KR100561031B1 - 자동변속기의 제어방법 - Google Patents

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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

내연기관(1)에 의하여 구동되는 자동변속기(3)를 위하여 전자식 변속기제어장치(4)는, 냉시동-조건이 존재할 때, 내연기관(1)의 에너지량을 계산한다. 에너지량이 가산되어서 한계치와 대비된다. 이 값이 한계치 보다 낮으면 자동변속기(3)의 변속점은 보다 높은 값으로 이동한다.

Description

자동변속기의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING AN AUTOMATIC GEARBOX}
본 발명은 내연기관에 의하여 구동되는 자동변속기의 제어방법에 관한 것으로 전자변속기제어장치가 냉시동-조건의 존재여부를 검증한다.
전기유압식 자동변속기에 있어서는 보통 전자식 변속기제어의 소프트웨어에 소위 워밍업-프로그램 또는 워밍업 변속 특성장이 통합되어 있다. 워밍업 프로그램이 활성화되면 자동변속의 변속점은 내연기관 또는 변속기출력 회전속도 중 보다 높은 회전속도 수치로 이동한다. 이로 인하여 내연기관 및 촉매 컨버터(coverter)는 보다 신속하게 가열됨에 따라 이상적인 운전온도에 이르게 된다. 예컨대 DE-OS 39 28 814는 온도센서에 의하여 차량의 냉시동(cold start) 조건이 파악되면 전자식 변속기제어는 어느 제한된 시간에 워밍업-변속 프로그램에 의하여 자동변속기의 변속을 하도록 권장하고 있다. 또한 센서로 파악되는 온도는 내연기관의 냉각온도 또는 ATF(automatic transmission fluid; 자동변속기유체)의 온도와 관계된다.
상기 선행기술에서 언급한 시간 단계는 일반적으로 승용차-제조업체들이 롤러형 시험대 위에서 배기가스 테스트로 구해진다. 여기에서 발생하는 문제점은 실제적인 도로 운전은 배기가스 테스트와 다르다는 것이다. 예컨대 차량이 잠시 정지된후 다시 시동하면 시간단계는 전체 시간에 걸쳐 진행하기 시작한다.
본 발명의 목적은 실제 차량운전에 부합하는 워밍업-프로그램을 개발하는 것이다.
본 과제의 제 1 해결방안은, 냉시동-조건이 존재할 경우, 전자식 변속기제어장치가 내연기관으로부터 발생된 토오크 및 회전속도로부터 내연기관에서 발생되는 출력을 결정하도록 하는데 있다. 일정한 시간내에서 2개의 산출된 출력값으로부터 이때의 에너지량이 결정되고 이제까지의 에너지량에 가산된다. 이러한 가산에너지량에 특성곡선을 이용하여 제 1 주행활동도(first driving activity(走行活動度))가 할당되고, 제 1 주행활동도로 인하여 자동변속기는 보다 높은 변속점에서 변속된다. 그 다음에는 전자식 변속기 제어장치에 의하여 제 1 주행활동도가 제 2 주행활동도와 비교되며 제 2 주행활동도(second driving activity(走行活動度))는 운전자의 실제적인 상태에 의하여 정해진다. 이러한 제 2 주행활동도는 예컨대 DE-PS 39 22 051에 공지되어 있는 바와같이 한가지 방법에 의해 정해질 수 있다. 발명에 따른 제 1 해결방안은 이에 따라서 특히 자동변속기에서 적용이 가능하며, 이는 소위 "지능변속 프로그램"이라고 하며 변속점의 선택은 운전자의 반응에 따른다.
이에 관한 한가지 유형으로, 제 1 주행활동도가 제 2 주행활동도보다 높을 때 제 1 주행활동도가 자동변속기의 변속점을 결정하는 것이 제안된다. 다른 유형으로서, 제 1 주행 활동도가 제 2 주행활동도 이하일 때, 제 2 주행활동도가 자동변속기의 변속점을 결정하는 것이 제안된다.
본 발명에 따른 해결방안과 이들의 실시형태에 의하면, 내연기관의 에너지량에 의하여 내연기관의 실제상태, 즉 그 온도가 정확히 결정될 수 있다. 가산(summing up)과 이것에 의한 결과인 제 1 주행 활동도에 의해 변속점은 보다 높은 값으로 이동된다. 특성곡선에 의한 배분은 이때 에너지량의 보다 높은 합계치가 보다 낮은 제 1 주행활동도를 발생시키도록 이행된다. 두가지 상태 즉 제 1 주행활동도와 제 2 주행활동도를 비교함으로서 워밍업 프로그램은 활성화 또는 비활성화된다.
본 발명의 제 2 해결방안에 따르면, 전자식 변속기제어장치는 내연기관에서 전달된 출력으로부터 계산된 에너지량을 결정하여, 그것은 그때까지의 에너지량에 가산된다. 그 다음 가산된 에너지량을 한계치와 비교하여, 가산된 에너지량이 한계치보다 높으면, 운전자에 의해 미리 설정된 변속 프로그램이 작동하게 된다. 이러한 해결방안은 특히 자동변속기의 경우에 적용되고 있으며, 이때 운전자는 수동으로 변속 프로그램으로서, 예컨대 경제적 모드, 스포츠 모드 또는 동절기(겨울) 모드 중 하나에서 택할 수 있다.
제 1 해결방안 및 제 2 해결방안에서 제안하는 사항은 전자식 변속기제어장치가 냉시동 조건을 인식하여 차량이 재시동(new start)되었는지 여부를 판단하며, 이를 위한 실시 형태에 있어서, 재시동시에, 내연기관의 온도에 따른 특성곡선을 이용하여 합계량의 초기값이 결정되는 것이다. 선택적으로, 내연기관의 온도대신에 차량의 정지후의 경과한 시간을 적용할 수도 있다. 이러한 2가지 실시 형태에 의하여 얻을 수 있는 장점을 들면 차량이 단거리를 주행후 정지한 다음 재차 시동될 그러한 여건이 고려된다는 것이다. 이러한 경우 에너지량의 합은 영(0)의 경우가 아니고 특성곡선에 의하여 정의된 초기값에서 시작된다.
이에 대한 한가지 유형에서 제안된 점은 차량이 정지된 후부터의 시간은 추가로 주위온도의 함수로 표현한다는 것이다. 이로 인하여, 정지중에 내연기관의 냉각 상태는 주위 온도에 관련하여 변화되도록 고려된다.
도면상에는 바람직한 실시예가 도시되어 있다 :
도 1은 시스템 다이어그램이며,
도 2는 플로우차트이며,
도 3은 E(START)=f(THETA)인 경우의 특성곡선이며,
도 4는 FA(WARM)=F(SUM(E))인 경우의 특성곡선이며,
도 5는 프로그램 플로우차트이다.
도 1에는 내연기관/자동변속기 장치의 시스템 다이어그램이 도시되어 있다. 이것은 내연기관(1), 자동변속기(3), 전자식 변속기제어장치(4) 및 제어라인(11)에 의하여 내연기관(1)을 제어하는 전자식 엔진제어장치(10)로 되어 있다.
내연기관(1)과 자동변속기(3)는 구동축(2)에 의하여 기계적으로 상호 연결되어 있다. 전자식 엔진제어장치(10)와 전자식 변속기제어장치(4)는 데이터 라인(9)에 의하여 서로 연결되어 있다. 이러한 데이터 라인에 의하여 2개의 상기 제어장치는, 예컨대 CAN-버스에 의해 서로 통신하게 된다. 전자식 엔진제어장치(10)는 상기 데이터 라인에 의해 내연기관 모멘트(MM) 내연기관의 회전속도(nMOT), 내연기관의 냉각유체온도 등과 같은 정보를 제공한다. 전자식 변속기제어장치(4)는 데이터 라인(9)에서 소위 엔진작동 또는 표준-엔진토오크와 같은 변속과정의 초기치와 최종치에 대한 정보를 제공한다.
전자식 변속기제어장치(4)는 입력치(13)에 따라서 이에 대응하는 주행단계 또는 변속프로그램을 선택한다. 자동변속기(3)의 일체의 부품이며 그안에 전자식 액추에이터가 장치된 유압제어 장치에 의하여 전자식 변속기제어장치(4)가 제어라인(12)을 경유하여 이에 대응하는 클러치-브레이크 조립체를 작동시킨다. 전자식 변속기제어장치(4)에는 마이크로 컨트롤러(5), 기억장치(7), 기능블럭 제어요소(6) 및 기능블럭 연산장치(8)가 간단한 블럭 형태로 도시되어 있다.
기억장치(7)에는 변속기와 관련된 정보들이 저장되어 있다 : 즉 프로그램, 변속특성곡선, 특성장 및 차량 특유의 특성치가 진단 데이터로서 들어 있다. 일반적으로 기억장치(7)는 EPROM, EEPROM 또는 버퍼 RAM으로 형성된다. 기능블럭 연산장치(8)에서는 자동변속기(3)의 작동에 관련된 정보, 예컨대 압력레벨이 계산된다. 기능블럭 제어요소(6)는 유압제어장치 내에 있는 제어요소를 조정하는데 사용된다.
전자식 변속기제어장치(4)의 입력치(13)는 가속페달/스롯틀밸브위치나 또는 수동이 요구되는 변속, 변속기 입출력회전속도, 자동변속기 유체(ATF)의 온도 등과 같이 운전자의 원하는 출력을 나타내는 값들이다.
도 2에는 프로그램 플로우차트가 도시되어 있다. 이 부분은 기존의 변속기 제어장치 소프트웨어에 있어서 점 A로부터 시작하는 서브 프로그램으로 형성되어 있다. 단계 S1에서 전자식 변속기제어장치(4)는 냉시동조건의 존재 여부를 판단한다. 냉시동 조건은 내연기관의 냉각수 온도나 또는 이에 대한 선택사항으로 ATF의 온도가 어느 한계치, 예컨대 30℃ 보다 낮을 때 존재한다.
냉시동 조건이 존재하지 않을 때, 즉 내연기관/자동변속기가 운전온도에 있을 때에는, 단계 S2의 주 프로그램으로 복귀한다. 단계S1의 판단결과가 긍정(yes)인 경우에는 단계 S3에서 재시동의 존재여부를 판단한다. 그 판단 결과가 긍정(yes)인 경우에 차량은 재시동되며, 단계 S4에서 특성곡선(도 3의 F1 참조)을 이용하여 에너지량/가산기억장치의 초기치 E(START)가 선택된다. 이러한 특성곡선은 도 3에 도시되어 있으며 이를 참조하여 설명된다. 단계 S5인 경우에 있어서, 이러한 초기값 E(START)는 에너지량-가산기억장치 SUM(E)에 배분된다. 그다음 단계 S6에서의 프로그램 과정이 계속 실행된다. 단계 S3의 결과가 부정(no), 즉 차량이 운전중이면, 단계 S6의 프로그램 과정이 진행된다. 단계 S6에서 제 1 시점과 제 2 시점간의 내연기관 출력은 다음관계식에 따라서 계산된다 :
P(i) = MM(i)ㆍnMOT(i)ㆍK
i = 1,2,3 ... n
여기에서
MM 실제 내연기관에서 전달된 토오크
nMOT 내연기관의 실제회전속도이며
K는 환산정수이고 i는 변수이다.
단계 S7에서 에너지량 E(NEU)가 계산된다. 이는 일정한 시간 예컨대 100ms 이내의 2개 출력치를 합산함으로서 이루어진다.
이것은 다음의 관계식을 적용된다 :
E(NEU) = (P(i) + P(i+1))ㆍdt
여기에서 :
P(i), P(i+1) 는 모두 출력치이고,
dt 는 시간이다.
물론 에너지량 E(NEU)도 2개의 출력치 P(i), P(i+1)의 평균치를 구하여 계산 가능하다.
단계 S8에서는 계산된 에너지량 E(NEU)과 현재까지의 에너지량 가산기억장치 SUM(E)의 수치가 서로 가산된다. 단계 S9에서는 그다음 에너지량 가산 기억장치 SUM(E)의 내용에 따라 주행활동도 FA(WARM)가 선택된다. 이것은 도 4에 도시되어 있는 특성곡선에 의하여 이루어 진다.
단계 S10에서는 제 1 주행활동도 FA(WARM)가 제 2 주행활동도 FA(NORM)와 비교된다. 이러한 제 2 주행활동도는 이에 관하여 실제 운전자 반응에 의하여 정해진다. 이는 DE-PS 39 22 051에 제안되어 있는 유형에 따라 행할 수 있다.
단계 S10에서 제 1 주행활동도가 제 2 주행활동도 보다 높은 것이 확인되면 프로그램은 점 B로 분기되면서 다시 단계 S3, 즉 재시동(new start)의 존재 여부를 판단하면서 시작한다. 단계 S10에서의 판단 결과가 부정(no), 제 1 주행활동도가 제 2 활동도에 비해 작거나 동일하면, 프로그램은 단계 S11로 분기된다. 내연기관이 이에 상당한 량의 에너지를 가지게 되고 내연기관과 촉매 컨버터가 운전온도에 이르게 되면 단계 S10의 결과는 부정(no)적으로 된다. 단계 S11의 경우, 그 다음 제 2 주행활동도 FA(NORM)는 실제 유효한 주행활동도 FA로 설정된다. 이에 따라 변속점의 선택은 전적으로 운전자 반응에 따르게 된다. 단계 S12에서 프로그램 진행이 끝나고 주 프로그램으로 복귀한다.
도 3에는 특성곡선 F1이 도시되어 있다. 제 1의 X축에 해당하는 theta 는 여기에서 내연기관의 냉각매체의 온도 또는 그에 대신하는 자동변속기 유체의 온도가 기록된다. 이때 2개의 값 theta 1과 theta 2는 -20 내지 +130℃의 온도범위를 나타낸다. Y축으로서는 에너지량의 초기치 E(START)가 기록된다. 2개의 한계점 A와 B을 가진 특성곡선 F1 에 의하여 온도범위 theta 1, theta 2에게 이에 상응하는 초기값의 범위가 배분된다 (E1,E2). 에너지량 E(START)의 초기치의 범위는 0 내지 2.5kWh가 될 수 있다. E2의 최대치는 이때 차량에 따른다.
도 3에는 동시에 시간을 나타내는 제 2의 X축 t 가 도시되어 있다. 이러한 옵션은 온도 데이타 대신에 사용할 수 있다. 시간 t 는 차량이 정지한 이후 다시 시동할때 까지의 경과한 시간을 나타낸다.
X축 상에 기록된 t1~t2는 5분 내지 8시간에 해당한다. 동시에 도 3에는 시간 t1*~t2*를 가진 제 3의 X축 t 가 도시되어 있다. 이러한 시간은 추가로 주위온도에 좌우된다. 이로서 정지상태에 있는 내연기관의 냉각상태는 주위온도에 좌우되는 것으로 간주된다.
도 4에는 지점 A와 B를 가진 특성곡선 F2가 도시되어 있다. X축상에서는 이때 에너지량-가산기억장치 SUM(E)의 내용이 2개의 지점 E1과 E2로 나타내어지고 있다. y축상에서는 제 1 주행활동도 FA(WARM)가 2개의 지점 FA1과 FA2로 나타내어지고 있다. 에너지량 가산 기억장치 SUM(E)의 값은 이로서 특성곡선 F2에 의하여 제 1 주행활동도가 나타난다. 이러한 제 1 주행활동도는 DE-PS 39 22 051에 제시되어 있는 것과 같이 영역 FA1 내지 FA2에 따라서 1,2,3,4 및 5의 값을 따를 수 있다. 이러한 주행활동도에서, 영역 FA1~FA2를 0 내지 255 범위로 예시적으로 카운터하여 나타낼 수 있다.
도 2에 나타난 것과 같이 그 다음 제 1 주행활동도 FA(WARM)가 제 2 주행활동도 FA(NORM)와 단계 S10에서 비교된다. 그 비교 결과에 따라서 변속점은 제 1 주행활동도나 또는 제 2 주행 활동도에 따라 결정된다. 제 2 주행 활동도 FA(NORM)는 이때 전적으로 운전자의 반응에 의하여 결정된다.
도 5에는 제 2의 발명에 따른 해결의 프로그램-플로우차트가 도시되어 있다. 이러한 해결방안은 전자식 변속기 제어장치(4)의 소프트웨어에서 DE-PS 39 22 051에 명시되어 있는 바와같이 하등의 소위 지능변속 프로그램이 포함되어 있지 않을 때에 한하여 항시 사용가능하다. 바꾸어 말하면 이러한 발명에 따르는 해결방안은 운전자 예컨대 스위치에 의하여 변속프로그램을 택할 수 있을때(E/S/W)에 항시 제공된다. 도 5의 프로그램 플로우차트는 단계 S8까지 도 2의 플로우챠트와 동일하기 때문에 전술한 바를 적용한다. 단계 S9에서는 전자변속기 제어가 가산-에너지 기억장치 SUM(E)의 내용이 어느 한계치에 비해 작은지 여부를 판단한다. 한계치는 예를 들면 2.5 kWh 일 수 있다. 이것은 차량에 따른다. 단계 S9에서의 판단결과가 가산-에너지 기억장치 SUM(E)에 있는 내용의 한계치에 비해 낮으면 프로그램 플로우차트는 점 B로 분기하며 단계 S3로 재시동의 존재여부를 판단하며 진행한다.
판단결과 내연기관이 이에 상당한 에너지량을 초과한다면 단계 S10인 경우에 주 프로그램으로 복귀한다.
내연기관이 구동하는 자동변속기에서 전자식 변속기제어장치(4)가 냉시동조건이 존재할때 내연기관의 에너지량과 어느한계치를 비교하여 이것이 한계치 보다 작으면 자동변속기의 변속점을 보다 높은 값으로 이동함으로서 당해 자동변속기의 제어 능력을 향상시켜주는데 유리하다.

Claims (8)

  1. 전자식 변속기제어장치(4)가 냉시동-조건의 존재 여부를 판단하는 그러한 내연기관(1)에 의하여 구동되는 자동변속기(3)의 제어방법에 있어서,
    전자식 변속기제어장치(4)는, 냉시동 조건이 존재하면, 내연기관(1)에서 전달된 토오크(MM)와 그의 회전속도(nMOT)로부터 내연기관(1)이 전달한 출력(P)을 결정하며 (P(i)=MM(i)ㆍnMOT(i).K,i=1,2...n,K=정수),
    1개의 시간간격(dt) 내에서 계산된 2개의 출력치(P(i), P(i+1))로부터 에너지량(E(NEU))을 결정하고 (E(NEU) = P(P(i)+P(i+1))ㆍdt),
    그리고 에너지량을 가산하고 (SUM(E)),
    특성곡선을 이용하여 제 1 주행활동도(FA(WARM))를 상기 가산된 에너지량(SUM(E))에 관련시키고 (FA(WARM)=f(SUM(E)),
    여기서 제 1 주행활동도(FA(WARM))는 자동변속기(3)의 보다 높은 변속점을 발생시키며,
    전자식 변속기제어장치(4)는 제 1 주행활동도(FA(WARM))를 제 2 주행활동도(FA(NORM))와 비교하며 (S10),
    제 2 주행 활동도(FA(NORM))는 운전자의 실제 거동에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    자동변속기(3)의 변속점은 제 1 주행활동도(FA(WARM))가 제 2 주행활동도 (FA(NORM)) 보다 클 때에 제 1 주행활동도(FA(WARM))를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    자동변속기(3)의 변속점은 제 1 주행활동도(FA(WARM))가 제 2 주행활동도(FA(NORM) 보다 낮거나 같을 때에 제 2 주행 활동도(FA(NORM))에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    전자식 변속기제어장치(4)가, 냉시동 조건이 존재할 때, 내연기관(1)이 전달한 토오크(MM)와 그의 회전속도(nMOT)로부터 내연기관에 의해 전달된 출력(P)을 결정하며 (P(i)=MM(i)ㆍnMOT(i).K,i=1,2...n, K=일정),
    1개의 시간 간격(dt) 내에서 계산된 2개의 출력치(P(i), P(i+1))로부터 에너지량(E(NEU))을 결정하고 (E(NEU)=(P(i)+P(i+1)).dt,
    그리고 가산하며 (SUM(E)),
    전자식 변속기제어장치(4)는 상기 가산된 에너지량(SUM(E))을 한계치(GW)와 비교하며,
    상기 가산된 에너량(SUM(E))이 한계치(GW) 보다 클때 (SUM(E)>GW), 운전자가 미리 설정한 변속 프로그램을 작동시키는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자식 변속기제어장치(4)는, 냉시동-조건이 존재할 때, 차량의 재시동(new start)의 존재 여부를 추가 판단(S3)하는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    재시동시에, 특성곡선에 의하여 내연기관(1)의 온도(THETA)에 따라 상기 가산된 에너지량(SUM(E))의 초기치(E(START))가 정해지는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    재시동시에, 차량의 정지후 경과시간(t)에 따라 특성곡선에 의하여 상기 가산된 에너지량(SUM(E))의 초기치(E(START)가 정해지는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 시간(t)은 주위 온도(THETA(U))의 함수로 추가적으로 표시되는 (t=f(THETA(U))) 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
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