This research propose a model-based robust control strategy for the driveline system of a vehicle equipped with a wet Dual Clutch Transmission(wDCT). Since DCT transmits power to the vehicle by using two clutches without a torque converter, good shifting performance (quick and smooth shifting) can be achieved only when precise engagement control is achieved. Such shift control requires high control performance for a short period of time ending within about 2 to 3 seconds. In order to satisfy the required control performance, a model-based feed-forward control is performed. Since feed-forward control requires accurate model information, a model that accurately describes the phenomenon is required. The wDCT differs from the dry DCT in that it uses a hydraulic actuator and the torque characteristics of a wet clutch using lubricating oil. Nonlinearities exist in these hydraulic actuators and wet clutch torques. In this research, a novel model of hysteresis and clutch filling phase for hydraulic actuator, and a modified wet clutch torque model are proposed based on physical phenomena. Compared with the existing model, the proposed model is simplified through appropriate assumptions based on the physical phenomenon of the target system, increasing the applicability and practicality of the model to be controlled. The hydraulic actuator model is utilized to construct a pressure controller that acts as a lower controller of the driveline system. In addition, the wet clutch torque model is utilized to construct the clutch slip controller. The proposed new models have been simplified so that they can be used for control in consideration of practicality, and a feed-forward controller suitable for each situation is constructed based on the proposed model. In pressure control of hydraulic actuator, high tracking performance can be obtained by compensating for hysteresis and clutch filling phase using corresponding nonlinear models. The wet clutch torque model is applied to the clutch slip controller to predict the model behavior to increase the control performance.
However, the feed-forward control can greatly contribute to the performance improvement, but cannot cope with the performance degradation due to model uncertainties and external disturbances. Therefore, the feed-forward control should be used together with the feedback control to ensure robustness. In this research, in order to solve the control problem of the driveline system, a modeling of the wDCT driveline system and a model-based 2-Degree of Freedom (2-DOF) robust controller that guarantees control performance and robustness are proposed. The proposed 2-DOF robust controller consists of model-based feed-forward and robust feedback control. System modeling considering non-linearity maximizes feed-forward performance, and feedback control consider more weight on robustness, excluding consideration of expected performance of feed-forward, so that optimal control performance can be obtained. Therefore, the 2-DOF robust controller proposed in this research shows a greater effect compared to the existing robust control methods in systems with limited feedback performance such as driveline systems. Therefore, in this dissertation, system modeling and controller design reflecting the characteristics of wDCT is performed to design a model-based 2-DOF robust controller that can maximize the control performance of the driveline system. By analyzing the uncertainties and its bounds of proposed models, a 2-DOF robust controller that enhance a robustness is constructed. Finally, the performance and effectiveness of the pressure controller and clutch slip controller of the vehicle's driveline are experimentally verified in various situations in production type vehicles.
본 논문은 습식 듀얼 클러치 변속기(wDCT)가 장착된 차량의 구동계 시스템의 모델 기방 강인 제어 전략을 제안한다. DCT는 별도의 토크 컨버터 없이 두 개의 클러치를 사용하여 동력을 차제로 전달하기 때문에, 정밀한 체결 제어가 이뤄져야만 좋은 변속 성능(빠르고 부드러운 변속)을 얻을 수 있다. 이러한 변속 제어는 약 2초 이내로 끝나기 떄문에 짧은 시간 동안 높은 제어 성능이 요구된다. 요구 제어 성능을 만족하기 위해서, 모델 기반 피드-포워드 기반 제어가 제안된다. 피드-포워드 제어는 정확한 모델 정보를 필요로 하기 때문에 현상을 정확히 묘사하는 모델이 필요하게 된다. wDCT는 기존 건식 DCT와 달리 유압 액추에이터를 사용한다는 점과 윤활유를 사용하는 습식 클러치의 클러치 전달 토크 특성에서 차이가 있다. 이러한 유압 액추에이터 및 습식 클러치 토크는 비선형성이 존재한다. 본 학위논문에서는 유압 액추에이터의 히스테리시스, 클러치 충전 구간 및 습식 클러치 토크를 물리적 현상에 기반하여 새로운 모델을 제안한다. 제안한 모델은 기존 연구의 모델에서 물리적인 현상 및 대상 시스템에 적합한 가정을 통해 간소화되어 제어로의 적용성 및 실용성을 높인다. 제안된 유압 액추에이터 모델은 구동계 시스템의 하위제어기의 역할을 하는 압력 제어기를 구성하는데 활용된다. 또한, 습식 클러치 토크 모델은 클러치 슬립 제어기를 구성하는데 활용된다. 제안된 새로운 모델들은 실용성을 고려하여 제어에 활용될 수 있도록 간소화 되었기 때문에, 이를 기반으로 각 상황에 맞는 피드포워드 제어기가 구성된다. 유압 액추에이터 압력 제어에서는 히스테리시스 및 클러치 충전 구간을 비선형 모델을 이용해 보상함으로써 높은 압력 추적 제어 성능을 얻을 수 있다. 습식 클러치 토크 모델은 클러치 슬립 제어기에 적용되어 제어 성능을 높인다.
하지만, 피드-포워드 제어는 성능 향상에 큰 기여를 할 수 있으나, 모델 불확실성 및 외부로부터의 외란으로 인한 제어 성능 저하에 대응할 수 없다. 따라서, 피드-포워드 제어는 강건성을 보장하는 피드백 제어와 함께 사용되어야 한다. 이와 같은 구동계 시스템의 제어 문제를 해결하기 위하여, 본 논문에서는 제어를 대상으로 하는 시스템을 모델링하고, 제어 성능 및 강건성을 보장하는 모델 기반 2-Degree of Freedom(2-DOF) 강인 제어기 설계 방법을 제안한다. 제안하는 2-DOF 강인 제어기는 모델 기반 피드포워드와 강인 피드백 제어로 구성된다. 비선형성을 고려한 시스템 모델링은 피드포워드 성능을 극대화시키며, 피드백 제어는 피드포워드의 기대 성능에 대한 고려를 제외하여 강건성에 더 큰 비중을 두어서 최적의 제어 성능을 얻을 수 있도록 한다. 따라서 본 논문에서 제안하는 2-DOF 강인 제어기는 구동계 시스템과 같은 피드백 성능의 한계가 존재하는 시스템에서 기존의 강인 제어 전략들에 비해 큰 효과를 보여준다. 따라서, 본 학위논문에서는 구동계 시스템의 제어 성능을 극대화 할 수 있는 모델 기반 2-DOF 강인 제어기 설계 방법을 이용하여 wDCT 시스템 제어를 수행한다. 제안된 모델의 불확실성 및 그 한계를 분석하고, 이를 극복할 수 있는 강건한 피드백 제어기를 설계하여 2-DOF 강인 제어기를 구성한다. 최종적으로 설계된 차량 구동계의 압력 제어기 및 클러치 슬립 제어기는 양산형 차량에서 다양한 상황에서 실험적으로 그 성능과 효능을 검증된다.
