When shifting gears, the gear shift time and the Maximum Variation of the Output Shaft Torque (MVOT) should be properly adjusted which are in the trade-off relationship. At this time, the gear shift time is related to the clutch friction energy loss and vehicle drivability, and MVOT is related to the vehicle jerk. In this study, gear shift performance is related with the gear shift time and MVOT, and it is defined as the ratio of the gear shift time and MVOT.On the other hand, the gear shift time and MVOT can be adjusted by controlling the clutch slip speed and output shaft torque, and the clutch slip speed and output shaft torque are again controlled by power source torque and clutch transmitted torque.The structure of gear shift control is largely divided into a target trajectory generator, an upper-level controller, and a lower-level controller. The target trajectory generator of gear shifting refers to the controller step that generates the target clutch slip speed and output shaft torque according to purposes(fast shifting, smooth shifting, etc.). The upper-level controller refers to the control step that generates target power source torque and clutch torque when target clutch slip speed and output shaft torque are given. The lower-level controller refers to the control step that tracking-controls the target power source torque and clutch torque generated by the upper-level controller. In addition, In this study, the integrated upper-level controller means a controller including the target trajectory generator and upper-level controller.In this study, the lower-level controller and integrated upper-level controller are addressed among the gear shift controllers, and only the control of the clutch torque excluding the power source torque is dealt with in the lower-level controller.In production vehicles, clutch torque sensors cannot be installed due to cost and space issues. Therefore, the clutch torque is controlled generally in a feedforward manner using a clutch torque model. Here, the clutch torque model refers to the relationship between the control input of a clutch actuator and the clutch torque, and in the case of a dry clutch mainly covered in this study, the actuator control input refers to actuator motor position. However, the scale and touch point of the clutch torque model are changed depending on clutch temperature and clutch wear. Therefore, the uncertainty of the clutch torque model should be properly compensated when controlling the clutch torque.In most previous studies on the clutch torque control, it was assumed that the touch point of the clutch torque model was known when controlling the clutch torque, and only the scale of the clutch torque model was compensated. However, few studies have been conducted in which the scale and touch point were compensated together in the clutch torque control. Therefore, in the study on the lower-level controller, a clutch torque control method is newly proposed in which the scale and touch point are compensated together in the clutch torque control.In addition, in order to adjust the gear shift time and MVOT during gear shifting, Multi-Input-Multi-Ouput(MIMO) control should be performed, which controls the clutch slip speed and output shaft torque using the power source torque and clutch torque. However, in a conventional way, the gear shift time and MVOT have been adjusted by using several trajectory pairs of the power source torque and clutch torque generated heuristically through long time tuning. However, the tuning load is very large to generate the trajectory of the power source torque and clutch torque in all situations through tuning. Therefore, a MIMO control method is needed which is capable of adjusting the gear shift time and MVOT using a few tuning parameters.In the study on the integrated upper-level controller, a gear shift controller is proposed which generates target power source torque and clutch torque based on MIMO Model Predictive Control(MPC) and can adjust the gear shift time and MVOT with only one tuning parameter.The lower-level controller and integrated upper-level controller of gear shifting proposed in this study are verified with a test bench equipped with a production dry dual-clutch transmission.
기어 변속 시 기어 변속 시간과 최대 출력축 토크의 변화량은 서로 대립 관계에 있으며 적절히 조절될 필요가 있다. 이때 기어 변속 시간은 클러치 마찰 에너지 손실과 차량의 운전성과 관련 있으며, 최대 출력축 토크의 변화량은 차량의 적크와 관련이 있다. 본 연구 다루는 기어 변속 성능은 이러한 기어 변속 시간과 최대 출력축 토크의 변화량과 관련이 있으며 두 변수의 비로 정의된다.한편, 기어 변속 시간과 최대 출력축 토크의 변화량은 클러치 슬립 속도와 출력축 토크와 관련이 있다. 그리고 클러치 슬립 속도와 출력축 토크는 다시 파워 소스 토크와 클러치 전달 토크로 제어된다.기어 변속 제어의 구조는 크게 타겟 경로 생성기, 상위 제어기, 하위제어기로 나뉜다. 기어 변속 타겟 경로 생성기는 빠른 변속, 느린 변속과 같은 변속 목적에 따라 클러치 슬립 속도와 출력축 토크의 타겟 경로를 생성하는 제어 단계를 말한다. 상위 제어기는 타겟 경로 생성기에서 생성한 클러치 슬립 속도와 출력축 토크의 타겟 경로가 주어졌을 때 이를 트래킹 하기 위한 파워 소스 토크와 클러치 토크의 타겟 경로를 생성하는 단계를 말한다. 하위 제어기는 상위 제어기에서 생성한 파워 소스 토크와 클러치 토크의 타겟 경로를 엑추에이터 단에서 트래킹 제어하는 단계를 말한다. 추가적으로 본 연구에서는 타겟 경로 생성기와 상위 제어기를 합한 단계를 통합된 상위 제어기라고 언급하도록 한다.본 연구는 기어 변속 제어기 중 하위 제어기와 통합된 상위제어기를 다룬다. 그리고 하위제어기에서는 파워 소스 토크를 제외한 클러치 토크 제어만 다루어진다.양산 차량에서는 가격과 부피 문제로 인해 클러치 토크 센서가 장착되지 못한다. 그래서 양산 차량에서 클러치 토크 제어는 일반적으로 클러치 토크 모델을 활용해서 피드포워드 제어 된다. 여기서 클러치 토크 모델은 클러치 엑추에이터 제어 입력과 클러치 토크 간의 관계를 말하며, 본 연구에서 중점적으로 다루는 건식 클러치의 경우 엑추에이터 제어 입력은 엑추에이터 모터 위치에 해당한다. 한편 클러치 토크 모델의 기울기와 터치포인트는 클러치 온도와 클러치 마모에 따라 변한다. 따라서 클러치 토크를 제어할 때 클러치 토크 모델의 불확실성을 적절히 보정할 필요가 있다.클러치 토크 제어에 관한 대부분의 연구에서는 클러치 토크 제어 시 클러치 토크 모델의 터치포인트는 알려져 있다고 가정하였고 클러치 토크 모델의 기울기만 보상되었다. 한편 클러치 토크 모델의 기울기와 터치포인트를 모두 보상해서 클러치 토크를 제어하는 연구는 거의 수행된 바가 없다.따라서 본 연구의 하위제어기에서는 클러치 토크 모델의 기울기와 터치포인트를 함께 보상하며 클러치 토크를 제어하는 클러치 토크 제어 기법이 새롭게 제안된다.그리고 기어 변속 시 기어 변속 시간과 최대 출력축 토크의 변화량을 조절하기 위해서는 출력이 클러치 슬립 속도와 출력축 토크이고 입력이 파워 소스 토크와 클러치 토크인 다변수 제어가 수행되어야 한다. 한편 기존 방법에서는 경험적으로 생성된 파워 소스 토크와 클러치 토크의 여러 타겟 경로 쌍들을 활용하여 기어 변속 시간과 최대 출력축 토크의 변화량이 조절되었다. 한편 이러한 방법의 경우 튜닝으로 모든 상황에서 파워 소스 토크와 클러치 토크의 타겟 경로를 생성해야 하기 때문에 시간이 매우 오래 걸린다. 따라서 적은 튜닝 파라미터로 기어 변속 시간과 최대 출력축 토크의 변화량을 조절할 수 있는 다변수 제어 기법이 필요하다.본 연구의 통합된 상위제어기에서는 다변수 모델 예측 제어를 기반으로 하여 타겟 파워 소스 토크와 클러치 토크의 타겟 경로를 생성하는 기어 변속 제어기가 제안되며 이 제어기는 적은 튜닝 파라미터로 기어 변속 시간과 최대 출력축 토크의 변화량을 조절할 수 있다.본 연구에서 기어변속 하위제어기와 통합된 상위제어기는 양산 건식 DCT가 장착된 테스트 벤치를 활용하여 시험 검증하였다.
