KR100611023B1 - 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 동력 전달 계통(drive train)의 제어 장치에 관한 것으로, 이 제어 장치는 적어도 하나의 구동 유닛과 자동 변속기를 포함한다. 주행하는 동안 운전자는 자동차의 구동 토크나 변속기의 출력 토크에 대한 목표값을 결정한다. 동력 전달 계통의 상이한 작동점들은 구동 유닛의 적어도 상이한 출력 토크와 회전 수비 및/또는 구동 유닛의 상이한 출력 회전수에 의해 특징지어진다. 본 발명의 핵심은 주행 작동 동안 있을 수 있는 가능한 작동점들에 대해 각각 한 셋트의 평가값을 결정하는 것이다. 그런 다음 최적화 방법(optimization process)에 의해, 결정한 평가값을 기초로 가능한 작동점들 중 하나를 최적의 작동점으로 사용하고, 선택한 최적의 작동점에 속하는 전동비(transmission ratio)를 변속기에서 조정한다. 물론 전동비를 조정하는 대신 전동비를 변경함으로써 선택한 작동점에 속하는, 구동 유닛의 출력 회전수를 적응 조정할 수도 있다.

Description

자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법 및 장치{Method and device for controlling the drive train of mortor vehicle}

본 발명은 독립 청구항들의 전제부에 따른 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

내연 기관을 갖춘 자동차에서는 엔진의 회전수 범위 및 토크 범위는 변속기를 통해, 그리고 경우에 따라서는 토크 컨버터[브리지 클러치(bridge clutch) 또는 건식 마찰 클러치(dry friction clutch)를 갖추거나, 갖추지 않은 유체 역학적 토크 컨버터(hydrodynamic torque converter)]를 통해 바퀴의 회전수 범위 및 토크 범위로 나타난다. 이때 주어진 변속기 출력 회전수에 대한 변속기 출력 토크를 다양한 전동비로 구현할 수 있다.

미국특허 제4,893,526호에서는 변속기 출력 토크에 대한 목표값이 자동차의 길이방향 속도(longitudinal speed) 및 운전자에 의해 작동되는 가속 페달의 위치로부터 결정된다. 이같은 소위 E 가스 시스템(E-Gas-System)의 경우 자동차 운전자는 가속 페달을 통해, 예를 들어 가속 페달을 스로틀 밸브와 직접 연결함으로써 직접 엔진 출력 토크를 사전 설정하는 것이 아니라, 가속 페달의 위치로 바퀴의 추진 토크(propulsive torque) 또는 변속기 출력 토크를 사전 설정한다. 상기 목표 출력 토크와 자동차의 길이방향 속도에 따라 엔진 회전수에 대한 목표값을 결정한다. 엔진 회전수에 대한 목표값은 무단 변속기의 변속에 의해 조정한다. 또한 목표 출력 토크 및 조정된 전동비를 고려해서 엔진 토크를 조정한다. E 가스 시스템 대신, 전자식 디젤 분사 제어 장치(EDC; Electronic Diesel Control)와 같은 엔진 출력 제어를 위한 다른 시스템이 제공될 수도 있다.

VDI(독일 기술자 협회) 잡지, 특집호 "Antriebstechnik", 제 134호, 1992년 3월, 26-49페이지 기사는 원하는 엔진 회전수를 자동차 엔진의 스로틀 밸브의 각도에 따라 결정하는 것에 관해 기술하고 있다. 이 원하는 엔진 회전수는 연속 가변 변속기의 조정에 의해 조정한다. 또한 이 기사에서는 원하는 엔진 회전수를 상이한 운전 프로그램에 따라 선택하는 것에 관해서도 기술하고 있다. 이같은 운전 프로그램은 운전자의 특성을 고려한 것인데, 이때 운전자의 특성은 운전자가 연료 소비량에 중점을 두는 유형인가, 아니면 주행 성능에 중점을 두는 유형인가로 나타난다.

E 가스 시스템이나 그밖의 엔진 출력 제어 장치, 토크 컨버터, 변속기(자동 유단 변속기, 자동화된 스위칭 변속기, 무단 변속기)를 갖춘 구동 유닛을 장착한 자동차 구동 장치의 경우 동력 전달 계통의 제어의 과제는 동력 전달 계통의 작동점을 조정함으로써 변속기 출력에서 원하는 토크를 얻는 것이다. 이때 동력 전달 계통의 작동점은 엔진 회전수, 엔진 출력 토크, 변속기의 회전수비, 회전수비 및 토크 컨버터의 상태로 표시된다.

작동점을 결정할 때 동력 전달 계통의 총 효율, 변속기 출력에서의 토크 예비분(torque reserve) 및 매연 배출(emission)의 관점을 고려한다.

오늘날 제어 장치의 설계에서, 동력 전달 계통의 작동점은 변속기 제어 또는 동력 전달 계통의 제어를 통해 전동비를 선택함으로써 결정한다. 이때 목표 전동비는 변속 특성 곡선에 의해 결정한다. 실제 전동비를 기초로 변속기 출력 회전수와 스로틀 밸브의 위치를 고려해서 [상기 E 가스 시스템에서와 같은 토크 안내 장치(torque-guided systems)의 경우 원하는 변속기 출력 토크를 고려해서] 새로운 목표 전동비를 결정한다. 이를 위해 변속 특성 곡선은 특정한 엔진-변속기 조합체에 적합하게 적용된다. 그 결과 동력 전달 계통의 작동점은 변속기 출력 회전수가 주어질 때 변속기 출력 토크를 실현하기 위해 고정된다.

소위 적응 변속기 제어(adaptive transmissioin control)에서는 다양한 운전자 유형 및/또는 주행 상황에 대해 상이한 변속 특성 곡선을 사용함으로써 상기 작동점을 운전자의 유형에 따라 및/또는 주행 상황에 따라 변위시킬 수 있다. 그 결과 변속기 출력에서 운전자의 유형에 따른 토크 예비분을 얻을 수 있도록 작동점을 선택할 수 있다. 이에 관해서는 미국특허 제 5,157,609호와 미국특허 제 5,025,684호, ATZ 자동차 공학 잡지 94 (1992) 9, 428페이지, ATZ 자동차 공학 잡지 95 (1993), 9, 420페이지 이하 등을 참조한다.

무단 변속기(CVT)의 경우 입력값이 스로틀 밸브의 위치와 변속기 출력 회전수인 특성 필드를 통해 목표 전동비를 결정한다.

동력 전달 계통을 제어하기 위한 상기 종래의 방법들의 특징은

- 변속 특성 곡선을 이용한 전동비 결정을 통해 동력 전달 계통의 작동점을 결정할 때 운전자의 유형에 따른 토크 예비분 외의 다른 기준은 계통적으로 고려하지 않으며,

- 특정한 엔진-변속기 조합체의 경우 엔진과 변속기의 고유의 특성을 고려한 변속 특성 곡선을 응용해야 하며,

- 정상 작동을 벗어나는, 엔진과 변속기의 작동 조건들은 변속 특성 곡선에 의해 전동비를 결정할 때 계통적으로 고려하지 않는다는 것이다.

따라서 본 발명의 과제는 동력 전달 계통을 최적으로 조정하는 것이다.

이 과제는 독립 청구항들의 특징에 의해 해결된다.

도 1은 통합 조정의 동력 전달 계통의 제어 장치의 블록 회로도.

도 2는 통합 조정의 동력 전달 계통의 제어 장치의 블록 회로도.

도 3은 다양한 평가값의 결정을 설명하기 위한 그래프.

도 4는 다양한 평가값의 결정을 설명하기 위한 그래프.

도 5는 다양한 평가값의 결정을 설명하기 위한 그래프.

도 6은 최적화 문제를 해결하기 위한 산출 규정의 시퀀스를 개략적으로 도시한 도면.

앞서 언급한 바와 같이 본 발명은 조정가능한 출력 토크와 출력 회전수를 가지는 적어도 하나의 구동 유닛을 포함하는 자동차 동력 전달 계통의 제어에 관한 것이다. 구동 유닛과 자동차 바퀴들 사이에는 출력 토크를 가지는 변속기가 배치되며, 이 변속기의 회전수비는 조정 가능하다. 주행하는 동안 자동차의 구동 토크 또는 변속기 출력 토크에 대한 목표값을 사전 설정하는데, 이 사전 설정값은 특히 자동차 운전자에 의해 작동 가능한 가속 페달의 검출된 위치에 의존한다. 동력 전달 계통의 상이한 작동점은 구동 유닛의 적어도 상이한 출력 토크와 회전수비 및/또는 구동 유닛의 상이한 출력 회전수에 의해 특징지어진다.

본 발명의 핵심은 주행하는 동안 발생 가능한 작동점들에 대해 각각 한 셋트의 평가값을 계속해서 결정하는 것이다. 그런 다음 결정한 평가값을 기초로 가능한 작동점들 중 하나를 최적화 방법을 통해 최적의 작동점으로 선택하고, 선택한 최적의 작동점에 속하는 전동비를 변속기에서 조정한다. 물론 전동비를 조정하는 대신, 선택한 작동점에 속하는, 구동 유닛의 출력 회전수를 전동비를 변경함으로써 조정할 수도 있다.

본 발명의 장점은, 주어진 변속기 출력 회전수에서 여러 가지 기준을 고려해서 운전자의 요구(변속기 출력 토크에 대한 목표값)룰 최적으로 구현할 수 있게 동력 전달 계통의 작동점을 결정한다는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 최적화 방법은 한 셋트에 속하는 평가값이 논리적으로 결합되도록 실시한다. 그 경우, 최적의 작동점을 선택하기 위해, 상기 결합 결과가 극값을 갖는 작동점을 사용한다. 이때 특히 한 셋트에 속하는 평가값을 가중하고, 가중된 평가값들을 논리적으로 결합해서 결합 결과를 형성할 수 있다.

상기 결합은 한 셋트에 속한 평가값들을 논리적으로 결합해서 하나의 가중된 합계를 형성하도록 이루어질 수 있다. 그런 다음 최적의 작동점을 선택하기 위해, 가중된 합계가 극값을 갖는 작동점을 사용한다.

또한 자동차 운전자의 운전 특성, 자동차의 현재 주행 상황 및/또는 현재 자동차에 영향을 미치고 있는 주변 여건을 나타내는 변수를 결정하는 것이 바람직하다. 이렇게 결정된 변수들 중 적어도 하나를, 평가값을 결정할 때 및/또는 최적의 작동점을 선택할 때 고려한다. 그런 다음, 적어도 상기와 같이 결정한 변수들(운전 특성 또는 현재의 주행 상황 및/또는 현재 자동차에 영향을 미치고 있는 주변 여건) 중 하나에 따라 앞에서 언급한 것처럼 평가값을 가중할 수 있다.

특히 바람직하게는 평가값으로서

- 변속기 출력 토크의 예비분을 나타내는 적어도 하나의 제 1 값, 및/또는

- 자동차 동력 전달 계통의 총 효율을 나타내는 적어도 하나의 제 2 값, 및/또는

- 다양한 유해 성분의 배출 특성을 나타내는 적어도 하나의 제 3 값, 및/또는

- 소음 방출을 나타내는 적어도 하나의 제 4 값을 결정한다.

본 발명은 목적 함수(object fuction)와 비용 함수(cost fuction)에 의해 최적화 문제를 수식으로 나타냄으로써 최적화 문제의 각 항은 물론 가중 팩터도 운전자의 유형과 주행 상황에 맞게 적응시킨다.

최적화 문제를 해결하기 위한 산출 규정은 1차원 탐색 방법을 통해 최적화 문제의 근사해(approximate solution)를 결정하고, 이로부터 동력 전달 계통의 최적의 작동점에 대한 제안을 유도하는 것이다.

동력 전달 계통의 최적의 작동점에 대한 제안으로부터, 통합 조정의 동력 전달 계통의 제어 장치를 통해 엔진 출력 토크와 전동비에 대한 사전 설정값을 적절하게 결정한다.

본 발명의 그 외 바람직한 실시예에 관해서는 종속 청구항들을 참조한다.

다음에서 설명할 실시예를 통해 본 발명을 설명하고자 한다.

도 1에서 도면 부호 101은 적절한 엔진 제어 장치(101a)가 장착된 자동차 엔진을 가리킨다. 엔진의 출력 샤프트는 유체 역학적 토크 컨버터(103)를 거쳐 변속기(106)의 입력에 연결된다. 컨버터(103)는 컨버터 브리지 클러치(104)를 통해 연결될 수 있다.

앞서 언급했듯이 유체 역학적 토크 컨버터(103)와 브리지 클러치(104) 대신 종래의 건식 마찰 클러치를 사용할 수도 있다. 이 실시예에서는 컨버터 브리지 클러치를 가진 유체 역학적 토크 컨버터를 사용한다.

변속기(106)의 전동비는 변속기 제어 장치(106a)에 의해 변경할 수 있다. 엔진 회전수(n_mot) 또는 컨버터 입력 회전수(n_we)는 속도 센서(102)로 검출하는 한편, 변속기 입력 회전수 또는 컨버터 출력 회전수(n_wa)는 센서(105)로 측정하고, 변속기 출력 회전수(n_ga)는 센서(107)로 측정한다. 변속기(106)는 출력 측은 구동륜(108)에 연결된다.

통합 조정의 동력 전달 계통 제어 장치(111)는 엔진 회전수(n_mot)와 변속기 출력 회전수(n_ga) 외에도 가속 폐달(110)의 위치(a )를 수신한다. 통합 조정의 동력 전달 계통 제어 장치(111)의 출력측에는 엔진(101)에 대한 목표 토크(md_ma_)와 변속기에 대한 목표 전동비(u_)가 인가된다. 이 목표값들은 엔진 제어 장치(101a)와 변속기 제어 장치(106a)에 전달된다.

도 2는 통합 조정의 동력 전달 계통의 제어 장치(111)의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 블록(201)에서는 가속 페달의 위치(a )로부터, 경우에 따라서는 자동차 속도(변속기 출력 회전수(n_ga))를 고려해서 변속기 출력 토크(md_ga)에 대한 목표값(md_ga_)을 결정한다. 이로부터, 앞으로 설명할 유닛(202)에서 엔진 토크(md_ma_)와 전동비(u_)에 대한 목표값을 결정한다.

다음에서는 우선 본 발명에 따른 최적화 문제를 수식으로 나타냄으로써, 최적화 문제 해결을 위한 본 발명에 따른 산출 규정을 설명하고자 한다. 그런 다음, 통합 조정의 동력 전달 계통의 제어 장치에 최적화 방법을 적용하는 것에 관해 언급하고자 한다.

1. 최적화 문제의 수식화:

최적화 문제는 목적 함수와 비용 함수로 표시된다. 최대화할 목적 함수는 다음과 같다:

G=γ_MomentG_Moment+γ_etaG_eta→max;

상기 식에서, 변수(G_Moment)는 변속기 출력에서의 토크 예비분을 평가하고, 변수(G_eta)는 동력 전달 계통의 총 효율을 평가한다. 최소화할 비용 함수는 다음과 같이 규정된다:

여기서는, 배기 가스 중의 유해 성분(i_Em)이 추가로 고려된다. 변수는 동력 전달 계통의 작동 상태로부터 결정되는 전체 동력 전달 계통의 소음 방출을 나타낸다.

G의 최대화와 L의 최소화를 동시에 수행해야하는 과제로부터 최적화 문제를 다음과 같이 수식화한다:

F=G-L→max.

이때 엔진 회전수(n_mot)에는 다음과 같은 명시적인 제한(explicite restrictions)이 적용된다:

n_mot≥n_mot_min,

n_mot≤n_mot_max,

여기서 값(n_mot_min 및 n_mot_max)은 허용된 최소 엔진 회전수와 허용된 최대 엔진 회전수이다. 전동비는 일정한 한계 내에서만 조정할 수 있고 자동차 속도는 일정해야 하기 때문에, 전동비(u)와 변속기 출력 회전수(n_ga)에는 다음과 같은 암시적인 제한(implicite restrictions)이 생긴다:

u_min≤u≤u_max,

n_ga=const .

가중 팩터(γ_Moment, γ_eta 및 λ_Emission,i, )는 운전자의 유형과 주행 상황을 고려해서 적응적으로 결정한다. 즉, 경제적인 운전자의 경우에는 가중 팩터(γ_eta)를 적절히 선택함으로써 변수(G_eta)에 가중을 둔다. 도심 주행시에는 가중 팩터(λ_Emission,i)를 적절히 선택함으로써, 변수(L_Emission,i)로 정량화되는 매연 배출을 보다 중요하게 고려한다. 예를 들어 통행을 규제하는 지역에서의 주행 상황 "저속 주행(slow and go)"이 검출되면, 를 적절히 선택함으로써 항을 특히 고려한다. 또한 항(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, 및 )을 산출하는 경우에도 운전자의 유형과 주행 상황을 응용 가능한 방식으로 고려한다. 변수(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, 및 )를 위한 산출 규정에 관해서는 다음에서 설명하기로 한다.

운전자의 유형을 나타내는 변수(a_Fahrer)의 걸정이나 현재의 주행 상황을 나타내는 변수들의 결정에 관해서는 서두에 언급한 선행 기술에서 자세히 설명하였다.

1.1 G_Moment의 산출 규정:

변수(G_Moment)는 토크 예비분(Δmd_ga)을 평가한다. 토크 예비분(Δmd_ga)은 주어진 변속기 출력 회전수(n_ga)에서 변속기 출력 토크(md_ga_)(블록 201, 도 2, 도 3의 곡선 32)의 요구시에 전동비 및 변속기 출력에서의 엔진 회전수로 이루어진 한 쌍의 값(u, n_mot)에 대한 것이다. 변수(G_Moment)는 다음과 같이 산출한다:

1.1.1 동력 전달 계통의 토크비(mue_ges)의 산출:

동력 전달 계통의 토크비(mue_ges)는 전동비(u), 엔진 회전수(n_mot), 유체 역학적 토크 컨버터(103)의 현재 회전수비(ν_Wandler), 컨버터 브리지 클러치(104)의 상태(Z_Wandler)의 함수로서 주어진다:

mue_ges=mue_ges(u,n_mot,n_ga,ν _Wandler ,Z _Wandler )

=mue_wandler(n_mot,u·n_ga,ν _Wandler ,Z _Wandler )·mue_getriebe(u,n_ga)

유체 역학적 토크 컨버터(103) 대신 건식 마찰 클러치를 사용할 경우 변수(ν_Wandler)는 마찬가지로 클러치에서의 회전수비를 나타낸다. 이 경우, 상태(Z_Wandler)는 건식 마찰 클러치의 상태(개방, 마찰, 폐쇄)를 나타낸다. 상태 "마찰"은 컨버터 브리지 클러치와 건식 마찰 클러치의 경우 전달된 토크에 의해 수치로 나타낼 수 있다.

1.1.2 엔진 회전수(n_mot)에 대해 엔진 출력에서 이용 가능한 최대 토크의 산출:

엔진 회전수(n_mot)에 대해 엔진 출력에서 이용 가능한 최대 토크(md_ma_max_n)는 다음과 같다:

md_ma_max_n=md_ma_max (n_mot).

이같은 소위 전부하 라인은 도 3의 곡선(31)으로 주어진다. 산출할 때, 예컨대 엔진의 온도나 주변 여건(예를 들어 고지 주행시 공기 밀도 변동)과 같은 엔진의 실제 작동 조건과, 토크가 구현되는 경계 조건을 고려한다. 경계 조건이란 가령 엔진에서 허용되거나 허용되지 않는 전부하 농후화 등을 말한다.

1.1.3 산출된 토크비(mue_ges)에 대해 변속기 출력에서 이용 가능한 최대 토크(md_ga_max_n)의 산출:

따라서 특정 엔진 회전수(n_mot)의 경우 산출된 토크비(mue_ges)에 대해 변속기 출력에서 이용 가능한 최대 토크(md_ga_max_n)는 다음과 같다:

md_ga_max_n=md_ma_max_n·mue_ges

1.1.4 변속기 출력에서 토크 예비분(Δ md_ga)의 산출:

따라서 변속기 출력에서 토크 예비분(Δ md_ga)은 다음과 같다:

Δmd_ga=md_ga_max_n-md_ga_

1.1.5 토크 예비분의 정규화:

토크 예비분을 정규화하기 위해 변수(Δ md_ga)를 현재의 변속기 출력 회전수(n_ga)와 요구된 변속기 출력 토크(md_ga_)에서 가능한 최대 토크 예비분(Δmd_ga_pot)에 관련시킨다. 엔진은 회전수(n_pot)에서 최대 출력 성능을 내고, 이때 엔진 출력에서 토크(md_ma_pot)가 이용될 수 있다. 변속기 출력 회전수(n_ga)의 경우 최대 가능 변속기 출력 토크(md_ga_pot)는 다음과 같이 결정된다:

md_ga_pot=md_ma_pot·mue_get(u=n_ga＼n_pot,n_ga)

여기서 가능한 컨버터 증폭은 mue_wandler=1로 가정된다. 그러면 최대 가능 토크 예비분은 다음과 같이 결정된다:

Δmd_ga_pot=md_ga_pot-md_ga_

그 결과 변속기 출력에서 정규화된 토크 예비분은 다음과 같이 결정된다:

Δmd_ga_norm=Δmd_ga_pot/Δmd_ga

n_mot=n_pot에 대해 Δmd_ga_norm=1이고, 소멸해가는 토크 예비분에 대해 Δmd_ga_norm=0이다. 엔진 회전수(n_mot)에서 요구된 변속기 출력 토크를 조정할 수 없는 경우 Δmd_ga_norm에 대해 음의 값이 주어진다.

도 3에는 엔진 회전수(n_mot₁ 및 n_mot₂)에 대한 두 가지 상황이 예시되어 있다. 엔진 회전수(n_mot₁)의 경우 음의 방향을 향한 화살표로 표시된, 변속기 출력에서 정규화된 토크 예비분에 대한 음의 값이 주어진다. 엔진 회전수(n_mot₂)의 경우에는 양의 방향을 향한 화살표로 표시된, 변속기 출력에서 정규화된 토크 예비분에 대한 양의 값이 주어진다.

1.1.6 원하는 정규화 토크 예비분(Δmd_ga_norm_opt)의 운전자 유형에 따른 결정:

원하는 정규화 토크 예비분(Δmd_ga_norm_opt)을 운전자 유형에 따라 결정하기 위해 운전자의 유형을 변수(a_Fahrer)로 표시한다. 이때 0≤a_Fahrer≤1이다. 변수(a_Fahrer)에 함수(m_Moment(a_Fahrer))를 통해 원하는 정규화 토크 예비분(Δmd_ga_norm_opt)을 할당한다:

Δmd_ga_norm_opt=m _Moment (a _Fahrer )

도 4는 함수(m_Moment(a_Fahrer))의 가능한 곡선을 나타낸 것이다.

1.1.7 정규화된 토크 예비분(Δmd_ga_norm) 및 원하는 정규화 토크 예비분(Δmd_ga_norm_opt)으로부터 변수(G_Moment)의 결정:

정규화된 토크 예비분이 원하는 정규화된 토크 예비분과 일치할 경우, 변수(G_Moment)는 목적 함수(G)에 대해 최대값을 제공해야 한다. 상기 최대값은 1로 스케일링된다. 소멸해가는 토크 예비분의 경우 상기 값은 0이고, 정규화된 토크 예비분이 음인 경우 음의 페널티 값이 커야 한다.이를 위해 변수(G_Moment)를 함수

g _Moment (Δmd_ga_norm,Δmd_ga_norm_opt)

를 이용해서 결정한다:

G _Moment =g _Moment (Δmd_ga_norm,Δmd_ga_norm_opt).

함수(g_Moment(Δmd_ga_norm,Δmd_ga_norm_opt))의 전형적인 곡선은 도 5에 도시되어 있다.

따라서 토크 예비분에 대한 평가값(G_Moment)이 결정된다.

1.2 G_eta의 산출 규정:

변수(G_eta)는 동력 전달 계통의 총 효율을 나타내고, 구간 [0, 1]에서 움직인다.

구성 요소인 엔진(101), 컨버터(103), 변속기(106)가 동시에 자신들의 절대 최상의 효율에 도달하면 G_eta=1이 된다. G_eta를 결정하기 위해, 엔진(101), 컨버터(103) 및 변속기(106)의 효율을 표시하기 위해 필요한 변수들을 다음과 같이 산출한다:

1.2.1 엔진 효율을 나타내기 위한 변수(G_M,eta)의 산출:

엔진 효율을 나타내기 위한 변수(G_M,eta)는 다음과 같이 산출된다:

G_M,eta=b_e(md_ma·n_mot)/b_e ^min(md_ma·n_mot).

여기서 b_e(md_ma,n_mot)는 엔진 출력 토크(md_ma)와 엔진 회전수(n_mot)에서의 특정 연료 소비이다. 엔진 출력 성능(md_ma·n_mot)을 구현할 수 있는 최소 가능 특정 연료 소비는 b_e ^min(md_ma·n_mot)이다.

엔진이 요구된 엔진 성능을 위해 연료 소비율이 가장 낮은 작동점에서 작동하면, 변수(G_M,eta)는 1이 되고, 연료 소비율이 바람직하지 않은 작동점에서는 더 작아진다. 따라서 변수(G_M,eta)는 구간 [0, 1]에서 움직인다.

1.2.2 변속기 효율을 나타내기 위한 변수(G_G,eta)의 산출:

변속기 효율을 나타내기 위한 변수(G_G,eta)는 다음과 같이 산출된다:

G _G,eta =η _G ^max /η _G (u,n_ga,md_ga).

여기서 η_G(u,n_ga,md_ga)는 회전수비(u)와 출력 회전수(n_ga)에서 변속기가 출력 토크(md_ga)를 내는 효율이다. 전체 작동 범위에 걸쳐 변속기의 최대 효율은 η_G ^max이다. 변수(G_G,eta)는 구간 [0, 1]에서 움직인다.

1.2.3 토크 컨버터의 효율을 나타내기 위한 변수(G_W,eta)의 산출:

토크 컨버터의 효율을 나타내기 위한 변수(G_W,eta)는 다음과 같이 산출된다:

G _W,eta =η _Wandler (n_mot,u·n_ga,ν _Wandler ,Z _Wandler )

변수(G_W,eta) 역시 구간 [0, 1]에서 움직인다.

1.2.4 G_eta의 산출:

따라서 동력 전달 계통의 총 효율에 대한 평가값(G_eta)은 다음과 같다:

G _eta =G _M,eta ·G _G,eta ·G _W,eta

1.3 L_Emission,i의 산출 규정:

변수(L_Emission,i)는 유해 성분(i)의 배출 특성을 나타낸다. L_Emission,i를 결정할 관련 유해 성분으로는 NO_X와 CO 및 HC 등이 있다.

변수(L_Emission,i)는 다음 산출 규정에 따라 결정한다:

1.3.1 유해 성분(i)의 특정 배출의 스케일링:

l_Emission,i=c_i ^min(md_ma,n_mot)/c_i(md_ma,n_mot)

여기서 c_i(md_ma,n_mot)는 엔진 출력 토크(md_ma)와 회전수(n_mot)에서 유해 성분(i)의 특정 배출량(단위는 g/kWh 등)이다. 엔진 출력 성능(md_ma·n_mot)을 구현할 수 있는 최소 가능 배출량은 c_i ^min(md_ma,n_mot)이다. 엔진이, 요구된 엔진 성능과 유해 성분(i)에 있어 배출이 가장 바람직한 작동점에서 작동할 경우 변수(l_Emission,i)는 1이고, 바람직하지 않은 작동점에서는 더 커진다.

1.3.2 l_Emission,i로부터 L_Emission,i의 산출:

l_Emission,i로부터 L_Emission,i를 산출하기 위해서는 응용가능한 두 가지 산출 방법을 선택적으로 적용할 수 있다:

1.2.3.1 l_Emission,i의 선형 가중(linear weighting):

L_Emission,i=l_Emission,i

1.2.3.2 배리어 방법(barrier method)를 이용한 l_Emission,i의 비선형 가중(non-linear weighting):

여기서는 응용가능한 한계값(l_Emission,i ^grenz)의 초과를 변수(L_Emission,i)에 대한 상당히 높은 값에 의해 평가한다. 이때 한계값 이하의 배출값은 어떠한 값도 제공하지 않는다:

L_Emission,i=(max{0,l_Emission,i-l_Emission,i ^grenz})²

이로써 유해 성분(i)과 관련한 배출 특성에 대한 평가값(L_Emission,i)이 결정된다.

1.4 의 산출 규정:

변수는 전체 동력 전달 계통의 소음 방출 특성을 나타낸다. 동력 전달 계통의 작동점에 대해 엔진(101)과 변속기(106)의 소음 방출을 나타내는 값으로부터 상기 변수를 결정한다:

2. 최적화 문제 해결을 위한 산출 규정:

다음에 설명할 산출 규정에 의해, 앞서 언급한 최적화 문제의 근사해(～F)가 결정된다. 근사해(～F)에 대해, 주어진 변속기 출력 회전수(n_ga)에서 변속기 출력 토크(md_ga)를 다음과 같이 구현한다:

F=G-L=max

이 산출 규정은 도 6에 개략적으로 도시되어 있다.

앞서 언급했듯이 단계 601에서 가중 팩터(γ_Moment 및 γ_eta, λ_Emission,i, )를 결정한다.

근사해(～F)는 1차원 탐색 방법을 통해 독립 변수(n_mot)를 변화시킴으로써 결정된다. 이를 위해 다음 산출 규정이 적용된다:

2.1 단계 602:

동력 전달 계통의 현재 작동점(x)에 대해 F의 값을 결정한다. 현재의 작동점(x)은 다음과 같이 표시된다:

x=n_mot

md_ma

u

ν_Wandler

Z_Wandler

F의 상응하는 값은 다음과 같다:

F₀=F(x,n_ga,md_ga_)

동력 전달 계통의, 가능한 I개의 그 외 작동점(x_i(i=1,...,I))에 대해 F의 값을 결정하며, 상기 작동점에 대해 변속기 출력 회전수(n_ga)에서 현재의 변속기 출력 토크(md_ga)를 구현할 수 있다. 이 작동점들은 엔진 회전수를 변화시킴으로써 주어진다:

x_i=x_i(n_mot_i), i=1,...,I.

2.2 단계 603:

회전수(n_mot_i)는 다음 산출 규정에 따라 결정된다:

n_mot₁=s₁(n_mot,F₀)

n_mot₂=s₂(n_mot,n_mot₁,F₀,F₁)

...

n_mot_i=s_i(n_mot,...,n_mot_i-1,F₀,...,F_i-1)

...

n_mot_I=s_I(n_mot,...,n_mot_I-1,F₀,...,F_I-1)

변수(n_mot₁)를 결정할 때 앞서 언급한, 최적화 문제의 명시적인 제한과 암시적인 제한을 고려한다. 이때 함수(s_i)는 유단 변속기의 이산적인 전동비 단계와 같은 동력 전달 계통의 구성 요소들에 관한 지식을 포함할 수 있다. 조사할 작동점의 수(I)는 동적으로 변화될 수 있다.

2.3 단계 604:

작동점들은

x_i=n_mot_i

md_ma_i

u_i

ν_Wandler,i

Z_Wandler,i

다음 산출 규정에 따라 이루어진다:

(i) u_i=n_ga_i/n_mot_i·ν_Wandler,i의 산출

여기서 컨버터의 회전수비와 상태는 변하지 않는 것으로 가정한다:

ν_Wandler,i=ν_Wandler

Z_Wandler,i=Z_Wandler

(ii) md_ma _i =mue_ges(u _i _mot,n_ga,ν _Wandler ,Z _Wandler )·md_ga의 산출

여기서 md_ga=mue_ges(u,n_mot,n_ga,ν _Wandler ,Z _Wandler )·md_ma이다.

이렇게 결정된 작동점들(xi)은 엔진 특성 필드에서 변속기 효율에 의해 보정된 성능 쌍곡선(performance hyperbola) 위에 위치하는데, 이 성능 쌍곡선 위에는 작동점(x)도 놓여 있다.

2.4 단계 605:

작동점(x_i,i=1,...,I)에 대한 값(F_i)은 다음 산출 규정에 따라 결정한다:

F_i=F(x_i,n_ga,md_ga_), i=1,...,I

2.5 단계 606 및 607:

근사해(～F=F_k)는 F₀과 모든 F_i를 통해 F에 대해 얻어진 최대값에 의해 특징지어진다:

F_k=^Imax_i=0Fi

동력 전달 계통의 상응하는 최적의 작동점은 x_opt=x_k이다. 이 작동점에 도달하는 것은 다음 엔진 회전수에서이다:

n_mot_opt=n_mot_k

3. 통합 조정의 동력 전달 계통의 제어 장치에 최적화 방법의 응용:

최적화 문제를 해결함으로써 결정된, 동력 전달 계통의 최적의 작동점(x_opt)에 대한 제안을 고려해서, 통합 조정의 동력 전달 계통의 제어 장치에 의해 엔진 출력 토크(md_ma_)와 전동비(u_)를 위한 사전 설정값을 결정한다. 앞에서 설명한 도 2는 운전자에 의해 요구된 변속기 출력 토크(md_ga_)를 구현하기 위한, 통합 조정의 동력 전달 계통의 제어 장치의 기본 구조를 보여준다.

md_ga_과 u_에 대한 사전 설정값은 단계 607에서 결정한, 동력 전달 계통의 최적의 작동점(x_opt)으로부터 다음과 같이 결정된다:

u_=f(x_opt)

md_ma_=mue_ges/1·md_ga

이렇게 해서 동력 전달 계통의 최적의 작동점(x_opt)에 의해 미리 주어진 전동비(u_)가 변속기에서 조정된다.

본 발명에 따른 조치는 여러 가지 기준을 고려해서 운전자의 요구를 최적으로 구현할 수 있는 가능성을 제공하기 때문에 바람직하다.

이 기준들은 동력 전달 계통의 총 효율, 변속기 출력에서의 토크 예비분, 유해 물질 배출 및 소음 방출에 대한 물리적 값들을 기초록 계통적으로 고려된다. 그 결과 다양한 주행 상황과 운전자의 유형은 물론 유해 물질 배출과 소음 방출에 대한 요구 조건에도 부응하는 동력 전달 계통의 작동점이 결정된다. 관련 기준들의 가중은 주행 작동 동안 적응적으로 변경할 수 있다.

최적의 작동점은 모델에 기초해서 엔진과 변속기의 특성에 대한 물리적 값들을 근거로 결정된다.

따라서 특수한 엔진-변속기 조합체에 의존하는 특성값을 적용할 필요가 없다.

그 결과 본 발명에 따른 방법을 통해 최적의 작동점을 결정할 경우 정상 작동에서 벗어나는 엔진과 변속기의 작동 조건들이 계통적으로 고려된다.

사용된 부호에 대한 설명

md_ma 엔진 출력 토크

md_ma_ 엔진 출력 토크의 목표값

md_ga 변속기 출력 토크

md_ga_ 변속기 출력 토크의 목표값

△md_ga 변속기 출력에서의 토크 예비분

n_ga 변속기 출력 회전수

n_mot 엔진 회전수

n_mot_min 허용된 최소 엔진 회전수

n_mot_max 허용된 최대 엔진 회전수

u 변속기의 회전수비

u_min 조정 가능한 최소 전동비

u_max 조정 가능한 최대 전동비

mue_ges 동력 전달 계통의 토크비

ν_Wandler (유체 역학적) 토크 컨버터의 회전수비

ν_Wandler=n_we/n_wa

여기서

n_wa: 컨버터 출력 회전수,

n_we: 컨버터 입력 회전수

Z_Wandler 컨버터 브리지 클러치 또는 클러치의 상태

α 가속 페달의 위치

a_Fahrer 운전자 유형을 나타내기 위한 변수

γ_Moment, γ_eta 가중 팩터

λ_Emission,i, 가중 팩터

md_ma_max 이용 가능한 최대 엔진 토크

md_ma_max_n 엔진 회전수(n_mot)에 대해 엔진 출력에서 이용 가능한 최대 엔진 토크

md_ga_max_n 엔진 회전수(n_mot)에 대해 변속기 출력에서 이용 가능한 최대 토크

G_Moment 토크 예비분에 대한 평가값

G_eta 동력 전달 계통의 총 효율에 대한 평가값

G_M,eta 엔진 효율을 나타내기 위한 평가값

G_G,eta 변속기 효율을 나타내기 위한 평가값

G_W,eta 토크 컨버터의 효율을 나타내기 위한 평가값

L_Emission,i 유해 성분(i)의 배출 특성을 나타내기 위한 평가값

전체 동력 전달 계통의 소음 방출 특성을 나타내기 위한 평가값

x 동력 전달 계통의 현재 작동점

Claims (12)

1. 조정 가능한 출력 토크(md_ma)와 출력 회전수(n_mot)를 가지는 적어도 하나의 구동 유닛과, 상기 구동 유닛과 자동차 바퀴들 사이에 배치되며 출력 토크(md_ga)를 가지는 변속기를 포함하며, 상기 변속기의 회전수비(u)를 조정할 수 있고, 변속기 출력 토크에 대한 목표값(md_ga_)이 특히 자동차 운전자가 작동할 수 있는 가속 폐달의 검출된 위치에 따라 미리 주어지고, 동력 전달 계통의 상이한 작동점(x_i)이 상기 구동 유닛의 적어도 상이한 출력 토크(md_ma_i) 및 회전수비(u_i) 및/또는 상기 구동 유닛의 상이한 출력 회전수(n_mot_i)에 의해 특징지어지는, 자동차 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법에 있어서,

   주행 작동 동안

   - 가능한 작동점(x_i)에 대해 각 한 셋트의 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 결정하고,

   - 최적화 방법을 통해 한 셋트에 속하는 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 논리적으로 결합하고, 가능한 작동점들 중 하나를 선택하기 위해,

   상기 변속기 출력 토크에 대한 미리 주어진 목표값(md_ga_)에 의존하는 결합 결과(F)가 극값을 갖는 작동점을 최적의 작동점(x_opt)으로 사용하며,

   - 상기 선택한 작동점(x_opt)에 속하는 전동비(u_opt) 및/또는 상기 선택한 작동점(x_opt)에 속하는, 상기 구동 유닛의 출력 회전수(n_mot)를 조정하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법.
2. 조정 가능한 출력 토크(md_ma)와 출력 속도(n_mot)를 가지는 적어도 하나의 구동 유닛과, 상기 구동 유닛과 자동차 바퀴들 사이에 배치되며, 출력 토크(md_ga)를 가지는 변속기를 포함하며, 상기 변속기의 회전수비(u)를 조정할 수 있고, 변속기 출력 토크에 대한 목표값(md_ga_)이 특히 자동차 운전자가 작동할 수 있는 가속 페달의 검출된 위치에 따라 미리 주어지고, 동력 전달 계통의 상이한 작동점(x_i)이 상기 구동 유닛의 적어도 상이한 출력 토크(md_ma_i) 및 회전수비(u_i) 및/또는 상기 구동 유닛의 상이한 출력 회전수(n_mot_i)에 의해 특징지어지는, 자동차 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법에 있어서,

   주행 작동 동안

   - 가능한 작동점(x_i)에 대해 각 한 셋트의 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 결정하고, 평가값으로서

   - 상기 변속기 출력 토크의 예비분을 나타내는 적어도 하나의 제 1값(G_Moment) 및/또는

   - 상기 자동차 동력 전달 계통의 총 효율을 나타내는 적어도 하나의 제 2 값(G_eta) 및/또는

   - 상이한 유해 성분(i)의 배출 특성을 나타내는 적어도 하나의 제 3 값(L_Emission,i) 및/또는

   - 소음 방출을 나타내는 적어도 하나의 제 4 값를 결정하고,

   - 상기 결정한 평가값들을 기초로 최적화 방법을 통해 가능한 작동점들 중 하나를 최적의 작동점(x_opt)으로 선택하며,

   - 상기 선택한 작동점(x_opt)에 속하는 전동비(u_opt) 및/또는 상기 선택한 작동점(x_opt)에 속하는, 상기 구동 유닛의 상기 출력 회전수(n_mot)를 조정하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법.
3. 제 2항에 있어서, 한 셋트에 속하는 상기 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 논리적으로 결합하고, 최적의 작동점(x_opt)을 선택하기 위해 결합 결과(F)가 극값을 갖는 작동점을 사용하도록, 상기 최적화 방법을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 한 셋트에 속하는 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 가중하고, 상기 가중된 평가값을 논리적으로 결합해서 결합 결과(F)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 한 셋트에 속하는 상기 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 논리적으로 결합해서 가중된 합계(F)를 형성하고, 최적의 작동점(x_opt)을 선택하기 위해 상기 가중된 합계(F)가 극값을 갖는 작동점을 사용하도록, 최적화 방법을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 자동차 운전자의 운전 특성, 자동차의 현재 주행 상황 및/또는 자동차에 현재 영향을 미치고 있는 주변 여건을 나타내는 변수들을 결정하고, 상기 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 결정할 때 및/또는 최적의 작동점(x_opt)을 선택할 때 상기 결정한 변수들 중 적어도 하나를 고려하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법.
7. 제 4항에 있어서, 자동차 운전자의 운전 특성, 자동차의 현재 주행 상황 및/또는 자동차에 현재 영향을 미치고 있는 주변 여건을 나타내는 변수를 결정하고, 상기 평가값을 가중하기 위해, 상기 결정한 변수들 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 방법.
8. 제 1항에 있어서, 평가값으로서

   - 상기 변속기 출력 토크의 예비분을 나타내는 적어도 하나의 제 1 값(G_Moment) 및/또는

   - 상기 자동차 동력 전달 계통의 총 효율을 나타내는 적어도 하나의 제 2 값(G_eta) 및/또는

   - 상이한 유해 성분(i)의 배출 특성을 나타내는 적어도 하나의 제 3 값(L_Emission,i) 및/또는

   - 소음 방출을 나타내는 적어도 하나의 제 4 값를 결정하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 하는 방법.
9. 조정 가능한 출력 토크(md_ma)와 출력 회전수(n_mot)를 가지는 적어도 하나의 구동 유닛과, 상기 구동 유닛과 자동차 바퀴들 사이에 배치되며 출력 토크(md_ga)를 가지는 변속기를 포함하며, 상기 변속기의 회전수비(u)를 조정할 수 있고, 동력 전달 계통의 상이한 작동점(x_i)이 상기 구동 유닛의 적어도 상이한 출력 토크(md_ga) 및 회전수비(u_i) 및/또는 상기 구동 유닛의 상이한 출력 회전수(n_mot_i)에 의해 특징지어지는, 자동차 동력 전달 계통을 제어하기 위한 장치에 있어서,

   주행 작동 동안

   - 가능한 작동점(x_i)에 대해 각 한 셋트의 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 결정하고,

   - 최적화 방법을 통해, 한 셋트에 속하는 상기 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 논리적으로 결합하며, 가능한 상기 작동점들 중 하나를 선택하기 위해, 상기 변속기 출력 토크에 대한 미리 주어진 목표값(md_ga_)에 의존하는 결합 결과(F)가 극값을 갖는 작동점을 최적의 작동점(x_opt)으로 사용하며,

   - 상기 선택한 상기 작동점(x_opt)에 속하는 전동비(u_opt) 및/또는 상기 선택한 상기 작동점(x_opt)에 속하는, 상기 구동 유닛의 출력 회전수(n_mot)를 조정하는 수단들이 제공되는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 장치.
10. 조정 가능한 출력 토크(md_ma)와 출력 회전수(n_mot)를 가지는 적어도 하나의 구동 유닛과, 상기 구동 유닛과 자동차 바퀴들 사이에 배치되며 출력 토크(md_ga)를 가지는 변속기를 포함하며, 상기 변속비의 회전수비(u)를 조정할 수 있고, 동력 전달 계통의 상이한 작동점(x_i)이 상기 구동 유닛의 적어도 상이한 출력 토크(md_ma_i) 및 회전비(u_i) 및/또는 상기 구동 유닛의 상이한 출력 회전수(n_mot_i)에 의해 특징지어지는, 자동차 동력 전달 계통을 제어하기 위한 장치에 있어서,

    주행 작동 동안

    - 가능한 작동점(x_i)에 대해 각 한 셋트의 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 결정하고, 상기 평가값으로서

    - 상기 변속기 출력 토크의 예비분을 나타내는 적어도 하나의 제 1 값(G_Moment) 및/또는

    - 상기 자동차 동력 전달 계통의 총 효율을 나타내는 적어도 하나의 제 2 값(G_eta) 및/또는

    - 상이한 유해 성분의 배출 특성을 나타내는 적어도 하나의 제 3 값(L_Emission,i) 및/또는

    - 소음 방출을 나타내는 적어도 하나의 제 4 값을 결정하고,

    - 상기 결정한 상기 평가값들을 기초로, 최적화 방법을 통해 가능한 작동점들 중 하나를 최적의 작동점(x_opt)으로 선택하며,

    - 상기 선택한 상기 작동점(x_opt)에 속하는 전동비(u_opt) 및/또는 상기 선택한 상기 작동점(x_opt)에 속하는, 상기 구동 유닛의 출력 회전수(n_mot)를 조정하는 수단들이 제공되는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 장치.
11. 제 10항에 있어서, 한 셋트에 속하는 상기 평가값들(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 논리적으로 결합하고, 상기 최적의 작동점(x_opt)을 선택하기 위해, 상기 결합 결과(F)가 극값을 갖는 작동점을 사용하도록 최적화 방법을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 장치.
12. 제 11항에 있어서, 한 셋트에 속하는 상기 평가값(G_Moment, G_eta, L_Emission,i, )을 가중하고, 상기 가중된 평가값을 논리적으로 결합하여 결합결과(F)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차의 동력 전달 계통을 제어하기 위한 장치.