KR20160059828A - 자동변속기의 변속 제어 방법 및 이를 이용한 변속 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동변속기의 변속 제어 방법 및 이를 이용한 변속 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법은 변속 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 상기 변속 조건을 만족하면, 해방요소의 해방을 개시하고 결합요소의 결합을 개시하는 단계; 상기 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 수행하는 중에, 속도 제어 진입 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 상기 속도 제어 진입 조건을 만족하면, 토크 소스의 목표 속도를 계산하는 단계; 상기 토크 소스의 목표 속도를 이용하여 토크 소스의 속도 제어를 수행하는 단계; 상기 속도 제어를 수행하는 중에, 속도 제어 완료 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 및 상기 속도 제어 완료 조건을 만족하면, 상기 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 완료하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법은 변속 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 상기 변속 조건을 만족하면, 해방요소의 해방을 개시하고 결합요소의 결합을 개시하는 단계; 상기 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 수행하는 중에, 속도 제어 진입 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 상기 속도 제어 진입 조건을 만족하면, 토크 소스의 목표 속도를 계산하는 단계; 상기 토크 소스의 목표 속도를 이용하여 토크 소스의 속도 제어를 수행하는 단계; 상기 속도 제어를 수행하는 중에, 속도 제어 완료 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 및 상기 속도 제어 완료 조건을 만족하면, 상기 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 완료하는 단계;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 자동변속기의 변속 제어 방법 및 이를 이용한 변속 제어 장치에 관한 것이다.
자동변속기는 차량의 주행 상태에 따라 기어비를 변경하여 목표 변속단으로의 변속이 자동으로 이루어지게 하는 것이다.
목표 변속단으로의 변속이 실행되는 경우 자동변속기에는 작동 상태에서 작동 해제되는 해방요소(off-going element)와 작동 해제 상태에서 작동 상태로 변환되는 결합요소(on-coming element)가 존재하며, 상기 해방요소 및 결합요소의 해제 및 결합은 각 요소에 공급되는 유압을 제어함으로써 실행된다. 또한, 상기 해방요소 및 결합요소에 공급되는 유압의 제어는 제어 듀티를 작동시켜 솔레노이드 밸브를 제어함으로써 수행된다.
일반적으로, 종래의 변속 제어 방법은 자동변속기의 입력축의 속도와 출력축의 속도를 동기화시키기 위해 해방요소 및 결합요소의 슬립을 이용한다. 그러나, 슬립에 의해 수동적으로 입력축의 속도와 출력축의 속도를 동기화시키는 방법은 변속 시간이 길어지고, 주행 상태(예를 들어, 도로의 경사도, 차량 부하 등)에 따라 변속감(shift quality)이 달라지는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해, 개별 주행 상태에 대응하는 보정 맵(calibration map)들을 미리 만들 수 있지만, 이 경우 보정 맵들을 무한정 만들 수 없으며 고려하지 못한 주행 상태에서는 좋은 변속감을 기대하기 어렵다. 더 나아가 하이브리드 차량의 경우 연비 향상을 위해 토크 컨버터가 사용되지 않으므로 변속감이 좋지 않을 경우 차량 운전성에 심각한 악영향을 끼칠 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 토크 소스의 속도 제어를 이용하여 자동변속기의 입력축의 속도와 출력축의 속도를 동기화시킴으로써 부드러운 변속이 가능한 자동변속기의 변속 제어 방법 및 이를 이용한 변속 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법은 변속 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 상기 변속 조건을 만족하면, 해방요소의 해방을 개시하고 결합요소의 결합을 개시하는 단계; 상기 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 수행하는 중에, 속도 제어 진입 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 상기 속도 제어 진입 조건을 만족하면, 토크 소스의 목표 속도를 계산하는 단계; 상기 토크 소스의 목표 속도를 이용하여 토크 소스의 속도 제어를 수행하는 단계; 상기 속도 제어를 수행하는 중에, 속도 제어 완료 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 및 상기 속도 제어 완료 조건을 만족하면, 상기 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 완료하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 속도 제어 진입 조건은 의 수학식이 만족되는 경우 만족될 수 잇다. 여기서, 는 토크 소스의 속도이고, 는 자동변속기의 출력축의 속도이며, 는 현재 변속단의 기어비이고, 는 제1 설정값이다.
상기 자동변속기의 변속 제어 방법은 상기 속도 제어 진입 조건을 만족하면, 상기 해방요소의 해방을 대기시키고 결합요소의 결합을 대기시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 토크 소스의 목표 속도를 계산하는 단계는, 자동변속기의 출력축의 속도를 기초로 상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점에서 목표 변속단에서의 입력축 속도를 계산하는 단계; 상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점에서 상기 목표 변속단에서의 입력축 속도와 토크 소스의 속도를 기초로 초기 옵셋을 계산하는 단계; 상기 초기 옵셋을 분할하여 옵셋 입력을 생성하는 단계; 및 상기 옵셋 입력을 보간하여 보간된 옵셋 입력을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 초기 옵셋을 분할하여 옵셋 입력을 생성하는 단계는, 0으로부터 상기 초기 옵셋까지의 범위를 복수의 서브 범위로 분할하는 단계; 상기 각 서브 범위에 대응하는 기울기를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 초기 옵셋을 분할하여 옵셋 입력을 생성하는 단계는, 상기 초기 옵셋의 제1 설정 비율에 해당하는 제1 값을 계산하는 단계; 상기 초기 옵셋의 제2 설정 비율에 해당하는 제2 값을 계산하는 단계; 0으로부터 상기 제1 값이 될 때까지 제1 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계; 상기 옵셋 입력이 상기 제1 값이 되면, 상기 제1 값으로부터 상기 제2 값이 될 때까지 제2 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계; 및 상기 옵셋 입력이 제2 값이 되면, 상기 제2 값으로부터 상기 초기 옵셋이 될 때까지 제3 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1 기울기는 상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점의 토크 소스의 속도의 기울기를 고려하여 결정될 수 있다.
상기 제2 기울기()는 의 수학식을 만족하는 값 중 상기 제1 기울기를 고려하여 결정될 수 있다. 여기서, 는 현재 주행 상태에서 토크 소스가 출력할 수 있는 최대의 토크이고, 는 자동변속기의 입력축의 이너샤이다.
상기 제3 기울기는 상기 제2 기울기와 자동변속기의 출력축의 속도의 기울기를 고려하여 결정될 수 있다.
상기 초기 옵셋을 분할하여 옵셋 입력을 생성하는 단계는, 상기 초기 옵셋을 기초로 변속을 완료하는 목표 시점을 결정하는 단계; 상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점으로부터 상기 목표 시점까지의 구간을 복수의 서브 구간으로 분할하는 단계; 상기 각 서브 구간에 대응하는 기울기를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 구간은 제1 서브 구간, 제2 서브 구간, 및 제3 서브 구간을 포함하고, 상기 제1 서브 구간에 대응하는 제1 기울기는 상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점의 토크 소스의 속도의 기울기를 고려하여 결정될 수 있다.
상기 제2 구간에 대응하는 제2 기울기()는 의 수학식을 만족하는 값 중 상기 제1 기울기를 고려하여 결정될 수 있다. 여기서, 는 현재 주행 상태에서 토크 소스가 출력할 수 있는 최대의 토크이고, 는 자동변속기의 입력축의 이너샤이다.
상기 제3 구간에 대응하는 제3 기울기는 상기 제2 기울기와 자동변속기의 출력축의 속도의 기울기를 고려하여 결정될 수 있다.
상기 토크 소스의 목표 속도를 계산하는 단계는, 목표 변속단에서의 입력축 속도와 상기 초기 옵셋 사이의 차이를 계산하는 단계; 및 상기 보간된 옵셋 입력과, 상기 목표 변속단에서의 입력축 속도와 상기 초기 옵셋 사이의 차이를 더하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 토크 소스의 속도 제어를 수행하는 단계는, 토크 소스의 목표 속도와 토크 소스의 현재 속도의 차이를 계산하는 단계; 상기 토크 소스의 목표 속도와 토크 소스의 현재 속도의 차이를 이용하여 피드백 제어 입력을 계산하는 단계; 자동변속기의 입력축의 이너샤와 토크 소스의 목표 속도를 이용하여 피드포워드 제어 입력을 계산하는 단계; 토크 소스의 현재 속도를 기초로 명목 역수 모델과 적어도 하나의 저역통과필터를 이용하여 외란 제어 입력을 계산하는 단계; 및 상기 피드백 제어 입력, 피드포워드 제어 입력, 및 외란 제어 입력을 이용하여 토크 지령을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 저역통과필터()는 의 식을 만족하도록 설계될 수 있다. 여기서, 이고, 와 는 설계 파라미터로서 외란에 포함된 최대 주파수(wm) 이하에서 의 수학식을 만족하도록 설계될 수 있다.
상기 속도 제어 완료 조건은 의 수학식이 만족되는 경우 만족될 수 있다. 여기서, 는 토크 소스의 속도이고, 는 자동변속기의 출력축의 속도이며, 는 목표 변속단의 기어비이고, 는 제2 설정값이다.
상기 속도 제어 완료 조건은 의 수학식과 의 수학식이 동시에 만족되는 경우 만족될 수 있다. 여기서, 는 토크 소스의 속도이고, 는 자동변속기의 출력축의 속도이며, 는 목표 변속단의 기어비이고, 는 제2 설정값이며, 는 제3 설정값이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치는 자동변속기의 변속을 제어하기 위한 데이터를 검출하는 데이터 검출부; 차량을 구동시키기 위한 동력을 생성하는 토크 소스; 상기 데이터를 기초로 상기 자동변속기의 변속을 제어하도록 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 제어 유닛; 및 상기 제어 유닛으로부터 제어 신호를 입력 받아 자동변속기의 각 마찰요소에 공급되는 유압을 제어하는 액츄에이터;를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 토크 소스의 속도 제어를 이용하여 자동변속기의 입력축의 속도와 출력축의 속도를 동기화시키므로 부드러운 변속이 가능하다. 또한, 기존의 슬립을 통한 변속과는 달리, 토크 소스의 속도 제어를 이용하여 능동적인 변속이 이루어지므로 변속시간이 단축되고, 슬립에 의한 에너지 손실을 줄일 수 있어 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변속 제어 방법이 적용되는 자동변속기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치가 적용되는 차량을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치가 적용되는 하이브리드 차량을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 토크 소스의 속도를 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 옵셋 입력을 생성하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치가 적용되는 차량을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치가 적용되는 하이브리드 차량을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 토크 소스의 속도를 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 옵셋 입력을 생성하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변속 제어 방법이 적용되는 자동변속기의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변속 제어 방법이 적용되는 자동변속기(20)는 토크 소스(10)에 연결된 입력축(22)으로부터 동력을 전달 받아 이 동력을 출력축(24)에 전달한다. 또한, 입력축(22)과 출력축(24) 사이에는 적어도 하나 이상의 유성기어세트가 개재되어 입력축(22)의 속도를 바꾸어 출력축(24)에 전달한다. 또한, 자동변속기(20)에는 상기 유성기어세트의 작동 멤버들을 입력축(22), 변속기 케이스, 또는 다른 작동 멤버들과 선택적으로 연결하기 위한 적어도 하나 이상의 마찰요소가 배치되어 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 제1, 2 구동기어(210 및 220), 제1, 2 피동기어(230 및 240), 및 제1, 2 마찰요소(250 및 260)만을 표시하였다.
제1 구동기어(210)는 입력축(22) 상에 배치되어 있으며, 상기 제1 마찰요소(250)의 작동에 의하여 제1 변속단을 구현한다. 상기 제1 구동기어(210)는 제1 피동기어(230)와 기어 결합하고 있다.
제2 구동기어(220)는 입력축(22) 상에 배치되어 있으며, 상기 제2 마찰요소(260)의 작동에 의하여 제2 변속단을 구현한다. 상기 제2 구동기어(220)는 제2 피동기어(240)와 기어 결합하고 있다.
제1 변속단에서 제2 변속단으로의 변속은 해방요소인 제1 마찰요소(250)가 결합 상태에서 해제 상태로 변화하고 결합요소인 제2 마찰요소(260)가 해제 상태에서 결합 상태로 변화함으로써 구현될 수 있다. 따라서, 제2 변속단에서 제1 변속단으로의 변속은 결합요소인 제1 마찰요소가(250)가 해제 상태에서 결합 상태로 변화하고 해방요소인 제2 마찰요소(260)가 해제 상태에서 결합 상태로 변화함으로써 구현될 수 있다.
여기에서 설명한 자동변속기(20)는 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 자동변속기의 한 예를 설명한 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 도 1에 도시된 자동변속기(20)뿐만 아니라 다양한 자동변속기에 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치가 적용되는 차량을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치가 적용되는 차량은 토크 소스(10), 자동변속기(20), 차동기어장치(60), 휠(70), 및 제어 유닛(100)을 포함할 수 있다.
토크 소스(10)는 차량을 구동시키기 위한 동력을 생성한다. 엔진의 동력만을 사용하는 내연기관 차량의 경우 상기 토크 소스(10)는 엔진만을 포함할 수 있다. 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용하는 하이브리드 차량의 경우 상기 토크 소스(10)는 엔진과 모터를 포함할 수 있다(도 3 참조). 모터의 동력만을 사용하는 전기 차량과 연료 전지 차량의 경우 상기 토크 소스(10)는 모터만을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 동력 전달은 토크 소스(10)에서 발생된 동력이 자동변속기(20)의 입력축(22)에 전달되고, 자동변속기(20)의 출력축(24)으로부터 출력된 동력이 차동기어장치(60)를 경유하여 차축에 전달된다. 차축이 휠(70)을 회전시킴으로써 토크 소스(10)에서 발생된 동력에 의해 차량이 주행하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치가 적용되는 하이브리드 차량을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치가 적용되는 하이브리드 차량은 엔진(12), 모터(14), 엔진(12)과 모터(14) 사이에서 동력을 단속하는 엔진 클러치(30), 자동변속기(20), 배터리(40), HSG(hybrid starter & generator)(50), 차동기어장치(60), 휠(70), 및 제어 유닛(100)을 포함한다.
상기 하이브리드 차량은 운전자의 가속 페달과 브레이크 페달의 조작에 따른 가감속 의지, 차속, 배터리의 충전 상태(SOC; state of charge) 등에 따라 엔진 클러치(30)를 결합하거나 해제하여, 모터(14)의 동력만을 이용하는 EV 모드(electric vehicle mode); 엔진(10)의 동력을 주동력으로 하면서 모터(14)의 동력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode); 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 모터(14)의 발전을 통해 회수하여 배터리(40)에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode); 등의 주행모드의 운행을 제공한다.
엔진(10)은 연료를 연소하여 동력을 생성하는 것으로, 가솔린 엔진, 디젤 엔진, LPI 엔진 등 다양한 엔진이 사용될 수 있다.
하이브리드 차량의 동력 전달은 엔진(10)과 모터(14)에서 발생된 동력이 자동변속기(20)의 입력축(22)에 선택적으로 전달되고, 자동변속기(20)의 출력축(24)으로부터 출력된 동력이 차동기어장치(60)를 경유하여 차축에 전달된다. 차축이 휠(70)을 회전시킴으로써 엔진(10) 또는 모터(14)에서 발생된 동력에 의해 하이브리드 차량이 주행하게 된다.
배터리(40)는 EV 모드 및 HEV 모드에서 모터(14)에 전기를 공급하고, 회생제동 모드에서 모터(14)를 통해 회수되는 전기를 통해 충전될 수 있다.
HSG(50)는 엔진(12)을 기동하거나 엔진(12)의 출력에 의해 발전한다.
제어 유닛(100)은 하이브리드 차량의 운전 조건에 따라 엔진(12) 및 모터(14)의 토크를 분배하고, EV 모드와 HEV 모드 사이의 전환을 제어한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치의 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 장치는 데이터 검출부(80), 제어 유닛(100), 액츄에이터(90), 및 토크 소스(10)를 포함할 수 있다.
데이터 검출부(80)는 변속을 제어하기 위한 데이터를 검출하며, 데이터 검출부(80)에서 검출된 데이터는 제어 유닛(100)으로 전달된다.
데이터 검출부(80)는 가속 페달 위치 검출부(81), 차속 검출부(82), 유압 검출부(83), 토크 소스 속도 검출부(84), 및 출력축 속도 검출부(85)를 포함할 수 있다.
가속 페달 위치 검출부(81)는 가속 페달의 위치값(가속 페달이 눌린 정도)을 검출하여 이에 대한 신호를 제어 유닛(100)에 전달한다. 가속 페달이 완전히 눌린 경우에는 가속 페달의 위치값이 100%이고, 가속 페달이 눌리지 않은 경우에는 가속 페달의 위치값이 0%이다.
차속 검출부(82)는 차속을 검출하고 이에 대한 신호를 제어 유닛(100)에 전달한다. 차속 검출부(82)는 차량의 휠에 장착될 수 있다.
유압 검출부(83)는 각 마찰요소에 공급되는 유압을 검출하여 이에 대한 신호를 제어 유닛(100)에 전달한다.
토크 소스 속도 검출부(84)는 토크 소스(10)의 속도를 검출하여 이에 대한 신호를 제어 유닛(100)에 전달한다.
출력축 속도 검출부(85)는 자동변속기(20)의 출력축(24)의 속도를 검출하여 이에 대한 신호를 제어 유닛(100)에 전달한다.
이하에서는, 자동변속기(20)의 입력축(22)의 속도를 "입력축 속도"라고 하고, 자동변속기(20)의 출력축(24)의 속도를 "출력축 속도"라고 한다.
상기 제어 유닛(100)은 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기(20)의 변속 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
액츄에이터(90)는 제어 유닛(100)으로부터 제어 신호를 입력 받아 자동변속기의 각 마찰요소에 공급되는 유압을 제어한다. 액츄에이터(90)는 각 마찰요소에 가해지는 유압을 제어하는 적어도 하나 이상의 제어 밸브와 적어도 하나 이상의 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다.
제어 유닛(100)은 상기 데이터 검출부(80)로부터 입력되는 데이터를 기초로 토크 소스(10)의 속도를 제어하여 자동변속기의 변속 제어 방법을 수행한다.
이하, 도 5내지 도 8을 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법을 자세히 설명하기로 한다.
이하에서는 1개의 해방요소를 해방하고 다른 1개의 결합요소를 결합하는 다운 시프트(down-shift) 제어 방법을 중심으로 설명한다. 또한, 1개의 해방요소를 해방하고 다른 1개의 결합요소를 결합하는 3개 이상의 기어비를 뛰어 넘는 스킵 시프트(skip shift)를 수행하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 더 나아가, 2개의 해방요소를 해방하고 다른 2개의 결합요소를 결합하는 특정한 스킵 시프트를 수행하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 업 시프트(up-shift) 제어 방법의 경우, 다운 시프트 제어 방법과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법의 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 토크 소스의 속도를 제어하는 방법의 흐름도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 옵셋 입력을 생성하는 방법을 설명하기 위한 그래프이고, 도 8a는 다운 시프트 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5 내지 도 8a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법은 변속 조건을 만족하는지 판단함으로써 시작된다(S10). 즉, 제어 유닛(100)은 현재 변속단(i-th shift speed)에서 목표 변속단(j-th shift speed)으로의 변속이 필요한지 판단한다. 제어 유닛(100)은 가속 페달 위치 검출부(81)와 차속 검출부(82)로부터 전달받은 가속 페달 위치값과 차속을 기초로 변속 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.
상기 S10 단계에서 변속 조건이 만족되지 않으면, 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법은 종료된다. 즉, 차량은 현재 변속단으로 계속하여 주행한다.
상기 S10 단계에서 변속 조건이 만족되면, 제어 유닛(100)은 해방요소의 해방을 개시하고 결합요소의 결합을 개시한다(S20). 여기서, 해방요소의 해방과 결합요소의 결합의 개시란 각 마찰요소들의 유압의 제어를 개시하는 것을 말한다. 즉, 해방요소의 해방 개시란 해방요소에 가해지는 유압을 점차적으로 또는 급속히 낮추는 것을 말하고, 결합요소의 결합 개시란 결합요소에 가해지는 유압을 점차적으로 또는 급속히 높이는 것을 말한다.
해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 수행하는 중에 제어 유닛(100)은 속도 제어 진입 조건을 만족하는지를 판단한다(S30). 상기 속도 제어 진입 조건은 아래의 수학식 1이 만족되는 경우 만족되는 것으로 할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, 는 토크 소스(10)의 속도이고, 는 출력축 속도이며, 는 현재 변속단의 기어비이고, 는 제1 설정값이다. 상기 제1 설정값()은 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법이 구현될 차량 및 토크 소스(10)의 제원에 따라 당업자가 바람직하다고 판단되는 값으로 설정할 수 있다.
상기 S30 단계에서 상기 속도 제어 진입 조건이 만족되지 않으면, 제어 유닛(100)은 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 계속하여 수행한다.
상기 S30 단계에서 상기 속도 제어 진입 조건이 만족되면, 제어 유닛(100)은 토크 소스(10)의 목표 속도()를 계산한다(S40). 이때, 제어 유닛(100)은 해방요소의 해방을 대기시키고 결합요소의 결합을 대기시킬 수 있다. 즉, 해방요소와 결합요소에 공급되는 유압을 유지시킬 수 있다.
이하, 토크 소스(10)의 목표 속도 프로파일을 생성하는 과정을 상세히 설명한다.
제어 유닛(100)은 출력축 속도()를 기초로 현재 변속단에서의 입력축 속도()와 목표 변속단에서의 입력축 속도()를 계산할 수 있다. 구체적으로, 제어 유닛(100)은 출력축 속도()에 현재 변속단의 기어비()를 곱함으로써 현재 변속단에서의 입력축 속도()를 계산할 수 있고, 출력축 속도()에 목표 변속단의 기어비()를 곱함으로써 목표 변속단에서의 입력축 속도()를 계산할 수 있다.
제어 유닛(100)은 상기 초기 시점()에서의 출력축 속도()와 토크 소스(10)의 속도()를 기초로 초기 옵셋()을 계산한다(S402). 구체적으로, 제어 유닛(100)은 출력축 속도()를 이용하여 상기 초기 시점()에서의 목표 변속단에서의 입력축 속도()를 계산할 수 있다. 상기 초기 옵셋()은 상기 입력축 속도()에서 토크 소스(10)의 속도()를 뺀 값이다.
제어 유닛(100)은 옵셋 분할부(102)와 보간 필터(104)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(100)은 상기 초기 옵셋()을 분할 하여 옵셋 입력()을 생성할 수 있다(S404). 또한, 제어 유닛(100)은 상기 옵셋 입력()을 보간(interpolation)하여 보간된 옵셋 입력()을 생성할 수 있다(S406).
제어 유닛(100)은 0으로부터 상기 초기 옵셋()까지의 범위를 복수의 서브 범위로 분할할 수 있다. 도 7에서는 0으로부터 상기 초기 옵셋()까지의 범위가 세 개의 서브 범위로 분할된 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 0으로부터 상기 초기 옵셋()까지의 범위를 더 많거나 더 적은 개수의 서브 범위로 분할하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
예를 들어, 제어 유닛(100)은 상기 초기 옵셋()의 제1 설정 비율()에 해당하는 제1 값()과 상기 초기 옵셋()의 제2 설정 비율()에 해당하는 제2 값()를 계산할 수 있다.
제어 유닛(100)은 0으로부터 상기 제1 값()이 될 때까지 제1 기울기()로 변화하는 옵셋 입력()을 생성할 수 있다. 상기 제1 기울기()는 상기 초기 시점() 이전의 토크 소스(10)의 속도의 기울기를 고려하여 결정될 수 있다. 즉, 상기 초기 시점() 전후로 토크 소스(10)의 속도의 오버슈트(overshoot)를 방지하기 위해 상기 제1 기울기()가 결정될 수 있다.
옵셋 입력()이 상기 제1 값()이 되면, 제어 유닛(100)은 상기 제1 값()으로부터 상기 제2 값()이 될 때까지 제2 기울기()로 변화하는 옵셋 입력()을 생성한다. 상기 제2 기울기()는 아래의 수학식 2를 만족하는 값 중 상기 제1 기울기()를 고려하여 결정될 수 있다.
[수학식 2]
여기서, 는 현재 주행 상태에서 토크 소스(10)가 출력할 수 있는 최대의 토크이고, 는 자동변속기(20)의 입력축(22)의 이너샤(inertia)(정확하게는, 토크 소스(10)로부터 자동변속기(20)의 입력축(22)까지의 전체 이너샤)이다. 상기 이너샤()는 현재 체결되어 있는 변속단에 따라 다르게 설정된다. 더 나아가, 토크 소스(10)가 엔진(12)과 모터(14)를 포함하는 경우(즉, 하이브리드 차량의 경우), 상기 이너샤()는 엔진 클러치(30)의 결합에 따라 다르게 설정된다(즉, EV 모드에서의 이너샤와 HEV 모드에서의 이너샤가 다르다). 상기 이너샤()는 실험을 통해 미리 설정될 수 있다.
옵셋 입력()이 상기 제2 값()이 되면, 제어 유닛(100)은 상기 제2 값()으로부터 상기 초기 옵셋()이 될 때까지 제3 기울기()로 변화하는 옵셋 입력()을 생성한다. 상기 제3 기울기()는 상기 제2 기울기()와 출력축 속도()의 기울기를 고려하여 결정될 수 있다. 즉, 변속이 완료되는 시점 전후로 토크 소스(10)의 속도의 오버슈트를 방지하기 위하여, 제3 기울기()가 결정될 수 있다.
제어 유닛(100)은 상기 초기 옵셋()을 기초로 변속을 완료하는 목표 시점()을 결정할 수 있다. 제어 유닛(100)은 상기 초기 시점()으로부터 상기 목표 시점()까지의 구간을 복수의 서브 구간으로 분할할 수 있다. 도 8에서는 상기 초기 시점()으로부터 상기 목표 시점()까지의 구간을 세 개의 서브 구간으로 분할된 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 초기 시점()으로부터 상기 목표 시점()까지의 구간을 더 많거나 더 적은 개수의 서브 구간으로 분할하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 구간은 제1 서브 구간, 제2 서브 구간, 및 제3 서브 구간을 포함할 수 있다. 상기 초기 시점() 전후와 상기 목표 시점() 전후로 토크 소스(10)의 속도의 오버슈트를 방지하기 위하여, 제어 유닛(100)은 제1 시점()과 제2 시점()를 결정할 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 4]
여기서, 는 실험을 통해 당업자가 바람직하다고 판단되는 비율로 설정할 수 있다. 상기 0에서 초기 옵셋()까지의 범위를 분할하는 방식과 유사하게, 제어 유닛(100)은 상기 제1 구간에 대응하는 제1 기울기(), 상기 제2 구간에 대응하는 제2 기울기(), 및 상기 제3 구간에 대응하는 제3 기울기()를 결정할 수 있다. 즉, 상기 초기 시점() 이전의 토크 소스(10)의 속도의 기울기를 고려하여 제1 기울기()가 결정될 수 있고, 상기 수학식 2를 만족하는 값 중 상기 제1 기울기()를 고려하여 제2 기울기()가 결정될 수 있으며, 상기 제2 기울기()와 출력축 속도()의 기울기를 고려하여 제3 기울기()가 결정될 수 있다. 초기 옵셋(), 초기 시점(), 및 목표 시점()은 미리 정해져 있으므로, 제어 유닛(100)은 상기 수학식 3과 수학식 4의 두 개의 미지수인 제1 시점()과 제2 시점()를 결정할 수 있다.
제어 유닛(100)은 초기 시점()으로부터 제1 시점()까지는 제1 기울기()로 변화하고, 제1 시점()으로부터 제2 시점()까지는 제2 기울기()로 변화하며, 제2 시점()으로부터 목표 시점()까지는 제3 기울기()로 변화하는 옵셋 입력()을 생성할 수 있다.
상기 옵셋 입력(Offset1)을 생성한 후, 제어 유닛(100)은 옵셋 입력()이 시간에 따라 매끄럽게 변화하도록 보간 필터(104)를 통해 옵셋 입력()을 보간할 수 있다(S406). 상기 보간 필터(104)는 저역통과필터(LPF; low pass filter)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 스플라인 보간(spline interpolation) 방법 등을 이용하는 것도 가능하다.
제어 유닛(100)은 목표 변속단에서의 입력축 속도()와 상기 초기 옵셋()을 이용하여 토크 소스(10)의 목표 속도()를 계산한다(S410). 구체적으로 제어 유닛(100)은 상기 보간된 옵셋 입력()과 상기 차이()를 더하여 토크 소스(10)의 목표 속도()를 계산할 수 있다.
제어 유닛(100)은 상기 차이()를 이용하여 피드백 제어 입력()을 계산한다(S504). 즉, 제어 유닛(100)은 상기 차이()를 입력받아 피드백 제어 입력()을 출력하는 PID(proportional integral derivative) 제어기(106)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니고, PID 제어기(106) 대신에 피드백 제어를 가능하게 하는 구성이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
제어 유닛(100)은 자동변속기(20)의 입력축(22)의 이너샤()와 토크 소스(10)의 목표 속도()를 이용하여 피드포워드 제어 입력()을 계산할 수 있다(S506). 즉, 제어 유닛(100)은 토크 소스(10)의 목표 속도()를 입력받아 목표 속도()의 미분값을 출력하는 미분기(differentiator)(108)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(100)은 상기 이너샤()와 상기 미분값을 곱하여 피드포워드 제어 입력()을 계산할 수 있다.
제어 유닛(100)은 외란(즉, unknown term)( ) 제거를 위해 토크 소스(10)의 명목 역수 모델(nominal inverse model)(110)과 적어도 하나의 저역통과필터(112 및 114)를 포함할 수 있다. 상기 저역통과필터()(112 및 114)는 아래의 수학식 5를 만족하도록 설계될 수 있다.
[수학식 5]
[수학식 6]
[수학식 7]
즉, 토크 소스(10)의 명목 모델(nominal model)은 아래의 수학식 8을 만족하도록 설계된다.
[수학식 8]
상기 토크 지령()에 따라 토크 소스(10)가 토크를 발생시킨다. 상기 토크 소스(10)가 엔진(12)과 모터(14)를 포함하는 경우(즉, 하이브리드 차량의 경우), 상기 토크 지령()은 엔진(12)과 모터(14)에 적절하게 분배될 수 있다.
제어 유닛(100)은 토크 소스(10)의 현재 속도()를 토크 소스 속도 검출부(84)로부터 입력 받는다(S514). 다운 시프트 제어의 경우 토크 소스(10)의 속도()는 증가하고, 업 시프트 제어의 경우 토크 소스(10)의 속도()는 감소한다.
상기 토크 소스(10)의 속도 제어를 수행하는 중에, 제어 유닛(100)은 속도 제어 완료 조건을 만족하는지를 판단한다(S60). 상기 속도 제어 완료 조건은 아래의 수학식 9가 만족되는 경우 만족되는 것으로 할 수 있다.
[수학식9]
여기서, 는 토크 소스(10)의 속도이고, 는 출력축 속도이며, 는 목표 변속단의 기어비이고, 는 제2 설정값이다. 상기 제2 설정값()은 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법이 구현될 차량 및 토크 소스(10)의 제원에 따라 당업자가 바람직하다고 판단되는 값으로 설정할 수 있다.
즉, 제어 유닛(100)은 입력축 속도와 출력축 속도가 동기화 되는 시점에 토크 소스(10)의 속도 제어를 완료할 수 있다.
이와 달리, 상기 속도 제어 완료 조건은 수학식 9와 아래의 수학식 10을 동시에 만족하는 경우 만족되는 것으로 할 수 있다.
[수학식 10]
여기서, 는 제3 설정값이다. 상기 제3 설정값()은 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기의 변속 제어 방법이 구현될 차량 및 토크 소스(10)의 제원에 따라 당업자가 바람직하다고 판단되는 값으로 설정할 수 있다.
즉, 제어 유닛(100)은 입력축의 속도의 기울기와 출력축의 속도의 기울기가 동기화 되는 시점에 토크 소스(10)의 속도 제어를 완료함으로써, 입력축 속도와 출력축 속도만 동기화 하는 경우 보다 더 변속 충격을 저감할 수 있다.
상기 S60 단계에서 상기 속도 제어 완료 조건을 만족하지 않으면, 제어 유닛(100)은 상기 토크 소스(10)의 속도 제어를 계속하여 수행한다.
상기 S60 단계에서 상기 속도 제어 완료 조건을 만족하면, 제어 유닛(100)은 해방요소의 해방을 완료하고 결합요소의 결합을 완료한다. 즉, 해방요소에 공급되는 유압을 0으로 낮추고, 결합요소에 공급되는 유압을 결합 유압까지 증가시켜 변속을 완료한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 토크 소스(10)의 속도 제어를 이용하여 입력축 속도와 출력축 속도를 동기화시키므로 부드러운 변속이 가능하다. 또한, 기존의 슬립을 통한 변속과는 달리, 토크 소스(10)의 속도 제어를 이용하여 능동적인 변속이 이루어지므로 변속시간이 단축되고, 슬립에 의한 에너지 손실을 줄일 수 있어 연비를 향상시킬 수 있다. 더 나아가, 토크 소스(10)의 속도 제어를 이용하여 능동적인 변속이 이루어지므로 변속을 위한 정밀한 유압 제어가 요구되지 않는다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 토크 소스
80: 데이터 검출부
90: 액츄에이터 100: 제어 유닛
90: 액츄에이터 100: 제어 유닛
Claims (20)
- 변속 조건을 만족하는지 판단하는 단계;
상기 변속 조건을 만족하면, 해방요소의 해방을 개시하고 결합요소의 결합을 개시하는 단계;
상기 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 수행하는 중에, 속도 제어 진입 조건을 만족하는지 판단하는 단계;
상기 속도 제어 진입 조건을 만족하면, 토크 소스의 목표 속도를 계산하는 단계;
상기 토크 소스의 목표 속도를 이용하여 토크 소스의 속도 제어를 수행하는 단계;
상기 속도 제어를 수행하는 중에, 속도 제어 완료 조건을 만족하는지 판단하는 단계; 및
상기 속도 제어 완료 조건을 만족하면, 상기 해방요소의 해방과 결합요소의 결합을 완료하는 단계;
를 포함하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 속도 제어 진입 조건을 만족하면, 상기 해방요소의 해방을 대기시키고 결합요소의 결합을 대기시키는 단계;
를 더 포함하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 토크 소스의 목표 속도를 계산하는 단계는,
자동변속기의 출력축의 속도를 기초로 상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점에서 목표 변속단에서의 입력축 속도를 계산하는 단계;
상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점에서 상기 목표 변속단에서의 입력축 속도와 토크 소스의 속도를 기초로 초기 옵셋을 계산하는 단계;
상기 초기 옵셋을 분할하여 옵셋 입력을 생성하는 단계; 및
상기 옵셋 입력을 보간하여 보간된 옵셋 입력을 생성하는 단계;
를 포함하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 초기 옵셋을 분할하여 옵셋 입력을 생성하는 단계는,
0으로부터 상기 초기 옵셋까지의 범위를 복수의 서브 범위로 분할하는 단계;
상기 각 서브 범위에 대응하는 기울기를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계;
를 포함하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 초기 옵셋을 분할하여 옵셋 입력을 생성하는 단계는,
상기 초기 옵셋의 제1 설정 비율에 해당하는 제1 값을 계산하는 단계;
상기 초기 옵셋의 제2 설정 비율에 해당하는 제2 값을 계산하는 단계;
0으로부터 상기 제1 값이 될 때까지 제1 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계;
상기 옵셋 입력이 상기 제1 값이 되면, 상기 제1 값으로부터 상기 제2 값이 될 때까지 제2 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계; 및
상기 옵셋 입력이 제2 값이 되면, 상기 제2 값으로부터 상기 초기 옵셋이 될 때까지 제3 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계;
를 포함하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 기울기는 상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점의 토크 소스의 속도의 기울기를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 제3 기울기는 상기 제2 기울기와 자동변속기의 출력축의 속도의 기울기를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 초기 옵셋을 분할하여 옵셋 입력을 생성하는 단계는,
상기 초기 옵셋을 기초로 변속을 완료하는 목표 시점을 결정하는 단계;
상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점으로부터 상기 목표 시점까지의 구간을 복수의 서브 구간으로 분할하는 단계;
상기 각 서브 구간에 대응하는 기울기를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 기울기로 변화하는 옵셋 입력을 생성하는 단계;
를 포함하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 복수의 구간은 제1 서브 구간, 제2 서브 구간, 및 제3 서브 구간을 포함하고,
상기 제1 서브 구간에 대응하는 제1 기울기는 상기 속도 제어 진입 조건이 만족된 시점의 토크 소스의 속도의 기울기를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 제3 구간에 대응하는 제3 기울기는 상기 제2 기울기와 자동변속기의 출력축의 속도의 기울기를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 토크 소스의 목표 속도를 계산하는 단계는,
목표 변속단에서의 입력축 속도와 상기 초기 옵셋 사이의 차이를 계산하는 단계; 및
상기 보간된 옵셋 입력과, 상기 목표 변속단에서의 입력축 속도와 상기 초기 옵셋 사이의 차이를 더하는 단계;
를 더 포함하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 토크 소스의 속도 제어를 수행하는 단계는,
토크 소스의 목표 속도와 토크 소스의 현재 속도의 차이를 계산하는 단계;
상기 토크 소스의 목표 속도와 토크 소스의 현재 속도의 차이를 이용하여 피드백 제어 입력을 계산하는 단계;
자동변속기의 입력축의 이너샤와 토크 소스의 목표 속도를 이용하여 피드포워드 제어 입력을 계산하는 단계;
토크 소스의 현재 속도를 기초로 명목 역수 모델과 적어도 하나의 저역통과필터를 이용하여 외란 제어 입력을 계산하는 단계; 및
상기 피드백 제어 입력, 피드포워드 제어 입력, 및 외란 제어 입력을 이용하여 토크 지령을 계산하는 단계;
를 포함하는 자동변속기의 변속 제어 방법.
- 자동변속기의 변속을 제어하기 위한 데이터를 검출하는 데이터 검출부;
차량을 구동시키기 위한 동력을 생성하는 토크 소스;
상기 데이터를 기초로 상기 자동변속기의 변속을 제어하도록 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 제어 유닛; 및
상기 제어 유닛으로부터 제어 신호를 입력 받아 자동변속기의 각 마찰요소에 공급되는 유압을 제어하는 액츄에이터;
를 포함하되,
상기 설정된 프로그램은 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 변속 제어 장치.
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