KR101013691B1

KR101013691B1 - 구동 장치 작동 방법

Info

Publication number: KR101013691B1
Application number: KR1020050055990A
Authority: KR
Inventors: 마틴 스트라입
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2011-02-10
Also published as: US20060009899A1; US7698041B2; DE102004031312A1; KR20060048572A; JP2006017120A

Abstract

본 발명은 출력 요구로부터, 구동 장치(19)의 현재 목표 출력 변수가 결정되는 엔진(12) 및, 가변 변속비를 갖는 변속기(16)를 포함하는 구동 장치(19)에 관한 것이다. 상기 목표 출력 변수는 적어도 특정 출력 희망 시 변속기(16)의 현재 변속비에 좌우된다.

출력 요구, 변속비, 목표 출력 변수, 변화 제한, 필터, 전기 메모리 매체

Description

구동 장치 작동 방법{METHOD FOR OPERATING OF A DRIVING DEVICE}

도1은 하나의 엔진과 하나의 변속기를 포함하는 구동 장치를 구비한 자동차의 개략적인 계통도.

도2는 도1의 구동 장치의 최소 및 최대 가능 출력 변수로서 구동 토크가 자동차의 속도에 대해 도시된 그래프.

도3은 변속기 변속비의 변화 시 최소 가능 구동 토크, 현재 목표 구동 토크 및 최종 목표 구동 토크가 시간에 대해 변화되고 있음을 도시한 그래프.

도4는 현재 목표 및 최종 목표 구동 토크의 다른 출력 변수를 갖는, 도3과 유사한 그래프.

도5는 현재 목표 및 최종 목표 구동 토크의 또 다른 출력 변수를 갖는, 도3과 유사한 그래프.

도6은 변속기 변속비의 또 다른 변화 시의 도3과 유사한 그래프.

도7은 현재 목표 및 최종 목표 구동 토크의 또 다른 출력 변수를 갖는, 도6과 유사한 그래프.

도8은 최종 목표 구동 토크의 다른 경과를 갖는, 도3과 유사한 그래프.

도9는 최종 목표 구동 토크의 또 다른 경과를 갖는, 도8과 유사한 그래프.

도10은 최종 목표 구동 토크의 또 다른 경과를 갖는 도8과 유사한 그래프.

도11은 자동차의 속도가 증가되는 경우의, 도8과 유사한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 자동차

12: 내연 기관

14: 크랭크 샤프트

16: 변속기

19: 구동 장치

20: 브레이크

22, 24, 26: 센서

30: 가속 페달

32: 브레이크 페달

34: 주행 속도 조절부

본 발명은 엔진 및, 가변 변속비를 갖는 하나의 변속기를 포함하는 구동 장치 작동 방법에 관한 것이며, 이 방법에서는 출력 요구로부터, 구동 장치의 현재 목표 출력 변수가 결정된다.

본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램, 전기 메모리 매체, 내연 기관용 제어 장치 및/또는 조절 장치 및, 내연 기관에 관한 것이다.

서두에 언급한 종류의 방법은 시중에 이미 공개되어 있다. 엔진 및, 가변 변속비를 갖는 변속기를 구비한 구동 장치는 예컨대 현재의 자동차들에 사용되고 있다. 변속기로서는, 다수의 주행 스텝 또는 변속단들을 갖는 변속기가 사용된다. 출력 요구는 예컨대 가속 페달의 각도 위치로 표현될 수 있으며 일반적으로 토크 요구에 일치한다. 목표 출력 변수는 자동차의 휠들에 작용해야 하는, 구동 장치의 목표 구동 토크일 수 있다. 실제 구동 토크는 상응하는 제어 및/또는 조절에 의해 목표 구동 토크를 기초로 하여 발생한다. 이 경우 "출력 요구"의 의미는 여기서 또한 이하에서, 희망 출력 또는 희망 토크를 의미할 뿐만 아니라, 내연 기관의 작동에 영향을 미치는 다른 변수들을 의미한다.

자동 변속기의 경우 승차감의 이유로, 주행 스텝 또는 변속단을 다른 변속단으로 바꿀 시 "변속 충격"을 방지하기 위해 출력 요구가 변하지 않으며 자동차의 휠들에서의 구동 토크도 변하지 않는 것이 요구된다. 이와 같은 목적을 이루기 위한 방법은 예컨대 DE 43 33 899 A1에 공지되어 있다. DE 42 04 401 A1에도 단 변속시 변속 충격을 방지할 수 있는 방법이 설명되어 있다.

그러나 상기 방법은 당연한 결과로, 특정 상황 시, 자동차 운전자가 유지를 희망할 때도 불구하고 자동차 작동을 위해 필요 이상의 출력이 발생하게 된다. 그 이유는, 구동 장치의 최소 가능 구동 토크가 하나의 변속단으로부터 다른 변속단으로의 변속 시 갑작스럽게 변하기 때문이다. 따라서 이 최소 가능 토크(자동차의 대부분의 작동 상황 시에는 제동 토크)는 이로써, 즉, 변속 시 토크 점프를 완전하게 억제하고자 할 때 도달되지 않는다. 다시 말하면, 운전자가 가속 페달을 밟지 않은 때에도 변속 후에는, 필요 이상의 연료가 분사될 수 있다. 그럼에도 불구하고 운전자가 자동차를 희망대로 브레이킹하기 위해, 운전자는 브레이크를 밟아야 하며 이는 브레이크의 마모를 더욱 심화시킨다.

본 발명의 과제는 연료 소비가 줄어들고 자동차 내에서의 사용 시 브레이크 마모가 줄어들도록 개선된 서두에 언급한 종류의 방법을 제공하는 것이다.

이 과제는 서두에 언급한 종류의 방법에서, 목표 출력 변수가 적어도 특정의 출력 요구 시에 적어도 간접적으로 변속기의 현재 변속비의 함수가 되게 함으로써 해결된다. 내연 기관의 제어 장치 및/또는 조절 장치용 컴퓨터 프로그램, 전기 메모리 매체, 내연 기관용 제어 장치 및/또는 조절 장치 및, 특히 자동차용 내연 기관에서, 제시된 상기 과제가 상응하게 해결된다.

본 발명에 따른 방법에서, 실제로는 대부분 매우 적은 출력 요구인 특정의 출력 요구 시, 현재 변속비의 변화에 근거해 목표 출력 변수가 변하는 것이 허용된다. 이는 구동 장치의 이러한 작동 상황 시 승차감을 악화시킬 수 있지만, 구동 장치의 사용자가 희망할 때에 최소 가능 목표 출력 변수가 이뤄질 수 있다. 따라서 엔진의 작동 시 에너지가 절약되며, 자동차 내에 구동 장치를 사용할 때 브레이크는 더욱 보호된다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예는 종속항들에 제시된다.

우선, 변속비의 함수 관계는 출력 요구가 증가하면서 연속적으로 감소하는 것이 제시된다. 따라서 구동 장치의 작동 특성의 비교적 큰 갑작스러운 변화는 방지된다. 특히 자동차의 경우 조작은 이로써 간단해진다.

이를 위해 상기의 함수가 선형으로 또는 지수 함수적으로 감소하는 구체적인 다른 실시예가 제시된다. 선형 함수는 프로그램 기술적으로 처리가 간단하다. 함수의 지수 함수적 감소는 최소 출력 요구 시 최소 가능 출력 변수에 의해서도 작동을 확실히 가능하게 하지만, 이미 출력 요구가 약간 높아진 경우에는 분명한 승차감 개선을 제공한다.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예는, 변속비의 변화 중 및/또는 변화 후 현재 목표 출력 변수가 이전의 변속비에 상응하는 값으로부터 추후의 변속비에 상응하는 최종 목표 출력 변수의 방향으로 변화하는 속도가 적어도 일시적으로 제한되는(변화 제한) 것을 특징으로 한다. 이로써 목표 출력 변수가 변속기의 현재 변속비의 매우 심하게 종속되는 함수인 상기와 같은 작동 상황 시에도 구동 장치의 작동 시 승차감은 개선되는데, 이는 상기와 같은 상황이 물리적으로 가능할 때마다 목표 출력 변수의 갑작스러운 변화가 줄어들거나 또는 심지어 완전히 제거되기 때문이다. 이로써 본 발명에 따른 방법에서 희망 출력에 대한 목표 출력 변수의 특성 곡선은 바람직하지 않은 코너(구배의 불연속)를 초래하지 않으며 저온이면서 마찰이 큰 엔진에서도, 또 고온 엔진에서도 도우징 특성은 거의 동일하다. 도우징 특성은 또한 변속기의 현재 사용중인 변속비와는 실질적으로 무관하며, 구동 장치의 가능한 브레이크 토크는 최적으로 사용된다.

이를 위해 구체적인 실시예에서, 필터, 특히 저역 패스 특성을 갖는 필터에 의해 변화 제한이 야기되는 것이 제시된다. 이와 같은 필터는 프로그램 기술적으로 처리가 간단하며, 필터 파라미터가 자유롭게 어드레스 가능할 경우 필터 특성이 현재 작동 상황에 맞게 조정될 수 있다.

또한 이전의 변속비에 상응하는 현재 목표 출력 변수가 추후의 변속비에 상응하는 최소 가능 출력 변수보다 작으면, 현재 목표 출력 변수는 우선 변속비 변화를 가지며 변화 제한 없이 추후의 변속비에 상응하는 최소 가능 출력 변수에 적어도 대략 상응하는 중간값으로까지 상승하고, 또한 변화 제한에 의해 현재 목표 출력 변수가 중간값으로부터 추후의 최종 목표 출력 변수까지 상승하는 것이 제시된다. 상기 방법의 변형예의 경우 구동 장치의 특정 작동 상황 시 목표 출력 변수의 점프형 변화도 허용된다. 그러나 이 경우 점프의 높이는 물리적으로 필요한 크기로 제한된다. 중간값과, 추후의 변속비에 상응하는 최종 목표 출력 변수 사이의 차이는 제한된 변화 속도를 이용하여 중개된다. 경우에 따라 승차감을 저하시키는 서두에 언급한 조치들은 이로써, 본 발명에 따라 가능한 연료 절약을 이루기 위해 필수적으로 필요한 최소한의 크기로 제한된다.

특히, 출력 요구의 변화 시 현재 목표 출력 변수가 실질적으로 출력 요구와 거의 같아지도록 변하는 반면, 변속비의 변화 시에는 목표 출력 변수가 변화 제한을 받도록, 현재 목표 출력 변수의 변화 제한이 맞추어져 있을 때에도 바람직하다. 이는, 현재 목표 출력 변수도 현재 출력 요구에 상응하게 변한다는 사실에 근거한다. 본 발명에 따라, 출력 요구가 낮은 동특성을 갖는 작동 상태에 비해 출력 요구가 높은 동특성에서의 현재 목표 출력 변수의 변화 제한이, 저감되고, 특히 변속비의 가능한 변화와는 무관하게 저감됨으로써, 출력 요구가 높은 동특성의 경우에도 현재 목표 출력 변수의 대응하는 높은 동특성이 허용된다. 이로써 출력 요구가 일정하거나 또는 극히 완만히 변화할 때 변속비의 변화 시 구동 장치가 작동할 때의 승차감이 유지되며, 이와 동시에 예컨대 가속 페달의 급격한 답입이나 급격한 해제등 높은 동특성의 출력 요구 시 출력 요구의 자발적 변환이 가능해진다.

특히, 현재 목표 출력 변수의 변화 속도가 출력 요구의 변화 속도와 적어도 거의 동일한 것이 바람직한데, 이는 각각의 작동 상황에서 변속비의 변화와 무관하게 출력 요구가 목표 출력 변수의 형성과 관련해서 우선 순위를 갖기 때문이다.

본 발명에 따른 방법을 실현하기 위한 바람직한 가능성은, 현재 목표 출력 변수가 적어도 하나의 제1 성분 및 제2 성분의 가산으로 형성되고, 이 때 제1 성분에서 출력 요구가 제2 성분보다 더 크게 고려되며 제2 성분에서 최소 가능 출력 변수가 제1 성분보다 더 크게 고려되고 제1 성분의 변화 제한이 제2 성분의 변화 제한보다 더 작다는 점이다. 이는 프로그래밍을 간단하게 해주며, 이는 현재 목표 출력 변수가 출력 요구의 변화에 비교적 자발적으로 추종 가능하게 하고, 또 그럼에도 불구하고 변속비의 변화 시 현재 목표 출력 변수의 갑작스러운 변화가 줄어들거나 완전히 방지될 수 있게 해준다.

특히, 자동차에 상기 구동 장치를 사용할 때 본 발명의 방법에 따른 유리한 실시예는, 출력 요구가 적어도 거의 최소이고/또는 브레이크 작동에 의해 명확한 감소 요구 또는 비활성화 요구가 존재할 때 변화 제한이 감소, 바람직하게는 비활성화되도록 설계된다. 따라서 최소한의 출력 요구 또는 브레이크 요구가 기본적으로 최대로 변환되는 것이 보장된다. 이로써 특히 현저한 연료 절약이 실현된다.

기본적으로 일반적인 엔진의 최소 가능 출력 변수는, 내부 마찰이 상승하기 때문에 회전 속도와 함께 증가한다. 동역학적으로 또한 연속적으로 회전수가 변할 경우 변화 제한에 의해, 현재 목표 출력 변수가 소정의 최종 목표 출력 변수로부터 바람직하지 않은 편차를 형성하는 것을 방지하기 위해, 변화 제한은, 변속비의 변화 후 및 경우에 따라서는 변화 전에 제한된 시간적 범위 외에서 감소하거나 비활성화되는 것이 제시된다. 즉, 다시 말해서, 변화 제한 또는 필터링은 시간적으로 변환 과정에 가까울 때에만 활성화된다.

이하에서는 본 발명의 특히 바람직한 실시예가, 첨부된 도면을 참조하여 더 자세히 설명된다.

도1에는 자동차(10)가 도시되어 있다. 이는 내연 기관(12)으로서 형성된 엔진을 포함하며 상기 엔진은 크랭크 샤프트(14)를 회전시킨다. 크랭크 샤프트는 변속기(16)에 연결되며 변속기는 자동차(10)의 휠(18)들을 구동시키는데 여기서는 휠 중 하나만 도시되어 있다. 엔진과 변속기는 구동 장치(19)의 일부이다. 휠(18)들에는 브레이크(20)도 작용한다.

내연 기관(12)의 다양한 현재 작동 파라미터들은 예시로서 도시된 센서(22)에 의해 측정된다. 센서에는 예컨대 내연 기관의 현재 작동 파라미터가 관련된다. 변속기(16)는 자동 다단 변속기이며 즉, 변속단은 서로 변속비가 다르게 되어 있다(이는 도시되지 않은, 무단으로 조절 가능한 변속기와 마찬가지로 "가변 변속비"의 개념으로 포괄된다). 현재 변속단은 변속기 센서(24)에 의해서 검출된다. 주행 속도는 휠(18)에서 속도 센서(26)를 거쳐 측정된다.

자동차(10)와 구동 장치(19)의 작동은 제어 및 조절 장치(28)에 의해서 제어되거나 조절된다. 제어 및 조절 장치는 다수의 메모리 매체를 포함하며, 자동차(10)를 제어하고 조절하기 위한 컴퓨터 프로그램이 상기 메모리 매체에 저장된다. 제어 및 조절 장치(28)는 무엇보다도 상기 센서(22, 24, 26)들로부터 입력 신호를 받는다. 또한 가속 페달(30) 및 브레이크 페달(32)의 위치는 제어 및 조절 장치(28)로 전송된다. 주행 속도 조절부(34)의 입력 신호도 제어 및 조절 장치(28)로 전송된다. 한편, 이에 상응하게 제어 및 조절 장치는 내연 기관(12), 변속기(16) 및 브레이크(20)를 대응하여 제어한다.

특정의 출력 요구는 가속 페달(30)의 작동에 의해 또는 주행 속도 조절부(34)의 특정 신호에 의해 표현된다. 가속 페달(30)이 작동하지 않을 때의 출력 요구는 0%이며, 가속 페달(30)을 완전히 밟고 있을 때 출력 요구는 100%가 된다. 이 경우 소위 내부 토크가 상정되고, 이 내부 토크는 내연 기관(12)의 피스톤 상에 걸리는 평균 가스힘과 일치하고 이것이 토크로 변환된다. 이 내부 토크로부터 손실 토크(마찰, 급기 교환, 부속 기기)를 빼서 "클러치 토크"가 얻어진다.

최소 내부 토크는 예컨대 공회전 조절부의 제어 알고리즘으로부터 얻어진다. 회전수가 높은 경우 최소 내부 토크는 0이 되며 회전수가 감소하면서 내부 토크는 상응하게 상승하고, 또한 공회전 조절부가 작동되고 있는 경우, 내연 기관(12)의 회전수가 공회전-목표 회전수와 동일할 때 손실 토크와 정확히 일치한다.

가속 페달(30)에 의해 나타난 출력 요구가 0%이고 이와 동시에 자동차(10)가 (예컨대 내리막 경사가 있는 구간에서) 가속되고 있을 때, 이는 자동차(10)에 의해 내연 기관(12)이 "끌려감"을 의미한다. 즉, 연소에 의해 내연 기관(12)이, 마찰 및 주변 장치가 "소비"하는 것보다 더 작은 토크가 공급되기만 하면 된다. 그 결과 내연 기관(12)은 휠(18)들에서 네가티브 구동 토크 즉, 브레이크 토크를 생성시킨다. 이 브레이크 토크는 도2에서 자동차(10)의 속도에 대한 곡선(36)으로서 도시되며 최소 가능 구동 토크라고도 불린다.

도2에서는 특정 속도 V일 때 곡선(36)이 점프하는 것을 알 수 있다. 이는 변속기(16)의 절환 지점이 상정됨으로써 정해진다. 변속기(16)의 정확한 변속 지점은 낮은 단으로부터 높은 단으로의 변속 및 높은 단으로부터 낮은 단으로의 변속 사이의 히스테리시스에 의해 변할 수 있다. 자동차(10)의 속도가 일정한 경우, 변속 과정으로 인해, 내연 기관(12)의 크랭크 샤프트(14)의 회전수가 변하므로, 변속기(16)의 변속기 변속 시 최소 가능 구동 토크도 변하게 된다. 도2에서 다른 곡선(38)은 내연 기관(12)의 완전 부하 시 최대 가능 구동 토크 및, 각각의 최대 회전수까지의 변속단의 최대 타성 회전을 나타낸다.

내연 기관(12)으로부터 출력되어야 할 구동 토크를 제어하거나 조절하기 위해 목표치가 형성되며, 이는 이하에서는 단순히 "목표 토크"로서 표현된다. 본래의 목표치는 "현재 목표 토크"로서 표현된다. 이 현재 목표 토크는 가능한 한 "최종 목표 토크"에 대응해야 하며 경우에 따라서는 최종 목표 토크와 동일해야 한다. 출력 요구가 100%인 경우 최종 목표 토크는, 최대 가능 구동 토크(38)의 정점을 통해 형성된 포락선(envelope)에 상응한다. 이 포락선은 도2에서 도면 부호 40으로 도시된다.

출력 요구가 0%인 경우 최종 목표 토크는 최소로 가능한 구동 토크(36)에 상응한다. 출력 요구가 0% 보다 더 큰 경우 최종 목표 토크는 제시된 실시예에서, 최소로 가능한 구동 토크(36)와 포락선(40) 사이에서 선형으로 스케일링된다. 도시되지 않은 실시예에서는 상기 스케일링은 지수 함수적이다. 따라서, 50%의 출력 요구에 대해, 도2에서 명료함을 위해 단지 하나의 제한된 속도 범위에 대해서만 일점 쇄선의 곡선(42)으로 도시된 바와 같은 최종 목표 토크가 생긴다. 단 변속 시 발생하는 최종 목표 토크(42)의 점프는, 작은 출력 요구일 때보다 큰 출력 요구일 때 더 작다는 점이 인식되며, 다시 말하면 최종 목표 토크의, 또는 이에 종속하는 현재 목표 토크의, 변속비와의 상관 관계는 출력 요구가 증가하면서 감소한다.

서두에 언급했던 바와 같이 내연 기관의 출력은 최종 목표 토크에 상응해야 하는 현재 목표 토크를 기초로 하여 조정된다. 단 변속의 경우 최종 목표 토크가 점프하면, 승차감을 악화시키는 자동차(10)의 가속 충격이 일어날 수도 있다. 그러나, 자동차(10)의 작동 시 이와 같은 가속 충격을 방지할 수 있는, 최종 목표 토크의 완전한 평활화는 특히, 출력 요구가 0%일 때 최소 가능 구동 토크의 곡선(36)이 어느 영역에서만 도달될 수 있으며(도2의 곡선(44) 참조) 이로써 출력 요구가 0%일 때 내연 기관(12)이 매우 큰 구동 토크를 필요로 하게 됨으로써, 즉, 불필요하게 연료가 소비될 수 있다는 단점을 갖고 있다. 이를 보상하기 위해, 사용자는 이와 같은 작동 상황 시 브레이크 페달(32)을 작동해야 하며 이는 브레이크(20)를 불리하게 마모시킬 수도 있다.

따라서 도시되지 않은 실시예에서, 0 내지 15%의 출력 요구의 범위 내에서 최종 목표 토크 또는 상기 토크와 동일한 현재 목표 토크가 직접 최소 및 최대 가능한 구동 토크(도2의 곡선 36과 40) 사이에 스케일링되며, 즉, 변속 시 토크 점프도 허용된다. 15% 이상의 출력 요구에서는, 자동차(10)의 소정 속도에서 입력된 변속기(16)의 변속단과는 무관하며 그동안 토크 점프를 갖지 않는 최종 내지 현재 목표 토크가 사전 설정된다.

이에 대한 선택적 실시예는 도3 내지 도12와 관련해서 더 자세히 설명할 방법이다: 이 방법의 경우 최종 목표 토크는 0 내지 100%의 전체 출력 요구 범위 내에서 곡선(42)에 대응하는 도2의 선형 스케일링에 의해 얻어진다. 현재 목표 토크는, 사전 설정된, 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같은 방식으로 최종 목표 토크에 추종 된다.

그러나 이 경우 프로그램 기술적 처리 시, 최종 목표 토크의 명쾌한 결정 및 현재 목표 토크의 제어 기술적 의미에서의 상기 "추종"이 필요하지 않다는 점에 주목해야 한다. 최종 목표 토크는 실제로 단지 하나의 "가상의" 값이어도 좋고 통상적인 경우 현재 목표 토크는 이 "가상의" 값에 상응해야 한다.

도3에는 출력 요구(곡선 48, 직선 눈금)가 일정하게 5%일 때, 또한 시점 t₁에서 변속기(16)가 보다 낮은 단에서 보다 높은 단으로 변속된, 자동차(10)의 작동 상황이 도시된다. 최소 가능 구동 토크의 곡선은 도면 부호 36이며, 출력 요구에 상응하게 선형으로 스케일링된 최종 목표 토크의 곡선은 도면 부호 42이다. 현재 목표 토크의 곡선은 도면 부호 46이다.

변속기 변속 전인 시점 t₁에서 최종 목표 토크(42)의 값 MZ₁이 현재 목표 토크(46)의 값 MS₁과 동일하며, 이 양 값들은 변속기 변속 후 최소로 가능한 구동 토크(36)의 값 MMIN₂ 보다 작음을 알 수 있다. 이 경우 시점 t₁에서의 변속기 변속 시 현재 목표 토크(46)는 값 MMIN₂까지 갑작스럽게 상승한다. 이어서 단 변속 후 적용되는, 최종 목표 토크(42)의 값 MZ₂에 점차적으로 또한 점근적으로 도달한다. 이는 저역 패스 특성을 갖는 필터에 의해 행해진다. 현재 목표 토크(46)가 변속기(16)의 변속비의 변화에 따라 이전의 값 MS₁으로부터 추후의 값 MZ₂으로 변화시키는 속도가 역시 필터에 의해 적어도 일시적으로 제한된다. 이는 줄여서 "변화 제한"이라고도 불린다.

이와 유사하지만 출력 요구가 10%로서 더 높은 경우가 도4에 도시된다. 이 경우 시점 t₁의 기어 변속 전에는 최종 목표 토크(42)와 현재 목표 토크(46)는 동일한 값 MZ₁ 또는 MS₁이 위치하며 이 값은 단 변속 후 최소로 가능한 구동 토크(36)의 값 MMIN₂ 보다 약간 작을 뿐이다. 따라서 현재 목표 토크의 곡선(46)의 점프는 매우 적게 행해지는데 불과하며, 현재 목표 토크(46)의 최종 목표 토크의 값 MZ₂까지의 상승의 대부분은, 필터의 특징에 의해 사전 설정된, 제한된 속도로 점근적으로 이루어진다.

15%의 더 높은 출력 요구(48)를 갖는 자동차(10)의 또 다른 작동 상황이 도5에 도시된다. 이와 같은 출력 요구 시 시점 t₁의 기어 변속 전 현재 목표 토크(46) 또는 최종 목표 토크(42)의 값들 MS₁ 및 MZ₁은 기어 변속 후 최소로 가능한 구동 토크(36)의 값 MMIN₂ 위에 위치한다. 시점 t₁의 기어 변속에도 현재 목표 토크(46)의 갑작스러운 변화는 더 이상 일어나지 않는다. 대신에, 기어 변속 후 현재 목표 토크(46)는 최종 목표 토크(42)의 새로운 값 MZ₂에 완전히 점근적으로 "근접한다". 도3 내지 도5에서, 출력 요구가 극히 작을 때의 단 변속 시 현재 목표 토크(46)가 최소로 가능한 구동 토크(36)의 갑작스러운 변화에 의해 심하게 영향을 받을 수 있다. 그러나 출력 요구(48)가 이미 어느 정도 높은 경우 이와 같은 갑작스러운 변화는 감소하거나 심지어 완전히 제거될 수도 있다.

도6은 출력 요구(48)가 5%로 일정할 때, 높은 변속단에서 낮은 변속단으로의 단 변속의 경우를 도시한다. 시점 t₁의 기어 변속 전, 최종 목표 토크 및 현재 목표 토크의 양 곡선(42, 46)은 최소로 가능한 구동 토크(36)의 값 MMIN₁ 보다 약간 더 큰 값 MZ₁ 또는 MS₁에 위치한다. 기어 변속 시 최종 목표 토크(42)는 새로운 값 MZ₂로 갑작스럽게 저하한다. 이에 반해 곡선(46)에 상응하는 현재 목표 토크는 필터링으로 인해 최종 목표 토크(42)의 값 MZ₂에 점근적으로 가까워진다.

도7은 위와 유사하지만, 출력 요구가 일정하게 0%인 (가속 페달(30)이 작동하지 않으며 주행 속도 조절부(34)는 스위치 오프된다) 경우가 도시된다. 이와 같은 작동의 경우, 최종 목표 토크(42)는 최소로 가능한 목표 토크(36)와 동일하게 진행된다. 현재 목표 토크(46)는 시점 t₁에서 기어 변속 전에는 최소로 가능한 목표 토크(36)와 동일하며, 단 변속 후 필터링되어, 최종 목표 토크(42)의 새로운 값 MZ₂에 점근적으로 근접한다(점선인 곡선 46). 이는 승차감 면에서 바람직하지만 이로써, 높은 변속단에서 낮은 변속단으로의 변속 후 내연 기관(12)은 직접적으로, 자동차(10) 사용자의 0%의 출력 요구보다 더 높은 구동 토크를 발생시킨다.

따라서 출력 요구(48)가 0%인 모든 경우들에서, 필터링에 의해 작용되는 현재 목표 토크(46)의 변화 속도의, 제한(변화 제한)이 비활성화된다. 이로써, 이 경우 현재 목표 토크(46)는 최종 목표 토크(42)와 동일하다(실선의 곡선 46). 현재 목표 토크(46)가 필터링되어 최종 목표 토크(42)에 "근접하는" 것은 브레이크 페달(42)이 작동할 때 역시 비활성화된다.

도8에는 시점 t₁시 낮은 단에서 높은 단으로의 단 변속 직후 출력 요구(48)가 시점 t₂에서 약간 감소하며 시점 t₃에서 다시 원래의 값으로 상승하는 자동차(10)의 작동 상황이 도시된다. 이전의 그래프들에서 설명한 작동 상황들에서와 마찬가지로, 현재 목표 토크(46)가 단 변속 후 최종 목표 토크(42)의 값 MZ₂에 점근적으로 "근접하는"것이 인식된다.

그러나, 시점 t₂ 시에 현재 목표 토크(46)가, 저감된 출력 요구(48)에 지연 없이 반응하고 시점 t₃ 시에 더욱 상승된 사용자의 출력 요구(48)에 마찬가지로 지연 없이 반응하는 것도 인식된다. 이는, 현재 목표 토크(46)가 2 개의 가산 부분들로 형성됨으로써 가능하다. 제1 부분은 필터링되지 않으며 실질적으로 출력 요구(48)만의 함수이다. 제2 부분은 변화 제한 또는 필터링을 따르며, 무엇보다 단 변속 시 갑작스럽게 변하는 최소한의 가능한 구동 토크(36)를 고려한다. 가산 부분들은 이후에 상세히 설명된다.

도9에는 도8과 유사한 상황이 도시되며, 시점 t₂에서 출력 요구(48)는 도8보다 더 강하게 대략 2 내지 3%로 복귀한다. 따라서 단 변속 후 계속적으로 증가하는 현재 목표 토크(46)는 갑작스럽게 하강하고, 게다가 변속단 변속 후 값 MMIN₂을 갖는 최소로 가능한 구동 토크(36)까지 감소한다. 이 결과 출력 요구(48)의 감소 시 일종의 "아이들링"이 되며, 이 때 출력 요구(48)가 리세트 되었음에도 불구하고 현재 목표 토크(46)는 더 이상 감소하지는 않는데, 이는 상기 현재 목표 토크가 최소로 가능한 구동 토크(36)의 값 MMIN₂에 의해 제한되기 때문이다.

시점 t₃에서, 출력 요구가 0%까지 저하되었다고 하자. 이에 상응하게 최종 목표 토크(42)도 최소로 가능한 목표 토크(36)의 값 MMIN₂로 저하된다. 현재 목표 토크(46)도 상기 값으로 저하된다. 시점 t₄에서, 0%의 출력 요구(48)가 다시 대략 2%로 상승되었다고 하자. 이에 상응하게 최종 목표 토크(42)는 값 MZ₄로 상승한다. 이미 도8에 의해 도시한 바와 같이, 출력 요구(48)의 상승은 직접 변환된다. 따라서 시점 t₄에서 현재 목표 토크(46)도 다시 상승한다. 상승 시점 t₄에서 현재 목표 토크(46)와 최종 목표 토크(42)가 동일한 값 즉, 최소로 가능한 구동 토크(36)의 값 MMIN₂를 포함하기 때문에, 시점 t₄ 후에는 현재 목표 토크(46)가 최종 목표 토크(42)로 점근적으로 근접하는 것은 더 이상 행해지지 않는다. 따라서 양 곡선(42, 46)은 동일한 경로를 나타낸다.

도9보다 더욱 복잡한 자동차(10)의 작동 상황이 도10에 도시된다. 출력 요구가 20%로 일정한 경우, 시점 t₁에서 낮은 단으로부터 높은 단으로 변속되었다고 하자. 이로써 최종 목표 토크(42)는 값 MZ₁으로부터 값 MZ₂로 증가한다. 현재 목표 토크(46)는 시점 t₁에서부터, 필터에 의해 새로운 목표값 MZ₂의 방향으로 점근적으로 상승한다. 현재 목표 토크(46)가 증가하는 동안, 시점 t₂ 에서 출력 요구가 갑자기 3%로 감소하였다고 하다. 이에 상응하게 최종 목표 토크(42)는 새로운 값 MZ₃로 저하한다. 이에 따라 현재 목표 토크(46)도 저하하지만, 그 최소값은 단 변속 후 값 MMIN₂를 갖는, 최소로 가능한 구동 토크(36)에 의해 제한된다.

시점 t₃ 내지 t₉는 시간에 대한 출력 요구의 진행을 나타내는 곡선(48)의 추가 코너 지점들을 도시하며, 이 경우 나타난 출력 요구는 항상 0% 보다 크다. 출력 요구(48)의 변화로 인해 즉시 현재 목표 토크(46)의 상응한 변화가 일어나고, 출력 요구(48)의 변화와 무관하게 현재 목표 토크(46)가 최종 목표 토크(42)에 점점 더 근접하는 것이 인식된다.

지금까지 도3 내지 도10에서 설명했던 작동 상황들의 경우, 관찰 기간 동안 자동차(10)의 속도가 거의 일정한, 단순한 경우를 상정했었다. 최소로 가능한 구동 토크의 곡선(36)은 이 경우 각각의 시점 t₁시 하나의 단에서 다른 단으로의 변속 시에만 변한다. 그러나 도2에 도시된 바와 같이, 최소로 가능한 구동 토크(36)는 변속기(16)의 현재 변속비 또는 현재 단 뿐만 아니라 크랭크 샤프트(14)의 회전수 또는 자동차(10)의 속도에 따라 좌우된다. 그러나 이런 종속성은 일정하며 갑작스럽지 않다. 도11의 그래프에는 이런 효과가 고려된다.

도11에는 일정한 출력 요구(48) 시 자동차(10)가 균일하게 느려지고 시점 t₁시에 변속 과정이 수동으로 시작됨으로써 하나의 낮은 단에서 하나의 높은 단으로 변속이 이루어지는 작동 상황이 도시된다. 그러나 기본적인 과정들은 예컨대 속도가 증가하는 경우일 때와 동일하게 적용된다. 시점 t2 내지 t6는 마찬가지로 출력 요구를 나타내는 곡선(48)의 코너 지점을 도시한다. 점선으로 도시된 곡선(46')은 필터링 또는 변화 제한이 항상 활성화될 경우 조정되는 현재 목표 토크(46)를 나타낸다.

현재 목표 토크(46)의 필터링 또는 변화 제한이, 속도 변화에 의해 생긴, 최소 가능한 구동 토크(36)의 연속적인 변화 시에도 작용하며, 이로써 상기 곡선(46')이 최종 목표 토크의 곡선(42)에 근접하는 것이 아니라 오히려 이 곡선으로부터 멀어져감을 알 수 있다. 이러한 이유로 인해, 시점 t₁에서의 단 변속 시 필터링 또는 변화 제한이 활성화되지만, 기간 dt₁ 동안에만 활성 상태가 유지된다. 이 기간 후 전환 기간 dt₂중에 필터의 시정수는 값 1에 근접하며, 이는 필터의 점차적 비활성화에 상응한다. 따라서 이 전환 기간 dt₂ 동안, 실선으로 도시된 현재 목표 토크(46)는 최종 목표 토크의 곡선(42)에 가까워지며 전환 기간 dt₂이 끝나면서 이 곡선(42)과 동일해진다.

도11의 곡선(46)에 상응하는 현재 목표 토크를 검출하기 위한 구체적인 알고리즘을 이하에 설명한다.

도2의 곡선(40)에 상응하는, 최대로 가능한 구동 토크는 다음 식에서 얻어진다.

MMAX = c * P_Max / v (식1)

항 P_Max는 공칭 회전수일 때 최대로 송출될 수 있는 엔진의 출력이다. 이는 예컨대 다음의 식으로 계산될 수 있다:

P_Max = P_Innen_Max - P_verl(n_nenn) (식2)

항 P_Innen_Max는 내연 기관(12)의 최대 내부 토크이며, P_verl은 내연 기관(12)의 공칭 회전수 n_nenn에 따라 좌우되는 손실 토크이다. 공칭 회전수 n_nenn는 또한 내연 기관(12)이 그 최대 출력을 송출하는 회전수를 나타낸다. 손실 출력 P_verl은 이하의 식으로 계산된다:

P_verl = P_reib + P_Neben + P_pump (식3)

항 P_reib는 내연 기관(12)의 마찰 출력 및 부하 교체 손실을 고려한다. P_Neben은 내연 기관(12)의 주변 장치에 의한 출력 요구를 고려하며, P_pump는 펌프 손실에 근거한 출력 요구를 고려한다(따라서 전부하 시 P_pump는 정상 상태일 경우 거의 0이다).

도11의 곡선(36)에 상응하는, 최대 가능한 구동 토크 MMIN는 이하의 식으로 계산된다:

MMIN = i * (mimin - P_verl/n) (식4)

계수 i에 의해 변속기(16) 또는 현재 변속단의 현재 변속비가 고려된다. 항 mimin은 이미 앞서서 설명했던 바와 같이, 내연 기관(12)의 최소 내부 토크를 나타낸다. 일반식 4에 사용된 마찰 토크는 물론 공칭 회전수에 연관되는 것이 아니라, 내연 기관(12)의 크랭크 샤프트(14)의 현재 회전수 n에 연관된다. 흡인관 내의 압력과 배기 가스관 내의 압력 사이의 차압에 좌우되는 항 mpump에 의해 펌프 손실이 고려된다. 항 M_Neben은 주변 장치로 인한 손실 토크를 고려한다.

현재 목표 토크(46)는 2 개의 추가 항들로 이루어진 다음의 식으로 계산될 수 있다:

MS = mrped * M_Hub + M_Fuss (식5)

항 mrped은 도3 내지 도11의 그래프의 곡선(48)에 상응하게, 출력 요구와 일치한다. 가속 페달을 작동시키지 않는 경우 출력 요구는 0이며, 가속 페달을 완전히 밟은 경우 출력 요구는 100%이다. 위에서 이미 여러 번 설명했던 바와 같이, 그 사이에 임의의 스케일링이 이루어질 수 있는데 이는 소정의 특징을 형성하기 위해서이다. 항 M_Hub은 다음의 식에 따라 계산될 수 있다:

M_Hub = MMAX - MMIN (식6)

일반식 5의 제2 추가 항 M_Fuss는 이하에 따라 계산될 수 있다:

M_Fuss = a * MMIN +(1 - a) * (M_Fuss_alt + M_Fuss-Korr_1 + M_Fuss_Korr_2) (식7)

이 경우,

M_Fuss_Korr_1 = mrped * (MMIN - MMIN_alt) (식8)

M_Fuss_Korr_2 = MAX (MMIN - (mrped * M_Hub + M_Fuss_alt + M_Fuss_Korr_1); 0)

일반식 5의 추가 항 M_Fuss는 출력 요구가 0%일 때의 현재 목표 토크(46)를 나타낸다. 이는 하나의 계수 a의 고려 하에 이루어지며, 이 계수는 상기 계수가 값 0을 가질 때 무한의 필터 시정수를 이끌어내며, 값 1을 가질 때에는 비활성화된 필터를 이끌어낸다. 항 M_Fuss_Korr은, 최소 가능한 구동 토크 MMIN의 점프 시 가능한 한 현재 목표 토크 MS가 점프하지 않도록 하는 동역학적 보정값들이다. 이 값들은 한편으로는 현재 목표 토크 MS의 지속성에 대한 요구로부터 완전히 대수적으로 생기며, 다른 한편으로는 현재 목표 토크 MS가 도3 내지 도11에서 곡선(42)으로 도시된 최종 목표 토크에 근접하는 요구로부터 생긴다. 항 MMIN_alt 및 M_Fusss_alt은 마지막 계산 사이클에 존재하는 값을 나타낸다.

본 발명에 따르면, 목표 출력 변수가 적어도 특정 출력 요구 시에 적어도 검출 가능하게 변속기의 현재 변속비에 따름으로서, 연료 소비가 줄어들고 자동차 내에서의 사용 시 브레이크 마모가 줄어들도록 개선된다.

Claims

출력 요구(48)로부터 구동 장치(19)의 현재 목표 출력 변수(46)가 결정되는, 엔진(12) 및, 가변 변속비를 갖는 변속기(16)를 포함하는 구동 장치(19)의 작동 방법에 있어서,

상기 목표 출력 변수(46)는 적어도 특정 출력 희망(48) 시 변속기(16)의 현재 변속비의 함수인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 변속비의 함수는 출력 요구(48)가 증가함에 따라 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 함수는 선형 또는 지수 함수적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 변속비의 변화 중 또는 변화 후, 현재 목표 출력 변수(46)가 이전의 변속비에 상응하는 값으로부터 추후의 변속비에 상응하는 최종 목표 출력 변수(42)의 방향으로 변화하는 속도가 적어도 일시적으로 제한되는(변화 제한) 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 변화 제한은, 필터, 저역 패스 특징을 갖는 필터에 의해 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 이전의 변속비에 상응하는 현재 목표 출력 변수(46)가 추후의 변속비에 상응하는 최소 가능 출력 변수(36)보다 작으면, 현재 목표 출력 변수(46)는 우선 변속비 변화를 가지며 변화 제한 없이 추후의 변속비에 상응하는 최소 가능 출력 변수(36)에 적어도 대략 상응하는 중간값으로까지 상승하고, 그 후, 변화 제한에 의해 현재 목표 출력 변수(46)는 상기 중간값으로부터 추후의 최종 목표 출력 변수(36)의 방향으로 상승하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 현재 목표 출력 변수(46)의 변화 제한은, 출력 요구(48)의 변화 시 현재 목표 출력 변수가 실질적으로 출력 요구(48)와 같아지도록 변하는 반면 변속비의 변화 시에는 상기 출력 변수가 변화 제한을 받도록, 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 현재 목표 출력 변수(46)의 변화 속도와 출력 요구(48)의 변화 속도가 적어도 거의 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 현재 목표 출력 변수(46)가 적어도 하나의 제1 성분 및 제2 성분의 가산으로 형성되고, 이 때 제1 성분에서 출력 요구(48)가 제2 성분보다 더 크게 고려되며, 제2 성분에서 최소 가능 출력 변수(36)가 제1 성분보다 더 크게 고려되고, 제1 성분의 변화 제한이 제2 성분의 변화 제한보다 더 작은 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 출력 요구(48)가 적어도 거의 최소이거나, 브레이크(20) 작동에 의해 명확한 감소 요구 또는 비활성화 요구가 존재할 때 상기 변화 제한이 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 변화 제한이, 변속비의 변화 후에 제한된 시간적 범위(dt₁) 외에서 감소하거나 비활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
내연 기관(12)의 제어 장치 또는 조절 장치(28)를 위한 전기 메모리 매체로서,

제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 방법에 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램이 상기 메모리 매체에 저장된 것을 특징으로 하는 전기 메모리 매체.
내연 기관(12)용 제어 장치 또는 조절 장치(28)로서,

제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 하나의 방법에 사용하기 위해 상기 장치가 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 제어 장치 또는 조절 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 하나의 방법에 사용하기 위해 프로그래밍된 제어 장치 또는 조절 장치(28)를 구비한, 자동차(10)용 내연 기관(12).
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