KR20240000645A - 사륜구동 차량 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

사륜구동 차량 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20240000645A
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wheel drive
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drive line
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케빈 엠. 크리스텐슨
올리버 블래이크 랜달
크리스토퍼 제임스 부드로우
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워언 오토모티브 엘엘씨
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Abstract

차량의 사륜구동 구동트레인을 동작시키기 위한 방법들 및 시스템들이 제공된다. 일 예시에서, 방법은 사륜구동 모드에서 이륜구동 모드로의 설정 전환에 반응하여, 2차 구동라인에 출력되는 트랜스퍼 케이스 토크를 더 낮은 제1레벨로 줄이는 단계 및 상기 2차 구동라인의 분리 디바이스를 분리하는 단계; 상기 더 낮은 제1레벨에서 더 높은 제2레벨로 상기 출력된 트랜스퍼 케이스 토크를 지속시간 동안 증가시키는 단계; 및 상기 지속시간 이후에, 상기 트랜스퍼 케이스 토크를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

사륜구동 차량 제어 시스템 및 방법{FOUR-WHEEL DRIVE VEHICLE CONTROL SYSTEM AND METHODS}
본 출원은 개괄적으로 차량 시스템 내 사륜구동 및 이륜구동 간의 전환(shift)을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 "사륜구동 차량 제어 시스템 및 방법" 이라는 명칭으로 2016년 2월 5일에 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 62/292.130에 대한 우선권을 청구하며 해당 출원의 전체 내용은 모든 목적을 위한 참조 자료로 본 출원에 통합된다.
근래 차량들은 보통 이륜구동 및 사륜구동 모드 둘 다 포함하되, 동력(power)은 이륜구동 모드 내 이륜 및 사륜구동 모드 내 사륜에 선택적으로 분배될 수 있다. 크기가 다른 차량들은 보통 사륜구동 모드로 전환하여 여러 가지 견인 조건들 중에 향상된 핸들링을 보장하도록 이륜구동 및 사륜구동을 포함하지만, 여전히 연료 소비를 줄이고 소모되는 동력을 줄이기 위해 더 작은 견인이 요구될 때 이륜구동으로 전환할 수 있다.
전환 가능한 구동 모드를 가진 차량들의 경우, 액슬(axle) 및 샤프트(shaft)와 같은 구동 트레인(powertrain) 부품들을 연결하고 분리하기 위한 디바이스들 및 시스템들이 필요하다. 예를 들어, 이륜 및 사륜구동 모드들을 모두 포함하고 있는 많은 차량들은 엔진에서 출력되는 동력을 전륜 및 후륜으로 선택적으로 배분하기 위해 트랜스퍼 케이스(transfer case)를 포함한다. 특히 클러치와 같은 트랜스퍼 케이스 디스커넥트(transfer case disconnect)는 이륜 및 사륜구동 모드들 간의 전환을 위한 트랜스퍼 케이스 내 또는 근처에 포함될 수 있다. 이륜구동 모드에서, 트랜스퍼 케이스 디스커넥트는 2차 구동라인으로의 토크 전달을 단절시키기 위해 2차 구동라인과 분리되어 토크를 1차 구동라인 및 그 바퀴들(즉, 전륜 또는 후륜)에만 제공할 수 있다. 트랜스퍼 케이스 및 디스커넥트는 엔진에 의해 출력된 동력을 이륜구동 모드 중에는 바퀴들 중 두 바퀴 즉, 전륜 또는 후륜 그리고 사륜구동 모드일 때에는 전체 사륜에 전달할 수 있다.
일부 차량 구동 트레인은 휠 단부에, 하나 이상의 액슬에, 또는 구동 샤프트들 중 하나를 따라 배치되는 것과 같이 다양한 구역에 배치되어 더 많은 목표 토크를 사륜 각각에 전달하도록 추가적인 분리 디바이스들(disconnect device)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동 트레인은 프론트(front) 또는 리어(rear) 액슬에 있는 각각의 휠에 토크를 선택적으로 전달하기 위해 프론트 및/또는 리어 액슬에 분리 디바이스들을 포함할 수 있다. 특히, 추가적인 분리 디바이스들은 2차 구동라인에 포함될 수 있다. 사륜구동 모드 중, 2차 구동라인 디스커넥트는 2차 구동라인의 부품들 중 트랜스퍼 케이스에서 전달된(received) 토크를 더 배분한다. 예를 들어, 2차 구동라인 디스커넥트는 2차 구동라인의 휠들 중 오직 하나 또는 2차 구동라인의 휠들 둘 다 중 하나에 선택적으로 토크를 전달하도록 트랜스퍼 케이스와 2차 구동라인의 휠들 중 하나 사이에 배치될 수 있다. 프론트 및/또는 리어 액슬에 하나 이상의 분리 디바이스들을 포함함으로써 액슬의 휠들 각각에 전달되는 토크의 상대적인 양이 다양할 수 있다. 분리 디바이스들은 보통 두 개의 샤프트들과 같이 두 개의 회전 가능한 부품들을 연결하거나 분리하기 위해 이동할 수 있는 클러치의 일부 형태를 포함한다. 예를 들어, 분리 디바이스들은 모터, 전자기 코일(electromagnetic coil) 또는 두 개의 회전 가능한 부품들을 연결 또는 분리하기 위해 클러치를 이동시키는 다른 액츄에이터를 포함할 수 있다. 분리 시스템들의 사용을 통해 구동 조건들 및 운전자의 요구에 따라 서로 다른 구동 모드들 간의 전환력을 포함함으로써 차량들의 용도가 더 다양해질 수 있다.
일반적으로, 4x2 모드로의 전환이 명령될 때, 트랜스퍼 케이스 클러치는 프론트 또는 리어 액슬 중 하나로의 토크 전달을 중단하기 위해 분리 위치로 이동한다. 더 나아가, 4x2 모드로 전환하거나 해당 모드일 때, 마찰 손실 및 연료 소비를 줄이기 위해 분리 디바이스들의 분리가 요구될 수 있다. 그러나 본 출원의 발명자들은 트랜스퍼 케이스 클러치가 분리될 때 2차 구동 라인에 배치된 분리 디바이스들을 분리할 필요가 없다는 것을 발견했다. 따라서 2차 구동라인 분리 디바이스들은 트랜스퍼 케이스 클러치가 분리된 후에 계속 연결되어 있을 수 있으며 본 출원에서 그것을 "핀치 토크(pinch torque)"라고 한다. 마찬가지로, 프로펠러 샤프트(propeller shaft), 차동장치(differential) 및 하나 이상의 하프 샤프트들(half shaft)과 같이 연결된 분리 디바이스들에 의해 결합되어 있는 구동라인의 부품들은 4x2 모드일 때 계속해서 회전할 수 있다. 따라서 트랜스퍼 케이스가 4x2 모드로 전환될 때 연결된 분리 디바이스들에 의해 연결된 회전하는 구동라인 부품들을 통해 발생되는 증가된 마찰 손실로 인해 분리 디바이스들이 분리되지 못하는 예시들에서 연료 소비는 증가될 수 있다.
본 출원의 발명자들은 이러한 문제들을 해결하기 위해 다양한 접근법들을 개발하였다.
그러므로 일 예시에서, 분리 시스템들과 관련된 상기 문제들은 사륜구동 모드에서 이륜구동 모드로의 설정 전환에 반응하여: 2차 구동 라인으로의 트랜스퍼 케이스 토크 출력을 더 낮은 제1레벨로 감소시키는 단계 및 2차 구동라인의 분리 디바이스를 분리하는 단계; 지속시간 동안 트랜스퍼 케이스 토크 출력을 더 낮은 제1레벨에서 더 높은 제2레벨로 올리는 단계; 그리고 지속기간 이후에 트랜스퍼 케이스 토크를 감소시키는 단계를 포함하여 적어도 부분적으로 해결될 수 있다.
이와 같은 방식으로, 클러치가 연결되어 있을 때 구동라인 디스커넥트 클러치에 출력되는 토크를 증가시켜서 클러치는 분리 위치로 풀어질(released) 수 있다. 따라서 최초로 출력된 토크를 줄이는 단계 이후 구동라인 디스커넥트 클러치에 출력된 토크를 증가시키는 단계는 디스커넥트 클러치가 맞물림에서 해제되고, 디스커넥트 두 개의 회전하는 샤프트들을 분리하는 것을 보장한다. 구체적으로, 구동라인 디스커넥트 클러치 칼라(collar) 톱니는 샤프트들 중 하나와의 맞물림에서 벗어나 원활하게 움직일 수(slide) 있고 잔여 토크로 인해 끼이지 않으며 분리 위치로 미끄러지거나 전환하는 것이 막히지 않을 수 있다. 트랜스퍼 케이스 토크의 단순한 증가는 잔여 토크가 전혀 없는 구동라인 디스커넥트 클러치 칼라를 풀어서 원활하게 지체 없이 전환시킨다. 이륜구동 모드 중 디스커넥트 클러치를 분리하여 마찰 저항 손실 및 그에 따른 연료 소비가 감소될 수 있다.
상기 요약은 이하 상세한 설명에서 더 설명되는 개념의 일부를 간소화된 형태로 소개하기 위해 도입된 것으로 이해되어야 한다. 이 요약은 청구되는 특허 대상의 핵심 또는 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않고, 상기 특허 대상의 범위는 상세한 설명의 뒤에 오는 청구항들에 의해 고유하게 규정된다. 더 나아가, 상기 청구되는 특허 대상은 상기 또는 본 명세서의 임의의 부분에 있는 임의의 단점들을 해결하는 구현들에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 대표적인 구동 트레인의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량의 대표적인 구동 트레인 제어 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 도 1에 도시된 구동 트레인과 같은 차량의 구동 트레인을 제어하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 차량 운전자의 인풋을 바탕으로 도 1에 도시된 구동 트레인과 같은 차량의 구동 트레인을 제어하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 차량 운전 파라미터들을 바탕으로 도 1에 도시된 구동 트레인과 같은 차량의 구동 트레인을 제어하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 미끄러짐(slip event)이 감지될 때 사륜구동 모드로 전환시키는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 도 1에 도시된 구동 트레인과 같은 차량 구동 트레인의 전자기 분리 디바이스의 동작을 제어하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 사륜구동 모드로 전환하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 이륜구동 모드에서 사륜구동 모드로의 전환 중 2차 구동라인 부품에 적용되는 토크의 대표적인 변화를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 이륜구동 모드로 전환하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 사륜구동 모드에서 이륜구동 모드로의 전환 중 2차 구동라인 부품에 적용되는 토크의 대표적인 변화를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 차량 동작 중 2차 구동라인 부품에 적용되는 토크의 대표적인 변화를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 도 1에 도시된 구동 트레인과 같은 차량 구동 트레인의 트랜스퍼 케이스의 동작을 제어하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 도 1에 도시된 구동 트레인과 같은 차량 구동 트레인의 방향 구동 모드를 판단하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 도 1에 도시된 구동 트레인과 같은 차량 구동 트레인에서 이륜구동과 사륜구동 모드들 간에 전환할 때 전환 에러를 식별하는 대표적인 방법의 흐름도를 도시한다.
있다. 그리고 방법(1500)은 1506에서 1508로 진행할 수 있다.
1506에서 피드백 오류가 심각한 경우, 방법(1500)은 1506에서 오류 피드백 표시를 켜는 단계를 포함하는 1510으로 진행한다. 따라서, 차량 운전자는 심각한 오류 피드백을 전달받을 수 있다. 그리고 방법(1500)은 돌아간다. 그러나, 1506에서 오류 피드백이 심각하지 않은 경우, 방법(1500)은 1506에서 1512로 진행하고 오류 피드백 표시는 꺼진다. 그리고 방법(1500)은 돌아간다.
따라서, 4x4와 4x2 모드들 사이에 전환할 때 트랜스퍼 케이스 토크를 우선 감소시킨 다음에 증가시켜서 트랜스퍼 케이스 디스커넥트와 하나 이상의 휠들 사이에 배치된 디스커넥트는 분리 위치로 이동될 수 있고 디스커넥트의 클러치 칼라의 토크 로크 상황들은 감소될 수 있다. 마찬가지로, 이것은 트랜스퍼 케이스 디스커넥트가 분리될 때 디스커넥트가 분리되는 것을 보장할 수 있다. 마찬가지로 마찰 견인 손실 및 연료 소비가 감소될 수 있다.
본 명세서에 공개된 구성들 및 루틴들은 사실상 예시들이며 다수의 변형들이 가능하기 때문에 이 특정한 실시예들은 한정하는 의미로 간주되지 않는 것으로 인정될 것이다. 본 발명의 특허 대상은 본 명세서에서 공개되는 다양한 시스템들 및 구성들 및 다른 특징들, 기능들 및/또는 속성들의 모든 신규하고 비자명한 결합들 및 하위 결합들을 포함한다.
아래 청구항들은 특히 신규하고 비자명한 것으로 간주되는 특정한 결합들 및 하위 결합들을 언급한다. 이 청구항들은 "하나의" 요소 또는 "제1"요소 또는 그의 등가물을 칭할 수 있다. 이와 같은 청구항들은 하나 이상의 그와 같은 요소들의 통합을 포함하며, 둘 이상의 그와 같은 요소들을 필요로 하거나 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 공개된 특징들, 기능들, 요소들 및/또는 속성들의 다른 결합들 및 하위 결합들은 본 청구항들의 보정 또는 본 또는 관련 출원에서의 새로운 청구항들의 제시를 통해 청구될 수 있다. 또한 그와 같은 청구항들은 최초 청구항들에 대해 범위가 더 넓거나, 협소하거나, 동일하거나 상이할지라도, 또한 본 발명의 특허 대상 내에 포함되는 것으로 간주된다.

Claims (3)

  1. 엔진;
    트랜스퍼 케이스;
    상기 엔진에 구동하면서 결합되고, 제1쌍의 휠들을 포함하는 1차 구동라인;
    상기 트랜스퍼 케이스를 통해 상기 엔진에 선택적으로 결합되고, 제2쌍의 휠들을 포함하는 2차 구동라인;
    상기 2차 구동라인에 배치된 2차 구동라인 디스커넥트; 및
    이륜구동 모드에서 사륜구동 모드로의 전환이 설정될 때 상기 엔진과 2차 구동라인을 연결하는 단계 및
    상기 사륜 구동 모드에서 상기 이륜 구동 모드로의 전환이 설정될 때, 상기 2차 구동라인과 엔진을 다시 분리하기 전에, 지속시간 동안 분리하고 나서 다시 연결하는 단계를 위한, 휘발성 메모리에 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들을 가진 컨트롤러;를 포함하는 차량 구동라인:을 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 이륜 구동 모드에서 상기 사륜 구동 모드로의 전환이 설정될 때 상기 구동라인 디스커넥트를 연결하는 단계; 및
    상기 사륜 구동 모드에서 상기 이륜 구동 모드로의 전환이 설정될 때 상기 구동라인 디스커넥트를 분리하는 단계를 위한 휘발성 메모리에 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 케이스는 트랜스퍼 케이스 디스커넥트를 포함하되, 상기 트랜스퍼 케이스 디스커넥트는 상기 엔진 및 상기 2차 구동라인을 연결할 때 상기 트랜스퍼 케이스 디스커넥트에 공급되는 전력의 양을 증가시켜 연결 위치로 이동되며, 상기 트랜스퍼 케이스 디스커넥트가 상기 연결 위치 쪽으로 조절됨에 따라 상기 2차 구동라인에 전달되는 토크의 양이 증가하고, 상기 2차 구동라인과 상기 엔진을 분리할 때 상기 트랜스퍼 케이스 디스커넥트에 공급되는 전력의 양을 줄여서 상기 트랜스퍼 케이스 디스커넥트는 분리 위치로 이동되고, 상기 2차 구동라인에 전달되는 토크의 양은 상기 트랜스퍼 케이스 디스커넥트가 상기 분리 위치 쪽으로 조절됨에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 시스템.
KR1020237043730A 2016-02-05 2017-01-30 사륜구동 차량 제어 시스템 및 방법 KR20240000645A (ko)

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