KR101713745B1

KR101713745B1 - 엔진의 진동 제어 방법

Info

Publication number: KR101713745B1
Application number: KR1020150131193A
Authority: KR
Inventors: 오완수; 신석영; 이흥석
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2017-03-08
Also published as: CN106545614A; CN106545614B; US20170074195A1; US9777650B2

Abstract

본 발명은 엔진과 함께 회전하는 엔진 관성부, 상기 엔진의 회전 속도에 영향을 미치며 상기 엔진 관성부와 별도로 구비되는 보조 관성부, 그리고 상기 엔진관성부와 상기 보조관성부의 회전 속도를 각각의 신호로 저장하는 제어부를 포함하는 엔진의 진동 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 차량이 아이들 상태인지 판단하는 단계;상기 엔진 관성부와 상기 보조 관성부의 회전속도를 검출하는 단계;상기 엔진 관성부와 상기 보조 관성부의 회전속도의 평균값을 산출하는 단계;상기 평균값으로부터 에러값을 산출하는 단계; 그리고상기 에러값을 입력받아 PI제어를 하는 단계;를 포함한다.

Description

엔진의 진동 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING VIBRATION OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 진동 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 아이들 구동 시 발생하는 진동을 효과적으로 저감시키는 엔진의 진동 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 DCT(Dual Clutch Transmission)나 DMF(Dual Mass Flywheel)를 장착한 차량은 외측 댐퍼(external damper)를 가지게 되는데, 이러한 차량은 엔진이 아이들 상태일 때, 일정한 소음이 발생되는 문제가 있다.

엔진 관성부와 보조 관성부(예를 들어, 플라이 휠) 사이에 댐퍼로 연결되는 구동계에서, 엔진의 아이들 상태일 때 엔진으로부터 발생되는 토크 외란에 따라 회전 속도(RPM)가 변동될 수 있다. 이에 따라, 엔진 관성부와 보조 관성부 사이에는 회전 속도의 차이가 발생하게 되며, 이 회전 속도의 차이로 인하여 공진이 일어날 수 있다. 이 때 발생되는 공진 주파수는 약 9Hz 내외로, 이러한 공진 주파수로 인하여, 댐퍼를 구비한 DCT나 DMF를 장착한 차량에서는 소음이 발생되는 것이다.

이에 따라, 종래에는 엔진과 플라이 휠 사이의 연결 토크 또는 히스테리시스(hysteresis)를 증대하는 등의 구조적인 방법으로 위 소음의 저감을 유도하거나 엔진이 아이들 상태일 때 엔진의 회전 속도(RPM)를 증가시키는 제어적인 방법으로 대응하였다.

그러나, 앞서 상술한 구조적인 방법으로는 차량이 발진하거나 주행할 경우 엔진에 의한 진동이 그대로 전달되어 부밍 노이즈가 악화되는 문제가 있다.

한편, 위 제어적인 방법에 따라, 아이들 시에 엔진의 회전 속도를 증가하게 되면, 차량의 연비 및 전체적인 소음 등에 부정적인 영향을 미칠 수 있게 된다.

종래의 아이들 상태의 제어 방식은 다음과 같다.

엔진이 냉간 상태에서 아이들 구동을 하게 될 때, 엔진에 외란(load)이 가해지게 되면, 엔진의 구동계는 가진하게 된다. 이에 따라, 요구되는 보정 토크와 엔진연료량도 함께 변동하게 된다.

엔진의 아이들 상태에서 외란이 가해지게 될 때, 엔진의 구동계는 앞서 설명한 공진 영역에서 비틀림 진동하게 된다. 도 5 내지 6을 참조하면, 엔진 관성부 회전속도 그래프(y1)와 플라이 휠 관성부 회전속도 그래프(y2)는 서로 역위상으로 진동하게 된다. 따라서, 종래의 제어 방식에 의한 구동계 시스템은 위 진동으로 인한 노이즈 신호가 입력 신호로 작용하여, 시스템을 지속적으로 가진시킨다. 즉, 엔진의 회전 속도에 영향을 미치는 공진은 제거되지 않고 지속되는 문제가 발생하는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 공진 주파수에 의한 노이즈 입력 신호가 제거된 엔진의 진동 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 엔진과 함께 회전하는 엔진 관성부, 상기 엔진의 회전 속도에 영향을 미치며 상기 엔진 관성부와 별도로 구비되는 보조 관성부, 그리고 상기 엔진 관성부와 상기 보조 관성부 사이에서 진동을 저감시키도록 배치된 댐퍼를 구비한 엔진의 구동 시스템은 상기 엔진 관성부의 회전 속도를 검출하는 엔진회전속도 검출부;상기 보조 관성부의 회전 속도를 검출하는 보조회전속도 검출부; 그리고, 상기 엔진회전속도 검출부와 상기 보조회전속도 검출부로부터 회전 속도를 전달받아 이를 각각의 신호로 저장하는 제어부;를 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 엔진의 아이들 상태에서, 상기 엔진회전속도 검출부와 상기 보조회전속도 검출부로부터 전달받은 각각의 회전 속도의 평균값을 아이들 시의 엔진 회전속도 설정값에서 차감하여 에러값을 산출하고, 상기 에러값을 통하여 상기 엔진의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 에러값은 PI제어에 입력되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 평균값은 상기 엔진회전속도 검출부와 상기 보조회전속도 검출부에서 검출된 각각의 회전 속도를 산술평균한 값과 같은 것을 특징으로 할 수 있다.

엔진과 함께 회전하는 엔진 관성부, 상기 엔진의 회전 속도에 영향을 미치며 상기 엔진 관성부와 별도로 구비되는 보조 관성부, 그리고 상기 엔진관성부와 상기 보조관성부의 회전 속도를 각각의 신호로 저장하는 제어부를 포함하는 엔진의 진동 제어 방법은 차량이 아이들 상태인지 판단하는 단계; 상기 엔진 관성부와 상기 보조 관성부의 회전속도를 검출하는 단계; 상기 엔진 관성부와 상기 보조 관성부의 회전속도의 평균값을 산출하는 단계; 상기 평균값으로부터 에러값을 산출하는 단계; 그리고 상기 에러값을 입력받아 PI제어를 하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 에러값은 아이들 시의 엔진 회전속도 설정값에서 상기 평균값을 차감하여 구하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 엔진의 진동 제어 방법은 상기 PI제어를 통해 설정된 엔진의 회전속도를 유지하도록 요구되는 엔진 토크를 보정하는 단계; 그리고 상기 설정된 엔진의 회전속도를 유지하도록 연료량을 보정하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.

상기 보조 관성부의 신호는 상기 엔진 관성부의 신호와 역위상 관계에 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 아이들 시의 엔진 회전속도 설정값은 운전 조건에 따라 복수 개로 설정될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 PI제어는 운전 조건에 따라 복수 개의 모드로 제어할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 별도의 구조적인 진동 저감 장치 없이도 아이들 시에 발생하는 진동을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, PI제어에 입력되는 신호의 변경만으로 안정적으로 진동 노이즈를 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 구동계를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 제어 방법에 의한 엔진의 회전 속도를 도시한 그래프이다.
도 4는 도 3의 A 구역의 확대 그래프이다.
도 5은 종래 엔진의 제어 방법에 의한 공진의 발생을 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5의 B 구역의 확대 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일 또는 유사한 구성요소들을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 구동계를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 실시 예에 따른 엔진의 구동계는 엔진과 연결되는 엔진 관성부(10), 엔진의 회전 속도에 영향을 주는 요소인 보조 관성부(20), 그리고 엔진 관성부(10)와 보조 관성부(20)의 사이에 배치되는 댐퍼(25)를 포함한다.

상기 엔진 관성부(10)는 엔진과 함께 회전하는 요소로, 엔진에서 발생되는 진동도 그대로 전달받도록 되어 있다.

상기 보조 관성부(20)는 엔진의 회전 속도에 영향을 미칠 수 있는 구동계 요소들 중의 하나의 요소이다. 보조 관성부(20)는 엔진 관성부(10)와 함께 움직일 수 있도록 되어 있다. 이러한 보조 관성부(20)로 플라이 휠이나 변속기를 그 예로 들 수 있다.

상기 댐퍼(25)는 엔진 관성부(10)의 구동력이 구동계 요소들 중의 어느 하나에 보조 관성부(20)를 통해 전달되면서 발생하는 진동을 저감시키도록 구비된다. 댐퍼(25)의 일측은 엔진 관성부(10)에 연결되고, 그 타측은 보조 관성부(20)에 연결될 수 있다.

이처럼, 엔진의 구동계는 엔진과 연결되어 엔진으로부터 직접 영향을 받는 엔진 관성부(10)와, 그 밖에 엔진에 영향을 줄 수 있는 다른 보조 관성부(20)로 나누어 질 수 있다. 차량이 아이들 상태일 경우, 보조 관성부(20)는 동력전달장치(예를 들어 변속기)와의 연결이 해제되므로, 엔진의 공진에 영향을 줄 수 있는 유일한 요소는 보조 관성부(20)가 될 수 밖에 없다.

한편, 본 발명의 실시 예에 의한 엔진의 구동계는 엔진 관성부(10)의 회전 속도를 검출하는 엔진회전속도 검출부(30), 보조 관성부(20)의 회전 속도를 검출하는 보조회전속도 검출부(40), 그리고 위 각각의 회전속도를 신호로 전환하여 제어하는 제어부(50)를 더 포함한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 엔진 관성부(10)와 보조 관성부(20)에서 발생하는 각각의 신호는 항상 역위상(reverse phase signal)으로 작용하게 되는데, 종래의 기술에 의하면, 엔진 관성부(10)와 보조 관성부(20)의 위상 차이로 인하여 엔진의 회전 속도에 약 9Hz 내외의 공진 주파수가 발생하게 된다. 이에 따라, 엔진은 이러한 공진 주파수 영역에서 진동 및 소음을 유발하게 된다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 차량의 아이들 상태에서 엔진 관성부(10)와 보조 관성부(20)의 각각의 회전 속도를 엔진회전속도 검출부(30)와 보조회전속도 검출부(40)를 통하여 신호로 변환한 다음, 그 평균값(M)을 산출하게 된다.

위 평균값(M)은 엔진 관성부(10)와 보조 관성부(20)의 각각의 회전속도를 더하여 둘로 나누는 방법으로 구하거나, 엔진회전속도 검출부(30)와 보조회전속도 검출부(40)의 신호를 중첩하여 합성된 변위를 다시 둘로 나누어 구할 수 있다. 이하에서는 엔진 관성부(10)와 보조 관성부(20)의 각각의 회전속도를 더하여 둘로 나누어 회전속도의 평균값을 산출하는 방법으로 설명하기로 한다.

엔진 관성부(10)와 보조 관성부(20)에서 검출된 회전속도의 신호는 항상 상호간에 역위상 관계에 있게 되므로, 종국적으로는 엔진의 회전 속도에 영향을 주는 노이즈 신호로 작용한다.

이러한 노이즈 신호를 제거하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(50)는 아이들 시의 엔진 회전속도 설정값(P)에서 위 평균값(M)을 차감함으로써, 에러값(E; error value)을 산출한다. 아이들 시의 엔진 회전속도 설정 값(P)은 운전 조건에 따라 복수 개의 설정값을 포함할 수 있다.

이 에러값(E)는 엔진 회전을 제어하는 PI제어(Proportional Integral control)의 입력 신호로 이용된다. 엔진 회전을 제어하는 PI제어는 일반적은 아이들 거버너 PI제어 방식을 이용하여 에러값(E)을 저감하도록 되어 있다. 그런데, PI제어에 입력된 에러값(E)은 앞서 문제가 된 노이즈 신호를 제거한 수치가 되는 것이다.

예를 들어, 엔진 관성부(10)의 회전속도가 850rpm이고 보조 관성부(20)의 회전속도가 825rpm일 때, 각각의 회전속도의 평균값(M)은 837.5rpm이 된다. 따라서, 아이들 시의 엔진 회전속도 설정 값(P)이 837rpm이라면, 에러값(E)은 0.5rpm이 되는 것이다.

그런데, 평균값(M)을 차감하지 않을 경우에는, 에러값은 아이들 시의 엔진 회전속도 설정 값(P)인 837rpm에서 엔진 관성부(10)의 회전속도인 850rpm을 그대로 차감하여 13rpm이 된다. 이 값은 PI제어에 입력되는데, 노이즈 신호가 PI제어에 영향을 미쳐 엔진 보정토크 및 엔진 연료량를 떨게 만든다.

PI제어 단계 이 후에는, 아이들 시의 설정된 엔진 회전속도를 유지하기 위하여 요구되는 엔진의 토크와 연료량을 떨림이나 소음이 없도록 보정하게 된다.

이처럼, 본 발명의 실시 예에 의하면, 별도의 소음 저감 장치가 없더라도 입력신호의 변경만으로 진동 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있다.

이하에서는 보다 구체적으로 각각의 단계에 따라 엔진의 제어 방법을 상술하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 제어 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 제어 방법에 의한 엔진의 회전 속도를 도시한 그래프이며, 도 4는 도 3의 A 구역의 확대 그래프이고, 도 5은 종래 엔진의 제어 방법에 의한 공진의 발생을 도시한 그래프이며, 도 6은 도 5의 B 구역의 확대 그래프이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 엔진의 제어 방법은 먼저, 차량의 아이들 상태 여부를 판단한다(S100).

여기서, 차량의 아이들 상태는 APS(Accelerator pedal position sensor)가 오프(off)이거나, 차속이 0일 경우, 또는 냉각수의 온도가 일정 온도 이하일 경우 등으로 판단할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. S100에서 차량이 아이들 상태가 아니라면 본 발명의 실시 예에 의한 엔진의 제어 방법은 종료된다(S105).

차량이 아이들 상태라고 판단이 되면, 제어부(50)는 엔진회전속도 검출부(30)로부터 검출된 엔진 관성부(10)의 회전속도를 전달받고, 그 결과를 엔진회전속도 신호(RPM1)로서 입력한다(S110).

다음으로, 제어부(50)는 보조회전속도 검출부(40)를 통하여 검출된 보조 관성부(20)의 회전속도를 보조회전속도 신호(RPM2)로 입력한다(S120).

앞서 상술한 바와 같이, 엔진회전속도 신호(RPM1)와 보조회전속도 신호(RPM2)는 서로 역위상을 갖게 된다.

S130 단계에서, 제어부(50)는 엔진 관성부(10)의 회전 속도와 보조 관성부(20)의 회전 속도로부터 얻은 각각의 엔진회전속도 신호(RPM1)와 보조회전속도 신호(RPM2)의 평균값(M)을 계산한다. 이렇게 얻어진 평균값(M)은 엔진 회전속도에 노이즈 신호가 포함된 수치가 된다. 위 평균값(M)은 신호들(RPM1, RPM2)의 산술 평균으로서, "평균값=(엔진회전속도 +보조회전속도)/2"의 수식으로 구할 수 있다.

S140 단계에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 제어부(50)는 차량의 아이들 시 엔진 회전속도 설정값(P)에서 위 평균값(M)을 차감하여 에러값(E)을 그 결과값으로 발생시킨다. 차량의 아이들 시, 엔진 회전속도 설정값(P)은 차량의 운전 조건에 따라 달라질 수 있는 설정된 값이다.

S150 단계에서는 PI제어를 통해, 입력된 신호를 기초로 비례 동작 및 적분 동작을 가함으로써 외란으로 인한 엔진의 회전 속도의 편차를 최소화한다. 이 때, 앞서 산출한 에러값(E)이 PI제어의 입력신호가 된다. PI제어는 운전 조건에 따라 복수 개의 모드로 제어할 수 있다.

S160 단계에서는 아이들 시에 설정된 엔진의 회전 속도를 유지하기 위한 요구되는 토크를 보정하며, S170 단계에서는 그 회전 속도를 유지하기 위한 연료량을 보정한다.

이처럼, 엔진회전속도 신호(RPM1)와 보조회전속도 신호(RPM2)의 평균값(M)을 아이들 시의 엔진 회전속도 설정값(P)에서 차감함으로써, 노이즈 신호가 제거된 에러값(E)을 산출 할 수 있다.

이러한 에러값(E)을 PI제어의 입력 신호로 주어지게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 아이들 시 노이즈가 제거된 에러값으로 엔진의 회전 속도를 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 의하면, 도6에서 엔진 관성부의 회전 속도 그래프(y1)와 보조 관성부의 회전 속도 그래프(y2)의 위상차이에 해당되는 노이즈를 제거할 수 있는 것이다.

나아가, 엔진의 구동계에 공진 발생시 별도의 모터 또는 액츄에이터 없이 진동 노이즈 신호를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10 : 엔진 관성부 20 : 보조 관성부
30 : 엔진회전속도 검출부 40 : 보조회전속도 검출부
50 : 제어부

Claims

엔진과 함께 회전하는 엔진 관성부, 상기 엔진의 회전 속도에 영향을 미치며 상기 엔진 관성부와 별도로 구비되는 보조 관성부, 그리고 상기 엔진 관성부와 상기 보조 관성부 사이에서 진동을 저감시키도록 배치된 댐퍼를 구비한 엔진의 구동 시스템에 있어서,
상기 엔진 관성부의 회전 속도를 검출하는 엔진회전속도 검출부;
상기 보조 관성부의 회전 속도를 검출하는 보조회전속도 검출부; 그리고,
상기 엔진회전속도 검출부와 상기 보조회전속도 검출부로부터 회전 속도를 전달받아 이를 각각의 신호로 저장하는 제어부;
를 포함하되,
상기 제어부는
상기 엔진의 아이들 상태에서, 상기 엔진회전속도 검출부와 상기 보조회전속도 검출부로부터 전달받은 각각의 회전 속도의 평균값을 아이들 시의 엔진 회전속도 설정값에서 차감하여 에러값을 산출하고, 상기 에러값을 통하여 상기 엔진의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진의 구동 시스템.
제1항에 있어서,
상기 에러값은 PI제어에 입력되는 것을 특징으로 하는 엔진의 구동 시스템.
제2항에 있어서,
상기 평균값은 상기 엔진회전속도 검출부와 상기 보조회전속도 검출부에서 검출된 각각의 회전 속도를 산술평균한 값과 같은 것을 특징으로 하는 엔진의 구동 시스템.
엔진과 함께 회전하는 엔진 관성부, 상기 엔진의 회전 속도에 영향을 미치며 상기 엔진 관성부와 별도로 구비되는 보조 관성부, 그리고 상기 엔진관성부와 상기 보조관성부의 회전 속도를 각각의 신호로 저장하는 제어부를 포함하는 엔진의 진동 제어 방법에 있어서,
차량이 아이들 상태인지 판단하는 단계;
상기 엔진 관성부와 상기 보조 관성부의 회전속도를 검출하는 단계;
상기 엔진 관성부와 상기 보조 관성부의 회전속도의 평균값을 산출하는 단계;
상기 평균값으로부터 에러값을 산출하는 단계; 그리고
상기 에러값을 입력받아 PI제어를 하는 단계;
를 포함하는 엔진 진동 제어 방법.
제4항에 있어서,
상기 에러값은 아이들 시의 엔진 회전속도 설정값에서 상기 평균값을 차감하여 구하는 것을 특징으로 하는 엔진 진동 제어 방법.
제5항에 있어서,
상기 PI제어를 통해 설정된 엔진의 회전속도를 유지하도록 요구되는 엔진 토크를 보정하는 단계; 그리고
상기 설정된 엔진의 회전속도를 유지하도록 연료량을 보정하는 단계;
를 더 포함하는 엔진 진동 제어 방법.
제4항에 있어서,
상기 보조 관성부의 신호는 상기 엔진 관성부의 신호와 역위상 관계에 있는 것을 특징으로 하는 엔진 진동 제어 방법.
제5항에 있어서,
상기 아이들 시의 엔진 회전속도 설정값은 운전 조건에 따라 복수 개로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 엔진 진동 제어 방법.
제5항에 있어서,
상기 PI제어는 운전 조건에 따라 복수 개의 모드로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 엔진 진동 제어 방법.