4륜구동차량 transfer case의 동력 분배제어 및 성능해석

Abstract

Vehicle wheel slip은 traction force가 adhesion force보다 클 때 발생하는 현상으로, road condition과 sudden acceleration으로 인하여 발생한다. 이 현상은 vehicle의 longitudinal performance와 cornering performance에 안 좋은 영향을 주어, driver의 desired path와는 다른 주행을 발생시킬 수 있다. 이는 사고로 연결되어 승객의 안전을 위협할 수 있다. 최근 SUV(Sports Utility Vehicle)의 증가와 함께 part time 4WD(Wheel Drive) vehicle 보다 transfer case의 torque distribution을 통한 acceleration, stability, safety 등 많은 장점을 동반하고 있는 full time 4WD vehicle로 변화하고 있다. 본 연구에서는 full time 4WD vehicle의 front wheel과 rear wheel로 torque를 분배하여 주는 장치인 transfer case에서 front와 rear axle로 전달되는 torque 양을 조절하여 wheel slip을 방지하기 위한 목적으로 torque distribution을 하였다. Front와 rear axle로의 torque distribution을 위하여 2개의 electronic clutch를 사용한 transfer case를 사용하였다. Vehicle의 powertrain 구성요소들을 bond graph를 이용하여 equations of motion을 유도하였다. Vehicle의 weight transfer와 adhesion coefficient에 따라 각 wheel에 허용할 수 있는 traction force가 제한 되어있다. 따라서 weight transfer에 영향을 주는 acceleration, road slope의 변화와 road adhesion coefficient의 변화에 따른 wheel slip을 방지하기 위한 allowable traction force를 계산하여 front와 rear axle로의 torque distribution algorithm을 개발하였다. Matlab/Simulink를 이용하여 vehicle powertrain과 torque distribution algorithm을 바탕으로 TTCU simulator를 개발하였고, traction force의 사용을 향상시키기 위해 adhesion force에 변화에 따른 wheel slip을 방지하였다.; Vehicle wheel slip due to the road conditions and sudden acceleration occurs when the traction forces are bigger than the adhesion forces. This phenomenon deteriorates the longitudinal and cornering performance of the vehicle and even endangers the passengers to the vehicle accidents. In this study, the torque distribution to the front and real wheels of the full time 4WD vehicle to prevent the wheel slip is investigated. The transfer case has two electronic clutches. The equations of motion are derived from the vehicle powertrain components using the bond graph method. The allowable traction force on each wheel depends on the weight transfer and adhesion coefficients. The torque distribution algorithm is developed based on these allowable traction forces. The weight transfer is affected by the acceleration and road slope. The TTCU simulator is developed using the powertrain module and torque distribution algorithm. This simulator is tested under various road conditions and slopes and shows the reasonable distribution of the traction forces to the front and rear wheels through the transfer case.