KR20170036171A - 차량의 발진 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 발진 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 차량의 발진 제어 상태에 대응되는 발진 제어 보상값을 적용하여 엔진 가속도를 조정함으로써, 원하는 구간에서 보상 토크의 적용 비율을 적절히 조정할 수 있어 충격 없는 발진 성능을 확보할 수 있도록 하기 위한 차량의 발진 제어 장치와 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 목표 엔진 속도와 엔진 속도의 비교를 통해 제어 신호를 생성하는 PID 제어부; 상기 엔진 속도와 클러치 속도의 속도비를 이용해 보상 신호를 생성하는 보상부; 입력되는 엔진 토크에 상기 보상부를 통해 생성된 보상 신호를 이용해 보상 엔진 토크를 생성하는 제1 연산부; 및 상기 PID 제어부에서 생성된 제어 신호를 이용해, 상기 제1 연산부의 보상 엔진 토크를 제어하여 목표 클러치 토크를 생성하는 제2 연산부;를 포함하는 차량의 발진 제어 장치를 제공한다.

Description

차량의 발진 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING LAUNCH OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 발진 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 차량의 발진 제어 상태에 대응되는 발진 제어 보상값을 적용하여 엔진 토크(torque)를 조정함으로써, 원하는 구간에서 보상 토크의 적용 비율을 적절히 조정할 수 있어 충격 없는 발진 성능을 확보할 수 있도록 하기 위한 차량의 발진 제어 장치와 방법에 관한 것이다.

클러치에 의해 동력을 전달 받는 변속기 시스템(AMT, DCT 등)에서 정차 중 또는 크립(creep) 주행 중 가속 페달 조작에 따른 차량의 주행 제어를 발진 제어라고 하며, 발진 제어는 차량의 초기 가속감 및 승차감을 결정한다.

발진 제어는, 차량이 가속되는 과정에서 엔진 플레이트 속도와 클러치 플레이트 속도가 동기화 되도록 제어하는데 그 목적을 두고 있다. 그리고, 클러치 플레이트와 엔진 플레이트 사이의 마찰 슬립(slip) 속도가 종료되는 시점에서 클러치 속도 대비 엔진 속도의 기울기는, 발진 제어가 부드러운 발진감에 의해 마무리되기 위한 중요한 요소이다.

발진 제어 중 엔진 속도 기울기는 엔진 토크 대비 클러치 포지션에 따른 클러치 저항 토크에 의해 결정된다. 하지만, 발진되는 차량의 도로 경사도나 차량 적재량 등과 같은 환경 요인에 따라 동일 가속 페달 조작에도 차량의 가속도, 즉, 차량과 연결된 클러치 축의 가속도는 매번 다를 수 있다.

따라서, 엔진의 목표 속도를 타겟으로 제어하는 통상의 발진 제어 알고리즘에서는 이와 같은 발진 환경으로 인해 엔진 가속도를 제어하기에 어려움이 있으며, 엔진 속도와 클러치의 속도가 같아지는 발진 종료 시점에서 엔진 속도와 클러치 속도의 기울기 차이에 의해 충격이 발생할 수 있다는 등의 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1518921호(발명의 명칭: 차량의 발진 제어 장치 및 방법) 대한민국 등록특허공보 제10-137208호(발명의 명칭: 차량의 발진 제어 장치)

본 발명은, 차량의 발진 제어 상태에 대응되는 발진 제어 보상값을 적용하여 엔진 토크를 조정함으로써, 원하는 구간에서 보상 토크의 적용 비율을 적절히 조정할 수 있어 충격 없는 발진 성능을 확보할 수 있도록 하기 위한 차량의 발진 제어 장치와 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 목표 엔진 속도와 엔진 속도의 비교를 통해 제어 신호를 생성하는 PID 제어부; 상기 엔진 속도와 클러치 속도의 속도비를 이용해 보상 신호를 생성하는 보상부; 입력되는 엔진 토크에 상기 보상부를 통해 생성된 보상 신호를 이용해 보상 엔진 토크를 생성하는 제1 연산부; 및 상기 PID 제어부에서 생성된 제어 신호를 이용해, 상기 제1 연산부의 보상 엔진 토크를 제어하여 목표 클러치 토크를 생성하는 제2 연산부;를 포함하는 차량의 발진 제어 장치를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 보상부는, 상기 엔진 속도와 상기 클러치 속도를 입력받아 이들의 속도비를 계산하는 비교기; 상기 비교기를 통해 계산된 속도비에 대해, 클러치의 슬립률(slip ratio)을 이용해 1차 보상하는 제1 보상기; 및 상기 제1 보상기를 통해 보상된 결과값에 대해, 상기 차량의 발진 상태 정보를 이용해 2차 보상하는 제2 보상기;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제2 보상기의 상기 발진 상태 정보는 상기 차량이 주행중인 도로의 경사도를 이용해 계산되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 상기 제2 보상기의 상기 발진 상태 정보는 상기 차량의 무게 정보를 이용해 산출되도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명은, (a) 목표 엔진 속도와 엔진 속도의 비교를 통해 제어 신호를 생성하는 단계; (b) 상기 엔진 속도와 클러치 속도의 속도비를 이용해 보상 신호를 생성하는 단계; (c) 엔진 토크를 입력받고, 상기 단계 (b)를 통해 생성된 보상 신호를 이용해 상기 엔진 토크를 보상하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (a)의 제어 신호를 이용해 상기 단계 (c)의 결과값을 제어하여 목표 클러치 토크를 생성하는 단계;를 포함하는 차량의 발진 제어 방법을 제공한다.

여기서, 상기 단계 (b)는, (e) 상기 엔진 속도와 상기 클러치 속도를 입력받아 이들의 속도비를 계산하는 단계; (f) 상기 단계 (e)의 결과값을, 클러치의 슬립률(slip ratio)을 이용해 1차 보상하는 단계; 및 (g) 상기 단계 (f)의 결과값에 대해, 상기 차량의 발진 상태 정보를 이용해 2차 보상하는 단계;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 단계 (g)의 상기 발진 상태 정보는 상기 차량이 주행중인 도로의 경사도를 이용해 계산될 수 있다.

또한, 상기 단계 (g)의 상기 발진 상태 정보는 상기 차량의 무게 정보를 이용해 산출되도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 차량의 주행 저항에 따른 클러치축의 가속도에 대응하여 클러치 제어 토크를 보상함으로써 엔진 속도 기울기를 제어할 수 있어, 차량의 발진 환경에 대응되는 적절하고 효율적인 발진 제어가 가능하다는 장점이 있다.

또한, 엔진과 클러치의 슬립률 및 발진 상태 등에 따른 다양한 팩터(factor) 값의 적용이 가능하도록 함으로써, 구간 별 보상 토크의 적용 비율 조정을 통한 부드러운 발진 성능 확보가 가능하다는 등의 다양한 장점을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 발진 제어 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2는 도 1의 보상부의 세부 구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 보상부의 보상 과정을 설명하기 위한 실험 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 2의 보상부의 보상 과정을 개념적으로 설명한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 발진 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6의 보상 신호 생성 단계를 보다 세부적으로 나타낸 순서도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 발진 제어 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 발진 제어 장치는, PID 제어부(110), 보상부(120), 제1 연산부(130) 및 제2 연산부(140) 등을 구비함을 확인할 수 있다.

운행중인 차량으로부터 획득되는 엔진 속도, 클러치 속도 및 엔진 토크 정보 가운데, 클러치 속도 정보와 APS(Accelerator Position Sensor; 160)의 센싱 데이터를 이용해 목표 엔진 속도를 결정할 수 있다.

비교부(150)는, 이렇게 결정된 목표 엔진 속도와 엔진 속도의 비교값을 생성해 PID 제어부(Proportional Integral Derivative controller; 110)로 제공하며, PID 제어부(110)는 제공받은 데이터를 이용해 제어 신호를 생성한다.

PID 제어부(110)를 통해 생성된 제어 신호는 차량의 엔진 토크 정보를 제어하기 위해 이용되는데, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 발진 제어 장치는, 이와 같은 차량의 엔진 토크 정보에 대해 보상부(120)로부터 생성된 보상 신호를 이용해 선 보상을 수행한 다음, PID 제어부(110)의 제어 신호가, 보상이 이루어진 엔진 토크 정보를 제어하도록 구성될 수 있다.

다시 말해, 보상부(120)가 엔진 속도와 클러치 속도 정보를 이용해 보상 신호를 생성하고, 이렇게 생성된 보상 신호가 제1 연산부(130)를 통해 엔진 토크 정보를 보상하여 보상 엔진 토크를 생성하며, 제2 연산부(140)가 상기 보상 엔진 토크 정보와 PID 제어부(110)의 제어 신호의 연산을 수행함으로써 목표 클러치 토크 정보를 생성하도록 구성될 수 있다.

보상부(120)의 세부 구성 및 구체적인 동작 과정 등에 대해서는 다음의 도면을 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 도 1의 보상부의 세부 구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 발진 제어 장치에 구비되는 보상부(120)는, 전처리기(122), 비교기(124), 제1 보상기(126) 및 제2 보상기(128) 등을 구비함을 확인할 수 있다.

전처리기(122)는 엔진 속도 및 클러치 속도 정보를 입력받아, 각각의 데이터에 대해 얻어진 변화량 정보(Δd/dt) 등을 이용하여 이동평균필터(Rolling Average Filter: RAF)를 이용한 필터링 과정을 통해 이동평균값을 구하는 등의 전처리 과정을 수행한다.

전처리기(122)를 통해 생성된 각각의 데이터를 이용해, 비교기(124)는, 엔진 속도 및 클러치 속도 사이의 속도비 정보를 생성한다.

이어서, 비교기(124)에 의해 생성된 엔진 속도 및 클러치 속도 사이의 속도비 정보에 대해, 제1 보상기(126) 및 제2 보상기(128)는 각각 클러치 슬립률 및 발진 상태 정보 등을 이용해 보상 신호를 생성한다.

즉, 본 발명의 보상부(120)는 엔진 속도 및 클러치 속도의 속도비를 계산하고, 이렇게 계산된 데이터에 대해 차량의 발진 제어 환경(즉, 차량 주행 도로의 경사도나 차량의 무게 등)에 대응되는 보상이 이루어진 보상 신호를 생성함으로써, 엔진 토크값에 대한 적절한 조정이 이루어질 수 있도록 기능한다.

이하에서는, 상기 보상부(120)를 통해 보상이 이루어지는 과정에서 참조되는 차량의 발진 제어 환경 측정과 관련하여 설명할 수 있도록 한다.

도 3 및 도 4는 도 2의 보상부의 보상 과정을 설명하기 위한 실험 데이터를 나타낸 그래프이다.

먼저 도 3을 참조하면, 상단에, 엔진의 현재 관성 토크(actual inertia torque, A)와 엔진의 목표 관성 토크(target inertia torque, B) 및 이들 사이의 비교(A-B) 그래프가 도시되었음을 확인할 수 있으며, 하단에, 엔진 속도, 엔진 토크, 클러치 목표 토크 및 클러치 속도 등의 그래프가 도시되었음을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명은, 클러치 속도와 동기화 되는 엔진의 가속도(토크)를 제어하기 위해 클러치 속도의 가속도량을 엔진의 목표 가속도(토크)로 설정한 다음, 엔진의 현재 가속도(A)와 목표 가속도(B)의 차(A-B)를 이용해 클러치 제어 토크의 보상량을 계산함으로써, 이에 의해 보상된 클러치 목표 토크를 산출하도록 하는 구성을 제공한다.

하지만, 전술했던 바와 같이, 가속 페달을 동일하게 조작하더라도 주행로의 경사도나 차량의 무게 등과 같은 차량 환경으로 인해 차량의 가속도(클러치 토크)는 달라지게 된다. 따라서, 본 발명은, 현재의 클러치 속도 정보를 이용해 엔진의 목표 가속도(B)를 설정하고, 현재의 엔진 가속도(A)와 목표 가속도의 비교값(A-B)을 이용한 보상 데이터(클러치 제어 토크의 보상량)를 생성해 이에 대응되도록 클러치 목표 토크를 보상하도록 구성된다.

그리고, 이를 통해 엔진 가속도(토크)가 클러치 가속도와 유사하게 유지됨으로써, 엔진 속도와 클러치 속도가 동일해지는 발진 종료 시점(E)에서 충격 등의 발생 없이 차량이 부드러운 발진감을 제공할 수 있도록 기능한다.

각각의 도로 환경, 즉, 내리막길(downhill), 평지(normal) 또는 오르막길(uphill) 등의 경사도에 따라 각각의 측정점(measure point: MP)에서의 측정 데이터가 도 4에 도시되어 있다.

다시 말해, 도 2의 제2 보상기(128)는, 도 3 및 도 4와 같이 산출된 제2 측정점(MP2)의 측정값을 이용해 목표 클러치 토크의 생성을 위한 보상량을 계산한다. 상기 보상량의 계산을 위해서는 다음의 <수학식1>과 같은 계산 과정이 이용될 수 있다.

아울러, 본 발명의 제2 보상기(128)가 도 3 및 도 4와 같이 도로 환경으로 인한 보상 데이터 이외에 차량의 무게 등에 따른 보상 데이터를 추가로 생성할 수 있음에 대해서는 전술한 바 있다.

도 5는 도 2의 보상부의 보상 과정을 개념적으로 설명한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 엔진 속도와 클러치 속도가 동일해지는 발진 제어 종료 시점 이전에 클러치 가속도와 엔진 가속도를 유사하게 유지시킬 수 있도록 하기 위하여, 마이너스(-) 값을 갖는 클러치 보상 토크가 생성해 적용하는 과정을 확인할 수 있다. 마이너스 값을 갖는 클러치 보상 토크의 크기가 도로의 경사도 등에 따라 결정될 수 있음은 앞서 도 3 및 도 4을 통해 설명한 바 있다.

이에 따라, 본 발명은, 차량의 주행 저항(도로의 경사도 등)에 따른 클러치의 가속도에 대응하여 클러치 제어 토크를 보상함으로써 엔진 속도 기울기를 제어할 수 있어, 차량의 발진 환경에 대응되는 적절하고 효율적인 발진 제어가 가능하다는 등의 장점을 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 발진 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 도 6의 보상 신호 생성 단계를 보다 세부적으로 나타낸 순서도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 발진 제어 방법은, 제어 신호 생성 단계(S610), 보상 신호 생성 단계(S620), 엔진 토크 보상 단계(S630) 및 목표 클러치 토크 생성 단계(S640) 등을 포함하여 구성됨을 확인할 수 있으며, 상기 보상 신호 생성 단계(S620)가 다시 속도비 계산 단계(S622), 1차 보상 단계(S624) 및 2차 보상 단계(S626) 등을 포함할 수 있음은 도 7을 통해 확인할 수 있다.

제어 신호 생성 단계(S610)는 PID 제어기 등을 이용해 엔진의 현재 속도 및 엔진의 목표 속도의 차에 따른 제어 신호를 생성하는 과정이다.

보상 신호 생성 단계(S620)는 엔진 속도와 클러치 속도의 비교값을 이용해 생성된 데이터(S622)에 대해, 클러치의 슬립률 등을 이용해 1차 보상하는 단계(S624) 및 차량의 발진 환경을 고려해 2차 보상하는 단계(S626) 등을 포함할 수 있다.

즉, 상기 2차 보상 단계(S626)는, 엔진 속도와 클러치 속도의 비교 데이터(S622)를 이용해 발진 진행률이 파악되고, 이에 대해 1차 보상(S624) 등이 진행된 후, 상기의 <수학식1>과 같은 계산 과정에 의해 도로의 경사도를 고려한 보상 데이터를 생성하기 위한 과정으로 이루어질 수 있다.

상기 보상 데이터가, 클러치 속도를 기반으로 생성된 엔진 목표 가속도에 대해 현재 엔진 가속도와의 비교 과정을 통해 생성될 수 있음은, 앞서 도 3 및 도 4 등을 통해 설명한 바 있다.

이와 같이 생성된 보상 데이터는, 엔진 가속도와 클러치 가속도가 유사하게 유지될 수 있도록 작용함으로써, 엔진 속도 및 클러치 속도가 동일해지는 발진 제어의 종료 시점에서, 충격의 발생 없는 부드러운 발진이 가능하도록 기능하게 된다.

이때, 도로의 경사도를 고려해 생성된 보상 데이터에 대해, 차량의 무게 정보 등을 이용한 추가 연산 과정이 이루어질 수 있음 등에 대해서는 전술한 바 있다.

상기의 과정을 통해 생성된 보상 데이터는, 엔진 토크 정보와의 연산 과정을 통해 보상 엔진 토크(가속도)를 생성(S630)하도록 기능하고, 이렇게 생성된 보상 엔진 토크는, 상기 제어 신호 생성 단계(S610)를 통해 생성된 제어 신호와의 연산 과정을 통해 목표 클러치 토크를 생성(S640)하는데 이용된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 발진 종료 시점에 엔진의 가속도가 클러치축의 가속도와 유사하게 유지될 수 있어, 발진 제어 종료 시점에 부드러운 발진이 가능할 수 있다는 등의 장점을 제공할 수 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

110: PID 제어부 120: 보상부
122: 전처리기 124: 비교기
126: 제1 보상기 128: 제2 보상기
130: 제1 연산부 140: 제2 연산부
150: 비교부 160: APS

Claims (8)

1. 목표 엔진 속도와 엔진 속도의 비교를 통해 제어 신호를 생성하는 PID 제어부;
   상기 엔진 속도와 클러치 속도의 속도비를 이용해 보상 신호를 생성하는 보상부;
   입력되는 엔진 토크에 상기 보상부를 통해 생성된 보상 신호를 이용해 보상 엔진 토크를 생성하는 제1 연산부; 및
   상기 PID 제어부에서 생성된 제어 신호를 이용해, 상기 제1 연산부의 보상 엔진 토크를 제어하여 목표 클러치 토크를 생성하는 제2 연산부;를 포함하는 차량의 발진 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보상부는,
   상기 엔진 속도와 상기 클러치 속도를 입력받아 이들의 속도비를 계산하는 비교기;
   상기 비교기를 통해 계산된 속도비에 대해, 클러치의 슬립률(slip ratio)을 이용해 1차 보상하는 제1 보상기; 및
   상기 제1 보상기를 통해 보상된 결과값에 대해, 상기 차량의 발진 상태 정보를 이용해 2차 보상하는 제2 보상기;를 포함하는 차량의 발진 제어 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 보상기의 상기 발진 상태 정보는 상기 차량이 주행중인 도로의 경사도를 이용해 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 발진 제어 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 보상기의 상기 발진 상태 정보는 상기 차량의 무게 정보를 이용해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량의 발진 제어 장치.
   
5. (a) 목표 엔진 속도와 엔진 속도의 비교를 통해 제어 신호를 생성하는 단계;
   (b) 상기 엔진 속도와 클러치 속도의 속도비를 이용해 보상 신호를 생성하는 단계;
   (c) 엔진 토크를 입력받고, 상기 단계 (b)를 통해 생성된 보상 신호를 이용해 상기 엔진 토크를 보상하는 단계; 및
   (d) 상기 단계 (a)의 제어 신호를 이용해 상기 단계 (c)의 결과값을 제어하여 목표 클러치 토크를 생성하는 단계;를 포함하는 차량의 발진 제어 방법.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (b)는,
   (e) 상기 엔진 속도와 상기 클러치 속도를 입력받아 이들의 속도비를 계산하는 단계;
   (f) 상기 단계 (e)의 결과값을, 클러치의 슬립률(slip ratio)을 이용해 1차 보상하는 단계; 및
   (g) 상기 단계 (f)의 결과값에 대해, 상기 차량의 발진 상태 정보를 이용해 2차 보상하는 단계;를 포함하는 차량의 발진 제어 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 단계 (g)의 상기 발진 상태 정보는 상기 차량이 주행주인 도로의 경사도를 이용해 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 발진 제어 방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 단계 (g)의 상기 발진 상태 정보는 상기 차량의 무게 정보를 이용해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량의 발진 제어 방법.

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