KR20140004874A - 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법 및 장치 - Google Patents

차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토크 센서 혹은 다른 추가적인 센서를 사용하지 않고, 기존의 차량에서 얻을 수 있는 계측신호만을 활용하여, 클러치 토크를 예측하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 토크센서 혹은 다른 추가적인 센서를 사용하지 않고, 기존의 차량에서 얻을 수 있는 계측신호만을 활용하여, 클러치 토크를 예측하도록 한다. 즉, 속도센서 측정값들과 그 차이의 적분을 이용한 토크 예측기를 우선 설계하고, 엔진토크 값을 추가정보로 사용하여 예측기를 설계함으로써 클러치 토크 예측 결과 값의 정확도를 높이도록 하는 효과가 있다.

Description

차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATION OF AUTOMOTIVE CLUTCH TORQUE}
본 발명은 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토크 센서 혹은 다른 추가적인 센서를 사용하지 않고, 기존의 차량에서 얻을 수 있는 계측신호만을 활용하여, 클러치 토크를 예측하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법 및 장치에 관한 것이다.
차량용 변속기의 클러치 체결 및 분리를 위한 토크제어는 승차감, 내구성 등을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 그러나 직접적인 클러치 토크 값의 측정은 매우 힘들기 때문에 적절한 제어기 설계 혹은 시스템 모니터링을 하는데 있어 매우 큰 어려움이 있다.
현재 차량용 변속기 분야의 시장동향 및 기술개발 추세는 변속기 시스템의 자동화이다. 기존 유성기어식 자동변속기는 다단화에 따라 효율이 점차 증가하는 추세이다. 또한 새로운 형태의 자동변속기인 자동화수동변속기(AMT), 듀얼클러치변속기(DCT)등이 개발되어, 운전자의 편의성과 연비효율 향상이라는 두 가지 요구조건을 모두 만족시키기 위한 여러 기술들이 개발되고 있다. 운전자가 직접 조작하여 자동제어가 필요 없는 수동변속기와 달리, 이러한 자동변속기시스템은 차량의 상태와 운전자의 의도에 맞춰 자동으로 클러치의 체결 및 분리를 제어해 주어야 한다. 그러나, 제어 대상인 클러치 토크를 직접 측정할 수 없기 때문에, 피드백제어가 매우 어렵다. 토크센서의 경우 매우 고가의 부품이기 때문에 실제 양산용 차량에 장착하는 것은 불가능에 가깝다. 토크컨버터가 장착된 유성기어식 자동변속기 (AT)의 경우, 터빈토크를 정확히 모델링하여 클러치 토크를 예측할 수 있다. 그러나 토크컨버터가 없는 AMT 및 DCT등에서는 다른 방법이 요구된다. 만일 추가적인 센서를 장착할 경우 토크컨버터의 효율저하에 상응하는 비용에 요구되어, 전반적으로는 DCT등의 효율개선 장점이 상쇄될 수 있다.
이처럼, 클러치 토크값을 찾아내는 것은 비용절감 및 제어성능 향상을 위해 필수적이지만, 기술적으로는 매우 어려운 일이다. 결과적으로 부품단가를 최소화해야 하는 자동차산업의 특성상, 최소한의 비용을 사용하여, 토크값을 예측하는 것이 매우 중요하다.
인용발명 1(R. A. Masmoudi and J. K. Hedrick, "Estimation of Vehicle shaft torque using nonlinear observers," Trans. ASME, J. Dyn. Syst., Meas., Contr., vol., 114 no. 3, pp. 394-400, 1992)에서는, 슬라이딩 모드 관측기(sliding mode observer)를 사용하여, 구동축 토크를 예측하였으며, 속도센서만을 활용하였다. 따라서, 속도센서의 해상도 및 노이즈에 따라 출력이 매우 민감해지는 문제가 발생할 수 있다. 슬라이딩 모드 관측기의 경우 채터링(chattering) 문제로 인해 노이즈로 인한 문제를 더욱 심각하게 만들 수 있다.
인용발명 2(K. Yi, B.-K. Shin, and K.-I. Lee, "Estimation of turbine torque of automatic transmissions using nonlinear observers," Trans. ASME, J. Dyn. Syst., Meas., Contr., vol. 122, no. 2, pp. 276-283, 2000.)는 자동변속기가 장착된 시스템의 토크를 예측하는 방법이다. 역시 속도센서와 슬라이딩 모드 관측기를 사용하였다. 자동변속기는 토크컨버터를 장착하고 있기 때문에 터빈 측 토크를 예측하여 클러치에 전달되는 토크를 추정할 수 있다. 그러나 이러한 방법 역시 노이즈에 민감한 단점을 가진다. 또한 토크컨버터가 없는 변속기에는 적용할 수 없다.
인용발명 3(P. Li, T. Jin, and xiuxia Du, "Torque observer modeling for vehicle transmission shifting processing based on neural networks," in Proceedings of the 17th IFAC World Congress, Seoul, Korea, July 2008. pp. 16 039 - 16 044.)에서는, 신경망회로(neural network)를 이용한 토크관측기를 제안하였다. 파워트레인 시스템은 매우 비선형적 동적특성을 가지기 때문에 정확한 수학적 모델링이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 신경망 모델을 이용하여 전달 토크를 예측하는 방법을 제시하였다. 자세한 수학적 모델의 사용을 피할 수 있는 장점이 있으나, 계산량 증가 문제로 인해 실시간 사용이 어려우며, 제어기 활용에도 시간지연 등의 문제가 발생할 가능성이 있다.
인용발명 4(US2009/0105039 A1)에서는, 변속기 내에서 클러치를 동작시키는 유압시스템의 상태를 파악하여 토크를 예측한다. 유압시스템의 압력, 스프링 힘, 궤환 압력 등을 통해 밸브의 위치를 파악한다. 밸브의 위치에 따른 유동량을 계산하여 클러치 구동을 위한 유압 볼륨을 계산한다. 최종적으로 유압 볼륨에 상응하는 클러치 압력을 계산하여, 클러치 로드를 파악하는 방법이다. 이러한 방법은, 유압제어가 매우 정확하다는 가정 하에서 활용이 가능하며, 전기모터 등을 이용한 구동시스템에서는 적용이 불가능하다.
인용발명 5(US2008/0147295 A1, Method for estimating clutch engagement parameters in a strategy for clutch management in a vehicle powertrain)는 클러치가 슬립상태에 있을 때 발생하는 뒤틀림 각과 그로 인해 발생하는 토크 사이의 관계를 이용하여, 클러치 토크를 예측하는 방법이다. 차량 구동계 시스템의 동적 모델을 이용하여 얻은 값과 실제 주행 중 얻은 속도센서 값을 비교하여, 비틀림각-클러치 토크 사이의 관계식의 파라미터를 규명하는 방법이다. 최적화 과정을 통해 비교적 정확한 관계식을 얻어낼 수 있는 장점이 있다. 여기서, 최적화과정은 오프라인 상에서 이루어진다. 또한, 특정 상황에서의 실험결과만을 기반으로 하기 때문에, 주행 시 발생할 수 있는 동적 상황에 대응하기에는 미흡하다고 볼 수 있다.
인용발명 6(US 6,640,178 B2, Process for estimating drive torque in vehicle, 2001)에서는, 토크컨버터의 특성을 이용하여 클러치토크를 예측하였다. 토크컨버터의 입출력 속도 비(출력속도/입력속도)를 우선 계산한 뒤 이를 기준 값으로 구동토크를 어떻게 추정할 것인지 결정한다. 실제 토크컨버터 입출력 속도 비가 모델 값보다 클 경우에, 추정 엔진토크와 토크컨버터 토크 비를 사용하여, 구동토크를 구한다. 이 경우 토크컨버터의 특성값(capacity)가 부정확하다는 의미이므로 엔진토크 값을 사용한다. 반대로 토크컨버터 입출력 속도 비가 모델 값보다 작을 때에는 구동토크를 엔진속도와 토크컨버터 속도 비를 이용해서 구한다. 이 경우 엔진토크가 구동축 토크보다 빨리 커지고, 반응지연이 일어나기 때문에 엔진토크 값보다 엔진속도 값을 이용하는 것이 좋다. 또한 변속 시에는 휠속도 값을 이용한다. 이러한 방법은 이미 검증된 토크컨버터의 기본적 성질을 활용한 것이지만, 토크컨버터가 없는 AMT, DCT 등에는 활용이 불가능하다. 또한 토크컨버터의 모델검증 수준에 따라 성능이 좌우되는 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 토크센서 혹은 다른 추가적인 센서를 사용하지 않고, 기존의 차량에서 얻을 수 있는 계측신호만을 활용하여, 클러치 토크를 예측하도록 하는데 그 목적이 있다. 즉, 속도센서 측정값들과 그 차이의 적분을 이용한 토크 예측기를 우선 설계하고, 엔진토크 값을 추가정보로 사용하여 예측기를 설계함으로써 클러치 토크 예측 결과 값의 정확도를 높이도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른, 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치가 마찰 클러치 토크를 예측하는 방법은, (a) ECU(electronic control unit)로부터 클러치 속도값 및 휠 속도값(이하 '속도센서 측정값'이라 한다)을 수신하는 단계; (b) 상기 클러치 속도값 및 휠 속도값으로부터 클러치 토크 1차 예측값을 산출하는 단계; (c) ECU(electronic control unit)로부터 엔진토크값을 수신하는 단계; (d) 상기 단계(b)에서 산출된 클러치 토크 1차 예측값 및 상기 단계(c)의 엔진토크값을, 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식에 대입하는 단계; 및 (e) 상기 단계(d)의 미분방정식을 연산하여 상기 클러치 토크 최종 예측값을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 클러치 토크 1차 예측값은,
Figure pat00001
로 결정될 수 있고, 상기 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식은,
Figure pat00002
이며,상기 k 0 는 구동축 강성, 상기 l 0 는 튜닝 파라미터, 상기 ωc는 클러치 속도, 상기 ωw는 휠속도, 상기 i t 는 변속기 기어비, 상기 i f 는 종감속 기어비, 상기
Figure pat00003
는 등가 기어비, 상기 ωe는 엔진 RPM, 상기 α는 스로틀 입력, 상기 T e (ωe,α)는 엔진토크, 상기
Figure pat00004
는 클러치 토크 최종 예측값 및, 상기
Figure pat00005
는 상기 클러치 토크 최종 예측값의 미분형을 의미한다.
상기
Figure pat00006
는, 클러치 속도에 따라 동적으로 설정되는 값일 수 있다.
상기 ECU에서 산출되는 상기 속도센서 측정값의 정확도와 상기 엔진토크 값의 정확도를 미리 비교하여 산출된 데이터로부터, 상기 속도센서 측정값의 정확도가 더 높을 경우, 상기
Figure pat00007
는 기 설정된 기준값보다 작은 값으로 설정되고, 상기 엔진토크값의 정확도가 더 높을 경우, 상기
Figure pat00008
는 기 설정된 기준값보다 큰 값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치는, ECU(electronic control unit)로부터 클러치 속도값 및 휠 속도값(이하 '속도센서 측정값'이라 한다) 및, 엔진토크값을 포함하는 클러치 토크 예측값 산출용 데이터를 수신하는 데이터 수신모듈; 상기 클러치 속도값 및 휠 속도값으로부터 클러치 토크 1차 예측값을 산출하고, 상기 클러치 토크 1차 예측값 및 상기 엔진토크값을, 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식에 대입하고, 상기 미분방정식을 연산하여 상기 클러치 토크 최종 예측값을 산출하는 클러치 토크 예측값 산출모듈; 상기 클러치 토크 예측값 산출용 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 및 상기 각 구성요소를 제어하여 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 일련의 처리를 수행하는 제어부를 포함한다.
상기 클러치 토크 1차 예측값은,
Figure pat00009
로 결정될 수 있고, 상기 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식은,
Figure pat00010
이며, 여기서, 상기 k 0 는 구동축 강성, 상기 l 0 는 튜닝 파라미터, 상기 ωc는 클러치 속도, 상기 ωw는 휠속도, 상기 i t 는 변속기 기어비, 상기 i f 는 종감속 기어비, 상기
Figure pat00011
는 등가 기어비, 상기 ωe는 엔진 RPM, 상기 α는 스로틀 입력, 상기 T e (ωe,α)는 엔진토크, 상기
Figure pat00012
는 클러치 토크 최종 예측값 및, 상기
Figure pat00013
는 상기 클러치 토크 최종 예측값의 미분형을 의미한다.
상기 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치는, 상기
Figure pat00014
를 클러치 속도에 따라 동적으로 조정하는 튜닝 파라미터 조정모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 클러치 토크 예측값 산출용 데이터에는 튜닝 파라미터
Figure pat00015
를 더 포함하고, 상기 ECU에서 산출되는 상기 속도센서 측정값의 정확도와 상기 엔진토크 값의 정확도를 미리 비교하여 산출된 데이터로부터, 상기 속도센서 측정값의 정확도가 더 높을 경우, 상기
Figure pat00016
는 기 설정된 기준값보다 작은 값으로 설정되고, 상기 엔진토크값의 정확도가 더 높을 경우, 상기
Figure pat00017
는 기 설정된 기준값보다 큰 값으로 설정될 수 있다.
본 발명에 의하면, 토크센서 혹은 다른 추가적인 센서를 사용하지 않고, 기존의 차량에서 얻을 수 있는 계측신호만을 활용하여, 클러치 토크를 예측하도록 한다. 즉, 속도센서 측정값들과 그 차이의 적분을 이용한 토크 예측기를 우선 설계하고, 엔진토크 값을 추가정보로 사용하여 예측기를 설계함으로써 클러치 토크 예측 결과 값의 정확도를 높이도록 하는 효과가 있다.
도 1은 차량의 구동계 모델의 개략도.
도 2는 노이즈가 포함된 구동축의 회전속도 및 휠속도 신호 측정값의 실시예를 나타내는 도면.
도 3은 노이즈가 포함된 구동축의 회전속도 및 휠속도 신호 측정값에 기반한 토크 예측 결과값 및 구동축 상에서 실제 전달되고 있는 토크값의 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 토크 예측을 위한 시스템 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치의 내부 구성을 나타내는 도면.
도 6은 차량 구동계의 엔진속도 및 클러치 속도 출력값을 나타내는 도면.
도 7은 엔진토크값에 의해 보정된 토크 예측 결과값 및 구동축 상에서 실제 전달되고 있는 토크값의 실시예를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 차량의 구동계 모델의 개략도이다.
본 도면은 구동계 모델 각 부분에 걸리는 힘, 토크, 각속도 등을 표시한 도면이다. 엔진부(110)에서 J e 는 엔진 관성 모멘트, T e 는 엔진토크, ωe는 엔진 RPM, α는 스로틀 입력을 의미하고, 클러치부(120)에서, J c 는 클러치 관성 모멘트, T c 는 클러치 토크, ωc는 클러치 속도, F n 은 클러치 체결력을 의미한다. 트랜스미션부(130)에서 i t 는 변속기(131)의 기어비, i f 는 종감속기어(132)의 기어비, b 0 는 댐핑계수, k 0 는 구동축 강성을 의미하고, T 0 는 예측 클러치 토크를 의미한다. 또한 J v 는 차량 몸체부(vehicle mass)(140) 전체의 관성 모멘트를 의미한다.
도 2는 노이즈가 포함된 구동축의 회전속도 및 휠속도 신호 측정값의 실시예를 나타내는 도면이다.
자동변속기의 일종인 듀얼클러치변속기(DCT)의 경우, 2000년대 초반에 폭스바겐의 골프에 장착된 이래, 여러 양산 차량에 장착되어 성공적인 상용화를 이루어가고 있다. 현재까지 장착된 시스템의 형태는, 유압시스템을 이용한 제어를 통해, 습식클러치를 사용하는 것이었다. 습식클러치는 냉각효과 및 완충효과를 얻을 수 있어 유리하다. 유압시스템의 사용은 작은 압력을 이용하여 매우 큰 힘을 얻을 수 있는 특징을 활용하여, 엔진토크를 커버할 수 있는 구동시스템을 제공한다.
최근에는 좀 더 높은 에너지 효율 향상을 위하여, 건식클러치와 전기모터를 사용한 형태의 시스템이 개발되고 있다. 건식클러치는 토크전달효율이 높은 대신 발열 및 마모의 문제가 있으며, 전기모터는 온도에 민감한 특성이 있다. 이러한 어려움들은 올바른 제어기 설계를 통하여 개선될 수 있으며, 이를 위해서는 우선적으로 클러치 토크의 예측이 필요하다. 피드백제어기를 설계하기 위해서는 계측 값을 이용하여 에러 값을 계산해야 하기 때문이다.
일반적인 방법은 변속기 후면에 위치한 구동축의 회전속도, 즉 클러치 속도값과 휠 속도값의 차이를 통해 토크를 얻어내는 방법이다. 이를 속도센서 기반 토크예측기라 하자. 이러한 회전속도 값과 휠 속도값 등은 차량의 ECU(electronic control unit)에 포함된 속도센서 등에 의해 측정될 수 있다. 구동축의 강성은 변속기의 강성보다 작은 값을 가진다. 기어변속과 같이 전달 토크의 변화가 순간적으로 발생할 경우에 이와 같은 방법을 사용할 수 있다. 개요는 다음과 같다.
클러치 토크 예측을 위한 구동축 토크(변속기 후단에서 종감속기어 사이)를 표현하면, 수학식 1과 같은 토션바 모델 (torsion bar)을 사용하여 나타낼 수 있다.
Figure pat00018
여기서 T 0 는 클러치 토크, k 0 는 구동축 강성, b 0 는 댐핑계수를 나타낸다. θ c ,θ w 는 각각 클러치와 휠의 회전각 위치를 나타내며, ω c , ω w 는 각각 클러치와 휠의 회전속도를 나타낸다. i t , i f 는 각각 변속기 기어비와 종감속 기어비를 나타낸다.
여기서 측정할 수 있는 항 만을 남기면, 수학식 2로서 재표현된 식을 통해 예측 토크값
Figure pat00019
를 구할 수 있다.
Figure pat00020
이로부터, ω c , ω w 값을 측정할 수 있다면 수치적분을 통해 클러치 토크의 예측값을 구해낼 수 있다. 그러나 일반적으로는 모든 센서에 노이즈가 포함되어 있기 때문에 전술한 방법은 문제를 발생시킬 수 있다. 즉, 도 2에 나타난 바와 같이 구동축의 회전속도 및 휠속도 측정값에 노이즈가 포함되어 있는 경우, 적분으로 인한 문제가 발생한다.
도 3은 노이즈가 포함된 구동축의 회전속도 및 휠속도 신호 측정값에 기반한 토크 예측 결과값 및 구동축 상에서 실제 전달되고 있는 토크값의 실시예를 나타내는 도면이다.
차량이 정지 상태에서 출발하는 동작을 시뮬레이션 하였을 때, 예측된 클러치 토크는 위의 식에서 구한 값에 변속기 해당 기어비를 곱해준 것으로 구할 수 있다. 도 2에서와 같이 노이즈가 포함된, 구동축의 회전속도 및 휠속도 측정 센서 값을 그대로 사용할 경우, 도 3에 나타난 바와 같이 예측 클러치 토크 값은 실제 클러치 토크 값에 수렴하지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 토크 예측을 위한 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
클러치 액츄에이터(clutch actuator)(410)는 클러치가 체결되어 주행중 안정적으로 체결상태가 유지되도록 제어한다. 도면에서 F n 은 클러치 체결력을 의미한다. 이러한 클러치 액츄에이터(410)에 의해 체결된 클러치에 실제 걸리고 있는 클러치 토크값 T c 가 차량 구동축(vehicle driveline)(420)으로 전달된다. 차량 구동축으로부터 발생되는 엔진 RPM ω e 값은 엔진(430)으로 전달되고, 이러한 ω e 값 및 스로틀(throttle) 입력 α로부터 엔진토크값 T e 가 산출된다. 또한 차량 구동축으로부터 발생되는 클러치 속도 ω c , 휠 속도ω w 값 및, 전술한 엔진 RPM ω e 값과 엔진토크값 T e 는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치(500)로 전달되어, 클러치의 예측 토크값을 산출하게 된다.
이러한 클러치 속도, 휠 속도 및 엔진토크 등은 차량의 ECU(미도시)에서 측정할 수 있다.
차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치(500)는 다음의 프로세스에 의해 클러치 토크값을 예측해 낼 수 있다. 즉, 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치(500)는 ECU로부터 클러치 속도값 및 휠 속도값(이하 '속도센서 측정값'이라 한다)을 수신하고, 상기 클러치 속도값 및 휠 속도값으로부터 클러치 토크 1차 예측값을 산출할 수 있다. 이때 클러치 토크 1차 예측값은,
Figure pat00021
와 같이 결정될 수 있다.
이후, 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치(500)는 ECU(electronic control unit)로부터 엔진토크값을 수신하여, 앞에서 산출된 클러치 토크 1차 예측값 및 상기 엔진토크값을, 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식에 대입하고, 그 미분방정식을 연산하여 상기 클러치 토크 최종 예측값을 산출하게 된다.
상기 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식은,
Figure pat00022
이며, 여기서 클러치 토크 최종 예측값인
Figure pat00023
의 해를 연산해 냄으로써 클러치 토크를 예측하게 된다.
위 수학식 3, 4에서, k 0 는 구동축 강성, l 0 는 튜닝 파라미터, ωc는 클러치 속도, ωw는 휠속도, i t 는 변속기 기어비, i f 는 종감속 기어비,
Figure pat00024
는 등가 기어비, ωe는 엔진 RPM, α는 스로틀 입력, T e (ωe,α)는 엔진토크,
Figure pat00025
는 클러치 토크 최종 예측값 및,
Figure pat00026
는 상기 클러치 토크 최종 예측값의 미분형을 의미한다.
전술한 바와 같이 클러치 토크를 예측하는 방법은 클러치 체결 및 분리과정에서 슬립이 일어날 때 뿐만 아니라, 체결이 완료된 상태에서도 적용이 가능하다. 즉, 양수의 값을 갖는 이득(gain)인 튜닝 파라미터
Figure pat00027
을, 클러치 속도에 따라 변화시키면 클러치 체결상태에서도 전달토크를 비교적 정확하게 예측할 수 있다. 이와 같이
Figure pat00028
는 클러치 속도에 따라 동적으로 설정되는 값으로 하는 것이 바람직하다.
한편,
Figure pat00029
는 상기 속도센서 측정값과 엔진토크 값에 대하여 어느 값에 더 큰 비중을 둘 것인지를 선택하는 용도로 사용할 수 있다. 즉, 속도센서의 값이 더 정확하다면
Figure pat00030
를 작은 값으로 정해주고, 반대로 엔진토크 값을 더 신뢰할 수 있다면
Figure pat00031
를 큰 값으로 정하도록 한다.
예를 들어, 상기 ECU에서 산출되는 상기 속도센서 측정값의 정확도와 상기 엔진토크 값의 정확도를 미리 비교하여 산출된 데이터로부터 상기 속도센서 측정값의 정확도가 높아 더 신뢰성이 있다고 판단된 경우, 상기
Figure pat00032
는 기 설정된 기준값보다 작은 값으로 설정되고, 반면에 상기 엔진토크값의 정확도가 높아 더 신뢰성이 있다고 판단될 경우, 상기
Figure pat00033
는 기 설정된 기준값보다 큰 값으로 설정되도록 할 수 있는 것이다. 이와 같은 기술적 사상의 범위 안에서, 상기
Figure pat00034
의 결정함에 있어 세부적으로는 다양한 방법을 택할 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치(500)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
제어부(510)는 상기 각 구성요소를 제어하여 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 일련의 처리를 수행한다.
데이터 수신모듈(520)은 ECU로부터 클러치 속도값 및 휠 속도값(이하 '속도센서 측정값'이라 한다) 및, 엔진토크값을 포함하는 클러치 토크 예측값 산출용 데이터를 수신한다.
데이터 저장부(530)는 상기 클러치 토크 예측값 산출용 데이터를 저장한다.
클러치 토크 예측값 산출모듈(540)은 상기 클러치 속도값 및 휠 속도값으로부터 클러치 토크 1차 예측값을 산출하고, 상기 클러치 토크 1차 예측값 및 상기 엔진토크값을, 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식에 대입하고, 상기 미분방정식을 연산하여 상기 클러치 토크 최종 예측값을 산출한다. 산출하는 상세한 방법은 도 4를 참조하여 전술한 바 있다.
튜닝 파라미터 조정모듈(550)은 상기
Figure pat00035
를 클러치 속도에 따라 동적으로 조정하는 역할을 수행한다. 또한 속도센서 측정값과 엔진토크 값에 대하여 어느 값에 더 큰 비중을 둘 것인지를 선택하는 용도로 상기
Figure pat00036
를 조정하는 역할을 수행할 수도 있다. 이와 같은
Figure pat00037
값의 동적설정 및, 속도센서 측정값과 엔진토크 값에 대하여 어느 값에 더 큰 비중을 둘 것인지를 선택하는 용도로
Figure pat00038
값을 사용하는 방법에 대하여도 도 4를 참조하여 전술한 바 있다.
도 6은 차량 구동계의 엔진속도 및 클러치 속도 출력값을 나타내는 도면이다.
도 7은 엔진토크값에 의해 보정된 토크 예측 결과값 및 구동축 상에서 실제 전달되고 있는 토크값의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3의 경우와 같은 조건으로 도 7의 경우에도 속도 계측신호에 노이즈가 포함되어 있다. 그러나 도 7의 경우는 본 발명에 따라 엔진토크를 이용하여 보정한 결과 그래프를 나타내는 것으로서, 클러치 토크의 예측값이 실제 토크 값에 수렴하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은, 본 발명에 따른 새로운 예측 방법은 기존 구동축 토크에만 의존한 예측기와 비교했을 때 노이즈에 강인한 성능을 가지는 것을 알 수 있다. 또한 실 토크 값에 근접한 예측 성능을 얻을 수 있다. 또한 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이
Figure pat00039
의 값을 조절하여, 구동축 속도와 엔진토크의 정확도에 따라 클러치 토크 예측값을 더욱 신뢰성 있게 결정할 수 있다.
110: 엔진부 120: 클러치부
130: 트랜스미션부 131: 변속기
132: 종감속기어 140: 차량몸체부
410: 클러치 액츄에이터 420: 차량 구동축
430: 엔진 500: 차량용 마찰 클러치 토크 예측장치
510: 제어부 520: 데이터 수신모듈
530: 데이터 저장부 540: 클러치 토크 예측값 산출모듈
550: 튜닝 파라미터 조정모듈

Claims (8)

  1. 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치가 마찰 클러치 토크를 예측하는 방법으로서,
    (a) ECU(electronic control unit)로부터 클러치 속도값 및 휠 속도값(이하 '속도센서 측정값'이라 한다)을 수신하는 단계;
    (b) 상기 클러치 속도값 및 휠 속도값으로부터 클러치 토크 1차 예측값을 산출하는 단계;
    (c) ECU(electronic control unit)로부터 엔진토크값을 수신하는 단계;
    (d) 상기 단계(b)에서 산출된 클러치 토크 1차 예측값 및 상기 단계(c)의 엔진토크값을, 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식에 대입하는 단계; 및
    (e) 상기 단계(d)의 미분방정식을 연산하여 상기 클러치 토크 최종 예측값을 산출하는 단계
    를 포함하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러치 토크 1차 예측값은,
    Figure pat00040

    로 결정되고,
    상기 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식은,
    Figure pat00041

    이며,
    상기 k 0 는 구동축 강성, 상기 l 0 는 튜닝 파라미터, 상기 ωc는 클러치 속도, 상기 ωw는 휠속도, 상기 i t 는 변속기 기어비, 상기 i f 는 종감속 기어비, 상기
    Figure pat00042
    는 등가 기어비, 상기 ωe는 엔진 RPM, 상기 α는 스로틀 입력, 상기 T e (ωe,α)는 엔진토크, 상기
    Figure pat00043
    는 클러치 토크 최종 예측값 및, 상기
    Figure pat00044
    는 상기 클러치 토크 최종 예측값의 미분형을 의미하는 것
    을 특징으로 하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기
    Figure pat00045
    는,
    클러치 속도에 따라 동적으로 설정되는 값인 것
    을 특징으로 하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 ECU에서 산출되는 상기 속도센서 측정값의 정확도와 상기 엔진토크 값의 정확도를 미리 비교하여 산출된 데이터로부터,
    상기 속도센서 측정값의 정확도가 더 높을 경우, 상기
    Figure pat00046
    는 기 설정된 기준값보다 작은 값으로 설정되고,
    상기 엔진토크값의 정확도가 더 높을 경우, 상기
    Figure pat00047
    는 기 설정된 기준값보다 큰 값으로 설정되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 방법.
  5. 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치로서,
    ECU(electronic control unit)로부터 클러치 속도값 및 휠 속도값(이하 '속도센서 측정값'이라 한다) 및, 엔진토크값을 포함하는 클러치 토크 예측값 산출용 데이터를 수신하는 데이터 수신모듈;
    상기 클러치 속도값 및 휠 속도값으로부터 클러치 토크 1차 예측값을 산출하고, 상기 클러치 토크 1차 예측값 및 상기 엔진토크값을, 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식에 대입하고, 상기 미분방정식을 연산하여 상기 클러치 토크 최종 예측값을 산출하는 클러치 토크 예측값 산출모듈;
    상기 클러치 토크 예측값 산출용 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 및
    상기 각 구성요소를 제어하여 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 일련의 처리를 수행하는 제어부
    를 포함하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치.
  6. 청구항 6에 있어서,
    상기 클러치 토크 1차 예측값은,
    Figure pat00048

    로 결정되고,
    상기 클러치 토크 최종 예측값 산출을 위한 미분방정식은,
    Figure pat00049

    이며,
    여기서, 상기 k 0 는 구동축 강성, 상기 l 0 는 튜닝 파라미터, 상기 ωc는 클러치 속도, 상기 ωw는 휠속도, 상기 i t 는 변속기 기어비, 상기 i f 는 종감속 기어비, 상기
    Figure pat00050
    는 등가 기어비, 상기 ωe는 엔진 RPM, 상기 α는 스로틀 입력, 상기 T e (ωe,α)는 엔진토크, 상기
    Figure pat00051
    는 클러치 토크 최종 예측값 및, 상기
    Figure pat00052
    는 상기 클러치 토크 최종 예측값의 미분형을 의미하는 것
    을 특징으로 하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기
    Figure pat00053
    를 클러치 속도에 따라 동적으로 조정하는 튜닝 파라미터 조정모듈
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 클러치 토크 예측값 산출용 데이터에는 튜닝 파라미터
    Figure pat00054
    를 더 포함하고,
    상기 ECU에서 산출되는 상기 속도센서 측정값의 정확도와 상기 엔진토크 값의 정확도를 미리 비교하여 산출된 데이터로부터,
    상기 속도센서 측정값의 정확도가 더 높을 경우, 상기
    Figure pat00055
    는 기 설정된 기준값보다 작은 값으로 설정되고,
    상기 엔진토크값의 정확도가 더 높을 경우, 상기
    Figure pat00056
    는 기 설정된 기준값보다 큰 값으로 설정되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 마찰 클러치 토크 예측 장치.
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