ControlTrac

ControlTrac

ControlTrac 4륜 구동은 포드 자동차 회사가 제공하는 선택 가능한 자동 풀타임 4륜 구동 시스템의 브랜드 이름이다.4륜 구동 시스템은 1980년대 중반 TorqTransfer Systems 사업부 산하 BorgWarner에서 설계 및 개발되었다.[1][2][3]BorgWarner는 이 시스템을 TOD(Torque-On-Demand)라고 부른다.ControlTrac은 소프트웨어 제어를 사용한 최초의 자동 시스템으로, 유성 또는 베벨 게이지 중앙 디퍼렌셜이 없었다.[1]이 시스템은 유성 또는 베벨 게이지 중심 디퍼렌셜 대신 가변 지능형 잠금 센터 멀티디스크 디퍼렌셜을 사용한다.[4]

유용성

ControlTrac은 1995년 1월 12일 2세대 포드 익스플로러 중형 스포츠유틸리티차량(SUV)으로 1995년 모델 연식에 데뷔했다.[1]1996년 1세대 포드 원정대 풀사이즈 스포츠유틸리티차량(SUV)에 1997MY를 맞아 고강도 버전의 ControlTrac이 도입됐다.[2]

자동 ControlTrac 4륜 구동 기능이 있는 차량
차량 모델 연도 트랜스퍼 케이스
포드 익스플로러 MY1995-2010 2단계의
포드 탐험대 MY1997-현재 2단계의
포드 탐험대 EL/맥스 MY2007-현재 2단계의
링컨 네비게이터 MY1998-2006 2단계의
링컨 네비게이터 MY2007-현재 단일 속도*
링컨 네비게이터 L MY2007-현재 단일 속도*

*저범위 오프로드 감속 기어가 장착된 4개의 로우 모드가 없음

5세대 2011 포드 익스플로러(U502)는 자동 ControlTrac 4륜 드라이브를 자동 인텔리전트 4륜 구동 및 터레인 관리로 대체했다.[5][6]

설계 및 개발

전자적으로 제어되는 4륜 구동 시스템에 대한 아이디어는 1985년 BorgWarner에서 나타났다.[1]BorgWarner의 원래 디자인은 소프트웨어 제어 전자기 다중 디스크(멀티플레이트라고도 함) 클러치 팩과 유성 또는 베벨 지렛대 중앙 디퍼렌셜을 함께 사용할 것을 요구하였다.최초의 프로토타입 시스템은 조잡했고, 원래의 클러치 팩 제어기는 레어스타트였다.[1]

Geared 센터 디퍼렌셜은 시스템이 포장도로에서 사용되는 동안 "드라이브트레인 바인딩" 또는 "토크 윈드롭"을 제거하기 위해 프론트 및 리어 구동축이 서로 다른 회전 속도로 회전할 수 있도록 하는 데 사용된다.인텔리전트 멀티디스크 클러치는 필요할 때 프론트 및 리어 구동축 사이에서 토크를 연속적으로 앞뒤로 전달하기 위해 사용되며, 또한 영구적으로 잠긴 프론트 50:50 리어 토크 분배를 제공하는 로크업을 제공한다.[1]

1년 안에 제어기는 더 크고 더 복잡해졌다.센서 앰프와 대형 컨트롤 모듈이 완비된 브레드보드 전자 버전이 스테이션 왜건의 백엔드 전체를 소비했다.입력 데이터는 프론트 구동축, 리어 구동축, 스로틀, 브레이크 및 스티어링에 설치된 가변 저항 센서에서 나왔다.전류를 조절해 클러치 작동을 제어하는 것이 목표였다.[1]

그러나, 개발 과정이 계속됨에 따라, 보그워너의 엔지니어들은 영리한 소프트웨어 프로그래밍을 통해, 유성이나 베벨 게이지의 도움 없이 전방과 후방 구동축이 스스로 다른 회전 속도로 회전할 수 있는 지점까지 가변 전자기 다중 디스크 클러치를 제어할 수 있다는 것을 발견했다.중앙 차등자동 모드에서 새로운 소프트웨어 알고리즘은 멀티 디스크 클러치 팩의 마찰 및 클러치 디스크를 필요에 따라 미끄러지게 하여 유성 또는 베벨 게이지 중심 디퍼렌셜을 시뮬레이션하여 게이지 디퍼렌셜을 중복시켰다.따라서, Geed differential은 폐기되었고 따라서 4륜 구동 시스템의 최종 생산 버전에 포함되지 않았다.[1]

{{}{{quote text=우리는 스스로에게 다음과 같이 물었다.우리는 왜 차동장치가 필요한가?그 모든 철, 그 모든 무게, 그 모든 비용이 있었다.그리고 여기서 우리는 클러치 팩을 그것 없이도 매우 정확하게 제어할 수 있다는 것을 알게 되었다.저자=로널드 A.쇤바흐[1] }

디자인팀은 1989년 멀티디스크 클러치 제어 시스템에 돌파구를 마련하면서 콘셉트에 자신감을 얻었다.폐쇄 루프 제어의 개발로 작동이 원활해졌다.[1]이를 이용해 멀티디스크 클러치는 더 작은 조절을 했지만 더 자주 했다.[1]마이크로프로세서는 20밀리초마다 센서로부터의 입력을 검토하고 프론트 액슬에 더 많은 토크가 필요한지 여부를 결정한다.이 기술을 사용하여, 유닛의 컴퓨터는 구동 휠 슬립을 감시했다.전방과 후방 차축의 0.5rpm 정도의 차이가 감지되면 멀티디스크 클러치로 동력 신호를 보냈다.클러치가 맞물리면서 구동 휠 슬립이 완화될 때까지 토크를 10%씩 프론트 액슬로 전환했다.결과적으로, 이 시스템은 폭주하는 구동 휠 속도를 휠 혁명의 3분의 1도 되지 않는 수준으로 제어할 수 있었다.[1]

오프로드 테스트

보그워너는 개발 초기에 소결된 청동 클러치 소재를 사용했는데, 이 재료는 흔히 "스틱 슬립"이라고 알려진 작동 조건을 보였다.이 미끄러짐은 엔지니어들이 금속 위에 장착된 종이 기반 재료로 교체하도록 고무시켰다.그 논문은 더 나은 마찰 계수를 제시했고 미끄러짐 문제를 해결했다.BorgWarner의 자동 변속기 구성품 부문은 이 솔루션에 대한 공로를 인정받고 있다.[1]

하지만, 열은 지속적인 문제임이 증명되었다.과도한 열 증가는 새로운 클러치 소재를 소진시킬 것이다.이 문제를 해결하기 위해 엔지니어들은 클러치의 토크 용량을 연구했다.클러치 토크 용량이 부족하여 과도한 열 증강이 발생한다고 판단하였다.기술자들은 이 시스템의 용량을 증가시켰고 남부 캘리포니아의 안자 보레고 사막으로 가져간 시험용 차량들을 장착했다.그들은 총 11번의 여행을 했고, 지능형 멀티 디스크 클러치가 거의 연속적인 토크 전달을 위해 요구되는 가운데, 프로토타입에 열선, 산악 주행 및 깊은 모래를 적용했다.처음에 환경은 재빨리 손아귀에 불을 붙였다.하지만 기술자들이 지식을 얻으면서, 그 손아귀는 향상되었다.결국, 엔지니어들은 테스트 차량이 오프로드 하드 사용으로 인해 사실상 파괴될 수 있을 정도로 클러치 팩을 개선할 수 있었지만, 클러치 팩은 여전히 좋아 보일 것이다.[1]

모드

ControlTrac은 어떤 차량에 사용되는지에 따라 구동 모드와 구동 모드에 대한 작동 동작이 다르다.예를 들어 포드 탐험대는 오토모드에서 새로운 오토 락 기능을 사용했다.당시에는 탐색기에서 자동 잠금 기능이 있는 자동 모드를 사용할 수 없었다.[2]

투 하이 모드

주로 1995-1996년 모델 외에는 탐색기가 Two High 모드를 장착하지 않았다.1998년 모델에서는 Two High를 사용할 수 없었다.오토, 포 하이, 포 로우 모드만 제공되었다.두 개의 하이 모드는 1999-2002년 모델 사이에 중단되었지만 탐험대만의 것이었다.2 High 모드는 2003년식 재설계된 2세대 탐험대(U222)에서 다시 도입되었으며, 포장재에서 더 조용하고 연료 효율이 높은 작동을 위해 필요하지 않을 때 프론트 액슬, 프론트 디퍼렌셜 및 프론트 구동축을 분리할 수 있는 진공 작동식 프론트 잠금 허브가 장착된 새로운 전면 차축 완전 분리 시스템이 적용되었다.포드는 개선된 Two High 모드가 휘발유 갤런당 0.5마일까지 연비를 증가시킬 수 있다고 주장했다.[7][7]2 High 모드에서는 토크가 리어 구동 휠에만 전달되어 리어 휠 구동 방식을 모방한다.

자동 모드

오토모드는 탐험가와 탐험대에 모두 적용되었으며, 필요에 따라 포장도로에서 전천후 상시 4륜 구동 기능이 가능하다.자동 모드에서는 일반적으로 엔진 토크가 리어 구동 휠로 전달된다.이 시스템에 대한 잘못된 인식은 필요에 따라 4륜 구동으로 계속 이동한다는 것이다.이는 사실이 아니다. 자동 모드를 선택하면 프론트 액슬 허브가 영구적으로 결합되어 프론트 액슬 축, 프론트 디퍼렌셜 및 프론트 구동축에 잠기게 된다.이는 차량이 속도로 주행할 때 프론트 구동축이 항상 회전(회전)하는 것을 의미한다.컴퓨터 제어 시스템은 전면 구동축을 회전시켜야 하는데, 이를 통해 전면 구동축과 후면 구동축의 회전 속도를 감시하고 비교할 수 있다.리어 구동축이 전면보다 빠르게 회전하기 시작하면 시스템이 (다른 센서의 입력과 함께) 트랙션 손실로 해석한다.트랙션 손실이 감지되면 토크는 중앙 멀티디스크 클러치를 통해 전방 디퍼렌셜로 10%씩 전달된다.이처럼 지능형 제어 소프트웨어는 "드라이브라인 바인딩"과 "토크 윈드롭"이 발생하지 않도록 센터 멀티디스크 클러치가 게이드 중심 디퍼렌셜처럼 동작하도록 한다.

2000년대 초반 ControlTrac은 시스템 인공지능을 기반으로 한 보다 진보된 소프트웨어 프로그래밍으로 2002년에 업데이트되고 도입되었다.[8]4륜 구동 시스템의 업데이트된 인공지능을 통해 시스템이 발생하기 전에 트랙션 손실을 예측할 수 있어 필요 전에 토크가 전달될 수 있다.[7][8]이러한 개선은 트랙션 손실이 조치를 취하기 위해 더 이상 "대기"할 필요가 없으므로 시스템이 다른 "상시 작동" 상시 4륜 구동 시스템과 비슷하게 작동할 수 있음을 의미했다.[8]또 다른 개선점은 오토모드의 전면-후면 "토크 바이어싱" 기능이었다.ControlTrac의 지능형 멀티디스크 디퍼렌셜은 현재 엔진 토크의 100%를 전진시켜 심각한 트랙션 손실이 예상, 예측 또는 감지될 경우 엔진 토크를 전방 디퍼렌셜로 바이어싱할 수 있다.[8]

4 High 및 4 Low 모드

탐험가와 탐험대 모두에 포 하이 및 포 로우 모드가 적용되었다.4 High 모드는 지능형 잠금 멀티디스크 디퍼렌셜을 잠글 것을 지시하여 50:50 토크 분배를 영구적으로 제공한다.[4]전면 및 후면 구동축이 완전히 잠겨 있어 트랙티브 조건에 관계없이 동일한 속도로 회전해야 한다.포 로우 모드는 또한 지능형 잠금 멀티디스크 디퍼렌셜을 잠글 것을 지시하지만, BorgWarner 트랜스퍼 케이스에 로우 레인지 오프로드 감속 기어를 선택하도록 지시한다.[4]감속 기어는 차량 속도를 관리 가능한 크롤로 줄이고 엔진에서 공급되는 토크를 증가(다중)시키는 데 활용된다.따라서 구동 휠은 저속으로 차량을 이동시킬 수 있는 충분한 토크를 가지고 있다.가파른 경사를 내리며 내리막 속도를 조절하고 차량의 오프로드 크롤 비율을 개선하는 데도 사용된다.

4륜 구동 시스템의 손상을 유발하는 "드라이브 바인딩"과 "토크 윈드롭"이 발생할 수 있으므로 4륜 구동 시스템에는 4륜 하이 모드와 4로우 모드를 모두 사용할 수 없다.

어드밴스트트랙

자동 ControlTrac 4륜 구동 시스템은 4륜 전자식 트랙션 컨트롤을 포함하는 AdvancedTrac 전자 안정성 제어와 결합할 수 있다.이 두 시스템의 조합은 이와 같이 장착된 차량이 트랙션을 가진 휠 하나만으로 계속 전진할 수 있기 때문에 혁신적이다.[7]AdvancedTrac의 4륜 전자식 트랙션 컨트롤 시스템은 차량의 4륜 4센서 4채널 ABS(안티 브레이크 시스템)를 사용하며 프론트 또는 리어 구동 액슬 디퍼렌셜 중 어느 한쪽을 공격적으로 "브레이크 잠금"하여 디퍼렌셜 록을 시뮬레이션하는 추가 미끄럼 방지 로직을 프로그래밍하였다.ABS 브레이크가 프론트 및 리어 디퍼렌셜을 잠그면 최대 100%의 토크를 하나의 구동 휠로 보낼 수 있어, 두 개의 구동 휠(전면 1개, 후면 1개)이 완전히 지면에서 떨어져 있어도 차량이 계속 이동할 수 있다.[7]

ControlTrac II

ControlTrac II는 점성 커플링 유닛에 기초한 포드 4륜 구동 시스템이었다.비스코스 커플링은 4륜 구동 애플리케이션에 사용되는 일반적인 중앙 디퍼렌셜을 대체했다.시스템은 전륜 구동에서 정상적으로 작동했지만, 구동되는 전륜 이외에 후륜의 점성 커플링까지 구동되는 축에 동력을 공급한다.프론트 휠이 미끄러지면 비스코스 커플링이 점진적으로 리어 휠로 토크를 방출한다.또한, ControlTrac II 시스템은 시스템에서 제공하는 로우 레인지는 없지만 4륜 구동 장치의 기계적 잠금을 제공했다.

ControlTrac II는 이후 컴퓨터 제어 클러치로 대체된 점성 커플링과 유사한 시스템인 자동 지능형 4륜 구동 시스템으로 대체되었다.인텔리전트 4WD 시스템은 기능적으로 ControlTrac II 시스템과 유사하게 작동하며, 토크는 조건이 지시하는 경우에만 리어 휠로 전달되며 주로 구동된다.인텔리전트 4WD 시스템에는 ControlTrac II가 제공하는 기계식 잠금 장치도 없다.

참조

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n "4-wheel drive steps back to the future". www.designnews.com. Retrieved 2012-09-10.
  2. ^ a b c "New Ford Expedition Features Borg-Warner Transfer Case". www.thefreelibrary.com. Retrieved 2012-09-11.
  3. ^ "BorgWarner Products". www.borgwarner.com. Retrieved 2012-09-10.
  4. ^ a b c "Control Trac® delivers automatic torque split, low-range". www.ford-trucks.com. Retrieved 2012-09-10.
  5. ^ "2011 Ford Explorer Overview". www.ford-trucks.com. Retrieved 2012-09-10.
  6. ^ "Intelligent 4WD". www.ford.com. Retrieved 2012-09-10.
  7. ^ a b c d e "2003 Ford Expedition Overview". www.ford-trucks.com. Retrieved 2012-09-10.
  8. ^ a b c d "2002 Ford Explorer Overview/Powertrain". www.ford-trucks.com. Retrieved 2012-09-10.

외부 링크