KR102463470B1

KR102463470B1 - 파워 트레인의 통합 제어 방법 및 통합 제어기

Info

Publication number: KR102463470B1
Application number: KR1020180034644A
Authority: KR
Inventors: 박상준; 전병욱; 선우명호; 정동원
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2022-11-04
Also published as: US20190291736A1; KR20190112537A; US10814877B2

Abstract

본 발명은 차량의 파워 트레인의 통합 제어기 및 제어 방법에 관한 것으로서, 차량의 최적의 변속단을 결정하기 위하여, 비용 함수가 적용되고, 상기 비용 함수는, 엔진의 요구 동력을 입력값으로 하여, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 얻어지는 연료 소모량당 주행 거리를 파라미터로 포함하고, 상기 비용함수를 이용하여 최적 변속단을 산출하고, 상기 최적 변속단에 근거하여 변속기를 제어하는 것과 더불어 엔진 스로틀을 제어하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

파워 트레인의 통합 제어 방법 및 통합 제어기{INTEGRATED CONTROLLER FOR POWERTRAIN AND METHOD THEREOF}

본 발명은 파워 트레인의 통합 제어 방법 및 통합 제어기에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 엔진과 자동 변속기를 포함하는 파워트레인의 통합 제어를 통해 연비 및 운전성을 향상시키는 통합 제어 방법 및 통합 제어기에 관한 발명이다.

일반적으로 파워 트레인은 엔진 및 변속기를 운전자의 가속 페달 입력에 따라 독자적으로 제어한다. 그런데 엔진 기술의 고도화 및 변속기의 다단화에 따라 파워 트레인의 제어 복잡도가 증가하면서, 각 부분의 성능이 아닌 차량 전체의 성능을 최적화시키는 것에 어려움이 발생하고 있다.

특히, 종래 변속기의 경우, 가속 페달과 차속으로 정해지는 변속 패턴 맵에 의해 변속이 수행된다. 따라서, 원활한 주행을 위해서는 평탄로, 오르막길, 내리막길과 같은 여러 주행 상태에 따라서 복수의 맵을 작성하여 변속을 수행하여야 한다. 그리고, 연비를 향상시키기 위해서는 차속이 낮은 단계에서도, 높은 기어단으로 변속하여 엔진의 회전수를 억제하여야 하는데, 이러한 방식은 주변 상황, 예컨대 노면 경사의 변화, 운전자의 엑셀 조작 등에 대응할 수 없게 되고, 곧바로 낮은 기어 단으로 변속이 수행되어, 이 과정에서 빈번하게 변속이 이루어져 운전성을 감소시키기게 된다.

따라서, 이러한 문제점들을 고려하여 차량 전체의 성능 최적화 수행을 위하여 파워 트레인의 통합 제어를 실시할 필요성이 증대되고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 비특허문헌 1에서는 엔진 스로틀과 변속기의 변속 제어를 파워 트레인의 통합 제어를 통해 수행하도록 하고 있다. 비특허문헌 1에서는 그 방법으로서, 동적 프로그래밍 기법을 이용하여 출력 및 연비를 만족하도록 최적화 시키는 방법을 제시하고 있다.

특허문헌 1의 경우, 통상의 운전 상태에서 연산을 통해서 주행 저항과 여유 출력을 계산한 후, 가속 페달의 눌림 여부 등 현재 상태를 고려하여 업시프트/다운시프트를 수행하는 방법을 제시하고 있다.

특허문헌 2의 경우, 변속 맵을 이용하여 변속을 수행하되, 여유 구동력을 연산하여, 여유 구동력이 지정값 이상 올라가게 되는 경우, 업 시프트 변속을 수행하는 방법을 제시하고 있다.

또한, 특허문헌 3 및 4의 경우, 엔진 회전수 또는 변속기 출력단의 회전수가 특정 수치 이상일 경우 변속을 수행하였을 때의 제동 연료 소비율을 계산하고, 이를 현재의 제동 연료 소비율과 비교하여 변속 여부를 결정하는 방법을 제시하고 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2010-084867호 특허문헌 2: 일본 등록특허 제6003599호 특허문헌 3: 일본 등록특허 제5979760호 특허문헌 4: 일본 등록특허 제6035187호

비특허문헌 1: Kim, Daekyun, et al. "Control of integrated powertrain with electronic throttle and automatictransmission"IEEE Transactions on Control Systems Technology 15.3(2007): 474-482.

상술한 비특허문헌 1의 경우, 변속기의 변속 제어에 있어서, 변속맵을 제작하여, 변속기 제어를 수행하게 된다. 그러나, 최근의 변속기의 다단화, 엔진 제어 기술의 복잡화를 고려해 볼 때, 다수의 맵을 구비하여야 하고, 그러한 맵의 전환 과정이 필요한 비특허문헌 1의 기술의 경우 실현 가능성이 크게 떨어진다.

특허문헌 1 및 특허문헌 2의 경우, 차량의 여유 출력과 여유 구동력을 기준으로 변속을 수행하도록 하는 방법으로서, 빈번한 기어 시프팅을 방지하고, 변속을 가변적으로 수행하여 운전성 및 연비를 향상시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방식들은 변속기만을 고려하여 변속이 수행되기에, 엔진의 영향으로 인해 운전자에게 이질감을 줄 수 있고, 동일한 엔진 출력을 유지하기 위해서는 운전자의 개입을 필요로 한다. 즉 변속 기어 단의 상승이 일어나게 될 때에는 기어 비의 변동이 일어나고 그로 인해 엔진에 가해지는 주행 저항이 늘어나게 되므로, 엔진이 동일한 출력을 내기 위해서는 운전자의 개입이 필요하게 된다.

특허문헌 3 및 4의 경우, 연료 지표인 제동 연료 소비율값을 비교하여 변속을 수행하도록 하여, 엔진 연료 효율을 높이는 방향으로 변속을 수행하도록 한 것이다. 그러나, 동일한 엔진의 출력이 나오는 경우에도, 기어 단수 및 감속 기어 등의 구성에 따라서 주행 거리가 달라질 수 있기 때문에, 제동 연료 소비율에 근거하여서는 차량 전체의 연료 효율을 높이는 것에는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 운전자의 의도를 요구 동력으로 변환하여 차량 모델을 기반으로 하여 파워 트레인의 최적 통합 제어를 수행하는 제어 방법 및 제어기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어 방법에서는, 차량의 최적의 변속단을 결정하기 위하여, 비용 함수가 적용되고, 상기 비용 함수는, 엔진의 요구 동력을 입력값으로 하여, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 얻어지는 연료 소모량당 주행 거리를 파라미터로 포함하고, 상기 비용함수를 이용하여 최적 변속단을 산출하고, 상기 최적 변속단에 근거하여 변속기를 제어하는 것과 더불어 엔진 스로틀을 제어하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기한 통합 제어 방법은 가속 페달 입력값에 따른 출력 및 차속에 따른 주행 저항을 극복하기 위한 출력을 합산하여 엔진의 요구 동력을 산출하는 단계; 요구 동력을 입력값으로 하여 비용함수를 산출하는 단계; 산출된 비용함수를 최적화하는 최적 변속단을 산출하는 단계: 산출된 최적 변속단으로 변속기를 제어하는 단계;를 포함한다

보다 바람직하게는, 상기 비용함수는 하기의 수학식으로 정의되는 비용함수 c(n)로 정의된다.

…(1)

여기서, n은 변속단, F(n)은 해당 변속단에서의 연료 소모량당 주행 거리, D(n)은 해당 변속단에서 필요한 변속 횟수, a 및 b는 비례 상수이다.

보다 바람직하게는, 상기 비용함수를 산출하는 단계에서는, 엔진의 요구 동력, 현재의 엔진의 회전수, 차속을 입력받아, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 특정 변속단으로 차량이 소정 시간동안 주행하였을 때의 주행 거리 및 그때의 연료 소모량 및 필요한 변속 횟수를 구하고, 이 값들을 이용하여 해당 변속단에서의 비용함수를 산출하도록 한다.

보다 바람직하게는, 상기 산출된 비용함수를 최적화하는 변속단을 산출하는 단계에서는, 현재의 변속단, 업 시프트 및 다운 시프트를 수행하였을 때의 각 변속단에서의 비용함수를 산출하고, 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 선택하는 단계를 포함한다.

보다 바람직하게는, 상기 비용함수를 산출하는 단계에서는, 시뮬레이션에 의해 계산되는 해당 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 엔진의 최대 회전 속도와 최소 회전 속도 사이의 회전수 범위를 만족하는 값인지 여부를 판단하는 단계; 를 포함하고, 산출된 비용함수를 최적화하는 변속단을 산출하는 단계에서는, 엔진의 회전수 범위를 만족하는 변속단 중 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 선택하도록 한다.

보다 바람직하게는, 상기 비용함수를 산출하는 단계에서는, 시뮬레이션에 의해 계산되는 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 상기 엔진의 요구 동력보다 큰 것인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 시뮬레이션에 의해 계산되는 해당 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 엔진의 최대 회전 속도와 최소 회전 속도 사이의 회전수 범위를 만족하는 것과 더불어, 해당 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 상기 엔진의 요구 동력보다 크게 하는 변속단 중 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 선택하도록 한다.

보다 바람직하게는, 상기 엔진의 요구 동력은, 차속 및 가속 페달의 입력값에 의해 미리 정해진 맵에 근거하여 결정된다.

보다 바람직하게는, 상기 통합 제어 방법은, 엔진의 요구 동력을 만족시키도록 하는 엔진의 스로틀 개도를 산출하는 단계 및 산출된 스로틀 개도에 근거하여 스로틀 제어를 실시하는 단계를 더 포함하고, 엔진의 스로틀 개도를 산출하는 단계에서는, 현재 차량의 차속으로부터 상기 엔진의 요구 동력을 만족시키기 위한 엔진 토크를 계산하는 단계; 엔진 회전수에 따른 엔진 토크 및 스로틀 개도에 관한 맵을 이용하여 요구 동력을 얻을 수 있는 스로틀 개도를 산출하는 단계를 포함한다.

보다 바람직하게는, 상기 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속과 실제 차량의 차속의 차이값에 대해 비례적분(PI) 제어를 수행하여 상기 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속을 보상하기 위한 보상값을 산출하고, 산출된 보상값에 의해 계산된 차속을 보상하는 단계를 더 포함한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 통합 제어기는, 가속 페달 입력값에 따른 출력 및 차속에 따른 주행 저항을 극복하기 위한 출력을 합산하여 엔진의 요구 동력을 산출하는 요구 동력 산출부; 요구 동력 산출부에 의해 산출된 엔진의 요구 동력을 입력값으로 하여, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 얻어지는 연료 소모량당 주행 거리를 파라미터로 포함하는 비용함수를 이용하여 상기 비용함수가 최대가 되는 최적 변속단을 산출하고, 최적 변속단에 근거하여 변속기를 제어하는 변속기 제어부 및 엔진의 요구 동력을 만족시키도록 하는 엔진의 스로틀 개도를 산출하고, 상기 산출된 스로틀 개도에 근거하여 스로틀 제어를 실시하는 엔진 스로틀 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 비용함수는 하기의 수학식으로 정의되는 비용함수 c(n)로서 정의된다.

…(1)

보다 바람직하게는, 상기 변속기 제어부는, 엔진의 요구 동력, 현재의 엔진의 회전수, 차속을 입력받아, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 특정 변속단으로 차량이 소정 시간동안 주행하였을 때의 주행 거리 및 그때의 연료 소모량 및 필요한 변속 횟수를 구하고, 이 값들을 이용하여 해당 변속단에서의 비용함수를 산출하는 비용 함수 산출부 및 현재의 변속단, 업 시프트 및 다운 시프트를 수행하였을 때의 각 변속단에서 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 선택하는 최적화부를 포함한다.

보다 바람직하게는, 상기 최적화부는, 시뮬레이션에 의해 계산되는 해당 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 엔진의 최대 회전 속도와 최소 회전 속도 사이의 회전수 범위를 만족하는 값인지 여부를 판단하고, 회전수 범위를 만족하는 변속단 중 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 최적 변속단으로 선택한다.

보다 바람직하게는, 상기 최적화부는, 시뮬레이션에 의해 계산되는 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 상기 엔진의 요구 동력보다 큰 것인지 여부를 판단하고, 시뮬레이션에 의해 계산되는 해당 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 엔진의 최대 회전 속도와 최소 회전 속도 사이의 회전수 범위를 만족하는 것과 더불어, 해당 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 엔진의 요구 동력보다 크게 하는 변속단 중 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 최적 변속단으로 선택한다.

보다 바람직하게는, 상기 스로틀 제어부는, 현재 차량의 차속으로부터 상기 엔진의 요구 동력을 만족시키기 위한 엔진 토크를 계산하고, 엔진 회전수에 따른 엔진 토크 및 스로틀 개도에 관한 맵을 이용하여 요구 동력을 얻을 수 있는 스로틀 개도를 산출하는 단계를 포함한다.

보다 바람직하게는, 상기 변속기 제어부는, 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속과 실제 차량의 차속의 차이값에 대해 비례적분(PI) 제어를 수행하여 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속을 보상하기 위한 보상값을 산출하고, 산출된 보상값에 의해 계산된 차속을 보상하도록 하는 비례적분 제어기를 더 포함한다.

본 발명에 따른 통합 제어 방법 및 제어기에서는, 가속 페달 입력값 및 차속에 관한 변속 맵이 아닌 차량의 주행 상태에 의한 연료 효율 및 운전성에 관한 연산값을 기반으로 변속을 수행하게 되는바, 종래의 변속 방법 대비 연료 효율의 상승이 가능하다.

본 발명에 따른 통합 제어 방법 및 제어기에서는, 운전자의 주행 의도를 요구 동력으로 변환하여, 엔진 및 변속기의 제어를 수행하도록 하고 있어, 연료 효율을 향상시키면서도, 운전성의 유지가 가능하다.

본 발명에 따른 통합 제어 방법 및 제어기에서는 변속기 제어를 위해 차량 모델을 사용하기 때문에, 차량 모델을 수정하는 방식에 의해, 가솔린 엔진 및 자동 변속기를 구비하는 차량 이외의 다른 파워 트레인 요소를 사용하는 차량에 대해서도 동일한 통합 제어기를 응용하여 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어기의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 가속 페달의 입력값에 따른 운전자에 의도에 따른 요구 출력 및 차속에 따른 주행 저항을 극복하기 위한 출력을 나타내는 그래프이다.
도 3은 차속 및 가속 페달의 입력값에 따라 운전자에 의도에 따른 엔진 요구 동력을 결정하기 위한 알고리즘을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어기의 구성 중 변속기 제어부를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어기의 구성 중 변속기 제어부에 적용되는 비례 적분 제어기를 이용한 제어로직을 나타내는 제어 흐름도이다.
도 6a는 스로틀 개도, 엔진 회전 수 및 엔진 토크의 관계에 관한 맵을 도시한 도면이다.
도 6b는 스로틀 개도, 엔진 회전 수 및 엔진 토크의 관계에 관한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 사용된 소정 시간 동안의 운전 사이클을 나타내는 그래프이다.
도 9a는 비례 적분 제어기를 적용하지 아니한 차량 모델을 이용한 경우의 실제 차량 속도와 차량 모델에서 산출된 모델 속도와의 시간에 따른 차이를 나타내는 그래프이다.
도 9b는 비례 적분 제어기를 적용한 차량 모델을 이용한 경우의 실제 차량 속도와 차량 모델에서 산출된 모델 속도와의 시간에 따른 차이를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어기(100)의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어기(100)는 가속 페달 입력값에 따른 운전자 요구 출력 및 차속에 따른 주행 저항을 극복하기 위한 출력을 합산하여 엔진의 요구 동력을 산출하는 요구 동력 산출부(10), 요구 동력 산출부에 의해 산출된 엔진의 요구 동력을 입력값으로 하여, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 얻어지는 연료 소모량당 주행 거리를 파라미터로 포함하는 비용함수를 이용하여 상기 비용함수가 최대가 되는 최적 변속단을 산출하고, 최적 변속단에 근거하여 변속기를 제어하는 변속기 제어부(30) 및 엔진의 요구 동력을 만족시키도록 하는 엔진의 스로틀 개도를 산출하고, 산출된 스로틀 개도에 근거하여 스로틀 제어를 실시하는 엔진 스로틀 제어부(20)를 포함한다. 이하에서는 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어기(100)를 구성하는 각 구성에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

<요구 동력 산출부>

요구동력산출부(10)는 운전자의 의도를 엔진의 요구 동력으로 전환하고, 전환된 엔진의 요구 동력에 관한 정보를 변속기 제어부(30) 및 엔진 스로틀 제어부(20)로 전달하여, 요구 동력에 근거한 변속 제어 및 스로틀 제어가 가능하도록 한다.

도 2a에서 도시되어 있는 바와 같이, 운전자의 요구 출력은 운전자에 가속 페달 조작에 의한 가속 페달의 입력값(운전자에 의한 악셀 페달 조작량)에 따라 증가하게 된다. 그런데, 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 가속 페달의 입력값의 증가에 따라 차량이 가속되면, 차속 증가에 따라 주행 저항도 증가하게 된다. 따라서, 동일 속도를 유지하기 위해서 필요한 출력은 차속의 증가에 따라 증가하게 되므로, 동일한 가속 페달 입력인 경우에도 요구 출력은 증가하게 된다.

따라서, 운전자가 의도한 요구 출력을 달성하기 위해서는 가속 페달의 입력값 뿐만 아니라 차량 속도를 함께 고려하여 엔진 요구 출력을 산출하고 이에 따라 파워 트레인을 제어해야 한다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 제어기(100)의 요구 동력 산출부(10)는 운전자의 의도를 엔진 요구 동력으로 전환하기 위하여, 도 3에서 도시한 바와 같이, 차량 속도 및 가속 페달에 따른 엔진 출력을 맵의 형태로 구비하고, 이러한 맵에 의하여 엔진 출력(엔진의 요구 동력)을 결정하도록 한다. 여기서 가속 페달의 입력값은 차량의 가속 페달에 설치된 엑셀 포지션 센서를 이용하여 가속 페달 조작량을 검출함으로써 얻어질 수 있다, 차속은 변속기(300)의 출력축의 회전을 감지하고, 이를 전기적인 펄스 신호롤 전환하는 차속 센서로부터 측정될 수 있다.

한편, 바람직하게는 상기한 맵에서는 엔진의 최대 출력 및 차속에 따른 운전성을 고려하여 차속에 따른 출력 증가율을 상이하게 구성할 수 있다. 예컨대, 운전성이 강조되는 세단 형태의 차량의 경우, 저속 구간에서는 출력 증가율을 상대적으로 완만하게 구성하도록 하며, 중·고속 구간에서는 통상의 출력 증가율이 유지되도록 구성할 수 있다. 또한, 이와 반대로, 저속 구간에서 큰 출력을 요구하는 상용차나 SUV 등에 있어서는 저속 구간에서의 출력 증가율을 상대적으로 급격하게 구성할 수 있다.

<변속기 제어부>

변속기 제어부(30)는 도 4에서 도시된 바와 같이, 최적 변속단을 선택하기 위해 비용함수를 계산하는 비용함수 산출부(31) 및 산출된 비용함수로부터 최적의 변속단을 선택함으로써 변속기(300)를 제어하도록 하는 최적화부(32)를 포함한다.

비용함수 산출부(31)에서는, 요구동력산출부(10)에서 산출되어 입력된 엔진의 요구동력, 차량에 설치된 센서로부터 측정되는 현재 차량의 엔진의 회전수, 차속을 입력받아, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 비용함수 계산에 사용되는 연료 소모량 및 주행 거리를 산출하고, 이 값들을 이용하여 해당 변속단에서의 비용함수를 산출한다. 단시간(예컨대 1초) 동안은 차속의 경향성이 그대로 이어진다는 가정하에, 엔진의 요구 동력을 입력값으로 하고, 차량 모델을 이용하여 해당 시간 동안 각 변속단에 따른 주행 시뮬레이션을 수행하여 해당 변속단에서의 예상 연료 소모량 및 주행 거리를 산출하도록 한 것이다.

비용함수 산출부(31)에서 사용되는 차량 모델은 대상 차량의 공차 중량, 최대 출력, 변속단, 타이어 직경, 변속비와 같은, 차량 주행에 영향을 미치는 물리적인 정보를 포함하여 실제 차량을 모사한다. 그리고, 차량 모델은 도 5에서 도시된 바와 같이, 파워트레인 모델 연산부 및 동역학 모델 연산부를 포함한다.

파워트레인모델 연산부(30)는 차량의 파워트레인 모델을 저장하고 있으며, 차속의 경향성이 그대로 유지된다는 전제하에, 요구동력 산출부(10)로부터 입력된 엔진의 요구 동력 및 현재의 차량의 엔진의 회전수, 차속 및 변속단등에 관한 정보를 파워트레인모델에 적용하여 해당 변속단에서의 엔진의 토크값을 연산한다. 파워트레인모델은 엔진, 변속기, 차동기 등과 같은 기능 블록으로 이루어져 있으며, 기능 블록 간 데이터의 전송이 이루어진다. 예를 들어, 변속기로부터 출력된 토크값은 차동기로 입력되고, 변속기는 차동기로부터 속도를 피드백 받는다. 또한, 파워트레인모델 연산부는 동역학모델 연산부로부터 피드백된 차속 및 미리 저장된 차량 정보를 기반으로 소정 시간(예컨대 1초) 동안의 가상 차량의 주행 거리 및 그 때의 연료 소모량을 연산한다.

동역학모델 연산부는 해당 차량의 동역학모델을 저장하고 있으며, 파워트레인모델 연산부에 의해 연산된 토크값을 동역학모델에 적용하여 주행 시뮬레이션 동안 가상 차량의 속도 및 엔진의 회전속도를 연산한다. 동역학모델 연산부는 산출된 속도를 파워트레인모델 연산부로 피드백하여, 가상 차량의 주행 거리 및 그 때의 연료 소모량 연산에 사용되도록 한다.

차량 모델을 이용한 주행 시뮬레이션을 통해, 특정 변속단에서의 주행 거리 및 그때의 연료 소모량이 연산되면, 비용함수 산출부(31)에서는 연산된 값을 이용하여 연료 소모량당 주행 거리를 파라미터로 포함하는 비용함수를 산출한다. 비용함수는 최적의 변속단을 선택하기 위한 수단으로서, 비용함수가 최대값이 되는 변속단을 목적으로 하는 최적 변속단이 되도록 구성된다.

비용함수는 연료 효율을 의미하는 연료 소모량당 주행 거리뿐만 아니라 운전성에 관한 요소를 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대, 변속 횟수가 증가하게 되면 운전자에게 이질감을 주게되어 운전성의 하락을 가져온다. 이를 반영하기 위해 바람직하게는 비용함수 산출부(31)에서 사용되는 비용함수는 하기의 수학식으로 정의되는 비용함수 c(n)으로서 정의될 수 있다.

…(1)

식 (1)에서 F(n)은 해당 변속단(n)에서의 연료 소모량당 주행 거리를 나타내는 것으로서, 연료 효율에 관한 인자이고, D(n)은 변속 횟수로서 운전성에 영향을 주는 인자이다. 식(1)에서 비례상수 a 및 b는 최적 변속단을 선택할 때에 연료 효율 또는 운전성 중 어느 인자에 가중치를 둘 것인지를 결정하기 위한 변수이다. a값을 높이게 되면, 연료 효율을 변속의 중요 인자로 보게 되고, b값을 높이게 되면, 상대적으로 운전성을 중요 인자로 보게 된다. 예컨대 a값을 높이게 되면, 변속 횟수는 증가하게 되더라도 연료 효율이 증가되는 방향으로 최적 변속단이 결정되고, b값을 높이게 되면, 연료 효율의 증가가 적더라도 변속 횟수가 줄어들게 되어 운전성을 증가시키는 방향으로 최적 변속단이 결정되게 된다. 따라서, 비용함수 산출부(31)는 비용함수를 산출하기에 앞서 가중치 a, b를 목적으로 하는 주행 상태에 따라 적절히 설정한다.

그리고, 목적으로 하는 최적의 변속단을 선택하기 위해서, 도 4에서 도시된 바와 같이, 비용함수 산출부(31)에서는 현재의 변속단이 유지되는 경우, 현재 변속단으로부터 업 시프트되는 경우 및 현재 변속단으로부터 다운 시프트 되는 경우 각각에 대하여 차량 모델을 이용한 주행 시뮬레이션을 수행한다. 그리고, 각각의 주행 시뮬레이션 결과에 근거하여 비용함수를 산출한다.

각각의 변속단에 대해 비용함수가 산출되면, 최적화부(32)에서는 비용함수 결과값을 이용하여 최적의 변속단을 선택한다. 즉, 최적화부(32)에서는 현재의 변속단, 업 시프트 및 다운 시프트의 각각의 경우에 산출된 비용함수의 결과값을 대비하여 그 중 가장 최대값이 되도록 하는 변속단을 최적 변속단으로 결정한다.

한편, 최적 변속단에서의 비용함수의 근거가 되는 주행 시뮬레이션 결과는 현재 차량의 엔진 사양에 따른 구속 조건을 만족하여야 한다. 따라서, 최적 변속단에서의 차량 모델을 이용한 주행 시뮬레이션의 결과로서 산출되는 엔진의 회전 속도는, 해당 엔진에서 가능한 최소 속도(아이들 상태에서의 속도) 및 최대 속도 사이의 범위 내에 있어야 한다. 또한, 주행 시뮬레이션의 결과로서 산출되는 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 엔진의 요구 동력보다 커야 한다.

비용함수의 산출 결과, 최적 변속단이 선택된 경우라도 해당 변속단에서의 주행 시뮬레이션 결과가 위 구속 조건을 만족하지 않는 경우, 해당 변속단은 최적 변속단으로 선택될 수 없다. 따라서, 최적화부에서는 해당 변속단의 비용함수 산출결과를 배제하고, 나머지 변속단 중 비용함수 결과값이 최대가 되는 변속단을 다시 최적 변속단으로서 선택한다.

상기한 바와 같이, 차량 모델은 모사의 대상이 되는 차량의 물리적인 정보를 그대로 이용하지만, 차속의 경우, 동력 전달 과정에서 발생하는 손실이나, 타이어 슬립등의 현상에 의해 주행 시뮬레이션 결과와 실제 차량의 속도에 오차가 발생할 수 있다. 그리고, 시뮬레이션 결과와 실제 차량의 차속에 오차가 발생할 경우 정확한 변속 제어가 어려울 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 통합 제어기는 도 5에서 도시된 바와 같이, 차량 모델에 비례제어(PI) 적응 제어기를 적용하여 P 및 I 게인값을 주기적으로 변환함으로써, 모델과 실제 차량 간의 계산 오차를 줄이도록 하고 있다.

보다 구체적으로는, 파워트레인모델 연산부에서의 전달함수(G₀(S))를 거쳐 동역학모델 연산부의 전달함수(G₁(S))을 통해 차속을 산출해 낼 때에, 산출된 차속이 실제 차속에 추종하도록 피드백 제어한다. 이를 위해, 최적화 매커니즘에서는 실제 차속에서 산출된 차속을 감한 값을 산출하고, 산출된 속도 차이값은 PI 적응 제어기의 입력값으로 제공되어 이득 제어가 수행된다. PI 제어에 사용되는 이득 제어 전달 함수 G(s,k)는 하기 식(2)로 나타낼 수 있다.

…(2)

여기서 비례제어 계수 K_P와 적분제어 계수 K_i는 테스트를 통해 구현되는 실험값일 수 있다.

도 9a는 비례 적분 제어기를 적용하지 아니한 차량 모델을 이용한 경우의 실제 차량 속도와 차량 모델에서 산출된 모델 속도와의 시간에 따른 차이를 나타내는 그래프이고, 도 9b는 비례 적분 제어기를 적용한 차량 모델을 이용한 경우의 실제 차량 속도와 차량 모델에서 산출된 모델 속도와의 시간에 따른 차이를 나타내는 그래프이다.

도 9a에서 도시된 바와 같이, 도 5에서 도시된 비례 적분 제어기를 적용하지 않은 차량 모델을 이용하는 경우, 실제 차속과 시뮬레이션에 의해 산출되는 차속간의 차이(에러)가 크게 발생하는 것을 알 수 있다. 이와 달리, 도 5에서 도시된 비례 적분 제어기를 적용한 도 9b의 실시예에서는 시간이 경과함에 따라 실제 차속과 시뮬레이션에 의해 산출되는 차속간의 차이가 점점 줄어들어 종국적으로는 0으로 수렴하게 된다. 따라서, 도 5에서 도시된 비례 적분 제어기를 적용함으로써, 보다 정확한 변속 제어를 수행할 수 있음을 알 수 있다.

<엔진 스로틀 제어부>

엔진 스로틀 제어부(20)는 요구동력산출부(10)로부터 엔진의 요구동력을 입력받아 요구동력을 만족시키도록 엔진 스로틀(200)을 제어하는 기능을 수행한다.

이를 위해, 엔진 스로틀 제어부(20)는 먼저 입력된 요구동력을 만족시키기 위하여, 크랭크 샤프트 위치 센서와 같은 엔진 회전수 측정 센서를 이용하여 측정된 엔진 회전수 정보를 엔진 제어기등으로부터 전달받아, 식 (3)을 이용하여 요구동력을 발생시키기 위해 필요한 엔진의 목표 토크를 계산한다.

…(3)

(여기서, P_d는 요구동력, T_t는 목표 토크 W_c는 현재 엔진의 회전수)

목표 토크가 계산되면, 도 6a에서 도시된 바와 같이 미리 저장된 엔진의 회전수 및 스로틀 개도에 따라 발생시키는 이론 토크량에 관한 맵(식 (4))을 변환시켜, 엔진 회전수 및 토크에 따라 스로틀 개도를 계산하는 맵(식 (5))를 작성한다.

…(4)

…(5)

(여기서, Throttle_t는 요구동력 발생을 위한 목표 스로틀 개도)

그리고, 작성된 맵을 이용하여, 도 6b에서 도시된 바와 같이, 요구동력에 해당하는 목표 토크값 및 현재의 엔진 회전수에 대응되는 스로틀 개도를 산출한다. 그리고, 산출된 목표 스로틀 개도에 근거하여 엔진 스로틀이 제어되도록 한다.

도 7은 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 이하에서도 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 파워 트레인의 통합 제어 방법에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 먼저, 요구동력산출부(10)를 통해 엔진의 요구 동력을 결정한다(S10). 단계 S10에서는 운전자의 가속 페달 조작에 따른 가속 페달의 조작량과 차속을 이용하여 운전자의 의도를 요구동력으로 전환한다. 산출된 요구동력은 변속기 제어부(30)에 입력되어 최적 변속단을 선택하는 데 사용된다.

요구동력이 산출되면 변속기 제어부(30)의 비용함수 산출부(31)는 요구동력값을 입력받아, 각 변속단에 대하여 차량 모델을 이용하여 주행 시뮬레이션을 수행한다(S20). 아주 짧은 시간 동안은 속도의 경향성이 이어진다는 가정하에 단시간(예컨대 1초) 동안 주행 시뮬레이션을 수행함으로써 비용함수의 입력값이 되는 연료 소모량 및 주행 거리를 산출하는 것이다. 주행 시뮬레이션은 현재의 변속단이 그대로 유지되는 경우, 업 시프트 및 다운 시프트의 각각의 경우에 대해서 독립적으로 수행되며, 전술한 바와 같이, 주행 시뮬레이션을 통해, 각각의 변속단에 있어서의 연료 소모량, 주행 거리 및 해당 변속단 선택시에 필요한 변속 횟수등이 구해진다.

한편, 바람직하게는 주행 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속과 실제 차량의 차속의 차이값에 대해 비례적분(PI) 제어를 병행할 수 있다. 비례적분 제어를 통해, 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속을 보상하기 위한 보상값을 산출하고, 산출된 보상값에 의해 계산된 차속을 보상함으로써, 주행 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속이 실제 차량의 차속에 추종하도록 한다. 이를 통해 차량 모델을 이용한 변속 제어 시 정확성을 높일 수 있다.

비용함수 계산을 위한 입력값이 주행 시뮬레이션을 통해 얻어지면, 변속기 제어부(30)의 비용함수 산출부(31)는 입력값을 이용하여, 각각의 변속단에 있어서의 비용함수의 결과값을 산출한다(S30).

상술한 식(1)의 비용함수를 이용하는 경우, 바람직하게는, 비용함수 산출부(31)는 비용함수를 산출하기에 앞서 식 (1)의 연비 가중치 a 및 운전성 가중치 b를 목적으로 하는 주행 상태에 따라 적절히 설정한다. 그리고, 연료 소모량, 주행 거리 및 해당 변속단 선택시에 필요한 변속 횟수의 입력값 및 상술한 식(1)에 적용하여 비용함수를 산출한다.

비용함수가 산출되면, 변속기 제어부(30)의 최적화부(32)는 산출된 비용함수의 결과값으로부터 최적의 변속단을 선택한다(S40). 여기서, 최적의 변속단은 각각의 변속단 중 비용함수가 최대가 될 때의 변속단이다.

한편, 최적 변속단에서의 비용함수의 근거가 되는 주행 시뮬레이션 결과는 현재 차량의 엔진 사양에 따른 구속 조건을 만족하여야 한다. 따라서, 단계 S50에서는 단계 S40에서 선택된 최적 변속단에서의 차량 모델을 이용한 주행 시뮬레이션의 결과로서 산출되는 엔진의 회전 속도가, 해당 엔진에서 가능한 최소 속도 A(아이들 상태에서의 속도) 및 최대 속도 B 사이의 범위 내에 있는지 여부를 판단한다(S50). 만약 최적 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 속도 범위를 벗어나는 경우에는 단계 S40에서의 결과를 배제하고, 나머지 변속단 중 비용함수 결과값이 최대가 되는 변속단을 다시 최적 변속단으로서 선택하도록 한다.

한편, 최적 변속단에서의 엔진의 속도가 소정의 속도 범위를 만족한다 하더라도, 요구동력이 실제로 안정적으로 출력되기 위해서는, 해당 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 엔진의 요구 동력보다 일정 정도 이상 커야 한다. 따라서, 해당 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력과 엔진의 요구동력을 대비(S60)하고, 해당 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력 대비 엔진의 요구 동력보다 소정 크기 이상인 경우 단계 S40에서의 결과를 배제하고, 나머지 변속단 중 비용함수 결과값이 최대가 되는 변속단을 다시 최적 변속단으로서 선택하도록 한다.

최적 변속단이 단계 S50 및 단계 S60에서의 구속 조건을 만족하는 것으로 판단되는 경우, 변속기 제어부(30)는 최적 변속단에 근거하여 변속기(300)를 제어한다. 이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 차량 주행 시 매순간 비용함수를 최대화하는 방향으로 변속제어가 수행되게 되어 연비 향상 효과를 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 통합 제어 방법에서는, 최적 변속단이 선택되어 변속 제어가 개시될 때에는, 단계 S10에 의해 산출된 요구동력에 근거한 엔진 스로틀(200)의 제어도 함께 이루어진다.

이를 위해 엔진 스로틀 제어부(20)는 요구동력산출부(10)로부터 엔진의 요구동력을 입력받고, 크랭크 샤프트 위치 센서와 같은 엔진 회전수 측정 센서를 이용하여 측정된 엔진 회전수 정보를 엔진 제어기등으로부터 전달받아 요구동력을 만족하기 위한 목표 토크를 계산한다(S80).

목표 토크가 계산되면, 미리 저장된 맵에 근거하여 요구동력에 해당하는 목표 토크값 및 현재의 엔진 회전수에 대응되는 스로틀 개도를 산출한다(S90). 그리고, 산출된 목표 스로틀 개도에 근거하여 엔진 스로틀이 제어되도록 한다(S100). 이와 같이, 운전자의 의도를 요구동력으로 전환하고 전환된 요구동력이 달성되도록 엔진 스로틀(200)이 제어되도록 함으로써 운전성 항샹 효과를 달성할 수 있다.

<실시예>

이하에서는 본 발명의 통합 제어기를 적용하여 운전 사이클을 실시한 실시예와, 동일한 운전 사이클에 대해 종래의 제어 방법이 적용된 비교예를 대비한 결과에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명이 적용된 통합 제어기의 성능을 검증하기 위하여, 도 8a에 도시된 운전 사이클과 도 8b에 도시된 운전 사이클에 대해, 통합 제어기를 적용한 차량 모델과 통합 제어기가 적용되지 아니한 차량 모델의 주행 시뮬레이션을 실시하였다.

하기의 표 1은 도 8a에 도시된 운전 사이클에서의 평균속도, 최대속도, 주행 시간 및 총 주행거리를 나타내고, 표 2는 도 8b에 도시된 운전 사이클에서의 평균속도, 최대속도, 주행 시간 및 총 주행거리를 나타낸다. 도 8a, 도 8b, 표 1 및 표 2에서 나타나 있는 바와 같이, 도 8a의 운전 사이클은 평균속도가 상대적으로 낮고, 주행시간이 상대적으로 길며 차속의 변화가 빈번한 시내 주행 모드를 나타내는 운전사이클이고, 도 8b는 평균 속도가 높고 주행시간이 짧으며 상대적으로 차속 변화가 적은 고속도로 주행 모드를 나타내는 운전 사이클이다.

[표 1]

[표 2]

표 3 및 표 4는 도 8a에 도시된 운전 사이클에 대해, 통합 제어기를 적용한 차량 모델과 통합 제어기가 적용되지 아니한 차량 모델의 주행 시뮬레이션을 실시한 결과이다. 주행 시뮬레이션에 사용된 차량 모델은 150kW 가솔린 엔진을 구비하고 6단 자동 변속기를 구비한 차량으로 하였다. 표 3에서 나타나 있듯이, 통합 제어기를 적용한 실시예에서는 그렇지 않은 비교예에 비해 고단의 기어를 상대적으로 많이 사용하고 있다. 이에 따라 표 4에 나타난 바와 같이, 변속 횟수는 비교예와 대비하여 다소 증가하였지만 연비가 증가됨을 알 수 있다.

[표 3]

[표 4]

표 5 및 표 6은 도 8b에 도시된 운전 사이클에 대해, 통합 제어기를 적용한 차량 모델과 통합 제어기가 적용되지 아니한 차량 모델의 주행 시뮬레이션을 실시한 결과이다. 차량 모델은 표 3 및 표 4와 동일한 모델이 사용되었다. 표 3 및 표 4의 예와 마찬가지로, 통합 제어기를 적용한 실시예에서는 그렇지 않은 비교예에 비해 고단의 기어를 상대적으로 많이 사용하고 있어, 변속 횟수는 비교예와 대비하여 다소 증가하였지만 연비가 비교예와 대비하여 증가하였다. 또한, 도 8a의 운전 사이클이 적용된 예와 대비하여, 도 8b에서 도시된 운전 사이클에서는, 실시예와 비교예 사이의 변속 횟수의 차이가 상대적으로 적어진 것을 알 수 있다. 즉, 도 8b의 운전 사이클에서는 운전성의 저하가 상대적으로 적다는 것을 알 수 있다.

[표 5]

[표 6]

상기한 바와 같이, 본 발명의 통합 제어기를 적용하여 변속 제어를 실시하는 경우, 종래 가속 페달 입력값과 차속을 이용한 변속 방법과 대비하여 연료 효율의 상승이 가능하다. 또한, 운전자의 주행 의도를 요구 동력으로 변환하여, 엔진 및 변속기의 제어를 수행하도록 하고 있어, 비용함수의 가중치를 최적화하는 경우 연비 효율을 향상시키면서도 운전성을 높게 유지하는 것이 가능하다.

10: 요구동력산출부 20: 엔진 스로틀 제어부
30: 변속기 제어부 31: 비용함수 산출부
32: 최적화부 100: 통합 제어기
200: 엔진 스로틀 300: 변속기

Claims

차량의 최적의 변속단을 결정하기 위하여, 비용 함수가 적용되고, 상기 비용 함수는, 엔진의 요구 동력을 입력값으로 하여, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 얻어지는 연료 소모량당 주행 거리를 파라미터로 포함하고, 상기 비용함수를 이용하여 최적 변속단을 산출하고, 상기 최적 변속단에 근거하여 변속기를 제어하는 것과 더불어 엔진 스로틀을 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
가속 페달 입력값에 따른 출력 및 차속에 따른 주행 저항을 극복하기 위한 출력을 합산하여 엔진의 요구 동력을 산출하는 단계;
상기 요구 동력을 입력값으로 하여 비용함수를 산출하는 단계;
상기 산출된 비용함수를 최적화하는 최적 변속단을 산출하는 단계:
상기 산출된 최적 변속단으로 상기 변속기를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 비용함수는 하기의 수학식으로 정의되는 비용함수 c(n)인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.

…(1)
여기서, n은 변속단, F(n)은 해당 변속단에서의 연료 소모량당 주행 거리, D(n)은 해당 변속단에서 필요한 변속 횟수, a 및 b는 비례 상수이다.
청구항 3에 있어서,
상기 비용함수를 산출하는 단계에서는,
상기 엔진의 요구 동력, 현재의 엔진의 회전수, 차속을 입력받아, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 특정 변속단으로 차량이 소정 시간동안 주행하였을 때의 주행 거리 및 그때의 연료 소모량 및 필요한 변속 횟수를 구하고, 이 값들을 이용하여 해당 변속단에서의 비용함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 산출된 비용함수를 최적화하는 변속단을 산출하는 단계에서는,
현재의 변속단, 업 시프트 및 다운 시프트를 수행하였을 때의 각 변속단에서의 비용함수를 산출하고, 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 비용함수를 산출하는 단계에서는,
상기 시뮬레이션에 의해 계산되는 해당 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 엔진의 최대 회전 속도와 최소 회전 속도 사이의 범위를 만족하는 값인지 여부를 판단하는 단계; 를 포함하고,
상기 산출된 비용함수를 최적화하는 변속단을 산출하는 단계에서는, 상기 회전속도 범위를 만족하는 변속단 중 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 선택하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 비용함수를 산출하는 단계에서는,
상기 시뮬레이션에 의해 계산되는 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 상기 엔진의 요구 동력보다 큰 것인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
상기 시뮬레이션에 의해 계산되는 해당 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 엔진의 최대 회전 속도와 최소 회전 속도 사이의 범위를 만족하는 것과 더불어, 해당 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 상기 엔진의 요구 동력보다 크게 하는 변속단 중 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 선택하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 엔진의 요구 동력은, 차속 및 가속 페달의 입력값에 의해 미리 정해진 맵에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 엔진의 요구 동력을 만족시키도록 하는 엔진의 스로틀 개도를 산출하는 단계 및
상기 산출된 스로틀 개도에 근거하여 스로틀 제어를 실시하는 단계를 더 포함하고,
상기 엔진의 스로틀 개도를 산출하는 단계에서는,
현재 차량의 차속으로부터 상기 엔진의 요구 동력을 만족시키기 위한 엔진 토크를 계산하는 단계;
엔진 회전수에 따른 엔진 토크 및 스로틀 개도에 관한 맵을 이용하여 요구 동력을 얻을 수 있는 스로틀 개도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속과 실제 차량의 차속의 차이값에 대해 비례적분(PI) 제어를 수행하여 상기 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속을 보상하기 위한 보상값을 산출하고, 산출된 보상값에 의해 계산된 차속을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어 방법.
가속 페달 입력값에 따른 출력 및 차속에 따른 주행 저항을 극복하기 위한 출력을 합산하여 엔진의 요구 동력을 산출하는 요구 동력 산출부;
상기 요구 동력 산출부에 의해 산출된 엔진의 요구 동력을 입력값으로 하여, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 얻어지는 연료 소모량당 주행 거리를 파라미터로 포함하는 비용함수를 이용하여 상기 비용함수가 최대가 되는 최적 변속단을 산출하고, 상기 최적 변속단에 근거하여 변속기를 제어하는 변속기 제어부 및
상기 엔진의 요구 동력을 만족시키도록 하는 엔진의 스로틀 개도를 산출하고, 상기 산출된 스로틀 개도에 근거하여 스로틀 제어를 실시하는 엔진 스로틀 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어기.
청구항 11에 있어서,
상기 비용함수는 하기의 수학식으로 정의되는 비용함수 c(n)인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어기.

…(1)
여기서, n은 변속단, F(n)은 해당 변속단에서의 연료 소모량당 주행 거리, D(n)은 해당 변속단에서 필요한 변속 횟수, a 및 b는 비례 상수이다.
청구항 12에 있어서,
상기 변속기 제어부는,
상기 엔진의 요구 동력, 현재의 엔진의 회전수, 차속을 입력받아, 차량 모델의 시뮬레이션을 통해 특정 변속단으로 차량이 소정 시간동안 주행하였을 때의 주행 거리 및 그때의 연료 소모량 및 필요한 변속 횟수를 구하고, 이 값들을 이용하여 해당 변속단에서의 비용함수를 산출하는 비용 함수 산출부 및
현재의 변속단, 업 시프트 및 다운 시프트를 수행하였을 때의 각 변속단에서 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 선택하는 최적화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어기.
청구항 13에 있어서,
상기 최적화부는,
상기 시뮬레이션에 의해 계산되는 해당 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 엔진의 최대 회전 속도와 최소 회전 속도 사이의 범위를 만족하는 값인지 여부를 판단하고,
상기 회전속도 범위를 만족하는 변속단 중 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 최적 변속단으로 선택하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어기.
청구항 14에 있어서,
상기 최적화부는,
상기 시뮬레이션에 의해 계산되는 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 상기 엔진의 요구 동력보다 큰 것인지 여부를 판단하고,
상기 시뮬레이션에 의해 계산되는 해당 변속단에서의 엔진의 회전 속도가 해당 엔진의 최대 회전 속도와 최소 회전 속도 사이의 범위를 만족하는 것과 더불어, 해당 엔진의 회전 속도에서의 해당 엔진의 최대 발생 동력이 상기 엔진의 요구 동력보다 크게 하는 변속단 중 산출된 비용함수를 최대화하는 변속단을 최적 변속단으로 선택하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어기.
청구항 11에 있어서,
상기 스로틀 제어부는,
현재 차량의 차속으로부터 상기 엔진의 요구 동력을 만족시키기 위한 엔진 토크를 계산하고, 엔진 회전수에 따른 엔진 토크 및 스로틀 개도에 관한 맵을 이용하여 요구 동력을 얻을 수 있는 스로틀 개도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어기.
청구항 13에 있어서,
상기 변속기 제어부는,
상기 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속과 실제 차량의 차속의 차이값에 대해 비례적분(PI) 제어를 수행하여 상기 차량 모델의 시뮬레이션에 의해 계산되는 차속을 보상하기 위한 보상값을 산출하고, 산출된 보상값에 의해 계산된 차속을 보상하도록 하는 비례적분 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인의 통합 제어기.