KR100374430B1

KR100374430B1 - 트랙션슬립제어기

Info

Publication number: KR100374430B1
Application number: KR1019950703546A
Authority: KR
Inventors: 요쉔쉐페르; 토마스소테르
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 2003-05-09
Also published as: KR960700913A; DE4344634A1; US5696683A; EP0705177A1; WO1995018024A1; JPH08507275A; DE59404357D1; EP0705177B1

Abstract

본 발명은 엔진의 영향을 받는 트랙션 슬립 제어기에 관한 것이며, 시스템을 최적화하기 위해서, 구동을 위한 소요 토크는 차량에 작용하는 간섭 토크들을 감안하여 지속적으로 결정되고, 구동 토크는 불안정 발생시에 이러한 소요 토크로 감소된다.

Description

트랙션 슬립 제어기{Traction slip controller}

[종래기술]

차륜의 스핀 조짐(a tendency of the wheels to spin)이 생길 때에 트랙션 슬립 제어기(TSC: a traction slip controller)에서 엔진의 토크력(the engine torque)을 감소시키는 것은 공지되어 있다(예를 들어 DE 34 17 089 A1 참조). 엔진의 토크는 단일 또는 복수의 구동 차륜(driven wheel)이 특정한 슬립치 및/또는 특정한 가속치에 도달되는 순간부터 감속되기 시작하거나 기타의 어떤 차륜 회전에 대한 표준(some other criterion for the spinning of the wheel or wheels)에 의해 감속되기 시작한다. 트랙션 슬립을 제어하기 위해서는 연료공급이 감소될 수 있어야 한다(드로틀 밸브 조절 또는 분사량 제어). 점화실패 제어 또는 점화시기조절 등과 같이 점화에 영향을 주는 것도 가능하다. 종래에 엔진의 토크는 불안정표준(the instability criterion)의 아래로 다시 떨어질 때까지 일정한 구배(a slope)를 따라 변화했다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명에 따른 그러한 TSC의 설계에서는, 구동불안정(a drive instability)이 발생될 때, 엔진의 토크는, 경사도(gradient)나 견인중량(towed weight) 또는 최대적재량(payload: 소요 토크) 등과 같은 간섭적 영향요인(the interfering influences)들을 고려하여 주어진 순간에 스핀(spinning)이 생기지 않을 정도의 충분한 구동 토크까지 감소된다. 소요 토크는 그것이 요구될 때에는 즉시 제어를 위해 이용될 수 있도록 지속적으로 연산된다.

차량질량과, 관성질량모멘트와, 공기저항, 및 구름저항이 알려져 있다면 평면상의 주행을 위해 특정한 구동 토크(MA)에 대해 달성될 속도와 가속도를 할당할 수 있다.

이것으로부터의 벗어남은, 추가적인 소요 토크에 의해, 즉 경사도나 최대적재량 또는 견인중량 등에 의해 초래된다(부가적인 센서 없이 이러한 간섭적 변수들의 값을 탐지하는 것은 알려져 있지 않다).

이러한 간섭적 변수들의 값을 탐지하기 위해서는 상당 질량(the equivalent mass)을 보조 변수(auxiliary variable)로서 선택하는 것이 양호한 것으로 밝혀졌으며, 그러한 상당 질량은 간섭적 토크가 없으면 규정 차량질량(the prescribed vehicle mass)과 동등하지만 간섭적 토크가 생길 때에는 증가되거나 감소된다.

증가된 질량(상당 질량)의 결과로서, 구름 저항 및 가속도에는 증가된 소요토크가 할당된다. 평면상에서의 차량 가속의 경우에는 다음과 같은 것이 적용된다:

구동 토크(MA) = 공기 저항(MWL) + 구름저항토크(MWR) + 가속저항(MWB) +회전가속저항(MWBR)

MA = MWL + MWR + MWB + MWBR

MA = k1*v²+ k2*m + k3*m*a + MWBR

여기서, v는 차량속도, m은 차량질량, a는 가속도, k1 내지 k3는 차량-종속상수(vehicle-specific constants)임.

따라서, 상당 질량(MERS)은 다음과 같이 연산된다:

MERS = (MA-MWL-MWBR)/(k3*a + k2)

불안정의 경우에 구동 토크는 학습된 상당 질량(the learnt equivalent mass)에 근거하여 실제 소요 토크까지 감소된다. 따라서, 소요 토크 레벨의 연산중에 최대 적재량이나 경사도 또는 견인중량의 결과로서 소요 토크가 증가되고, 음의 경사도(a negative gradient)의 결과로서 소요 토크가 감소된다.

노면 저항(road resistance)을 결정하기 위한 부가적인 센서들은 요구되지 않는다.

감속 구동 토크(소요 토크)(MAR)는 다음의 파생식으로부터 얻어지는 바, 이는 가속하는 차량에 적용한다 :

MAR = MWL + MWR + MWB*F

이로 인해 하기의 식이 성립되며,

MAR = k1*v²+ k2*MERS + k3*MERS*a*F

추진력(propulsinon)이나 안락감(comfort)에 영향을 주기 위해 가속저항(MWB)에 계수 F를 곱할 수 있다. 그것은 1에 근사한 값이다.

부정적인 영향(negative influences)을 억제하기 위하여 상당 질량의 증가속도는, 예를 들어, 120000 kg/s로 제한된다.

상당 질량과 구동 토크 (및 가속도)의 상관 관계를 얻기 위해서는 PT1 필터로 신호를 여과하는 것이 적절하다.

구동 토크(MA)는 엔진 출력 토크(MMOT)로부터 연산될 수 있다.

MA = MMOT * iGES * η (수동 변속 차량의 경우)

MA = MMOT * iGES * η* μ (자동 변속 차량의 경우)

여기서 iGES는 총 변속비이고, η 는 효율계수이며, μ는 컨버터의 변속비이다. 기어는 구동축의 회전속도에 대한 엔진의 회전속도의 비율로 부터 연산되거나 다른 방식으로 결정될 수 있다.

자동차에서 기어정보는, 예를 들어, 기어박스 제어로부터 얻어진다.

엔진출력토크(MMOT)는 특성선도 MMOT = f(nMot, α )(nMOt 는 엔진속도, α는 드로틀밸브 각)에 의해 결정되거나, 디지탈식 엔진 제어(a digital engine control)에 의해 발생된 부하신호(a load signal)에 의해 결정될 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명의 예시적 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하겠다. 제 1 도는 예시적 실시예의 블록 선도를 도시한다. 본 발명은 적절히 프로그래밍된 마이크로프로세서에 의해 실시될 수 있다.

도면에서 부호 1과 2는 구동되는 차륜들의 차륜속도 센서를 지칭하며, 부호 3과 4는 구동되지 않는(non driven) 차륜들의 차륜속도센서들을 지칭한다. 부호 5는 평가회로를 지칭하며, 이 평가회로는 상기 하나 또는 두개의 차륜에서 허용 불가한 차륜슬립(λ1)이 발생하는지(예를 들어, λ1 = v1- (v3+v4)/2 ; λ1〉임계치)여부를 차륜속도센서(1, 2, 3, 4)의 신호 (v1, v2, v3, v4)에 의해 결정한다. 탐지된 불안정성은 차량의 드로틀 밸브(7)를 조절하는 최종 제어 요소(6)를 제어한다.

여기에서 평가회로는 본 발명에 따른 구성요소(5a)에 의해 확장된다. 엔진의 회전속도(nMOT)는 센서(8a)에 의해 상기 구성요소(5a)로 공급되고, 드로틀밸브의 위치(α)도 센서(8b)에 의해 상기 구성요소(5a)로 전달되며, 구동 차축의 회전속도(nA)도 센서(9)에 의해 상기 구성요소(5a)로 공급된다: 그리고, 비교기(10)에서 상기 엔진의 회전속도(nMOT)와 구동차축의 회전속도(nA)를 비교함으로써 기어(i1, i2, ... i5)가 선택되고 그에 따라 구동열(the drive train)의 총 변속비(iGES)가 얻어진다. 블록(8c)에는 특성 선도(a characteristic diagram)가 저장되어 있으며, 엔진의 회전속도(nMOT)와 드로틀밸브의 각도(α)가 입력될 때는 엔진토크(MMOT)에 대응하는 신호를 출력한다. 승산기(multiplier)(11)에서 엔진토크(MMOT)를 효율(η)로 곱하고, 다른 승산기(12)에서 곱한 값 MMOT*η를 다시 iGES로 곱함으로써 구동 토크(MA)가 얻어진다: MA = MMOT * η * iGES

다른 브랜치(블록 18)에서, k1 * v²은 평가회로(5)에 의해 공급된 차량속도 v = v3 + v4/2 로 이루어진다. k1은 차량-종속 상수로서 다음과 같이 정해진다:

k1=Cw*A_L*p/2*R

Cw = 공기저항계수

A_L= 차량의 단부면의 면적

p = 공기밀도

R = 차륜 반경

그리고, 그것의 값은 예를 들어 0.278 kg 이다.

변수 k1V²에 대응하는 신호와, 변수 MA에 대응하는 신호는 모두 감산/제산블록(a subtractor/divider block)(13)에 공급되고, 이 감산/제산 블록에는, 블록(14)에서 발생되고 MWBR = 1 * DVMAN/R 에 대응하는 신호 역시 공급된다.

블록(13)은 상당 질량에 대응하는 신호를 발생시킨다.

MERS = (MA -k1v²- MWBR) / (k3 * a * k2)

라인(15)을 통해 공급되는 차량의 가속도 신호(a) 또한 요구되며 이 가속도 신호는 평가회로에서 차량의 속도 변화(v3 + v4 / 2)로부터 결정될 수 있다. 또한, 차량-종속 상수(k2, k3)도 요구되며, 이것들은 다음과 같이 결정될 수 있다.

k2=f_R* g * R

k3 =R

여기에서,

f_R= 구름저항계수

g = 낙하 가속도

R = 차륜반경

I = 관성모멘트

그리고, k2 는 예를 들어 0.038 m²/s²일 수 있으며, R은 0.3m일 수 있다.

블록(13)의 출력부에는, 상당 질량(MERS)에 대응하고 승산기(16)에서 k2가곱해지는 신호가 존재한다.

블록(16)과 블록(17) 및 블록(18)의 신호들은 가산기(adder)(19)에 공급되며, 그러한 가산기(19)는 가산에 의해 소요 토크에 대응하는 신호를 발생시킨다.

MAR = MWL + MWR * MWB * F

MAR = k1 * v²+ k2 * MERS + k3 * MERS * a * F

불안정이 발생하면 이는 라인(21)을 거쳐서 블록(20)에 보고되며, 상기 블록(20)은 이후 MAR을 출력하며, 이 MAR은 블록(22)으로 공급된다. 블록(22)은 다시토크(MAR)을 연산하여, 기어 변속비와 컨버터 변속비 및 효율에 따른 엔진토크(MMOT)를 제공한다. 드로틀 밸브(7)의 소정 위치에 대응하는 신호가 발생되고, 그러한 신호는 평가 회로(5)를 거쳐서 최종 제어 요소상에 작용하며, 그 결과로서, 소요 토크만이 지속적으로 효과적이 되도록 드로틀 밸브(7)를 신속히 리셋(reset)시킨다. 이러한 소요 토크에 근거한 부가적인 제어는 평가 회로(5)에 의해 통상적인 방식으로 수행된다.

블록(13)은 그 출력 성분에, 상당 질량의 증가 속도를 제한하는 제한 요소(limiter)를 가질 수 있다. 또한, 상당 질량의 최대치를 규정하는 부가적인 제한요소도 제공될 수 있다. 또한, 블록(13)은 상당 질량과 구동 토크(및 가속도)의 상관 관계를 유발하는 필터 배열을 포함할 수 있다.

Claims

차륜에 스핀(spin)조짐이 생길 때 엔진의 토크가 감소되는 트랙션 슬립 제어기(a traction slip controller)에 있어서,

구동을 위한 소요 토크(MAR: the torque demand)가, 차량속도(v)와, 차량질량(m)과, 차량이 출력하는 구동 토크(MA)와, 그 가속도(a), 및 차량에 작용하는 간섭토크(the interfering torque)를 고려하여 지속적으로 결정되고,

트랙션 슬립 제어가 시작되면 상기 구동 토크(MA)는 소요 토크(MAR)로 감소되는 것을 특징으로 하는 트랙션 슬립 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 소요 토크(MAR)는, (1) 공기저항에 대응하는 토크 (MWL)와, (2) 구름저항에 대응하는 토크(MWR) 및, (3) 차량의 가속토크(MWB)로부터 결정되고,

상기 성분 (2)와 (3)에 포함된 차량질량(m)은 간섭 변수(the interfering variables)들을 포함하는 상당 질량(MERS: an equivalent mass)으로 대체되는 것을 특징으로 하는 트랙션 슬립 제어기.
제 2 항에 있어서,

상기 상당 질량은 하기 식

MERS = (MA - k1v²)/(k3 * a + k2)

에 의해 결정되는(여기서 k1 내지 k3 는 차량-종속 상수(vehicle-specific constants)임) 것을 특징으로 하는 트랙션 슬립 제어기.
제 3 항에 있어서,

MERS = (MA - k1v²)/(k3 * a + k2) 라는 식에 의한 상당 질량의 결정 중에 회전가속도를 감안한 변수가 또한 고려되는 것을 특징으로 하는 트랙션 슬립 제어기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상당 질량의 증가속도가 제한되는 것을 특징으로 하는 트랙션 슬립 제어기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상당 질량 신호가 시간-여과되는(time-filtered) 것을 특징으로 하는 트랙션 슬립 제어기.