KR100200108B1 - 자동차용 자동 변속기의 출력 토오크 검출 장치 - Google Patents

Abstract

엔진의 회전수를 감지함과 아울러 이를 출력 토오크로 환산하여 변속시의 클러치(RC, FC) 및 브레이크(KB, RLB) 제어 유압을 제어하고 변속 충격을 감소시킴은 제어 시간이 매우 짧은 뿐만 아니라 출력 토오크 환산 계산상 오차에 의해 정밀한 유압 제어가 불가능하여 변속 충격의 저감 효과가 미미하게 됨을 개선하기 위하여, 출력 토오크를 헬리컬 기어를 통해 디퍼런셜 어셈블리(DA)에 전달하는 트랜스퍼 어셈블리의 회전축 일측에 헬리컬 기어에서 발생되는 스러스트에 의해 출력 토오크를 감지하여 이를 보상할 수 있도록 밸브 바디의 밸브 유압을 조절하게 되는 토오크 감지 수단을 설치하여 구성함으로써 변속 충격을 완화시킬 수 있게 된다.

Description

자동차용 자동 변속기의 출력 토오크 검출 장치

제1도는 본 발명에 따른 자동차용 자동 변속기의 출력 토오크 검출 장치를 도시한 분해 사시도.

제2도는 제1도의 조립 단면도.

제3도는 본 발명에서 트랜스퍼 드라이브 기어와 드리븐 기어에서 발생되는 드러스트의 상태를 도시한 평면 상태도.

제4도는 일반적인 자동 변속기를 도시한 개략도.

제5도는 자동 변속기에서 변속시 출력 토오크 상태를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스플라인 2 : 스러스트 베어링

3 : 유체 통과공 4 : 저장 부재

5 : 체크 밸브 6 : 피스톤

7 : 유압 챔버 8 : 스프링

9 : 유압 센서 10 : 스토퍼

11 : 오일 시일

본 발명은 자동 변속기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속시의 출력 토오크 변동 상태를 직접 검출할 수 있는 자동 변속기의 출력 토오크 검출 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 차체와 새시로 구분되는 바, 상기한 새시는 엔진, 동력 전달 장치, 서스펜션등이 서로 유기적으로 연결 구성되어 있고, 차체는 상기한 각 장치를 지지함과 아울러 외관을 이루도록 구성되어 있다.

상기한 동력 전달 장치는 엔진에서 발생된 동력을 차속에 적합하도록 변속시킴과 아울러 변속된 동력을 차축에 전달하는 장치로써 수동 변속기와 자동 변속기로 구분된다.

여기서, 상기한 자동 변속기는 토오크 컨버터와, 상기한 토오크 컨버터에 연결되어 있는 다단 변속 기어 메카니즘을 가지고 있으며, 차량의 주행 상태에 따라 다단 변속 기어 메카니즘의 기어단중 어느 하나의 단을 선택하기 위한 유압 작동 마찰 부재를 포함하고 있다.

상기한 바와 같은 다단 변속 기어 메카니즘 즉, 파워 트레인은 제4도에 도시된 바와 같이 상기한 토오크 컨버터(TC)에 연결되어 있는 입력 샤프트(IS)와, 상기한 입력 샤프트(IS) 일단에 설치된 리어 클러치(RC)와, 상기한 리어 클러치(RC) 타단에 형성된 포워드 선 기어(FS)와, 상기한 포워드선 기어(FS)와 치차 결합되고 유성 캐리어(C)에 고정된 쇼트 피니언(SP)과, 상기한 쇼트 피니언(SP)과 치차 결합되고 유성 캐리어(C)에 고정되며 로우리버스 브레이크(LRB)에 연결된 롱 피니언(LP)과, 상기한 롱 피니언(LP)에 치차 결합되는 리버스 선 기어(RS)와, 상기한 리버스 선 기어(RS)가 일단에 형성되고 타단에 입력축(IS)과 연결되는 프론트 클러치(FC)가 형성된 킥 다운 드럼(KD)으로 구성되어 있다.

또한, 상기한 킥 다운 드럼(KD) 외주에는 킥 다운 밴드(KB)가 설치되어 있으며, 상기한 유성 캐리어(C)에는 엔드 클러치(EC)가 연결되어 있고, 상기한 롱 피니언(LP)의 외주에는 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)가 형성된 링기어(RG)가 치차 결합되어 있다.

상기한 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)에는 아이들 기어(IG)를 개재한 상태로 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)가 치차 결합되어 있고 상기한 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)에는 디퍼런셜 어셈블리(DA)가 치차 결합되어 있게 된다.

여기서, 상기한 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)와 아이들 기어(IG) 그리고 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)는 소음 감소를 위해 통상의 헬리컬 기어를 사용하고 있다.

물론, 상기한 파워 트레인은 도시되지 않은 유압 제어 장치와 TCU(Transmission Control Unit)에 의해 제어된다.

상기한 바와 같은 자동 변속기는 엔진 동작과 함게 토오크 컨버터(TC)가 회전하게 되고 자동차의 출발시 D 레인지 1속으로 변속되는 바, 1속에서는 상기한 유압, 전자 제어 장치에 의해 리어 클러치(RC)가 작동하게 된다.

리어 클러치(RC)가 작동하면 입력축(IS)의 회전 즉, 도면에서 시계방향의 회전이 리어 클러치(RC)를 통해 전달됨과 아울러 리어 클러치(RC) 타단에 형성된 포워드 선 기어(FS)를 통해 쇼트, 롱 피니언(SP, LP)에 전달되고 로우 리버스 브레이크(LRB)에 설치된 원 웨이 클러치에 의해 반시계 방향의 회전이 제한됨으로써 롱 피니언(LP)이 링 기어(RG)를 시계 방향으로 회전시키게 된다.

링 기어(RG)가 시계 방향으로 회전되면 여기에 형성된 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)가 회전되고 이와 아이들 기어(IG)를 통해 연결된 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)가 시계 방향으로 회전하여 디퍼런셜 어셈블리(DA)를 통해 차축을 회전시키게 된다.

상기한 바와 같이 일정한 속도로 자동차가 주행하면서 점차 속도가 증가하게 되면 변속이 이루어지게 되는 바, 이는 전자, 유압 제어 장치가 차속 센서에서 감지된 신호에 의해 킥 다운 브레이크(KB)를 동작시킴으로써 2속이 된다.

물론, 상기한 리어 클러치(RC)는 계속 입력축(IS)과 연결된 상태이고 킥 다운 브레이크(KB)가 동작되면서 킥 다운 드럼(KD)을 고정시키게 되며 롱 피니언(LP)이 고정된 상태의 리버스 선 기어(RS) 외주를 공전하게 된다.

리버스 선 기어(RS)의 외주를 롱 피니언(LP)이 회전하게 되면 유성 기어의 작용에 의해 증속이 됨으로써 2속으로의 변속이 완료된다.

다시, 3속 변속 시에는 킥 다운 브레이크(KB)가 해제되어 킥 다운 드럼(KD)을 자유 상태로 하고 프론트 클러치(FC)가 동작되어 킥 다운 드럼(KD)이 입력축(IS)과 같이 회전하게 된다.

킥 다운 드럼(KD)이 회전하면 리버스 선 기어(RS)가 회전하게 되고 이와 치차 결합된 롱 피니언(LP)이 회전하게 되는 바. 이때 이러 클러치(RC)에 의해 포원드 선 기어(FS)도 동일 방향으로 회전하게 되기 때문에 유성 기어 전체가 록킹된 상태가 되어 유성 기어 장치가 일체로 회전하게 된다.

즉, 입,출력 회전수가 동일한 상태가 되어 3속의 출력을 얻을 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기한 다수의 클러치(RC, FC)와 브레이크(KB, RLB)를 제어하기 위한 유압 제어 장치는 밸브 바디(미 도시)에 설치되어 TCU에 의해 유압이 제어됨으로써 여기에 연결된 밸브들을 조정하여 변속시키게 된다.

특히, 상기한 바와 같은 변속시에는 제5도에 도시된 바와 같이 변속되는 토오크가 변속 시작점(S1)에서 변속 완료점(S2)까지의 구간에서 급격히 파동치기 때문에 변속 시간(XS) 동안 급격한 토오크 변동에 의해 변속 충격이 발생하게 되는 바, 이는 일정 속도로 회전하고 있는 입력축(IS)과 변속 시동작되는 클러치(RC, FC) 또는 브레이크(RLB, KB)가 접촉되면서 발생되는 토오크 변동에 의해 발생된다.

물론, 일정 속도에서 입력축(IS)과 접촉되어 있는 클러치(RC, FC) 또는 브레이크(RLB, KB)가 이격되면서 발생되는 토오크 변동에 의해서도 변속 충격이 발생된다.

그래서, 종래에는 상기한 변속 충격을 저감시키기 위하여 엔진의 회전수를 센서로 감지하고 이를 일정한 수식에 의해 ECU에서 출력 토오크로 변환시킴과 아울러 변속시 작동되는 클러치(RC, FC) 및 브레이크(KB, RLB)의 작동 유압을 조절하여 변속 충격을 보상하도록 구성하게 된다.

여기서, 상기한 클러치(RC, FC) 및 브레이크(KB, RLB)의 변속 시간은 슬립에 의해 클러치(RC, FC) 및 브레이크(RLB, KB)가 파손되지 않는 시간인 약0.5~0.6초 이내에서 이루어져야 한다.

그러나, 상기한 바와 같이 엔진의 회전수를 감지함과 아울러 이를 출력 토오크로 환산하여 변속 시의 클러치(RC, FC) 및 브레이크(KB, RLB) 제어 유압을 제어함은 제어 시간이 매우 짧을 뿐만 아니라 출력 토오크 환산 계산상 오차에 의해 정밀한 유압 제어가 불가능하여 변속 충격의 저감 효과가 미미한 문제점이 있다.

또한, 상기한 엔진의 회전수를 감지하기 위해 일정 시간내에서 센서가 감지하는 플라이 휠(미 도시)의 티스(Teeth) 가공 상의 오차와 감지 시의 오차로 인하여 실질적으로 변속 충격의 저감 효과가 미미하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동 변속기의 변속시 급격한 토오크 변동에 의해 발생되는 변속 충격을 효과적으로 저감시킬 수 있는 자동 변속기의 출력 토오크 감지 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 출력 토오크를 헬리컬 기어를 통해 디퍼런셜 어셈블리에 전달하는 트랜스퍼 어셈블리의 회전축 일측에 헬리컬 기어에서 발생되는 스러스트에 의해 출력 토오크를 감지하여 이를 보상할 수 있도록 밸브 바디의 밸브 유압을 조절하게 되는 토오크 감지 수단을 설치하여 구성함을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 일 실시예를 설명하면다음과 같다.

제1도와 제2도는 본 발명에 따른 자동 변속기의 출력 토오크 감지 장치를 도시한 분해 사시도와 조립 단면도로서, 출력 토오크를 헬리컬 기어를 통해 디퍼런셜 어셈블리(DA)에 전달하는 트랜스퍼 어셈블리의 회전축 일측에 헬리컬 기어에서 발생되는 스러스트에 의해 출력 토오크를 감지하여 이를 보상할 수 있도록 밸브 바디의 밸브 유압을 조절하게 되는 토오크 감지 수단이 설치되어 있다.

상기한 토오크 감지 수단은 도시되지 않은 트랜스퍼 드라이브 기어와 치차 결합된 아이들 기어(IG)와, 상기한 아이들 기어(IG)와 치차 결합됨과 아울러 트랜스퍼 샤프트(TS)에 스플라인(1)으로 결합된 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)와, 상기한 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)에 일측이 밀착된 스러스트 베어링(2)과, 상기한 스러스트 베어링(2)에 밀착되어 스러스트 베어링(2)의 이동에 따라 압력을 감지하는 검출 수단으로 구성되어 있다.

물론, 상기한 베어링(2)의 이동은 제3도에 도시된 바와 같이 헬리컬 기어의 치차 결합과 회전에 의해 발생되는 스러스트(T)가 트랜스퍼 샤프트(TS) 방향으로 작용함으로써 발생된다.

또한, 상기한 검출 수단은 트랜스퍼 샤프트(TS)의 외주에 삽입됨과 아울러 외주가 변속기 케이스(TAC)에 밀착되고 유체 이송공(3)이 형성된 저장 부재(4)와, 상기한 저장 부재(4)의 유체 이송공(3)에 설치된 체크 밸브(5)와, 상기한 저장 부재(4)의 전면 즉, 스러스트 베어링(2)측에 위치하도록 끼워져 있는 피스톤(6)과, 상기한 피스톤(6)과 저장 부재(4)에 의해 형성되는 유압 챔버(7)에 삽입되어 피스톤(6)을 탄성 지지하는 스프링(8)과 같은 탄성 부재로 구성되어 있다.

그리고, 상기한 유압 챔버(7)에는 유체가 충만되어 있고 저장 부재(4)에는 유체의 압력 변화를 감지할 수 있는 유압 센서(9)가 설치되어 있으며 상기한 유압 센서(9)는 밸브 바디(미 도시)를 제어하는 TCU에 연결되어 있다.

물론, 상기한 유압 센서(9)는 압력의 정밀 측정을 위해 저장 부재(4)에 다수가 대향 설치되어 여러 부분의 압력을 측정 후 이를 평균하게 되고, 상기한 유체 이송공(3)은 밸브 바디에 연결되어 있으며, 상기한 저장 부재(4)에는 피스톤(6)의 이동 거리를 한정하는 스토퍼(10)가 형성되어 있다.

여기서, 상기한 스토퍼(10)는 유체의 누출 또는 검출 수단의 고장시 아이들 기어(IG)와 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)의 이탈을 방지하도록 스러스트 베어링(2)의 이동 거리를 한정하는 것이다.

특히, 상기한 피스톤(6)과 저장 부재(4)에는 유체의 누출을 방지하기 위하여 통상의 오일 시일(11)이 설치되어 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 작용 효과를 설명하면 엔진이 회전됨과 동시에 제4도에 도시된 토오크 컨버터(TC)를 통해 일정한 토오크가 입력축(IS)에 입력되고 이는 D 레인지 1속 시 리어 클러치(RC)를 통해 포워드 선 기어(FS)에 전달된다.

포워드 선 기어(FS)에 전달된 토오크는 이와 치차 결합된 쇼트, 롱 피니언(SP, LP)에 전달되고 다시 원 웨이 클러치에 의해 고정된 상태인 유성 캐리어(C)의 반력에 의해 링 기어(RG)로 전달됨과 아울러 이와 연결된 상태인 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)를 변속된 토오크로 회전시키게 된다.

여기서, 차속이 증가함에 따라 D레인지 2속으로 변속될 때 리어 클러치(RC)가 동작되어 있는 상태에서 킥 다운 브레이크(KB)가 작동하여 킥 다운 드럼(KD)을 고정시켜 리버스 선 기어(RS)를 고정시키게 된다.

리버스 선 기어(RS)가 고정되면 포워드 선 기어(FS)로 전달된 토오크가 쇼트, 롱 피니언(SP, LP)에 전달됨과 아울러 리버스 선 기어(RS)의 외주로 쇼트, 롱 피니언(SP, LP)이 공전하여 토오크를 변화시킴으로써 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)의 회전 속도가 증속되는 것이다.

이때, 상기한 1속에서는 일정한 속도로 회전되는 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)와 아이들 기어(IG) 그리고 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)에서는 제3도에 도시된 스러스트(T)가 발생되어 트랜스퍼 샤프트(TS)에 스플라인(1)으로 결합된 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)를 도면에서 우측으로 일정한 압력으로 밀게 된다.

물론, 상기한 스러스트(T)는 헬리컬 기어인 아이들 기어(IG)를 통해 전달되는 토오크(F2)의 합성력으로 나타나게 된다.

상기한 바와 같이 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)가 우측으로 일정한 압력을 받게 되면 스러스트 베어링(2)과 피스톤(6)이 우측으로 밀리게 되고 이는 유압 챔버(7) 내부의 유체를 압축하게 된다.

압축된 유체의 압력은 저장 부재(4)에 설치된 다수의 유압 센서(9)에 의해 TCU에 전달되게 된다.

물론, 1속2속 변속 시 킥 다운 브레이크(KB)의 동작에서 롱 피니언(LP)에 의해 회전되는 킥 다운 드럼(KD)과 정지 상태의 킥 다운 브레이크(KB)가 접촉되는 순간 제5도에 도시된 바와 같이 출력 토오크에 변동 토오크가 발생된다.

상기한 변동 토오크는 그 파형에 따라 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)와 아이들 기어(IG)에 토오크를 전달하고 여기에서 발생된 토오크의 변동에 의해 스러스트(T')의 크기가 변동된다.

즉, 증속됨에 따라 출력 토오크가 증가하여 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)와 아이들 기어(IG) 그리고 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)에 전달되는 토오크(F')가 커지고 헬리컬 기어에서 발생되는 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)를 미는 힘(T')이 커져 유체가 보다 많은 압력을 받게 되는 것이다.

변동된 스러스트(T')는 그 파형에 따라 스러스트 베어링(2)과 피스톤(6)을 압박하게 되고 이는 유체의 압력으로 나타나게 되어 유압센서(9)가 이를 검출함으로써 TCU에 신호를 전달하게 된다.

물론, 상기한 피스톤(6)의 압박에 의해 유압 센서(9)가 압력을 검출할 때 유압 챔버(7)의 유체가 체크 밸브(5)에 의해 외부로 유출되지 않게 되어 정확한 유체 측정이 가능하게 되고, 유체의 부족시에는 체크 밸브(5)를 통해 유압 챔버(7)로 유체가 공급된다.

상기한 신호에 따라 TCU는 밸브 바디의 밸브들을 조절하여 약 0.5~0.6초 이내에 킥 다운 브레이크(KB)를 동작시키는 유압을 토오크의 변동 파형을 보상할 수 있도록 조절하게 된다.

즉, 변속 시에 발생되는 토오크의 변동을 리얼 타임 피드백(Real-Time Feedback)시켜 유압을 제어함으로써 종래와 같이 엔진 회전수를 변환시키는데 따른 오차 발생이 방지되어 정밀한 제어가 가능하게 된다.

상기한 바와 같이 1속2속 변속시에는 킥 다운 브레이크(KB)의 접촉 충격만을 상쇄시키게 되지만 2속3속 변속시에는 킥 다운 브레이크(KB)가 해제되고 프론트 클러치(FC)와 엔드 클러치(EC)가 접촉되는 바, 킥 다운 브레이크(KB)의 해제 시 충격도 보상 가능하게 된다.

이상과 같이 본 고안은 토오크 감지 수단으로 출력 토오크를 직접 검출하여 변속 시의 유압을 제어함으로써 변속 충격을 저감시켜 승차감을 향상시킬 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (5)

1. 출력 토오크를 헬리컬 기어를 통해 디퍼런셜 어셈블리(DA)에 전달하는 트랜스퍼 어셈블리의 회전축 일측에 헬리컬 기어에서 발생되는 스러스트에 의해 출력 토오크를 감지하여 이를 보상할 수 있도록 밸브 바디의 밸브 유압을 조절하게 되는 토오크 감지 수단을 설치하여 구성함을 특징으로 하는 자동 변속기의 출력 토오크 감지 장치.
2. 제1항에 있어서, 토오크 감지 수단은 트랜스퍼 드라이브 기어(TDG)와 치차 결합된 아이들 기어(IG)와, 상기한 아이들 기어(IG)와 치차 결합됨과 아울러 트랜스퍼 샤프트(TS)에 스플라인(1)으로 결합된 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)와, 상기한 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)에 일측이 밀착된 스러스트 베어링(2)과, 상기한 스러스트 베어링(2)에 밀착되어 스러스트 베어링(2)의 이동에 따라 압력을 감지하는 검출 수단으로 구성함을 특징으로 하는 자동 변속기의 출력 토오크 감지 장치.
3. 제2항에 있어서, 검출 수단은 트랜스퍼 샤프트(TS)의 외주에 삽입됨과 아울러 외주가 변속기 케이스(TAC)에 밀착되고 유체 이송공(3)이 형성되고 유체압력을 측정하는 유압 센서(9)가 설치된 저장 부재(4)와, 상기한 유압 센서(9)에 연결된 TCU와, 상기한 저장 부재(4)의 유체 이송공(3)에 설치된 체크 밸브(5)와, 상기한 저장 부재(4)의 전면 즉, 스러스트 베어링(2)측에 위치하도록 끼워져 있는 피스톤(6)과, 상기한 피스톤(6)과 저장 부재(4)에 의해 형성되고 유체가 충만되어 있는 유압 챔버(7)에 삽입되어 피스톤(6)을 탄성 지지하는 탄성 부재(8)로 구성함을 특징으로 하는 자동 변속기의 출력 토오크 감지 장치.
4. 제3항에 있어서, 유체의 누출 및 유압 제어 장치의 고장 시 트랜스퍼 드리븐 기어(TDNG)와 아이들 기어(IG)가 분리되지 않도록 저장 부재(4)에 스토퍼(10)를 설치하여 구성함을 특징으로 하는 자동 변속기의 출력 토오크 감지 장치.
5. 제3항에 있어서, 유체의 누출을 방지하기 위해 저장 부재(4)와 피스톤(6)에 오일 시일(11)을 장착하여 구성함을 특징으로 하는 자동 변속기의 출력 토오크 감지 장치.