KR102656322B1 - 자동차의 트랙션 체인의 토크 진동을 보상하기 위해 회전 전기 기계를 제어하는 방법 - Google Patents

자동차의 트랙션 체인의 토크 진동을 보상하기 위해 회전 전기 기계를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 회전 전기 기계(21)를 제어하는 방법에 관한 것으로, 상기 자동차는 클러치(13)에 의해 기어박스(12)에 연결된 열 기관(11)을 포함하는 열 구동 체인(10)을 포함하며, 상기 회전 전기 기계는 열 구동 체인에 또는 열 기관의 독립 구동 체인에 통합되어 있는, 제어 방법에 있어서, 자동차의 전기 주행을 보장하기 위해 상기 클러치(13)는 개방되고 그리고 상기 회전 전기 기계(21)는 모터 모드에서 작동되는 경우, 상기 방법은: - 가속하고 싶은 운전자의 욕구에 대응하는 설정 포인트 토크(Tcons)를 생성하는 단계; - 트랙션 체인(10)에 의해 생성된 토크 진동(Tosc)에 대한 보상을 위한 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 결정하는 단계; - 결과적인 수정된 설정 포인트 토크(Tcons')를 얻기 위해 이전에 결정된 설정 포인트 토크(Tcons)와 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 조합하는 단계; 및 - 결과적인 수정된 설정 포인트 토크(Tcons')를 회전 전기 기계(21)에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 트랙션 체인의 토크 진동을 보상하기 위해 회전 전기 기계를 제어하는 방법
본 발명은 자동차의 트랙션 체인(traction chain)의 토크 진동을 보상하기 위한 회전 전기 기계를 제어하는 방법에 관한 것이다.
공지된 방법에서, 자동차의 트랙션 체인은 클러치를 통해 기어박스에 결합된 열 기관을 포함한다. 기어박스 출력부의 구동 샤프트는 차동 기어와 유니버셜 조인트를 통해 기계적으로 휠에 연결된다.
기어박스에 결합된 가역 전기 기계를 사용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 하이브리드 시스템은 차량이 전기 기계와 열 기관을 결합된 방식으로 또는 독립적으로 연관시키는 복수의 기능을 사용할 수 있도록 한다. 따라서, 특히 전기 기계는 단독으로 또는 열 기관과 조합하여 차량의 트랙션을 보장하기 위해 모터 모드로 작동할 수 있다. 전기 기계는 또한 열 기관의 시동을 보장할 수 있다. 또한, 이러한 기계는 특히 회생 제동 위상 동안 차량의 배터리에 에너지를 공급하기 위해 발전기 모드에서 작동할 수 있다.
순수 전기 주행의 위상 동안, 열 기관은 스위치 오프되고, 클러치를 개방함으로써 동력 트레인의 나머지로부터 분리된다. 다음에, 전기 기계가 명령을 받고, 기어박스의 비율 중 하나를 통해 휠에 토크를 공급한다.
주로 구동 샤프트과 유니버셜 조인트의 운동학적 체인의 비틀림 강성의 결과로서. 토크 진동은 높은 설정 포인트를 가진 토크 구배에서 차량의 상당한 흔들림과 결합된 것으로 관찰된다. 실제로, 조립체는 매스-스프링 유형의 시스템으로 작동하며, 시스템의 공진 주파수는 결합된 기어박스의 속도에 따라 좌우된다.
적용에 따라서, 결합된 기어박스(1st, 2nd, 3rd 등)와 이들 기어(3,3, 1,9, 1,3 등)의 각각에 대응하는 감속비를 참조한다. 결합된 가장 작은 기어가 가장 큰 감속비를 제공한다.
미국 특허출원공개공보 US2011/0112709호
본 발명의 목적은 자동차 트랙션 체인에 통합된 회전 전기 기계를 제어하는 방법을 제안함으로써 이러한 단점을 효율적으로 제거하는 것이며, 상기 트랙션 체인은 클러치에 의해 기어박스에 연결된 열 기관을 포함하며, 상기 회전 전기 기계는 기어박스에 결합되며,
자동차의 전기 주행을 보장하기 위해 상기 클러치는 개방되고 그리고 상기 회전 전기 기계는 모터 모드로 작동되는 경우, 상기 방법은:
- 가속하고 싶은 운전자의 욕구에 대응하는 설정 포인트 토크를 생성하는 단계;
- 트랙션 체인에 의해 생성된 토크 진동에 대한 보상을 위한 펄스형 보상 토크를 결정하는 단계;
- 결과적인 수정된 설정 포인트 토크를 얻기 위해 이전에 결정된 설정 포인트 토크와 펄스형 보상 토크를 조합하는 단계; 및
- 결과적인 수정된 설정 포인트 토크를 회전 전기 기계에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 전기 모드에서 자동차의 주행 동안 토크 진동을 감소시키거나 또는 심지어 제거할 수 있게 하며, 그에 따라 승객의 편안함을 증가시킨다. 본 발명은 또한 소프트웨어 구현에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있다는 점에서 경제적 특성을 갖는다. 본 발명은 치료 역할을 한다.
감쇠될 진동은 특히 구동 체인의 나머지에 연결될 때 엔진에 형성되는 내부 마찰과 관련하여, 열 기관에서 비롯된 자연적인 댐핑의 부족으로부터 유래된다. 이러한 진동은 열 기관과 관련된 진동과 매우 상이한 진폭과 주파수를 갖는다.
전기 기계는 차량의 휠에 토크를 전달하는 방향으로 클러치로부터 하류의 소위 열 구동 체인에 통합될 수 있다. 전기 기계는 클러치와 기어박스 사이에 통합될 수 있다. 전기 기계는 기어박스에 통합될 수 있다. 특히, 전기 기계는 위치 2,5에 연결할 수 있다. 따라서, 기계는 기어박스의 짝수 비율 또는 홀수 비율에 연결된다. 전기 기계는 차량의 기어박스와 휠 사이에 통합될 수 있다.
변형으로서, 기계는 열 구동 체인이 아닌 다른 구동 체인, 예를 들어 차량의 휠에 통합될 수 있거나, 열 구동 체인에 연결되지 않은 축에 끼워맞춰질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 펄스형 보상 토크는 감속비 및 트랙션 체인의 강성에 따라 좌우된다. 특히, 펄스형 보상 토크의 진폭과 위상이 달라지므로, 보다 정확하게 보상을 조정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 펄스형 보상 토크를 결정하기 위해, 상기 방법은:
- 속도 신호를 얻기 위해 회전 전기 기계의 회전 속도를 측정하는 단계;
- 속도 신호의 대체 구성요소를 추출하는 단계; 및
- 속도 신호의 대체 구성요소에 게인을 적용하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 속도 신호의 대체 구성요소를 추출하는 상기 단계는 토크 진동의 주파수에 대응하는 중심 주파수를 갖는 통과-대역 필터의 속도 신호에 적용함으로써 수행된다. 중심 주파수는 5㎐ 내지 13㎐ 사이에 포함될 수 있다. 필터의 주파수는 결합된 기어비에 따라 달라질 수 있다. 필터의 중심 주파수는 토크 진동 주파수를 중심으로 ±15%의 값의 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 게인은 필요한 감쇠 계수에 따라 좌우된다.
일 실시예에 따르면, 감쇠 계수는 사전결정되거나, 또는 자동차의 운전 모드에 따라 좌우된다. 감쇠 계수는 0.25와 0.7 사이에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 펄스 보상 토크는 트랙션 체인의 토크 진동에 대해 반대 위상으로 투입된다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 프리-필터의 적용에 의해 설정 포인트 토크의 토크 변화를 제한하는 이전 단계를 포함한다. 이러한 프리-필터는 감쇠될 토크 진동이 덜 두드러져, 보상하기가 덜 어렵다는 점에서 예방 역할을 한다.
이러한 프리-필터는 연속 구성요소를 차단하고 및/또는 고주파를 차단하고, 전기 기계가 있는 전동 체인의 강성과 관련된 주파수의 통과를 허용하는 것과 같이 정의된다.
일 실시예에 따르면, 프리-필터는 램프이다.
일 실시예에 따르면, 프리-필터는 차수 N, 특히 차수 2, 특히 차수 3의 필터이다.
일 실시예에 따르면, 기어박스는 수동 기어박스 또는 DCT 기어박스일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보상 방법은 차량 사용자에 의해 활성화 및 비활성화될 수 있다.
본 발명은 또한 회전 전기 기계의 제어 모듈에 관한 것으로, 이전에 정의된 방법의 구현을 위한 소프트웨어 명령을 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로한다.
본 발명은 다음의 설명을 읽고 이에 수반되는 도면을 검토함으로써 더 잘 이해될 것이다. 이들 도면은 순전히 예시로서 제공되며, 본 발명을 결코 제한하지 않는다.
도 1은 전기 기계에 의한 토크 진동에 대한 보상을 위해 본 발명에 따른 방법을 구현하는 자동차 트랙션 체인의 개략도이다.
도 2는 기어박스와 전기 기계의 결합에 대한 상세한 개략도이다.
도 3은 트랙션 체인에 의해 생성된 토크 진동에 대한 보상을 위해 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해 제어 모듈에서 구현된 기능 블록의 다이어그램이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 방법을 구현하거나 구현하지 않고 구해진, 설정 포인트 토크, 휠의 토크, 휠의 회전 속도 및 전기 기계를 시간 기준으로 나타내는 그래프이다.
도 5는 세트 포인트 컷오프를 위한 사전 예방 필터링 단계를 포함하는 본 발명에 따른 방법의 변형 실시예를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 램프 유형의 필터와 설정 포인트 토크에 적용된 1 차 필터를 사용하여 휠의 토크 피크의 감쇠를 나타내는 그래프이다.
동일하거나 유사하거나 유사한 요소는 하나의 도면에서 다른 도면까지 동일한 도면부호를 유지한다.
도 1은 클러치(13)에 의해 기어박스(12)에 결합된 열 기관(11)을 포함하는 자동차의 트랙션 체인(10)을 도시한다. 기어박스(12)의 출력 구동 샤프트(15)는 차동 기어(18) 및 유니버셜 조인트(20)에 의해 휠(16)에 기계적으로 연결된다.
가역 전기 기계(21)가 기어박스(12)에 결합된다. 이러한 하이브리드 시스템은 차량이 전기 기계(21)와 열 기관(11)을 결합된 방식으로 또는 독립적으로 연관시키는 복수의 기능을 사용할 수 있게 한다. 따라서, 전기 기계(21)는 단독으로 또는 열 기관(11)과 결합하여 차량의 트랙션을 보장하기 위해 모터 모드에서 작동할 수있다. 클러치(13)는 차량의 전기 주행의 위상 동안 개방되고, 차량의 열 이동의 위상 동안 폐쇄된다. 전기 기계(21)는 또한 열 기관(11)의 시동을 보장할 수 있다. 이러한 전기 기계(21)는 또한 특히 회생 제동 위상 동안 차량의 배터리에 에너지를 공급하기 위해 발전기 모드에서 작동할 수 있다.
전기 기계(21)는 바람직하게는 작동 전압이 48V인 전기 네트워크에 연결된 동기식 이중 3상 유형의 기계이다. 전기 기계(21)는 15㎾와 25㎾ 사이의 전력을 가질 수 있으며, 특히 그 길이에 따라서 55Nm에서 80Nm 사이에 포함된 토크를 공급할 수 있다.
도 2는 복수의 기어비(R1-Rn)를 포함하는 기어박스(12)와 전기 기계(21)의 결합의 예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 비율(n)의 수는 7이지만, 이는 적용에 따라서 조정될 수 있음을 알 수 있다. 제 1 샤프트(23)는 홀수 기어비와 관련되고, 제 2 샤프트(24)는 짝수 기어비와 관련된다. 이중 클러치 시스템(13)은 맞물린 비율에 따라 이들 샤프트(23, 24)를 회전 연결하거나 이들을 해제할 수 있게 하는 것이 가능하다. 회전 전기 기계(21)는 감속기(25)를 통해 기어박스(12)에 결합된다. 이 경우에, 전기 기계(21)는 제 2 샤프트(24)에 결합된다. 전기 기계(21)는 기어박스(12)의 내부 또는 외부에 끼워질 수 있다.
도 3을 참조하면, 자동차의 트랙션을 보장하기 위해, 전기 주행의 위상 동안, 즉 클러치(13)는 개방되고 그리고 회전 전기 기계(21)는 모터 모드에서 작동되는 경우, 트랙션 체인(10)에 의해 생성된 토크 기복(undulation)을 보상하기 위한 방법의 구현을 허용하는 상이한 기능 블록에 대한 설명이 이후에 제공된다. 상이한 기능 블록은 회전 전기 기계(21)의 제어 모듈(22)의 메모리에 저장된 소프트웨어 명령의 형태를 취할 수 있다.
보다 구체적으로, 블록(B1)은 특히 차량의 가속 페달을 밟음으로써 정의된 가속을 원하는 운전자의 욕구에 대응하는 설정 포인트 토크(Tcons)를 생성한다.
기능 블록의 세트(E)는 트랙션 체인(10)에 의해 생성된 토크 진동(Tosc)을 보상하기 위해 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 결정한다. 블록(B2)은 결과적으로 수정된 설정 포인트 토크(Tcons')를 얻기 위해서 이전에 결정된 설정 포인트 토크(Tcons) 및 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 조합한다. 다음에 결과적인 수정된 설정 포인트 토크(Tcons')는 회전 전기 기계(21)에 적용되고, 따라서 트랙션 체인(10)에 적용된다.
펄스형 보상 토크(Tcomp)를 결정하기 위해, 전기 기계(21)의 회전 속도는 블록(B3)을 통해 속도 센서(27)에 의해 측정된다. 따라서, 블록(B3)의 출력에서, 이것은 속도 신호(Wmel)를 제공한다. 속도 센서(27)는 예를 들어 홀(Hall) 효과 센서이다.
다음에, 블록(B4)을 통해 통과-대역 필터(F_PB)를 적용함으로써 속도 신호의 대체 성분(Wmel_ac)이 추출된다. 이러한 통과-대역 필터(F_PB)는 토크 진동(Tosc)의 주파수에 대응하는 중심 주파수(f0)를 갖는다. 필터의 중심 주파수(f0)는 결합된 속도 비율(Rx)에 따라 그리고 트랙션 체인(10)의 강성(K)에 따라 좌우된다. 중심 주파수(f0)는 예를 들어 엔진 컴퓨터에 의해 전달되는 결합된 기어박스 비율(Rx)을 입력으로서 수신하는 작도법(cartography)에 의해 획득될 수 있다.
다음에, 블록(B5)은 필터링된 속도 신호(Wmel_ac)에 게인(G)을 적용한다. 게인(G)은 필요한 감쇠 계수(Fam)에 따라 좌우된다. 감쇠 계수(Fam)는 사전결정되거나, 또는 자동차의 운전 모드에 따라 좌우된다. 감쇠 계수(Fam)가 크면 클수록 토크 진동(Tosc)의 감쇠의 기간이 짧아진다.
펄스형 보상 토크(Tcomp)는 트랙션 체인(10)의 토크 진동(Tosc)에 대해 반대 위상으로 블록(B2)에 의해 투입된다.
도 4a는 본 발명에 따른 방법을 구현하지 않고 구해진, 설정 포인트 토크(Tcons), 휠의 토크(Tr), 휠의 회전 속도(Wr), 및 전기 기계(Wmel)를 시간 기준으로 나타내는 그래프이다.
도 4b는 본 발명에 따른 방법을 구현하여 구해진, 설정 포인트 토크(Tcons), 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 합체하는 결과적인 수정된 설정 포인트 토크(Tcons'), 휠의 토크(Tr), 휠의 회전 속도(Wr), 및 회전 기계(Wmel)를 시간 기준으로 나타내는 그래프이다.
설정 포인트 토크(Tcons)에 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 합체하는 본 발명의 구현에 의해서 휠의 토크 기복(Tr)이 감쇠되는 것을 알 수 있다.
도 5의 실시예에서, 방법은 블록(B6)을 통해 프리-필터의 적용에 의해 설정 포인트 토크(Tcons)의 토크 변화를 제한하는 이전 단계를 포함한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 프리-필터는 필터링된 설정 포인트 토크(Tcons_f)를 얻을 수 있도록 하는 램프일 수 있다. 순간 토크 변동의 제한은 휠의 토크(Tr)의 피크 값을 약 20% 내지 25% 감소시키는 것을 가능하게 한다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 프리-필터는, 필터링된 설정 포인트 토크(Tcons_f) 내로 구배를 도입할 뿐만 아니라 "이륙(take-off)", 즉 시작에서 그리고 "착륙(landing)", 즉 설정 포인트 스테이지의 끝에서 수평방향 접선을 도입하는 1 차 필터일 수 있으며, 따라서 램프 유형의 프리-필터에 비해 휠의 토크(Tr)의 진동을 추가 10% 감소시킨다.
보다 일반적으로, 프리-필터는 차수 N의 필터일 수 있다. 필터의 차수 N이 높을수록 트랙션 체인(10)의 자체 모드가 응력을 덜 받게 된다.
전술한 설명은 단순히 예로서 제공되었으며, 본 발명의 분야를 제한하지 않으며, 상이한 요소를 임의의 다른 등가물로 대체함으로써 구성되지 않는 출발점임을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 상이한 특성, 변형 및/또는 실시예는 서로 호환되지 않거나 상호 배타적이지 않다면 상이한 조합에 따라 서로 연관될 수 있다.

Claims (10)

  1. 자동차의 회전 전기 기계(21)를 제어하는 방법으로서, 상기 자동차는 클러치(13)에 의해 기어박스(12)에 연결된 열 기관(11)을 포함하는 열 구동 체인(10)을 포함하며, 상기 회전 전기 기계는 열 구동 체인에 또는 열 기관의 독립 구동 체인에 통합되어 있는, 제어 방법에 있어서,
    자동차의 전기 주행을 보장하기 위해 상기 클러치(13)는 개방되고 그리고 상기 회전 전기 기계(21)는 모터 모드에서 작동되는 경우, 상기 방법은,
    - 운전자의 가속하고 싶은 욕구에 대응하는 설정 포인트 토크(Tcons)를 생성하는 단계;
    - 트랙션 체인(10)에 의해 생성된 토크 진동(Tosc)에 대한 보상을 위한 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 결정하는 단계;
    - 결과적인 수정된 설정 포인트 토크(Tcons')를 얻기 위해 이전에 결정된 설정 포인트 토크(Tcons)와 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 조합하는 단계; 및
    - 결과적인 수정된 설정 포인트 토크(Tcons')를 회전 전기 기계(21)에 적용하는 단계를 포함하고,
    기어박스(12)의 제 1 샤프트(23)는 홀수 기어비와 관련되고, 기어박스(12)의 제 2 샤프트(24)는 짝수 기어비와 관련되며, 상기 클러치(13)는 맞물린 비율에 따라 상기 제 1 및 제 2 샤프트(23, 24)를 회전 연결하거나 해제할 수 있게 하고,
    상기 펄스형 보상 토크(Tcomp)의 진폭 및 위상은 감속비 및 트랙션 체인(10)의 강성(K)에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는
    제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스형 보상 토크(Tcomp)를 결정하기 위해, 상기 방법은,
    - 속도 신호(Wmel)를 얻기 위해 회전 전기 기계(21)의 회전 속도를 측정하는 단계;
    - 속도 신호(Wmel)의 대체 구성요소(Wmel_ac)를 추출하는 단계; 및
    - 속도 신호(Wmel_ac)의 대체 구성요소에 게인(G)을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    속도 신호의 대체 구성요소(Wmel_ac)를 추출하는 상기 단계는 토크 진동(Tosc)의 주파수에 대응하는 중심 주파수(f0)를 갖는 통과-대역 필터(F_PB)의 속도 신호(Wmel)에 적용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는
    제어 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 게인(G)은 필요한 감쇠 계수(Fam)에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는
    제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감쇠 계수(Fam)는 사전결정되거나, 또는 자동차의 운전 모드에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는
    제어 방법.
  7. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스형 보상 토크(Tcomp)는 트랙션 체인(10)의 토크 진동(Tosc)에 대해 반대 위상으로 투입되는 것을 특징으로 하는
    제어 방법.
  8. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프리-필터(B6)의 적용에 의해 설정 포인트 토크(Tcons)의 토크 변화를 제한하는 이전 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프리-필터는 램프 또는 차수 N의 필터인 것을 특징으로 하는
    제어 방법.
  10. 회전 전기 기계(21)의 제어 모듈(22)에 있어서,
    제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따라 정의된 제어 방법의 구현을 위한 소프트웨어 명령을 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는
    제어 모듈.
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