KR19980087004A - 자동차의 자동 변속기 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 오르막 길 혹은 내리막 길 등의 구배가 있는 도로에서도 최적 속도에서의 주행 운전을 유지하고, 또 엔진의 연비도 적당한 자동 변속기의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 하고, 그를 위해 차속과 도로 구배를 기초로 하여 변속비의 변경이 필요한지 아닌지를 판별하여, 변경이 필요한 경우 변속비를 변경하도록 한 구성을 구비하였다.

Description

자동차의 자동 변속기 제어 장치 및 제어 방법

본 발명은 자동차의 자동 변속기 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 특히 도로의 구배를 인식하여 제어 특성을 그 경사에 적당한 특성으로 절환하는 자동차에 이용하기 적합한 자동 변속기 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 자동차용 자동 변속기의 제어는 평지를 주행하는 것을 전제로 만들어져 있고, 오르막 길에 있어서도 같은 변속 제어 특성으로 제어하므로, 비지 시프트라 불리우는 현상이 생겨 쾌적한 운전을 할 수 없다는 단점이 있다. 즉, 상기 비지 시프트는 어느 구배진 곳에서 3속에서는 지나치게 가속하지만, 4속에서는 구동력이 부족하여 스피드가 떨어져 버리게 되는 조건이 성립해 버리고, 일정한 속도로 달리려고 하면 빈번하게 업 시프트와 다운 시프트를 반복하는 현상이다. 이와 같은 때에는 4속으로의 변속을 금지하면 가속하지 않을 정도로 액셀 페달을 제자리로 되돌려도 상승 변속하지 않고 3속인 채로 주행할 수 있으므로, 일반적인 차에서는 4속으로의 변속, 즉 오버 드라이브를 금지하는 스위치(OD 취소 스위치)를 운전자가 조작하여 비지 시프트를 회피하고 있다.

그러나, 이와 같은 조작을 하는 것은 번거롭고, 운전자 중에는 OD 취소 스위치를 어떤 때에 사용하면 좋은지 모르는 사람도 있어, 운전성을 손상시킬뿐만 아니라 빈번한 변속 때문에 연비를 악화시키게도 된다.

그래서, 도로 구배를 검출하여 비지 시프트가 생기지 않도록 자동적으로 4속으로의 변속을 금지하는 제어 유닛이 제안되어 있고, 예를 들어 일본 특허 공고 소61-15301호 및 일본 특허 공고 소61-48020호에 기재된 기술이 있다.

그런데, 지금까지의 종래 기술에서는 구배 센서나 엔진의 부하 등에 의해 구배를 산출하여 비지 시프트가 생길 것 같은 구배가 된다면 오버 드라이브를 금지하는 방법이었기 때문에, 실제로는 비지 시프트가 생기지 않는데도 오버 드라이브를 금지하는 영역이 있어 쓸데없는 제한에 의해 연비를 악화시키거나 하는 단점이 있었다.

또, 반대로 내리막 길에 있어서는 구배에 따라 기어 비율을 절환하여 적당한 엔진 브레이크를 걸어가면서 속도를 제어하는 것이 좋지만, D레인지인 채 풋 브레이크를 많이 써서 브레이크 슈를 가열시켜 극단적인 경우 구동 유체의 베이퍼 로크에 의해 브레이크가 걸리지 않게 된다는 위험한 상황도 생기고 있었다. 이 경우에도 구배를 검지하여 자동적으로 엔진 브레이크가 걸리도록 제어하는 방식이 제안되어 있고, 예를 들어 일본 특허 공개 소55-140617호, 일본 특허 공개 평03-9166호에 기재된 기술이 있다.

그러나, 지금까지의 상기 방식에서는 구배 센서나 엔진의 부하 등에 의해 구배를 산출하여 엔진 브레이크가 필요한 구배가 된다면 강제적으로 2레인지 혹은 1레인지로 하는 방식이었으므로, 엔진 회전수가 지나치게 높아져 소음이 커지거나, 반대로 엔진 회전수가 지나치게 낮아져 연료 컷의 영역이 좁아지거나 하여 연비를 악화시킨다는 단점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은 오르막 길 혹은 내리막 길 등의 구배가 있는 도로에서도 최적한 속도에서의 주행 운전을 유지하고, 또 엔진의 연비도 적당한 자동 변속기의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태의 제어 시스템 구성도.

도2는 도1의 비지 시프트 영역을 도시하는 특성도.

도3은 도1의 제어 블럭도.

도4는 본 발명의 제2 실시 형태의 제어 블럭도.

도5는 본 발명의 제3 실시 형태의 제어 시스템 구성도.

도6은 본 발명의 제3 실시 형태의 엔진 브레이크 영역을 도시하는 특성도.

도7은 도5의 제어 블록도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 구배 센서

2 : 변속 제어 장치

3 : 변속맵

4 : 자동 변속기

5 : 엔진

6 : 타이어

7 : 유압 회로

8 : 솔레노이드 밸브

10 : 차속 검출부

11 : 드로틀 검출부

12 : 솔레노이드 구동 회로

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 자동 변속기 제어 장치 및 제어 방법은 엔진과 그 엔진의 출력을 변속하여 구동 차륜에 전달하는 자동 변속기를 구비한 자동차의 자동 변속기 제어 장치에 있어서, 상기 자동 변속기의 변속비를 연산하는 변속비 연산부와, 도로 구배를 연산하는 도로 구배 연산부와, 차속과 상기 도로 구배를 기초로 하여 상기 변속비의 변경이 필요한지 아닌지를 판별하고 변경이 필요한 경우 상기 변속비를 변경하는 지령을 발생하는 변속비 변경 지령 유닛과, 상기 변속비 변경 지령 유닛으로부터의 지령을 기초로 하여 상기 변속비를 변경하는 변속 제어부를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 자동 변속기 제어 장치의 바람직한 구체적 양태로서는 상기 변속비 변경 지령 유닛이 미리 기억된 비지 시프트 영역을 나타내는 데이터 혹은 엔진 브레이크 영역의 변속선도를 나타내는 데이터를 기초로 하여 변속비의 변경이 필요한지 아닌지를 판별하는 것을 특징으로 하고 있으며, 또 상기 도로 구배 연산부가 도로 구배 검출 센서로부터의 출력 신호, 혹은 구동 토오크와 차속을 기초로 하여 도로 구배를 연산하는 것을 특징으로 하고 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 관한 자동 변속기 제어 장치 및 제어 방법은 비지 시프트가 생기는 영역을 산정하여 산출한 도로 구배를 이용하여 비지 시프트 영역에 가까워진 것을 인식하고 변속비를 변경하여 비지 시프트가 되지 않도록 하며, 내리막 길의 제어에 있어서는 산출한 도로 구배와 차속을 이용하여 최적한 엔진 브레이크를 얻을 수 있는 변속비를 산정하고 변속비를 변경하여 적당한 제동력을 얻게 된다.

이하, 도면에 의해 본 발명의 자동차의 자동 변속기 제어 장치 및 제어 방법의 일실시 형태에 대해서 설명하기로 한다.

도1은 도로 구배 검출 센서를 갖고 있는 자동 변속기의 변속 제어 시스템 전체 구성을 도시하는 것으로, 차의 물리적 경사각을 검출하는 구배 센서(1)의 출력 신호에 따라 변속 제어 장치(2) 내의 변속 맵(3)으로부터 독출되는 변속선을 변경하는 것이다. 자동차의 자동 변속기(4)는 엔진(5)의 출력을 변속하여 타이어(6)에 구동력을 전달하는 것으로, 유압 회로(7)에 설치된 솔레노이드 밸브(8)를 조작함으로써 변속기(4) 중 도시하지 않은 클러치를 절환하여 변속을 행하는 것이다.

변속 제어 장치(2)는 마이크로 컴퓨터를 이용한 제어 장치로서 구성되어 있는 것으로, CPU(9)에는 차속 검출부(10)에서 검출된 차속과 드로틀 검출부(11)에서 검출된 드로틀 개도가 입력되어, ROM에 기억된 변속 맵(3)으로부터 차속과 드로틀 개도에 따른 변속비를 독출함으로써 그 차속에 적합한 변속비를 구하고, 얻어진 변속비에 따라 솔레노이드 구동 회로(12)로부터 솔레노이드 밸브(8)에 대해 전류를 보내고 클러치를 절환하여 기어비를 바꾸도록 되어 있다. 즉, 변속 맵(3)은 변속비 연산부로서 작용하고, 솔레노이드 구동 회로(12)는 변속 제어부의 출력 인터페이스로서 작용한다. RAM은 이들 제어의 과정에서 연산을 행하기 위해 일시적으로 이용하는 메모리이다.

구배 검출부(센서)(1)는 수평선에 대한 차의 경사각을 검출하는 것으로, 경사각의 검출에는 예를 들어 자이로스코프와 같이 절대 방위를 가리키는 것, 중추나 수준기와 같이 연직·수평 방향을 가리키는 것 등을 이용한다. 구배 검출부(1)로부터 출력된 경사각을 CPU(9)에 입력하여 도로의 구배를 연산한다. 이리하여 얻어진 도로 구배에 의해 변속 맵(3)으로부터 독출된 변속비를 변경하여 운전하기 쉬운 변속 제어 특성으로 하는 것이다.

도2는 본 실시 형태에 의해 개선된 비지 시프트라 불리우는 변속 제어 특성을 설명한 것이다. 도2 (a)는 변속 맵(3)에 기억되어 있는 3속과 4속 사이의 변속선이며, 도2 (b)는 이 차의 3속과 4속의 구동력을 나타내고 있다. 도2 (a)의 변속선을 도2 (b)로 옮겨 쓰면, 굵은 선과 같은 변속 곡선이 얻어진다. 이로부터 변속시의 토오크가 읽혀지므로, 변속 전후의 토오크와 주행 저항과의 관계를 보면 비지 시프트가 생기는 범위를 알 수 있다.

예를 들어, 10[%] 구배의 오르막 고개를 100㎞/h로 정속 주행하려고 하는 경우 드로틀 개도 40도로 가속하면 100㎞/h를 넘으므로, A점에서 액셀을 제자리로 되돌리면 B점에서 변속선을 가로질러 시프트 업해 버린다. 4속이 되어 동작점은 C점으로 이동하지만, 토오크가 부족하여 감속하여 D점을 향하므로 자연히 액셀을 밟게 되고, 그 결과 E점에서 재차 3속으로 시프트 다운하여 F점으로 복귀해 가속하는 것을 반복한다. 3속에서 드로틀 개도 22도라면 10[%] 구배에서 평형을 잡지만, 이 변속선에 따르면 드로틀 개도 22도라면 90㎞/h이전으로 업 시프트해 버리므로 평행 상태를 실현할 수 없다.

즉, 도2 (b)의 82∼161[㎞/h]에서 상승선과 하강선 사이의 영역은 3속 구동 토오크선과 주행 저항선이 교차하는 평행 상태를 실현할 수 없는 영역이다. 각 구배마다 비지 시프트가 일어날 수 있는 차속 범위를 잘라 내면 도2 (c)의 비지 시프트 영역이 얻어진다. 비지 시프트 영역을 피하려면 이 영역에 가까워지면 3→4 변속선을 고속측으로 비켜 놓던지, 변속을 금지하여 영역을 소멸시키면 된다.

그래서, 도3의 제어 블럭도에 도시한 바와 같이 변속 제어 장치(2) 내의 ROM 안에 비지 시프트 영역 맵(13)을 설치하고, 차속과 구배에 따라 비지 시프트 영역에 걸리는지 아닌지를 판단하여, 비지 시프트가 일어난다고 판단되면 변속비를 변경한다.

비지 시프트 영역은 변속선과 구동력 특성으로부터 결정되는 것이며, 구동력 특성은 엔진 특성과 토오크 변환기 특성으로부터 결정되므로, 비지 시프트 영역은 차에 의해 일의적으로 결정된다. 이 때문에 미리 비지 시프트 영역을 계산하여 POM에 기억시켜 두면 좋다. 도로 구배 연산부(14)는 구배 센서(1)의 출력 신호로부터 도로 구배를 연산하여, 차속과 구배를 비지 시프트 영역 맵(13)에 전달하여 비지 시프트 영역에 걸리는지 아닌지를 판별하고, 비지 시프트 영역에 들어갔다면 변속비가 적절하지 않으므로, 변속비 변경 지령 유닛(15)이 변속비 변경 지령을 발생한다. 이 변속비 변경 지령을 받아 변속 제어부(16)는 변속 맵(3)으로부터 독출된 통상의 변속비를 변경하여 솔레노이드 구동 회로(12)를 구동한다.

본 실시 형태에 의하면, 종래와 같이 구배만으로부터 비지 시프트 영역을 판단하여 회피 제어를 행하는 것과 달리, 차속과 구배의 관계로서 비지 시프트 영역을 인식하므로, 보다 세세하게 영역을 식별하여 회피 제어를 행할 수 있다.

이 때문에, 예를 들어 도2 (c)의 예에서는 종래에는 구배가 6%이상에서 일률적으로 회피 제어를 행하게 되고 100㎞/h에서는 8%이상에서 회피 제어를 행하게 되고, 100㎞/h의 6∼8% 사이에서는 상승 변속을 허가하므로 운전 감각 및 연비가 좋은 운전을 행할 수 있다.

도4는 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 제어 블럭도이고, 변속 제어 장치(2)의 구성은 도3의 경우와 마찬가지이지만 도3과 다른 것은 구배 검출에 경사각의 검출 센서를 이용하지 않는 점이다. 즉, 도로 구배 자체를 검출하는 것이 아니라, 구동 토오크로부터 연산에 의해 구하는 것이다. 구동 토오크 산출부(197)에 있어서, 구동 토오크를 구하는 구체적 유닛은 본 발명의 출원인에 의해 출원된 일본 특허 공개 평6-317242호에 자세하게 기술되어 있으므로 설명을 생략하지만, 엔진 회전수(Ne)·변속기 입력 회전수(Nt)(토오크 변환기의 터빈 회전수)·드로틀 개도(TVO) 등의 신호로부터 구동 토오크를 계산할 수 있다. 미리 ROM 안에 그 차의 평지 주행 저항 특성 맵(18)을 기억시켜 두고, 차속에 따라 평지 주행 저항(TRL)을 독출하여 구동 토오크로부터 뺀다.

또, 차속을 미분하여 가속도(a)를 구하고, 차체 중량(M)과 타이어 반경(r)을 곱해 가속 토오크(Ta)를 계산하여 또 빼면 구배 저항 토오크(TRg)가 구해지므로, 차체 중량 및 타이어 반경으로 나누면 구배를 구할 수 있다. 또, 이와 같은 구배 계산 유닛은 본 발명의 출원인에 의해 출원된 일본 특허 공개 평6-074320호 공보에 기재되어 있다. 이와 같이 하여 경사 센서를 이용하지 않고 산출한 구배와 차속을 비지 시프트 영역 맵(13)에 전달하고, 비지 시프트 영역에 들어갔다고 판단되면 변속비 변경 지령 유닛(15)이 변속비 변경 지령을 변속 제어부(16)에 보낸다. 변속 제어부(16)에서는 변속 맵(3)으로부터 독출된 변속비를 변경하여 솔레노이드 구동 회로(12)에 송출한다.

본 실시 형태에 의하면, 경사 센서를 이용하는 일 없이 비지 시프트 회피 제어를 행할 수 있으므로, 저비용의 제어 시스템으로 기능을 실현할 수 있다.

도5와 도7은 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 것으로, 도1과 도3의 경우와 다른 점은 비지 시프트 영역 맵(13) 대신에 엔진 브레이크 영역 변속선도(19a)를 갖고 있는 점이다.

내리막 고개에서는 드로틀 개도 0인 상태에서 엔진 브레이크가 작용하지만, 그 때의 변속비에 의해 제동력은 도6 (a)과 같이 다르다. 각 구배에 있어서의 주행 저항 곡선과의 교차점이 평형되는 점이며, 그 차속으로 균형을 잡고 언덕을 내려갈 수 있지만, 평형점을 차속과 구배의 그래프로 나타내면 도6 (b)와 같이 된다. 즉, A선은 각 구배에 대해 1속의 엔진 브레이크에서 균형잡히는 차속을 나타낸 것이며, B선은 2속의 엔진 브레이크에서 균형잡히는 차속을 나타내고 있다. A선으로부터 좌측 위쪽 영역은 풋 브레이크를 병용하지 않으면 실현할 수 없는 영역이다. A선과 B선 사이는 1속에서 드로틀을 조금 열면 평형 상태를 실현할 수 있다.

마찬가지로 하여 C선·D선은 3속·4속의 엔진 브레이크에서 균형잡히는 차속을 나타내고, 각 선의 사이는 드로틀 개도의 조정으로 평형 상태를 실현할 수 있다. E선은 엔진 브레이크를 걸지 않는 상태에서, 즉 공력 저항과 구름 마찰만으로 균형잡히는 차속을 나타내고 있고, 이 선으로부터 우측 아래쪽 영역은 플러스의 구동 토오크를 전달하지 않으면 실현할 수 없는 영역이다. 각 선의 사이, 예를 들어 C선과 D선 사이는 3속이 아니면 제어할 수 없다는 의미는 아니고, 1속이든 2속이든 드로틀을 열면 제어할 수 있다.

다만, 1속에서는 엔진 회전수가 지나치게 높아지므로 3속에서 엔진 브레이크를 거는 편이 바람직하다. 따라서, 도6 (b)를 엔진 브레이크 영역에 있어서의 변속선도(19a)로서 기억해 두면 최적의 변속비로 엔진 브레이크를 걸 수 있다. 본 실시 형태의 방법에 의하면 엔진 회전수가 지나치게 높아 불쾌감을 주는 일이 없고, 반대로 지나치게 낮아 연료 컷 영역을 좁게 하는 일도 없어 운전 감각 및 연비가 좋은 운전을 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 3개의 실시 형태에 대해서 상술했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기억된 본 발명에 정신을 일탈하는 일 없이 설계에 있어서 여러가지의 변경이 가능한 것이다.

예를 들어, 제3 실시 형태는 구배를 검출하는 형태로서 설명했지만, 제2 실시 형태와 마찬가지로 구배를 계산에 의해 구해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

또, 설명이 혼란해지지 않도록 제1과 제2 실시 형태는 비지 시프트 회피 제어만을, 제3 실시 형태는 엔진 브레이크 제어만을 도시했지만, 실제로는 비지 시프트 회피 제어와 엔진 브레이크 제어의 양쪽을 구비하고 있는 것이라도 좋음은 물론이다.

이상의 설명으로부터 이해할 수 있도록, 본 발명의 자동차의 자동 변속기 제어 장치 및 제어 방법에서는 차속과 구배에 의해 최적한 변속비를 선택할 수 있으므로, 비지 시프트를 회피하거나 최적한 변속비로 엔진 브레이크를 걸 수 있어 운전성이 향상하는 동시에 연비가 좋은 주행 특성을 얻을 수 있다.

Claims (10)

1. 엔진과 그 엔진의 출력을 변속하여 구동 차륜으로 전달하는 자동 변속기를 구비한 자동차의 자동 변속기 제어 장치에 있어서, 상기 자동 변속기의 변속비를 연산하는 변속비 연산부와, 도로 구배를 연산하는 도로 구배 연산부와, 차속과 상기 도로 구배를 기초로 하여 상기 변속비의 변경이 필요한지 아닌지를 판별하고 변경이 필요한 경우 상기 변속비를 변경하는 지령을 발생하는 변속비 변경 지령 유닛과, 상기 변속비 변경 지령 유닛으로부터의 지령을 기초로 하여 상기 변속비를 변경하는 변속 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 변속비 변경 지령 유닛은 미리 기억된 비지 시프트 영역을 나타내는 데이터를 기초로 하여 상기 변속비의 변경이 필요한지 아닌지를 판별하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 변속비 변경 지령 유닛은 미리 기억된 엔진 브레이크 영역의 변속선도를 나타내는 데이터를 기초로 하여 상기 변속비의 변경이 필요한지 아닌지를 판별하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 도로 구배 연산부는 도로 구배 검출 센서로부터의 출력 신호를 기초로 하여 도로 구배를 연산하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 도로 구배 연산부는 구동 토오크와 차속을 기초로 하여 도로 구배를 연산하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 장치.
6. 엔진과 그 엔진의 출력을 변속하여 구동 차륜으로 전달하는 자동 변속기를 구비한 자동차의 자동 변속기 제어 방법에 있어서, 상기 자동 변속기의 변속비를 연산하고, 도로 구배를 연산하고, 차속과 상기 도로 구배를 기초로 하여 상기 변속비의 변경이 필요한지 아닌지를 판별하고 변경이 필요한 경우 상기 변속비를 변경하는 지령을 발생하여 상기 변속비를 변경하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 변속비의 변경이 필요한지 아닌지는 미리 기억된 비지 시프트 영역을 나타내는 데이터를 기초로 하여 판별되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 변속비의 변경이 필요한지 아닌지는 미리 기억된 엔진 브레이크 영역의 변속선도를 나타내는 데이터를 기초로 하여 판별되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 도로 구배는 도로 구배 검출 센서로부터의 출력 신호를 기초로 하여 연산되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 도로 구배는 구동 토오크와 차속을 기초로 하여 연산되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 제어 방법.