KR101063499B1 - 상용차량의 축 스핀 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상용차량에서 축 속도의 연산을 통해 필드 상황, 공기압, 타이어 마모에 의한 축 스핀을 인식하여 엔진의 출력토크를 제어함으로써 리어 액슬 인터디프의 파손을 방지하도록 하는 것이다.

본 발명은 변속기 출력축의 차속과 2,4축의 휠속도를 검출하여 일정시간 단위로 평균화하는 과정, 변속기 출력축의 차속과 2,4축의 휠속도를 비교하여 축 스핀이 발생되는지 판단하는 과정, 축 스핀이 발생되면 휠속도를 보정하여 차속으로 인식하고, ASR제어에 적용하는 과정, 상기 축 스핀이 발생되는 것으로 판정되고, 4축과 2축의 속도 차이가 설정 차속 이상이면 3축 스핀 발생으로 판정하여 엔진 출력토크를 제한 제어하는 과정을 포함한다.

상용차량, 2,4축 휠속도, 축 스핀, 엔진 출력토크 제한, 차속보정

Description

상용차량의 축 스핀 제어장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING SPIN SHAFT OF A COMMERCIAL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 상용차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축 속도의 연산을 통해 필드 상황, 공기압, 타이어 마모에 의한 축 스핀을 인식하여 엔진의 출력토크를 제어함으로써 리어 액슬 인터디프의 파손을 방지하도록 하는 상용차량의 축 스핀 인식장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 버스나 대형 트럭 등의 상용차량에는 빙판길이나 비포장도로와 같이 마찰력이 적은 노면의 주행에서 타이어 스핀이 과도하게 발생할 경우 브레이크를 작동하여 타이어 스핀을 제어함으로서 탈출성을 증대시키는 ABS(Anti-lock Brake Sysyem)기능과 함께 ASR(Anti Spin Regular)기능이 장착된다.

통상적으로 대형트럭의 경우 후2축에 ASR기능을 사용하고 있으며 후2축 타이어중 하나의 타이어가 스핀하게 되면 ASR기능이 작동되어 탈출성을 높여준다.

ABS기능 및 ASR기능을 안정되게 실행시키기 위해서는 모든 타이어(전/후)에 타이어 스핀을 감지할 수 있는 휠속센서와 각 휠의 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어할 수 있는 모듈레이터(Modulator) 장착된다.

ABS기능 및 ASR기능이 장착되는 종래의 상용차량은 휠속도의 인식이 차량의 개발단계에서 설정된(Setting)된 값이 적용되어 출고 후 운행에 따라 학습 및 보정이 적용되지 않는다.

타이어의 마모는 운행거리, 필드 상황, 축 중량, 운전 습관, 운행 조건 등의 영향을 받고, 각 축별로 타이어의 마모 정도가 각기 상이하게 발생되며 타이어의 마모에 따라 타이어 동반경이 작아진다.

타이어가 신품인 경우, 예를 들어 12R225 타이어의 동반경은 0.522m이나, 타이어 트레드가 거의 없어질 때까지 사용하는 필드 조건에서는 타이어 동반경이 0.5m 수준이 되어 변속기 출력축의 펄스를 카운하여 검출되는 차속과 휠속센서의 펄스를 카운하여 검출되는 차속은 타이어 신품인 조건과 차이가 발생한다.

통상적으로 피구동축인 1,2축에 대비하여 구동축인 3,4축의 타이어 마모가 많이 발생하며, 3축 타이어의 수명이 1, 2축 타이어의 수명과 대비하여 1/2 ~ 3/4 수준이고, 타이어 가격도 1,2축 타이어가 3,4축 타이어와 대비하여 대략적으로 2배수준으로 비싸다.

상기와 같이 운행에 따른 타이어 마모와 타이어의 공기압에 따라 타이어 동반경 차이가 발생하므로, 변속기 출력축의 펄스를 이용하는 차속과 휠속센서의 펄스를 이용하는 차속에 차이가 발생하여 ASR기능의 작동시점에서 차이가 발생한다.

즉, 타이어의 마모, 공기압의 조건이 반영되지 못한 차속의 인식으로 인하여 타이어의 스핀을 보정하는 ASR기능의 작동에 오류가 발생되며, 이에 따라 리어 액슬 인터디프의 파손을 유발시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 축 속도의 연산을 통해 필드 상황, 공기압, 타이어 마모에 의한 축 스핀을 인식하여 속도 차이를 실시간 보정하고, ASR기능에 적용하여 ASR기능의 실행에 안정성 및 신뢰성을 제공하며, ASR기능의 실행에 따라 엔진의 출력토크를 제한 제어함으로써 리어 액슬 인터디프의 파손을 방지하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 상용차량의 축 스핀 제어장치는, 차륜에 각각 장착되며 2축 좌/우륜과 4축 좌/우륜의 휠속도를 검출하는 휠속센서; 차륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 모듈레이터; 변속기의 출력축 펄스를 카운터하여 차속을 검출하는 차속센서; 변속기 출력축의 차속과 휠속센서의 차속을 비교하여 축 스핀이 발생되는지를 판단하고 축 스핀이 발생이 판단되면 보정값을 적용하여 차속을 인식하고, 인식되는 차속을 적용하여 ASR기능을 제어하는 전자브레이크 제어기; 상기 전자브레이크 제어기와 연동하여 엔진의 출력토크를 제한 제어하는 엔진 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 사용차량의 축 스핀 제어방법은, 변속기 출력축의 차속과 2,4축의 휠속도를 검출하여 일정시간 단위로 평균화하는 과정; 변속기 출력축의 차속과 2,4축의 휠속도를 비교하여 축 스핀이 발생되는지 판단하는 과정; 축 스핀이 발생되면 휠속도를 보정하여 차속으로 인식하고, ASR제어에 적용하는 과 정; 상기 축 스핀이 발생되는 것으로 판정되고, 4축과 2축의 속도 차이가 설정 차속 이상이면 3축 스핀 발생으로 판정하여 엔진 출력토크를 제한 제어하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 상용차량에서 타이어 마모, 공기압의 차이, 필드 상황에 관계없이 각 축별 속도가 정확하게 인식되어 ASR기능이 실행됨으로써, 안정성 및 신뢰성이 제공되고, 엔진의 출력토크가 제한 제어됨으로서 리어 액슬 인터디프의 안정성을 제공하는 효과가 제공된다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

이외에 상용차량에는 거동 제어를 위한 더 많은 다양한 검출수단이 제공되고 있으나, 본 발명에 직접적으로 관련되지 않는 요소들은 통상의 구성 및 기능이 적용되므로 이들에 대한 구체적인 구성 및 기능에 대해서는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상용차량의 축 스핀 보정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

본 발명은 복수개의 휠속센서(11,12,21,22)와, EBS(Electric Brake System ; 30), 복수개의 모듈레이터(41,42,51,52), 가속페달센서(60), 차속센서(70), 엔진제어부(80) 및 표시부(90)를 포함한다.

상기 복수개의 휠속센서는 2축 좌륜의 차속(휠속도)를 검출하는 제1휠속센서(11), 2축 우륜의 차속(휠속도)를 검출하는 제2휠속센서(12), 4축 좌륜의 차속(휠속도)를 검출하는 제3휠속센서(21), 4축 우륜의 차속(휠속도)를 검출하는 제4휠속센서(22)를 포함한다.

EBS(30)는 변속기 출력축의 펄스로부터 검출되는 차속과 제1 내지 제4휠속센서(11,12,21,22)에서 검출되는 차속을 비교 분석하여, 타이어 마모나 공기압 차이, 필드 상황 등에 의한 축 스핀이 발생되는지를 판단하고 축 스핀이 발생되는 경우 보정값을 적용하여 차속을 인식하고, 인식되는 차속을 적용하여 각 축별 차륜의 ASR기능을 제어한다.

상기 EBS(30)는 3축에서 축 스핀이 발생되는 것으로 판정되는 경우 좌륜 혹은 우륜 중 어느 차륜에서 스핀이 발생되는지를 확인할 수 없어 ASR기능을 통해 브레이크 제어를 실행할 수 없으므로 엔진의 출력토크를 제한 제어한다.

즉, 엔진의 구동력을 대략 40% 정도 저하되도록 제어하여 타이어 스핀을 많이 저감시키며, 운전자에게 차동기어 잠금 기능이나 휠 잠금 기능을 유도한다.

모듈레이터는 상기 EBS(30)의 제어에 따라 각 차륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하여 제동이 실행되도록 한다.

상기 모듈레이터는 1,2축 좌륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압 을 제어하는 제1모듈레이터(41), 1,2축 우륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 제2모듈레이터(42), 3,4축의 좌륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 제3모듈레이터(51), 3,4축의 우륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 제4모듈레이터(52)로 구성된다.

가속페달센서(60)는 운전자에 의해 작동되는 가속페달의 변위를 검출하여 그에 대한 정보를 EBS(30)에 공급한다.

차속센서(70)는 변속기의 출력축 펄스를 카운터하여 차속을 검출한 다음 그에 대한 정보를 EBS(30)에 제공한다.

엔진제어부(80)는 상기 EBS(30)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진의 출력토크를 제한 제어한다.

즉, EBS(30)에서 3축의 스핀이 판단되는 경우 인가되는 제어신호에 따라 엔진의 출력토크를 제한 제어한다.

표시부(90)는 EBS(30)의 거동 제어에 대한 제반적인 동작을 제어한다,

전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명에서 축 스핀을 인식하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 상용차량이 시동 온 주행상태에서(S101) EBS(30)는 변속기의 출력축 펄스를 카운터하는 차속센서(70)로부터 변속기의 속도(차속)를 검출하고, 2축의 좌륜 및 우륜에 장착되어 제1,2휠속센서(11,12)로부터 2축의 휠속도(차속)를 검출하며, 4축의 좌륜 및 우륜에 장착되는 제3,4휠속센서(21,22)로부터 4축의 휠속고(차속)을 검출한다(S102).

상기 2축 좌/우륜 휠속도(KPH) = 제1,2휠속센서(11,12)의 신호 × 타이어 동반경 × 설정된 상수값의 연산으로 검출되고, 4축 좌/우륜 휠 속도(KPH) = 제3,4휠속센서(21,22)의 신호 × 타이어 동반경 × 설정된 상수값의 연산으로 검출된다.

그리고, 변속기 출력 속도 = (3축 휠속도 + 4축 휠속도) / 2 = [{(3축 좌륜 휠속도 + 3축 우륜 휠속도) / 2} + {(4축 좌륜 휠속도 + 4축 우륜 휠속도) / 2}] / 2의 관계가 형성된다.

그리고, 2축 휠속도 = (2축 좌륜 휠속도 + 2축 우륜 휠속도) / 2 = 변속기 출력 속도(타이어 스핀 미발생시) = 4축 휠속도 (타이어 스핀 미발생시) ≠ 4축 휠속도(타이어 스핀 발생시)의 관계가 형성된다.

이후, 차속센서(70)와 제1 내지 제4휠속센서(11,12,21,22)에서 검출되는 차속을 설정시간 단위, 예를 들어 100초 단위로 평균한 다음(S103) 2축 휠속도에서 변속기의 출력속도를 차 연산한 값이 설정된 기준속도(AKPH), 예를 들어 2KPH 이상인지를 판단한다(S104).

상기 S104의 판단에서 2축 휠속도에서 변속기의 출력속도를 차 연산한 값이 설정된 기준속도(AKPH) 이상이면 2축에서 스핀이 발생하는 것으로 판정하고(S105) 2축 속도 보정값을 결정한다(S106).

그리고, 2축 속도 보정값을 2축의 휠속도(차속)으로 인식하여 ASR 제어에 적용한다(S107).

그러나, 상기 S104의 판단에서 상기 2축 휠속도에서 변속기의 출력속도를 차 연산한 값이 설정된 기준속도(AKPH) 이상이 아니면 4축 휠속도에서 변속기의 출력 속도를 차 연산한 값이 설정된 기준속도(AKPH), 예를 들어 2KPH 이상인지를 판단한다(S108).

상기 S108의 판단에서 4축 휠속도에서 변속기의 출력속도를 차 연산한 값이 설정된 기준속도(AKPH) 이상이면 4축에서 스핀이 발생하는 것으로 판정하고(S109) 4축 속도 보정값을 결정한다(S110).

그리고, 4축 속도 보정값을 4축의 휠속도(차속)으로 인식하여 ASR 제어에 적용한다(S111).

상기 각 축별 타이어 상황에 따른 휠속도 보정은 예를 들어 다음과 같이 실행된다.

신품 타이어의 경우 3,4축 타이어의 동반경은 0.522m(업체 제시값)이며, 타이어 100% 마모 상태에서의 동반경은 0.500m라는 가정에서 타이어 1회전시 3,4축의 제3,4휠속센서에서 검출되는 펄스값은 256이다.

신품 타이어 1회전시 3.28m(2*π*R) 거리를 이동하며, 속도센서 펄스는 256회 발생한다. 타이어 마모가 심한 상태에서는 타이어 1회전시 3.14m가 이동하며 신품 타이어와 4.2%의 속도차이가 발생한다.

8 × 4 덤프트럭의 경우 신품타이어 장착시 3,4축 휠 속도가 50KPH이라면 휠속도센서 펄스가 240RPM정도가 되고 변속기 출력축의 속도센서 펄스는 340RPM(값을 몰라서 추정한 값임) 정도이며, 1,2축 휠속센서 펄스가 240RPM이라고 가정을 하자.

일정기간 운행하여 1,2축 타이어는 50% 수준으로 마모되었고 3,4축 타이어는 100% 수준으로 마모되어 타이어 동반경이 0.511m과 0.500m로 변형된 상태가 되면, 구동축 3,4축의 차속은 4.2% 속도가 줄어든 47.9KPH로 변하였음에도 휠속센서값은 240RPM이며, 변속기 출력축의 속도센서 펄스는 변화없이 340RPM을 유지하게 된다.

1,2축 타이어는 3,4축과 같은 속도인 47.9KPH로 움직이나, 50% 타이어 마모에 따라 차속은 48.9KPH에 해당하는 234RPM을 인식하게 된다.

즉, 타이어 마모에 따라 1,2축과 3,4축의 휠 속도 펄스값이 2.1% 변하게 된다.

또한, 3,4축 타이어 마모로 신품 타이어로 교체시 3,4축은 50KPH의 240RPM, 변속기 출력축의 펄스는 340RPM이지만 1,2축 타이어는 51.1KPH에 해당하는 245RPM 인식하게 된다.

1,2축 타이어가 100% 마모된 상태 및 3,4축이 신품 타이어인 경우는 1,2축 타이어는 52.1KPH에 해당하는 250RPM, 3,4축 타이어는 50KPH에 해당하는 240RPM을 인식하게 된다.

이와 같은 경우 1,2축의 휠속센서의 펄스값이 실제는 234RPM이 발생하지만, 1,2축의 휠 속도를 240RPM으로 보정하여 같은 속도로 운행하고 있다는 명령을 EBS(30)에 제공하여 실속도 차이에 의한 기능의 오류를 줄이고자 한다.

또한, 상기한 바와 같이 변속기의 출력속도, 2축 휠속도, 4출 휠속도를 검출하여(S112), 변속기의 출력속도에서 2축 휠속도를 차 연산한 값이 설정된 기준속도(AKPH), 예를 들어 2KPH 이상인지 판단한다(S113).

상기 S113의 연산에서 속도차가 기준속도(AKPH) 이상이면 4축 휠속도에서 2축 휠속도를 차 연산한 값이 기준속도(AKPH), 예를 들어 2KPH 이상인지를 판단한 다(S114).

상기 S114의 연산에서 속도차가 기준속도(AKPH) 이상이면 3축의 스핀이 발생되고 있는 것으로 판단하여 EBS(30)는 엔진제어부(80)를 연동시켜 엔진의 출력토크를 제한 제어함으로써, 리어 액슬 인터디프가 파손되는 것을 방지하여 준다.

이상에서 본 발명의 실시예에 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 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상용차량의 축 스핀 인식장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 상용차량에서 축 스핀 인식에 따른 축거동 제어절차를 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11,12,21,22 : 휠속센서 30 : EBS(Electric Brake System)

41,42,51,52 : 모듈레이터 60 : 가속페달센서

70 : 차속센서 80 : 엔진제어부

Claims (6)

1. 차륜에 각각 장착되며, 2축 좌/우륜과 4축 좌/우륜의 휠속도를 검출하는 휠속센서;

   차륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 모듈레이터;

   변속기의 출력축 펄스를 카운터하여 차속을 검출하는 차속센서;

   변속기 출력축의 차속과 휠속센서의 차속을 비교하여 축 스핀이 발생되는지를 판단하고 축 스핀이 발생이 판단되면 보정값을 적용하여 차속을 인식하고, 인식되는 차속을 적용하여 ASR기능을 제어하는 전자브레이크 제어기;

   상기 전자브레이크 제어기와 연동하여 엔진의 출력토크를 제한 제어하는 엔진 제어부;

   포함하는 상용차량의 축 스핀 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모듈레이터는,

   1,2축 좌륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 제1모듈레이터;

   1,2축 우륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 제2모듈레이터;

   3,4축의 좌륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 제3 모듈레이터;

   3,4축의 우륜에 장착되는 브레이크 실린더에 공급되는 유압을 제어하는 제4모듈레이터;

   를 포함하는 상용차량의 축 스핀 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전자브레이크 제어기는,

   3축의 축 스핀이 판정되면 엔진의 출력토크를 제한 제어하여 구동력을 설정량 만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 상용차량의 축 스핀 제어장치.
4. 변속기 출력축의 차속과 2,4축의 휠속도를 검출하여 일정시간 단위로 평균화하는 과정;

   변속기 출력축의 차속과 2,4축의 휠속도를 비교하여 축 스핀이 발생되는지 판단하는 과정;

   축 스핀이 발생되면 휠속도를 보정하여 차속으로 인식하고, ASR제어에 적용하는 과정;

   상기 축 스핀이 발생되는 것으로 판정되고, 4축과 2축의 속도 차이가 설정 차속 이상이면 3축 스핀 발생으로 판정하여 엔진 출력토크를 제한 제어하는 과정;

   을 포함하는 상용차량의 축 스핀 제어방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 변속기의 출력축 차속과 2축의 휠속도를 비교하여 설정 차속 이상이면 2축 스핀 발생으로 판정하는 상용차량의 축 스핀 제어방법.
6. 제4항에 있어서,

   상기 변속기의 출력축 차속과 4축의 휠속도를 비교하여 설정 차속 이상이면 4축 스핀 발생으로 판정하는 상용차량의 축 스핀 제어방법.

Images