KR101546629B1 - 전륜 차량의 전자식 lsd 토크 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 자동차의 좌우 휠의 회전 불균형을 탈출함과 동시에 선회 성능 저하를 방지할 수 있는 LSD 토크 제어 방법이 개시된다.
일 예로, 센서부에 의해 획득된 좌측 및 우측 휠 속도를 통해 제어부에서 휠 슬립량을 계산하고 설정값보다 큰지를 판단하는 휠 슬립량 계산 단계; 상기 휠 슬립량이 설정값보다 큰 경우, 센서부에 의해 획득된 스티어링 각도를 통해 각도가 0인지 아닌지를 판단하는 스티어링 각도 판단 단계; 상기 스티어링 각도가 0이 아닐 경우, 제어부에서 최대 제어 토크를 계산하고 LSD(limited slip differential)로 전송하여 휠의 토크를 제어하는 최대 토크 계산 및 출력 단계; 상기 제어부에서 최소 제어 토크를 계산하고 LSD로 전송하여 휠의 토크를 제어하는 최소 토크 계산 및 출력 단계; 상기 제어부에서 휠 슬립량 변화량을 계산하여 그 값이 0 미만인지 아닌지를 판단하는 휠 슬립량 변화량 판단 단계; 및 상기 휠 슬립량 변화량이 0 미만일 경우 최대 토크를 출력하는 최대 토크 출력 단계를 포함하고, 상기 최대 토크 출력 단계 이후 다시 상기 휠 슬립량 계산 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법이 개시된다.

Description

전륜 차량의 전자식 LSD 토크 제어 방법 {method of controlling torque of electronic type limited slip differential for front-wheel drive vehicle}

본 발명은 전륜 차량의 전자식 LSD 토크 제어 방법에 관한 것이다.

차동제한장치(LSD, limited slip differential)란 차동장치의 차동작용이 제한되도록 하는 장치를 말한다. 보다 구체적으로, 차동장치는 자동차가 회전할 때와 같이 엔진의 동력을 좌우 구동바퀴에 차이를 두어 전달하도록 한다. 만약 구동바퀴의 한 쪽이 모래에 빠지게 되면, 차동장치는 대부분의 동력을 바진 쪽 바퀴에 전달해 빠진 바퀴는 더 빠른 회전을 하면서 계속 헛돌게 되며, 반대로 바지지 않은 바퀴에는 동력이 거의 전달되지 않아 동력을 많이 받는 바퀴만 점점 더 빠져들어 결국 헤어나오지 못하는 현상이 발생한다. 차동제한장치는 이러한 차동장치의 단점을 해결해주는 장치이다.

한편, 전륜 전자식 차동제한장치는 전륜에서 발생하는 좌우 동력 차이를 줄여 보다 안정적인 코너링이 가능하도록 한다. 하지만 전륜에 장착되기 때문에 높은 토크로 제어 시에는 운전자가 의도한 조향 방향으로 선회하는 것을 방해하게 되며, 토크를 줄여주면 회전은 가능하지만 전륜의 좌우 비대칭 탈출이 어려워진다는 단점이 있다.

본 발명은 자동차의 좌우 휠의 회전 불균형을 탈출함과 동시에 선회 성능 저하를 방지할 수 있는 LSD 토크 제어 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 LSD 토크 제어 방법은 센서부에 의해 획득된 좌측 및 우측 휠 속도를 통해 제어부에서 휠 슬립량을 계산하고 설정값보다 큰지를 판단하는 휠 슬립량 계산 단계; 상기 휠 슬립량이 설정값보다 큰 경우, 센서부에 의해 획득된 스티어링 각도를 통해 각도가 0인지 아닌지를 판단하는 스티어링 각도 판단 단계; 상기 스티어링 각도가 0이 아닐 경우, 제어부에서 최대 제어 토크를 계산하고 LSD(limited slip differential)로 전송하여 휠의 토크를 제어하는 최대 토크 계산 및 출력 단계; 상기 제어부에서 최소 제어 토크를 계산하고 LSD로 전송하여 휠의 토크를 제어하는 최소 토크 계산 및 출력 단계; 상기 제어부에서 휠 슬립량 변화량을 계산하여 그 값이 0 미만인지 아닌지를 판단하는 휠 슬립량 변화량 판단 단계; 및 상기 휠 슬립량 변화량이 0 미만일 경우 최대 토크를 출력하는 최대 토크 출력 단계를 포함하고, 상기 최대 토크 출력 단계 이후 다시 상기 휠 슬립량 계산 단계로 되돌아갈 수 있다.

여기서, 상기 휠 슬립량 계산 단계에서 휠 슬립량이 기설정된값 이하이면 단계를 종료할 수 있다.

그리고 상기 휠 슬립량은 좌측 휠 속도와 우측 휠 속도 차이의 절대값으로 계산될 수 있다.

또한, 상기 최대 제어 토크 및 최소 제어 토크는 아래의 수학식에 의해 계산될 수 있다.

최대 제어 토크 = (a×휠 슬립량) + (b×스티어링 각도)

최소 제어 토크 = (a×휠 슬립량) - (b×스티어링 각도)

(여기서, a는 상수이며, b는 변수이다.)

또한, 상기 휠 슬립량 변화 단계에서 휠 슬립량 변화량이 0 이상일 경우 다시 상기 최대 토크 계산 및 출력 단계 및 최소 토크 계산 및 출력 단계가 이루어질 수 있다.

또한, 상기 최대 토크 계산 및 출력 단계와 최소 토크 계산 및 출력 단계는 10ms의 주기로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 스티어링 각도 판단 단계에서 스티어링 각도가 0일 경우, 아래의 수학식에 의해 제어 토크가 계산되어 휠의 토크를 제어하는 토크 계산 및 출력 단계가 이루어질 수 있다.

제어 토크 = (a×휠 슬립량)

(여기서, a는 상수이다.)

또한, 상기 토크 계산 및 출력 단계 이후 상기 휠 슬립량 계산 단계가 이루어질 수 있다.

본 발명에 의한 LSD 토크 제어 방법은 자동차 좌우 휠의 회전 불균형을 탈출함과 동시에 선회 성능 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 방법 중 최대 토크 및 최소 토크 계산시의 변수 b의 연산 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어시 시간에 따른 휠 슬립량 및 입력 토크를 도시한 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 장치는 센서부(10), 제어부(20) 및 LSD(30)를 포함한다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 LSD는 차량의 전륜에 설치되는 것을 기준으로 설명하나, 후륜에 설치되어도 무방하다.

상기 센서부(10)는 전륜 또는 후륜의 좌측 휠 속도 센서, 우측 휠 속도 센서, 스티어링(steering) 각도 센서를 포함한다. 상기 센서부(10)는 좌측 휠, 우측 휠, 스티어링(steering) 각도에 대한 정보를 획득하고 이를 상기 제어부(20)로 전송한다.

상기 제어부(20)는 입력된 좌측 휠, 우측 휠, 스티어링 각도에 대한 정보를 바탕으로 연산하여 제어 토크를 출력하고 이를 상기 LSD(limited slip differential)(30)로 전송한다.

상기 LSD(30)는 상기 제어부(20)에 의해 입력된 제어 토크를 바탕으로 전륜 또는 후륜의 좌우 휠의 토크를 제어하고, 좌우 회전 불균형(split-mu)을 해소하는 역할을 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 방법의 흐름도이다. 이하에서는 도 1을 함께 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 방법을 설명하도록 한다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 방법은 휠 슬립량 계산 단계(S10), 스티어링 각도 판단 단계(S20), 최대 토크 계산 및 출력 단계(S30), 최소 토크 계산 및 출력 단계(S40), 휠 슬립량 변화량 판단 단계(S50), 최대 토크 출력 단계(S60)를 포함한다.

상기 휠 슬립량 계산 단계(S10)에서는 제어부(20)에서 센서부(10)에 의해 획득된 정보를 바탕으로 수학식 1을 통해 휠 슬립량을 계산한다.

[수학식 1] 휠 슬립량 = |좌측 휠 속도 - 우측 휠 속도|

그리고 상기 휠 슬립량이 기설정된값보다 크면 좌우 휠 사이에 회전수 불균형이 발생된 것으로 판단하여 상기 스티어링 각도 판단 단계(S20)로 넘어가고, 만약 휠 슬립량이 기설정된값보다 작으면 정상으로 판단하여 단계를 종료한다. 여기서, 상기 휠 슬립량이란 좌우 휠 사이의 회전수 차이를 의미한다. 즉, 정상 구동일 경우 좌우 휠의 회전수가 거의 동일하므로 휠 슬립량이 매우 적거나 없고, 좌우 휠의 회전수 차이가 클수록 휠 슬립량이 커진다. 이러한 휠의 슬립은 보통 한쪽의 바퀴가 빙판 또는 모레 등에 위치하고, 다른 한쪽의 바퀴는 정상적인 도로에 위치하게 될 경우 발생한다.

상기 스티어링 각도 판단 단계(S20)에서는 상기 제어부(20)에서 센서부(10)에 의해 획득된 정보를 바탕으로 조향 휠이 중심에 위치하는지 중심에서 벗어난 각도를 갖는지의 여부를 판단한다. 즉, 조향 휠의 스티어링 각도가 0인지 아닌지를 판단한다. 스티어링 각도가 0이 아닐 경우 상기 최대 토크 계산 및 출력 단계(S30) 및 최소 토크 계산 및 출력 단계(S40)가 이루어지고, 스티어링 각도가 0일 경우 토크 계산 및 출력 단계(S25)가 이루어진다.

상기 최대 토크 계산 및 출력 단계(S30)에서는 상기 제어부(20)가 아래의 수학식 2에 의하여 최대 제어 토크를 계산하고, 이를 LSD(30)로 전송한다.

[수학식 2] 최대 제어 토크 = (a×휠 슬립량) + (b×스티어링 각도)

여기서, a는 상수이며, b는 변수이다.

상기 LSD(30)는 수학식 2를 통해 출력된 최대 토크 값을 통해 휠의 회전을 제어한다.

상기 최소 토크 계산 및 출력 단계(S40)에서는 상기 제어부(20)가 아래의 수학식 3에 의하여 최소 제어 토크를 계산하고, 이를 LSD(30)로 전송한다.

[수학식 3] 최소 제어 토크 = (a×휠 슬립량) - (b×스티어링 각도)

여기서, a는 상수이며, b는 변수이다.

상기 LSD(30)는 수학식 3을 통해 출력된 최대 토크 값을 통해 휠의 회전을 제어한다.

상기 최대 토크 계산 및 출력 단계(S30)와 최소 토크 계산 및 출력 단계(S40)가 한번씩 이루어진 이후에는 휠 슬립량 변화량 판단 단계(S50)가 이루어진다. 여기서는 휠 슬립량 변화량을 계산함으로써 최소 제어 토크를 출력한 이후, 최소 제어 토크 출력에 의해 휠 슬립량이 다시 증가하는 것을 방지할 수 있다. 상기 휠 슬립량 변화량 계산 단계(S50)는 수학식 4에 의하여 이루어질 수 있다.

[수학식 4]

상기 수학식 4에 의하여 휠 슬립량 변화량이 0보다 크거나 같을 경우, 아직 휠 슬립량이 큰 것으로 판단하여 상기 최대 토크 계산 및 출력 단계(S30)와 최소 토크 계산 및 출력 단계(S40)를 반복한다. 이 때, 최대 제어 토크와 최소 제어 토크의 출력 주기는 10ms로 설정될 수 있으며, 이는 휠 슬립량이 계산되는 주기와 동일하다.

즉, 최대 토크 계산을 통해 좌우 휠 사이의 회전수 차이(split-mu)가 극복될 수 있으며, 최소 토크 계산을 통해 조향 성능 개선이 가능하고, 이를 반복해줌으로써 좌우 휠 사이의 회전수 차이 극복과 조향 성능 개선 효과를 동시에 얻을 수 있다.

한편, 휠 슬립량 변화량이 0보다 작을 경우, 휠 슬립량이 작아져 좌우 휠 사이의 회전수 차이가 어느정도 해소된 것으로 판단하여 마지막으로 최대 토크 출력 단계(S60)가 이루어진다.

상기 최대 토크 출력 단계(S60)에서는 수학식 2를 통해 최대 토크를 출력하여 최종적으로 휠의 슬립량을 감소시켜준다.

이후, 다시 상기 휠 슬립량 계산 단계(S10)로 되돌아가게 되며, 여기서 휠 슬립량이 설정값 이하인지를 판단하여 단계를 종료하거나, 아직 휠 슬립량이 설정값 이상이라면 상기의 단계들을 다시 반복하여 준다.

한편, 상기 스티어링 각도 판단 단계(S20)에서 스티어링 각도가 0일 경우, 토크 계산 및 출력 단계(S25)가 이루어진다. 상기 토크 계산 및 출력 단계(S25)에서는 상기 수학식 2 또는 수학식 3에 의해 제어 토크를 계산한다. 이 때, 스티어링 각도가 0이므로 수학식 2 및 수학식 3 중 어느 계산식을 사용하더라도 모두 동일한 결과값을 얻을 수 있다. 즉, 조향 휠의 회전각도가 존재하지 않으므로 단순히 휠 슬립량에 따른 제어 토크만을 출력함으로써 좌우 휠의 토크를 제어하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 방법 중 최대 토크 및 최소 토크 계산시의 변수 b의 연산 개념도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어시 시간에 따른 휠 슬립량 및 입력 토크를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 변수 b는 스티어링 각과 비례하지만 임계치 이상에서는 값의 증가를 제한시켜야 과도하게 최대 및 최소 제어 토크가 계산되는 것을 방지할 수 잇다. 여기서, 임계치는 기설정된 값으로 정해질 수 있다.

도 4를 참조하면, 시간에 따라 최대 및 최소 제어 토크를 반복하여 적용하였을 때 휠 슬립량이 감소되는 것을 볼 수 있다. 이 때, 수학식 2 및 수학식 3의 합이 “a×휠 슬립량”으로 일반적인 제어 토크량과 동일하므로, 본 발명에서는 동일한 성능으로 토크를 높이고 줄이는 것을 반복함으로써 좌우 휠 사이의 회전수 차이를 해소함과 동시에 선회도 이루어질 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 LSD 토크 제어 방법은 높은 토크로 제어해야하는 좌우 휠 사이의 회전수 차이(split-mu)를 탈출 시에 스티어링 각도에 따라 토크를 높여주고 일정 시간 후에는 토크를 줄여주는 것을 반복하여 휠 슬립량을 감소시키는 것과 동시에 조향 성능 또한 개선이 가능하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 LSD 토크 제어 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10; 센서부 20; 제어부
30; LSD

Claims (8)

1. 센서부에 의해 획득된 좌측 및 우측 휠 속도를 통해 제어부에서 휠 슬립량을 계산하고 설정값보다 큰지를 판단하는 휠 슬립량 계산 단계;
   상기 휠 슬립량이 설정값보다 큰 경우, 센서부에 의해 획득된 스티어링 각도를 통해 각도가 0인지 아닌지를 판단하는 스티어링 각도 판단 단계;
   상기 스티어링 각도가 0이 아닐 경우, 제어부에서 최대 제어 토크를 계산하고 LSD(limited slip differential)로 전송하여 휠의 토크를 제어하는 최대 토크 계산 및 출력 단계;
   상기 제어부에서 최소 제어 토크를 계산하고 LSD로 전송하여 휠의 토크를 제어하는 최소 토크 계산 및 출력 단계;
   상기 제어부에서 휠 슬립량 변화량을 계산하여 그 값이 0 미만인지 아닌지를 판단하는 휠 슬립량 변화량 판단 단계; 및
   상기 휠 슬립량 변화량이 0 미만일 경우 최대 토크를 출력하는 최대 토크 출력 단계를 포함하고,
   상기 최대 토크 출력 단계 이후 다시 상기 휠 슬립량 계산 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠 슬립량 계산 단계에서 휠 슬립량이 기설정된값 이하이면 단계를 종료하는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠 슬립량은 좌측 휠 속도와 우측 휠 속도 차이의 절대값으로 계산되는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 최대 제어 토크 및 최소 제어 토크는 아래의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법.
   최대 제어 토크 = (a×휠 슬립량) + (b×스티어링 각도)
   최소 제어 토크 = (a×휠 슬립량) - (b×스티어링 각도)
   (여기서, a는 상수이며, b는 변수이다.)
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠 슬립량 변화 단계에서 휠 슬립량 변화량이 0 이상일 경우 다시 상기 최대 토크 계산 및 출력 단계 및 최소 토크 계산 및 출력 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 최대 토크 계산 및 출력 단계와 최소 토크 계산 및 출력 단계는 10ms의 주기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 스티어링 각도 판단 단계에서 스티어링 각도가 0일 경우, 아래의 수학식에 의해 제어 토크가 계산되어 휠의 토크를 제어하는 토크 계산 및 출력 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법.
   제어 토크 = (a×휠 슬립량)
   (여기서, a는 상수이다.)
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 토크 계산 및 출력 단계 이후 상기 휠 슬립량 계산 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 LSD 토크 제어 방법.

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