KR100473437B1 - 구동토크설정방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 구동 토크를 설정하기 위한 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 구동 슬립 조정의 범위에서 토크를 설정하는 방법이다. 구동 토크에 영향을 주기 위해 최소한 두 개의 트리거링 가능한 액추에이터가 이용되는데, 이때 액추에이터들은 구동 토크 설정과 관련하여 각기 다른 동력학적 반응을 보인다. 본발명의 중심은 우선 설정할 구동 토크의 부분을 파악하고, 파악된 부분을 동력이 작은 액추에이터를 구동시킬 때 고려하는 것이다. 또한 동력이 작은 액추에이터를구동시킴으로써 야기되는 구동 토크의 변화도 추정된다. 설정할 구동 토크와 추정된 구동 토크 간의 차이는 최소한 하나의, 동력이 큰 액추에이터를 구동할 때 고려된다.

Description

구동 토크 설정방법 및 장치

본 발명은 구동 토크(driving torque)의 설정을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

독일 특허 출원 No. 42 39 711호에는, 운전자와 슬립 방지 조정 시스템(anti-slip regulation system)에 의해 선택된 원하는 엔진 토크(engine torque)가 공기 공급, 점화 시점 및/또는 분사되는 연료의 양을 변화시킴으로써 얻어지는, 엔진 토크 설정을 위한 시스템이 설명되어 있다.

독일 특허 출원 No. 40 30 881호(미국 특허 제5,445,442호에 대응)에는, 슬립 방지 조정기가 카르단 속도 제어기(cardan speed controller) 및 차동 속도 제어기(difference speed controller)로 분할되는 슬립 방지 조정 시스템이 설명되어 있다.

독일 특허 출원 No. 42 29 560호(미국 특허 제5,443,307호에 대응)에는, 차동 블록킹(differential blocking)의 효과가 제동기들(brakes)에 영향을 미치는 조작에 의해 개선되도록, 제어기 특성들이 차동 속도 제어기에 의해 개선되는 슬립방지 조정 시스템이 설명되어 있다.

독일 특허 출원 제19542294.5호 및 자동차공학 잡지(ATZ) 96(1994)에 게재된

"보쉬의 구동 동력학의 FDR 제어"라는 기사에서는, 구동 동력학 제어의 부분으로서 종속 슬립 방지 조정기(subordinate anti-slip regulator)가 설명되어 있고, 여기에서는 구동 토크를 설정하기 위해 모든 피동 휠들에 작용하는 카르단 토크(Cardan torque)와 구동 휠들 사이에 작용하는 차동 토크를 구별하고 있다. 슬립 방지 조정의 일부로서 구동 토크를 설정하기 위해서, 원하는 카르단 토크와 차동 토크는, 구동 토크 설정을 위해 이용가능한 액추에이터들(actuators)에 분배된다. 이를 위해, 휠 제동기에 영향을 미치는 조작들 및/또는 차량 엔진의 제어를 포함하는 조작들이 구동 토크 설정에 사용될 수 있다. 이것들은 이들의 다른 동력학적 반응(different dynamic response)들 내에서 다르게 작용한다.

본 발명의 목적은 사용 가능한 토크 조작 옵션들에 구동 토크 필요량을 최적으로 분배하는 것이다

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 개략적인 다이어그램.

도 2는 도 1에 도시된 시스템의 상세한 블록 다이어그램.

도 3은 본 발명에 따른 방법을 설명하는 제 1 플로우 차트.

도 4은 본 발명에 따른 방법을 설명하는 제 2 플로우 차트.

도 5은 본 발명에 따른 방법을 설명하는 제 3 플로우 차트.

본 발명은 자동차의 구동 토크 설정을 위한 방법, 특히, 슬립 방지 조정의 부분으로서 토크를 설정하기 위한 방법에 관한 것이다. 적어도 두 개의 트리거링가능한(triggerable) 액추에이터들이 구동 토크에 영향을 주는데 사용될 수 있고, 상기 액추에이터들은 구동 토크 설정과 관련하여 다른 동력학적 반응을 갖는다.

본 발명은 설정하고자 하는 구동 토크의 성분을 먼저 결정하고, 이렇게 결정된 성분은 작은 동력(lower dynamics)을 갖는 액추에이터를 트리거링(triger)하는데 사용된다. 부가적으로, 작은 동력을 갖는 액추에이터를 트리거링함으로 인하여 발생된 구동 토크의 변화를 추정한다(estimate). 그 때에 설정하고자 하는 구동 토크와 추정된 구동 토크 사이의 차이는 큰 동력(higher dynamics)을 갖는 적어도 하나의 액추에이터를 트리거링하는데 사용된다.

이 방법은 액추에이터들의 다른 동력을 고려하여, 사용가능한 토크 조작 옵션들에 구동 토크 필요량을 최적으로 분배할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 방법은, 느리게 작용하는 토크 조작 옵션을 제어하기 위해 전체 구동 토크 필요량의 일부만, 특히 정상(定常)상태 성분만이 사용되게 한다. 그 때에, 신속하게 작용하는 동작들은 나머지 성분과, 느리게 작용하는 토크 조작 옵션에 의해서 동시에 구현될 수 없는 토크에 따라 선택된다.

본 발명에 따른 구동 토크의 설정이 슬립 방지 조정(anti-slip regulation:ASR)의 부분으로서 설정될 구동 토크 감소인 경우, 그 때에 본 발명은 다양한 엔진 제어 유닛들에 대하여 균일한 ASR 인터페이스를 산출한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 설정되어야 할 구동 토크의 적분 성분이 설정될 구동 토크의 성분으로서 결정된다. 그러므로, 더 긴 시간동안 걸려 있는 토크 요청만이 느리게 작용하는 조작에 의해 구현되고, 한편 단기 요청들은 신속하게 작용하는 조작들에 의해 구현된다.

만일 자동차가 가솔린 엔진을 장착한 경우, 본 발명에 따라서 작은 동력을 갖는 액추에이터가 공기 공급량, 특히 스로틀 밸브 설정(throttle valve setting)을 변화시킬 수 있고, 한편, 큰 동력의 액추에이터들은 점화 시점, 연료 공급 및/또는 피동 휠들의 제동력을 변화시킨다.

본 발명에 따라 작은 동력을 갖는 액추에이터들을 트리거링함으로써 야기되는 구동 토크의 변화의 추정은 엔진 모델을 사용하여 수행될 수 있다. 작은 동력을 갖는 액추에이터의 트리거링은 작동 신호를 사용하여 발생하고, 이 추정은 시간 필터(time filter)(PT₁ 성분) 및/또는 지연 성분 (T_t 성분)을 사용해서 작동 신호를 필터링함으로써 만들어진다.

또 다른 장점은 오직 양(positive)의 구동 토크만이 설정되도록 작은 동력을 갖는 액추에이터를 트리거링하기 위한 성분이 결정되는 것이다. 이것은, 차량 엔진의 드래그 조작 내지 제동 동작이 허용되지 않는 것을 의미한다.

부가적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 차량의 길이방향 속도(longitudinal speed)가 느린 경우 및/또는 차량의 양측면에서 특정 값의 마찰 계수가 서로 다른 경우(μ _split 조건), 작은 동력을 갖는 액추에이터를 트리거링하기위한 성분은 구동 토크가 최소의 양의 값으로 제한되도록 결정된다. 특히, 분할 조건(split condition)(구동 휠들의 마찰 계수들이 다르다) 하에서 트리거링을 거는 경우, 공기 공급을 변화시킴으로써 얻게 되는 엔진 토크는 0보다 확실히 큰 값으로 제한되어야 한다. 이것은, 예를 들면, 마찰 계수를 변화시킴으로써 구동 슬립을 낮춘 후, 정지 마찰(traction)이 보다 신속하게 발생할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양호한 실시예에서, 큰 동력을 갖는 액추에이터가 연료량을 변화시키는데, 이러한 변화는 특히 차량 엔진의 개개의 실린더들에 공급되는 연료량을 줄임으로써 일어난다. 이때 시간의 소정 주기에서의 액추에이터의 트리거링은, 예측된 트리거링이 임계치를 밑돌 때, 억제된다. 이 실시예에서, 연료 분사량의 감소는 일반적으로 어느 정도 시간이 지연된 다음에 구동 토크에 작용한다. 이러한 이유로, 트리거링은 지연 시간 동안 예측되고, 이것은 연료 감소가 시작될 때, 상기 예측이 여전히 연료 감소가 필요하다는 것을 지적할 때에만 연료 분사량을 감소시키므로 구동 토크를 저하시키는 효과를 가지게 된다.

부가적으로, 차량 엔진의 개개의 실린더들에 공급되는 연료의 감소로 인하여 연료량을 변화시키는 경우, 더 높은 마찰 계수를 갖는 구동 휠들(하이 휠(high wheel))의 구동 슬립이 임계값을 밑돌 때, 이러한 변화는 감소 또는 억제된다. 이것은 주행시 안락함을 위해 실행되는데, 왜냐하면 상기 하이 휠은 작은 구동 슬립에 기인한 차량의 전진 동작을 초래하므로 급격하게 제동되어서는 안되기 때문이다. 이것은 승차감을 감소시키는 몸 쏠림 동작(jerking motion)을 초래하기도 한다.

또한, 본 발명의 목적은 자동차의 구동 토크를 설정하기 위한 상기 설명된 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 방법 및 장치에 따라 액추에이터들에게 토크가 분배된다.

이 전체 시스템은 자동차에서 구동 슬립을 조정한다 두 개의 구동 휠들에 대한 구동 슬립의 표준 값들은 상위측 제어기(upstream controller) 및/또는 더 높은 레벨의 구동력 조정기로부터 시작될 수 있다. 그 때에, 두 개의 구동 휠들에 대한 표준 제동 토크 및 표준 엔진 토크는 전체 시스템에서 계산된다. 표준 제동 토크는 하위측 제어기(downstream controller)에서 제동 유압 시스템(brake hydraulic system)에 대한 제동 압력 제어 신호들로 변환될 수 있다. 스로틀 밸브제어 신호(throttle valve control signal)는 예를 들면, 하위측 제어기에 의해 표준 엔진 토크로부터 결정될 수 있다.

구동 슬립 조정기를 카르단 속도 제어기 및 차동 속도 제어기로 분할하는 것은 독일 특허 출원 제40 30 881호에 설명되었다. 이 발명에서, 두 제어기들은 이용가능한 액추에이터들로부터 실질적으로 독립적으로 설계된다. 두 제어기의 용량들과, 표준 카르단 토크 M_kar 와 표준 차동 토크 M_Dif 는, 하위측 액추에이터-특정 모듈에서 분배된다. 이것은 점화 각 조정(firing angle adjustment) 및 분사량 감소와 같이, 엔진에 영향을 주는 부가적인 (신속한) 타입의 조작들에 의해 스로틀 밸브에 영향을 주는 조작들의 보충(supplementing)을 용이하게 한다.

도 1은 더 높은 레벨의 구동력 조정기(FDR 조정기)를 도시한다. 더 높은 레벨의 제어에 따라서, 이 FDR 조정기는 특히 차량의 좌측 피동 휠 및 우측 피동 휠들의 구동 슬립에 대한 각각의 표준치들 λ _So/1과 λ _So/r 을 결정한다. 상기 언급된 자동차공학 잡지의 기사는 FDR 조정기에 관하여 설명한다.

차량의 좌우측 피동 휠들의 구동 슬립을 위한 표준치들 λ _So/1과 λ _So/r 외에도, 개개의 FDR 조정기는 자유 회전하는(슬립이 없는) 휠 속도들 v_Radfrei/l 및 v_Radfrei/r , 및 피동 휠들의 회전속도들 v_Rad/I 및 v_Rad/r을 결정한다. 자유스럽게 회전하는(슬립이 없는) 결정된 휠 속도들은 자동차공학 잡지(ATZ)의 기사나 독일 특허출원 제42 30 295호를 참조한다.

차량의 좌우측 피동 휠의 구동 슬립에 대한 표준치들 λ _So/l과 λ _So/r , 자유롭게 회전하는(슬립이 없는) 휠 속도들 v_Radfrei/l 및 v_Radfrei/r 및 피동 휠들의 회전속도v_Rad/l 및 v_Rad/r가 슬립 방지 조정기(11)에 전달된다. 그 때에, 슬립 방지 조정기(11)는 후에 설명될 방법으로, 차량의 좌우측 피동 휠들의 표준 제동 토크에 각각 대응하는 신호들 M_Radso/l 및 M_Radso/r을 발생시킨다. 이 표준 제동 토크는 이러한 제동 토크들이 휠 제동기에 설정되는 것을 이용하여, 특히 종속 제어 회로를 이용하여, 블록들 121, 12r 에 전달된다. 부가적으로, 조정기(11)는 종속 엔진 제어 유닛(13)으로 전달되는 엔진 토크의 표준치 M_soMot를 결정한다.

슬립 방지 제어기(11)에 관한 상세한 설명이 하기에 설명된다.

표준치 결정(110)

표준치 결정(110)에서, 좌우 구동 휠들의 회전속도 v_Rad/l 및 v_Rad/r , 휠들의 자유 회전 속도 v_Radfrei/l 및 v_Radfrei/r 구동 휠들의 표준 구동 슬립 λ _So/1과 λ _So/r 이 휠들의 회전속도들 v_Rad/l과 v_Rad/r의 평균치로서 카르단 속도 v_Kar 를 산출하고, 휠들의 회전속도 v_Rad/1과 v_Rad/r의 차이로서 차동 속도 v_Dif 를 산출하는데 다음과 같이 사용된다:

실제 회전속도:

V_Kar = (v_Rad/] + v_Rad/r) / 2

v_Dif = v_Rad/] - v_Rad/r

카르단 속도 및 차동 속도의 표준치 v_SoKar과 v_SoDif는 표준 구동 슬립 λ _So/1과 λ _So/r에 독립적으로 형성되는 휠들의 표준 속도들 v_SoRad/] 및 v_SoRad/r 로부터 결정될 수 있다:

v_SoRad/] = v_Radfrei/l * (1+λ _So/1)

v_SoRad/r = v_Radfrei/r * (1+λ _So/r)

v_Sokar = (v_SoRad/] + v_SoRad/r) / 2

v_SoDif = v_SoRad/] - v_SoRad/r

운전 상태의 결정(111):

운전 상태는 블록 111에서 결정되고, 이어서 소정의 조치(measurement)가 특정 운전 상태들에 응답하여 개시된다. 독일 특허출원 제19542294.5호에 기재된 바와 같이, 이러한 조치는 우세한 운전 상태들이 구동 벨트(파워트레인)가 진동 중이거나 진동될 수 있는 상태일 경우 조정기의 저역필터 반응의 변화에 관련된 것일 수 있다. 차량의 구동 벨트의 비틀림 탄성(torsional elasticity)에 의해 구동 벨트 진동이 야기되기 때문이다. 이러한 구동 벨트의 진동을 방지하기 위해 카르단속도 v_Kar 및 차동 회전속도 v_Dif 를 블록 111에서 저역필터를 통과하도록 하는데, 이 저역필터의 시간 상수 τ 는 현재의 운전상태의 기능에 따라 변경이 가능하다. 이렇게 필터링된 카르단 속도 v_Kar/f 및 차동 회전속도 v_Dif/f 는 카르단 속도 조정기(112)내지 차동 속도 조정기(113)에 전달된다.

부가적으로, 표준 엔진 토크는 블록 111에서 표준 엔진 토크를 제한할 수도 있다. 여기서 중요한 것은, 운전자가 설정한 엔진 토크 M_FV 보다 더 높은 엔진 토크가 엔진 토크 M_SoMot 내에서 원하는 만큼 증가하는 것은 불가능하다는 것이다. 따라서, 운전자들의 요구 M_FV는 표준 엔진 토크를 제한하는 역할을 한다. 만일 표준 엔진 토크가 포화 상태에 도달하면, 란스채래그(lanschlag)(좌측 제한 정지) 플래그(flag)가 설정된다. 엔진 토크 포화 M_FV 는 추정된 우세한 엔진 토크의 함수로서 결정되고, 이때 란스채래그 플래그는 다음과 같은 경우에 설정된다.

M_SoMot > c_motstat * M_FV

여기서

0 < c_motsat < 1

PID 카르단 속도 조정기(112).

카르단 속도 조정기(블록 112)는 입력 변수들, 카르단 속도 v_Kar(또는 저역필터를 통과한 카르단 속도 v_Kar. f) 및 카르단 표준 회전속도 v_SoKar 의 입력 값으로부터 카르단 토크 M_Kar 를 결정한다. 이를 위해, PID조정기로서 카르단 속도 조정기는 비례(P) 성분과, 적분(I) 성분, 미분(B) 성분으로 설계된다. 각 부분들은 다음과 같은 기능을 수행한다:

P 성분:

상기 설명된 저역 통과 필터가 블록 111에서 발생하지 않는다면, 이 같은 필터링은 다음의 식에 따라서 카르단 속도 조정기(112)에서 다음 방정식에 의해 일어날 수 있다.

v_Kar/f(t+i) = v_Kar/f(t) + C_fil * [v_Kar(t) - v_Kar/f(t)]

여기서, C_fil은 상기 언급된 조건에 따르는 필터 상수(filter constant)이다.그 때에, 카르단 속도 조정기의 P 성분은 PT₁ 성분에 대응된다.

이득 K_p은, 특히 현재 유효한 총 전송비 i_Ges 또는 i_wirk (엔진과 휠들간의 총 전송비)에 따라 선택함으로써 기어 단계에 따라, 휠에 관한 엔진의 관성 모멘트를 고려할 수 있다.

Kp = C1+ i² _Ges * C2

이고, 여기서 C1과 C2는 상수이다.

따라서, P 성분의 출력은 다음처럼 얻어진다:

k_np = k_p * (v_kar/f - v_Sokar)

D 성분:

구동 벨트의 진동 때문에, 미분기(differentiator)는 본질적으로 독일 특허출원 제42 29 560호(US 제5,443,307호에 대응)에 기재된 바와 같이 설계된다.

k_dif = [i² _Ges * jmot + 2jrad] * [v_kar(t) - v_Kar(t-vT)] / (vT)

여기서, vT는 구동벨트 진동의 진동 주기와 대략 동일하며, i_Ges는 현재 유효한 총 전송비이고, 변수들 jmot 및 jrad 은 각각 엔진과 휠들의 관성을 나타낸다.D 성분에는 사역(死域)(dead zone)을 갖는다. 사역의 크기 ε _Dif 는 총 전송비 i_Ges 에 의해 좌우된다:

ε dif = ε dif/a ＋ i² _Ges * ε dif/b ,

이고, 여기서 ε dif/a 및 ε dif/b는 상수이다. 사역은 출력에 대하여 다음을 산출한다;

k_nd = C_d [min(0,k_dif-ε _dif) + max(0,k_dif+ε _dif)]

이고, 여기서 c_d는 상수이다.

I 성분.

적분기 이득은 일반적으로:

K_I = K_l/a + i² _Ges * K_I/a,

이고, 여기서 K_I/a와 K_I/b는 상수이다.

다음 세 가지 경우(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)에서, 적분기 이득 K_I 은 보정된다:

Ⅰ. 높은 μ 의 기준(high-μ -criterion):

다섯 가지 다른 조건들이 동시에 충족되면 높은 마찰 계수를 갖는 차도로 간주한다:

1. Λ_Rad/] < min (ε _{λ 1}, λ _So/] ＋ ε _{λ 2} )

2. Λ_Rad/r < min (ε _{λ 1}, λ_So/r ＋ ε _{λ 2} ). 여기서 ε _{λ 1} 과 ε _{λ 2} 는 상수이다.

3. v_F > ε _vf, 여기서 ε _vf는 사전에 설정이 가능한 임계값이다.

4. lir는 설정되지 않는다. 고-레벨 FDR 조정기는 운전하지 않는다.

5. 안정성: 양쪽 구동 휠들은 일정 시간에 걸쳐 안정된 슬립 곡선 부분에 위치해야한다. 즉, 비교적 작은 "거칠기(roughness)"가 카르단 속도 v_Kar 곡선에서 허용된다. 그러므로, 다음의 안정성 기준이 입증된다:

구동 휠들은 다음과 같은 경우 안정적이다:

여기서 기준 카르단 속도 v_ref 는 자유 회전 구동 휠의 속도로부터 결정될 수 있다.

시간 t_min] 의 기간 동안 모든 다섯 조건들이 충족되는 경우, K_I 는 하이 레벨로 설정된다.

K_I = K_lhigh

Ⅱ. 적분기 이득의 증가

상기 설명된 1과 2조건들은 높은 p 기준과 동일하다. 또 한 가지 조건은

3. k_diff < α ₂*ktm^＊＋ β ₂

이며, 이때

ktm^＊= (i² _Ges*jmot + 2jrad) * (v_Sokar,t - v_Sokar,t-1) / T

이다.

상기 언급된 모든 세 조건이 기간 t_min2 동안 충족되면, 그 때 K_I는 K_I '로 증가된다.

K_I'= C_intfak] * J_I'.

Ⅲ. 적분기 이득의 감소

다음 세 조건들이 충족될 경우,

1. k_ni ＜ C_nilow (k_ni는 현재의 적분기 값) 및

2. v_Kar < v_SoKar 및

3. 상기 조건 Ⅱ 가 t_mini보다 마지막이 아니다.

적분기 이득(K_I)이 다음을 통해 K_I'로 감소된다:

K_I'= K_I / c_intfak2

새로운 적분기 값은

k_ni,t＋1 = k_ni,t + K_r * (v_Kar,t - v_sokar,t)

이다.

적분기 값은 다음의 경우에 보정된다:

1) 다음이 충족되는 경우

k_rom < ε _krom

k_ni는 k_ni'가 된다.

k_ni'= k_ni + c_kndif * [min(0, x+ε _kndif) + max(0,x-ε _kndif)]

이것은 사역을 설명하는데, 여기서

x= k_dif-ktm^＊

이다.

Ⅱ) 적분기 값은 다음에 의해 정의된 하한값을 가진다:

k_ni = max(k_ni, k_ni,min)

Ⅲ) 적분기는 운전자에 의해 요구된, 감소된 토크 M_fa,r 에 의해 한정된 상한값을 가진다.

k_ni > M_fa,r이 만족되면, 다음 두 가지 경우가 구별된다.

부가적으로

v_Kar > v_Sokar 이면

k_ni = M_fa,r - k_I ∼k₁₃rom으로 설정되고,

그렇지 않은 경우 이전의 적분기 값이 적용된다:

k_ni,t = k_ni,t-1

카르단 속도 조정기의 출력은 우선 세 가지 조정기 성분들의 합으로 이루어지고,

M_kar = k_np + k_nd + k_ni

다른 한편 적분기 값으로 이루어진다:

M_kaI := k_ni

PI 차동 속도 조정기(블록 113).

PI 차동 속도 조정기(블록 113)는 차동 토크 M_Dif 를 결정한다. 차동 속도 조정기의 더욱 중요한 특징이 하기에 설명된다

표준치 확장

구동 동력학 제어 플래그 lir 이 설정된 경우, 즉, 고-레벨 FDR 조정기가 FDR 운전에 대하여 제공되는 경우, 표준치의 기준점은 차동 회전속도에 대하여 v_Sodif'로 증가된다:

v_SoDif'= ( │v_SoDif │+ ε _Dif1*C) * Sign (v_SoDif),

그렇지 않은 경우, 표준치는 변하지 않는다:

v_SoDif = v_SoDif'

P 성분.

상기 설명된 저역 통과 필터링이 블록 111에서 일어나지 않는 경우, 이 필터링은 상기 설명한 것처럼, 다음의 식에 따라서 차동 속력 조정기(113)에서 일어날 수 있으며,

v_Dif/f(t+l) = v_Dif/f(t) + B_fil * [v_Dif(t) - v_Dif/f(t)]

여기서, B_fil은 상기 조건에 의해 좌우되는 필터 상수이다. 그 때에, P 성분은 PT₁ 성분에 대응된다.

필터링된 제어 편차 Δ _Dif 는 다음과 같다:

Δ _Dif(t) = v_Dif/f(t) - v_SoDif(t)

P 성분은 다음과 같다:

d_np = K_dp * Δ _Dif(t)

I 성분:

lir이 설정된다면, 즉, FDR 조정기가 FDR 운전에 대하여 제공되는 경우, 지수 1(i=1)을 갖는 조정기 매개변수들이 사용된다. 그렇지 않은 경우, i=2이다.

적분기 값 d_ni 이 계산될 때, 제어 편차 Δ _Dif 및 d_ni 에 따라 모두 네 가지의 경우가 구별된다. 다음 조건이 충족되면

Δ _Dif * d_ni < ε _dnl

그때에 다음의 경우,

│Δ _Dif│ > ε _Dif2

제어기 매개변수 C_dil(i) 가 사용된다:

1) d_ni,_t＋1 = d_ni,t - c_dil(i) * sign(d_ni,t)

그렇지않은 경우 C_di2(i)가 사용된다:

2) d_ni,t＋1 = d_ni,t - c_di2(i) * sign(d_ni,t)

만일

Δ _Dif * d_ni ≥ ε d_n1

및

│Δ _Dif│ > ε _Dif│

이 만족되면, 다음이 성립한다:

3) d_ni,t＋1 = d_ni,t + c_di3(i) * d_rom,

그렇지 않으면, 다음이 성립한다:

4) d_ni,t + = d_ni,t - C_di4(i) * sign(d_ni,t)

적분기 동력은 특수한 몇 가지 경우에 적분기 값이 P 성분으로 정정됨으로서 개선된다:

d_ni = max( │ d_ni │,_cdi4(i)*Δ _Dif*sign(Δ _Dif)

마지막으로, 적분기 값은 다음에 의해 정의되는 상한값 및 하한값을 갖는다d_ni = min( │d_ni │ ,d_nimax) * sign(d_ni)

조정기 출력:

차동 속도 조정기(113)의 조정기 출력은 P 성분과 I 성분의 합계로 이루어진 다:

M_Dif = d_np + d_ni

액추에이터들(114)의 토크 분배:

액추에이터들로의 토크들 M(적분기 값 M_Kar] = k_ni 포함) 및 M_Dif 의 분배는 블록 114에서 발생한다. 차동 속도 조정기(113)에 의해 계산되는 차동 토크 M_Dif 는 좌우 구동 휠 간의 제동 토크의 적절한 차이를 통해서만 인가될 수 있다. 그러나, 카르단 속도 조정기(112)에 의해 계산되고, 전체 구동벨트에 영향을 미치는 카르단토크 M_kar 는 제동기들에 영향을 미치는 대칭적인 운전 및 엔진에 영향을 미치는 조작에 의해 인가될 수 있다.

도 2는 액추에이터들에 대한 토크 분배(114)를 자세하게 도시한다. 카르단속도 조정기(112)에 의해 계산된 카르단 토크 M_Kar, 각각의 적분기 값 M_kar], 및 차동속도 조정기(113)에 의해 계산된 차동 토크 M_Dif 가 테두리가 점선으로 표시된 블록114에 전달된다. 표준 제동 토크 M_Radso/] 및 M_Radso/r 에 부가하여, 엔진 액추에이터들, 스로틀 밸브 Dk(131)과 점화각 조정 ZWv(132), 분사량 감소 ti(133) 를 위한 트리거링 신호들 M_somotDk와 M_SoZWV 및 M_Soti 이 출력에서 사용가능하다. 부가적으로, 출력 신호를 결정하기 위해, 블록 114에서는 현재 유효한 기어 전송비 u_wirk (블록1143), 상황에 따라서는 변압기 및/또는 클러치 슬립을 고려한 기어 전송비) 및 차량의 길이방향 속도 V_F (블록 1144), 소위 μ _split 조건이 발생했는지 여부에 대한 정보(블록 1145, 각 구동 휠들 간의 마찰 계수가 상당히 큰 차이를 보인다)도 필요하다. 이때 유효한 기어 전송비 μ_wirk에 관한 정보는 기어 제어 유닛으로부터 얻을 수 있는 반면, 차량의 길이방향 속도 V_F 및 μ _split 조건이 발생했는지 여부에 관한 정보는 도 10에 도시된 주로 높은 레벨의 FDR 조정기(10)에서 일반적으로 사용가능하다.

유닛(114)에서 작동되는 개개의 단계들은 도 3의 플로우 차트에서 볼 수 있다. 이러한 단계들은 하기에 더욱 자세하게 설명된다.

시작 단계 301이후에, 상기 언급된 양들이 단계 3O2에 입력된다.

단계 303: 스로틀 밸브에 영향을 미치는 조작을 위한 표준 토크의 결정

스로틀 밸브에 영향을 미치는 조작에 대한 표준 토크 결정은 도 4의 플로우차트를 참조하여 설명된다.

비교적 서서히 구동 토크에 작용하는 스로틀 밸브에 영향을 미치는 조작들이 구동 토크의 정상 상태 최종 값을 설정하는 역할을 한다; 그러므로, 감소된 스로틀밸브의 표준 토크 M_redDk (공기 공급을 통해 설정되는 표준 구동 토크)는 우선 적분기 값 M_KarI 과 동일하다. 감소된 스로틀 밸브의 표준 토크 M_redDk 에 대해 하한값(이것을 작은 토크의 방향으로 제한함)을 설정함으로써, 자동차 엔진의 드래깅 또는 제동 작용이 배제된다.

M_redDk := max[M_kar], 0]

시작 단계 401에서 시작하여 단계 402에 요구되는 정보가 입력되면, 도 4의 단계 403에서 감소된 스로틀 밸브의 표준 토크 M_redDk 가 상술한 바와 같이 결정된다.

차량에 트리거링을 걸 때 (단계 404에서 차량의 길이방향 속도 V_F 가 임계값SW1 미만이고 조회 결과 Y 일 때), 각각의 구동 휠들은 매우 다른 마찰 계수를 갖는 것이 발생할 수도 있다 (예를 들면. 우측 구동 휠이 자갈길 또는 빙판길 위에,좌측 구동 휠이 건조한 차도 위에 있는 경우). 만일 이러한 분열(split) 조건이 발생한 경우(단계 405에서 조회 결과 Y), 감소된 스로틀 밸브의 표준 토크 M_redDk 는 로우 휠(low wheel)(마찰 계수가 낮은 휠)을 회복한 다음에, 구동 토크가 다시 신속하게 증가하도록 사전에 설정된 최소값 K1 보다 떨어져서는 안 된다(단계 406).이 경우, 엔진 토크 감소는 서서히 구동 토크에 작용하는 스로틀 밸브에 영향을 미치는 조작에 의해 전혀 적용되지 않거나 또는 약간 적용된다.

감소된 스로틀 밸브의 표준 토크 M_redDk 는 휠들에 기초하기 때문에, 스로틀밸브의 표준 토크 M_SomotDk 를 결정하기 위해 단계 407(엔진 제어 유닛(13)을 위한 트리거링 신호)에서는 유효한 기어 전송비가 고려되어야 한다.

M_SomotDk := M_redDk/u_wirk

단계 304: 감소된 스토르 밸브의 토크 M_redDKF 의 추정

스로틀 밸브에 영향을 미치는 조작에 기인한 순간적으로 구현되는 구동 토크를 추정하기 위해, 유사하게 사용가능한 신호는 엔진 제어 유닛(13)에 의해 직접적으로 사용될 수 있다. 이를 위해 (도 2에 도시되지 않았지만) 신호는 엔진 제어 유닛(13)으로부터 블록 114에 전달된다. 만일 이러한 신호가 없으면, 도 5에 도시된 추정 방법을 적용한다.

이를 위해, 단계 303 또는 4O7에서 결정된 스로틀 밸브의 표준 토크 M_SomotDk는 엔진 모델(50)에 공급된다. 이때 엔진의 조작은 이미 알려져 있는 PT₁ 성분(501)및 이미 알려진 지연 성분 T_t (502)에 의해 간단하게 재현될 수 있다. 여기서, PT₁성분(501)의 시간 상수 τ 는 엔진 토크의 감소 또는 증가 여부에 따라 선택되고,지연은 현재의 엔진 회전속도에 따라 좌우된다. 휠들에 기초한 추정 값을 유효한 기어 전송비 u_wirk 와 곱하면(블록 51) 스로틀 밸브에 영향을 주는 조작으로부터 발생된 구동 토크의 추정치 M_motest 를 얻을 수 있다.

시간 손실(계산 시간 및 데이터 전송)에 기인하여 위상 변이(phase shift)가 발생할 수 있기 때문에, 위상 관계를 보정하기 위해 (구동 휠들에 기초한) 감소된 스로틀 밸브 토크의 추정치 M_redDkF 는 M_motest와 M_redDk(블록 52)의 평균치로서 결정한다:

M_redDkF := (M_motest + M_redDk) / 2

대안적으로 필터링이 있다:

M_redDkF := Y*M_motest + (1-y)＊M_redDk

여기서, y값은 0과 1사이이다 [0≤y≤ 1].

단계 305: 점화각 조정 및 분사량 감소를 위한 표준 토크의 결정

스로틀 밸브 토크 M_redDkF 및 표준 카르단 토크 M_Kar 간의 차의 성분 K2 (예를 들면, 90%)가 점화각 조정 ZWV 및 분사량 감소 ti 를 통하여 인가될 수 있다. 따라서, 점화각 조정 및 분사량 감소에 의해 인가되는 엔진 토크 M_ZWV/ti 는 다음과 같다:M_ZWV/ti := k2*(M_RedDkF-M_kar) / u_wirk

단계 306: 점화각 조정 결정

점화각 조정 ZWV가 분사량 감소보다 더욱 빠르게 작용하기 때문에, 분사량감소에 비해 점화각 조정이 우선 순위가 높다. 여기서 분사량 감소를 이용해서 단계 305에서 규정된 M_ZWV/ti 성분을 얻을 수 있는데, 이때 M_ZWV/ti 성분은 실제 점화각조정에 의해 발생되는 토크 부분보다 크다. 따라서 점화각 조정을 위한 표준치M_SoZWV 는 앞으로 기술하게 될 제한사항을 고려할 때 M_ZWV/ti 와 동일하다.

상기 언급된 제한사항은 점화각 조정이 제한된 시간 안에 진행되어야 한다는 것을 들 수 있는데, 그렇지 않으면 엔진 제어 유닛에 설치된 모니터링 알고리즘에 기초해서 엔진 제어 유닛이 에러 메시지를 표시하기 때문이다.

점화각 조정을 할 경우, 연소 토크(combustion torque)는 점화 없이 드래깅토크 M_Schlepp 를 보정하고, 또한 상기 설명된 엔진 모델을 통하여 얻을 수 있는 구동토크 M_motmodel] 를 산출한다:

M_motverbrenn := M_motmodel] ± M_Schlepp

여기서 M_schlepp의 부호가 마이너스인 경우 감산을 한다.

단계 307: 점화각 조정을 통해 발생되는 토크의 추정

엔진 제어장치에 의한 제한 때문에 표준치 M_SoZWV 를 설정하기 위해 필요한 점화각 조정을 항상 설정할 수 있는 것은 아니다. 그렇기 때문에 나머지 제어 토크(controlling torque)를 산출하는 경우 표준치 M_SoZWV 를 고려하는 것이 아니라, 점화각 조정을 통해 실제로 발생되는 엔진 토크의 추정치 M_ZWVQ 가 형성된다.

추정치 M_ZWVQ 는 엔진 제어장치로부터 긍정응답(acknowledge)된 토크에 상응할 수 있는데, 이를 위해 엔진 제어장치(13)로부터 블록 114에 (도 2에 도시되지 않음) 신호가 전달된다. 이때 이와 같은 긍정응답 신호는 일반적으로 비교적 긴 지연을 갖는다는 점을 고려해야 한다. 이러한 이유로 점화각 조정을 통해 실제로 발생된 토크를 추정하는 것이 유리하다.

점화각 조정을 통해 실제로 발생된 토크를 추정하기 위해서는, 우선 점화각

을 항상 앞서 언급한 연소 토크 M_motverbrenn 에서 도달할 수 있는 최고치(M_motverbrenn*P_max/100)까지 이동시켜서 표준치 M_SoZWV 를 설정하여야 한다. 그 결과 추정치는 다음과 같다:

M_ZWVQ := min[M_SoZWV, (*M_motverbrenn*P_max/100)]

위의 방법 대신 추정치를 아래와 같이 구할 수도 있다:

M_ZWVQ := min[M_SoZWV,M_ZWVmax]

여기서 M_ZWVmax 값은 선택이 가능한 매개변수이다.

그러면 점화각 조정을 통해 발생되는 구동 토크는 다음과 같다:

M_redZWVQ := u_wirk * M_ZWVQ

단계 308: 분사량 감소 결정

앞서 언급한 바와 같이 점화각 조정 ZWV의 효과가 분사량 감소에 비해 빠르게 나타나기 때문에 우선 순위가 높다. 분사량 감소를 이용해서 단계 305에서 규정된 M_ZWV/ti 성분을 얻을 수 있는데, 이때 M_ZWV/ti 성분은 실제 점화각 조정에 의해 발생되는 토크 성분 M_ZWVQ 보다 크다. 따라서 분사량 감소를 통해 얻게 되는 표준 토크M_Soti 는, 우선 점화각 조정 및 분사량 감소를 통해 얻을 수 있는 토크 M_ZWV/ti 와 점화각 조정을 통해 실제로 발생되는 토크의 추정치 M_ZWVQ 간의 차이로부터 결정하여야 한다:

M_Soti := M_ZWV/ti - M_ZWVQ

그러나, 분사량 감소가 비교적 많은 시간이 경과한 다음에야 구동 토크에 영향을 미치기 때문에, 대략적으로 지체되는 시간과 일치하는 일정한 시간 (예를 들

어, 12Oms) 동안 표준 토크 M_Soti 앞으로의 진행 과정이 예측되게 된다. 예측은, 예를 들어 표준 토크 M_Soti 에서 시간 경과에 따라 얻은 도함수(미분)로부터 앞으로 진행될 과정을 추론하는 등 이미 알려진 방법을 이용하여 실시할 수 있다. 위와 같은 방법으로 분사량 감소를 위한 표준 토크 M_Sotipr 를 예측할 수 있다.

예측된 표준 토크 M_Sotipr 를 설정할 표준 토크 M_Soti 와 비교한 결과 예측되는 시간 동안 표준 토크가 대폭 감소하면 분사량 감소가 제한 또는 정지된다.

분사량 감소를 통한 표준 토크 파악시 유의해야 할 또 한 가지 제한사항은 각 구동 휠 간의 마찰 계수가 상이한 차도에서 트리거링을 거는 과정(차량의 길이방향 속도 V_F 가 임계치 SW1 미만인 상태)에 관한 것이다. 마찰 계수가 큰 휠(하이휠)의 구동 슬립 λ 이 사전에 규정이 가능한 슬립 임계치 λ _s 보다 작은 경우 이 하이 휠은 분사량 감소로 인하여 제동시 미끄러질 수도 있다. 다시 말해 트리거링을 거는 과정에서 주로 차량을 가속화시키는 데 이용되는 하이 휠은 분사량 감소를 통해 갑자기 제동이 걸릴 수 있고, 이는 탑승자의 몸이 갑자기 젖혀지도록 함으로써 안락한 승차감을 해칠 수 있다. 이러한 이유에서 다음과 같은 조건일 경우,

V_F < SW1

및 λ < λ _S

분사량 감소를 위한 표준 토크 M_Soti 또는 감소될 실린더의 수는 감소하거나 0과 같아진다.

분사량 감소를 위해 표준 토크를 결정할 때의 또 한 가지 제한사항은 회전속도가 느릴 경우 분사량을 대폭 줄이면 엔진이 멈추게 된다는 것이다. 따라서 예를들어 엔진의 회전속도가 900 rpm 이하인 경우에는 연료 분사량을 전혀 감소시키지 않는 반면, 엔진의 회전속도가 1200 rpm 이하인 경우에는 각 실린더에 대한 연료분사량을 서서히 감소시킴으로써 엔진 작동이 절반만 차단되도록 할 수 있다.

분사량 감소에 대한 표준 토크를 결정할 경우, 부가적인 제한사항을 고려해야 한다. 분사량 감소에 의해 얻어지는 표준 토크 M_Soti 는 상기 값들의 함수 F가 된다:

M_Soti := F[(M_ZWV/ti - M_ZWVQ); M_Sotipr, .....]

단계 309: 분사량 감소에 의해 생성되는 토크의 추정

분사량 감소는 실질적으로 실린더별로 일어나기 때문에, 즉, 계수값(discrete value)이 1에서 6까지의 범위(6기통 엔진)로 가정되기 때문에, 분사량감소를 통해 도달하게 될 상기 표준 토크 M_Soti 는 정확히 설정되지 않는 것이 일반적이다. 따라서 분사량 감소를 통해 발생되는 토크의 추정치 M_tiQ 를 파악하는 경우 분사량 감소를 통해 발생하는 계수화(計數化) 오차(discretization error)를 고려해야 한다. 이는 연료분사를 서서히 중단해야 하는 실린더의 수를 산출하는 방정식을 역으로 하면 된다.

그러면 분사량 감소를 통해 발생하는 구동 토크는 다음과 같게 된다:

M_redtiQ := u_wirk * M_tiQ

그러면 신속한 엔진 조작으로 발생하는 모든 구동 토크의 합계는 다음과 같게 된다:

M_redZWV/tiF := M_redZWVQ + M_redtiQ

단계 310: 대칭적인 표준 제동 토크 결정

비교적 신속하게 작용하는 대칭적인 제동기 조작에 의하여, 추정된 현재의 엔진 토크 [M_redDkF-M_redZWV/tiF]와 설정해야 할 전체 구동 토크 M_Kar 간의 차이를 구하면 엔진 조작(스로틀 밸브 조작, 점화 조작, 분사 조작)을 보조할 수 있다:

M_Brsym :=[M_redDkF - M_redZWV/tiF - M_Kar] / 2

2로 나누는 것은 대칭적인 제동 토크는 양쪽 구동 휠들에 효과를 나타내기 때문이다.

대칭적인 제동 토크 M_Brsym을 사전에 규정이 가능한 시간 상수를 가진 시간 필터로 여과시키면 승차감을 향상시킬 수 있다.

대칭적인 제동 토크 M_Brsym에서 승차감을 향상시키기 위해 고려해야 할 또 한가지 제한사항은 대칭적인 제동 토크 M_Brsym은 엔진을 통해 발생되는 구동 토크의 절반보다 크지 않거나 크더라도 미미한 정도의 차이밖에 보이지 않는다는 점이다. 제동 토크 분배(블록 1142, 도 2):

두개의 구동 휠들의 제동 토크는 대칭적인 제동 토크 M_Brsym 와 차동 토크M_Dif 가 중첩되어 이루어진다. M_Dif 앞의 부호에 따라 어떤 휠이 더 큰 제동 토크를 가질지, 즉, 어떤 휠이 p-로우 휠 인지 결정된다.

Claims (11)

1. 구동 토크(driving torque)에 영향을 주기 위한 적어도 두 개의 트리거링 가능한 액추에이터들(actuators)을 포함하는 자동차 내의 구동 토크를 설정하기 위한 방법에 있어서,

   적어도 두 개의 액추에이터들 중에 제 1 액추에이터를 트리거링(triggering)하기 위해 구동 토크의 제 1성분을 결정하는 단계;

   제 2 성분을 생성하기 위해 상기 제 1 액추에이터의 트리거링 효과의 함수로서 구동 토크의 변화를 추정하는 단계; 및

   상기 구동 토크와 상기 제 2 성분간의 차이(difference)의 함수로서 적어도 두 개의 액추에이터들 중에 적어도 하나의 제 2 액추에이터를 트리거링하는 단계를 포함하며, 상기 적어도 하나의 제 2 액추에이터는 상기 제 1 액추에이터보다 더 큰 동력학적 구동 토크 반응(dynamic driving torque response)을 갖는, 자동차 내의구동 토크 설정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 구동 토크는 슬립 방지 조정(anti-slip regulation)동안 설정되는, 자동차 내의 구동 토크 설정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자동차는 가솔린 엔진을 포함하고, 상기 제 1 액추에이터는 공기 공급량(air supply)을 변경하고, 적어도 하나의 제 2 액추에이터는 점화시점(firing point), 연료량 및 피동 휠들(driven wheels)의 제동력 중 적어도 하나를 변경하는, 자동차 내의 구동 토크 설정 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 공기 공급량은 스로틀 밸브 설정(throttle valve setting)을 변화시킴으로써 변경되는, 자동차 내의 구동 토크 설정 방법
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동 토크 내의 변화는 엔진 모델 함수로서 추정되고,

   제어 신호를 사용하여 제 1 액추에이터를 트리거링하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제어 신호는 구동 토크내의 상기 변화를 추정하기 위해 시간 필터 및 지연 성분(lag element)중 적어도 하나를 사용하여 필터링되는, 자동차 내의 구동토크 설정 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 성분은 양의 토크(positive torque)를 설정하는, 자동차 내의 구동 토크 설정 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 양의 토크는 제로 값 드래깅 토크(zero valuedragging torque)를 나타내는, 자동차 내의 구동 토크 설정 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 성분은 최소 양의 값으로 상기 구동 토크를 제한하기 위해 결정되고,

   상기 구동 토크는, 상기 자동차의 길이 방향 속도(longitudinal velocity)가 낮을 때의 조건과, 소정 값의 마찰 계수들이 자동차의 양쪽에 존재할 때의 조건 중 적어도 하나의 조건을 만족할 때, 최소 양의 값으로 제한되는, 자동차 내의 구동 토크 설정 방법.
9. 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 액추에이터는 자동차 엔진의 개개의 실린더들에 공급되는 연료 공급량(fuel metering)을 감소시킴으로써 연료량을 변경하고, 적어도 하나의 제 2 액추에이터의 트리거링 동작은 적어도 하나의 예측된 트리거링 값을 제공하도록 소정의 시간에 걸쳐 예측되고, 적어도 하나의 예측된 트리거링값이 소정의 임계값보다 낮을 때, 트리거링 동작이 억제되는,자동차 내의 구동 토크 설정 방법.
10. 제 3 항에 따라서, 적어도 하나의 제 2 액추에이터는 자동차 엔진의 개개의 실린더들에 공급되는 연료 공급량(fuel metering)을 감소시킴으로써 연료량을 변경하고, 적어도 하나의 제 2 액추에이터의 트리거링 동작은, 구동 휠의 구동슬립이 소정의 임계값보다 낮을 때, 감소되거나 억제되는 것 중에 하나이고, 상기구동 휠은 자동차의 적어도 또 다른 휠의 마찰 계수보다 더 큰 마찰 계수를 갖는,자동차 내의 구동 토크 설정 방법.
11. 자동차 내의 구동 토크를 설정하기 위한 장치에 있어서,

    구동 토크에 영향을 주고, 제 1 액추에이터 및 적어도 하나의 제 2 액추에이터를 포함하며, 적어도 하나의 제 2 액추에이터는 상기 제 1 액추에이터보다 더 높은 동력학적 구동 토크 반응을 갖는, 상기 적어도 두 개의 트리거링 가능한 액추에이터들을 포함하고; 또한,

    상기 제 1 액추에이터를 트리거링하기 위한 상기 구동 토크의 제 1 성분을 결정하는 기능,

    제 2 성분을 생성하기 위한 상기 제 1 액추에이터의 트리거링 효과의 함수로서 상기 구동 토크의 변화를 추정하는 기능,

    상기 구동 토크와 상기 제 2성분 사이의 차이(difference)를 결정하는 기능및

    상기 차이의 함수로서 적어도 하나의 제 2 액추에이터를 트리거링하는 기능을 수행하기 위한 조정기(regulator)를 포함하는, 구동 토크를 설정하기 위한 장치.