KR0144556B1 - 자동기계식 변속장치의 제어방법 및 그의 장치 - Google Patents

자동기계식 변속장치의 제어방법 및 그의 장치

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KR0144556B1 KR1019920007808A KR920007808A KR0144556B1 KR 0144556 B1 KR0144556 B1 KR 0144556B1 KR 1019920007808 A KR1019920007808 A KR 1019920007808A KR 920007808 A KR920007808 A KR 920007808A KR 0144556 B1 KR0144556 B1 KR 0144556B1
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대비드 보오드만 마아크
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프랑크 엠 사죠벡
이턴 코오포레이숀
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Abstract

본 발명은 엔진(16)과 기계식 변속기와 엔진과 변속기 사이에서 구동적으로 개재되는 토오크 컨버어터(20)를 구비하여 감지된 토오크 컨버어터 슬립(TC 슬립)을 토대로 한 동력 다운시프트 제어방법/장치에 관한 계획을 갖는 자동기계식 변속장치에 관한 것이다. 동력 다운시프트 초기에 목표기어는 TC 슬립, 차량감속률, 현재기어 및 운전자 드로틀 요구량에서 기인된다. 이들 값들은 값이 증가함에 따라 스킵 동력 다운 시프팅의 잠재성을 향상시키도록 하는 4차원 메트릭스 파라미터들이다.

Description

자동기계식 변속장치의 제어방법 및 그의 장치
제1도는 본 발명의 토오크컨버어터와 토오크컨버어터 분리 및 바이패스 구조의 개략도.
제2도는 본 발명의 자동기계식 변속장치의 개요도.
제3도는 본 발명이 자동기계식 변속장치의 부분을 도시한 도면.
제4도는 제2도의 변속장치의 일반적인 시프트 시퀀스의 그래프.
제5도는 제3도의 변속장치 시프트형태의 도면.
제6도는 본 발명의 제어논리의 제어메트릭스 포맷의 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12:차량 자동기계식 변속장치 16:연료제어형 엔진
32:드로틀제어장치 54:입력부품
60:출력부품
본 출원은 공동계류중인 미합중국 특허 출원과 관련되어 있다.
즉, 레인지 시프팅 고정 허용도 방법/장치의 제목의 일련번호 698,748과 드로틀 제어고장 검출 및 허용도 방법/장치의 제목의 일련번호 697,813과 투으스브우트/부우즈 제어방법/장치 (Tooth Buzz Control Method/System)의 제목의 일련번호 697,384와 부드러운 업시프트 제어방법/장치의 제목의 일련번호698,752와 복합 동력다운 시프트방법/장치의 제목의 일련번호 698,751과 SAEJ1922형 엔진제어기를 이용한 드라이벌링 토오크 제한 제어방법(Driveling Torgue Limit Cotrol Strategy)의 제목의 일련번호 698,017에 관한 것으로, 이들은 1991년 5월 9일에 제출됐고 이턴사의 양수인에게 양도됐다.
본 발명은 엔진, 토오크 컨버어터, 록업/분리(lockup/disconnect) 클러치 어셈블리, 동력 동기화기(power synchronizer) 어셈블리 및 기계 변속 메카니즘을 포함하는 유형의 자동 기계 변속기 장치의 작동을 제어하는 제어장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
특히 본 발명은 동력에 의한 다운 시프트 동안에 있어서 목표기어의 선택을 토오크 컨버어터 슬립, 차량감속률, 드로틀위치 및 현재 연결된 기어비를 호함하는 여러 파라미터의 함수에 의존하는 자동변속장치의 제어장치/방법에 관한 것이다.
복식레인지, 분할기, 또는 레인지 및 분할기 조합형의 기계 변속기 장치는 선행 기술로서 미합중국 특허 번호 4,788,689 ; 4,754,665 및 4,735,109에 공지되어 있다. 기계식 변속기 및 제어장치와, 이것들을 자동적으로 시프트하는 보통은 감지된 입력과 소정의 논리법칙에 따라 기계식 변속기 및 제어장치와, 이것들을 자동적으로 시프트하는 보통은 감지된 입력과 소정의 논리법칙에 따라 전기적으로 제어되는 액츄레이터를 포함하는 자동기계식 소정의 논리법칙에 따라 전기적으로 제어되는 액츄레이터를 포함하는 자동기계식 변속 장치가 미합중국 특허 번호 4,648,290 ; 4,595,986 ; 4,527,477 ; 4,711,141 ; 4,792,901 ; 4,361,060 ; 4,140,031 및 4,081,065에 공지되어 있다.
이러한 장치는 또한 SAE 논문 번호 831776 [(제목:자동 기계식 변속 제어“AUTOMATED MECHANICAL TRANSMISSION COMTROLS”)]에 개재되어 있다. 자동 변속기용 고장 허용 논리 루우틴이 미합중국 특허 번호 4,922,425 ; 4,894,899 및 4,899,279에 공지되어 있다.
구동엔진과 기계식 변속기어 변속기 사이에서 구동할 수 있게 위치한 토오크 컨버어터 및/또는 토오크 컨버어터 바이패스 또는 록업장치를 포함하는 자동변속기 장치도 미합중국 특허번호 3,593,596 ; 4,261,216 ; 4,271,274 ; 4,351,205 및 4,375,171에 공지되어 있다. 엔진속도에 무관하게 입력축을 제동 및 가속시키고 엔진속도를 조종하지 않고 변속기 죠우 클러치부재를 동기화시키는 장치, 즉 동력 동기화장치를 이용한 자동기계식 변속장치는 선행기술로 공지되어 있고 이는 미합중국 특허번호 3,478,891 ;4,023,443 ; 4,140,031 및 4,164,126에 개재되어 있다.
동력 엔진과 변속기 입력축 사이에서 구동적으로 개재되어 있는 토오크 컨버어터와 컨버어터 록업/분리 어셈블리는 미합중국 특허번호 4,784,019 및 4,860,861과 S.A.E 논문 번호 881830[(제목 THE EATON CEEMAT (CONVERTER ENHANCED ELECTRONICALLY MANAGED AUTOMATIC TRANSMISSION) ”]에 공지되어 있다.
이러한 변속 장치는 수동조작용 변속기의 구조와 동일한 또는 실제적으로 동일한 구조의 기계식 변속 기어변속기를 이용하고 차량이 스타트업(START UP)할 때 토오크 컨버어트의 장점과 높은 차속/기어비로 엔진과 변속기 사이를 비슬립 상태로 연결할 수 있는 장점을 줄 수 있는 동시에 변속기 죠우 클러치를 비교적 급속히 동기화시키는 장점을 제공한다.
수동 변속기 장치에 활용된 것과 거의 같은 기계식 체인지 기어 변속기를 토대로한 자동 기계식 변속기를 제조와 보관 및 유지비가 절약된다.
필요하다면 솔레노이드등에 의해 자동제어가 되는 시프팅 메카니즘을 추가 할 수 있다.
이러한 시프팅 메카니즘은 위에서 언급된 미합중국 특허 번호 4,361,060 ; 4,899,607과 미합중국 특허번호 4,873,881 ; 4,445,393에 공지되어 있다.
위에서 설명한 미합중국 특허번호 4,614,126 ; 3,478,881 또는 3,023,443에 개재된 동력동기화 메카니즘도 변속기 죠우클러치를 동기화 하기 위해 마련되어 있다. 토오크 변속기는 구동엔진과 변속기 사이에 구동적으로 개재되어 있다. 토오크 컨버어터로 구동되는 부재 또는 터어빈을 변속기 입력축에 결합 및 토오크 컨버어터 입력 또는 임펠러(예컨데 엔진출력)를 변속기 입력축에 결합시키는 각각 독자적으로 자동하는 제1 및 제2클러치, 바람직하기로는 마찰 클러치를 포함하는 토오크 컨버어터 및 록업 및 분리클러치 구조체가 설치되어 있다.
제2연결장치(클러치)가 맞물리고 제2연결장치(클러치)가 분리될때만 토오크 컨버어터가 엔진과 변속기 사이에서 상호 구동 연결된다. 제2클러치가 맞물릴 때 토오크 컨버어터가 록업된다. 즉, 터어빈이 엔진에 의해 직접 구동된다. 제2클러치가 제1클러치와 동시에 맞물릴 때도 변속기가 엔진에 의해 직접 구동된다.
제2연결장치의 상태에 관계없이 제1연결장치가 분리될 때 변속기 입력축은 엔진 토오크로부터 분리되고 토오크 컨버어터의 관성 및 제2연결장치의 관성으로부터 분리되어 죠우클러치를 쉽게 분리할 수 있고, 입력축상에 관성이 작기 때문에 동기화 메타니즘을 재빨리 작동시키고 정지 및 구동 상태의 차량에서 선택기어를 사전 연결하는 것이 가능하다.
운전자에 의한 드로틀페달의 설정과 관계없이 바람직한 엔진속도를 제공하기 위해 기관에 공급되는 연료가 조종되는 전자식 및 다른 엔진 연료 장치는 공지되어 있다.
이러한 장치는 미합중국 특허번호 4,081,065 ; 4,361,060 ; 4,792,901과 SAE 9222 전자 엔진 제어 규칙과 관련 규칙 SAE J1708, J1587 J1843에 기재되어 공지되어 있다.
시프팅하는 동안 토오크를 차단해야만 하는 수동기계식 변속기를 근간으로 한 상기의 자동변속기 시스탬에 있어서, 제어장치의 제1의 목적은 특히 동력 다운시프팅 상태동안 토오크 차단시간을 최소화 하는 것이다.
따라서 제어계획은 불필요한 추가 시프팅을 최소화하여, 변속기 스킵동력다운시프트(trqnsmissiom skip power down shifr)가 가능하도록 시프트를 하기전에 적당한 기어비(즉, 목표기어)를 결정하는 것이다.
스킵 다운 시프트 논리루우틴를 가진 자동 기계식 변속기 장치는 미합중국 특허 번호 4,576,065 ; 4,852,006 및 4,916,976 및 S.A.E 논문 번호 831776에 개재되어 있다.
본 발명에 따라서 선행기술의 결점은 위에서 설명한 유형의 자동기계 변속기 장치에 단일단 또는 다단 시킵 동력 다운시프트와 관련된 동력 다운 시프트 상태동안 적당한 목표기어비를 결정하는 측정된 토오크 컨버어터슬립를 토대로한 제어계획을 제공하므로서 극복 또는 최소화 하여 불필요한 추가시프팅을 최소화하고 토오크 차단주기를 최소화 한다.
상기 사항은, 바람직하게는 기계식 체인지 기어변속기를 토대로해서 전술한 미국 특허 4614126호에 기재된 것처럼 동력 동기화 메카니즘, 구동엔진 및 변속기 사이에 구동개재된 토오크 컨버어터 록업 및 분리클러치 구조체를 추가시킨 자동기계식 변속장치에서, 상기 토오크 컨버어터에 있어서 슬립을 측정할 수 있는 수단을 구비하는 것에 의해서 달성할 수 있다.
상기 사항은 자동제어에 알맞는 시프팅 메가니즘과 위에서 언급한 미합중국 특허 번호 4,614,126에 설명된 것처럼 동력 동기화 메카니즘과 구동엔진과 변속기 사이에 구동적으로 개재하는 토오크 컨버어터와 토오크 컨버어터 록업 및 분리클러치 구조체가 설치된 기계식 체인지 기어 변속기를 토대로 한 자동 기계 변속기 장치에 토오크 컨버어터의 슬립을 측정할 수 있는 수단을 제공하므로서 성취된다.
토오크 컨버어터에 있어서의 슬립도는 적용된 엔진토오크와 직접 관계하고 적용된 토오크는 변속기의 단일단 또는 다단 스킵 다운 시프트를 하게 하는 동력 다운 시프트 동안 적당한 목표기어를 결정할 때 팔라미터로 이용되며, 이것에 의해 변속기의 단일 또는 다단의 스킵다운 시프트가 가능하게 된다.
토오크컨버어터 (TC)의 고유특성에 따라 적용된 엔진토오크는 토오트 컨버어터의 슬립에 비례한다. 토오크컨버어터의 경사(TCs)는 TCs=TC 입력 속도-TC 출력속도로 정의한다. 토오크 컨버어터의 성능을 설명하는 종래의 상수의 하나는 용량 계수(K)라 하고 다음과 같이 정의한다.
따라서
이 된다.
다운시프트 초기에, 목표기어는 TCs, 차량감속률, 현재기어비 및 운전자 드로틀 요구량에서 구해진다.
이 네 개의 차량상태는 각각의 파라미터의 값이 증가됨에 따라 스킵 동력 다운 시프팅의 가능성이 커지게 되는 사차원 메트릭스의 파라미터이다. 따라서 본 발명의 목적은 동력동기화와 엔진과 기계변속기 사이에 위치하여 구동하는 토오크컨버어터와 향상된 토오크컨버어터 및 분리클러치 구조를 이용한 새롭고 향상된 자동기계 변속기 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적어도 부분적으로 감지된 토오크 컨버어터의 슬립(TCs)을 기초로 해서 동력 다운 시프트 상태에서 목표기어를 선택하는 제어논리를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 및 장점은 수반한 도면과 관련해서 바람직한 실시예를 설명함으로서 분명해질 것이다.
용어들은 단지 편의를 위해 사용했을뿐 제한하려는 것은 아니다. “윗쪽으로”,“아래쪽으로, 오른쪽으로 및“왼쪽으로”라는 용어는 도면에서 방향을 표시한다. “안쪽으로”및“바깥쪽으로”라는 용어는 장치의 기하중심에서 멀리 및 기하중심쪽으로의 방향을 나타내고 이의 부분을 표시했다.
위의 용어들은 위에서 언급한 특별한 용어에 적용할 수 있고 용어의 파생 및 의미로도 적용할 수 있다. 여기서 이용한 “저 기어비”또는 “저구동비”는 출력축 속도에 대한 입력축 속도의 높은 비율을 가지는 기어 또는 구동비를 의미한다.
예컨대 제2(두번째)기어는 제3(세번째)기어보다 낮고 그래서 제3기어에서 제2기어로의 시프트는 다운시프트이다.
제4속도에서 제1속도까지의 직접 시프트는 두비(제3 및 제2)가 스킵된 다단 스킵 다운시프트이다. “동력 다운 시프트”는 최소한 부분적으로 (가끔 완전히)누른 드로틀페달에 따라 발생하는 다운시프트이다. 본 발명의 이를 활용한 록업 및 분리 어셈블리(10)와 자동기계식 변속기 장치(12)는 대략적으로 제1도 및 제2도 및 제3도에 예시되어 있다. “자동 기계식 변속기 장치”라는 용어는 최소한 드로틀장치 제어형 히트엔진(16)과 다단 속도 죠우클러치형 체인지 기어 변속기(14)와 마스터 마찰클러치등의 비확동 결합장치(nonpositive coupling debvice) 및 또는 엔진과 변속기 사이에 위치한 유체결합장치(10/20) 및 이를 자동적으로 제어하는 제어유닛(50)을 포함하는 것을 의미한다. 물론 이러한 장치는 제어유니트에 입력신호를 송신 및 /또는 그것으로부터 출력신호를 수신하는 센서 및/또는 액츄레이터가 설치되어 있다.
본 발명은 토오크컨버어터와 토오크 컨버어터 록업/분리 클러치를 갖는 변속기 장치에도 이용할 수 있지만, 이와 관련된 록업, 바이패스 및/또는 분리클러치가 없는 변속기 장치에도 적용하여 사용할 수 있다.
본 발명의 자동기계식 변속기 장치(12)는 중형트럭과 같은 지상차량에 사용할 수 있게 되어 있지만 이러한 사용에만 제한되지는 않는다.
예시된 자동 기계식 변속기 장치(12)는 유체연결장치 또는 토오크컨버어터 어셈블리(20)를 통해 원동기 드로틀 장치로 제어되는 엔진(16)(디젤엔진)에 의해 구동되는 자동 다단 속도 기계식 체인지 기어 변속기(14)를 포함한다.
자동변속기(14)의 출력은 선행기술에 공지된 것과 같이, 적당한 동력전달 계통의 부재, 예를 들어 차동구동축, 트랜스버 케이스에 구동연결된 출력축(22)이다.
아래에 자세히 설명되어 있듯이, 토오크컨버어터 록업 및 분리 클러치 어셈블리(10)에는 두 개가 각각 독립적으로 연결 되는 클러치, 바람직하기로 마찰클러치, 즉, 토오크컨어버어터 분리 클러치(24)와 토오크 컨버어터 록업 또는 바이패스 클러치(26)를 포함한다.
변속기(14)는 위에서 언급한 미합중국 특허 번호 4,445,393에 기재된 유형의 가압유체 작동식 시프트 어셈블리 유형인 변속기 작동메카니즘(28)을 포함한다.
또한 변속기는 미합중국 특허번호 3,478,851 ; 4,023,443 또는 4,614,126에 예시 개재된 유형의 동력동기화 어셈블리(30)을 포함한다. 또한 본 발명은 동력 동기화 어셈블리 포함하지 않는 자동기계식 변속기 장치에도 이용할 수 있다.
위에서 언급한 동력 전달계열 부품들은 선행기술에 공지되어 있고 아래에서 자세히 설명될 여러장치에 의해 작용되거나 감시된다.
이들 장치는 운전자가 제어한 차량드로틀 페달 또는 다른 연료 드로틀장치를 감지하는 드로틀위치 감지 어셈블리(32)와 엔진에 연료를 공급하는 것을 제어하는 드로틀제어기(34)와 엔진의 회전속도를 감지하는 엔진속도센서 어셈블리(36)와 토오크컨버어터 분리클러치 및 록업클러치를 작동시키는 토오크컨버어터 분리클러치 및 록업클러치 오페레이터(40)와 변속기 입력축 속도센서(42)와 변속기 출력축 속도센서(44)와 변속기 시프팅 메카니즘(28)의 작동을 제어하는 변속기 시프팅 메카니즘 오퍼레이터(46) 및/또는 동력 동기화 메카니즘의 작동을 제어하는 동력 동기화 메카니즘 액츄레이터(40)를 포함한다. 드로틀제어기(34)는 드로틀페달에 대한 운전자의 설정위치와 관계없이 설정 또는 가변레벨까지 엔진의 연료를 감소 [디프(“dip”)]하게 하는 오버라이드장치일수도 있다. 위에서 언급한 SAE J1922 또는 유사한 논문의 제어기의 경우에 소망의 엔진속도를 얻고/또는 유지하기 위해 필요에 의해서 연로공급을 변화시킬 수 있다. 위에서 언급한 장치는 정보를 공급 및/또는 전자 중앙 처리장치(ECU)(50)로부터 명령을 받아들인다.
중앙 처리 장치 또는 제어기(30)는 디지털 마이크로 프로센서인 것이 바람직하다. 이의 구성 및 부분은 본 발명의 범위가 아니다. 운전자가 차량의 작동모드인 리버스(R), 중립(N)또는 여러전진 구동 (D,DL)을 선택하므로서 중앙처리장치(50)는 시프트제어기 또는 모드 선택기 어셈블리(50)로부터 정보를 수신한다.
일반적으로, 작동 모드인 D모드는 포장도로 차량 주행용(on-highway vehicle travel)인 반면, 작동의 DL모드는 오프 로드작동용(off-road operation)이다. 일반적으로 본원장치는 센서 및/또는 액츄레이터의 고장을 감지해서 반응하는 여러 센서와 회로 및/또는 논리루우틴이 구비되어 있다. 공지되어 있듯이, 중앙처리장치(50)는 여러센서 및/또는 작동장치로부터 입력을 받아들인다. 이 직접 입력외에 중앙처리장치(50)는 입력신호를 미분해서 여러 감시장치의 변화비를 나타내는 계산신호를 발생하는 회로 및/또는 논리장치, 입력신호를 비교하는 수단 및 또는 예를 들어 마지막 시프트 방향과 같은 일정한 입력신호를 기억하는 메모리 수단과, 소정의 사실이 발생할 때 메모리를 클리어링(clearing)하는 수단을 포함한다.
상기에서 언급한 기능을 실시할 수 있는 특정회로는 선행기술에 공지되어 있고 미합중국 특허 번호 4,361,060 및 4,595,986 및/또는 이송전자의 IEEE 카다로그 번호84Ch1988-5의 국제회의 20에 등록된 IEEE/SAE의 회보의 기계변속기의 자동화 제목의 기술 논문에 개재되어 있다. (techical paper entitled “THE AUTOMATION OF MECHANICAL TRANSMISSIONS” published proceedings of a joint IEEE/SAE conference entitled International Congress 20 on Transportation Electronics, IEEE Catalog Number 84CH1988-5)전자 제어장치 특히, ECU를 토대로 한 마이크로 프로세서의 작동/기능에서 알 수 있듯이, 하드 배선된 개별의 논리장치 또는 단일의 논리장치에 의해서 제어장치 논리규칙(소프트웨어)의 각각의 부분 즉 서브루틴에 근거하여 다양한 논리기능이 실행된다. 엔진(16)과 자동체인지 기어 변속기(14) 사이에서 구동개재되어 있는 토오크컨버어터(20)와 토오크컨어버 록업 및 분리클러치 어셈블리(10)에 관한 설명은 제1도를 참조하면 알 수 있다.
토오클 컨버어터 어셈블리(20)는 슈라우드(Shroud)(58)를 통해 엔진 출력 또는 크랭크축(56)에 의해 구동되는 임펠러(54)에 의해 구동되는 임펠러에 의해 유압구동 되는 터어빈(60)과 하우징(64)에 접지된 고정자 또는 런너(runner)(62)를 가지고 있다. 슈라이드(58)는 또한 토오크 컨버어터를 가압시키고 변속기를 윤활시키고, 변속기 시프팅 메카니즘(28) 및/또는 동력 동기화 메카니즘(30)을 선택적으로 압력을 가하고/또는 분리 및 바이패스 클러치(24) 및 (26)를 작동시키는 펌프(70)를 구동한다. 펌프(70)는 초승달 기어와 같은 공지된 구조일 수 있다.
변속기(14)의 입력축(72)은 토오크 컨버어터 어셈블리(20) 및/또는 록업 및 분리클러치 어셈블리(10)를 경유하여 엔진(16)에 의해 구동된다. 변속기(14)의 입력축(72)에는 연결부재(74)가 같이 회전가능하도록 부착되어 있다. 연결부재(74)는 토오크 컨버어터 분리클러치(24)와 대응하는 부분(76)과 입력축과 연동하기 위해서 스플라인이 부착되어 있는 제2허브부(78)를 포함한다.
간단히, 아래에서 더 자세히 설명되었듯이, 록업클러치(26)의 연결 또는 분리에 관계없이 토오크 컨버어터 분리클러치(24)를 연결 또는 분리하여 토오크 커버어터 터어빈(60)과 록업클러치(26)에 대응되는 연결부재(79)를 연결부재(74)의 부분(76)을 경유하여 변속기 입력축(72)에 대해서 마찰적으로 연결 또는 분리시킬 수 있다.
토오크컨버어터 록업클러치(26)는 분리클러치(24)의 연결 또는 분리에 무관하게 연결 또는 분리되어 엔진크랭크축(56)과 이에 의해 구동되는 슈라이드(58)를 연결부재(79)에 마찰시킬 수 있다. 컨버어터 록업클러치(26)를 연결할 경우 토오크 컨버어터 분리클러치(24)의 연결 또는 분리상태에 관계없이 슈라이드(58)를 경유하여 엔진크랭크축(56)이 연결부재(79)와 직접 맞물리므로서 분리클러치(24)가 연결되면, 엔진(16)으로부터 직접 토오크컨버어터(20)와 구동 변속기(14)를 효과적으로 록업한다. 게다가 토오크컨버어터 록업속도이상의 속도에서는 클러치(24)의 분리에 의해서 연결부재(79)의 관성과 입력축(72)이 분리되기 때문에 시프팅하는 동안 록업클러치(26)가 분리 또는 연결될 필요가 없다.
만일 토오크 컨버어터 바이패스 클러치 또는 록업클러치(26)가 분리되고 토오크 컨버어터 분리클러치(24)가 연결되면, 변속기(14)는 선행기술에 공지되었듯이 토오크컨버어터 유체연결장치를 경유해 엔진(16)에 의해 구동된다. 만일, 록업클러치(26)의 상태와 무관하게 토오크 컨버어터 분리클러치(24)가 분리되면, 변속기 입력축(72)은 토오크컨버어터, 엔진 및 클러치(26)에 의해 공급된 어떤 관성토오크 또는 엔진에 의해 공급되는 어떤 구동 토오크와 구동적으로 분리된다.
변속기 입력축(72)을 엔진, 클러치(26) 및 토오크 컨버어터의 관성영향에서 분리하는 것에 의해 변속기가 다운시프팅 또는 업시프팅하는 동안 동기화를 빨리 성취하기 위해 매우 빠른 방식으로 동력 동기화 메카니즘(30)에 의해 입력축(72)의 회전속도와 이에 구동할 수 있게 연결된 모든 속기기어의 회전속도를 가속 또는 감속시키고 동력 동기화기(30)가 입력축(72)을 제어엔진 속도(governed engine speed)보다 더 큰 회전속도로 회전하게 한다.
챠량이 모드 선택기에 의해 드라이브 또는 오프 드라이브 모드로 정지할 때 분리클러치(24)가 연결되고 록업클러치(26)가 분리되어 공지된 장점으로 토오크 컨버어터를 스타트업하게 한다. 소정의 기어속도 및/또는 기어비이상에서는 토오크 컨버어터의 작동의 이점이 더 이상 필요하지 않고 구동엔진과 변속기 사이에 직접 구동의 효율을 높일 필요가 있다. 이러한 상태에서 토오크 컨버어터 록업클러치(26)가 연결된 상태를 유지한 상태에서, 변속기 입력축(72)은 토오크 컨버어터 슈라이드(58)와 연결부재(79)를 경유하여 엔진으로부터 직접 구동되게 된다.
위에서 설명했듯이 전에 연결된 기어에서 중립으로 시프트하도록 클러치(24)를 분리시켜, 동력 동기화기가 연결되어야 하는 기어의 죠우클러치부재를 동기화시키고 연결되어야 할 기어의 동기화된 죠우클러치를 연결시키게 되는 것이 가능하게 된다.
바람직한 기어비의 선택과 토오크 컨버어터 분리 또는 록업클러치의 필요한 연결 또는 분리의 선택은 여러 클러치와 변속기 오퍼레이터에 대한 명령신호의 발생과 어불어 종래 기술분야에 공지된 방식으로 중앙처리장치(50)에 의해 실행되고 위에서 언급한 미합중국 특허번호 4,361,060 및 4,595,986에 공지되어 있다. 복합형 변속기(14)는 제3도에 더 자세히 설명되어 있고 주부부축(90) 또는 부축이 보조부 부축(92)과 동축으로 배열되어 있다.
변속기(14)는 비교적 표준적인 설계이며 주부 및 보조부(94),(96)의 각각의 부축만을 도시했다.
동축으로 정렬된 주부 및 보조부 부축을 가진 이러한 변속기의 예는 미합중국 특허번호 3,105,395 및 138,965에 공지되어 있다. 변속기(14)의 입력축(72)에 부재(78)가 회전가능하게 고정되어 있고 또한 이곳에는 회전할 수 없게 부착된 입력기어(98)가 있다. 주부부축(90)은 주축(100)에 거의 평행하고, 부축기어(102), (104), (106), (108), (110), (112)가 회전가능하기 위해 고정되어 있다. 비율기어라고 부르는 다수의 기어 (114), (116), (118), (120)는 주축을 포위하고 한번에 하나씩 양측 확동 죠우클러치 클러치칼라 (122),(124) 및 (126)에 의해 주축에 선택적으로 클러치 연결가능하다.
또한 죠우클러치 칼라(122)는 입력축(72)을 직접 주축(100)에 클러치 연결하는 한편, 클러치칼라(126)는 후진주축기어(128)를 주축에 클러치 연결한다. 주축기어 (114), (116), (118), (120)는 주축을 포위하고 부축기어(104), (106), (108), (110)의 반대쌍과 연속 정합 연결되고 이에 의해 지지되고 이에 관한 특별한 장점은 위에서 언급한 미합중국 특허번호 3,105,395 및 3,335,616에 자세히 설명되어 있다. 후진 주축기어(128)는 종래의 중간아이들 기어(도시되지 않음)에 의해 부축기어(112)가 연속 정합연결 되어 있다. 최전방 부축기어(102)는 입력기어(98)와 계속적으로 정합되어 있고 입력기어(98)가 회전 구동될 때에는 언제나 입력기어에 의하여 구동되는 부축(90)을 회전시키게 한다. 클러치 칼라(122)에 설치되어 있는 확동죠우클러치(98b), (114b)가 각각 클러치 이빨(98a) 및 (114a)와 연결됨에 의해 각각 확동클러치(98c), (114c)를 형성한다. 클러치칼라(124)에 설치되어 있는 확동죠우클러치(116b), (118b)가 각각 클러치 이빨(116a), (118a)와 연결됨에 의해 각각 확동 죠우클러치 (116c), (118c)를 형성한다. 죠우클러치 칼라(126)에 설치되어 있는 확동죠우클러치 (120b), (128b)가 각각 클러치 이빨(120a), (128a)과 연결됨에 의해 각각 죠우클러치 (120c), (128c)를 형성한다. 선행기술에 공지되어 있듯이, 각각의 칼라 클러치는 회전하기위해 그리고 이에 대해 축방향 운동을 위해 주축에 직, 간접으로 스플라인 된다. 클러치 칼라에 대해서 다른 설치수단도 공지되어 있고 이것들은 본 발명의 범위에 포함되는 것이다
각각의 클러치 칼라(122,124) 및 (126)에는 시프트포크 또는 시프트 요크(130), (132), (134)를 수용하는 수단이 마련되어 이에 의해 클러치 칼라가 제3도에 예시된 위치에서 액츄레이터(28)에 의해 동시에 축방향 이동되는 것이 가능하다. 보조변속부(96)는 입력축(72) 및 주축(100)과 동축이며 베어링에 의해 변속기 하우징의 회전을 지지하는 출력축(22)이 설치되어 있다. 또한 보조부는 베어링에 의해 하우징 회전을 위해 지지된 보조부 부축(92)을 포함한다.
주축(100)과 회전하기 위해 보조부 구동기어(136)가 고정되어 있다.
보조부 부축(92)에는 이것과 회전가능하게 보조부 부축기어(138) 및 (140)이 설치되어 있다. 보조부 중간축 기어 (138)는 보조부 입력기어(136)과 일정하게 정합되어 있는 반면, 보조부 부축기어(140)는 출력축(22)을 포위하는 출력기어(142)와 일정하게 정합되어 있다.
종래의 각각의 동기화된 죠우클러치 설계의 동기화된 클러치구조체(144)를 이용해서 선행기술에 공지되어 있듯이, 보조구동기어(136)와 클러치 주축(100)을 주축과 클러치축 사이에 직접 구동을 위해 출려축(22)에 선택적으로 클러치되거나 부축(92)을 통해 주축(100)으로부터 출력축(22)을 감소 구동하는 것이 가능하다.
동기화된 클러치구조체(144)는 액츄레이터(28)가 축방향으로 이동시키는 시프트포크(146)에 의해 제어된다. 변속기 보조부 비율단계가 모든 범위를 나타내는 주부비율의 전체범위보다 큰 레인지식이다.
이러한 변속기는 미합중국 특허번호 4,754,665에 개재되어 있다. 동력 동기화 어셈블리(30)에는 구동엔진(16)의 회전속도와 무관하게 출력축(22)에 의해 구동되는 유성가속(planetary speed increasing)기어세트가 설치되어 있고, 선택적으로 작동해서 입력축(72)에 의해 구동되는 변속기 부재의 회전속도를 가속하는 것에 의해서 연결해야만 하는 기어비에 대응한 죠우클러치를 동기 회전 시키는 것이 가능하게 된다.
동력동기화 어셈블리(30)에는 또한 입력축에 의해 구동되는 변속기 부재를 감속하는 수단도 설치된는 것이 바람직하다. 입력축에 의해 구동되는 변속기 부재의 감속은 중앙처리장치(50)에 의해 바람직하게 제어되는 입력축 및/또는 엔진제동장치에 의해 성취된다.
동력동기화 어셈블리(30)은 출력축(22)에 의해 직접 또는 간접적으로 구동하는 차량관통기어(142)에 의해 구동되어 보조부분이 연결되지 않을 때 주부부축(90)을 가속시키는데 효과적이지 않다.
동력 동기화 어셈블리(30)의 구조 및 작동의 설명은 위에서 언급한 미합중국 특허번호 4,164,126에 설명되어있다.
장치(12)의 변속기(14)의 단단시프트에 관한 시프트 시퀀스가 제4도에 예시되어 있다. 제2 속도에서 제3 속도까지 시프트(단단 업시프트)가 필요하다는 것을 ECU(50)가 결정하면, ECU는 연료제어기(34)에게 엔진의 연료공급을 감소시키게(“디프”)하고 엔진으로의 연료공급이 감소하는 동안, 분리 클러치(또는 마스터 클러치)(24)가 분리되고 주부(94)를 중립으로 시키게 한다. 엔진으로의 연료공급이 감소하고 분리클러치를 디클러치(declutch)하고, 주부분을 분리할 때 동력 동기화 장치가 작동되어 주축기어(예:제3속도 주축기어(114))를 출력축 속도 및 보조부분(96)의 비율에 의해 결정되는 목표속도 또는 주축(100)에 대해서 거의 동기화속도 회전시키게 한다. 출력축 속도가 센서 (44)에 의해 감지되는 반면, 여러 주축기어의 속도는 센서(42)에 의해 감지된 입력축(72)의 속도의 공지의 배수이다.
주부의 분리후에는 언제라도 레일선택 기능을 실시할 수 있고, 동력동기화가 연결기어를 목표속도에 근접하게 되면 새로운 비로 주부를 재연결하는 때에 도달한다. 물론 업시프트 동안 통상 동력 동기화가 입력축과 관련기어링의 속도를 지연해야만 한다. 적당한 주부비로 연결될 때 분리클리치는 다시 연결되고 엔진연료가 재공급된다. 일반적으로 단순시프트는 약 0.70∼0.80초에 성취되고 분리(토오크차단)시간은 약0.50초가 걸린다. 무거운 짐을 싣은 차량이 가파른 슬립를 올라가야만 하는 도로상태에서는 단일 스탭의 다운시프트 작동의 운전이 만족스럽지 못하는 경우가 많다. 급경사의 경우에 차량은 이동 및/또는 가속시키는데 필요한 토오크가 급속히 증가하는 반면, 차량은 급속히 감속된다.
이러한 상황에서는 단일 스텝의 다운 시프트 자동의 시프트 논리에서 단일 스탭의 다운시프트를 빈번히 반복하는 것이 필요하지만 이것은 바람직하지 못하고 기어의 분리시간에 대한 기어연결 시간의 비가 소망 이하에 되는(즉, 토오크 차단시간이 최소화되지 않는) 및, 또는 최대 토오크를 제공하는 허용비를 선택할 수 없다.
수동식 기계 변속기(14)로부터 얻은 변속기 장치(12)은 시프팅 하는 동안 토오크를 차단해야만 한다.
본 발명의 제어장치의 일차 목적은 이 토오크 차단시간을 최소화하는 것이다. 따라서, 제어방법은 불필요한 부가적인 시프팅을 최소화 하기 위해 시프팅 하기전에 적당한 기어비(즉 목표기어)를 결정해야만 한다.
본원장치는 토오크 컨버어터에 있어서 슬립을, 예를 들어 분리클러치(24)가 완전히 연결되어 있다고 가정하는 때에 엔진속도로부터 입력축 속도를 뺀 값의 함수로서(TCs=ES-IS)측정 또는 결정하는 수단이 설치되어 있다. 토오크컨버어터의 슬립도는 적용 엔진 토오크와 직접 관계된다. 이런 적용토오크의 측정치는 동력 다운 시프트때의 적당한 기어를 결정될 때 파라마터로 이용되며, 이것에 의해 변속기의 스킵다운시프트가 생기는 경우가 있다. 본 장치의 작동이 토오크 컨버어터 모드에서, 즉 토오크컨버어터(20)가 클러치 클러치(26)에 의해 록업 또는 바이패스되지 않음에 따라 그리고 토오크컨버어터(TC)의 고유특성에 의존한다고 가정할 때 적용된 엔진 토오크는 토오크 컨버어트의 슬립에 비례한다. 토오크컨버어터의 슬립(TCs)은 TCs=TC 입력속도-TC 출력속도로 정의되고 TC 출력속도는 클러치(24)가 연결되어 있는 것으로 엔진 속도로부터 입력축 속도를 뺀 값으로 측정된다. 토오크컨버어터의 성능을 설명하는 공지 상수의 하나는 용량계수(K)라고 부르는 다음과 같이 정의된다.
따라서,
이 된다.
동력 다운시프트 초기에 목표기어(target gear)는 TCs, 차량감속률, 현재의 기어비 및 운전자의 드로틀요구량에 따라 결정된다.
이 4개의 차량 상태는 각각의 파라미터의 값이 증가하면, 스킵다운 시프트의 가능성이 커지는 4차원 메트릭스의 파라미터들이다. 현재의 기어는 변속기가 시프트하기 전의 비이고 차량감속률은 시프트 하기전에 차량속도(일반적으로, 출력축 속도(OS)로서 감지된다)의 부의 변화률이고 드로틀 요구량은 운전자로부터 엔진 드로틀 요구량(센서32)이고 목표기어는 시프트의 후에 필요한 기어이다.
토오크 컨버어터 모드는 일반적으로 제5도에 도시된 것처럼 제1, 제2, 제3, 및 제4 속도와 같은 낮은 기어비율이다.
일반적으로 제1속도로부터 낮은 속도까지의 다운시프트는 운전자가 수동으로 요구하는 경우에만 실시되고 따라서 제1속도로부터 자동다운 시프트는 행해지지 않고 제2기어로부터의 자동 다운시프트는 제1속도 기어비의 다운시프트로 제한된다.
제3기어에서 (ⅰ)비교적 높은 토오크 컨버어터 슬립(즉(TCs)Refs1), (ⅱ)완전 개구드로틀 및 (ⅲ)차량감속률이 중간∼높음(즉 dos/dtREFD1)의 동력다운 시프트 상태에 있어서 제3속도 기어로부터 제1속도기어로의 스킵동력다운 시프트가 ECU(50)에 의해 명령된다.
제4기어에서, (ⅰ)중간 또는 높은 토오크 컨버어터 슬립(즉(TCs)Refs2), (ⅱ)중간에 완전 개구드로틀 및 (ⅲ)중간∼높은 차량 감속률의 동력다운 시프트 상태에 있어서 제4속도기어비에서 제2속도기어비까지의 스킵 동력 다운 시프트가 명령되고 또한, 완전 개구 드로틀로서 차량 감속률이 높을 때(즉, dos/dtREFD2, 단 REFD2REFD1)제4속도기어로부터 제1속도로의 2단스킵동력 다운 시프트가 ECU(50)에 의해 명령된다. 따라서 특히 낮은 속도(즉, 높은 기계적 이익이 높은)비율로의 동력 다운 시프트 경우에, 자동기계식 변속장치에 있어서 토오크중단 또는 차단시기를 최단으로 하기 위한, 적어도 감지된 토오크컨버어터 슬립에 부분적으로 기초한 제어계획이 제공되었다는 것을 알 수 있다.
바람직한 실시예의 상기 설명의 예에 불과하고 여러수정과 대체 및/또는 부분의 재배열이 본 발명의 정신 및 범위에 벗어나지 않는다는 것이 가능하다.

Claims (16)

  1. 기계식 변속기(14)와 연료제어형 엔진(16)과 변속기 사이에 구동개재되어 있는 유체 토오크 컨버어터와 운전자 설정 드로틀 제어장치(32)와, 용량계수(K 계수)는 공지되어 있으며, (i)토오크 컨버어터의 슬립(TCs), (ⅱ)운전자에 의해 트로틀 제어장치의 설정(THL), (ⅲ)차량감속률(dos/dt) 및 (Ⅳ)현재 연결된 기어비를 표시하는 신호를 포함하는 변속기 장치의 상태를 표시하는 입력신호를 수신하고 이들을 논리법칙에 따라 처리하여 명령 출력신호를 다수의 장치 액츄레이터에 발생하는데 효과적인 중앙처리장치(50)를 포함하는 유형의 차량용 자동 기계식 변속장치(12)를 시프팅하는 방법에 있어서, 동력다운 시프트의 필요성을 감지하고, 토오크 컨버어터 슬립, 드로틀 설정, 차량감속률 및 현재 연결된 기어비의 함수로서 시프트되어야 하는 목표기어를 결정하므로서 동력다운 시프트의 필요성에 응답하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동기계식 변속기 장치를 시프팅하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 현재 연결비가 최소한 제3속도이고 토오크 컨버어터 슬립이 제1기준값(REFs1)을 초과하고 드로틀 설정이 제2기준값(완전드로틀 개구)을 초과하고 차량감속률이 제3기준값보다 클 경우(dos/dtD1)스킵 동력 다운 시프트(skip power dowenshift)가 명령되는 것을 특징으로 하는 차량용 자동기계식 변속기장치를 시프팅하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 토오크 컨버어터는 엔진(16)에 의해 구동하기에 알맞는 입력부품(54)과 변속기의 입력축(72)을 구동하는데 알맞는 출력부품(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동기계식 변속기 장치를 시프팅하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 토오크 컨버어터는 엔진(16)에 의해 구동하기에 알맞는 입력부품(54)과 변속기의 입력축(72)에 의해 구동하기에 알맞는 출력부품(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동기계식 변속기 장치를 시프팅하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 토오크 컨버어터 슬립을 표시하는 신호는 엔진의 회전속도(ES)와 입력축의 회전속도(IS)를 표시하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 기계식 변속기 장치를 시프팅 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 토오크 컨버어터 슬립을 나타내는 신호는 엔진의 회전속도(ES)와 입력축의 회전속도(IS)를 표시하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 기계식 변속기 장치를 시프팅 하는 방법.
  7. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서 토오크 컨버어터 록업클러치(26)를 포함하고 록업클러치가 연결되지 않을 경우만 목표기어를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 기계식 변속기 장치를 시프팅하는 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 변속기가 현재 최소한 제4기어에 연결되고, 드로틀 설정이 제4기준치(100％드로틀)와 같거나 초과하고, 차량감속률이 제5기준치보다 크고 (dos/dtREFD2REFD1), 상기 제4기준치가 제3기준치보다도 큰 감속률에 상당하고, 상기 토오크 슬립이 제1기준치 (REFs1)를 초과할 경우, 다만 스킵다운 시프트(제4속도에서 제1속도로)가 명령되는 것을 특징으로하는 차량용 자동기계식 변속기 장치를 시프팅하는 방법.
  9. 기계식 변속기(14)와 연료제어형 엔진(16)과 변속기 상이에 구동개재 되어 있는 유체 토오크 컨버어터와 운전자 설정드로틀 제어장치(32)와, 용량계수(K 계수)는 공지되어 있으며, (ⅰ)토오크 컨버어터의 슬립(TCs), (ⅱ)운전자에 의해 트로틀 제어장치의 설정(THL), (ⅲ)차량감속률(dos/dt) 및 (Ⅳ)현재 연결 기어비를 표시하는 신호를 포함하는 변속기 장치의 상태를 표시하는 입력신호를 수신하고 논리법칙에 따라 이를 처리하고 명령 출력신호를 다수의 장치 액츄레이터 발생시키는 유형의 차량용 자동 기계식 변속기 장치(12)를 시프팅하는 제어장치에 있어서, 상기 논리법칙은 동력 다운시프트의 필요성을 감지하는 법칙과 토오크 컨버어터의 슬립, 드로틀 설정, 차량감속률 및 현재 연결된 기어비의 함수로서 시프트되어야 하는 목표기어를 결정하므로서 동력 다운시프트의 필요성의 감지에 응답하는 법칙을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 기계식 변속장치를 시프팅하는 제어장치.
  10. 제9항에 있어서 상기 논리법칙은 현재 연결비가 최소한 제3속도이고 토오크컨버어터의 슬립이 제1기준치(REFs1)를 초과하고 드로틀 설정이 제2기준값(완전드로틀 개구)을 초과하고 차량 감속률이 제3기준값 (dos/dtREFD1)보다 클 경우, 스킵 동력 다운 시프트가 명령되는 논리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 기계식 변속기 장치를 시프팅하는 제어장치.
  11. 제9항에 있어서, 토오크 컨버어터는 엔진(16)에 의해 구동하기에 알맞는 입력부품(54)과 변속기의 입력축(72)에 의해 구동하기에 알맞는 출력부품(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동기계식 변속기 장치를 시프팅하는 제어장치.
  12. 제10항에 있어서, 토오크 컨버어터는 엔진(16)에 의해 구동하기에 알맞는 입력부품(54)과 변속기의 입력축(72)에 의해 구동하기에 알맞는 출력부품(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동기계식 변속기 장치를 시프팅하는 제어장치.
  13. 제11항에 있어서, 토오크 컨버어터 슬립을 나타내는 신호는 엔진의 회전속도(ES)와 입력축의 회전속도(IS)를 표시하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 기계식 변속기 장치를 시프팅 하는 제어장치.
  14. 제12항에 있어서, 토오크 컨버어터 슬립을 나타내는 신호는 엔진의 회전속도(ES)와 입력축의 회전속도(IS)를 표시하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 기계식 변속기 장치를 시프팅 하는 제어장치.
  15. 제9항, 제10항, 제11항, 제12항, 제13항 또는 제14항에 있어서 토오크 컨버어터 록업클러치(26)를 더 포함하고 록업클러치가 연결되지 않을 경우에만 목표기어를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동 기계식 변속기 장치를 시프팅하는 제어장치.
  16. 제9항, 제10항, 제11항, 제12항, 제13항 또는 제14항에 있어서 상기 논리법칙에 근거해서, 변속기가 적어도 제4속기어에서 현재 연결되어 있고 드로틀 설정이 제4기준치(100％드로틀)와 같거나, 초과하고 차량감속률이 제5기준치보다 크고(dos/dtREFD2REFD1) 상기 제4기준치가 제3기준치보다도 큰 감속률에 상당하고, 상기 토오크 슬립이 제1기준치 (REFs1)를 초과할 경우, 다만 스킵다운 시프트(제4속도에서 제1속도로)가 명령되는 것을 특징으로하는 차량용 자동기계식 변속기 장치를 시프팅하는 제어장치.
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