KR100277000B1 - 전자 제어식 엔진 및 자동 변속기용 통합 제어 시스템 - Google Patents

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히데아끼 와따나베
가쯔히꼬 쯔찌야
슈사꾸 가따꾸라
마사아끼 우찌다
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하나와 요시카즈
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

전자 제어식 엔진과 무단 변속 자동 변속기를 함께 제어하는 통합 제어 시스템은, 변속기 출력 속도에 대한 변속기 입력 속도의 비로서의 변속기를 계산하기 위한 변속비 연산 처리 섹션과, 가속기 답입량 및 차속에 기초하여 제1 소정의 특성 맵으로부터 목표 구동 토크를 회복하기 위한 목표 구동 토크 연산 처리 섹션과, 작동기 답입량과 차속에 기초하여 제2 소정의 특성 맵으로부터 목표 변속비를 회복하기 위한 목표 변속비 연산 처리 섹션을 포함한다. 또한, 목표 구동 토크와 변속비 및 엔진 속도에 대한 변속기 입력 속도의 속도비에 기초하여 목표 엔진 출력 토크를 계산하기 위한 목표 엔진 출력 토크 연산 처리 섹션도 포함한다. 엔진 속도 및 목표 엔진 출력 토크에 따라 드로틀 개도 및 변속기 입력 속도가 피드백 제어된다.

Description

전자 제어식 엔진 및 자동 변속기용 통합 제어 시스템
1997년 6월 12일자 일본 특허 출원 평9-155377호 및 1997년 5월 22일자 일본 특허 출원 평9-132332호의 내용은 본 출원에 참조로 수록되어 있다.
본 발명은 전자 제어식 내연 기관 및 자동 변속기용의 통합 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 2개의 다소 상반된 요건, 즉 보다 양호한 구동 성능과 향상된 연료 소비를 최적으로 균형을 이루게 하는 동시에, 전자 엔진 제어 모듈(ECM) 또는 전자 엔진 제어 유닛(ECU)과 특히 무단 가변 자동 변속기에 적합한 변속기 제어용 전자 구성 부품을 갖는 차량에 대해 구동 차축을 거쳐 구동 휘일로 전달되는 구동 토크와 변속비(또는 변속기 변속비)를 자동적으로 제어 또는 조절하는 기술에 관한 것이다.
최근에, 전자 제어식 내연 기관 및 무단 가변 자동 변속기용의 각종 제어기가 제안되고 개발되어 왔다. 전자 제어식 엔진 또는 연속 가변 자동 변속기를 갖는 보다 최신 모델의 차량은 보다 양호한 구동 성능과 향상된 연료 소비의 균형을 이루도록 구동 휘일로 전달되는 전달 토크와 변속기의 변속비 양자에 대해 고정밀 제어를 필요로 한다. 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 소62-110536호와 소62-110535호는 구동력(또는 엔진 출력 토크)과 흔히 "CVT"로 줄여 쓰는 벨트형 연속 가변 자동 변속기의 변속비 양자를 제어하기 위한 제어기를 개시하고 있다. 전술한 일본 특허 공개 공보 제62-110536호에 개시된 제어기에 있어서, 목표 구동 토크는 가속기 개도(또는 가속기 페달의 각도 위치) 및 차속 양자를 기초로 해서 산술적으로 연산된다. 한편, 목표 변속비(또는 CVT의 소망하는 풀리비)는 연산된 목표 구동 토크 및 차속을 기초로 해서 산술적으로 연산된다. CVT의 변속비(풀리비)는 피드백 제어됨으로써, CVT의 실제 풀리비가 연산된 목표 변속비 쪽으로 조정된다. 또한, 목표 엔진 토크(또는 목표 엔진 출력)는 CVT의 실제 변속비 및 연산된 목표 구동 토크 양자를 기초로 해서 소정의 특성 맵으로부터 검색된다. 전자 제어식 드로틀 작동기와 같은 가변 엔진 토크 제어 작동기에 대한 제어 변수(예컨대, 드로틀 개도)의 소망하는 값은 검색된 목표 엔진 토크 및 실제 엔진 속도 양자를 기초로 해서 소정의 특성 맵으로부터 검색된다. 가변 엔진 토크 제어 작동기, 즉 드로틀 작동기는 피드백 제어됨으로써 제어 변수(예컨대, 소망하는 드로틀 개도)의 소망하는 값에 도달된다. 전술한 종래 기술의 제어기는 목표 변속비가 목표 구동 토크 및 차속을 기초로 해서 소정의 특성 맵으로부터 검색되도록 구성된다. 즉, 목표 구동 토크의 검색을 위한 특성 맵과 목표 변속비의 검색을 위한 특성 맵은 서로 상관 관계가 있다. 차량의 구동 성능을 적절하게 조절하기 위해서 목표 구동 토크의 특성 맵을 변경시키면 검색된 목표 구동 토크와 차속 양자를 기초로 해서 검색된 목표 변속비는 목표 구동 토크 특성 맵의 변경으로 인해 변하게 된다. 일반적으로 알려진 바와 같이 목표 변속비 맵에 의해 정의되는 특성들은 연료의 경제성에 큰 영향을 미친다. 상술한 바와 같이, 일본 특허 공개 공보 소62-110536호에 개시된 종래 기술의 제어기에서는 목표 구동 토크 맵과 목표 변속비 맵이 서로 독립적으로 설정되거나 변경될 수 없기 때문에 강화된 구동 성능 및 향상된 연료 소비의 양자의 균형을 잡기가 곤란하다. 또한, 일본 특허 공개 공보 소62-110536호에 개시된 종래 기술의 제어기에서는 목표 엔진 토크가 2개의 인자, 즉 실제 변속비 및 목표 구동 토크만을 기초로 해서 검색된다. 따라서, 자동적으로 적어도 차량 주행 중에 엔진과 CVT를 연결시키고 적어도 차량 정지 중에 그들을 분리시키도록 엔진과 CVT 사이에 배치된 컴퓨터 제어식 클러치와 같이 해제 가능한 연결 장치 또는 결합/해제 장치의 결합 및 해제 상태에 따른 목표 엔진 토크를 정확하게 보상받을 수 없었다. 예를 들어, 컴퓨터 제어식 클러치는 소위 CVT용 기동 클러치(전자기 클러치), 또는 소정의 터빈 대 엔진 속도비로 직접적으로 구동하기 위해 임펠러와 터빈 휘일을 함께 로크시키도록 자동적으로 결합할 수 있는 소위 로크-업(lock-up) 토크 컨버터에서 채택되는 유압 가동식 로크-업 클러치에 상당한다. 상술한 이유로 인해 종래 기술의 제어기에 있어서는 컴퓨터 제어식 클러치(해제 가능한 연결 장치 또는 결합/해제 장치)가 해제되고 이에 따라 컴퓨터 제어식 클러치의 입력축과 출력축 사이에 상대 속도차가 생길 때 구동 토크 제어의 정밀성을 저하시킨다고 하는 또 다른 문제가 있다. 한편, 일본 특허 공개 공보 소62-110535호는 소위 로크-업 토크 컨버터를 채택한 차량 동력 전달열(train)에 적합한 구동 토크 제어기를 개시하고 있다. 일본 특허 공개 공보 제62-110535호에서, 목표 엔진 출력 마력은 가속기 개도 및 차속 양자를 기초로 해서 산술적으로 연산된다. CVT의 목표 입력축 회전 속도는 연산된 목표 출력 마력을 기초로 해서 산술적으로 연산된다. CVT의 입력축 회전 속도는 피드백 제어됨으로써 CVT의 실제 입력축 회전 속도가 CVT의 변속비 제어를 통해, 연산된 목표 입력축 회전 속도 쪽으로 조정된다. 한편, 목표 엔진 토크는 연산된 출력 마력과 CVT의 실제 입력축 회전 속도 양자를 기초로 해서 산술적으로 연산된다. 엔진 출력 토크는 피드백 제어됨으로써 엔진 제어, 구체적으로 드로틀 개도 제어를 통해서 연산된 목표 엔진 토크에 도달된다. 일본 특허 공개 공보 제62-110535호에 개시된 제어기에 있어서는 목표 출력 마력의 검색을 위한 특성 맵과 목표 입력축 회전 속도의 검색을 위한 특성 맵이 서로 상관 관계가 있는 문제점이 있다. 따라서, 이들 특성 맵은 두 맵들 중 하나의 내용이 다른 맵의 내용의 변경(고쳐 씀)에 의해 영향을 받기 때문에 서로 독립적으로 조정될 수 없다. 또한, 일본 특허 공개 공보 소62-110535호에 개시된 제어 시스템은 토크 컨버터가 견고하게 결합된 로크-업 클러치에 의해 토크 컨버터의 입력축과 출력축 사이에 상대 속도차가 없는 완전한 로크-업 모드를 취하는 특정 조건 하에서 연료 소비율을 효과적으로 감소시키는 고정밀 구동 토크 피드백 제어를 제공한다. 그러나, 토크 컨버터는 로크-업 클러치가 완전히 해제된 개방 컨버터 모드, 또는 로크-업 클러치가 부분적으로 결합된 미끄럼 로크-업 모드를 취할 때 토크 컨버터의 입력 토크와 출력 토크 양자에 있어서 현저한 변동이 존재함으로써, 고정밀 구동 토크 피드백 제어를 제공하는 것이 곤란하다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점을 회피한, 전자 제어식 엔진 및 자동 변속기 바람직하게는 벨트형 연속 가변 자동 변속기, 환상형(toroidal) 연속 가변 자동 변속기 등과 같은 무단 가변 자동 변속기용 통합 제어 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 (차량의 보다 양호한 구동 성능에 기여하는) 목표 구동 토크 특성 맵과 (향상된 연료 소비율에 기여하는) 목표 변속비 특성 맵을 서로 독립적으로 설정할 수 있는 전자 제어식 엔진 및 자동 변속기(바람직하게는 무단 가변 자동 변속기)용의 통합 제어 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 엔진과 자동 변속기를 결합 또는 분리시키도록 엔진과 자동 변속기 사이에 배치된 해제 가능 커플링 장치[예컨대, 전자기 클러치 또는 로크-업(lock-up) 클러치]의 작동 조건(즉, 완전 결합, 부분 결합, 또는 분리)에 따라 목표 엔진 토크를 최적으로 보상할 수 있는, 전자 제어식 엔진 및 자동 변속기(양호하게는, 무단 가변 자동 변속기)를 위한 통합 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 로크-업 클러치가 완전 로크-업 작동 모드로부터 벗어날 때에도 목표 구동 토크에 도달하면서, 자동 엔진 출력 제어(예컨대, 전자 제어식 드로틀에 대해 이루어질 수 있는 자동 드로틀 제어)와 조합된 적당한 자동 변속비 제어에 의해 연료 소비율을 효과적으로 감소시킬 수 있는, 전자 제어식 엔진 및 자동 변속기(양호하게는, 무단 가변 자동 변속기)를 위한 통합 제어 시스템을 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 통합 제어 시스템의 일부를 구성하는 엔진 제어 시스템의 일 실시예를 도시하는 시스템 선도.
도2는 본 발명의 통합 제어 시스템의 나머지 부분을 구성하는 무단 가변 자동 변속기의 유압 시스템 선도.
도3은 도1 및 도2에 도시되고 본 실시예의 통합 제어 시스템에 채용되는 제어 유닛(2) 내부에 포함된 프로세서의 몇몇 기능을 도시하는 블럭 선도.
도4a는 소위 스타트 클러치(예컨대, 전자기 클러치)가 엔진과 CVT 사이에 배치된 결합/분리 장치로서 선택될 때, 토크비(Rtrq)와 속도비(e=Ni/Ne) 사이의 관계를 도시하는 특성 맵.
도4b는 로크-업 토크 컨버터의 로크-업 클러치가 결합/분리 장치로서 선택된 때 토크비(Rtrq)와 속도비(e) 사이의 관계를 도시하는 특성 맵.
도5는 로크-업 토크 컨버터가 결합/분리 장치로서 엔진과 CVT 사이에 배치된 경우에, 본 발명의 통합 제어 시스템에 의해 실행되는, 자동 구동 토크 제어 및 자동 변속기 제어의 프로그램의 일례를 도시하는 플로우차트.
도6은 로크-업 토크 컨버터가 결합/분리 장치로서 사용된 경우의, 표준 동력 전달열(power train)을 도시하는 개략 블럭 선도.
도7은 드로틀 개도(TVO), 엔진 속도(Ne) 및 엔진 출력 토크(Te)들간의 상호관계를 도시하는 특성 맵.
도8은 토크비(Rtrq) 대 속도비(e) 특성과, 토크 커패시티 계수(τ) 대 속도비(e) 특성을 도시하는 특성 맵.
도9는 로크-업 토크 컨버터가 그 개방 컨버터 작동 모드에서 작동하고 드로틀 개도(throttle opening, TVO)가 소정의 드로틀 개도값(일반적으로 퍼센트로 표현됨)에서 일정하게 유지되고, 변속기 입력축 회전 속도(Ni)가 소정의 입력 회전 속도에 일정하게 유지되는 특정 조건하에서 엔진 출력 토크(Te) 및 토크 컨버터 흡수 토크(Tc)의 변동을 도시하는 특성 맵.
도10은 로크-업 토크 컨버터가 그 슬립 로크-업 작동 모드에서 작동하고 드로틀 개도(throttle opening, TVO)가 소정의 드로틀 개도에서 일정하게 유지되고, 변속기 입력축 회전 속도(Ni)가 소정의 입력 회전 속도에 일정하게 유지되는 특정 조건하에서 엔진 출력 토크(Te) 및 토크 컨버터 흡수 토크(Tc)의 변동을 도시하는 특성 맵.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 전자 제어식 엔진
2 : 제어 유닛
3 : 공기 유량계
4 : 엔진 속도 센서
7 : 전자 제어식 드로틀
8 : 엔진 토크 제어 작동기
9 : 자동 변속기
10, 11 : 제1 및 제2 (구동 및 피동) 풀리
13 : 유압 제어 밸브 유닛
15 : 변속기 입력 속도 센서
16 : 변속기 출력 속도 센서
17 : 가속기 센서
본 발명의 상기 및 다른 목적을 성취하기 위하여, 전자 제어식 엔진 및 무단 가변 자동 변속기 모두를 위한 통합 제어 시스템은, 가속 페달의 누름과 무관하게 엔진 출력 토크를 가변적으로 조절할 수 있는 엔진 토크 제어 작동기와; 전자 제어식 엔진과 변속비를 무단계로 변경하도록 전자 제어식 엔진과 차축(axle) 구동축 사이에 배치된 무단 가변 자동 변속기와; 가속 페달 답입량을 검출하는 가속 페달 센서와; 차속을 검출하는 차속 센서와; 엔진 속도를 검출하는 엔진 속도 센서와; 변속기 입력 속도를 검출하는 변속기 입력 속도 센서와; 변속기 출력 속도를 검출하는 변속기 출력 속도 센서와; 변속비를 변속기 출력 속도에 대한 변속기 입력 속도의 비율로서 계산하는 변속비 연산 처리 섹션과; 가속 페달 답입량 및 차속 모두를 기초로 하여 제1 설정 특성 맵으로부터 목표 구동 토크를 검색하는 목표 구동 토크 연산 처리 섹션과; 가속 페달 답입량 및 차속 모두를 기초로 하여 제2 설정 특성 맵으로부터 목표 변속비를 검색하는 목표 속도비 연산 처리 섹션과; 목표 구동 토크, 변속비, 및 엔진 속도에 대한 변속기 입력 속도의 속도비 모두를 기초로 하여 목표 엔진 출력 토크를 계산하는 목표 엔진 출력 토크 연산 처리 섹션과; 목표 엔진 출력 토크 및 엔진 속도를 기초로 하여 엔진 토크 제어 작동기를 위한 제어 변수의 요구치를 계산하는 연산 처리 섹션과; 엔진 토크 제어 작동기의 제어 변수가 요구치를 향해 조절되도록 엔진 토크 제어 작동기를 피드백 제어하는 제1 피드백 제어부와; 변속비가 목표 변속비를 향해 조절되도록 자동 변속기를 피드백 제어하는 제2 피드백 제어부를 포함한다. 엔진 토크 제어 작동기는 전자 제어식 드로틀의 각도 위치를 변경시키는 드로틀 작동기를 포함하며, 제어 변수는 드로틀 개도인 것이 바람직하다. 무단 가변 자동 변속기는, 유효 직경이 연속적으로 변화할 수 있는 주 풀리 및 부 풀리(구동 풀리 및 피동 풀리)와, 주 풀리 및 부 풀리 모두에 권취되는 분할형 벨트와, 주 풀리의 유효 직경을 변경시키도록 1차 압력에 응답하는 구동 풀리 유압 작동기와, 부 풀리의 유효 직경을 변경시키도록 2차 압력에 응답하는 피동 풀리 유압 작동기를 구비하여, 변속비가 무단계로 가변될 수 있게 하는 벨트형 연속 가변 자동 변속기일 수 있다. 더욱 양호하게는, 통합 제어 시스템은 무단 가변 자동 변속기와 전자 제어식 엔진 사이에 배치된 결합 및 분리 장치도 포함할 수 있다. 결합 및 분리 장치는 적어도 차량의 주행 중에 엔진과 무단 가변 자동 변속기를 자동적으로 결합시키도록 그리고 적어도 차량의 정지 중에 이들을 분리시키도록 무단 가변 자동 변속기와 엔진 사이에 배치된 전자기 클러치를 포함할 수 있다. 다르게는, 결합 및 분리 장치는 로크-업 클러치를 내부에서 수용하는 로크-업 토크 컨버터를 포함할 수 있다. 로크-업 토크 컨버터는 3개의 작동 모드, 즉 로크-업 클러치가 해제된 개방 컨버터 모드, 로크-업 클러치가 부분적으로 결합된 슬립 로크-업 모드 및 로크-업 클러치가 완전 결합된 완전 로크-업 모드 중 하나에서 작동할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 통합 제어 시스템은, 엔진 출력 토크와 변속기 입력 속도의 안정 조합 작동점 - 이 안정 조합 작동점에서는 로크-업 토크 컨버터가 개방 컨버터 모드 및 슬립 로크-업 모드 중 하나에서 작동할 때 드로틀 개도 및 변속기 입력 속도의 각각의 조합에 대하여 엔진 출력 토크 및 토크 컨버터 흡수 토크 사이의 토크 차이가 0이 됨 - 을 검출하는 안정 작동점 연산 처리 섹션과, 검출된 안정 조합 작동점을 벗어나 목표 구동 토크를 발생시키면서 최저 연료 소비율을 제공할 수 있는 최상 안정 조합 작동점을 선택하는 최상 안정 작동점 연산 처리 섹션을 추가로 포함할 수 있다. 제1 피드백 제어부는 엔진 출력 토크가 최상 안정 조합 작동점에서 목표 엔진 출력 토크를 향해 조절되도록 전자 제어식 드로틀의 드로틀 작동기를 피드백 제어하는 반면에, 제2 피드백 제어부는 변속기 입력 속도가 최상 안정 조합 작동점에서 목표 변속기 입력 속도를 향해 조절되도록 자동 변속기를 피드백 제어한다. 최상 안정 조합 작동점은 드로틀 개도, 엔진 속도 및 엔진 연료 소비율들간의 관계를 나타내는 미리 프로그램된 엔진 연료 소비율에 의해 선택되는 것이 바람직하다. 엔진 출력 토크 및 변속기 입력 속도의 안정 조합 작동점은 엔진 속도 대 엔진 출력 토크 특성 곡선과, 엔진 속도 대 토크 컨버터 흡수 토크 특성 곡선의 교차점으로서 구해지거나 얻어진다. 개방 컨버터 모드와 비교할 때, 슬립 로크-업 모드에서의 엔진 속도 대 토크 컨버터 흡수 토크 특성 곡선은 로크-업 토크 컨버터의 로크-업 클러치의 결합력에 의해 점증적으로 보상되는 것이 더욱 바람직하다.
<양호한 실시예의 설명>
도면, 특히 도1 및 도2를 보면 본 실시예의 일체식 제어 시스템은 연속 가변 자동 변속기(continuous variable automatic transmission, CVT, 9) 및 결합/해제 장치(전자 클러치, 14) 모두를 전자적으로 제어하는 자동 변속기 제어 시스템 및 내연 기관(1)을 전자적으로 제어하는 엔진 제어 시스템(또는 전자식 엔진 제어 유닛 또는 전자식 엔진 제어 모듈)을 포함한다. 일체식 제어 시스템은 이들 제어를 수행하는 제어 유닛(2)을 갖는다. 종래의 방식에서 제어 유닛(2)은 마이크로컴퓨터를 포함한다. 도1에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(2)의 입력 인터페이스는 엔진/차량 센서들, 즉 공기 유량계(3), 크랭크각 센서(4), 냉매 온도 센서(참조 부호 없음), (도2의) 차속 센서(16), 산소 센서(O2센서, 참조 부호 없음) 및 드로틀 센서(참조부호 없음)으로부터의 여러 신호를 수용한다. 공기 유량계(3)는 흡기 유량 신호를 발생시킨다. 크랭크각 센서(4)는 디스트리뷰터 기준 신호 및 엔진 크랭크 샤프트의 상대적 각 위치를 나타내는 이른바 POS 신호를 포함하는 크랭크각 센서 신호를 발생시킨다. 차속 센서(16)는 통상적으로 변속기 출력축의 회전 속도를 검출하기 위해 변속기 출력축 가까이 위치한다. 통상적으로 변속기 출력축의 회전 속도(No)는 차속 VSP로서 사용된다. 배기 온도가 소정의 온도 범위내로 상승되는 폐쇄 루프 엔진 작동 모드 중, O2센서로부터의 전압 신호가 엔진 제어 모듈(ECM)에 의해 사용된다. 드로틀 센서는 와이드 오픈 드로틀에서 얻어지는 드로틀 각에 대한 실제 드로틀 각의 비로서 일반적으로 정의되는 드로틀 개도(TVO)를 나타내는 드로틀 센서 신호를 발생시키기 위해 전자 제어 드로틀(7)의 근처에 제공된다. 연료 분사량이 공기 유량계(3)로부터의 흡기 유량 신호에 기초하여 결정되고, 엔진 속도(Ne) 및 엔진 크랭크샤프트의 각도 위상 모두가 크랭크각 센서(4)로부터 발생된 크랭크각 센서 신호로부터 구해진다. 점화 시기가 예를 들어 가속기 개방으로부터 추론된 엔진 부하와 엔진 속도(Ne) 모두에 기초하여 결정된다. 각 연료 분사기(5)는 예를 들어 듀티 사이클 제어를 통해 결정된 연료 분사량에 따라 제어되고, 반면 각 엔진 실린더의 스파크 플러그(6)는 결정된 점화 시기에 따라 스파크를 발생한다.
전자식 제어 드로틀(7)이 가속 페달의 답입 정도에 관계없이 드로틀 개도 (즉 흡기 유량)를 전자식으로 제어하기 위해 유도 시스템의 흡기 통로에 배치된다. 참조 부호 8은 전자식 제어 드로틀(7)의 각 위치를 변경시키는 드로틀 작동기를 지시한다. 드로틀 작동기(8)는 가속기의 답입량에 관계없이 엔진 출력 토크를 변경시킬 수 있다.
도2를 보면, 연속 가변 자동 변속기(CVT, 9)는 그 유효 직경이 연속으로 변경가능한 주 및 부 -구동 및 피동- 풀리(10, 11)와, 주 풀리(10) 및 부 풀리(11) 모두에 권취된 구획 강 벨트(12)를 갖는다. 그러므로 CVT(9)의 출력축은 전자 클러치(14)를 통해 구획 강 벨트(12)에 의해 CVT의 입력축에 연결된 엔진 크랭크샤프트에 의해 구동된다. 라인 압력이 유압 제어 밸브 유닛(13)에 의해 보조 압력으로서 보상되고, 그 후 보조 압력은 부 풀리(11)의 피동 풀리 작동 유압 작동기(11A) 내로 공급된다. 보조 압력에 더하여 유압 제어 밸브 유닛(13)은 라인 압력(초기 압력)으로부터 소정의 압력 수준으로 조절되는 이른바 변속 압력을 발생시킨다. 적절히 조절된 변속 압력은 주 풀리(10)의 구동 풀리 작동 유압 작동기(10A) 내로 공급된다. 즉 조절된 변속 압력은 CVT의 변속비(Roi)가 급격하게 변동가능하도록 주 압력으로서 구동 풀리 작동기(10A) 내로 공급된다. 제어 유닛(2)은 결합/해제 장치(결합 및 해제 장치)로서 역할을 하는 전자기 클러치(14)에 의해 엔진 및 CVT의 커플링 및 언커플링 작동을 제어한다. 도2에 도시된 바와 같이 자동 변속 제어 목적으로, 제어 유닛(2)의 입력 인터페이스는 브레이크 스위치 (참조부호 없음), 인히비터(inhibitor) 스위치(참조 부호 없음), 가속기 센서(17), 차속 센서(또는 변속기 출력축 회전 속도 센서, 또는 단순히 변속기 출력축 속도 센서, 16) 및 변속기 입력축 회전 속도 센서(단순히 변속기 입력 축 센서, 15)로부터의 다양한 신호를 또한 수용한다. 인히비터 스위치는 제어 레버에 의해 선택된 작동 범위(선택기 위치)를 감시하도록 제공된다. 가속기 센서(17)는 가속기 개방을 지시하는 가속기 센서 신호를 발생시키도록 가속기 페달의 가속기 개방(또는 가속기 답입량; APS)을 감시 또는 검출하기 위해 제공된다. 도시된 실시예에서 차속 센서(16)는 변속기 출력축 회전 속도 센서에 대응한다. 변속기 출력축 회전 속도 또는 단순히 변속기 출력 속도(No)는 센서(16)로부터의 신호값으로부터 유도된다. 변속기 입력축 회전 속도 센서(15)는 주 풀리(10)의 플랜지부 가까이 위치되어 변속기 입력축 회전 속도, 또는 단순히 변속기 입력 속도(Ni)를 검출한다. 제어 유닛(2)의 프로세서(CPU 또는 MPU)는 변속기 출력축 회전 속도(No)에 대한 변속기 입력축 회전 속도(Ni)의 비(Ni/No)로서 변속비(Roi)를 산술적으로 계산하기 위해 변속비 연산 처리 구역을 갖는다. 제어 유닛(2)은 구동 풀리 작동기(10A)를 위한 주 압력 및 피동 풀리 작동기(11A)를 위한 보조 압력 모두를 제어하여, 실제 변속비(Roi)가 목표 변속비(tRoi)를 향해 조정되게 한다. 전술한 실시예에서 전자 클러치(14)가 CVT 및 엔진을 커플링 또는 언커플링을 위한 결합/해제 장치로서 사용되었지만, 그 대신에 로크-업 토크 컨버터의 로크-업 클러치가 결합/해제 장치로서 사용가능하다. 로크-업 토크 컨버터의 사용 예가 도5 내지 도10에 도시되어 있고, 도5 내지 도10을 참조하여 후술된다.
도3을 보면, 제어 유닛(2)의 연산 처리 구역(프로세서)에 의해 수행되는 연산 계산을 상세히 설명하는 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 제어 유닛(2)의 연산 처리 구역은 목표 구동 토크 연산 처리 구역(A)과, 목표 변속비 연산 처리 구역(B)과, 목표 엔진 토크 연산 처리 구역(C)과, 목표 드로틀 개구 연산 처리 구역(D)을 포함한다. 목표 구동 토크 연산 처리 구역(A)은 가속기 센서(17)로부터의 가속기 답입량 APS (가속기 개방)을 지시하는 신호와, 센서(16)으로부터 차속 지시 신호(VSP)를 수용한다. 연산 처리 구역(A)은 2개의 입력 신호값(APS, VSP)에 기초하여 가속기 답입량(APS), 차속(VSP) 및 목표 구동 토크(tTD) 사이의 관계를 나타내는 제1 사전 프로그래밍 특성 맵으로부터 목표 구동 토크를 산술적으로 계산 또는 검색한다. 유사하게 목표 변속비 연산 처리 구역(B)은 동일한 입력 정보, 즉 가속기 개도(APS) 및 차속(VSP)을 수용한다. 연산 처리 구역(B)은 2개의 입력 신호값(APS, VSP)에 기초하여 가속기 답입량(APS), 차속(VSP) 및 목표 변속비(tRoi) 사이의 관계를 나타내는 제2 사전 프로그래밍 특성 맵으로부터 목표 변속비(tRoi)를 산술적으로 계산 또는 검색한다. 전술한 바와 같이, 실제 변속비(Roi)는 변속기 출력축 회전 속도(No)에 대한 변속기 입력축 회전 속도(Ni)의 비율(Ni/No)로서 정의되거나 계산된다. 목표 엔진 토크 연산 처리 섹션(C)는 목표 구동 토크(tTd), 실제 변속비(Roi), 및 결합/해제 장치의 입력측의 회전 속도(Ne)에 대한 결합/해제 장치[도2에 도시된 실시예의 전자기 클러치(14)]의 출력측 회전 속도(Ni)의 비율(Ni/Ne)에 근거하여 목표 엔진 회전 출력 토크(tTd; 또는 소정의 엔진 동력 출력)를 산술적으로 계산한다. 이전에 언급된 비율(Ni/Ne)은 통상 결합/해제 장치의 "속도비"로서 언급된다. 명확하게는, 목표 엔진 출력 토크(tTe)는 하기의 식 (1)에 의해 얻어진다.
tTe= tTd/(K1×Roi)/Rtrq(1)
여기서, K1은 구동 토크를 CVT의 출력축 토크로 변환시키는 데에 필요한 변환 상수이고, Rtrq는 결합/해제 장치의 입력축 토크(간략하게는, 입력 토크)에 대한 상기 장치의 출력축 토크(간략하게는, 출력 토크)의 토크비이다.
속도비(Ni/Ne)에 따라 변할 수 있는 토크비(Rtrq)는 결합/해제 장치가 전자기 클러치(14)일 때 도4a에 도시된 특성 맵에 의해 얻어진다. 도4a에 도시된 바와 같이, 전자기 클러치(14)가 결합/해제 장치로서 사용될 때, 클러치(14)의 입력축 토크에 대한 출력축 토크의 토크비(Rtrq)는 클러치(14)의 결합력이 증가함에 따라 마찰 손실이 감소되기 쉬우므로 클러치(14)의 입력측의 회전 속도(Ne)에 대한 클러치(14)의 출력측의 회전 속도(Ni)의 속도비(e = Ni/Ne)의 증가에 비례하여 증가하려는 경향이 있다. 한편, 결합/해제 장치가 로크-업(lock-up) 토크 컨버터의 로크-업 클러치인 경우, 토크비(Rtrq)는 도4b에 도시된 특성 맵(종종 "토크 컨버터 성능 곡선"으로 불리는 토크 컨버터 특성 맵)에 의해 얻어진다. 도4b에 도시된 바와 같이, 로크-업 토크 컨버터가 결합/해제 장치로서 사용될 때, 상기 토크 컨버터 내에서 발생된 토크 증가량은 입력 토크에 대한 출력 토크의 토크비(Rtrq)가 1:1이 될 때까지 점진적으로 감소된다. 토크비(Rtrq)가 막 1:1이 되는 지점은 "클러치 지점" 또는 "변환 지점"이라 통상 불린다. 일방향 클러치가 스테이터(반력 부재)를 전방 회전시킬 수 있게 하는 변환 지점에서, 토크 컨버터 유닛은 유체 커플링과 같이 기능하기 시작한다. 전술한 이유로, 클러치 지점의 좌측 영역은 종종 "토크 컨버터 영역"으로 불리는 반면에 클러치 지점의 우측 영역은 종종 "유체 커플링 영역"으로 불린다. 목표 드로틀 개도 연산 처리 섹션(D)는 2개의 입력 정보 데이터, 즉 상기 연산 처리 섹션(D)에 의해 결정된 목표 엔진 출력 토크(tTe)와 크랭크각 센서 신호로부터 감산된 엔진 속도(Ne)를 수신한다. 목표 드로틀 개도 연산 처리 섹션(D)는 목표 엔진 출력 토크(tTe)와 엔진 속도(Ne)에 근거하여 목표 드로틀 개도(tTPS)를 산술적으로 계산한다. 전술한 무단 변속기(CVT; 9)는 제어 유닛(2)에 의해 피드백 제어되고, 그 결과 변속비(Roi)은 연산 처리 섹션(B)에 의해 계산된 목표 엔진 변화율(tRoi)로 조절된다. 한편, 전기적으로 제어되는 드로틀(7)은 제어 유닛(2)에 의해 피드백 제어되고, 그 결과 실제 드로틀 개도(TPS)는 목표 드로틀 개도(tTPS)를 향해 조절된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 통합 제어 시스템에 있어서, 목표 구동 토크(tTd)는 가속기 답입량(APS), 차속(VSP) 및 목표 구동 토크(tTd) 사이의 관계를 나타내는 제1차 프로그램된 특성 맵으로부터 산술적으로 계산 또는 획득되는 반면에, 목표 변속비(tRoi)은 가속기 답입량(APS), 차속(VSP) 및 목표 변속비(tRoi) 사이의 관계를 나타내는 제2차 프로그램된 특성 맵으로부터 산술적으로 계산 또는 획득된다. 제1차 및 제2차 프로그램된 특성 맵은 상호 관련이 없다. 따라서, 제1차 프로그램된 특성 맵(차량의 양호한 주행성에 아주 큰 영향을 미치는 목표 구동 토크 특성 맵)과 제2차 프로그램된 특성 맵(향상된 연료 경제성에 아주 큰 영향을 미치는 목표 변속비 특성 맵)은 상호 독립적으로 동조 또는 변경된다. 그 결과, 목표 구동 토크(tTd) 및 목표 변속비(tRoi)의 독립적인 설정 및 동조에 의해 양호한 주행성 및 향상된 연료 소비율을 공히 용이하게 평형되게 할 수 있다. 또한, 개시된 제어 시스템에 있어서, 목표 엔진 출력 토크(tTe)는 계산된 목표 구동 토크(tTd) 및 실제 변속비(Roi) 뿐만 아니라 결합/해제 장치[전자기 클러치(14)]의 속도 비율(e = Ni/Ne)에 근거하여 산술적으로 계산된다. 따라서, 목표 엔진 토크(tTe)는 전자기 클러치(14) 또는 로크-업 토크 컨버터의 로크-업 클러치와 같은 결합/해제 장치의 작동 조건에 따라 적절히 보상된다. 그러므로, 결합/해제 장치(해제가능한 커플링 장치)가 해제되어 상기 결합/해제 장치의 입력축 및 출력축 사이의 상대 속도 차이가 있을 때에도 아주 정밀한 엔진 출력 제어(즉, 아주 정밀한 구동 토크 제어)를 제공하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 실시예의 통합 제어 시스템에 의하면, 소위 개시 클러치(전자기 클러치) 또는 소위 로크-업 토크 컨버터의 로크-업 클러치가 무단 변속기용 결합/해제 장치로서 사용될 때, 상기 결합/해제 장치의 슬립 비율에 따라 엔진 출력을 정밀하게 보상하는 것이 가능하다.
도5에 의하면, 로크-업 토크 컨버터가 결합/해제 장치로서 엔진과 CVT(9) 사이에 배치되는 경우에 상기 통합 제어 시스템에 의해 수행되는 자동 구동 토크 제어(또는 자동 엔진 출력 제어) 및 자동 변속기의 자동 변속비 제어[CVT(9)의 자동 풀리비 제어]용 배경 루틴(background routine)의 상세부를 도시하고 있다. 도5에 도시된 루틴은 소정의 샘플링 시간 간격마다 개시(trigger)되도록 시간 개시식 인터럽터 루틴(time-triggered interrupt routine)으로서 수행된다. 자동 변속기의 자동 구동 토크 제어 및 자동 변속비 제어용 배경 루틴의 상세부를 도5의 흐름도에 따라 이후 상세히 설명한다. 도6에 도시된 바와 같이, 엔진 출력 토크(Te; 토크 컨버터 입력 토크)는 토크 컨버터 출력 토크(Ti=τNe 2)로 변환되고, 동시에 엔진 속도(Ne)는 토크 컨버터(20)에 의해 토크 컨버터 출력 속도(Ni)로 변화된다. 동력 전달열 내의 CVT(9)는 엔진(1)과 구동 휘일(22) 사이의 다양한 변속비(기어비 또는 풀리비)를 제공할 수 있다. 도5에 도시된 프로그램을 상세히 설명하기 전에, 자동 구동 토크 제어(또는 자동 엔진 출력 제어)와 자동 변속기의 자동 변속비 제어[CVT(9)의 자동 풀리비 제어]에 관한 기본 원리를 도7 내지 도10을 참조하여 이하 설명한다. 엔진 출력 토크(Te), 엔진 속도(Ne) 및 드로틀 개도(TVO 또는 TPS) 사이의 일반적인 관계가 도7에 도시된다. 도7에 도시된 바와 같이, 엔진 출력 토크(Te)는 (드로틀 센서에 의해 검출된) 전자 제어식 드로틀(7)의 실제 드로틀 개도(TVO 또는 TPS)와 [크랭크각 센서(4)에 의해 검출된] 실제 엔진 속도(Ne)에 따라 명확하게 결정될 수 있다. 로크-업 토크 컨버터(20)는 그 내부에 로크-업 클러치를 수용한다. 종래의 방법으로, 토크 컨버터 로크-업 클러치는 토크 컨버터의 입력 요소(예컨대, 펌프 임펠러)와 토크 컨버터 출력 요소(예컨대, 터빈 러너) 사이에 작동적으로 배치된다. 펌프 임펠러는 토크 컨버터 커버를 통해 엔진 출력축(엔진 크랭크축)에 연결되고, 따라서 상기 엔진과 직접 연결된다. 한편, 터빈 러너는 무단 변속기(9)의 입력축에 연결된다. 터빈 러너 휘일과 임펠러 휘일은 상호 대향되게 배치된다. 스테이터(반력 부재)는 스테이터를 지지하여 일 회전 방향으로 토크 컨버터 회전(스테이터 회전)을 가능하게 하는 일방향 클러치를 통해 임펠러와 터빈 사이에 배치된다. 로크-업 토크 컨버터(20)는 인가 압력이 가해지는 인가 챔버 및 해제 압력이 가해지는 해제 챔버를 갖는다. 로크-업 클러치는, 로크-업 클러치가 해제되는 개방된 컨버터 구역과 로크-업 클러치가 부분적으로 결합되는 미끄럼 로크-업 구역과 로크-업 클러치가 강하게 완전히 결합되는 완전 로크-업 구역의 세 개의 작동 구역(또는 모드) 중 어느 하나에서 작동하도록 인가 압력 및 해제 압력 사이의 차압에 의해 제어 가능하다. 세 개의 작동 구역은 통상 차속(VSP) 및 드로틀 개도(TVO)에 따라 미리 결정된다. 로크-업 토크 컨버터의 구조는 본 발명의 부분을 구성하지 않는다. 통상 이러한 로크-업 토크 컨버터의 상세는 예를 들어 1002년 10월 6일자로 이마무라 히로유키에게 특허된 미국 특허 제5,152,386호에 개시되어 있다. 로크-업 토크 컨버터(20)의 로크-업 클러치는 개방된 컨버터 구역에서 작동되며, 토크 컨버터는 도8에서 도시된 통상의 토크 컨버터 성능 곡선을 나타낸다. 도8에서 명확히 도시된 바와 같이, 토크 컨버터에 전달되어 흡수된 토크의 커패시티의 토크 커패시티 계수(τ) 및 토크 컨버터 입력 토크(Te)에 대한 토크 컨버터 출력 토크(Ti)의 토크비(Rtrq)(= Ti/Te)는 토크 컨버터 입력 속도(Ne)에 대한 토크 컨버터 출력 속도(Ni)의 속도비(e)(= Ni/Ne)에 따라 변화된다. 즉, 흡수된 토크 커패시티 계수(τ) 및 토크비(Rtrq)는 속도비(e)에 따라 각각 결정될 수 있다. 또한, 토크 컨버터(20)의 흡수된 토크(Tc)는 흡수된 토크 커패시티 계수(τ) 및 엔진 속도(Ne)의 제곱(Ne 2)의 적으로 표시된다.
Tc= τ×Ne 2
알 수 있는 바와 같이, 엔진 및 동력전달열의 전이 작동 상태에서 (또는 불안정 상태에서), 엔진 출력 토크(즉, 토크 컨버터 입력 토크)(Te) 및 토크 컨버터의 흡수된 토크(Tc)가 서로 다른 경우, 토크 컨버터 입력(Ne)은 토크 컨버터 입력 토크(Te)와 흡수된 토크(Tc) 사이의 토크 차이(Te- Tc)에 의해 변화된다. 도7에서 도시된 특성 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이전에 인식된 토크 차이(Te- Tc)가 0으로 되어 엔진/동력 전달열이 안정된 상태(또는 정상 상태)에 있게되는 새로운 안정 작동 지점으로 토크 컨버터 입력 속도(Ne) 및 엔진 출력 토크(Te)의 조합 작동이 절환될 때까지 토크 컨버터 입력 속도(Ne)의 변화는 엔진 출력 토크(Te)의 변화를 야기한다. 도9에서 도시된 바와 같이, 토크 컨버터의 로크-업 클러치의 컨버터 구역에서, 드로틀 개도(TVO)(또는 TPS) 및 변속기 입력 속도(토크 컨버터 출력 속도)(Ni)의 각 조합에 대해 엔진 출력 토크(Te) 및 흡수된 토크(To)가 엔진 속도(Ne)에 따라 변화된다. 도9는, 드로틀 개도(TVO)가 어떤 값으로 고정되고 변속기 입력 속도(Ni)가 어떤 값으로 고정된 소정 상태에서 엔진 출력 토크(Te) 대 엔진 속도(Ne) 토크 컨버터(T/C) 흡수 토크(Tc) 대 엔진 속도(Ne) 특성의 일 예를 도시한다. 도9에서, 엔진 출력 토크(Te) 대 엔진 속도(Ne)의 교차점(Te= Tc) 특성 곡선은 토크 컨버터 입력 속도(Ne)(또는 변속기 입력 속도(Ni)) 및 엔진 출력 토크(Te)의 안정된 조합 작동 지점에 대응한다. 이하, 토크 컨버터 입력 속도(Ne)(또는 변속기 입력 속도(Ni)) 및 엔진 출력 토크(Te)의 안정된 조합 작동 지점은 단지 "엔진의 안정된 작동 지점"이라 하기로 한다. 전자 제어 드로틀(7)의 현재의 드로틀 개도(TVO)는 도5의 진행중인(ongoing) 연산 처리에 의해 판독되며 변속기 입력 속도(Ni) 또한 도5의 진행중인 연산 처리에 의해 판독될 때, 도5의 루틴을 통해 유도된 변속기 입력 속도(Ni) 및 드로틀 개도(TVO)의 소정 조합 하에서, 엔진의 안정된 작동 지점은 도9에서 도시된 특성 맵(map)으로부터 일정하게(univocally) 결정(determined or retrieved)된다. 그 후, 토크비(Rtrq)가 속도비(e)의 함수(f(e))로서 얻어지기 때문에(도8 참조), 도9에서 도시된 맵으로부터 결정된 엔진 출력 토크(Te) 및 토크 컨버터의 속도비(e)(= Ni/Ne)로부터 결정된 토크비(Ttrq)에 기초하여, 변속기 입력 토크(Ti)는 식 Ti=Rtrq×Te로부터 결정될 수 있다.
상기로부터, 예를 들어, 목표 구동 토크 연산 처리 섹션(A)의 수단에 의해(도3 참조) 목표 구동 토크(tTd)가 이미 결정된 경우, (변속기 출력 토크에 대한) 이러한 목표 토크(tTd) 및 액슬 구동 샤프트 회전 속도(또는 변속기 출력 속도(No))의 적(product)(tTd×No)은 변속기 입력 토크(Ti) 및 변속기 입력 속도(Ni)의 적(Ti×Ni)과 동일하다. 이는, 간편하게 변속기(9)를 포함하는 동력전달열의 토크 전달 효율이 100%라 가정할 때, 변속기 출력축 출력이 변속기 입력 샤프트 출력과 동일하기 때문이다. 상술된 견지에서, 엔진 출력(전자 제어 드로틀의 드로틀 개도(TVO)) 및 CVT(9)의 변속비(Roi)를 자동적으로 제어하기 위해, 따라서, 최적의 연료 소비율로 엔진 작동 상태를 조절하기 위해, (목표 구동 토크(tTd) 및 변속기 출력 속도(No)의 적(tTd×No)으로서 얻어진) 필요한 변속기 출력축 출력을 만족시키면서, 무엇보다도, 필요한 변속기 출력축 출력이 가능한 안정된 작동 지점의 모든 조합{(Te1, Ne1), (Te2, Ne2), (Te3, Ne3), ···}을 선택하는 것이 필요하다. 그 후, 선택된 또는 탐지된 안정된 작동 지점으로부터, 필요한 변속기 출력축 출력(또는 목표 구동 토크(tTd))를 발생시키면서 가장 양호한(또는 가장 낮은) 연료 소비율을 제공할 수 있는 가장 양호한 안정된 조합 작동 지점이 미리 프로그램된 엔진 연료 소비율 특성 맵에 의해 선택된다. 이러한 맵은 드로틀 개도(TVO), 엔진 속도(Ne), 엔진 연료 소비율 사이의 관계를 표시한다. 이러한 연료 소비율 특성 맵은 어떤 종류의 엔진에 대해서도 경험적으로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 가장 양호한 조합된 작동 지점이 선택된다. 그 후, 가장 안정된 작동 지점에서 선택된 엔진 출력 토크(Te)(또는 변속기 출력축 출력)는 전자 제어 드로틀(7)의 드로틀 개도의 피드백 제어(전자 제어)에 의해 얻을 수 있다. 동시에, 가장 양호한 안정된 작동 지점의 선택된 변속기 입력 속도(Ni)는 자동 변속비 제어에 의해 얻을 수 있다. 이러한 방식으로, 가장 낮은 연료 소비율을 실현시키면서 목표 구동 토크(tTd)를 발생시키는 것이 가능하다.
다시 도5에서, 예를 들어, 로크-업 토크 컨버터(20)가 결합/해제 장치로서 엔진(1)과 CVT(9) 사이에 배치될 때, 본 발명의 통합된 제어 시스템은 다음과 같이 작동된다.
단계(11)에서, 우선, 현재의 변속기 입력 속도(Ni)가 판독된다.
단계(12)에서, 전자 제어 드로틀(7)의 현재의 드로틀 개도(TVO)가 판독된다.
단계(13)에서, 현재의 엔진 속도(Ne)가 판독된다.
단계(14)에서, 속도비(e)는 단계(11, 및 13)에 의해 판독된 변속기 입력 속도(Ni) 및 엔진 속도(Ne)에 기초하여 다음의 식으로부터 산술적으로 계산 또는 유도된다.
e = Ni/Ne
단계(15)에서, 토크 컨버터 흡수 토크 계수(τ)는 단계(14)를 통해 계산된 속도비(e)에 기초하여 도8에서 도시된 특성 맵으로부터 유도된다.
단계(16)에서, 토크 컨버터 흡수 토크(Tc)는 단계(13)에서 판독된 현재의 엔진 속도(Ne) 및 결정된 토크 컨버터 흡수 토크 계수(τ)에 기초하여 이하의 식으로부터 산술적으로 계산 또는 결정된다.
Tc= τ×Ne 2
단계(17)에서, 엔진 출력 토크(Te)는 단계(12, 13)를 통해 판독된 드로틀 개도(TVO) 및 엔진 속도(Ne)에 기초하여 도7에서 도시된 특성 맵으로부터 결정된다.
단계(18)에서 엔진 출력 토크(Te)와 토크(Tc)를 흡수하는 토크 컨버터 사이의 토크차(Te-Tc)가 0이 되는 안정 작동점이 존재하는지를 결정하기 위해 시험이 수행된다. 실제로 토크차(Te-Tc)가 0이 되는지를 결정하는 것은 어렵다. 그 대신에 토크차(Te-Tc)가 양에서 음으로 바뀌거나 혹은 그 반대가 되는 특별한 타이밍으로 엔진 출력 토크(Te)와 토크(Tc)가 일치하는 점을 결정하는 것이 용이할 것이다. 안정 작동점이 단계(18)에서 발견되지 (혹은 감지되지) 않으면 단계(14)에서 단계(18)까지 다시 반복한다. 단계(14)에서 단계(18)까지 반복된 후에 안정 작동점이 감지되거나 발견되면 단계(19)로 진행한다.
단계(19)에서 토크 컨버터(20)의 토크비(Rtrq)는 단계(14)에서 계산된 속도비(e)를 기초로 도8의 특성도로부터 구해진다.
단계(20)에서 변속기 입력 토크(Ti)는 단계(19)에서 구해진 토크비(Rtrq)와 단계(17)에서 구해진 엔진 출력 토크(Te)를 기초로 수치적으로 다음 식에 의해 계산된다.
Ti=Rtrq×Te
단계(21)에서 변속기 입력 축력은 변속기 입력 속도(Ni)과 변속기 입력 토크(Ti)의 곱(Ni×Ti)에 의해 수치적으로 계산된다. 변속기(9)을 포함하는 파워 트레인의 토크 변속기의 효율이 100 %라는 전술한 가정에서 변속기 입력 축력(Ni×Ti)은 변속기 축력(tTd×No)과 같다. 변속기 입력 축력(Ni×Ti)과 변속기 축력(tTd×No) 간의 관계식{(Ni×Ti) = (tTd×No)}은 Ti=(tTd×No)/Ni의 등식으로 나타낸다. 한편, 토크비(Rtrq)는 토크 컨버터 입력 토크(Te)에 대한 토크 컨버터 출력 토크(Ti)의 비율(Ti/Te)로 나타내므로 Te=Ti/Rtrq이다. Ti=(tTd×No)/Ni를 등식 Te=Ti/Rtrq에 대입하면 목표 엔진 출력 토크 tTe={(tTd×No)/Ni}/Rtrq이다. 즉, 목표 엔진 출력 토크(tTe)는 tTd·(N0/Ni)·(1/Rtrq) 즉, tTe = tTd/Roi/Rtrq이다. 실제로는, 변속기(9)를 포함하는 파워 트레인의 토크 변속기 효율이 100 %가 아니고 구동 토크를 CVT(9)로 변환시키기 위헌 변환 상수(K)가 고려되어야 한다. 변환 상수(K) 때문에 상기에 언급한 식 tTe= tTd/Roi/Rtrq는 전술한 식(1)과 동일하다. 이러한 방식으로 도5 내지 도10에 도시된 실시예에서 목표 구동 토크(tTd) 및 변속비(Roi) 뿐만 아니라 속도비(e)는 목표 엔진 출력 토크(tTe)를 수치적으로 계산하는데 사용된다. 도5에 도시된 실시예에서 엔진/토크 컨버터의 안정 작동점을 검사하는 것 뿐 아니라 엔진 연료-소비율에 대한 검사도 아래에 설명되는 단계(22, 23, 24)에 따라 동시에 수행된다. 가능한 엔진 연료 소비율을 감소시키면서 단계(21)에서 계산된 변속기 입력 축력(Ni×Ti)에 기초한 목표 구동 토크(tTd)를 얻기 위해서 엔진 출력 토크(Te)와 변속기 입력 속도(Ni)의 최상의 안정 결합 작동점은 다음과 같이 선택된다.
단계(22)에서 전술한 수치 계산을 통해 감지된 안정 작동점에서 엔진 연료 소비율은 드로틀 개구(TVO)와 엔진 속도(Ne)과 연료 소비율간의 관계를 나타내는 소정의 연료 소비율 특성도로부터 구해진다. 단계(23)에서 진행되는 경로를 통해(혹은 전술한 수치 계산을 통해) 구해진 변속기 입력 축력(Ni×Ti)과, 엔진 연료 소비율(단위 : g/PS·H)과, 변속기 입력 속도(Ni)와, 엔진 출력 토크(Te)는 모두 제어 유닛(2)의 메모리(RAM)에 저장된다. 드로틀 개구(TVO)와 변속기 입력 속도(Ni)의 각각의 조합에 대하여 상기와 같이 안정 작동점을 구하는 과정이 반복된다. 이러한 식으로 안정 작동점을 구하거나 감지하는 것은 두 파라미터(TVO, Ni)의 모든 조합에 대하여 행해진다.
단계(24)에서 데이터 배열은 낮은 연료 소비율(단위 : g/PS·H)의 순서대로 모든 변속기 입력 축력(Ni×Ti)에 대해 재배열된다.
단계(25)에서 목표 구동 토크에 대응하는 변속기 입력 축력에 대해 최하로 연료 소비율을 낮추기에 충분한 최상의 안정 결합 작동점은 전술한 데이터 배열대로 배열된 다수의 저장된 데이터 배열에 의해 선택된다. 최상의 안정 작동점에서 소망하는 엔진 출력 토크(Te)와 소망하는 변속기 입력 속도(Ni)의 최상의 결합에 기초하여, 전자적으로 제어되는 드로틀(7)에 대해 수행되는 자동 드로틀 제어의 방식으로 드로틀 개구가 소망하는 엔진 출력 토크(Te)를 만족시키도록 피드백 제어된다. 동시에, 자동 변속기 비율 제어 (혹은 CVT의 자동 풀리 비율 제어)의 방식으로 변속기(9)의 변속비(R1)는 소망하는 변속기 입력 속도(Ni)를 만족시키도록 피드백 제어된다.
도10을 참조하면, 토크 컨버터의 폐쇄 클러치의 미끄럼 폐쇄 구역에서 드로틀 개구(TVO)가 특정 값에 고정되고 변속기 입력 속도(Ni)가 특정 값에 고정되는 특정 조건하에서 엔진 속도(Ne) 대 엔진 출력 토크(Te) 및 엔진 속도(Ne) 대 토크 컨버터(T/C)가 흡수하는 토크(Tc) 특성의 한 예가 도시되어 있다. 도10에서 엔진 속도(Ne) 대 엔진 출력 토크(Te) 특성 곡선과 엔진 속도(Ne) 대 토크 컨버터(T/C)가 흡수하는 토크(Tc) 특성 곡선의 교차점(Te=Tc)은 토크 컨버터 입력 속도(Ne) 및 엔진 출력 토크(Te)의 안정 결합 작동점에 대응한다. 도9에 도시된 특성도에 비교하여 도10에 도시된 엔진 속도(Ne) 대 T/C 흡수 토크(Tc) 특성 곡선은 폐쇄 클러치의 결합력(a)에 의해 상향으로 도시된다. 환언하면, 엔진 속도(Ne) 대 T/C 흡수 토크(Tc) 특성 곡선은 미끄럼 폐쇄 모드 동안 폐쇄 토크 컨버터의 폐쇄 클러치의 결합력에 의해 증가하도록 보상된다.
상기에서 인식된 것처럼, 본 발명의 일체화된 제어 시스템이 전자적으로 제어되는 엔진과 폐쇄 토크 컨버터를 경유하여 엔진에 연결되는 무단 자동 변속기를 가지는 자동차에 사용되면 자동 엔진 출력 제어와 결합하여 적절한 자동 속도 변환 제어를 사용하여 엔진 연료 소비율이 효과적으로 감소할 수 있고 동시에 작동 구역 즉, 개방 컨버터 구역과, 미끄럼 폐쇄 구역과, 전 폐쇄 구역에 관계없이 목표 구동 토크를 만들어 낼 수 있다.
도시된 실시예에서 변속기 출력 속도 센서(16)가 차속 센서로 사용됨에도 불구하고 변속기 출력 속도 센서와 차속 센서는 서로 독립적으로 제공된다. 예를 들어, 차속(VSP)은 네 개의 차륜속 데이터의 선택된 고속 속도 데이터로서 추정되기도 한다.
실시예에서, 벨트 형태(CVT)가 사용됨에도 불구하고 무단 변속기에는 도우넛형의 CVT의 형태가 사용될 수도 있다. 도우넛형의 CVT의 상세한 설명은 마사끼 나까노에게 1990년 9월 11일에 특허되고 본 발명의 출원인에게 양도된 미국 특허 제4,955,246호에 제시되어 있는데, 이를 본 명세서에서 참고 자료로 설명하였다.
전술한 내용은 본 발명에 따른 양호한 실시예에 대한 설명이며 본 발명은 도시되고 여기에서 설명된 특별한 실시예에 제한되지 않지만 다양한 변화와 수정이 다음의 특허청구범위에 정의된 발명의 범위와 정신에서 벗어남이 없이 가능하다는 것이 이해될 것이다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 전자 제어식 엔진 및 자동 변속기(양호하게는, 무단 가변 자동 변속기)를 위한 통합 제어 시스템을 제공함으로써, 로크-업 클러치가 완전 로크-업 작동 모드로부터 벗어날 때에도 목표 구동 토크에 도달하면서, 자동 엔진 출력 제어(예컨대, 전자 제어식 드로틀에 대해 이루어질 수 있는 자동 드로틀 제어)와 조합된 적당한 자동 변속비 제어에 의해 연료 소비율을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 전자 제어식 엔진과 무단 변속 자동 변속기를 함께 제어하는 통합 제어 시스템에 있어서, 가속기의 답입력과는 무관하게 엔진 출력 토크를 가변 조정할 수 있는 엔진 토크 제어 작동기(8)와, 변속비(Roi)를 무단 변속하기 위해 전자 제어식 엔진(1)과 차축 구동축 사이에 배치된 무단 변속 자동 변속기(9)와, 가속기 답입량(APS)을 검출하기 위한 가속기 센서(17)와, 차속(VSP)을 검출하기 위한 차속 센서와, 엔진 속도(Ne)를 검출하기 위한 엔진 속도 센서(4)와, 변속기 입력 속도(N1)를 검출하기 위한 변속기 입력 속도 센서(15)와, 변속기 출력 속도(No)를 검출하기 위한 변속기 출력 속도 센서(16)와, 변속기 출력 속도(No)에 대한 변속기 입력 속도(Ni)의 비(Ni/No)로서의 변속비(Roi)를 계산하기 위한 변속비 연산 처리 섹션과, 가속기 답입량(APS) 및 차속(VSP)에 기초하여 제1 소정 특성 맵으로부터 목표 구동 토크(tTd)를 회복하기 위한 목표 구동 토크 연산 처리 섹션(A)과, 가속기 답입량(APS) 및 차속(VSP)에 기초하여 제2 소정 특성 맵으로부터 목표 변속비(tRoi)를 회복하기 위한 목표 변속비 연산 처리 섹션(B)과, 목표 구동 토크(tTd)와, 변속비(Roi) 및 엔진 속도(Ne)에 대한 변속기 입력 속도(Ni)의 속도비(e)에 기초하여 목표 엔진 출력 토크(tTe)를 계산하기 위한 목표 엔진 출력 토크 연산 처리 섹션(C)과, 목표 엔진 출력 토크(tTe)와 엔진 속도(Ne)에 기초하여 엔진 토크 제어 작동기(8)에서의 제어 변수(TPS)의 소정치(tTPS)를 계산하기 위한 연산 처리 섹션(D)과, 엔진 토크 제어 작동기의 제어 변수(TPS)가 소정치(tTPS) 쪽으로 조정되도록 엔진 토크 제어 작동기(8)를 피드백 제어하기 위한 제1 피드백 제어 섹션과, 변속비(Roi)가 목표 변속비(tRoi) 쪽으로 조정되도록 자동 변속기(9)를 피드백 제어하기 위한 제2 피드백 제어 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 엔진 토크 제어 작동기가 전자 제어식 드로틀(7)의 각도 위치를 변화시키기 위한 드로틀 작동기(8)를 포함하고, 제어 변수가 드로틀 개도(TPS)인 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 무단 변속 자동 변속기가, 변속비(Roi)가 무단 가변식으로 되도록, 유효 직경이 무단 가변형인 제1 및 제2 (구동 및 피동) 풀리(10, 11), 제1 및 제2 풀리(10, 11) 상에 감긴 세그먼트식 벨트(12), 제1 풀리(10)의 유효 직경을 변화시키기 위해 1차 압력에 반응하는 구동 풀리 유압 작동기(10A) 및 제2 풀리(11)의 유효 직경을 변화시키기 위해 2차 압력에 반응하는 피동 풀리 유압 작동기(11A)를 갖는 벨트형 무단 변속 자동 변속기(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 무단 변속 자동 변속기(9)와 전자 제어식 엔진(1) 사이에 배치된 결합-분리 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 목표 엔진 출력 토크 연산 처리 섹션(C)이 다음 식에 따라 목표 엔진 출력 토크(tTe)를 계산하는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
    tTe＝tTd/(Kl×Roi)/Rtrq
    (여기서, Kl은 목표 구동 토크(tTe)를 자동 변속기(9)의 출력 토크로 변환시키기 위한 변환 상수, Rtrq는 결합-분리 기구의 입력 토크에 대한 결합-분리 기구의 출력 토크의 토크비)
  6. 제4항에 있어서, 결합-분리 기구가, 엔진(1)과 무단 변속 자동 변속기(9)를 적어도 차량의 주행 중에는 자동적으로 결합하고 적어도 차량의 정지 중에는 자동적으로 분리하도록 무단 변속 자동 변속기(9)와 전자 제어식 엔진(1) 사이에 위치한 전자석 클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 결합-분리 기구가 로크-업 클러치를 자체 내에 수용하는 로크-업 토크 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 로크-업 토크 컨버터가 3개의 작동 모드, 즉 로크-업 클러치가 해제되는 개방 컨버터 모드와 로크-업 클러치가 부분적으로 결합되는 슬립 로크-업 모드와 로크-업 클러치가 완전히 결합되는 풀 로크-업 모드 중 하나에서 작동하며, 로크-업 토크 컨버터가, 로크-업 토크 컨버터가 개방 컨버터 모드와 슬립 로크-업 모드 중 하나에서 작동할 때 드로틀 개도(TPS; TVO)와 변속기 입력 속도(Ni)의 각 조합에 대하여 엔진 출력 토크(Te)와 토크 컨버터 흡수 토크(Tc) 사이의 차가 영(zero)이 되게 되는 엔진 출력 토크(Te)와 변속기 입력 속도(Ni)의 안정된 조합 작동점을 검출하기 위한 안정된 작동점 연산 처리 섹션(스텝 18)과, 안정된 조합 작동점들 외부에서 목표 구동 토크(tTd)를 생성하면서 최소의 연료 소비율을 제공할 수 있는 가장 안정된 조합 작동점을 선택하기 위한 가장 안정된 작동점 연산 처리 섹션(스텝 22, 23, 24, 25)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제1 피드백 제어 섹션은 엔진 출력 토크(Te)가 가장 안정된 조합 작동점에서 목표 엔진 출력 토크(tTe) 쪽으로 조정되도록 전자 제어식 드로틀(7)의 드로틀 작동기(8)를 피드백 제어하고, 제2 피드백 제어 섹션은 변속기 입력 속도(Ni)가 가장 안정된 조합 작동점에서 목표 변속기 입력 속도 쪽으로 조정되도록 자동 변속기(9)를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 가장 안정된 조합 작동점이 드로틀 개도(TPS; TVO)와 엔진 속도(Ne) 및 엔진 연료 소비율 사이의 관계를 나타내는 미리 프로그래밍된 엔진 연료 소비율 특성 맵에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 엔진 출력 토크(Te)와 변속기 입력 속도(Ni)의 안정된 조합 작동점이 엔진 속도(Ne) 대 엔진 출력 토크(Te) 특성 곡선과 엔진 속도(Ne) 대 토크 컨버터 흡수 토크(Tc) 특성 곡선의 교차점으로서 유도되고, 개방 컨버터 모드에 비해서 슬립 로크-업 모드에서 엔진 속도(Ne) 대 토크 컨버터 흡수 토크(Tc) 특성 곡선이 로크-업 토크 컨버터의 로크-업 클러치의 결합력에 의해 증가 방식으로 보상되는 것을 특징으로 하는 통합 제어 시스템.
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