KR20160071933A

KR20160071933A - 요구출력 기반 변속제어 장치

Info

Publication number: KR20160071933A
Application number: KR1020140179740A
Authority: KR
Inventors: 임광혁; 신창규; 손세훈; 최종익
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-06-22

Abstract

본 발명에 따른 요구출력 기반의 변속제어 장치는 자동 변속기의 변속에 관한 제어를 수행하는 변속제어 장치로서, 액셀러레이터 페달량에 따른 차량 속도별 출력 데이터를 저장한 엔진 출력 맵과, 상기 엔진의 운전 영역 회전수별로 전부하로부터 부분부하 영역 전체의 엔진 출력에 대해 각각의 연비 데이터를 저장한 엔진 연비 맵 및 상기 자동 변속기의 각 단수별 감속비 데이터를 저장한 변속단별 기어비 맵을 포함하고, 상기 변속제어 장치는 운전자의 액셀러레이터 페달 조작과 현재의 차량 속도에 따라 상기 엔진 출력 맵에서 상기 운전자의 요구 출력을 계산하거나 또는 브레이크 페달의 조작량에 따라 상기 운전자의 요구 출력을 계산하고, 상기 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값 이하일 경우에는 상기 자동 변속기의 변속을 수행하지 않으며, 상기 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값을 초과할 경우에는 상기 요구 출력에 대해 상기 엔진 연비 맵 상에서 가장 연비가 낮은 목표 엔진 회전수를 찾고, 상기 변속단별 기어비 맵에 저장된 각 단수별 감속비를 통해 현재의 출력축 회전수에 대응하는 입력축 회전수를 각 변속단에 대해 계산하며, 상기 계산된 각 변속단별 입력축 회전수와 목표 엔진 회전수를 상호 대비하여 변속 여부 및 변속시의 목표 변속단을 결정하는 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

요구출력 기반 변속제어 장치{Transmission shift control device based on demand of drive power}

본 발명은 자동 변속기의 변속에 관한 제어를 수행하는 변속제어 장치로서, 운전자가 액셀러레이터 페달 또는 브레이크 페달의 조작을 통해 요구하는 엔진 출력량을 바탕으로 하여 연비 측면에서 가장 유리한 변속 전략을 수립할 수 있는 요구출력 기반 변속제어 장치에 관한 것이다.

자동변속기를 장착한 차량에 있어서, 자동변속기의 변속 전략(shift strategy)은 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU) 내부에 프로그래밍된 변속로직에 의해 수행되는 변속기어 전환에 의해 구현된다. 구체적인 변속로직은 제조사마다 약간의 차이를 보이고는 있지만, 대부분은 운전자의 의지(요구출력)를 반영하는 액셀러레이터 페달량과 차량속도(자동 변속기 출력축의 회전속도)의 두 개 변수에 대한 2차원 행렬로 구성된 변속맵(shifting map)에 의거하여 변속단을 결정하는 방식을 취한다.

그런데, 정형화된 변속맵에 의해 변속이 수행될 경우, 수많은 주행상황과 운전자의 운전습관을 고려하여 적절한 변속단을 선택하는 것이 힘들며, 때로는 빈번한 변속이 일어나 승차감과 연비를 저하시키는 결과를 초래하기도 한다.

또한, 근래에는 변속감을 향상시키고 연비를 개선하기 위해 자동변속기가 다단화 되어감에 따라 변속단이 상향화됨으로써 고려해야 하는 변속로직의 복잡도가 증가하고, 이 때문에 제품 개발 기간이 늘어나고 품질 보증에 어려움이 있으며, 간혹 예기치 못한 고장이나 오작동이 발생할 가능성이 늘어난다는 단점이 있다.

한국공개특허 제2007-0100516호 (2007.10.11 공개)

본 발명은 종래의 변속로직과는 다르게 실시간으로 변화하는 주행상황에 대응하는 운전자의 요구출력을 만족시키면서 최소의 연료소비를 갖는 엔진 회전수를 찾아 이를 기반으로 최적의 변속 전략을 수립할 수 있는 요구출력 기반의 새로운 변속제어 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 요구출력 기반 변속제어 장치는 상기 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값을 초과할 경우에 상기 요구 출력을 보상하는 요구 출력 보상부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 요구 출력 보상부는 운전자가 출력 우선의 스포츠 모드를 선택할 경우 상기 계산된 운전자의 요구 출력에 대해 사전에 설정된 양의 값을 보상하도록 구성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 요구 출력 보상부가 차량이 경사로를 등판하는 경우 상기 계산된 운전자의 요구 출력에 대해 사전에 설정된 양의 값을 보상하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 요구출력 기반 변속제어 장치는 상기 요구 출력 변화량의 사전에 설정된 값은 차량의 차속에 따라 변화할 수 있다.

이러한 실시예에서 상기 요구 출력 변화량의 사전에 설정된 값은 차량의 차속이 증가함에 따라 커지도록, 예를 들어 차속이 증가함에 따라 선형적으로 증가하도록 구성될 수도 있다.

위와 같은 구성을 가진 본 발명의 요구출력 기반 변속제어 장치는 기존의 변속맵을 사용하지 않고 목표 변속단을 결정할 수 있으므로, 향후 자동 변속기의 고단화에 따른 변속맵의 증가로 인한 변속맵 사이의 불연속적인 절환 가능성으로부터 벗어나 연속적으로 최적의 변속단을 결정할 수 있다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 요구출력 기반 변속제어 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 요구출력 기반 변속제어 장치에 의해 목표 변속단을 결정하는 일련의 흐름을 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 요구출력 기반 변속제어 장치(10)의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 요구출력 기반 변속제어 장치(10)에 의해 목표 변속단을 결정하는 일련의 흐름을 도시한 도면이며, 이를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 요구출력 기반의 변속제어 장치(10)는 자동 변속기(A/T)의 변속에 관한 제어를 수행하는 변속제어 장치를 지칭하는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변속제어 장치(10)에는 크게 3개의 데이터 맵이 저장된다.

첫째는 엔진 출력 맵(100)으로서, 액셀러레이터 페달량(즉, 스로틀 밸브 개도량 내지는 부하량)에 따른 차량 속도(변속기 출력축 속도에 대응)별 요구 출력(kW)의 데이터를 저장한 맵이다. 즉, 차량 속도는 차량의 중량과 공기저항계수, 엔진 출력 등의 인자에 의해 결정되는데, 어떤 차량 속도를 만들어내는데 필요한 요구 출력을 액셀러레이터 페달량과 차량 속도의 2가지 인자에 대해 행렬의 형태로 데이터화한 것이 엔진 출력 맵(100)이다.

둘째로는 엔진 연비 맵(200)으로서, 위와 같은 엔진 출력 맵(100)으로부터 얻어진 요구 출력(kW)을 바탕으로 하여 엔진 회전수 영역에서 해당 요구 출력을 만족시킬 때의 연비 데이터를 찾기 위한 2차원 행렬 맵이다. 즉, 엔진의 운전 영역 회전수별로 전부하로부터 부분부하 영역 전체의 엔진 출력에 대해 각각의 연비 데이터를 모아놓은 데이터 맵이 엔진 연비 맵(200)이다. 연비 데이터는 단위시간 동안 단위출력 생산에 소모되는 연료량(g/kWh)으로서, 동일 시간 및 출력 조건에서 값이 작을수록 우수한 연비를 갖는 것이다.

셋째로는 자동 변속기(A/T)의 각 단수별 감속비 데이터를 저장한 변속단별 기어비 맵(300)이며, 각 단수별 감속비를 알면 단순한 계산을 통해 각 단수별로 자동 변속기(A/T)의 출력축 속도(차량 속도)에 대응하는 엔진 회전수(입력축 속도)를 계산할 수 있다.

위와 같은 구성을 가진 본 발명의 요구출력 기반의 변속제어 장치(10)는 다음과 같은 방식으로 변속제어를 수행하는데, 도 2를 참조하여 목표 변속단을 결정하는 일련의 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명의 변속제어 장치(10)는 운전자가 요구하는 출력을 계산한다. 운전자는 운전상황에 따라 출력을 높이거나 낮추기를 원하게 되는데, 이러한 운전자의 의지는 액셀러레이터 페달(A) 조작이나 브레이크 페달(B)의 조작으로 파악될 수 있다.

즉, 운전자가 액셀러레이터 페달(A)을 밟으면 출력을 높이기를 바라는 것이며, 반대로 브레이크 페달(B)을 밟으면 출력을 낮추기를 바라는 것으로 해석되는 것이다. 물론 아무런 페달 조작이 없다면(예를 들어, 다운 힐 주행시 관성운행을 하는 경우) 이는 출력의 변화를 요구하지 않는 것이다.

여기서 운전자의 요구 출력은 엔진 출력 맵(100) 상의 액셀러레이터 페달량과 현재의 차량 속도의 2가지 인자로부터 계산된다.

다음으로 운전자의 요구 출력을 계산한 결과 그 값이 현재 상태와 어느 정도 차이가 있는지를 먼저 판단하여 변속 여부를 결정하게 된다.

요구 출력 변화량에 대해 사전에 설정된 값은 기어단 변속을 금지하는 최소한의 요구 출력 변화량이며, 만일 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값 이하일 경우에는 자동 변속기(A/T)의 변속을 수행하지 않고 현재의 변속단을 유지한 채로 순전히 액셀러레이터 페달(A)이나 브레이크 페달(B)의 조작에 따라 운전하도록 제어한다. 따라서, 변속제어 장치(10)는 설정된 요구 출력 변화량에 대응하는 토크값을 계산하고 그 결과를 엔진 제어장치(ECU)로 통지하여 계산된 엔진 토크로 운전되도록 한다.

그러나, 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값을 초과할 경우에는 자동 변속기(A/T)에 대해 변속 수행을 명령할지를 판단하여야 하는데, 그 변속 여부 및 변속되어야 할 목표 변속단은 다음과 같이 결정된다.

전술된 과정에서 계산된 요구 출력에 대해 상기 엔진 연비 맵(200) 상에서 가장 연비가 낮은 목표 엔진 회전수를 찾는다. 즉, 운전자의 요구 출력을 만족시키는 복수 개의 엔진 회전수를 대상으로 하여 엔진 연비 맵(200) 상에서 가장 연비가 낮은 엔진 회전수를 목표 엔진 회전수로 찾는 것이다.

목표 엔진 회전수를 찾으면, 변속단별 기어비 맵(300)에 저장된 각 단수별 감속비를 통해 현재의 출력축 회전수(차량 속도에 상응)에 대응하는 입력축 회전수를 각 변속단에 대해 계산하고, 계산된 각 변속단별 입력축 회전수와 목표 엔진 회전수를 상호 대비하여 변속 여부 및 변속시의 목표 변속단을 결정하게 된다.

즉, 목표 엔진 회전수와 각 변속단별 입력축 회전수를 상호 비교한 결과 현재의 변속단이 목표 엔진 회전수에 대응하는 경우에는 변속을 수행하지 않고 전술한 것과 같이 변속제어 장치(10)가 설정된 요구 출력 변화량에 대응하는 토크값을 계산하고 그 결과를 엔진 제어장치(ECU)로 통지하여 계산된 엔진 토크로 운전되도록 하지만, 만일 현재의 변속단이 목표 엔진 회전수에 대응하지 않는 경우에는 목표 엔진 회전수를 만족시키는 입력축 회전수를 가진 다른 변속단을 목표 변속단으로 설정하고 자동 변속기(A/T)로 하여금 변속을 수행하도록 명령을 내리게 되는 것이다.

특히, 본 발명은 위와 같이 엔진 연비 맵(200)을 기초로 하여 가장 연비가 우수한 엔진 회전수를 찾아내고 이를 기반으로 변속단을 결정하기 때문에, 본 발명의 요구출력 기반의 변속제어 장치(10)는 연비 측면에서 강점을 가진다.

그리고, 본 발명의 요구출력 기반 변속제어 장치(10)는 요구 출력 변화량의 최소값을 설정하여 적어도 설정된 최소값을 초과하여야 변속 여부를 결정하게 되는데, 이러한 변속 여부 결정에 적용되는 요구 출력 변화량의 설정값은 차량의 차속에 따라 변화할 수 있다.

즉, 요구 출력 변화량의 사전에 설정된 값은 차량의 차속이 증가함에 따라 커지도록, 예를 들어 차속이 증가함에 따라 선형적으로 증가하도록 구성함으로써 차속의 변화가 그리 크지 않은 고속 영역에서 빈번한 변속이 일어나지 않도록 조정하는 것이 가능한 것이다.

또한, 본 발명의 요구출력 기반 변속제어 장치(10)는 계산된 운전자의 요구 출력에 대해 이를 보상하는 요구 출력 보상부(400)를 더 포함할 수 있다.

요구 출력 보상부(400)는 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값을 초과한 경우에 대해, 운전자의 요구 또는 운전상황까지 고려하여 계산된 요구 출력을 보상하는 구성이며, 이처럼 요구 출력이 보상됨에 따라 이후의 변속 여부 결정과 목표 변속단 결정에 영향을 미칠 수 있다.

요구 출력 보상부(400)에 적용 가능한 보상 요소 중의 하나로 운전자가 출력 우선의 스포츠 모드를 선택하는 것을 고려할 수 있다. 즉, 본 발명의 요구출력 기반 변속제어 장치(10)는 연비를 우선하도록 설정되어 있기 때문에 운전자에 따라서는 출력 부족을 느낄 수도 있으므로, 운전자가 스포츠 모드를 선택하면 일차적으로 계산된 운전자의 요구 출력에 대해 사전에 설정된 양(+)의 값을 보상하도록 구성될 수 있다.

그리고, 또 하나의 보상 요소로는 도로의 경사도에 관한 것인데, 만일 차량이 경사로를 등판하는 경우에는 요구 출력 보상부(400)가 계산된 운전자의 요구 출력에 대해 사전에 설정된 양(+)의 값을 보상하도록 함으로써 등판시 출력 부족을 느끼지 않도록 구성될 수도 있다.

요구 출력 보상부(400)에는 이 외에도 여러 운전상황 중에 운전자의 의도로 계산되는 출력을 보상할 요소가 있다면 이 역시 포함될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 실시형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

10: 변속제어 장치 100: 엔진 출력 맵
200: 엔진 연비 맵 300: 변속단별 기어비 맵
400: 요구 출력 보상부
A: 액셀러레이터 페달 B: 브레이크 페달
A/T: 자동 변속기 ECU: 엔진 제어장치

Claims

자동 변속기의 변속에 관한 제어를 수행하는 변속제어 장치로서,
액셀러레이터 페달량에 따른 차량 속도별 출력 데이터를 저장한 엔진 출력 맵;
상기 엔진의 운전 영역 회전수별로 전부하로부터 부분부하 영역 전체의 엔진 출력에 대해 각각의 연비 데이터를 저장한 엔진 연비 맵; 및
상기 자동 변속기의 각 단수별 감속비 데이터를 저장한 변속단별 기어비 맵;을 포함하고,
상기 변속제어 장치는 운전자의 액셀러레이터 페달 조작과 현재의 차량 속도에 따라 상기 엔진 출력 맵에서 상기 운전자의 요구 출력을 계산하거나 또는 브레이크 페달의 조작량에 따라 상기 운전자의 요구 출력을 계산하고,
상기 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값 이하일 경우에는 상기 자동 변속기의 변속을 수행하지 않으며,
상기 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값을 초과할 경우에는 상기 요구 출력에 대해 상기 엔진 연비 맵 상에서 가장 연비가 낮은 목표 엔진 회전수를 찾고, 상기 변속단별 기어비 맵에 저장된 각 단수별 감속비를 통해 현재의 출력축 회전수에 대응하는 입력축 회전수를 각 변속단에 대해 계산하며, 상기 계산된 각 변속단별 입력축 회전수와 목표 엔진 회전수를 상호 대비하여 변속 여부 및 변속시의 목표 변속단을 결정하는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 요구출력 기반 변속제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 요구 출력 변화량이 사전에 설정된 값을 초과할 경우에 상기 요구 출력을 보상하는 요구 출력 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요구출력 기반 변속제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 요구 출력 보상부는 운전자가 출력 우선의 스포츠 모드를 선택할 경우 상기 계산된 운전자의 요구 출력에 대해 사전에 설정된 양의 값을 보상하는 것을 특징으로 하는 요구출력 기반 변속제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 요구 출력 보상부는 차량이 경사로를 등판하는 경우 상기 계산된 운전자의 요구 출력에 대해 사전에 설정된 양의 값을 보상하는 것을 특징으로 하는 요구출력 기반 변속제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 요구 출력 변화량의 사전에 설정된 값은 차량의 차속에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 요구출력 기반 변속제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 요구 출력 변화량의 사전에 설정된 값은 차량의 차속이 증가함에 따라 커지는 것을 특징으로 하는 요구출력 기반 변속제어 장치.
제6항에 있어서,
상기 요구 출력 변화량의 사전에 설정된 값은 차량의 차속이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 요구출력 기반 변속제어 장치.