KR20200113528A - 차량의 변속기 클러치토크 추정방법 - Google Patents

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김진성
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 컨트롤러가 모델엔진토크를 파워트레인 모델에 입력하는 단계와; 상기 컨트롤러가 제1클러치의 목표클러치토크와 제2클러치의 목표클러치토크를 상기 파워트레인 모델에 입력하는 단계와; 상기 컨트롤러가 차량의 변속정보를 상기 파워트레인 모델에 입력하는 단계와; 상기 컨트롤러가 엔진각속도에러와, 제1클러치의 클러치각속도에러와, 제2클러치의 클러치각속도에러와, 휠각속도에러를 상기 파워트레인 모델로 피드백시켜서 상기 파워트레인 모델을 실시간으로 보정하는 단계와; 상기 컨트롤러가 상기 파워트레인 모델을 연산하여 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 변속기 클러치토크 추정방법{CLUTCH TORQUE ESTIMATING METHOD FOR VEHICLE TRANSMISSION}
본 발명은 변속기 클러치, 특히 DCT(Dual Clutch Transmission)의 건식클러치가 전달하는 토크를 추정하는 기술에 관한 것이다.
건식클러치를 사용하는 DCT에서, 클러치의 제어는 클러치 액츄에이터의 스트로크에 대한 클러치토크의 관계를 T-S커브(Torque-Stroke Curve)로 관리하면서, 컨트롤러가 원하는 클러치토크에 해당되는 클러치 액츄에이터 스트로크를 형성하도록 제어하여 이루어진다.
그런데, 건식클러치는 차량의 주행 중, 클러치의 온도, 마모상태, 클러치 관련 부품의 변형 등에 의해 특성이 계속해서 변화하여, 상기 T-S커브는 시간의 경과에 따라 계속적으로 변하게 되며, 클러치토크를 센서에 의해 직접적으로 측정하기는 곤란하므로, 현재의 클러치토크가 어떤 값인지를 가급적 정확하게 추정할 수 있는 기술이 필요하다.
종래 제어공학의 옵저버(Observe)를 활용하여 클러치토크를 추정하는 기술이 제안되고 있으나, 차량의 발진 성능이나, 변속품질을 보다 향상시키기 위해서는 보다 정확한 클러치토크의 추정이 요구되는 실정이다.
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.
KR 1020150059926 A KR 1020150069400 A
C. Canudas de Wit, H. Olsson, K.J. Astrom, P. Lischinsky, "A new model for control of systems with friction", IEEE Transaction on Automatic Control, Vol.40, No.3, 1995
본 발명은 DCT에 사용되는 건식클러치의 클러치토크를 보다 정확하게 추정하여 차량의 발진 성능 및 변속품질을 더욱 향상시킴으로써, 궁극적으로 차량의 상품성을 증대시킬 수 있도록 한 차량의 변속기 클러치토크 추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 변속기 클러치토크 추정방법은,
컨트롤러가 모델엔진토크를 파워트레인 모델에 입력하는 단계와;
상기 컨트롤러가 제1클러치의 목표클러치토크와 제2클러치의 목표클러치토크를 상기 파워트레인 모델에 입력하는 단계와;
상기 컨트롤러가 차량의 변속정보를 상기 파워트레인 모델에 입력하는 단계와;
상기 컨트롤러가 측정된 측정엔진각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 추정엔진각속도의 차이인 엔진각속도에러와, 측정된 상기 제1클러치의 측정클러치각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 상기 제1클러치의 추정클러치각속도의 차이인 제1클러치의 클러치각속도에러와, 측정된 상기 제2클러치의 측정클러치각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 상기 제2클러치의 추정클러치각속도의 차이인 제2클러치의 클러치각속도에러와, 측정된 측정휠각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 추정휠각속도의 차이인 휠각속도에러를 상기 파워트레인 모델로 피드백시켜서 상기 파워트레인 모델을 실시간으로 보정하는 단계와;
상기 컨트롤러가 상기 파워트레인 모델을 연산하여 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정하는 단계와;
상기 컨트롤러가 상기 추정된 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 이용하여 상기 제1클러치와 제2클러치를 각각 제어하는 단계;
를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 파워트레인 모델은,
엔진 다이나믹스(Dynamics)에 따른 엔진모델과;
클러치 다이나믹스에 따른 제1클러치모델 및 제2클러치모델과;
차량 다이나믹스에 따른 차량모델;
로 이루어질 수 있다.
상기 모델엔진토크는 상기 엔진각속도에러를 누적적분하여 산출되는 추정엔진토크에러와 함께 상기 파워트레인 모델로 입력될 수 있다.
상기 제1클러치의 목표클러치토크는 제1클러치의 클러치마찰력특성모델에 의해 산출되는 제1클러치의 클러치특성변수가 곱해져서 상기 파워트레인 모델로 입력되고;
상기 제2클러치의 목표클러치토크는 제2클러치의 클러치마찰력특성모델에 의해 산출되는 제2클러치의 클러치특성변수가 곱해져서 상기 파워트레인 모델로 입력될 수 있다.
상기 엔진모델은,
Figure pat00001
이고, 여기서
Figure pat00002
: 엔진관성모멘트(Engine moment of inertia)
Figure pat00003
: 추정엔진각가속도(Estimated engine angular acceleration)
Figure pat00004
: 모델엔진토크(Model Engine Torque)
Figure pat00005
: 추정엔진토크에러(Estimated engine torque error)
Figure pat00006
: 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00007
: 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
Figure pat00008
: 제1클러치의 클러치토크
Figure pat00009
: 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00010
: 제2클러치의 목표클러치토크
Figure pat00011
: 제2클러치의 클러치토크
일 수 있다.
상기 제1클러치모델은
Figure pat00012
이고, 여기서
Figure pat00013
: 제1클러치의 등가관성모멘트
Figure pat00014
: 제1클러치의 추정클러치각가속도
Figure pat00015
: 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00016
: 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
Figure pat00017
: 제1클러치의 클러치토크
Figure pat00018
: 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00019
: 제2클러치의 목표클러치토크
Figure pat00020
: 제2클러치의 클러치토크
Figure pat00021
: 짝수 기어단 (ex, 2단, 4단, 6단...)
Figure pat00022
: 홀수 기어단 (ex, 1단, 3단, 5단...)
Figure pat00023
: 기어단
Figure pat00024
에서의 기어비
Figure pat00025
: 기어단
Figure pat00026
에서의 기어비
Figure pat00027
: 추정휠각속도(Estimated wheel angular velocity)
Figure pat00028
: 홀수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크이며,
Figure pat00029
Figure pat00030
: 드라이브샤프트 강성계수
Figure pat00031
: 드라이브샤프트 댐핑계수
Figure pat00032
: 제1클러치의 추정클러치각속도
일 수 있다.
상기 제2클러치모델은
Figure pat00033
이고, 여기서
Figure pat00034
: 제2클러치의 등가관성모멘트
Figure pat00035
: 제2클러치의 추정클러치각가속도
Figure pat00036
: 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00037
: 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
Figure pat00038
: 제1클러치의 클러치토크
Figure pat00039
: 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00040
: 제2클러치의 목표클러치토크
Figure pat00041
: 제2클러치의 클러치토크
Figure pat00042
: 짝수 기어단 (ex, 2단, 4단, 6단...)
Figure pat00043
: 홀수 기어단 (ex, 1단, 3단, 5단...)
Figure pat00044
: 기어단
Figure pat00045
에서의 기어비
Figure pat00046
: 기어단
Figure pat00047
에서의 기어비
Figure pat00048
: 추정휠각속도(Estimated wheel angular velocity)
Figure pat00049
: 짝수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크이며,
Figure pat00050
Figure pat00051
: 드라이브샤프트 강성계수
Figure pat00052
: 드라이브샤프트 댐핑계수
Figure pat00053
: 제2클러치의 추정클러치각속도
일 수 있다.
상기 차량모델은,
Figure pat00054
이고, 여기서
Figure pat00055
: 차량 등가관성모멘트;
Figure pat00056
: 추정휠각가속도;
Figure pat00057
: 홀수단 체결 시,
Figure pat00058
, 짝수단 체결 시,
Figure pat00059
,
n = o or e, i = 1 or 2;
Figure pat00060
Figure pat00061
: 홀수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크
Figure pat00062
: 제1클러치의 추정클러치각속도
Figure pat00063
: 추정휠각속도
Figure pat00064
: 드라이브샤프트 강성계수
Figure pat00065
: 드라이브샤프트 댐핑계수
Figure pat00066
: 제1클러치의 측정클러치각속도
Figure pat00067
: 홀수 기어단 (ex, 1단, 3단, 5단...)
Figure pat00068
: 기어단
Figure pat00069
에서의 기어비
Figure pat00070
Figure pat00071
: 짝수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크
Figure pat00072
: 제2클러치의 추정클러치각속도
Figure pat00073
: 제2클러치의 측정클러치각속도
Figure pat00074
: 짝수 기어단 (ex, 2단, 4단, 6단...)
Figure pat00075
: 기어단
Figure pat00076
에서의 기어비
Figure pat00077
차량부하
일 수 있다.
상기 제1클러치의 클러치마찰력특성모델은
Figure pat00078
이며, 여기서
Figure pat00079
,
Figure pat00080
이고,
Figure pat00081
: 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00082
: 제1클러치의 추정클러치슬립
Figure pat00083
: 추정엔진각속도
Figure pat00084
: 제1클러치의 추정클러치각속도
Figure pat00085
: 제1클러치의 내부 마찰력에 대한 강성계수
Figure pat00086
: 제1클러치의 내부 마찰력에 대한 댐핑계수
Figure pat00087
: 제1클러치의 슬립에 대한 댐핑계수
Figure pat00088
: 제1클러치의 마찰력을 계산하기 위한 내부변수
Figure pat00089
:
Figure pat00090
의 변화가 0일때(정상상태)의 제1클러치의 슬립에 따른 마찰력
Figure pat00091
Figure pat00092
: 제1클러치의 운동마찰계수
Figure pat00093
: 제1클러치의 정지마찰계수
Figure pat00094
: critical 슬립속도(정지마찰과 운동마찰을 구분하기 위한 threshold 속도)
일 수 있다.
상기 제2클러치의 클러치마찰력특성모델은
Figure pat00095
이며, 여기서
Figure pat00096
,
Figure pat00097
이고,
Figure pat00098
: 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00099
: 제2클러치의 추정클러치슬립
Figure pat00100
: 추정엔진각속도
Figure pat00101
: 제2클러치의 추정클러치각속도
Figure pat00102
: 제2클러치의 내부 마찰력에 대한 강성계수
Figure pat00103
: 제2클러치의 내부 마찰력에 대한 댐핑계수
Figure pat00104
: 제2클러치의 슬립에 대한 댐핑계수
Figure pat00105
: 제2클러치의 마찰력을 계산하기 위한 내부변수
Figure pat00106
:
Figure pat00107
의 변화가 0일때(정상상태)의 제2클러치의 슬립에 따른 마찰력
Figure pat00108
Figure pat00109
: 제2클러치의 운동마찰계수
Figure pat00110
: 제2클러치의 정지마찰계수
Figure pat00111
: critical 슬립속도(정지마찰과 운동마찰을 구분하기 위한 threshold 속도)
일 수 있다.
본 발명은 DCT에 사용되는 건식클러치의 클러치토크를 보다 정확하게 추정하여 차량의 발진 성능 및 변속품질을 더욱 향상시킴으로써, 궁극적으로 차량의 상품성을 증대시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 의하면, 클러치토크를 측정하기 위한 센서 없이도, 클러치토크를 추정하여 알 수 있어서, 종래 T-S커브 맵을 보완하거나, 학습시키는 데에 활용할 수 있음은 물론, 나아가 T-S커브 맵을 배제하고도 클러치를 제어하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 DCT가 탑재된 차량의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 변속기 클러치토크 추정방법을 설명한 개념도,
도 3은 클러치특성변수의 의미를 설명한 그래프,
도 4는 차량 발진 시에 본 발명에 따라 추정되는 클러치토크를 설명한 그래프,
도 5는 도 2의 파워트레인 모델을 상세히 표현한 도면이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 DCT 탑재 차량의 구성을 도시한 것으로서, 엔진(E)의 동력이 제1클러치(CL1) 및 제2클러치(CL2)를 통해 각각 DCT의 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2)으로 전달되어 변속된 후 출력축(OUT)을 통해 구동륜(W)으로 공급되도록 되어 있다.
또한, 상기 제1클러치(CL1) 및 제2클러치(CL2)를 각각 구동하기 위한 제1클러치의 클러치액츄에이터(CA1) 및 제2클러치의 클러치액츄에이터(CA2)와, 셀렉팅 및 쉬프팅 기능으로 변속을 수행하기 위한 변속액츄에이터(SA)가 구비되어, 컨트롤러(CLR)에 의해 이들을 제어함으로써, 자동적으로 변속이 이루어지도록 구성된다.
상기 컨트롤러(CLR)는 운전자의 가속페달 조작량을 APS(Accelerator Position Sensor: 7)를 통해 입력 받고, 그 외 엔진의 속도와 토크 및 차속 등의 정보를 전달받아 상기 제1클러치의 클러치액츄에이터(CA1)와 제2클러치의 클러치액츄에이터(CA2) 및 변속액츄에이터(SA)를 제어하여 차량의 주행상황에 맞게 자동적으로 DCT의 변속을 수행하도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 예컨대, 상기 제1클러치로 50Nm의 클러치토크를 구현하고자 하면, 상기 제1클러치에 대해 미리 구비된 T-S커브 맵으로부터 50Nm에 해당하는 클러치액츄에이터 스트로크를 구한 후, 상기 클러치액츄에이터를 상기 스트로크만큼 구동하도록 제어함으로써, 상기 제1클러치가 50Nm의 클러치토크를 발휘하도록 제어하는 것이다.
한편, 상기 엔진은 별도의 EMS(Engine Management System)에 의해 제어되며, 상기 컨트롤러(CLR)는 상기 EMS와 통신함으로써, 상기 엔진의 정보를 전달받을 수 있다.
참고로, 상기한 바와 같은 컨트롤러(CLR)는 TMS(Transmission Management System)로 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 EMS와 TMS를 통합한 통합 컨트롤 시스템으로 구성할 수도 있을 것이다.
상기와 같은 DCT는 일련의 변속단들 중 1단, 3단, 5단 등과 같은 홀수 변속단과 2단, 4단, 6단 등과 같은 짝수 변속단을 서로 다른 입력축 및 클러치를 통해 구현하도록 하는 바, 예컨대 상기 제1클러치 및 제1입력축은 홀수 변속단을 구현하도록 하고, 제2클러치 및 제2입력축은 짝수 변속단을 구현하도록 하여, 3단에서 4단으로 변속하는 것과 같은 순차 변속 시 제1클러치를 해제하면서 제2클러치를 체결하는 방식으로 변속을 하여 Torque Interruption을 방지하고 부드러운 변속감을 확보하도록 한다.
여기서, 변속 시 상기 제1클러치와 같이 해제되는 클러치를 해방측클러치라 하고, 상기 제2클러치와 같이 결합되는 클러치를 결합측클러치라 하며, 이에 따라 해방측클러치에 연결된 입력축은 해방측입력축, 결합측클러치에 연결된 입력축은 결합측입력축이라고도 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명 차량의 변속기 클러치토크 추정방법의 실시예는, 컨트롤러가 모델엔진토크를 파워트레인 모델에 입력하는 단계(S10)와; 상기 컨트롤러가 제1클러치의 목표클러치토크와 제2클러치의 목표클러치토크를 상기 파워트레인 모델에 입력하는 단계(S20)와; 상기 컨트롤러가 차량의 변속정보를 상기 파워트레인 모델에 입력하는 단계(S30)와; 상기 컨트롤러가 측정된 측정엔진각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 추정엔진각속도의 차이인 엔진각속도에러와, 측정된 상기 제1클러치의 측정클러치각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 상기 제1클러치의 추정클러치각속도의 차이인 제1클러치의 클러치각속도에러와, 측정된 상기 제2클러치의 측정클러치각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 상기 제2클러치의 추정클러치각속도의 차이인 제2클러치의 클러치각속도에러와, 측정된 측정휠각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 추정휠각속도의 차이인 휠각속도에러를 상기 파워트레인 모델로 피드백시켜서 상기 파워트레인 모델을 실시간으로 보정하는 단계(S40)와; 상기 컨트롤러가 상기 파워트레인 모델을 연산하여 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정하는 단계와; 상기 컨트롤러가 상기 추정된 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 이용하여 상기 제1클러치와 제2클러치를 각각 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 파워트레인 모델은, 엔진 다이나믹스(Dynamics)에 따른 엔진모델과; 클러치 다이나믹스에 따른 제1클러치모델 및 제2클러치모델과; 차량 다이나믹스에 따른 차량모델로 이루어진다.
즉, 본 발명은 상기와 같은 엔진모델과 제1클러치모델, 제2클러치모델 및 차량모델로 이루어진 파워트레인 모델을 구비해 두고, 이 파워트레인 모델에 모델엔진토크, 제1클러치의 목표클러치토크, 제2클러치의 목표클러치토크 및 차량 변속정보를 입력하면서, 상기 엔진각속도에러와, 제1클러치의 클러치각속도에러, 제2클러치의 클러치각속도에러 및 휠각속도에러를 상기 파워트레인 모델로 피드백시켜서 파워트레인 모델을 실시간으로 보정하고, 이 파워트레인 모델로부터 상기 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정하는 것이다.
본 발명은 상기와 같이 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정함에 있어서, 상기와 같은 엔진모델과 제1클러치모델, 제2클러치모델 및 차량모델로 이루어진 파워트레인 모델을 이용함으로써, 차량의 상태에 대한 보다 자세하고 정확한 정보에 기반하여 상기 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정하게 되므로, 보다 광범위한 운전영역에서 보다 정확하게 상기 클러치들의 클러치토크를 추정할 수 있게 되어, 차량의 발진성능 및 변속품질을 향상시켜서 차량의 상품성을 증대시키도록 하는 것이다.
참고로, 상기 측정엔진각속도는 크랭크각센서 등에 의해 측정될 수 있으며, 상기 제1클러치의 측정클러치각속도는 상기 제1클러치에 연결된 제1입력축의 회전속도를 측정하는 센서에 의해서 측정될 수 있고, 상기 제2클러치의 측정클러치각속도는 상기 제2클러치에 연결된 제2입력축의 회전속도를 측정하도록 구비된 센서에 의해 측정될 수 있으며, 상기 측정휠각속도는 차량의 휠에 설치된 휠속도센서에 의해 측정될 수 있다.
상기 모델엔진토크는 EMS에서 상기 컨트롤러에 제공하는 것으로서, 운전자의 가속페달 조작상태에 따른 APS신호 등의 차량 상태에 따라, 상기 EMS가 제어하는 연료량, 점화시기 등에 따라 엔진으로부터 출력될 것으로 예상되는 토크를 말한다.
즉, 상기 모델엔진토크는 실제 엔진토크가 아니라, 연료량, 점화시기 등과 같은 엔진 제어량에 대한 엔진출력토크의 맵이나 모델로부터 상기 EMS가 산출하여 CAN(Controller Area Network) 통신 등으로 상기 컨트롤러에게 전달하는 엔진토크인 것이다.
상기 모델엔진토크는 상기 엔진각속도에러를 누적적분하여 산출되는 추정엔진토크에러와 함께 상기 파워트레인 모델로 입력된다.
즉, 상기 모델엔진토크는 실제 엔진토크와는 차이가 발생할 수 있으므로, 이와 같은 차이를 상기 추정엔진토크에러로 보상하여 보다 실제에 가까운 엔진토크를 상기 파워트레인 모델의 엔진모델에 반영하기 위한 것이다.
상기 추정엔진토크에러는 다음 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00112
여기서,
Figure pat00113
: 추정엔진토크에러
Figure pat00114
: 측정엔진각속도
Figure pat00115
: 추정엔진각속도
Figure pat00116
: 엔진각속도에러에 대한 피드백게인
한편, 상기 파워트레인 모델을 구성하는 엔진모델은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00117
Figure pat00118
: 엔진관성모멘트(Engine moment of inertia)
Figure pat00119
: 추정엔진각가속도(Estimated engine angular acceleration)
Figure pat00120
: 모델엔진토크(Model Engine Torque)
Figure pat00121
: 추정엔진토크에러(Estimated engine torque error)
Figure pat00122
: 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00123
: 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
Figure pat00124
: 제1클러치의 클러치토크
Figure pat00125
: 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00126
: 제2클러치의 목표클러치토크
Figure pat00127
: 제2클러치의 클러치토크이다.
여기에, 상기 엔진각속도에러를 상기 엔진모델로 피드백시켜서 실시간으로 보정하는 것을 표현하면, 다음 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00128
여기서,
Figure pat00129
: 측정엔진각속도
Figure pat00130
: 추정엔진각속도
Figure pat00131
: 엔진각속도에러에 대한 옵저버 피드백게인
Figure pat00132
: 엔진각속도에러이다.
상기 컨트롤러가 상기 엔진모델에 엔진각속도에러를 피드백시켜서 보정하는 것은, 상기 실측된 측정엔진각속도와 모델에서 산출된 추정엔진각속도의 차이에는 상기 엔진모델과 실제 엔진 다이나믹스와의 차이가 반영되어 있다는 이론적 가정하에, 그 차이에 적절한 옵저버 피드백게인을 곱하여 반복적으로 연산을 하면, 점차 그 차이가 줄어들어서 상기 엔진모델이 실제의 엔진 다이나믹스에 보다 가까워지게 될 것이라는 것에 근거한다.
참고로, 본 발명은 상기 수식에서 제1클러치의 클러치토크인
Figure pat00133
와 제2클러치의 클러치토크인
Figure pat00134
을 추정하여, 상기 제1클러치 및 제2클러치의 제어에 이용하도록 하는 것이다.
여기서, 상기 추정된 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 제1클러치와 제2클러치의 제어에 이용한다는 것은, 예컨대 도 4에 예시된 것과 같은 차량의 발진 시 등과 같이 T-S커브 맵으로부터 출력된 목표클러치토크가 실제 클러치토크와 차이가 많아서 문제를 야기할 수 있는 상황에서는 상기 목표클러치토크를 무시하고 상기와 같이 추정된 클러치토크를 사용하여 제어를 수행한다거나, 목표클러치토크와 추정된 클러치토크를 비교하여 중간값을 사용한다거나 하는 것과 같은 것을 의미한다.
상기 제1클러치의 목표클러치토크는 제1클러치의 클러치마찰력특성모델에 의해 산출되는 제1클러치의 클러치특성변수가 곱해져서 상기 파워트레인 모델로 입력된다.
또한, 상기 제2클러치의 목표클러치토크는 제2클러치의 클러치마찰력특성모델에 의해 산출되는 제2클러치의 클러치특성변수가 곱해져서 상기 파워트레인 모델로 입력된다.
상기 제1클러치모델은 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00135
이고, 여기서
Figure pat00136
: 제1클러치의 등가관성모멘트
Figure pat00137
: 제1클러치의 추정클러치각가속도
Figure pat00138
: 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00139
: 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
Figure pat00140
: 제1클러치의 클러치토크
Figure pat00141
: 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00142
: 제2클러치의 목표클러치토크
Figure pat00143
: 제2클러치의 클러치토크
Figure pat00144
: 짝수 기어단 (ex, 2단, 4단, 6단...)
Figure pat00145
: 홀수 기어단 (ex, 1단, 3단, 5단...)
Figure pat00146
: 기어단
Figure pat00147
에서의 기어비
Figure pat00148
: 기어단
Figure pat00149
에서의 기어비
Figure pat00150
: 추정휠각속도(Estimated wheel angular velocity)
Figure pat00151
: 홀수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크이며,
Figure pat00152
Figure pat00153
: 드라이브샤프트 강성계수
Figure pat00154
: 드라이브샤프트 댐핑계수
Figure pat00155
: 제1클러치의 추정클러치각속도이다.
여기에, 상기 제1클러치의 클러치각속도에러를 상기 제1클러치모델로 피드백시켜서 실시간으로 보정하는 것을 표현하면, 다음 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00156
여기서,
Figure pat00157
: 제1클러치의 측정클러치각속도
Figure pat00158
: 제1클러치의 클러치각속도에러에 대한 옵저버 피드백게인
Figure pat00159
: 제1클러치의 클러치각속도에러이다.
상기 컨트롤러가 상기 제1클러치모델에 상기 제1클러치의 클러치각속도에러를 피드백시켜서 보정하는 것은, 상기 제1클러치의 실측된 측정클러치각속도와 상기 제1클러치모델에서 산출된 추정클러치각속도의 차이에는 상기 제1클러치모델과 실제 제1클러치 다이나믹스와의 차이가 반영되어 있다는 이론적 가정하에, 그 차이에 적절한 옵저버 피드백게인을 곱하여 반복적으로 연산을 하면, 점차 그 차이가 줄어들어서 상기 제1클러치모델이 실제의 제1클러치 다이나믹스에 보다 가까워지게 될 것이라는 것에 근거한다.
한편, 상기 제2클러치모델은 다음 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00160
여기서,
Figure pat00161
: 제2클러치의 등가관성모멘트
Figure pat00162
: 제2클러치의 추정클러치각가속도
Figure pat00163
: 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00164
: 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
Figure pat00165
: 제1클러치의 클러치토크
Figure pat00166
: 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00167
: 제2클러치의 목표클러치토크
Figure pat00168
: 제2클러치의 클러치토크
Figure pat00169
: 짝수 기어단 (ex, 2단, 4단, 6단...)
Figure pat00170
: 홀수 기어단 (ex, 1단, 3단, 5단...)
Figure pat00171
: 기어단
Figure pat00172
에서의 기어비
Figure pat00173
: 기어단
Figure pat00174
에서의 기어비
Figure pat00175
: 추정휠각속도(Estimated wheel angular velocity)
Figure pat00176
: 짝수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크이며,
Figure pat00177
Figure pat00178
: 드라이브샤프트 강성계수
Figure pat00179
: 드라이브샤프트 댐핑계수
Figure pat00180
: 제2클러치의 추정클러치각속도이다.
여기에, 상기 제2클러치의 클러치각속도에러를 상기 제2클러치모델로 피드백시켜서 실시간으로 보정하는 것을 표현하면, 다음 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00181
여기서,
Figure pat00182
: 제2클러치의 측정클러치각속도
Figure pat00183
: 제2클러치의 클러치각속도에러에 대한 옵저버 피드백게인
Figure pat00184
: 제2클러치의 클러치각속도에러이다.
상기 컨트롤러가 상기 제2클러치모델에 상기 제2클러치의 클러치각속도에러를 피드백시켜서 보정하는 것은, 상기 제2클러치의 실측된 측정클러치각속도와 상기 제2클러치모델에서 산출된 추정클러치각속도의 차이에는 상기 제2클러치모델과 실제 제2클러치 다이나믹스와의 차이가 반영되어 있다는 이론적 가정하에, 그 차이에 적절한 옵저버 피드백게인을 곱하여 반복적으로 연산을 하면, 점차 그 차이가 줄어들어서 상기 제2클러치모델이 실제의 제2클러치 다이나믹스에 보다 가까워지게 될 것이라는 것에 근거한다.
상기 제1클러치의 클러치마찰력특성모델은 다음의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00185
Figure pat00186
,
Figure pat00187
이고,
Figure pat00188
: 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00189
: 제1클러치의 추정클러치슬립
Figure pat00190
: 추정엔진각속도
Figure pat00191
: 제1클러치의 추정클러치각속도
Figure pat00192
: 제1클러치의 내부 마찰력에 대한 강성계수
Figure pat00193
: 제1클러치의 내부 마찰력에 대한 댐핑계수
Figure pat00194
: 제1클러치의 슬립에 대한 댐핑계수
Figure pat00195
: 제1클러치의 마찰력을 계산하기 위한 내부변수
Figure pat00196
:
Figure pat00197
의 변화가 0일때(정상상태)의 제1클러치의 슬립에 따른 마찰력
Figure pat00198
Figure pat00199
: 제1클러치의 운동마찰계수
Figure pat00200
: 제1클러치의 정지마찰계수
Figure pat00201
: critical 슬립속도(정지마찰과 운동마찰을 구분하기 위한 threshold 속도)이다.
또한, 상기 제2클러치의 클러치마찰력특성모델은 다음의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00202
Figure pat00203
,
Figure pat00204
이고,
Figure pat00205
: 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00206
: 제2클러치의 추정클러치슬립
Figure pat00207
: 추정엔진각속도
Figure pat00208
: 제2클러치의 추정클러치각속도
Figure pat00209
: 제2클러치의 내부 마찰력에 대한 강성계수
Figure pat00210
: 제2클러치의 내부 마찰력에 대한 댐핑계수
Figure pat00211
: 제2클러치의 슬립에 대한 댐핑계수
Figure pat00212
: 제2클러치의 마찰력을 계산하기 위한 내부변수
Figure pat00213
:
Figure pat00214
의 변화가 0일때(정상상태)의 제2클러치의 슬립에 따른 마찰력
Figure pat00215
Figure pat00216
: 제2클러치의 운동마찰계수
Figure pat00217
: 제2클러치의 정지마찰계수
Figure pat00218
: critical 슬립속도(정지마찰과 운동마찰을 구분하기 위한 threshold 속도)이다.
상기와 같이 연산되어 얻어지는 제1클러치의 클러치특성변수
Figure pat00219
와 제2클러치의 클러치특성변수
Figure pat00220
는 각각 도 3에 도시된 바와 같은 특성을 가진다. 참고로, 도 3에서는
Figure pat00221
이다.
즉,
Figure pat00222
이면, 클러치가 목표한 만큼 체결되어 컨트롤러가 입력하는 목표클러치토크와 상기 파워트레인 모델에서 추정된 클러치토크가 동일하다는 것이고,
Figure pat00223
이면, 클러치가 목표보다 덜 체결되는 UNDER ENGAGE를 의미하고,
Figure pat00224
이면, 클러치가 목표보다 더 체결되는 OVER ENGAGE를 의미하는 것이다.
참고로, 상기 제1클러치 및 제2클러치의 클러치마찰력특성모델은 참조문헌(C. Canudas de Wit, H. Olsson, K.J. Astrom, P. Lischinsky, "A new model for control of systems with friction", IEEE Transaction on Automatic Control, Vol.40, No.3, 1995)을 참고한 것이다.
한편, 상기 차량모델은 다음 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00225
Figure pat00226
: 차량 등가관성모멘트;
Figure pat00227
: 추정휠각가속도;
Figure pat00228
: 홀수단 체결 시,
Figure pat00229
, 짝수단 체결 시,
Figure pat00230
,
n = o or e, i = 1 or 2;
Figure pat00231
차량부하
Figure pat00232
: 추정휠각속도이다.
여기에, 상기 차량의 휠각속도에러를 상기 차량모델로 피드백시켜서 실시간으로 보정하는 것을 표현하면, 다음 수학식 11와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00233
Figure pat00234
: 측정휠각속도
Figure pat00235
: 차량 휠각속도에러에 대한 옵저버 피드백게인이다.
여기서, 상기 차량부하
Figure pat00236
는 다음 수학식 12에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00237
여기서,
Figure pat00238
: 차량 휠 동하중반경
Figure pat00239
: 구름저항계수
Figure pat00240
: 차량 질량
Figure pat00241
: 중력가속도
Figure pat00242
: 주행도로 경사각
Figure pat00243
: 공기밀도
Figure pat00244
: 공기저항계수
Figure pat00245
: 차량 전방투영면적
참고로, 상기 컨트롤러가 상기 파워트레인 모델에 입력하는 변속정보는 상기와 같이 제1클러치모델과 제2클러치모델 및 차량모델에 사용된다.
상기 컨트롤러가 상기 파워트레인 모델을 연산하여 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정하는 단계에서는, 수치적분 등의 방법으로 상기 엔진모델과, 제1클러치모델, 제2클러치모델 및 차량모델을 연산하여 상기 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정하도록 할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명은 차량이 시동되어 DCT를 제어하는 컨트롤러가 동작하기 시작하면, 바로 초기값을 세팅하고 상기한 바와 같은 방법으로 제1클러치와 제2클러치의 클러치토크를 추정하여, T-S커브 맵에 의해서 산출되는 목표클러치토크와 비교 등을 통해 상기 제1클러치와 제2클러치를 제어하는 데에 활용하고, 차량의 정차 및 시동 종료에 의해 상기 컨트롤러가 작업을 종료할 때까지 반복적으로 위와 같은 동작을 수행하도록 구성한다.
상기 초기값은 각종 센서들의 측정값과, T-S커브 맵, EMS로부터의 정보 등으로 세팅될 수 있다.
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.
E; 엔진
CLR; 컨트롤러
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CA1; 제1클러치의 클러치액츄에이터
CA2; 제2클러치의 클러치액츄에이터
SA; 변속액츄에이터

Claims (10)

  1. 컨트롤러가 모델엔진토크를 파워트레인 모델에 입력하는 단계와;
    상기 컨트롤러가 제1클러치의 목표클러치토크와 제2클러치의 목표클러치토크를 상기 파워트레인 모델에 입력하는 단계와;
    상기 컨트롤러가 차량의 변속정보를 상기 파워트레인 모델에 입력하는 단계와;
    상기 컨트롤러가 측정된 측정엔진각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 추정엔진각속도의 차이인 엔진각속도에러와, 측정된 상기 제1클러치의 측정클러치각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 상기 제1클러치의 추정클러치각속도의 차이인 제1클러치의 클러치각속도에러와, 측정된 상기 제2클러치의 측정클러치각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 상기 제2클러치의 추정클러치각속도의 차이인 제2클러치의 클러치각속도에러와, 측정된 측정휠각속도와 상기 파워트레인 모델로부터 산출된 추정휠각속도의 차이인 휠각속도에러를 상기 파워트레인 모델로 피드백시켜서 상기 파워트레인 모델을 실시간으로 보정하는 단계와;
    상기 컨트롤러가 상기 파워트레인 모델을 연산하여 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 추정하는 단계와;
    상기 컨트롤러가 상기 추정된 제1클러치의 클러치토크와 제2클러치의 클러치토크를 이용하여 상기 제1클러치와 제2클러치를 각각 제어하는 단계;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파워트레인 모델은,
    엔진 다이나믹스(Dynamics)에 따른 엔진모델과;
    클러치 다이나믹스에 따른 제1클러치모델 및 제2클러치모델과;
    차량 다이나믹스에 따른 차량모델;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 모델엔진토크는 상기 엔진각속도에러를 누적적분하여 산출되는 추정엔진토크에러와 함께 상기 파워트레인 모델로 입력되는 것
    을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1클러치의 목표클러치토크는 제1클러치의 클러치마찰력특성모델에 의해 산출되는 제1클러치의 클러치특성변수가 곱해져서 상기 파워트레인 모델로 입력되고;
    상기 제2클러치의 목표클러치토크는 제2클러치의 클러치마찰력특성모델에 의해 산출되는 제2클러치의 클러치특성변수가 곱해져서 상기 파워트레인 모델로 입력되는 것
    을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 엔진모델은,
    Figure pat00246
    이고, 여기서
    Figure pat00247
    : 엔진관성모멘트(Engine moment of inertia)
    Figure pat00248
    : 추정엔진각가속도(Estimated engine angular acceleration)
    Figure pat00249
    : 모델엔진토크(Model Engine Torque)
    Figure pat00250
    : 추정엔진토크에러(Estimated engine torque error)
    Figure pat00251
    : 제1클러치의 클러치특성변수
    Figure pat00252
    : 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
    Figure pat00253
    : 제1클러치의 클러치토크
    Figure pat00254
    : 제2클러치의 클러치특성변수
    Figure pat00255
    : 제2클러치의 목표클러치토크
    Figure pat00256
    : 제2클러치의 클러치토크
    인 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1클러치모델은
    Figure pat00257
    이고, 여기서
    Figure pat00258
    : 제1클러치의 등가관성모멘트
    Figure pat00259
    : 제1클러치의 추정클러치각가속도
    Figure pat00260
    : 제1클러치의 클러치특성변수
    Figure pat00261
    : 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
    Figure pat00262
    : 제1클러치의 클러치토크
    Figure pat00263
    : 제2클러치의 클러치특성변수
    Figure pat00264
    : 제2클러치의 목표클러치토크
    Figure pat00265
    : 제2클러치의 클러치토크
    Figure pat00266
    : 짝수 기어단 (ex, 2단, 4단, 6단...)
    Figure pat00267
    : 홀수 기어단 (ex, 1단, 3단, 5단...)
    Figure pat00268
    : 기어단
    Figure pat00269
    에서의 기어비
    Figure pat00270
    : 기어단
    Figure pat00271
    에서의 기어비
    Figure pat00272
    : 추정휠각속도(Estimated wheel angular velocity)
    Figure pat00273
    : 홀수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크이며,
    Figure pat00274

    Figure pat00275
    : 드라이브샤프트 강성계수
    Figure pat00276
    : 드라이브샤프트 댐핑계수
    Figure pat00277
    : 제1클러치의 추정클러치각속도
    인 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2클러치모델은
    Figure pat00278
    이고, 여기서
    Figure pat00279
    : 제2클러치의 등가관성모멘트
    Figure pat00280
    : 제2클러치의 추정클러치각가속도
    Figure pat00281
    : 제1클러치의 클러치특성변수
    Figure pat00282
    : 제1클러치의 목표클러치토크(Target Clutch Torque of First Clutch)
    Figure pat00283
    : 제1클러치의 클러치토크
    Figure pat00284
    : 제2클러치의 클러치특성변수
    Figure pat00285
    : 제2클러치의 목표클러치토크
    Figure pat00286
    : 제2클러치의 클러치토크
    Figure pat00287
    : 짝수 기어단 (ex, 2단, 4단, 6단...)
    Figure pat00288
    : 홀수 기어단 (ex, 1단, 3단, 5단...)
    Figure pat00289
    : 기어단
    Figure pat00290
    에서의 기어비
    Figure pat00291
    : 기어단
    Figure pat00292
    에서의 기어비
    Figure pat00293
    : 추정휠각속도(Estimated wheel angular velocity)
    Figure pat00294
    : 짝수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크이며,
    Figure pat00295

    Figure pat00296
    : 드라이브샤프트 강성계수
    Figure pat00297
    : 드라이브샤프트 댐핑계수
    Figure pat00298
    : 제2클러치의 추정클러치각속도
    인 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 차량모델은,
    Figure pat00299
    이고, 여기서
    Figure pat00300
    : 차량 등가관성모멘트;
    Figure pat00301
    : 추정휠각가속도;
    Figure pat00302
    : 홀수단 체결 시,
    Figure pat00303
    , 짝수단 체결 시,
    Figure pat00304
    ,
    n = o or e, i = 1 or 2;
    Figure pat00305

    Figure pat00306
    : 홀수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크
    Figure pat00307
    : 제1클러치의 추정클러치각속도
    Figure pat00308
    : 추정휠각속도
    Figure pat00309
    : 드라이브샤프트 강성계수
    Figure pat00310
    : 드라이브샤프트 댐핑계수
    Figure pat00311
    : 제1클러치의 측정클러치각속도
    Figure pat00312
    : 홀수 기어단 (ex, 1단, 3단, 5단...)
    Figure pat00313
    : 기어단
    Figure pat00314
    에서의 기어비
    Figure pat00315

    Figure pat00316
    : 짝수단 체결 시, 드라이브샤프트 토셔널 토크
    Figure pat00317
    : 제2클러치의 추정클러치각속도
    Figure pat00318
    : 제2클러치의 측정클러치각속도
    Figure pat00319
    : 짝수 기어단 (ex, 2단, 4단, 6단...)
    Figure pat00320
    : 기어단
    Figure pat00321
    에서의 기어비
    Figure pat00322
    차량부하
    인 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1클러치의 클러치마찰력특성모델은
    Figure pat00323
    이며, 여기서
    Figure pat00324
    ,
    Figure pat00325
    이고,
    Figure pat00326
    : 제1클러치의 클러치특성변수
    Figure pat00327
    : 제1클러치의 추정클러치슬립
    Figure pat00328
    : 추정엔진각속도
    Figure pat00329
    : 제1클러치의 추정클러치각속도
    Figure pat00330
    : 제1클러치의 내부 마찰력에 대한 강성계수
    Figure pat00331
    : 제1클러치의 내부 마찰력에 대한 댐핑계수
    Figure pat00332
    : 제1클러치의 슬립에 대한 댐핑계수
    Figure pat00333
    : 제1클러치의 마찰력을 계산하기 위한 내부변수
    Figure pat00334
    :
    Figure pat00335
    의 변화가 0일때(정상상태)의 제1클러치의 슬립에 따른 마찰력
    Figure pat00336

    Figure pat00337
    : 제1클러치의 운동마찰계수
    Figure pat00338
    : 제1클러치의 정지마찰계수
    Figure pat00339
    : critical 슬립속도(정지마찰과 운동마찰을 구분하기 위한 threshold 속도)
    인 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2클러치의 클러치마찰력특성모델은
    Figure pat00340
    이며, 여기서
    Figure pat00341
    ,
    Figure pat00342
    이고,
    Figure pat00343
    : 제2클러치의 클러치특성변수
    Figure pat00344
    : 제2클러치의 추정클러치슬립
    Figure pat00345
    : 추정엔진각속도
    Figure pat00346
    : 제2클러치의 추정클러치각속도
    Figure pat00347
    : 제2클러치의 내부 마찰력에 대한 강성계수
    Figure pat00348
    : 제2클러치의 내부 마찰력에 대한 댐핑계수
    Figure pat00349
    : 제2클러치의 슬립에 대한 댐핑계수
    Figure pat00350
    : 제2클러치의 마찰력을 계산하기 위한 내부변수
    Figure pat00351
    :
    Figure pat00352
    의 변화가 0일때(정상상태)의 제2클러치의 슬립에 따른 마찰력
    Figure pat00353

    Figure pat00354
    : 제2클러치의 운동마찰계수
    Figure pat00355
    : 제2클러치의 정지마찰계수
    Figure pat00356
    : critical 슬립속도(정지마찰과 운동마찰을 구분하기 위한 threshold 속도)
    인 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 클러치토크 추정방법.
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