KR101179284B1 - 무단 변속기의 제어 방법 - Google Patents

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매튜 깁슨 필드
스티븐 윌리엄 머레이
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Abstract

회전 입출력 부재를 구비한 연속 가변비 유닛("가변기")을 포함하는 유형의 무단 변속기를 제어하는 방법으로서, 가변기가 회전 입출력 부재를 통하여 엔진과 피동 요소 사이에 연결되고, 가변기가 1차 제어 신호를 수신하며, 소정의 가변기 구동비에 대하여, 제어 신호에 직접 대응하는 토크를 상기 입출력 부재에 대하여 가하도록 구성 및 배치되고, 목표 엔진 가속도를 결정하는 단계; 필요한 엔진 가속도를 제공하기 위하여, 가변기의 1차 제어 신호의 설정값 및 엔진 토크 제어의 설정값을 결정하고, 이 설정값들에 기초하여 제어 신호 또는 엔진 토크 제어 또는 이들 모두를 조절하는 단계; 그에 따른 엔진 속도 변화를 예측하는 단계; 엔진 및/또는 변속기 특성에 대한 허용차가 만들어지는 단계, 및 실제 엔진 속도와 예측된 엔진 속도의 비교에 기초하여 제어 신호의 설정값 및 엔진 토크의 설정값을 보정하는 단계;를 포함한다.

Description

무단 변속기의 제어 방법 {METHOD OF CONTROLLING A CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}
본 발명은 연속적으로 비율이 변화하는 형태의 무단 변속기와 그와 관련된 엔진의 제어에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용하는 용어 "엔진"은 내연 기관과 전기 모터를 포함하는, 회전 구동력을 제공하기 위한 어떤 적합한 장치를 포함하는 것으로 이해해야 한다. 본 발명은 그 적용이 특히 적합한 자동차용 변속기와 관련하여 설명한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 다른 분야에 사용되는 변속기에도 적용할 수 있다고 이해해야 한다.
임의의 무단 변속기에는 연속적으로 변화하는 구동 비율을 제공하는 "가변기(variator)"라 지칭되는 장치가 있다. 가변기는 로터리 입력 및 출력 부재를 통해 변속기의 다른 부품에 연결된다(통상적으로, 기어는 가변기의 한 쪽에서 엔진에 연결되고 가변기의 다른 쪽에서 자동차의 구동 휠과 같은 구동 부품에 연결된다. 입력 부재의 속도로 나눈 출력 부재의 속도가 "가변기의 구동 비율"이다.
"토오크 제어"의 개념은 본 기술분야에 공지되어 있지만 이후에 설명될 것이며, 이는 "비율 제어"라는 용어를 구별하는데 유용하다.
비율 제어식 가변기는 필요한 가변기 구동 비율을 나타내는 제어 신호를 수신한다. 가변기는 상기 구동 비율을 필요한 수치로 조절함으로써 반응한다. 그런한 조절에는 통상적으로, 가변기의 비율 결정 소자의 위치를 검출(예를들어, 벨트 및 도르래 가변기에서 도르래의 분리)하는 단계, 및 피이드백 루프를 이용하여 상기 소자의 실제 위치를 (제어 신호에 의해 결정되는)소정의 위치로 조절하는 단계를 포함한다. 이와 같이, 비율 제어식 가변기에 있어서는 비율이 제어 신호에 직접적으로 대응한다.
비율 제어식 가변기는 토오크 제어식 가변기의 경우와는 다르다. 대신에, 토오크 제어식 가변기는 주어진 가변기 구동 비율에 대해 가변기의 1차 제어 신호에 직접 대응하는 토오크를 입력 및 출력 부재 상에 가하도록 구성되고 배열된다. 이는 구동 비율이라기 보다는 제어 변수인 토오크이다. 가변기 입력 및 출력에 있어서의 속도 변화 및 그에 따른 가변기 구동 비율에 있어서의 변화는 외부에서(예를 들어, 엔진 및 휠로부터) 가해진 토오크 이러한 토오크를 상기 가변기의 입력 및 출력에 연결된 관성에 적용한 것에 기인한 것이다. 가변기 구동 비율은 대응적으로 변화되도록 한다.
토오크 제어는 토로이달-레이스, 롤링-트랙션 형태의 가변기에 기본적으로 적용되는 데이터를 갖는다. 예를 들어, 토로트랙(디벨로프먼트) 리미티드에 의한 유럽 특허 EP 444 086호에 기술된 장치에 있어서, 가변기 롤러는 동축으로 장착된 입력 및 출력 디스크들 사이에 구동력을 전달하는 역할을 한다. 가변기 롤러는 각각의 토오크(Tin,Tout)를 입력 및 출력 디스크에 가한다. 따라서, 롤러는 디스크 축 선 주위에서 "반작용 토오크"(Tin + Tout)를 경험한다. 이러한 반작용 토오크는 일군의 액츄에이터에 의해 축선 주위의 롤러에 가해지는 동일 토오크 및 대향 토오크와 대치된다. 이는 디스크 축선 주위에서의 롤러의 운동이 롤러의 "세차 운동(prcession)"을 수반하는, 즉 디스크 축선에 대한 롤러 축의 각도 변화에 대응해서 가변기의 구동 비율의 변화를 수행하는 형상이다. 액츄에이터의 토오크를 제어함으로써, 반작용 토오크(Tin + Tout)는 직접 제어된다. 이러한 형태의 가변기에 있어서의 제어 신호는 반작용 토오크에 직접적으로 대응한다.
가변기에 의해 입력 및 출력에 가해진 실제적인 토오크는 제어 신호뿐만 아니라 현재의 구동 비율에도 의존하지 않는데, 그 이유는 그 합(Tin + Tout)이 제어 신호에 의해서만 결정되더라도 비율(Tin /Tout)의 크기가 가변기 구동 비율의 역수와 동일하여 가변기 구동 비율에 따라 변화되기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 주어진 구동 비율에 대해 두 값(Tin ,Tout)은 제어 신호에 의해서만 결정된다.
반작용 토오크와 제어 신호 사이의 직접적인 대응 관계는 모든 토오크 제어식 가변기에 의해 제공되지 않는다. 벨트 및 도르래 구성을 사용하는 아주 다른 형태의 토오크 제어식 가변기의 예는 본 출원인 소유의 유럽 특허 제 736 153호 및 미국 대응 특허 제 5,766,105호이며, 상기 특허에 있어서 하나의 도르래는 나선형 통로에 따른 도르래의 축 운동이 가능한 형태로 하나의 도르래가 구동 축 상에 장착된다. 따라서, 토크가 도르래로 가해질 때, 샤프트의 축선을 따라 대응력이 발 생한다. 이러한 축력은 액츄에이터에 의해 도르래(sheaves)에 가해지는 힘에 의해 대항된다. 다시, 두 개의 힘들 사이에 평형이 이루어진다. 다시 샤프트 상에 도르래에 의해 가해지는 토크(Tin)는 주어진 가변기 구동비에 대해 액츄에이터에 의해 가해지는 힘에 대응하는 제어 신호에 의해 유일하게 결정되는 것이 이러한 예일 수 있다.
양 배열체에 대한 공통 특징은 가변기가 부품-위치가 현 가변기 구동 비에 대응되는 가동 도르래 또는 가변기 롤러를 포함하고 이러한 부품은 제어 신호에 의해 결정되고 가변기 입력/출력에서 발생되는 토크에 의해 균형이 맞추어지는 바이어싱 토크(또는 힘)가 가해지도록 한다.
토크 제어 변속기의 효과적인 이용은 일렉트로닉스에 종속되어 엔진 및 변속기를 일체로 조절한다. 이러한 파워트레인(powertrain)의 전자 제어에 대한 초기 서류는 ASME(미국의 기계 공학 사회The American Society of Mechanical Engineers)) 서류 제 80-GT-22, 1980년 3월, 스터브스(stubbs)에 의한- " 자동차 분야에 대한 퍼버리 트랙션 변속의 개선(The Development of a Perbury Traction Transmission for Motor Car Applications) " 및 IMechE 서류 제 C200/81, 1981년, 아이런사이드(Ironside) 및 스터브스의 -자동차 퍼버리 변속의 마이크로컴퓨터 제어(Microcomputer Control of an Automotive Perbury Transmission) 이다. 양 서류는 토크 제어 모드로 작동하는 토로이달-레이스, 롤링-트랙션 방식 가변기(toroidal-race rolling traction type variator)를 기초로 한 변속기의 전자 제어 와 관련된 프로젝트를 설명하고 있다.
양 서류는 무단 변속기와 관련된 다음과 같은 장점을 지적한다. 최고의 연료 효율적인 엔진 토크 및 엔진 속도의 레벨 또는 이 레벨에 근접하여 작동하여 이러한 변속기를 이용할 때 연료 효율이 매우 강화된다. 드라이버에 의해 요구되는 엔진 파워의 주어진 임의의 레벨에 대해 최상의 연료 효율을 제공하는 엔진 속도와 엔진 토크의 특별한 조합이 존재한다. 스터브스는 이러한 "최적 효율"의 궤적을 플로팅하여 최적 엔진 효율을 나타내는 라인을 형성하는 그래프상에 점으로 표시하였다. 아이런사이드 및 스터브에 의해 제안된 제어 방식은 가능하게 되는 이러한 라인상의 엔진 작동을 기초로 하였다.
이러한 서류에서 설명되는 제어 방법에서 드라이버의 요구는 휠 토크용 필요조건으로서 해석되며, 차량 바퀴의 회전 속도에 의한 곱에 의한 엔진 파워용 필요조건으로 변환된다. 이러한 파워로부터 최적 효율에 대한 유일한 포인트가 선택되어, 엔진 토크 및 엔진 속도에 대한 목표치를 제공하였다. 엔진은 엔진 속도를 기초로 한 폐루프를 이용하여, 엔진 속도를 목표치로 접근시키기 위해 조정되는 가변기에 의해 엔진으로 가해지는 부하 및 목표 타킷을 형성하기 위해 설정되었다.
스터브스의 단순한 접근은 자동차 제조에 대한 변속비의 안정성 및 차량의 운전성에 대한 많은 방식을 부적절하게 하였다.
토크-제어형(torque-controlled) 변속기를 제어하는 것과 관련된 도전은 비율-제어형(ratio-controlled) 변속기를 제어하는 것과 관련된 도전과 매우 다르다. 후자의 경우, 가변기(variator)는 선택된 구동 비율을 유지하기 때문에, 피동 휠에 서의 토크는 엔지 토크와 직접 관련된다. 구동 비율 설정치를 유지함으로써, 변속기는 엔진 속력과 차량 속력 사이에 직접적인 관련을 제공하기 때문에, 엔진 속력 제어는 비교적 직접적인 문제이다. 구동 비율은 제어 변수가 아니고 변하도록 허용되는 토크-제어형 변속기에서, 엔진과 휠은 서로로부터 효과적으로 디커플링(decoupling)되는 것으로 생각할 수 있다. 휠 토크는 엔진 토크보다는 가변기에 의하여 제어된다. 엔진 속력은 차량 속력을 따르도록 제한되지 않는다. 대신에 가변기에 적용되는 제어 신호는 가변기에 의하여 엔진으로 적용되는 부하 토크(loading torque)를 결정한다. 엔진 내의 연소는 엔진 토크를 발생시킨다. 부하 토크와 엔진 토크의 합은 (엔진 및 변속기 모두의 질량에 의한)엔진 관성체에 작용하여 엔진 가속을 결정한다. 부하 토크와 엔진 토크가 크기가 같고 반대 방향인 경우, 엔진 속력은 일정하다. 엔진 속력의 변화는 이들 토크 사이의 불일치로부터 기인한다. 따라서, 엔진 토크의 부하 토크로의 다이나믹 매칭(dynamic matching)은 전체적으로 구동 라인의 관리에 필수적이고, 특히 엔진 속도의 관리에 필수적이다. 그 균형을 관리하지 못하는 경우에는 엔진 속력에 원하지 않는 변화가 발생할 것이다.
엔진 속력 관리에 관한 몇몇 문제가 미국특허 제649 7636호[쉬라이허(Schleicher) 등]에 제시되어 있는데, 본 출원인이 이 문헌의 언어를 이해할 수 있는 한 여기에는 엔진을 원하는 작동점(엔진 속력과 엔진 토크)으로 가져오는 데 필요한 변속기와 엔진 조정을 다루고 있다.
엔진 속력에서의 변화의 프로파일(profile)은 차량의 주행운전성 (driveability)에 중요하다. CVT 파워 트레인에서 엔진은 전형적으로 낮은 속도 및 높은 토크에서 구동된다는 사실(높은 연비를 제공함)때문에 엔진 속력의 관리는 특히 중요하게 된다. 구동기가 파워 면에서 상승을 요청할 때, 이미 그 최대 토크에 가깝게 작동하는 엔진은 필요한 파워를 제공할 수 있도록 제어되는 방식으로 전형적으로 가속되어야 한다.
본 발명의 목적은 토크-제어형 변속기를 이용하여 구동 라인의 효과적인 제어를 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 의하면, 회전 입출력 부재를 구비한 연속 가변비 유닛("가변기")을 포함하는 유형의 무단 변속기를 제어하는 방법으로서, 상기 가변기가 상기 회전 입출력 부재를 통하여 엔진과 피동 요소 사이에 연결되고, 상기 가변기가 1차 제어 신호를 수신하며, 소정의 가변기 구동비에 대하여, 상기 제어 신호에 직접 대응하는 토크를 상기 입출력 부재에 대하여 가하도록 구성 및 배치되고,
목표 엔진 가속도를 결정하는 단계와,
필요한 엔진 가속도를 제공하기 위하여, 상기 가변기의 1차 제어 신호의 설정값 및 엔진 토크 제어의 설정값을 결정하고, 이 설정값들에 기초하여 상기 제어 신호 또는 상기 엔진 토크 제어 또는 이들 모두를 조절하는 단계와,
그에 따른 엔진 속도 변화를 예측하는 단계와,
실제 엔진 속도와 예측된 엔진 속도의 비교에 기초하여 상기 제어 신호의 설정값 및 엔진 토크의 설정값을 보정하는 단계를 포함하는 것인 무단 변속기 제어 방법이 있다.
본 발명의 제2 양태에 의하면, 회전 입출력 부재를 구비한 연속 가변비 유닛("가변기")을 포함하는 유형의 무단 변속기를 제어하는 방법으로서, 상기 가변기가 상기 회전 입출력 부재를 통하여 엔진과 피동 요소 사이에 연결되고, 상기 가변기가 1차 제어 신호를 수신하며, 소정의 가변기 구동비에 대하여, 상기 제어 신호에 직접 대응하는 토크를 상기 입출력 부재에 대하여 가하도록 구성 및 배치되고,
목표 엔진 가속도를 결정하는 단계와,
상기 목표 엔진 가속도를 얻기 위하여 파워 트레인 관성을 가속하는데 필요한 과잉 토크(TrqAcc)를 결정하는 단계와,
상기 변속기에 의해 상기 엔진에 가해지는 부하 토크와 상기 과잉 토크(TrqAcc)의 합이 엔진 토크와 동일하도록, 상기 가변기에 대한 제어 신호를 조절하거나 상기 엔진의 토크 제어기를 조절하거나 이들 모두를 조절하는 단계를 포함하는 것인 무단 변속기 제어 방법이 있다.
본 발명의 제3 양태에 의하면, 연속 가변비를 제공하는 변속기를 통하여 하나 이상의 차륜을 구동시키는 엔진을 포함하는 자동차의 파워 트레인에서 엔진 속도 오류를 제어하는 방법으로서, 상기 변속기가 상기 엔진에 대해 선택된 부하 토크를 가하고, 그에 따른 엔진 속도의 변화에 따라 변속비가 가변되는 것을 허용하도록 구성 및 배치되며, 상기 엔진에 의해 발생되는 엔진 토크와 상기 부하 토크의 합인 순 토크가 엔진의 관성에 대해 적용됨으로써 엔진 가속도가 유발되며,
상기 엔진 속도 오류를 결정하는 단계와,
상기 엔진 속도 오류를 줄이기 위해 필요한 상기 순 토크에 대한 보정인, 제어 방안(control effort)을 수립하는 폐루프 제어기에 상기 엔진 속도 오류를 제공하는 단계와,
상기 제어 방안을 고려하여, (ⅰ) 엔진 토크 조절과 (ⅱ) 부하 토크 조절간의 제어 방안의 배정을 수립하는 단계와,
상기 조절(들)을 실시하는 단계를 피드백 루프에서 포함하는 것인 엔진 속도 오류 제어 방법이 있다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 특정한 실시 형태를 단지 실시예의 방법으로 설명하겠다.
도 1은 본 발명을 구현하는 데 사용되기에 적절한, 그 자체로 알려진 유형인 토로이드형 레이스(toroidal-race), 롤링-트랙션(rolling-traction) 가변기의 단순화된 도면이다.
도 2는 본 발명을 구현하는 데 적절한 유형의 토크-제어형 파워트레인의 매우 개략적인 도면이다.
도 3은 파워트레인 제어에 사용되는 하드웨어의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명을 실현하는 제어 시스템에서 구동기의 제어 입력의 해석을 나타내는 그래프이다.
도 5는 내연기관용 엔진 속력에 대한 엔진 토크의 맵(map)의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명을 구체화한 파워트레인 제어방법의 "피드포워드(feed forward)"부를 나타내는 흐름도,
도 7은 본 발명에 따라 작동 가능한 변속기를 나타내는 개략도,
도 8은 본 발명에 따른 변속기 작동시간 동안의 엔진 속도와 관련 변수들의 그래프,
도 9는 본 발명을 구체화한 파워트레인 제어방법의 "피드포워드"부의 개략적 흐름도, 및
도 10 내지 도 13은 도 9의 각 부분을 보다 상세히 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 토로이달-레이스, 롤링 트랙션 방식 회전 정지마찰 유형의 토크제어 가변기를 이용하는 차량 변속기에 관한 것이다. 본 발명은 다른 유형의 토크제어 변속기에도 적용 가능한 것으로 간주된다. 그러나 관련된 특정 원리를 설명하기 위해 우선 당해 토로이달 형 가변기가 매우 간략하게 기술될 것이다. 이러한 유형의 가변기의 구성과 기능은 유럽특허 EP444086을 포함한, 토로트랙(디벨로프먼트) 리미티드(Torotrack (Development) Ltd.)의 여러 특허 및 공개 출원서에서 보다 상세히 이해된다.
도 1은 가변기(10)의 주요 구성요소의 일부를 도시하고, 도 2는 가변기를 포함하는 구동라인의 주요 부분을 매우 개략적으로 도시한다. 도 1에서 가변기는, 가변기 롤러(20)를 포함하는 토로이달 캐비티(22)를 함께 형성하는, 동축으로 장착된 입력 및 출력 디스크(12,14)를 포함하는 것으로 도시된다. 롤러는 하나의 디스 크에서 다른 디스크로 구동력(drive)을 전달하기 위해 입력 및 출력 디스크의 각 면들 위를 움직인다. 롤러는 디스크(12,14)의 축(24) 둘레의 원주 방향을 따라 움직이는 것이 가능하도록 장착된다. 롤러는 또한 "세차운동(precess)"을 할 수도 있다. 즉, 롤러의 축은 회전 가능하여 디스크 축에 대한 롤러의 기울기를 변화시킬 수 있다. 도시된 일례에서, 롤러는 액츄에이터(32)의 피스톤(30)에 스템(28)으로 연결된 캐리지(26)에 장착된다. 피스톤(30) 중심에서 롤러(20) 중심까지의 선은 "세차운동 축"을 구성하며, 이 축에 대해 조립체 전체가 회전할 수 있다. 롤러의 기울기 변화로 인해 롤러에 의한 입력 및 출력 디스크(12,14)에 기록된 경로의 반경이 변화한다. 결과적으로 롤러 기울기의 변화는 가변기 구동비(drive ratio)의 변화를 동반한다.
세차운동 축은 디스크 축에 수직인 평면에 정확하게 놓이지 않지만 대신 이러한 평면과 각을 이루는 것에 주의한다. 도 1에 CA로 분류된 이러한 각도는 여기에서 "카스트로 각도(castor angle)"로 지칭된다. 롤러는 전후방으로 움직일 때 디스크 축에 중심을 둔 원형 경로를 따른다. 또한, 롤러에 대한 디스크(12,14)의 작동은 롤러 축이 디스크 축과 교차하는 기울기로 롤러를 유지되게 한다. 카스트로 각도에 의해 원형 경로를 따르는 롤러의 움직임에도 불구하고, 이러한 교차 축들은 유지될 수 있다. 그 결과 디스크 축에 대한 롤러의 병진 운동은 롤러의 세차운동 및 그에 따른 가변기의 구동비 변화를 동반한다. 롤러와 디스크 사이의 슬립을 무시할 때, 가변기 롤러의 상태는 가변기의 구동비 및 그에 따른 엔진과 종동차(driven wheels) 사이의 속도비에 대응한다.
액츄에이터(32)는 라인(34,36)을 통해 반대 유압유체압력을 받고, 액츄에이터에 의해 롤러에 가해진 힘은 라인의 압력차에 대응한다. 이러한 압력차는 이러한 실례에서, 가변기에 가해지는 1차 제어신호이다. 이러한 힘의 효과는 디스크 축 둘레의 원형 경로를 따라 롤러가 움직이도록 추진하는 것이다. 마찬가지로 액츄에이터는 롤러에 디스크 축에 대한 토크를 가한다고 할 수 있다. 액츄에이어터의 토크는 디스크와 롤러의 상호작용에 의해 생성된 토크와 균형이 맞춰진다. 롤러는 입력 디스크(12)에 토크(Tin)를, 출력 디스크(14)에 토크(Tout)를 가한다. 그에 대응하여 디스크는 디스크 축 둘레의 롤러에 토크(Tin+Tout)를 계속해서 가한다. (반작용 토크의) 양(Tin+Tout)은 액츄에이터의 토크와 동일하고 전술된 압력차에 의해 형성된 제어신호에 정비례한다. 그러므로 이러한 제어신호는 가변기에 의해 생성된 반작용 토크를 결정한다.
도 2는 파워트레인 제어에 관한 특정 원리를 설명하기 위한 것이다. 엔진은 박스(16)로 표시되며 가변기의 입력 디스크(12)에 연결된다. 이러한 매우 개략적인 도면에는 직접 연결이 도시된다. 물론 실제로는 엔진과 입력 디스크 사이에 기어장치가 있다. 엔진 자체의 질량을 포함한, 가변기 입력 디스크에 연결된 질량(masses)은 엔진측 관성(Je)을 제공한다. 박스(18)로 표시되어 가변기 출력 디스크(14)에 작용하는 질량은 차량측 관성(Jv)을 제공한다. 차량의 종동차와 도로 사이에 정지마찰이 유지되는 동안, 차량 자체의 질량은 유효 출력 관성(Jv)에 기여한다.
가변기의 제어신호는, 현행 가변기 구동비로, 롤러에 의해 가변기의 입력 디스크(12)에 가해진 토크(Tin)를 결정한다. 가변기 입력 디스크(12)가 엔진에 직접 연결되어 있는, 도 2에 도시된 간략화된 장치는, 엔진에 가해진 하중 토크(loading torque)가 가변기 입력 디스크(12)에 가해진 토크(Tin)와 동일해지게 할 것이며, 단순화를 위해 두 토크는 본 논의에서 동일한 것으로 이해될 것이다. 실제 변속기에서 입력 디스크(12)와 엔진 사이에 삽입되는 기어장치(gearing)로 인해, 엔진에 의한 하중 토크는 (마찰 손실을 무시하는) 상기 삽입되는 기어장치 비로 나누어진 가변기 입력 토크(Tin)와 동일하다.
엔진이 차량을 구동중일 때, 하중 토크(Tin)는 엔진 연소에 의해 생성된 엔진 토크(Te)에 대항된다. 엔진 토크(Te)의 일부는 엔진 속도가 변하는 동안 엔진측 관성(Je)을 압도하게 되기 때문에, 엔진의 구동축에서 유효한 토크와 반드시 동일하지는 않은 점에 주의한다. 엔진 토크(Te)와 하중 토크(Tin)의 합이 (엔진 관성을 포함하는) 엔진측 관성(Je)에 영향을 미쳐서, 하중 토크(Tin)와 엔진 토크(Te) 사이의 불균형 때문에 엔진 속도(ωe)의 변화가 일어난다. 가변기는 변속비(transmission ratio)의 합성 변화(resultant change)를 자동으로 조절한다. 마찬가지로 제어신호는 가변기 출력 토크(Tout)를 결정한다. 이러한 토크는 가변기와 차량의 바퀴 사이에 삽입되는 기어비로 나뉘며, 출력측 관성(Jv)을 가속시킬 수 있 는 정미토크(net torque)를 결정할 때 외부에서 (예를 들면 차량의 바퀴로부터) 가해진 토크(Tv)에 더해진다. 단순화를 위해 기어장치의 마찰은 본 논의에서 또한 생략된다. 이러한 방식으로 변속 출력 속도(ωv)의 변화가 일어나며 합성비의 변화가 가변기에 의해 다시 자동으로 조절된다.
도시된 가변기(10)는 물론 명확성을 위해 매우 간략화되었다. 예를 들면 실제 가변기는 일반적으로, 두 개의 토로이달 공동을 형성하며 각각의 공동이 일련의 롤러를 포함하는 두 개의 입력/출력 디스크를 갖는다. 이러한 장치에서 반작용 토크는 모든 가변기 롤러에 가해진 토크의 합이다. 그러나 전술된 작동 원리는 본질적으로 실제 변속시 변하지 않는다.
엔진 속도를 제어하기 위해서, 엔진에 있어서 생성되는 토크("엔진 토크")와 변속기에 의해 가해지는 부하 토크("부하 토크") 사이의 동적 균형을 제어할 필요가 있다는 점은 위의 설명으로부터 명백해질 것이다. 이는 수용할 수 있는 허용 한계 내에서, 가속 장치 제어를 통해서 전달되는 드라이버의 요구를 조화시키는 차량의 구동 휠에 토크를 제공하는 동시에 일어나야만 한다. 동적 균형은 다음과 같은 토크 조절을 통해서 동력전달 장치의 제어 시스템에 의해 조절될 수 있다:
i. (엔진 제어 - 연료 공급 등을 통한) 엔진 토크. 엔진 속도 제어에 의해서 이는 (토크 제어되는 변속기에서)휠 토크에서의 변경을 직접 초래하지 않는 엔진 토크를 변경하는 이점을 가진다. 그러나, 엔진의 스로틀과 함께 실행되는 조절은 상대적으로 느리다. 즉, 스로틀에 있어서의 조절과 엔진에 의해 실질적으로 제 공되는 토크에서의 이에 상응하는 변경 사이에 상당한 지연이 있다. 이는 엔진의 흡기 매니폴드의 동력을 포함하는 요소들 때문이다. 엔진 토크에 있어서의 조절은 연료 소비를 해결 짓는다.
ii. 엔진에 가해지는 부하 토크를 결정하는 가변기 반작용 토크. 이는 상대적으로 빠른 이점이 있다. 그러나 반작용 토크에서의 변경은 부수적인 문제점을 수반하여 휠 토크에서의 변경을 일으키며, 반작용 토크 조절이 엔진 속도를 제어하는데 이용된다면 드라이버가 가속장치 제어를 통해 요청되는 휠 토크를 겪지 않을 수 있다. 이러한 문제점은 휠 토크에서의 큰 변경이 엔진 부하 토크에서의 작은 변경을 초래할 필요가 있을 때 낮은 비율에서 대단히 현저하다.
반작용 토크 및 엔진 토크를 제어하기 위한 통합 전략이 요구된다.
본 발명을 구현하는 제어 시스템의 주요 부품들의 대체적인 개략은 도 3에 제공되며, 엔진은 도면 부호 300으로 지칭되며, 계속하여 변동할 수 있는, 토크-제어 형태 변속기(302)를 구동시킨다. 도표에서는 가변기(304) 및 유성 기어(306)를 개략적으로 표시하며, 유성 기어를 통하여 가변기가 가변기 맵으로부터 이용가능한 비율의 범위에서 전반적인 변속 비율의 범위에서의 저단, 및 가변기 비율 도표의 범위에서 전반적인 변속 비율의 보다 높은 범위에서의 고단 중 중 어느 한쪽에 있어서의 변속기 입력과 출력 사이에 연결된다. 변속기 출력은 - 통상적으로 자동차의 구동 휠이며- 도면 내의 블록(308)으로 표현되는 로드에 연결된다.
엔진 및 변속기 모두의 제어는 드라이버의 지시에 영향을 받아 전자적으로 작동된다. 종래의 디지털 마이크로프로세서는 현 실시예의 태스크(task)를 위해서 프로그래밍 된다. 도시된 구성물은 단지 예의 역할을 하며 제조 버전을 더 간단하게 할 수 있지만, 엔진, 변속기와 관련된 장치(instrumentation) 및 또한, (예를 들어, 종래의 자동차의 가속 장치 페달에 의해 형성되는)드라이버의 제어(309)로부터 데이터를 수용하는 전자 동력전달 장치 제어 유닛(Powertrain Control Unit)("PCU")을 포함한다. PCU에 응하여 엔진 및 변속기 모두의 가동을 제어하는 출력을 제공한다. 엔진 제어는 전자 엔진 제어 장치(310)를 통해 실행된다. 예시적인 실시예에 있어서, 변속기 제어는 변속기 영역을 제어하기 위해서, 가변기(304)및 이와 통합된 연동기(306)의 클러치에 가해지는 유압의 제어에 의해 이루어진다.
자동차 동력전달 장치를 제어함에 있어서, 통상적으로, 페달과 같은 가속 장치 제어의 상태를 통해 전달되는 과정인, 드라이버의 출력을 우선적으로 판단할 필요가 있다. 현 제어 시스템은 차량 속도를 고려하는 엔진 속도, 및 휠 토크에 있어서의 드라이버의 요구로 폐달 상태를 측량하기 위한 것이다. 도 4a는 차량 속도 및 폐달 상태(posPedal)에 대해서 드라이버(SpdEngDr)에 의해 요구되는 엔진 속도(SpdVeh)를 도시하는 그래프이다. 도 4b는 한번 더 차량 속도 및 폐달 상태에 대한 드라이버의 요구되는 휠 토크(TrqWheelDr)를 도시한다. 두 개의 그래프는 제어 시스템의 룩업(look up)표 형태로 표시된다.
드라이버의 요구되는 휠 토크-TrqWheelDr-에 기초하여 (변속기 효율을 포함하는 요소를 고려한) 변속기는 드라이버의 요구되는 엔진 속도와 관련하여, 드라이버의 요구되는 엔진 파워가 결정되도록 하는 드라이버의 요구된 엔진 토크를 획득하는데 이용된다. 드라이버의 요구된 엔진 토크와 엔진 속도는 엔진 맵, 또는 세트의 엔진 맵과 관련하여, 최적화된 엔진 속도와 요구되는 엔진 파워를 제공하기 위한 토크를 결정하는데 이용된다. 완전히 실시예에 의해, 엔진 효율에 관한 최적화가 달성되는 방법을 설명하기 위하여, 도 5는 수평축에 따른 엔진 속도와 수직축에서의 엔진 토크를 구비한 엔진 맵이다. 라인 500은 드라이버의 요구되는 엔진 속도 및 토크가 페달 위치가 바뀜에 따라 어떻게 변화하는지 보여준다. 라인 502은 엔진 속도와 최적 엔진 효율을 제공하는 엔진 토크 사이의 관계를 나타낸다. 두 라인상의 별표는 엔진 파워의 동일한 레벨에 대응하고, 시스템은 두 개의 작동 포인트 사이에서 선택될 수 있다.
드라이버 요구의 해석 과정은 베이스 타깃 엔진 토크(TrqEngBaseReq) 및 베이스 타깃 엔진 속도(SpdEngBaseReq)에 이른다.
고려되는 시스템의 과제는 드라이버의 요구를 반영한 구동된 자동차 휠에 토크를 제공하는 동안 이러한 값들을 달성하도록 하는, 또는 동적 상황에서 적어도 이러한 값들 쪽으로 조정하도록 하는 방법으로 엔진 및 변속기를 제어하는 것이다. 제어 처리는 아래에 상세히 설명될 것이나 루프로 반복되는 다음 단계를 포함함으로서 요약될 수 있다.
1. 실제 속도와 베이스 타깃 엔진 속도 사이의 차이를 결정한다.
2. 이 차이로부터 타깃 엔진 가속도-즉, 엔진이 베이스 타깃 엔진 속도(제어된 엔진 속도 프로파일이 바람직하다)로 가속되어야하는 비율을 계산하고 그리고 나서 (엔진에 관계된 관성 모멘트 Je에 기초한) 타깃 엔진 가속도를 제공하기 위해 관성을 극복하는데 채택될 토크를 계산한다.
3. 엔진 토크 제어기가 적절한 휠 토크를 발생시키기 위해 그리고 엔진을 가속시키기 위해 요구되는 엔진 토크를 적절히 제공하도록 세팅하여, 관성 Je를 극복한다. 가능하게는 휠 토크가 구동기 요구에 대응한다. 그러나, 이용 가능한 엔진 토크가, 유한하기 때문에, 어떤 상황에서는, 엔진을 가속시키기에 요구되는 토크를 제공하기 위해 더 낮은 휠 토크를 받아들이는 것이 필요하다.
4. 엔진의 상기 제어기에 대한 반응이 순간적이지 않기 때문에, 엔진이 주어진 이러한 엔진 토크 제어기 세팅에 실제로 얼마의 순간 토크를 제공하는지 계산한다. 엔진의 흡입 매니폴드 다이나믹을 포함하는 요소는 조정과 엔진 토크에 있어서의 결과적인 변화 사이의 랙을 발생시킨다. 순간 출력 토크를 모델링하기 위한 기술은 종래 기술에 공지되었고, 여기서 적용된다.
5. 상술한 모델로부터 유추되는 계산된 순간 엔진 토크에서 제 2 단계에서 계산된, 엔진을 가속시키기 위해 요구되는 토크를 뺀 토크와 동등한 토크로 엔진을 부하하기 위해 가변기에 적용된 제어 신호를 조정한다. 신호는 또한 아래에서 설명하기 위해, 래칭 방식(latching strategy)에 의해 조정될 수 있다.
6. 실제로 예상되는 엔진 가속도를 계산한다. 이러한 예상치는 타겟 가속도와 정확하게 부합하지 않는데, 이는 예상치의 계산이 첫째, 앞서 계산된 순간 엔진 토크와 둘째, 이전의 단계(5)에서 적용된 제어에 대한 변속기 응답을 나타내는 추 가의 모델을 고려하지 때문이며, 변속기은 제어 입력에 대한 자신의 응답에서 또한 시간 지연을 갖는다. 계산은 또한 엔진의 관성량(Je) 및 엔진과 관련한 변속기에 기초한다.
7. 예정된 엔진 속도를 얻기 위해 단계(6)에서 얻어진 엔진 가속도를 적분하고, 이어 실제 엔진 속도의 폐루프 보정을 적용하여 예정된 값으로 보정한다.
단계(1) 내지 단계(6)은 "피드 포워드(feed forward)" 방법이라 할 수 있다. 단계(7)는 예정된 엔진 속도로부터의 편차를 보정하는데 사용되는 "피드백" 방법이다. 폐루프 피드백 엔진 속도 보정은 엔진 및 변속기 다이나믹스의 모델에 기초한 예상값으로 엔진 속도를 조정하는데 사용되기 때문에, 상기 보정량은 최소화된다. 이러한 프로세스는 엔진 가속도가 매우 고효율적으로 제어되고 "프로파일"(엔진 가속도의 비율은 실제 엔진 속도와 타겟 엔진 속도간의 차이의 제어된 기능임)되게 한다.
제어 프로세스의 피드 포워드 부분은 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명되며, 여기서 타겟 엔진 토크는 입력값(TrqEngBaseReq)으로 표시되며, 타겟 엔진 속도는 입력 변수(SpdEngBaseReq)로 표시된다.
다이어그램의 좌상부를 먼저 참조하면, 단계(200)에서, 베이스 타겟 엔진 토크(TrqEngBaseReq)가 타겟 엔진 가속도를 제공하기 위해 계산된 토크(TrqAcc)에 부가된다. TrqAcc의 결정은 이하에서 고려될 것이다. 물론 엔진으로부터 이용가능한 토크는 한정적이며, 리미터(202)는 리미터로의 입력이 엔진이 제공할 수 있는 토크보다 더 큰 경우 또는 실제로 더욱 음의 값인 경우, 이용가능한 토크 범위 내로 조절되도록 한다. 리미터(202)로부터의 출력은 엔진 토크에 대한 변화의 프로파일을 약간 조절하는 분로 방식(shunt strategory; 203)으로 진행하여, 동력 변속 장치에서 바람직하지 않은 쇼크를 생성할 수도 있는 매우 급격한 엔진 토크 변화(예를 들어, 가속도 제어가 드라이버에 의해 신속히 약화된 경우 발생할 수도 있음)를 방지한다. 분로 방식은 상기 포화되어 출력이 입력을 따르는 (시간에 대한) 적분기의 형태를 갖는다. 그러나, 급격한 입력 변화에서, 적분기의 출력은 상기 방식의 출력이 입력 보다 더 더욱 천천히 변화하도록, 입력에 대해 "캐치-업"하는데 일정 시간을 취한다. 최종 요구된 토크 값(TrqEngReq)은 도13을 참조하여 이하에서 설명되듯이, 엔진에 적용된 엔진 토크 요구를 제어하는데 사용된다. 따라서, 가능하면, 엔진은 베이스 타겟 엔진 토크(TrqEngBaseReq), 및 (이하에서 설명되듯이, 엔진 속도의 피드백을 기초로 조절되는) 타겟타겟 속도로 엔진을 가속하는데 필요한 토크(TrqAcc)의 합에 대응하는 엔진 토크를 제공하도록 설정된다.
전술한 바와 같이, 엔진 토크 제어기에 대한 엔진의 응답은 순간적이지 않다. 심지어 엔진 관성의 효과를 무시하면, 엔진에 의해 생성되는 토크는, 당업자에 잘 알려진 바와 같이, 스로틀 조절보다 약간 지연된다. 이러한 시간 지연은, 엔진 토크와 가변기 반응 토크 사이의 (그리고 엔진에 대한 변속기에 의해 제공된 부하 토크에서 대응하게) 단순한 불일치일지라도 전술한 바와 같이 엔진 속도의 현저한 편차를 초래할 수 있는, 토크-제어 변속기에서 잠재적인 문제이다. 상기한 문제점을 방지하기 위해, 설명된 제어 시스템은 엔진 모델(204)을 포함하며, 이는 엔진 특성의 모델 및 엔진 제어기로의 토크 요구 입력에 기초하여 엔진에 의해 생성된 순간 토크의 추정치(TrqEngEst)를 출력하여, 토크 제어기에 대한 엔진의 응답에서 시간 지연을 가능하게 한다.
단계(206)에서, 엔진 및 변속기과 관련한 관성량(Je)을 가속하는데 요구되는 토크(TrqAcc)는 변속기에 의해 엔진에 제공되는 부하 토크를 제공하도록 순간 엔진 토크(TrqEngEst)로부터 감산되며, 그로부터 가변기의 요구된 반응 토크가 얻어진다. 그러나, 반응 토크는 소정의 조건 하에서 휠 토크에서의 원치 않는 변화를 방지하기 위해 래칭 방식(208)에 의해 변경된다. 래칭 방식은 드라이버에 의해 요구된 레벨로부터 휠 토크의 편차를 제한한다. 래칭 방식으로부터의 출력은 가변기에 의해 제공된 엔진 부하 토크를 나타내며, 이는 "210"에서 가변기(가변기의 주요한 제어 신호)에 대한 인가를 위한 압력차로 변환되며, 이는 출력 변수(TrqReacVarReq)로서 가변기 자체로 인가된 유체 압력을 제어하는 로직으로 전달되며, 도13을 참조하여 이하에서 설명된다.
지금까지 설명된 제어 시스템은 엔진 토크와 변속기 수압을 제어하는데 사용하기 위한 값을 제공한다. 이러한 두 변수에 기초하여, 엔진 속도에서의 최종 변화가 추정된다. 이를 위해, 엔진 응답의 시간 지연(전술한 바와 같이 "204"에서 모델링됨) 및 제어 입력에 대한 가변기의 응답에서의 시간 지연을 고려하는 것이 필수적이다. 이미 설명한 바와 같이, 가변기에 대한 시간 제어는 가변기에 관련한 수압 밸브에 의해 제어된 두 오일 압력의 형태로 제공된다. 값 설정의 변화는 효 과를 생성하기 위해 한정된 시간을 취하며, 이러한 지연은 "212"에서 가능하다. 수압의 컴플라이언스는 순간 변속기 반응 토크의 추정치인 출력을 생성하기 위해 "212"에서 모델링된 지연에 기여한다.
동력 전달 장치 관성을 극복하고 결국 엔진을 가속하는데 이용할 수 있는 토크는 엔진에 인가된 순간 부하 토크(도2의 설명에서 Tin으로 언급되고, 변속기에 대한 토크 입력으로도 언급될 수 있음)와 순간 엔진 토크(Te로 언급됨) 사이의 차이다. 도 6에서 비교기(216)는 추정된 순간적인 부하 토크로부터, 엔진 모델(204)로부터의 출력인, 추정된 순간적인 엔진 토크를 제거한다. 상기 결과를 218에서 엔진과 관련된 관성 Je로 나누는 것은 엔진 가속의 추정치를 제공하며, 221에서의 적분은 엔진 속도에 대한 예측을 제공한다. 실제적으로, 관성 Je는 상수가 아니기 때문에, 아래에서 설명할 바와 같이, 상기 계산은 다소 보다 복잡하다. 적분기는 또한, 적분기를 포화(saturate)시키기 위해 제공되는, 베이스 타겟 엔진 속도 (SpdEngBaseReq)를 수신하며, 그리하여 예측된 엔진 속도가 타겟 엔진 속도를 오버슈팅하는 것을 방지한다.
이제 타겟 엔진 가속이 어떻게 결정되는지에 대하여 설명되어야 한다. 베이스 타겟 엔진 속도(SpdEngBaseReq)는, 리미터(219)를 통해서, 감산 블록(220)으로 제공되며, 감산 블록(220)은 제한된 타겟 엔진 속도(SpdEngBaseReqLimit)로부터 예측된 엔진 속도(SpdEngReq)를 감산하며, 실제 엔진 속도와 타겟 엔진 속도 사이의 차이값에 대한 예측을 제공함을 유의하도록 한다. 시스템은 이러한 차이값의 함수로서 엔진 가속을 제어한다. 도시된 예에서, 타겟 엔진 가속은 차이값(SpdEngBaseReqLimit - SpdEngReq)과 222에서 소개된 비례상수(GainAccEng)에 비례하도록 선택된다. 이것은 엔진 가속에 적절한 프로파일을 제공하며, 상기 엔진 가속은 엔진의 속도가 타겟값과 차이가 많이 나는 경우에 커지고 엔진 속도가 타겟값에 근접하는 경우에 작아진다. 그러나, 명백하게, 다른 함수가 타겟 엔진 가속 (AccEng)을 설정하기 위해 선택될 수 있다.
추가적인 리미터(224)는 원하는 엔진 가속이 허용가능한 제한들을 초과하지 않도록 보증한다. 그 후에 엔진 가속(AccEng)을 달성하기 위해 요구되는 초과 토크(TrqAcc)를 계산할 필요가 있다. 대체로, 에너지 손실을 무시하면, TrqAcc는 엔진에 관련된 드라이브 라인 관성(Je)와 AccEng를 곱한 결과와 동일하다. 그러나 위에서 언급된 바와 같이 실제적인 변속기에서 Je는 상수가 아니다. 이제 TrqAcc와 엔진 가속 사이의 관계가 어떻게 계산될 수 있는지에 대한 설명이 제공될 것이다.
상기 관계는 가변기(variator)를 엔진 및 휠들과 연결하기 위해 사용되는 기어링(gearing)의 특정한 형태로부터 발생하며 도 7은 적합한 배치에 대한 개략적인 도면을 제공한다. 이것은 예컨대 EP933284를 포함하는 Torotrak (Development) Limited의 이전의 특허들로부터 이미 기술적으로 공지된 2단(dual regime), 동력 재순환형 타입이다. 도 7에서 상기 엔진은 700으로 표시되고, 가변기는 702로 표시되며, 구동 차량 휠들에 대한 변속기 출력은 704로 표시된다. 유성(epicyclic) "분로(shunt)" 기어링 장치는 706으로 표시되며, 박스들(R1-R4)은 변속기의 다양한 포인트들에서의 기어 비율들을 나타낸다.
상기 유성 기어는, 일반적으로, 플래닛 캐리어(CAR), 선 기어(SUN) 및 환형 외부 기어(ANN)를 포함한다. 플래닛 캐리어(CAR)는 기어링(R1, R3)을 통해 엔진으로부터 구동된다. 선 기어는 R1, R2 및 가변기(702)를 통해 구동된다. 순간적인 가변기 비율은 Rv라 참조된다.
저단(low regime)(가변기 구동 비율의 사용가능한 범위가 낮은 범위의 변속 비율들로 맵핑하는)를 단에 걸기 위해서는, 저단 클러치(LC)가 체결되며, 환형(annular) 기어(ANN)를 비율(R4)로 조정하여 출력(704)에 결합한다. 저단에서 동력은 당업계에 공지된 것과 유사한 방식으로 가변기를 통해 다시 순환된다.
고단(high regime)(가변기 구동 비율의 사용가능한 범위가 높은 범위의 변속 비율들로 맵핑하는)에 걸기 위해, 고단 클러치(HC)가 체결되며, 클러치(HC)를 통해 가변기 출력으로부터 조정중인 기어링(R4) 및 변속기 출력으로의 구동 경로를 형성한다.
엔진과 변속기의 관성들은 엔진의 관성 J1, 선 기어 SUN에 결합된 관성 J2, 및 환형 기어(ANN)에 결합된 관성 J3으로 표현된다. 3개 관성들의 회전 속도들은 각각 ω1, ω2 및 ω3 이라 칭한다. 따라서, ω1은 상기 도면에서 엔진 속도이다.
TrqAcc와 엔진 가속(dω1/dt)간의 관계식은 에너지의 보존 법칙을 사용하여 얻어진다. 입력되는 동력(ω1×TrqAcc)은 변속기의 운동 에너지를 변경하여 속도를 변화시킨다.
저단의 경우를 살펴보면, 관성 J3은 차량의 바퀴들과 결합되고 TrqAcc로부터 당연히 개별적으로 취급되는 변속기 출력 토크(torque)를 받는다. 따라서, J1 및 J2의 운동 에너지 Q1 및 Q2만을 고려하는 것이 필수적이다.
Figure 112005054345943-pct00001
및
Figure 112005054345943-pct00002
이고,
총 운동 에너지는
Figure 112005054345943-pct00003
식(1)이며,
제어 시스템이 가변기 비율 Rv을 모니터링하기 때문에, ω2는 ω1과 관련하여 식으로 표현될 수 있다.
Figure 112005054345943-pct00004
식(2)
식 1을 식 2에 대입하면:
Figure 112005054345943-pct00005
이고
상기 운동 에너지의 변화율은 입력된 동력과 동일하다:
Figure 112005054345943-pct00006
따라서, 엔진을 가속하는데 필요한 추가 토크(TrqAcc)를 결정하는 것이 가능하며, 상기 값은 전술된 것과 같이 200에서 타겟 엔진 토크(TrqEngBaseReq)에 가산된다.
도6에 제시된 처리공정은 "피드 포워드" 방식이라고 기술할 수 있다. 이는 2개의 중요한 제어 변수들 - TrqEngReq 및 TrqReacVarReq, 엔진을 제어하는데 사용되는 토크 요구량 및 변속기을 제어하는데 사용되는 반응 토크 요구량- 에 대한 값들을 제공한다. 이들은 시스템 응답들의 예측치(따라서 "피드 포워드")에 기반하여 획득된다. 그러나 이러한 값들은 엔진 및 변속기를 제어하는 장치들에 직접제공되지 않는다. 대신, 이들은 엔진 속도에 관련되는 피드백에 기반하여 수정된다(상술한 요약의 단계 7). 이러한 피드백 방식은 예측된 엔진 속도(SpdEngReq)를 이용하고, 이는 피드 포워드 방식으로부터의 제3 중요 출력이다.
피드 포워드 및 피드백 방식들이 협력하는 방식을 이해하기 위해서, 엔진 속도(수직 축 상의 초당 라디안) 대 시간(수평 축 상의 초)을 그래프를 보여주는 도8을 참조하라. 라인(800)은 드라이버의 요구에 대한 해석으로부터 유도되는 베이스 타겟 엔진 속도(SpdEngBaseReq)를 나타낸다. 12.5 내지 13 초 사이에서 드라이버의 엑셀레이터 제어가 갑자기 이뤄지고, 엔진 출력의 증가된 요구조건과 함께 베이스 타겟 엔진 스피드는 초당 100 라디안 이하로부터 순간적으로 초당 250 라디안으로 증가한다. 라인(802)은 피드 포워드 방식으로부터의 예측된 엔진 스피드 (SpdEngReq)를 나타낸다. 물론 엔진 가속이 물리적으로 제한되기 때문에 이는 베이스 타겟 엔진 스피드에 미치지 못한다. 이는 또한 제어된 프로파일을 보여준다. 라인(804)은 실제 엔진 속도를 보여주고 예측으로부터의 다소 이격됨이 관측된다. 피드백 방식을 행하는 것은 피드 포워드 방식에 의해 제공되는 예측(802)으로부터 실제 엔진 속도(804)의 편차를 최소화하기 위해서 엔진 및 변속기에 가해지는 요구들을 조정하는 것이다.
제어 방식의 피드 포워드 부에서, 엔진을 가속하기 위해서 필요한 초과 토크(또는 물론 엔진을 저속화하기 위해서 필요한 토크 결손)를 발생시키기 위해서 우선적으로 조정되는 것은 엔진 토크이다. (드라이버에 의해 필요한 값으로부터 휠 토크의 편차를 초래하는)변속기에 대한 조정들은 엔진이 필요한 토크를 제공할 수 없을 때에만 이뤄진다. 그러나, 상기 방식의 피드백 부에서 조정은 엔진에 인가되는 부하 토크를 변경시키기 위해서 변속기에 대해 이뤄지는 것이 바람직하다. 변속기에 대해서만 조정이 실현되는 경우, 이러한 방식의 부분에 의해 요구되는 "제어 시도(control effort)"가 드라이버에 의해 요청되는 것으로부터 휠 토크의 수용 불가능한 편차를 초래하는 경우에만, 엔진 토크가 피드백 방식에 의해 조정된다. 변속기에 의해 제공되는 부하 토크에 대한 조정이 상대적으로 신속하게 이뤄질 수 있기 때문에, 피드백 방식은 요구되는 값으로부터의 엔진 속도의 편차에 신속하게 반응할 수 있다.
도 9는 예상값(SpdEngReq)으로부터 엔진 속도(SpdEng)의 편차를 최소화하기 위하여, 요구되는 가변기(variator) 반작용 토크(TrqReacVarReq)를 수정하기 위해 사용되고 요구되는 엔진 토크(TrqEngReq) 또한 필수적인 피드백 방식의 개관을 제공한다. 대부분의 가변 라벨 등은 공간 제약으로 인하여 도 9로부터 생략되고, 대신 본 도면의 4개의 주요 부분들이 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13에서 확대도시되었다.
도 9의 점선 루프(900)로 도시되고 도 10에 더 상세히 도시된 피드백 방식의 엘리먼트들은 예상값(SpdEngReq)으로부터 엔진 속도(SpdEng)의 편차를 교정하기 위하여 피드백 방식에 의해 요구되는 엔진 토크와 부하 토크 사이의 동적 토크 밸런스 이동을 나타내는 "제어 시도(control effort)"(TrqEngCtrl)를 생성하기 위해 사용된다. 상기 방식의 부분은 SpdEngReq 및 현재의 변속 동작지점을 나타내는 데이터 - 현재 엔진 속도(SpdEng) 및 현재 변속단(CurrRegime)을 수신한다. 제어 시도는 엔진 속도 에러(SpdEngErrTRV)에 기초하여 설정되고, 엔진 속도 에러 (SpdEngErrTRV)는 SpdEngReq에서 SpdEng를 감산함으로써 1000에서 설정된다. SpdEngErrTRV는 종래 타입의 비례적분미분 제어기(PID)(1002)에 제공된다. 리셋 로직(1004)은 현재 변속 단(CurrRegime) 및 "구동 제어"의 상태(StatusDriveFB)(구동 제어 상태(StatusDriveFB)에 의해 드라이버는 전진, 후진, 중립 등을 선택함)를 수신하고, 적절한 경우에 PID 제어기(1002)를 리셋하기 위해 플래그 (FlagPLSpdEngDr)를 설정한다. 그리하여, 예를 들어, PID 제어기는 드라이버가 "정차" 또는 "중립"을 선택할 때 리셋된다. PID는 또한 변속기가 하나의 단으로부터 다른 단으로 이동할 때 리셋된다. 이것은 체제 변화가 저단 및 고단 모두 연관된 유한 기간과 관련되기 때문이고, 이것은 동기율(synchronous ratio)에서 가변기를 효과적으로 로킹한다. 이러한 상태에서, 가변기는 압력 입력에 응답할 수 없고, 엔진 속도 에러는 고정된 동기율에서 엔진 속도가 단순히 장치 속도에 비례하기 때문에 변속기에 의해 교정될 수 없다. 그리하여, 제어된 PID는 이러한 상태에서 "마무리(wound up)"될 수 있고, 그리하여 그것을 리셋할 필요가 있다.
엔진 속도 에러에 대한 PID 제어기(1002)의 응답은 공지된 방식으로 2가지 값 Kp 및 Ki(비례 및 적분 계수)에 의존한다. 이러한 실시예에서, 미분 계수 입력은 존재하지 않고, 사실 엔진 속도 에러의 미분은 PID 제어기에 의해 사용되지 않는다는 점에서 유의한다. 미분 항을 사용하는 것은 불필요한 것으로 입증되고, 잡음 때문에 잠재적으로 문제가 된다. 계수 Kp 및 Ki는 이하에서 더 명확히 설명되는, 2가지 가능한 상태 중 하나를 나타내는 플래그(FlagTrqReacVarLim)를 수신하는 이득 스케쥴(1006)에 의해 결정된다. 제 1 상태에서, 제어 시도는 단지 변속기에 대한 조정에 의해 구현될 수 있고, PID 제어기(1002)는 이러한 조정을 제어한다. 제 2 상태에서, 변속기 조정은 포화되고, 즉, 변속기에 대한 최대 허용가능한 조정이 이루어지고, 엔진 속도 에러를 교정하기 위해 요구되는 제어 시도를 구현하기에 충분치 않다. 이러한 상태에서, 부가적으로 조정은 엔진 토크에 이루어지고 PID 제어기는 이러한 엔진 토크 조정의 값을 결정하기 위해 사용된다. PID 제어기(1002)에 필요한 이득은 엔진과 변속기 및 이들을 제어하는데 사용된 액추에이터의 상이한 특성으로 인해 두 개의 조건에서 상이하며, 하기에 기초한 계수(Kp 및 Ki)를 설정하는 이득 스케쥴(1006)에 의해 결정된다:
ⅰ. 플래그(FlagTrqVarLim);
ⅱ. 엔진토크에 대한 변화에 영향을 미치는 시간 지연의 결정과 관련한 인입(inlet) 매니폴드의 시간 상수(TcMan);
ⅲ. 엔진 속도 에러(SpdEngErrTRV);
ⅳ. 잔여 플래그(FlagPLSpdEngD).
계수 값은 이득 스케쥴의 입력에 대한 수리함수로서, 또는 검색표(look up table)로부터의 본 실시예로서 알려질 수 있다.
엔진 속도 에러에 기초하고 계수(Kp 및 Ki)에 의해 결정되는 방식으로, PID 제어기는 제어 효과(effort)(TrqEngCtrl)를 결정한다. 이러한 양은 토크이고 엔진 속도 에러를 수정하기 위해 피드백 방식(strategy)에 의해 요구되는 엔진 토크와 부하 토크 간의 다이내믹 토크 밸런스의 변화를 나타낸다.
이제 어떻게 제어 효과가 구현되는지 - 즉, 어떻게 피드백 방식이 다이내믹 토크 밸런스의 필요한 변화를 제공하기 위해 변속기와 엔진 토크 설정의 어떤 변형(modification)을 사용할지 결정하는 것에 대해 설명한다.
제 1 단계는 엔진 토크의 조절없이, 제어 효과가 변속기의 조절만으로 구현될 수 있는지를 설정하는 것이다. 가변기(variator)에 의해 생성된 반응 토크를 조절함으로써, 엔진에 제공된 부하 토크가 조절되나, 이것이 휠 토크의 대응하는 편차를 발생시키며, 이는 드라이버가 이를 인지할 수 있으며 - 물론 바람직하지 않다는 것을 인지할 것을 상기할 필요가 있다. 또한 변속기 구동비가 기어중립에 도달할 때, 부하 토크에 대한 휠 토크의 비율은 증가하여 부하 토크에 대한 주어진 조절은 휠 토크 편차를 증가시킨다. 따라서 낮은 비율에서는 적절하지 않은 휠 토크가 발생될 수 있기 때문에 엔진 속도 편차를 제어하기 위해 변속기에만 의존하는 것은 바람직하지 않다. 이러한 문제를 해결하는 방법은 3 단계로 이루어진다:
ⅰ. 허용될 수 있는 휠 토크의 범위를 (드라이버 요구에 기초하여 설정된 원 하는 휠 토크(TrqWhlDriverReq)의 위 아래로) 결정함;
ⅱ. 휠 토크 범위에 대응하는 엔진 부하 토크의 범위를 결정함;
ⅲ. 그 후 엔진에서의 다이내믹 밸런스의 필요한 변화가 엔진 부하 토크 범위로부터 (및 휠 토크 범위로부터) 벗어나지 않으면서, 변속기 조절만으로 제공될 수 있는지를 설정함.
3 개의 단계중 제 1 단계는 도 9에서 점선(902)으로 표시되었으며, 도 11에서 더 상세히 개시하였다. 허용될 수 있는 원하는 값(TrqWhlReq)으로부터의 휠 토크 편차의 레벨(DeltaTrqWhl)은 여러 상이한 방식으로 계산될 수 있다. 가장 바람직한 것은 부분적으로는 드라이버 지각 반응(driver perception)의 문제이다. 도 11에서, 이러한 값의 계산은 1104에서 실행된다. 가장 간단하게, DeltaTrqWhl 이 상수로서 선택될 수 있다. 이는 작업 시스템을 제공하도록 표시되어왔다. 대안으로써, DeltaTrqWhl은 가속기 제어 위치 및/또는 차량 속도 및/또는 타겟 휠 토크의 함수로써 계산될 수 있다. 그러므로, 예를 들어 휠 토크는, 드라이버에 의해 표시된 휠 토크 요구가 낮거나 차량 속도가 낮거나 타겟 휠 토크가 낮을 때, 드라이버의 요구를 따르도록 좀더 강요될 수 있다. 드라이버가 더 큰 휠 토크를 호출할 때, 요구된 값과 실제 값 사이의 더 큰 발산비(divergence) 오차가 허용된다.
블록(1104)의 출력(DeltaTrqWhl)은 리미터(1106)로 인도되는데, 상기 리미터는, 휠 토크 값이 제한값들(DELTATRQWHLMAX 및 DELTATRQWHLMIN)을 초과하지 않도록 보장한다. 그 후, 가산기(1108) 및 감산기(1110)에서, 총 휠 토크의 최대 및 최소의 허용 가능 값들을 제공하기 위해 원하는 휠 토크(TrqWhlReq)로부터 각각 가산되거나 감산 된다. 이러한 값들의 적절한 상태는, 차량 제어가 순방향 또는 역방향으로 설정되는지에 따라 달라지게 되는데, 왜냐하면 TrqWhlReq의 부호는 역방향 동작 일때 음이고 순방향 동작 일때는 양이기 때문이다. 이러한 개념은 스위치(1112)에 의해 관리되는데, 상기 스위치는 플레그(DriveSelected)에 기초하여 가산기 및 감산기(1108 및 1110)로부터 직접 출력들 또는 역전기(reverser; 1114)를 통해 라우팅되는 출력들을 선택하고, 허용 가능한 휠 토크 범위를 나타내는 변수들(TrqWhlMax 및 TrqWhlMin)을 차례로 출력한다.
휠 토크 및 엔진 부하 토크는 관련이 있기 때문에, 수용 가능한 휠 토크 범위는 엔진 부하 토크의 특정 범위에 해당한다. 본 시스템은 허용 가능한 휠 토크 범위(TrqWhlMin 에서 TrqWhlMax(위의 발명의 상세한 설명에서 단계(ⅱ)참조))에 해당하는 엔진 부하 토크 범위를 결정하기 위해 변속기의 수학적 모델을 이용한다. 관련된 기능적 블록은 904에서 표시되고 좀더 자세하게는 도 12에서 제공된다.
현재 엔진 속도(SpdEng) 및 차량 속도(SpdVeh)는 블록(904)으로 입력되어 함께 현재의 변속비가 결정되도록 한다. 만일 변속비가 100% 효율이라면, 변속비를 휠 토크로 단순히 나눔으로써 엔진 부하 토크가 주어진다. 그러나, 실제 변속에서는, 에너지 손실이 발생하고 휠 토크/부하 토크 관계는 좀더 복잡하다. 위에서 말한 입력들 및 현재의 변속 단(Curr Regime)(변속 효율에 영향을 미침)을 이용하여, 물리적 모델(1200)은 최대, 최소 및 타겟 휠 토크들(TrqWhlMax, TrqWhlMin 및 TrqWhlReq)는 각각 최대, 최소, 및 원하는 엔진 부하 토크들(TrqLoad@TrqWhlmax, TrqLoad@TrqWhlMin 및 TrqLoad@TrqWhlReq)로 변환하기 위해 이용된다. 최대 및 최소 값들은 드라이버의 요구로부터 휠 토크의 허용 가능하지 않은 편차를 유발시키지 않으면서 변속기에 의해 엔진에 가해질 수 있는 부하 토크들의 범위를 나타낸다.
제어 시도(TrqEngCtrl) 제어와 함께, 최대, 최소 및 요구되는 엔진 부하 토크는 도 9에서 점선 루프(906)에 포함된 방식의 일부분으로 패스되며 도 13에 확대된 스케일로 도시되며, 제어 시도를 수행하기 위해 요구되는 엔진 및 변속기 셋팅의 조절(adjustment)을 결정한다. 1300 및 1302에서 요구되는 엔진 부하 토크 (TrqLoad@TrqWhlReq)(요구되는 휠 토크에 대응)는 최대 허용가능한 엔진 부하 토크 (TrqLoad@TrqWhlMax) 및 최소 허용가능한 엔진 부하 토크(TrqLoad@TrqWhlMin)로부터 제거되어 허용가능한 휠 토크 범위로부터 이탈하지 않고 변속기 조절에 의해 발생될 수 있는 부하 토크와 엔진 토크 사이에서 다이나믹 밸런스로 각각 최대 및 최소 조절을 산출할 수 있다. 이들은 다이어그램에서 각각 DeltaTrqEng4TrqReacVarMax 및 DeltaTrqEng4TrqReacVarMin의 변수 명칭으로 주어지며 1306에서 반전되는(즉, 마이너스 일로 곱해지는) 제어 시도(TrqEngCtrl)의 값을 수용하는 리미터(1304)로 입력된다. 리미터는 제어 시도가 DeltaTrqEng4TrqReacVarMax 및 DeltaTrqEng4TrqReacVarMin 사이에 놓여지는지 여부를 검출한다 - 즉, 요구되는 제어 시도가 허용가능한 휠 토크 범위로부터 이탈하지 않고 단독으로 변속기 조절에 의해 수행될 수 있는지를 검출한다. 이것이 가능하다면 - 즉, 만약 제어 시도(TrqEngCtrl)가 관련 범위에 있으면- 리미터의 출력 (TrqEng4TrqReacVarClip)은 제어 시도(TrqEngCtrl)의 반전된 값과 동일하게 설정된다. 제어 시도가 상기 범위를 벗어니는 경우, 변속기 조절은 포화되고 리미터의 출력(TrqEng4TrqReacVarClip)은 부하 토크로 최대 또는 최소 허용가능한 조절중 하나 - 즉, DeltaTrqEng4TrqReacVarMax 또는 DeltaTrqEng4TrqReacVarMin 중 하나 - 와 동일하게 클립된다. 또한 플래그(FlagTrqEng4TrqReacVarLim)은 변속기 조절이 포화되었는지 여부를 나타내도록 리미터에 의해 출력된다. 이의 기능을 하기에 설명한다.
합산기(1308)와 엔진 토크 리미터(1310)는 엔진에 가해지는 토크 요청 (TrqEngDes)를 함께 검출한다. 합산기는 피드 포워드 방식에 의해 설정되는 요구되는 엔진 토크(TrqEngReq)를 수신하여 이를 (a) 제어 시도(TrqEngCtrl) 및 (b) 리미터(1304)로부터의 출력(TrqEng4TrqReacVarClip)에 가산시킨다. 변속기 조절이 포화되지 않는 동안(즉, 제어 시도가 변속기 조절 단독에 의해 수행될 수 있는 동안), TrqEngCtrl은 마이너스 일이 곱해진 TrqEng4TrqReacVarClip과 같다는 것을 상기하라. 이러한 조건 상태 때문에 TrqEngCtrl 및 TrqEng4TrqReacVarClip은 서로의 출력을 소거시키고 합산기(1308)로부터의 출력(TrqEngDesChunt)은 요구되는 엔진 토크(TrqEngReq)와 동일해진다. 즉, 피드백 방식은 요구되는 엔진 토크를 변형시키지 않는다. 그러나, 변속기 조절이 포화되면 TrqEngCtrl과 TrqEng4TrqReacVarClip의 합은 제로가 아니고 요구되는 엔진 토크(TrqEngReq)에 부가된다. 제어 시도(TrqEngCtrl)의 일부가 변속기의 조절에 의해 수행될 수 없다는 이러한 작용은 엔진이 요구되는 토크에 대신 부가된다.
물론 엔진이 제공될 수 있는 최대 및 최소 토크에 따른 물리적 제한이 있다. 이들을 고려하기 위해, 엔진 토크 요구값 제한기(1310)는 이용가능한 TrqEngMin 내지 TrqEngMaxAvail 범위 밖에 해당할 경우 TrqEngDesShunt를 클리핑하고, 그 결과는 엔진 토크 제어기로 넘어가는 최종 엔진 토크 요구값(TrqEngDes)이다. FlagTrqEngLim은 상기 제한기가 동작중인지 여부를 나타낸다.
변속기의 물리적 모델(1312)은 변속기를 제어하는데 사용되는 최종 제어값 (TrqReacVarDes)을 형성하는데 사용된다. 도 6을 다시 참조하면, 피드 포워드 방식은 가변기에 의해 가해지는 엔진 부하 토크에 대한 값(TrqLoad)를 제공한다는 것을 유의한다. 이는 1314에서 클리핑된 제어 결과 TrqEng4TrqReacVarClip로 부가되고, 결과값(TrqLoad4TrqReacVarDes)은 물리적 모델(1312)로 입력된다. 이러한 모델은 엔진 부하 토크를 가변기 반응 토크 요구값으로 변환한다. 현재 변속 단과 가변기 비율을 기초로 수행된다. 모델의 출력(TrqReacVarDes)은 가변기 피스톤들(30)에 가해지는 압력들에 대한 요구값들을 설정하도록 변속기를 제어하는 소프트웨어에 의해 사용된다(도 1).
엔진 및 변속기에 대한 피드백 조정들이 포화되는 환경하에서, 엔진 속도에 대한 목표되는 보정은 드라이버에 의해 요구되는 값으로부터 휠 토크의 과도한 변화 없이 물리적으로 제공될 수 없다. 이러한 조건들에서, PID 제어기(1002)로부터의 출력의 크기는 바람직하지 않은 방식의 전체 항으로 인해 시간에 대해 증가("또는 와인드 업")될 수 있다. 이를 방지하기 위해, AND 접합부(1316)는 FlagTrqEng4TrqReacVarLim 및 FlagTrqEngLim을 수신하고, 상기 플래그들은 변속기 및 엔진 조정들이 제한값들에 있는지 여부를 나타낸다. AND 접합부의 출력은 와인드 업을 방지하기 위해 PID 제어기(1002)로 입력되는 플래그(FlagAntiWindup)를 형성한다.
전술한 실시예는 예로서만 작용하고, 물론 청구된 발명의 구현은 다른 형태들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, PID 제어기 대신에, 상태 공간 또는 "H 인피니티" 또는 슬라이딩 모드 제어기와 같이, 진보된 제어 이론을 기반으로 하는 몇몇 다른 폐루프 제어기가 사용될 수 있다.

Claims (43)

  1. 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재를 구비한 가변기를 구성하는 연속 가변비 유닛을 포함하는 유형의 무단 변속기를 제어하는 방법으로서,
    상기 가변기가 상기 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재를 통하여 엔진과 피동 요소 사이에 연결되고, 1차 제어 신호를 수신하는 상기 가변기가, 주어진 가변기 구동비에 대하여, 상기 제어 신호에 직접 대응하는 토크들을 상기 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재에 가하도록 구성 및 배치되고,
    목표 엔진 가속도를 결정하되, 상기 목표 엔진 가속도가 현재 엔진 속도와 목표 엔진 속도 간의 차이에 기초하여 계산되는 단계;
    필요한 엔진 가속도를 제공하기 위하여, 상기 가변기의 1차 제어 신호의 설정값(setting) 및 엔진 토크 제어의 설정값을 결정하고, 이 설정값들에 기초하여 상기 제어 신호 또는 상기 엔진 토크 제어 또는 이들 모두를 조절하는 단계;
    그에 따른 엔진 속도 변화를 예측하는 단계; 및
    실제 엔진 속도와 예측된 엔진 속도의 비교에 기초하여 상기 제어 신호의 설정값 및 엔진 토크 제어의 설정값을 보정하는 단계;를 포함하는,
    무단 변속기 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 속도 변화를 예측하는 단계에서, 엔진 특성에 대한 허용차(allowance)가 만들어지는,
    무단 변속기 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진에 의해 발생될 것으로 예상되는 순간 토크를 계산하고, 계산된 토크 값을 상기 엔진 속도 변화를 예측하는 단계에서 이용하는 것;을 포함하는,
    무단 변속기 제어 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진 속도 변화를 예측하는 단계에서, 변속기 특성에 대한 허용차가 만들어지는,
    무단 변속기 제어 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가변기에 의해 상기 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재에 가해지는 토크들이, 주어진 가변기 구동비에 대하여, 상기 1차 제어 신호의 크기에 비례하도록, 상기 가변기가 구성 및 배치된,
    무단 변속기 제어 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가변기에 의해 상기 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재에 가해지는 토크들의 합이 상기 1차 제어 신호의 크기에 항상 비례하도록, 상기 가변기가 구성 및 배치된,
    무단 변속기 제어 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 신호가 2개의 유압들 간의 차이의 형태를 취하는,
    무단 변속기 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 목표 엔진 속도가 사용자 입력에 따라 설정되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 사용자 입력이 변속기 출력 토크 및 엔진 속도에 대한 요구로서 해석되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 변속기 출력 토크 및 엔진 속도에 대한 드라이버의 요구가 엔진 효율성 고려에 기초하여 변경되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 요구된 변속기 출력 토크가 상기 변속기 특성의 모델을 이용하여 목표 엔진 토크로 변환되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진의 제한에 종속되면, 엔진 토크 제어기에 대한 토크 요청이 파워 트레인 관성을 가속하기 위해 필요한 과잉 토크(TrqAcc) 및 목표 엔진 토크의 합으로 설정되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    순간 엔진 토크의 추정값을 제공하도록 상기 토크 제어기에 대한 엔진의 응답이 모델링되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 변속기에 의해 상기 엔진에 가해질 필요 부하 토크를 얻기 위해, 상기 엔진을 가속하기 위해 필요한 과잉 토크(TrqAcc)가 상기 순간 엔진 토크의 추정값으로부터 감산되고,
    상기 필요 부하 토크를 제공하도록 가변기 제어 신호가 조절되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 변속기에 의해 상기 엔진에 가해지는 엔진 토크의 순간값 및 부하 토크의 순간값이 엔진 가속도를 계산하기 위해 추정 및 이용되고,
    엔진 속도를 예측하기 위해 상기 엔진 가속도가 시간에 대해 적분되고, 예측된 값을 향하도록 보정하기 위해 엔진 속도에 대해 폐루프 제어가 적용되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  17. 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재를 구비한 가변기를 구성하는 연속 가변비 유닛을 포함하는 유형의 무단 변속기를 제어하는 방법으로서,
    상기 가변기가 상기 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재를 통하여 엔진과 피동 요소 사이에 연결되고, 1차 제어 신호를 수신하는 상기 가변기가, 주어진 가변기 구동비에 대하여, 상기 제어 신호에 직접 대응하는 토크들을 상기 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재에 가하도록 구성 및 배치되고,
    목표 엔진 가속도를 결정하되, 상기 목표 엔진 가속도가 현재 엔진 속도와 목표 엔진 속도 간의 차이에 기초하여 계산되는 단계;
    상기 목표 엔진 가속도를 얻기 위하여 파워 트레인 관성을 가속하는데 필요한 과잉 토크(TrqAcc)를 결정하는 단계; 및
    상기 변속기에 의해 상기 엔진에 가해지는 부하 토크와 상기 과잉 토크(TrqAcc)의 합이 엔진 토크와 동일하도록 하여, 상기 과잉 토크가 관련 파워 트레인 관성에 작용하여 엔진 가속도를 유발하도록, 상기 가변기에 대한 제어 신호를 조절하거나 상기 엔진의 토크 제어기를 조절하거나 이들 모두를 조절하는 단계;를 포함하는,
    무단 변속기 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가변기에 의해 상기 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재에 가해지는 토크들이, 주어진 가변기 구동비에 대하여, 상기 1차 제어 신호의 크기에 항상 비례하도록, 상기 가변기가 구성 및 배치된,
    무단 변속기 제어 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 가변기에 의해 상기 회전 입력 부재 및 회전 출력 부재에 가해지는 토크들의 합이 상기 1차 제어 신호의 크기에 항상 비례하도록, 상기 가변기가 구성 및 배치된,
    무단 변속기 제어 방법.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 신호가 2개의 유압들 간의 차이의 형태를 취하는,
    무단 변속기 제어 방법.
  21. 삭제
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 목표 엔진 속도가 사용자 입력에 따라 설정되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 사용자 입력이 변속기 출력 토크 및 엔진 속도에 대한 요구로서 해석되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 변속기 출력 토크 및 엔진 속도에 대한 드라이버의 요구가 엔진 효율성 고려에 기초하여 변경되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 요구된 변속기 출력 토크가 상기 변속기 특성의 모델을 이용하여 목표 엔진 토크로 변환되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  26. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    순간 엔진 토크의 추정값을 제공하도록 상기 토크 제어기에 대한 엔진의 응답이 모델링되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 변속기에 의해 상기 엔진에 가해질 필요 부하 토크를 얻기 위해, 상기 엔진을 가속하기 위해 필요한 과잉 토크(TrqAcc)가 상기 순간 엔진 토크의 추정값으로부터 감산되고,
    상기 필요 부하 토크에 대응되도록 가변기 제어 신호가 조절되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 변속기에 의해 상기 엔진에 가해지는 엔진 토크의 순간값 및 부하 토크의 순간값이 엔진 및 변속기 모델들을 이용하여 추정되어 엔진 가속도를 계산하기 위해 이용되고,
    엔진 속도를 예측하기 위해 상기 엔진 가속도가 시간에 대해 적분되고, 예측된 값을 향하도록 보정하기 위해 엔진 속도에 대해 폐루프 제어가 적용되는,
    무단 변속기 제어 방법.
  29. 연속 가변비를 제공하는 변속기를 통하여 하나 이상의 차륜을 구동시키는 엔진을 포함하는 자동차의 파워 트레인에서 엔진 속도 오류를 제어하는 방법으로서,
    제어된 부하 토크를 상기 엔진에 가하고 그에 따른 엔진 속도의 변화에 따라 변속비가 가변되는 것을 허용하도록 상기 변속기가 구성 및 배치됨으로써, 상기 엔진에 의해 발생되는 엔진 토크 및 상기 부하 토크의 합인 순 토크가 엔진에 대한 관성에 인가됨으로써 엔진 가속도가 유발되며,
    피드백 루프에서,
    상기 엔진 속도 오류를 결정하는 단계;
    상기 엔진 속도 오류를 줄이기 위해 필요한 순 토크에 대한 보정인, 제어 방안(control effort)을 수립하는 폐루프 제어기에 상기 엔진 속도 오류를 제공하는 단계;
    상기 제어 방안을 고려하여, (ⅰ) 엔진 토크 조절 및 (ⅱ) 부하 토크 조절 사이에 상기 제어 방안을 배정하는 것을 수립하는 단계; 및
    상기 조절(들)을 실시하는 단계;를 포함하는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제어 방안이 우선적으로 상기 부하 토크 조절에 배정되는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 제어 방안의 구현은 단지 상기 제어 방안이 한계치를 초과하는 경우에만 상기 엔진 토크 조절을 수반하고, 그렇지 않다면, 상기 제어 방안은 부하 토크에 대한 조절만으로 구현되는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  32. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발생되는 피동 휠에서의 토크("휠 토크")의 편차에 기초하여 상기 부하 토크에 대한 조절을 제한하는 단계;를 더 포함하는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 휠 토크의 허용가능한 최대 편차가 드라이버의 가속기 제어 위치, 차량 속도 및 목표 휠 토크 중 하나 이상에 따라서 설정되는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    허용가능한 최대 휠 토크 편차로부터 최대 부하 토크 조절을 계산하는 단계;를 더 포함하는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  35. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진 토크의 조절이 상기 제어 방안으로부터 부하 토크 조절을 감산함으로써 수립되는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  36. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진 속도 오류가 예측된 엔진 속도를 이용하여 결정되는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  37. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재 엔진 속도를, 엔진 및 변속기 설정값들에 기초하여 엔진 가속도를 계산하고 시간에 대하여 엔진 가속도를 적분함으로써 수립된, 예상 엔진 속도와 비교함으로써 상기 엔진 속도 오류가 수립되는,
    엔진 속도 오류 제어 방법.
  38. 드라이버 입력을 고려하여 엔진 및 변속기 설정값들에 대한 기본 조건들을 수립하는 단계;
    실제 엔진 및 변속기 설정값들에 기초하여 엔진 속도를 예측하는 단계; 및
    제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 상기 엔진 및 변속기 설정값들에 대한 상기 기본 조건들을 변경하는 단계;를 포함하고,
    상기 엔진 속도 오류가 현재 엔진 속도값과 예상 엔진 속도값의 비교에 의해 얻어지는,
    엔진 속도 제어 방법.
  39. 엔진 및 변속기 설정값들에 대한 기본 조건들이 피드 포워드 방법으로 수립되고, 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 따른 피드백 방법에 의해 조절되는,
    엔진 속도 제어 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 피드 포워드 방법이 엔진을 이용하여 엔진 속도를 우선적으로 제어하고, 상기 피드백 방법이 변속기를 이용하여 엔진 속도 오류를 우선적으로 제어하는,
    엔진 속도 제어 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 피드 포워드 방법이 드라이버에 의해 요구되는 휠 토크를 제공하기 위해 기본 변속기 설정값들을 우선적으로 선택하고, 목표 엔진 속도를 얻기 위해 기본 엔진 설정값들을 선택하는,
    엔진 속도 제어 방법.
  42. 삭제
  43. 제 39 항에 있어서,
    상기 피드백 방법이 엔진 속도 오류를 제어하기 위해 변속기 설정값들을 우선적으로 조절하는 것을 수반하는,
    엔진 속도 제어 방법.
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