KR100921059B1 - 자동변속기의 오일 온도 모델링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일 온도 센서를 사용하지 않고 자동변속기 오일 온도를 모델화하여 그 출력값을 엔진 제어 또는 자동 변속기 제어에 사용할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 (a) 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI)을 결정하는 과정, (b) 엔진 냉각수 온도(TCO)를 근거로 자동변속기의 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 결정하는 과정, 및 (c) 상기 결정된 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI)과 상기 자동변속기의 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 합산하여 상기 자동변속기의 오일온도(TATF)를 결정하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동변속기의 오일 온도 모델링 방법{MODELING METHOD FOR OIL TEMPERATURE OF TRANSMISSION}

본 발명은 자동변속기의 오일 온도 모델링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오일 온도 센서를 사용하지 않고 자동변속기 오일 온도를 모델화하여 그 출력값을 엔진 제어 또는 자동 변속기 제어에 사용할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

공지된 바와 같이, 파워 트레인(Powertrain)으로 엔진과 자동변속기를 구비하는데, 엔진은 내연기관으로서 연료를 기계적인 힘으로 변환하는 장치이고, 자동변속기는 기계적으로는 달리는 속도에 따라 기어가 자동으로 조작되는 장치이다.

도 1은 파워 트레인의 블럭 구성도이다.

엔진(10)과 자동변속기(30)는 차량의 구동시 PCU(Power Control Unit)에 의해서 제어된다. PCU(20)는 엔진(10)과 자동변속기(30)에 장착된 센서 및 스위치로부터 출력되는 신호들을 입력데이터(Input data)로 입력받아 엔진(10)과 자동변속기(30)를 제어하기 위한 제어 로직을 수행한다.

상기 제어 로직으로부터 출력되는 출력값은 사용자에게 표출하여 엔진 또는 자동변속기의 위험 수준도를 인지하게 하는 역할을 한다.

PCU(20)는 엔진(10) 또는 자동변속기(30)에 구비된 센서 및 스위치로부터 출력되어 PCU(20)로 전송되는 입력데이터를 하기와 같다.

1) 엔진(10)으로부터의 입력 데이터

① 엔진 회전 수

② 엔진 오일 온도 및 냉각수 온도

③ TPS 또는 페달 개도(PEDAL VALUE)

④ 외기 온도 또는 흡입 공기 온도

2) 자동변속기(30)로부터의 입력 데이터

① 자동변속기 오일 온도

② 토크 컨버터 회전수

③ 차량 속도

④ 기어 단수

⑤ 댐퍼 클러치(damper clutch) 제어 상태

PCU(20)는 상기와 같은 입력 데이터가 입력되면, 주행 제어 로직을 통해 최상의 주행 조건을 산출하고 연비 제어 로직을 통해 최고의 연비 효과를 산출하여 운전자에게 제공한다. 주요 제어 항목으로는 발진 응답 성능을 향상시키기 위하여 온도 영역별로 변속 패턴(pattern)을 차별화하고, 쉬프트 필링(shift feeling)을 향상시키기 위하여 댐퍼 클러치 작동 영역을 세분화하고, 연비 향상을 위하여 엔진의 제어 변수와 연계된 연료 차단 영역 및 공급 시기를 결정하는 등의 제어가 아주 다양하게 작동되고 있다. PCU(20)는 제조방식에 따라서 엔진(10)의 동작을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)와 자동변속기의 동작을 제어하는 TCU(Transmission)으로 분리되어 설치될 수 있다.

종래 PCU(20)는 제어 측면에서 정밀한 제어를 위해 입력 데이터를 출력하는 센서 또는 스위치로부터 직접 신호를 수신하여 처리하는 방식이 사용되고 있다. 일반적으로는 센서로부터 직접 수신한 신호는 센서의 성능에 따라 차이는 있지만 직접적인 신호를 수신하여 처리한다는 의미에서는 신호의 신뢰성이 높은 장점이 있다. 반면, 상기와 같은 방식은 사용하는 센서가 외부 요인 또는 자체적인 내구성의 문제로 손상되었을 경우에는 정확한 신호의 출력이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 상기와 같이 손상된 센서가 발생하면 상기 손상된 센서를 교환하거나 수리하는 등의 정비 과정을 거쳐야만 차량이 정상 동작할 수 있기 때문에, 센서의 상태를 관리하기 위해서는 차량에 대한 정비 비용을 예상하여야 한다.

한편, 자동변속기의 밸브 바디(valve body)에 장착되는 자동변속기 오일온도센서는 자동변속기 자체 제어는 물론이고 엔진 제어에서도 사용하는 매우 중요한 센서 중 하나이다. 만약, 자동변속기 오일온도센서가 손상된다면, 상기 자동변속기 오일온도센서로부터의 출력값에 신뢰도가 저하되어 엔진 및 변속기 제어에 이상을 초래하여 연비 악화 등의 문제를 발생시킬 수 있고, 운전자에게는 운전능 력(DRIVEABILITY)을 저하시켜 차량 안전상에 심각한 문제를 야기시킬 수도 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서, 자동변속기 오일온도를 모델화하여 그 출력값을 엔진 제어와 자동변속기 제어에 사용할 수 있도록 함으로써 자동변속기에서 오일온도센서를 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 자동변속기의 오일 온도 모델링 방법은, (a) 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI)을 결정하는 과정, (b) 엔진 냉각수 온도(TCO)를 근거로 자동변속기의 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 결정하는 과정, 및 (c) 상기 결정된 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI)과 상기 자동변속기의 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 합산하여 상기 자동변속기의 오일온도(TATF)를 결정하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 자동변속기 오일온도를 모델화하여 오일온도 모델값을 근거로 엔진 제어와 자동변속기 제어를 수행하여 자동변속기에 오일온도센서를 제거할 수 있게 함으로써, 차량의 제조 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부되어진 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 변속기 오일 온도 모델링 방법을 설명 하기 위한 플로우차트이다.

PCU(20)는 차량의 시동시점의 엔진 냉각수 온도(TCO_ST), 엔진 오일 온도(TOIL_ST), 차량이 주자된 장소의 외기 온도(TAM), OFFSET 값을 근거로 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI)을 결정한다(S2).

즉, TATF_INI = f(TCO_ST, TAM, TOIL_ST)이다.

참고로, 상기 자동변속기 오일온도 초기값(TATF_INI)은 엔진 제어를 하는 로직 방식에 따라서 각기 다른 방식으로 결정될 수 있다.

이하, 엔진 제어 로직 방식별 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI) 결정방법을 설명한다.

첫번째, 엔진 오일 온도 센서가 장착된 경우

TATF_INI = TOIL_ST + OFFSET

OFFSET = f(TCO)

상기 경우는 엔진 오일과 변속기 오일의 물리적 특성, 즉 온도 변화 경향이 유사하다는 전제하에 상기 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI)을 엔진 오일온도에 변속기 오일온도의 특성을 반영하는 OFFSET 값을 고려하여 결정한다. 여기서, OFFSET 값은 시동이 오프된 상태로 경과된 시간에 따라 변화되는 엔진의 냉각수 온도를 나타낸다. 즉, 시동이 오프된 상태로 경과된 시간에 대한 엔진의 냉각수 온도 변화량이 반영된 냉각수 온도를 의미한다.

두번째, 엔진 오일 온도 모델을 사용하는 차량

TATF_INI = TOIL_ST + OFFSET

TOIL_ST ; 시동시 엔진 오일 모델값

상기 경우는 상기 첫번째 경우와 동일한 전체이며, 이미 엔진 제어 로직에서 구현된 엔진 오일 온도의 모델 값에 자동변속기 오일의 물리적인 특성을 반영한 OFFSET 값을 고려하여 초기값을 구한다.

세번째, 엔진 오일 온도 센서가 미 장착되고 온도 모델도 사용하지 않는 차량

TAFT_INI = F(TCO_ST, TAM)

상기 경우는 일반적으로 엔진에 CVVT 기능이 없는 엔진의 경우이며, 엔진 제어 로직에서 구현되는 엔진 오일 온도의 값을 활용할 수 없기 때문에 다른 레퍼런스 값에 근거하여 초기값을 구한다. 초기 온도는 차량이 시동 오프 된 이후 경과된 시간과 차량이 주차된 위치의 외기 온도의 영향을 가장 크게 받는다고 볼 수 있다. 그러나 시동 오프 시간을 알 수 있기 때문에 여기서는 엔진의 냉각수 온도(TCO_ST)와 외기 온도 모델 값(TAM)과의 차이에 근거로 미리 결정되어진 자동변속기 오일온도 초기값(TATF_INI)을 구한다.

상기 엔진의 냉각수 온도와 상기 외기 온도의 차이를 근거로 구해질 수 있는 자동변속기 오일온도 초기값(TATF_INI)를 구할 수 있는데, 예컨대 외기 온도 모델 값(TAM)이 "10"이고 CRLC가 "1.5"라면 [표 1]과 같은 오일온도 초기값(TATF_INI)을 얻을 수 있다.

TCO_ST-TAM	0	20	50	80	100
TATF_INI	15	35	65	95	115

[표 1]에서 TATF_INI = [TCO_ST-TAM]+TAM*CRLC

CRLC; TAM 보정을 위한 상수값 이다.

상술드린 일련의 과정을 통해 자동변속기 오일온도 초기값(TATF_INI)이 결정되면(S2), PCU(20)는 엔진의 냉각수 온도(TCO)를 기준으로 3 구간으로 분류하여 최종적인 자동변속기 오일온도 모델값을 결정한다.

먼저, PCU(20)는 엔진의 냉각수 온도(TCO)가 80℃ 미만이면(S4에서 Yes), 상기 자동변속기 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 "TATF_MDL_L"로 결정한다(S6).

상기 "TATF_MDL_L"은 엔진의 냉각수 온도가 80℃ 미만인 워밍업(WARM-UP) 구간에 해당하고, 상기 구간에서는 차량이 구동할 때 자동변속기 오일 온도 상승에 대한 영향 인자는 엔진 냉각수 온도를 목표로 추종하는 특성을 보이기 때문에 상관 관계를 고려할 별도의 인자는 필요없다. 다만, 냉각수 온도에 따른 필터링(FILTERING) 값과 오일의 물리적인 특성을 고려한 일정한 기울기(GRADIENT) 조정을 통하여 자동변속기 오일 온도의 모델을 구현할 수 있다.

IF TCO ≤ 80℃

TATF_MDL_L = f(FILTERING, GRD)

TATF_MDL_L = TATF_MDL_L(n-1) + [f(TCO) * f(GRD)]

여기서 f(TCO)는 냉각수 온도에 따른 필터링 맵(FILTERING MAP)이며, f(GRD)는 냉각수 온도의 변화를 의미하는 기울기 맵(MAP)이며, 상기 두 맵(MAP)에 이전 단계의 모델 온도값을 더하여 현재의 모델 온도값을 결정한다.

또한, PCU(20)는 상기 엔진의 냉각수 온도(TCO)가 80% 이상이면서(S4에서 No) 110℃를 초과하면(S8에서 Yes) 상기 자동변속기 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 "TATF_MDL_H"로 결정한다(S10).

상기 "TATF_MDL_H"는 엔진의 냉각수 온도가 110℃를 초과하는 과열(OVERHEATED) 구간으로서, 상기 구간의 자동 변속기 오일 온도가 엔진 냉각수 온도 변화와 유사하나 실질적으로 엔진 회전수와 부하 등의 변화에 많이 의존하므로 목표 온도값은 엔진 회전수와 부하의 함수이며, 그 값에 필터링(FLITERING)하여 추종하게 된다.

IF TCO > 110℃

TATF_MDL_H = f(N/MAP, FILTERING)

TATF_MDL_H = TATF_MDL_H(n-1)+[f(N/MAP)*CRLC]

여기서, f(N/MAP)는 엔진의 RPM과 부하에 의한 맵에 필터 상수를 고려하여 이전 단계의 모델 온도값을 더하여 현재의 모델 온도값을 결정한다.

또, PCU(20)는 엔진의 냉각수 온도(TCO)가 80% 이상이면서(S4에서 Yes) 110℃를 초과하지 않으면(S8에서 No) 상기 자동변속기 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 "TATF_MDL_M"로 결정한다(S12).

상기 "TATF_MDL_M"는 엔진의 냉각수 온도가 80 ~ 110℃ 사이에 해당하는 구간으로서, 일반적으로 상기 구간의 엔진 냉각수 온도는 상승하면 80℃ 이하로 낮아지지 않는다. 이러한 특성을 이용하여 80 ~ 110℃ 범위 내에서 어느 정도 수렴하는 경향을 보인다는 점을 고려하여 제어 로직을 구현하였다. 이 경우엔 엔진 냉각수 온도가 80℃ 도달 이전의 목표 값이 설정되고, 그 냉각수 온도 값에 일정한 OFFSET 값을 추가하여 그 값을 모델값으로 설정하는 형태로 로직을 구성한다. 이 목표 값은 엔진의 냉각수 온도, 외기 온도, 차량 속도, 엔진 회전수 등에 의존하여 필터링(FILTERING)과 일정의 기울(GRADIENT)의 조정한다.

IF 80 < TCO ≤ 110℃

TATF_MDL_M = f(FILTERING, GRD)

TATF_MDL_M = TATF_MDL_M(n-1) + [f(GRD) * CRLC]

여기서, F(GRD)는 냉각수 온도 80 ~ 110℃ 사이의 변화 기울기 MAP과 필터링 상수를 고려하여 이전 단계의 모델 온도값을 더하여 현재의 모델 온도값을 결정한다.

이어, PCU(20)는 S6 단계, S10 단계, 및 S12 단계에서 결정된 자동변속기 오일온도 모델값(TATF_MDL)과 S2 단계에서 결정된 자동변속기 오일온도 초기값(TATF_INI)을 이용하여 자동변속기 오일온도(TATF)를 결정한다(S16).

TATF = TAFA_INI + TATF_MDL

PCU(20)는 S16 단계에서 자동변속기 오일온도(TATF)가 140℃를 초과하는가를 판단하여(S18), 상기 자동변속기 오일온도(TATF)가 140℃를 초과하면(S18에서 Yes) 본 발명의 실시예에 따른 자동 변속기 오일온도 모델링 방법을 종료한다.

상기 단계는 최고 온도 제한 단계로서, 상기 최고 온도 제한은 자동변속기는 오일 온도가 상승할 경우 점도 특성의 변화로 인하여 제어를 위한 유압 특성이 급격하게 변화되기 때문에 행해지는 것이다. 본 발명의 실시예에서는 설명되지 않았지만, PCU(20)는 제어 측면의 문제점 발생을 억제하고 또한 자동 변속기 부품의 열적 보호 차원에 최고 온도를 설정하고 이 온도 이상으로 상승할 경우 보호 로직이 적용되어 변속 패턴(PATTERN) 및 댑퍼 작동 제어도 보호 모드로 전환하는 것이 바람직하다.

IF TATF > 140℃

THEN TATF = TATF(n-1)

한편, PCU(20)는 S16 단계에서 자동변속기 오일온도(TATF)가 140℃를 초과하지 않으면(S18에서 No) S14 단계로 진행하여 상술되어진 S14 단계 내지 S18 단계를 반복적으로 수행한다.

본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 이러한 수정 및 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 오일 온도 모델링 방법이 적용되는 시스템의 블럭구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 오일 온도 모델링 방법을 설명하기 위한 플로우차트.

Claims (8)

1. (a) 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI)을 결정하는 과정;

   (b) 엔진 냉각수 온도(TCO)를 근거로 자동변속기의 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 결정하는 과정; 및

   (c) 상기 결정된 자동변속기의 오일온도 초기값(TATF_INI)과 상기 자동변속기의 오일온도 모델값(TATF_MDL)을 합산하여 상기 자동변속기의 오일온도(TATF)를 결정하는 과정을 구비하고,

   상기 (b) 과정은

   상기 엔진 냉각수 온도(TCO_ST)가 제1임계치보다 작으면, 상기 엔진 냉각수 온도에 따른 필터링 맵의 값과 상기 엔진 냉각수 온도의 변화에 따른 기울기 맵의 값을 승산한 후, 상기 승산 결과값에 이전 단계의 모델 온도를 합산하여 상기 자동변속기의 오일온도 모델값을 결정하고,

   상기 엔진 냉각수 온도(TCO_ST)가 제2임계치보다 크면, 엔진의 회전수(RPM)과 부하에 의한 맵의 값에 필터링 상수를 승산한 후, 상기 승산 결과값에 이전 단계의 모델 온도를 합산하여 상기 자동변속기의 오일온도 모델값을 결정하고,

   상기 엔진 냉각수 온도(TCO_ST)가 제1임계치보다 크고 제2임계치보다 작으면 상기 엔진 냉각수 온도의 변화 기울기 맵값에 필터링 상수를 승산한 후, 상기 승산 결과값에 이전 단계의 모델 온도를 합산하여 상기 자동변속기의 오일온도 모델값을 결정하는 것을 특징으로 하는

   자동변속기의 오일 온도 모델링 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   (d) 상기 자동변속기의 오일온도가 임계치보다 낮거나 같으면 상기 (b) 과정을 수행하고, 상기 자동변속기의 오일온도가 상기 임계치보다 높으면 온도 제한 단계로 판단하여 상기 자동변속기의 오일온도 모델링과정을 종료하는 과정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는

   자동변속기의 오일 온도 모델링 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 과정은

   엔진 오일 온도(TOIL_ST)에 엔진 냉각수 온도(TCO)가 시간 경과에 따라 변화되는 온도를 합산하여 상기 자동변속기 오일온도 초기값(TATF_INI)을 결정하는 것 을 특징으로 하는

   자동변속기의 오일 온도 모델링 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 과정은

   엔진 오일 온도 모델값(TOIL_ST)에 엔진 냉각수 온도(TCO)가 시간 경과에 따라 변화된 온도를 합산하여 상기 자동변속기 오일온도 초기값(TATF_INI)을 결정하는 것을 특징으로 하는

   자동변속기의 오일 온도 모델링 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 과정은

   상기 엔진 냉각수 온도(TCO_ST)에서 외기 온도(TAM)를 뺀 값과 상기 외기 온도(TAM)을 보상한 값을 합산하여 결정하는 것을 특징으로 하는

   자동변속기의 오일 온도 모델링 방법.
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