KR101989352B1

KR101989352B1 - 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법

Info

Publication number: KR101989352B1
Application number: KR1020137032973A
Authority: KR
Inventors: 울리히 노이베어트
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2019-06-17
Anticipated expiration: 2032-05-21
Also published as: KR20140031312A; DE112012002460A5; DE102012208443A1; WO2012171521A1

Abstract

본 발명은 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 가스 페달을 이용해 운전자 요구 토크로 제어된 내연기관 및 변속기와, 가스 페달의 가스 페달 위치에 따라 내연기관의 엔진 회전속도와 변속기의 변속기 입력 회전속도 사이의 비율이 엔진 회전속도와 변속기 입력 회전속도가 일치될 때까지 적응되는 방식으로, 마찰 클러치를 통해 전달 가능한 클러치 토크에 대한 조절 변수를 목표 회전속도에 의해 설정하는 엔진 회전속도 제어기에 따라 실행된다. 스타팅 사전 상태에 따라 스타팅 절차 동안 슬립에서 부착의 상태로 마찰 클러치의 유연한 전환을 달성하기 위해, 목표 회전속도는 마찰 클러치의 슬립 변화도에 의존하는 보정 변수를 이용해 보정된다.

Description

스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법{METHOD FOR CONTROLLING AN AUTOMATED FRICTION CLUTCH IN A DRIVE TRAIN OF A MOTOR VEHICLE DURING A START-UP PROCEDURE}

본 발명은 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법에 관한 것이며, 가스 페달을 이용해 운전자 요구 토크에 대해 제어된 내연기관과, 변속기와, 엔진 회전속도 제어기에 의존하며, 상기 엔진 회전속도 제어기는, 가스 페달의 가스 페달 위치에 따라 내연기관의 엔진 회전속도와 변속기의 변속기 입력 회전속도 사이의 비율이 엔진 회전속도와 변속기 입력 회전속도가 일치할 때까지 제어되는 방식으로, 마찰 클러치를 통해 전달 가능한 클러치 토크에 대한 조절 변수를 목표 회전속도에 의해 설정한다.

내연기관과, 예컨대 수동 트랜스미션, 자동식 트랜스미션, 무단 변속기(CVT), 및 더블 클러치 변속기와 같은 변속기를 포함하는 구동 트레인을 구비한 자동차들이 양산 적용으로부터 공지되어 있고, 상기 더블 클러치 변속기는 2개의 서로 독립적으로 작동하는 부분 변속기들 및 내연기관과 변속기 또는 부분 변속기 사이에 배치된 자동식 마찰 클러치를 가진다. 이때 상기 유형의 자동차를 스타팅할 시, 정지하거나 낮은 회전속도로 회전하는 구동 차륜들의 회전속도 차이를 적어도 공회전 회전속도로 회전하는 내연기관에 조정하고 이를 통해 내연기관을 꺼트리지 않으면서 편안한 스타팅 절차가 가능하도록, 마찰 클러치의 슬립 제어가 필요하다.

여기서는, 예컨대 문헌 DE 198 37 816 A1호에서 공지되었듯이, 내연기관이 낮은 회전속도인 경우 거의 출력을 제공하지 않고, 높은 회전속도인 경우 마찰 클러치에서 마찰력이 많이 생성되기 때문에, 내연기관은 적합한 클러치 구동을 통해 소정의 회전속도 범위 내에서 유지된다. 자동차의 회전속도 상승으로 마찰 클러치의 슬립, 즉 엔진과 변속기 입력 회전속도의 편차는, 마찰 클러치의 슬립과 부착 사이의 전환이 달성될 때까지 감소한다. 이러한 전환은 구동 트레인에서 이른바 저킹 진동의 여기로 인해 작동 친화적이지 않은 것으로 여겨질 수 있고, 이때 이러한 전환 시 엔진 회전속도와 변속기 입력 회전속도의 각도 가속도가 더 상이할수록, 상기의 전환은 더 증가하고 작동 친화적이지 않다.

여기서는 내연기관을 일정한 목표 회전속도로 제어하도록 설계되어 있는 엔진 회전속도 제어기가 상기 제어에서 제공되어 있다. 엔진 각 가속도를 변속기 입력 각 가속도에 조정하기 위해, 보정 가능한 특성도에 의해 목표 회전속도의 지속적인 증가가 이루어지고, 상기 특성도는 주행 페달 각도와 엔진 회전속도에 대한 변속기 입력 회전속도의 비율에 따라 목표 회전속도 상승을 사전에 규정한다. 이때 엔진 회전속도에 대한 변속기 입력 회전속도의 비율은 스타팅을 전진시키기 위한 척도로서 간주된다. 여기서는 목표 회전속도의 증가가 회전속도 변화를 직접 발생시키지 않고, 마찰 클러치의 슬라이딩 단계와 부착 단계 사이의 전환을 라운딩(rounding)시킨다. 오히려, 특정한 각 가속도를 인수하기 위해 목표 회전속도에서 제어 편차가 우선 발생되어서, 라운딩시키기 위해 원하는 각 가속도를 인수하도록, 기본적으로 내연기관의 목표 회전속도와 현재 회전속도 사이의 편차가 형성되어야 한다. 이러한 제어 편차는 사전에 규정된 요건들 하에 이른바 표준 스타팅만을 위해 이상적으로 설계되어 있다. 예컨대 변하는 주행 페달 각도에서와, 상이한 하중을 가지는 스타팅 절차들에서와, 상이한 경사들에서 롤링하거나 정지하는 자동차 등과 같은 다양한 스타팅 상태들로 스타팅 절차를 조정할 시, 예측할 수 없는 어려움들이 발생한다.

본 발명의 과제는 스타팅 절차 동안, 자동식 마찰 클러치들의 상기 유형으로 사전 공지된 제어의 개선예를 제공하는 것이고, 상기 개선예에서는 일관된 스타팅 절차를 이용해 편안함에 대한 손실 없이 다양한 스타팅 상태들이 극복될 수 있다.

상기 과제는 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법에 의해 해결되며, 이러한 방법은 가스 페달을 이용해 운전자 요구 토크로 제어된 내연기관 및 변속기와, 가스 페달의 가스 페달 위치에 따라 내연기관의 엔진 회전속도와 변속기의 변속기 입력 회전속도 사이의 비율이 엔진 회전속도와 변속기 입력 회전속도가 일치할 때까지 적응되는 방식으로, 마찰 클러치를 통해 전달 가능한 클러치 토크에 대한 조절 변수를 목표 회전 속도에 의해 설정하는 엔진 회전속도 제어기에 따라 실행되며, 이때 목표 회전속도는 마찰 클러치의 슬립 변화도에 따른 보정 변수를 이용해 보정된다. 마찰 클러치의 슬립 변화도와 이를 통해 크랭크샤프트 축과 같은 내연기관과 변속기 입력축과 같은 변속기 입력측의 개별 각 가속도들을 고려하는 보정 변수를 도입함으로써 목표 회전속도는 제어 변수를 유보하지 않으면서 검출될 수 있으므로, 이를 통해 마찰 클러치의 제어 절차를 위한 내연기관의 설정 회전속도와 현재 회전속도의 구분이 중요하지 않다.

여기서는 내연기관의 엔진 각 가속도와 변속기의 변속기 입력 각 가속도 사이의 편차로부터 슬립 변화도가 검출될 수 있다. 여기서는 스타팅 절차 동안 엔진 회전속도 제어기의 제어 과정이 복수의 제어 간격들로 분할될 수 있고, 상기 간격들에서 보정 변수는 현재 클러치 슬립으로부터 검출된 목표 슬립 변화도들과 변속기 입력 각 가속도로부터 각각 현재 검출될 수 있다. 이때 현재 목표 회전속도는 선행하는 목표 회전속도와, 현재 제어 간격으로 검출된 보정 변수로부터 각각 형성될 수 있다. 바람직하게 상기 슬립 변화도는 음으로 명시된다는 것이 표시되었다. 내연기관의 최소 회전속도를 보장하고, 엔진 토크가 충분히 임의적인 스타팅을 위해 너무 낮은 회전속도의 범위들로 상기 내연기관을 제어하지 않도록, 보정 변수에 의해 현재 보정된 목표 회전속도는 원래 보정되지 않은 목표 회전속도로 각각 제한된다.

보정 변수를 형성하거나 상기 보정 변수의 형성에 해당하는 목표 슬립 변화도의 검출은 현재 클러치 슬립으로부터의 특성도를 이용해 검출될 수 있다. 특히 상기 유형의 목표 슬립 변화도의 검출이 시간 임계적인 다이내믹 제어 상황들에서, 대안으로 목표 슬립 변화도는 현재 검출된 슬립 변화도를 이용한 선행하는 클러치 슬립의 외삽에 의해 현재 클러치 슬립으로부터 예측될 수 있다. 또한, 현재 클러치 슬립은 현재 검출된 슬립 변화도를 이용한 선행하는 클러치 슬립의 외삽법에 의해 예측될 수 있다.

마찰 클러치를 통해 전달 가능한 클러치 토크를 위한 상기 조절 변수는 적어도 보정된 목표 회전속도로부터 특성도를 이용해 검출되고, 대안으로 또는 추가로 마찰 클러치를 통해 전달 가능한 클러치 토크를 위한 조절 변수는 특성도를 이용해 적어도 현재 검출된 엔진 목표 회전속도 변화도로부터 검출될 수 있다.

본 발명은 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 의해 더 자세히 설명된다.

도 1은 보정 변수를 형성하기 위한 엔진 회전속도 제어기의 기본회로도의 부분도이다.
도 2는 보정 변수를 이용해 보정된 내연기관의 목표 회전속도를 가지는 스타팅 절차를 도시하기 위한 그래프이다.
도 3은 오르막 경사 시 자동차의 스타팅 동안 엔진 회전속도와 변속기 입력 회전속도를 가지는 그래프이다.
도 4는 내리막 경사 시 자동차의 스타팅 동안 엔진 회전속도와 변속기 입력 회전속도를 가지는 그래프이다.

도 1은 예컨대 문헌 DE 198 37 816 A1호에 공지된 자동식 마찰 클러치의 제어에 비해 엔진 회전속도 제어기의 형태로 엔진 회전속도 제어기의 확장된 부분(1)을 기본 도식으로 도시한다. 우선 음의 목표 슬립 변화도(Ndot_SI_목표)가 엔진 각 가속도와 변속기 입력 각 가속도 사이의 편차의 형태로 검출된다. 이를 위해 예컨대 내연기관의 크랭크샤프트 축과 변속기 입력 축의 시간에 의존하는 회전속도들이, 상응하는 센서들을 이용해 측정된다. 여기서는 상기 목표 슬립 변화도(Ndot_SI_목표)가 마찰 클러치의 현재 클러치 슬립(N_SI_현재)에 따른 특성도(KL_SI_목표)로부터 도출된다. 스타팅 제어의 매우 다이내믹한 상황들에서 특성도(KL_SI_목표)에 의한 목표 슬립 변화도(Ndot_SI_목표)의 검출의, 경우에 따른 너무 오랜 응답 시간들을 방지하기 위해, 대안으로 현재 클러치 슬립(N_SI_현재)은 현재 목표 슬립 변화도(Ndot_SI_목표)로 외삽될 수 있어서, 이러한 방식으로 확인 가능한 시간 간격을 위한 슬립이 예측될 수 있다.

일정한 목표 회전속도(N_Mo_목표_최저)를 제어하는 원래의 엔진 회전속도 제어기와, 확장된 부분(1)에서 슬립 변화도 때문에 보정된 목표 회전속도(N_Mo_목표_구) 또는 제어 간격들(dt)도 검출된 보정 변수를 이용해 지속적으로 업데이트된 목표 회전속도(N_Mo_목표_신) 사이에서 장애 없이 전환하기 위해, 현재 목표 회전속도(N_Mo_목표_신)의 검출은 하기와 같이 이루어진다.

현재 변속기 입력 각 가속도(Ndot_IPS_현재)와 목표 슬립 변화도(Ndot_SI_목표)로부터, 제어 간격(dt) 당 목표 엔진 회전속도 변화도(Ndot_Mo_목표_VS)의 변화가 도출된다. 이러한 변화는 내연기관의 선행하는 목표 회전속도(N_Mo_목표_구)에 합해진다. 최저 엔진 회전속도를 보장하기 위해, 얻어진 목표 회전속도는 "정상" 목표 회전속도(N_Mo_목표_최저)로 하향 제한된다. 이러한 제한이 달성되면, 목표 엔진 회전속도 변화도(Ndot_Mo_목표_VS)와 같은 설정 엔진 각 가속도도 보정되어, 상기의 목표 엔진 회전속도 변화도는 현재 목표 회전속도(N_Mo_목표_신)와 같은 설정 회전속도 곡선으로 조정된다. 또한 엔진 목표 회전속도 변화도(Ndot_Mo_목표_신)는 엔진 회전속도 제어기로 바로 공급되고, 한편으로 설정 엔진 각 가속도에 합해지는데, 이는 상기 각 가속도가 0인 것을 방지하기 위함이다. 다른 한편으로 엔진 목표 회전속도 변화도(Ndot_Mo_목표_신)는 마찰 클러치를 사전 제어하기 위해 클러치 토크로 바로 변환될 수 있고, 규정될 수 있는 비율로 총계 클러치 설정 토크에 추가될 수 있다. 이를 통해 클러치 토크에서의 엔진 목표 회전속도 변화도(Ndot_Mo_목표_신)의 직접적인 영향이 동시에 달성될 수 있거나 상기 엔진 목표 회전속도 변화도가 엔진 회전속도 제어기에서 고려될 수 있어서, 엔진 회전속도 제어기의 제어는 엔진 목표 회전속도 변화도(Ndot_Mo_목표_신)에 비해 중단되거나, 상기 제어기의 제어는 엔진 회전속도 제어기에 의해 보조된다.

도 2는 부분 그래프(Ι)와 부분 그래프(Ⅱ)로부터 형성된 그래프(2)를 도시한다. 상기 부분 그래프(Ι)는 스타팅 절차 동안 시간에 따른 구동 트레인의 회전속도 곡선들을 도시하고, 이를 위해 부분 그래프(Ⅱ)는 시간에 따른 해당 회전속도 변화도 곡선들을 도시한다. 구체적으로는, 부분 그래프(Ι)에서 파선으로 도시된 커브(3)가 도 1의 보정된 목표 회전속도(N_Mo_목표_신)를 변속기 입력축 회전속도 곡선(5)을 따르는 회전속도 증가 곡선(4)으로 시간에 따라 도시된다. 목표 회전속도(N_Mo_목표_신)가 종래 방식의 엔진 회전속도 제어기의 제어와는 달리 마찰 클러치의 슬립 변화도의 형태의 보정 변수에 따라 이루어지기 때문에, 현재 엔진 회전속도 곡선(6)은 단지 표준 스타팅에 대해 계산될 수 있는 필요한 제어 편차 없이 상기 회전속도 증가 곡선(4)을 바로 따른다. 여기서 설정 회전속도와 현재 회전속도는 필요한 편차 없이 계속되는데, 이는 한편으로 조정을 단순화하고 다른 한편으로 더 유연한 제어 전략을 가능하게 한다.

부분 그래프(Ⅱ)는 내연기관의 설정 회전속도 변화도 곡선(7)과 현재 엔진 회전속도 변화도 곡선(8) 및 마찰 클러치로부터 설정된 변속기 입력 회전속도 변화도 곡선(9)을 도시한다. 엔진 회전속도 제어기를 위해 사용된 부분선들(7, 12)의 전환점(kp)에서 목표 회전속도 변화도가 종래 방식의 부분선(7)을 후속하는 반면에, 전환점(kp)의 좌측에는 부분선들(11, 12)로부터 형성된 설정 엔진 회전속도 변화도 곡선(10)의 부분선(12)의 슬립 변화도가 제어된 목표 회전속도가 사전에 규정되어 있다. 설정 회전속도 변화도 곡선(7)과 설정 엔진 회전속도 변화도 곡선(10)이 전환점(kp)에서 끊어지자 마자, 부분선들(11, 12)을 가지는 설정 엔진 회전속도 변화도 곡선(10)에서 상기의 제한하는 설정 회전속도 변화도는 우선 부분선(12)에서, 상기 엔진 회전속도 제어기가 내연기관의 목표 회전속도의 증가를 일으키면서, 엔진 회전속도 제어기에 영향을 준다. 상기 종래 방식의 제어 거동을 분명히 하기 위해 전환점(kp)의 우측에는 일점쇄선(14)이 표시되어 있고, 이로부터 회전속도가 낮을 시 직접적인 회전속도 제어를 받지 않는 상응하게 낮은 회전속도 변화도가 결과로 나타난다.

도 3과 도 4에는 여타 일반 조건들이 동일할 때 급격한 내리막 경사(도 3) 와 급격한 오르막 경사(도 4)에서의 엔진 회전속도 곡선들(15, 15a)과 변속기 입력 회전속도 곡선들(16, 16a)을 가지는 시간(t)에 대한 그래프(13, 14)에 의해 본 발명에 따른 제어를 이용해 실행된 스타팅 절차들이 도시된다. 종래 방식의 엔진 회전속도 제어기와는 달리, 크랭크샤프트 축과 변속기 입력축의 회전속도 변화도의 비교에 의한 본 발명에 따른 엔진 회전속도 제어기를 이용해 회전속도 증가가 필요한 경우, 이루어진다. 종래 방식의 제어에 따라 두 상태들에서 동일한 변속기 입력 회전속도에서 회전속도 증가가 시작될 수 있고, 이를 통해 일 회는 너무 늦고 너무 약하게 그리고 일 회는 너무 이르고 너무 강하게 반응될 수 있다.

1 엔진 회전속도 제어기의 기본회로도의 부분
2 그래프
3 커브
4 회전속도 증가 곡선
5 변속기 입력축 곡선
6 현재 엔진 회전속도 곡선
7 설정 회전속도 변화도 곡선
8 현재 엔진 회전속도 변화도 곡선
9 변속기 입력 회전속도 변화도 곡선
10 설정 엔진 회전속도 변화도 곡선
11 부분선
12 부분선
13 그래프
14 그래프
15 엔진 회전속도 곡선
15a 엔진 회전속도 곡선
16 변속기 입력 회전속도 곡선
16a 변속기 입력 회전속도 곡선
dt 제어 간격
KL_SI_목표 특성도
KP 전환점
L 선
Ndot_IPS_현재 현재 변속기 입력 각 가속도
Ndot_Mo_목표_신 엔진 목표 회전속도 변화도
Ndot_Mo_목표_VS 순회 전략으로부터 목표 엔진 회전속도 변화도
Ndot_SI_목표 목표 슬립 변화도
N_Mo_목표_최저 선행하는 목표 회전속도
N_Mo_목표_신 업데이트된 목표 회전속도
N_SI_현재 현재 클러치 슬립
t 시간
Ι 부분 그래프
Ⅱ 부분 그래프

Claims

스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법이며, 상기 방법은 가스 페달을 이용해 운전자 요구 토크로 제어된 내연기관 및 변속기와, 엔진 회전속도 제어기는, 가스 페달의 가스 페달 위치에 따라 내연기관의 엔진 회전속도와 변속기의 변속기 입력 회전속도 사이의 비율이 엔진 회전속도와 변속기 입력 회전속도가 일치할 때까지 적응되는 방식으로, 마찰 클러치를 통해 전달 가능한 클러치 토크에 대한 조절 변수를 목표 회전속도에 의해 설정하는 엔진 회전속도 제어기에 따라 실행되는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법에 있어서,
목표 회전속도는 마찰 클러치의 슬립 변화도에 따른 보정 변수를 이용해 보정되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.
제1항에 있어서, 내연기관의 엔진 각 가속도와 변속기의 변속기 입력 각 가속도 사이의 편차로부터 슬립 변화도가 검출되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 보정 변수는 반복되는 제어 간격을 통해 현재 클러치 슬립으로부터 검출된 목표 슬립 변화도와 변속기 입력 각 가속도로부터 각각 현재 검출되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.
제3항에 있어서, 현재 목표 회전속도는 선행하는 목표 회전속도와, 현재 제어 간격으로 검출된 보정 변수로부터 각각 형성되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 현재 목표 회전속도는 원래의 보정되지 않은 목표 회전속도로 제한되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.
제3항에 있어서, 보정 변수에 영향을 주는 목표 슬립 변화도는 특성도를 이용해 현재 클러치 슬립으로부터 검출되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.
제3항에 있어서, 현재 클러치 슬립은 현재 검출된 슬립 변화도를 이용한 선행하는 클러치 슬립의 외삽법에 의해 예측되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마찰 클러치를 통해 전달 가능한 클러치 토크를 위한 조절 변수는 특성도를 이용해 적어도 보정된 목표 회전속도로부터 검출되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마찰 클러치를 통해 전달 가능한 클러치 토크를 위한 조절 변수는 특성도를 이용해 적어도 현재 검출된 엔진 목표 회전속도 변화도로부터 검출되는 것을 특징으로 하는, 스타팅 절차 동안 자동차의 구동 트레인에서 자동식 마찰 클러치를 제어하는 방법.