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KR20180109002A - 엔진 및 변속기 통합 제어방법 - Google Patents

엔진 및 변속기 통합 제어방법 Download PDF

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KR20180109002A
KR20180109002A KR1020170037818A KR20170037818A KR20180109002A KR 20180109002 A KR20180109002 A KR 20180109002A KR 1020170037818 A KR1020170037818 A KR 1020170037818A KR 20170037818 A KR20170037818 A KR 20170037818A KR 20180109002 A KR20180109002 A KR 20180109002A
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KR
South Korea
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engine
speed
target
engine torque
transmission
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020170037818A
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English (en)
Inventor
장우일
김준배
원찬희
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
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Priority to US15/796,347 priority patent/US10328943B2/en
Priority to CN201711164684.9A priority patent/CN108622098B/zh
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Abstract

본 발명은 엔진과 변속기의 제어 연관성을 기반으로 엔진 및 변속기를 통합하여 제어하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 엔진 제어영역과 변속기 제어영역을 갖는 통합 제어맵 내에서 차량의 주행상태 및 운전자의 가속의지가 반영된 목표 엔진운전점을 결정하고, 이를 기반으로 목표 변속비를 산출함으로써, 엔진토크맵과 변속패턴맵이 개별적으로 설정된 기존의 제어방식에 비해 맵 설정에 필요한 공수를 절약하는 한편, 효율적인 연비 제어가 가능한 엔진 변속기 통합 제어방법이 소개된다.

Description

엔진 및 변속기 통합 제어방법{INTEGRATED CONTROL METHOD FOR ENGINE AND TRANSMISSION}
본 발명은 엔진과 변속기의 제어 연관성을 기반으로 엔진 및 변속기를 통합하여 제어하는 엔진 및 변속기 통합 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진토크맵을 설정하여 엔진의 제어를 실시하고, 변속패턴맵을 설정하여 변속기의 제어를 실시한다.
이에, 엔진토크맵과 변속패턴맵이 각각 독립적으로 개발되고 있고, 엔진 제어와 변속기 제어 역시 각각 독립적으로 이루어지고 있다.
그런데, 차량의 상태와 운전자의 의지에 따라 엔진과 변속기가 각각 개별적으로 제어되고 있는바, 연속된 하드웨어의 특성이 고려된 제어가 어려움이 있음은 물론, 엔진 및 변속기의 제어가 효율적으로 이루어지지 못하는 문제가 있다.
즉, 엔진과 변속기 각각의 작동 상태를 상호 고려하지 않은 채, 엔진토크맵과 변속패턴맵을 각각 제어하고 있기 때문에, 실제적인 차량의 가속감 / 감속감 / 운전전략을 맞추기 위해서 두 가지의 맵 설정을 각각 독립적으로 해주어야 하는 단점이 있다.
이에, 차량의 전 운전영역에 대해 차량의 상태를 고려한 효율적인 연비 제어가 어렵고, 또한 의도하지 않은 가속감 부족 / 가속감 과다 등 일관되지 않은 제어가 발생할 수 있는 문제도 있다.
그리고, 차량의 거동과 연비 등에 영향을 미치는 패턴맵 설정에 많은 공수를 사용해야 하는 단점도 있다.
상기의 배경기술로서 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.
JP 5264091 B
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 엔진과 변속기의 제어 연관성을 기반으로 엔진 및 변속기를 통합하여 제어하는 엔진 및 변속기 통합 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 제어부가 차량의 주행상태를 반영하는 인자들을 바탕으로 차량의 요구파워를 산출하는 요구파워산출단계; 제어부가 운전자의 가속의지에 대응하는 요구파워를 출력하기 위해, 이에 필요한 목표 엔진토크 및 목표 엔진회전수를 산출하는 엔진운전점산출단계; 제어부가 상기 목표 엔진회전수와 차속의 관계로서 목표 변속비를 산출하는 변속비산출단계; 및 제어부가 현재의 엔진토크와, 엔진회전수와, 변속비가 상기 목표 엔진토크와, 목표 엔진회전수 및 목표 변속비를 수렴하도록 엔진 및 변속기를 제어하는 통합제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 요구파워산출단계에서 차량의 주행상태를 반영하는 인자들은, 차속과, 구배와, APS개도량일 수 있다.
상기 엔진운전점산출단계에서는, 운전자의 가속의지에 따라 결정되는 등파워곡선 상에서 상기 요구파워의 출력이 가능한 엔진토크의 최저값과 최고값을 구하여 허용 엔진토크범위가 결정되고; 상기 허용 엔진토크범위 내에서 운전자의 가속수준에 따라 목표 엔진토크가 결정될 수 있다.
상기 변속비산출단계에서는, 엔진회전수와 엔진토크의 관계를 형성하는 엔진토크맵과, 구동축풀리회전수와 종동축풀리회전수의 관계를 형성하는 변속패턴맵에서, 상기 구동축풀리회전수를 엔진회전수의 근사값으로 정의하고, 상기 종동축풀리회전수를 차속의 근사값으로 정의하여 구동축풀리회전수와 종동축풀리회전수의 관계로 목표 변속비가 결정될 수 있다.
상기 변속비산출단계에서는, 상기 운전자의 가속의지에 따라 결정되는 등파워곡선 상에서 상기 요구파워의 출력이 가능한 엔진회전수의 최저값과 최고값을 구하여 허용 변속비범위가 결정되고; 상기 허용 변속비범위 내에서 목표 엔진회전수가 결정될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 엔진 제어영역과 변속기 제어영역을 갖는 통합 제어맵 내에서 차량의 주행상태 및 운전자의 가속의지가 반영된 목표 엔진운전점을 결정하고, 이를 기반으로 목표 변속비를 산출함으로써, 엔진토크맵과 변속패턴맵이 개별적으로 설정된 기존의 제어방식에 비해 맵 설정에 필요한 공수를 획기적으로 절약할 수 있고, 또한 연비 효율이 고려되어 기존 제어 대비 더욱 효율적인 연비 제어가 가능한 효과가 있다.
더욱이, 운전자의 가속의지에 따라 목표하는 요구파워의 구현 제어방식을 전략화하여 다양한 운전 모드로 차량의 제어가 가능하며, 이로 인해 운전자에게 효율적인 운전감을 제공하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 및 변속기 통합 제어방법의 제어 흐름을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에서 목표 엔진운전점과 목표 변속비를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에서 APS개도량 변화에 따라 목표 엔진운전점과 목표 변속비가 결정되는 작용을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 엔진 및 변속기의 통합 제어방법은, 엔진의 구동력으로 주행이 가능하고, 토크컨버터와 무단변속기가 탑재된 차량에 적용할 수 있는 것으로, 차량의 주행상태를 반영하는 출력값들 중에서, 엔진 제어에 활용되는 출력값들 상호 간과, 변속기 제어에 활용되는 출력값들 상호 간, 그리고 상기 엔진 제어 및 변속기 제어에 활용되는 출력값들 상호 간에 제어 연관성이 있음을 전제로 하여 구성이 된다.
이들 제어 연관성 항목을 구체적으로 설명하면, 먼저 토크컨버터의 댐퍼클러치가 체결된 상태에서 엔진회전수(Ne)와, 토크컨버터의 터빈회전수(Nt)와, 구동축풀리회전수(Np)는 하기와 같이 상호 간에 근사값을 갖는 것으로 정의된다.
Ne ≒ Nt ≒ Np
이러한 제어연관성 항목을 바탕으로 엔진 제어영역(엔진토크맵)과 변속기 제어영역(변속패턴맵)을 도 2에 도시한 바와 같이 통합된 제어맵 내에 함께 표현할 수 있다.
즉, 엔진회전수(Ne)와, 구동축풀리회전수(Np)를 Y축에 설정할 수 있고, 이 Y축을 기준으로 좌측에 엔진 제어영역을 표현하고, 우측에 변속기 제어영역을 표현할 수 있다.
아울러, 엔진토크(Te)와, 터빈토크(Tt)는 하기와 같이 상호 간에 근사값을 갖는 것으로 정의된다.
Te ≒ Tt
즉, 엔진토크(Te)와, 터빈토크(Tt)를 통합 제어맵의 -X축에 설정할 수 있고, 이에 엔진토크(Te)와 엔진회전수(Ne)의 관계를 통해 상기 통합 제어맵에 엔진 제어영역을 표현할 수 있다.
그리고, 차속(VSP)과, 출력축회전수(No)와, 종동축풀리회전수(Ns)는 하기와 같이 상호 간에 근사값을 갖는 것으로 정의된다.
VSP ≒ No ≒ Ns
즉, 차속(VSP)과, 출력축회전수(No)와, 종동축풀리회전수(Ns)를 통합 제어맵의 X축에 설정할 수 있고, 이에 차속(VSP)과 종동축풀리회전수(Ns)의 관계를 통해 상기 통합 제어맵에 변속기 제어영역을 표현할 수 있다.
이 같은 제어 연관성 항목을 바탕으로, 본 발명에 따른 엔진 변속기 통합 제어방법에 대해 살펴보면, 본 발명은 요구파워산출단계와, 엔진운전점산출단계와, 변속비산출단계 및 통합제어단계를 포함하여 구성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 요구파워산출단계에서는, 제어부(1)가 차량의 주행상태를 반영하는 인자들을 바탕으로 차량의 요구파워를 산출할 수 있다.
여기서, 차량의 주행상태를 반영하는 인자는, 차속과, 구배와, APS개도량일 수 있는 것으로, 특히 APS개도량을 기반으로 운전자의 가속의지를 판단하여 요구파워를 산출할 수 있고, 여기에 현재 차속과 구배를 고려하여 차량에서 요구되는 파워를 보정하여 산출할 수 있다.
즉, 차량에서 요구되는 파워는 하기와 같이, 엔진회전수(Ne)와 엔진토크(Te)의 곱으로 산출할 수 있는바, 운전자의 APS개도량 수준별로 결정되는 등파워곡선 상에서 상기 요구파워가 결정될 수 있다.
파워(P) = Ne × Te
다음으로, 엔진운전점산출단계에서는, 제어부(1)가 운전자의 가속의지에 대응하는 요구파워를 출력하기 위해, 이에 필요한 목표 엔진토크 및 목표 엔진회전수를 산출하여 엔진운전점을 결정할 수 있다.
즉, 운전자의 가속의지가 상대적으로 큰 경우는, 연비운전보다는 가속운전에 중점을 둔 주행상황으로서, 예컨대 요구파워가 변하지 않는다는 가정하에 상기 요구파워를 낼 수 있는 등파워곡선 상에서 엔진토크(Te)가 커지면서 엔진회전수(Ne)가 작아지는 방향으로 엔진운전점이 이동되어 결정될 수 있다.
이와 반대로, 운전자의 가속의지가 상대적으로 작은 경우에는, 연비운전에 중점을 둔 주행상황으로서, 이 역시 상기 요구파워를 낼 수 있는 등파워곡선 상에서 엔진토크(Te)가 작아지면서 엔진회전수(Ne)가 커지는 방향으로 엔진운전점이 이동되어 결정될 수 있다.
즉, 운전자의 가속의지가 상대적으로 큰 경우와 작은 경우에서 요구파워가 동일하다 하더라도, APS 개도량 변화율(운전자의 가속의지)에 따라 목표 엔진토크와 목표 엔진회전수가 달라지게 되는바, 결국 목표 엔진운전점도 달라지게 된다.
다만, 상기와 같이 가속운전이나 연비운전에 중점을 둔 주행상황 어디에서라도 연비를 고려하는 것이 바람직하므로, 상기 엔진운전점의 위치는 해당 등파워곡선에서 등연비곡선과 교차하는 지점에 일치하거나 가깝도록 결정할 수 있다.
계속해서, 변속비산출단계에서는, 제어부(1)가 상기 목표 엔진회전수와 차속(VSP)의 관계로서 목표 변속비(IP)를 산출할 수 있다.
예컨대, 목표 엔진토크와 목표 엔진회전수의 산출을 통해 목표 엔진제어점이 결정되면, 앞서 제어연관성 부분에서 설명한 바와 같이, 목표 엔진회전수에 대한 근사값으로 구동축풀리회전수(Np)가 결정되고, 현재 차속(VSP)에 대한 근사값으로 종동축풀리회전수(Ns)가 결정이 된다.
따라서, 하기와 같이 구동축풀리회전수(Np)와 종동축풀리회전수(Ns)의 관계로서 목표 변속비(IP)가 결정될 수 있다.
목표 변속비(IP : 변속풀리비 ) = Np ÷ Ns
다음으로, 통합제어단계에서는, 제어부(1)가 현재의 엔진토크(Te)와, 엔진회전수(Ne)와, 변속비가 상기 목표 엔진토크와, 목표 엔진회전수 및 목표 변속비(IP)를 수렴하도록 엔진 및 변속기를 제어할 수 있고, 이를 통해 차량의 주행을 제어할 수 있다.
상기한 구성에 따라, 본 발명은 엔진 제어영역과 변속기 제어영역을 갖는 통합 제어맵 내에서 차량의 주행상태 및 운전자의 가속의지가 반영된 목표 엔진운전점을 결정하고, 이를 기반으로 목표 변속비(IP)를 산출함으로써, 엔진토크맵과 변속패턴맵이 개별적으로 설정된 기존의 제어방식에 비해 맵 설정에 필요한 공수를 획기적으로 절약할 수 있고, 또한 연비 효율이 고려되어 기존 제어 대비 더욱 효율적인 연비 제어가 가능할 수 있다.
더욱이, 운전자의 가속의지에 따라 목표하는 요구파워의 구현 제어방식을 전략화하여 다양한 운전 모드로 차량의 제어가 가능하며, 이로 인해 운전자에게 효율적인 운전감을 제공할 수 있게 된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 엔진운전점산출단계에서는, 운전자의 가속의지에 따라 결정되는 등파워곡선 상에서 상기 요구파워의 출력이 가능한 엔진토크(Te)의 최저값과 최고값을 구하여 허용 엔진토크범위가 결정될 수 있고, 상기 허용 엔진토크범위 내에서 운전자의 가속수준에 따라 목표 엔진토크가 결정될 수 있다.
즉, 차량에 탑재된 엔진은, 엔진 고유의 성능이나, 엔진 보호제어 및 그 밖의 여러 가지 엔진 제어전략 등이 고려되어, 허용 가능한 엔진토크범위가 결정될 수 있는바, 이 허용 엔진토크범위 내에서 목표 엔진토크가 결정되는 것이 바람직할 수 있다.
더불어, 본 발명의 상기 변속비산출단계에서는, 운전자의 가속의지에 따라 결정되는 등파워곡선 상에서 상기 요구파워의 출력이 가능한 엔진회전수(Ne)의 최저값과 최고값을 구하여 허용 변속비범위가 결정되고, 상기 허용 변속비범위 내에서 목표 엔진회전수가 결정될 수 있다.
즉, 차량에 탑재된 변속기는, 변속기 고유의 변속성능이나, 변속기 보호제어 및 그 밖에 여러 가지 변속기 제어전략 등이 고려되어, 허용 가능한 엔진회전수가 결정될 수 있는바, 이 허용 엔진회전수범위 내에서 목표 엔진회전수가 결정될 수 있고, 이를 통해 목표 구동축풀리회전수(Np)가 결정될 수 있다.
이하에서는, 첨부도면 도 3을 참조하여, APS개도량 변화에 따라 목표 엔진운전점과 목표 변속비(IP)가 결정되는 방법을 예시하여 설명하기로 한다.
운전자의 가속의지에 따라 APS개도량이 A%일 때에, 상기 APS개도량과 함께 차속 및 구배 등과 같은 차량의 주행상태를 반영하여 차량의 요구파워가 산출될 수 있다.
이에, 상기 요구파워를 출력하기 위한 목표 엔진토크 및 목표 엔진회전수가 산출이 되고, 상기 목표 엔진토크 및 목표 엔진회전수의 관계로서 목표 엔진운전점이 결정될 수 있다. 이는 엔진 제어영역 내에 표시된 EP1 지점일 수 있다.
이 후, 상기와 같이 산출된 목표 엔진회전수에 의해 근사값인 목표 구동축풀리회전수가 산출이 되고, 현재 차속(VSP)에 대한 근사값으로 종동축풀리회전수(Ns)가 산출이 되는바, 상기 목표 구동축풀리회전수와 종동축풀리회전수(Ns)의 관계로서 목표 변속비(IP)가 결정될 수 있다. 이는 변속기 제어영역 내에 표시된 TP1 지점일 수 있다.
이어서, 운전자의 가속의지에 따라 APS개도량이 A%에서 C%로 상승하게 되면, 상기 APS개도량 변화에 따라 차량의 요구파워 역시 변경되어 산출될 수 있다.
이에, 변경된 요구파워를 출력하기 위한 목표 엔진토크 및 목표 엔진회전수가 산출되고, 상기 목표 엔진토크 및 목표 엔진회전수의 관계로서 목표 엔진운전점이 결정될 수 있다. 이는 엔진 제어영역 내에 표시된 EP2 지점일 수 있다.
이 후, 상기와 같이 산출된 목표 엔진회전수에 의해 목표 구동축풀리회전수가 산출됨으로써, 상기 목표 구동축풀리회전수와 종동축풀리회전수(Ns)의 관계로서 목표 변속비(IP)가 결정될 수 있다. 이는 변속기 제어영역 내에 표시된 TP2 지점일 수 있다.
이는 운전자의 가속의지가 정속운전에 중점을 둔 주행상황을 예시하여 설명한 것으로, S1의 경로를 따라 엔진운전점이 이동할 수 있다.
다만, 운전자가 가속운전에 중점을 두어 주행하는 상황에서는 엔진토크(Te)가 상기 정속운전 주행상황보다는 상대적으로 더 빠르게 증가하는 S2의 경로를 따라 엔진운전점이 이동될 수 있다. 즉, 엔진운전점이 EP1에서 EP3 지점으로 이동될 수 있다.
또한, 운전자가 연비운전에 중점을 두어 주행하는 상황에서는 엔진토크(Te)가 상기 정속운전 주행상황보다는 상대적으로 더 느리게 증가하는 S3의 경로를 따라 엔진운전점이 이동될 수 있다. 즉, 엔진운전점이 EP1에서 EP4 지점으로 이동될 수 있다.
다만, 도면에서 EP3 및 EP4에 대응하는 목표 변속비(IP)를 표시하고 있지는 않지만, EP3 및 EP4지점으로 엔진운전점이 변경되면 변경된 엔진운전점에 대응하여 목표 변속비도 함께 변경될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

  1. 제어부가 차량의 주행상태를 반영하는 인자들을 바탕으로 차량의 요구파워를 산출하는 요구파워산출단계;
    제어부가 운전자의 가속의지에 대응하는 요구파워를 출력하기 위해, 이에 필요한 목표 엔진토크 및 목표 엔진회전수를 산출하는 엔진운전점산출단계;
    제어부가 상기 목표 엔진회전수와 차속의 관계로서 목표 변속비를 산출하는 변속비산출단계; 및
    제어부가 현재의 엔진토크와, 엔진회전수와, 변속비가 상기 목표 엔진토크와, 목표 엔진회전수 및 목표 변속비를 수렴하도록 엔진 및 변속기를 제어하는 통합제어단계;를 포함하는 엔진 및 변속기 통합 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 요구파워산출단계에서 차량의 주행상태를 반영하는 인자들은, 차속과, 구배와, APS개도량인 것을 특징으로 하는 엔진 및 변속기 통합 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진운전점산출단계에서는,
    운전자의 가속의지에 따라 결정되는 등파워곡선 상에서 상기 요구파워의 출력이 가능한 엔진토크의 최저값과 최고값을 구하여 허용 엔진토크범위가 결정되고;
    상기 허용 엔진토크범위 내에서 운전자의 가속수준에 따라 목표 엔진토크가 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 변속기 통합 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속비산출단계에서는,
    엔진회전수와 엔진토크의 관계를 형성하는 엔진토크맵과, 구동축풀리회전수와 종동축풀리회전수의 관계를 형성하는 변속패턴맵에서, 상기 구동축풀리회전수를 엔진회전수의 근사값으로 정의하고,
    상기 종동축풀리회전수를 차속의 근사값으로 정의하여 구동축풀리회전수와 종동축풀리회전수의 관계로 목표 변속비가 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 변속기 통합 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 변속비산출단계에서는,
    상기 운전자의 가속의지에 따라 결정되는 등파워곡선 상에서 상기 요구파워의 출력이 가능한 엔진회전수의 최저값과 최고값을 구하여 허용 변속비범위가 결정되고;
    상기 허용 변속비범위 내에서 목표 엔진회전수가 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 및 변속기 통합 제어방법.
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