KR100196802B1 - 자동 변속 차량의 토크 측정장치와 이를 이용한 토크 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 변속 자동차의 비접촉 토크 측정장치와 이를 이용한 토크 측정방법에 관한 것으로써, 자동 변속 차량 등의 변속 시에 발생되는 회전 토크 변동 량을 직접 터어빈 입력축 둘레에 계측장치를 장착하지 않고도 빛의 위상차를 이용하여 정밀하게 입력축에 작용하는 비틀림 변형률을 통하여 작용 토크를 측정하고 이를 제어함으로써 토크 변동으로 인한 변속 쇼크와 터어빈 입력축의 과대 응력 발생을 방지할 수 있는 비접촉식 토크 측정장치와 그 측정방법을 제공하기 위하여, 고속으로 회전하면서 동력을 전달하는 터어빈 입력축에 직접 부착하지 않고도 빛의 위상차로 축의 비틀림 변형률을 감지할 수 있는 광센서와, 터어빈 입력축의 양단에 일정한 간극을 갖고 체결되어 광원인 빛의 통과 또는 차단을 연속으로 수행하면서 위상차 주기를 감지하는 치차와, 치차를 통과한 광원의 위상차 주기를 광센서에서 검출한 뒤 TCU의 입력처리 인터페이스에서 전기신호로 변환된 작용 토크 값을 초기 토크 값과 비교 연산한 상대 토크 값으로 산출한 후, 설정된 안전 한계 토크 값과 비교 처리하여 정확한 토크 제어를 명령하는 TCU가 유압제어밸브와, 변속제어 밸브 A.B와, 댐퍼 클러치 제어밸브를 구동시키는 것으로써 이루어진 자동 변속 차량의 토크 측정장치와 이를 이용한 토크 측정방법에 관한 발명이다.

Description

자동 변속 차량의 토크 측정장치와 이를 이용한 토크 측정방법

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 자동 변속 차량의 토크 측정 장치도이다.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 자동 변속 차량의 토크 측정장치의 블록 구성도이다.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 자동 변속 차량의 토크 측정장치의 토크 변동 량 제어 순서도이다.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 위상차 검출 신호 변환 예시도이다.

[산업상의 이용분야]

본 발명은 자동 변속 자동차의 비접촉 토크 측정장치와 이를 이용한 토크 측정방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 터어빈 입력축에 비접촉 광센서를 설치하여 터어빈 입력축의 정확한 회전 토크 변동치를 빛의 위상차를 통하여 측정함으로써 변속 충격을 제어 할 수 있는 비접촉 방식의 토크 변동 량 측정장치와 그 토크 측정방법에 관한 것이다.

[종래기술]

일반적으로 기어 변속 시 터어빈 입력축에 걸리는 토크 량이 변화하게 되면 터어빈 입력축은 바깥둘레에 비틀림을 가져오는 토크 변동의 방향으로 변속 쇼크를 일으키게 되는데 종래에는 터어빈 입력축에 작용하는 비틀림 양을 직접 계측하여 효율적인 회전 토크 변동 제어를 통하여 자동 변속기의 변속 시 발생하는 변속 충격을 예방해 내지 못했다.

따라서 종래에는 토오크 컨버터의 터빈 RPM을 이용하여 간접적으로 회전 토크 량을 예측해 왔다.

이 방법은 축의 전달 동력을 P(w), 터어빈 회전각 속도를 ω(^rad/_s), 분당 터어빈 회전수를 N(RPM)으로 놓을 때 회전 토크 T(N*m)는 1회전 당 (60*P)/(2πN)의 식으로 구하였다.

그러나, 상기 산출식에서는 토크의 변동이 직접 작용하는 터어빈 입력축의 비틀림에 따른 작용 토크 값을 구해 낼 수 없었다.

따라서 이 방식으로는 변속 시 유성기어와의 조합과 터어빈 회전력에 따른 터어빈 입력축의 변속 충격을 적절히 예방하고 제어할 수 있는 안전 토크 값을 구하지 못했다.

또한, 과속 회전체인 터어빈 입력축의 소음과 진동 등의 불안정한 환경으로 인해 변속 쇼크의 원인이 되는 토크 변동 량을 측정해 내기 위한 물리량인, 축의 비틀림에 따른 변형률을 비접촉 방식을 통해 안정적으로 계측할 수 있는 장치의 개발도 이루어지지 못했다.

[본 발명이 해결하려는 문제점]

상기와 같은 터어빈 RPM 측정방식으로는 터어빈 입력축에 작용하는 회전 토크 변동으로 인한 변속 충격을 정밀하게 제어하기 위한 대상이 되는 축의 비틀림 변형률을 물리적으로 해석해 낼 수 없었다.

이를 해결하기 위해서는 직접 터어빈 입력축 바깥쪽 둘레에 회전토크 변동으로 인하여 발생하는 비틀림 변형률을 빛의 위상차를 이용한 측정방식으로 축의 비틀림 작용 토크를 산출해 낸다.

그리하여 상기 산출 값이 변속 충격을 흡수할 수 있는 안전 토크 값 이하의 범위 내에 존재하도록 상기 회전 토크 작용 값을 측정하고 이를 변속 충격이 발생하는 최대 토크 값 이하가 되도록 제어함으로써 변속 충격을 예방할 수 있다.

또한, 터어빈 입력축의 역할은 토오크 컨버터의 회전 동력을 유성기어 박스로 전달해 주는 것인데, 이 때, 터어빈 입력축이 고속의 회전 운동체이므로 진동이나 소음 등이 발생할 수 있으므로 터어빈 입력축의 바깥 둘레에 발생하는 비틀림에 따른 변형률을 측정하기 위한 장치를 터어빈 입력축 바깥 둘레에 직접 장착하여 안정적인 측정을 하기에는 부적합한 요소가 된다.

이를 극복하기 위해 비접촉식의 측정장치가 요구된다.

[문제점을 해결하기 위한 수단]

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써 본 발명은 고속으로 회전하면서 동력을 전달함에 따라 진동과 소음의 영향을 받는 터어빈 입력축에 직접 장착하지 않고도 광원에 의한 빛의 위상차 감지를 통하여 축의 비틀림 변형률을 측정할 수 있는 광센서와, 터어빈 입력축 양단에 일정한 간극으로 고정되어 축과 함께 회전하면서 광원인 빛의 통과 또는 차단을 반복적으로 수행할 수 있는 치차와, 치차를 통과한 빛의 위상차를 감지한 광센서가 출력하는 전기신호를 받아들여 터어빈 입력축의 비틀림 변형률에 의한 빛의 위상차를 초기 값과 현재 작용 토크 값과의 차이를 비교하여 상대 회전 토크 변동 값으로 연산 해내고, 이를 변속 충격 발생 최대 토크 값 이하로 제어하는 트랜스미션 콘트롤 유닛(TCU)과 TCU의 제어를 받아 변속충격을 감소시키는 유압제어밸브(PCSV)와, 변속시기 제어밸브(SCSV) A.B와, 댐퍼 클러치 제어밸브(DCCSV)로 구성된 자동 변속 차량의 토크측정장치와 이를 이용한 토크 측정방법을 제공한다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도를 참고로 하여 본 발명 장치의 위치 구성을 살펴보면, 엔진으로부터 동력을 전달받아 토크를 변환시키는 토크 컨버터(T)와, 이 토크 컨버터(T)의 터어빈과 연결되어 변환된 토크를 변속부(5)로 전달하는 입력축(10)과, 이 입력축(10)과, 이 축의 주위에 설치되어 토크를 측정하는 토크 측정 수단을 포함한다.

상기한 토크 측정 수단은 입력축(10)의 입력측(토크 컨버터와 연결되는 부분)과 상기 입력축(10)의 출력측(변속부와 연결되는 부분)에 각각 제공되는 제1치차(1')와 제2치차(2')를 포함하며, 이 치차를 (1'),(2')의 주위에 배치되는 제1센서(1)와 제2센서(2)를 갖는다.

그리고, 상기한 제1,제2치차(1')(2')의 사이에는 광원(3)이 배치되어 상기한 제1 및 제2센서(1)(2)측으로 빛을 조사할 수 있게 된다.

더욱 바람직한 배치는 상기 광원(3)은 제1,제2치차(1')(2')의 중앙지점에 위치하는 것이 좋으며, 상기한 센서들(1)(2)은 입력축(10)주위에 배치되어 입력축(10)과 비접촉 상태로 설치한다.

여기서, 특히 치차는 슬릿의 형태로 가능하나 회전각도의 분해능이 높은 것을 선택하여 감도를 향상하고 빛의 위상차를 정확히 측정할 수 있도록 정밀도가 양호해야 반복적인 비틀림 변형률 측정에도 분산오차를 줄일 수 있어 미세한 축의 비틀림 변형률 측정의 신뢰를 높일 수 있다.

제2도는 본 발명의 블록 구성도이다.

그 구성을 설명하면, TCU 입력처리 단자와 연결되어 치차(1')를 통과한 빛의 위상차를 감지하여 TCU로 출력시키는 제1센서(1)와, 상기 제1센서(1)와 같이 TCU 입력처리 단자에 연결되어 출력측 쪽의 치차(2')를 통과한 빛의 위상차를 검출하여 TCU로 출력하는 제2센서(2)와, 상기 제1,2 센서(1)와 (2)에 의해서 검출된 빛의 위상차를 증폭, 분주한 후 디지털 전기신호로 변환시켜 저장하는 메모리부와, 변속 시 검출된 빛의 위상차를 현재 작용 토크 값으로 인식하여 초기 위상차에 의해 설정된 토크 값과의 차이를 비교한 후 변속 쇼크 발생 최대 토크 값에서 발생하는 빛의 위상차 신호와 비교 처리하는 연산부와, 연산 처리된 결과를 출력하여 회전 토크를 제어하는 제어 명령부가 제공된 TCU와, 상기 TCU의 제어 명령을 받아 변속 충격을 줄이는 유압제어밸브(PCSV)와, ON/OFF로 구동되어 변속단을 조정하는 변속제어밸브(SCSV) A.B와, 댐퍼 클러치의 슬립률을 변속충돌 방지 최적목표율에 근사시키는 댐퍼 클러치 콘트롤(DCCSV)밸브로써 구성된 자동변속 차량의 비접촉식 토크 측정장치의 블록 구성도이다.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 토크 측정장치와 이를 이용한 토크 측정방법의 작용 흐름도이다.

S1단계에서는 변속 충격을 일으키는 최대 토크 값을 넘지 않는 안전 한계 토크 값을 설정한 후 이때 발생하는 빛의 위상차 신호를 1주기로 정하여 메모리 한다.

S2단계는 무부하 시동상태에서 광원을 발사하여 빛의 초기 위상차를 신호를 통해 카운트한다.

이것을 광센서에서 검출하여 TCU로 보내면 제4도처럼 TCU 입력처리회로에서 전기신호로 변환시켜서 밝음에서는 1이 출력되고 어두움에서는 0이 출력될 것이다.

S3단계에서는 변속 시 축에 작용하는 비틀림을 제1,제2센서(1),(2)에 의해 감지된 빛의 위상차를 통해 검출한 신호를 카운트하여 변속으로 인해 작용된 토크 값을 산출해 낸다.

S4단계에서는 상기 검출된 축 비틀림 작용 토크 값에서 초기 위상차에 의한 포기 토크 값과의 차이를 비교하여 상대 토크 값을 산출한다.

단계 S5에서는 상기 상대 토크 값과 단계 S1에서 설정한 안전 한계 토크 값과의 크기를 비교한다.

상대 토크 값이 안전 한계 토크 값 이하가 되면 단계 S3으로 루프하여 다시 변속 시 작용 토크 량을 빛의 위상차를 통해 감지해 내며 상대 토크 값이 안전 한계 토크 값에 이르면 다음 단계로 진행한다.

단계 S6에서는 변속 충격이 일어나지 않도록, 현재 작용중인 회전 토크 량을 제어하는 명령을 출력한다.

단계 S7에서는 회전 토크 제어 명령을 TCU로부터 받은 유압제어밸브(PCSV)는 각 요소에 가해지는 유압을 조절하여 변속 충격을 감소시킨다.

단계 S8에서도 최적의 변속 충격방지가 이루어지도록 TCU로부터 제어명령을 받은 변속제어 밸브(SCSV) A.B가 ON/OFF로 각 단의 변속단을 선택하여 변속을 수행한다.

또한 단계 S8에서도 댐퍼 클러치 밸브(DCCSV) 구동 신호의 듀티(DUTY)율를 제어하여 댐퍼 클러치의 슬립률을 최적 목표치에 가깝도록 한다.

상기의 회전 토크 제어 과정이 완료되면 S3단계로 피이드 백 하여 변속 충격 방지를 위한 작용 토크 값 검출을 주행 시에 계속 수행한다.

[발명의 효과]

본 발명에 따른 자동 변속 차량의 비접촉 토크 센서 장치와 이를 이용한 토크 측정방법은 변속 시에 회전 토크 량의 변동으로 인한 변속 쇼크를 방지할 수 있는 빛의 위상차를 이용하여 정확한 회전 토크 변동 량 측정과 이것의 제어를 위해 제공되었다.

종래의 축의 RPM을 통해 간접적으로 회진 토크 량을 예측한 것과는 달리 축의 바깥둘레에 직접 광센서를 설치하여 광원이 축의 비틀림으로 인해 치차를 통과할 때 일어나는 빛의 위상차 주기를 이용하여 토크변동으로 인한 축의 비틀림 변형률을 계측함으로써 정확한 토크 변동 량을 산출할 수 있게 되어 변속 쇼크를 일으키는 최대 토크 값 이하의 토크 작동을 제어할 수 있게 되었다.

또한, 고속으로 회전하며 동력을 전달하면서 소음과 진동이 발생하는 축에 측정장치를 직접 설치하지 않아도 됨으로써 안정적인 반복 계측이 가능하게 되었다.

Claims (1)

1. 변속 충격이 일어나은 최대 토크 값을 초과하지 않는 안전 한계 토크 값을 빛의 위상차를 이용하여 측정하는 단계와, 무 부하 시동상태에서의 빛의 초기 위상차를 이용하여 초기 토크 값을 산출하는 단계와, 변속 시 입력축에 걸리는 비틀림을 빛의 위상차를 측정하여 작용 토크 값을 산출하는 단계와, 상기 작용 토크 값과 초기 토크 값의 차이를 비교하여 상대 토크 값을 구하는 단계와, 상기 상대 토크 값과 상기 안전 한계 토크 값의 크기를 비교하는 단계로 행하여지는 자동 변속 차량의 비접촉식 토크 측정방법.