KR102548140B1 - 마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법 - Google Patents

마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 자동화 유압 클러치 작동 시스템(1) 내에서 액추에이터(3)에 의해 구동되는 습식 마찰 클러치의 특성곡선을 적응시키기 위한 방법에 관한 것이다. 토크 강하의 오류 패턴이 감소될 수 있는 방법의 경우, 마찰 클러치(9)의 토크 강하를 특징으로 하는 오류 범위 내에서, 습식 마찰 클러치(9)의 토크 특성곡선이 가변성 토크 오프셋에 의해 적응된다.

Description

마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법
본 발명은, 자동화 유압 클러치 작동 시스템 내에서 정유압 액추에이터에 의해 구동되는 습식 마찰 클러치(wet friction clutch)의 토크 특성곡선을 적응(adaption)시키기 위한 방법에 관한 것이다.
DE 10 2012 204 940 A1호로부터는, 자동차 내에 압력 센서를 구비한 정유압 클러치 액추에이터를 포함하는 클러치의 매개변수들을 적응시키기 위한 방법이 공지되어 있다. 여기서는, 압력/트래블(travel) 특성곡선의 가로좌표 오프셋, 즉, 토크/트래블 특성곡선에도 적용되는 이른바 접촉점을 구하기 위해 압력 시스템이 사용된다. 또한, 마찰 시스템은 인자(factor), 이른바 마찰계수를 통해 현재 상황에 매칭된다. 더 나아가, 습식 시스템들의 경우, 각각의 특성곡선에 부가하여 가산되는 드래그 토크 특성맵도 존재한다. 특성맵은 클러치 액추에이터의 트래블, 마찰 클러치의 온도, 클러치의 냉각 오일 흐름 및 슬립에 따라 결정된다. 상기 3가지 적응 변수(adaptive variable)는 작동 시스템과 무관하게 마찰 클러치를 특징짓는다.
개시된 방법의 경우, 특히 접촉점은 압력 신호를 토대로 계산되고 적응된다. 이 경우, 클러치 제어부는 정유압 경로를 포함하고 적응 알고리즘에 의해 제어된다. 특히 습식 마찰 클러치들의 경우, 플로팅(floating) 효과가 발생한다. 이러한 오류 범위 내에서, 마찰 클러치의 매개변수들을 나타내는 접촉점이나 마찰 계수도, 습식 마찰 시스템에서 토크의 편차가 50 내지 80Nm 미만인 경우 학습될 수 없다. 상기 편차는 도 6에 곡선(B1)으로 도시되어 있고, 150Nm 미만의 토크로 제한된다. 비록 압력 시스템이 완전하게 기능할 수 있더라도, 오류 범위 내에서는 압력이 너무 낮으므로, 압력 시스템에 의해 부적합한 신호대잡음비가 발생하기 때문에, 접촉점이 매칭될 수 없다. 토크 시스템으로부터 편차를 피드백할 때에도 2개의 상반된 입력이 발생할 수도 있으며, 이는 오히려 접촉점을 고수하게 한다. 마찰 계수는 원칙적으로 토크가 낮을 때에는 매칭되지 않는데, 그 이유는 불과 수 Nm의 오류가 비현실적으로 큰 마찰 계수 변화량을 초래할 수도 있기 때문이다(도 7 참조). 습식 마찰 클러치를 위해 결정적인 드래그 토크 특성맵이 비록 학습될 수 는 있지만, 상기 드래그 토크 특성맵은 지금까지, 예컨대 클러치의 사전 선택 기어단(pre-selected gear)을 동기화하는 경우와 같은 다른 상황들에서도 입력샤프트와 무관하게 적용되었으며, 그로 인해 그곳에서 오류를 야기할 수도 있었다. 그러므로 오류 상황의 고려 시, 다른 작동점들에서 오류를 개시하지 않도록 하기 위해, 현재 드래그 토크 특성맵의 학습이 회피되어야 했다.
본 발명의 과제는, 습식 클러치의 플로팅 영역(floating region)에서 오류가 신뢰성 있게 방지되는, 마찰 클러치의 매개변수를 적응시키기 위한 방법을 제시하는 것이다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 마찰 클러치의 토크 강하를 특징으로 하는 오류 범위 내에서 습식 마찰 클러치의 토크 특성곡선이 가변성 토크 오프셋(volatile torque offset)에 의해 적응됨으로써 해결된다. 이는, 접촉점 내지 마찰 계수의 결정이 생략될 수 있고, 기설정 오류 범위 내에서의 토크 특성곡선의 매칭을 통해서만 오류의 신뢰성 있는 적응이 수행된다는 장점이 있다. 이 경우, 상기 토크 적응 동안, 병행하여 진행되는 접촉점, 압력, 마찰 계수 및/또는 형상(shape)의 나머지 적응은 동결(freeze)되는 것을 전제로 한다. 본원에 제안된 방법의 경우, 가장 확률이 높은 원인의 오류, 여기서는 토크 강하가 학습되며, 그럼으로써 오류가 보정될 수 있다.
바람직한 방식으로, 마찰 클러치가 오류 범위를 벗어날 때, 토크 오프셋은 서서히, 바람직하게는 영(0)으로, 리셋된다. 그에 따라, 마찰 클러치의 정상 작동 범위에서는 오류 보정의 영향이 존재하지 않는 점이 보장된다.
일 구현예에서, 토크 오프셋은 램프(ramp) 형태로 리셋된다. 이는, 오류 상황으로부터 정상 작동 모드로 마찰 클러치의 점차적인 전이가 수행됨으로써, 차량 승객들이 상기 상이한 적응 과정들을 인지하지 못하는 점이 보장된다는 장점이 있다.
일 변형예에서, 마찰 클러치의 오류 범위는, 기설정 회전수 임계값보다 더 낮은 입력샤프트 회전수에 의해, 그리고/또는 유압 클러치 작동 시스템에서의 기설정 압력 임계값보다 더 낮은 압력에 의해 기술된다. 임계값은 오프셋 적응을 위해, 각각의 오프셋이 신속하게 학습될 수 있음으로써, 토크 강하에 관련된 특수한 주행 상태들에서 지연이 거의 발생하지 않도록 선택된다. 이러한 주행 상태에는 차량의 크리핑(creeping), 출발, 그리고 재출발을 동반한 코스팅(coasting)이 속한다.
일 개선예에서, 마찰 클러치의 개방 시, 상기 마찰 클러치의 입력샤프트 회전수가 결정되며, 보간법을 통해 회전수 임계값-입력샤프트 오프셋 특성맵과 오버랩되는 0rpm-입력샤프트 오프셋 특성맵이 산출된다. 이처럼, 입력샤프트 회전수에 기인하는 마찰 클러치의 토크에 오프셋을 추가로 산입시킴으로써, 클러치 토크의 더 정확한 적응이 보장된다.
일 실시예에서, 0rpm-입력샤프트 특성맵은 측정된 극한 특성맵 및 회전수 임계값-입력샤프트 오프셋 특성맵을 토대로 가중 선형 결합(weighted linear combination)을 통해 작성된다. 선형 결합은 매우 간단한 수학적 방법이며, 이는 매우 신속하게 구현할 수 있다. 따라서, 오류 상황에서 토크 오프셋이 매우 신속하게, 그리고 그럼에도 정확하게 계산될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 선형 결합은 오류 범위에서 통계적으로 산출되는 토크 오프셋에 따라 좌우되는 가중 계수를 기초로 한다. 오프셋 결정의 시작 시, 기본적으로 가중 계수가 초기값으로서 영(0)을 취하는 신품 마찰 클러치가 전제된다. 이 경우, 가중 계수는 마찰 클러치의 작동 시 0과 1 사이에서 변동될 수 있다.
바람직한 방식으로, 가중 계수는, 회전수 임계값 미만의 입력샤프트-회전수에서 결정되는 통계 평균된 음의 토크 오프셋에 비례한다.
본 발명은 수많은 실시예를 허용한다. 그 중 2개의 실시예가 도면들을 토대로 더 상세하게 설명된다.
도 1은 정유압 클러치 작동 시스템의 개략적 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예에 따른 토크/트래블 특성곡선의 일례의 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예에 따른 토크/트래블 특성곡선의 일례의 그래프이다.
도 6은 종래 기술에 따른 토크/트래블 특성곡선의 일례의 그래프이다.
도 7은 종래 기술에 따른 마찰 계수 적응을 나타낸 그래프이다.
도 1에는, 차량에서 이용되는 것과 같은, 정유압 클러치 액추에이터(3)를 포함한 정유압 클러치 작동 시스템(1)의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 정유압 클러치 작동 시스템(1)은, 정유압 클러치 액추에이터(3)를 제어하는 제어 장치(2)를 포함한다. 클러치 액추에이터(3)의 위치 변동 시, 마스터 실린더(5)의 피스톤(4)이 액추에이터 경로(L_act)를 따라서 우측으로 이동되고, 마스터 실린더(5) 내에서는 체적이 변위되어 마스터 실린더(5) 내에 압력(p)이 형성된다. 상기 압력(p)은, 압력 매체로서 이용되는 유압액(6)을 통해, 유압 라인(7)을 경유하여, 마찰 클러치(9)를 직접 작동시키는 슬레이브 실린더(8)로 전달된다. 이 경우, 마찰 클러치(9)는 습식 클러치로서 형성된다. 습식 마찰 클러치는 예컨대, 입력측 및 출력측에서 각각 디스크 캐리어에 의해 수용되고 교대로 적층된 디스크들을 구비하며 유체, 예컨대 오일과 접촉하는 디스크 패키지를 포함한다. 습식 마찰 클러치의 개방 및 체결은 디스크 패키지의 축방향 클램핑을 통해 수행된다. 본원 방법은 특히, 오일이 개별 디스크들 사이에서 변위되지 않아 토크 강하를 야기하는 플로팅 효과의 발생 시 이용된다.
압력(p)은 마스터 실린더(5) 내에서, 제어 장치(2)와 연결되어 있는 압력 측정 장치(10)에 의해 검출된다. 클러치 액추에이터(3)가 움직인 거리(L_act)가 변위 센서(11)에 의해 측정된다. 클러치 액추에이터(3)가 움직인 거리(L_act)는 하기에서 마찰 클러치(9)의 트래블과 동일시된다.
자동차의 작동 진행 중에 수행되는 매개변수의 적응을 위해, 제어 장치(2) 내에는, 실제 존재하는 클러치 작동 시스템(1)에 병렬 연결된 일반적인 관측기(12)(observer)가 배치된다(도 2). 관측기(12)는, 실제 클러치 작동 시스템(1)을 시뮬레이션하는 제어 기술 모델(13)을 포함한다. 실제 클러치 작동 시스템(1) 및 모델(13) 모두에, 예컨대 마찰 클러치(9)의 작동 시 클러치 액추에이터(3)가 움직인 거리(L_act)와 동일한 입력 변수들이 공급된다. 실제 클러치 작동 시스템(1)은 전달된 구동 엔진의 클러치 토크(T_CL_tr)를 제공하며, 이 클러치 토크는 파워트레인 토크라고도 지칭되고, 모델(13)에 의해 계산된 토크 값(T_CL_M)도 인가되는 합산점(14)으로 공급되며, 이를 토대로 모델 보정 유닛(15)의 입력 변수를 나타내는 토크 차(ΔT)가 결정된다. 모델 보정 유닛(15) 내부에서, 블록(100)에서는 마찰 클러치(9)가 관측될 수 있는지의 여부가 질의된다. 이는 항시, 마찰 클러치(9)가 각각의 작동 상태에서 체결 상태 또는 개방 상태에 있지 않고, 타측 클러치도 활성 상태가 아닐 때의 경우에 해당한다. 마찰 클러치(9)가 관측될 수 없다면, 토크 오프셋은 램프(ramp)에서 0을 향해 이동된다[블록(101)]. 마찰 클러치(9)가 관측될 수 있다면, 블록(102)으로 넘어가고, 이 블록에서는 입력샤프트 회전수(Nips)가 1000rpm 미만인지, 그리고/또는 실제 클러치 작동 시스템(1) 내의 압력(p)이 예컨대 20바아 미만인지가 질의된다. 여기서 1000rpm의 입력샤프트 회전수(Nips)는 회전수 임계값을 나타내는 한편, 20바아의 압력은 압력 임계값을 지시한다. 측정 단위 rpm은 분당 회전수(Revolution per Minute)를 의미한다.
임계값들 중 적어도 하나가 미달되면, 블록(103)에서 마찰 클러치(9)의 토크 특성곡선의 통계 평균 오프셋을 특징짓는 증폭 계수(adap_fac)가 결정된다. 이를 토대로, 모델(13)로 공급되는 오프셋 차가 결정되며, 상기 모델은 상기 오프셋 차를 토대로 마찰 클러치(9)의 제어할 토크(T_CL_M)를 산출한다.
그러나 블록(102)에서, 회전수 임계값 및/또는 압력 임계값이 초과되고, 적응 방법을 위한 입력 조건들이 주어지지 않는 것으로 확인되면, 블록(104)에서 음의 토크 차(-ΔT)의 부호가 오프셋의 부호와 동일한지 질의된다. 동일하다면, 토크 밸런스는 토크 오프셋이 감소되어야 하는 결과로 나타난다. 상기 토크 밸런스는 블록(105)에서 서서히 0을 향해 이동된다. 그러나 블록(104)에서 부호 비교의 결과가 부정적인 것으로 확인되면, 블록(106)에서 마찰 계수는 피드백(KFC)을 통해 적응된 다음, 마찰 계수 차(ΔFC)로서 또 다른 토크 고려를 위해 모델(13)로 공급된다.
마찰 클러치(9)의 토크/트래블 특성곡선은 하기 공식을 토대로 도출된다.
Figure 112019119637056-pct00001
T_CL_M: 모델 토크,
FC: 마찰 계수,
L_act: 액추에이터 트래블,
Drag: 드래그 토크
오프셋은 제한되며, 그럼으로써
Figure 112019119637056-pct00002
이 적용된다.
도 3에는, 오프셋 보정을 통한 토크 적응이 예시로서 도시되어 있다. 여기에는 트래블(L_act)에 걸쳐 토크(T_CL)가 도시되어 있다. 곡선(B)은 습식 마찰 클러치(9)의 공칭 토크 특성곡선을 나타낸다.
파선 특성곡선(B1)은, 기설정된 트래블(L_act)에서 습식 마찰 클러치(9)의 플로팅 상황에 발생하는 것과 같은 실제 토크 특성곡선이다. 이 실제 토크 특성곡선(B1)은, 오류 상황에서는 너무 적은 토크가 마찰 클러치(9)를 통해 공급된다는 것을 보여준다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 오프셋은 마찰 클러치(9)의 개방 시 에 결정되는 반면, 램프형 감소는 항상 클러치가 체결된 상태에서 수행된다. 오프셋을 학습하기 위해, 토크 질의를 통해 특징지어지는 트래블이 이동되고, 전술한 유형 및 방식으로 토크 차가 결정된다. 곡선(C)은 본 발명에 따른 방법에 의해 조정되는 적응된 토크 특성곡선을 나타낸다. 여기서 언급할 사항은, 특성곡선(C)은 오프셋이 감소되지 않는 동안에 일시적으로만 존재한다는 점이다.
도 4에는, 입력샤프트 회전수(Nips)가 고려됨으로써 오프셋 결정이 개선되는, 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 블록(200)에서의 "Drag Nips = 0"과 블록(201)에서의 "Drag Nips > 1000"으로 구분되며, "Drag Nips = 0"은 입력샤프트 회전수가 0rpm일 때의 드래그 토크에 상응하고, "Drag Nips > 1000"은 입력샤프트 회전수가 1000rpm보다 클 때의 드래그 토크에 상응한다. 두 블록(200 및 201) 모두에 클러치 액추에이터의 현재 트래블(L_act)이 공급된다. 블록(200)의 출력단뿐만 아니라 블록(201)의 출력단도 블록(202)으로 이어지며, 이 블록에서 0rpm의 입력샤프트-오프셋 특성맵이 생성된다. 이때, 신품 클러치에서의 초기값으로서 값 0을 갖는 가중 계수(adap_fac)[블록(203)]가 지점(204)에서는 블록(200)에서 공급되는 "Drag Nips = 0"과 곱해지고, 지점(205)에서는 블록(206)에서 식 "1 - adap_fac"로부터 산출된 값과 가산된다. 블록(206)에서 획득된 결과는 지점(207)에서, 블록(201)에서 공급된 "Drag Nips > 1000"과 곱해져서 지점(205)으로 안내된다.
지점(205)에서 출발하여 보간법을 통해, 블록(202)에서 결정된 0rpm-입력샤프트 오프셋 특성값의 값들이 100rpm-입력샤프트 오프셋 특성맵(208)에 오버랩된다. 이를 위해, 블록(209)에서는, 블록(201)에서 공급된 "Drag Nips > 1000"이 블록(210)에서 결정되는 또 다른 가중 계수와 곱해진다. 입력샤프트 회전수가 1000rpm보다 클 때, 상기 가중 계수는 1이다. 지점(211)에서는, 블록(209)에서 산출된 곱이 블록(212)에서 산출된 또 다른 곱과 가산된다. 블록(212)에서 산출되는 곱은, 0rpm-입력샤프트 오프셋 특성맵[블록(202)]의 블록(205)의 결과와, 블록(213)에서 산출되는 또 다른 가중 계수로부터 계산된다. 입력샤프트 회전수(Nips)가 1000rpm보다 클 때, 상기 또 다른 가중 계수는 항상 0이다.
그 결과로서, 도 5에 도시된 것과 같은 오프셋 보상이 달성된다. 여기에는, 마찬가지로 0rpm-입력샤프트 오프셋 특성곡선에 상응하는 공칭 토크 특성곡선(B)이 도시되어 있다. 특성곡선 "B1"은 그 편차와 관련하여 1000rpm-입력샤프트 오프셋 특성곡선에 상응한다. 이처럼 수학적 방법으로 결정되는 특성곡선(D)은, 1000rpm-입력샤프트 오프셋 특성곡선과 0rpm-입력샤프트 오프셋 특성곡선의 오버랩을 통해, 특성곡선(B)에 매칭되며, 그로 인해 0을 향한 오프셋의 램프 하강이 생략될 수 있다.
0의 오프셋으로의 램프 하강은 슬립 상황에서, 클러치 결함도 동일하게 상기 방향을 향할 때에만 발생해야 한다. 그 밖의 경우에는, 로드 그립(road grip)이 발생하거나 클러치가 비활성화될 때까지 오프셋이 유지되어야 한다.
본원에서 제안된 해결책은, 습식 마찰 클러치(9)의 정상 작동 범위들에 대한 주요 단점의 발생 없이, 출발 상황에서 토크 강하의 오류 패턴이 가변성 토크 오프셋에 의해 감소될 수 있게 한다.
1: 클러치 작동 시스템
2: 제어 장치
3: 클러치 액추에이터
4: 피스톤
5: 마스터 실린더
6: 유압액
7: 유압 라인
8: 슬레이브 실린더
9: 마찰 클러치
10: 압력 측정 장치
11: 변위 센서
12: 관측기
13: 제어 기술 모델
14: 합산점
15: 모델 보정 유닛

Claims (8)

  1. 자동화 유압 클러치 작동 시스템(1) 내에서 액추에이터(3)에 의해 구동되는 습식 마찰 클러치의 특성곡선을 적응시키기 위한 방법에 있어서,
    마찰 클러치(9)의 토크 강하를 특징으로 하는 오류 범위 내에서 습식 마찰 클러치(9)의 토크 특성곡선이 가변성 토크 오프셋(volatile torque offset)에 의해 적응되고,
    마찰 클러치(9)의 개방 시, 상기 마찰 클러치(9)의 입력샤프트 회전수(Nips)가 결정되며, 보간법을 통해 회전수 임계값-입력샤프트 오프셋 특성맵과 오버랩되는 0rpm-입력샤프트 오프셋 특성맵이 산출되는 것을 특징으로 하는, 마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법.
  2. 제1항에 있어서, 마찰 클러치(9)가 오류 범위를 벗어날 때, 토크 오프셋은 영(0)으로 리셋되는 것을 특징으로 하는, 마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 토크 오프셋은 램프 형태로 리셋되는 것을 특징으로 하는, 마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 마찰 클러치(9)의 오류 범위는, 기설정 회전수 임계값보다 더 낮은 입력샤프트 회전수(Nips)에 의해, 또는 유압 클러치 작동 시스템(1)에서의 기설정 압력 임계값보다 더 낮은 압력(p)에 의해 기술되는 것을 특징으로 하는, 마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 0rpm-입력샤프트 오프셋 특성맵은 측정된 극한 특성맵 및 회전수 임계값-입력샤프트 오프셋 특성맵을 토대로 가중 선형 결합을 통해 작성되는 것을 특징으로 하는, 마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 선형 결합은, 오류 범위 내에서 통계 평균된 토크 오프셋에 따라 좌우되는 가중 계수(adap-fac)를 기초로 하는 것을 특징으로 하는, 마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가중 계수(adap-fac)는, 회전수 임계값 미만의 입력샤프트-회전수(Nips)에서 결정되는, 통계 평균된 음의 토크 오프셋에 비례하는 것을 특징으로 하는, 마찰 클러치의 토크 특성곡선 적응 방법.
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