KR20160072873A

KR20160072873A - 듀얼 클러치 변속기의 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20160072873A
Application number: KR1020140180288A
Authority: KR
Inventors: 박성진
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-06-24
Also published as: CN105697763A; US20160167665A1; DE102015120795A1

Abstract

본 발명은 듀얼 클러치 변속기를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 듀얼 클러치 변속기의 제어 방법에 있어서, 변속 시작 명령을 입력받는 단계, 상기 변속 시작 명령에 따라 제2 입력 축에 목표 기어를 체결하는 단계, 제1 입력 축과 연계되는 제1 클러치에 인가되는 제1 클러치 토크를 해제하고 상기 제2 입력 축과 연계되는 제2 클러치에 인가되는 제2 클러치 토크를 엔진 토크까지 상승시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 클러치 토크는 미리 결정된 상기 제2 클러치의 제어 위치에 목표 슬립 팩터를 적용하여 결정되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 듀얼 클러치 변속기에서 목표 기어로의 변속을 수행할 때 클러치를 제어하기 위한 최적의 토크를 적용하여 걸림감 없는 빠른 변속 수행이 가능한 장점이 있다.

Description

듀얼 클러치 변속기의 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING DUAL CLUTCH TRANSMISSION}

본 발명은 듀얼 클러치 변속기를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission, DCT)는 자동화 수동변속기로, 변속기 내의 2개의 클러치를 포함하여 엔진으로부터 입력되는 동력을 어느 하나의 입력 축에 선택적으로 전달하고, 2개의 입력 축 상에 배치되는 기어의 변속비를 조정하여 동력을 출력시킨다.

보다 구체적으로 살펴보면, DCT는 두 개의 입력 축과 한 개의 출력 축으로 구성된다. 이 때 엔진은 클러치에 의해 두 개의 입력 축 중 어느 하나와 연결되고, 엔진과 연결된 입력 축은 기어에 의해 출력 축과 연결된 후 바퀴로 동력을 전달한다. 두 개의 입력 축 중 제1 입력 축에는 홀수단(1, 3, 5, 7단) 기어가 연결되고, 이와 같은 홀수단 기어를 엔진과 연결하는 제1 클러치가 구비된다. 또한 제2 입력 축에는 후진(R) 및 짝수단(2, 4, 6) 기어가 연결되고, 후진 및 짝수단 기어를 엔진과 연결하는 제2 클러치가 구비된다.

이와 같은 구조에 따라서 차량이 제1 입력 축과 홀수단 기어에 의해 출력 축과 연결되어 주행하는 중 제2 입력 축의 짝수단 기어를 체결하고 제1 클러치, 즉 오프 고잉(off-going) 클러치에 인가되던 제1 클러치 토크를 해제함과 동시에 제2 클러치, 즉 온 고잉(on-going) 클러치에 인가되는 제2 클러치 토크를 엔진 토크까지 상승시키면 짝수단으로의 변속이 이루어진다.

한편, 건식 변속기의 경우 주로 모터를 사용하여 클러치에 인가되는 토크를 상승시킨다. 즉, 모터의 변위(S)를 증가시켜 이를 클러치 토크로 변환하는데, 모터의 변위가 증가하면서 클러치 판을 밀게 되어 발생하는 힘에 마찰계수가 곱해져 클러치 판에 가해지는 토크(T)가 결정된다. 이와 같은 모터의 변위(S) 및 토크(T) 간의 상관 관계는 T-S 곡선으로 표현될 수 있으며, 변속기에서는 T-S 곡선을 참조하여 목표 모터 변위(S)에 따른 토크(T)가 결정될 수 있다.

종래 기술에 따르면, DCT에서 변속이 수행될 때 오프 고잉 클러치와 온 고잉 클러치의 목표 토크는 엔진 토크, 엔진 속도, 스로틀 개도량, 클러치 온도 등을 참조하여 조정된다. 그러나 변속단 수가 늘어남에 따라 종래 기술과 같은 방법으로는 목표 토크를 정확하게 조정하기가 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 듀얼 클러치 변속기에서 목표 기어로의 변속을 수행할 때 클러치를 제어하기 위한 최적의 토크를 적용하여 걸림감 없는 빠른 변속 수행이 가능한 듀얼 클러치 변속기 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 듀얼 클러치 변속기의 제어 방법에 있어서, 변속 시작 명령을 입력받는 단계, 상기 변속 시작 명령에 따라 제2 입력 축에 목표 기어를 체결하는 단계, 제1 입력 축과 연계되는 제1 클러치에 인가되는 제1 클러치 토크를 해제하고 상기 제2 입력 축과 연계되는 제2 클러치에 인가되는 제2 클러치 토크를 엔진 토크까지 상승시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 클러치 토크는 미리 결정된 상기 제2 클러치의 제어 위치에 목표 슬립 팩터를 적용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 듀얼 클러치 변속기의 제어 장치에 있어서, 변속 시작 명령을 입력받고, 상기 변속 시작 명령에 따라 제2 입력 축에 목표 기어를 체결하며, 제1 입력 축과 연계되는 제1 클러치에 인가되는 제1 클러치 토크를 해제하고 상기 제2 입력 축과 연계되는 제2 클러치에 인가되는 제2 클러치 토크를 엔진 토크까지 상승시키는 제어부를 포함하고, 상기 제2 클러치 토크는 미리 결정된 상기 제2 클러치의 제어 위치에 목표 슬립 팩터를 적용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 듀얼 클러치 변속기에서 목표 기어로의 변속을 수행할 때 클러치를 제어하기 위한 최적의 토크를 적용하여 걸림감 없는 빠른 변속 수행이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 클러치 변속기 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 클러치 변속기 제어 장치에 의해 차량의 기어가 3단에서 4단으로 변속되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 클러치 변속기 제어 방법의 흐름도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 클러치 변속기 제어 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 클러치 변속기 제어 장치는 제어부(102)를 포함한다. 제어부(102)는 운전자에 의해 입력되는 변속 시작 명령에 따라 제1 클러치(104) 및 제2 클러치(106)를 제어하여 목표 기어로의 변속을 수행한다. 제1 클러치(104)는 제1 입력 축의 홀수단(1, 3, 5, 7단) 기어를 엔진과 연결하고, 제2 클러치(106)는 제2 입력 축의 후진(R) 및 짝수단(2, 4, 6) 기어를 엔진과 연결한다. 제어부(102)는 클러치(104, 106)에 토크를 인가함으로써 클러치(104, 106)를 엔진과 연결시킬 수 있고, 반대로 클러치(104, 106)에 인가된 토크를 해제시킴으로써 클러치(104, 106)와 엔진의 연결을 해제할 수 있다. 본 발명에서는 클러치(104, 106)를 엔진과 연결시키기 위해 필요한 최적의 토크의 크기를 결정하여 변속 시 발생하는 걸림감 또는 충격을 최소화한다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 주행 중인 차량이 3단에서 4단으로 변속하는 과정을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 클러치 변속기의 제어 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 클러치 변속기 제어 장치에 의해 차량의 기어가 3단에서 4단으로 변속되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에서 3단 동기 속도는 제1 입력 축에 3단 기어가 체결되었을 때 제1 입력 축의 속도를 나타낸다. 이 때 제1 클러치(104)에 엔진 토크 이상의 토크를 인가하게 되면 엔진 속도는 3단 기어의 속도와 동기화된다. 또한 4단 동기 속도는 제2 입력 축에 4단 기어가 체결되었을 때 제2 입력 축의 속도를 나타낸다. 마찬가지로 제2 클러치(106)에 엔진 토크 이상의 토크를 인가하게 되면 엔진 속도는 4단 기어의 속도와 동기화된다. 결국 4단 동기 속도란 제2 입력 축에 4단 기어가 체결되고 제2 클러치(106)에 엔진 토크 이상의 토크가 인가된 경우 엔진의 예상 속도를 의미한다.

도 2는 차량이 3단으로 진행 중 운전자의 변속 시작 명령에 따라 목표 기어인 4단 기어로 변속하는 과정을 나타낸다. 이와 같은 변속 시작 명령에 따라 제어부(102)는 제1 클러치(104), 즉 오프 고잉 클러치에 인가되고 있던 토크를 해제하고 제2 클러치(106), 즉 온 고잉 클러치에 인가되는 토크의 크기를 상승시켜 엔진 속도를 3단 동기 속도에서 4단 동기 속도로 변경하게 된다.

도 2에서 SS는 변속 시작 명령이 입력되는 지점으로서 4단 기어가 제2 입력축에 체결된다. 또한 ph1은 4단 기어의 체결 후 제1 클러치(104)의 토크가 해제되면서 제2 클러치(106)의 토크가 상승되기 시작하는 지점이다. 또한 ph2는 제1 클러치(104)의 토크 해제 및 제2 클러치(106)의 토크 상승이 완료되는 지점, 즉 토크 트랜스퍼(transper) 완료 지점이며, ph3은 토크 트랜스퍼 이후 엔진 속도가 4단 동기 속도로 변경 완료되는 지점이다. 마지막으로 SE는 변속이 완료되는 지점이다.

종래 기술에 따르면, 듀얼 클러치 변속기의 변속감, 즉 변속 충격은 토크 트랜스퍼 구간(ph1~ph2)에서 제1 클러치(104) 및 제2 클러치(106) 간의 토크 분배량과 ph2 지점에서 제2 클러치(106)의 제2 클러치 토크 크기에 의해 결정된다. 따라서 종래에는 변속감의 개선을 위해 엔진 토크, 차속, 엔진 속도, 엔진 속도 변화량, 변속기 온도 등을 기초로 제2 클러치(106)에 인가되는 제2 클러치 토크의 크기를 조정한다. 이와 같은 토크의 크기를 결정하는 과정에서는 차량의 비선형적 특성으로 인해 특정 수식을 이용한 토크 크기의 계산이 불가능하다. 따라서 종래에는 이론적인 데이터를 기초로 반복적인 테스트를 통해 각 변속 타입에 적합한 토크 크기를 임의로 매칭시킨다. 그러나 이와 같은 방법을 채택할 경우 모든 변속 타입에 적합한 토크 크기를 결정하기 위해 많은 개발 시간을 필요로 하며 정합성 검증 또한 쉽지 않다. 이에 따라 본 발명에서는 클러치의 목표 슬립량을 기초로 클러치에 인가될 토크의 크기를 보다 용이하고 정확하게 결정한다.

다시 도 2를 참조하면, ph2 지점에서 제1 클러치(104), 즉 오프 고잉 클러치의 토크(제1 클러치 토크)는 0이고 제2 클러치(106), 즉 온 고잉 클러치의 토크(제2 클러치 토크)는 엔진 토크와 같아야 한다. 이 때 제2 클러치(106)의 제2 클러치 토크가 엔진 토크보다 크면 토크 트랜스퍼 구간(ph1~ph2)에서 인터락(interlock)으로 인한 변속 충격이 발생하며, 엔진 속도는 4단 동기 속도로 하강하게 된다. 반대로 제2 클러치(106)의 제2 클러치 토크가 엔진 토크보다 작으면 토크 단절에 의한 충격이 발생하며 엔진 속도는 상승하게 된다.

따라서 변속 충격을 최소화하기 위해서는 ph2 지점의 엔진 토크와 제2 클러치(106)에 인가되는 제2 클러치 토크의 크기를 같게 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명에서는 T-S 곡선에 의해 결정되는 제2 클러치(106)의 제어 위치에 목표 슬립 팩터를 적용한다. 여기서 목표 슬립 팩터는 3단 동기 속도와 4단 동기 속도 간 속도 차이(y)를 기초로 결정되는 값이다.

예를 들어 엔진 토크가 100NM일 때 이와 동일한 제2 클러치 토크를 얻기 위해서는 제2 클러치(106)의 위치가 10mm 움직여야 한다고 가정한다. 이는 T-S 곡선 상에서 토크 100 - 변위 10으로 나타날 것이다. 다시 말해서 엔진에서 발생하는 토크가 100NM일 때 제2 클러치(106)가 10mm 움직인다면 엔진과 제2 입력 축 속도(4단 동기 속도)는 동기화된다. 하지만 엔진 토크가 100NM일 때 엔진이 제2 입력 축과 동기화되지 않고 1000rpm의 슬립량을 유지하려면 제2 클러치(106)는 7mm 움직여야 한다고 가정할 때 목표 슬립량 1000rpm에 대한 목표 슬립 팩터는 0.7이 된다. 이에 따라 목표 슬립 팩터 0.7을 기존의 T-S 곡선(토크 100 - 변위 10)에 의해 결정된 변위 10에 곱하면 엔진 토크가 100NM일 때 1000rpm의 슬립량을 유지시킬 수 있는 변위 7mm를 구할 수 있고, 이 때 제2 클러치 토크는 100NM이 되어 걸림감 없는 변속 구현이 가능하다.

도 2에는 이와 같은 목표 슬립 팩터를 결정하기 위한 제2 클러치(106)의 목표 슬립량이 도시되어 있다. 먼저 변속이 시작되는 지점(SS)에서 4단 기어가 체결되는 지점(ph1), 즉 state 0에서 제2 클러치(106)의 목표 슬립량은 선형적으로 감소한다. 이후 ph1 지점에서 4단 기어가 체결되면 제2 클러치(106)의 목표 슬립량은 동기 속도 차이(y)까지 선형적으로 증가한다(state 1). 이 때 목표 슬립량이 증가하는 정도, 즉 목표 슬립량의 기울기는 목표 슬립 값, 즉 동기 속도 차이(y)의 크기 및 목표 기어단에 따라 변경될 수 있다.

이후 토크 트랜스퍼가 종료되면(state 2), 엔진 속도를 4단 동기 속도와 동기화하기 위하여 제2 클러치(106)의 목표 슬립량은 다시 선형적으로 감소한다. 이 때 제2 클러치(106)의 목표 슬립량이 감소하는 정도, 즉 목표 슬립량의 기울기 또한 감소시키고자 하는 목표 슬립 값(예컨대, 0)의 크기 및 목표 기어단에 따라 변경될 수 있다.

결국 본 발명의 듀얼 클러치 변속기에서는 도 2와 같이 변속 과정의 흐름에 따라 온 고잉 클러치(예컨대, 제2 클러치(106))의 목표 슬립량을 유동적으로 설정하고, 설정된 목표 슬립량에 따라 계산된 목표 슬립 팩터를 오프 고잉 클러치의 제어 위치에 적용하여 오프 고잉 클러치에 인가될 토크의 크기를 최적으로 결정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 클러치 변속기 제어 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 제어부(102)는 먼저 운전자에 의해 입력되는 변속 시작 명령을 입력받는다(302). 그리고 나서 제어부(102)는 제2 입력 축(106)에 목표 기어(예컨대, 4단 기어)를 체결하고(304), 제1 클러치(104)에 인가되는 제1 클러치 토크를 해제한다(306). 이와 동시에 제어부(102)는 제2 클러치(106)에 인가되는 제2 클러치 토크를 엔진 토크까지 상승시켜(308) 변속을 수행한다.

이 때 제2 클러치 토크는 미리 결정된 제2 클러치(106)의 제어 위치에 목표 슬립 팩터를 적용하여 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제2 클러치(106)의 제어 위치는 제2 클러치(106)를 이동시키기 위한 모터의 변위 및 모터의 변위 증가에 따라 제2 클러치(106)에 가해지는 토크를 나타내는 T-S 곡선에 의해 결정될 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에서 목표 슬립 팩터는 제2 클러치(106)의 목표 슬립량에 기초하여 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 목표 슬립량은 제2 입력 축에 목표 기어가 체결되는 시점부터 선형적으로 증가할 수 있다. 또한 목표 슬립량의 최대 값은 제1 입력 축과 제2 입력 축 간의 동기 속도 차이(y)와 동일하게 설정될 수 있다. 또한 목표 슬립량은 제2 클러치(106)에 인가되는 제2 클러치 토크가 엔진 토크까지 상승되는 시점부터 선형적으로 감소할 수 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims

듀얼 클러치 변속기의 제어 방법에 있어서,
변속 시작 명령을 입력받는 단계;
상기 변속 시작 명령에 따라 제2 입력 축에 목표 기어를 체결하는 단계;
제1 입력 축과 연계되는 제1 클러치에 인가되는 제1 클러치 토크를 해제하고 상기 제2 입력 축과 연계되는 제2 클러치에 인가되는 제2 클러치 토크를 엔진 토크까지 상승시키는 단계를 포함하고,
상기 제2 클러치 토크는
미리 결정된 상기 제2 클러치의 제어 위치에 목표 슬립 팩터를 적용하여 결정되는
듀얼 클러치 변속기의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 클러치의 제어 위치는
상기 제2 클러치를 이동시키기 위한 모터의 변위 및 상기 모터의 변위 증가에 따라 상기 제2 클러치에 가해지는 토크를 나타내는 T-S 곡선에 의해 결정되는
듀얼 클러치 변속기의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 목표 슬립 팩터는
상기 제2 클러치의 목표 슬립량에 기초하여 결정되는
듀얼 클러치 변속기의 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 목표 슬립량은
상기 제2 입력 축에 상기 목표 기어가 체결되는 시점부터 선형적으로 증가하는
듀얼 클러치 변속기의 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 목표 슬립량의 최대 값은 상기 제1 입력 축과 상기 제2 입력 축 간의 동기 속도 차이와 동일한
듀얼 클러치 변속기의 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 목표 슬립량은
상기 제2 클러치에 인가되는 제2 클러치 토크가 상기 엔진 토크까지 상승되는 시점부터 선형적으로 감소하는
듀얼 클러치 변속기의 제어 방법.
듀얼 클러치 변속기의 제어 장치에 있어서,
변속 시작 명령을 입력받고, 상기 변속 시작 명령에 따라 제2 입력 축에 목표 기어를 체결하며, 제1 입력 축과 연계되는 제1 클러치에 인가되는 제1 클러치 토크를 해제하고 상기 제2 입력 축과 연계되는 제2 클러치에 인가되는 제2 클러치 토크를 엔진 토크까지 상승시키는 제어부를 포함하고,
상기 제2 클러치 토크는
미리 결정된 상기 제2 클러치의 제어 위치에 목표 슬립 팩터를 적용하여 결정되는
듀얼 클러치 변속기의 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 클러치의 제어 위치는
상기 제2 클러치를 이동시키기 위한 모터의 변위 및 상기 모터의 변위 증가에 따라 상기 제2 클러치에 가해지는 토크를 나타내는 T-S 곡선에 의해 결정되는
듀얼 클러치 변속기의 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 목표 슬립 팩터는
상기 제2 클러치의 목표 슬립량에 기초하여 결정되는
듀얼 클러치 변속기의 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 목표 슬립량은
상기 제2 입력 축에 상기 목표 기어가 체결되는 시점부터 선형적으로 증가하는
듀얼 클러치 변속기의 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 목표 슬립량의 최대 값은 상기 제1 입력 축과 상기 제2 입력 축 간의 동기 속도 차이와 동일한
듀얼 클러치 변속기의 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 목표 슬립량은
상기 제2 클러치에 인가되는 제2 클러치 토크가 상기 엔진 토크까지 상승되는 시점부터 선형적으로 감소하는
듀얼 클러치 변속기의 제어 장치.