KR100668557B1 - 엔진 토크 제어 장치 - Google Patents

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데쯔야 시마다
마사히로 이리야마
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

엔진 토크 제어 장치는 변속 유닛이 장착된 엔진에서 변속 시간을 짧게하고 변속 응답을 향상시키면서 변속 충격을 감소시키도록 구성된다. 엔진 토크 제어 장치에서 엔진 출력 토크는 엔진 속도가 저단 변속 이후에 목표 속도(동기 속도)가 될 수 있도록 피드백 제어를 받게 된다. 피드백 제어는 적어도 비례 제어 및 미분 제어를 포함한다. 미분 제어는 동기 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 정지된다. 미분 제어는 단지 이 소정치 이하에서 수행된다.
변속 유닛, 변속 응답, 엔진 출력 토크, 피드백 제어, 미분 제어

Description

엔진 토크 제어 장치{ENGINE TORQUE CONTROL DEVICE}
도1은 본 발명의 일 실시예와 일치하는 엔진 토크 제어 장치 또는 시스템을 장착한 내연 기관의 개략도.
도2는 본 발명의 일 실시예와 일치하는 엔진 토크 제어 장치를 이용하는 변속(shift) 작동시의 엔진 출력 토크 제어를 설명하는 단순화된 블록도.
도3은 동기 토크 산출부에 의한 동기 토크의 산출 처리를 포함한 상세한 블록도.
도4는 본 발명의 일 실시예와 일치하는 엔진 토크 제어 장치에 의해 사용된 미분 추가 속도 편차 설정 맵의 일례.
도5는 저단 변속시에 발생하는 선택된 차량 파라미터의 제어 특성을 도시하는 비교 시간표.
본 발명은 변속(shift) 유닛이 연결되어 있는 엔진 토크 제어 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 저단 변속(downshifting)시의 변속 충격을 감소시키는 엔진 토크 제어 장치에 관한 것이다.
변속 충격을 감소시키는 엔진 토크 제어 장치의 예는 일본 공개 특허 공보 제2001-328461호에 개시된 것이 있다. 이 장치와 관련하여, 변속시 클러치가 분리되는 동안에, 엔진 속도를 클러치 출력 속도에 동기화시키는데 이용되는, 동기 속도가 빠르게 얻어질 수 있도록 스로틀이 소정의 개방도(opening)로 고정된다. 그 후에, 스로틀 개방도는 엔진 속도와 동기 속도 사이의 편차가 소정의 범위 내에 있는 시점에서 상기 소정의 개방도로부터 동기 속도에 대응하는 개방도로 점차로 복귀된다. 클러치는 엔진 속도의 변화의 방향에서 반전되는 시점에서 결합된다.
위의 견지에서, 향상된 엔진 토크 제어 장치가 필요하다는 것이 이러한 개시내용으로부터 당업자에게 분명해질 것이다. 본 발명은 이 필요성 및 이 개시내용으로부터 당업자가 분명히 알 수 있는 다른 필요성을 다룬다.
위에서 기술된 종래의 장치와 관련하여, 변속시 클러치가 분리되는 동안에 스로틀 개방도가 고정되기 때문에, 모든 엔진 작동 조건에 적합한 제어가 수행될 수 없고, 엔진 속도가 너무 높게 상승할 수 있는 위험이 존재한다는 것이 발견되었다. 게다가, 스로틀 개방도 명령치에 대해서 엔진 속도에서의 응답 래그(lag)가 존재하기 때문에, 상승된 엔진 속도는 빠르게 내려갈 수 없고, 결과적으로, 동기 속도에 도달하는데 걸리는 시간, 즉 변속 시간이 더 길게 되며, 이것은 변속 응답에 악영향을 미친다.
본 발명은 과거에 야기된 이들 문제들의 관점에서 착상하게 되었다. 본 발명의 하나의 목적은 변속 시간을 짧게 함으로써 변속 응답을 향상시키는 동시에 변 속 충격을 감소시키는 엔진 토크 제어 장치를 제공하는 것이다.
목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 변속 제어부 및 엔진 출력 토크 제어부를 포함하는 엔진 토크 제어 장치를 제공한다. 변속 제어부는 변속 유닛의 중립 상태를 달성하기 위해서 저단 변속시 분리되는 클러치를 선택적으로 작동시키도록 구성된다. 엔진 출력 토크 제어부는 실제 엔진 속도가 저단 변속 후에 목표 속도에 도달하도록 엔진으로부터의 엔진 출력 토크의 피드백 제어를 수행하기 위해서 구성되고, 클러치는 엔진 속도가 동기화되어진 후에 변속을 수행하도록 결합된다. 엔진 출력 토크 제어부는 적어도 비례 제어 및 미분 제어를 갖는 피드백 제어를 수행하도록 또한 구성되고, 미분 제어는 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 정지된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 태양 및 장점들이 부가된 도면에 관련하여 기술되고 본 발명의 바람직한 실시예가 개시되는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
본 발명의 선택된 실시예가 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명의 실시예의 다음의 상세한 설명은 단지 설명을 위해 제공되는 것이고 부가된 도면과 그 등가물에 의해 한정된 바와 같이 본 발명을 제한할 목적을 위한 것은 아니다.
먼저 도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 일치하는 엔진 토크 제어 장치 또는 시스템이 장착되어 있는 내연 기관(1)이 개략적으로 예시되어 있다. 도1에서, 엔진(1)은 흡입 공기가 엔진(1)의 각각의 실린더에 공급되도록 공기 흡입 통로 (2)를 통해 흡입 공기를 수용한다. 공기 흡입 통로(2)를 통해 각각의 실린더로 지나가는 흡입 공기는 스로틀 밸브(4)를 작동시키는 스로틀 모터(3)를 제어함으로써 조절된다. 스로틀 모터(3)에 의한 스로틀 밸브(4)의 작동은 종래의 방식으로 달성될 수 있다. 스로틀 모터(3)에 의한 스로틀 밸브(4)의 작동이 종래의 방식으로 달성될 수 있기 때문에, 이들 구조들은 본 명세서에서 상세하게 기술하거나 설명하지 않을 것이다.
자동 변속기(5)는 종래의 방식으로 엔진(1)의 출력 샤프트(1a)에 연결된다. 이 자동 변속기(5)는 자동 변속 모드뿐만 아니라 운전자가 수동으로 변속을 수행할 수 있게 하는 수동 변속 모드를 구비한다. 자동 변속기(5)는 기본적으로 토크 변환기(6), 변속 기구(기어 기구)(7) 및 유압 제어 기구(8)를 포함한다. 토크 변환기(6)는 엔진(1)의 출력 샤프트(1a)에 연결되고, 변속 기구(7)는 이 토크 변환기(6)의 출력 측면에 연결된다. 유압 제어 기구(8)는 변속 기구(7)의 다양한 변속 요소(9)(클러치 등등)를 결합하고 분리시키도록 구성되고 배열된다.
유압 제어 기구(8)의 작동 유압은 여러 가지의 전자기 밸브를 통해 제어된다. 여러 가지의 전자기 밸브는 당업계에서 잘 알려져 있는 종래의 부품들이다. 전자기 밸브가 당업계에 잘 알려져 있기 때문에, 이들 구조들은 본 명세서에서 상세하게 기술하거나 설명하지 않을 것이다. 또한, 단순성과 간결성을 도모하기 위해서 단지 4개의 변속 솔레노이드(10)와 하나의 록크-업(lock-up) 솔레노이드(11)만이 본 명세서에 도시될 것이다. 변속 솔레노이드(10)는 자동 변속 작동을 수행하도록 구성되고 배열된다. 록크-업 솔레노이드(11)는 엔진(1)으로부터 자동 변속 기(5)로 직접 토크를 전달하기 위하여 토크 변환기(6)를 록크-업하도록 구성되고 배열된다.
엔진(1)의 작동은 엔진 제어 유닛(EGCU, 12)에 의해 제어되고, 자동 변속기(5)의 작동은 자동 변속 제어 유닛(ATCU, 13)에 의해 제어된다. 엔진 제어 유닛(12)과 자동 변속 제어 유닛(13)은 검출 신호를 포함하는 특정한 정보를 양쪽 사이로 서로 간에 보내게 하는 통신 라인(14)에 의해 연결된다. 따라서, 변속 솔레노이드(10)와 록크-업 솔레노이드(11)는 아래에 설명되는 바와 같이 변속 솔레노이드(10)와 록크-업 솔레노이드(11)의 결합 및 분리를 선택적으로 제어하도록 동작할 수 있게 엔진 제어 유닛(12)과 자동 변속 제어 유닛(13) 양쪽에 연결된다.
엔진 제어 유닛(12)은 바람직하게 엔진(1)의 작동을 제어하는 엔진 제어 프로그램을 갖는 마이크로컴퓨터를 포함한다. 유사하게, 자동 변속 제어 유닛(13)은 바람직하게 자동 변속기(5)의 작동을 제어하는 자동 변속기 제어 프로그램과, 고단 변속 및 저단 변속 작동을 수행하도록 변속 솔레노이드(10) 및 록크-업 솔레노이드(11) 뿐만 아니라 전자기 밸브를 제어하는 자동 변속 제어 프로그램을 갖는 마이크로컴퓨터를 포함한다. 또한, 제어 유닛(12, 13)은 입력 인터페이스 회로, 출력 인터페이스 회로와 같은 다른 종래의 부품들과, ROM(읽기 전용 메모리) 디바이스와 RAM(랜덤 액세스 메모리) 디바이스와 같은 저장 디바이스를 포함한다. 제어 유닛(12, 13)을 위한 정확한 구조 및 알고리즘이 본 발명의 기능을 수행할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합일 수 있다는 것은 이 개시내용으로부터 당업자에게는 명백해질 것이다. 다시 말하면, 명세서 및 청구범위에서 이용되는 바와 같은 "수단 및 기능(means plus function)" 항목은 "수단 및 기능" 항목의 기능을 수행하도록 이용될 수 있는 임의의 구조 또는 하드웨어 및/또는 알고리즘 또는 소프트웨어를 포함해야 한다. 또한, 제어 유닛(12, 13)은 도시된 바와 같이 하나 이상의 프로세서를 갖춘 단일 전자 제어 유닛(ECU) 내로 통합될 수 있다. 다시 말하면, 제어 유닛(12, 13)은 별도의 부품을 구비할 수 있거나 부품을 공유할 수 있다.
여러 가지의 신호들이 스로틀 센서(21), 가속 작동 센서(22), 물 또는 냉각제 온도 센서(23), 엔진 속도 센서(24) 및 차량 속도 센서(25)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 센서들로부터 엔진 제어 유닛(12)에 입력된다. 이들 신호들은 필요하거나 혹은 바라는 대로 자동 변속 제어 유닛(13)으로 통신 라인(14)에 의해 보내진다. 스로틀 센서(21)는 스로틀 밸브(4)의 스로틀 개방의 양 또는 정도를 검출하고, 스로틀 밸브(4)의 스로틀 개방도를 지시하는 신호를 엔진 제어 유닛(12)으로 출력하도록 구성되고 배열된다. 가속 작동 센서(22)는 가속 페달 가압량(APS)을 검출하고, 가속 페달 가압량(APS)을 지시하는 신호를 엔진 제어 유닛(12)으로 출력하도록 구성되고 배열된다. 물 또는 냉각제 온도 센서(23)는 엔진 냉각수 또는 냉각제 온도(Tw)를 검출하고, 엔진 냉각제 온도(Tw)를 지시하는 신호를 엔진 제어 유닛(12)으로 출력하도록 구성되고 배열된다. 엔진 속도 센서(24)는 엔진 속도(Ne)를 검출하고, 엔진 속도(Ne)를 지시하는 신호를 엔진 제어 유닛(12)으로 출력하도록 구성되고 배열된다. 차량 속도 센서(25)는 차량 속도(VSP)를 검출하고, 차량 속도(VSP)를 지시하는 신호를 엔진 제어 유닛(12)으로 출력하도록 구성되고 배열된다.
여러 가지의 신호들이 기어 위치 센서(26), 변속 모드 스위치(27) 및 변속 위치 센서(28)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 센서로부터 자동 변속 제어 유닛(13)에 입력된다. 이들 신호들은 필요하거나 혹은 바라는 대로 엔진 제어 유닛(12)으로 통신 라인(14)에 의해 보내진다. 기어 위치 센서(26)는 자동 변속기(5)의 기어 기구의 기어 위치(Gp)를 검출하고, 기어 위치(Gp)를 지시하는 신호를 자동 변속 제어 유닛(13)에 출력하도록 구성되고 배열된다. 변속 모드 스위치(27)는 자동 변속기(5)의 변속 모드(자동 변속 모드 또는 수동 변속 모드)를 설정하고, 현재의 변속 모드를 지시하는 신호를 자동 변속 제어 유닛(13)에 출력하도록 구성되고 배열된다. 변속 위치 센서(28)는 변속 레버 위치(SP)를 검출하고, 변속 레버 위치(SP)를 지시하는 신호를 자동 변속 제어 유닛(13)에 출력하도록 구성되고 배열된다.
엔진 제어 유닛(12)은 상술된 다양한 센서로부터의 신호를 기초로 연료 분사 제어 및 점화 타이밍 제어와 같은 엔진 제어를 실행시키고, 목표 엔진 토크를 산출하고, 이 목표 엔진 토크가 얻어질 수 있도록 스로틀 밸브(4)의 개방도를 제어하기 위해서 스로틀 모터(3)를 구동시킨다(엔진 출력 토크 제어를 수행한다).
한편 자동 변속 모드에서, 자동 변속 제어 유닛(13)은 사전 설정 맵 등을 참조하여 최적의 기어를 설정하고, 가속 작동량(APS) 및 차량 속도(VSP)에 기초하여 최적의 기어가 달성되도록 변속 솔레노이드(10)를 제어한다. 수동 변속 모드에서, 자동 변속 제어 유닛(13)은 운전자가 고단 변속 또는 저단 변속으로 하기 위해서 변속 레버를 어느 쪽으로 사용하는지에 따라 기어를 하나의 더 높은 기어로 또는 하나의 더 낮은 기어로 설정하고, 선택된 기어가 달성되도록 변속 솔레노이드(10)를 제어한다.
또한 수동 변속 모드에서, 저단 변속 작동이 검출될 때(즉, 저단 변속 요구가 있을 때), 엔진 제어 유닛(12) 및 자동 변속 제어 유닛(13)에 의한 상호 제어는 현재[선-변속(pre-shift)] 기어를 위해 결합된 클러치의 분리를 초래하여서, 중립 상태가 얻어지고, 후-변속 목표 엔진 속도(이후에 목표 동기 속도로 칭함)를 산출하고, 실제 엔진 속도(rNe)가 목표 동기 속도(tNe)가 되도록 엔진 출력 토크를 제어하며, 그 후에 후-변속 기어를 위한 클러치가 결합됨으로써, 저단 변속시 변속 충격을 감소시킨다.
엔진 제어 유닛(12)에 의해 실행된 엔진 출력 토크 제어는 도2를 참조하여 이제 기술될 것이다. 도2는 저단 변속시 엔진 제어 유닛(12)에 의해 실행된 엔진 출력 제어의 단순화된 블록도이다. 도2에 도시된 바와 같이, 엔진 제어 유닛(12)의 엔진 출력 제어 기능은 운전자 요구 토크 산출부(210), 목표 동기 속도 산출부(202), 동기 토크 산출부(203), 자동 변속기 요구 반영기(204) 및 토크/스로틀 개방도 변환기(205)를 포함한다. 본 발명의 이 구성과 관련하여, 아래에 설명되는 바와 같이, 엔진 속도가 목표 속도에 도달할 때까지 그리고 소정치(속도)가 얻어질 때까지 미분 제어는 정지되고, 비례 제어를 포함하는 피드백 제어가 실행되고, 목표 속도가 얻어지고 소정치가 얻어진 시점에서, 미분 제어가 추가되며 비례 제어 및 미분 제어를 포함하는 피드백 제어가 실행된다. 결과적으로, 엔진 속도 상승율은 엔진 속도가 목표 속도에 도달하기 바로 전까지 높게 유지되고, 엔진 속도 상승 율은 목표 속도가 도달되기 바로 전에 하강됨으로써, 오버슈트(overshoot)를 억제하며, 따라서 변속 충격의 감소와 변속 응답의 향상이 달성될 수 있다.
도2에서, 운전자 요구 토크 산출부(201)는 가속 작동량(APS)에 기초하여 운전자에 의해 요구된 엔진 출력 토크(요구된 엔진 토크)(TTEIF)를 산출하도록 구성된다. 그리고 나서, 이 요구된 엔진 토크(TTEIF)는 자동 변속 요구 반영기(204)에 출력된다.
목표 동기 속도 산출부(202)는 자동 변속 제어 유닛(13)으로부터 입력된 후-변속 기어 위치(기어 비율)(NEXTGP)와 차량 속도(VSP)로부터 목표 동기 속도(tNe)를 산출하도록 구성된다. 그리고 나서, 목표 동기 속도 산출부(202)는 이 목표 동기 속도(tNe)를 동기 토크 산출부(203)로 출력하도록 구성된다.
목표 동기 속도 산출부(202)로부터의 목표 동기 속도(tNe)에 부가하여, 동기 토크 산출부(203)는 실제 엔진 속도(rNe)와 자동 변속 제어 유닛(13)으로부터 동기 제어 요구(예를 들어, 동기 제어 명령)를 수신한다. 동기 토크 산출부(203)는 실제 엔진 속도(rNe)를 목표 동기 속도(tNe)에 이르게 하기 위하여 사용된 엔진 출력 토크(이후에 동기 토크로서 칭함)(TQTMSTAC)를 산출하도록 구성된다. 동기 토크 산출부(203)는 이 동기 토크(TQTMSTAC)를 자동 변속 요구 반영기(204)에 출력하도록 구성된다. 동기 제어 명령은 수동 변속 모드에서 저단 변속 요구가 있을 때 자동 변속 제어 유닛(13)으로부터 출력된다. 동기 토크(TQTMSTAC)의 산출은 아래에 기술될 것이다(도3 참조).
자동 변속 요구 반영기(204)는 입력된 운전자 요구 토크(TTEIF)와 동기 토크 (TQTMSTAC)를 비교하여 둘 중에 더 큰 것을 선택하고, 목표 엔진 토크(TRQNTU)로서 선택된 토크를 토크/스로틀 개방도 변환기(205)로 출력한다. 일반적으로, 목표 엔진 토크(TRQNTU)로서 출력된 것은 수동 변속 모드에서 저단 변속 요구가 있을 때 동기 토크(TQTMSTAC)이고, 수동 변속 모드에서 저단 변속 요구가 없을 때 또는 자동 변속 모드일 때 운전자 요구 토크(TTEIF)이다.
토크/스로틀 개방도 변환기(205)는 입력된 목표 엔진 토크(TRQNTU)가 얻어질 수 있도록 목표 스로틀 개방도(TTVO)를 설정하도록 구성되고, 이 목표 스로틀 개방도(TTVO)를 스로틀 모터(3)로 출력한다. 결과적으로, 스로틀 모터(3)는 목표 스로틀 개방도(TTVO)를 달성하기 위해서 스로틀 밸브(4)를 구동시킨다. 도면에서 도시되지 않지만, 자동 안전 장치는 예를 들어 목표 엔진 토크(TRQNTU)가 회로 기능불량, 노이즈 등등 때문에 비정상치를 나타내는 경우에, 이 출력치가 제한될 수 있도록 제공될 수도 있다.
도3은 동기 토크 산출부(203)에 의해 실행된 동기 토크(TQTMSTAC)의 산출에서 포함된 상세한 블록도이다.
도3에 도시된 바와 같이, 동기 토크 산출부(203)는 엔진 출력 토크가 비례 제어 및 미분 제어를 이용하는 피드백 제어에 의해 제어되도록 구성된다. 그러므로, 동기 토크 산출부(203)는 비례 제어기(310)[속도 편차 산출부(311)와 비례 토크 산출부(312)를 포함], 미분 제어기(302)[미분 토크 산출부(321)와 출력 스위칭부(322)를 포함)], 제어 토크 산출부(303), 비교기(304), 및 동기 토크 출력부(305)를 포함한다.
속도 편차 산출부(311)는 입력된 목표 동기 속도(tNe)와 실제 엔진 속도(rNe) 사이의 속도 편차(err)(즉, err= tNe - rNe)를 산출하도록 구성된다. 또한, 속도 편차 산출부(311)는 속도 편차(err)를 비례 토크 산출부(312)로 출력한다.
비례 토크 산출부(312)는 입력된 속도 편차(tNe - rNe)와 비례 증가(Gp)로부터 비례 토크(TQTMSTACp)(즉, TQTMSTACp= Gp×err)를 산출하도록 구성된다. 또한, 비례 토크 산출부(312)는 이 비례 토크(TQTMSTACp)를 제어 토크 산출부(303)로 출력한다. 여기서, 고-증가 비례 제어는 실제 엔진 속도(rNe)가 목표 동기 속도(tNe)에 보다 빠르게 도달하도록 작용하게 수행된다.
한편, 미분 토크 산출부(321)는 입력된 실제 엔진 속도의 미분치[d(rNe)/dt]와 편차 증가(Gd)로부터 미분 토크(TQTMSTACd)[즉, TQTMSTACd= Gd×d(rNe)/dt]를 산출하도록 구성된다. 또한, 미분 토크 산출부(312)는 이 미분 토크(TQTMSTACd)를 출력 스위칭부(322)로 출력한다.
출력 스위칭부(322)는 속도 편차(err)와 실제 엔진 속도(rNe)에 기초하여 결정된 결과에 따라서 "0" 또는 미분 토크(TQTMSTACd)로 구성된다. 또한 출력 스위칭부(322)는 이 선택을 제어 토크 산출부(303)로 출력한다. 보다 구체적으로, 미분 추가 속도 편차(err2)는 실제 엔진 속도(rNe)에 기초한 도4에 도시된 맵(미분 추가 속도 편차 설정 맵)을 참조하여 산출된다. 따라서, 미분 추가 속도 편차(err2)는 출력 스위칭부(322)에 의해 속도 편차(err)와 비교된다. 속도 편차(err)가 미분 추가 속도 편차(err2)와 동일하거나 작을 때까지[즉, 실제 엔진 속도(rNe)가 목표 동기 속도(tNe)로부터 미분 추가 속도 편차(err2)를 감산함으로써 얻어진 미분 추가 속도에 도달할 때까지], 출력 스위칭부(322)는 "0"을 출력한다. 따라서 미분 토크(TQTMSTACd)는 단지 속도 편차(err)가 미분 추가 속도 편차(err2)와 동일하거나 작은 시점(실제 엔진 속도가 미분 추가 속도에 도달할 때)에서 출력된다.
예를 들어, 도4에서, 목표 동기 속도(tNe)가 6500 rpm이고, 실제 엔진 속도(rNe)가 5000 rpm이라면, 변화될 엔진 속도[즉, 속도 편차(err)]는 1500 rpm이다. 따라서, 실제 엔진 속도(rNe)가 5000 rpm일 때, 미분 추가 속도 편차(err2)는 대략 100 rpm이다. 이 경우에, 출력 스위칭부(322)는 속도 편차(err)가 100 rpm보다 더 크기 때문에[실제 엔진 속도(rNe)가 5900 rpm에 도달할 때까지] "0"을 출력한다. 그리고 나서, 출력 스위칭부(322)는 속도 편차(err)가 100 rpm 이하가 되는 시점[실제 엔진 속도(rNe)가 5900 rpm에 도달할 때]에서 단지 미분 토크(TQTMSTACd)를 출력할 것이다. 만약 목표 동기 속도(tNe)가 3500 rpm이고, 실제 엔진 속도(rNe)가 3000 rpm이라면, 속도 편차(err)는 500 rpm이다. 따라서, 실제 엔진 속도(rNe)가 3000 rpm일 때, 미분 추가 속도 편차(err2)는 대략 330 rpm이다. 이 경우에, 출력 스위칭부(322)는 속도 편차(err)가 330 rpm보다 더 크다면[실제 엔진 속도(rNe)가 3170 rpm에 도달할 때까지] "0"을 출력하고, 속도 편차(err)가 330 rpm 이하가 되는 시점[실제 엔진 속도(rNe)가 3170 rpm에 도달할 때]에서 단지 미분 토크(TQTMSTACd)를 출력한다.
한편, 도4에 도시된 미분 추가 속도 편차 설정 맵은, 엔진 속도가 비례 토크(TQTMSTACp)(속도 편차 및 실제 엔진 속도)에 의해 상승되는 것이 보다 쉬운 상태일수록, 실제 엔진 속도가 목표 동기 속도로부터 보다 멀리서, 미분 토크가 반영되고, 엔진 속도가 상승되는 것이 쉽지 않은 상태일수록, 실제 엔진 속도가 목표 동기 속도에 보다 근접하여서, 미분 토크가 반영되는 관점에서 작성된다. 미분 토크(TQTMSTACd)가 반영되는 타이밍(미분 제어의 부가)은 이 맵을 참조하여 적합하게 제어된다. 제어 토크 산출부(303)는 비례 토크(TQTMSTACp)와 동기 오프셋 토크를 현재의 동기 토크(TQTMSTAC)에 추가하고, 그리고 나서 출력 스위칭부(322)로부터 출력치를 감산하여서, 동기 토크(TQTMSTAC)를 재산출하도록 구성된다. 재산출된 동기 토크(TQTMSTAC)는 비교기(304)로 출력된다. 여기서, 동기 오프셋 토크는 적분 제어를 이용하지 않는 대신에 제공되고(즉, 적분 토크를 산출하지 않음), 이 실시예에서 "0" 이다.
그러므로, 속도 편차(err)가 미분 추가 속도 편차(err2)보다 더 클 때, 동기 토크(TQTMSTAC)는 TQTMSTAC(이전 값)+ Gp×err에 동등하고, 제어 토크 산출부(303)로부터 출력된다. 그러나, 속도 편차(err)가 미분 추가 속도 편차(err2) 이하일 때, 동기 토크(TQTMSTAC)는 TQTMSTAC(이전 값)+ Gp×err - Gd×d(rNe)/dt에 동등하고, 제어 토크 산출부(303)로부터 출력된다.
동기 오프셋 토크는 이 실시예에서 "0"으로 주어진다. 그러나, 동기 오프셋 토크는 제로가 아닌 값일 수 있거나 속도 편차(err)에 따라 변화 가능하게 설정될 수 있고, 적분 제어(상술된 비례 제어 및 미분 제어에 부가하여)가 이용될 수 있다.
비교기(304)는 입력된 동기 토크(TQTMSTAC)와 최대 가능 엔진 출력 토므를 비교하여, 둘 중에 더 작은 것을 선택하고, 그리고 나서 이 선택된 토크를 동기 토 크 출력부(305)로 출력한다.
동기 토크 출력부(305)는 자동 변속기 제어 유닛(13)으로부터 동기 제어 요구(동기 제어 명령)가 있는지 없는지에 따라 "0" 또는 입력된 동기 토크(TQTMSTAC)를 선택하도록 구성된다. 그리고 나서 동기 토크 출력부(305)는 이 선택을 자동 변속기 요구 반영기(204)로 출력한다(도2에 도시됨).
도5는 저단 변속 요구가 있을 때의 엔진 출력 토크 제어의 시간표이다.
저단 변속 요구(예를 들어 제3 기어로부터 제2 기어로)가 있을 때(시간 t1), 목표 동기 속도(tNe)(후-변속 엔진 속도)가 산출되고, 비례 토크(TQTMSTACp)는 목표 동기 속도(tNe)와 실제 엔진 속도(rNe) 사이의 편차에 기초한 목표 엔진 토크(TRQNTU)로서 출력된다(도2 및 도3에서 도시됨). 여기서, 비례 제어(301)는 상술된 바와 같이 고-증가 비례 제어를 수행하도록 설계되고, 스로틀 밸브(4)의 개방도는 더 크게 되도록 제어된다(도면에서, 스로틀은 예시로서 완전하게 개방되어 도시됨). 결과적으로, 실제 엔진 속도(rNe)는 목표 동기 속도(tNe)를 향해 빠르게 상승하기 시작한다. 또한, 이 시점에서, 클러치 분리 명령은 자동 변속 제어 유닛(13)으로부터 자동 변속기(5)의 솔레노이드(9, 10)로 출력되고, 제3 기어 클러치가 분리된다.
이후에, 실제 엔진 속도(rNe)는 상승하고, 속도 편차(err)가 미분 추가 속도 편차(err2) 이하가 될 때(실제 엔진 속도가 미분 추가 속도 편차에 도달할 때), 미분 토크(TQTMSTACd)를 반영하는 동기 토크(TQTMSTAC)는 목표 엔진 토크(TRQNTU)로 출력한다(시간 t2). 즉, 실제 엔진 속도(rNe)가 미분 추가 속도 편차에 도달할 때 까지, 엔진 속도는 비례 토크(TQTMSTACp)에 의해 빠르게 상슬되지만, 미분 추가 속도 편차가 도달된 이후에, 미분 토크(TQTMSTACd)는 또한 반영되고(감산되고), 결국 엔진 속도에서 더 느리게 상승하게 되며, 이것은 오버슈트를 방지하는 것을 돕는다.
일단 실제 엔진 속도(rNe)가 목표 동기 속도(tNe)에 일치하면, 클러치 결합 명령은 자동 변속기 제어 유닛으로부터 자동 변속기(5)의 솔레노이드(9, 10)로 출력되고, 샤프트는 결정된다(시간 t4).
상세하게 기술되지는 않지만, 점화 타이밍 지연 제어부(206)가 또한 사용될 수 있고(도2 및 도5에서 점선으로 도시됨), 여기서 엔진 출력 토크는 클러치 분리 기간의 후반, 예를 들어 편차 토크가 반영되는 타이밍과 동시에 또는 약간 뒤인 지연된 점화 타이밍에 의해 감소된다. 이것은 엔진 속도가 점화 타이밍의 지연에 의해 빠르게 감소되게 하고, 따라서 엔진 속도는 단지 스로틀 밸브보다 더 빠르게 목표 동기 속도에 일치될 수 있다(시간 t3).
상술된 실시예에 따라, 수동 변속 모드에서 저단 변속이 요구될 때, 만약 목표 동기 속도(tNe)와 실제 엔진 속도(rNe) 사이의 속도 편차(err)가 미분 추가 속도 편차(err2)보다 더 큰 경우에, 엔진 출력 토크는 속도 편차(err)에 기초하여 비례 제어에 의한 피드백 제어를 받는다. 미분 제어는 속도 편차(err)가 미분 추가 속도편차(err2) 이하가 되는 시점에서 추가되고, 그리고 나서 엔진 출력 토크는 비례 제어와 미분 제어에 의해 피드백 제어를 받는다. 이것은 오버슈트를 계속적으로 최소화시키고, 목표 동기 속도로의 일치를 향상시킨다. 다른 장점으로는, 피드백 제어가 이 경우에 적분 제어를 포함하지 않기 때문에, 물론 적분 제어를 수행할 수도 있지만, 제어가 보다 단순해 진다.
상술된 소정치는 비례 제어에 의한 피드백 제어가 비례 제어 및 미분 제어에 의한 피드백 제어로 변환되는 양으로 설정된다. 그러나, 이 소정치는 고정값이 아니고, 실제 엔진 속도(rNe)와 속도 편차(err)을 기초하여 설정된다. 결과적으로, 엔진 속도가 상승되는 것이 보다 쉬운 상태일수록, 실제 엔진 속도가 목표 동기 속도로부터 보다 멀리서, 미분 토크가 반영될 수 있고, 엔진 속도가 상승되는 것이 쉽지 않은 상태일수록, 실제 엔진 속도가 목표 동기 속도에 보다 근접하여서, 미분 토크가 반영될 수 있다. 여기서 상태에 따른 미분 토크의 반영(제어의 스위칭)이 적합한 타이밍에서 수행될 있기 때문에, 목표 동기 속도로의 일치와 시프트 응답이 향상된다.
또한, 만약 점화 타이밍 지연 제어가 미분 토크를 반영하는 것에 부가하여 또한 사용될 수 있다면, 속도 편차(err)가 미분 추가 속도 편차(err2) 이하인 시점에서, 또는 그 이후에, 엔진 속도의 응답은 단지 스로틀과 관련한 것보다 더 향상될 수 있어서, 오버슈트는 보다 더 회피될 수 있다. 따라서, 목표 동기 속도로의 일치와 시프트 응답이 더 향상된다.
위의 본 발명을 기술하기 위해 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구성요소, 부분, 장치 등에 의해 수행된 작동 또는 기능을 기술하기 위해서 본 명세서에 사용된 용어 "검출(detect)"은, 물리적 검출을 요구하는 것이 아니라, 작동 또는 기능을 수행하기 위해 결정, 측정, 모델링, 예측 또는 산출하는 구성요소, 부분 또는 장치 등을 포함한다. 구성요소, 부분 또는 장치의 일부분을 기술하기 위해 본 명세서에 사용된 용어 "구성된"은 바람직한 기능을 수행하도록 구성되거나 혹은 프로그램된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 또한, 청구범위에서 "수단 및 기능(means plus function)"으로 표현된 용어는 본 발명의 일부분의 기능을 수행하도록 이용될 수 있는 어떤 구조를 포함하여야 한다. 본 명세서에 사용된 "실질적으로", "약" 및 "대략"과 같은 정도를 나타낸 용어는 최종 결과치가 크게 변화되지 않도록 수식화된 용어의 합당한 정도의 편차를 의미한다. 예를 들어, 이들 용어는 이 편차가 수식화된 단어의 의미를 부정하지 않는 경우에 수식화된 용어의 적어도 ±5%의 편차를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
단지 선정된 실시예가 본 발명을 설명하도록 선택되었지만, 다양한 변화 및 수정들이 첨부된 청구범위에서 한정되는 바와 같이 본 기술 내용으로부터 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 행해질 수 있다는 것은 당업자에게 명백해질 것이다. 또한, 본 발명에 따른 실시예의 전술의 기술은 단지 설명을 위해 제공되고, 첨부된 청구범위와 그 등가물에 의해 한정된 바와 같이 본 발명을 제한할 목적을 위한 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 개시된 실시예에 제한되지 않는다.
본 발명의 구성에 따라, 오버슈트를 억제하고, 변속 충격에서의 감소와 변속 응답에서의 향상이 달성될 수 있다.

Claims (12)

  1. 변속 유닛의 중립 상태를 달성하기 위해서 저단 변속시 분리되는 클러치를 선택적으로 작동시키도록 구성된 변속 제어부와,
    실제 엔진 속도가 저단 변속 후에 목표 속도에 도달하고 엔진 속도가 동기화되어진 후에 클러치가 변속을 수행하기 위해서 결합하도록 엔진으로부터의 엔진 출력 토크의 피드백 제어를 수행하기 위해 구성된 엔진 출력 토크 제어부를 포함하고,
    상기 엔진 출력 토크 제어부는 적어도 비례 제어와, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 정지되는 미분 제어를 갖는 피드백 제어를 수행하도록 구성되는 엔진 토크 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 엔진 출력 토크 제어부는 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치를 넘는 경우에 비례 제어를 이용하는 엔진 출력 토크의 피드백 제어를 수행하도록 구성되고, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 된 이후에는, 엔진 출력 토크의 피드백 제어가 비례 제어 및 미분 제어에 의해 수행되는 엔진 토크 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 엔진 출력 토크 제어부는 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치를 넘는 경우에 비례 제어 및 적분 제어를 이용하는 엔진 출력 토크의 피드백 제어를 수행하도록 구성되고, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 된 이후에는, 엔진 출력 토크의 피드백 제어가 비례 제어, 적분 제어 및 미분 제어에 의해 수행되는 엔진 토크 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 엔진 출력 토크 제어부는 실제 엔진 속도에 따라 그리고 실제 엔진 속도와 목표 속도 사이의 편차에 따라 소정치를 설정하도록 구성되는 엔진 토크 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 된 후에 점화 타이밍 지연 제어를 수행하도록 구성된 점화 타이밍 지연 제어부를 더 포함하는 엔진 토크 제어 장치.
  6. 제2항에 있어서, 엔진 출력 토크 제어부는 실제 엔진 속도에 따라 그리고 실제 엔진 속도와 목표 속도 사이의 편차에 따라 소정치를 설정하도록 구성되는 엔진 토크 제어 장치.
  7. 제2항에 있어서, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 된 후에 점화 타이밍 지연 제어를 수행하도록 구성된 점화 타이밍 지연 제어부를 더 포함하는 엔진 토크 제어 장치.
  8. 제3항에 있어서, 엔진 출력 토크 제어부는 실제 엔진 속도에 따라 그리고 실제 엔진 속도와 목표 속도 사이의 편차에 따라 소정치를 설정하도록 구성되는 엔진 토크 제어 장치.
  9. 제3항에 있어서, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 된 후에 점화 타이밍 지연 제어를 수행하도록 구성된 점화 타이밍 지연 제어부를 더 포함하는 엔진 토크 제어 장치.
  10. 제4항에 있어서, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 된 후에 점화 타이밍 지연 제어를 수행하도록 구성된 점화 타이밍 지연 제어부를 더 포함하는 엔진 토크 제어 장치.
  11. 변속 유닛의 중립 상태를 달성하기 위해서 저단 변속시 분리되는 클러치를 선택적으로 작동시키기 위한 변속 제어 수단과,
    실제 엔진 속도가 저단 변속 후에 목표 속도에 도달하고 엔진 속도가 동기화되어진 후에 클러치가 변속을 수행하기 위해서 결합하도록 엔진으로부터의 엔진 출력 토크의 피드백 제어를 수행하고, 적어도 비례 제어와, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 정지되는 미분 제어를 갖는 피드백 제어를 수행하기 위한 엔진 출력 토크 제어 수단을 포함하는 엔진 토크 제어 장치.
  12. 변속 유닛의 중립 상태를 달성하기 위해서 저단 변속시 분리되는 클러치를 선택적으로 작동시키는 단계와,
    실제 엔진 속도가 저단 변속 후에 목표 속도에 도달하고 엔진 속도가 동기화되어진 후에 클러치가 변속을 수행하기 위해서 결합하도록 엔진으로부터의 엔진 출력 토크의 피드백 제어를 수행하는 단계와,
    적어도 비례 제어와, 목표 속도와 실제 엔진 속도 사이의 편차가 소정치 이 하가 될 때까지 정지되는 미분 제어를 포함하는 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함하는 엔진 토크 제어 방법.
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