KR100314604B1 - 전자적으로개량된파워트레인의기어비변속시간을감소시키는장치및방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자적으로 제어하여 변속 시간이 감소된 파워 트레인 장치(10) 및 이를 구현하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 파워 트레인 장치(10)는 시프트 업이 진행되는 동안 엔진 속도 감소율이 증가시키기 위해 엔진 회전에 감속 토크를 부가하는 다수의 장치를 사용한다. 이 장치들에는 엔진 브레이크(32) 및 입력축 브레이크(38)가 포함된다. 또한, 감속 토크는 냉각팬(30), 공기 압축기, 수압 펌프 및 에어컨 압축기 등과 같은 엔지 부속물을 가동하여 엔진의 부하를 증가시킴으로써 부가될 수 있다.

Description

전자적으로 개량된 파워 트레인의 기어비 변속 시간을 감소시키는 장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DECREASING RATIO CHANGING TIME IN ELECTRONICALLY ENHANCED POWERTRAIN SYSTEMS}
본 발명은 전자적으로 개량된 엔진 및 동력전달장치의 기어비 변속을 완료하는데 요하는 시간을 감소시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자적으로 개량된 동력 전달 장치는 미합중국 특허 제4,361,060호, 제4,595,986호, 제4,648,290호, 제4,722,248호 및 제5,050,427호를 참조하여 알 수 있는 것처럼 당업계에서 알려진 기술이며 여기에 참고상 그 내용이 포함되어 있다. 이들 동력 전달 장치는 다양한 이용 분야에 따라 엔진의 유연성 및 토크 배가성을 개량시키는 여러 기어비를 제공하도록 사용되어 왔다. 이 장치들은 자동차 또는 고정형 발전기의 파워 트레인(powertrain)같은 다른 응용 분야에도 사용될 수 있으나, 가장 흔한 응용 분야는 MVMA클래스 7 및 클래스 8 트랙터 세미-트레일러 차량이다.
마이크로 프로세서를 구비한 전자 제어 모듈은 기어 변속 장치 뿐만 아니라 엔진을 포함하는 파워 트레인을 제어하는데 자주 사용된다. 마이크로 프로세서 기술의 끊임없는 발전은 제어 정밀도를 증가시켰으며, 엔진 및 변속기의 제어 범위를 확장시켰다. 전자 제어 모듈은 여러 센서들로부터 데이터를 수집하며, 현재 운전 상태에 적합한 명령을 내려 엔진과 변속기를 제어한다. 엔진 제어는 연료를 조절하고 엔진 부속물을 작동시키며 엔진 브레이크 또는 구동선 감속기 사용을 조절하는 것 등을 포함한다. 변속기 제어는 적절한 기어비를 선택하고, 현재 기어를 목적 기어로 변화하거나, 입력축 브레이크를 구동하는 것 등을 포함한다.
효과적인 기어비 변속은 연비와 차량의 운전 특성을 향상시킨다. 만재 차량으로 급경사를 올라갈 때와 같은 특정 고건에서, 신속한 기어변속은 차량의 운동량 손실로 인하여, 변속을 완료하지 못하는 것을 예방하기 위해 필요하다. 정상적인 작동 조건에서 운전자는 고속도로의 정규 속도에 도달하기 위해, 일반적으로 15 회 이상의 기어 변속을 해야 한다. 이 경우에, 기어 변속의 비효율성은 상단한 시간 낭비를 유발한다. 그러므로 기어 변속을 완료 시간을 줄이는 것이 바람직하다.
보통 기어 변속은 많은 단계를 거쳐 진행된다. 먼저 운전자는 엔진에서 변속기를 거쳐 구동선으로 이어지는 토크의 전달을 중단해야 한다. 이것은 엔진과 변속기 사이에 마찰 결합하는 마스터 클러치를 분리시킴으로써 이루어진다. 또 다른 방법으로, 모든 스로틀이 갑자기 감소되는 스로틀 딥(throttle dip)이 일어날 수 있다. 일단 토크의 전달이 중단되면, 변속기의 현재 기어는 분리되고 변속기는 중립 상태가 된다.
기어 변속의 다음 단계는 목적 기어비를 선택하는 것이다. 목적 기어의 선택은 현재 운전 상태에 따라 순차적인 다음 기어비로 이동하거나 여러 기어비들을 뛰어넘어 선택될 수 있다. 목적 기어비로 연결되기 전에, 변속기의 입력축은 선택된 목적 기어비에 따라 현재 출력축 회전 속도에 동기화된 속도로 회전해야 한다. 마스터 클러치가 결합되면 입력축 속도는 엔진속도를 조절함으로써 제어될 것이다. 이것은 엔진과 변속기가 연결되어야 하기 때문이다. 엔진 속도는 동기화 속도에 도달하기 위해 가속 또는 감속되어야 한다. 입력축 브레이크를 구비한 변속기는 마스터 클러치를 분리시키고, 입력축 브레이크(관성 브레이크 또는 클러치 브레이크로 알려져 있음)를 작동시켜 입력축 속도가 감소될 것이다. 그러나, 기어 변속 시간을 감소시킬 수 있는 충분한 용량을 갖는 입력축 브레이크는 변속 장치의 가격을 상승시키며 그 구조를 더 복잡하게 하고, 만족스런 작동을 위해서 정밀한 일련의 몇가지 조작이 필요하며, 변소기들은 대부분 입력축 브레이크를 구비하지 않고 사용된다.
입력축 브레이크가 없는 변속기의 경우, 시프트 업되어 마스터 클러치가 결합되면 엔진 속도가 스스로 동기화 속도로 감소할 때까지 기다려야 한다. 엔진 효율이 좋을수록, 즉, 엔진의 내부 마찰 손실이 작을수록 자연 엔진 감속 비율이 그만큼 낮을 수밖에 없다. 이러한 이유로 인하여, 변속을 달성하는데 보다 긴 시간이 필요하게 된다. 따라서 현재 기어가 분리된 후 되도록 조속하게 동기화 속도에 도달하기 위해, 시프트 업할 때 엔진 감속비율을 증가시키는 것이 바람직하다.
엔진에 가변 감속력을 가하는 장치로 주로 사용되는 것은 엔진 브레이크이다. 가장 흔한 엔진 브레이크는 엔진 압축 브레이크 또는 배기 브레이크이다. 이들 장치들은 당업계에 널리 공지되어 있으며, 대형 차량(heavy-duty vehicles)에 주로 사용된다. 엔진 브레이크를 사용하는 기계식 자동 변속 장치의 예가 미합중국 특허 제4,933,850호 및 제5,042,327호에 개시되어 있으며, 이들의 내용을 여기에 참고로 포함하였다.
엔진 압축 브레이크는 보통 수동으로 작동되며, 1, 2 또는 3 열 실린더의 밸브 타이밍을 변화시켜 엔진 회전을 줄이는 가변 감속력을 부가한다. 이러한 작동은 실린더 내에서 크랭크축 회전을 방해하는 압축력을 발생시켜 이루어진다. 배기 브레이크는 엔진에서 방출되는 배기 유동을 제한하여 엔지 압축 브레이크와 유사하게 작동한다. 그러나, 배기 브레이크는 저렴하지만 압축 브레이크의 유연성 또는 응답성을 갖지 않는다. 종래 엔진 브레이크는 긴 경사면을 내려갈 때 구동선에 저항 토크를 제공함으로써 차량 브레이크 작동을 보조했다. 그리고 이런 수동 작동은 현재에도 바람직한 것으로 여겨진다. 최근에도 기어 변속에 소요되는 시간을 감소시키기 위해 엔진 브레이크가 수동으로 작동되고 있다. 이 경우, 엔진 구동선에 과도한 토크를 가할 수 있다. 이러한 현상은 엔진 브레이크의 가동 및 해제가 적절하지 않은 타이밍으로 진행되어 발생한다. 결과적으로, 이런 현상은 차량의 조작성을 감소시킬 뿐만 아니라 파워 트레인 부품의 내구성에 악영향을 미친다. 그리고 적절한 조작이 차량 운전자의 경험 및 기술에 상당히 의존하게 된다.
본 발명의 제1 목적은 수동과 반자동 및 자동 변속기의 시프트 업을 진행할 때, 변속 시간을 감소할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은 엔진 회전에 감속력을 부가하여 동기화 속도에 도달하는 시간이 감소된 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 목적은 엔진 압축 브레이크의 작동을 자동으로 제어하여 수동과 반자동 및 자동 변속기의 변속 시간을 감소하는 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제4 목적은 수동과 반자동 및 자동 변속기의 변속 시간을 향상시키기 위하여, 엔지 부하를 증가시켜 가변 감속력을 부가하는 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제5목적은 변속기가 중립 위치에 있고 엔진 브레이크를 이용하여 시프트 업을 수행할 때, 구동성 장애를 줄일 수 있는 장치를 제공하는데 있다.
제1도는 본 발명에 따른 기계식 변속기 및 엔진 브레이크를 구비한 파워 트레인 장치의 개략도;
제2a도는 엔진 브레이크를 사용하지 않은 경우에 마스터 마찰 클러치가 맞물려질 때 종래 시프트 업 과정을 나타낸 그래프;
제2b도는 엔진 브레이크를 사용하지 않은 경우, 요구 조건하에서 시도된 시프트 업을 나타낸 그래프;
제2c도는 본 발명에 따라, 엔진 브레이크를 적용하여 마스터 마찰 클러치가 맞물리도록 하여 시프트 업을 보조하는 것을 나타낸 그래프; 및
제3도는 본 발명에 따른 변속 시간 감소 방법을 나타내는 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 파워 트레인 장치(vehicular powrtrain systerm)
12, E : 내연 기관(internal combustion engine)
14 : 입력축(input shaft)
16, T : 변속기(transmission)
18 : 마스터 마찰 클러치(master friction clutch)
26 : 출력축(output shaft)
40 : 전자 제어 유닛(Electric Control Unit : ECU)
38 : 입력축 브레이크(input shaft brake)
32 : 엔진 브레이크(engine brake)
30 : 냉각팬(cooling fan)
34 : 공기 압축기(air compressor)
상기 목적을을 달성하기 위해, 본 발명은 기계식 변속 장치의 변속시간을 감소시키는 제어 장치가 제공된다. 변속 장치는 마스터 마찰 클러치에 의해 선택적으로 기계식 기어 변속 장치에 맞물리는 엔진을 포함한다. 그리고 이 장치는 엔진 속도, 출력축 속도 및 변속기의 중립 위치 상태 여부를 나타내는 신호들을 수신하는 전자 제어 유닛을 포함한다. 전자 제어 유닛은 엔진과 변속기를 제어하기 위한 명령 신호들을 내보낸다. 이 변속장치는 변속기 입력축과 변속기 출력축 사이에 선택적으로 결합될 수 있는 다수의 기어비 결합 및 중립 기어 상태를 포함한다. 전자 제어 유닛은 현재 기어를 분리시킨 후 변속기를 목적 기어비로 결합시키기 전에 중립 위치인지 감지하는데, 이때 센서를 이용한다. 또한 이 장치는 전자 제어 유닛으로부터 송신된 명령에 따라 엔진에 감속 토크를 부가하는 장치를 구비한다. 감속 토크는 엔진 속도가 목적 기어비에 상응하는 동기화 속도 이상인 경우, 엔진에 작용한다. 이로써 엔진 속도 감속 비율을 증가시키고 따라서 변속 시간을 줄인다. 상기 장치 및 이 장치와 유사한 장치에 적용 가능한 제어 방법도 본 발명에서 제공된다.
제1도는 차량의 파워 트레인 장치(10)를 도시한 것인데, 파워 트레인 장치는 내연 기관인 엔진(12)을 포함하는데, 이 엔진은 마스터 클러치(18)를 통해 다단 기어 변속기(16)의 입력축(14)에 선택적으로 맞물린다. 엔진(12)은 디젤 엔진 또는 가솔린 엔진 등과 같은 내연 기관들 중 하나이다. 마스터 클러치(18)는 엔진(12)의 크랭크축(22)에 연결된 구동 부재(20)와 입력축(14)에 연결된 피동 부재(24)를 포함한다. 마스터 클러치(18)가 맞물리면, 엔진(12)에 의해 전달된 모든 토크가 구동 부재(20) 및 피동 부재(24)를 통해 변속기(16)에 전달된다.
변속기(16)의 출력축(26)은 차동 장치, 구동축, 트랜스퍼 케이스(tranfer case) 등과 같은 적절한 구동선의 구성 요소들(도시되지 않음)에 연결된다. 파워 트레인 장치(10)는 보통 라디에이터(radiator)와 같은 열교환기(28), 전자 제어되는 냉각팬(30) 및 엔진 브레이크(32)를 구비한다. 다른 부품들로는, 파워 스티어링(power steering) 등 기타 오일 작동 장치용 수압 펌프, 차내 온도 조절 에어컨용 압축기, 전력 공급용 발전기 및 입력축 브레이크(38) 또는 차량 브레이크(도시되지 않음)와 같은 공압 작동 장치에 에너지를 공급하는 공기 압축기(34)와 압축 공기 저장 탱크(36)가 있다.
파워 트레인 장치(10)는 전자 제어 유닛(ECU)(40)을 포함하며, 이 전자 제어 유닛은 다수의 센서와 액츄에이터로 파워 트레인 장치(10)를 제어한다. 여러 센서들은 입력 수단(42)을 통해 현재 작동 상태를 나타내는 정보들을 전자 제어 유닛(40)에 제공한다. 전자 제어 유닛(40)은 이들 정보들을 이용하여 메모리에 저장된 명령어 세트를 실행하여 명령 신호들을 생성한다. 이들 명령 신호들은 출력 수단(44)을 통해 여러 액츄에이터들로 전달된다.
전자 제어 유닛(40)과 정보를 교환하는 대표적인 센서에는, 엔진 속도(ES)를 나타내는 크랭크축 센서(46), 입력축 속도(IS)를 나타내는 입력축 속도 센서(48) 및 출력축 속도(OS)를 나타내는 출력축 속도 센서(50)가 있다. 그외 센서로는, 스로틀 페달(54) 위치를 지시하는 스로틀 위치 센서(52), 차량 브레이크용 브레이크 페달(56)의 상태를 나타내는 브레이크 센서(58) 및 자동 변속기 모드가 후진(R), 중립(N) 또는 전진(D) 모드 중 어떤 것인지를 나타내는 기어 선택 표시기(60)가 있다. 일부의 경우, 시프트 업 또는 시프트 다운의 요구를 받아들이는 기어 선택기를 더 포함한다. 수동 엔진 브레이크 선택기(62)는 후술하는 것과 같은 특정한 운전 조건에서 엔진 브레이크의 수동 제어가 가능하도록 한다.
파워 트레인 장치(10)는 전자 제어 유닛(40)과 연결되는 다수의 액츄에이터들을 더 포함한다. 액츄에이터들은 출력 수단(44)을 통해 전자 제어 유닛(40)으로부터 명령을 받는다. SAE J1922 또는 SAE J1939 와 같은 표준통신 연결 수단이 액츄에이터들과 센서들에 사용되는 것이 바람직하다. 액츄에이터들은 또한 폐회로 제어 장치를 작동하기 위해 입력 수단(42)을 통해 전자 제어 유닛(40)으로 신호를 피드백한다. 보통 액츄에이터는 엔진(12)에 전달하는 연료량을 조절하는 연료 제어기(70) 및 마스터 클러치(18)의 결합과 분리를 조절하는 클러치 액츄에이터(72)를 포함한다. 전자 제어 유닛(40)의 명령들은 다른 콘트롤러들을 통해 액츄에이터들에 전달될 수도 있다. 예를 들면, 연료 제어기(70)는 전자 제어 유닛(40)에서 송출하는 명령에 따라 엔진 브레이크(32)를 작동시키는 역할을 한다. 변속기 액츄에이터(74)는 선택된 기어비를 이루도록 변속기(16)의 기어비를 변경시킨다. 또한 변속기 액츄에이터(74)는 변속기(16)의 현재 결합된 기어 또는 중립 기어 상태를 나타내는 신호를 송신한다.
본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서, 공지된 센서들이 현재 운전상태에 관한 정보들을 전자 제어 유닛(40)에 제공하는데 이용될 수 있다. 유사한 방식으로 공지된 전기, 수압 및 공기 액츄에이터와 이들 액츄에이터의 조합이 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있다. 상기 변속 장치 제어부 및 액츄에이터는 미합중국 특허 제4,959,986호, 제4,576,065호 및 제4,445,385호에 보다 상세히 나와 있으며 참고로 여기에 그 내용이 포함된다.
본 발명의 작동 원리를 보다 쉽게 이해할 수 있도록, 제2a도 내지 제 2c도에 세가지 시프트 업이 진행될 때의 회전 속도들을 그래프로 도시하였다.
제2a도는 엔진 브레이크(32)를 사용하지 않은 상태에서 마스터 클러치(18)가 맞물려 시프트 업이 진행될 때, 제1도의 파워 트레인 장치(10)의 상태를 나타내는 그래프이다. 시프트 업은 시각 t1에 시작되는데, 이 때 현재 기어는 분리되어 변속기(16)는 중립 위치에 있게 되고, 이 상태는 변속기 액츄에이터(74) 또는 변속기의 입ㆍ출력축 속도차에 의해 표시된다. 또한 시각 t1에, 연료 제어기(70)에 의해 엔진에 연료 공급이 중단된다. 마스터 클러치(18)는 아직 맞물려 있으며, 입력축(14)은 크랭크축(22)에 연결되어 있으며, 엔진 속도(ES)는 입력축 속도(IS)와 같다. 도시된 바와 같이, 엔진 속도(ES)와 입력축 속도(IS)는 시각 t2에 출력축 속도(OS)와 같아질 때까지 감소된다.(제2a도에 도시된 것은 목적 기어비가 1.0인 것으로 가정한다.) 동기화 속도는 IS = OS * GRT일때 얻어진다. 여기서, GRT는 목적 기어비이다.
엔진 브레이크(32)가 사용되지 않았으므로, 엔진 회전 속도(ES)는 전체 장치의 자연 감속 비율에 따라 감속한다. 자연 감속 비율은 회전하는 엔진, 클러치 및 변속기 부품들의 회전 관성으로 구성된 함수이다. 또한, 엔지 속도(ES)가 동기화 속도의 약 40 RPM 이내에 있을 때인 t2근방의 시각에, 변속기 액츄에이터들(74)는 선택된 목적 기어비를 결합시킨다. 시각 t3에서, 연료 제어기(70)에 의해 연료가 엔진(12)에 재공급되며, 시프트 업이 완료된다.
제2b도는 급경사를 올라갈 때와 같은 요구 조건하에서 시도된 시프트 업을 그래프로 나타낸 것이다. 제2a도에 도시한 것과 같이, 시각 t1에 변속기 액츄에이터(74)가 현재 기어를 분리하고 전자 제어 유닛(40)에 중립 상태를 알린다. 이와 동시에, 연료 제어기(70)에 의해 엔진(12)에 공급되는 연료가 중단된다. 연료 공급이 없으므로 차량은 급격히 감속되어 출력축 속도(OS)가 감소한다. 이에 비해 엔진 속도의 자연 감속 비율은 너무 느려서, 시각 t4의 엔진 공회전 속도에 도달하기 전에 동기화 속도가 되는 것은 불가능하다. 이처럼 원하는 시프트 업을 수행할 수 없으므로 시프트 업은 취소되어야 한다.
제2c도는 엔진 브레이크(32)를 사용하여 마스터 클러치(18)를 맞물려 시프트 업을 수행했을 때 파워 트레인 장치(10)의 작동 상태를 나타내는 그래프이다. 시각 ta에서 현재 기어는 분리되고 엔진(12)은 연료 공급이 중단되어 엔진 속도(ES)는 자연 감속 비율에 따라 감소되기 시작한다. 시각 tb에, 변속기 액츄에이터(74)에 의해 중립 상태가 표시되면, 전자 제어 유닛(40)은 엔진 브레이크(32)를 작동시키도록 명령 신호를 내보낸다. 시각 tc에 엔진 속도(ES)가 동기화 속도에 도달하도록, 엔진 브레이크(32)는 엔진 속도(ES)의 감속 비율을 증가시키게 된다. 이 때, 목적 기어는 전자 제어 유닛(40)의 명령 신호에 따라 변속기 액츄에이터(74)에 의해 결합된다. 시각 td에, 전자 제어 유닛(40)의 명령에 따라 연료 제어기(70)가 연료 공급을 증가시켜, 엔진(12)의 동력이 다시 상승되어 시프트 업이 완료된다. 물론 변속기어의 분리 및 결합은 차량 운전자의 제어 하에 있을 수 있으며, 이것은 여전히 본 발명의 기술 내용에 포함된다. 기어 결합이 수동으로 제어되는 경우, 시각 tc에 변속기 액츄에이터(74)가 목적 기어는 맞물림 상태로 있다고 표시할 때까지, 연료 제어기(70)는 엔진 속도(ES)와 입력축 속도(IS)를 동기화 속도로 유지할 것이다.
제1도에 도시된 바와 같이, 차량이 긴 경사를 내려갈 때 엔진 브레이크(32)는 운전자가 수동으로 작동을 선택하는 엔진 브레이크 선택기(62)와 연결 상태에 있어 서로 정보를 교환한다. 엔진 브레이크(32)는 엔진 속도(ES)가 공회전 속도 이상이고 스로틀 페달(54)이 완전 해제된 경우 작동된다. 시프트 업이 진행될 때 운전자가 엔진(12)에 가하는 감속력의 정도를 선택할 수 있도록, 엔진 브레이크 선택기(62)가 구성될 수 있다. 즉, 0∼3열의 실린더들이 전자 제어 유닛(40)에 의해 선택적으로 감속된다. 엔진 브레이크의 작동은 다수 개의 기어 비를 넘어 시프트 업하는 경우에 작동하도록 제한할 수 있으며, 또는 엔진 속도의 감속 비율이 일정한 값보다 작은 경우에만 작동하도록 제한할 수 있다. 이런 기술들은 엔진 브레이크의 과다 사용으로 인한 마모 및 파열을 최소화한다.
상술하였듯이, 엔진 브레이크는 압축 브레이크와 배기 브레이크일 중 하나이다. 본 발명은 종래 엔진 브레이크와 달리, 엔진 브레이크가 향상된 상태로 작동되도록 엔진의 부속물들도 함께 제어된다. 냉각팬(30) 및 공기 압축기(34)와 도시하진 않았지만 수압 펌프, 에어컨 압축기 및 발전기와 같은 엔지 부속물들은 그 가동 여부에 따라 엔진(12)의 부하를 증감시켜 엔진(12)의 자연 감속 비율을 결정한다. 이와 함께, 전자 제어 유닛(40)에 의해 조절되는 입력축 브레이크(38)가 부가적인 감속력을 가하여 엔진(12)의 감속 비율을 증가시킨다. 물론 상기 장치들의 조합 또는 구동선 감속기와 같은 다른 유사 장치들이 함께 사용될 수 있다. 이들 조합은 특정 시스템의 작동 조건에 따라 감속력을 부가한다.
엔진 압축 브레이크와 같은 다양한 종류의 엔진 브레이크 장치들은 시프트 업에 소요되는 총 시간과 비교할 때 긴 응답 시간을 요한다. 그러므로 이들 장치는 중립 기어 상태가 감지되기 전에 작동을 시작해야 한다. 이와 같이 제어하면, 제2c도에 도시된 ta∼tb간 지연 시간을 최소화할 수 있다. 엔진 브레이크의 작동 시간은 정확하게는 사용된 브레이크 장치의 응답 시간과 현재 기어가 분리되어 있는지의 여부를 확신하는 과정에 소요되는 과정에 의존한다. 이런 기술은 엔진 브레이크 작동할 때 공회전 상태로 돌아가는 엔진에 있어서 특히 잘 적용된다. 공회전 상태로 복귀하는 것은 변속기에 토크가 전달되는 것을 저지하는 스로틀 딥 기능(dip function)을 수행하여, 현재 맞물려진 기어가 분리되도록 한다.
엔진 브레이크의 응답 시간은 엔진 브레이크의 작동을 중지시키 때에도 고려된다. 본 발명은 엔진 속도(ES)가 동기화 속도에 도달할 것으로 예상되는 시점보다 적절하게 앞선 시각에 엔진 브레이크(32)의 작동을 중지시킨다. 본 발명은 동기화 속도보다 40 RPM 차이가 나는 시점에 엔진 브레이크(32)의 작동을 중지시킨다.
입력축 속도(IS)의 목표값이 참조값(예를 들면, 엔진(12)의 공회전 속도보다 200 RPM 높은 값) 이하인 경우에, 마스터 클러치를 분리하고 입력축 브레이크를 작동시키는 것과 같은 다른 동기화 방법이 수행되어야 한다. 이와 같은 경우는, 정지 상태에서 출발할 때, 즉 출력축 속도(OS)가 영인 상태를 그 예로 들 수 있는데, 이 때 동기화 속도는 상기 참조값보다 작은 값이 된다.
본 발명은 많은 우발적 상황에 대처하여 다양한 운전 조건들을 수용하도록 구성된다. 만일 엔진 브레이크가 예측되는 결합 시점 전에 작동하면 (응답 시간이 변화함에 기인), 클러치 액츄에이터(72)는 현재 기어가 분리되는 동안 마스터 클러치(18)를 분리시켜 적절한 변속이 진행되도록 한다. 제2b도에 도시한 바와 같이, 또 다른 제어 방법이 동기화가 완료되지 않은 경우 전자 제어 유닛(40)에 의해 개시된다. 예를 들러, 엔진 브레이크의 작동은 엔진 부속물들에 의한 부하, 입력축 브레이크(38)의 작동 및 종래 엔진 브레이크의 작동을 조합하여 수행될 수 있다.
일반적으로 입력축 브레이크는 마스터 클러치가 분리될 때 입력축 속도를 감소시킬 때 이용된다. 이처럼 종래 입력축 브레이크는 정해진 회전관성을 감소시키도록 제작된다. 그러므로, 본 발명에 사용되는 입력축 브레이크(38)는 고용량이 요구된다. 본 발명의 입력축 브레이크(38)는 엔진(12)과 크랭크축(22) 및 마스터 클러치(18)에 의한 회전 관성을 조절하는데, 이때 마스터 클러치(18)는 여전히 맞물려진 상태이다.
제3도는 본 발명에 따른 변속 시간 감소 방법을 나타내는 순서도이다. 단계 (80)에서 전자 제어 유닛은 시스템의 센서들 및 액츄에이터로부터 정보를 수집하여, 엔진 속도(ES), 입력축 속도(IS), 출력축 속도(OS) 및 엔진 제동을 위한 정보들을 얻는다. 운전자가 시프트 업을 시도하거나, 전자 제어 유닛(40)에 의해 시프트 업이 지시되면, 단계 (82)는 단계 (84)로 진행된다. 그렇지 않은 경우 프로세서는 단계(80)으로 돌아간다.
제3도에 도시된 것처럼, 단계(84)에서 현재 기어를 분리하고 적절한 목적 기어를 선택한다. 일단 현재 기어가 분리되면, 변속기는 중립 기어 상태가 된다. 단계(86)에서 엔진 속도(ES)가 공회전 참조값보다 크면, 단계(88)에서 엔진 속도(ES)가 동기화 범위(본 발명에서는, 동기화 속도 + 40 RPM)에 도달했는지 판단한다. 만일 엔진 속도(ES)가 공회전 참조값보다 작으면, 단계(98)로 표기된 전술한 우발적 상황을 포함하는 대체 제어 방법을 수행한다. 단계(88)에서 동기화 범위 내에 엔진 속도가 있지 않으면, 단계(94)와 같이 감속 토크를 가한다. 감속 토크를 가한다 함은, 엔진 압축 브레이크를 작동하거나, 엔진 부속물로 부하를 증가시키거나 이들 방법들의 조합을 의미한다.
단계(96)에서 엔진 속도(ES)와 동기화 속도가 일치하는지 판단한다. 만일 현 운전 상태에서 엔진 속도가 동기화 속도와 일치하면, 프로세서는 단계(86)으로 회귀한다. 그렇지 않은 경우, 단계(98)처럼 대체 제어 방법이 실행된다. 다시, 단계(88)에서 엔진 속도가 동기화 범위 내에 있으면, 단계(90)에서 감속 토크는 제거되고 단계(92)에서 목적 기어가 결합되어 시프트 업을 완료한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
상술한 파워 트레인 장치의 변속 시간 감소 장치 및 방법을 차량용 변속기에 적용하면, 일정한 운전 조건에서 변속 시간을 감소시킬 수 있게되어 차량의 조작성을 향상시킬 것으로 기대된다.

Claims (18)

  1. 엔진(E); 상기 엔진의 회전을 감속하며 상기 엔진에 포함되는 엔진 감속 장치(32); 상기 엔진과 연결되며 다수의 기어비 조합과 중립위치를 가지면, 입력축(14)과 출력축(26) 사이에 선택적으로 맞물릴 수 있는 기계식 변속기(T); 엔진 회전 속도(ES), 출력축 속도(OS) 및 중립 기어 상태를 나타내는 입력 신호들을 수신하여 상기 엔지 감속 장치(32)를 제어하기 위한 명령 신호를 발송하는 전자 제어 유닛(40)을 포함하는 기계식 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법에 있어서, 현재 기어를 분리한 후 목적 기어를 맞물리기 전에 수행되는 중립 위치를 감지하는 단계(80); 및 마스터 클러치가 맞물릴 때, 상기 목적 기어의 맞물림이 이루어질 동기화 속도보다 엔진 속도가 큰 경우 상기 엔진에 감속 토크를 가하는 단계(94)로 구성되는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변속기(T)는 입력축(14)의 회전 속도를 감속하기 위한 입력축 브레이크(38)를 더 구비하고, 상기 엔진에 감속 토크를 가하는 단계(94)는 상기 엔진 감속 장치(32)와 상기 입력축 브레이크(38)를 조합하여 구동하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  3. 제2항에 있어서, 엔진 감속 장치(32)는 엔진 압축 브레이크인 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파워 트레인 장치는 상기 엔진에 연결되며 상기 전자 제어 유닛(40)과 정보를 교환하는 다수의 엔진 부속 요소들을 더 포함하고, 상기 감속 토크를 부가하는 단계는 상기 엔진 부속 요소들 중 적어도 하나를 구동시켜 엔진 부하를 증가시키는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 엔지 부속 요소들은 냉각팬(30), 공기 압축기(34), 수압 펌프 및 에어컨 압축기 및 발전기인 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 파워 트레인 장치는, 상기 엔진(E)에 연결되며 상기 전자 제어 유닛(40)과 정보를 교환하는 다수의 엔진 부속 요소들과, 입력축(14)에 감속하기 위한 입력축 브레이크(38)를 더 포함하며, 상기 감속 토크를 부가하는 단계는 상기 엔진 부속 요소들 중 일부와 엔진 감속 장치(32) 및 입력축 브레이크(38)를 조합하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법은, 엔진 속도와 동기화 속도의 일치 정도를 감지하는 단계(96); 상기 일치 정도에 따라 감속 토크의 크기를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 감속 토크의 크기를 제어하는 단계는 감속 토크를 증가시키는 단계(94)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 엔지 속도와 동기화 속도의 일치 정도를 감지하는 단계는 상기 엔진의 회전 속도가 엔진 공회전 참조값보다 큰 값인지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 단축 방법.
  10. 엔진(E); 상기 엔진(E)에 연결되며, 다수의 기어비 조합과 중립위치를 가지면, 입력축(14)과 출력축(26) 사이에 선택적으로 맞물릴 수 있는 기계식 변속기(T); 엔진 회전 속도(ES), 출력축 속도(OS) 및 중립 기어 상태를 나타내는 입력 신호들을 수신하여 상기 엔진(E)과 변속기(T)를 제어하기 위한 명령 신호들을 생성하는 전자 제어 유닛(40)으로 구성되는 기계식 파워 트레인 장치의 변속 시간을 줄이기 위한 제어 장치에 있어서, 현재 기어를 분리한 후 목적 기어를 맞물리기 전의 상태인 중립 상태를 판단하는 센서; 및 상기 전자 제어 유닛(40)의 명령에 따라 감속 토크를 작용시키는 감속 토크 부가 수단을 포함하며, 엔진 속도의 감소 비율을 증가시키기 위하여, 상기 목적 기어의 맞물림이 이루어질 동기화 속도보다 엔진 속도가 클 경우 상기 감속 토크가 상기 엔진에 가해지는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 감속 토크 부가 수단은 상기 변속기(T)의 입력축에 부착되는 입력축 브레이크(38)를 포함하며, 상기 입력축 브레이크(38)는 상기 입력축(14)의 회전을 감속하기 위해 상기 전자 제어 유닛(40)과 연결되어 정보를 교환하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 감속 토크 부가 수단은 엔진 브레이크(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 엔진 브레이크(32)는 엔진 압축 브레이크인 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 감속 토크 부가 수단을 상기 엔진에 연결되어 상기 엔진의 부하를 증가시키는 다수의 엔진 부속 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 감속 토크 부가 수단은 냉각팬(30)을 포함하며, 상기 냉각팬은 상기 엔진 부하를 증가하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 감속 부가 수단은 엔진에 상기 엔진의 부하를 증가시키는 공기 압축기(34), 수압 펌프 및 에어컨 압축기 및 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치는, 상기 엔진의 회전 속도와 동기화 속도의 일치 정도를 감지하는 감독 수단; 및 상기 일치 정도에 따라 감속 토크의 크기를 조절하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 감독 수단은 엔진 공회전 참조값보다 엔진 속도가 큰 값인지 판단하는 판단 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 트레인 장치의 변속 시간 제어 장치.
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