KR100274963B1 - 스플리터 섹션 맞물림의 제어장치 및 방법 - Google Patents

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존 씨. 메티유
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Abstract

분리형, 반잠금식의 기계식 변속기(12)를 포함하는 자동변속장치의 제어장치/방법이 제공된다. 이 제어는 보조변속기부(214)의 잠금자(324) 걸림장애를 감지하고 신속히이를 해결하는 기술을 제공한다.

Description

스플리터 섹션 맞물림의 제어장치 및 방법
제 1 도는 스플리터형 세미블록의 자동/반자동 변속기의 상징적 예시도.
제 2 도는 제 1 도에 예시된 변속기의 제어부재 및 센서의 상징적 예시도.
제 3 도 및 제 3b도는 제 1 도에 예시된 변속기의 제어 및 디스플레이 콘솔의 예시도.
제 4 도는 "4 ×3" 12 변속을 갖는 분리형, 반잠금식의 복합변속기의 상징적 예시도.
제 4a 도 ∼제 4d 도는 제 4 도 변속기의 여러 부품의 부분도.
제 5 도는 제 4 도 변속기를 위한 전형적인 변속패턴의 예시도.
제 6a 도 및 제 6b 도는 본 발명의 변속제어를 상징적으로 나타낸 플로우 차트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 디스플레이 14 : 엔진
26 : 연료제어부 30 : 클러치작동자
32 : 입력축 속도센서 36 : 출력측 속도센서
본 출원은 1994년 6월 25일 출원된 제 GB 9412809.7 호로 부터 우선권을 주장한다.
본 발명은 스플리터형 세미블록의 자동 또는 반자동 복합변속기(compound semi-blocked, splitter-type automatic or semi-automatic transmission system)의 변속용 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다. 자동 및 반자동의 기계식 변속기는 공지된 기술로서 미국특허 제 4,361,060 호 및 제 4,648,290 호; 제 4,735,109 호 및 제 4,736,643 호에 예시되어 있으며 여기에는 그 내용이 참고로 포함되어 있다.
분리형의 반잠금식 복합변속기는 기술로서 미국특허 제 3,924,484 호; 제 4,735,109 호 및 제 4,736,643 호에 예시되어 있으며 그 내용이 참고로 포함되어 있다.
특히 본 발명은 반잠금식의 자동화된 복합변속기용 변속제어 시스템/방법에 관한 것으로, 주변속기부가 원하는 기어비에 결합되며 기지 기어비가 결합되어 있지 않음을 감지했을때 이 변속기의 초기 회복응답은 잠금상태의 분리형 클러치 조립체(splitter clutch assembly)를 풀어서 분리형 보조변속기부가 목적 기어비와 결합하도록 하는 작동순서이다. 초기 회복응답이 목적기어비와의 결합을 초래하는데 실패한 경우, 다른 장애검출 및 퇴행 모드 루틴이 실행된다.
스로틀 개방 또는 위치, 차량속도, 엔진속도 등을 감지하며 그와 관련하여 차량변속기를 자동변속시키는 중형(heavy-duty) 트럭 및/또는 코치(coach)와 같은 중형차량 및 자동차용 완전자동 변속기는 공지되어 있다. 이와같은 완전자동 변속기는 원하는 기어비를 얻기위해 미케니칼(즉, 확동) 클러치를 결합 및 분리시키는 전자식 및/또는 공기식(pneumatic) 논리 및 액츄에이터를 이용한다. 이런 변속기의 예가 미국특허 제 3,961,546 호 ; 제 4,081,065 호, 제 4,361,060 호; 제 4,569,255 호; 제 4,576,065 호; 제 4,595,986 호 및 제 4,576,263 호에 있으며 여기에는 그 내용이 참고로 포함되어 있다.
정상상태에서 특정 기어비 변속을 할때 연속적으로 즉각적인 기어비 증가, 감소 또는 하나이상의 기어비를 건너뛸지를 운전자가 선택하도록 하며 주클러치가 귀속 크로울러 기어(crawler gear)로 슬립(즉 불완전 결합)시 다수의 기어비 사이의 가동변환이 제공되는 반자동 변속제어장치는 공지되어 있다. 더욱이 반자동 제어장치는 엔진속도가 공회전 속도이하로 감소하도록 하는(즉 엔진의 저속에서 과응력 및/또는 실속을 초래하는) 운전자선택 고기어비 (즉, 증변속)로의 결합 및 저기어비 (즉 감변속)로의 결합이 엔진의 과속을 초래하는 경우, 그러한 결합을 방지한다. 이러한 반자동 변속제어장치의 예가 상기 미국특허 제 4,648,290 호에 있다.
단순형(보조변속기부만 있음) 및 복합형(주 및 보조변속기부가 있음) 양자에서 각 변속을 사전선택된 조 클러치(jaw clutch) 부재가 동기상태를 교차할 (crossing) 필요없이 잠금상태의 보조변속기부 변속을 허용하도록 주변속기부가 중립으로 변속하는 스플리터형 세미블록의 복합 변속기를 포함하는 자동 및 반자동 기계식 변속기 ("AMTs"라 불림) 을 변속시키기 위한 제어방법은 미국 특허 제 RE 32,591 호에 공지되어 있으며 여기에는 그 내용이 참고로 포함되어 있다.
상기 자동, 반잠금식 변속기 및 제어장치는 일반적으로 만족스럽지만 특정 상태의 경우 목적 기어비가 결합되지 않으므로 결합장애 검출기술 및 운전의 장애회복 모드 및/또는 장애퇴행모드 제공이 요망된다.
본 발명에 따라 각 기어비 변환중 주변속기부를 중립으로 변속시킨 형태의 자동화된 분리형, 반잠금식 변속장치용 변속제어장치/방법이 제공되는 바, 이 장치/방법은 분리형 보조변속기부 결합장애를 검출하고 이런 장애검출시 먼저 잠금상태의 분리형 보조변속기부 변속결합을 초래하도록 교정작용을 취하며, 목적기어비 결합이 감지되지 않을 경우 운전의 결합장애 퇴행모드를 취하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 각 기어비 변속중 주변속기부를 중립으로 변속시킨 형태의 자동화된 분리형, 반잠금식 변속장치용의 새로우며 개량된 제어장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적 및 장점들이 첨부도면과 관련하는 바람직한 실시예의 상세한 설명으로 부터 명백해질 것이다.
바람직한 실시예의 설명에서 일부 용어는 설명적 목적으로만 사용되는 것으로 의미를 한정하기 위한 것은 아니다. "상향", "하향", "우향" 및 "좌향" 은 참조될 도면에서 방향을 말한다. "내향" 및 "외향"은 설명될 장치 또는 그 장치의 부분에서의 기하학적 중심을 향하는 것과 멀어지는 것을 말한다. 상기 의미는 상기에서 특정하게 언급된 용어의 파생어및 유사의미에 적용된다.
"복합변속기"는 주변속기부와 이에 직렬로 연결된 보조변속기부를 갖는 변속기를 지칭하는 것으로 주변속기부에서의 선택된 기어감속은 보조변속기부에서의 선택된 기어감속에 의해 더욱 복합될 수 있다. "분리형 복합변속기"는 주변속기부에서 선택된 기어비의 재분할을 위한 여러 선택가능 단계를 제공하기 위해 보조변속기부가 사용되는 복합변속기를 지칭한다. 분리형 복합변속기에서 주변속기부에는 보조변속기부에 의해 분리 또는 재분할되는 상대적으로 넓은 단계들이 제공된다.
"잠금식 변속기" 또는 "잠금상태의 변속기부"는 체인지기어에 의해 일정하게 맞물리는 변속기 또는 변속기부를 지칭하는 것으로 축방향으로 이동하는 다수 기어중 선택된 하나는 중립에서 결합위치로의 선택된 기어의 축방향 이동의 결과 축에 연결되어 비회전하며 확동클러치 부재가 사실상 동기회전에 이를때까지 그와같은 결함을 방지하기위해 탄성편향된 확동클리치 및 잠금자(blocker) 수단을 이용하며, 변속기 입·출력축 사이의 동기상태의 교차를 초래하는 변속기 입력 및/또는 출력축의 수동 및/또는 자동조작에 의해 그러한 동기상태가 얻어지나, 클러치 부재의 하나 및 그와 관련된 장치가 다른 클러치 부재와 회전하도록 하기에 충분한 선택된 클러치 부재의 마찰접촉에 의해서는 통상 얻어지지 않는다. 잠금식 변속기 및/또는 변속기부는 미국특허 제 3,799,002 호; 제 3,924,484 호; 제 4,192,196 호 및 제 4,440,037 호에 예시되어 있으며 여기에는 그 내용이 참고로 포함되어 있다.
본 발명의 자동 및 반자동 제어장치는 잠금식 분리형 보조변속기부에 직렬 연결된 비동기, 비잠금식 주변속기부를 갖는 형태의 분리형 복합변속기에 특히 유리하게 적용된다. 이런 변속기는 공지되어 있으며 "반잠금식" 변속기로 불리고 미국특허 제 4,735,109 호; 제 4,736,643 호; 제 4,930,078 호 및 제 5,042,327 호에 예시 및 설명되어 있다.
제 1 도를 참조하면 운전자가 작동시킨 스로틀(24)의 위치가 센서(22)에서 감지되며 그 신호(THD)가 중앙처리장치(38)로 보내지는데 이 장치는 센서(28)로 부터 엔진속도에 관계되는 입력 및/또는 센서(32)로 부터의 변속기 입력축속도, 센서(36)로 부터의 변속기 출력출속도 및 후술될 운전자의 기어 변속레버 또는 "조이스틱"(1)의 포지티브 또는 네가티브 작동을 또한 받는다. 엔진속도는 변속기 입력축 속도이며 특히 클러치(16)가 확실하게 포함된 경우 역도 성립하고 변속기, 출력축 속도는 차량속도를 나타낸다.
제 1 도 및 제 2 도에 나타낸 변속기(10)용 제어논리회로, 센서 및 액츄에이터는 상기 미국특허 제 4,361,060 호 및 제 4,595,986 호에 공지된 것처럼 작동한다. 특히 중앙처리장치(38)는 입력을 받아서 사전결정된 논리법칙에 따라 가공하여 신속한 증변속을 위한 배기 브레이크(17) 및/또는 입력축브레이크(18) 제어용 공기식 및/또는 전자석 액츄에이터 및 특정 변속으로의 사전준비적인 신속한 동기회전, 작동자(30)에 의한 클러치 제어 및 변속기 작동자(34)에 의한 기어비 변속의 달성하기 위해 엔진(14)으로의 연료공급을 "증가(blip)" 또는 "감소(dip)"시키는 자동연료제어기(26)로 출력명령신호를 보낸다.
또한 중앙처리장치는 후술될 디스플레이(2)로 출력명령신호를 보낸다. 자동/반자동 변속기(10)는 정지상태에서 시동 및/또는 저속전진상태만을 위해 사용되는 발로작동되는 통상의 수동클러치제어기(3)를 부가적으로 포함한다. 제어기(38)는 수동 클러치 제어기(3) 위치 및 차량 브레이크(4) 작동을 나타내는 신호를 받는다. 또한 자동/반자동 변속기(10)는 전자식 및/또는 공기식 전원(도시되지 않음)을 포함한다.
여기서 사용된 용어 "증가(blip)"는 엔진(14)으로의 연료공급의 잠정적 증가를 "감소(dip)"는 엔진으로의 연료공급의 잠정적 감소를 나타낸다. 증가(blip) 및 감소(dip)는 수동 스로틀 페달(24)의 운전자 선택위치에 관계없이 엔진으로의 연료공급을 각각 증가 및 감소 명령을 하는 자동제어기(38)와 연관된다. 엔진은 전자식으로 제어될 수 있으며 SAE J1922, SAE J1939 및/또는 CAN규약에 따른 전자 데이타 링크(DL)를 통해 제어기(38)와 연결될 수 있다.
제 3 도에 보인 것처럼 중앙처리장치는 증변속 지시자 디스플레이(2'), 감변속지시자 디스플레이(2'') 및 현재 결합된 기어비 디스플레이(2''')를 갖는 디스플레이 패널(2), 변속선택 레버(1),선택형(optional) 후진가능버튼(1A)과 중앙처리장치 전자회로(38B)를 갖는 상자 또는 하우징(38A)에 담겨있을 수 있다.
반자동 변속기(10) 제어장치의 개략적인 것이 제 2 도에 예시되어 있다.
제 3B도를 참조하면 디스플레이 패널(2)을 증변속지시자 디스플레이(2'), 감변속 지시자 디스플레이(2'') 및 현재 결합된 기어비 지시자 디스플레이(2''')를 포함한다. 도시된 것처럼 현재 결합된 기어비 지시자 디스플레이(2''')는 변속기가 6단 (번째) 기어로 작동됨을 보여주는 "6"을 현재 디스플레이하고 있다. 증변속 지시자 디스플레이(2')는 사전결정된 논리법칙 또는 프로그램에 따라 가공된 엔진 또는 입력축 속도 및 출력축 속도와 같은 감지된 입력변속에 따라 허용되는 허용가능 연속증변속의 최대수를 지시하는 세개의 선을 갖는다. 현 상황에서 세선은 단일, 이중 또는 삼중 증변속이 허용됨을 지시한다. 따라서 운전자는 7단 (번째), 8단 (번째) 또는 9단 (번째) 속도의 어느 하나로 직접 변속을 선택할 수 있다. 디스플레이(2'')는 사전결정된 논리법칙 또는 프로그램에 의해 가공된 변수에 따라 허용되는 허용가능 연속 감변속의 최대수를 지시하는 두개의 선을 갖는다. 현 상황에서 디스플레이(2'')의 두 선은 변속기가 5단 또는 4단 기어 중 하나로 감변속될 수 있음을 지시한다.
간단히 설명하면 가능증 또는 감변속의 허용성은 결정 또는 계산된 차량속도 및 완전결합된 주클러치에서 증 또는 감변속 이행시에 예측 엔진속도를 최대 및 최소 허용가능 엔진속도를 비교함으로써 결정된다. 중앙처리장치(38)는 선택된 불능변속을 실행하는 명령을 보내지 않는다. 바람직하게는 중앙처리 장치는 운전자가 선택한 것과 가장 근사한 허용가능 변속을 실행할 것이다. 예를들면 제 3B 도에 예시된 것처럼 디스플레이 패널(2)에 지시된 조건을 가정하면 운전자는 3단으로의 감변속을 선택하며 이런 감변속은 불능이므로 중앙처리장치(38)에 의해 실행되지 않는다. 그러나 바람직한 실시예에서 중앙처리장치(38)는 6단 기어에서 4단 기어로의 2중 감변속을 위한 명령을 보낼 것이다.
기어변속은 기계식 수동 클러치 페달(3)에 의해 수동으로 주클러치(16)를 결합 및/또는 분리시키는 작동자 없이 달성된다. 수동 클러치 페달(3)은 제공되는 경우, 차량클러치가 통상적으로 사용되온 것처럼 정지로 부터 시동, 후진 또는 전진 등을 위해서만 사용된다.
변속기(12)를 변속시키기 위해 운전자는 레버(1)를 제 2 및 3도에 예시된 위치로 부터 전진(증변속을 위해) 및 후진(감변속을 위해) 시킨다. 단일증변속(즉 7번 기어로의 변속)을 선택하기 위해 운전자는 일단 레버(1)를 전진시키고 레버는 중립 또는 편향하에 중앙위치로 복귀한다. 보인 것처럼 6단 기어에서 운전자가 레버를 재빨리 연속으로 세번 전진시키면 이는 사실상 두 기어를 건너뛰는 것으로 직접 9단 속도로 스킵(skip) 변속(즉 7단 및 8단 속도는 결합되지 않음)을 달성한다.
주클러치(16)의 분리 및 선택된 기어비와 관련되어 선택된 조클러치 부재의 동기화는 스로틀 및 클러치의 자동제어와 입력축 및/또는 엔진의 자동제어에 의해 자동으로 신속히 달성된다. 제어장치는 반자동이며 운전하는 증 또는 감변속할때 및 증 또는 감변속으로 얼마나 많은 기어변속을 할지를 결정해야하나 기어레버, 스로틀패달 및 클러치작동을 조정할 필요는 없다. 일단 운전자가 허용기어비를 선택하면 스로틀은 감변속 중 필요동기화를 얻도록 증가(blip)되며 증변속중 필요동기화를 얻도록 감소(dip)되고, 이 모든 것이 중앙처리장치(38)에 의해 운전자를 위해 자동으로 행해진다. 운전의 후진모드는 정기 위치에서의 중립으로 부터만 얻어지며 현재 결합된 중립위치로 부터 제어레버(1)를 후진시켜 달성된다. 후진으로의 갑작스런 "감변속"을 방지하도록 후진버진(1A)이 제공되는데 이 버튼은 중앙처리장치 레버(1)의 후진을 해석하기전 후진운전의 요구로서 중립위치에 있을때 압입되어야만 한다.
본 발명은 반자동 변속기에 의해 설명되었지만 전자동 변속기에도 동일하게 적용될 수 있다.
변속기 작동자(34)는 두 요소로 분할되는 것이 바람직한 전자 공기식(electro pneumatic)("EP")매니폴드를 포함한다. 전자는 전진, 후자는 후진운전과 관계된다. EP매니폴드는 변속 피스톤을 적재한 실린더와 연결되며 솔레노이드 밸브로 제어되는 매니폴드이다. 주변속기부 제어장치는 미국특허 제 4,899,607 호에 있는 것과 같은 X-Y형일 수 있으며 여기에는 그 내용이 참고로 포함되어 있다. 주변속기부 제어장치(34)에는 주변속기부에서 결합된 기어비를 감지하기위해 변속 포크(shift forks)위치가 감지되는 센서(34A)가 제공된다.
바람직하게는 변속기(12)는 적어도 5개, 바람직하게는 9개 이상의 선택가능 전진비를 갖는 다단 변속기이다. 12-전진속도, 분리형 변속기(12) 및 변속기(12)의 보조변속기부에 사용되는 잠금식 조클러치 부재의 구조는 공지되어 있으며 상기 미국특허 제 3,799,002 호; 제 3,921,469 호; 제 3,924,848 호; 제 4,194,410 호; 제 4,440,037 호; 제 4,736,643 호 및 제 4,735,109 호에 보다 상세히 나타나 있다.
제 4 도를 참조하면 변속기(12)는 잠금식 분리형 보조변속기부(214)에 직렬연결되는 주변속기부(212)를 포함한다. 변속기는 그 후방단부 근방에서 베어링(220)에 의해 지지되는 입력축(218)을 포함하며 키홈(spline)에 의해 꽉 연결되는 입력기어(222)가 제공된다. 입력기어(222)는 다수의 주변속기부 중간축을 동일 속도로 동시에 구동한다. 예시된 실시예에서 변속기어는 주축(228)의 대각선으로 대향되는 축부에 배치되는 두개의 중간축(224, 226)이 제공되는데 주축은 입력축(218)과 동축상으로 배열되며 입력축(218)의 후방단부에 의해 지지되고 그 안에 수용되어 회전하는 파일롯(pilot)부(230)가 주축 전방단부에 제공된다.
입력축(218)는 선택적으로 작동되며 통상적으로 결합되어있는 마찰주클러치(C)를 통해 디젤엔진(E)과 같은 원동소에 의해 일방향으로만 구동된다.
주변속기부 중간축(224, 226) 각각에는 크기가 같고 기어의 수가 같으며 주축(228)의 대각선 측부에 배치되는 기어쌍(236)과 같은 중간축 기어의 동일그룹이 제공된다.
주변속기부의 다수의 주축구동기어(246, 248, 250, 252)는 주축(228)을 둘러싸며 당업계에 잘 알려진 미끄럼 틀러치 칼라(collar)에 의해 한번에 하나씩 주축에 선택적으로 결합 가능하다.
주축 구동기어(246, 248, 250)는 주축(228)을 둘러싸며 연속 맞물림결합(mashing engagement)을 하고 중간축 기어(238, 240, 242)의 각 대각선 대향 쌍에 의해 현가지지되는데, 이러한 설치수단 및 그에따른 장점들이 미국특허 제 3,105,395 호 및 제 3,335,616 호에 상세히 설명되어 있다. 여기에는 그 내용이 참고로 포함되어 있다. 주축기어(252)는 역전기어이며 종래의 중간 아이들러 기어(도시되지 않음) 수단에 의해 중간축 기어(244)쌍과 연속 맞물림 결합한다. 최전방 중간축 기어(236)는 입력축이 회전구동될때 마다 중간축(224, 226)의 동시회전을 초래하도록 입력기어(222)에 의해 구동되며 이 기어와 연속으로 맞물려 있다.
주변속기부 주축기어(246, 248, 250, 252), 중간축 기어(236, 238, 240, 242, 244) 및 아이들러기어 모두 일정하게 맞물려 있고 입력기어(222)에 의해 구동되어 변속기(12)의 입력기어전동을 형성한다.
도시된 것처럼 여러 인접 링(254)이 주변속기부 주축기어들을 주축(228)에 상대적으로 축방향으로 고정시키기 위해 제공된다.
미끄럼 클러치 칼라(256, 258, 260)는 공지된 것처럼 주축과 함께 회전하여 주축에 상대적인 축방향 이동을 위해 주축(228)에 키홈 결합된다.
미끄럼 클러치(256)는 기어(252)를 주축에 결합시키도록 변속포크(262) 수단에 의해 미끄럼 클러치(258)는 기어 (250 또는 248)를 주축에 결합시키도록 변속포크(264) 수단에 의해 미끄럼 클러치(260)는 기어(246)를 주축에 또는 입력기어(222)[및 결국 입력축(218)]를 주축에 결합시키도록 변속포크(264) 수단에 의해 축방향으로 활주할 수 있다. 변속포크(262, 264, 266)는 공지의 변속바(shift bar) 하우징 조립체의 변속바 또는 레일(rail)에 부착 된다.
주축(228)은 분리형 보조변속기부(214)내로 연장되며 이와 동축으로 배열되고 적당한 베어링에 의해 하우징(216)내의 지점(276)에서 차례로 지지되는 출력축(274)내로 안내된다. 상기 보조변속기부는 또한 동일한 중간축 기어(284, 286, 288) 그룹을 각각 갖는 다수의 보조변속기부 중간축(278, 280)을 포함한다.
공지되어 있으며 상기 미국특허 제 3,105,395 호에 예시된 것처럼, 쌍동이 중간축형 복합변속기의 축상 및 횡방향 칫수를 최소하하기위해 주변속기부 중간축(224, 226)은 보조변속기부 중간축으로 부터 약 90° 변위되어 있다. 주변속기부 중간축은 베어링(290, 292)에 의해 하우징(216)에 지지되며 보조변속기부 중간축(278, 280)은 베어링(294, 296)에 의해 하우징(216)에 지지된다.
보조변속기부의 두 주축기어(308, 310)는 주축(228)을 둘러싸고 이와 일정하게 맞물리며 각각 중간축 기어쌍(284, 286)에 의해 현가지지된다. 출력기어(312)는 출력축과 함께 회전하고 이 축에 대해 축상 이동을 하도록 출력축(274)에 키홈 연결된다. 출력기어(312)는 보조변속기부 중간축 기어쌍(288)과 일정하게 맞물린다.
탄성 편향된 클러치 부재(316, 318, 320)는 주축(228)에 키홈 연결되며 잠금자(도시되지 않음)와 조합으로 상기 미국특허 제 3,799,002 호; 제 3,921,469 호; 제 3,924,484 호 및 제 4,736,643 호에 설명된 형태의 탄성, 잠금식 클러치 장치를 제공하는데, 이것은 기어(308, 310, 312)를 주축(228)에 각각 한번에 하나씩 결합시킨다. 클러치(316)는 스프링(330)에 의해 축방향으로 편향되며 확동 멈춤자(pusitive stop)(334)에 의해 축방향 이동에 제한을 받는다.
클러치부재(318, 320)는 주축을 둘러싸는 스프링(138)에 의해 축방향으로 이격편향되며 멈춤자(338, 340)에 의해 축방향이동에 제한을 받는다.
기어(312)는 변속 포크(342)에 의해 축방향으로 움직이며 기어(308, 310)는 축방향 동시운동 및 독립회전을 위해 립(346)에 의해 연결되며 변속포크(348)에 의해 축방향으로 움직인다. 기어(308, 310 또는 312)는 한번에 하나씩 주축(228)에 선택 결합된다. 물론 주축(228)으로의 기어(312)의 결합은 주축(228)을 직접 출력축(274)에 연결시키는 효과를 낸다.
제 5 도는 변속기(12)의 변속패턴이 상징적으로 예시되어 있다.
본 발명의 잠금식, 탄성 편향되는 클러치-잠금자 조립체의 상세한 것이 제 4A∼제 4D 도에 도시되어 있다.
변형 가능한 잠금식 조클러치가 변속가능 주축기어와 보조변속기부 사이에 배열되며 상기 미국특허 제 3,799,022 호; 제 3,924,484 호 및 제 3,983,979 호에 있는 것처럼 결합을 위한 탄성수단이 제공된다. 공지 기술의 상대적으로 변형이 힘든 잠금자를 사용하는 클러치 수단과는 상호 동일하지 않으나 본 발명에 관한한 유사하므로 같은 내용이 당업자에 의해 어려움없이 상기 클러치에 적용될 수 있어 이들의 하나만을 설명하는 것으로 충분할 것이다. 따라서 주축기어(308)와 보조변속기부(214)의 주축(228) 사이에 위치한 확동조클러치를 참조하면, 이 조클러치(356)는 주축(228)을 둘러싸는 환상클러치 칼라 또는 클러치부재(316)를 포함한다. 클러치칼라(316)에는 내부키홈(358)이 제공되는데 이것은 클러치칼라(316)를 주축(228)에 연결시켜 회전하도록 주축(228)에 제공된 외부 키홈(360)내에 배치된다. 그러나 협동키홈(358, 360)은 클러치 칼라(316)가 축(228)에 대해 축방향으로 자유활주 하도록 한다. 주축(228)이 클러치칼라(316)와 함께 회전하지 않으나 상대적인 축방향이동을 허용하도록 클러치칼라(316)를 주축(228)에 설치하는 다른 수단이 사용될 수 있다. 멈춤링(334)이 주축(228)의 외면에 형성된 적당한 홈내에 위치되며 클러치칼라(316)와 접촉하도록 배치되어 축상 우향이동을 한정한다. 칼라(316)는 스프링(330) 수단에 의해 멈춤링(334)과 접촉연결합되도록 탄성힘을 받는다.
클러치칼라(316)에는 주축기어(338)에 제공된 내측기어이(364)와 맞물리는 외측기어이(362)가 제공된다. 내측기어이(364)는 클러치 조립체(356)의 다른 조클러치 부재를 형성한다. 클러치칼라(316)의 기어이(362)는 지점(366)에서 테이퍼지며, 유사하게 주축기어(308)의 기어이(364) 선단변부는 지점(368)에서 테이퍼진다. 테이퍼된 원추면은 주축(228) 종축에 대해 30°∼40° 각도로 연장된다. 테이퍼각 및 그 장점이 미국특허 제 3,265,173 호에 설명되어 있다. 스프링(330)의 타축단부는 주축(288)에 고정된 스프링 시트부재(369)에 탄성력을 가한다.
기어이(362)의 일정 수, 여기서는 세개는 후술되는 것처럼 잠금링을 위해 부분적으로 제거된다. 이 부분제거는 잠금링과 협동하도록 부분적으로 제거된 또는축상 단축된 거이이(370)를 남긴다.
상대적으로 변형이 힘든 잠금자의 경우, 역시 잠금자 링으로 불리며 그 중 하나가 지점(324)에 도시된 잠금링 및 센서를 클러치 부재(316)를 둘러싸는 링을 포함하며 적정수, 여기서는 세쌍의 방사상 내향돌출부(372, 374)를 갖는데 적절히 위치되는 경우 상기 외부기어이와 맞물릴 것이다.
내향돌출부 또는 기어이(384, 376)는 인접한 기어이(362)측부에 적절히 위치할 수 있는 형상이며 부분제거된 기어이(370)와 기어이(362) 사이의 공간내로 돌출하도록 위치된다. 각 돌출부(372, 374) 쌍은 부분제거된 기어이(370)에 의해 형성된 주연방향 공간보다 작은 칫수를 가져서 잠금링(324)은 기어이(372와 374) 사이의 공간이 부분제거된 기어이(370)와 정렬하는 위치(제 4B 도)로 부터 클러치부재(316)에 대한 제한적인 시계 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 클러치 기어이(362)에 의한 잠금자 기어이(372 또는 374) 중 하나의 접촉은 상기의 상대회전을 제한하며 잠금자(324)가 클러치부재(316)와 회전하도록 한다. 그러나 내향돌출 기어이(372, 374) 사이의 공간은 기어이(370)의 주연방향 횟수보다 넓은 간극을 가져서 적절히 동기상태로 정렬될때 (보다 정확하게는 클러치부품들의 상대속도가 동기상태를 교차할때) 기어이(372, 374)는 기어이(370)와 맞물리며 클러치부재(320)는 축방향으로 이동할 수 있으나 상응하는 기어와 결합하도록 잠금자 링(324)을 넘지는 않는다.
잠금자 기어이(372, 374)의 단부면은 지점(376, 378)에서 테이퍼진다. 부분제거된 기어이(370)의 단부면에도 역시 램프(ramp)(380, 382)까지 또는 잠금자링의 잠금기어이(372, 374)의 램프(178, 180)까지 테이퍼가 제공된다. 램프(376, 378, 380, 382)의 각(383)은 잠금기어이와 부분 제거된 기어이가 주변속기부(212)가 결합된 경우 적절한 잠금위치에 있으나 주변속기부가 분리된 경우(즉 중립위치) 보조변속기부 변속이 선택된 때는 접촉력하에 잠금자 및 클러치가 비잠금위치 [클러치(316), 잠금자(324) 및/또는주축(228)의 상대적인 회전을 초래하여]를 유지하도록 선택된다. 주축(226) 회전축의 수직평면(P)에 대해 약 15°∼25°, 바람직하게는 약 20°의 램프각(382)이 공지 반잠금식 변속기에 대해 최고로 만족스럽다는 것이 입증되었다.
상기 미국특허 제 3,924,484 호에 상세히 설명된 것처럼, 링(324)의 방사상 내축에는 기어이(362)의 외경보다 약간 작은 내경의 환상 탄성링(386)을 수용하는 내향홈(384)이 제공되어 부품들이 조립됐을때 링(386)이 기어이(362) 외면에 대해 경계하나 일정한 압력을 가하도록 외측으로 약간 변형된다. 링(386)이 홈(384) 벽과 가벼운 마찰접촉만을 하도록 여유있게 고정되는한 이것은 잠금자 링(126) 및 클러치 링(316) 사이에 축방향 이동에는 충분한 저항을 제공하나 회전 이동에는 큰 버항을 제공하는 않는다.
원추면(388)은 잠금자 링(324)으로 부터 방사상 외향으로 돌출하여 기어(308)의 방사상 내측벽의 원추면(390)과 결합하도록 위치한다. 상기의 축방향 저항은 충분히 커서 잠금자(324)상태 원추면(390)의 회전구동효과는 잠금자(324)외 클러치부재(314) 사이에 존재하는 어떠한 회전저항보다 훨씬 크다. 멈춤링(392)은 클러치(316)이 분리될때 (제 4A 도에서 좌향으로) 원추면(390) 전방으로 부터의 잠금자(324)의 멀어짐을 제한한다.
사전선택된 보조변속기부(214) 기어비와 결합하기 위해 기어비가 사전 선택되고 연관센서가 비잠금위치로 이동되야만 한다. 이것은 두방법 중 하나로 주축(228) 회전속도가 조절되거나 주변속기부가 중점으로 변속되어 주축(228)의 관성이 감소함으로써 주축을 비잠금위치로 회전하도록 센서가 램프(376, 378)를 풀게된다.
상기 미국특허 제 RE 32,591 호에 설명된 후자방법은 대개의 경우 만족스럽다. 그러나 특정 조건의 경우 잠금자가 비잠금위치로 복귀하지 않아서 사전선택된 조클러치조립체의 결합을 방해한다.
이 문제 ["잠금자 걸림 (blocker hang-up)" 이라 불림], 통상 증변속 문제를 개량하기 위해 엔진과 주클러치를 결합시키며 클러치 조립체는 풀도록 입력축의 동기 또는 더 큰 속도 (즉 IS = ＞ OS * GR)를 달성하며 조클러치 결합을 허용케하는 것이 필요하다.
알려진 것처럼, 변속기(12)의 변속기어비(GR)은 주변속기부(212) 기어비와 보조변속기부(214) 기어비의 곱으로 정의된다. 본 발명의 변속제어에 따라 스로틀 증가(blip) 및/또는 필요한 엔진제동을 이용하여 목적기어비로의 변속선택시 주변속기부(212)는 중립으로 변속되고, 분리형 보조변속기부(214)의 필요기어비와 연관된 잠금식 조클러치 조립체가 사전선택되며 적절한 주변속기부 기어비가 결합된다. 원하는 주변속기부 기어비로의 결합은 위치센서(34A)에 의해 감지된다. 그러나, 만약 있다면 보조변속기부 액츄에이터와 연관된 위치센서는 선택된 보조변속기부 클러치 조립체의 결합위치가 아니라 사전선택된 위치만을 지시할 것이다.
예를들면 6단(번째)에서 7단(번째)로의 변속은 클러치(258)가 주축(228)으로부터 기어(248)를 분리하고 클러치(320)를 분리하며 보조 변속기부(214)의 클러치(316)를 사전선택하고 클러치(260)에 의해 기어(246)를 주축(228)에 결합시킬 것을 요한다. 사전선택된 클러치(316)는 주축이 중립위치에 있는동안 비교적 저관성에 있을때 램프를 분리하는 센서의 작용하에 분할기어(308)를 주축에 결합시킬 것이 예측된다.
상기한 것처럼, 변속 포크(266) 및/또는 조클러치(260)의 축상위치를 나타내는 입력신호는 기어(246)의 결합 또는 분리상태의 신뢰성있는 표시이며, 만일 있다면 변속포크(348) 및/또는 기어(308)의 축상위치시 신호는 단지 조클러치(316)에 의한 기어(308)의 주축(228)에 대한 결합의 사전선택을 표시할뿐이다.
본 발명의 변속제어방법/장치에 따라 목적기어비의 결합을 확인하고 목적기어비의 비결합이 단지 잠금자 걸림이면 교정작용을 취하고 이 교정작용이 효과적이지 못한 경우 운전의 결합장애 퇴행모드를 이행하는 기술이 제공된다.
필요한 분리형 보조변속기부 기어비를 사전선택하고 필요한 주변속기부 기어비를 결합시키며 위치센서(34A)에 의해 그러한 결합을 확인할때, 목적 기어비 결합은 IS = (OS * GTT) ±K 를 감지함으로써 결정된다:
이때 IS = 입력축속도, OS = 출력축속도, GTT= 목적기어비, K = 노이즈 등에 따른 에러 오차이다.
에러 오차는 50∼150RPM인 것이 바람직하다.
속도차 [IS = (OS * GRT)가 K를 넘으면 필요한 주변속기부가 결합되며 선택된 보조변속기부 분리기어비는 결합되지 않는다.
선택목적기어비가 결합되지 않음을 감지한 경우 프로그램은 먼저 옳바른 변속비가 결합됐는지 즉 연장된 시간동안 임의의 기지 기어비에 대해 IS/OS = GR 인지?, 여부를 결정하기위해 검사한다. 목적기어비 이외의 기지기어비가 결합됐음을 결정한 경우, 결합기어비와 연관된 보조변속기부 기어비는 디폴트(DEFAULT) 기어비가 되고 주변속기부 변속만이 일어나는 운전의 장애 퇴행모드가 실행된다. 예를들면, 목적기어비가 8단(번째)이고 IS/OS가 7단이 결합됐음을 나타내면 시스템은 다시 7단으로 변속을 명령하고, 변속이 일단 완성되면 현 보조변속기부 기어비는 고정될 것이다.(즉 보조변속기부에 기계적 파손이 있을 수 있으므로 다른 보조변속기부 기어비는 쓸모없게 될 것이다) 이러한 특정 시나리오에서 기어비 1(저기어비)이 디폴트 기어비가 되며 가능기어는 1R, N, 1, 4, 7 및 10(주변속기부 변속만)이 될 것이다. 변속기가 임의 기어비로 결합되지 않으며 주변속기부가 기지의 주변속기부 기어비에 결합되면 이는 보조변속기부가 결합되지 않음을 의미한다. 보조변속기부가 결합되지 않음을 감지한 경우, 장애의 가장 큰 원인, 즉 원하는 보조변속기부 기어비와 연관된 사전선택 클러치 조립체의 잠금자 걸림을 제거하기 위한 교정작용이 취해진다.
의심스러운 클러치 조립체의 잠금자 걸림문제를 교정하기위해 입력축 회전속도가 동기속도이상 (즉 IS ≥OS * GRT)이 되도록 주변속기부와 주클러치가 결합된 상태에서 엔진에 연료가 공급되고 그후 입력축속도가 동기속도 미만이 되도록 엔진에 연료공급이 중단되어 잠금자를 잠금위치로 부터 벗어나도록 잠금자 걸림이 의심되는 클러치조립체가 동기상태를 통과하게 할 것이다. 회로는 신속하며 완전한 회로의 재시행을 필요로 하지 않는다.
교정작용의 완성시, 제어장치가 IS = (OS * GRT) + K 관계에 의해 목적기어비로의 결합을 다시 검사할 것이다. 속도차이가 K 이하이면 더이상의 조치는 불필요하며 결합장애 서브회로가 존재하게 된다. 교정작용이 목적기어비로의 확실한 결합을 초래하지 않는 경우, 프로그램이 상기한 것처럼 임의 기지 기어비로의 결합을 다시 검사한다. 기지기어비가 결합되지 않을 경우, 시스템은 차량이 멈출때까지 다른 보조변속기부 기어비를 결합하기위한 시도를 반복할 것이다. 다른 보조변속기부 기어비가 결합되면 이 기어비가 상기한 것과 같은 운전의 주변속기분 변속만의 퇴행모드에서의 보조변속기부 디폴트 기어비가 된다.
이처럼, 사전선택된 잠금식 클러치 조립체의 걸림상태를 교정하도록 입력축이 적어도 동기속도 (IS = OS * GRT)에서 회전하게 하기위해 연료를 공급하고 클러치 부재가 동기상태를 통과하게 하기위해 연료공급을 중단하면서 주클러치와 주변속기부의 결합을 유지함으로써 비결합이 감지된 보조변속기부를 정상 작동하게 하도록 시도하는 스플리터형 세미블록의 복합 자동변속기의 제어가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었지만 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위내에서 여러 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 주변속기부 결합상태지시 입력신호를 제공하는 센서들을 포함하는 주변속기부와 여기에 직렬연결된 분리형의 잠금식 보조변속기부로 구성되고 주변속기부의 특정 기어비와 보조변속기부의 특정기어비의 조합에 의해 각각 결정되는 다수의 기지 변속기 기어비를 갖는 분리형의 맞물림기어식 복합변속기, 엔진, 주변속기부와 보조변속기부의 변속수단 및 (i) 입력신호를 받고, (ii) 프로그램에 따라 입력 신호를 처리하여 원하는 변속기 기어비를 결정하고, (iii) 상기 변속수단으로 출력신호명령을 보내는 중앙처리장치로 구성되되, 중앙처리장치는 먼저 주변속기부를 중립으로 변속시키는 명령, 필요한 보조변속기부 기어비를 결합시키는 보조변속기부 변속명령, 그후 주변속기부 기어비들 중의 필요한 하나를 결합시키는 주변속기부 변속명령의 순서로 변속기 기어비의 모든 비방향성 기어변환을 목적기어비 (GRT)로 명령하는 기계식 자동변속기의 제어방법에 있어서,
    (a) 필요기어비로의 주변속기부 결합을 확인하는 단계,
    (b) 목적기어비로의 변속기 결합확인을 감지하는 단계,
    (c) 변속기가 목적기어비에 결합하였음을 확인하지 못한 경우, 주변속기부 결합을 유지하며 엔진속도가 목적기어비를 위한 동기엔진속도 이상이 되도록 엔진속도를 증가시키고, 그후 동기엔진속도보다 작도록 엔진속도를 감소시키는 단계 및
    (d) 그후 목적기어비로의 변속기 결합확인을 감지하는 단계로 구성되어 필요기어비로의 주변속기부 결합명령을 완성하는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, (b)와 (c) 단계 사이에
    (e) 변속기가 목적기어비에 있지않은 경우, 임의 변속기 기어비로의 변속기, 결합확인을 감지하는 단계를 포함하며, 변속기가 임의 변속기 기어비로 결합하였음을 확인하지 못한 경우만 (c) 및 (d) 단계가 실행되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, (d) 단계후
    (f) 변속기가 목적기어비에 있지않은 경우, 임의 변속기기 기어비로의 변속기 결합 확인을 감지하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 변속기가 입력축 및 출력축을 포함하며, 입력신호는 입력축(25) 및 출력축(OS) 회전속도를 지시하는 신호를 포함하며,
    IS + (OS * GR) + K :
    GR 은 기어비이며, K는 오차율 일때 결합이 감지되는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, K 값이 50∼150 RPM인 방법.
  6. 주변속기부 결합상태 지시입력신호를 제공하는 센서들을 포함하는 주변속기부와 여기에 직렬연결된 분리형의 잠금식 보조변속기부로 구성되고 주변속기부의 특정 기어비와 보조변속기부의 특정 기어비의 조합에 의해 각각 결정되는 다수의 기지 변속기 기어비를 갖는 분리형의 맞물림 기어식 복합변속기, 엔진, 주변 속기부와 보조변속기부의 변속수단 및 (i) 입력신호를 받고, (ii) 프로그램에 따라 입력신호를 처리하여 원하는 변속기 기어비를 결정하고, (iii) 상기 변속수단으로 출력신호명령을 보내는 중앙처리장치로 구성되되, 중앙처리장치는 먼저 주변속기부를 중립으로 변속시키는 명령, 필요한 보조변속기부 기어비를 결합시키는 보조변속기부 변속명령, 그후 주변속기부 기어비들 중의 필요한 하나를 결합시키는 주변속기부 변속명령의 순서로 변속기 기어비의 모든 비방향성 기어변환을 목적기어비 (GRT)로 명령하는 기계식 자동변속기의 제어장치에 있어서,
    (a) 필요기어비로의 주변속기부 결합을 확인하는 단계,
    (b) 목적기어비로의 변속기 결합확인을 감지하는 단계,
    (c) 변속기가 목적기어비에 결합하였음을 확인하지 못한 경우, 주변속기부 결합을 유지하며 엔진속도가 목적기어비를 위한 동기엔진속도 이상이 되도록 엔진속도를 증가시키고, 그후 동기엔진속도보다 작도록 엔진속도를 감소시키는 단계 및
    (d) 그후 목적기어비로의 변속기 결합확인을 감지하는 단계로 구성되어 필요 기어비로의 주변속기부 결합명령을 완성하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서, (b)와 (c) 수단 사이에
    (e) 변속기가 목적기어비에 있지않은 경우, 임의 변속기 기어비로의 변속기 결합확인을 감지하는 단계를 포함하는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 변속기가 입력축 및 출력축을 포함하며, 입력신호는 입력축(IS) 및 출력축(OS)의 회전속도를 지시하는 신호를 포함하고, 결합은
    IS = (OS * GR) + K
    (GR = 기어비, K = 오차율) 일때 감지된 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, K 값이 50∼150 RPM 인 장치.
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