토크 벡터링

Torque vectoring
이 기사는 의도적인 토크 타겟팅에 관한 것이다. 의도하지 않은 토크 불안정성은 토크 스티어링을 참조하십시오. 스티어링의 디퍼렌셜 토크는 디퍼렌셜 스티어링을 참조하십시오.

토크 벡터링(Torque Vectoring)은 전자 시스템으로 각 하프축에 대한 토크를 변화시킬 수 있는 능력을 가진 자동차 디퍼렌셜에 채택된 기술이다. 이 동력전달 방식은 최근[when?] 4륜구동 차량에서 인기를 끌고 있다.[1] 일부 신형 전륜 구동 차량에는 기본 토크 벡터링 디퍼렌셜도 있다. 자동차 산업의 기술이 발전함에 따라, 더 많은 자동차들이 토크 벡터링 디퍼렌셜을 장착하고 있다. 이를 통해 바퀴가 도로를 꽉 잡고 더 나은 발사 및 핸들링을 할 수 있다.

역사

"토크 벡터링"이라는 문구는 2006년 SAE 2006-01-0818에서 리카도가 드라이브라인 기술과 관련하여 처음 사용하였다. 토크 벡터링 아이디어는 표준 디퍼렌셜의 기본 원리에 기초한다. 토크 벡터링 디퍼렌셜은 기본적인 디퍼렌셜 작업을 수행하는 동시에 휠 간에 토크를 독립적으로 전달한다. 이 토크 전달 능력은 거의 모든 상황에서 핸들링과 트랙션을 향상시킨다. 토크 벡터링 디퍼렌셜은 원래 경주에서 사용되었다. 미쓰비시 랠리 자동차는 이 기술을 사용한 최초의 자동차들 중 일부였다.[2] 기술이 서서히 발전하여 현재는 소량의 생산차량에 구현되고 있다. 오늘날 자동차에서 토크 벡터링의 가장 일반적인 용도는 4륜 구동 차량이다.

기능 설명

토크 벡터링의 아이디어와 구현은 둘 다 복잡하다. 토크 벡터링의 주요 목표는 각 휠에 대한 토크를 독립적으로 변화시키는 것이다. 디퍼렌셜은 일반적으로 기계적 구성 요소만으로 구성된다. 토크 벡터링 디퍼렌셜은 표준 기계 부품 외에 전자 모니터링 시스템이 필요하다. 이 전자 시스템은 디퍼렌셜에게 토크를 언제 어떻게 변화시켜야 하는지 알려준다. 동력을 공급받는 휠의 수 때문에 전방 또는 후방 휠 구동 디퍼렌셜은 4륜 구동 디퍼렌셜보다 덜 복잡하다. 토크 분배의 충격은 종방향 힘에서 발생하는 요 모멘트의 생성과 각 타이어에 의해 발생하는 횡방향 저항의 변화다. 더 많은 종방향 힘을 가하면 발생할 수 있는 횡방향 저항이 감소한다. 특정 주행 조건은 요 가속을 축축하거나 자극하기 위해 트레이드오프가 되어야 하는 것을 지시한다. 이 기능은 기술과 무관하며 기존의 파워트레인용 드라이브라인 장치 또는 전기 토크 소스로 달성할 수 있다. 그런 다음 재미와 안전 모두를 위해 브레이크 안정성 기능과 통합하는 실용적인 요소가 제공된다.

프론트/리어 휠 구동

전방 또는 후방 휠 구동 차량의 토크 벡터링 디퍼렌셜은 덜 복잡하지만, 4륜 구동 디퍼렌셜과 많은 동일한 이점을 공유한다. 디퍼렌셜은 두 휠 사이에서만 토크를 변화시킨다. 전자 모니터링 시스템은 바퀴 두 개만 모니터링해 복잡성이 덜하다. 전륜 구동 디퍼렌셜은 몇 가지 요소를 고려해야 한다. 휠의 회전각과 조향 각도를 모니터링해야 한다. 이러한 요인은 주행 중에 다양하기 때문에 휠에 다른 힘이 가해진다. 디퍼렌셜은 이러한 힘을 모니터링하고 그에 따라 토크를 조정한다. 많은 전륜 구동 디퍼렌셜은 특정 휠로 전달되는 토크를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.[3] 이 능력은 열악한 기후 조건에서 차량의 트랙션을 유지하는 능력을 향상시킨다. 한 휠이 미끄러지기 시작하면 디퍼렌셜이 해당 휠에 대한 토크를 감소시켜 휠을 효과적으로 제동할 수 있다. 디퍼렌셜은 또한 반대쪽 휠로 토크를 증가시켜 출력 균형을 맞추고 차량을 안정적으로 유지하도록 돕는다. 후륜 구동 토크 벡터링 디퍼렌셜은 전륜 구동 디퍼렌셜과 유사하게 작동한다.

4륜구동

대부분의 토크 벡터링 디퍼렌셜은 4륜 구동 차량에 장착된다. 기본 토크 벡터링 디퍼렌셜은 프론트 휠과 리어 휠 사이에서 토크를 변화시킨다. 즉, 정상적인 주행 조건에서 프론트 휠은 엔진 토크의 설정된 비율을 받고, 리어 휠은 나머지 부분을 받는 것이다. 필요한 경우 디퍼렌셜은 프론트 휠과 리어 휠 사이에서 더 많은 토크를 전달하여 차량 성능을 개선할 수 있다.

예를 들어, 차량은 표준 토크 분배가 앞바퀴에 90%, 뒷바퀴에 10%일 수 있다. 필요한 경우, 디퍼렌셜은 분포를 50/50으로 변경한다. 이 새로운 분배는 토크를 4개의 휠 사이에 더 고르게 분산시킨다. 토크 분배가 고르게 되면 차량의 트랙션이 증가한다.[4]

또한 진보된 토크 벡터링 디퍼렌셜도 있다. 이러한 디퍼렌셜은 프론트 휠과 리어 휠 사이의 기본 토크 전달 방식을 기반으로 한다. 그들은 개별 바퀴 사이에 토크를 전달하는 기능을 추가한다. 이것은 취급 특성을 개선하는 훨씬 더 효과적인 방법을 제공한다. 디퍼렌셜은 각 휠을 독립적으로 모니터링하고 가용 토크를 현재 조건에 맞게 분배한다.

전기자동차

전기 자동차에서 4륜 구동은 일반적으로 각 차축마다 하나씩 두 개의 독립적인 전기 모터로 구현된다. 이 경우 프론트 액슬과 리어 액슬 사이의 토크 벡터링은 단지 두 모터 사이의 동력 분배를 전자적으로 제어하는 문제일 뿐이며, 이는 밀리초 단위로 이루어질 수 있다.[5] 3, 4개의 모터가 있는 EV의 경우, 쿼드 모터 케이스에서는 휠 토크 제어당 밀리초 단위, [6]트라이 모터 케이스에서는 휠 제어당 2개의 휠과 액슬 제어당 1개의 휠을 더한 훨씬 정밀한 토크 벡터링을 전자적으로 적용할 수 있다.

이 구성 및 그 테슬라 Cybertruck(2022년에 예정되어)tri-motor 모델은 2개 모터가 한 축을 가지고 있는 vehicle,[7][8]의 과도 응답 개선 차량 understeer 특징의 형태를 만드는 데 쓰일 수 있는 것은 마치 두 전기 모터 드라이브는 동일한 차축의 위치를 통해 작동된 토크 vectoring 더 효과적일 수 있습니다.s, whiLe Rivian R1T(2021년 생산)는 각 차축에 전후방 2개의 모터를 가지고 있다.[6]

뮌헨 공과대학의 실험용 2014년형 자동차 MUTER에는 특수 변속기 유닛이 사용되었는데, 여기서 큰 모터는 구동력을 제공하고 작은 모터는 토크 벡터링 기능을 제공한다. 토크 벡터링의 세부 제어 시스템은 박사 논문에 기술되어 있다. 마이클 [9]그라프

전기 모터 구동력이 4개인 전기 자동차의 경우, 거의 무한대의 휠 토크 분배를 통해 동일한 총 휠 토크와 요 모멘트를 생성할 수 있다. 에너지 효율은 바퀴 전체에 토크를 배분하는 기준으로 사용될 수 있다.[10][11] 이 접근방식은 2021년에 도입된 리비안 R1T 경형 트럭에 사용된다.[6]

참고 항목

참조

  1. ^ Ireson, Nelson (Dec 28, 2010). "The 2012 Ford Focus Gets Torque Vectoring, We're Not Thrilled". motorauthority.com. Retrieved 2 November 2012.
  2. ^ "Torque Vectoring and Active Differential". Torque-vectoring.belisso.com. 2009-11-22. Retrieved 2012-03-12.
  3. ^ "Torque Vectoring" (PDF). www.vehicledynamicsinternational.com.
  4. ^ "Torque Vectoring: The Hyper-Smart, Fuel-Efficient Future of All-Wheel Drive". Popular Mechanics. 2009-10-01. Retrieved 2012-03-12.
  5. ^ Davies, Alex (2014-10-10). "The Model D Is Tesla's Most Powerful Car Ever, Plus Autopilot". Wired.com. Retrieved 2014-10-11. Musk said the added efficiency is thanks to the electronic system that will shift power between the front and rear motors from one millisecond to the next, so each is always operating at its most efficient point.
  6. ^ a b c Moloughney, Tom (28 September 2021). "2022 Rivian R1T First Drive Review: Electric Off-Road Dominance". InsideEVs. Retrieved 5 October 2021.
  7. ^ De Novellis, L.; Sorniotti, A.; Gruber, P.; Orus, J.; Rodríguez, J.M.; Theunissen, J.; De Smet, J. (2015). "Direct Yaw Moment Control Actuated through Electric Drivetrains and Friction Brakes: Theoretical Design and Experimental Assessment". Mechatronics. 26: 1–15. doi:10.1016/j.mechatronics.2014.12.003.
  8. ^ Goggia, T., Sorniotti, A., De Novellis, L., Ferrara, A., Gruber, P., Theunissen, J., Steenbeke, D., Knauder, B., Zehetner, J. 'Integral Sliding Mode for the Torque-Vectoring Control of Fully Electric Vehicles: 이론설계 및 실험평가', IEEE 차량기술 거래, 2014년 (http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6857437&tag=1)
  9. ^ Graf M, 2014년 뮌헨 공과대학 'Methode jur Erstellung und Absicherung einer modelbaserten Sollvorgabe für Fahrdnamikregelsysteme'이다.
  10. ^ De Novellis, L, Sorniotti, A, Gruber, P. '토크 벡터링 디퍼렌셜이 장착된 전기 자동차의 휠 토크 분배 기준', IEEE 차량 기술 거래, vol.63(4), 페이지 1593-1602, 2013(http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=6656947)
  11. ^ Chen, Y, Wang, J. '과다 작동된 전기 지상 차량에 대한 응용을 통한 빠르고 글로벌 최적 에너지 효율적 제어 할당', 제어 시스템 기술에 대한 IEEE 거래, vol.20(5), 페이지 1202-1211, 2012(http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5981409))