KR20210002268A

KR20210002268A - 차량의 클러치 제어장치

Info

Publication number: KR20210002268A
Application number: KR1020190078078A
Authority: KR
Inventors: 김성열; 이승민; 신석영; 이장원; 김호성; 이영섭
Original assignee: 현대자동차주식회사; 인천대학교 산학협력단; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-01-07
Also published as: CN112145670A; US10851856B1; CN112145670B

Abstract

본 발명은 변속기 입력축 속도로부터 저더 성분을 추출하는 저더추출기와; 상기 저더추출기로부터 추출된 저더 성분을 입력 받아, 상기 저더에 대한 역위상 신호인 기본제어신호를 생성하는 안티저더신호생성부와; 상기 안티저더신호생성부에서 출력되는 기본제어신호의 진폭과 위상을 분리하는 신호분리기와; 상기 신호분리기에서 출력되는 진폭과 위상을 각각 조절한 후 결합하여 안터저더토크를 출력하는 신호후처리장치를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 클러치 제어장치{CLUTCH CONTROL APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 클러치 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 DCT(Dual Clutch Transmission)나 AMT(Automated Manual Transmission) 등과 같은 변속기에서 사용되는 건식 클러치를 제어하는 기술에 관한 것이다.

DCT나 AMT는 엔진과의 사이에 위치한 클러치를 조작하여 변속기로 입력되는 동력을 단속하기 때문에 클러치 제어성능이 차량의 발진 및 변속성능을 크게 좌우하게 된다.

상기와 같이 DCT나 AMT에 사용하는 클러치는 유압으로 제어되는 습식클러치와, 단순한 구성의 기계식 작동방식을 가지는 건식클러치로 구분되는데, 일반적인 주행상황에서는 건식클러치가 습식클러치 보다 동력전달효율이 높은 것으로 알려져 있어 연비향상 기술로 각광받고 있다.

하지만, 건식클러치는 마찰에 의한 온도 변화가 크고, 이러한 온도 변화와 시간의 경과에 따른 하드웨어의 특성 변화 등에 의해, 액츄에이터의 제어량에 따른 전달토크의 특성이 비교적 크게 변화하여 상대적으로 제어가 까다롭다.

특히, 건식클러치(이하 단순히 '클러치'라고 칭함)를 탑재한 차량에서는 차량의 발진 중 클러치에 기인한 저더(Judder) 현상이 많이 발생하는데, 이러한 저더 현상이 발생하면, 운전자로 하여금 차량의 진동을 느끼게 하여, 운전성을 떨어뜨리게 된다.

상기와 같은 저더 현상은 클러치에서 발생하는 전달토크의 변동에 의해 발생하는데, 이러한 클러치 전달토크의 변동은 클러치의 제조 산포 및 클러치 마찰재의 마찰성능 불안정 등에 의해 초래되어, 원천적인 개선이 어렵고, 동일한 차량에서도 차량의 발진마다 저더의 양상이 다르게 나타나므로 사전 설계된 제어가 곤란하다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 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 1020040036726 A KR 1020160005251 A KR 1020160005252 A

본 발명은 엔진과 변속기를 연결하는 클러치에서 저더가 발생하면, 적극적으로 클러치를 제어하여 저더를 저감시킬 수 있도록 함으로써, 차량의 진동을 저감 내지는 방지하여 차량의 승차감을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 클러치 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 클러치 제어장치는,

변속기 입력축 속도로부터 저더 성분을 추출하는 저더추출기와;

상기 저더추출기로부터 추출된 저더 성분을 입력 받아, 상기 저더에 대한 역위상 신호인 기본제어신호를 생성하는 안티저더신호생성부와;

상기 안티저더신호생성부에서 출력되는 기본제어신호의 진폭과 위상을 분리하는 신호분리기와;

상기 신호분리기에서 출력되는 진폭과 위상을 각각 조절한 후 결합하여 안터저더토크를 출력하는 신호후처리장치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 저더추출기는 노치필터(Notch Filter)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 안티저더신호생성부는

참조신호를 발생시키는 참조신호발생기를 포함하여 구성되고;

상기 참조신호발생기에서 제공되는 참조신호와 상기 저더추출기로부터 제공되는 저더 성분을 이용하여 상기 기본제어신호를 생성하는 적응 최소제곱평균 필터로 이루어질 수 있다.

상기 신호후처리장치는

상기 기본제어신호의 진폭에 진폭게인을 곱하여 진폭을 변화시키는 진폭조절부와;

상기 기본제어신호의 위상을 조절하는 위상조절부와;

상기 진폭조절부의 출력신호와 위상조절부의 출력신호를 결합하여 안티저더토크를 생성하는 결합부;

로 구성될 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 클러치 제어방법은,

변속기 입력축 속도로부터 저더 성분을 추출하는 단계와;

상기 저더 성분을 입력 받아, 적응 최소제곱평균 필터링을 통해 상기 저더에 대한 역위상 신호인 기본제어신호를 생성하는 단계와;

상기 기본제어신호의 진폭과 위상을 분리하는 단계와;

상기 분리된 진폭과 위상을 각각 조절한 후 결합하여 안티저더토크를 생성하는 단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 클러치를 제어하는 컨트롤러가 출력하는 목표제어토크에 상기 안티저더토크를 더하여 상기 클러치를 구동하는 클러치액츄에이터를 제어하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 기본제어신호를 생성하는 단계에서는 상기 저더 성분과 반복적으로 발생되는 참조신호를 이용하여 적응 최소제공평균 필터링을 수행하여, 상기 기본제어신호를 생성할 수 있다.

상기 안티저더토크를 생성하는 단계에서는 상기 기본제어신호의 진폭에 진폭게인을 곱하여 진폭을 조절하고, 상기 기본제어신호의 위상을 별도로 조절한 후, 이들을 결합하여 상기 안티저더토크를 생성할 수 있다.

본 발명은 엔진과 변속기를 연결하는 클러치에서 저더가 발생하면, 적극적으로 클러치를 제어하여 저더를 저감시킬 수 있도록 함으로써, 차량의 진동을 저감 내지는 방지하여 차량의 승차감을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 DCT를 탑재한 차량의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 클러치 제어장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 클러치 제어방법의 순서도,
도 4는 본 발명의 효과를 비교 설명한 그래프이다.

도 1은 본 발명을 적용할 수 있는 DCT를 탑재한 차량의 구성도로서, 엔진(E)의 동력은 DCT의 두 클러치(CL)를 통해 두개의 입력축(IN)으로 공급되며, DCT에서 변속된 동력은 출력축(OUT)을 통해 구동륜(W)으로 인출되도록 되어 있다.

상기 두 클러치(CL)는 각각의 클러치액츄에이터(CA)에 의해 구동되며, 기어액츄에이터(GA)는 셀렉팅과 쉬프팅 작용으로 변속기어를 바꾸어서 변속을 수행하고, 상기 클러치액츄에이터(CA)와 기어액츄에이터(GA)는 컨트롤러(CLR)에 의해 제어되며, 상기 컨트롤러(CLR)는 운전자의 가속페달 조작 정도 등을 입력 받을 수 있는 바, 도 1에서는 APS(Accelerator Position Sensor) 신호를 통해 전달받도록 되어 있다.

물론, 상기 엔진은 ECU(Engine Control Unit)와 같은 별도의 제어기에 의해 제어되도록 구성될 수 있으며, 상기 DCT를 제어하는 상기 컨트롤러(CLR)는 TCU(Transmission Control Unit) 등으로 구성될 수 있고, 상기 ECU와 TCU는 서로 간에 필요한 정보를 CAN(Controller Area Network) 등을 통해 주고받을 수 있도록 구성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명 차량의 클러치 제어장치의 실시예는, 변속기 입력축 속도로부터 저더 성분을 추출하는 저더추출기(1)와; 상기 저더추출기(1)로부터 추출된 저더 성분을 입력 받아, 상기 저더에 대한 역위상 신호인 기본제어신호를 생성하는 안티저더신호생성부(3)와; 상기 안티저더신호생성부(3)에서 출력되는 기본제어신호의 진폭과 위상을 분리하는 신호분리기(5)와; 상기 신호분리기(5)에서 출력되는 진폭과 위상을 각각 조절한 후 결합하여 안터저더토크를 출력하는 신호후처리장치(7)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명의 클러치 제어장치는 클러치의 저더를 상기 클러치에 연결된 입력축 속도의 진동으로부터 추출하고, 이와 같이 추출된 저더 성분을 이용하여 이 저더 신호에 대한 역위상의 기본제어신호를 생성하여, 그 진폭과 위상을 조절함으로써 상기 안티저더토크를 생성하도록 하는 것이다.

물론, 상기 안티저더토크는 상기 클러치를 제어하기 위해 컨트롤러(CLR)에서 기본적으로 출력되는 목표제어토크에 더해져서 최종제어토크를 이루어 상기 클러치액츄에이터로 공급됨으로써, 클러치의 저더가 상쇄되어 저감되도록 하는 것이다.

상기 저더추출기(1)는 상기 입력축의 속도를 측정하는 속도센서 등으로부터 입력축의 속도를 입력 받아 필터링 등의 방법으로 저더 성분을 추출하도록 할 수 있다.

특히, 상기 저더추출기는 노치필터(Notch Filter)를 포함하여 구성될 수 있는 바, 상기 입력축의 속도에서 상기 노치필터를 통과시킨 입력축 속도를 빼면 시간지연이 거의 없는 저더를 추출할 수 있다.

상기 안티저더신호생성부(3)는 참조신호를 발생시키는 참조신호발생기(9)를 포함하여 구성되고, 상기 참조신호발생기(9)에서 제공되는 참조신호와 상기 저더추출기(1)로부터 제공되는 저더 성분을 이용하여 상기 기본제어신호를 생성하는 적응 최소제곱평균 필터(Adaptive Least Mean Square Filter)로 이루어진다.

상기 참조신호발생기(9)에서 발생시키는 참조신호는 정현파 등과 같이 시간에 따라 반복적인 펄스 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 참조신호발생기(9)는 상기 저더추출기(1)에서 추출된 저더성분의 주파수와 일정한 관계(예컨대, 일정한 배수)를 형성하는 주파수로 참조신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.

상기 적응 최소제곱평균 필터가 상기 참조신호와 저더 성분을 입력 받아 상기 저더의 역위상 신호인 상기 기본제어신호를 생성하는 것은, 종래 공지된 적응 최소제곱평균 필터링의 방법에 의해 구현할 수 있다.

상기 신호분리기(5)에서는 상기 안티저더신호생성부(3)에서 출력되는 기본제어신호를 그 진폭과 위상으로 분리하여 상기 신호후처리장치(7)로 전달한다.

상기 신호후처리장치(7)는 상기 기본제어신호의 진폭에 진폭게인(K)을 곱하여 진폭을 변화시키는 진폭조절부(11)와, 상기 기본제어신호의 위상(Ψ)을 조절하는 위상조절부(13)와; 상기 진폭조절부(11)의 출력신호와 위상조절부(13)의 출력신호를 결합하여 안티저더토크를 생성하는 결합부(15)로 구성될 수 있다.

상기 진폭조절부(11)에서 사용하는 진폭게인(K)은 상기 저더의 최대 진폭 또는 평균 진폭 등에 따라 적절한 값을 선정하도록 하여 구할 수 있을 것이며, 상기 위상조절부(13)는 상기 저더의 위상과 클러치액츄에이터의 제어 시간 지연 등을 고려하여, 상기 안티저더토크가 클러치액츄에이터를 통해 클러치에 작용할 때, 저더를 효과적으로 상쇄시킬 수 있도록 상기 기본제어신호의 위상을 변경시키도록 할 수 있을 것이다.

상기 결합부(15)는 상기와 같이 기본제어신호의 진폭과 위상을 각각 조절한 후, 이들을 결합하여 상기 안티저더토크를 생성하여 출력한다.

물론, 상기와 같이 생성된 안티저더토크는 상기한 바와 같이 상기 컨트롤러에서 클러치액츄에이터로 기본적으로 제공하는 목표제어토크에 더해져서 상기 최종제어토크를 구성함으로써, 상기 목표제어토크와 함께 상기 클러치액츄에이터로 전달되어, 상기 안티저더토크의 성분이 클러치의 저더를 상쇄시키도록 하게 되는 것이다.

여기서, 상기 컨트롤러(CLR)가 기본적으로 상기 클러치액츄에이터(CA)에 제공하는 목표제어토크란, 종래와 같이 클러치의 저더를 고려하지 않은 상태에서, 차량의 발진이나 변속 등을 수행하기 위해 상기 컨트롤러가 클러치액츄에이터를 제어하기 위해 출력하는 제어토크를 의미한다.

한편, 본 발명은 다음과 같이 차량의 클러치 제어방법으로도 표현할 수 있는 바, 도 3에 예시한 바와 같이, 변속기 입력축 속도로부터 저더 성분을 추출하는 단계(S10)와; 상기 저더 성분을 입력 받아, 적응 최소제곱평균 필터링을 통해 상기 저더에 대한 역위상 신호인 기본제어신호를 생성하는 단계(S20)와; 상기 기본제어신호의 진폭과 위상을 분리하는 단계(S30)와; 상기 분리된 진폭과 위상을 각각 조절한 후 결합하여 안티저더토크를 생성하는 단계(S40)와; 클러치를 제어하는 컨트롤러가 출력하는 목표제어토크에 상기 안티저더토크를 더하여 상기 클러치를 구동하는 클러치액츄에이터를 제어하는 단계(S50)를 포함하여 구성된다.

상기 기본제어신호를 생성하는 단계(S20)에서는 상기 저더 성분과 반복적으로 발생되는 참조신호를 이용하여 적응 최소제공평균 필터링을 수행하여, 상기 기본제어신호를 생성한다.

상기 안티저더토크를 생성하는 단계(S40)에서는 상기 기본제어신호의 진폭에 진폭게인을 곱하여 진폭을 조절하고, 상기 기본제어신호의 위상을 별도로 조절한 후, 이들을 결합하여 상기 안티저더토크를 생성하도록 한다.

도 4는 상기한 바와 같은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 비교 그래프로서, 본 발명에 의한 안티저더토크를 적용하지 않은 상태의 그래프에서, 변속기 입력축 속도의 변동으로 나타나는 저더에 의해 차량의 가속도에도 진동이 발생하여, 탑승자가 진동을 느끼게 됨으로써, 승차감이 떨어지는 상황이지만, 본 발명에 따른 안티저더토크를 적용한 상태의 그래프에서는, 안티저더토크의 적용에 의해 변속기 입력축 속도의 변동과 차량의 가속도 진동이 모두 약 30% 감소하여 차량의 승차감이 향상되는 것을 보여주고 있다.

참고로, 상기 안티저더토크를 적용한 상태의 그래프에서 안티저더토크는 실제값을 5배 확대하여 도시함으로써, 안티저더토크를 보다 쉽게 인식할 수 있도록 하였다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

E; 엔진
CL; 클러치
IN; 입력축
OUT; 출력축
W; 구동륜
CA; 클러치액츄에이터
GA; 기어액츄에이터
CLR; 컨트롤러
1; 저더추출기
3; 안티저더신호생성부
5; 신호분리기
7; 신호후처리장치
9; 참조신호발생기
11; 진폭조절부
13; 위상조절부
15; 결합부

Claims

변속기 입력축 속도로부터 저더 성분을 추출하는 저더추출기와;
상기 저더추출기로부터 추출된 저더 성분을 입력 받아, 상기 저더에 대한 역위상 신호인 기본제어신호를 생성하는 안티저더신호생성부와;
상기 안티저더신호생성부에서 출력되는 기본제어신호의 진폭과 위상을 분리하는 신호분리기와;
상기 신호분리기에서 출력되는 진폭과 위상을 각각 조절한 후 결합하여 안터저더토크를 출력하는 신호후처리장치;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저더추출기는 노치필터(Notch Filter)를 포함하여 이루어진 것
을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.
청구항 1에 있어서, 상기 안티저더신호생성부는
참조신호를 발생시키는 참조신호발생기를 포함하여 구성되고;
상기 참조신호발생기에서 제공되는 참조신호와 상기 저더추출기로부터 제공되는 저더 성분을 이용하여 상기 기본제어신호를 생성하는 적응 최소제곱평균 필터로 이루어진 것
을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.
청구항 3에 있어서, 상기 신호후처리장치는
상기 기본제어신호의 진폭에 진폭게인을 곱하여 진폭을 변화시키는 진폭조절부와;
상기 기본제어신호의 위상을 조절하는 위상조절부와;
상기 진폭조절부의 출력신호와 위상조절부의 출력신호를 결합하여 안티저더토크를 생성하는 결합부;
로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.
변속기 입력축 속도로부터 저더 성분을 추출하는 단계와;
상기 저더 성분을 입력 받아, 적응 최소제곱평균 필터링을 통해 상기 저더에 대한 역위상 신호인 기본제어신호를 생성하는 단계와;
상기 기본제어신호의 진폭과 위상을 분리하는 단계와;
상기 분리된 진폭과 위상을 각각 조절한 후 결합하여 안티저더토크를 생성하는 단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어방법.
청구항 5에 있어서,
클러치를 제어하는 컨트롤러가 출력하는 목표제어토크에 상기 안티저더토크를 더하여 상기 클러치를 구동하는 클러치액츄에이터를 제어하는 단계를 더 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어방법.
청구항 6에 있어서,
상기 기본제어신호를 생성하는 단계에서는 상기 저더 성분과 반복적으로 발생되는 참조신호를 이용하여 적응 최소제공평균 필터링을 수행하여, 상기 기본제어신호를 생성하는 것
을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어방법.
청구항 6에 있어서,
상기 안티저더토크를 생성하는 단계에서는 상기 기본제어신호의 진폭에 진폭게인을 곱하여 진폭을 조절하고, 상기 기본제어신호의 위상을 별도로 조절한 후, 이들을 결합하여 상기 안티저더토크를 생성하는 것
을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어방법.