KR100576981B1 - 자동차의 트랙션 저항을 나타내는 변수를 결정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

자동차의 트랙션 저항을 나타내는 변수를 결정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 트레인을 가진 자동차에 관한 것이며, 상기 구동 트레인의 부품은 회전가능하다. 트랙션 저항을 나타내는 변수의 결정은 다음과 같이, 즉 자동차의 순간가속도를 나타내는 가속도 크기가 검출됨으로써 이루어진다. 또한, 자동차의 가속도에 대한 기준크기가 결정되고, 트랙션 저항을 나타내는 크기가 검출된 가속도 크기와 결정된 기준크기의 비교에 따라서 결정된다. 본 발명의 핵심은, 즉 회전크기를 구하는데 있으며, 이 회전크기가 구동 트레인에 배치되어 있는 부품중의 적어도 하나의 회전모멘트를 나타낸다. 기준크기의 결정은 본 발명에 따라 결정된 회전크기에 따라서 이루어진다. 특히, 구동 트레인에 배치된 개별 부품의 회전크기가 개별적으로 결정된다.
구동 트레인, 트랙션 저항, 회전크기, 가속도크기, 기준크기.

Description

자동차의 트랙션 저항을 나타내는 변수를 결정하기 위한 장치 및 방법{Method and device for determining a variable representing the road resistance of a motor vehicle}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 자동차 트랙션 저항(traction resistance)을 나타내는 변수를 결정하는 방법과 장치에 관한 것이다.
자동차의 구동 트레인(drive train)에는 여러가지의 부품이 배치되어 있는데, 예를 들어서 자동차 엔진, 엔진 보조장치(예를 들어 발전기, 에어콘 등), 클러치, 회전모멘트 변환기, 변경 가능한 변속비를 가진 변속기, 차동장치 및/또는 구동되는 자동차 바퀴가 있다. 구동 트레인의 최적 제어를 위해서는, 실제 부하상태 또는 실제 자동차의 트랙션 저항에 대한 정보를 이용하는 것이 필요하다. 주행중 트랙션 저항은 예를 들어서 경사를 주행하는 경우나 자동차의 공기저항계수가 변화되는 경우에 증가된다. 증가된 트랙션 저항은, 구동 트레인의 제어부가 적절하게 반응해야 하는 운전상태를 발생시킨다. 특히 변속비 결정에 따라 그 제어전략을 적용시키는 것이 유리하다. 변속기 제어회로는 부하 또는 트랙션 저항을 검출하기 위한 알고리즘(algorithm)을 갖는다. 검출된 부하 또는 검출된 트랙션 저항에 따라서 변속특성곡선이 이동되거나 및/또는 또다른 조치, 즉 기어를 넣거나 빼는 기어변속(up and down gear shifting)을 피하기 위한 조치가 유도된다. 검출을 위해서 예를 들어 실제 자동차 종방향 가속도와 예상 자동차 종방향 가속도와의 비교가 이루어진다. 이것을 위해, 예상 자동차 종방향 가속도가 결정되어야 한다.
독일 특허 DE 30 18 032 C2(US 4,625,590)호에는 예상 자동차 종방향 가속도가 출력모멘트에 의해 결정되는 방법이 개시되어 있다. 여기에, 구동 트레인의 효율이 고려된다. 그러나, 이렇게 결정된 결과는 단지 정상상태의 구동작동에서만 보정이 가능한데, 왜냐하면 구동 트레인에서 회전 질량의 감속과 가속을 위해 필요한 모멘트가 고려되지 않기 때문이다.
DE 41 38 822 C2(US 5, 557, 519)호에는 상기 효과를 보상하기 위해서, 자동차 질량이 "회전질량(rotation mass)"만큼 증가되는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 조치는 "회전 질량"의 기어에 따른 보정을 필요로 한다.
본 발명의 과제는, 최소한의 비용으로 실제 트랙션 저항을 매우 정확히 결정하는 데 있다.
이 과제는 독립 청구항의 특징에 의해 해결된다.
서술한 바와 같이, 본 발명은 구동 트레인을 가진 자동차에 관한 것이며, 이 구동 트레인의 부품이 회전한다는 것을 전제로 한다. 이러한 부품은 자동차 엔진, 엔진 보조장치, 클러치, 회전 모멘트 변환장치, 변경 가능한 변속비를 가진 변속기, 차동장치(differential) 및/또는 자동차 바퀴이다. 트랙션 저항을 나타내는 변수의 결정은 순간 자동차 가속도를 나타내는 가속도 크기를 검출함으로써 이루어진다. 또한, 자동차 가속도의 기준 크기가 결정되고 트랙션 저항을 나타내는 크기가 검출된 가속도 크기와 결정된 기준 크기와의 비교에 따라서 결정된다.
본 발명의 핵심은, 구동 트레인에 배치된 부품중 적어도 하나의 회전 모멘트를 나타내는 회전 크기를 구하는 것이다. 기준 크기는 본 발명에 의해 구해진 회전크기에 따라 결정된다. 특히, 구동 트레인에 장착되어 있는 부품들의 회전 크기는 개별적으로 결정된다.
구동 트레인에 있는 각각의 콤퍼넌트(component)의 감속 또는 가속을 위해 필요한 모멘트의 고려함으로써 트랙션 저항은 매우 정확히 결정된다. 구동 트레인의 각각의 콤퍼넌트를 분리해서 고려함으로써 간단한 변수 형성이 이루어진다. 예를 들어, 기어의 변속비가 변화될 경우 단지 본 발명에 따른 회전크기 결정의 일부분만이, 즉 콤퍼넌트 "변속기"에 관련된 부분만이 수정되면 된다. 전반적인 특성 변수의 매칭은 필요하지 않다.
구동 트레인에 장치된 부품의 순간 회전운동을 나타내는 회전운동 크기가 검출되는 것이 바람직하다. 각각의 회전크기는 검출된 각 부품의 순간 회전 운동에 따라 구해진다. 특히, 회전운동의 크기는 부품의 순간 회전속도를 검출한다.
트랙션 저항은 기본적으로 각각의 콤퍼넌트에 대해 상이한 회전운동을 고려함으로써 결정된다. 이로써 물리적인 근거로 경험적인 특성변수들의 적용이 필요하지 않다. 이로 인해, 비용이 감소된다.
또한, 다음과 같은 것이 유리한데, 즉 기준크기의 결정은 얻어진 회전크기에 따라서, 바퀴로부터 송출되는 출력을 나타내는 바퀴 구동 모멘트 크기 및/또는 바퀴로부터 송출되는 출력을 나타내는 바퀴 출력 크기가 형성됨으로써 이루어진다.
본 발명의 유리한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
도 1은 트랙션 저항 결정을 나타낸 도면.
도 2는 예상 종방향 가속도를 얻는 것을 나타낸 도면.
도 3은 구동 트레인에서의 회전 모멘트비를 보여주는 도면.
도 4는 바퀴에서부터 나오는 구동출력을 결정하는 과정을 보여주는 도면.
본 발명은 이하에서 실시예를 참고로 상세히 설명된다.
예상 종방향 가속도 a_L,erw와 실제 종방향 가속도 a_L 와의 비교를 통해서 트랙션 저항이 얻어지게 된다. 이것을 위해, 실제 차량가속도를 결정하는 것이 필요하다. 이는 시간간격[to-T, to]에 걸쳐 얻어진다. 이 시간간격동안 예상 가속도도 구해진다.
실제 가속도에 대한 원리와 영향을 주는 크기는 도 1에 나타나 있다. 블록(102)는 실제 자동차를 표시한 것이며, 이 자동차는 특정 크기(예를 들어, 주행도로의 오르막/내리막, 자동차무게, 롤링저항계수, 바람속도, 공기밀도, 공기저항계수/Cw-값)아래에서 운행되는 데, 이들의 크기는 트랙션 저항에 영향을 준다. 전체 자동차 바퀴에서 나가는 출력 Pw_rad으로 인해 실제 자동차(102)가 순간 종방향 가속도 a_L 를 실현한다.
트랙션 저항의 결정을 위해서, 자동차 기준 모델(101)을 이용하여 예상 종방향 가속도 값 a_L,erw를 결정한다. 예상 종방향 가속도 a_L_erw의 결정을 위한 가장 중요한 입력크기는 여기서도 전체 자동차 바퀴에서 나오는 출력 Pw_rad이다.
전술한것 처럼, 예상 가속도 a_L,erw는 전체 자동차 바퀴에서 나오는 출력 Pw_rad을 기초로 결정된다. 도 2에는 예상 종방향 가속도 a_L,erw를 얻기 위한 계산방법이 나타나 있다. 이것은 시간간격[to-T, to]에 걸쳐 평균된다.
이것을 위해, 블록(201)에서 전체 자동차 바퀴에서 나오는 출력 Pw_rad이 얻어진다. 이 값에서, 공기 저항 및 롤저항을 극복하기 위해서 블록(205)와 (206)에서 얻어진 손실출력값 Pw-luft와 Pw_roll을 논리소자 (202) 및 (203)에서 뺀다. 여기서 이 손실출력은 다음과 같이 얻어진다:
Pw_luft = 0.5 * rho_luft * Cw * (v_fzg)3 * A
Pw_roll = f_roll * m_fzg * g * V_fzg
여기서 rho_luft는 공기밀도, Cw는 공기저항계수, A 는 단부면, v_fzg는 자동차 종방향 속도, m_fzg는 자동차 무게, g는 중력 가속도이다.
블록(204)에서 공기저항과 롤저항을 고려해서 얻어진 출력값을 자동차 무게 m_fzg와 자동차속도 v_fzg의 곱한 값으로 나누었으며, 이는 예상 종방향 가속도 a_L,erw를 얻기 위해서다.
실제 자동차에 작용하는 종방향 가속도 a_L의 검출은 블록(211)에서 예를 들어 바퀴 rpm의 평가에 의해 이루어진다.
실제 종방향 가속도 a_L와 예상 종방향 가속도 a_L,erw와의 비교에 의해 블록(201)에서 실제 트랙션 저항 Fw가 얻어진다. 이 트랙션 저항 Fw는 구동 트레인 제어부(212)에서 예를 들어 순간 트랙션 저항에 대한 변속 특성 곡선의 매칭을 위해 처리된다.
계산블록(201)은 전체 바퀴에서 나가는 출력을 제공한다. 이는 다음 수학식 2에 의해 결정된다:
Pw_rad = md_rad * n_rad
여기서 md_rad는 전체 바퀴에서 나가는 모멘트 이고, n_rad는 구동바퀴의 평균 바퀴 rpm이다.
모멘트 md_rad는 구동 트레인에 전달되는 모멘트를 고려하여 얻어진다.
전달된 모멘트의 결정시 구동 트레인의 각각의 콤퍼넌트에서 가속 또는 감속을 위해 필요한 회전 모멘트가 되며, 이 회전 모멘트는 질량 관성모멘트와 각가속도의 곱으로 나타난다. 도 3은 구동 트레인에서 각각의 콤퍼넌트에 대한 크기의 할당을 나타낸다.
사용되는 약어는 콤퍼넌트의 입력-, 출력- 그리고 내부값에 관련된다. 콤퍼넌트는 구동 트레인에서의 구성부품들과 반드시 동일하지 않으며, 다음 콤퍼넌트가 고려된다:
-엔진 : 지시된 모멘트 md_mi에 의해 구동되고, 손실모멘트 md_m_ver를 수반하는 유효 엔진 관성모멘트 th_m를 가진 엔진.
-보조장치 : 고정 변속비로 엔진 크랭크축과 기계적으로 연결되어 있는 모든장비(예를 들어, 발전기, 에어콘)가 보조장치로 고려된다. 이들은 모두 크랭크축으로부터 모멘트 md_na를 얻으며 질량관성모멘트th_na를 갖는다.
-모멘트 변환기, 이는 유체역학적 변환기 및 마찰클러치를 포함하고 있다. 또한 이는 입력측 질량관성모멘트 th_w_e와 출력측 질량 관성 모멘트 th_w_a를 특징으로 한다.
- 변속기(transmission)는 예를 들어서 수동 변속기, 단계식 자동변속기 및 무단 변속기를 포함한다. 이는 변속비에 의존하는 유효 관성모멘트 th_g를 특징으로 한다.
- 차동장치(differential): 여기서 고려되는 구동 트레인에서 단일 트랙 모델이 전제된다. 따라서, 차동장치는 단 하나의 출력 rpm을 갖는다. 이는 유효 관성모멘트 th_d를 특징으로 한다.
- 바퀴, 이는 총 4개의 자동차 바퀴를 대표하며 질량관성모멘트th_r를 특징으로 한다.
md_rad를 결정하기 위해서 구동 트레인의 각각의 컴퍼넌트의 출력모멘트를 계산하게 된다. 다음의 크기를 사용한다.
md_mi 엔진: 지시된 모멘트(연소동작에 의해서 발생되는 모멘트)
md_m_ver 엔진: 손실 모멘트의 합
md_m_rot 엔진: 회전 모멘트
md_ma 엔진: 출력모멘트
md_na 보조장치: 수용 모멘트의 합
md_na_rot 보조장치: 크랭크 축과 관련된 회전모멘트의 합
md_na_eff 보조장치: 유효 사용 모멘트의 합
md_kup 클러치 모멘트
md_we 모멘트 변환기: 입력 모멘트
md_w_rot 모멘트 변환기: 회전모멘트의 합
md_wa 모멘트 변환기: 출력 모멘트
md_ge 변속기: 입력모멘트
md_g_rot 변속기: 회전모멘트
md_ga 변속기: 출력모멘트
md_de 차동장치: 입력모멘트
md_d_rot 차동장치: 회전모멘트
md_da 차동장치: 출력모멘트의 합
md_an 구동 모멘트
md_rbr 바퀴: 브레이크 모멘트의 합
md_r_rot 바퀴: 회전 모멘트의 합
md_rad 바퀴: 바퀴 모멘트의 합
도 4는 md_rad의 계산을 도시한다. 크기 뒤에 첨부한 표시"_dot"는 이 크기의, 시간에 따른 미분을 나타낸다. 또한, 파이는 즉 pi = 3.14159이다. 변속기와 차동장치에 있어서 질량 관성모멘트는 입력측에 관련된다.
-계산블록(401)(엔진):
md_ma = md_mi - md_mver - md_m_rot,
md_m_rot = 2 * pi * th_m * n_m_dot
-계산블록(402)(보조장치):
md_na = md_na_eff + md_na_rot
md_na_rot = 2 * pi * th_na * n_m_dot
-계산블록(403)(클러치 모멘트)
md_kup = md_am - md_na
-계산블록(404)(모멘트 변환기):
md_wa = [(md_we - md_w_rot_e) * mue_w] - md_w_rot_a
md_w_rot_e = 2 * pi * th_w_e * n_we_dot,
md_W_rot_a = 2 * Pi * th_w_a * n_wa_dot
여기서 mue_w는 모멘트 변환기의 정적인 모멘트변환이다.
계산블록(405)(변속기)
md_ga = (md_ge - md_g_rot) * mue_g
md_g_rot = 2 * pi * th_g * n_ge_dot.
여기서 mue_g는 변속기의 정적인 모멘트 변환이다.
계산블록(406)(차동장치)
md_da = (md_de - md_d_rot) * mue_d.
md_d_rot = 2 * pi * th_d * n_de_dot.
여기서 mue_d는 차동장치의 정적인 모멘트 변환이다.
계산블록(407)(바퀴):
md_rad = md_an - md_r_br - md_r_rot.
md_r_rot = 2 * pi * th_r * n_rad_dot
요약하면, 구동 트레인의 각각의 컴퍼넌트 감속 또는 가속을 위해 필요한 모멘트를 고려함으로써 모멘트 md_rad는 지금까지 공지된 방법보다 더 정확하게 계산되어진다. 이를 통해서 결정알고리즘의 질이 더욱 향상된다. 결정의 물리학적인 근거에 의해, 경험적인 특성 크기의 적용이 필요없다. 따라서, 비용이 절감된다.
결정 방법을 컴퍼넌트로 세분함으로써, 간단한 변수형성이 이루어진다. 예를 들어서 변속기의 변속비가 변할 때 도 4의 계산블록(405)만이 수정되면 된다. 회전 총질량을 통한 회전모멘트의 고려시와 같이 전반적인 특성 변수의 매칭은 필요하지 않다.

Claims (8)

  1. 자동차의 구동 트레인에 자동차 엔진, 엔진보조장치, 클러치, 회전 모멘트 변환기, 변경 가능한 변속비를 가진 변속기, 차동장치 또는 자동차 바퀴와 같은 회전할 수 있는 부품이 배치되어 있고,
    - 순간 자동차 가속도를 나타내는 가속도 크기(a_L)의 검출단계,
    - 자동차의 가속도에 대한 기준크기(a_L,erw)의 결정단계,
    - 검출된 가속도 크기(a_L)와 결정된 기준크기(a_L,erw)의 비교에 따라 자동차의 트랙션 저항을 나타내는 변수를 결정하는 단계를 포함하는, 자동차의 트랙션 저항을 나타내는 변수를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    구동 트레인에 배치되어 있는 부품중 적어도 하나의 회전모멘트를 나타내는 회전 크기(md_m_rot, md_na_rot, md_w_rot_e, md_w_rot_a, md_g_rot, md_d_rot, md_r_rot)가 결정되고, 기준크기(a_L,erw)가 결정된 회전크기에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 구동 트레인에 배치되어 있는 개별 부품의 회전크기(md_rad, md_m_rot, md_na_rot, md_w_rot_e, md_w_rot_a, md_g_rot, md_d_rot, md_r_rot)는 개별적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 구동 트레인에 배치되어 있는 부품의 순간회전운동을 나타내는 회전운동 크기(n_m_dot, n_we_dot, n_wa_dot, n_ge_dot, n_de_dot, n_rad)가 검출되고, 각각의 회전크기가 검출된 각 부품의 순간 회전운동에 따라 결정되고, 상기 회전운동크기(n_m_dot, n_we_dot, n_wa_dot, n_ge_dot, n_de_dot, n_rad)가 부품의 순간 회전가속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 기준크기(a_L,erw)의 결정은, 결정된 회전크기에 따라, 바퀴로부터 출력되고 있는 바퀴구동 모멘트크기(md_rad), 또는 바퀴로부터 나오는 출력을 나타내는 바퀴출력크기(pw_rad)가 형성되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 자동차 트랙션 저항을 나타내는 변수를 결정하기 위한 장치로서, 자동차의 구동 트레인에 자동차엔진, 엔진 보조장치, 클러치, 회전모멘트 변환기, 변경가능한 변속비를 가진 변속기, 차동장치 또한 자동차 바퀴와 같은 회전 가능한 부품이 배치되어 있으며, 그리고
    - 자동차의 순간 가속도를 나타내는 가속도크기(a_L)를 검출하는 수단,
    - 자동차의 가속도에 대한 기준 크기(a_L,erw)를 결정하는 수단,
    - 자동차 트랙션 저항을 나타내는 크기를 검출된 가속도 크기(a_L)와 결정된 기준크기(a_L,erw)와의 비교에 따라 결정하는 수단을 포함하는 장치에 있어서,
    구동 트레인에 배치된 부품중 적어도 하나의 회전모멘트를 나타내는 회전크기(md_rad, md_m_rot, md_na_rot, md_w_rot_e, md_w_rot_a, md_g_rot, md_d_rot, md_r_rot)를 결정하는 수단, 및
    - 기준크기(a_L,erw)를 결정된 회전크기에 따라 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 구동 트레인에 배치되어 있는 개별 부품의 회전크기(md_rad, md_m_rot, md_na_rot, md_w_rot_e, md_w_rot_a, md_g_rot, md_d_rot, md_r_rot)가 개별적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 구동 트레인에 배치된 부품의 순간 회전운동을 나타내는 회전운동크기(n_m_dot, n_we_dot, n_wa_dot, n_ge_dot, n_de_dot, n_rad)가 검출되고, 각각의 회전크기가 각각의 부품의 검출된 순간 회전운동에 따라 결정되고, 상기 회전운동크기(n_m_dot, n_we_dot, n_wa_dot, n_ge_dot, n_de_dot, n_rad)가 부품의 순간 회전가속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 기준크기(a_L,erw)의 결정은, 결정된 회전크기에 따라서, 바퀴로부터 송출되는 모멘트를 나타내는 바퀴구동 모멘트 크기(md_rad) 또는 바퀴로부터 송출되는 출력을 나타내는 바퀴출력크기(pw_rad)가 형성되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
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