KR101673813B1 - 건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법 - Google Patents

건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전자의 가속페달 조작에 의해 차량의 발진이 개시되면, 컨트롤러가 상기 가속페달 조작량에 따른 목표엔진속도를 구하고, 상기 목표엔진속도의 시간 변화율과 현재의 엔진토크를 이용하여 상기 클러치를 제어할 토크의 일부인 피드포워드성분을 산출하는 피드포워드성분산출단계와; 상기 컨트롤러가 상기 목표엔진속도와 현재의 엔진속도 차이에 따라 상기 클러치를 제어할 토크의 일부인 피드백성분을 산출하는 피드백성분산출단계와; 상기 컨트롤러가 현재의 엔진토크와 상기 클러치가 현재 전달하고 있는 것으로 추정되는 클러치토크 추정치를 이용하여 보상토크를 연산하는 보상토크산출단계와; 상기 컨트롤러가 상기 피드포워드성분과 피드백성분 및 상기 보상토크를 더하여 상기 클러치를 구동하는 클러치액츄에이터를 제어하는 클러치제어단계를 포함하여 구성된다.

Description

건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING LAUNCHING VEHICLE WITH DRY TYPE CLUTCH}
본 발명은 AMT(Automated Manual Transmission)나 DCT(Dual Clutch Transmission)를 탑재한 차량의 발진 제어방법에 관한 것으로서, 특히 건식클러치를 구비하고 있는 AMT나 DCT가 탑재된 차량에서 상기 건식클러치를 제어하여 차량의 발진을 도모하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에서, 발진제어는 건식클러치를 구비한 AMT나 DCT를 탑재한 차량이 정차 또는 크립 주행 중 차량을 출발 또는 가속하는 상황에서 상기 건식클러치를 제어하는 것을 의미한다.
상기와 같은 발진제어에서는 운전자의 가속페달 조작에 따라 엔진이 제어되는 상황에서 건식클러치를 결합시킴에 의해 구동력을 전달하게 되는 변속기 입력축 속도를 엔진 속도에 동기시키게 된다.
상기 건식클러치는 클러치 액츄에이터의 스크로크에 대한 클러치의 전달토크의 특성을 나타내는 T-S커브라고 하는 맵에 의해 제어하게 되는데, 상기 T-S커브는 클러치의 온도나 작동회수 등과 같은 다양한 요인에 의해 비교적 쉽게 변화하고, 이러한 변화에 대한 실시간 보정이 어려워서, 실제와는 오차가 발생하는 경우가 많다.
만약, 발진제어 중에, 상기와 같은 T-S커브의 오차에 따라 클러치가 과다하게 체결되는 경우에는, 엔진으로서는 예상치 못한 과도한 부하가 작용하는 상황이 되어, 엔진의 울컥거림 또는 시동꺼짐 등이 발생할 수 있다.
참고로, 여기서 특별한 다른 한정 없이 단순히 "클러치"라고 언급하는 것은 "건식클러치"를 의미한다.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 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.
KR10-2011-0051059 A
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 건식클러치를 체결하면서 차량을 발진시키는 경우에, T-S커브에 오차가 발생한 경우라도, 적절한 클러치제어에 의해 엔진의 울컥거림이나 시동꺼짐을 방지하고 안정된 차량의 발진주행이 이루어질 수 있도록 하는 건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 발진 제어방법은,
운전자의 가속페달 조작에 의해 차량의 발진이 개시되면, 컨트롤러가 상기 가속페달 조작량에 따른 목표엔진속도를 구하고, 상기 목표엔진속도의 시간 변화율과 현재의 엔진토크를 이용하여 상기 클러치를 제어할 토크의 일부인 피드포워드성분을 산출하는 피드포워드성분산출단계와;
상기 컨트롤러가 상기 목표엔진속도와 현재의 엔진속도 차이에 따라 상기 클러치를 제어할 토크의 일부인 피드백성분을 산출하는 피드백성분산출단계와;
상기 컨트롤러가 현재의 엔진토크와 상기 클러치가 현재 전달하고 있는 것으로 추정되는 클러치토크 추정치를 이용하여 보상토크를 연산하는 보상토크산출단계와;
상기 컨트롤러가 상기 피드포워드성분과 피드백성분 및 상기 보상토크를 더하여 상기 클러치를 구동하는 클러치액츄에이터를 제어하는 클러치제어단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 피드포워드성분산출단계에서는, 현재의 엔진토크로부터 상기 목표엔진속도의 시간 변화율에 엔진의 관성모멘트를 곱한 것을 빼서, 상기 피드포워드성분을 산출하도록 할 수 있다.
상기 피드백성분산출단계에서는, 현재의 엔진속도로부터 목표엔진속도를 뺀 차이값에 따른 PID제어값을 상기 피드백성분으로 산출하도록 할 수 있다.
상기 보상토크산출단계에서는, 현재의 엔진토크에서 클러치토크 추정치를 뺀 차이값에 따른 PI제어값을 상기 보상토크로 산출하도록 할 수 있다.
상기 클러치토크 추정치는, 현재의 엔진토크와 엔진속도를 입력받아 상기 클러치토크 추정치를 연산하는 토크옵저버에 의해 산출되도록 할 수 있다.
본 발명은 건식클러치를 체결하면서 차량을 발진시키는 경우에, T-S커브에 오차가 발생한 경우라도, 적절한 클러치제어에 의해 엔진의 울컥거림이나 시동꺼짐을 방지하고 안정된 차량의 발진주행이 이루어질 수 있도록 하여 차량의 상품성을 향상시키도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 건식클러치를 구비한 DCT 탑재차량의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 제어방법의 실시예를 도시한 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 제어방법을 설명한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 엔진(E)의 동력은 DCT(DUAL CLUTCH TRANSMISSION)를 통해 구동륜(W)으로 제공될 수 있도록 구성되고, DCT를 구성하는 두 클러치(1)는 각각 클러치액츄에이터(3)에 의해 제어되며, 상기 클러치액츄에이터는 컨트롤러(5)에 의해 제어가 이루어지게 되어 있으며, 상기 컨트롤러는 가속페달 조작량을 입력받기 위해 APS(ACCELERATOR POSITION SENSOR: 7)신호를 입력받도록 되어 있다.
물론, 상기 컨트롤러는 이외에도 엔진토크 및 엔진속도 등의 정보를 제공받도록 되어 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명 발진 제어방법의 실시예는, 운전자의 가속페달 조작에 의해 차량의 발진이 개시되면, 컨트롤러가 상기 가속페달 조작량에 따른 목표엔진속도를 구하고(S10), 상기 목표엔진속도의 시간 변화율과 현재의 엔진토크를 이용하여 상기 클러치를 제어할 토크의 일부인 피드포워드성분을 산출하는 피드포워드성분산출단계(S20)와; 상기 컨트롤러가 상기 목표엔진속도와 현재의 엔진속도 차이에 따라 상기 클러치를 제어할 토크의 일부인 피드백성분을 산출하는 피드백성분산출단계(S30)와; 상기 컨트롤러가 현재의 엔진토크와 상기 클러치가 현재 전달하고 있는 것으로 추정되는 클러치토크 추정치를 이용하여 보상토크를 연산하는 보상토크산출단계(S40)와; 상기 컨트롤러가 상기 피드포워드성분과 피드백성분 및 상기 보상토크를 더하여 상기 클러치를 구동하는 클러치액츄에이터를 제어하는 클러치제어단계(S50)를 포함하여 구성된다.
즉, 발진제어가 개시되면, 상기 컨트롤러는 운전자의 가속페달조작량에 근거하여 목표엔진속도를 맵으로부터 설정하고, 상기 목표엔진속도의 시간 변화율과 현재의 엔진토크에 의해 클러치를 제어할 피드포워드성분을 산출하고, 상기 피드백성분산출단계에 의해 피드백성분을 산출하여 상기 클러치액츄에이터를 통해 클러치를 제어하되, 상기 보상토크산출단계에 의해 산출된 보상토크를 더 고려하여 최종적으로 상기 클러치액츄에이터를 제어하도록 하는 것이다.
상기 피드포워드성분산출단계에서는, 현재의 엔진토크로부터 상기 목표엔진속도의 시간 변화율에 엔진의 관성모멘트를 곱한 것을 빼서, 상기 피드포워드성분을 산출한다.
이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112015095227195-pat00001
TC _ FF ; 피드포워드성분
Te ; 현재의 엔진토크
Je ; 엔진의 회전관성모멘트
Figure 112015095227195-pat00002
; 목표엔진속도의 시간변화율
여기서, 상기 현재의 엔진토크는 통상 엔진컨트롤러에서 엔진이 현재 발생시키고 있는 토크라고 계산한 값을 전달받아 사용할 수 있다.
상기 피드포워드성분은 운전자의 가속페달 조작에 따라 원하는 수준의 차량의 발진상태를 확보하기 위한 클러치토크에 상당하므로, 이를 클러치 제어에 기본적으로 사용함으로써, 신속하게 원하는 수준으로 클러치를 제어할 수 있게 하는 역할을 한다.
상기 피드백성분산출단계에서는, 현재의 엔진속도로부터 목표엔진속도를 뺀 차이값에 따른 PID제어값을 상기 피드백성분으로 산출한다.
이를 수식으로 표현하면, 다음과 같다.
Figure 112015095227195-pat00003
Tc _ FB ; 피드백성분
KP ; 비례제어게인
KI ; 적분제어게인
KD ; 미분제어게인
ωe ;엔진속도
ωed ;목표엔진속도
상기 피드백성분은 결국, 상기 피드포워드성분에 의해 원하는 수준의 클러치토크 제어량에 근접한 상태에서 발생하는 오차를, 목표엔진속도와 측정되는 엔진속도의 차이에 근거한 피드백제어로 극복하도록 하는 역할을 하는 것이다.
상기 보상토크산출단계에서는, 현재의 엔진토크에서 클러치토크 추정치를 뺀 차이값에 따른 PI제어값을 상기 보상토크로 산출한다.
이를 수식으로 표현하면, 다음과 같다.
Figure 112015095227195-pat00004
Tc _ comp ; 보상토크
Kcp ; 비례제어게인
Kci ; 적분제어게인
Figure 112015095227195-pat00005
; 클러치토크 추정치
상기 클러치토크 추정치는, 현재의 엔진토크와 엔진속도를 입력받아 상기 클러치토크 추정치를 연산하는 토크옵저버에 의해 산출되도록 할 수 있는 바, 이는 이미 공지된 기술들을 활용할 수 있다.
상기 클러치토크 추정치는 실제 엔진에 걸리는 부하로 볼 수 있다. 따라서 예컨대 현재의 엔진토크보다 클러치토크 추정치가 큰 경우, 엔진에 걸리는 부하가 엔진토크보다 크게 되어 엔진속도가 감소하게 될 것을 예상할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 특성을 기반으로 한 것으로, 엔진토크와 클러치토크 추정치의 차이를 피드백제어 하면, 항상 엔진속도가 유지 혹은 상승하는 상태를 유지할 수 있고, 엔진속도가 떨어지는 방향으로 제어되는 것을 방지하게 되는 것이다.
따라서, 상기한 바와 같이, 피드포워드성분과 피드백성분에 의한 클러치 제어량에 상기 보상토크를 더 적용하는 본 발명의 제어방법은 엔진의 울컥거림을 방지하는 기능을 수행하면서, 클러치 특성이 극단적인 변화를 일으켰을 때, 엔진의 시동꺼짐 방지방법으로 사용할 수 있는 바, 결국 차량의 운전성 및 안정성을 모두 확보하도록 하게 된다.
참고로, 도 2에서 상기 클러치제어단계(S50)은 상기 피드포워드성분과 피드백성분 및 상기 보상토크를 더하여 목표클러치토크를 계산하고(S51), 이 목표클러치토크가 너무 급격하게 변하지는 않도록 하기 위하여 레이트리미터 처리를 하여 최종클러치토크를 구하고(S51), 이 최종클러치토크를 사용하여 클러치액츄에이터를 제어하면서, 클러치의 슬립RPM이 기준값 미만인 상태가 기준시간 이상 경과하면, 클러치의 결합이 완료되어 결국 발진이 완료된 것으로 판단하도록 하고 있다(S53).
여기서, 상기 슬립RPM을 비교하는 기준값은 예컨대 50RPM 내외로 정해져서, 실질적으로는 클러치의 결합이 완료된 것이라고 볼 수 있는 수준을 나타낼 수 있도록 정해지는 것이 타당하며, 상기 기준시간은 상기와 같은 기준값 미만의 슬립RPM이 안정되게 유지되어 발진이 완료되었다는 확신에 필요한 시간으로 예컨대 수초의 범위 내에서 결정될 수 있을 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; 클러치
3; 클러치액츄에이터
5; 컨트롤러
7; APS
S20; 피드포워드성분산출단계
S30; 피드백성분산출단계
S40; 보상토크산출단계
S50; 클러치제어단계

Claims (5)

  1. 운전자의 가속페달 조작에 의해 차량의 발진이 개시되면, 컨트롤러가 가속페달 조작량에 따른 목표엔진속도를 구하고, 상기 목표엔진속도의 시간 변화율과 현재의 엔진토크를 이용하여 클러치를 제어할 토크의 일부인 피드포워드성분을 산출하는 피드포워드성분산출단계와;
    상기 컨트롤러가 상기 목표엔진속도와 현재의 엔진속도 차이에 따라 상기 클러치를 제어할 토크의 일부인 피드백성분을 산출하는 피드백성분산출단계와;
    상기 컨트롤러가 현재의 엔진토크와 상기 클러치가 현재 전달하고 있는 것으로 추정되는 클러치토크 추정치를 이용하여 보상토크를 연산하는 보상토크산출단계와;
    상기 컨트롤러가 상기 피드포워드성분과 피드백성분 및 상기 보상토크를 더하여 상기 클러치를 구동하는 클러치액츄에이터를 제어하는 클러치제어단계;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피드포워드성분산출단계에서는, 현재의 엔진토크로부터 상기 목표엔진속도의 시간 변화율에 엔진의 관성모멘트를 곱한 것을 빼서, 상기 피드포워드성분을 산출하는 것
    을 특징으로 하는 건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 피드백성분산출단계에서는, 현재의 엔진속도로부터 목표엔진속도를 뺀 차이값에 따른 PID제어값을 상기 피드백성분으로 산출하는 것
    을 특징으로 하는 건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보상토크산출단계에서는, 현재의 엔진토크에서 클러치토크 추정치를 뺀 차이값에 따른 PI제어값을 상기 보상토크로 산출하는 것
    을 특징으로 하는 건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러치토크 추정치는, 현재의 엔진토크와 엔진속도를 입력받아 상기 클러치토크 추정치를 연산하는 토크옵저버에 의해 산출되는 것
    을 특징으로 하는 건식클러치 탑재 차량의 발진 제어방법.

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