KR100741589B1 - 변속비를 변경하는 동안 구동 트레인 제어부에 의한자동차 엔진과 클러치의 통합 제어를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변속비를 변경하는 동안 구동 트레인 제어부에 의해 자동차 엔진과 클러치의 통합 제어를 위해, 자동차 엔진과 상기 클러치 각각에 하나 이상의 조절 수단이 할당되고, 상기 조절 수단을 이용하여 구동 트레인 제어부를 통해 엔진 토크 목표값 또는 클러치 토크 목표값의 설정이 달성되는 (토크 형성) 방법에 관한 것이다.

시점(t)에서 상기 클러치 토크(md_{k, soll})를 위한 목표값은 클러치 출력 기준 토크(md_{ka, est}) (토크 궤적)에 따라서 정해지며, 시점(t)에서 상기 엔진 토크(md_{m, soll})를 위한 목표값이 조절량(md_{m, r})과 제어량(md_{m, s})으로 구성되고, 상기 조절량(md_{m, r})은 시점(t)에서 엔진 기준 속도(n_{m, ref}) (속도 궤적)에 대한 엔진 속도(n_m)의 편차로부터 얻어지며, 상기 제어량(md_{m, s})은 시점(t)에서 상기 속도 궤적(n_{m, ref}), 상기 속도 궤적(n_{m, ref})의 미래 기울기 및 상기 토크 궤적(md_{ka, ref}) 및 상기 자동차 엔진의 조절값의 과거 기울기에 따라서 정해진다(예측 가능한 엔진 제어부).

목표값, 클러치 토크, 엔진 토크, 기준 출력 토크, 엔진, 클러치

Description

변속비를 변경하는 동안 구동 트레인 제어부에 의한 자동차 엔진과 클러치의 통합 제어를 위한 방법 {METHOD FOR THE COORDINATED CONTROL OF AN ENGINE AND A CLUTCH BY MEANS OF DRIVE TRAIN CONTROL DURING GEARSHIFT OPERATIONS}

도1은 엔진 토크 목표값과 클러치 토크 목표값의 검출을 위한 블록 선도.

도2는 변속비를 변경하는 동안 자동차 엔진의, 예를 들어 변속기 입력축의 속도 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 자동차 엔진 12 : 클러치

md_{m, soll} : 엔진 토크 md_{k, soll} : 클러치 토크

md_{ka, ref} : 토크 궤적 f_{fw, est} : 주행 저항

md_{k, r} : 조절량 md_{k, s} : 제어량

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 언급한 특징을 포함하는 변속비를 변경하는 동안 구동 트레인 제어부에 의한 차량 엔진과 클러치를 통합 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

현대의 자동차는 구동 유니트들을 포함하고 있으며, 그 유니트는 수적으로 계속 증가하고 있으며 자동화되어 있다. 그러므로, 운전자가 엔진 출력을 요구할 때 특히 편안한 발진 및 신속하고 편안한 변속을 실현하기 위해, 상기 개별 유니트들의 통합 제어가 필요하게 된다. 자동화된 유니트로는 변속기, 클러치 및 자동차 엔진이 해당된다. 그러나 특히 후자의 양 요소의 통합 제어는 실제로 현저한 어려움을 초래하고 있다. 따라서, 한편으로 엔진 토크를 위한 목표값이 엔진 출력 제어부에 의해 상기 자동차 엔진에 미리 설정되어야 하며, 다른 한편으로 클러치 토크를 위한 목표값이 자동 클러치에 미리 설정되어야 한다. 상기 클러치를 연결 중에 자동차 가속도는 등가속도가 되며 구동 트레인의 진동 초래는 억제되도록, 엔진 속도의 정확한 제어가 필요로하게 된다. 그러한 정확한 제어가 종래기술의 방법을 통해서는 지금까지 불가능하였다.

청구항 제1항의 전제부에 언급한 특징을 포함하는 차량 엔진과 클러치의 통합 제어를 위한 본 발명에 따른 방법에 의해 상기 양 유니트는 특히 확실하고 정확하게 통합 제어될 수 있다.

(a) 시점(t)에서 상기 클러치 토크를 위한 목표값은 클러치 출력 기준 토크 (토크 궤적(torque trajectory))에 따라서 정해지며,

(b) 시점(t)에서 상기 엔진 토크를 위한 목표값은 조절량(regulating value)과 제어량(control value)으로 이루어지고, 상기 조절량은 시점(t)에서 엔진 기준 속도 (속도 궤적(speed trajectory))에 대한 엔진 속도의 편차로부터 얻어지며, 상기 제어량은 시점(t)에서의 상기 속도 궤적, 상기 속도 궤적과 상기 토크 궤적의 미래 기울기, 그리고 자동차 엔진의 조절값들의 과거 기울기에 따라서 (예측 가능한(predictive) 엔진 제어부)에 의해 정해짐으로써, 최적의 커플링 과정을 위한 정상 조건들이 설정되지 않아도 되며, 그 대신에 상기 목표값들의 적응은 검출된 작동변수나 작동모드를 참고하여 직접 이루어질 수 있다.

상기 속도 궤적은 운전자 요구, 운전자 유형, 변속 전후에 변속비의 차, 주행 상황, 변속 종료 후의 목표 구동 출력 및 변속 초기에서 엔진 속도와 변속기 입력 속도의 차에 따라서 정해질 수 있다. 이 때 특히 바람직한 것으로 증명된 것은 먼저, 상기 기준 기간이 상기 입력값, 운전자 요구, 운전자 유형, 변속비의 차, 주행 상황 및 목표 구동 출력을 포함하는 특성 곡선으로부터 판독될 수 있다는 것이다.

그 외에도, 바람직한 것으로 증명된 것은 상기 클러치 토크는 시점(t)에서 조절량과 제어량으로 이루어진다는 것이다. 또한, 상기 조절량은 시점(t)에서 이미 평가된 클러치 출력 토크와 토크 궤적 사이의 편차로부터 검출될 수 있는 반면, 상기 제어량은 상기 토크 궤적에 따라서 정해진다.

상기 방법의 또 다른 유리한 구성에서, 상기 토크 궤적은 상기 변속비의 변경 종료 시에 원하는 구동 출력이 얻어지도록 설정된다. 상기 토크 궤적의 결정은 커플링 후에 구동 토크로 조정되는 주행 저항을 고려하여 이루어지는 것이 바람직하다.

그 외에도, 예측가능한 엔진 제어를 위해 변속기 기준 속도 및 데드타임 반응이 토크를 필요로 하는 경우 고려될 수 있다. 이와 같이 상기 엔진 속도의 예측은 특히 정확하게 실시될 수 있다.

더 나아가서, 예측 가능한 엔진 제어를 위해 상기 토크 궤적을 미래 시간 인터벌(예측 범위) 동안 고려하는 것이 바람직하며, 클러치 출력 토크는 시점(t)에서 거의 상기 토크 궤적을 따라간다. 상기 예측 범위의 데드타임 반응과 토크 궤적에 의해 자동차 엔진의 반응은 자동차 엔진의 각속도와 질량 관성 모멘트에 따라서 예견될 수 있다.

전반적으로, 전술한 조치에 의해 예측가능한 엔진 제어 동안 예측가능한 엔진 속도가 예측 범위의 종료 시에 계산될 수 있다. 그런 경우, 예측된 엔진 속도에 의해 상기 토크 궤적의 보정 기울기가 계산된다. 끝으로, 상기 보정 기울기로부터 상기 자동차 엔진의 토크를 위한 조절값들이 결정될 수 있다. 전술된 조치를 통해 상기 클러치 연결과 자동차 가속이 특히 편안하고 신속하게 실행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 유리한 구성은 종속항에 제시된 나머지 특징으로부터 도출된다.

자동차 엔진 및 클러치 또는 자동 변속기와 같은 자동화된 유니트를 포함하는 구동 트레인에서는 변속비를 변경하는 동안 상기 유니트들을 통합 제어해야 한다. 이를 위해 일반적으로는 상기 유니트들에 하나의 구동 트레인 제어부를 할당하므로, 상기 구동 트레인 제어부를 통해 상기 개별 유니트들의 작동변수와 작동모드가 검출되고 평가되며 상기 유니트에 할당된 조절 수단을 위한 적절한 조절값들이 제공될 수 있다. 본 방법의 대상은 엔진 토크(md_{m, soll}) 또는 클러치 토크(md_{k, soll})를 위한 목표값의 조절을 통합 제어하는 것이다(토크 형성).

도1에는 자동차 엔진(10)을 위한 목표값(md_{m, soll}) 또는 클러치(12)를 위한 목표값(md_{k, soll})을 검출하기 위한 다이어그램이 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 목표값은 한 시점(t)에서 적합한 조절 수단에 의해 상기 엔진(10) 또는 클러치(12)에 설정된다.

상기 클러치 토크(md_{k, soll})는 클러치 출력 기준 토크(md_{ka, ref}) (토크 궤적)에 따라서 정해진다. 상기 실시예에 따라 상기 클러치 토크(md_{k, soll})는 조절량(md_{k, r})과 제어량(md_{k, s})으로 이루어진다. 상기 조절량(md_{k, r})은 레귤레이터(16)의 출력값이며, 상기 레귤레이터의 입력값은 토크 궤적(md_{ka, ref})과 평가부(18)에 의해 평가된 클러치 출력 토크(md_{ka, est}) 사이의 제어 편차이다. 상기 제어량(md_{k, s})은 연산 블록(클러치 레귤레이터(20))에 의해 검출된다.

상기 평가부(18)를 통해 평가된 상기 토크(md_{ka, est})의 제공은 다음과 같이 실시될 수 있다:

변속비를 변경하는 동안 인장력은 차단되므로, 변속기 출력축에는 토크가 제공되지 않는다. 이 때 제동이 없으면, 자동차 종가속도(a_{l, zu})가 거의 변함없다. 상기 종가속도(a_{l, zu})에 의해 주행 저항이 결정될 수 있다.

먼저, 상기 값(a_{l, zu})은 인장력을 차단하는 동안 자동차 종가속도를 위한 값들의 평균화를 통해 정해진다(변속기 출력축으로의 토크 전달 μg = 0). 이 때 상기 자동차 종가속도는 가속도 센서의 측정 신호로부터 검출되거나 그렇지 않으면 변속기 출력 속도(n_ga)의 시간에 대한 도함수로부터도 검출될 수 있다. 상기의 평가된 상기 주행 저항(f_{fw, est})은 계산식

제공되며, 상기 식에서 m_fzg은 자동차 질량이며 Θ은 상기 변속기 출력까지의 샤프트와 차륜의 회전 관성 모멘트 및 변속기 출력에서 변속기의 회전 질량의 회전 관성 모멘트에 대한 값이다.

상기 인장력을 차단하는 동안 검출되는 값(f_{fw, est})은 커플링 동안 유지되며 상기 토크(md_{ka, est})의 평가에 이용된다. 먼저, 상기 토크 형성 단계 동안 이미 평가된 인장력(f_{zug, est})은 다음의 계산식

을 통해 정해진다. 그 후, 이미 평가된 클러치-출력 토크(md_{k, est})는 다음의 계산식

을 통해 정해진다.

상기 식에서 r_dyn는 동적 차륜 반경이며 μ_diff는 차동 기어의 토크 증폭도이고 μg는 변속 기어의 토크 증폭도이다.

상기 토크 궤적(md_{ka, ref})은 변속 종료 시에 한 시점(t_targ)에서 구동출력(pw_{an, soll})이 얻어지도록 설정된다.

도1의 상부에는 엔진(10)을 위한 목표값(md_{m, soll})의 검출을 위한 과정이 개략적으로 도시되어 있다. 그 외에도, 상기 목표값은 조절량(md_{m, r})과 제어량(md_{m, s})으로 이루어진다. 상기 조절량(md_{m, r})은 레귤레이터(24)에서 엔진 속도(n_m)와 속도(n_{m, ref}) 사이의 제어 편차로부터 정해진다. 예측가능한 엔진 제어부(26)에 의해 상기 제어량(md_{m, s})은 이후 더욱 상세히 설명되는 방식으로 결정된다.

상기 속도 궤적(n_{m, ref})은 운전자 요구, 운전자 유형, 변속 전후에 변속비의 차(s_id), 주행 상황, 변속 종료 후의 목표 구동 출력(pw_{an, soll}) 및 변속 초기에서 엔진 속도(n_{m, ini})와 변속기 입력 속도(n_{ge, ini})의 차(n_{δ, ini})에 따라서 정해질 수 있다. 먼저, 이를 위해 기준 기간(t_{ek, ref})은 상기 입력값, 운전자 요구, 운전자 유형, 변 속비 차(s_id), 주행 상황 및 목표 구동 출력(pw_{an, soll})을 포함하는 특성 곡선으로부터 판독될 수 있다.

예측 가능한 엔진 제어부(26)에서 입력값으로서 상기 속도 궤적(n_{m, ref}), 상기 속도 궤적(n_{m, ref})과 상기 토크 궤적(md_{ka, ref})의 미래 기울기, 그리고 상기 자동차 엔진(10)의 과거 조절값이 입력된다. 그 외에도 변속기 입력 기준 속도(n_{ge, ref})도 고려될 수 있다. 이것은 실제의 변속기 출력 속도(n_ga)와 원하는 변속비의 속도비(u_targ)를 곱해서 얻어진다:

n_ge,ref = n_ga · U_targ

예측 가능한 엔진 제어부(26)의 검출 시에 다음과 같은 조치를 설명하기 위해, 도2에는 상기 변속기 입력축, 자동차 엔진(10) 및 속도 궤적(n_{m, ref})의 속도의 기울기가 도시되어 있다. 시점(t₀)에서 변속 초기에 상기 변속기 입력축과 자동차 엔진(10)은 상당히 다른 속도(포인트 1과 5)를 가지며, 시점(t_targ) (포인트 6)에서는 상기 속도들이 서로 같아진다. 상기 포인트 1에서 출발하여, 이미 설명한 것처럼, 상기 속도 궤적(n_{m, ref})이 검출되고 설정되는 반면, 상기 실제 속도(n_m)는 예를 들어 차속 센서에 의해 측정될 수 있다. 시점(t)에서 상기 속도의 목표값과 그의 실제값 사이에 차가 생긴다(포인트 2와 3). 상기 속도의 실제값이 상기 속도 궤적(n_{m, ref})에서 같아지려면, 상기 속도(n_m)의 미래 위치가 시간 인터벌(T_pred ) 후에 결정되어야 한다. 이는 예측가능한 엔진 제어부(26)의 중요한 요소이다.

바람직한 것으로 증명된 것은 예측가능한 엔진 제어부(26)에 필요 토크와 실제 토크 사이의 데드타임 응답 역시 입력할 수 있다는 것이다. 이 때 다음의 식이 적용된다:

md_m(t) = md_m,soll(t-T_t)

상기 식에서 T_t는 토크 발생 동안 상기 엔진(10)의 유효 데드타임이다. 그 외에도 토크 궤적(md_{ka, ref})의 미래 기울기가 상기 시간 인터벌(T_pred)에서 입력된다. 이 점은 클러치 출력 토크(md_ka(t))가 시점(t)에서 토크 궤적(md_{ka, ref})을 따라간다는 데에 기초하고 있다.

전술된 값들에 의해 상기 자동차 엔진(10)의 반응은 시간 인터벌(T_pred) 동안 다음의 계산식

에 따라 결정되고, 상기 식에서 Θ_m은 질량 관성 모멘트이고 ωdot_m(t)은 시점(t)에서 자동차 엔진(10)의 각속도이다. 그와 관련하여, 상기 엔진(10)의 각속도(ω_m)의 예측이 시점(t+T_pred)에서 다음의 관계식

에 의해 이산 적분에 의해 결정될 수 있다. 후자의 예측 단계의 결과는 시점(t+T_pred)에서 예측되는 엔진 속도(n_{m, p})이다. 상기의 예측되는 엔진 속도(n_{m, p})에 근거하여, 상기 속도 궤적(n_{m, ref})의 보정 기울기는 시점(t+T_pred) 내지 시점(t_targ )까지 검출된다. 이를 위해 그 때까지 유효한 궤적(n_{m, ref})의 결정을 위한 식과 동일한 식이 이용될 수 있다. 그렇게 검출된 새로운 궤적(m_{m, ref})은 그의 초기에 시점(t+T_pred)에서 상기 각속도에 대한 기울기(ωdot_{m, ps})를 가지며, 그것에 의해 다음의 식

에 의해 자동차 엔진(10)의 조절 수단을 위한 조절값(md_{m, s})이 검출된다.

본 발명에 따르면, 자동차의 엔진과 클러치가 확실하고 정확하게 통합 제어되어 자동차가 편안하게 발진과 신속하고 안락한 변속이 실현된다.

Claims (13)

1. 변속비를 변경하는 동안 구동 트레인 제어부에 의해 자동차 엔진과 클러치를 통합 제어하기 위한 방법으로서, 자동차 엔진과 상기 클러치 각각에 적어도 하나의 조절 수단이 할당되고, 상기 조절 수단을 이용하여 구동 트레인 제어부를 통해 엔진 토크 또는 클러치 토크에 대한 목표값이 조정(토크 형성)되는 방법에 있어서,

   (a) 시점(t)에서 상기 클러치 토크를 위한 목표값(md_{k, soll})은 클러치 출력 기준 토크(md_{ka, ref}) (토크 궤적)에 따라서 정해지는 단계와,

   (b) 시점(t)에서 상기 엔진 토크를 위한 목표값(md_{m, soll})은 조절량(md_{m, r})과 제어량(md_{m, s})으로 구성되고, 상기 조절량(md_{m, r})은 시점(t)에서 엔진 기준 속도(n_{m, ref}) (속도 궤적)에 대한 엔진 속도(n_m)의 편차로부터 얻어지며, 상기 제어량(md_{m, s})은 시점(t)에서의 상기 속도 궤적(n_{m, ref}), 상기 속도 궤적(n_{m, ref})과 상기 토크 궤적(md_{ka, ref})의 미래 기울기, 그리고 상기 자동차 엔진의 조절값들의 과거 기울기에 따라서 정해지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 속도 궤적(n_{m, ref})은 운전자 요구, 운전자 유형, 변속 전후에 변속비의 차(s_id), 주행 상황, 변속 종료 후의 목표 구동 출력(pw_{an, soll}) 및 변속 초기에서 엔진 속도(n_{m, ini})와 변속기 입력 속도(n_{ge, ini})의 차(n_{δ, ini} )에 따라서 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클러치 토크(md_{k, soll})는 시점(t)에서 조절량(md_{k, r})과 제어량(md_{k, s})으로 이루어지며, 상기 조절량(md_{k, r})은 시점(t)에서 평가된 클러치 출력 토크(md_{ka, est})와 상기 토크 궤적(md_{ka, ref}) 사이의 편차로부터 얻어지며, 상기 제어량(md_{k, s})은 상기 토크 궤적(md_{ka, ref})에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 평가된 클러치 출력 토크(md_{ka, est})는 주행 저항에 따라서 정해지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 인장력을 차단하는 단계 중에 평가된 클러치 출력 토크(md_{ka, est})를 결정하기 위해 먼저, 평가된 주행 저항(f_{fw, est})은 다음의 계산식

   

   에 따라 결정되며, 상기 식에서 (m_fzg)는 자동차 질량이며, (a_{l, zu})는 상기 인장력을 차단하는 단계 동안 평균화된 자동차 종가속도이며, (Θ)는 상기 변속기 출력까지의 샤프트와 차륜의 회전 관성 모멘트 및 변속기 출력에서 변속기의 회전 질량의 회전 관성 모멘트에 대한 값이며,

   평가된 인장력(f_{zug, est})은 상기 토크 형성의 단계 동안 다음의 계산식

   

   에 따라 검출되며,

   평가된 클러치-출력 토크(md_{k, est})는 다음의 관계식으로부터

   

   계산될 수 있으며, (r_dyn)은 동적 차륜 반경이며, (μ_diff)는 상기 차동 기어의 토크 증폭도이고 (μg)는 변속 기어의 토크 증폭도인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 토크 궤적(md_{ka, ref})은 상기 변속 종료 시에 시점(t_targ)에서 상기 구동 출력(pw_{an, soll})이 얻어지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 예측 가능한 엔진 제어를 위해 변속기 입력 기준 속도(n_{ge, ref})는 다음의 계산식

   n_ge,ref = n_ga · u_targ

   에 따라 결정되며, 상기 식에서 (n_ga)는 현재의 변속기 출력 속도이며, (u_targ)는 변속 후 변속기의 변속비인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 예측 가능한 엔진 제어를 위해 데드타임 반응은 토크가 필요한 경우 고려되며, 상기 시점(t)에서 전달되는 토크(md_m(t))에 다음 계산식

   md_m(t) = md_m,soll(t-T_t),

   이 적용되며, 상기 식에서 (T_t)는 자동차 엔진의 데드타임인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 예측 가능한 엔진 제어를 위해 상기 토크 궤적(md_{ka, ref})은 시간 인터벌(T_pred)(예측 범위) 동안 고려되고, 클러치 출력 토크(md_ka, (t))는 시점(t)에서 거의 토크 궤적(md_{ka, ref})을 따라가는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 예측 가능한 엔진 제어를 위해 자동차 엔진의 작동이 시간 인터벌(T_pred) 동안 다음의 계산식

    

    에 따라 결정되고, (Θ)는 질량 관성 모멘트이고 (ωdot_m, (t))는 시점(t)에서 상기 자동차 엔진의 각속도의 시간에 대한 도함수인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 각속도(ω_m(t+T_pred))는 시점(t+T_pred)에서 다음의 계산식

    

    에 따라 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제5항에 있어서, 상기 예측 가능한 엔진 제어부는 예측된 엔진 속도(n_{m, p})를 시점(t+T_pred)에서 공급하며, 상기 엔진 속도(n_{m, p})로 상기 속도 궤적(n_{m, ref})의 보정 기울기는 시점(t+T_pred)으로부터 시점(t_targ)까지 검출되고, 그와 같이 검출된 속도 궤적(n_{m, ref})은 시점(t+T_pred)에서 기울기(ωdot_{m, ps})를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 자동차 엔진의 토크를 위한 조절값(md_{m, s})은 다음의 계산 식

    

    에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 방법.

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