KR20200117113A - 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법에 관한 것으로서, 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 경우, 변속기 내 해방 클러치의 토크를 감소시켜 해방 클러치를 해방하는 동시에 변속기 내 결합 클러치의 토크를 증가시키는 토크 블렌딩 제어를 수행하는 단계; 상기 해방 클러치가 해방된 상태에서, 상기 제어기에 의해, 변속기 입력축 회전속도가 변속 후 목표단의 설정된 목표단 동기속도에 도달하도록 모터 속도가 제어되고, 상기 결합 클러치의 토크가 일정하게 유지되는 단계; 및 상기 변속기 입력축 회전속도가 목표단 동기속도에 도달한 경우, 상기 제어기가 상기 결합 클러치의 토크를 증가시켜 결합 클러치의 결합을 완료하는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법이 개시된다.

Description

하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법{Active shift control method for power-off downshift of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 변속 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 타력 주행 동안 운전자의 시프트 레버 조작에 의한 파워-오프 다운시프트 요구시 차량의 변속을 제어하는 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 구동원을 사용하는 차량을 의미하고, 일반적으로는 내연기관인 엔진(Internal Combustion Engine,ICE)과 전기모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
하이브리드 차량은 주행 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 작동시키느냐에 따라 최적의 토크를 출력할 수 있는 것은 물론 차량 연비의 극대화가 가능하다.
하이브리드 차량은 다양한 구조로 구동계를 구성할 수 있는데, 엔진과 모터를 엔진 클러치를 통해 연결하고 모터 출력 측에 변속기를 연결한 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 하이브리드 시스템이 알려져 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 파워 트레인 구성을 예시한 도면으로, 모터(3)와 변속기(4)가 연결된 TMED 하이브리드 시스템의 구성을 예시하고 있다.
도시된 바와 같이, TMED 하이브리드 시스템에서는 차량 구동용 모터(3)의 출력 측에 변속기(4)가 장착되어 모터 출력축이 변속기 입력축과 연결되어 있으므로 모터 속도가 변속기 입력축 회전속도(즉 변속기 입력속도)가 된다.
구성을 살펴보면, TMED 하이브리드 시스템은 차량 주행을 위한 구동원인 엔진(1)과 모터(3), 엔진(1)과 모터(3) 사이에 개재되는 엔진 클러치(2), 모터(3)의 출력 측에 연결되는 변속기(4), 모터(3)를 구동시키기 위한 인버터(5), 그리고 인버터(5)를 통해 모터(3)에 충, 방전 가능하게 연결되는 배터리(6)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성에서 엔진 클러치(2)는 선택적으로 접합 또는 해제 작동하여 엔진(1)과 모터(3) 사이를 동력 전달 가능하게 연결하거나 분리한다.
인버터(5)는 모터(3)의 구동을 위해 배터리(6)의 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터(3)에 인가한다.
또한, 변속기(4)는 모터(3)의 회전동력 또는 엔진(1)과 모터(3)의 복합 회전동력을 변속하여 구동축을 통해 구동휠로 전달하며, 변속기(4)로는 자동변속기(Automatic Transmission, AT) 또는 듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission, DCT)가 사용될 수 있다.
이에 더하여, TMED 하이브리드 시스템은 엔진(1)과 동력 전달 가능하게 연결되어 엔진을 시동하거나 엔진에서 전달되는 회전력으로 발전을 수행하는 모터인 HSG(Hybrid Starter and Generator)(7)를 포함할 수 있다.
HSG(7)는 모터로 작동하거나 발전기로 작동하는데, 엔진과 상시 동력 전달 가능하게 연결되어 있으므로 엔진 속도를 제어하는데 이용될 수도 있다.
상기한 시스템을 탑재한 하이브리드 차량은 모터(3)의 동력만을 이용하여 주행하는 순수 전기차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 또는 엔진(1)의 동력과 모터(3)의 동력을 복합적으로 이용하여 주행하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행할 수 있다.
또한, 차량의 제동시나 관성에 의한 타력 주행(coasting)시에는 차량의 운동에너지를 모터(3)를 통해 회수하여 배터리(6)를 충전하는 회생 모드가 수행된다.
회생 모드에서는 차량의 운동에너지를 차량 휠을 통해 모터(3)가 전달받고, 이때 모터(3)가 발전기로 작동하여 인버터(5)를 통해 배터리(6)를 충전한다.
한편, 자동변속기(AT) 또는 듀얼 클러치 변속기(DCT)를 장착한 차량에서 파워-오프 다운시프트(power-off downshift)는 차량이 자력 주행하는 것이 아닌, 운전자가 브레이크 페달 및 가속페달을 밟지 않은 아이들 상태로 관성에 의해 주행하는 타력 주행(coasting) 동안(가속페달 팁-아웃 및 브레이크 오프 상태임), 운전자의 시프트 레버 조작에 의해 차량의 변속단이 낮아지는 변속이다(예, 2단 → 1단).
이러한 파워-오프 다운시프트는 변속 패턴에서 미리 설정되어 있는 다운시프트 최저 라인을 넘어 발생하는 정지 전의 다운시프트(near-stop downshift)와는 다른 개념의 변속이다.
파워-오프 다운시프트가 이루어지는 경우는 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않고 엔진 브레이크 효과를 얻기 위한 경우가 많으며, 운전자가 차량의 타력 주행 동안 엔진 브레이크를 걸기 위해 시프트 레버를 저단으로 조작할 때 발생할 수 있다.
이와 같이 파워-오프 다운시프트는 운전자가 의도적으로 차량을 감속시키고자 하는 경우이므로 파워-오프 다운시프트 상황에서 빠른 변속과 충분한 감속감 형성은 필수적이다.
따라서, 하이브리드 차량에서는 파워-오프 다운시프트가 실시될 때 기존 내연기관 차량의 엔진 브레이크와 유사한 상황을 모사하기 위해 모터에 의한 회생(coast regeneration)이 이루어지도록 하여 변속기 입력축에 음(-)의 토크를 인가한다.
도 2는 종래 기술에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 동안 모터 속도 및 토크 상태를 나타내는 선도이다.
도 2는 상측과 하측에 각각 선도가 도시되어 2개의 선도를 나타내고 있으며, 상측 선도에서 종축은 속도(ω)를, 횡축은 시간을 나타내고, 하측 선도에서 종축은 토크(TQ)를, 횡축은 시간을 나타낸다.
또한, 하측 선도에서 횡축(TQ = 0 Nm)을 기준으로 아래의 영역은 음(-)의 토크 영역을, 위의 영역은 양(+)의 토크 영역을 나타낸다.
또한, 도 2의 선도에서 NMj는 목표단 변속기 입력축 동기속도를 나타내고, NM은 변속기 입력축 회전속도(변속기 입력속도)를 나타내는데, TMED 하이브리드 시스템에서 변속기 입력축 회전속도(NM)는 차량 구동원인 모터의 속도와 동일하다.
상기 목표단은 파워-오프 다운시프트 후 도달하고자 하는 변속단, 즉 변속 후 목표로 하는 변속단을 의미하며, 이하의 설명에서는 다운시프트 전과 후의 변속단을 각각 이전단과 목표단으로 칭하기로 한다.
또한, 이하의 설명에서 해방요소와 결합요소는 변속기 내 클러치를 의미하고, 도 2의 선도에서 TR은 변속기 해방요소(해방 클러치)의 전달토크를 나타내며, TCR은 변속기 해방요소의 클러치 토크를 나타낸다.
TA는 변속기 결합요소(결합 클러치)의 전달토크를 나타내고, TCA는 변속기 결합요소의 클러치 토크를 나타내며, To는 변속기 출력토크(즉 변속기 출력축 토크)를 나타내고, Ti는 변속기 입력토크(즉 변속기 입력축 토크)를 나타낸다.
TEMD 하이브리드 시스템에서 변속기 입력토크는 모터 토크가 된다.
전달토크(TR,TA)는 해당 클러치(해방요소,결합요소)를 통해 전달되는 클러치 후단 출력토크를 의미하는 것일 수 있고, 클러치 토크(TCR,TCA)는 해당 클러치에 인가되는 클러치 전단 입력토크를 의미하는 것일 수 있다.
또한, 변속 과정에서는 이전단의 해방요소를 동력 단절 상태가 되도록 풀어주고(클러치 해방) 목표단의 결합요소를 동력 연결 상태가 되도록 체결하므로(클러치 결합), 이하의 설명에서 해방요소와 결합요소는 이전단과 목표단의 요소(클러치)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
따라서, 변속 전후에 있어서 이전단의 클러치를 통해 전달되는 전달토크(클러치 후단 출력토크)는 해방요소(해방 클러치)의 전달토크(TR)를 의미하고, 목표단의 클러치를 통해 전달되는 전달토크는 결합요소(결합 클러치)의 전달토크(TA)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
물론, 각 클러치 후단을 통해 전달토크(TR,TA)가 출력되어 전달되고 있을 때, 그 클러치 전단에 인가되어 입력되는 토크가 클러치 토크(TCR,TCA)이다.
종래의 파워-오프 다운시프트 시에는 도 2에 나타낸 바와 같이 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU)가 A 시점 이후에 해방 클러치(해방요소)를 빨리 풀어주고(TR을 0까지 줄임), 토크 상승을 요청하도록 되어 있다.
이러한 토크 상승 요청에 의해 하브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU), 모터 제어기(Motor Cotrol Unit)가 협조 제어를 수행하게 되어, 변속기 입력토크(모터 토크)(Ti)를 상승시키고, 변속기 입력축 회전속도(모터 속도)(NM)를 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)에 근접되도록 상승시킨다.
또는 별도의 토크 상승 없이 클러치 제어만을 통해 일시적인 가속도 증가가 발생하여도 감속감을 확보하는 방향으로 변속을 완료한다.
상기한 토크 상승 제어는 정해진 토크량을 요청하거나 모터 속도를 모니터링하여 피드백하는 방법을 이용하며, 이는 클러치 토크를 많이 인가할 때 과도한 감속감 및 변속 전후 전달토크 단차(|TA-TR|)로 인한 충격을 회피하려는데 목적이 있다.
또한, 파워-오프 다운시프트 후(C 및 D 시점 이후)의 변속기 출력토크(To)는 파워-오프 다운시프트 전(A 시점 이전)의 변속기 출력토크에 비해 하강(즉 감소)하게 된다.
즉, 변속기 출력토크(To)가 음(-)의 토크라 할 때, 변속 전과 변속 후를 비교하면, 도 2의 음의 토크 영역에서 변속기 출력토크(To)가 도면상 하강(감소)하는 것이며, 이는 변속 후가 되었을 때 변속 전에 비해 변속기 출력토크(To)의 절대값이 증가함을 의미한다.
그러나, 도 2에서 음(-)의 토크로 나타낸 변속기 출력토크(To)를 좀 더 살펴보면, 도 2의 원에 표시된 바와 같이 A 시점 이후부터 B 시점까지 음(-)의 토크 영역 내에서 변속기 출력토크(To)가 0까지 상승하였다가(변속기 출력토크의 절대값이 감소함), B 시점부터 C 시점 이전까지 다시 하강한다(변속기 출력토크의 절대값을 증가함).
이와 같이 종래 기술에 따르면, 해방요소(해방 클러치)의 전달토크(TR)를 빨리 해제하므로 이전단과의 동기가 풀리면서 엔진 브레이크로 기대되는 차량 감속도는 얻지 못하고 오히려 차량 가속도가 일시적으로 증가하는 문제가 존재한다.
이때, 결합 클러치의 전달토크(TA)를 인가하더라도 차량 감속도 하락을 회피하기 어려우며, 심한 경우 도 2의 선도에서와 같이 일정한 감속감 확보에 실패하여 운전자 시프트 레버 조작 후 차가 앞으로 튀어나갔다가 뒤로 당겨지는 느낌(To의 급격한 상승 후 하강으로 인한 느낌)이 발생할 수 있다.
결국, 차량 감속시 회생제동으로 인해 변속기 입력토크가 매우 낮은 상태에서 타력 주행의 감속 동안 엔진 브레이크 효과를 얻고자 함에도 상기와 같이 차량이 갑자기 앞으로 튀어나가는 느낌(즉 가속감)을 운전자가 받게 되면 매우 위험한 상황인 것으로 받아들일 수 있다.
또한, 변속 제어기 측에서 상기와 같은 이유로 인해 토크 상승 요청을 적극적으로 하지 못하거나, 변속 동기 전후의 전달토크 단차가 커 충격이 발생하는 것을 막기 위해 결합 클러치의 토크를 크게 못 쓰는 경우, 변속시간이 지연되면서 운전성이 저하된다.
빠른 변속을 위해 토크 상승 요청을 적극적으로 사용할 때에는 감속도 유지가 어렵고, 토크 상승 요청 없이 클러치 제어만을 사용할 때에는 변속이 늘어지면서 해방 클러치 해제시 발생하는 가속도 증가도 원천적으로 막기 힘들다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기가, 차량의 타력 주행 동안 운전자의 다운시프트 조작에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단한 경우, 변속기 내 해방 클러치의 토크를 감소시켜 해방 클러치를 해방하는 동시에 변속기 내 결합 클러치의 토크를 증가시키는 토크 블렌딩 제어를 수행하는 단계; 상기 해방 클러치가 해방된 상태에서, 상기 제어기에 의해, 변속기 입력축 회전속도가 변속 후 목표단의 설정된 목표단 동기속도에 도달하도록 모터 속도가 제어되고, 상기 결합 클러치의 토크가 일정하게 유지되는 단계; 및 상기 변속기 입력축 회전속도가 목표단 동기속도에 도달한 경우, 상기 제어기가 상기 결합 클러치의 토크를 증가시켜 결합 클러치의 결합을 완료하는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법을 제공한다
이로써, 본 발명에 따른 능동 변속 제어 방법에 의하면, 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 파워 트레인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 파워-오프 다운시프트 제어 상태를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 파워-오프 다운시프트 제어 방법이 적용되는 하이브리드 차량의 시스템 구성도이다.
도 4는 본 발명에서 복수 개의 차량 내 각 제어기가 수행하는 주요 기능을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어의 한 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 과정 중 속도 제어 상태를 예시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트(power-off downshift)를 위한 능동 변속 제어 방법에 관한 것으로서, 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있는 능동 변속 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법은 이너샤 페이즈(inertia phase) 제어 구간에서 목표 입력속도(즉 목표단 동기속도) 기반의 차량 구동원 속도 제어를 수행하고, 변속기 내 결합요소의 토크를 최소값으로 고정하여 균일한 차량 가속도를 확보함으로써, 운전성을 향상시킴과 더불어 변속시간 단축을 통해 연비를 향상시키는 점에 주된 특징이 있는 것이다.
또한, 본 발명에서는 파워-오프 다운시프트의 변속시 차량 구동원인 모터에 대한 속도 제어 및 토크 제어와 함께 변속기 내 해방요소 및 결합요소 제어 등의 동시 협조 제어를 수행하는 개선된 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법은 하이브리드 차량에 적용될 수 있는 것으로, 그 예로서 TMED 하이브리드 차량에 적용될 수 있고, 또한 자동변속기(AT) 또는 듀얼 클러치 변속기(DCT)를 장착한 차량에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 과정은 공지의 차량 내 제어기들, 즉 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU), 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU) 등 복수 개의 제어기가 협조 제어하여 수행될 수 있고, 이들 제어기의 통합된 기능을 가지는 하나의 제어기에 의해 수행될 수도 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 파워-오프 다운시프트 제어가 적용되는 하이브리드 차량의 시스템 구성도로서, TMED 하이브리드 차량의 시스템 구성을 나타내고 있다.
도시된 바와 같이, 하이브리드 차량은 차량 주행을 위한 구동원인 엔진(90)과 모터(110), 엔진(90)과 모터(110) 사이에 개재되는 엔진 클러치(100), 모터(110)의 출력 측에 연결되는 변속기(120)를 포함한다.
또한, 하이브리드 차량에는 차량 작동의 전반을 제어하는 상위 제어기인 하이브리드 제어기(HCU)(20)가 탑재되고, 그 밖에 차량의 각종 장치를 제어하는 다양한 제어기들이 구비된다.
예를 들어, 엔진(90)의 작동을 제어하는 엔진 제어기(ECU)(30), 변속기(120)의 작동을 제어하는 변속 제어기(TCU)(40), 배터리(70)의 상태 정보를 수집 및 이용, 제공하고 배터리 관리를 위한 제어를 수행하는 배터리 제어기(BMS)(50), 모터(110)의 구동 및 제어를 위한 모터 제어기(60), 차량의 제동 제어를 수행하는 브레이크 제어기(BCU)(80) 등이 구비된다.
그리고, 배터리(70)가 모터 제어기(60)의 인버터(도시하지 않음)를 통해 모터(110)에 충, 방전 가능하게 연결된다.
도 3에서 도면부호 130은 브레이크 유압을 생성하는 유압회로를 나타내고, 도면부호 131은 차량 휠(9)에 설치되어 유압제동력(즉 마찰제동력)을 생성하는 휠 브레이크를 나타낸다.
하이브리드 차량은 유압제동장치(마찰제동장치)를 구비하고, 유압제동장치는 브레이크 유압을 생성하는 유압회로(130), 및 차량 휠(9)에 설치되어 유압회로(10)에서 생성된 브레이크 유압에 의해 제동력(마찰제동력)을 생성하는 휠 브레이크(131)를 포함한다.
브레이크 제어기(80)는 유압제동장치의 작동을 제어하는데, 휠 브레이크(131)의 휠 실린더에 인가되는 브레이크 유압을 제어하기 위해 유압회로(130) 내 미도시된 유압 액추에이터 및 밸브 등의 작동을 제어한다.
또한, 하이브리드 제어기(20)와 각 제어기들은 CAN 통신을 통해 상호 간에 정보를 주고받으면서 차량 내 장치에 대한 협조 제어를 수행하는데, 상위 제어기가 하위 제어기들로부터 각종 정보를 수집하면서 제어 명령을 하위 제어기에 전달한다.
도 3에서 도면부호 10으로 지시된 운전 정보 검출부는 차량 운전 정보를 검출하기 위한 것으로, 차량 운전 정보는 운전 입력 정보와 차량 상태 정보를 포함할 수 있다.
상기 운전 입력 정보는 운전자의 브레이크 페달 조작 상태와 가속페달 조작 상태, 시프트 레버 조작 상태를 포함할 수 있고, 차량 상태 정보는 차속과 모터 속도를 포함할 수 있다.
운전 정보 검출부(10)는 운전자의 가속페달 조작에 따른 신호를 출력하는 가속페달 센서(Accelerator Pedal Sensor, APS), 운전자의 브레이크 페달 조작에 따른 신호를 출력하는 브레이크 페달 센서(Brake Pedal Sensor, BPS), 시프트 레버의 위치를 검출하는 변속 검출부, 차속 검출을 위한 차속 검출부, 모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출부를 포함할 수 있고, 이들은 하이브리드 제어기(20)와 변속 제어기(40)를 포함하여 차량 내 제어기들에 검출값의 입력이 가능하도록 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명에서 차량 내 제어기들이 수행하는 주요 기능을 나타낸 블록도로서, 본 발명의 제어 방법에 관여하는 제어기들에 대해 좀 더 설명하면, 변속 제어기(40)는 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 차량 운전 정보로부터 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는지를 판단한다.
변속 제어기(40)는 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 차량 운전 정보로부터, 운전자가 가속페달을 밟지 않은 상태로 차량이 타력 주행을 하는 동안, 변속 가능한 저단으로의 운전자 시프트 레버 조작이 있는 경우(즉 운전자의 다운시프트 조작이 있는 경우), 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 변속 제어기(40)는 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 동안, 즉 토크 페이즈(torque phase) 제어 구간 및 이너샤 페이즈(inertia phase) 제어 구간, 그리고 동기가 이루어지고 난 뒤 변속이 완료되는 시점까지 하이브리드 제어기(20)의 신호를 입력받아 변속기(120) 내 클러치의 결합과 해방을 제어한다.
특히, 본 발명에서 변속 제어기(40)는 파워-오프 다운시프트의 변속 제어에서 이너샤 페이즈 구간 중 적어도 일부 구간, 예를 들어 후술하는 속도 변화 구간 및 속도 제어 안정화 구간 등에서 해방 클러치가 풀린 상태(ToR,TCR = 0)로 결합 클러치(결합요소)의 토크(TA,TCA)를 일정하게 유지 및 고정하는 제어를 수행한다.
하이브리드 제어기(20)는 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 중 목표 입력속도 기반으로 변속기 입력축 회전속도가 되는 차량 구동원의 속도를 제어한다.
여기서, 차량 구동원은 차량을 구동하는 모터(구동모터)(110)를 의미하고, 목표 입력속도는 변속 후 목표단에 설정된 목표 속도, 즉 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)를 의미한다.
본 발명에서는 토크 페이즈 제어 후 변속기(120)의 해방요소, 즉 이전단 클러치인 해방 클러치가 해방된 상태에서 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)를 기반으로 변속기 입력축 회전속도(NM)를 제어한다.
TMED 하이브리드 시스템에서 변속기 입력축 회전속도(변속기 입력속도)(NM)는 변속기 입력 측에 연결된 차량 구동원의 속도, 즉 모터의 속도와 동일하며, 변속기 입력축 회전속도(NM)와 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)를 일치시키기 위해 속도 변화 구간 동안 모터 속도를 상승시켜 변속기 입력축 회전속도(NM)가 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)(이하 '목표단 동기속도'라 약칭함)와 동일한 속도가 되도록 제어한다.
또한, 모터 제어기(60)는 하이브리드 제어기(20)의 제어 명령에 따라 모터 속도 제어 및 모터 토크 제어를 수행한다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정은 복수 개의 제어기 간에 이루어지는 협조 제어에 의해 수행될 수 있고, 이하에서는 복수 개의 제어기를 기능에 따라 구분하여, 상기 구분된 복수 개의 제어기가 협조 제어함으로써 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 수행하는 것으로 설명한다.
그러나, 복수 개의 제어기를 하나의 제어기로 통칭하여 설명할 수 있음은 물론이고, 나아가 실제로 통합된 하나의 제어기가 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 수행할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 과정을 나타낸 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어의 한 예를 보여주는 도면으로서 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 동안 모터 속도 및 토크 상태를 나타내고 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 과정 중 속도 변화 구간과 속도 안정화 구간의 제어 상태를 상세히 나타내는 도면으로, 도 6의 원으로 표시된 이너샤 페이즈 제어 구간의 선도를 확대하여 도시한 것이다.
먼저, 도면에 대해 간단히 설명하면, 도 5는 하이브리드 제어기(HCU)(20)와 변속 제어기(TCU)(40)가 수행하는 협조 제어의 주요 과정을 나타내고 있다.
그리고, 도 6은 종래 기술을 예시한 도 2와 대비되는 도면으로서, 도 2와 마찬가지로 상측과 하측에 각각 선도가 도시되어 2개의 선도를 나타내고 있다.
도 6의 상측 선도에서 종축은 속도(ω)를, 횡축은 시간을 나타내고, 하측 선도에서 종축은 토크(TQ)를, 횡축은 시간을 나타낸다.
또한, 도 6의 하측 선도에서 횡축(TQ = 0 Nm)을 기준으로 아래의 영역은 음(-)의 토크 영역을 나타내고, 위의 영역은 양(+)의 토크 영역을 나타낸다.
도 6의 선도에서 NMj는 목표단 동기속도를 나타내고, NM은 변속기 입력축 회전속도(변속기 입력속도)를 나타내며, TMED 하이브리드 시스템에서 변속기 입력축 회전속도는 모터 속도와 동일하다.
여기서, 목표단은 파워-오프 다운시프트 후에 도달하고자 하는 변속단, 즉 변속 후 목표로 하는 변속단을 의미한다.
이하의 설명에서 이전단은 다운시프트 이전의 변속단을 의미하고, 다운시프트 전과 후의 변속단을 각각 이전단과 목표단으로 칭하기로 한다(예, 2단→1단 변속인 경우, 이전단 2단, 목표단 1단임).
또한, 이하의 설명에서 해방요소와 결합요소는 변속기(120) 내 클러치를 의미하고, 도 6의 선도에서 TR은 변속기 해방요소(해방 클러치)의 전달토크를 나타내며, TCR은 변속기 해방요소의 클러치 토크를 나타낸다.
도 6의 선도에서 TA는 변속기 결합요소(결합 클러치)의 전달토크를 나타내고, TCA는 변속기 결합요소의 클러치 토크를 나타낸다.
또한, To는 변속기 출력토크(즉 변속기 출력축 토크)를 나타내고, Ti는 변속기 입력토크(즉 변속기 입력축 토크)를 나타낸다.
상기 전달토크(TR,TA)는 해당 클러치(해방요소,결합요소)를 통해 전달되는 클러치 후단 출력토크를 의미하는 것일 수 있고, 클러치 토크(TCR,TCA)는 해당 클러치에 인가되는 클러치 전단 입력토크를 의미하는 것일 수 있다.
즉, 각 클러치 전단을 통해 인가되어 입력되는 토크가 클러치 토크(TCR,TCA)라 할 때, 각 클러치 후단을 통해 출력되어 전달되는 토크가 전달토크(TR,TA)이다.
또한, 변속 과정에서는 이전단의 해방요소를 동력 단절 상태가 되도록 풀어주고(클러치 해방) 목표단의 결합요소를 동력 연결 상태가 되도록 체결하므로(클러치 결합), 이하의 설명에서 해방요소와 결합요소는 각각 변속기(120)의 이전단과 목표단의 각 요소(클러치)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
즉, 해방요소(해방 클러치)는 결합된 상태에서 변속 과정 동안 해제되는 변속기(120)의 이전단 클러치를 의미하고, 결합요소(결합 클러치)는 해제된 상태에서 변속 과정 동안 결합되는 변속기(120)의 목표단 클러치를 의미한다.
또한, 이전단에서 클러치를 통해 전달되는 전달토크(클러치 후단 출력토크)는 해방요소(해방 클러치)의 전달토크(TR)이고, 목표단에서 클러치를 통해 전달되는 전달토크는 결합요소(결합 클러치)의 전달토크(TA)를 의미한다.
또한, 클러치 토크(TCR,TCA) 값, 즉 이전단 해방요소의 클러치 토크(TCR) 값과 목표단 결합요소의 클러치 토크(TCA) 값은 변속 제어기(40)가 출력하는 클러치 해방과 결합을 위한 지령 값(클러치에 인가하고자 하는 토크 값임)이 될 수 있다.
또한, 도 6에서 변속기 입력토크인 Ti는 제어기의 제어 또는 제어기들의 협조 제어에 의해 제어되는 토크 값이고, TMED 하이브리드 시스템에서 변속기 입력토크는 모터 토크가 된다.
본 발명에서 지령 값에 따라 제어되는 토크는 해방요소의 클러치 토크 TCR, 결합요소의 클러치 토크 TCA, 변속기 입력토크 Ti 등이며, 전달토크인 TA와 TR, 그리고 변속기 출력토크인 To 등은 제어의 결과로 나타나는 토크이다.
또한, 도 6에서 토크 값들은 변속기 입력토크인 Ti를 제외하고는 모두 변속기 출력축을 기준으로 한 토크 값이다.
즉, 변속기 출력토크인 To를 포함하여 전달토크인 TR, TA, 클러치 토크인 TCA, TCR 모두가 변속기 출력축 기준 토크이며, 이들 토크는 변속기(120)의 기어단(이전단과 목표단)에 해당하는 기어비를 고려하여 변속기 출력축에서의 토크 값으로 변환 및 환산한 등가 토크라 할 수 있다.
상기 변속기 출력축 기준 토크는, 상기 환산한 등가 토크인 것 외에, 변속기 출력축을 기준으로 직접적으로 구해지거나 추정 및 연산되는 토크일 수도 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 파워-오프 다운시프트 제어 과정을 단계별로 설명하면, 먼저 변속 제어기(40)가 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 현재의 차량 운전 정보로부터 파워-오프 다운시프트의 변속 요구를 검출한다.
즉, 변속 제어기(40)가 현재의 차량 운전 정보로부터 파워-오프 다운시프트 요구가 있는 상황인지를 판단하는 것이다.
여기서, 변속 제어기(40)는 차량이 타력 주행(coasting)하는 동안 운전자의 다운시프트 조작이 있는 경우, 그리고 다운시프트 조작에 의해 선택된 변속단이 변속 가능한 것이면, 파워-오프 다운시프트 요구가 있는 상황인 것으로 판단하도록 설정될 수 있다.
즉, 변속 제어기(40)가 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 차량 운전 정보로부터 운전자가 브레이크 페달 및 가속페달을 밟지 않은 상태로 차량이 타력 주행을 하는 동안 운전자가 시프트 레버를 저단으로 조작하여 선택된 변속단이 현재 변속 가능한 변속단이라면, 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단하는 것이다.
이와 같이 파워-오프 다운시프트 요구가 있는 상황임을 판단하고 나면, 도 6의 A 시점에서 파워-오프 다운시프트를 위한 변속 제어가 시작되고, 변속 제어 과정 중 토크 페이즈 제어가 시작된다.
본 발명에서 차량이 타력 주행하는 동안 운전자의 다운시프트 조작이 있고 다운시프트 조작에 의해 선택된 변속단이 변속 가능한 변속단인 조건은 상기와 같이 본 발명의 변속 과정 진입 조건이 되며, 세부적으로는 토크 페이즈 제어의 진입 조건이기도 하다.
파워-오프 다운시프트에서는 차량 감속감의 획득이 필요하고, 타력 주행 상태에서 다운시프트(하향 변속)를 통해 운전자가 얻고자 하는 것은 엔진 브레이크와 같은 효과와 차량 주행감이므로, 블완전한 감속감에서의 빠른 속도 변화보다는 기대되는 만큼의 빠른 감속감에서의 속도 변화를 구현하는 것이 바람직하다.
또한, EV 모드의 경우 모터의 소음이 엔진 구동 상태에 비해 매우 작으므로 운전자가 HEV 모드와 달리 엔진의 빠른 속도 상승을 기대하지 않아 토크 페이즈 제어가 가능하다.
본 발명에 따른 변속 과정 중 토크 페이즈 제어 구간(도 6에서 A-B 구간)에서는, 변속기 해방요소(해방 클러치)의 토크(TCR)와 결합요소(결합 클러치)의 토크(TCA)를 동시에 제어하여 혼합된 토크가 생성되도록 하는 토크 블렌딩이 수행되고, 토크 블렌딩이 수행되는 동안 변속기 출력축 토크(To)는 해방요소의 토크(TR)와 결합요소의 토크(TA)의 합이 된다.
A 시점부터 B 시점까지 결합요소의 토크(TA)와 해방요소의 토크(TR)를 두 토크의 합이 변속기 출력토크(To)를 만족하도록 제어하여 블렌딩하는 토크 블렌딩 제어가 수행되는 것이다.
이때, 토크 페이즈 제어가 시작된 시점(A 시점) 이후 변속기 해방요소(해방 클러치)는 풀어주고(TR을 0까지 줄임), 변속기 결합요소(결합 클러치)는 체결하는데, 변속기 해방요소를 통해 인가되는 클러치 토크(TCR)(음(-)의 토크임)는 그 절대값 기준으로 점차 감소시키는 동시에, 변속기 결합요소를 통해 인가되는 클러치 토크(TCA)(음(-)의 토크임)는 그 절대값 기준으로 점차 증가시키는 토크 블렌딩이 수행된다.
결국, 토크 블렌딩이 수행되는 동안 각 클러치 토크의 제어 결과로 변속기 출력축에서는 해방요소의 전달토크(TR)와 결합요소의 전달토크(TA)가 혼합된 크기의 토크가 출력되며, 이때 변속기 출력토크(변속기 출력축 토크)(To)의 값은 해방요소의 전달토크(TR)와 결합요소의 전달토크(TA)를 합한 값이 된다.
또한, 파워-오프 다운시프트시의 토크 페이즈 제어 구간에서 해방요소의 전달토크(TR)와 결합요소의 전달토크(TA)의 블렌딩으로 생성되는 변속기 출력토크(To)는 음(-)의 토크이다.
이때, 토크 페이즈 제어 구간의 변속기 출력토크(To)가 음(-)의 토크 영역에서 그 절대값 기준으로 일정한 기울기로 점차 증가하도록 해방요소의 전달토크(TR)와 결합요소의 전달토크(TA)가 각각 제어된다.
여기서, 음(-)의 값을 가지는 토크를 그 절대값 기준으로 점차 증가시킨다는 것은, 도 6의 선도에서 음의 값인 토크를 도면상 점차 하강(감소)시키는 것을 의미한다.
이와 같이 본 발명의 파워-오프 다운시프트시에는, A 시점부터 B 시점까지의 토크 페이즈 제어 구간에서, 변속기(120) 내 결합요소 및 해방요소에 대한 토크 제어를 통해 토크 블렌딩 제어, 즉 결합요소의 토크(TA)와 해방요소의 토크(TR)를 그 합이 변속기 출력토크(To)를 만족하도록 블렌딩하는 토크 블렌딩 제어가 수행된다.
또한, 파워-오프 다운시프트시의 토크 페이즈 제어 구간에서 변속기 입력토크(모터 토크)(Ti)는 음(-)의 토크이며, 본 발명에서 토크 페이즈 제어 구간의 변속기 입력토크(Ti)는 변화없이 변속 전과 동일한 값을 일정하게 유지하도록 제어된다.
본 발명에서 변속기 입력토크(Ti)인 모터 토크는 B-C 구간인 이너샤 페이즈 제어 구간 동안 그 절대값 기준으로 감소되었다가, 변속기 입력축 회전속도(NM)가 목표단 동기속도(NMj)에 도달하여 속도 동기화가 이루어지고 나면, C-D 구간에서 원래의 수준, 즉 변속 전 및 토크 페이즈 제어시의 토크 수준으로 복귀된다.
또한, 전달토크(TR)가 0 토크가 될 때까지 변속기 이전단 해방요소(해방 클러치)를 풀어주어 토크 페이즈 제어 구간을 마치고 나면 속도 변화 구간으로 진입하며, 도 7의 확대도에서 B1은 속도 변화 구간이 시작되는 시점을 나타낸다.
도 7을 참조하면, B-C 구간이 총 3개의 구간, 즉 B1-B2, B2-C1 및 C1-C2의 구간으로 세분화됨을 알 수 있다.
본 발명에 따른 변속 과정에서 B1-B2는 속도 변화 구간으로, B2-C1은 속도 제어 안정화 구간으로, C1-C2는 동기 준비 구간으로 정의될 수 있다.
먼저, 속도 변화 구간의 진입 조건은 변속기 입력축 회전속도(변속기 입력속도)(NM)가 되는 모터 속도의 증가를 감지한 조건으로 설정될 수 있다.
여기서, 이러한 진입 조건을 만족한다는 것은 해방 클러치가 풀리고 난 뒤(해방 클러치의 토크가 0으로 감소함) 모터 속도가 증가하고 있는 상태, 및 결합 클러치의 결합이 이루어지기 전에 슬립이 발생하고 있는 상태를 의미한다.
B1 시점에서 상기와 같은 진입 조건을 만족하여 속도 변화 구간이 시작되면, 변속 제어기(80)가 변속기(120) 내 결합요소(결합 클러치)의 전달토크(TA)를 일정하게 유지시켜 일정한 차량 가속도를 확보한다.
이때, 변속 제어기(80)가 결합 클러치의 클러치 토크(TCA)에 관한 지령 값을 일정 값으로 출력하여 결합 클러치의 클러치 토크(TCA) 및 전달토크(TA)가 일정 토크 값으로 제어되도록 한다(결합 클러치의 토크 고정).
또한, 토크 페이즈 제어 구간(A-B) 동안 해방 클러치를 풀어준 상태이기 때문에 시점 B1에서는 해방 클러치의 전달토크(TR)가 작용하지 않아서 결합 클러치의 전달토크(TA)가 변속기(120)의 목표단 전달토크와 동일하고, 이때 변속기 출력토크(To)는 아래의 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.
To = sign(NM - NMj)|TCA| (1)
여기서, NM은 변속기 입력축 회전속도(변속기 입력속도, 모터 속도)를 나타내고, NMj는 목표단 동기속도를 나타내며, sign(x)는 x > 0일 때 +1의 값을, x < 0일 때 -1의 값을 나타내는 함수이다.
이에 따라 NM > NMj일 때 sign(NM-NMj)는 +1의 값을 나타내고, NM < NMj일 때 sign(NM-NMj)는 -1의 값을 나타낸다.
또한, | |는 절대값을 나타나는 기호이다.
변속 제어기(40)는 변속 과정 중 결합 클러치의 전달토크(TA)를 제어하기 위해 결합 클러치의 클러치 토크(TCA)에 대한 지령 값을 출력하고, 이에 클러치 토크(TCA)가 변속 제어기(40)가 출력하는 지령 값에 의해 제어되도록 함으로써 전달토크(TA)의 제어가 이루어질 수 있다.
식 (1)에서, 변속기 입력축 회전속도(NM)인 모터 속도보다 목표단 동기속도(NMj)가 더 높은 경우(NMj>NM)일 때 변속기 출력토크(변속기 출력축 토크)(To)가 음의 값이 되므로, 차량 감속감을 얻기 위해서는 모터 속도(NM)가 목표단 동기속도(TMj)보다 낮게 제어되어야 한다.
또한, 하이브리드 제어기(20)는 B1 시점부터 B2 시점 전까지 요구토크와 무관하게 변속기 입력축 회전속도(NM)가 목표단 동기속도(NMj)를 향해 상승하도록 차량 구동원인 모터(110)의 속도를 제어한다.
이와 같이 모터(110)의 속도를 제어함에 있어서, 변속기 출력토크(To)는 결합 클러치의 전달토크(TA)에 의해 결정되므로, 이와 무관하게 차량 구동원인 모터(110)를 구동하여 빠른 시간 내에 속도를 변화시키는 것이 가능하다.
또한, 모터 속도(NM)를 목표단 동기속도(NMj)보다 크게 제어할 경우 감속감이 아닌 가속감이 형성될 수 있으므로, 목표단 동기속도(NMj)가 아닌, 여유값으로서 미리 설정되는 양(+)의 값인 (ΔNM)B을 설정하여, 모터 속도(NM)가 'NMj - (ΔNM)B'의 값을 향해 상승하도록 여유를 두고 속도 제어를 실시한다.
다음으로, B2 시점부터 속도 제어 안정화 구간이 시작되며, 속도 제어 안정화 구간의 진입 조건으로서 변속기 입력축 회전속도(NM)인 모터 속도가 'NM ≥ NMj - (ΔNM)B - a'의 값에 도달하였을 때 속도 제어 안정화 구간에 진입하도록 설정될 수 있다.
모터 속도(NM)가 'NM ≥ NMj - (ΔNM)B - a'의 값에 도달하여 B 시점에서 속도 제어 안정화 구간에 진입하면, 변속 제어기(40)는 변속기(120) 내 결합 클러치의 전달토크(TA)를 일정하게 유지하여 고정시킨다.
이때의 전달토크(TA)의 제어 역시 변속 제어기(40)가 지령 값을 출력하여 상기 지령 값에 따라 클러치 토크(TCR)를 제어함으로써 수행될 수 있다.
또한, 하이브리드 제어기(20)는 변속기 입력축 회전속도인 모터 속도(NM)가 'NMj - (ΔNM)B'을 추종하도록 차량 구동원인 모터의 속도 제어를 실시한다.
이때, 변속기 입력축 각가속도(αi)는 결합 클러치의 전달토크(TA)가 일정하게 유지되어 동일한 경우 변속기 입력토크(Ti)에 의해 결정되며, 변속기 입력축 각가속도를 계산하는 식은 아래의 식 (2)와 같다.
αi = (1/Ii)(Ti - sign(NM - NMj)|TCA|/iA) (2)
여기서, Ii는 변속기 입력축 이너샤(inertia) 값을 나타내고, iA는 변속기 목표단의 기어비를 나타낸다.
도 6의 A-B 구간인 토크 페이즈 제어 구간이 지나고 난 뒤 B-C 구간인 이너샤 페이즈 제어 구간에 진입하고 나면, B 시점(즉 B1 시점) 이후 해방요소(해방 클러치)가 분담하는 토크(TR,TCR)가 없어지므로, 결합 클러치의 분담 토크가 입력축 기준으로 'TA/iA'이 되고, 이 입력축 기준의 결합 클러치 분담 토크인 'TA/iA'는 차량 구동원의 토크(모터 토크)인 변속기 입력토크(변속기 입력축 토크)(Ti)와 같아지게 된다('TA/iA = Ti').
따라서, 식 (2)에 의해 B 시점 이후 변속기 입력축 각가속도(αi)는 0이 되며('TA = TCA' 임), 결합 클러치의 전달토크(TA)를 토크 페이즈 제어 구간(A-B 구간) 동안 도 6의 선도와 같이 일정 기울기로 도면상 하강(절대값 기준으로 증가)시켜 B 시점이 판단된 때에도 각가속도(αi)는 0에 가깝게 형성된다.
또한, 동기 시점에서의 각가속도(αi)도 0에 가깝게 형성되어야 충격없이 동기가 이루어질 수 있으므로, 속도 제어 안정화 구간의 제어가 시적된 뒤 속도 제어가 안정화되면, 적어도 C1 시점 등에서 변속기 입력토크(모터 토크)(Ti)도 초기 입력토크, 즉 B 시점의 입력토크와 비슷한 수준으로 수렴되도록 한다.
그리고, 본 발명에 따른 변속 과정에서 동기 이후(변속 완료 시점인 D 시점 이후)의 목표단에서 변속기 입력토크(Ti)인 모터 토크가 음(-)의 토크인 변속 전 토크, 즉 최초 입력토크(즉 A 시점에서의 입력토크) 수준이어야 하므로 일정 시간(tB2) 동안의 속도 제어 안정화 구간을 설정해둔다.
상기 식 (2)는 B2 시점에서 변속기 입력토크(Ti)의 수준이 B1 시점의 초기 입력토크 수준과 비슷한 값으로 수렴함을 설명하기 위하여 각가속도(αi )를 서술한 것으로, 이너샤 페이즈 제어 구간이 시작된 B 시점 이후 변속기 입력축의 각가속도는 상기 식 (2)로 결정되고, 이는 'Ti - sign(NM - NMj)|TCA|/iA = Iiαi'의 식으로부터 유도된 것이다.
능동 변속 제어에서 변속기 입력토크(Ti)와 입력축 기준 결합 클러치 토크('TA/iA')의 크기가 B 시점에서는 거의 평형을 이루게 되어 각가속도가 0이고, 이후 원하는 속도 또는 가속도 프로파일을 만족시키기 위해 속도 제어를 하게 되면 동기가 거의 만족한 시점에서 다시 각가속도가 0에 가까울 것이므로 변속기 입력토크(Ti)의 수준이 B 시점의 초기 입력토크 수준으로 수렴된다.
또한, 식 (1) 및 식 (2)에서 사용하고 있는 속도 차, 즉 현재의 변속기 입력축 회전속도(모터 속도)(NM)와 목표단 동기속도(NMj)의 차이('NM-NMj')는 클러치 전단 전달토크와 클러치 후단 전달토크의 결정에 모두 중요하다.
B 시점 이후 이너샤 페이즈 제어 구간에 진입한 상태에서 클러치 후단에 전달되는 토크를 변속기 출력축 기준의 식으로 표현하면 하기 식 (3)과 같다.
sign(NM - NMj)|TCA| - Rtotal = IOαO (3)
여기서, Rtotal은 변속기 출력축 기준 모든 주행 부하의 합을 나타낸다.
따라서, 비환경차의 파워트레인 부하를 모사하기 위해서는 목표단 동기속도보다 현재의 변속기 입력축 회전속도가 낮게 형성되어야 하며, 목표단 동기속도보다 현재의 변속기 입력축 회전속도가 높게 형성되면 차량 가속도가 양(+)의 값을 가지게 될 수 있어 본 발명의 변속에서 기대되는 차량 가속도(여기서 가속도는 음(-)의 가속도, 즉 감속도를 의미함)와는 반대로 제어될 수 있다.
다음으로, C1 시점에서 동기 준비 구간이 시작되며, B2 시점부터 미리 정해진 제1 설정시간(tB2)이 경과한 조건이 동기 준비 구간의 진입 조건으로서 설정될 수 있다.
즉, B2 시점부터 상기 제1 설정시간(tB2)이 경과한 C1 시점에서 동기 준비 구간이 시작되는 것이다.
상기와 같이 동기 준비 구간이 시작되면, 변속 제어기(40)는 동기 판단시까지 결합요소(결합 클러치)의 전달토크(TA)를 그 절대값 기준으로 일정 기울기로 증가(도 6의 음(-)의 토크 영역에서 도면상 하강시킴)시키는 제어를 수행하며, 이를 위해 결합요소의 클러치 토크(TCA) 지령 값을 절대값 기준으로 일정 기울기로 증가시킨다.
또한, 동기 준비 구간에서, 하이브리드 제어기(20)는 차량 구동원인 모터(110)에 대한 속도 제어를 중단하고, 더불어 변속기 입력토크(Ti)가 되는 모터 토크(차량 구동원 토크)를 그 진입 시점인 C1 시점의 토크 상태로 유지한다.
다음으로, C2 시점에서 변속기 입력축 회전속도(NM)인 모터 속도가 목표단 동기속도(NMj)에 도달하고 나면 속도 동기화가 이루어진 동기 구간으로 진입하게 된다.
이때, 동기 구간의 진입 조건으로서, 예를 들어 '|NM - NMj| < (ΔNM)C'인 상태가 일정 시간 동안 연속으로 만족하는 조건이면, 속도 동기화가 이루어진 상태인 것으로 판정할 수 있게 된다.
속도 동기화가 이루어지고 나면, C2 시점부터 변속 제어기(40)는 결합요소의 클러치 토크(TCA)를 그 절대값 기준으로 최대 클러치 토크까지 정해진 일정 기울기로 증가시켜 결합 클러치의 결합을 완료하는바, C2 시점 이후 확실한 동기화가 이루어질 수 있도록 결합요소에 최대 클러치 토크가 인가될 수 있도록 한다.
또한, 하이브리드 제어기(20)는 C2 시점까지 변속기 입력토크가 되는 차량 구동원의 토크(즉 모터 토크)(Ti)를 C1 시점의 토크로 유지하였다가, 이후 도 6의 선도에서와 같이 정해진 일정 기울기로 점차 낮추게 된다.
즉, C 시점 이후 변속기 입력토크(Ti)를 그 절대값 기준으로 일정 기울기로 점차 증가시키는 것이다.
이후, C2 시점부터 제2 설정시간이 경과한 D 시점에서 변속 제어기(40)에 의한 변속기의 클러치 제어가 종료되고, 하이브리드 제어기(20)에 의해 변속기 입력토크(Ti)인 모터 토크가 변속 전 토크로 전환된 상태에서, 본 발명에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속이 모두 완료된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법에 의하면, 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 빠르게 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있게 된다.
보다 상세히는, EV 모드의 파워-오프 다운시프트 제어 과정 동안 결합 클러치의 토크와 해방 클러치의 토크를 브렌딩하는 토크 페이즈 제어가 수행됨으로써, 변속 초기부터 변속 전후의 토크 단차에 의한 감속감을 확보하는 것이 가능하다.
또한, EV 모드의 파워-오프 다운시프트 제어 과정에서 모터 속도 변화 구간 동안 일정한 감속도를 유지하는 것이 가능하고, 변속시간의 단축이 가능하다.
변속 중 변속기 입력축 회전속도가 상승할 때 결합 클러치의 토크 유지 및 차량 구동원의 속도 제어를 통해 변속기 입력축 회전속도를 목표단 동기속도보다 낮게 설정함으로써, 차량 감속도를 유지할 수 있고, 속도 상승시간이 단축되어 운전감이 향상될 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
9 : 차량 휠 10 : 운전 정보 검출부
20 : 하이브리드 제어기(HCU) 30 : 엔진 제어기(ECU)
40 : 변속 제어기(TCU) 50 : 배터리 제어기(BMS)
60 : 모터 제어기(MCU) 70 : 배터리
80 : 브레이크 제어기(BCU) 90 : 엔진
100 : 엔진 클러치 110 : 모터
120 : 변속기 130 : 유압회로
131 : 휠 브레이크

Claims (12)

  1. 제어기가, 차량의 타력 주행 동안 운전자의 다운시프트 조작에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단한 경우, 변속기 내 해방 클러치의 토크를 감소시켜 해방 클러치를 해방하는 동시에 변속기 내 결합 클러치의 토크를 증가시키는 토크 블렌딩 제어를 수행하는 단계;
    상기 해방 클러치가 해방된 상태에서, 상기 제어기에 의해, 변속기 입력축 회전속도가 변속 후 목표단의 설정된 목표단 동기속도에 도달하도록 모터 속도가 제어되고, 상기 결합 클러치의 토크가 일정하게 유지되는 단계; 및
    상기 변속기 입력축 회전속도가 목표단 동기속도에 도달한 경우, 상기 제어기가 상기 결합 클러치의 토크를 증가시켜 결합 클러치의 결합을 완료하는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터 속도가 제어되는 단계는,
    상기 제어기에 의해 상기 결합 클러치의 토크가 일정하게 유지되고 상기 변속기 입력축 회전속도가 목표단 동기속도를 향해 상승하도록 모터 속도가 제어되는 속도 변화 구간의 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 모터 속도가 제어되는 단계는,
    상기 속도 변화 구간의 제어 단계 후, 상기 제어기에 의해 상기 결합 클러치의 토크가 일정하게 유지되고 상기 변속기 입력축 회전속도가 'NMj - (ΔNM)B' (여기서, NMj는 목표단 동기속도, (ΔNM)B는 미리 설정되는 여유값임)의 값을 추종하도록 모터 속도가 제어되는 속도 제어 안정화 구간의 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 모터 속도가 'NM ≥ NMj - (ΔNM)B - a' (여기서, NM는 변속기 입력축 회전속도, a는 양(+)의 값으로 미리 정해지는 설정값임)의 값에 도달하였을 때 상기 속도 제어 안정화 구간의 제어 단계가 시작되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 (ΔNM)B는 양(+)의 값으로 설정되어, 상기 속도 변화 구간 및 속도 제어 안정화 구간의 제어 단계에서 변속기 입력축 회전속도가 목표단 동기속도보다 낮게 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 모터 속도가 제어되는 단계는,
    상기 속도 제어 안정화 구간의 제어 단계 후 동기 판단 시점까지, 상기 제어기가 상기 결합 클러치의 토크를 일정 기울기로 증가시키고 상기 모터 속도에 대한 제어를 중단함과 더불어 변속기 입력토크가 되는 모터 토크를 유지하는 동기 준비 구간의 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  7. 청구항 6 있어서,
    상기 제어기는 속도 제어 안정화 구간의 제어 단계가 시작된 후 미리 정해진 제1 설정시간을 경과한 시점에서 상기 동기 준비 구간의 제어 단계를 시작하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는 상기 동기 준비 구간의 제어 단계가 시작되는 시점에서 변속기 입력토크가 되는 모터 토크를 변속 전 토크 값이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 입력축 회전속도가 목표단 동기속도에 도달하도록 모터 속도가 제어되는 단계에서, 상기 제어기는 변속기 입력토크가 되는 모터 토크를 음(-)의 토크 영역에서 절대값 기준으로 감소시켰다가 변속 전 토크 값까지 다시 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크 블렌딩 제어를 수행하는 단계에서, 상기 제어기는 변속기 입력토크가 되는 모터 토크를 변화없이 변속 전과 동일하게 일정한 음(-)의 토크로 유지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크 블렌딩 제어를 수행하는 단계에서, 상기 제어기는, 변속기 내 해방 클러치의 토크를 일정 기울기로 감소시키는 동시에, 변속기 내 결합 클러치의 토크를 일정 기울기로 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는, 결합 클러치의 토크와 해방 클러치의 토크의 합으로 결정되는 변속기 출력토크가 음(-)의 토크 영역에서 절대값 기준으로 일정한 기울기로 점차 증가하도록, 상기 결합 클러치의 토크와 상기 해방 클러치의 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트를 위한 능동 변속 제어 방법.
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