KR101836567B1 - 전기차량의 변속 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1단으로부터 2단으로의 변속이 개시되면, 컨트롤러가 현재 모터의 회전수가 등토크 영역에 속하는지 등파워 영역에 속하는지를 판단하는 운전영역판단단계와; 상기 운전영역판단단계 수행결과, 모터의 회전수가 등토크 영역에 속하는 경우, 상기 컨트롤러가 원추클러치의 작동력을 소정의 작동기울기로 제어하는 가변제어단계와; 상기 운전영역판단단계 수행결과, 모터의 회전수가 등파워 영역에 속하는 경우, 상기 컨트롤러가 원추클러치의 작동력을 일정하게 제어하는 일정제어단계를 포함하여 구성된다.

Description

전기차량의 변속 제어방법{SHIFTING CONTROL METHOD FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차량의 변속 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원추클러치를 구비한 전기차량용 변속기의 변속 제어방법에 관한 기술이다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전기차량의 변속기를 예시하고 있는 것으로서, 입력축(IN)에 모터(M)가 연결되어 동력을 제공할 수 있도록 하고, 상기 입력축에 평행하게 출력축(OUT)이 마련되며, 상기 입력축과 출력축에 1단구동기어(1D)와 1단피동기어(1P)가 치합된 상태로 각각 설치됨과 아울러, 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P)도 상기 입력축과 출력축에 치합된 상태로 각각 설치되어 있다.

상기 출력축에는 1단피동기어와 2단피동기어 사이에 이들을 출력축과 연결하거나 차단시킬 수 있도록 싱크로장치(SS)가 구비되어 있으며, 상기 2단피동기어와 출력축 사이에 마찰에 의한 동력전달이 가능하도록 하는 원추클러치(CC)가 구비되어 있다.

상기 모터(M)와 싱크로장치(SS) 및 원추클러치(CC)는 컨트롤러(C)에 의해 제어되도록 구성되어 있다.

물론, 상기 싱크로장치와 원추클러치를 입력축에 설치하여 변속기를 구성할 수도 있을 것이며, 본 발명은 이러한 변속기에도 적용이 가능한 것이다.

상기한 바와 같이 변속기에서, 변속시 상기 원추형클러치를 사용함으로써, 변속중 입력축으로부터 출력축으로의 토크 전달이 차단되는 토크 인터럽션을 방지할 수 있게 되는데, 이때 원추클러치를 어떻게 제어하는가에 따라서도 변속감이 달라지게 되므로, 변속감을 극대화시킬 수 있도록 원추클러치를 제어해야 할 필요가 있다.

예컨대, 상기와 같은 변속기에서 1단에서 2단으로의 변속이 이루어지게 되면, 상기 싱크로장치가 1단피동기어를 출력축에 연결하고 있던 상태에서 중립상태로 전환된 후 2단피동기어를 출력축에 연결하는 상태로 전환되며, 이 사이에 상기 원추클러치를 작동시켜 마찰력에 의해 입력축으로부터의 토크를 지속적으로 출력축으로 전달하게 되는데, 이때 출력축의 토크는 도 2에 도시된 바와 같이 1단으로부터 2단으로 변속됨에 따라 A'의 상태로부터 B'의 상태로 변화되어야 하며, 이러한 변화가 일어나는 동안에는 도시된 바와 같이 선형적으로 토크가 변화되는 것이 변속품질의 확보에 유리하다.

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 변속과정에서 원추클러치를 이용하는 전기차량용 변속기에서, 변속시 출력축의 출력토크가 선형적으로 변화하도록 원추클러치를 제어할 수 있도록 함으로써, 변속 품질을 향상시킬 수 있도록 한 전기차량의 변속 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차량의 변속 제어방법은

1단으로부터 2단으로의 변속이 개시되면, 컨트롤러가 현재 모터의 회전수가 등토크 영역에 속하는지 등파워 영역에 속하는지를 판단하는 운전영역판단단계와;

상기 운전영역판단단계 수행결과, 모터의 회전수가 등토크 영역에 속하는 경우, 상기 컨트롤러가 원추클러치의 작동력을 소정의 작동기울기로 제어하는 가변제어단계와;

상기 운전영역판단단계 수행결과, 모터의 회전수가 등파워 영역에 속하는 경우, 상기 컨트롤러가 원추클러치의 작동력을 일정하게 제어하는 일정제어단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 일정제어단계 수행중, 상기 모터의 회전수가 등토크 영역으로 진입하면, 상기 컨트롤러는 이후부터는 상기 가변제어단계로 제어를 전환하도록 할 수 있다.

상기 가변제어단계와 일정제어단계는 싱크로장치가 2단 변속단기어와 치합이 이루어질 때까지 수행되고;

상기 싱크로장치가 2단 변속단기어와 치합이 이루어진 후에는 상기 원추클러치를 해제하도록 할 수 있다.

상기 가변제어단계의 소정의 작동기울기는, 가변제어단계가 개시되는 시점의 현재 출력축 토크와 종료되는 시점의 목표 출력축 토크의 차이를 가변제어단계의 수행에 소요될 것으로 예상되는 목표시간으로 나누어서 구할 수 있다.

본 발명은 변속과정에서 원추클러치를 이용하는 전기차량용 변속기에서, 변속시 출력축의 출력토크가 선형적으로 변화하도록 원추클러치를 제어할 수 있도록 함으로써, 변속 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 원추클러치를 구비한 전기차량용 2단 변속기의 일예를 도시한 구성도,
도 2는 도 1의 변속기가 1단에서 2단으로 변속하는 경우 바람직한 출력축 토크의 변화를 예시한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 전기차량의 변속 제어방법의 실시예를 도시한 순서도,
도 4는 모터의 회전수에 따른 토크의 변화를 도시한 특성 그래프이다.

도 3을 참조하면, 본 발명 전기차량의 변속 제어방법의 실시예는, 1단으로부터 2단으로의 변속이 개시되면, 컨트롤러(C)가 현재 모터(M)의 회전수가 등토크 영역에 속하는지 등파워 영역에 속하는지를 판단하는 운전영역판단단계(S10)와; 상기 운전영역판단단계 수행결과, 모터의 회전수가 등토크 영역에 속하는 경우, 상기 컨트롤러가 원추클러치(CC)의 작동력을 소정의 작동기울기로 제어하는 가변제어단계(S20)와; 상기 운전영역판단단계 수행결과, 모터의 회전수가 등파워 영역에 속하는 경우, 상기 컨트롤러가 원추클러치의 작동력을 일정하게 제어하는 일정제어단계(S30)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 컨트롤러는 자체적인 판단 또는 외부의 요청에 의해 1단 주행상태로부터 2단으로의 변속이 필요한 상황이라고 판단되면, 현재 모터의 회전수가 등토크 영역에 있는지 등파워 영역에 있는지를 판단하여, 그 결과에 따라 상기 가변제어단계를 수행하거나 상기 일정제어단계를 수행하도록 하는 것이다.

또한, 상기 컨트롤러는 상기 일정제어단계(S30) 수행중, 상기 모터의 회전수가 등토크 영역으로 진입하면, 이후부터는 상기 가변제어단계(S20)로 제어를 전환한다.

도 4는 모터의 회전수에 따른 토크의 변화 특성을 도시한 그래프로서, 임계회전수 미만의 영역에서는 회전수의 변화와 무관하게 일정한 토크의 특성을 나타내고, 임계 회전수 이상의 영역에서는 회전수가 증가하면 토크가 저감하는 등파워 특성을 나타내는 바, 본 발명은 이와 같은 모터의 회전수에 따른 토크 특성을 이용하여 원추클러치를 제어함으로써 비교적 용이하게 변속중 출력축의 토크 변화를 선형적으로 이루어지게 하는 것이다.

즉, 모터의 회전수 변화에 대해 토크가 일정한 등토크 영역에서 변속이 시작되는 경우에는 변속이 끝날 때까지 모터의 회전수는 계속해서 등토크 영역에 있게 되므로, 1단에서 2단으로 변속함에 따라 모터의 회전수가 떨어질 때, 도 1에 도시된 바와 같이 출력축 토크를 선형적으로 저감시키기 위해서는 원추클러치가 마찰력을 발생시키도록 작동시키는 작동력은 일정한 기울기로 제어되어야 하므로, 상기와 같이 소정의 작동기울기에 따라 제어가 이루어지도록 하는 것이다.

또한, 모터의 회전수가 등파워 영역에서 변속이 모두 이루어지는 경우에는 별도로 원추클러치의 작동력을 변화시키지 않아도, 등파워 영역의 자체 특성상 출력축 토크의 선형적인 변화가 이루어지므로, 원추클러치 작동력은 일정한 값으로 제어를 하는 것이다.

또한, 모터의 회전수가 등파워 영역에 있을 때, 변속이 개시되어서 상기 일정제어단계를 수행하던 중에도, 모터의 회전수가 떨어지면서 상기 등토크 영역으로 진입할 수 있는데, 이 경우에는 다시 그 상태를 기준으로 상기 가변제어단계를 수행하면, 출력축 토크의 선형적인 변화를 얻을 수 있는 것이다.

물론, 이와 같은 변속 과정에서 원추클러치에 의해 토크가 전달되는 상황에서는 싱크로장치에 의해 1단이 해제되고 2단이 아직 체결되기 전이라서 원추클러치에 의해서만 토크가 전달되는 상황이다.

상기 가변제어단계와 일정제어단계는 싱크로장치가 2단 변속단기어와 치합이 이루어질 때까지 수행되고, 상기 싱크로장치가 2단 변속단기어와 치합이 이루어진 후에는 상기 원추클러치를 해제하여 변속을 완료하도록 한다.

여기서, 상기 2단 변속단기어는 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P)를 통칭하는 표현으로서, 도 1의 실시예에서는 2단피동기어(2P)에 2단클러치기어(2C)가 구비되어 싱크로장치의 슬리브가 2단클러치기어(2C)에 치합됨에 의해, 상기한 싱크로장치가 2단 변속단기어에 치합된 상태를 구현하게 됨을 의미한다.

물론, 상기 싱크로장치를 입력축에 설치하고 상기 2단구동기어에 2단클러치기어가 형성된 경우에는 상기 싱크로장치의 슬리브가 2단구동기어와 일체로 구비된 상기 2단클러치기어에 치합되는 상황을 상기한 싱크로장치가 2단 변속단기어에 치합되는 상황으로 볼 수 있는 것이다.

상기 가변제어단계의 소정의 작동기울기는, 가변제어단계가 개시되는 시점의 현재 출력축 토크와 종료되는 시점의 목표 출력축 토크의 차이를 가변제어단계의 수행에 소요될 것으로 예상되는 목표시간으로 나누어 구하는 것이 바람직할 것이다.

즉, 도 2의 예에서 작동기울기는 (B'-A')/Δt 가 되는 것이다.

참고로, 도 1과 같은 변속기가 도 2와 같은 1-2단 변속을 수행하는 경우에 그 토크 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있고,

B*Tm-Iα=Tcl

여기서, B: 2단 기어비, Tm: 모터 토크, I: 2단기어 reflected inertia, α:각가속도, Tcl:클러치 전달 토크이다.

또한, 변속중 싱크로장치는 해제되어 있고 원추클러치에 의해서만 토크가 전달되는 동안 출력축 토크는 클러치 전달 토크와 같다고 볼 수 있으므로, 출력축 토크는

Tcl=μ*F*R/sinΘ 로 나타낼 수 있으며,

여기서,μ: 원추클러치 마찰재 마찰계수, F: 원추클러치 작동력, R:원추클러치 마찰재 유효 동반경, Θ: 원추클러치 마찰면 콘 각도이다.

그런데, 상기 Tcl=μ*F*R/sinΘ는 F 이외의 다른 요소를 모두 상수 처리하여 k로 하면,

Tcl=μ*F*R/sinΘ=k*F∝B*Tm 로 표시할 수 있고, 이때 등토크 영역에서는 모터토크 Tm이 변속 전후 일정하기 때문에, 상기 출력축 토크 Tcl을 도 2와 같은 기울기로 변화시키기 위해서는 상기 원추클러치 작동력 F를 상기한 작동기울기 (B'-A')/Δt로 제어해야 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 운전자의 조작에 의해 파워 온 1-2단 업쉬프트가 발생하는 상황에서, 원추클러치를 작동시키는 작동력을 모터의 운전영역에 따라 적절히 제어하도록 함에 의해, 출력축 토크의 선형적인 변화를 도모하여 변속품질을 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; 운전영역판단단계
S20; 가변제어단계
S30; 일정제어단계

Claims (4)

1. 싱크로장치에 의해 변속이 이루어지는 동안 발생하는 토크인터럽션을 방지하는 원추클러치가 구비된 전기차량의 변속 제어방법으로서,
   1단으로부터 2단으로의 변속이 개시되면, 컨트롤러가 현재 모터의 회전수가 등토크 영역에 속하는지 등파워 영역에 속하는지를 판단하는 운전영역판단단계와;
   상기 운전영역판단단계 수행결과, 모터의 회전수가 등토크 영역에 속하는 경우, 상기 컨트롤러가 원추클러치의 작동력을 소정의 작동기울기로 제어하는 가변제어단계와;
   상기 운전영역판단단계 수행결과, 모터의 회전수가 등파워 영역에 속하는 경우, 상기 컨트롤러가 원추클러치의 작동력을 일정하게 제어하는 일정제어단계;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차량의 변속 제어방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 일정제어단계 수행중, 상기 모터의 회전수가 등토크 영역으로 진입하면, 상기 컨트롤러는 이후부터는 상기 가변제어단계로 제어를 전환하는 것
   을 특징으로 하는 전기차량의 변속 제어방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가변제어단계와 일정제어단계는 싱크로장치가 2단 변속단기어와 치합이 이루어질 때까지 수행되고;
   상기 싱크로장치가 2단 변속단기어와 치합이 이루어진 후에는 상기 원추클러치를 해제하는 것
   을 특징으로 하는 전기차량의 변속 제어방법.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 가변제어단계의 소정의 작동기울기는, 가변제어단계가 개시되는 시점의 현재 출력축 토크와 종료되는 시점의 목표 출력축 토크의 차이를 가변제어단계의 수행에 소요될 것으로 예상되는 목표시간으로 나누어 구하는 것
   을 특징으로 하는 전기차량의 변속 제어방법.
   
   

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