KR20090029653A - 수동 변속에서 최적의 기어변속 포인트, 특히 상향 기어변속 포인트를 결정하기 위한 방법 - Google Patents

수동 변속에서 최적의 기어변속 포인트, 특히 상향 기어변속 포인트를 결정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

수동 변속기를 위한 최적화된 기어변속 포인트 특히, 상향 기어변속 포인트를 결정하는 방법에 관한 것이다. 최적화된 상향 기어변속 포인트를 결정하기 위해서, 제어 회로는, 현재의 엔진 작동 포인트(TQCUR; N)를 기초로, 대략적으로 동일한 차량 속도에서 다음의 보다 높은 기어로 기어변속할 때 생성되는 새로운 엔진 작동 포인트(TQNEW; NNEW)를 계산하며, 상기 계산된 새로운 엔진 작동 포인트(TQNEW; NNEW)가 보다 높은 기어에 대한 미리 설정된 상부 토크 한계(TQ_MAX_LIM)의 아래쪽이고 동시에 미리 설정된 하부 엔진 속도 한계(N_MIN_x+1)의 위쪽인 경우에, 상기 현재의 엔진 작동 포인트는 제어 회로에 의해서 최적화된 상향 기어변속 포인트로서 결정된다.

Description

수동 변속에서 최적의 기어변속 포인트, 특히 상향 기어변속 포인트를 결정하기 위한 방법{A METHOD TO DETERMINE AN OPTIMIZED SHIFT POINT, IN PARTICULAR UPSHIFT POINT, FOR MANUAL TRANSMISSION}
본 발명은 수동 변속기를 장착한 연소기관 차량에서 특히 연료 소모와 관련하여 최적의 기어변속(shift) 포인트(point)를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
수동 변속기를 장착한 차량에서, 적절한 연소 엔진 작동 포인트(point)를 이용하여 차량 배출가스와 관련한 연료 소모를 최소화하기 위해서는 운전자가 기어를 적절한 시점에 변경할 필요가 있다.
최적화된 기어변속 포인트를 결정하고 계기판에 디스플레이하기 위한 방법은 이미 공지되어 있다. US 4,555,691에는, 차량 속도 및 엔진 속도 경계 값(threshold)에의 도달을 통해 기어변속 포인트를 어떻게 결정 또는 규정하는지를 개시하고 있다. US 4,539,868는 로드(load; 부하) 및 엔진 속도에 의해서 특징지어지는 현재 엔진 작동 포인트가 먼저 계산되는 방법을 개시하고 있다. 이러한 작동 포인트는 연료소모 맵(consumption map)에 셋팅되고, 그에 따라 최적의 연료소모와 비교된다. 보다 양호한 연료소모가 가능하다면, 계기판의 램프가 켜진다. 유사한 방법이 DE 31 28 080 A1에 개시되어 있으며, 여기에서는 제어 시스템이, 작동 데이터를 저장된 연료소모 맵과 비교한 후에, 구동 휘일에서의 한계 값(limit values)이 초과되었을 때, 적어도 동일하게 큰 견인 파워(tractive power)가 스로틀이 보다 많이 개방된 다음 단계의 보다 높은 기어에서 달성될 수 있도록, 저장된 한계 값이 선택된 경우에, 기어 변속 표시기로 신호를 전달한다.
공지된 방법의 주요 단점은, 제어 시스템에서 연료소모 맵을 저장하기 위해서 요구되는 교정(calibration)에 상대적으로 많은 비용이 소요된다는 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 타입의 개선된 방법을 제공하는 것으로서, 그러한 방법은 엔진 제어 장치에 저장된 연료소모 맵이 없이도 특히 연료소모를 최소화할 수 있다.
이러한 목적은 특허청구범위 제1항에 기재된 기어 상향변속 포인트 결정 방법에 의해서 달성되고, 제2항에 기재된 기어 하향변속 포인트 결정 방법에 의해서 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선 사항들은 이하의 상세한 설명, 첨부 도면 및 특허청구범위로부터 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 수동 변속형 연소 엔진 차량을 위한 최적화된 상향변속 포인트를 결정하는 방법으로 구분될 수 있으며, 이때 제어 회로는, 클러치 토크 및 엔진 속도에 의해서 생성되는 현재의 엔진 작동 포인트를 기초로 그리고 변속기의 미리 설정된(preset) 기어 비율을 이용하여, 대략적으로 동일한 차량 속도에서 다음의 보다 높은 기어로 기어변속할 때의 새로운 엔진 작동 포인트를 계산하며, 상기 계산된 새로운 엔진 작동 포인트가 보다 높은 기어에 대한 미리 설정된(preset) 상부(upper) 토크 한계의 아래쪽(below)이고 동시에 미리 설정된 하부(lower) 엔진 속도 한계의 위쪽(above)일 때 상기 현재의 엔진 작동 포인트는 제어 회로에 의해서 최적의 상향변속 포인트로서 계산된다.
본 발명은 계산된 새로운 엔진 작동 포인트가 상부 토크 한계 및 하부 엔진 속도 한계와 비교된다는 사실을 기초로 한다. 상향변속에 의해서 현재 달성될 수 있는 타겟(target) 작동 포인트의 이러한 평가를 통해서, 예를 들어, (기어변속의 결과로서) 예상되는 새로운 엔진 작동 포인트에 대한 최소 구동가능(drivable) 엔진 속도로부터 그리고 최대 가용(available) 클러치 토크로부터 충분히 거리(sufficient distance)를 두는 것을 용이하게 보장할 수 있게 된다. 그에 따라, 기어변속에 의해서, 특히 연료소모 및 안락한 승차감과 관련하여 바람직한 엔진 작동 범위가 목표가 될 수 있도록 그리고 달성가능하게 되는 즉시 실질적으로 얻어질 수 있도록, 많은 노력을 필요로 하는 연료소모 맵과의 어떠한 비교도 없이 상향변속 포인트가 결정될 수 있다.
본 발명은 또한 최적화된 하향변속 포인트를 결정하는 방법을 제공하며, 이러한 방법에서, 변속기의 미리 설정된 기어 비율을 이용하여, 대략적으로 동일한 차량 속도에서 다음의 보다 낮은 기어로 기어변속할 때 새로운 엔진 작동 포인트가 계산되며, 그에 따라 상기 계산된 새로운 엔진 작동 포인트가 다음의 보다 낮은 기어에 대해서 미리 설정된 상부(upper) 엔진 속도의 아래쪽(below)이고 동시에 미리 설정된 하부(lower) 토크의 위쪽(above)일 때 상기 현재의 엔진 작동 포인트는 제어 회로에 의해서 최적의 하향변속 포인트로서 계산된다. 그에 따라, 전술한 상향변속 포인트를 결정하기 위한 본원 발명의 방법과 유사하나 그 반대의 단계들을 이용하여, 하향변속할 때의 바람직한 타겟 작동 범위가 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 최대 가용 클러치 토크를 나타내는 엔진 특성 그래프의 라인 아래로 본질적으로 일정하고 미리 설정되는 거리를 두고 연장하도록 상부 토크 한계를 미리 설정하며, 최소 가용 클러치 토크를 나타내는 라인의 위쪽으로 본질적으로 일정한 거리에서 연장하도록 하부 토크 한계를 미리 설정 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 제어 회로는 규칙적으로, 특히 약 100 ms의 주기(cadence)로, 현재의 엔진 작동 포인트가 결정되는 최적화된 기어변속 포인트로서 유효한지의 여부를 계산한다.
특히 바람직한 것으로 간주되는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 제어 시스템에 의해서 현재의 엔진 작동 포인트가 최적화된 기어변속 포인트라고 결정되는 경우에, 제어 회로는 출력부들 중 하나에 연결된 디스플레이에 의해서 광학적 신호 형태의 기어변속 권장신호를 생성한다. 또한, 최적화된 기어변속 포인트를 결정하기 위한 본 발명에 따른 전략(strategy)은, 기어변속 후의 엔진 속도 및 가용 클러치 토크를 체크함으로써, 다음의 보다 높은/낮은 기어에서 차량의 구동가능성(drivability)이 보장되는 즉시 기어변속 권장신호가 제시될 수 있다는 이점을 가진다.
이러한 실시예에 대한 개선에 따라, 운전 스타일 및/또는 현재의 엔진 작동과 관련한 한계 값을 포함하는 하나 이상의 추가적인 활성화 조건이 충족되는 경우에, 제어 회로는 기어변속 권장신호만을 생성한다.
또한, 필요한 경우에, 전술한 활성화 조건들에 추가하여, 기어변속 권장신호의 스위칭 온(switching on) 및/또는 스위칭 오프를 시간적인 기준을 포함하는 추가적인 조건에 링크(link)시킬 수도 있을 것이다. 다음 엔진 작동 포인트로 인해서 기어변속 권장신호가 중단(forestalled)되어야 하는 경우에도, 일단 생성된 기어변속 권장신호가 최소 및 최대의 지속 시간(모두 미리 설정 가능하다) 동안 계속 하여 스위칭 온되는 것이 바람직하다. 또 다른 바람직한 개량 실시예에 따라서, 각각의 새로운 엔진 시동 후에, 조정가능한 지연 시간이 경과한 후에만 제 1 기어변속 권장신호가 스위칭 온 될 수 있도록, 시간 기준을 실시할 수도 있을 것이다.
이하에서는, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 방법을 설명하기 위해서, 도 1은 먼저 공지된 차량 구동 트레인을 도시한다. 구동 트레인은 기어비(GR)를 가지는 수동 변속기(1)를 포함한다. 클러치(3)가 구동 엔진(2)과 변속기(1) 사이에 위치된다. 휘일(4)에서 이용가능한 구동 토크(TQ)는 클러치(3)에서 이용가능한 (현재) 클러치 토크(TQCUR)로부터 클러치(3) 및 변속기(1)에 의해서 유발되는 토크 손실을 차감함으로써 얻어진다. 클러치 토크(TQCUR) 자체는 엔진(2)에 의해서 생성되는 엔진 토크로부터 펌핑, 마찰 및 부속장치(accessories)로 인한 토크 손실을 차감하는 공지된 방식으로 계산될 수 있다. 그에 따라, 현재의 파워 출력(power output) P = TQCUR*2π*N 이 클러치(3) 또는 변속기(1)에서 이용될 수 있다.
공지된 바와 같이, 연소 엔진의 작동 포인트는 엔진의 토크(로드) 및 엔진 속도에 의해서 규정된다. 도 2는 소위 엔진 특성 그래프를 즉, 모든 가능한 작동 포인트 전체를 2차원적으로 도시한 것으로서, 여기에서는 엔진 토크 자체가 아니라 그로부터 유도되는 값으로서의 클러치 토크가 로드(load)로서 선택된다. 또한, 일 정 엔진 파워 출력의 3개 라인, 즉 파워 출력 쌍곡선이 도시되어 있다. 또한, 2개의 도로 저항 라인이 도시되어 있으며, 그중 하나를 기어 'x'로 그리고 나머지 하나를 'x + 1'로 지칭한다.
본 발명에 따른 방법을 이용할 때, 기어변속에 후속하는 차량 속도는 적어도 이전 속도와 거의 동일하게 유지되는 것으로 가정한다. 이러한 가정하에서, 현재 작동 포인트(TQCUR;N)(도 2 참조)는 기어변속의 결과로서 적절한 파워 출력 쌍곡선을 따라서 그리고 새로운 엔진 작동 포인트(TQNEW;NNEW)까지만 단순히 이동할 수 있을 것이며, 이는 도 2에서 예로서 도시된 상향 기어변속에서 볼 수 있는 바와 같다. 예를 들어, 엔진 제어 장치에 내장된 제어 회로가 정기적으로, 예를 들어 100 ms의 주기(cadence)로, 현재 엔진 작동 포인트를 이용하여, 함수(function)을 계산하며, 그에 따라 최적의 (상향) 기어변속 포인트에 이미 도달하였는지의 여부가 결정된다. 만약, 예를 들어 차량 CAN 버스(bus)에서 기어변속 권장신호를 이용할 수 있다면, 기어변속 권장신호가 계기판의 디스플레이에서 이용가능하게 될 것이다.
제어 장치는, 현재 작동 포인트(TQCUR;N) 그리고 변속기(1)의 알고 있는 비율로부터 그리고 다음의 식 즉:
TQNEW TQCUR * GR/GRNEW
NNEW = N*GRNEW/GR 를 이용하여,
기어변속 후에 존재하게 될 새로운 작동 포인트(TQNEW; NNEW)를 먼저 계산하 며, 그에 따라 GR은 현재 기어 스텝(step)을 지칭하고 GRNEW는 타겟 기어 스텝의 비율을 지칭한다. 다음에, 기어변속에 의해서 달성될 수 있는 새로운 작동 포인트는 다시 제어 회로에 의해서 평가되는데, 그러한 새로운 작동 포인트에 대한 평가는 엔진 특성 그래프에서 안락한 승차감과 관련하여 바람직한 구간 내에 있는지 그에 따라서 최적의 작동 범위 내에 놓이는지의 여부에 대한 것이다. 이러한 목적을 위해, 상향 기어변속의 경우에, 상부 토크 한계(TQ_MAX_LIM)가 제어 장치내에 저장되고, 그러한 상부 토크 한계는 엔진 특성 그래프에서 문제의 엔진에서의 최대 가용 클러치 토크를 나타내는 라인(TQ_MAX_CLU) 아래쪽에서 대략적으로 일정한 거리를 두고 연장한다. 하부, 즉 최소 엔진 속도 한계(N_MIN_x+1)(도 2 참조) 역시 저장되며, 이는 타겟 기어 스텝(x+1)에 대한 최소 구동가능 엔진 속도를 제시한다. 이제, 제어 장치는 계산된 새로운 작동 포인트(TQNEW; NNEW)가, 클러치 토크(TQNEW)와 함께, 상부 토크 한계(TQ_MAX_LIM)의 아래쪽에 위치되어 타겟 기어에서 안락한 토크의 역전(comfortable reverse of torque)이 가능한지의 여부를, 그리고 엔진 속도(NNEW)가 하부 엔진 속도 한계(N_MIN_x+1)의 위쪽에 있는지의 여부를 체크한다. 만약, 상기와 같다면, 상향 기어변속에 대해 요구되는 조건들이 충족된 것으로 그리고 당분간 지속되는 현재 작동 포인트는 최적의 상향 기어변속 포인트로서 결정된다.
최적화된 상향 기어변속 포인트의 성공적인 결정으로 인해서, 계기판에 상향 기어변속 권장신호를 디스플레이할 수 있게 된다. 추가적인 조건들이 제어 회로에 서 용이하게 실행될 수 있을 것이며, 이때 최적화된 기어변속 포인트에 대한 조건들이 적어도 단독으로 또는 간단하게(singly or briefly) 제시(present)되었을 때 상기의 추가적인 조건들이 상기 최적화된 기어변속 포인트에 대한 조건들에 링크될 수 있을 것이다. 몇 가지 활성화 조건 및 기어변속 권장신호에 대한 타임 메니저(time manager)를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 미리 설정가능한 경계 값을 이용하여, 활성화 조건들이 운전 스타일 및 현재 엔진 작동이 상향 기어변속 권장신호에 적합한지의 여부를 확인할 수 있다. 타임 메니저는, 새로운 엔진 작동 포인트의 위치와 관련한 본 발명에 따른 조건에 추가하여, 상향 기어변속 권장신호가 시간을 기초로 하여 스위칭 온 및 스위칭 오프되게 할 수 있다.
기어변속 권장신호가 조정가능한 최소 시간과 최대 시간 사이에서 스위칭 온 상태로 유지되게 할 수 있을 것이다. 최대 시간에 도달하였을 때, 운전자는 권장신호에 주의를 기울이지 않게 되고, 엔진 작동이 부분적인 로드(partial load)로 재현될 때까지 제어 장치의 기능이 스위칭 오프된다. 또한, 각각의 새로운 엔진 시동 후에 지연 시간이 경과하였을 경우에만 최초의 스위칭 온이 이루어지도록 할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술로부터 공지된 수동 변속기를 포함하는 차량 구동 트레인(drive train)을 도시한 도면이다.
도 2는 클러치 토크를 엔진 속도에 대해 도시한 맵핑 그래프이다.

Claims (9)

  1. 수동 변속기를 구비한 연소 엔진 차량을 위한 최적화된 상향 기어변속 포인트를 결정하는 방법으로서:
    제어 회로는, 클러치 토크 및 엔진 속도(TQCUR; N)에 의해서 생성되는 현재의 엔진 작동 포인트를 기초로 그리고 변속기의 미리 설정된(preset) 기어 비율을 이용하여, 대략적으로 동일한 차량 속도에서 다음의 보다 높은 기어로 기어변속할 때 생성되는 새로운 엔진 작동 포인트(TQNEW; NNEW)를 계산하며,
    상기 계산된 새로운 엔진 작동 포인트(TQNEW; NNEW)가 보다 높은 기어에 대한 미리 설정된 상부 토크 한계(TQ_MAX_LIM)의 아래쪽이고 동시에 미리 설정된 하부 엔진 속도 한계(N_MIN_x+1)의 위쪽인 경우에, 상기 현재의 엔진 작동 포인트는 제어 회로에 의해서 최적화된 상향 기어변속 포인트로서 결정되는
    기어변속 포인트 결정 방법.
  2. 수동 변속기를 구비한 연소 엔진 차량을 위한 최적화된 하향 기어변속 포인트를 결정하는 방법으로서:
    제어 회로는, 클러치 토크 및 엔진 속도에 의해서 생성되는 현재의 엔진 작동 포인트(TQCUR; N)를 기초로 그리고 변속기의 미리 설정된 기어 비율을 이용하여, 대략적으로 동일한 차량 속도에서 다음의 보다 낮은 기어로 기어변속할 때 생성되는 새로운 엔진 작동 포인트(TQNEW; NNEW)를 계산하며,
    상기 계산된 새로운 엔진 작동 포인트(TQNEW; NNEW)가 미리 설정된 하부 토크 한계의 위쪽이고 동시에 미리 설정된 상부 엔진 속도 한계의 아래쪽인 경우에, 상기 현재의 엔진 작동 포인트는 제어 회로에 의해서 최적화된 하향 기어변속 포인트로서 결정되는
    기어변속 포인트 결정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    엔진 특성 그래프에서 상기 미리 설정된 상부 토크 한계(TQ_MAX_LIM) 및 하부 토크 한계는 최대 가용 클러티 토크(TQ_MAX_CLU) 또는 최소 가용 클러치 토크를 나타내는 라인의 아래쪽 또는 위쪽에서 미리 설정가능한 본질적으로 일정한 거리에서 각각 연장되는
    기어변속 포인트 결정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 각각의 현재의 엔진 작동 포인트(TQCUR; N)가 결정되는 최 적화된 기어변속 포인트로서 유효한지의 여부를 규칙적으로, 특히 약 100 ms의 주기로 계산하는
    기어변속 포인트 결정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로에 의해서 현재의 엔진 작동 포인트(TQCUR; N)가 최적화된 기어변속 포인트라고 결정되는 경우에, 제어 회로는 제어 회로의 출력부들 중 하나에 연결된 디스플레이에 의한 광학적 신호 형태의 기어변속 권장신호를 생성하는
    기어변속 포인트 결정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    운전 스타일 및/또는 현재의 엔진 작동과 관련한 한계 값을 포함하는 하나 이상의 추가적인 활성화 조건이 충족된다면, 상기 제어 회로는 기어변속 권장신호만을 생성하는
    기어변속 포인트 결정 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    기어변속 권장신호의 스위칭 온 및/또는 스위칭 오프가 시간적인 기준을 포함하는 추가적인 조건에 링크되는
    기어변속 포인트 결정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    다음의 엔진 작동 포인트로 인해서 기어변속 권장신호가 중단(forestalled)되어야 하는 경우에도, 생성된 기어변속 권장신호는 미리 설정이 가능한 최소 및 최대의 지속 시간 동안 계속하여 스위칭 온 상태로 유지되는
    기어변속 포인트 결정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    각각의 새로운 엔진 시동 후에, 조정가능한 지연 시간이 경과한 후에만 제 1 기어변속 권장신호가 스위칭 온 될 수 있도록 허용되는
    기어변속 포인트 결정 방법.
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