KR101048122B1

KR101048122B1 - 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법

Info

Publication number: KR101048122B1
Application number: KR1020050118358A
Authority: KR
Inventors: 이호욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2011-07-08
Also published as: KR20070059477A

Abstract

무단 변속기에서 주행 내구에 따른 마모로 변하게 되는 벨트와 풀리간의 마찰계수를 역추적 계산하여 1차원 맵으로 설정되는 마찰계수 테이블 데이터를 업 데이트시켜 갱신하고, 상황에 맞는 마찰계수의 적용을 통한 풀리 추력의 계산 제어로 무단 변속기의 효율성을 극대화시키도록 하는 것으로,

무단 변속기의 정상운전 상태에서 변속제어수단은 현재 운전조건에서 풀리 동반경 제어를 위한 목표 압력을 추출하는 과정과, 압력센서로부터 풀리면에 작용하는 실제 압력을 검출하는 과정과, 현재 운전조건에서의 목표 압력과 실제 압력을 비교하여 두 압력이 일치되는 상태인지 판단하는 과정과, 두 압력이 일치되는 상태이면 엔진토크를 검출하고 풀리의 동반경을 추출하는 과정과, 설정된 수학식을 적용하여 현재 운전조건에서 벨트와 풀리 사이의 마찰계수를 계산하는 과정 및 상기 계산된 마찰계수를 변속제어수단에 설정되는 1차원 맵 테이블 데이터에 업 데이트하여 갱신하는 과정을 포함한다.

무단 변속기, 마찰계수, 풀리 추력, 동반경 제어

Description

무단 변속기에서 마찰계수 보정방법{ADAPTIVE COEFFICIENT OF RESISTANCE DETECTION METHOD FOR CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

도 1은 무단 변속기의 동력 전달과정에서 힘 관계를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따라 무단 변속기에서 마찰계수를 역추적 계산하고, 이의 적용으로 풀리 추력을 계산 제어하는 일 실시예의 흐름도.

본 발명은 자동차에 장착되는 무단 변속기에 관한 것으로, 더 상세하게는 주행 내구에 따른 마모로 변하게 되는 벨트(Belt)와 풀리(Pulley)간의 마찰계수를 역추적하여 계산하여 1차원 맵으로 설정되는 마찰계수 테이블 데이터를 업 데이트시켜 갱신하고, 상황에 맞는 마찰계수의 적용을 통한 풀리 추력의 계산 제어로 무단 변속기의 효율성을 극대화시키도록 하는 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법에 관한 것이다.

무단 변속기(Continuously Variable Transmission ; CVT)는 벨트와 풀리간의 힘을 전달하는 구조로 되어 있다.

엔진에서 들어오는 동력(토크)은 토크 컨버터를 거쳐서 1차(Primary) 풀리로 전달되고, 이 동력(토크)이 벨트를 거쳐서 종동축인 2차(Secondary) 풀리로 전달되어서 바퀴까지 전달된다.

무단 변속기는 풀리와 벨트간의 힘 전달 과정을 거쳐 동력 전달이 이루어지며, 벨트와 풀리간의 마찰계수(μ)를 기본으로하여 구동력이 결정된다.

벨트와 풀리간의 마찰계수(μ)는 실차 환경의 다양한 조건에서 반복적인 시험을 통해 추출되는 값으로, 변속제어수단에 1차원 맵으로 설정되며 실제 변속비에 따라 다른 다른 함수값을 가지게 된다.

현재의 무단 변속기에서 풀리의 추력(벨트를 미는 힘)은 입력토크에 따른 1차 함수로만 설정된다.

그러나, 무단 변속기의 경우 내구에 따른 마모가 발생되는바, 입력 토크의 함수만을 고려하여 풀리 추력을 추출하는 현재의 제어 로직에서는 내구에 따른 마모에 의해 풀리면과 벨트 사이에서의 마찰계수(μ)가 변하게 된다는 현상이 무시된 상태이다.

따라서, 실제로 풀리면과 벨트 사이에서의 마찰계수(μ)가 변하게 되면 최소 추력이 변하게 되고, 이에 따라서 실제 필요한 추력보다 작은 추력이 산출된 가능성이 농후하게 되며, 이러한 경우 벨트의 미끄러짐 현상으로 이어지져 정상적인 출력이 확보되지 못하며, 많은 동력손실이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 주행 내구에 따른 마모로 변하게 되는 벨트와 풀리간의 마찰계수를 역추적 계산하 여 1차원 맵으로 설정되는 마찰계수 테이블 데이터를 업 데이트시켜 갱신하고, 상황에 맞는 마찰계수의 적용을 통한 풀리 추력의 계산 제어로 무단 변속기의 효율성을 극대화시키도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 무단 변속기의 정상운전 상태에서 변속제어수단은 현재 운전조건에서 풀리 동반경 제어를 위한 목표 압력을 추출하는 과정과; 압력센서로부터 풀리면에 작용하는 실제 압력을 검출하는 과정과; 현재 운전조건에서의 목표 압력과 실제 압력을 비교하여 두 압력이 일치되는 상태인지 판단하는 과정과; 두 압력이 일치되는 상태이면 엔진토크를 검출하고 풀리의 동반경을 추출하는 과정과; 설정된 수학식을 적용하여 현재 운전조건에서 벨트와 풀리 사이의 마찰계수를 계산하는 과정 및; 상기 계산된 마찰계수를 변속제어수단에 설정되는 1차원 맵 테이블 데이터에 업 데이트하여 갱신하는 과정을 포함하는 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 무단 변속기의 동력 전달과정에서 힘 관계를 도시한 도면이다.

도 1에서 무단 변속기의 풀리면에 작용하는 힘(Force) 관계는 하기의 수학식 1과 같이 정리된다.

Ft = Tax / 2Rax

즉, Fn ≥ ｜Tax｜ / 2Raxμ

상기의 수학식 1에서 Tax는 엔진 토크(Engine Torque)이고, Rax는 변화되는 변속비에 따라 계산되는 풀리의 동반경(Dynamic Radius)이며, μ는 마찰계수이다.

결국, 힘을 전달하기 위해서는 상기한 수학식 1과 같은 힘으로 벨트를 풀리가 밀어야만 하며, 벨트와 풀리 사이의 마찰력이 정상적으로 작용하여 서로 미끄러지지 않아야 한다.

상기한 수학식 1에 대하여 엔진 토크(Tax)에 대하여 정리하면 하기의 수학식 2와 같이 정리된다.

상기의 수학식 2에서 Fax_min은 벨트와 풀리간에 슬립이 발생되지 않도록 하는 최소한의 추력이며, Rax는 풀리의 동반경이고, μ는 마찰계수이며, λ는 풀리 면의 각도이다.

실질적으로 시스템에서는 안전율 Sf를 고려하여 추력을 결정되므로, 상기의 수학식 2에 대하여 하기의 수학식 3과 같이 정의되는 안전율 Sf를 고려하여 풀리의 최소 추력(Fax_min)을 계산하면 하기의 수학식 4와 같이 정리된다.

상기 수학식 3에서 풀리 추력(Fax)은 Fncosλ이다.

본 발명은 상기한 수학식 4를 기준으로 내구에 따라 변화되는 벨트와 풀리 사이의 마찰계수(μ)를 계산하여 1차원 맵으로 설정되는 테이블 데이터를 갱신한다.

즉, 벨트와 풀리 사이의 마찰계수에 대한 1차원 맵 테이블 데이터는 최초에 시험 데이터를 기준으로 설정되나, 주행조건의 변화에 따라 마찰계수의 값 역시 변화하게 되므로, 상기한 수학식 4로부터 마찰계수(μ)를 제외한 나머지 항목을 정확하게 계산하여 해당 시점에서의 마찰계수(μ)를 역추적하고, 맵 테이블 데이터와의 비교로 서로 상이한 경우 현재의 주행조건에서 검출되는 마찰계수(μ)로 맵 테이블 데이터를 업 데이트하여 갱신한다.

상기한 수학식 4에 대하여 마찰계수(μ)를 변수로 하여 정리하면 하기의 수학식 5와 같이 정리된다.

상기한 수학식 5에서 엔진 토크(Tax)는 현재의 운전조건에서 엔진제어수단으로부터 변속제어수단에 CAN 통신으로 입력되는 정확한 값이며, 엔진 맵으로부터 동시 확인되는 값이다.

그리고, 풀리 면 각도 λ 값은 풀리 설계값으로 고정되는 값이며, 풀리의 동반경(Rax)는 현재 변속비만 알고 있으면 바로 알수 있는 값이다.

또한, 상기한 수학식 3에서 풀리 추력(Fax)는 목표 압력과 실제압력이 일치하는 경우 압력으로부터 역계산하여 산출되는 값이다.

결론적으로, 풀리의 최소 추력(Fax_min)은 추력과 안정율을 알고 있으므로 계산 가능하므로, 이로부터 상기한 수학식 5와 같이 마찰계수(μ)를 역추적하여 산출할 수 있게 된다.

즉, 정상운전상태의 조건에서 목표 압력과 센서로부터 검출되는 실제압력(제어압력)이 일치하는 상태에서, 차속센서의 신호로부터 변속비를 계산하여 풀리의 동반경(Rax)를 추출하고, CAN 통신으로 제공되는 엔진 토크를 검출하여 현재의 운전조건(변속비)에 해당하는 마찰계수(μ)를 계산하여 설정된 1차원 맵 테이블 데이터의 업 데이트 갱신을 수행한다.

그리고, 풀리의 추력을 계산함에 있어, 업 데이트 갱신된 1차원 맵 테이블 e이터의 마찰계수(μ)를 적용하여 동반경을 제어함으로써, 벨트와 풀리간의 슬립이 발생되지 않는 동력전달이 이루어지게 하여 무단 변속기의 효율성을 극대화시킨다.

이에 대하여 도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

무단 변속기 장착 차량의 정상운전 상태에서(S101), 무단 변속기를 제어하는 변속제어수단은 현재의 운전조건에서의 목표 압력을 연산 추출한다(S102).

상기 정상운전 상태는 정확한 데이터의 측정이 가능하고 벨트와 풀리간의 마찰계수(μ)를 추출하여 보정 적용이 수행되는 조건으로, 현재 변속비가 5 내지 10 사이클이 유지되는 조건이다.

상기한 정상운전 상태에서 추출된 목표 압력과 압력센서로부터 검출되는 풀리 면에 작용하는 실제 압력을 검출하여 연산된 목표 압력과 실제 압력을 비교하며, 연산된 목표 압력과 풀리 면에 작용하는 실제 압력이 서로 일치되는 상태인지를 판단한다(S103).

상기 S103의 판단에서 연산된 목표 압력과 풀리 면에 작용하는 실제 압력이 서로 일치되는 상태이면 엔진제어수단으로부터 CAN 통신으로 제공되는 엔진 토크(Tax)를 검출하고(S104), 차속센서로부터 검출되는 현재의 차속에 따른 변속비를 검출하여 풀리의 동반경(Rax)를 추출한다(S105).

상기와 같이 엔진토크(Tax)와 풀리의 동반경(Rax)의 검출이 완료되면, 상기한 수학식 5의 적용을 통해 현재 운전조건에서의 실질적인 마찰계수를 계산한다(S106).

상기한 수학식 5에서 엔진토크(Tax)와 풀리의 동반경(Rax)은 현재의 운전조건에서 검출된 값이고, 풀리 면 각도 λ 값은 풀리 설계값으로 고정되는 값이며, 풀리 추력(Fax)은 목표 압력과 실제압력이 일치하는 경우 압력으로부터 역계산되어 산출된다.

상기 S106에서 현재 운전조건에서의 실질적인 마찰계수(μ)가 계산되어지면 이를 변속제어수단에 설정되는 1차원 맵 테이블 데이터에 업 데이트하여 마찰계수(μ)를 갱신한다(S107).

상기와 같이 마찰계수(μ)의 갱신이 이루어지면 이의 적용으로 현재의 운전 조건에서의 최소 풀리 추력을 상기한 수학식 4를 적용하여 계산하고(S108) 이에 따른 유압의 제어를 통해 풀리의 동반경을 제어한다(S109).

상기 S103의 판단에서 연산된 목표 압력과 풀리 면에 작용하는 실제 압력이 서로 일치되지 않는 상태이면 변속제어수단은 기 설정되어 있는 1차원 맵 테이블 데이터를 적용하여(S110) 현재의 운전조건에서의 마찰계수(μ)를 추출한다(S111).

이후, 상기한 수학식 4를 적용하여 최소 풀리의 추력을 계산하고(S108), 이에 따른 유압의 제어를 통해 풀리의 동반경을 제어한다(S109).

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 무단 변속기에서 벨트와 풀리간의 마찰계수의 변화를 인식하여 맵 테이블 데이터를 갱신하고, 현재의 운전조건에서의 실질적인 마찰계수를 적용하여 풀리 추력을 계산하며, 이에 따른 풀리의 동반경 제어로 벨트의 미끄러짐이 발생되지 않아 무단 변속기의 효율성을 극대화한다

Claims

무단 변속기의 정상운전 상태에서 변속제어수단은 현재 운전조건에서 풀리 동반경 제어를 위한 목표 압력을 추출하는 과정과;

압력센서로부터 풀리면에 작용하는 실제 압력을 검출하는 과정과;

현재 운전조건에서의 목표 압력과 실제 압력을 비교하여 두 압력이 일치되는 상태인지 판단하는 과정과;

두 압력이 일치되는 상태이면 엔진토크를 검출하고 풀리의 동반경을 추출하는 과정과;

설정된 수학식을 적용하여 현재 운전조건에서 벨트와 풀리 사이의 마찰계수를 계산하는 과정 및;

상기 계산된 마찰계수를 변속제어수단에 설정되는 1차원 맵 테이블 데이터에 업 데이트하여 갱신하는 과정을 포함하는 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법.
제1항에 있어서,

상기 1차원 맵 테이블 데이터가 업 데이트 갱신된 마찰계수를 적용하여 현재 운전조건에서의 풀리 추력을 계산하고, 이에 따른 압력의 제어로 풀리 동반경을 제어하는 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법.
제1항에 있어서,

상기 무단 변속기의 정상운전 상태는 정확한 데이터의 측정이 가능하고 벨트와 풀리간의 마찰계수 추출하여 보정 적용이 수행되는 조건으로, 현재 변속비가 5 내지 10 사이클이 유지되는 조건인 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법.
제1항에 있어서,

상기 엔진토크은 엔진제어수단에서 CAN 통신으로 제공되는 정보로부터 검출하는 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법.
제1항에 있어서,

상기 풀리 동반경은 차속센서의 입력값으로부터 현재 운전조건에서의 변속비를 계산하고, 변속비의 분석을 통해 추출하는 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법.
제1항에 있어서,

상기 목표 압력과 실제 압력의 비교 결과 두 압력이 일치되지 않는 상태이면 기 설정된 1차원 맵 테이블로부터 마찰계수를 추출하여 풀리 추력을 계산하고, 이에 따른 압력의 제어로 풀리 동반경을 제어하는 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법.
제1항에 있어서,

상기 마찰계수는,

하기의 수학식 6과 같이 결정되는 최소의 풀리 추력 계산식에 하기의 수학식 7과 같이 결정되는 안전율이 적용되어, 하기의 수학식 8를 통해 계산하는 무단 변속기에서 마찰계수 보정방법.