KR100337352B1 - 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법에 관한 것으로, 퍼지 제어기를 통해 미리 연산할 결과를 맵 테이블로 저장하고 있는 상태에서, 차속과 스로틀 밸브의 개도량을 검출하고, 차속과 스로틀 밸브의 개도량으로 목표 변속비를 판단한다. 그리고, 풀리와 벨트와의 구동에 의한 실제 변속비를 판단하고, 상기 목표 변속비와 상기 실제 변속비로부터 제1 변수와 제2 변수를 구한 다음, 상기 제1 및 제2 변수에 대응하는 결과를 저장된 퍼지 추론 맵 테이블에서 읽어들여 상기 퍼지 추론 맵에서 읽어들인 결과에 따라 풀리의 폭을 조절하여 변속비를 보정한다.

이 발명의 실시예에 따르면, 이 발명은 퍼지 제어기를 통해 얻어진 벨트와 풀리간의 비선형적 동적 특성에 대응하는 결과치를 미리 내부 메모리에 저장시켜서, ECU의 연산 부담을 덜어주고 특정 상황에서의 벨트와 풀리간의 비선형적 동적 특성에 대응하여 안정된 변속비가 유지되도록 하는 효과가 있다.

Description

무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법{A FUZZY CONTROL METHOD OF A CHANGE SPEED RATIO ON A CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}

이 발명은 자동차의 변속 장치에 관한 것으로, 특히, 퍼지 제어로서 변속비를 조절하는 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 동력을 발생시키는 동력 발생 장치와 이 동력 발생 장치에서 발생된 회전 동력을 소비하는 바퀴 사이에는 동력 발생 장치에서 발생된 회전 동력을 바퀴에서 원만하게 사용할 수 있도록 무단으로 변속시키는 무단 변속장치가 사용된다.

이러한 무단 변속 장치는 동력의 입력축과 출력축에 간격이 변하는 측판을 갖는 풀리(pulley)를 설치하여 스틸 벨트(belt)나 체인(chain)으로 연결시켜 풀리의 폭을 조절하여 변속이 이루어지도록 한다. 즉, 무단 변속 장치는 벨트와 풀리의 상대적 위치에 따라 그 변속비가 결정되는 시스템이다.

그런데, 무단 변속 장치의 벨트와 풀리는 마찰력이 관계되는 비선형적 동적 특성을 가지므로 그 제어가 복잡하고 어렵고, 도1에 도시된 바와 같이 불안정한 동적 특성을 가진다.

도1에서, 세로축은 속도비를 나타내고, 가로축은 시간축이다. 그리고, 1은 구동 풀리 즉, 출력측 풀리의 속도 특성 곡선이고, 2는 종동 풀리 즉, 입력측 풀리의 속도 특성 곡선이다. 도1에 도시되어 있듯이, 종래의 구동 풀리와 종동 풀리는 벨트와 풀리간의 비선형적인 특성에 의해 변속비가 불안정한 상태를 나타내고 있음을 알 수 있다.

따라서, 종래의 무단 변속 장치는 기존이 선형 즉 PID(proportional integration and differential) 제어기를 이용하므로 특정 상황에 대한 다수의 보정 로직(logic)을 가져야 하는 문제점이 있으며, 퍼지 제어기와 같은 비선형 제어기를 사용할 경우 많은 연산을 필요로 함에 따라 중앙 처리 장치가 이를 감당하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중앙처리장치의 연산량을 줄여 벨트-풀리의 비선형 동적 특성에 대응하도록 한다.

도1은 종래 기술에 따른 무단 변속기의 입력측 풀리와 출력측 풀리가 나타내는 동적 특성을 나타낸 도면이다.

도2는 이 발명의 실시예에 따른 무단 변속기의 변속비를 퍼지 제어하는 플로우 챠트이다.

도3은 이 발명의 실시예에 따른 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어에 의해 나타내는 구동 풀리와 종동 풀리의 동적 특성을 나타낸 도면이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무단 변속기의 변속비 제어 방법은,차속과 스로틀 밸브의 개도량을 검출하는 제1 단계:차속과 스로틀 밸브의 개도량으로 목표 변속비를 판단하는 제2 단계;풀리와 벨트와의 구동에 의한 실제 변속비를 판단하는 제3 단계;상기 목표 변속비와 상기 실제 변속비간의 차이값으로 제1 변수를 구하고, 이 제1변수의 변화량으로 제2변수를 구하는 제4단계;상기 제1 및 제2 변수에 대응하는 결과를 저장된 퍼지 추론 맵 테이블에서 읽어들이는 제5 단계; 및

상기 퍼지 추론 맵에서 읽어들인 결과에 따라 풀리의 폭을 조절하여 변속비를 보정하는 제6 단계를 포함한다.

여기서, 상기 퍼지 추론 맵(map)은 상기 제1 변수와 상기 제2 변수를 퍼지 연산하여 얻어지는 결과를 미리 퍼지 연산하여 얻은 결과를 상기 제1 변수와 상기 제2 변수에 대응하도록 한 맵 테이블(table)인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 변수는 상기 목표 변속비와 상기 실제 변속비의 오차값인 것이고, 상기 제2 변수는 상기 목표 변속비와 상기 실제 변속비의 오차값의 변화량인 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 이 발명의 실시예에 따른 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법을 설명한다.

우선, 퍼지 제어에 대해 간략하게 설명한다.

보통, '약 5', 또는 '거의 6℃' '3보다 조금 크게' 등과 같은 표현은 언어적으로는 표현이 가능하나, 수학적으로는 이를 나타낼 수 없다. 즉, '약', '거의' 조금 크게' 등의 언어적 표현이 수학적으로 어떠한 값인지가 불분명하다.

그러나, 이러한 불분명한 값은 퍼지 집합에서 소속 함수 개념을 도입하여 나타낼 수 있는데, 이러한 애매한 수를 퍼지수라고 한다.

이러한 퍼지수는 상기의 불분명한 언어적 표현 즉, 변수를 정량적으로 나타낸 것으로, 전문가의 경험에 의해 도출되어 진다. 즉, '불의 온도가 1000℃이니깐 조금만 높여라'는 언어적 표현이 있을 때, 이때의 조금은 이 분야에서 불을 다루는 숙련자 입장에서 경험적으로 얻어진 특정 온도가 될 수 있다.

퍼지 제어기는 이러한 퍼지수를 이용하여 비선형적인 입력에 따른 결과를 제시한다. 퍼지 제어기는 보통 1). 퍼지화부 (fuzzification), 2). 규칙 베이스부 (rule base), 3) 퍼지 추론부 (fuzzy inference), 4) 비퍼지화부 (defuzzification)로 이루어진다.

상기 퍼지 제어기의 구성에 대해 간략히 설명하면, 1) 퍼지화부는 시스템의 출력값을 입력 변수값으로 하는데, 이 입력 변수값은 퍼지 연산이 정해 놓은 퍼지 변수의 입력 범위에 맞게 크기 변환을 해주어야 하는데, 이 과정을 정규화 또는 크기 조정(scale mapping)이라 한다. 정규화된 입력값은 입력 범위에서 정의된 퍼지 집합에 의해서 언어적인 값으로 변화게 된다. 이와 같이 시스템의 출력값(명확한 값)이 언어적인 값(퍼지한 값)으로 변화되는 과정을 퍼지화라 한다.

2) 규칙 베이스부는 제어기 성능에 큰 영향을 갖는 부분으로 전문가의 지식과 제어 목적을 저장하고 퍼지 추론부에 제어 규칙을 제공한다.

3). 퍼지 추론부는 규칙들과 사실로부터 논리적으로 타당한 새로운 사실, 규칙을 얻어내는 과정이 추론 과정이다. 퍼지 논리에서는 인간의 언어로서 표시되는 규칙이나 사실들이 경계가 애매한 집합들로 구성되어 있기 때문에 기존의 연역적 방법으로는 추론이 불가능하다. 따라서, 퍼지 추론부는 전문가의 지식에 의해 상기 애매한 집합을 정의한 결과를 저장한 규칙 베이스로부터 입력값에 대응하여 결과를 추론하여 얻는다.

4). 디퍼지화부는 퍼지 추론부에서 얻은 시스템의 제어 입력값이 퍼지 연산을 위한 값 즉, 퍼지한 값으로 되어 시스템에 직접적으로 입력할 수 없는데, 이 퍼지한 값을 시스템이 인식할 수 있는 명확한 값으로 변환시킨다.

따라서, 시스템은 비선형적인 입력값에 대한 결과치를 퍼지 제어기를 통해 얻고, 이 결과치를 입력으로 하여 시스템 동작을 제어하게 된다.

여기서, 이 발명은 퍼지 제어기를 이용한 퍼지 제어로서 무단 변속기의 변속비 동특성에 대응하는 결과를 미리 연산하여 이 결과를 맵 테이블화한 것을 이용한다.

이하, 이 발명의 실시예에 따른 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법을 도2와 도3과 도4를 참조로 설명한다.

도2는 이 발명의 실시예에 따른 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 장치의 블록 구성도이다. 도2에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 무단 변속기의변속비 퍼지 제어 장치는, 차속 센서(100), 스로틀 포지션 센서(throttle position sensor), ECU(Electronic Control Unit)(300)과 무단 변속장치(400)로 이루어진다.

차속 센서(100)는 주행중인 차량의 속도를 감지하고 이를 전기적 신호로 ECU(300)에 출력하고, 스로틀 포지션 센서(200)는 스로틀 밸브의 개도 정도를 감지하고 이를 전기적 신호 또는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 ECU(300)에 출력한다.

그리고, 무단 변속장치(400)는 목표 변속비에 따라 동력 발생 장치에서 발생된 회전 동력을 바퀴로 전달한다. 이때, 무단 변속장치(400)는 동력 발생 장치의 출력측에 연결된 구동 풀리와 바퀴측에 연결된 종동 풀리와, 구동 풀리와 종동 풀리를 연결하여 연동하도록 하는 벨트를 포함하여 이루어져 있다.

ECU(300)는 차속 센서(100)와, 스로틀 포지션 센서(200)으로부터 목표 변속비를 산출하고, 무단 변속장치(400)의 출력을 입력하여 실제 변속비를 산출하며, 두변속비를 비교하여 변속비를 조절하여 무단 변속장치(400)의 구동을 제어한다.

여기서, ECU(300)는 도시하지 않은 내부 메모리를 가지고 있으며, 내부 메모리에는 퍼지 맵 테이블이 저장되어 있다. 퍼지 맵 테이블에는 퍼지 연산 결과치가 맵 테이블로 저장되어 있는데, 이때 입력 변수는 목표 변속비와 실제 변속비간의 오차와 이 오차의 미분치 즉, 변화량이다. 따라서, 퍼지 맵 테이블에는 오차와 오차의 미분치에 대응하는 퍼지 결과값이 저장되어 있다.

이하, 도3을 참조로 이 발명의 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법을 설명한다. 도3은 이 발명의 실시예에 따른 무단 변속기의 변속비를 퍼지 제어하는 플로우 챠트이다.

차속 센서(100)는 주행중인 차량의 휠 속도를 검출하고 이를 전기적 신호로 ECU(300)에 출력하고, 스로틀 포지션 센서(200)는 가속 페달에 미치는 답력에 따라 개도된 스로틀 밸브 개도량을 감지하며 이를 전기적 신호로 ECU(300)로 출력한다(S100).

그러면, ECU(300)는 차속 센서(100)와, 스로틀 포지션 센서(200)로부터 출력 신호를 입력받아 무단 변속 장치의 목표 변속비를 산출하여(S200), 산출한 목표 변속비에 따라 가/감속 조건에 따른 목표 변속비를 보정하고(S210), 보정한 목표 변속비에 해당하는 제어 신호를 무단변속장치(400)로 출력한다.

무단 변속장치(400)는 제어부(300)에서 출력하는 목표 변속비가 되도록 하는 제어 신호에 따라 벨트와 풀리간의 상대적인 비를 조정하여 동력 전달 장치의 회전 동력이 목표 변속비에 부응하여 바퀴에 전달되도록 한다. 여기서, 무단 변속장치(400)의 출력은 ECU(300)로 피드백 입력된다.

그러면, ECU(300)는 피드백 입력하는 무단 변속장치(4000의 출력 신호를 입력받아 실제 변속비를 산출한다(S300, S400). 그런 다음, ECU(300)는 산출한 목표 변속비와 실제 변속비의 비교하여, 두 변속비의 오차 즉, 에러값을 산출하고, 이 에러량을 시간 성분으로 미분하여 에러값의 변화량을 산출한다(S500).

그리고, ECU(300)는 이 에러값과, 에러값의 변화량에 해당하는 퍼지 제어 결과값을 도시하지 않은 내부 메모리에 저장된 퍼지 맵 테이블로부터 얻는다. 이 퍼지 맵 테이블에는 다수의 에러값과 이 에러값의 변화량에 대응하는 퍼지 제어 결과값이 저장되어 있다(S600). 여기서, 퍼지 결과 제어값은 미분값으로 되어 있다.

따라서, ECU(300)는 퍼지 맵 테이블을 통해 얻어진 퍼지 제어 결과값을 설정된 이득치만큼 증폭시킨 후 적분하여 정상 값을 구한 다음, 이 정상값에 해당하는 제어 신호를 무단 변속장치(400)로 출력한다.

그러면, 무단 변속장치(400)는 ECU(300)에서 출력하는 제어 신호에 따라 벨트와 풀리간의 상대적인 비를 조정하여 동력 전달 장치의 회전 동력이 목표 변속비에 부응하여 바퀴에 전달되도록 한다.

도4는 이 발명의 실시예에 따른 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어에 의해 나타내는 구동 풀리와 종동 풀리의 동적 특성을 나타낸 도면이다.

도4에서, 세로축은 속도비를 나타내고, 가로축은 시간축이다. 그리고, 1'은 구동 풀리 즉, 출력측 풀리의 속도 특성 곡선이고, 2'는 종동 풀리 즉, 입력측 풀리의 속도 특성 곡선이다. 도4에 도시되어 있듯이, 구동 풀리와 종동 풀리는 벨트와 풀리간의 비선형적인 특성에 의해 변속비가 도1에 도시된 구동 풀리와 종동 풀리의 변속비에 비해 안정한 상태를 나타내고 있음을 알 수 있다.

이 발명은 퍼지 제어기를 통해 얻어진 벨트와 풀리간의 비선형적 동적 특성에 대응하는 결과치를 미리 내부 메모리에 저장시켜서, ECU의 연산 부담을 덜어주고 특정 상황에서의 벨트와 풀리간의 비선형적 동적 특성에 대응하여 안정된 변속비가 유지되도록 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 차속과 스로틀 밸브의 개도량을 검출하는 제1 단계:

   차속과 스로틀 밸브의 개도량으로 목표 변속비를 판단하는 제2 단계;

   풀리와 벨트와의 구동에 의한 실제 변속비를 판단하는 제3 단계;

   상기 목표 변속비와 상기 실제 변속비간의 차이값으로 제1 변수를 구하고, 이 제1변수의 변화량으로 제2변수를 구하는 제4단계;

   상기 제1 및 제2 변수에 대응하는 결과를 저장된 퍼지 추론 맵 테이블에서 읽어들이는 제5 단계; 및

   상기 퍼지 추론 맵에서 읽어들인 결과에 따라 풀리의 폭을 조절하여 변속비를 보정하는 제6 단계를 포함하는 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 퍼지 추론 맵 테이블은,

   목표 변속비와 실제 변속비간의 오차와 이 오차의 변화량을 퍼지 제어기를 통해 미리 퍼지 연산하여 얻은 결과가 맵핑되어 있는 테이블인 것을 특징으로 하는 무단 변속기의 변속비 퍼지 제어 방법.