KR102008421B1 - 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실변속구간에서 제어하는 모터의 협조제어량을 이용하여 클러치 전달토크 특성을 학습하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 차량의 회생제동 중 변속하는 과정에서, 목표슬립변화율에 따라 변속기 입력속도가 결합측 클러치속도에 수렴하도록 변속기 입력토크를 저감 제어하고; 상기 동기제어 과정에서 현재 슬립변화율과 목표슬립변화율의 차이 발생시, 상기 차이를 해소할 수 있도록 모터토크의 저감량을 제어하여 변속기 입력토크를 보정하며; 상기 보정단계에서 제어하는 모터토크의 저감량을 클러치 전달토크맵 곡선에 반영하여 클러치 전달토크맵 곡선을 보정 및 학습하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법이 소개된다.

Description

하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법{METHOD FOR LEARNING CLUTCH TORQUE OF HYBRID VEHICLES}

본 발명은 회생제동상황에서 변속시 이너셔페이즈 구간에서 제어하는 모터의 협조제어량을 이용하여 클러치 전달토크 특성을 학습하는 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법에 관한 것이다.

자동화 수동변속기는 수동변속 메커니즘을 기반으로 한 변속기를 자동으로 제어하는 시스템으로, 토크 컨버터와 습식 다판 클러치를 사용하는 자동변속기와 달리 건식클러치를 이용하여 엔진 토크를 전달한다.

특히, 건식클러치는 구성요소들의 단품 공차와 내구 진행에 따른 마모도, 고온에 의한 열변형 및 디스크의 마찰계수 변화 등 수많은 인자에 따라 클러치 전달토크가 크게 변화하는 특성을 가지고 있어 주행 중 클러치에 전달되는 토크의 추정이 어렵다.

따라서, 클러치 제어 중 전달토크의 변화를 알지 못할 경우에는 클러치의 과도한 슬립이 발생하거나, 충격을 유발할 수 있기 때문에 실시간으로 건식클러치의 토크 특성을 예측하는 알고리즘이 필요하다.

특히, 하이브리드 차량의 경우에는, 기존의 엔진 단독구동 방식의 차량과 달리 변속기에 모터와 엔진의 토크가 더해져서 들어오기 때문에 모터와 엔진토크 특성이 반영되어 건식클러치의 토크 특성이 예측되어야 한다.

예컨대, 모터의 구동력만으로 차량을 주행하는 EV모드의 회생제동 구간에서는 모터로 역구동을 하여 제동을 하기 때문에 역토크가 과다하게 변속기에 전달된다.

이에, 회생제동 구간에서 클러치 전달토크 특성을 알지 못하는 경우에는 제동 선형감 및 이질감이 발생하며, 간헐적으로 정지전 변속충격을 동반하여 운전성능 악화로 이어진다.

그리고, 클러치 전달토크 특성을 낮게 예측하는 경우에는 변속시간이 증대가 되어 연비에 악영향을 미치게 되는바, 회생제동 구간에서의 전달토크 특성을 예측하는 기술이 요구되고 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1704287 B

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 회생제동상황에서 변속시 이너셔페이즈 구간에서 제어하는 모터의 협조제어량을 이용하여 클러치 전달토크 특성을 학습하는 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 제어부가 차량의 회생제동 중 변속하는 과정에서, 목표슬립변화율에 따라 변속기 입력속도가 결합측 클러치속도에 수렴하도록 변속기 입력토크를 저감 제어하는 동기제어단계; 제어부가 상기 동기제어 과정에서 현재 슬립변화율과 목표슬립변화율의 차이 발생시, 상기 차이를 해소할 수 있도록 모터토크의 저감량을 제어하여 변속기 입력토크를 보정하는 보정단계; 및 제어부가 상기 보정단계에서 제어하는 모터토크의 저감량을 클러치 전달토크맵 곡선(Torque-Stroke Curve : T-S커브)에 반영하여 클러치 전달토크맵 곡선을 보정 및 학습하는 학습단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 보정단계에서, 상기 모터토크는 하기의 수식에 의해 연산 및 제어할 수 있다.

상기 학습단계에서는, 상기 모터토크의 저감량을 클러치 전달토크맵 곡선의 오프셋량으로 계산하고; 상기 계산된 오프셋량을 클러치 전달토크맵 곡선 상의 클러치토크에 합산하여 클러치 전달토크맵 곡선을 오프셋하며; 오프셋된 클러치 전달토크맵 곡선에 의해 클러치 전달토크 특성을 학습할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 하이브리드 차량의 회생제동시 실변속과정에서 목표슬립변화율과 현재 슬립변화율의 차이를 해소할 수 있는 만큼 모터토크의 협조제어량을 가감하여 변속 제어하고, 그 협조제어량을 오프셋값으로 바꾸어 T-S커브를 오프셋하여 클러치 전달토크 특성을 학습함으로써, 회생제동시 정확한 클러치 전달토크를 예측하여 안정적인 변속감을 확보하는 것은 물론, 변속 시간을 단축시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 적용 가능한 하이브리드 DCT차량의 파워트레인 구성을 예시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치토크 학습방법에 대한 제어 흐름을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 회생제동 상황에서 변속시의 슬립변화율의 차이와, 속도 및 토크의 거동을 예시한 도면.
도 4는 변속기 입력토크로서 모터만 사용하는 회생제동시의 T-S커브와, 모터와 엔진이 함께 사용되는 HEV모드에서의 T-S커브 사이에 오프셋(Offset)이 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따라 T-S커브가 오프셋되는 원리를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 첨부된 도 1과 같이 DCT변속기를 탑재한 하이브리드 차량에 적용 가능할 수 있다.

도면을 참조하면 DCT를 구성하는 두 개의 클러치 중에서 결합측 클러치 및 해방측 클러치를 각각 CL1 및 CL2의 도면부호로 기재하였고, 이들을 체결 및 해제 작동하기 위한 클러치액추에이터를 각각 CLA1, CLA2의 도면부호로 표시하였으며, 결합측 클러치가 구비된 입력축과 해방측 클러치가 구비된 입력축을 각각 INPUT1 및 INPUT2의 도면부호로 표시하였다.

그리고, 홀수단 기어를 체결 및 해제 작동하기 위한 홀수측 기어액추에이터와, 짝수단 기어를 체결 및 해제 작동하기 위한 짝수측 기어액추에이터를 각각 GA1, GA2의 도면부호로 표시하였다.

아울러, 본 발명은 DCT변속기가 탑재된 하이브리드 차량 외에도 AT변속기 또는 AMT변속기 또는 습식 DCT변속기가 탑재된 하이브리드 차량에도 동일하게 적용 가능할 수 있다.

한편, 본 발명의 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법은, 동기제어단계와, 보정단계 및 학습단계를 포함하여 구성할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 동기제어단계에서는 제어부(C)가 차량의 회생제동 중 변속하는 과정에서, 변속기 입력속도와 변속기의 결합측 클러치속도 간의 목표슬립변화율에 따라 변속기 입력속도가 결합측 클러치속도에 수렴하도록 변속기 입력토크를 저감 제어할 수 있다.

예컨대, 회생제동 과정에서 다운시프트 변속이 진행되면, 결합측 클러치를 체결하는 동시에 해방측 클러치를 체결 해제하여 양 클러치를 통한 토크의 전달이 교차하도록 제어하는 토크핸드오버제어(토크페이즈구간)를 실시한다. 이 후, 변속기 입력속도, 바람직하게는 모터속도가 결합측 클러치속도에 수렴하여 동기되도록 제어하는 이너셔페이즈구간에 진입한다.

이때에, 제어부(C)에는 목표슬립변화율과, 상기 목표슬립변화율에 따라 모터속도의 동기화를 위해 저감 제어하는 변속기 입력토크의 저감량이 미리 설정되어 있어, 목표슬립변화율에 따라 변속기 입력토크를 제어하면서 변속제어할 수 있다. 상기 변속기 입력토크는 변속기 입력축에 입력되는 구동원의 토크로서, 이는 모터토크일 수 있다.

다음으로, 보정단계에서는 제어부(C)가 상기 동기제어 과정에서 변속기 입력속도와 변속기의 결합측 클러치속도 간의 현재 슬립변화율과 상기 목표슬립변화율의 차이 발생시, 상기 차이를 해소할 수 있도록 모터토크의 저감량을 제어하여 변속기 입력토크를 보정할 수 있다.

부연하면, DCT에서 클러치의 전달토크 특성은 토크와 스트로크의 커브(T-S Curve)로 정의가 된다. 즉, T-S커브는 클러치 액추에이터의 이동 위치(Stroke)에 따른 건식 클러치의 전달토크 특성을 데이터화한 곡선이다.

기본적인 T-S커브의 특성은 도 4에 도시된 바와 같이, 터치포인트 시점부터 변속기 입력토크가 변속기에 비선형 특성을 보이며 전달된다.

하지만, 하이브리드 DCT차량은 변속기 입력토크가 엔진토크와 모터토크로 구성이 되어 있어, 모터(M)만 사용하는 회생제동시의 T-S커브와 모터(M)와 엔진이 함께 구동되는 HEV모드에서의 T-S 커브 사이에서는 오프셋(Offset)이 생기게 된다.

즉, 엔진토크와 모터토크가 함께 이용되는 일반적인 T-S커브와, 회생제동 상황에서 모터토크만이 이용되는 T-S커브는, 그 오프셋만큼 슬립변화율의 차이가 생기므로 목표슬립변화율과 현재 슬립변화율의 차이만큼 모터토크의 협조 제어량을 피드백 제어로 가감하면서 제어를 실시한다.

이때에, 상기 보정단계에서 제어하는 모터토크는 하기의 수식에 의해 연산 및 제어할 수 있다.

Tm : 모터토크

Tc : 클러치토크(결합측 클러치토크)

Jm : 모터회전관성

Nm : 모터회전속도

Ni_app : 결합측 입력축속도(결합측 클러치속도)

Ni_rel : 해방측 입력축속도(해방측 클러치속도)

TqFB : 슬립변화율 차이에 따른 모터토크 협조제어량

다음으로, 도 2 및 도 3과 같이, 학습단계에서는 제어부(C)가 상기 보정단계에서 제어하는 모터토크의 저감량을 결합측 클러치 전달토크맵 곡선(Torque-Stroke Curve : T-S커브)에 반영하여 클러치 전달토크맵 곡선을 보정 및 학습할 수 있다.

예컨대, 상기 학습단계에서는, 상기 모터토크의 저감량을 클러치 전달토크맵 곡선의 오프셋량으로 계산한다.

그리고, 상기 계산된 오프셋량을 클러치 전달토크맵 곡선 상의 클러치토크에 합산하여 클러치 전달토크맵 곡선을 오프셋시키고, 오프셋된 클러치 전달토크맵 곡선에 의해 클러치 전달토크 특성을 학습하게 된다.

즉, 도 5는 T-S커브가 오프셋되는 원리를 설명하기 위한 도면으로, 하기의 수식과 같이 모터토크의 피드백 협조제어량에 따라 변속기 입력토크가 산정될 수 있다.

TqB = TqA + TqFB = TqA/f

f = TqA/(TqA + TqFB)

TqA : 동기제어 초기의 모터토크변속기 입력토크

TqB : 모터토크의 피드백 토크 저감량이 반영된 변속기 입력토크

TqFB : 모터토크의 피드백 토크 저감량

f : T-S커브의 오프셋

이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법에 대한 제어흐름을 살펴보기로 한다.

DCT가 탑재된 차량의 회생제동 상황에서 하위단으로 다운시프트 변속이 진행되면, 결합측 클러치와 해방측 클러치를 동시에 체결 및 체결 해제하는 토크페이즈과정 이 후에, 모터의 속도를 결합측 클러치속도에 수렴하도록 변속 제어하는 이너셔페이즈과정에 진입한다(S10).

그러면, 설정된 목표슬립변화율에 따라 모터속도가 결합측 클러치속도에 수렴하도록 모터토크를 저감하는 협조제어를 진행하면서, 현재 슬립변화율을 측정한다(S20).

이에, 목표슬립변화율과 현재 슬립변화율의 차이가 발생하는지 판단하고(S30), S30단계의 판단결과 차이가 발생하면 발생된 슬립변화율의 차이를 해소할 수 있는 만큼 모터토크를 피드백하여 가감 제어한다(S40).

이때에, 피드백 제어하는 모터토크의 협조제어량을 T-S커브의 오프셋량으로 계산하고(S50), 계산된 오프셋량을 클러치 전달토크맵 곡선 상의 클러치토크에 합산하여 클러치 전달토크맵 곡선을 오프셋시킨다.

그리고, 오프셋된 클러치 전달토크맵 곡선에 의해 클러치 전달토크 특성을 학습하게 된다(S60).

상술한 바와 같이, 본 발명은 엔진과 모터토크가 함께 이용되는 일반적인 T-S커브와, 회생제동 상황에서 모터토크만이 이용되는 T-S커브는, 그 오프셋만큼 슬립변화율의 차이가 생기므로, 하이브리드 차량의 회생제동시 실변속과정에서 목표슬립변화율과 현재 슬립변화율의 차이를 해소할 수 있는 만큼 모터토크의 협조제어량을 가감하여 변속 제어하고, 그 협조제어량을 오프셋값으로 바꾸어 T-S커브를 오프셋하여 클러치 전달토크 특성을 학습한다. 따라서, 회생제동시 정확한 클러치 전달토크를 예측하여 회생제동 상황에서 안정적인 변속감을 확보하는 것은 물론, 변속 시간을 단축시키게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

C : 제어부 M : 모터

Claims (3)

1. 제어부가 차량의 회생제동 중 변속하는 과정에서, 변속기 입력속도와 변속기의 결합측 클러치속도 간의 목표슬립변화율에 따라 변속기 입력속도가 결합측 클러치속도에 수렴하도록 변속기 입력토크를 저감 제어하는 동기제어단계;
   제어부가 상기 동기제어단계에서 변속기 입력속도와 변속기의 결합측 클러치속도 간의 현재 슬립변화율과 상기 목표슬립변화율의 차이 발생시, 상기 차이를 해소할 수 있도록 모터토크의 저감량을 제어하여 변속기 입력토크를 보정하는 보정단계; 및
   제어부가 상기 보정단계에서 제어하는 모터토크의 저감량을 변속기의 결합측 클러치 전달토크맵 곡선(Torque-Stroke Curve : T-S커브)에 반영하여 클러치 전달토크맵 곡선을 보정 및 학습하는 학습단계;를 포함하는 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보정단계에서,
   상기 모터토크는 하기의 수식에 의해 연산 및 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법.
   

   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 학습단계에서는,
   상기 모터토크의 저감량을 상기 결합측 클러치 전달토크맵 곡선의 오프셋량으로 계산하고;
   상기 계산된 오프셋량을 상기 결합측 클러치 전달토크맵 곡선 상의 클러치토크에 합산하여 클러치 전달토크맵 곡선을 오프셋하며;
   오프셋된 결합측 클러치 전달토크맵 곡선에 의해 클러치 전달토크 특성을 학습하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 클러치토크 학습방법.

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