KR20180002643A - 차량의 코스팅 모드 종료 후 차량의 클러치 제어 방법 - Google Patents

차량의 코스팅 모드 종료 후 차량의 클러치 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 코스팅 모드 종료 후에 차량의 클러치 제어를 위한 방법에 관한 것이며, 내연기관 회전수(nV)는, 차량의 코스팅 모드가 종료된 것으로 확인된 후에, 변속기 입력 샤프트 회전수(nG)에 매칭된다. 상기 매칭이 주행 모드에 대한 부정적인 영향 없이 수행되는 방법의 경우, 클러치(2)가 개방된 상태에서 변속기 입력 샤프트 회전수(nG)에 대한 내연기관 회전수(nV)의 매칭은 내연기관(1)에 대한 토크 개입을 통해 수행되며, 내연기관 회전수(nV)가 변속기 입력 샤프트 회전수(nG)에 거의 상응할 때 클러치(2)는 체결된다.

Description

차량의 코스팅 모드 종료 후 차량의 클러치 제어 방법
본 발명은 차량의 코스팅 모드 종료 후에 차량의 클러치 제어를 위한 방법에 관한 것이며, 차량의 코스팅 모드가 종료된 것으로 확인된 후에, 내연기관 회전수가 변속기 입력 샤프트 회전수에 매칭된다.
구동 엔진, 특히 내연기관을 탑재한 자동차는, 예컨대 내리막길 구간을 주행하거나 자동차의 타행 주행(coasting)이 바람직할 때 내연기관이 파워 트레인으로부터 분리된다면, 훨씬 경제적으로 작동될 수 있다. 이런 주행 상황이 코스팅 모드로서 지칭된다. 이런 코스팅 모드는 파워 트레인 내에 제공된 클러치가 분리될 때 설정된다. 그에 추가로, 내연기관 역시도 작동 중지될 수 있다.
DE 10 2012 223 744 A1호로부터는 클러치 컨트롤러가 공지되어 있으며, 이런 클러치 컨트롤러에서는 자동차의 코스팅 모드 개시를 위한 단계들이 고려되고 클러치는 코스팅 모드를 개시하기 위해 분리된다.
통상, 내연기관의 회전속도가 변속기 입력 샤프트의 회전속도를 초과하게 됨으로써 클러치 상에 양의 슬립(positive slip)이 우세하게 되면서, 코스팅 모드는 종료된다. 이 경우, 클러치의 구동 측은 피동 측보다 더 빠르게 회전된다. 양의 슬립이 형성된 후에, 내연기관의 회전수의 추가 상승은 엔진 토크 개입(engine torque intervention)을 통해 방지되고 클러치는 동일한 기울기(gradient)로 체결되거나, 토크 개입 없이 클러치는 가변 기울기(variable gradient)로 체결된다. 내연기관의 회전수의 추가 상승을 방지하는 토크 개입 동안, 클러치 상에서 슬립이 유지될 수 있도록 하기 위해, 엔진 토크는 클러치 토크와 유사하게 함께 증가되어야 한다. 엔진 토크 개입이 없는 변형예의 경우, 클러치는 마찬가지로 가변 기울기로 체결되며, 이는 실질적으로 클러치 상에서 더 많은 슬립을 야기한다.
본 발명의 과제는, 해당 매칭이 주행 모드에 대한 부정적인 영향 없이 수행되는, 차량의 코스팅 모드 종료 후 차량의 클러치 제어를 위한 방법을 명시하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서, 클러치가 개방된 상태에서 변속기 입력 샤프트 회전수에 대한 내연기관 회전수의 매칭이 내연기관에 대한 토크 개입을 통해 수행되며, 내연기관 회전수가 변속기 입력 샤프트 회전수에 거의 상응할 때 클러치는 체결되는 것을 통해 해결된다. 이 경우, 클러치가 슬립하지 않으면서 작동이 이루어짐으로써 클러치 상에서의 마모가 방지된다는 장점이 있다. 상기 방법에 의해, 클러치는 도그 클러치(dog clutch)로서도 실현될 수 있다. 그에 따라, 구조적으로 상대적으로 더 간단하고 그에 따라 상대적으로 더 경제적인 클러치들이 이용될 수 있다. 그 대안으로, 클러치를 작동시키는 액추에이터는 매우 간단하면서도 경제적으로 형성될 수 있는데, 그 이유는 상기 액추에이터가 "개방" 및 "체결"의 2가지 상태만을 설정하기만 하면 되기 때문이다.
바람직하게는, 클러치가 개방된 상태에서, 내연기관 회전수와 변속기 입력 샤프트 회전수 간의 사전 설정된 회전수 차(revolution difference)에 도달한 후에, 내연기관 토크는 거의 영(0) 쪽으로 감소되고 그런 후에 클러치가 체결된다.
일 구현예에서, 내연기관 토크에 대한 개입은, 바람직하게는 요구되는 추가 내연기관 토크를 통해 증가되는 운전자 요구 토크를 통해 사전 설정된다. 운전자 요구 토크를 입력하는 것을 통해, 한편으로 코스팅 모드가 종료되어야 하는 것이 신호화되고, 다른 한편으로는 그와 동시에 파워 트레인의 출력부에서 양의 토크(positive torque)가 기대된다.
일 변형예에서, 클러치를 체결한 후에, 엔진 토크는 운전자 요구 토크에 적응된다.
일 실시형태에서, 내연기관 토크의 감소는 변속기 입력 샤프트 회전수에 도달하기 전에 수행된다. 그 결과로, 클러치 토크뿐만 아니라 내연기관 토크의 제어 동안 발생하는 지연 시간이 고려된다. 클러치 혹은 내연기관의 지연 시간들은 기지(旣知) 사항이기 때문에, 상기 엔진 지연 시간은 제공될 수 있다.
일 개선예에서, 회전수 차는 내연기관 회전수 상승에 따라, 그리고 내연기관 토크의 감소와 내연기관 회전수와 변속기 입력 샤프트 회전수 간 기울기 평형(gradient equality)의 달성 사이에서 결정되는 엔진 지연 시간에 따라 좌우되며, 엔진 지연 시간 및 내연기관 회전수 상승은 다시금 엔진 토크의 감소 전에 내연기관이 보유하는 내연기관의 실제 엔진 토크 및/또는 내연기관의 온도에 따라 좌우된다. 엔진 지연 시간 및 내연기관 회전수 상승은 간단히 실험적으로 결정되어 엔진 온도 및 실제 엔진 토크에 따라 좌우되는 특성 맵으로서 저장될 수 있다.
내연기관 회전수 상승 및 엔진 지연 시간은 시간에 걸쳐서, 그리고 내연기관마다 서로 상이하게 변동될 수 있기 때문에, 내연기관 회전수 상승 및 엔진 지연 시간은 그에 부합하게 적응된다.
일 변형예에서, 내연기관 회전수 상승은, 엔진 지연 시간의 경과 후에 평가되는 슬립을 통해 평가된다. 슬립(엔진 회전수와 변속기 입력 샤프트 회전수 간의 차이)은 특징을 나타내는 클러치의 변수이기 때문에, 슬립이 평가될 수 있게 하는 상응하는 센서 장치가 각각의 클러치 시스템 내에 제공된다. 그에 따라, 슬립을 통한 내연기관 회전수 상승의 평가는 비용상 효율적인 방법을 가능하게 하며, 이는 상응하는 소프트웨어로 처리함으로써 간단히 실행된다.
바람직하게, 슬립은 슬립 임계값과 비교되고, 슬립이 슬립 임계값을 하회하는 경우 내연기관 회전수 상승은 내연기관의 엔진 토크의 감소 후에 감소되며, 슬립이 슬립 임계값을 상회하는 경우 내연기관 회전수 상승은 내연기관의 엔진 토크의 감소 후에 증가된다. 내연기관의 엔진 토크의 감소 후 내연기관 회전수 상승의 상기 적응된 값들은 판독 전용 메모리 내에 저장되며, 그럼으로써 상기 적응된 값들은 차량의 점화 장치의 스위치 오프 후에도 언제라도 이용될 수 있다.
일 구현예에서, 내연기관의 엔진 토크의 감소 후에 내연기관 속도의 기울기(slope)가 모니터링되면서 변속기 입력 샤프트 속도에 도달할 때까지의 시간 한계값과 비교되고, 기울기가 시간 한계값에 너무 빨리 도달하면 엔진 지연 시간은 감소되며, 기울기가 시간 한계값에 너무 늦게 도달하면 엔진 지연 시간은 증가된다. 이 경우, 엔진 지연 시간은, 엔진 토크 감소 시점과 엔진 속도가 변속기 입력 샤프트 속도의 기울기에 도달한 상태 간에 요구되는 시간으로서 정의된다. 이런 이유에서, 엔진 속도의 기울기는 엔진 토크 감소 후에 모니터링된다.
일 개선예에서, 클러치 작동 시스템의 클러치 체결 지연이 모니터링된다. 그에 따라, 엔진 지연 시간의 기간은 엔진 지연 시간에서 클러치 체결 지연을 제외한 시간에 상응한다. 상기 시간의 경과 후에 비로소, 클러치의 체결이 요구된다. 그에 따라, 클러치가 가능한 슬립이 없는 상태에서 비로소 체결된다는 목표가 지원된다.
본 발명은 다수의 실시형태를 허용한다. 그 중 하나의 실시형태는 도면 부분에 도시된 도면들에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도1 은 차량의 파워 트레인을 도시한 개략도이다.
도 2는 코스팅 모드 종료 후에 회전수 매칭을 위한 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 2의 일부분을 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 엔진 지연 시간 및 내연기관 회전수 상승의 적응을 위한 기본 원리를 나타낸 그래프이다.
도 1에는, 차량의 파워 트레인의 개략도가 도시되어 있다. 파워 트레인은, 자신의 구동 샤프트가 클러치(2)와 연결되어 있는 내연기관(1)을 포함한다. 클러치(2)는 변속기 입력 샤프트(3)를 통해 수동 변속기(4)와 연결되며, 이 수동 변속기의 변속기 출력 샤프트(5)는 구동 휠들(6)로 향한다. 수동 변속기(4)는 실렉터 레버(7)의 형태인 수동 변속 모듈을 통해 작동되며, 상기 실렉터 레버 상에는 클러치 제어 장치(9)와 연결되는 기어 선택 센서(8)가 고정된다. 또한, 클러치 제어 장치(9)에는 내연기관(1)의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 센서(10)가 연결된다. 클러치(2)는 릴리스 시스템(11)에 의해 작동되며, 이 릴리스 시스템은 클러치 제어 장치(9)를 포함한 클러치 액추에이터(12)에 의해 작동된다. 그 밖에도, 변속기 입력 샤프트(3)의 회전수는 변속기 입력 샤프트 회전수 센서(13)에 의해 감지된다.
차량이 코스팅 모드에 있다면, 내연기관(1)이 클러치(2)를 통해 파워 트레인으로부터 분리되어 있는 동안, 연료를 절약하기 위해 차량은 롤링 주행(rolling)한다. 일 실시형태에서, 차량의 코스팅 모드 동안 내연기관(1)도 작동 중지될 수 있다. 차량 운전자가, 마찬가지로 클러치 제어 장치(9)와 연결되어 있는 가속 페달의 작동을 통해 코스팅 모드가 종료되어야 한다는 점을 시사한다면, 출력부에서는 양의 토크가 기대된다. 오버런 작동의 경우에서 클러치 체결 특성곡선도 유사하게 처리된다.
도 2에 도시된 것처럼, 코스팅 모드 종료 후에 클러치(2)의 클러치 체결 과정의 특성곡선은 4개의 위상으로 분할된다. 제1 위상에서, 클러치(2)는 개방된 상태로 유지되며, 그로 인해 클러치 토크는 발생하지 않는다. 이 경우, 내연기관(1)의 엔진 토크는 개방된 클러치(2)를 통해 전달되지 않으면서 증가된다. 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)의 증가는, 엔진 회전수 센서(10)를 통해 검출되는 내연기관(1)의 엔진 회전수(nV)가 변속기 입력 샤프트 회전수 센서(13)에 의해 감지되는 변속기 입력 샤프트 회전수(nG)에 거의 상응하게 될 때까지, 클러치 제어 장치(9)를 통해 수행된다. 이런 과정을 가속화하기 위해, 운전자 요구 토크(MFW)에 추가로, 내연기관 토크(MV)의 증가가 요구될 수 있다. 상기 제1 위상은, 내연기관 회전수(nV)와 변속기 입력 샤프트 회전수(nG) 간의 회전수 차가 사전 설정된 임계값(N_slip_exit)을 하회했을 때 종료된다(도 3).
제2 위상에서, 이제는 영(0) 쪽으로 이동되는 내연기관의 엔진 토크(MV)에 대한 개입이 수행된다. 이런 과정 역시도 클러치(2)가 개방된 상태에서 실행된다. 이에 이어서, 클러치(2)의 완전한 체결이 수행되는 제3 위상이 개시된다. 내연기관(1)의 감소된 엔진 토크(MV)로 인해 존재하지 않은 슬립의 결과로서, 클러치(2)는 임의로 빠르게 체결될 수 있으며, 이는 제3 위상에서 발생한다. 상기 제3 위상은, 클러치(2)가 완전하게 체결되거나, 적어도 유의적으로 클러치 토크(Mk)를 전달할 때 종료된다.
최종의 제4 위상에서, 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)에 대한 감소 개입은 취소되고 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)는 운전자 요구 토크(MFW)의 레벨에 적응된다. 이 경우, 내연기관(1)의 엔진 토크의 기울기가 중요한 역할을 하는데, 그 이유는 상기 내연기관이 파워 트레인에서의 출력 토크를 독점적으로 담당하기 때문이다. 여기서 기울기란 내연기관(1) 혹은 변속기 입력 샤프트(3)의 회전수의 변화율을 의미하는 것이어야 한다.
내연기관(1)의 엔진 회전수(nV)의 정확한 제어를 위해, 내연기관 속도는 변속기 입력 샤프트(3)의 변속기 입력 샤프트 속도에 정확하게 부합해야 하고, 이 두 속도는 동일한 기울기를 보유해야 한다. 이런 이유에서, 도 3에 더 상세하게 도시된, 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)의 감소가 실행되어야 한다. 이 경우, 엔진 토크(MV)의 필요한 절댓값은 변속기 입력 샤프트(3)의 가속도에 비례한다.
Figure pct00001
상기 식에서,
Figure pct00002
는 내연기관의 질량 관성이고,
Figure pct00003
는 변속기 입력 샤프트의 가속도이다.
엔진 토크(MV)가 지연 시간으로 상기 디폴트에 반응하기 때문에, 내연기관(1)의 엔진 토크에 대한 감소 개입은 이미 변속기 입력 샤프트(3)의 변속기 입력 샤프트 속도에 도달하기 전에 수행되어야 한다. 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)에 대한 감소 개입의 시작을 위한 기준으로서, 그리고 그에 따라 제2 위상의 시작으로서, 하기 공식처럼 결정되는, 내연기관(1)과 변속기 입력 샤프트(3) 간의 회전수 차가 이용된다.
Figure pct00004
상기 식에서,
K_DeltaNEng는 엔진 토크 감소 후 내연기관 회전수 상승이고,
K_EngDelay는 토크 감소와, 내연기관 회전수와 변속기 입력 샤프트 회전수 간 기울기 평형의 달성 사이의 엔진 지연 시간이다.
토크 감소 후 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng) 및 엔진 지연 시간(K_EngDelay)은 특히 토크 감소 직전의 실제 엔진 토크(MV), 내연기관(1)의 온도 등에 따라 좌우된다. 이런 값들은 우선 실험적으로 결정되며, 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng) 및 엔진 지연 시간(K_EngDelay)에 따라 좌우되는 특성 맵으로서 제어 장치(9)의 소프트웨어 내에 저장된다.
상기 매개변수들은 시간에 걸쳐서, 그리고 내연기관마다 변동될 수 있기 때문에, 상기 매개변수들은 적응되어야 한다. 토크 감소 후 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)의 적응의 가장 간단한 유형은 엔진 지연 시간(K_EngDelay)의 경과 후 슬립을 평가하는 것에 있다. 예컨대 분당 0 회전수의 슬립이 달성되도록 한다면, 상기 슬립은 슬립 임계값으로서 추가 고려의 기초가 된다. 클러치(2)에 실제로 인가된 슬립이 슬립 임계값 미만이라면, 예컨대 -50U/min이라면, 이는, 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)의 값이 너무 큰 것을 의미한다. 이는, 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)가 너무 빨리 감소된다는 점과 동일한 의미이며, 그 결과로 토크 감소 후 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)이 도 4a에 도시된 것처럼 20U/min만큼 감소되게 한다. 이와 유사하게, 측정된 슬립이 예컨대 50U/min의 슬립 한계값을 초과한다면, 엔진 토크 감소 후 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)은 증가된다(도 4b). 검출된 슬립이 두 정의된 임계값 한계 사이에 있다면, 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)의 적응은 실행되지 않는다.
대응하는 유형 및 방식으로, 엔진 지연 시간(K_EngDelay)의 적응이 실행된다. 이 경우, 엔진 지연 시간(K_EngDelay)은, 엔진 토크 감소에서 출발하여 내연기관 속도가 변속기 입력 샤프트 속도의 기울기에 도달한 상태까지 경과하는 시간 기간으로서 정의된다. 그에 따라, 내연기관 속도의 기울기는 엔진 토크 감소 후에 모니터링된다. 내연기관 속도의 기울기가 엔진 지연 시간(K_EngDelay)의 경과 이후보다 훨씬 더 빨리 변속기 입력 샤프트(3)의 입력 샤프트 속도의 값에 도달한다면, 엔진 지연 시간(K_EngDelay)은 감소된다. 그렇지 않는 경우에 엔진 지연 시간은 증가되며, 이는 도 4c 및 도 4d에 도시되어 있다.
제2 위상의 종료를 위해, 엔진 지연 시간(K_EngDelay)의 이용과 더불어, 클러치 액추에이터(12)의 클러치 체결 지연 시간(K_ClutchDelay) 역시도 함께 포함될 수 있다. 그에 따라, 제2 위상(2)의 기간(D)은 하기 공식과 같다.
Figure pct00005
상기 시간 기간(D)의 경과 후에 클러치(2)의 체결이 요구된다. 이 경우, 목표는, 클러치(3)가 최대한 슬립 없는 상태에서 체결되게 하는 점이기도 하다. 클러치(2)의 체결 과정 동안 슬립이 더욱 적을수록, 과정은 더욱더 쾌적해진다.
1: 내연기관
2: 클러치
3: 변속기 입력 샤프트
4: 수동 변속기
5: 변속기 출력 샤프트
6: 구동 휠
7: 실렉터 레버
8: 기어 선택 센서
9: 클러치 제어 장치
10: 엔진 회전수 센서
11: 릴리스 시스템
12: 클러치 액추에이터
13: 변속기 입력 샤프트 회전수 센서
14: 엔진 샤프트
nV: 내연기관 회전수
nG: 변속기 입력 샤프트 회전수
MV: 내연기관 토크
Mk: 클러치 토크
MFW: 운전자 요구 토크

Claims (10)

  1. 차량의 코스팅 모드 종료 후에 차량의 클러치 제어를 위한 방법으로서, 차량의 코스팅 모드가 종료된 것으로 확인된 후에, 내연기관 회전수(nV)가 변속기 입력 샤프트 회전수(nG)에 매칭되는, 차량의 클러치 제어 방법에 있어서,
    클러치(2)가 개방된 상태에서 변속기 입력 샤프트 회전수(nG)에 대한 내연기관 회전수(nV)의 매칭은 내연기관(1)에 대한 토크 개입을 통해 수행되며, 내연기관 회전수(nV)가 변속기 입력 샤프트 회전수(nG)에 거의 상응할 때 클러치(2)는 체결되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 클러치(2)가 개방된 상태에서, 내연기관 회전수(nV)와 변속기 입력 샤프트 회전수(nG) 간의 사전 설정된 회전수 차에 도달한 후에, 내연기관 토크(MV)는 거의 영(0) 쪽으로 감소되고 그런 후에 클러치(2)는 체결되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관 토크(MV)에 대한 개입은, 바람직하게는 추가로 요구되는 추가 내연기관 토크(MV)를 통해 증가되는 운전자 요구 토크(MFW)를 통해 사전 설정되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 클러치(2)를 체결한 후에, 내연기관 토크(MV)는 운전자 요구 토크(MFW)에 적응되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관 토크의 감소는 변속기 입력 샤프트 회전수(nG)에 도달하기 전에 수행되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 회전수 차는 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)에 따라, 그리고 내연기관 토크(MV)의 감소와, 내연기관 회전수(nV)와 변속기 입력 샤프트 회전수(nG) 간 기울기 평형의 달성 사이에서 결정되는 엔진 지연 시간(K_EngDelay)에 따라 좌우되며, 엔진 지연 시간(K_EngDealy) 및 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)은 다시금, 내연기관이 엔진 토크(MV)의 감소 전에 가지는 내연기관(1)의 실제 엔진 토크(MV) 및/또는 내연기관(1)의 온도에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng) 및 엔진 지연 시간(K_EngDealy)은 적응되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)은 엔진 지연 시간(K_EngDelay)의 경과 후에 평가되는 슬립을 통해 평가되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서, 슬립은 슬립 임계값과 비교되고, 슬립이 슬립 임계값을 하회하는 경우 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)은 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)의 감소 후에 감소되며, 슬립이 슬립 임계값을 상회하는 경우 내연기관 회전수 상승(K_DeltaNEng)은 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)의 감소 후에 증가되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 내연기관 속도의 기울기는 내연기관(1)의 엔진 토크(MV)의 감소 후에 모니터링되어 변속기 입력 샤프트 속도에 도달할 때까지의 시간 한계값과 비교되고, 상기 기울기가 시간 한계값에 너무 빨리 도달하면 엔진 지연 시간(K_EngDelay)은 감소되며, 상기 기울기가 시간 한계값에 너무 늦게 도달하면 엔진 지연 시간(K_EngDelay)은 증가되는 것을 특징으로 하는, 차량의 클러치 제어 방법.
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