모터(TVCM)와 동력 연결되고, 상기 제3 회전요소(N3)가 제2 연결부재(CN2)를 통해 하우징(H)에 고정 연결되어 상시 고정요소로 작동된다.
이러한 토크 증배 기구(40)는 제2 회전요소(N2)를 통해 토크 벡터링 제어모터(TVCM)로부터 전달되는 토크를 증배하여 상기 제1 회전요소(N1)를 통하여 상기 토크 벡터링 기구(30)의 제6 회전요소(N6)로 전달한다. 즉, 상기 제2 회전요소(N2)는 일측에 입력기어(IG)가 고정 연결되고, 상기 입력기어(IG)는 상기 토크 벡터링 제어모터(TVCM)의 모터축 상의 출력기어(OG)와 연결하는 동력연결부재(TC)를 통하여 동력 연결된다.
또한, 상기한 6개의 연결부재(CN1 ~ CN6)는 상기 유성기어세트들(PG1)(PG2)(PG3)의 회전요소 중, 복수의 회전요소를 고정적으로 연결하여 회전요소와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전부재일 수 있으며, 상기 회전요소를 하우징(H)과 선택적으로 연결하는 회전부재이거나, 또는 상기 회전요소를 하우징(H)과 직접 연결하여 고정하는 고정부재일 수 있다.
또한, 상기의 기재에서, 고정 연결(Fixedly connected) 또는 이와 유사한 용어는 좌우측 출력축(OS1)(OS2)을 포함하여 해당 연결부재를 통하여 연결된 복수의 회전요소와 해당 연결부재가 서로 회전수의 차이 없이 회전하도록 연결되는 것을 의미한다. 즉, 고정 연결된 복수의 회전요소와 해당 연결부재는 동일한 회전방향 및 회전수로 회전한다.
이러한 구성을 갖는 토크 벡터링 기구(30)는, 상기 토크 증배 기구(40)에 의해 증배된 상기 토크 벡터링 제어모터(TVCM)의 토크에 기초하여 좌우측 바퀴에 토크를 배분하는, 토크 벡터링을 수행한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치(50)는, 저장부(51), 차량 네트워크 접속부(52), TVED(Torque Vectoring Electric Device) 접속부(53), 및 제어부(Controller, 54)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치(50)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(51)는 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키기 위한 TVCM 토크를 결정하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.
저장부(51)는 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 TVCM의 토크를 결정하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다. 여기서, 운전자의 핸들링 정보는 조향각, 조향각속도, APS(Accel Position Sensor) 값, BPS(Brake Position Sensor) 값 등을 포함할 수 있다. 여기서, APS 값은 운전자가 엑셀 페달을 밟은 정도를 나타내는 값이고, BPS 값은 운전자가 브레이크 페달을 밟은 정도를 나타내는 값이다.
저장부(51)는 일반적으로 널리 알려진 차속게인맵을 저장할 수 있다.
저장부(51)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
차량 네트워크 접속부(52)는 차량 네트워크와의 접속 인터페이스를 제공하는 모듈로서, 제어부(54)는 차량 네트워크 접속부(52)를 통해 차량 네트워크로부터 다양한 정보(또는 데이터)를 수집할 수 있다. 이때, 차량 네트워크는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), 플렉스레이(FlexRay), MOST(Media Oriented Systems Transport), 이더넷(Ethernet) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 다양한 정보는 일례로 구동륜의 좌우 속도(휠속), 조향각, 조향각속도, 요레이트, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 타이어공기압, APS 값, BPS 값, 구동모터(MG)의 토크 등을 포함할 수 있다. 이때, 구동륜은 구동모터(MG)의 구동력에 의해 회전하는 바퀴를 의미한다.
TVED 접속부(53)는 TVED와의 접속 인터페이스를 제공하는 모듈로서, 제어부(54)에 의해 결정된 토크를 TVED 내 TVCM(Torque Vectoring Control Motor)로 전달할 수 있다.
제어부(54)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어부(54)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(54)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 제어부(54)는 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시키기 위한 TVCM 토크를 결정하는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다.
또한, 제어부(54)는 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 TVCM의 토크를 결정하는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 제어부(54)의 동작에 대해 살펴보기로 한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 전체 동작을 나타내는 일예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 제어부(54)는 차량 네트워크 접속부(52)를 통해 차량 네트워크로부터 수집한 주행정보와 운전자 핸들링(조작) 정보에 기초하여 차량의 주행상태가 직진 주행인지 선회 주행인지 결정할 수 있다(310, 320). 이때, 주행정보는 구동륜의 좌우 속도(휠속), 요레이트, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 타이어공기압, 구동모터(MG)의 토크 등을 포함할 수 있다. 이러한 주행정보는 제어부가(54)가 트랙션 제어를 수행하거나 핸들링 제어를 수행하는 과정에서 이용될 수 있다.
차량이 직진중인 경우, 제어부(54)는 트랙션 제어를 수행할 수 있다(330). 즉, 제어부(54)는 좌측 휠속과 우측 휠속에 기초하여 휠슬립을 검출할 수 있고, 차량이 주행중인 도로의 경사도를 추정할 수 있으며, 운전자의 요구 구동력을 산출할 수 있다. 이후, 제어부(54)는 도로의 경사도와 운전자의 요구 구동력 중 적어도 하나에 기초하여 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시키기 위한 TVCM 토크를 결정할 수 있다. 이렇게 결정된 TVCM 토크는 TVED로 전달되어 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시킬 수 있다. 여기서, 제어부(54)는 구동모터(MG)의 토크를 저감시키기 위해 차량에 구비된 MCU(Motor Control Unit)와 협조 제어를 수행할 수도 있다.
차량이 선회중인 경우, 제어부(54)는 핸들링 제어를 수행할 수 있다(340). 제1 실시예로서, 제어부(54)는 차량의 요반응성과 요댐핑을 고려하여 제1 토크를 결정하고(341), APS 값과 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하며(342), 상기 제1 토크와 상기 게인에 기초하여 TVCM 토크를 결정할 수 있다. 여기서, 제어부(54)는 상기 게인을 상기 제1 토크에 곱하여 TVCM 토크를 결정할 수 있다.
제2 실시예로서, 제어부(54)는 타겟 요레이트를 연산하고, 타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이(이하, 요레이트 에러)를 고려하여 제2 토크를 결정할 수 있다(343). 이후, 제어부(54)는 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하고, 상기 합산한 결과에 APS 값과 BPS 값에 상응하는 게인을 적용하여 제3 토크를 결정하며, 상기 제3 토크를 TVCM 토크로서 결정할 수 있다. 여기서, 제어부(54)는 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합한 결과에 상기 게인을 곱하여 TVCM 토크를 결정할 수 있다.
제3 실시예로서, 제어부(54)는 좌측 휠속과 우측 휠속에 기초하여 휠슬립을 검출하고, 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시키기 위한 제4 토크를 결정할 수 있다(344). 이후, 제어부(54)는 상기 제1 실시예에서 결정한 제3 토크 또는 제2 실시예에서 결정한 제3 토크와, 상기 제4 토크를 합산한 결과를 TVCM 토크로서 결정할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제1 예시도로서, 상기 제1 토크를 결정하는 과정을 나타낸다.
제어부(54)는 차속게인맵 상의 게인(k1)과 조향각을 곱하여 제1 결과값을 산출하고, 차속게인맵 상의 게인(k2)과 조향각속도를 곱하여 제2 결과값을 산출하며, 댐핑 플래그(Damping Flg) 상의 게인(k3)과 조향각속도를 곱하여 제3 결과값을 산출하고, 상기 제1 결과값과 상기 제2 결과값 및 상기 제3 결과값의 합을 상기 제1 토크로서 결정할 수 있다. 즉, 제어부(54)는 하기의 [수학식 1]에 기초하여 상기 제1 토크를 결정할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, k1, k2, k3는 게인으로서 상수이고, δ은 조향각, 는 조향각속도를 각각 의미한다. 이때, 조향각과 조향각속도의 곱이 0(zero) 이상이면 k3는 1이 되고, 조향각과 조향각속도의 곱이 0(zero) 미만이면 k3는 1보다 큰 값이 된다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제2 예시도로서, 상기 제2 토크를 결정하는 과정을 나타낸다.
제어부(54)는 요레이트 에러를 기반으로 언더스티어 인덱스 또는 오버스티어 인덱스를 생성하고, 상기 언더스티어 또는 상기 오버스티어에 상응하는 제2 토크를 결정할 수 있다. 일례로, 제어부(54)는 하기의 [수학식 2]에 기초하여 제2 토크를 결정할 수 있다.
[수학식 2]
여기서, 는 언더스티어 및 오버스티어 판단 조건을 나타내고, 는 타겟 요레이트를 나타내며, 는 센싱 요레이트를 나타낸다. 또한, vx는 차속, L은 휠베이스(wheelbase), δ는 조향각, 는 조향기어비(steering gear ratio)를 각각 나타낸다. 또한, vc는 특성속도로서 선회를 유지하기 위한 필요 조향각이 애커만 조향각(Ackerman steering angle)의 두배가 되는 지점의 속도를 의미한다. 참고로, vc는 중력가속도와 휠베이스의 곱을 차량 특성 인자(상수)로 나눈 값에 루트(root) 연산을 수행하여 구할 수 있다. TFB_Ctrl는 제2 토크를 의미하고, k4, k5, k6, k7은 차속게인맵 상의 게인으로서 상수이다.
제어부(54)는 조향각이 0(zero)을 초과하면 오버스티어 인덱스(OSIndex)에 k4를 곱한 결과와, 언버스티어 인덱스(USIndex)에 k5를 곱한 결과의 합을 제2 토크로서 결정할 수 있다.
제어부(54)는 조향각이 0을 초과하지 않으면 오버스티어 인덱스(OSIndex)에 k6을 곱한 결과와, 언버스티어 인덱스(USIndex)에 k7을 곱한 결과의 합을 제2 토크로서 결정할 수 있다.
한편, 제어부(54)는 센싱 요레이트가 포지티브(+)이고, 타겟 요레이트에서 센싱 요레이트를 차감한 결과가 포지티브(+)이면, 판단 조건도 포지티브(+)이므로 오버스티어로 결정한다.
제어부(54)는 센싱 요레이트가 포지티브(+)이고, 타겟 요레이트에서 센싱 요레이트를 차감한 결과가 네가티브(-)이면, 판단 조건이 네가티브(-)이므로 언더스티어로 결정한다.
제어부(54)는 센싱 요레이트가 네가티브(-)이고, 타겟 요레이트에서 센싱 요레이트를 차감한 결과가 네가티브(-)이면, 판단 조건이 포지티브(+)이므로 오버스티어로 결정한다.
제어부(54)는 센싱 요레이트가 네가티브(-)이고, 타겟 요레이트에서 센싱 요레이트를 차감한 결과가 포지티브(+)이면, 판단 조건이 네가티브(-)이므로 언더스티어로 결정한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제3 예시도로서, 상기 제3 토크를 결정하는 과정을 나타낸다.
동일 조향각으로 선회중 운전자가 엑셀을 밟는 경우 언더스티어(uder steer)가 발생하므로, 제어부(54)는 선회 외륜의 토크를 증가시키고 선회 내륜의 토크를 저감시켜야 한다. 또한, 동일 조향각으로 선회중 운전자가 브레이크를 밟는 경우(또는 회생제동 작동시) 오버스티어(over steer)가 발생하므로, 제어부(54)는 선회 외륜의 토크를 저감시키고 선회 내륜의 토크를 증가시켜야 한다.
따라서, 제어부(54)는 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하고, APS 값과 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하며, 상기 합산한 결과와 상기 게인에 기초하여 제3 토크를 결정할 수 있다. 즉, 제어부(54)는 구동모터의 토크(T)에 상응하는 게인이 기록된 제1 맵(+맵)과 구동모터의 토크(T)에 상응하는 게인이 기록된 제2 맵(-맵)을 구비하며, 상기 구동모터의 토크(T)가 0(zero)보다 크면 제1 맵을 선택하여 게인(k8)을 획득하고, 0보다 크지 않으면 제2 맵을 선택하여 게인(k9)을 획득한다. 이때, 구동모터의 토크(T)는 APS 값이 반영된 값이다. 따라서, 제어부(54)는 먼저 APS 값을 고려하고 이후 BPS 값을 고려할 수 있다. 즉, 제어부(54)는 APS 값이 반영된 구동모터의 토크(T)에 상응하는 게인을 획득하고, 이후 BPS 값이 임계치(K)를 초과하는지의 여부에 따라 상기 획득한 게인과 0(zero) 중에서 하나를 선택할 수 있다. 여기서, 제어부(54)는 하기의 [수학식 3]에 기초하여 제3 토크를 결정할 수 있다.
[수학식 3]
여기서, TAPS_BPS_Ctrl은 제3 토크를 의미하고, k8, k9는 게인으로서 상수이며, T는 구동모터(MG)의 토크이고, TFF_Ctrl은 제1 토크를 의미하며, TFB_Ctrl은 제2 토크를 의미한다. 이때, 상기 제2 토크는 주행상황에 따라 삭제될 수도 있는 값이다.
제어부(54)는 BPS 값이 임계치(K)를 초과하면 0(zero)을 제3 토크로서 결정할 수 있다. 또한, 제어부(54)는 BPS 값이 임계치(K)를 초과하지 않는 경우, 구동모터의 토크(T)가 0을 초과하면 상기 [수학식 3]의 첫번째 수식을 이용하여 제3 토크를 결정할 수 있고, 구동모터의 토크가 0을 초과하지 않으면 상기 [수학식 3]의 두번째 수식을 이용하여 제3 토크를 결정할 수 있다.
도 7 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제4 예시도로서, 상기 제4 토크를 결정하는 과정을 나타낸다.
차량이 과선회시 선회 내륜에 슬립이 발생할 가능성이 높다. 이러한 슬립으로 인해 언더스티어가 발생할 수 있고, 이는 구동력의 손실이 유발할 수 있다. 따라서, 제어부(54)는 슬립 발생시 선회 외륜에 구동력을 전달하여 차량의 운동성능을 향상시킬 수 있다. 즉, 제어부(54)는 촤즉 휠속과 우측 휠속에 기초하여 슬립을 판단하고, 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시킬 수 있는 제4 토크를 결정할 수 있다. 일례로, 제어부(54)는 하기의 [수학식 4]를 이용하여 제4 토크를 결정할 수 있다.
[수학식 4]
여기서, TDiff_Ctrl은 제4 토크를 의미하고, k10은 게인으로서 상수이며, Wheeldiff는 구동륜의 좌측 휠속과 우측 휠속의 차이를 의미한다. 또한, WheelRL은 구동륜의 좌측 휠속을 나타내고, WheelRR은 구동륜의 우측 휠속을 나타내며, 'Tread'는 구동륜의 좌측 휠과 우측 휠 사이의 거리를 의미하고, '0.5Tread'는 구동륜의 좌측 휠과 우측 휠 간 거리의 반(half)을 의미하며, 는 센싱 요레이트를 의미한다.
제어부(54)는 촤즉 휠속과 우측 휠속의 차이가 임계치를 초과하면 슬립이 발생한 것으로 결정하고, 상기 [수학식 4]에 기초하여 제4 토크를 결정할 수 있다.
결국, 제어부(54)는 상기 제3 토크와 제4 토크를 합산한 결과를 TVCM 토크로서 결정할 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 구비된 제어부의 상세 동작을 나타내는 제5 예시도로서, 제1 내지 제5 예시도와는 별개로 차량이 직진중에 적용될 수 있다.
먼저, 제어부(54)는 차량이 직진중에 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이에 기초하여 휠슬립을 검출한다(810). 이때, 제어부(54)는 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이가 임계치를 초과하면 휠슬립이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
이후, 제어부(54)는 MCU와의 협조 제어를 통해 구동모터의 토크를 저감시킨다(820).
이후, 제어부(54)는 TVED의 트랙션 제어를 위한 TVCM 토크를 결정한다(830). 이때, 제어부(54)는 슬립이 발생한 휠을 결정하고, 상기 슬립이 발생한 휠에 상응하는 TVCM 토크를 결정할 수 있다. 일례로, 제어부(54)는 하기의 [수학식 5]에 기초하여 TVCM 토크를 결정할 수 있다.
[수학식 5]
여기서, TTraction_Ctrl은 TVCM 토크를 의미하고, k11 및 k12는 게인으로서 상수이며, Axwheel_RL은 구동륜의 좌측 휠의 가속도를 의미하며, Axwheel_RR은 구동륜의 우측 휠의 가속도를 의미한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치의 성능을 나타내는 일예시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 장치에 의해 결정된 TVCM 토크를 입력받은 TVED가 토크 벡터링을 수행함으로써, 요레이트가 1차 증가하고(910) 이후 2차 증가하여(920) 요레이트가 최종 수렴(930)하는 것을 알 수 있다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 방법에 대한 흐름도로서, TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 이용하여 좌측 휠과 우측 휠로 배분되는 토크 비율을 조절하는 TVED(Torque Vectoring Electric Device)를 제어하는 과정을 나타낸다.
먼저, 제어부(54)는 차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키도록 상기 TVCM의 토크를 결정한다(1001).
이후, 제어부(54)는 상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 한다(1002).
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 벡터링 제어 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory, 1310) 및 RAM(Random Access Memory, 1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
51: 저장부
52: 차량 네트워크 접속부
53: TVED 접속부
54: 제어부

Claims (18)

  1. TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 이용하여 좌측 휠과 우측 휠로 배분되는 토크 비율을 조절하는 TVED(Torque Vectoring Electric Device); 및
    차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키도록 상기 TVCM의 토크를 결정하고, 상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 제어부
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 운전자의 핸들링 정보는,
    조향각, 조향각속도, APS(Accel Position Sensor) 값, BPS(Brake Position Sensor) 값 중 적어도 하나를 포함하는 토크 벡터링 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량이 선회중인 경우, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하고, 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하며, 상기 제1 토크와 상기 게인에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 토크 벡터링 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량의 구동모터의 토크에 상응하는 게인이 기록된 맵을 구비하고, 상기 맵으로부터 상기 게인을 검출하는 것을 특징으로 하는 토크 벡터링 제어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량이 선회중인 경우, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하고, 타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이에 기초하여 제2 토크를 결정하며, 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하고, 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하여 제3 토크를 결정하며, 상기 제3 토크와 상기 게인에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 토크 벡터링 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 토크에 상기 게인을 곱한 결과를 상기 TVCM의 토크로서 결정하는 것을 특징으로 하는 토크 벡터링 제어 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량이 선회중인 경우, 상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하고, 타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이에 기초하여 제2 토크를 결정하며, 상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하고, 상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하여 제3 토크를 결정하며, 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시키기 위한 제4 토크를 결정하고, 상기 제3 토크와 상기 제4 토크에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 토크 벡터링 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 토크와 상기 제4 토크를 합산한 결과를 상기 TVCM의 토크로서 결정하는 것을 특징으로 하는 토크 벡터링 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량이 직진중에 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이에 기초하여 휠슬립을 검출하고, 상기 좌측 휠속과 상기 우측 휠속 간의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 상기 TVED가 트랙션 제어를 수행하도록 상기 TVCM의 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 토크 벡터링 제어 장치.
  10. TVCM(Torque Vectoring Control Motor)의 토크를 이용하여 좌측 휠과 우측 휠로 배분되는 토크 비율을 조절하는 TVED(Torque Vectoring Electric Device)를 제어하는 방법에 있어서,
    차량이 직진중에 휠슬립이 발생한 경우 좌우 휠속의 차이를 감소시키도록 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계; 및
    상기 차량이 선회하는 경우 운전자의 핸들링 정보에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 운전자의 핸들링 정보는,
    조향각, 조향각속도, APS(Accel Position Sensor) 값, BPS(Brake Position Sensor) 값 중 적어도 하나를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차량이 선회하는 경우에 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는,
    상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하는 단계;
    상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하는 단계; 및
    상기 제1 토크와 상기 게인에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 게인을 검출하는 단계는,
    상기 차량의 구동모터의 토크에 상응하는 게인이 기록된 맵을 구비하는 단계; 및
    상기 맵으로부터 상기 게인을 검출하는 단계
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 차량이 선회하는 경우에 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는,
    상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하는 단계;
    타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이에 기초하여 제2 토크를 결정하는 단계;
    상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하는 단계;
    상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하여 제3 토크를 결정하는 단계; 및
    상기 제3 토크와 상기 게인에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는,
    상기 제3 토크에 상기 게인을 곱한 결과를 상기 TVCM의 토크로서 결정하는 단계
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 차량이 선회하는 경우에 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는,
    상기 조향각과 상기 조향각속도에 기초하여 제1 토크를 결정하는 단계;
    타겟 요레이트와 감지 요레이트 간의 차이에 기초하여 제2 토크를 결정하는 단계;
    상기 APS 값과 상기 BPS 값에 상응하는 게인을 검출하는 단계;
    상기 제1 토크와 상기 제2 토크를 합산하여 제3 토크를 결정하는 단계;
    좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이를 감소시키기 위한 제4 토크를 결정하는 단계; 및
    상기 제3 토크와 상기 제4 토크에 기초하여 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는,
    상기 제3 토크와 상기 제4 토크를 합산한 결과를 상기 TVCM의 토크로서 결정하는 단계
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 차량이 직진중에 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계는,
    상기 차량이 직진중에 좌측 휠속과 우측 휠속 간의 차이에 기초하여 휠슬립을 검출하는 단계; 및
    상기 좌측 휠속과 상기 우측 휠속 간의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 상기 TVED가 트랙션 제어를 수행하도록 상기 TVCM의 토크를 결정하는 단계
    를 포함하는 토크 벡터링 제어 방법.
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