KR20200083688A - 수동변속기 차량의 운전 제어방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 클러치의 회전속도를 조절하여 변속시 발생하는 변속손실을 최소화하면서 다이나믹한 수동변속을 구현할 수 있는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 클러치를 매개로 엔진의 동력이 변속기에 선택적으로 전달되고, 변속기에 모터가 연결되어 모터의 동력이 제공되는 수동변속기 차량으로서, 컨트롤러가, 주행단에서 일정 차속 이상으로 주행시, 변속과정에서 엔진속도와 클러치속도 간의 동기화가 필요하거나, 엔진속도의 보상이 필요한 경우, 상기 모터의 작동을 제어하여 동기화하거나 엔진속도를 보상하는 것을 특징으로 하는 수동변속기 차량의 운전 제어방법 및 장치가 소개된다.

Description

수동변속기 차량의 운전 제어방법 및 장치{DRIVING CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR VEHICLE WITH MANUAL TRANSMISSION}
본 발명은 클러치의 회전속도를 조절하여 변속시 발생하는 변속손실을 최소화하면서 다이나믹한 수동변속을 구현할 수 있는 수동변속기 차량의 운전 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
수동변속기가 탑재된 차량은 다이나믹한 운전 요소와 고효율의 연비를 제공하는 장점이 있다.
하지만, 이는 운전자의 능력에 따라 크게 좌우되고, 특히 최근 개발되고 있는 자동화된 수동변속기 차량에 연비향상을 위한 다양한 기술들이 고도화되어 탑재됨에 따라 수동변속기 차량과 자동화된 수동변속기 차량의 연비 차이가 거의 없거나, 열세한 경우도 나타나게 된다.
이와 더불어, 전세계적으로 친환경이 요구되는 가운데 엔진의 열효율 역시 이미 상당한 수준까지 발전하여 추가적인 효율 개선이 어려워, 수동변속기 차량의 경우 연비규제 대응이 점점 어려워지고 있다.
다만, 수동변속기 차량에서 다양한 변속 테크닉의 구현을 통해 연비를 개선할 수 있기는 하지만, 이는 전문 드라이버가 아닌 경우 변속 테크닉을 정확하게 구현하기 힘들기 때문에, 오히려 추가적인 손실이 발생할 수 있는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0115618 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 클러치의 회전속도를 조절하여 변속시 발생하는 변속손실을 최소화하면서 다이나믹한 수동변속을 구현할 수 있는 수동변속기 차량의 운전 제어방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 클러치를 매개로 엔진의 동력이 변속기에 선택적으로 전달되고, 변속기에 모터가 연결되어 모터의 동력이 제공되는 수동변속기 차량으로서, 컨트롤러가, 주행단에서 일정 차속 이상으로 주행시, 변속과정에서 엔진속도와 클러치속도 간의 동기화가 필요하거나, 엔진속도의 보상이 필요한 경우, 상기 모터의 작동을 제어하여 동기화하거나 엔진속도를 보상하는 것을 특징으로 할 수 있다.
클러치 작동정보와, 변속레버의 위치정보를 입력받는 단계; 상기 클러치가 해제 작동되고, 변속레버의 조작에 의해 현재의 변속단에서 상위 또는 하위의 목표변속단으로 변속되는 경우, 모터의 작동을 제어하여 클러치속도를 엔진속도에 동기화시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 클러치속도가 엔진속도보다 작은 경우, 모터의 회전작동에 의해 클러치속도를 상승시켜 클러치속도를 엔진속도에 동기시킬 수 있다.
상기 클러치속도가 엔진속도보다 큰 경우, 모터의 부하에 의해 클러치속도를 하강시켜 클러치속도를 엔진속도에 동기시킬 수 있다.
상기 변속레버가 목표 변속단에 완전하게 체결된 후 일정시간 이후에 모터의 제어를 정지할 수 있다.
스티어링휠의 조향각정보와, 가속페달작동정보를 입력받는 단계; 조향각이 일정값 이상이고, 가속페달답입량이 일정값 이상시, 모터를 회전 작동하여 조향각에 의해 손실되는 속도만큼 엔진속도를 보상하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 엔진속도 보상단계는, 상기 가속페달답입량에 따른 목표 차속을 계산하는 단계; 현재 차속이 목표 차속에 수렴하도록 엔진속도를 보상하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은, 특정 주행단에서 일정 차속 이상으로 주행하는 과정에서, 변속시 엔진속도와 클러치속도 간의 동기화가 필요하거나, 엔진속도의 보상이 필요한 경우, 변속기에 연결된 모터의 작동을 제어하여 클러치속도를 제어하여 클러치속도를 엔진속도에 동기화하거나 엔진속도를 보상하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 변속과정에서 모터를 제어하여 클러치속도를 엔진속도에 동기한 후 클러치를 체결함으로써, 수동변속기 차량 고유의 다이나믹한 변속이 가능한 것은 물론, 클러치 슬립에 의해 발생하는 에너지 손실을 줄여 연비를 개선하는 효과가 있다.
더욱이, 차량의 선회 주행시, 모터를 작동하여 엔진속도를 보상함으로써, 차속의 저감 없이 운전자의 의도에 따라 차속을 보조 및 유지하여 차량을 주행하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 적용 가능한 수동변속기 차량의 파워트레인 구성을 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에서 파워온 업시프트 변속시의 모터의 동력 흐름을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에서 파워온 다운시프트 변속시의 모터의 동력 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에서 선회 주행시의 모터의 동력 흐름을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에서 회생제동시의 모터의 동력 흐름을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 변속과정에서의 운전 제어흐름을 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 적용 가능한 수동변속기 차량의 파워트레인 구성을 예시하여 나타낸 것으로, 클러치(CL)를 매개로 엔진의 동력이 변속기에 선택적으로 전달되고, 변속기에 모터(M)가 연결되어 모터(M)의 동력이 변속기에 전달된다.
예컨대, 상기 모터(M)가 변속기의 입력축(INPUT)에 연결되어, 모터(M)의 회전력이 입력축(INPUT)에 전달되고, 상기 모터(M)는 컨트롤러(CLR)와 전기적으로 연결되어, 컨트롤러(CLR)의 명령에 의해 모터(M)의 작동이 제어된다.
아울러, 엔진에 구비된 크랭크샤프트포지션센서 및/또는 캠샤프트포지션센서가 컨트롤러(CLR)에 연결되어 엔진속도(엔진RPM)를 측정 가능하고, 입력축(INPUT)에 구비된 입력축속도센서(1)가 컨트롤러(CLR)에 연결되어 클러치속도를 측정 가능할 수 있다.
물론, 상기 입력축속도센서(1) 외에 출력축속도센서 또는 휠속도센서가 컨트롤러(CLR)에 연결되는 경우, 상기 센서에서 측정된 값을 기어비를 통해 역산하여 클러치속도를 측정할 수도 있다.
그리고, 상기 클러치페달의 위치를 센싱하는 클러치위치센서(3)가 구비되고, 상기 클러치위치센서(3)가 컨트롤러(CLR)에 연결되어, 상기 클러치(CL)의 체결 및 해제 작동을 검출할 수 있다.
또한, 가속페달의 답입량을 센싱하는 APS센서(5)가 구비되고, 상기 APS센서(5)가 컨트롤러(CLR)에 연결되어, 상기 가속페달의 답입량을 검출할 수 있다.
아울러, 스티어링휠의 조향각 및 조향각속도를 센싱하는 조향각센서(9)가 구비되고, 상기 조향각센서(9)가 컨트롤러(CLR)에 연결되어, 스티어링휠의 조향각 및 조향각속도를 검출할 수 있다.
그리고, 변속레버가 컨트롤러(CLR)에 연결되어, 변속레버의 위치를 검출할 수 있고, 이에 현재 변속단을 판단할 수 있다.
이에, 상기한 구성에 따르면, 본 발명에서는, 컨트롤러(CLR)를 통해 특정 주행 상황에서 차량의 운전을 제어하는 것으로, 상기 컨트롤러(CLR)는, 차량이 특정 주행단에서 일정 차속 이상으로 주행하는 과정에서, 변속시 엔진속도와 클러치속도 간의 동기화가 필요하거나, 엔진속도의 보상이 필요한 경우, 변속기에 연결된 모터(M)의 작동을 제어하여 클러치속도를 제어하여 클러치속도를 엔진속도에 동기화하거나 엔진속도를 보상하도록 제어하게 된다.
본 발명에 따른 운전 제어방법의 일실시예로서, 차량의 변속과정에서 모터(M)를 제어하여 클러치속도를 조절하게 된다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 컨트롤러(CLR)가 클러치위치센서(3) 및 변속레버위치센서(7)를 통해 클러치(CL) 작동정보와, 변속레버의 위치정보를 각각 입력받는다.
이에, 상기 정보들의 판단 결과, 상기 클러치가 해제 작동되고, 변속레버의 조작에 의해 현재의 변속단에서 상위 또는 하위의 목표변속단으로 변속되는 경우, 모터(M)의 작동을 제어하여 클러치속도를 엔진속도에 동기화시키게 된다.
이때에, 상기 클러치속도와 엔진속도의 차이값이 일정범위 이내인 경우, 동기화가 완료된 것으로 판단할 수 있다.
예컨대, 파워온 업시프트와 같이 상위단으로 변속이 이루어지는 경우, 클러치속도가 엔진속도보다 작아지므로, 도 2와 같이 모터(M)의 회전작동에 의해 입력축속도를 상승시켜 클러치속도를 상승시키고, 이에 클러치속도를 엔진속도에 동기시키게 된다.
즉, 통상의 수동변속기 차량에서 파워온 업시프트 변속시, 변속충격을 최소화하기 위해서는 변속레버를 목표 변속단 위치로 이동 후 엔진RPM이 떨어지는 것을 기다렸다가 클러치(CL)를 천천히 체결해야 변속충격이 줄어들게 되는바, 본 발명에서는 변속레버가 목표 변속단으로 체결되는 순간 클러치속도를 증가시켜 변속 작동이 신속하게 이루어지도록 함은 물론, 클러치(CL) 슬립에 의해 발생하는 에너지 손실을 줄여 연비를 개선할 수 있게 된다.
그리고, 파워온 다운시프트와 같이 하위단으로 변속이 이루어지는 경우, 상기 클러치속도가 엔진속도보다 커지므로, 도 3과 같이 모터(M)의 부하에 의해 입력축속도를 하강시켜 클러치속도를 하강시키고, 이에 클러치속도를 엔진속도에 동기시키게 된다.
즉, 차량의 주행 중 하위단으로 변속이 진행되는 경우, 엔진과 클러치(CL)의 회전속도 차이에 의해 클러치(CL)의 슬립이 발생하기 때문에 순간적인 엔진브레이크가 발생하게 된다. 이에, 본 발명에서는 하위 변속단으로 변속이 진행되는 경우 클러치속도를 떨어뜨려 엔진속도와 동기된 상태에서 클러치(CL)를 붙이게 됨으로써, 엔진브레이크를 최소화시키는 것은 물론, 클러치(CL) 슬립에 의해 발생하는 에너지 손실을 줄여 연비를 개선할 수 있게 된다.
아울러, 상기 변속레버가 목표 변속단에 완전하게 체결된 후 일정시간 이후에 모터(M)의 제어를 정지하도록 제어할 수 있다.
즉, 변속레버를 목표 변속단에 완전하게 체결한 후에 운전자는 클러치(CL)를 붙일 준비를 하고 있을 것인바, 이때에 모터(M)를 제어하여 클러치속도를 일정시간 유지함으로써, 클러치(CL)를 붙이는 과정에서 발생하는 슬립을 최소화시켜 연비 개선에 도움을 줄 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따른 운전 제어방법의 다른 실시예로서, 차량의 선회 운전과정에서 모터(M)를 제어하여 엔진속도를 보상하게 된다.
도 4를 참조하여 설명하면, 컨트롤러(CLR)가 조향각센서(9) 및 APS센서(5)를 통해 스티어링휠의 조향각정보와, 가속페달작동정보를 각각 입력받는다.
이에, 상기 정보들의 판단 결과, 상기 조향각이 일정값 이상이고, 가속페달답입량이 일정값 이상시, 모터(M)를 회전 작동하여 조향각에 의해 손실되는 속도만큼 엔진속도를 보상하게 된다.
상기 엔진속도를 보상하는 바람직한 방법으로, 상기 가속페달답입량에 따른 목표 차속을 계산하고, 현재 차속이 목표 차속에 수렴하도록 엔진속도를 보상할 수 있다.
즉, 차량의 선회 주행시, 스티어링휠의 조향상태에 따라 차속이 감소되는바, 이 경우 모터(M)를 작동하여 엔진속도를 보상함으로써, 차속의 저감 없이 운전자의 의도에 따라 차속을 보조 및 유지할 수 있게 된다.
아울러, 도 5는 본 발명에서 회생제동시의 동력의 흐름을 나타낸 것으로, 모터(M)의 충방전을 통해 엔진의 작동점을 상하방향으로 제어하여 엔진이 최적 작동점에서 구동하도록 보조한다.
본 발명에서 회생제동은 클러치(CL)와 기어가 모두 체결되어 있는 경우와, 클러치(CL)만 체결되어 있는 경우, 그리고 기어만 체결되어 있는 경우에 이루어질 수 있다.
클러치(CL)와 기어가 모두 체결된 경우는 운전자가 주행 중 가속페달에서 발을 떼고 전방상황을 주시하며 가감속을 판단할 때 주로 나타나며, 차량의 운동에너지는 엔진의 퓨얼컷에 사용되며 일부는 모터(M)를 통해 충전된다.
클러치(CL)만 체결되어 있는 경우는, 운전자가 변속 판단을 할 때 기어만 중립으로 넣는 경우로서, 이때에 회생제동이 개입하면 이질감이 나타날 수 있으므로 이 상태가 오래 지속되는 경우에 회생제동을 할 수 있다.
기어만 체결되어 있는 경우는 운전자가 정차를 원할 경우 또는 변속 도중에 잠시 발생 가능하며, 브레이크페달 작동 여부에 따라 회생제동 여부를 판단할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 수동변속기 차량에서 차량의 운전상황에 따라 적절한 회생제동이 가능하므로, 연비 개선에 도움이 된다.
한편, 도 6은 본 발명에서 변속시 운전 제어흐름을 나타낸 순서도로서, 도면을 참조하여 설명하면, 클러치(CL)가 해제 작동되는지 판단하고(S10), 클러치(CL)의 해제 작동시 변속레버의 위치가 현재 변속단에서 다른 변속단으로 시프트 조작되는지 판단한다(S20).
S20의 판단 결과, 변속레버가 시프트 조작되는 경우, 엔진속도와 클러치속도를 비교하고(S30), 비교 결과 엔진속도가 클러치속도보다 큰 경우, 모터(M)를 작동하여 클러치속도를 증가함으로써, 클러치속도를 엔진속도에 동기시킨다(S40).
다만, S30의 비교 결과 엔진속도가 클러치속도보다 작은 경우, 모터(M)의 부하를 증가시켜 클러치속도를 감소함으로서, 클러치속도를 엔진속도에 동기시킨다(S50).
이어서, 변속레버가 목표 변속단에 완전하게 체결된 후에(S60) 일정시간 동안 모터(M)를 제어하여 클러치속도를 유지한 후에(S70) 모터(M)의 제어를 종료하게 된다(S80).
상술한 바와 같이, 본 발명은 현재 변속단에서 목표 변속단으로 변속되는 경우 모터(M)를 제어하여 클러치속도를 엔진속도에 동기한 후 클러치(CL)를 체결함으로써, 클러치(CL) 슬립에 의해 발생하는 에너지 손실을 줄여 연비를 개선할 수 있게 된다.
또한, 차량의 선회 주행시, 모터(M)를 작동하여 엔진속도를 보상함으로써, 차속의 저감 없이 운전자의 의도에 따라 차속을 보조 및 유지하여 차량을 주행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 입력축속도센서
3 : 클러치위치센서
5 : APS센서
7 : 변속레버위치센서
9 : 조향각센서
CLR : 컨트롤러
M :모터
CL : 클러치
INPUT : 입력축

Claims (8)

  1. 클러치를 매개로 엔진의 동력이 변속기에 선택적으로 전달되고, 변속기에 모터가 연결되어 모터의 동력이 제공되는 수동변속기 차량으로서,
    컨트롤러가, 주행단에서 일정 차속 이상으로 주행시, 변속과정에서 엔진속도와 클러치속도 간의 동기화가 필요하거나, 엔진속도의 보상이 필요한 경우, 상기 모터의 작동을 제어하여 동기화하거나 엔진속도를 보상하는 것을 특징으로 하는 수동변속기 차량의 운전 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    클러치 작동정보와, 변속레버의 위치정보를 입력받는 단계;
    상기 클러치가 해제 작동되고, 변속레버의 조작에 의해 현재의 변속단에서 상위 또는 하위의 목표변속단으로 변속되는 경우, 모터의 작동을 제어하여 클러치속도를 엔진속도에 동기화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동변속기 차량의 운전 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 클러치속도가 엔진속도보다 작은 경우, 모터의 회전작동에 의해 클러치속도를 상승시켜 클러치속도를 엔진속도에 동기시키는 것을 특징으로 하는 수동변속기 차량의 운전 제어방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 클러치속도가 엔진속도보다 큰 경우, 모터의 부하에 의해 클러치속도를 하강시켜 클러치속도를 엔진속도에 동기시키는 것을 특징으로 하는 수동변속기 차량의 운전 제어방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 변속레버가 목표 변속단에 완전하게 체결된 후 일정시간 이후에 모터의 제어를 정지하는 것을 특징으로 하는 수동변속기 차량의 운전 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    스티어링휠의 조향각정보와, 가속페달작동정보를 입력받는 단계;
    조향각이 일정값 이상이고, 가속페달답입량이 일정값 이상시, 모터를 회전 작동하여 조향각에 의해 손실되는 속도만큼 엔진속도를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동변속기 차량의 운전 제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진속도 보상단계는,
    상기 가속페달답입량에 따른 목표 차속을 계산하는 단계;
    현재 차속이 목표 차속에 수렴하도록 엔진속도를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동변속기 차량의 운전 제어방법.
  8. 특정 주행단에서 일정 차속 이상으로 주행하는 과정에서, 변속시 엔진속도와 클러치속도 간의 동기화가 필요하거나, 엔진속도의 보상이 필요한 경우, 변속기에 연결된 모터의 작동을 제어하여 클러치속도를 제어하여 클러치속도를 엔진속도에 동기화하거나 엔진속도를 보상하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 수동변속기 차량의 운전 제어장치.
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