KR20180066757A - 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치 및 방법, 그리고 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 포함하는 다단 자동변속기 - Google Patents

Abstract

자동변속기의 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있도록 클러치의 마찰계수를 검출하고 학습하는 제어 장치 및 방법, 그리고 제어 장치를 포함하는 다단 자동변속기가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 마찰계수 학습 제어 장치는, 자동변속기에 설치된 클러치의 실 마찰계수 검출에 필요한 정보를 획득하고 획득된 정보를 변속기 제어부에 전달하는 차량 상태 검출부, 차량 속도 별 요구 토크를 데이터화한 엔진 출력 맵을 활용하여 가속페달 조작 위치에 매칭되는 목표 토크(Target Torque)와 목표 회전수(Target RPM)를 찾아내고 해당 정보를 변속기 제어부에 전달하는 엔진 제어부 및 차량 상태 검출부와 엔진 제어부로부터 각각 마찰계수를 검출에 필요한 정보 및 목표 토크와 목표 회전수에 관한 정보를 수신하고 수신된 정보들로부터 실 마찰계수를 계산하고 이전의 설정 마찰계수와 비교하여 마찰계수의 변화율을 산출하고 다음 변속에 적용하는 변속기 제어부를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치 및 방법, 그리고 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 포함하는 다단 자동변속기{Clutch friction coefficient studying control device and methods of multi-stage automatic transmission}

본 발명은 클러치 마찰계수 학습 제어 장치 및 방법, 그리고 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 포함하는 다단 자동변속기에 관한 것으로, 특히 다단 자동변속기의 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있도록 클러치의 마찰계수를 검출하고 학습하는 장치 및 방법, 그리고 그 장치를 포함하는 다단 자동변속기에 관한 것이다.

다단 자동변속기는 기어변속을 자동으로 하는 장치를 말한다. 일반적인 차량에 적용되는 다단 자동변속기는 크게 세가지 구성요소로 이루어진다. 바람직하게는, 엔진에서 발생한 동력을 기어부에 전달하는 토크 컨버터(Torque converter)와 토크 컨버터에서 발생한 동력을 기어부에 전달하는 마찰 클러치(Clutch plate), 그리고 유성기어 메커니즘의 상기 기어부로 구성된다.

이러한 다단 자동변속기는, 운전자의 가속페달 조작에 따라 그 조작 위치에 대응되는 토크(Torque)와 회전수(Target RPM)로 엔진이 출력하는 동력이 상기 토크 컨버터와 마찰 클러치를 거쳐 상기 기어부에 입력된다. 그리고 기어부를 통해 운전상황에 맞춰 최적의 출력을 낼 수 있는 형태로 변속되고, 출력축을 통해 구동륜에 전달되어 차량 주행동력으로 사용된다.

자동변속기에서는 상기 토크 컨버터와 마찰 클러치를 통해 기어부에 전달된 토크가 손실 없이 차량의 바퀴에 정확히 전달이 되어야 운전자가 원하는 수준의 가속성능과 주행성능이 발휘될 수 있다. 예를 들어, 마찰 클러치의 유체 온도나 마모 상태에 따라 슬립이 일어날 경우 운전자는 출력이 부족하거나 가속 의지가 반영되지 않는 느낌을 받을 수 있다.

운전자의 요구 토크(또는 출력)는 가속페달 조작에 따라 설정되며, 목표 변속단의 클러치, 좀 더 구체적으로는 클러치 피스톤의 동작에 따라 클러치를 거쳐 기어부에 전달된다. 이때 클러치를 작동시키는 유압이 과도하지 않아야 변속 충격과 연비에 미치는 악영향이 해소될 수 있고, 유압이 부족하지 않아야 슬립 없는 정확한 토크 전달이 구현될 수 있다.

즉 변속 충격 해소와 연비 개선, 그리고 정확한 토크 전달을 위해서는, 가속페달 조작에 따른 요구 토크에 대응하여 정확하게 계산되는 필요 유압이 클러치에 공급되어야 한다. 이때 요구 토크에 대응되는 필요 유압의 계산에는 하기의 토크 계산식이 일반적으로 사용된다. 즉 하기의 토크 계산식을 적용하여 요구 토크를 정확하게 전달할 수 있는 필요 유압을 결정하게 된다.

필요 유압(목표 유압) 계산에 사용되는 토크 계산식

위 토크 계산식에서 피스톤 압력으로 표현된 P _App 가 필요 유압, 즉 요구 토크인 T _App 에 대응되어 클러치에 공급되는 유체의 압력이며, 그 외 마찰계수, 다판 클러치의 개수 및 마찰면 반지름의 평균(유효지름), 유압이 작용하는 피스톤 작용면의 면적, 그리고 리턴 스프링의 작동력(스프링 탄성력) 등이 필요 유압 계산에 사용된다.

토크 계산식을 사용하여 필요 유압을 산출함에 있어 사용되는 여러 파라미터(Parameter) 중 상기 다판 클러치의 개수, 마찰면 반지름의 평균(유효지름), 유압이 작용하는 피스톤 작용면의 면적, 그리고 리턴 스프링의 작동력(탄성력) 등은 변하지 않는 값이기 때문에 상수로 볼 수 있다. 반면 마찰계수(μ)는 입력축 속도와 유온, 토크 및 마모 상태에 따라 변할 수 있다.

그럼에도 클러치에 공급될 필요 유압(목표 유압)을 계산함에 있어 종래에는, 클러치 플레이트의 물성치를 고려하여 설정된 최초의 마찰계수 값을 일관되게 사용하고 있다. 이로 인해 시간이 지날수록 요구 토크에 대응하여 계산되는 유압과 실제 정확한 클러치 제어에 필요한 유압 사이에 차이가 발생하여 클러치 제어의 부정확도가 증가하고 신뢰도가 떨어지는 문제가 있다.

또한, 종래에는 실제 클러치에 입력된 정확한 유압 값을 측정하는 기술의 부재로 유압 듀티를 조정하기 위해서는 피드백 제어와 학습이 요구된다. 그러나 모든 변속의 양상에 따라서 유압 듀티를 조정하면서 표준적인 변속을 할 수 있도록 캘리브레이션을 수행하려면, 방대한 학습 로직과 학습량 설정 값이 저장되어야 하기 때문에 제어의 복잡도가 증가하고 제어기의 부담이 커지는 문제가 있다.

한국공개특허 제2015-0125756호(공개일 2015. 11. 10)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 여러 가지 조건에 따라 바뀌는 자동변속기의 클러치의 마찰계수를 검출하고 이로부터 변화의 양상을 예측하며, 예측된 마찰계수 변화를 다음 변속 시 적용되도록 함으로써, 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

자동변속기의 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있도록 클러치의 마찰계수를 검출하고 학습하는 제어 장치로서,

자동변속기에 설치된 클러치의 실 마찰계수 검출에 필요한 정보를 획득하고, 획득된 정보를 변속기 제어부에 전달하는 차량 상태 검출부;

차량 속도 별 요구 토크를 데이터화한 엔진 출력 맵을 활용하여 가속페달 조작 위치에 매칭되는 목표 토크(Target Torque)와 목표 회전수(Target RPM)를 찾아내고, 해당 정보를 변속기 제어부에 전달하는 엔진 제어부; 및

상기 차량 상태 검출부와 엔진 제어부로부터 각각, 마찰계수 검출에 필요한 정보 및 목표 토크와 목표 회전수에 관한 정보를 수신하고, 수신된 정보들로부터 실 마찰계수를 계산하고 이전의 설정 마찰계수와 비교하여 마찰계수의 변화율을 산출하고 다음 변속에 적용하는 변속기 제어부;를 포함하는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에서 상기 차량 상태 검출부는, 변속기의 각 단 클러치에 설치되는 유압센서이고, 상기 실 마찰계수 검출을 위해 차량 상태 검출부가 수집하는 정보는 상기 유압센서를 통해 측정되는 클러치 내부의 실제 유압일 수 있다.

그리고 본 발명의 일 측면에 적용된 상기 변속기 제어부는,

토크 계산식을 사용하여 상기 목표 토크(Target Torque)에 대응되는 목표 유압을 각 변속단의 클러치에 대해 결정하는 목표 유압 설정부와,

목표 변속단의 클러치에 목표 유압을 공급했을 때 차축 속도로부터 계산되는 변속기 실제 출력축 속도를 가속페달 조작에 따라 설정되는 변속기의 입력축 속도와 목표 변속단의 기어비로부터 계산되는 변속기 출력축 목표 속도(동기속도)와 비교하고, 비교 결과로부터 실 마찰계수 검출시점을 판단하는 마찰계수 검출시점 판단부와,

상기 실제 출력축 속도와 목표 속도 사이의 차이가 설정 범위를 벗어난 경우 상기 마찰계수 검출시점 판단부가 출력하는 검출개시신호를 전달받아 목표 변속단 클러치의 실 마찰계수를 산출하는 실 마찰계수 검출부와;

상기 실 마찰계수 검출부를 통해 산출된 실 마찰계수와 상기 목표 유압을 결정하는 데에 적용된 설정 마찰계수로부터 마찰계수 오프셋 값을 계산하고, 계산된 오프셋 값이 다음 변속부터 적용되도록 저장장치에 기록된 설정 마찰계수에 상기 오프셋 값을 반영하여 마찰계수를 갱신하는 마찰계수 수정 요청부를 포함하는 구성일 수 있다.

여기서 상기 실 마찰계수 검출부에 의한 실 마찰계수는, 엔진 제어부가 제공하는 목표 토크(Target Torque) 값과 유압센서에 의해 측정되는 목표 변속단의 클러치 내부의 실제 유압 값을 상기 토크 계산식에 적용하여 역산되는 값일 수 있다.

또한, 상기 마찰계수 오프셋 값은 목표 유압을 결정하는데 적용된 상기 설정 마찰계수에 대한 상기 실 마찰계수의 비(比, 실 마찰계수/설정 마찰계수)이고, 실 마찰계수 검출 이후의 변속부터 상기 오프셋 값이 반영된 마찰계수를 사용하여 목표 유압을 계산할 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 일 측면에 따른 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 포함하는 다단 자동변속기를 제공한다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 또 다른 측면에 따르면,

자동변속기의 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있도록 클러치의 마찰계수를 검출하고 학습하는 제어 방법으로서,

토크 계산식을 사용하여 가속페달 조작에 의한 목표 토크(Target Torque)에 대응되는 목표 유압을 각 변속단의 클러치에 대해 결정하는 단계(S100);

목표 변속단의 클러치에 목표 유압을 공급했을 때 차축 속도로부터 계산되는 변속기 실제 출력축 속도를 가속페달 조작에 따라 설정되는 변속기의 입력축 속도와 목표 변속단의 기어비로부터 계산되는 변속기 출력축 목표 속도(동기속도)와 비교하고, 비교 결과로부터 실 마찰계수 검출시점을 판단하는 단계(S200);

실 마찰계수 검출시점으로 판단된 경우 목표 변속단 클러치의 실 마찰계수를 산출하는 실 마찰계수 검출단계(S300);

상기 실 마찰계수 검출단계에서 산출된 실 마찰계수와 상기 목표 유압을 결정하는 데에 적용된 설정 마찰계수로부터 마찰계수 오프셋 값을 계산하는 단계(S400);

계산된 오프셋 값이 다음 변속부터 적용되도록 설정 마찰계수에 상기 오프셋 값을 반영하여 마찰계수를 갱신하는 마찰계수 수정 요청단계(S500);를 포함하는 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 방법을 제공한다.

상기 S200 단계에서는 상기 실제 출력축 속도와 목표 속도 사이의 차이가 설정 범위를 벗어난 경우 실 마찰계수 검출시점이 도래한 것으로 판단할 수 있다.

그리고 상기 S300 단계에서 실 마찰계수는, 엔진 제어부가 제공하는 목표 토크(Target Torque) 값과 유압센서에 의해 측정되는 목표 변속단의 클러치 내부의 실제 유압 값을 상기 토크 계산식에 적용하여 역산되는 값일 수 있다.

또한, 상기 마찰계수 오프셋 값은 목표 유압을 결정하는데 적용된 상기 설정 마찰계수에 대한 상기 실 마찰계수의 비(比, 실 마찰계수/설정 마찰계수)로 설정될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 자동변속기의 클러치의 마찰계수 변화를 검출하고, 검출된 마찰계수 변화 값이 목표 유압 계산에 반영되도록 함으로써, 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있어 변속 충격 방지를 방지하면서도 정확한 토크 전달을 구현할 수 있고, 연비 개선 효과와 더불어 변속 제어의 정확성을 일층 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 갖는 다단 자동변속기를 포함하여 구성되는 파워트레인의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 클러치 마찰계수 학습 제어 장치의 블록도 구성도.
도 3은 설정 마찰계수와 실 마찰계수가 같은 경우와 설정 마찰계수보다 실 마찰계수가 큰 경우 변속 양상을 비교 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 클러치 마찰계수 학습 제어 장치에 의해 행해지는 마찰계수 학습 과정을 나타낸 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 갖는 다단 자동변속기를 포함하여 구성되는 파워트레인의 개략도로서, 다단 자동변속기를 포함하여 구성되는 파워트레인의 개략적인 구성부터 먼저 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 다단 자동변속기(20)는 크게 세가지 구성요소로 이루어진다. 바람직하게는, 토크 컨버터(Torque converter, 22), 클러치(24), 그리고 기어부(26)로 구성된다. 토크 컨버터(22)는 엔진 동력을 상기 클러치(24)에 전달하며, 클러치(24)는 토크 컨버터(22)에서 전달받은 동력을 기어부(26)에 전달하는 역할을 한다. 그리고 기어부(26)는 유성기어방식의 변속 메커니즘을 갖는다.

운전자의 가속페달(15) 조작으로 그 조작 위치에 상응하는 목표 토크(Target Torque)와 목표 회전수(Target RPM)로 엔진이 동력을 출력하면, 그 출력된 동력은 토크 컨버터(22)와 마찰 클러치(24)를 거쳐 상기 기어부(26)에 입력된다. 그리고 기어부(26)를 통해 운전상황에 맞게 적절히 변속되고, 출력축(28)을 통해 구동륜(30)에 차량 주행동력으로 전달된다.

토크 컨버터(22)로부터 입력된 동력이 클러치(24)를 통해 기어부(26)에 전달됨에 있어 동력 손실 없이 차량의 바퀴에 정확히 전달되어야 운전자가 원하는 수준의 가속성능과 주행성능을 만족시킬 수 있다. 예를 들어, 클러치(24)의 유체 온도나 마모 상태에 따라 슬립이 일어날 경우 운전자는 출력이 부족하거나 가속 의지가 반영되지 않는 느낌을 받을 수 있기 때문이다.

목표 토크와 목표 회전수는 운전자의 가속페달(15) 조작에 따라 엔진 제어부(54)에 의해 결정되며, 목표 변속단 클러치(24)의 어플라이 동작에 따라 클러치(24)를 거쳐 기어부(26)에 전달된다. 이때 클러치(24)를 작동시키는 유압이 과도하지 않아야 변속 충격과 연비 악화를 막을 수 있고, 유압이 부족하지 않아야 슬립 없이 토크 전달이 정확하게 이루어질 수 있다.

즉 변속 충격 해소와 연비 개선, 그리고 정확한 토크 전달을 위해서는, 요구 토크에 대응하는 정확한 필요 유압(이하, '목표 유압'이라 함)이 클러치(24)에 공급되어야 한다. 이때 요구 토크에 대응되는 목표 유압 전술한 토크 계산식(배경기술 참조)이 사용될 수 있다. 전술한 토크 계산식을 적용하여 요구 토크를 정확하게 전달할 수 있는 목표 유압을 결정하게 된다.

토크 계산식을 사용하여 목표 유압을 계산함에 있어 사용되는 여러 파라미터(Parameter) 중 다판 클러치의 개수, 마찰면 반지름의 평균(유효지름), 유압이 작용하는 피스톤 작용면의 면적, 리턴 스프링의 작동력(탄성력) 등은 변하지 않는 값이기 때문에 상수로 볼 수 있다. 반면 마찰계수(μ)는 입력축 속도와 유온, 토크 및 마모 상태에 따라 변할 수 있다.

여러 가지 조건에 따라 바뀐 마찰계수 값이 토크 계산식에 정확히 반영되지 않으면, 계산식을 통해 산출된 목표 유압 값이 실제 필요한 유압 값보다 과하거나 부족해지는 상황이 초래되며, 결국 각 변속단에 대한 클러치 제어가 부정확해질 수 밖에 없다. 즉 변속 제어의 부정확도가 증가하여 변속의 신뢰도가 떨어질 수 밖에 없다.

바꿔 말하면, 목표 유압 계산에 있어 변화된 마찰계수 값이 정확히 반영된다면, 각 변속단의 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있다. 이에 본 발명의 일 측면은, 클러치(24)의 실 마찰계수를 특정방법으로 검출하고, 검출된 실 마찰계수 값이 다음 변속부터 목표 유압의 계산에 반영되도록 하여 변속 성능을 향상시키고자 하는 것이다.

바람직하게는, 클러치(24) 내부의 실제 유압을 유압센서(52)를 이용하여 측정하고, 측정된 유압 값과 가속페달(15) 조작에 따라 설정되는 목표 토크 값, 그리고 상수에 해당하는 전술한 여러 파라미터(다판 클러치의 개수, 마찰면 반지름의 평균, 유압이 작용하는 피스톤 작용면의 면적, 리턴 스프링의 작동력)를 이용하여 토크 계산식을 통해 역으로 실 마찰계수를 계산하고 이를 학습한다.

도 1에서 미설명 부호 60은 변속기 제어부(55)의 통제를 받아 각단 클러치(24)에 공급되는 유압량을 조절하고 유압의 흐름을 절환하는 유압 모듈을 가리킨다.

도 2를 참조하여 본 발명의 일 측면에 다단 자동변속기의 마찰계수 학습제어 장치에 대해 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 클러치 마찰계수 학습 제어 장치의 구성을 개략 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 구성하는 요소는 크게 세 개로 분류될 수 있다. 클러치의 실 마찰계수 검출에 필요한 정보를 획득하는 차량 상태 검출부(52), 가속페달(15) 조작에 매칭되는 토크와 회전수를 변속기 제어부(55)에 전달하는 엔진 제어부(54), 그리고 수신된 정보들로부터 실 마찰계수를 검출하는 일련의 알고리즘을 수행하는 변속기 제어부(55)로 구성된다.

차량 상태 검출부(52)는 자동변속기(20, 도 1 참조)에 설치된 클러치(24)의 실 마찰계수 검출에 필요한 정보를 획득한다. 그리고 획득된 정보를 상기 변속기 제어부(55)에 전달한다. 차량 상태 검출부(52)는 구체적으로, 변속기의 각 단 클러치에 설치되는 유압센서일 수 있고, 실 마찰계수 검출을 위해 수집하는 정보는 상기 유압센서를 통해 측정되는 클러치 내부의 실제 유압일 수 있다.

엔진 제어부(54)는 가속페달(15) 조작 위치에 매칭되는 목표 토크(Target Torque, 클러치의 담당 토크)와 목표 회전수(Target RPM)를 선택한다. 바람직하게는, 차량 속도 별 요구 토크를 데이터화한 엔진 출력 맵을 활용하여 운전자에 의한 가속페달(15) 조작 위치에 매칭되는 목표 토크(Target Torque)와 목표 회전수(Target RPM)를 찾아내고, 해당 정보를 상기 변속기 제어부(55)에 전달한다.

변속기 제어부(55)는 상기 차량 상태 검출부(52)와 엔진 제어부(54)로부터 마찰계수를 검출에 필요한 정보 및 목표 토크와 목표 회전수에 관한 정보를 수신한다. 그리고 수신된 정보들로부터 실 마찰계수를 계산하고 이전의 설정 마찰계수(목표 유압을 계산하는데 사용된 기존 마찰계수)와 비교하여 마찰계수의 변화율을 산출하고 다음 변속에 적용하기 위한 일련의 제어를 수행한다.

변속기 제어부(55)는 역할 분담을 통한 효율적인 제어를 위해 기능상 크게 네 개의 파트로 구분될 수 있다. 구체적으로는, 각 변속단의 클러치(24)에 대해 목표 유압을 결정하는 목표 유압 설정부(56), 실 마찰계수 검출시점을 판단하는 마찰계수 검출시점 판단부(57), 계산을 통해 실 마찰계수를 산출하는 실 마찰계수 검출부(58), 그리고 마찰계수 수정 요청부(59)로 구성될 수 있다.

목표 유압 설정부(56)는 가속페달(15) 조작에 따른 상기 목표 토크에 대응되는 목표 유압을 각 변속단의 클러치에 대해 결정한다. 이때 목표 유압 계산에는 상기 목표 토크와 클러치의 물리적 특성(다판 클러치의 개수, 마찰면 반지름의 평균, 마찰 계수, 유압이 작용하는 피스톤 작용면의 면적, 리턴 스프링의 작동력)을 포함하는 전술한 토크 계산식(배경기술 참조)이 사용된다.

마찰계수 검출시점 판단부(57)는 클러치 슬립이 발생된 시점을 실 마찰계수 검출시점으로 판단한다. 이때 클러치 슬립은 목표 변속단의 클러치(24)에 목표 유압을 공급했을 때 속도 센서(70)에 의한 차축 속도로부터 계산되는 변속기 실제 출력축 속도와, 가속페달(15) 조작에 따라 설정되는 변속기의 입력축 속도와 목표 변속단의 기어비로부터 계산되는 변속기 출력축 목표 속도(동기속도)의 비교를 통해 알 수 있다.

예를 들어, 토크 계산식으로부터 계산된 목표 유압을 목표 변속단의 클러치(24)에 공급했을 때 차축 속도로부터 계산되는 변속기 실제 출력축 속도는 2000RPM이고, 변속기의 입력축 속도와 해당 변속단의 기어비로부터 계산되는 변속기 출력축 목표 속도가 2100RPM이면, 100RPM에 상응하는 슬립 손실이 발생한 것으로 볼 수 있고, 이 경우를 마찰계수 검출시점으로 판단할 수 있다.

실 마찰계수 검출부(58)는 상기 실제 출력축 속도와 목표 속도(이론 속도에 해당) 사이의 차이가 설정 범위를 벗어난 경우 상기 마찰계수 검출시점 판단부(57)가 출력하는 검출개시신호로부터 목표 변속단 클러치의 실 마찰계수를 산출하기 위한 알고리즘을 수행한다. 이때 실 마찰계수는 마찬가지로 전술한 토크 계산식을 통해 산출될 수 있다.

실 마찰계수 검출부(58)에 의한 실 마찰계수는 구체적으로, 엔진 제어부(54)가 제공하는 목표 토크 값과 유압센서(52)에 의해 측정되는 목표 변속단의 클러치 내부의 실제 유압 값, 그리고 마찰계수를 제외한 클러치의 물리적 특성(다판 클러치의 개수, 마찰면 반지름의 평균, 유압작용면적, 리턴 스프링의 작동력)을 상기 토크 계산식에 적용했을 때 역산을 통해 구해지는 값일 수 있다.

즉 전술한 토크 계산식에서 왼쪽의 클러치 담당토크에 상기 목표 토크 값을 대입하고, 오른쪽 수식의 피스톤 압력에 클러치 어플라이 시 상기 유압센서(52)에 의해 측정되는 목표 변속단의 클러치(24) 내부의 실제 유압 값을 대입하고 나머지 물리적 특성을 그대로 적용했을 때 추출되는 값, 다시 말해 상기 목표 토크 값을 오른쪽 수식의 마찰계수를 제외한 수식으로 나눈 값일 수 있다.

마찰계수 수정 요청부(59)는 위와 같은 산출과정을 거쳐 실 마찰계수 검출부(58)가 산출한 실 마찰계수와 상기 목표 유압을 결정하는 데에 적용된 이전의 설정 마찰계수로부터 마찰계수 오프셋 값을 계산하고, 계산된 오프셋 값이 다음 변속부터 적용되도록 저장장치에 기록된 설정 마찰계수에 상기 오프셋 값을 반영하여 마찰계수를 갱신한다.

마찰계수 오프셋 값은 바람직하게, 목표 유압을 결정하는데 적용된 이전의 설정 마찰계수에 대한 상기 실 마찰계수의 비(比, 실 마찰계수/설정 마찰계수)로 표현될 수 있으며, 실 마찰계수가 '1'이 아닌 경우, 즉 상기 오프셋 값이 '1'보다 크거나 작은 경우에는 실 마찰계수 검출 이후의 변속부터 상기 오프셋 값이 반영된 마찰계수를 사용하여 목표 유압을 계산한다.

도 3은 설정 마찰계수와 실 마찰계수가 같은 경우와 설정 마찰계수보다 실 마찰계수가 큰 경우 변속 양상을 비교 도시한 그래프이다.

도 3의 도시와 같이, 설정 마찰계수와 실 마찰계수가 같은 경우(중앙 파선을 기준으로 왼쪽의 그래프)와 설정 마찰계수보다 실 마찰계수가 큰 경우(오른쪽 그래프)를 비교해 보면, 왼쪽은 충분한 변속시간을 가지고 변속이 이행되는 반면, 오른쪽의 경우 클러치의 실제 유압이 목표 유압에 도달하지 않았음에도 클러치 체결이 이미 완료된 것을 알 수 있다.

즉 실 마찰계수가 설정 마찰계수보다 커졌음에도 불구하고 이에 대한 적절한 마찰계수 학습과 보상이 이루어지지 않았을 경우(새로운 마찰계수를 학습하고 이를 반영하여 마찰계수를 보정하는 과정이 수행되지 않은 경우), 클러치가 계획된 적정 시간보다 빠른 시간에 체결되어 변속 시간이 그 만큼 짧아지고, 결국 변속 충격이 발생함을 보여주는 시험데이터이다.

이하에서는 상기한 본 발명의 일 측면에 따른 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 통해 수행되는 마찰계수 학습 제어 과정을 도 4의 흐름도를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 클러치 마찰계수 학습 제어 장치에 의해 행해지는 마찰계수 학습 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 변속기의 입력축 속도가 동기 속도(목표 속도)에 달해 변속개시신호가 출력되면 먼저, 토크 계산식을 사용하여 가속페달 조작에 의한 목표 토크(Target Torque)에 대응되는 목표 유압을 각 변속단의 클러치에 대해 결정한다(S100). 이때 목표 토크의 계산에는 차량 속도 별 요구 토크를 데이터화한 엔진 출력 맵이 활용될 수 있다.

다음, 실 마찰계수 검출시점을 판단한다(S200). 구체적으로는, 목표 변속단의 클러치에 상기 S100 단계를 통해 계산된 목표 유압을 공급했을 때 차축 속도로부터 계산되는 변속기 실제 출력축 속도를 가속페달 조작에 따라 설정되는 변속기의 입력축 속도와 목표 변속단의 기어비로부터 계산되는 변속기 출력축 목표 속도(동기속도)의 비교 결과로부터 실 마찰계수 검출시점을 판단한다.

바람직하게는, 상기 실제 출력축 속도와 목표 속도 사이의 차이가 설정 범위를 벗어난 경우 실 마찰계수 검출시점이 도래한 것으로 판단하도록 설정될 수 있다. 이때 설정 범위는 관내 유동 저항에 따른 유체의 압력손실, 유온 등에 따라 달라질 수 있으므로 특별히 한정되는 것은 아니다. 다만 상기 압력손실이나 유온 등의 변화를 고려한 오차 범위를 벗어난 값이면 된다.

S200 단계에 의한 판단 결과, 실 마찰계수 검출시점으로 판단되면 목표 변속단 클러치의 실 마찰계수를 산출하기 위한 과정이 진행된다(S300). 여기서 실 마찰계수는, 앞서도 설명했듯이 엔진 제어부가 제공하는 상기 목표 토크(Target Torque) 값과 유압센서에 의해 측정되는 목표 변속단의 클러치 내부의 실제 유압 값을 토크 계산식에 적용하여 역산되는 값일 수 있다.

S300 단계를 통해 실 마찰계수의 검출이 완료되면, 이전의 설정 마찰계수와 검출된 실 마찰계수를 비교하고, 그 비교 결과로부터 실 마찰계수 검출단계(S300)에서 산출된 상기 실 마찰계수와 이전의 설정 마찰계수로부터 마찰계수 오프셋 값을 계산한다(S400). 이때 오프셋 값은 이전의 설정 마찰계수에 대한 상기 실 마찰계수의 비(比, 실 마찰계수/설정 마찰계수)로 계산될 수 있다.

오프셋 값 계산이 완료되면 마지막으로, 계산된 오프셋 값이 반영된 새로운 마찰계수가 다음 변속부터 가속페달 조작량에 대응되는 목표 유압의 산출에 적용되도록, 설정 마찰계수에 상기 오프셋 값을 반영하여 마찰계수를 갱신하는 마찰계수 수정 요청이 행해진다(S500).

이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 자동변속기의 클러치의 마찰계수 변화를 검출하고, 검출된 마찰계수 변화 값이 목표 유압 계산에 반영되도록 함으로써, 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있어 변속 충격 방지를 방지하면서도 정확한 토크 전달을 구현할 수 있고, 연비 개선 효과와 더불어 변속 제어의 정확성을 일층 향상시킬 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 엔진 15 : 가속페달
20 : 다단 자동변속기 22 : 토크 컨버터
24 : 클러치 26 : 기어부
50 : 클러치 마찰 계수 학습 제어 장치
52 : 차량 상태 검출부 54 : 엔진 제어부
55 : 변속기 제어부 56 : 목표 유압 설정부
57 : 마찰 계수 검출 시점 판단부
58 : 실 마찰계수 검출부 59 : 마찰계수 수정 요청부

Claims (10)

1. 자동변속기의 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있도록 클러치의 마찰계수를 검출하고 학습하는 제어 장치로서,
   자동변속기에 설치된 클러치의 실 마찰계수 검출에 필요한 정보를 획득하고, 획득된 정보를 변속기 제어부에 전달하는 차량 상태 검출부;
   차량 속도 별 요구 토크를 데이터화한 엔진 출력 맵을 활용하여 가속페달 조작 위치에 매칭되는 목표 토크(Target Torque)와 목표 회전수(Target RPM)를 찾아내고, 해당 정보를 변속기 제어부에 전달하는 엔진 제어부; 및
   상기 차량 상태 검출부와 엔진 제어부로부터 마찰계수 검출에 필요한 정보 및 목표 토크와 목표 회전수에 관한 정보를 수신하고, 수신된 정보들로부터 실 마찰계수를 계산하고 이전의 설정 마찰계수와 비교하여 마찰계수의 변화율을 산출하고 다음 변속에 적용하는 변속기 제어부;를 포함하는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차량 상태 검출부는 변속기의 각 단 클러치에 설치되는 유압센서이고, 상기 실 마찰계수 검출을 위해 차량 상태 검출부가 수집하는 정보는 상기 유압센서를 통해 측정되는 클러치 내부의 실제 유압인 것을 특징으로 하는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 변속기 제어부는,
   토크 계산식을 사용하여 상기 목표 토크(Target Torque)에 대응되는 목표 유압을 각 변속단의 클러치에 대해 결정하는 목표 유압 설정부;
   목표 변속단의 클러치에 목표 유압을 공급했을 때 차축 속도로부터 계산되는 변속기 실제 출력축 속도를 가속페달 조작에 따라 설정되는 변속기의 입력축 속도와 목표 변속단의 기어비로부터 계산되는 변속기 출력축 목표 속도(동기속도)와 비교하고, 비교 결과로부터 실 마찰계수 검출시점을 판단하는 마찰계수 검출시점 판단부;
   상기 실제 출력축 속도와 목표 속도 사이의 차이가 설정 범위를 벗어난 경우 상기 마찰계수 검출시점 판단부가 출력하는 검출개시신호를 전달받아 목표 변속단 클러치의 실 마찰계수를 산출하는 실 마찰계수 검출부;
   상기 실 마찰계수 검출부를 통해 산출된 실 마찰계수와 상기 목표 유압을 결정하는 데에 적용된 설정 마찰계수로부터 마찰계수 오프셋 값을 계산하고, 계산된 오프셋 값이 다음 변속부터 적용되도록 저장장치에 기록된 설정 마찰계수에 상기 오프셋 값을 반영하여 마찰계수를 갱신하는 마찰계수 수정 요청부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 실 마찰계수 검출부에 의한 실 마찰계수는,
   엔진 제어부가 제공하는 목표 토크(Target Torque) 값과 유압센서에 의해 측정되는 목표 변속단의 클러치 내부의 실제 유압 값을 상기 토크 계산식에 적용하여 역산되는 값인 것을 특징으로 하는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 마찰계수 오프셋 값은 목표 유압을 결정하는데 적용된 상기 설정 마찰계수에 대한 상기 실 마찰계수의 비(比, 실 마찰계수/설정 마찰계수)이고, 실 마찰계수 검출 이후의 변속부터 상기 오프셋 값이 반영된 마찰계수를 사용하여 목표 유압을 계산하는 것을 특징으로 하는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 장치를 포함하는 다단 자동변속기.
   
7. 자동변속기의 각 변속단 클러치 제어에 필요한 유압을 클러치 상태에 맞춰 최적으로 공급할 수 있도록 클러치의 마찰계수를 검출하고 학습하는 제어 방법으로서,
   토크 계산식을 사용하여 가속페달 조작에 의한 목표 토크(Target Torque)에 대응되는 목표 유압을 각 변속단의 클러치에 대해 결정하는 단계(S100);
   목표 변속단의 클러치에 목표 유압을 공급했을 때 차축 속도로부터 계산되는 변속기 실제 출력축 속도를 가속페달 조작에 따라 설정되는 변속기의 입력축 속도와 목표 변속단의 기어비로부터 계산되는 변속기 출력축 목표 속도(동기속도)와 비교하고, 비교 결과로부터 실 마찰계수 검출시점을 판단하는 단계(S200);
   실 마찰계수 검출시점으로 판단된 경우 목표 변속단 클러치의 실 마찰계수를 산출하는 실 마찰계수 검출단계(S300);
   상기 실 마찰계수 검출단계에서 산출된 실 마찰계수와 상기 목표 유압을 결정하는 데에 적용된 설정 마찰계수를 비교하고, 그 비교 결과로부터 마찰계수 오프셋 값을 계산하는 단계(S400);
   계산된 오프셋 값이 다음 변속부터 적용되도록 설정 마찰계수에 상기 오프셋 값을 반영하여 마찰계수를 갱신하는 마찰계수 수정 요청단계(S500);를 포함하는 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 S200 단계에서는 상기 실제 출력축 속도와 목표 속도 사이의 차이가 설정 범위를 벗어난 경우 실 마찰계수 검출시점이 도래한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 방법.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 S300 단계에서 실 마찰계수는,
   엔진 제어부가 제공하는 목표 토크(Target Torque) 값과 유압센서에 의해 측정되는 목표 변속단의 클러치 내부의 실제 유압 값을 상기 토크 계산식에 적용하여 역산되는 값인 것을 특징으로 하는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 방법.
   
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 마찰계수 오프셋 값은 목표 유압을 결정하는데 적용된 상기 설정 마찰계수에 대한 상기 실 마찰계수의 비(比, 실 마찰계수/설정 마찰계수)인 것을 특징으로 하는 다단 자동변속기의 클러치 마찰계수 학습 제어 방법.

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