KR20230155284A - 전기차 변속기 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

전기차 변속기 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 전기차 변속기 제어 시스템은, 모터를 포함하는 구동원, 도그 클러치와 마찰 클러치를 이용하여 다단 변속을 수행하는 변속기, 운전자의 주행 의도로 입력된 가속페달 신호(APS)에 따라 상기 구동원의 동력을 제어하는 구동 제어기 및 상기 가속페달 신호(APS)에 따라 각각의 클러치 액추에이터 제어를 통해 상기 변속기의 변속을 제어하는 변속 제어기를 포함하되, 상기 변속 제어기는 APS 값이 기준치를 초과하여 상기 도그 클러치가 다운시프트(Downshift)의 결합측 클러치로 동작하는 킥다운(P/On Downshift) 변속을 진행 중 상기 주행 의도 변경에 따른 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지면 상기 킥다운 변속을 취소하고 모터 토크 회생 제어를 통한 속도 동기 및 상기 마찰 클러치의 슬립 제어와 결합을 제어하여 신속하게 원래의 기존 변속단으로 복귀시키는 것을 특징으로 한다.

Description

전기차 변속기 제어 시스템 및 그 방법{ELECTRIC VEHICLE(xEV) TRANSMISSION CONTROL SYSTEM AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 전기차 변속기 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도그 클러치가 장착된 변속기를 사용하는 전기차의 운전성을 고려한 전기차 변속기 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 변속기 분야에서는 동력 전달 효율을 향상시키기 위해 도그 클러치(Dog clutch)를 적극적으로 사용하고 있으며, 예컨대, 다양한 종류의 전기차(Electric Vehicle, xEV)에 적용되는 xEV 변속기가 대표적인 사례이다.

도 1은 종래의 도그 클러치의 작동 방식과 제어시의 특성을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 도그 클러치는 양단의 치를 맞물림을 통해 동력을 전달하는 기구로서 유압을 사용하지 않으며 클러치 양단의 속도 동기를 위한 마찰 요소가 없어 높은 전달 효율을 가지는 장점이 있다. 하지만, 유체의 완충작용이 없고 기구적으로 속도 동기화가 일어나지 않으므로 정밀한 제어가 수행되지 않을 시 체결과정에서 충격이 발생할 가능성이 높다.

예컨대, 변속기에 있어서 도그 클러치의 제어는 결합 제어와 해방 제어로 구분된다. 기술적으로 결합 제어시 해방 제어시보다 충격 발생할 확률이 높으며 정밀한 제어가 요구된다. 대표적인 충격발생 예로는 치가 결합되지 않고 부딪히는 보킹(Baulking) 현상이 있으며, 양단의 상대속도차이가 크거나 없으면 보킹 발생할 확률이 커진다.

한편, 도 2는 종래의 도그 클러치가 장착된 변속기를 제어시 문제 사례를 나타낸다.

도 2(A)를 참조하면, 운전자가 차량을 운전 중 급가속을 위해 가속페달을 크게 입력했을 때의 운전자 요구동력이 구동원 발생동력보다 큰 상황인 경우 변속기에서 동력 전달 중 다운 변속(Power On Downshift, 이하, "킥다운" 이라 명명함) 제어가 수행된다. 킥다운 변속의 경우 양단의 속도 동기화 과정을 구동원의 동력을 통해서 수행한다. 즉, 구동원의 동력으로 변속기 입력(Input) 속도를 높인 뒤 도그 클러치 요소의 결합을 통해 변속을 수행하는 방식이다. 이 때, 발생하는 도그 클러치 결합감이나 충격은 운전자의 의도된 조작에 의해서 발생하는 것이므로 운전자가 운전성에 대해 상대적으로 관대하게 평가를 하게 된다.

그러나, 도 2(B)를 참조하면, 운전자가 급가속을 위해 가속페달을 크게 입력했다가 짧은 시간 내에 가속페달을 떼는 경우(즉, 운전자의 변심(Change of Mind)에 의한 주행 의도 변경 상황)에는 킥다운 제어 중 구동원의 동력이 줄어들어 변속을 완료할 수 없고, 변속 완료를 위해 별도의 제어를 수행해야 한다.

이 때, 도그 클러치가 적용된 변속기에서 도그 클러치가 다운시프트(Downshift)의 결합 클러치인 상황에서 종래의 기술은 변속 완료를 위해 가속페달을 떼더라도 토크상승(Torque Increase) 제어를 통해서 지속적으로 토크를 발생시켜 속도를 동기화 시킨 후 클러치 요소를 결합시키는 방식을 채택하고 있다. 하지만 이러한 방식은 운전자 의도에 반하여 토크를 발생시키므로 운전자가 응답 지연으로 인식하게 되어 불만요소로 작용 되는 문제점이 있다.

또한, 도그 클러치의 결합 과정에서는 보킹 현상이 발생하거나 구조적 특징으로 인해 클러치 결합감이 발생하게 되는데, 이는 운전자가 가속페달을 떼고 일정시간 후 예상하지 못한(즉, 의도된 조작이 아닌) 울컥거림을 느끼게 되므로 운전성에 대해 요구사항이 높은 EV 차량에서는 불만 요소로 작용되는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 도그 클러치와 마찰 클러치가 장착된 변속기를 사용하는 전기차에서 결합 클러치가 도그 클러치인 킥다운(P/On Downshift) 변속 제어 중 가속페달 해제 시 킥다운 변속을 취소하고 모터 회생 제어를 통해 속도 동기를 신속하게 제어하고 마찰 클러치의 슬립 제어를 통해 변속 충격을 방지하는 전기차 변속기 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전기차 변속기 제어 시스템은, 모터를 포함하는 구동원; 도그 클러치와 마찰 클러치를 이용하여 다단 변속을 수행하는 변속기; 운전자의 주행 의도로 입력된 가속페달 신호(APS)에 따라 상기 구동원의 동력을 제어하는 구동 제어기; 및 상기 가속페달 신호(APS)에 따라 각각의 클러치 액추에이터 제어를 통해 상기 변속기의 변속을 제어하는 변속 제어기를 포함하되, 상기 변속 제어기는 APS 값이 기준치를 초과하여 상기 도그 클러치가 다운시프트(Downshift)의 결합측 클러치로 동작하는 킥다운(P/On Downshift) 변속을 진행 중 상기 주행 의도 변경에 따른 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지면 상기 킥다운 변속을 취소하고 모터 토크 회생 제어를 통한 속도 동기 및 상기 마찰 클러치의 슬립 제어와 결합을 제어하여 신속하게 원래의 기존 변속단으로 복귀시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변속기는, 1단 기어에 적용된 상기 도그 클러치와 2단 기어에 적용된 상기 마찰 클러치를 포함하며, 각각의 클러치 작동을 위한 클러치 액추에이터를 구비할 수 있다.

또한, 상기 구동 제어기는, 상기 구동원의 토크와 회전속도를 상기 변속 제어기로 전달하고, 상기 변속 제어기로부터 수신된 토크 지령에 따라 모터 토크 상승 제어 및 모터 토크 회생 제어 중 어느 하나를 수행할 수 있다.

또한, 상기 변속 제어기는, 상기 주행 의도 변경에 따라 상기 킥다운 제어를 취소하는 경우 상기 결합측 클러치로 동작하는 상기 도그 클러치와 해방측 클러치로 동작 하는 마찰 클러치의 역할을 변경할 수 있다.

또한, 상기 변속 제어기는, 상기 킥다운 변속이 취소되면 상기 속도 동기의 시작여부를 확인하여 시작하지 않은 상태이면 각 클러치 제어를 중단하고 킥다운 시작 초기의 제어량으로 복귀시킬 수 있다..

또한, 상기 변속 제어기는, 상기 속도 동기를 시작한 상태이면 상기 모터 토크 회생 제어를 통해 상기 기존 변속단으로 속도 동기를 제어할 수 있다.

또한, 상기 변속 제어기는, 상기 기존 변속단으로 속도 동기를 진행 중 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상으로 속도 동기된 상태이면, 상기 마찰 클러치의 기구적인 슬립을 통해 속도 동기를 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 도그 클러치와 마찰 클러치가 장착된 전기차 변속기 제어 방법은, a) 운전자의 가속 의지에 따라 입력된 가속페달 신호(APS) 값이 설정된 조건을 충족하면 도그 클러치가 다운시프트(Downshift)의 결합측 클러치로 동작하는 킥다운 제어를 시작하는 단계; b) 상기 킥다운 변속 진행 중 운전자의 주행 의도 변경으로 인해 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지는지 확인하는 단계; c) 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지면 상기 킥다운 변속을 취소하고 모터 토크 회생 제어를 통한 속도 동기를 제어하는 단계; 및 d) 상기 마찰 클러치의 슬립 제어와 결합을 제어하여 신속하게 원래의 기존 변속단으로 복귀시키는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 킥다운 변속이 취소되면 상기 속도 동기의 시작여부를 확인하는 단계; 및 상기 속도 동기를 시작하지 않은 상태이면 각 클러치 제어를 중단하고 킥다운 시작 초기의 제어량으로 복귀시키는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 킥다운 변속 취소에 따라 상기 속도 동기를 시작한 상태이면, 상기 모터 토크 회생 제어를 통해 원래의 기존 변속단으로 속도 동기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 기존 변속단으로 속도 동기를 진행 중 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상인지 확인하는 단계; 및 상기 기준 진행률 이상이면 결합측 클러치 역할을 하는 마찰 클러치의 기구적인 슬립을 통해 속도 동기를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, c-1) 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지지 않으면 정상적으로 킥다운 변속이 진행되는 것으로 판단하고 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상인지 여부를 파악하는 단계; c-2) 상기 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상이 아니면 모터 토크 회생 제어를 수행하는 단계; 또는 c-3) 상기 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상이면 상기 도그 클러치의 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하인지 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c-3) 단계는, 상기 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하가 아닌 것으로 파악하는 단계; 상기 목표 동기속도에 비해 구동원 토크가 과다한(+) 경우 모터 토크 회생 제어를 수행하는 단계; 또는 상기 목표 동기속도에 비해 상기 구동원 토크가 부족한(-) 경우 상기 모터 토크 상승 제어를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c-3) 단계는, 상기 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하인 것으로 파악하는 단계; 및 상기 도그 클러치의 결합을 시도하여 결합에 성공하면 상기 도그 클러치 결합 완료에 따른 변속 제어를 완료하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 킥다운 제어 중 운전자의 주행 의도 변경으로 구동원의 동력이 줄어드는 상황에서 킥다운 변속을 취소하고 모터 토크 회생 제어 사용하여 기존 변속단으로 신속한 복귀 제어를 수행함으로써 운전자의 주행 의도에 부합하는 방향의 변속 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 마찰 클러치와 달리 속도 동기 요소가 없는 도그 클러치의 정확하고 신속한 속도 동기를 위해 모터 토크 회생 제어를 수행함으로써 전비/연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 모터 토크 회생 제어를 사용한 정밀한 토크 제어로 상대 속도를 동기화하여 결합하는 도그 클러치 외에 마찰 클러치를 사용하여 기구적 마찰을 통해 상대 속도를 동기화한 후 결합을 시도함으로써 변속 말기의 충격을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 도그 클러치의 작동 방식과 제어시의 특성을 나타낸다.
도 2는 종래의 도그 클러치가 장착된 변속기를 제어시 문제 사례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 시스템의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기의 제어 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변속기 제어 방법과 종래 기술의 제어 방식을 비교하여 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성 요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성 요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.

명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다

추가적으로, 아래의 방법들 또는 이들의 양상들 중 하나 이상은 적어도 하나 이상의 제어기에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. "제어기"라는 용어는 메모리 및 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 지칭할 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구성되고, 프로세서는 아래에서 더욱 자세히 설명되는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 프로그램 명령들을 실행하도록 특별히 프로그래밍 된다. 제어기는, 여기에서 기재된 바와 같이, 유닛들, 모듈들, 부품들, 장치들, 또는 이와 유사한 것의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 아래의 방법들은, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 함께 제어기를 포함하는 장치에 의해 실행될 수 있음이 이해된다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 시스템의 구성을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 시스템(100)은 운전자의 주행 의도에 따른 각종 센서로부터 운전정보를 검출하는 운전정보 검출기(110), 모터를 포함하는 구동원(120), 도그 클러치(131)와 마찰 클러치(132)를 이용하여 다단 변속을 수행하는 변속기(130), 상기 운전정보로 수집된 가속페달 신호(Accelerator Position Sensor, APS)에 따라 상기 구동원(120)의 동력을 제어하는 구동 제어기(141), 및 상기 가속페달 신호(APS)에 따라 상기 변속기(130)의 다단 변속을 제어하는 변속 제어기(142)를 포함한다. 여기서, 상기 구동 제어기(141)와 변속 제어기(142)는 변속기 제어를 위해 상호 연동되며 기능에 따라 개별 구성되거나 하나의 제어기(140)로 통합될 수 있다.

이하, 전기차(xEV)는 구동원으로 모터를 포함하는 차량으로, 순수 전기차(EV), 하이브리드 차량(HEV, PHEV) 및 연료전지 차량(FCEV) 등의 다양한 차종을 포함한다.

운전정보 검출기(110)는 차량의 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 변속기 제어 시스템(100)의 제어에 필요한 운전정보를 검출하여 구동 제어기(141)로 전달한다. 예컨대, 운전정보 검출기(110)는 전기차의 운행에 따른 차속, 가속페달 입력값(APS) 값, 구동원(모터/엔진) 토크, 휠속도 및 변속단 센서(Transmission Position Sensor, TPS) 등의 운전정보를 검출할 수 있다.

구동원(120)은 전기차의 종류에 따라 모터 혹은 모터와 엔진을 포함한다.

변속기(130)는 1단 기어에 적용된 도그 클러치(131)와 2단 기어에 적용된 마찰 클러치(132)를 포함하며, 이종 클러치 작동을 위해 각각의 클러치 액추에이터를 구비한다.

도그 클러치(131)는 양측에서 회전하는 변속 기어 중 어느 하나와 치합하여 동력을 전달하는 기구 이다.

마찰 클러치(132)는 양단의 속도 동기를 위한 건식 혹은 습식 마찰재를 포함한다.

예컨대, 변속기(130)의 도그 클러치(131)는 1단 기어에 적용되고 마찰 클러치(132)는 2단 기어에 적용될 수 있다.

구동 제어기(141)는 운전정보로 수집된 APS 값에 기초하여 구동원(120)의 토크를 제어한다.

구동 제어기(141)는 구동원의 토크와 회전속도를 변속 제어기(142)로 전달하고, 변속 제어기(142)로부터 수신된 토크 지령에 따라 모터 토크 상승 제어 및 모터 토크 회생 제어를 수행할 수 있다.

구동 제어기(141)는 전기차의 종류에 따라 구동원(120)이 모터로만 구성된 경우 MCU(Motor Control Unit)로 구성될 수 있고, 모터와 엔진을 포함하는 경우(예; 하이브리드 차량 등) 이에 상응하는 MCU와 ECU(Engine Control Unit)를 포함하는 HCU(Hybrid Control Unit)로 구성될 수 있다.

변속 제어기(142)는 각각의 클러치 액추에이터 제어를 통해 도그 클러치(131) 및 마찰 클러치(132)를 결합하거나 상기 결합을 해제할 수 있다. 상기 클러치 액추에이터는 모터, 유압 및 공압 시스템 중 적어도 하나로 구현할 수 있다.

변속 제어기(142)는 운전자가 가속페달을 크게 입력한 APS 값으로 상기 도그 클러치가 다운시프트(Downshift)의 결합측 클러치로 동작하는 킥다운(P/On Downshift) 변속을 제어 중 상기 운전자의 주행 의도 변경에 따른 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지면 상기 킥다운 변속을 취소하고 모터 토크 회생을 통한 양단 속도 동기 및 상기 마찰 클러치의 결합을 제어하여 신속하게 원래의 변속단으로 복귀시키는 것을 특징으로 한다.

변속 제어기(142)는 TCU(Transmission Control Unit)나 변속기 제어 기능을 겸하는 VCU(Vehicle Control Unit)로 구성될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기의 제어 상태를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 변속기(130)에 장착된 도그 클러치(131)가 다운시프트의 결합 클러치 역할을 하고, 운전자가 가속페달을 크게 입력했다가 짧은 시간 내에 가속페달을 떼는 주행 의도 변경 상황을 가정했을 때의 제어 시나리오를 보여준다.

①번 제어 부분을 참조하면, 변속 제어기(142)는 운전정보를 토대로 운전자가 가속페달을 깊게 밟아 입력된 APS 값이 킥다운(P/On Downshift) 제어를 위해 설정된 기준치를 초과하면 킥다운 변속을 시작한다.

이 때, 변속 제어기(142)는 상기 킥다운 제어를 위한 목표 변속단(K)측의 클러치 결합 준비 및 원래기존 변속단(K+1)측의 클러치 해방을 시작할 수 있다. 여기서, 상기 K값은 상수이며, 상기 기존 변속단은 킥다운 변속 직전의(원래의) 변속단을 말한다.

예컨대, 변속 제어기(142)가 변속기(130)를 직전의 기존 변속단인 2(1+1)단으로 제어 중 상기 킥다운 제어를 진행하게 되면 목표 변속단인 1단에 위치한 도그 클러치(131)의 결합을 준비하고, 상기 기존 변속단인 2(1+1)단에 위치한 마찰 클러치(132)의 해방을 시작한다. 여기서, 도그 클러치(131)는 다운시프트의 결합측 클러치로서 동작하는 역할을 하고 마찰 클러치(132)는 해방측 클러치로서 동작하는 역할을 한다. 다만, 후술되는 본 발명의 실시예에 따르면 운전자의 주행 의도 변경으로 상기 킥다운 제어가 취소되는 경우 상기 도그 클러치(131)와 마찰 클러치(132)의 역할이 변경될 수 있다.

②번 제어 부분을 참조하면, 변속 제어기(142)는 상기 기존 변속단(K+1)측의 클러치가 부분 해방될 때 해당 클러치 액추에이터의 스트로크 유지 및 구동원 속도 동기를 시작한다. 이 때, 만약에 상기 구동원 속도 동기를 시작하지 않은 상태에서 갑작스런 운전자의 주행 의도 변경으로 인해 APS 값이 기준치 이하로 떨어지게 되면, 변속 제어기(142)는 각 클러치(131, 132) 제어를 중단하고, 킥다운 시작 초기의 제어량으로 신속하게 원복 시켜 킥다운 제어를 취소할 수 있다.

③번 제어 부분을 참조하면, 변속 제어기(142)는 실시간 운전정보에 기초하여 운전자가 가속페달을 떼어 구동원 토크가 줄어들기 시작하는 것을 파악한다. 이 때, 변속 제어기(142)는 APS 값이 설정된 기준치 이상으로 입력되는 경우 구동원 토크가 발생하고 있으므로, 상기 킥다운 제어를 지속하여 변속을 완료 시킬 수 있다.

④번 제어 부분을 참조하면, 변속 제어기(142)는 구동 제어기(141)에 토크 지령을 전달하여 구동원 토크 저감 제어를 시작하고, 목표 변속단(K)측의 클러치 결합 준비를 해제한다. 이 때, 구동 제어기(141)는 모터 회생 제어를 수행하여 구동원 토크 저감 제어를 수행할 수 있다.

또한, 변속 제어기(142)는 APS 신호가 다시 입력될 경우 변속이 끝나지 않는 문제가 생길 수 있으므로, APS 신호가 입력되더라도 변속이 완료될 때까지 지속적으로 토크 저감 제어를 수행할 수 있다.

⑤번 제어 부분을 참조하면, 변속 제어기(142)는 구동원 속도가 기존 변속단(K+1)과의 동기속도 부근 도달 시 토크 저감 제어 완료과정과 같이 기존 변속단(K+1)측의 마찰 클러치(132)의 슬립제어를 통한 속도 동기 제어를 수행할 수 있다. 이 때, 상기 속도 동기화의 완료시점에 마찰 클러치(132)간 결합이 완료됨으로써 기존 변속단(K+1)으로의 변속 제어(복귀 제어)를 완료할 수 있다.

이상의 설명에서, 구동 제어기(141)와 변속 제어기(142)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.

이러한 도그 클러치 장착 변속기 제어 방법은 아래의 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

이하에서는 도 5를 참조하여 도그 클러치 장착 변속기 제어 방법을 설명하기로 하되, 앞선 설명에서는 구동 제어기(141)와 변속 제어기(142)를 구분하여 설명하였으나 이들은 기능에 따라 더 세분화되거나 하나의 제어기(140)로 통합될 수 있다.

따라서, 이하 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 방법을 설명함에 있어서 각 단계의 주체를 제어기(140)로 하여 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기 제어 시스템(100)의 제어기(140)는 차량의 운행 중 실시간 운전정보를 수집하여 운전자의 가속 의지에 따라 입력된 APS 값이 설정된 조건을 충족하면 킥다운 제어를 진행한다(S1). 이 때, 제어기(140)는 운전자가 가속페달을 깊게 밟아 입력된 APS 값이 킥다운(P/On Downshift) 제어를 위해 설정된 기준치를 초과하면 킥다운 변속을 시작하고, 그에 따라 목표 변속단(K)측의 클러치 결합 준비 및 기존 변속단(K+1)측의 클러치 해방을 시작할 수 있다.

또한, 제어기(140)는 상기 킥다운 변속 진행 중 운전자의 주행 의도 변경으로 인해 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지는지 확인한다(S2).

이 때, 제어기(140)는 운전자의 주행 의도 변경으로 인해 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지면(S2; 예), 상기 킥다운 변속 취소를 위한 결합측 클러치 및 해방측 클러치의 역할을 변경한다(S3). 즉, 앞선 로직과 같이 정상적인 킥다운 변속 상황에서는 상기 마찰 클러치(132)가 결합측 클러치로서의 역할을 수행하지만 변속 취소 상황에서는 도그 클러치(131)가 결합측 클러치로서의 역할을 수행하도록 변경한다.

제어기(140)는 구동원 속도 동기의 시작여부를 확인하여 시작하지 않은 상태이면(S4; 아니오), 상기 킥다운 모드 진입시의 각 클러치를 시작 초기의 제어량으로 복귀시키고(S5), 도그 클러치(131)의 결합을 완료하여 원래의 기존 변속단(K+1)으로 복귀되면 변속 취소 제어를 완료한다(S15).

반면, 상기 S4 단계에서, 제어기(140)는 상기 구동원 속도 동기를 시작한 상태이면(S4; 예), 모터 토크 회생 제어를 수행한다(S6).

이 때, 제어기(140)는 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상이 아니면(S7; 아니오), 속도 동기가 상기 모터 토크 회생 제어를 계속한다(S6).

반면, 제어기(140)는 상기 현재 변속 진행률이 기준 진행률 이상으로 진행된 상태이면(S7; 예), 현재 제어고자 하는 결합측 클러치가 목표 변속단 결합을 위한 도그 클러치인지 혹은 기존 변속단으로 결합하기 위한 마찰 클러치 인지 여부를 확인한다(S8).

이 때, 제어기(140)는 상기 킥다운 변속 취소에 따른 클러치 역할 변경에 따라 현재 제어하는 결합측 클러치가 마찰 클러치인 것으로 판단하고(S8; 아니오), 상기 마찰 클러치(132)의 슬립제어를 통한 속도 동기 제어를 수행한다(S9). 그리고, 제어기(140)는 상기 마찰 클러치(132)의 결합이 완료되면 해당 변속 제어를 완료한다(S15).

한편, 상기 S2 단계에서, 제어기(140)는 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지지 않으면 정상적으로 킥다운 변속이 진행되는 것으로 판단하고(S2; 아니오), 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상인지 여부를 파악한다(S7).

이 때, 제어기(140)는 상기 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상이 아니면(S7; 아니오), 모터 토크 회생 제어를 수행할 수 있다(S6).

반면, 제어기(140)는 상기 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상 진행된 상태이고(S7; 예), 정상적인 킥다운 변속 진행에 따른 결합측 클러치가 도그 클러치(132)이면(S8; 예), 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하인지 확인한다(S10).

이 때, 제어기(140)는 상기 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하가 아닌 것으로 파악되면(S10; 아니오), 상기 목표 동기속도에 비해 구동원 토크가 과다한(+) 경우(S11; 예) 모터 토크 회생 제어를 수행하고(S12), 반대로 상기 목표 동기속도에 비해 상기 구동원 토크가 부족한(-) 경우(S11; 아니오), 상기 모터 토크 상승 제어를 수행하고(S13), 상기 S10 단계로 돌아가 해당 제어를 수행한다.

반면, 제어기(140)는 상기 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하인 것으로 파악되면(S10; 예), 도그 클러치(131) 결합을 시도하여 결합에 성공하면(S14; 예), 상기 도그 클러치(131) 결합 완료에 따른 변속 제어를 완료한다(S15).

이 때, 제어기(140)는 상기 도그 클러치(131) 결합을 시도하여 결합에 성공하지 못하면(S14; 아니오), 상기 S10 단계로 돌아가 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차를 줄이는 제어를 더 수행할 수 있다.

한편, 6은 본 발명의 실시예에 따른 변속기 제어 방법과 종래 기술의 제어 방식을 비교하여 나타낸다.

도 6을 참조하면, 도 2의 종래의 킥다운 변속 제어 중 운전자 주행 의도 변경 시 제어와 도 4의 본 발명의 실시예에 따른 도그 클러치 장착 변속기의 제어 상태를 비교하여 나타낸다.

①번 제어 부분을 대비하면, 종래 기술의 경우 킥다운 제어 중 운전자의 주행 의도 변경으로 구동원의 동력이 줄어드는 상황에서 변속을 완료할 수 없으며, 그 변속 완료를 위해 별도의 제어를 수행해야 하는 문제가 존재하였다.

이에 비해, 본 발명의 실시예에 따르면, 위와 동일한 상황에서 다운 시프트 변속 진행 여부를 판단하여 킥다운 변속을 취소하고 원래의 기존 변속단으로 복귀 제어를 완료함으로써 운전자의 주행 의도에 부합하는 변속 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.

②번 제어 부분을 참조하면, 종래 기술의 경우 운전자의 주행 의도 변경으로 구동원의 동력이 오프(Off)된 상태에서 변속 말기에 도그 클러치 결합 충격이 발생되는 문제가 존재하였다.

이에 비해, 본 발명의 실시예에 따르면, 정밀한 토크 제어로 상대 속도를 동기화하여 결합을 시도하는 도그 클러치 외에 마찰 클러치를 사용하여 기구적 마찰을 통해 상대속도를 동기화한 후 결합을 시도함으로써 변속 말기의 충격을 예방할 수 있는 효과가 있다.

③번 제어 부분을 참조하면, 종래 기술의 경우 킥다운 제어 중 운전자의 주행 의도 변경으로 구동원의 동력이 오프(Off)된 상태에서 변속 완료를 위해 토크 상승 제어 방식으로 클러치 요소의 결합을 제어하고 있고 토크 저감 제어를 수행할 수 없는 단점이 있다. 여기에, 설령 토크 저감을 한다 하더라도 기존 토크 상승 제어 방식에서는 구동원 속도가 자연적으로 감소하는 방향으로 제어할 수 밖에 없어 지연 시간이 증가하는 단점이 존재한다.

이에 비해, 본 발명의 실시예에 따르면, 변속 제어 중 토크 회생 제어 사용하여 기존 토크 상승 제어 방식 대비 신속한 토크 제어가 가능한 효과가 있으며, 여기에 상기 토크 저감을 위해 모터 토크 회생 제어를 수행함으로써 전비/연비 향상의 효과가 있다.

④번 제어 부분을 참조하면, 종래 기술의 경우 운전자의 주행 의도 변경으로 구동원의 동력이 오프(Off)된 상태에서 변속 완료를 위해 토크 상승 제어 방식으로 클러치 요소의 결합을 제어하고 있으나, 이러한 방식은 운전자의 의도와 반대로 토크를 발생시키는 것이므로 응답 지연으로 인식하게 되는 문제점이 존재하였다.

이에 비해, 본 발명의 실시예에 따르면, 위와 동일한 상황에서 킥다운 변속을 취소하고 모터 토크 회생 제어 사용하여 원래의 기존 변속단으로 신속한 복귀 제어를 수행함으로써 운전자의 주행 의도와 부합하는 방향의 변속 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.

⑤번 제어 부분을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면 킥다운 취소에 따른 복귀 제어 시 모터 토크 회생 제어 사용에 따른 응답성 향상으로 빠른 변속이 가능하고, 빠른 변속이 가능하여 가속페달이 재입력 되는 상황에서도 변속 제어가 중간에 변환되는 현상이 사라져 충격 발생 가능성을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 전기차 변속기 제어 시스템 110: 운전정보 검출기
120: 구동원 130: 변속기
131: 도그 클러치 132: 마찰 클러치
141: 구동 제어기 142: 변속 제어기
140: 제어기

Claims (14)

1. 모터를 포함하는 구동원;
   도그 클러치와 마찰 클러치를 이용하여 다단 변속을 수행하는 변속기;
   운전자의 주행 의도로 입력된 가속페달 신호(APS)에 따라 상기 구동원의 동력을 제어하는 구동 제어기; 및
   상기 가속페달 신호(APS)에 따라 각각의 클러치 액추에이터 제어를 통해 상기 변속기의 변속을 제어하는 변속 제어기를 포함하되,
   상기 변속 제어기는 APS 값이 기준치를 초과하여 상기 도그 클러치가 다운시프트(Downshift)의 결합측 클러치로 동작하는 킥다운(P/On Downshift) 변속을 진행 중 상기 주행 의도 변경에 따른 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지면 상기 킥다운 변속을 취소하고 모터 토크 회생 제어를 통한 속도 동기 및 상기 마찰 클러치의 슬립 제어와 결합을 제어하여 신속하게 원래의 기존 변속단으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 전기차 변속기 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 변속기는,
   1단 기어에 적용된 상기 도그 클러치와 2단 기어에 적용된 상기 마찰 클러치를 포함하며, 각각의 클러치 작동을 위한 클러치 액추에이터가 구비된 도그 클러치 장착 변속기 제어 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 구동 제어기는,
   상기 구동원의 토크와 회전속도를 상기 변속 제어기로 전달하고, 상기 변속 제어기로부터 수신된 토크 지령에 따라 모터 토크 상승 제어 및 모터 토크 회생 제어 중 어느 하나를 수행하는 전기차 변속기 제어 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 변속 제어기는,
   상기 주행 의도 변경에 따라 상기 킥다운 제어를 취소하는 경우 상기 결합측 클러치로 동작하는 상기 도그 클러치와 해방측 클러치로 동작 하는 마찰 클러치의 역할을 변경하는 전기차 변속기 제어 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 변속 제어기는,
   상기 킥다운 변속이 취소되면 상기 속도 동기의 시작여부를 확인하여 시작하지 않은 상태이면 각 클러치 제어를 중단하고 킥다운 시작 초기의 제어량으로 복귀시키는 전기차 변속기 제어 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 변속 제어기는,
   상기 속도 동기를 시작한 상태이면 상기 모터 토크 회생 제어를 통해 상기 기존 변속단으로 속도 동기를 제어하는 전기차 변속기 제어 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 변속 제어기는,
   상기 기존 변속단으로 속도 동기를 진행 중 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상으로 속도 동기된 상태이면, 상기 마찰 클러치의 기구적인 슬립을 통해 속도 동기를 제어하는 전기차 변속기 제어 시스템.
8. 도그 클러치와 마찰 클러치가 장착된 전기차의 변속기 제어 방법에 있어서,
   a) 운전자의 가속 의지에 따라 입력된 가속페달 신호(APS) 값이 설정된 조건을 충족하면 도그 클러치가 다운시프트(Downshift)의 결합측 클러치로 동작하는 킥다운 제어를 시작하는 단계;
   b) 상기 킥다운 변속 진행 중 운전자의 주행 의도 변경으로 인해 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지는지 확인하는 단계;
   c) 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지면 상기 킥다운 변속을 취소하고 모터 토크 회생 제어를 통한 속도 동기를 제어하는 단계; 및
   d) 상기 마찰 클러치의 슬립 제어와 결합을 제어하여 신속하게 원래의 기존 변속단으로 복귀시키는 단계;
   를 포함하는 전기차 변속기 제어 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 c) 단계는,
   상기 킥다운 변속이 취소되면 상기 속도 동기의 시작여부를 확인하는 단계; 및
   상기 속도 동기를 시작하지 않은 상태이면 각 클러치 제어를 중단하고 킥다운 시작 초기의 제어량으로 복귀시키는 단계;
   를 포함하는 전기차 변속기 제어 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 킥다운 변속 취소에 따라 상기 속도 동기를 시작한 상태이면, 상기 모터 토크 회생 제어를 통해 원래의 기존 변속단으로 속도 동기를 제어하는 단계를 포함하는 전기차 변속기 제어 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 기존 변속단으로 속도 동기를 진행 중 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상인지 확인하는 단계; 및
    상기 기준 진행률 이상이면 결합측 클러치 역할을 하는 마찰 클러치의 기구적인 슬립을 통해 속도 동기를 수행하는 단계;
    를 포함하는 전기차 변속기 제어 방법.
12. 제8항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    c-1) 상기 APS 값이 기준치 이하로 떨어지지 않으면 정상적으로 킥다운 변속이 진행되는 것으로 판단하고 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상인지 여부를 파악하는 단계;
    c-2) 상기 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상이 아니면 모터 토크 회생 제어를 수행하는 단계; 또는
    c-3) 상기 현재 변속 진행률이 설정된 기준 진행률 이상이면 상기 도그 클러치의 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하인지 확인하는 단계;
    를 포함하는 전기차 변속기 제어 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 c-3) 단계는,
    상기 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하가 아닌 것으로 파악하는 단계;
    상기 목표 동기속도에 비해 구동원 토크가 과다한(+) 경우 모터 토크 회생 제어를 수행하는 단계; 또는
    상기 목표 동기속도에 비해 상기 구동원 토크가 부족한(-) 경우 상기 모터 토크 상승 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 전기차 변속기 제어 방법.
14. 제12항에 있어서,
    상기 c-3) 단계는,
    상기 목표 동기속도와 현재 속도와의 편차가 허용치 속도 이하인 것으로 파악하는 단계; 및
    상기 도그 클러치의 결합을 시도하여 결합에 성공하면 상기 도그 클러치 결합 완료에 따른 변속 제어를 완료하는 단계;
    를 포함하는 전기차 변속기 제어 방법.

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