KR101786241B1

KR101786241B1 - 전기차 변속기 제어방법

Info

Publication number: KR101786241B1
Application number: KR1020150177034A
Authority: KR
Inventors: 박종윤; 김경하; 최재영; 김연호; 홍성화
Original assignee: 현대자동차주식회사; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-10-18
Also published as: US20170166208A1; KR20170070327A; US9975557B2; CN106870720A; CN106870720B

Abstract

본 발명 전기차 변속기 제어방법은, 컨트롤러가 상위변속단으로부터 하위변속단으로 다운 쉬프트가 필요하다고 판단하면, 현재의 모터토크에 따라 상기 모터가 발휘할 소정의 여유토크를 확보하도록 하는 토크확보단계와; 상기 컨트롤러가 상기 상위변속단 보다 낮은 변속비를 가진 서보기어쌍 중 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 서보클러치로 마찰력을 발생시키는 슬립제어단계와; 상기 슬립제어단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 상기 상위변속단의 동기장치를 해제하여 중립상태로 전환하는 중립전환단계와; 상기 중립전환단계 이후, 상기 컨트롤러가 상기 토크확보단계에서 확보된 모터의 여유토크를 활용하여 상기 모터의 회전속도를 상기 하위변속단의 목표속도에 동기시키는 모터동기단계와; 상기 모터동기단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 상기 하위변속단의 동기장치를 체결하는 기어체결단계와; 상기 기어체결단계 이후, 상기 컨트롤러가 상기 서보클러치를 해제하여 변속을 완료하는 클러치해제단계를 포함하여 구성된다.

Description

전기차 변속기 제어방법{CONTROL METHOD FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차 변속기 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기본적으로 싱크로메시 방식 변속메커니즘에서 변속시 토크인터럽션을 방지할 수 있도록 개선된 변속기의 다운쉬프트 제어에 관한 기술이다.

전기차는 모터의 구동력을 변속할 수 있는 변속기를 탑재함으로써, 모터의 용량을 축소하여 원가를 저감시킬 수 있도록 하고 있다.

상기한 바와 같이 전기차에 사용되는 변속기는 비교적 간단한 구성을 가지는 것이 바람직하여 기본적으로 종래 수동변속기에서 사용되고 있는 싱크로메시 방식 변속메커니즘을 사용하는 경우가 있는데, 이러한 싱크로메시 방식 변속메커니즘은 기본적으로 변속시에 구동륜으로의 토크가 단절되는 토크인터럽션(TORQUE INTERRUPTION)이 발생하는 단점이 있어서, 이를 보완할 수 있도록 하려는 노력이 이루어지고 있다.

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.

본 발명은 전기차에 사용될 수 있도록 싱크로메시 방식의 변속메커니즘을 기본으로 하여 간단한 구성을 가지면서도 토크인터럽션을 방지할 수 있도록 구성된 전기차용 변속기에서 하위 변속단으로 변속하는 다운 쉬프트(DOWN SHIFT)시에 보다 안정적이고 확실한 변속제어가 이루어질 수 있도록 하여, 신속하고 정확한 변속으로 변속품질을 향상시킬 수 있도록 한 전기차 변속기 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차 변속기 제어방법은

컨트롤러가 상위변속단으로부터 하위변속단으로 다운 쉬프트가 필요하다고 판단하면, 현재의 모터토크에 따라 상기 모터가 발휘할 소정의 여유토크를 확보하도록 하는 토크확보단계와;

상기 컨트롤러가 상기 상위변속단 보다 낮은 변속비를 가진 서보기어쌍 중 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 서보클러치로 마찰력을 발생시키는 슬립제어단계와;

상기 슬립제어단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 상기 상위변속단의 동기장치를 해제하여 중립상태로 전환하는 중립전환단계와;

상기 중립전환단계 이후, 상기 컨트롤러가 상기 토크확보단계에서 확보된 모터의 여유토크를 활용하여 상기 모터의 회전속도를 상기 하위변속단의 목표속도에 동기시키는 모터동기단계와;

상기 모터동기단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 상기 하위변속단의 동기장치를 체결하는 기어체결단계와;

상기 기어체결단계 이후, 상기 컨트롤러가 상기 서보클러치를 해제하여 변속을 완료하는 클러치해제단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 토크확보단계는, 현재의 모터토크가 모터의 최대토크에 비하여 소정의 여유토크 이상 작은지 판단하는 모터토크판단단계와;

상기 모터토크판단단계 수행결과, 상기 최대토크와 현재 모터토크의 차이가 상기 여유토크 미만인 경우, 상기 모터토크를 저감하여 상기 최대토크와 현재 모터토크의 차이가 상기 여유토크 이상이 되도록 하는 모터토크저감단계를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 중립전환단계는 상기 슬립제어단계의 개시에 의해 상기 상위변속단을 통한 토크의 전달이 상기 서보기어쌍으로 이전되면 수행되도록 할 수 있다.

상기 슬립제어단계는 상기 중립전환단계가 수행되면, 상기 서보클러치의 전달토크를 일정하게 유지시키도록 할 수 있다.

상기 모터동기단계에서는 상기 서보클러치의 전달토크가 일정하게 유지된 상태에서 모터토크를 능동적으로 제어하여 수행되도록 할 수 있다.

상기 슬립제어단계는 상기 컨트롤러가 다운쉬프트가 필요하다고 판단하면 상기 토크확보단계와 동시에 개시되도록 할 수 있다.

본 발명은 전기차에 사용될 수 있도록 싱크로메시 방식의 변속메커니즘을 기본으로 하여 간단한 구성을 가지면서도 토크인터럽션을 방지할 수 있도록 구성된 전기차용 변속기에서, 하위 변속단으로 변속하는 다운 쉬프트(DOWN SHIFT)시에 보다 안정적이고 확실한 변속제어가 이루어질 수 있도록 하여, 신속하고 정확한 변속으로 변속품질을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전기차 변속기의 구성을 예시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 전기차 변속기 제어방법의 실시예를 도시한 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 전기차 변속기 제어방법에 따라 도 1의 변속기가 변속을 수행하는 상황을 차례로 설명한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 전기차 변속기 제어방법에 따라 도 1의 변속기가 변속을 수행하는 상황을 도시한 그래프이다.

도 1을 참조하면, 전기차용 변속기는 모터(M)의 구동력을 전달받도록 설치된 입력축(IN)과, 상기 입력축(IN)에 설치된 1단구동기어(1D) 및 2단구동기어(2D)와, 상기 입력축(IN)에 평행하게 구비된 출력축(OUT)과, 상기 1단구동기어(1D)에 치합되어 1단 변속비를 형성하도록 상기 출력축(OUT)에 구비된 1단피동기어(1P) 및 상기 2단구동기어(2D)에 치합되어 2단 변속비를 형성하도록 출력축(OUT)에 구비된 2단피동기어(2P)와, 상기 1단피동기어(1P) 또는 2단피동기어(2P)를 상기 출력축(OUT)에 연결하거나 차단할 수 있도록 구비된 동기장치(SS)와, 상기 입력축(IN)에 회전가능하게 설치된 서보구동기어(SD) 및 상기 출력축(OUT)에 회전구속되게 설치되고 상기 서보구동기어(SD)에 치합되어 상기 2단변속비보다 작은 변속비를 구현하도록 된 서보피동기어(SP)와, 상기 서보구동기어(SD)와 상기 입력축(IN) 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 서보클러치(SC)를 포함하여 구성된다.

상기 서보구동기어(SD)와 서보피동기어(SP)는 후술하는 서보기어쌍을 이룬다.

상기 동기장치(SS)는 상기 1단피동기어(1P)를 출력축(OUT)에 단속하는 1단동기장치와 2단피동기어(2P)를 출력축(OUT)에 단속하는 2단동기장치가 별도로 구성될 수도 있으나 도 1에서는 이를 하나의 동기장치(SS)가 겸하여 수행할 수 있도록 구성하고 있다.

상기 서보클러치(SC)는 동일 부피 조건에서 더 큰 마찰력의 전달이 가능하도록 원추클러치의 구성을 취하고 있다.

상기 모터(M)와 동기장치(SS) 및 서보클러치(SC)는 컨트롤러(C)에 의해 제어되도록 구성된다.

참고로, 이하에서 상위변속단은 상기 2단 변속단을 의미하며, 하위변속단은 1단 변속단을 의미한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 전기차 변속기 제어방법의 실시예는, 상기 컨트롤러(C)가 상위변속단으로부터 하위변속단으로 다운 쉬프트가 필요하다고 판단하면, 현재의 모터토크에 따라 상기 모터가 발휘할 소정의 여유토크를 확보하도록 하는 토크확보단계(S10)와; 상기 컨트롤러가 상기 상위변속단 보다 낮은 변속비를 가진 서보기어쌍 중 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 서보클러치로 마찰력을 발생시키는 슬립제어단계(S20)와; 상기 슬립제어단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 상기 상위변속단의 동기장치를 해제하여 중립상태로 전환하는 중립전환단계(S30)와; 상기 중립전환단계 이후, 상기 컨트롤러가 상기 토크확보단계에서 확보된 모터의 여유토크를 활용하여 상기 모터의 회전속도를 상기 하위변속단의 목표속도에 동기시키는 모터동기단계(S40)와; 상기 모터동기단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 상기 하위변속단의 동기장치를 체결하는 기어체결단계(S50)와; 상기 기어체결단계(S50) 이후, 상기 컨트롤러(C)가 상기 서보클러치(SC)를 해제하여 변속을 완료하는 클러치해제단계(S60)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 상위변속단으로부터 하위변속단으로의 변속이 필요한 상황이 되면, 상기 컨트롤러(C)가 현재 모터의 토크 상황을 파악하여 상기 여유토크가 확보되도록 하고, 이와 동시에 상기 슬립제어단계(S20)에 의해 상기 서보클러치로 마찰력을 발생시켜 상기 중립전환단계(S30)가 실행될 수 있도록 하여 상기 상위변속단인 2단 변속단을 해제한 후, 상기 모터의 여유토크를 이용하여 상기 모터를 능동적으로 제어하여 상기 하위변속단인 1단 변속단의 목표속도에 동기시켜서 상기 동기장치의 슬리브를 상기 1단피동기어에 일체로 구비된 클러치기어에 결합시키고, 상기 서보클러치를 해제함으로써, 변속을 신속하고 정확하게 완료하는 것이다.

여기서, 상기와 같은 신속하고 정확한 변속이 가능한 이유는, 모터는 그 토크와 속도의 제어가 비교적 용이하면서도 매우 정확하게 이루어질 수 있어서, 상기 토크확보단계(S10)에 의해 미리 확보된 여유토크로 상기 모터동기단계(S40)에서 모터를 목표속도에 능동적으로 동기시킴에 의해 가능한 것이다.

따라서, 상기 여유토크는 상기한 바와 같이 상위변속단이 중립으로 해제된 상태에서 상기 모터를 제어하여 모터 속도가 원활하고 신속하게 상기 하위변속단의 목표속도에 동기될 수 있도록 하는 데에 필요한 수준으로 설정되는 것이며, 이는 다수의 실험 및 해석에 의해 결정될 수 있을 것이고, 설계의도에 따라 보다 신속한 동기가 가능하도록 하기 위해서는 상기 여유토크를 상대적으로 큰 값으로 설정하게 될 것이다.

한편, 상기 하위변속단의 목표속도라 함은, 도 1과 같은 변속기 구조를 기준으로 하면, 2단으로부터 1단으로의 다운쉬프트시 변속의 목표변속단인 1단 변속단의 1단피동기어의 클러치기어 속도가 상기 동기장치의 슬리브 속도와 같아지도록 하는 모터의 속도를 의미한다. 즉, 상기 모터동기단계(S40)에서는 모터의 속도를 상기 1단피동기어의 클러치기어 속도가 상기 슬리브 속도와 동기되도록 제어한 후 상기 기어체결단계(S50)를 수행하는 것이다.

상기 토크확보단계(S10)는 현재의 모터토크가 모터의 최대토크에 비하여 소정의 여유토크 이상 작은지 판단하는 모터토크판단단계(S11)와, 상기 모터토크판단단계 수행결과, 상기 최대토크와 현재 모터토크의 차이가 상기 여유토크 미만인 경우, 상기 모터토크를 저감하여 상기 최대토크와 현재 모터토크의 차이가 상기 여유토크 이상이 되도록 하는 모터토크저감단계(S12)를 포함하여 구성된다.

물론, 상기 모터토크판단단계(S11) 수행결과, 현재의 모터토크로부터 모터의 최대토크까지는 상기 여유토크 이상의 여유가 있는 것으로 판단되는 경우에는 상기 모터토크저감단계(S12)를 수행하지 않는다.

상기 슬립제어단계(S20)는 도 2 및 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 컨트롤러가 다운쉬프트가 필요하다고 판단하면, 상기 토크확보단계(S10)와 동시에 개시되도록 하여, 가급적 신속한 변속이 가능하도록 하는 것이 바람직할 것이다.

그러나, 제어의 용이성을 확보하기 위해서는, 상기 토크확보단계(S10)를 먼저 수행하고, 상기 슬립제어단계(S20)를 그 이후에 개시하도록 할 수도 있을 것이다.

상기 슬립제어단계(S20)는 상기 클러치해제단계(S60)가 이루어질 때까지 지속되는 것이다.

상기 중립전환단계(S30)는 상기 슬립제어단계(S20)의 개시에 의해 상기 상위변속단을 통한 토크의 전달이 상기 서보기어쌍으로 이전되면 수행되도록 한다.

즉, 상기 슬립제어단계(S20)가 개시되면, 상기 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력이 발생하면서 그동안 상기 2단구동기어와 2단피동기어를 통해 전달되던 토크가 상기 서보기어쌍을 통해 전달되기 시작하여 상기 마찰력이 증가함에 따라 결국 상기 2단구동기어와 2단피동기어로는 토크의 전달이 이루어지지 않고 상기 서보기어쌍을 통해서만 토크가 전달되는 순간에 도달하게 되며, 이때 상기 중립전환단계를 수행함으로써, 충격 없는 부드러운 2단 변속단 해제가 이루어지는 것이다.

물론, 이와 같은 2단 변속단 해제로부터 상기 1단 변속단의 기어치합에 이르는 구간에서는 상기 서보클러치와 서보기어쌍을 통해서 토크인터럽션이 방지되고 지속적으로 출력축으로 토크가 전달되게 된다.

상기 슬립제어단계(S20)는 상기 중립전환단계(S30)가 수행되면, 상기 서보클러치의 전달토크를 일정하게 유지시키도록 하여, 상기 모터동기단계(S40)에서 모터의 제어가 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

즉, 상기 모터동기단계(S40)에서는 상기 서보클러치(SC)의 전달토크가 일정하게 유지된 상태에서 모터토크를 능동적으로 제어하도록 함으로써, 보다 정확하고 용이한 모터의 속도 동기 제어가 가능하도록 하는 것이다.

상기와 같이 모터의 속도가 목표속도에 동기되면, 상기 기어체결단계(S50)를 수행하는데, 여기서 상기 모터의 속도가 목표속도에 동기된다고 하는 것은, 1단피동기어의 클러치기어 속도가 상기 동기장치의 슬리브 속도와 완전히 일치하는 것에 한정되는 것은 아니고, 상기 동기장치가 감당할 수 있는 범위 내의 오차를 포함하는 것으로서, 실질적으로는 상기 동기장치가 감당할 수 있는 범위 내의 속도차를 가진 상태로 동기가 완료되면 상기 동기장치를 구동하여 상기 1단 변속단의 치합을 시도하는 것이 가급적 변속시간을 단축시킬 수 있는 방법이 될 것이다.

참고로, 도 3과 도 4에서 A 상태는 상위 변속단인 2단 변속단으로 주행중인 상태를 나타내고, B는 상기 슬립제어단계 개시 및 토크확보단계 수행시의 상황으로 상기 서보클러치가 마찰력을 형성하고 있으며, C는 상기 중립전환단계 수행후의 상태로서, 2단 변속단이 해제되어 동기장치가 중립 상태에 있는 상황을 도시한 것이며, 이때 상기 동기장치가 중립이 되면 상기 모터동기단계를 수행하여 모터속도를 1단 변속단 목표속도에 동기시키고, D는 상기 동기장치를 1단 변속단에 치합하는 기어체결단계를 나타내며, E는 클러치해제단계로서 서보클러치가 해제된 상태를 도시하고 있다.

참고로, 도 4에서 Shift 1과 Shift 2는 각각 1단 변속단 속도 및 2단 변속단 속도를 의미한다.

본 발명은, 상기한 바와 같이 모터의 능동적인 속도제어로 보다 신속하고 정확한 다운쉬프트 변속을 구현함으로써, 차량의 변속품질을 향상시켜서 나아가 전기차의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한다.

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.

S10; 토크확보단계
S20; 슬립제어단계
S30; 중립전환단계
S40; 모터동기단계
S50; 기어체결단계
S60; 클러치해제단계
C; 컨트롤러
M; 모터
IN; 입력축
OUT; 출력축
SS; 동기장치
SC; 서보클러치

Claims

상위변속단, 하위변속단 및 상기 상위변속단 보다 낮은 변속비를 가진 서보기어쌍을 구비하고, 상기 서보기어쌍을 이루는 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 하는 서보클러치가 구비된 전기차 변속기를 제어하는 방법에 있어서,
컨트롤러가 상기 상위변속단으로부터 하위변속단으로 다운 쉬프트가 필요하다고 판단하면, 현재의 모터토크에 따라 상기 모터가 발휘할 소정의 여유토크를 확보하도록 하는 토크확보단계와;
상기 컨트롤러가 상기 상위변속단 보다 낮은 변속비를 가진 상기 서보기어쌍 중 상기 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 상기 서보클러치로 마찰력을 발생시키는 슬립제어단계와;
상기 슬립제어단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 상기 상위변속단의 동기장치를 해제하여 중립상태로 전환하는 중립전환단계와;
상기 중립전환단계 이후, 상기 컨트롤러가 상기 토크확보단계에서 확보된 모터의 여유토크를 활용하여 상기 모터의 회전속도를 상기 하위변속단의 목표속도에 동기시키는 모터동기단계와;
상기 모터동기단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 상기 하위변속단의 동기장치를 체결하는 기어체결단계와;
상기 기어체결단계 이후, 상기 컨트롤러가 상기 서보클러치를 해제하여 변속을 완료하는 클러치해제단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차 변속기 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 토크확보단계는
현재의 모터토크가 모터의 최대토크에 비하여 소정의 여유토크 이상 작은지 판단하는 모터토크판단단계와;
상기 모터토크판단단계 수행결과, 상기 최대토크와 현재 모터토크의 차이가 상기 여유토크 미만인 경우, 상기 모터토크를 저감하여 상기 최대토크와 현재 모터토크의 차이가 상기 여유토크 이상이 되도록 하는 모터토크저감단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차 변속기 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 중립전환단계는 상기 슬립제어단계의 개시에 의해 상기 상위변속단을 통한 토크의 전달이 상기 서보기어쌍으로 이전되면 수행되는 것
을 특징으로 하는 전기차 변속기 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 슬립제어단계는 상기 중립전환단계가 수행되면, 상기 서보클러치의 전달토크를 일정하게 유지시키는 것
을 특징으로 하는 전기차 변속기 제어방법.
청구항 4에 있어서,
상기 모터동기단계에서는 상기 서보클러치의 전달토크가 일정하게 유지된 상태에서 모터토크를 능동적으로 제어하여 수행되는 것
을 특징으로 하는 전기차 변속기 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 슬립제어단계는 상기 컨트롤러가 다운쉬프트가 필요하다고 판단하면 상기 토크확보단계와 동시에 개시되는 것
을 특징으로 하는 전기자 변속기 제어방법.