KR100590432B1 - 서보 클러치와 자동차 엔진의 공통 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서보 클러치와 자동차 엔진의 공통제어 시스템에 관한 것이다. 서보 클러치 뿐만 아니라 자동차 엔진도 자동차의 구동 트레인 안에 설치되어 있다. 규정된 동작상태가 주어지면, 특히 시동범위에서 발생하는 것과 같이 자동차속도가 낮은 범위에서 규정된 동작상태가 주어지면 상기 서보 클러치와 자동차 엔진은 가속 페달의 위치가 자동차의 가속도나 속도를 규정하도록 제어된다. 일반적으로 시동과정이 아닌 경우에 상기 구동 트레인의 제어는 가속 페달의 위치에 따라 출력 또는 모멘트 스케일링 방식으로 이루어지는데, 본 발명에서는 시동과정중에 상기 가속 페달이 가속도페달 내지는 속력페달로서 스케일링된다.
서보 클러치, 자동차 엔진, 가속 페달, 가속도값, 속도값, 변속기어, 변속기

Description

서보 클러치와 자동차 엔진의 공통 제어 시스템{System for combined control of a servo clutch and the engine of a motor vehicle}
본 발명은 청구항 1항의 특징을 가진, 차량의 구동 트레인내에 설치된 서보 클러치와 구동 트레인내에 설치된 자동차 엔진을 공통 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.
자동 클러치 또는 서보 클러치는 예를 들어 "자동차공학 소책자, 21, 1991년판, 538-539쪽"에 공지되어 있다. 서보 클러치들은 전자 제어기기와 함께 자동화된 시동과정을 제공하든지 아니면 서보 작동되는 변속기와 함께 전자동 변속을 제공한다. 이러한 전자 클러치 관리부를 구비한 자동차에서는 특히 자동차 시동 과정을 위해 특수한 제어전략이 마련되어야만 한다.
또한 "자동차공학 소책자, 21, 1991년판, 467-468쪽" 에는 이른바 엔진 출력 전자 제어 시스템이 공지되어 있다. 운전자에 의해 작동가능한 가속 페달을 사용하는 종래에 매우 일반적으로 사용되어왔던 스로틀밸브의 직접 기계식 조절과는 달리, 상기 시스템에서의 스로틀밸브는 전자 제어기기에 의해 전기모터식으로 조절된다. 상기 시스템에서는 운전자가 가속 페달을 사용해서 일반적으로 엔진 출력 또는 엔진 모멘트 내지 자동차 전체의 구동출력 또는 구동모멘트를 설정한다.
본 발명의 목적은 시동과정동안 최적의 자동차 제어를 설계하는데 있다.
상기 목적은 청구항 1항의 특징을 통해 달성된다.
본 발명의 효과
이미 설명한 바와 같이, 본 발명은 서보 클러치와 자동차 엔진을 공통 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다. 서보 클러치뿐만 아니라 자동차 엔진 역시 자동차 구동 트레인내에 설치되어 있다. 소정의 동작상태, 특히 예를 들어 시동시와 같은 저속범위에서의 동작상태가 주어질 때, 상기 서보 클러치와 자동차 엔진은 가속 페달의 위치가 자동차의 가속도 또는 자동차의 속도를 설정하도록 제어된다.
시동 과정이외의 기간중에서는 일반적으로 구동 트레인의 제어가 가속 페달의 위치에 따라 출력 또는 모멘트 스케일링 방식으로 이루어지는 한편, 본 발명에 따라 시동 과정중에는 가속 페달이 가속도 페달 또는 속도 페달로서 스케일링되어야 한다. 운전자 요구를 본 발명에 따라 해석함으로써, 모든 구동 트레인 부품들, 특히 서보 클러치 및 자동차 엔진들을 가능한 범주내에서 자유롭게 사용할 수 있다. 본 발명의 전략은 시동시 가능한 최고의 편안함을 얻기 위해서, 코디네이트된 구동 트레인관리부의 모든 부품들을 시동에 사용하는 것이다. 자동차 엔진과 자동차 클러치의 제어는 본 발명에 따라 운전자 요구에 상응하는 가속도 또는 자동차 속도가 얻어지도록 코디네이트된다.
시동시에 가속 페달을 가속도 페달 내지는 속도 페달로서 해석함으로써 시동시에 자동차의 특성이 모든 부하 상황(예를 들어 오르막 주행, 내리막 주행, 견인 모드)에 대해 동일해 질 수 있다.
자동차의 구동 트레인 내에 일반적으로 변속비 조정가능한 변속기가 설치되어 있다. 본 발명의 바람직한 구성에서는 소정의, 특히 짧은 또는 낮은 변속비가 설정되면 소정의 동작상태가 주어지는 지가 검출된다. 이 때 특히 1단 기어로의 자동차의 매 주행이 시동상황으로 규정되고, 그리고 나서 본 발명에 따라 가속 페달의 위치가 가속도 또는 속도 요구로서 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예는 시동 과정의 약간 다른 정의를 이용한다. 이 경우, 그러한 시동 과정은 자동차 속도가 소정의 한계치에 미달하고 서보 클러치가 열렸거나 적어도 완전히 폐쇄되지 않은, 즉 부분적으로 열려 있는 것으로 규정한다. 이러한 시동상황은 자동차가 매우 느린 속도로(예를 들어 서행속도)로 움직이고 클러치가 열려있거나 또는 완전히 닫힌 상태가 아닌 경우에 주어진다. 이러한 시동상황은 기어 변속이 일어나면 벗어날 수 있다.
이미 설명한 바 대로 상기 구동 트레인 제어는 자동차 속도가 높은 경우에 즉, 시동 범위가 아닌 경우에, 가속 페달의 검출된 위치가 자동차 엔진의 또는 자동차 전체의 구동모멘트 또는 구동출력을 설정하도록 수행된다. 본 발명에 따른 시동 모드가 변속비의 전환과 동시에 야기되면, 가속 페달해석을 전환할 때(속도 또는 가속도 스케일링을 모멘트 또는 출력 스케일링으로 전환) 자동차 구동 트레인 내부에서의 잠재적인 모멘트 충격이 방지될 수 있다. 자동차가 그러한 상태에서 가속되면 가속 페달위치는 첫번째 기어변속이 이루어질 때까지는 속도 또는 가속도로 해석된다. 이로 인해, 가속 페달 해석을 전환할 때 경우에 따라 발생하는 충격은 기어변속과정중에 일반적으로 불가피한 변속 충격과 겹친다. 2단 기어를 1단 기어로 변속하는 과정에서는 예를 들자면 자동차가 너무 느리게 주행하기 때문에, 또는 운전자가 가속 페달의 강력한 작동에 의해 하향 변속(shift down)을 요구하기 때문에, 또는 운전자가 수동 설정에 의해 1단 기어를 선택하기 때문에 가속 페달은 모멘트 설정정보로서의 역할을 한다. 따라서, 2단 기어에서 1단 기어로의 하향 변속은 여타 하향변속과 거의 흡사하게 처리되며 특별한 처리를 필요로하지 않는다. 자동차가 거의 완전히 정지상태에 이르면 그리고 클러치가 이미 적어도 일부라도 열려진 상태이면 비로소 시동상황이 다시 나타난다. 그리고 가속 페달에 의해서 다시 속도 또는 가속도가 설정된다. 이로써 시동상황이 새로이 발생해도 전술한 본 발명의 변형예에 의해 모멘트의 갑작스러운 변동은 일어나지 않는다.
본 발명의 다른 변형예에서는 속도 증가, 특히 약간의 가속도 변동을 가진 속도 증가가 이루어지도록 서보 클러치와 자동차 엔진을 제어한다. 이는 시동범위에서 단조롭게 증가하는 자동차 속도가 가속도의 약간의 변동만을 갖는다는 것을 의미한다.
상기 시동 상황 내에서 클러치가 미끄러지는 상태와 클러치가 닫히는 이행상태와 클러치가 완전히 닫히는 종료상태가 구별되는 것이 특히 바람직하다. 이를 위해 서보 클러치와 자동차 엔진의 제어는 특히 클러치 미끄러짐을 나타내는 값에 따라 수행될 수 있다. 이러한 값으로서 클러치 미끄러짐이 직접 계산되거나 아니면 클러치 입력 회전수(엔진 회전수)와 클러치 출력 회전수(변속기 입력 회전수)간의 회전수 차이값이 결정될 수 있다.
클러치 미끄러짐이 큰 경우에는 가속 페달의 위치에 따른 자동차 엔진의 회전수를 설정하는 방식으로 자동차 엔진을 제어한다. 상기 클러치의 제어는 가속 페달의 위치에 따른 자동차 속도 및/또는 자동차 가속도를 설정하는 방식으로 수행된다.
클러치 미끄러짐이 적은 경우에는 클러치를 완전히 폐쇄한다. 이 때 자동차 엔진은 클러치가 완전히 닫히기 바로 전에, 설정된 자동차 엔진 회전수를 증가시키는 방식으로 제어된다. 이와 같이 클러치가 정마찰(static friction) 상태로 이행하기 바로 전에 엔진 회전수를 약간 증가시키는 것은 구동 트레인에서 진동여기가 발생하지 않도록 하는 역할을 한다.
클러치가 완전히 닫힌 다음에 가속 페달의 위치에 따른 자동차 속도 및/또는 자동차 가속도가 설정되도록 하는 방식으로 자동차 엔진을 제어한다. 이것은 이미 언급한 바대로 시동전략이 취소될 때까지 일어난다.
본 발명에 따르면 시동과정동안 클러치가 미끄러지는 경우와 아울러 폐쇄된 경우에도 가능한 일정한 가속이 이루어진다. 따라서, 이 두가지 상태들간의 이행은 비교적 덜 임계적이며 가속도의 급격한 변동을 야기하지 않는다. 따라서 상기 이행은 실제로 충격없이 이루어진다. 상기 이행을 매끄럽게 하기 위한 비용은 적다. 예를 들어 전술한 바와 같이 클러치가 정마찰 상태로 이행되기 바로 전에 엔진 회전수를 약간 높힘으로써 상기 이행이 매끄럽게 이루어질 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 구성에 있어서 소정의 동작상태들이 발생하면, 특히 시동상태동안 서보 클러치 제어는, 클러치가 닫히는 방향으로만 클러치가 작동되도록 이루어진다. 예를 들어 변속기입력회전수에 있어서 가속 페달에 의존하는 회전수조절에 의해, 시동 과정 중에 예컨대 실제 변속기입력회전수가 설정값보다 크면 클러치가 다시 열리게 된다. 이와 같은 시동과정중 클러치 개방은 구동 트레인의 진동을 야기시키며 이로 인해 매우 불편한 감을 느끼게 한다. 이러한 이유로 인해 전술한 바와 같이 클러치는 시동과정중에는 닫히기만 하고 더 이상 열릴 수 없도록 한다.
매우 임계적인 상황이 발생하면, 예를 들어 부하는 큰데 엔진 모멘트는 너무 작은 상태에서 산악에서 시동해야 하는 경우에는 상기 클러치를 이전에 너무 빨리 닫으면 엔진이 고장날 수 있다. 이런 이유 때문에 엔진 회전수가 한계치 미만이면 클러치를 여는 것이 바람직하다. 상기한 시동과정 중에는 검출한 자동차 엔진 회전수가 한계치를 미달하는 경우에만 클러치의 개방방향으로 클러치를 작동시킨다.
본 발명의 다른 구성에 있어서 소정의 동작상태, 즉 시동상태에 있을 경우 서보 클러치의 제어는 자동차 엔진의 회전수 구배에 따라 수행한다. 이 구성은 특히 시동과정에서 엔진의 바람직하지 않은 회전수 변동을 완화시킨다.
또한 시동과정에서 엔진회전수가 한계치를 초과하는 경우에만 클러치가 닫히는 방향으로 작동하도록 하는 방식으로 서보 클러치를 제어한다. 특히 상기 한계치는 검출된 가속 페달위치에 의존하도록 구성되어 있다. 상기 클러치의 폐쇄는 이 실시예에서는 엔진이 소정의 최소 회전수에 도달했을때야 비로소 시작된다. 그 이유는 엔진이 일반적으로 공전-회전수로는 원활한 시동을 허용하지 않는 정도의 매우 적은 모멘트만을 제공하기 때문에 자동차의 원활한 시동을 걸 수 있도록 하기 위함이다.
바람직한 다른 구성들은 종속청구항에 개시되어 있다.
도 1은 본 발명의 블록 회로도이며, 도 2a 및 3은 구동 트레인의 코디네이션을 도시하고 있다. 도 2b는 시동모드 및 주행모드의 선택과정을 도시한 순서도이다. 도 4a 및 4b는 시동전략의 블록회로도 및 순서도이다. 도 5,6,7 및 8은 본 발명의 여러 가지 실시예를 도시한 블록 회로들이다.
본 발명을 여러 가지 실시예를 참고로 이하에서 설명하기로 한다.
도 1에는 출력축이 서보 클러치(11)의 플라이휠(1101)과 연결된 자동차 엔진이 도면부호 10으로 도시되어 있다. 피동측에서 서보 클러치(11)가 변속기(12)에 연결되어 있다. 엔진은 엔진모멘트(Mmot)와, 제어부(13)로 입력되는 엔진회전수(Nmot)를 갖는다. 또한 거리센서(1106)에 의해 검출된 실제 클러치 접속 거리(S)가 상기 제어부(13)에 공급된다. 제어부(13)에는 또한 센서(1107)에 의해 검출된 클러치 출력 회전수(Nka)가 공급된다. 상기 회전수는 변속기 입력회전수(Nge)에 상응한다. 그밖에도 가속 페달(14)의 위치값(α), 실제 변속비(i), 변속기 출력회전수(Nga,soll)가 상기 제어부(13)에 공급된다. 이러한 입력신호들에 따라 상기 제어부(13)는 클러치 조절을 위한 신호(St)를 이용하여 서보모터(1105)를 제어한다. 또한 엔진 회전수의 설정값(Nmot,soll)이 자동차 엔진(10) 또는 그 제어기기(101)에 입력된다. 클러치의 위치는 거리센서(1106)에 의해 실제값 신호(Sist)를 통해 검사될 수 있다. 엔진 회전수는 회전수 센서(102)에 의해 검출되는데, 이 신호는 일반적으로 엔진 제어기기(101)에 주어지며 거기서부터 제어부(13)로 입력된다.
클러치는 종래의 방식으로 플라이휠(1101)과, 클러치 디스크(1110)와, 압력 플레이트(1111)와 스프링요소(디스크 스프링, 1102)와 클러치 해제 베어링(1112)을 구비한다. 회전모멘트, 즉 마찰 작동 동안 클러치에 의해서 전달되는, 클러치 모멘트는 특히 디스크 스프링(1102)의 예응력에 의해 주어진다. 상기 디스크 스프링(1102)의 예응력은 다시 클러치 링키지의 클러치 해제 거리(S)에 의존한다. 상기 클러치 링키지는 이 실시예에서는 래크(1104)로 구성되어 있다. 상기 래크(1104)는 서보모터(1105)의 출력축에 의해 작동된다. 클러치의 통상작동시에, 상기 거리(S), 즉 클러치 접속 거리가 조절회로에 의해 설정값(Ssoll)에 따라 조절된다. 이로써 상기 설정값(Ssoll)에 의해 클러치 모멘트를 제어할 수 있게 된다.
도 1에서 클러치 접속 거리(S)는 서보 클러치의 조절값으로 도시되어 있지만, 서보모터(1105)의 회전각 또는 디스크 스프링(1102)으로 전해지는 동력 역시 조절값으로 사용될 수 있다. 클러치와 액추에이터와의 사이에 유압회로가 접속되는 경우, 조절값으로서 유압 시스템내의 압력을 사용할 수 있다. 상기 값(S)은 따라서 거의 일반적으로 마찰 상태에서 클러치모멘트에 대한 조절값을 형성한다. 매우 간단한 시스템에서는 서보모터로서 예를 들어 스텝모터를 사용할 수 있다. 상기 스텝모터에 제공되는 펄스의 수는 그것의 상대 회전각에 대한 척도이다. 따라서, 거리퍼텐쇼미터(1106)에 의해 실제 클러치 접속 거리(Sist)를 복잡하게 검출하지 않아도 된다. 물론, 상기 거리 퍼텐쇼미터(1106)를 사용하지 않을 경우에는 매 클러치 해제 과정에서 (클러치의 폐쇄) 상기 래크가 보정(calibration)을 위해 소정의 기계적인 스톱퍼에 닿을 때까지 후진동작해야 한다.
전술한 바와 같이 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 전자 클러치 관리부를 가진 자동차에서는 자동차를 시동시키기 위한 전략들이 마련되어야 한다. 이 실시예에서는 상기한 바와 같은 전자 클러치 관리부와 이른바 E-가스 장치를 구비하고 있는 자동차에 있어서의 시동전략에 관해 설명하기로 하겠다. 이는 가속 페달(14)의 위치(α)가 예를 들어 스로틀밸브를 직접 조절하는 방식으로 엔진 모멘트 또는 엔진 출력을 직접 설정하지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 시스템에서는 이른바 코디네이트된 구동 트레인 제어가 가능하다. 본 발명에서는 가능한 최대의 시동시의 편안함을 얻어내기 위해, 코디네이트된 구동 트레인 관리부의 모든 부품들을 시동하는데 사용한다.
종래의 시동전략들에서는 자동차 엔진(10)에 의해 가속 페달(14)의 위치(α)에 따라 엔진 출력 모멘트가 제공된다. 클러치(11)는 엔진에 의해 제공된 이 모멘트를 가속도로 변환시킨다. 이 경우, 동시에 코디네이트된 엔진 모멘트 변경은 제공되지 않는다.
서두에서 이미 언급한 바대로 가속 페달(14)이 출력 또는 모멘트 스케일링 방식으로 동작하는 시동과정이 아닌 때와는 달리 본 발명에 따른 방법에서 시동시에 가속 페달(14)은 가속도 페달 또는 속도 페달로서 스케일링된다. 가속 페달(14)의 위치(α)로 나타나는 운전자의 요구를 이와 같이 해석함으로써 모든 구동 트레인 부품들이 가능한 범주에서 자유로이 사용될 수 있다. 자동차 엔진(10)과 클러치(11)의 제어는 운전자의 요구에 상응하는 가속도 또는 속도를 얻을 수 있도록 코디네이트된다. 이 때 단조롭게 증가하는 속도는 가속도의 약간의 변동만을 갖는다.
도 2a는 그와 같은 코디네이트된 구동 트레인 제어를 개략적으로 도시한다. 여기서 운전자는 가속 페달(14)의 위치(α)로 자신의 전진구동 요구 또는 지연 요구를 나타낸다. 도 2a에 도시된 구동부 및 브레이크 코디네이터(22)는 이러한 운전자의 요구를 전진요구 또는 지연요구로 변환시킨다. 또한 도 2a는 엔진과 변속기 사이의 코디네이션관계만을 도시하고 있으며 브레이크의 코디네이션은 여기서는 생략되어 있다.
엔진 및 변속기 코디네이터(23)는 코디네이터(22)로 부터의 상응하게 변환된 운전자의 요구 이외에도 변속기 제어 패널(21)로 부터의 변속범위에 관한 또는 변속기 주행단계에 대한 정보를 얻는다. 이러한 입력신호에 따라서 엔진 및 변속기 코디네이터(23)는 상응하는 엔진모멘트를 자동차 엔진(10)에 그리고 상응하는 전달가능한 클러치 모멘트를 클러치(11)에 그리고 상응하는 변속비를 변속기(12)에 인가한다. 이러한 값들은 하위의 엔진 조절기, 클러치 조절기 및 변속기 조절기에서 변환될 수 있다.
본 발명에 따르는 시동전략은 이와 같은 코디네이트된 구동 트레인 제어 시스템에서 구현되며, 도 3에 도시된 바와 같은 시동 코디네이터가 상기 엔진 및 변속기 코디네이터(23)(도 2a)에 삽입되어 있다. 상기 엔진 및 변속기 코디네이터(23)는 시동 코디네이터(231)를 포함하는데, 이 시동 코디네이터는 가속 페달(14)의 위치(α)에 따라 엔진(10)(엔진 구동기(232))와 클러치(11)(클러치 구동기(233))에 대한 설정값을 결정한다. 이때, 상기 변속기(12)의 변속비는 일반적으로 변경되지 않고 그대로 유지된다.
이와 같은 시동전략에서는 언제 가속 페달(14)의 가속도 설정값 또는 속도 설정값으로부터(시동과정) 정규 (시동과정 이외의 동작상태) 출력 설정값 또는 모멘트 설정값으로 전환되어야만 하는지에 관한 문제가 해결된다.
1단 기어의 모든 주행, 즉 최단 또는 최저 변속비가 주어지면, 이를 시동상황으로 정의하는 것이 특히 바람직하다. 따라서 가속 페달(14)의 위치(α)가 1단 기어에 있으면 이는 언제나 가속도 또는 속도 설정값으로서 해석된다.
시동상황에 대한 다른 정의 또한 가능하다. 그러나 경우에 따라 시동상황에서 통상동작으로 이행하는데 소요되는 비용이 크다. 시동상황이 1단 기어의 모든 주행에 적용되지 않으면, 시동상황의 종료시에 엔진이 요구하는 모멘트와 이 시점에서 가속 페달 위치에 상응하는 운전자 요구의 모멘트간의 조정이 이루어져야 한다.
전술한 바와 같이 최저 기어단의 존재 여부만이 시동과정을 식별하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 또다른 바람직한 실시예는 가속 페달을 달리 해석함으로써 이러한 시동과정에 대하여 약간 다른 정의(가속도 또는 속도 스케일링)를 사용한다. 여기서는 자동차가 매우 느린 속도로 예를 들면 서행속도로 움직이면 그리고 클러치가 열려있거나 적어도 완전히 닫힌 상태가 아니면 시동상황으로 이해한다. 시동상황은 기어변속이 일어나면 해제된다. 이는 도 2b에 도시되어 있다.
도 2b에 도시된 시작단계(201) 이후에 단계 202에서는 실제 변속기 출력회전수(Nga)(도 1, 센서(16))를 자동차 종속도에 대한 척도로서, 그리고 실제 변속비(i)와 실제 클러치상태를 판독한다. 단계 203에서는 자동차 종속도를 나타내는 변속기출력회전수(Nga)를 한계치(SW1)과 비교한다. 자동차 종속도가 비교적 낮은 한계치(SW1)를 초과하면 단계 207에서 통상주행동작을 위한 코디네이트된 구동 트레인 제어가 수행된다. 이 때 상기 가속 페달의 위치(α)는 일반적으로 모멘트 또는 출력 스케일링 방식으로 해석된다. 그러나 주행속도 또는 변속기 출력회전수가 상기 한계치(SW1)에 미달하면 단계 204에서 실제 변속비(i)가 한계치(SW2)에 상응하는지 아닌지를 검사한다. 단계 204에서 최저 변속기어단이 걸려 있는지 아닌지를 질문한다. 최저 변속 기어단이 걸려 있지 않으면 단계 207에서 주행모드를 선택한다. 그러나 자동차 종속도가 한계치(SW1) 미만이며 동시에 최저 변속기어단이 걸려 있으면 단계 205에서 클러치가 완전히 닫혀 있는지를 질문한다. 완전히 닫혀 있으면 통상동작모드(207)가 설정된다. 그러나 클러치가 적어도 일부 열려있는 경우에는 단계 206에서 시동모드를 선택한다. 이 시동 모드에서, 가속 페달(14)의 위치(α)는 이미 설명한바대로 속도 또는 가속도 스케일링 방식으로 해석된다. 종료단계(208)후 도 2b에 도시된 과정이 다시 시작된다.
도 2b에 도시된 순서도는 시동상태를 검출하기 위한 것이다. 한번 검출된 시동상태(블록 206)를 주행모드(블록 207)로 변경시키는 것은 이미 설명한 바대로 기어변속이 나타나면 이루어진다.
이러한 실시예를 통하여 가속페달 해석을 전환할 때 일어날 수 있는 잠재적인 모멘트 충격을 방지할 수 있다. 자동차가 그러한 상태에서 가속되면, 가속 페달위치는 첫번째 기어 변속까지는 속도 또는 가속도 설정값으로 해석된다. 따라서, 가속 페달 해석을 전환할 때 발생할 수 있는 충격이 기어변속에 있어 일반적으로 불가피한 변속 충격과 일치한다. 변속기의 하향 변속에 있어서 예를 들어 2단 기어에서 1단기어로(자동차가 너무 느리거나 또는 운전자가 가속 페달을 너무나 세게 작동시켜서 감속 변속을 요구하거나 또는 운전자가 수동으로 1단 기어를 선택했기 때문에) 변속을 하려할 때 상기 가속 페달은 모멘트 설정수단으로서 사용된다. 따라서 2단기어에서 1단기어로의 하향 변속은 다른 하향 변속과 거의 유사하게 처리되며 특별한 처리를 필요로 하지 않는다. 자동차가 거의 완전히 정지상태에 이르면 그리고 클러치가 이미 열려진 상태에 이르면 비로소 시동상황이 다시 나타난다. 그리고 가속 페달에 의해서 다시 속도 또는 가속도가 설정된다. 이로써 시동상황이 새로이 발생해도 모멘트의 갑작스러운 변동이 일어나지 않는다.
도 4a는 시동동작중에 상기 속도 또는 가속도 스케일링된 제어를 도시한 블록 회로도이다. 상기 제어를 위해, 가속 페달(14)의 위치(α)는 하나의 블록(41)에서 변속기 입력회전수(또는 변속기출력회전수)에 대한 상응하는 설정값(Nge,soll, 또는 Nga,soll)으로 변환된다. 또한 블록(41)에서는 가속 페달 위치(α)에 따라 자동차 엔진(10)에 대한 설정값(Nmot,soll)을 결정한다. 시동 조절기(42)에는 블록(41)의 상기 설정값들과 더불어 실제값(Nmot,ist)(센서(102)) 및 변속비의 실제값(i), 변속기 입력 회전수의 실제값(Nge, ist) 또는 변속기 출력 회전수의 실제값(Nga, ist)이 입력된다. 이러한 입력신호에 따라서 시동 조절기(42)는 클러치(11)용 제어신호(St)를 형성한다.
클러치 미끄러짐(Slip)이 비교적 크거나 회전수 차 ΔN=Nke,ist-Nka,ist가 비교적 크게 주어지는, 클러치가 미끄러지는 제 1 상태와, 클러치가 닫히는 이행상태와, 클러치가 완전히 닫혀 있는 종료상태들이 시동상황중에 구별되어야 한다.
제 1 상태(클러치 미끄러짐이 큰 상태, ΔN이 큼)를 위한 시동전략은 다음과 같다:
- 가속 페달위치(α)에 따라서 시동 코디네이터(231(도 3))에서 엔진설정회전수(Nmot,soll)을 요구한다. 이 회전수는 조절기에 의해 엔진 구동기 또는 엔진제어기기 내에서 설정되어 높은 조절 성능으로 유지된다.
- 마찬가지로 가속 페달위치(α)에 따라서 가속도값(a,soll)과 그에 따라 자동차종속도 또는 직접 자동차종속도가 요구된다. 이 속도는 클러치에 대한 상응하는 모멘트 요구를 통해 클러치 구동기 또는 클러치 제어기기에 의해 조절된다.
- 클러치 구동기의 모멘트 요구는 부가적으로 엔진구동기 내에 있는 회전수조절기로 제어값을 인가하는 역할을 한다.
낮은 한계치까지의 변속기입력회전수가 엔진회전수에 도달하는 경우 즉, 적은 클러치 미끄러짐이 주어지는 경우에는, 아래와 같은 전략에 대한 상기 제 2 상태로 이행된다:
- 클러치는 미끄러져 닫힌다.
- 클러치가 정마찰 상태로 이해되기 바로 전에 엔진의 회전수를 약간 증가시키는 것은 구동 트레인의 진동여기가 일어나지 않도록 한다.
클러치 입력 회전수가 클러치 출력 회전수와 동일한(클러치 미끄러짐이 없는 경우) 순간에는 상기 제 3 상태로 이행된다:
- 상기 엔진 회전수로 설정변속기 출력회전수(자동차 속도에 상응)와 그에 따라 설정가속도를 조절한다.
이는 제 3 상태에서는 엔진 구동기가 설정회전수(설정속도에 상응)의 설정에 따라 엔진이 요구할 출력모멘트를 조절함을 의미한다.
제 3 상태는 아래와 같은 상황이 발생하면 해제된다:
1. 시동 상황이 해제되거나(예를 들어 2단 기어로 상향변속 요구 시에), 또는
2. 시동 상황에서 변속기 입력회전수가 한계치까지 가속 페달위치에 상응하는 엔진 회전수로 감소한다(제 1상태로의 복귀).
시동과정 중에 상기 조치는 도 4b에 도시되어 있다. 시작단계 (401) 후에 단계 402에서는 변속기 입력 회전수(클러치 출력회전수에 상응)에 대한 실제값(Nge,ist)과 엔진회전수에 대한 실제값(Nmot,ist)들을 판독한다. 단계 403에서 상기 값들의 차이값 ΔN=Nmot,ist-Nge,ist를 클러치 미끄러짐에 대한 척도로서 검출한다. 단계 404에서는 단계 403에서 검출된 회전수 차이값이 한계치(SW3)을 초과하는지의 여부를 질문한다. 초과하면 전술한 제 1상태를 블록 406에서 검출한다. 그러나 단계 404에서 상기 클러치 미끄러짐이 한계치(SW3) 미만임을 검출하면, 블록 405에는 상기 클러치 미끄러짐이 "0"으로 주어지는지 아닌지를 질문한다. 클러치가 아직 소량의 클러치 미끄러짐을 가지고 있으면 블록 407에 의해 전술한 제 2 상태가 설정된다. 이는 예를 들어 조절기(42)(도 4a)에서 신호(A)를 블록(41, 도 4a)으로 출력함으로써 신호화 될 수 있다. 클러치가 완전히 폐쇄되어 있는 경우에는 전술한 제 3상태를 블록(403)에서 선택한다. 종료단계(409) 이후에는 도 4b에 도시된 과정이 새로이 시작된다.
시동시에 가속 페달을 가속도 페달 또는 속도 페달로서 해석함으로써 시동시에 자동차의 특성이 모든 부하상태에서 예를 들면 오르막 주행, 견인 주행, 또는 내리막 주행에서 동일하다. 부품으로서 클러치 구동기 및 엔진 구동기를 포함한 조절기는 클러치가 미끄러지는 경우와 아울러 클러치가 닫혀 있는 경우에 시동상태가 일정한 가속으로 이루어지게 한다. 따라서 여러 상태들간의 이행은 비교적 임계적이지 않으며 가속도의 급격한 변화를 가져오지도 않는다. 따라서 상기 이행은 사실상 충격을 야기하지 않는다. 그 결과, 언급한 시동과정에서 여러 상태간의 이행을 매끄럽게하기 위한 비용은 적다. 이것은 예를 들어 클러치가 정마찰상태로, 즉 제 2 상태로 이행되기 바로전에 엔진 설정회전수를 약간 높힘으로써 이루어질 수 있다.
엔진 구동기 및 클러치 구동기내에 통합된 조절기에 의해, 예외적인 상황 예를 들자면 도로 연석 위에서 시동할 때와 같은 예외적인 상황이 매우 간단하고 확실하게 조절될 수 있다. 조절기의 각각의 적분기가 부가적인 모멘트의 전달을 수행한다. 자동차가 도로 연석에 도달한 뒤에 가속되면, 이 조절기가 초과 구동모멘트를 즉시 감소시킨다.
부가적으로 1단기어에서의 매 주행이 시동상황으로 평가되면 가속 페달의 해석을 전환할 필요가 없다. 따라서 시동상황을 제어하기가 훨씬 쉬워진다. 2단 기어로 전환시에는 매 경우에 있어 이미 전술한 바와 같은 모멘트 충격이 발생하는데, 이 충격으로 인해서 가속 페달해석에 필요한 전환이 감추어진다.
본 발명에 따른 시동전략에 있어서 클러치에 대한 모멘트 요구 및 엔진설정회전수의 설정에 의해 종속도의 완만한 증가가 설정되어야 한다. 여기서 상기 클러치의 최대 전달가능 모멘트는 제어되지 않으며 조절되기만 한다. 이하에서는 이러한 조절기의 구조에 대해 설명하기로 한다.
조절을 위한 기초로는 비례성분 및 미분성분을 가진 종래의 조절기인 PI-조절기가 있다. 조절값으로는 변속기입력회전수(Nge) 또는 자동차 속도가 사용된다. 대안으로서 이 값들의 구배가 조절값으로 사용될 수 있다. 이하의 실시예에서는 조절값으로서 변속기입력회전수를 사용한다. 도 4a에 도시된 조절기(42)를 도 5,6 및 7을 참고로 상세히 설명하기로 한다.
조절기(42)를 통한 조절의 기초는 PI-조절기(421, 도 5 및 6)이다. 여기서는 조절기의 파라미터가 엔진 회전수에 따라 설정되는 것이 바람직하다. 특히, 도 5 및 도 6의 PI-조절기(421)에는 도 5 및 도 6에서 엔진회전수의 실제값(Nmot,ist)에 따라 게인(P)이 입력된다. 엔진회전수가 낮은 경우에는 상기 게인(P)이 작도록, 그리고 엔진 회전수가 매우 낮은 경우에는 즉, 공전 회전수 미만인 경우에는 "0"이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이로써 클러치는 임계 엔진회전수에서 더 이상 닫히지 않게 된다. 왜냐면 모터회전수가 시동과정중에 너무나 급격하게 낮아지면 매우 불쾌한 감을 느끼게 하기 때문이다.
아직도 제한될 수 있는 상기 PI-조절기(421)의 출력(ST1)은 조절값의 기본값이다. 상기 조절값은 클러치에 대한 최대 전달가능 모멘트 또는 클러치 메커니즘의 조정거리일 수 있다. 상기 조절값이 모멘트인 경우에는 이것을 "0"과 최대 엔진모멘트의 수배 사이의 값으로 제한하는 것이 바람직하다. 상기 조절값이 조정거리인 경우에는 조절값을 구성으로 인한 상기 거리의 한계로 제한하는 것이 바람직하다.
클러치를 상기 조절값의 기본값(ST1)으로 직접 제어하면 시동과정중에 예를 들어 실제 변속기 입력회전수가 설정값보다 커서 클러치가 다시 열리는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같이 시동과정중에 클러치가 열리면 구동 트레인의 진동이 야기되고 이로 인하여 매우 불쾌한 감을 느끼게 된다. 따라서 조절기(42) 내에서는 클러치가 시동과정중에는 더욱 닫히기는 하지만 다시 열릴 수 없도록 하는 것이 고려되어야 한다. 이를 위해 최대치 형성기(423a, 도 5, 도 6 및 도 7)가 사용된다.
상기 최대치 형성기(423a)에는 상기 조절값의 기본값 이외에도 가속 페달(14)의 위치(α)가 입력된다. 상기 최대치 형성기(423a)는 가속 페달 위치(α)가 소정의 낮은 한계값을 초과하면 활성화된다(입력 인에이블). 상기 최대치 형성기(423a)가 활성화되면 그 출력값(St)은 입력값(St1, St2)과 여지껏 저장된 값들 중의 최대값중의 최대값이다. 여지껏 저장된 최대값은 경우에 따라 증가되기도 한다. 상기 최대치 형성기(423a)가 활성화되지 않으면 상기 출력값은 입력값과 같고 저장된 최대값은 입력값에 리셋된다. 전술한 바와 같이, 상기 최대치 형성기(423a)는 클러치조정에 있어서 가속 페달(14)이 작동되면 활성화되도록 사용된다. 이로써 가속 페달(14)이 작동되면 클러치용 조절값은 증가하며 불쾌한 감을 야기시키는 구동 트레인의 진동은 방지된다. 그러나 가속 페달(14)이 더 이상 작동되지 않으면 운전자가 시동과정을 멈출 것이며 이로써 클러치는 다시 열릴 수 있게 된다. 왜냐하면, 자동차가 정지상태에 이르면 상기 클러치는 늦게라도 열려야하기 때문이다.
도 5에 도시된 시동과정중의 조절의 바람직한 개선예가 도 6에 도시되어 있다. 이 개선예는 시동과정중에 엔진회전수 변동을 완화시킨다. 도 5에 도시된 실시예에서는 게인(P)의 감소에 의해 회전수가 예를 들어 공전회전수 미만으로 급강하 하는 것을 방지한다. 그러나, 엔진회전수가 이미 증가된 레벨로부터 급강하하는 것은 막지 못한다. 따라서 엔진회전수의 구배를 클러치의 조절중에 고려하는 것이 바람직하다. 이것을 위해, 엔진 회전수의 구배가 경우에 따라 적절하게 필터링되어야 한다. 이러한 이유에서 도 6에서는 블록 426에서 엔진 회전수-구배에 의존하는 양이 조절기 출력(St1)에 가산적으로 중첩된다. 상기 양을 형성하기 위해서 특성맵(425)이 제공되어 있다. 상기 맵은 입력값으로서 미분된 엔진회전수 (Nmot,ist)(블록 424)를 받는다.
도 6에 도시된 실시예에서 엔진회전수가 네거티브-구배일 때 상기 조절값의 기본값(St1)이 감소된다. 이는 엔진회전수가 감소할 때 높은 레벨에서도 상기 클러치가 더욱 닫히지 않게 한다. 클러치의 불쾌한 개방은 이미 설명한 최대치 형성기(423a)에 의해 방지된다.
클러치의 조절기에서의 개선예가 도 7에 도시되어 있다. 이제까지 설명한 실시예들에 따라서 상기 클러치는 가속 페달(14)이 작동될 때 더욱 닫히지만 열리지는 않는다. 특히 임계 상황에서, 예를 들어 부하는 크고 엔진 모멘트는 너무 작은 상태로 산악에서 시동하는 경우에는 클러치가 이전에 너무 빨리 닫히면, 엔진이 고장날 수 있다. 도 5 및 도 6의 특성곡선들(422,425)들의 적절한 응용 또는 조정에 의해서도 이상과 같은 일이 경우에 따라 항상 확실하게 방지될 수 없다. 따라서 엔진회전수가 임계 한계치에 미달할 경우에는 클러치를 여는 것이 바람직하다.
이를 위해서 도 7에 도시된 바와 같이 상기 최대치 형성기(423a)의 출력신호 (St3)는 스위칭부(4232)에 입력된다. 또한 상기 스위칭부(4232)의 입력측에는 상기 클러치가 열려있는지 아니면 닫혀있는지에 대한 정보(4233)가 입력된다. 또한 상기 스위칭부(4232)에는 상기 실제 엔진 회전수(Nmot,ist)(센서 102)가 한계치 (SW4)(메모리 4234)에 미달하는지(한계치비교(4231)) 아닌지에 대한 정보가 입력된다. 상기 스위칭부(4232)는 조절값(St)을 서보 클러치(11)에 인가함으로써, 엔진 회전수(Nmot,ist)가 한계값(SW4)에 미달하면 상기 클러치를 여는 역할을 한다.
또한 엔진이 소정의 최소-회전수에 도달하면 비로소 클러치 폐쇄동작이 시작되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 자동차 엔진이 일반적으로 공전회전수에서 원활한 시동을 허용하지 않은 매우 작은 모멘트만을 제공하기 때문에 자동차의 원활한 시동을 가능하게 하기 위함이다. 도 8은 도 4a의 블록(41)에 대한 자세한 구성을 도시한다. 상기 블록은 엔진 입력회전수 및 변속기 입력회전수에 대한 설정값(Nmot,soll; Nge,soll)을 결정한다. 상기 설정 변속기입력회전수(Nge,soll)와 측정된 변속기 입력회전수(Nge,ist)간의 차이값은 조절값으로서 도 5 및 도 6에 도시된 변형예에서 사용가능하다.
도 8에 도시된 블록(41)에서는 먼저 가속 페달위치(α)로부터 특성곡선(411)을 이용해서 클러치가 아직 닫히지 않은 상태의 시동과정에 대한 엔진회전수(Nmot1)를 결정한다. 또한, 예를 들어 특성곡선(414)에 의해, 가속 페달위치(α)에 따라, 클러치를 닫는 기준인 엔진회전수(Nmot2)를 결정한다. 이 회전수는 엔진의 공전회전수와 시동회전수(Nmot1)와의 사이, 예를 들면 그 중간정도의 수치이다.
상기 변속기입력회전수의 설정값(Nge,soll)을 위해서 먼저 가속 페달위치(α)로 부터 예를 들어 특성곡선(413)을 이용하여 자동차의 설정 가속도(a,soll)를 결정한다. 계산블록(414)에서 이 가속도로부터 실제 자동차 속도 또는 실제 변속기출력회전수 (Nga,ist)와 변속비(i)를 이용하여 변속기 입력회전수(Nge,soll)를 계산한다. 이 계산블록(414)에서는 예를 들어 설정변속기 입력회전수(Nge,soll)의 상하를 제한할 수 있다. "0" 보다 큰 소정값으로 회전수 하한을 제한하는 것은 클러치 구동기에 의해 자동차의 크리프경향이 구현될 수 있게 한다.
또한 상기 계산블록(414)은 엔진회전수(Nmot)가 한계치(Nmot2)를 초과하면 비로소 설정변속기입력회전수(Nge,soll)가 증가할 수 있도록 구성되어 있다(실제 엔진회전수(Nmot,ist)를 한계치(Nmot2)와 블록(412)에서 비교한다). 이로써 엔진은 증가된 모멘트를 출력할 수 있는 증가된 회전수에 최초로 도달할 수 있는 기회를 얻게 된다.
도 5, 6, 7 및 8을 참조하여 설명된 변형예들은 간단한 PI-조절기와는 달리 자동화된 클러치를 구비한 자동차에서 모든 상황에서 편안하게 시동걸 수 있게 한다.

Claims (11)

  1. 그 위치(α)가 검출되는 가속 페달(14)을 포함하는, 자동차의 구동 트레인 내에 설치된 서보 클러치(11)와 상기 구동 트레인내에 설치된 자동차 엔진(10)의 공통 제어를 위한 시스템으로서, 소정의 제 1 동작상태가 주어지면 상기 서보 클러치(11)와 상기 자동차 엔진(10)은 상기 가속 페달(14)의 검출된 위치(α)가 자동차의 가속도(asoll) 및/또는 속도(Nga,soll)를 설정하도록 제어되고, 특히 시동범위 이외의 높은 자동차속도(Nga)의 범위에서 발생하는, 소정의 제 2 동작 상태가 주어지면, 적어도 상기 자동차 엔진(10)은 상기 가속 페달(14)의 검출된 위치(α)가 구동모멘트를 또는 자동차 엔진의 또는 자동차의 구동출력을 설정하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서보 클러치(11)와 상기 자동차 엔진(10)의 제어는 클러치의 미끄러짐을 나타내는 값(ΔN)에 따라 일어나는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 자동차의 구동 트레인내에는 변속비(i)가 조절가능한 변속기(12)가 설치되어 있으며, 소정의, 특히 짧거나 낮은 변속비(SW2)가 설정되면 소정의 제 1 동작상태의 존재가 검출되는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 동작상태는 낮은 자동차 속도(Nga)의 범위에서, 특히 시동범위에서 발생하도록 설정되고, 특히 상기 자동차 속도(Nga)가 소정의 한계치(SW1)에 미달하며 상기 서보 클러치(11)가 적어도 부분적으로 열려있는 경우에 상기 동작 상태가 주어지는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 속도(Nga) 증가가 특히 작은 가속도 변동을 가지고 얻어지도록, 상기 서보 클러치(11)와 상기 자동차 엔진(10)의 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  7. 제 2항에 있어서, 미끄러짐이 비교적 크면 상기 자동차 엔진(10)은 상기 가속 페달(14)의 위치(α)에 따른 자동차 엔진 회전수(Nmot,soll)가 설정되도록 제어되며, 상기 클러치(11)는 가속 페달의 위치에 따른 자동차 속도(Nga,soll) 및/또는 자동차 가속도(asoll)가 설정되도록 제어되며,
    미끄러짐이 비교적 적으면 상기 클러치(11)는 완전히 폐쇄되며 상기 자동차 엔진(10)은 상기 클러치가 완전히 폐쇄되기 직전에 상기 자동차 엔진의 설정된 회전수가 증가되도록 제어되며,
    상기 클러치(11)가 완전히 닫힌 후에 상기 자동차 엔진은 상기 가속 페달의 위치에 따른 자동차 속도 및/또는 자동차 가속도가 설정되는 방식으로 제어되는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 소정의 제 1 동작상태가 주어진 경우에 상기 서보 클러치(11)의 제어는 상기 클러치가 닫히는 방향으로만 상기 클러치가 작동되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 소정의 제 1 동작상태가 주어진 경우에 상기 서보 클러치(11)와 상기 자동차 엔진(10)의 제어는 상기 자동차 엔진의 검출된 회전수가 한계치(SW4)에 미달할 때만 상기 클러치가 열리는 방향으로 상기 클러치가 작동되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 소정의 제 1 동작상태가 주어진 경우에 상기 서보 클러치(11)의 제어는 자동차 엔진 회전수의 구배(d/dt)에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 소정의 제 1동작상태가 주어진 경우에 상기 서보 클러치(11)의 제어는 상기 자동차 엔진의 검출된 회전수(Nmot,ist)가 한계치(Nmot2)를 초과할 때만 상기 클러치가 닫히는 방향으로 상기 클러치가 작동되도록 이루어지며, 특히 상기 한계치(Nmot2)는 상기 가속 페달(14)의 검출된 위치(α)에 의존하는 것을 특징으로 하는 서보 클러치와 자동차 엔진 공통제어 시스템.
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