KR100214360B1 - 자동클러치용 폐쇄루우프 출발 및 크리프제어기 - Google Patents

자동클러치용 폐쇄루우프 출발 및 크리프제어기 Download PDF

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멜빈 슬릭카 제임스
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존 씨. 메티유
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Abstract

본 발명은 클러치 맞물림에 대한 진동응답을 감소시키는 차량용 자동클러치 제어기(60)에 관한 것이다.
자동클러치 제어기는 엔진속도센서(13) 및 변속기 입력속도센서(31)로부터 입력을 수신하고 분리에서 완전 맞물림까지 클러치 액츄에이터(27)를 제어하는 클러치 맞물림신호를 형성한다. 클러치 맞물림신호는 부분적으로 마찰클러치를 맞물리게하여 측정된 변속기 입력속도를 이 진동응답의 역모델을 이용하는 기준 속도에 조짐이 없이 접근시킨다.
차량의 정상출발에 해당하는 출발 모드에서 기준속도는 측정된 엔진속도이다.
차량의 느린속도 크리핑에 해당하는 크리프 모드에서 기준속도는 드로틀 설정 및 엔진 속도를 토대로 한 크리프 속도 기준이다.
이 두 개의 모드는 드로틀 설정을 토대로 선택된다.
자동클러치 제어기는 차량부하에 해당하는 클러치 맞물림을 적절히 조정하는 적분에러함수와 미분엔진속도 함수를 포함한다.

Description

자동클러치용 폐쇄루우프 출발 및 크리프제어기
제1도는 본 발명의 클러치 작동 제어기를 포함하는 차량 구동 트레인의 개략도.
제2도는 클러치 맞물림과 클러치 토오크간의 일반적인 관계를 도시한 그래프.
제3도는 자동차량의 출발동안 엔진의 엔진속도의 이상응답과 입력속도 오버타임(input speed over time)을 도시한 그래프.
제4도는 자동차량이 크리핑(creeping)하고 있는 동안 엔진속도의 이상응답과 변속기 입력속도 오버타임을 도시한 그래프.
제5도는 본 발명의 클러치 작동제어기의 바람직한 실시예의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 마찰클러치 15 : 입력축
25 : 출력축 13 : 엔진속도센서
61∼63 : 기준속도 발생기 31 : 변속기 입력속도 센서
27 : 클러치 액츄에이터 65 : 보상기
11 : 드로틀센서 69 : 계수메모리
본 발명은 자동클러치 제어기에 관한 것이다. 즉, 자동차가 출발 및 크리프(creep)에 대한 진동 응답을 감소시키는 폐루우프 자동클러치 제어에 관한 것이다.
최근에 자동차의 구동트레인의 자동제어, 특히 대형트럭의 자동 구동제어에 대해 관심이 증대되고 있다. 승용차의 경트럭에 자동변속기를 이용하는 것은 이미 공지되어 있다. 이러한 차량에 이용되는 통상의 자동변속기는 엔진축과 구동바퀴간의 최종 구동비를 선택하기 위해 유체 토오크 컨버어터와 유압작동기어를 사용한다. 이 기어선택은 엔진속도 및 차량속동 등을 토대로 한다. 이러한 자동변속기는 엔진에서 구동축까지의 동력변속의 비효율성을 감소시키고 수동변속기의 작동과 비교해 연료 및 동력이 절감된다. 이러한 유압자동변속기는 차량작동면에서 효율성이 감소되기 때문에 중형트럭에는 널리 이용되지 않는다. 유압자동변속기를 사용할 때 효율성이 상실하는 이유중에 하나는 유체 토오크 컨버어터에서 발생하는 손실 때문이다.
일반적인 유체 토오크 컨버어터는 손실이 존재하여 모든 모드에서 토오크와 동력의 상실이 나타난다. 선행기술에 있어서는 어떤 엔진속도이상에서 변속기의 입력축과 출력축간에 직접 링크(link)를 제공하는 록업 토오크 컨버어터(lockup torque converter)가 공지되어 있다. 이 기술은 맞물릴 때 적당한 토오크 전달효율이 있지만, 저속도에서는 효율적인 이득이 없다.
유압토오크 컨버어터가 지닌 비효율성은 자동작동 마찰클러치와 대치함으로서 제거된다는 것이 제안되어 있다. 이러한 대치는 유압토오크 컨버어터에서 나타나지 않았던 또다른 문제점이 발생한다. 차량의 기계 구동트레인은 차량의 변속기와 견인바퀴간의 구동라인에 상당한 비틀림 컴플라이언스(torsional compliance)가 존재한다. 이 컴플라이언스는 변속기와 차등기어간의 구동축 또는 차등기어와 구동바퀴간의 액슬축에서도 발견될 수 있다. 이러한 대체는 상당한 비틀림 컴플라이언스가 나타나는 구동라인을 필요로 하는 것이 사실이다. 자동차량의 구동라인에 상당한 비틀림 컴플라이언스가 존재하면 클러치 맞물림에 대한 진동응답이 발생한다. 이 진동응답에 의해 차량의 드라이브 트레인부품 및 다른 부분에 상당한 손상이 가해진다. 또한, 이러한 진동응답은 바람직하지 않은 승객실 진동을 야기할 수 있다.
클러치 맞물림에 대한 구동라인의 진동응답은 변속기의 입력속도 즉, 클러치의 속도가 엔진속도에 도달하는 방식에 크게 의존한다. 감쇠하는 익스포넨셜함수(decaying exponential funtion)와 같이 이 속도로의 접근이 완만하면, 클러치업시 과도한 토오크를 전달하지 않는다. 이 속도가 갑작스럽게 접근하면, 토오크 과도현상이 드라이브 라인에 전달되어 차량드라이브 라인에 진동응답을 발생시킨다.
따라서, 클러치 맞물림에 대한 진동응답을 감소시키는 마찰클러치의 자동클러치작동을 제공한다는 바람직할 것이다. 이러한 자동클러치 작동을 제공하는 문제가 대형트럭에서 상당히 증가한다. 특히, 대형 트럭은 트럭간 및 같은 트럭에서 넓은 범위의 진동률이 존재할 수 있다. 특히, 대형 트럭의 전체하중은 비하중대 하중까지의 범위가 8∼1까지 변할 수 있다. 구동라인 컴플라이언스는 상이한 트럭간에서 범위가 약2∼1까지 변할 수 있다. 더구나 클러치 마찰특성은 클러치 맞물림의 정도의 함수로서 단일 클러치 및 클러치 사이에서 변할 수 있다. 이러한 자동클러치 작동장치는 특별한 자동차량에 대한 확장 조종 또는 자동 차량의 작동상태를 필요로 하지 않는다.
본 발명을 따르는 자동클러치 제어기는 동력원, 마찰클러치, 토오크 입력에 대한 진동응답이 존재하는 비틀림 컴플라이언스를 가진 마찰클러치에 연결된 하나이상의 관성적으로 부하된 견인바퀴를 포함한다. 자동클러치 제어기는 변속기 시프트 제어기와 함께 사용하는 것이 바람직하다. 이 자동클러치 제어기는 차량이 출발할 때 완만한 클러치 맞물림을 제공하고 변속기 시프트를 따르고 크리프하는 동안, 클러치 맞물림이 대한 진동응답을 최소화한다.
자동클러치 제어기는 엔진속도센서 및 변속기 입력속도 센서로부터 입력을 수용한다. 변속기 입력속도 센서는 마찰클러치의 출력인 변속기의 입력에서 회전속도를 감지한다. 자동클러치 제어기는 완전분리와 완전맞물림간의 클러치 액츄에이터를 제어하는 클러치 맞물림 신호를 만든다. 클러치 맞물림 신호는 변속기 입력속도를 기준속도에 조림시 없이 접근시키는 방식으로 마찰클러치를 맞물린다. 이것은 관성적으로 부하된 견인바퀴의 토오크 입력에 대한 진동응답을 최소화한다.
바람직한 실시예에서 자동클러치 제어기는 두 개의 모드로 작동한다. 차량의 정상 출발에 해당하는 출발 모드에서 클러치 맞물림신호는 변속입력 속도가 엔진속도에 조림이 없이 접근하게 한다. 이와 같은 모드는 변속기어 시프트시클러치를 다시 맞물리는데 사용된다. 차량의 느린속도 크리핑에 해당하는 크리프 모드에서 클러치 맞물림 신호는 변속 입력속도를 조림없이 크리프 기준 신호에 접근시킨다. 이 크리프 기준신호는 드로틀량 및 엔진속도를 토대로 발생한다. 두 개의 모드는 드로틀 설정을 토대로 선택된다. 출발 모드는 25%완전 드로틀 이상의 드로틀로 선택되고 그렇지 않으면 크리프 모드가 선택된다.
자동클러치 제어기는 디지탈 마이크로 제어기가 실행하는 이산계차 방정식(discrete difference equation)으로 실행된다. 마이크로 제어기는 전달함수를 가진 보상기로 관성적으로 부하된 견인바퀴의 전달 함수의 반전을 실시한다. 이 보상전달 함수는 드라이브 라인의 기대한 진동응답의 영역을 보호하는 노치필터를 포함한다. 진동응답 주파수가 차량부하 및 드라이브라인특성의 변화에 따라 변화하기 때문에 이 노치 필터의 주파수 대역은 주파수 범위를 보호하기 위해 매우 넓어야 한다.
클러치 작동제어기는 변속기의 각각의 기어비에 해당하는 이산계차 방정식계수의 세트를 기억시키는 것이 바람직하다. 클러치 작동제어기는 선택된 기어비에 상응하는 계수의 세트를 재현(recall)한다. 이 재현된 세트의 계수가 클러치 제어용 동일한 이산계차 방정식에 이용된다.
자동클러치 제어기는 출발모드에 있을 때 처음 부분적인 맞물림이 있는 후 소정의 시간 간격내에 완전한 클러치 맞물림되게 하는 보상기태에 적분함수를 포함하는 것이 바람직하다. 변속기 입력 속도 기준신호와 변속기 입력속도간의 긴기간의 차이는 클러치를 구동시켜 완전히 맞물게 하는 증가신호를 발생시킨다.
자동클러치 제어기는 엔진속도센서의 연결된 미분기를 더 포함한다. 엔진속도신호의 변화비에 해당하는 엔진속도미분신호는 보상기에 공급된 신호에 더해진다. 엔진속도가 가속일 때 이 미분신호는 클러치 작동을 급격히 전진시킨다. 이 상태에서 클러치가 급격히 전진하기 때문에 엔진속도가 이탈하는 것을 방지한다. 엔진속도가 더 이상 가속되지 않을 때 미분기에 접속된 적분기가 엔진속도를 제한하는데 필요한 클러치 작동레벨을 기억시킨다.
본 발명의 목적 및 다른 목적을 도면과 함께 아래에서 설명할 것이다.
제1도는 본 발명의 자동클러치 제어기를 포함하는 자동차량의 구동트레인을 개략도를 도시한다. 자동차량은 동력원으로써 엔진(10)을 포함한다. 본 발명이 적용되는 유형의 대형트럭의 경우 엔진(10)은 디이젤 내연기관이다. 보통은 발로 작동하는 패달인 드로틀(11)은 드로틀필터(12)를 경유하여 엔진(10)작동을 제어한다. 드로틀필터(12)는 드로틀(11)을 경유하여 스탭 드로틀 증가를 수용할 때 램프된 드로틀신호를 공급함으로써 엔진(10)에 공급된 드로틀신호를 여과시킨다. 엔진(10)은 엔진축(15)에 토오크를 발생시킨다. 엔진속도센서(13)는 엔진축(15)의 회전속도를 검출한다. 엔진속도센서에 의한 회전속도를 검출의 실제장소는 엔진 플라이 휘일이다. 엔진속도센서(13)는 이빨회전이 자기센서에 의해 검출되는 다중이빨 휘일인 것이 바람직하다.
마찰클러치(20)는 완전 또는 부분적인 맞물림을 할 수 있는 이동판(23)과 고정판(21)을 포함한다. 고정판(21)은 엔진플라이 휘일에 의해 일체가 될 수 있다. 마찰클러치(20)는 고정판(21)과 이동판(23)간의 맞물림의 정도에 해당하는 엔진축(15)에서 입력축(23)까지의 토오크를 커플한다.
제1도는 단지 한쌍의 고정판과 이동판을 도시했을지라도 통상인이라면 클러치(20)는 다중쌍의 판을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.
제2도는 일반 토오크 대 클러치 위치기능을 도시했다. 클러치 토오크/위치곡선(80)은 접점(81)전의 맞물림 범위에서는 초기에 제로(0)이다. 클러치 토오크는 클러치 맞물림이 증가함에 따라 일정하게 증가한다.
제2도의 예에서, 최대클러치 토오크가 처음에 서서히 증가하다가 점(82)에서 완전 맞물릴때까지 클러치토오크가 급격히 증가한다. 보통의 클러치장치는 완전 맞물림이 최대엔진 토오크의 약1.5배가 될 때 최대 클러치 토오크가 된다. 이것은 클러치(20)가 미끄러짐없이 엔진(10)이 발생시킨 최대토오크의 전달하게한다.
클러치 액츄에이터(27)는 분리에서 부분적인 맞물림을 통한 완전 맞물릴 때까지 클러치(20)를 제어하기 위해 이동판(23)에 커플되어 있다. 클러치 액츄에이터(27)는 전기, 유압, 공압식 액츄에이터로 알 수 있고 또는 압력제어를 할 수 있다. 클러치 액츄에이터(27)는 클러치 작동제어기(60)로 부터의 클러치 맞물림신호에 따라 클러치 맞물림 크기를 제어한다.
변속기 입력속도센서(31)는 변속기(30)의 입력에 대한 입력축(25)의 회전속도를 감지한다. 변속기(30)는 변속시프트 제어기(33)의 제어하에서 선택 구동비를 구동축(35)에 제공한다. 구동축(35)은 차동장치(40)에 커플되어 있다. 변속기 입력속도센서(31)와 변속기 출력센서(37)는 엔진속도센서(13)와 같은 방식으로 구성되어 있다. 차동차량이 대형트럭인 본 발명의 바람직한 실시예에서, 차동장치(40)는 4개이 액슬축(41)∼(44)을 구동시키고, 이 구동 액슬축은 각각의 차륜(51)∼(54)에 커플되어 있다.
변속시프트 제어기(33)는 드로틀(11), 엔진속도센서(13), 변속기 출력 속도센서(37)로부터 입력신호를 수신한다. 변속시프트 제어기(33)는 변속기(30)를 제어하기 위한 기어선택 신호와 클러치 작동제어기(60)에 결합된 클러치 맞물림/분리신호를 발생시킨다. 변속시프트 제어기(33)는 드로틀 설정, 엔진 속도, 변속기 입력속도, 변속기 출력속도에 해당하는 변속기(30)에 의해 제공된 최종기어비를 변경한다. 변속시프트 제어기(33)는 마찰클러치(20)를 분리해야 할 지 맞물려야 할지에 따라 맞물림 및 분리신호를 클러치 작동제어기(60)에 제공한다. 또한, 변속시프트 제어기는 기어신호를 클러치 작동제어기(60)에 전달한다. 이 기어신호에 의해 선택기어에 해당하는 계수의 세트가 재현(recall)된다. 변속시프트 제어기(33)는 본 발명의 어떠한 부분도 형성하지 않으므로 더 설명하지 않을 것이다.
클러치 작동제어기(60)는 이동판(23)의 위치를 제어하기 위해 클러치 작동기(27)에 클러치 맞물림 신호를 제공한다. 이것은 제2도의 클러치 토오크 위치곡선(80)에 따라 클러치(20)에 의해 전달된 토오크량을 제어한다. 클러치 작동제어기(60)는 변속시프트 제어기(33)의 제어하에서 작동한다. 변속시프트 제어기에서 맞물림신호를 수용할 때 클러치 작동제어기(60)는 분리로부터 최소한의 부분적인 맞물림 또는 완전 맞물림까지 이동판(23)의 이동을 제어한다. 바람직한 실시예에서, 클러치 맞물림 신호는 바람직한 클러치 위치를 표시한다. 클러치 액츄에이터(27)는 이동판을 바람직한 위치에 제어하는 폐쇄루우프 제어장치를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 폐쇄루우프 제어를 바람직한 압력에 제공하는 클러치 액츄에이터(27)를 이용하여 클러치 맞물림 신호를 바람직한 클러치 압력으로 표시할 수 있다. 특별한 차량에 따라 클러치 액츄에이터가 개방루우프 형식으로 작동할 수 있다. 클러치 액츄에이터(27)의 정확한 세부사항은 본 발명에 중요하지 않고 더 이상 설명하지 않을 것이다.
변속시프트 제어기(33)로부터 분리신호를 수신할 때 클러치 작동제어기(60)는 클러치(20)의 램프아웃된 분리를 위해 소정의 개방루우프 클러치 분리신호를 발생시킨다. 클러치(20)의 이 소정의 개방루우프 분리에는 진동응답이 발생하지 않는다.
제3도와 제4도는 완전 정지에서 차량을 출발시키는 두 경우를 도시한다. 제3도와 제4도는 이상 클러치 맞물림 동안 엔진속도와 변속기 입력속도를 도시한다. 제3도는 출발의 경우이고 제4도는 크리프의 경우를 도시한 것이다.
제3도는 출발의 경우로 적당한 속도로 진행하기 위해 정지에서 출발하는 것을 나타낸다. 처음에 엔진속도가 아이들이다. 후에 엔진속도(90)는 제3도의 시간간격(time frame)내에서 점차 증가한다. 엔진속도(90)는 증가하거나 같게 유지된다. 아이들 엔진속도(90)는 엔진(90)에 의해 발생된 토오크가 차량을 가속하는 데 필요한 토오크와 일치할 때까지 증가한다. 고부하에서 이 엔진속도는 아이들 속도와 최대 엔진속도간의 중간범위에 있을 수 있다. 이 일정한 엔진속도는 클러치 토오크와 드라이브라인 토오크를 일치시키는데 필요한 엔진토오크에 해당하고 엔진 출력토오크와 차량부하 토오크간의 균형을 이룬다. 클러치 토오크가 크면, 엔진(10)이 정지하고 클러치 토오크가 낮으면, 엔진속도를 매우 크게 증가시키기 때문에 이 토오크 레벨은 이상클러치 토오크이다. 궁극적으로 차량은 클러치(20)가 완전히 맞물릴 수 있는 속도까지 가속된다. 다음, 엔진토오크와 부하토오크간의 균형은 드로틀 설정을 경유하여 운전자가 제어할 수 있고 클러치 작동제어기(60)는 완전클러치 맞물림을 명령하게 된다.
차량이 정지하고 클러치(20)가 완전 분리될 때 변속기 입력속도(100)는 처음에 제로(zero)이다. 이것은 차량을 출발시키는 경우이다. 그러나, 아래에 자세히 설명되어 있듯이 이와 같은 기술은 이동하는 동안 클러치를 시프팅기어에 부드럽게 맞물리는데 이용할 수 있다.
따라서 변속기 입력속도는 최초에 차량속도에 해당하는 값이다. 클러치가 부분적으로 맞물릴 때 변속기 입력속도는 증가하고 조짐이 없이 엔진속도(90)에 도달한다. 점(10)에서, 변속기 입력속도(100)가 엔진속도(90)에 근접하여 차량의 드라이브 라인의 비틀림 컴플라이언스를 발생하지 않고 클러치를 완전히 맞물리게 한다. 이 점에서 클러치(20)가 완전히 맞물린다. 이후 다음에 더 높은 최종 기어비가 변속제어기(33)에 의해 선택될 때 클러치(20)가 분리될 때까지 변속기 입력속도(100)는 입력속도(100)에 가까워진다. 또한 장치는 차량이 정지하지 않고 최고 변속기 입력속도가 제로(zero)가 아닌 경우에 작동한다.
제4도는 크리프의 경우 엔진속도와 변속 입력속도를 도시한다. 크리프 모드에서 클러치(20)는 아이들 이상의 엔진속도의 유효엔진 토오크와 필요한 토오크를 일치시키기 위해 자동적으로 미끄러진다. 제4도는 아이들에서 수평 레벨로 올라간 엔진속도(95)를 도시한다. 이 소정의 레벨은 이 예의 엔진 아이들 속도보다 작다. 바람직한 차량속도가 최저 기어비의 아이들 보다 작은 변속기 입력속도를 포함할 때 크리프 모드가 필요하다. 바람직한 차량속도가 엔진아이들 이상의 변속기 입력속도를 포함하고 엔진(10)이 엔진속도에서 필요한 토오크를 발생하지 않을 때 크리프 모드가 또한 필요하다. 정지상태에서 엔진속도(95)와 입력속도(105)간의 속도차(107)가 생긴다. 제5도는 클러치 작동제어기(60)의 제어기능을 개략도시했다. 또한, 제1도에 도시되어 있듯이 클러치 작동제어기(60)는 드로틀(11)로 부터의 드로틀 신호, 엔진속도센서(13)로부터의 엔진속도신호, 변속기 입력속도센서(31)로부터의 변속기 입력속도 신호를 수신한다. 제5도에 도시된 클러치 작동제어기(60)는 마찰클러치(20)를 작동시키는 클러치 액츄에이터(27)에 공급되는 클러치 맞물림 신호를 발생시킨다. 제5도에는 도시하지 않았지만 드로틀 설정, 엔진속도, 차량특성과 더불어 클러치 작동의 크기는 변속기 입력속도센서(31)가 감지하고 클러치 작동제어기(60)에 공급되는 변속기 입력속도를 결정한다. 따라서 제5도에 도시된 제어구조는 폐루우프 장치이다. 제5도에 도시된 제어기능은 접점(81)과 완전 맞물림간의 클러치 위치에만 필요하다. 클러치(20)가 완전히 분리되기 때문에 접점(81)에 해당하는 클러치 맞물림 이하의 클러치는 어떠한 토오크 전달도 못한다. 클러치 작동제어기(60)는 접점(81)에 해당하는 클러치 위치를 검출하는 어떤 방법을 포하하는 것이 바람직하다.
이러한 결정을 하는 기술이 공지되어 있다. 실시예처럼 접점(81)의 클러치위치는 변속기(30)를 중립에 위치시키고 변속기 입력속도센서(31)가 먼저 회전을 검출할 때가지 클러치(20)를 맞물림쪽으로 이동시키므로서 결정할 수 있다. 변속기 시프제 제어기(33)로부터 맞물림신호를 수신할 때, 클러치 작동제어기(60)는 급속히 클러치(20)를 접점(81)에 해당하는 점까지 전진시킨다. 이것은 접점(81)에서 제로(zero)의 클러치 맞물림 제어를 설정한다. 그후 클러치 맞물림은 제5도에 도시된 제어기능에 의해 제어된다.
클러치 작동제어기(60)는 마이크로 제어기 회로에 의해 실현된다. 엔진속도, 변속기 입력속도 및 드로틀 설정에 해당하는 입력은 디지탈형이다. 이들 입력신호들은 마이크로 제어기의 작동비와 일치하는 비율로 샘플되는 것이 바람직하고 바람직한 제어를 제공한다. 전에 설명했듯이 엔진속도, 변속기 입력속도, 변속기 출력속도는 이빨회전이 자기센서에 의해 검출되는 다중 이빨바퀴를 경유해 검출되는 것이 바람직하다. 자기센서가 검출한 펄스 트레인은 소정의 간격동안 계수(카운터(count))된다. 각각이 계수들은 측정된 속도에 정비례한다. 차량이 후진하는 경우, 적당한 제어를 위해 변속기 입력속도신호가 부(-)이어야 한다. 입력축(25)의 회전방향을 검출하는 방법이 필요하다. 이러한 검출은 공지되어 있고 더 이상 설명하지 않을 것이다. 드로틀 설정은 전위차계와 같은 아날로그 센서 의해 검출된다. 이 아날로그 드로틀 신호는 마이크로 제어기를 이용한 아날로그-디지탈 변환기를 경유해 디지탈된다. 마이크로 제어기는 선행기술에 알려진 방식으로 이산계차 방정식을 이용하여 제5도에 예시된 과정을 실행한다. 제5도에 도시된 제어과정은 이산하드웨어가 아닌 본 발명이 이용한 마이크로 제어기를 프로그램하는 방법의 표시로 간주해야만 한다. 충분한 능력과 적당한 프로그램을 갖는다면 같은 마이크로 제어기가 클러치 작동제어기(60)와 변속시프트 제어기(33)로서의 역할을 할 수 있다. Intel 80c196 마이크로 제어기는 이 방법을 수행하는데 계산능력이 충분하다.
드로틀(11)에서 수신된 드로틀 신호는 출발/크리프 선택기(61) 및 크리프 속도기준(62)에 공급된다. 출발/크리프 선택기(61)는 출발 모드에 있는지 크리프 모드에 있는지를 드로틀 신호로부터 결정한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 드로틀 신호가 완전 드로틀 설정의 25%이상을 표시하면 정지/크리프 선택기(61)는 정지모드를 선택한다. 다른 경우에는 정지/크리프 선택기(61)가 크리프 모드를 선택한다.
크리프 속도기준(62)은 드로틀 신호와 엔진속도를 수용하고 크리프 속도 기준 신호를 발생시킨다. 이 크리프 속도기준신호는 다음과 같이 결정된다.
여기서 Rcrp는 크리프 속도기준신호, Esp는 측정된 엔진속도, T는 트로틀 신호, Tref는 25%완전 드로틀에 대한 드로틀 신호와 같은 드로틀 기준 상수이다. 크리프 속도 기준신호는 엔진 속도 신호와 25%완전 드로틀에 대한 실제 드로틀의 비의 적(product)이다. 정지 모드가 크리프 모드 대신 이용되기 때문에 크리프 속도 기준신호가 완전 드로틀의 25%이상의 드로틀 설정을 필요로 하지 않는다. 출발 모드와 크리프 모드간의 스위칭이 있을지라도 이 크리프 속도 기준신호는 속도 기준신호를 연속적으로 한다. 드로틀 설정의 변경이 두 모드간에 스위칭을 일으킬지라도 불안정성이 일어나지 않는다.
모드 선택스위치(63)는 클러치 작동제어기(60)의 작동모드를 결정한다. 모드 선택스위치(63)는 정지/크리프 선택기(61)가 결정한 모드선택을 수용한다. 모드 선택스위치(63)는 정지/크리프 선택기(61)가 결정한 모드에 따라 엔진 속도신호 또는 크리프 속도 기준신호를 결정한다. 정지모드가 선택된 경우에 모드 선택스위치(63)는 제어용 엔진속도를 선택한다. 따라서 정지 모드에서 클러치 맞물림시 제어되어 변속기 입력속도가 엔진속도와 일치하게 된다. 크리프 모드가 선택된 경우, 모드 선택스위치는 제어용 크리프 속도 기준신호를 선택한다. 크리프 모드에서 클러치 맞물림이 제어되어 변속기 입력속도를 크리프 속도 기준신호에 일치시킨다. 이것을 클러치 맞물림을 제어하여 실제 클러치 미끄러짐을 바람직한 미끄러짐 속도에 일치시키는 것과 같다. 양 모드에서 속도기준신호는 변속 입력속도 기준이다.
알지브레익 합산기(Algebraic summer)(64)는 입력신호를 보상기(65)에 공급한다 이 입력은 모드 선택스위치(61)가 선택한 속도기준 신호와 변속기 입력속도센서(31)의 입력속도 신호간의 차이이다. 다른 사항을 아래에서 설명할 것이다. 보상기(65)는 토오크 입력에 대한 차량구동 라인의 비틀림 진동응답의 역모델인 전달 함수를 포함한다.
보상기(65)의 전달함수는 클러치 액츄에이터(27)를 경유하여 클러치 맞물림을 제어함으로써 구동라인에서 감쇠진동을 하기 위해 선택된다. 본 발명이 적용한 일반적인 중형트럭에서 구동라인의 비틀림 컴플라이언스로 인해 구동라인 전달함수는 2∼5 Hz의 한쌍의 가벼운 감쇠자극을 가져야 한다. 정확한 값은 차량특성에 좌우된다. 보상기(65)의 전달함수는 이 자극의 노치필터를 제공한다. 노치필터의 주파수 대역은 충분히 넓어 기대한 차량 주파수 응답의 범위를 보호한다. 이 노치필터는 주파수가 차량전달 함수의 기대된 자극의 주파수 범위의 두 개의 복소수 제로를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서 폐쇄 루우프장치의 전체응답은 낮은 진동장치를 제공하는 감쇠 엔진값을갖는다. 보상기(65)는 적분 함수도 포함한다. 이 유형의 전달 함수는 래그보상(lag compensation)으로 알려져 있다.
보상기(65)내에 이 적분함수를 제공하면 정지 모드에서 작동할 때 클러치록업을 보장한다. 보상기(65)의 적분비는 상응하는 적분계수로 조종할 수 있다. 모드 선택스위치(63)가 선택한 속도기준신호와 변속기 입력속도간의 긴 기간의 차이로 인해 보상기(65)의 적분함수가 증가신호를 발생시킨다. 이것은 정지상태일 때 클러치(20)는 차량이 출발한 후 소정의 최대시간에 점(101)에서 완전히 맞물리는 것을 보장한다. 크리프 모드에서 보상기(65)의 적분함수는 크리프 속도기준 신호와 변속에 입력속도간의 긴기간 에러가 발생하지 않는 것을 보장한다.
보상기(65)의 전달 함수는 다음과 같다.
여기서, k는 보상이득 상수, a,b,c,d,e,는 상수이고 항는 래그함수기능을 한다.
상수a는 양 및 거의 제로(0)이다. 항는 노치필터를 수행한다. (s²+bs+c²)의 루우트(root)는 바람직한 노치필터의 복소수 제로(zero)를 마련한다. 상수 d,e는 폐쇄루우프 안정성을 방해하지 않는 매우 큰 양의 수이다. 방정식(2)은 연속시간 전달함수의 형이다. 바람직한 실시예에서 마이크로 제어기는 보상기(65)를 이산계차 방정식으로 작동시킨다. 기술이 있는 사람이라면, 이 연속시간 전달함수를 적당한 불연속계차 방정식으로 바꾸는 방법을 알 것이다.
피드포워드신호가 엔진속도 미분신호를 경유하여 클러치 맞물림신호에 제공된다. 엔진속도신호는 저역필터(66)를 경유해 적당히 여과되어 미분신호의 잡음을 방지한다. 미분기(67)는 엔진속도의 변화비에 비례하는 미분신호를 형성한다. 이 엔진속도 미분신호와 적분기(68)에 의해 형성된 신호의 적분이 알지브레익 합산기(64)에 공급된다. 알지브레익 합산기(64)는 미분기(67)로 부터의 엔진속도 미분신호와 적분기(68)로부터의 적분신호를 보상기(64)의 출력을 형성하기 전에 설명한 다른 신호들과 합해진다.
엔진속도가 가속중일 때 피드포워드 신호는 클러치 작동제어기(60)의 응답을 좋게한다. 엔진포워드 신호의 엔진속도 가속상태에서 엔진가속도비에 비례하게 클러치(20)가 급속히 맞물린다. 드라이브 라인토오크가 설정되기전에 엔진속도는 완전드로를 상태하에서 급속히 증가한다. 이것을 어피드백포워드 응답없이 클러치 작동제어기(50)의 응답속도가 응답의 피크엔진속도에 비해 낮기 때문이다. 이 피드포워드 응답이 있으면, 급격한 엔진가속으로 인해 다른 클러치 맞물림보다 더 급속하게 된다. 부가적인 클러치 맞물림은 엔진으로부터의 부가적인 토오크를 얻어 엔진속도의 증가를 억제하는 경향이 있다. 엔진속도가 일정값에 도달할 때 미분항은 제로(zero)로 붕괴되고 적분기(68)가 엔진속도를 제한하는데 필요한 클러치 맞물림을 유지시킨다. 제어함수의 다른 부분은 조림이 없이 변속기 입력속도를 기준속도로 변환하는 역할을 한다.
위에서 언급했듯이 제5도의 소자는 마이크로 제어기의 이산계차 방정식에 의해 수행된다. 본 발명은 변속기 시프트 다음에 클러치를 다시 맞물릴 수 있다. 제5도에 도시된 같은 제어과정을 이용할 경우 보상기(65)에 대한 이산계차 방정식을 포함한다. 변속기 시프트의 제어과정은 클러치 작동제어기(60)를 이용한 이산계차 방정식에서 계수를 선택하는 전문의 설명과 다르다. 각각의 선택된 기어비의 이산계차 방정식의 계수의 클러치 작동제어기(60)를 이용하는 마이크로 제어기내의 계수메모리(69)에 축적된다. 특별한 셋트의 이들 계수가 현재 맞물림비에 의존하는 계수메모리(69)로부터 재현된다. 계수는 보상기(65)를 형성하는 이산계차 방정식에서 이용된다. 또한, 본 발명은 위에서 설명한 것처럼 작동한다.
따라서, 이 구조는 차량 구동라인에서 발생하는 진동을 최소화하기 이해 클러치 작동을 제어한다. 클러치 작동제어기(60)의 높은 주파수 성분이 클러치 작동기(27)로 클러치(20)를 작동하여 차량구동라인의 진동을 감쇠시킨다. 클러치 작동제어기(60)의 적분성분은 긴기간의 에러를 최소화하고 출발모드에서 작동한때 안전한 클러치 맞물림을 보장한다.

Claims (18)

  1. 동력원(10)과, 동력원 및 출력축(25)에 연결된 입력축을 가진 마찰클러치(20)와, 토오크입력응답하여 진동응답을 나타내는 비틀림 컴플라이언스를 가진 마찰클러치의 출력축에 연결된 관성적으로 부하된 하나 이상의 견인바퀴(15)를 포함하는 자동클러치 제어기는 동력원의 회전속도에 해당하는 엔진신호를 발생시키기 위해 동력원에 연결된 엔진속도센서(13)와, 기준속도 신호를 발생시키기 위해 상기 엔진속도센서에 연결된 기준속도 발생기(61∼63)와, 마찰클러치의 출력축의 회전 속도에 해당하는 변속기 입력속도를 발생시키기 위해: 마찰클러치의 출력축에 연결된 변속기 입력속도센서(31)와 맞물림 신호에 따라 분리에서 클러치 완전 맞물림까지 마찰클러치의 맞물림을 제어하기 위해 마찰클러치에 연결된 클러치 액츄에이터(27)를 구비하고, 상기 기준신호 발생기, 상기 변속 입력속도센서, 상기 클러치 액츄에이터에 콘트롤러(64∼69)는 기준속도신호(1)와 변속기 입력속도신호(2)간의 차에 해당하는 알지브레익 합산신호를 형성하기 위해 기준 속도 발생기와 변속기 입력속도센서에 연결된 알리브레익 합산기(64)와, 변속기입력 속도신호를 조짐이 없이 기준속도신호에 접근시키는 방식으로 마찰클러치를 맞물리기 위해 클러치 액츄에이터에 공급하는 알지브레익 합산신호로부터 클러치 맞물림신호를 발생시키는 알지브레익 합산기에 연결된 보상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보상기는 하나 이상의 관성적으로 부하된 견인바퀴의 입력토오크에 대한 진동응답의 기대주파수의 범위의 주파수 대역을 가진 노치필터를 구성하는 전달함수를 가짐으로써 하나 이상의 관성적으로 부하된 견인바퀴의 토오크입력에 대한 진동응답을 감소시키는 것을 특징으로 하는 자동 클러치 제어기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준신호 발생기는 엔진속도센서에 연결되어 있고, 엔진속도신호에 비례하는 기준속도신호를 발생하고: 상기 보상기는 처음에 부분적인 맞물림이 있는후, 소정이 시간 간격내에서 마찰클러치를 완전히 맞물리는 클러치 맞물림신호를 발생하는 적분함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 엔진속도신호의 변화비에 해당하는 미분신호를 발생시키는 엔진속도센서에 연결된 미분기를 더 포함하고: 상기 알지브레익 합산기는 기준 속도신호와 변속기 입력속도간의 차이와 미분신호(2)의 합에 해당하는 알지브레익 합신호를 발생시키는 미분기에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어기는 기준속도센서와 미분기간에 위치한 저역필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제어기는 미분신호의 시간적분에 해당하는 적분신호를 만드는 미분기에 연결된 적분기를 더 포함하고, 상기 알지브레익 합산기는 적분기에 접속되고 기준속도신호와 변속기 입력속도신호 간의 차(1)와 적분 신호의 합(2)에 해당하는 알지브레익 합신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  7. 제1항에 있어서, 동력원이 발생한 토오크를 제어하는 드로틀을 더 포함하는 자동클러치 제어기는 드로틀위치를 표시하는 드로틀 신호를 발생시키는 드로틀에 접속된 드로틀센서와 엔진속도신호와 드로틀 신호에 해당하는 기준속도신호를 발생시키는 엔진속도센서 및 드로틀 센서에 접속된 표준속도 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  8. 제7항에 있어서, 기준속도발생기는와 같은 기준속도신호를 발생하고 여기서, Sref는 기준속도신호, Esp는 엔진속도신호, T는 드로틀 신호, Tref는 소정의 드로틀위치에 대한 드로틀신호와 같은 드로틀 기준상수인 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  9. 제1항에 있어서, 동력원이 발생한 토오크를 제어하는 드로틀을 포함하는 상기자동클러치 제어기는 드로틀 위치를 표시하는 드로틀 신호를 발생시키는 드로틀에 접속된 드로틀센서와 드로틀신호의 크기를 기초로한 출발모드 또는 크리프 모드를 선택하는 드로틀센서에 접속된 출발/크리프 선택기와 엔진속도신호와 드로틀신호에 해당하는 크리프 속도기준신호를 발생시키는 엔진속도센서와 드로틀센서에 접속된 크리프 속도기준발생기와 만일 출발모드가 선택되면 엔진속도신호(1)에 해당하고 만일 크리프 모드가 선택된 경우 크리프 속도 기준신호에 해당하는 기준속도신호를 선택적으로 발생시키는 엔진속도센서 출발/크리크 선택기 및 크리프 속도기준회로에 접속된 모드 선택스위치를 포함하는 상기 드로틀에 연결된 기준속도 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치제어기.
  10. 제9항에 있어서, 기준속도 발생기에서 출발/크리프 선택기는 만일 드로틀신호가 소정의 드로틀 위치보다 큰 드로틀 위치를 표시하면 출발모드를 선택하고 그렇지 않으면 크리프 모드를 선택하는 것을 특지으로하는 자동클러치 제어기.
  11. 제10항에 있어서, 기준속도 발생기에 있어서, 출발/크리프 선택기의 소정의 드로틀 위치는 전체 드로틀의 25%인 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  12. 제9항에 있어서, 기준속도발생기에서 크리프 속도 기준발생기는와 같은 크리프 속도기준신호를 발생하고 여기서, Sref는 기준속도신호이고, Esp는 엔진속도신호이고, T는 드로틀 신호이고, Tref는 소정의 드로틀위치에 대한 드로틀신호와 같은 드로틀 기준상수인 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제어기에 있어서 상기 보상기는 바람직한 클러치 위치를 표시하는 클러치 맞물림 신호를 발생시키고 상기 클러치 액츄에이터는 클러치 맞물림신호가 표시한 바람직한 클러치 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 보상기는 바람직한 클러치 압력을 표시하는 클러치 맞물림 신호를 발생시키고 상기 클러치 액츄에이터는 클러치 맞물림 신호가 표시한 바람직한 클러치 압력에 해당하는 마찰클러치의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  15. 동력원과, 동력원(10)이 발생시킨 토오크를 제어하는 드로틀(11)과, 동력원과 출력축에 접속된 입력축을 가진 마찰클러치와 토오크 입력에 대한 진동응답을 나타내는 비틀림 컴플라이언스를 가진 마찰 클러치의 출력축에 접속된 하나 이상의 관성적으로 부하된 견인바퀴(5)를 포함하는 것에 있어서, 제동클러치 제어기는 드로틀 위치를 표시하는 드로틀 신호를 발생시키는 드로틀에 접속된 드로틀 센서(11)와 : 동력원의 회전속도에 해당하는 엔진속도 신호를 발생시키기 위해 동력원에 접속된 엔진속도센서(13)와 드로틀 신호의 크기를 기초로 출발 모드 또는 크리프 모드를 선택하기 위해 드로틀 센서에 접속된 출발/크리프 선택기(61)와 엔진 속도신호와 드로틀신호에 해당하는 크리프 속도기준신호를 발생시키기 위해, 엔진 속도센서 및 드로틀센서에 접속된 크리프 속도기준발생기(62)와, 출발모드가 선택된 경우 엔진속도 신호에 해당하고 크리프 모드가 선택돈 경우 크리프 속도기준신호에 해당하는 기준속도신호를 선택적으로 발생시키기 위해 엔진속도센서, 출발/크리프 선택기, 크리프속도센서에 연결된 기준속도 발생기와 (61∼63) : 마찰클러치의 출력축에 접속된 변속기 입력속도센서(31)와, 상기 기준속도신호(1)와 변속기 입력속도신호(2)간의 차에 해당하는 알지브레익 합신호를 형성하기 이해 기준속도발생기 및 변속기 입력속도신호에 연결된 알지브레익 합산기(64)와 상기 변속리입력 속도신호를 조짐이없이 기준속도신호에 도달하게 하기 위해, 마찰클러치를 맞물리게 하는 클러치 액츄에이터에 공급하는 알지브레익 합산신호로부터 클러치 맞물림신호를 발생시키는 알지브레익 합산기에 연결된보상기(65)를 보함하는 엔진속도센서, 변속기 입력속도센서, 클러치 액츄에이터에 연결된 제어기(64∼69)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  16. 동력원(10)과, 동력원 및 출력축(25)에 접속된 입력축(15)을 지닌 마찰클러치(20)와, 마찰클러치의 출력축에 연결된 입력축(25)을 지니고 선택기어비를 출력축(35)에 제공하는 변속기(30)와, 토오크에 대한 진동 응답을 나타내는 비틀림 컴플라이언스를 가진 변속기의 출력축에 연결된 관성적으로 부하된 견인바퀴(51)를 포함하는 자동클러치 제어기에 있어서, 변속기가 선택한 기어비를 제어하는 변속기에 연결된 변속기 시프트 제어기(33)와 : 동력원의 회전속도에 해당하는 엔진속도신호를 발생시키기 위해 동력원에 연결된 엔진속도센서(13)와 : 기준속도신호를 발생시키기 위해 엔진속도센서에 연결된 기준 속도발생기(61∼63)와 : 마찰클러치의 출력축의 회전속도에 해당하는 변속기 입력속도신호를 발생시키는 변속기의 입력축에 연결된 변속기 입력속도센서(31)와 : 분리로부터 클러치 맞물림신호에 따르는 완전 맞물림까지 마찰클러치의 맞물림을 제어하기 위해 마찰클러치에 연결된 클러치 액츄에이터(27)와 : 변속기 시프트 제어기, 기준속도발생기, 변속기 입력속도제어기, 클러치 액츄에이터에 연결되고 마이크로 제어기가 실행한 이산계차 방정식에 의해 수행되는 상기 제어기(64∼69)를 구비하는 상기 제어기는 기준속도신호(1)와 변속기 입력속도신호(2)간의 차에 해당하는 알지브레익 합산신호를 형성하기 위해 기준속도발생기 및 변속기 입력속도센서에 연결된 알지브레익 합산기(64)와, 변속기의 각각의 선택기어비에 해당하는 다수의 세트의 계수중 한세트의 계수를 축적하는 계수메모리(69)와, 조짐이 없이 변속기 입력속도신호를 기준속도신호에 근접시키기 위해 마찰클러치를 맞물리는 클러치 액츄에이터에 공급하는 알지브레익 합산신호로부터의 클러치 맞물림신호를 발생시키기 위해 알지브레익 합산기 및 계수메모리에 연결된 보상기(65)와, 변속기의 기어비에 해당하는 계수메모리로부터 회수한 한 세트의 계수를 이용한 이산계차 방정식에 이용된 상기 보상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 보상기는 하나 이상의 관성적으로 부하된 견인바퀴의 토오크 입력에 대한 진동응답의 기대주파수 대역의 범위의 주파수 대역을 가진 노치필터를 가진 전달 함수를 구성함으로써 하나 이상의 관성적으로 부하된 견인바퀴의 토오크입력에 대한 진동응답을 감소시키는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
  18. 제16항에 있어서, 상기 기준속도 발생기는 엔진속도센서에 연결되고 엔진속도신호에 비례하는 기준속도신호를 발생하는 상기 보상기는 처음에 부분적인 맞물림이 있는 후 소정의 시간 간격내에서 마찰클러치를 완전히 맞물리게 하는 클러치 맞물림 신호를 발생시키는 적분함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동클러치 제어기.
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