모델 예측 제어 기반 자동변속기 락업 클러치의 최적 슬립 제어 전략

Abstract

자동변속기의 락업 클러치는 토크 컨버터 내부의 유체로 인해 손실되는 동력을 줄이기 위해 펌프와 터빈 사이를 물리적으로 연결하는 장치이다. 기존에는 고단의 고속도로 주행에서 일부 활용했지만, 최근에는 변속기의 발전에 따라 저단의 시내 주행에서도 락업 클러치를 적극적으로 활용하고 있다. 하지만 이러한 추세와는 별개로 락업 클러치에 대한 학술적인 제어 연구의 경우, 최근 관련 연구 수가 현저히 적고 또 상위 제어기에서 형성한 슬립 경로에 대한 추종 성능을 높이는 하위 제어기의 개발에만 한정되어있다. 본 연구에서는 최근 기술 동향에 발맞춰 자동변속기 차량에서의 동력 전달 효율을 높이기 위해, 락업 클러치의 상위 제어기와 하위 제어기가 포함된 새로운 통합 제어기를 구성하였다. 클러치 제어 과정에 있어서, 엔진 속도가 작아지는 스톨 현상과 클러치 유압 액추에이터의 과격한 입력으로 인한 저크 그리고 액추에이터의 스펙 등은 모델 예측 제어의 제약조건과 가변 게인을 통해 고려해주었다. 또한, 토크 컨버터의 비선형성과 모델 불확실성으로 인한 제어기의 추종 성능 저하 현상은 무향 칼만 필터 기반의 보상 제어기를 도입하여 해결하였다. 이때 엔진 토크는 운전자의 의도를 방해하지 않기 위해 별도로 제어하지 않았으며, 모델 예측 제어에서 제약조건의 실현 가능성을 사전에 판별해주는 온오프 제어기도 추가로 구성하였다. 결국, 제안된 통합 제어기를 통해 변속기에서 손실되는 동력 에너지를 효과적으로 줄일 수 있었고 이는 시뮬레이션 프로그램 Matlab & Simulink Simscape Driveline을 통해서 검증하였다.