KR100316750B1 - 변속제어방법및장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량 자동기계 변속기용 제어장치(104)/방법에 관한 것으로, 입력축속도(IS)를 나타내는 입력신호를 출력축 속도를 나타내는 입력신호와 맞물려 있는 기어비의 공(OS*GR)과 비교하여 동력전달계통의 토크 변환기 없이 토크 크기 및/또는 위상을 나타내는 제어 변수를 발생시킨다.
Description
본 발명은 자동 또는 부분자동인 차량용 기계식 변속 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 동력전달계통(driveline)의 토크 변환기(torque transducer)를 사용하지 않고 변속 장치를 제어하도록, 동력전달계통의 토크 위상(torque phase), 크기 및/또는 토크 크기의 변화를 감지하는 전자동 또는 부분자동인 차량용 기계식 변속 장치의 제어 장치/방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예는 동력전달계통의 토크 위상 및/또는 토크의 크기 및/또는 토크 크기의 변화를 나타내는 값을 산정(determine)하기 위해 입력축 속도(IS), 출력축 속도(OS) 및 맞물려 있는 기어비(GR)를 나타내는 변수의 값을 관찰함으로써 변속 결정 및/또는 변속의 수행을 향상시킨 자동 기계식 변속 장치의 제어 장치/방법에 관한 것이다.
드로틀 개방 또는 드로틀 위치, 차량 속도, 엔진 속도, 변속축 속도 등을 감지하고, 이에 따라 차량 변속기를 자동으로 변속하는 (대형트럭과 같은 대형차량 및 자동차용) 전자동 변속 장치는 선행기술로 공지되어 있다. 이와 같은 전자동 변속 기어 변속 장치(change gear transmission system)는 선택된 기어비를 성취하도록 하나 이상의 부재를 다른 부재에 또는 그라운드(ground)에 마찰 맞물리는데 이용되며 가압유체가 그 안에 있는 자동 변속기와, 요구 기어비를 성취하기 위해 전자 및/또는 유압논리와 액츄에이터들을 이용하여 기계(즉, 확동) 클러치들을 맞물리고 분리하는 자동기계식 변속기를 포함한다. 이러한 변속 장치의 예가 미합중국 특허 제3,961,546호, 제4,081,065호 및 제4,361,060호에 개시되어 있고, 참고로 이들을 여기에 인용했다.
운전자가 수동으로 선택하는 변속비 변경을 완전 자동으로 수행하기 위해 드로틀 위치, 엔진, 입력축, 출력축 및/또는 차량 속도를 감지하는 전자 제어 유닛, 자동 연료 제어 드로틀 장치, 기어 변속 장치 및/또는 마스터 클러치 구동 장치를 이용하는 반자동 변속 장치가 선행기술에 공지되어 있다. 이러한 반자동 변속 장치의 예가 미합중국 특허 제4,425,620호, 제4,631,679호 및 제4,648,290호에 개시되어 있으며, 참고로 이들을 여기에 인용했다.
수동으로만 제어되는 엔진 드로틀 수단 및/또는 수동으로만 제어되는 마스터 클러치를 구비한 차량들에서 사용되는 변속 장치의 반자동 변속 수행 장치/방법이 또한 제안되었다. 이러한 장치는 미합중국 특허 제5,053,959호, 제5,053,96l호, 제5,053,962호, 제5,063,511호, 제5,050,079호, 제5,081,588호, 제5,089,962호 및 제5,105,357호에 개시되어 있고, 참고로 이들을 여기에 인용했다.
만일 동력전달계통의 토크 위상 및/또는 토크 크기에 관한 정보를 활용할 수 있다면, 상기한 전자동 또는 부분자동 변속 장치의 자동 변속 선택 및/또는 변속의 수행은 향상될 수 있으며, 바람직하게는, 동력전달계통의 토크 변환기 등으로 인해 부가되는 복잡성과 추가 비용 없이 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 동력전달계통의 토크 변환기 없이 차량 동력전달계통의 토크 위상, 토크의 크기 및/또는 토크 크기의 변화를 나타내는 값들을 검출하는 장치/방법이 제공된다.
자동 변속 장치, 바람직하게는 입력축 속도(IS), 출력축 속도(OS) 및 맞물려있는 기어비(GR)를 나타내는 신호들을 수신하는 콘트롤러를 구비하는 자동 기계식 변속 장치에 대하여, 위에서 설명한 것은 입력축 속도(IS)를 출력축 속도와 맞물려 있는 기어비의 곱(OS*GR)과 비교함으로써 성취된다.
평평한 도로를 따라 운행하는 정상 상태(steady state)를 제외하고, 차량은 이동할 때 미소량이라도 끊임없이 가속되거나 감속되며, 이것은 동력전달계통이 두 방향으로 끊임없이 와인드업(winding up)하거나 언와인딩(unwinding)함을 의미한다. 동력전달계통의 토크의 위상을 나타내는 값은 비정상 상태(non-steady state)에서 IS를 (OS*GR)과 비교함으로써 감지될 수 있다. 만일 IS > OS*GR이면, 엔진이 차량을 구동하고 있는 것을 의미하며, 동력전달계통의 토크가 양(positive)의 값으로 여겨진다. 만일 IS < OS*GR이면, 차량 구동바퀴가 엔진을 구동하고 있는 것을 의미하며, 동력전달계통의 토크가 음(negative)의 값으로 여겨진다. 입력축 속도와 출력축 속도와 맞물려 있는 기어비의 곱의 차이값의 절대값(│IS-(OS*GR)│)은 동력전달계통의 토크크기를 나타내는 반면, 상기 절대값의 변화율(d/dt│IS-(OS*GR)│)은 동력전달계통의 토크 크기의 변화 비율을 나타낸다.
동력전달계통의 토크 변환기 없이 보통 사용할 수 있는 IS, OS 및 GR 신호들로부터 얻은 동력전달계통의 토크 위상 및/또는 크기에 관한 정보는 차량용 전자동 또는 부분자동 기계식 변속 장치의 변속 결정 및/또는 변속의 수행을 향상시키는데 이용될 수 있다.
예를 들어, 마스터 클러치를 분리하지 않고 맞물려 있는 기어비로부터 중립으로 변속하는 것이 바람직하거나 필요한 경우의 장치에 있어서, 변속 액츄에이터에 작용하는 힘은 토크 잠금(torque lock)이 발생하지 않는 조건을 예측하는 지시자들인 임박한 위상의 반전 또는 동력전달계통의 토크 크기의 감소만을 감지함으로써 초기화되거나 증가될 수 있다. 또 다른 예로, 차량은 가속하는(d/dt OS > o) 반면 엔진이 차량을 감속시키고 있다면(즉, 토크 위상이 음의 값), 이것은 차량이 엔진 브레이크로 내리막길을 운행한다는 것을 나타내며, 상단변속(upshift)이 바람직하지 않음을 의미한다.
동력전달계통의 토크 위상 및/또는 토크 크기의 표시로서 입력축 속도와 출력축 속도와 맞물려 있는 기어비의 차이값을 활용함에 따라, 자동 기계식 변속 장치의 변속 결정과 변속의 수행이 동력전달계통의 토크 변환기 없이 향상될 수 있다.
본 발명의 목적과 장점을 첨부한 도면을 참고로 설명함으로써 분명해질 것이다.
사용된 일부 용어들은 본 발명의 설명을 제한하려는 것이 아니라 설명의 편의를 위해 참고로만 사용될 것이다. "복합 변속기(compound transmission)"란 직렬로 연결된 다중 전진 속도 주변속 섹션(multiple forward speed main section)과 다중 속도 부변속 섹션(multiple speed auxiliary transmission section)을 지닌 변경 속도 또는 변속 기어 변속기(change gear transmission)를 의미하는 것으로, 주변속 섹션에서의 선택된 기어 감속이 부변속 섹션에서 선택된 기어 감속과 복합될 수 있다. "동기클러치 어샘블리(synchronized clutch assembly)"란 확동 클러치(positive clutch)에 의해 선택된 기어를 축에 대하여 상대 회전하지 않게맞물리는데 이용되는 클러치 어샘블리를 가리키며, 용량이 매우 큰 마찰 수단 속에서 실질적으로 동기 속도가 되기 전까지 클러치의 맞물림 시도가 방지된다. 여기서 마찰 수단은 클러치 부재들(clutch members)과 함께 활용되며, 클러치 맞물림이 시작될 때 클러치 부재들 및 이들 클러치 부재들과 함께 회전하는 모든 부재들이 실질적으로 동기 속도로 회전하도록 하기에 충분하다.
여기서 사용된 "상단변속"이란 저속 기어비에서 고속 기어비로 변속함을 의미한다. 그리고 "하단변속(downshift)"이란 고속 기어비에서 저속 기어비로 변속함을 의미한다. "저속 기어", "저 기어(low gear)" 및/또는 "제1기어"는 모두 변속기 또는 변속 섹션에서 가장 작은 전진 속도의 구동에 사용되는 기어비를 나타낸다. 즉, 이들 기어 세트들은 변속기의 입력축에 대해 감속비가 가장 크다.
본 발명의 반자동 기계식 변속 장치에 의해 부분적으로 자동화된 레인지형 복합 변속기(range type compound transmission)(10)가 제1도에 도시되어 있다. 복합 변속기(10)는 레인지형 부변속 섹션(range type auxiliary transmission section)(14)과 직렬로 연결된 다단 속도 주변속 섹션(multiple speed main transmission section)(12)을 포함한다. 변속기(10)가 하우징(H) 안에 수용되어 있고, 선택적으로 분리되며 보통은 맞물려져 있는 마찰 마스터 클러치(C)를 통해 디젤 엔진(F)과 같은 원동기에 의해 구동되는 입력축(16)을 포함하며, 이 마찰 마스터 클러치는 엔진 크랭크축(20)에 구동할 수 있게 연결된 입력 또는 구동부(18)와, 변속기 입력축(16)에 회전할 수 있게 고정된 피구동부(22)를 포함한다.
엔진(E)은 수동 또는 자동으로 제어되는 드로틀 장치(23)에 의해 제어되고,마스터 클러치(C)는 클러치 페달(도시되어 있지 않은)에 의해 수동으로 작동되거나 클러치 액츄에이터 등에 의해 자동으로 제어된다. 선행 기술에 공지되어 있듯이, 바람직하게는 보통 클러치 페달을 깊숙하게 밟음으로써 작동하는 입력축 브레이크(B)가 상단변속을 신속하게 수행하도록 제공된다.
기계식 복합 변속기(10)와 유사한 변속기는 선행기술에 공지되어 있고, 미합중국 특허 제3,105,395호, 제3,283,613호, 제4,735,109호 및 4,754,665호를 참고하여 이해할 수 있을 것이며 참고로 여기에 인용했다. 센서(11)는 엔진의 회전 속도를 감지하고 이를 나타내는 신호를 공급하기 위해 제공될 수 있다.
주변속 섹션(12)에서, 입력축(16)은 실질적으로 동일한 속도로 다수의 실질적으로 동일한 중간축 어샘블리(26 및 26A)를 동시에 구동시키기 위해 입력 기어(24)를 지탱한다. 두 개의 실질적으로 동일한 중간축 어샘블리가 입력축(16)과 동축으로 배열되어 있는 주축(28)의 직경 방향으로 마주보는 위치에 제공되어 있다. 각 부분들이 개략적으로 도시된 이들 중간축 어샘블리는 모두 하우징(H)의 베어링(32 및 34)에 의해 지지되는 중간축(30)을 포함한다. 각 중간축 어샘블리는 함께 회전하기 위해 고정된 중간축 기어(38, 40, 42, 44, 46 및 48)들의 동일한 그룹이 제공되어 있다. 다수의 주축기어(50, 52, 54, 56 및 58)가 주축(28)을 에워싸고 있으며, 선행기술에 공지되었듯이, 주축과 함께 회전시키기 위해 클러치 칼라(clutch collars)(60, 62 및 64)들 중 하나만을 미끄럼 이동시킴으로써 선택적으로 주축(28)에 클러치 연결할 수 있다. 또한 클러치 칼라(60)는 입력축(16)과 주축(28) 사이에 직접 구동 관계가 되도록 입력 기어(24)를 주축(28)에 클러치 연결하는데 이용된다.
선행기술에 공지되어 있듯이, 클러치 칼라(60, 62 및 64)는 일반적으로 변속 하우징 어샘블리(shift housing assembly)(70)와 연동하는 변속 포오크에 의해 축방향으로 위치된다. 클러치 칼라(60, 62 및 64)는 공지된 것처럼 작동하는 비동기 복동식조 클러치형(nonsynchronized double acting jaw clutch type)일 수 있다.
변속 하우징 또는 액츄에이터(70)는 전기 모터 또는 압축 공기와 같은 가압 유체에 의해 작동되고, 제어 장치에 의해 자동적으로 제어 가능한 형태이다. 이는 미합중국 특허 제4,445,393호, 제4,555,959호, 제4,361,060호, 제4,676,115호 및 제4,873,881호에 개시되어 있고, 참고로 이들을 여기에 인용했다.
주축 기어(58)는 후진 기어(reverse gear)이고, 종래의 중간 아이들러 기어(intermediate idler gear)(도시하지 않음)에 의해 중간축 기어(48)와 항상 맞물려 있다. 또한, 주변속 섹션(12)이 5개의 선택 가능한 전진 속도비를 제공할지라도, 주축 기어(56)를 주축(28)에 구동할 수 있게 연결되도록 제공된 최저 전진 속도비는 악조건에서 차량을 출발시킬 때만 이용되고 높은 변속 범위에서는 보통 이용되지 않는 저속 또는 "서행(creeper)" 기어라고 하는 높은 기어 감속이다. 따라서, 주변속 섹션(12)이 5개의 전진 속도비를 제공할지라도, 전진 속도 중 4개만이 부변속 섹션(14)과 복합되기 때문에 "4+1" 주섹션이라고 한다. 이와 유사한 변속기는 미합중국 특허 제4,754,665호 및 제4,974,468호에 개시되어 있듯이 10, 13, 16 또는 18개의 전진 속도를 제공한다.
조 클러치(60, 62, 64)는 3위치 클러치이며, 액츄에이터(70)에 의해 도면에나타낸 맞물리지 않은 중앙 위치, 오른쪽으로 완전히 맞물린 위치 또는 왼쪽으로 완전히 맞물린 위치에 놓여질 수 있다. 공지된 바와 같이, 특정 시점에 클러치(60, 62, 64)들 중 하나만이 맞물릴 수 있으며, 주섹션 인터로크(interlock means)(도시하지 않음)가 제공되어 나머지 클러치들을 중립 상태로 고정시킨다.
부변속 레인지 섹션(14)은 실질적으로 동일한 두 개의 부중간축 어샘블리(auxiliary countershaft assembly)(74, 74A)를 포함하며, 각각의 이 어샘블리는 하우징(H)의 베어링(78 및 80)에 의해 지지된 부중간축(76)을 포함하고, 부중간축과 함께 회전하는 두 개의 부섹션 중간축 기어(82, 84)를 지탱한다. 부중간축 기어(82)는 레인지/출력 기어(range/output gear)(86)와 항상 맞물려 지지되어 있고, 부섹션 중간축 기어(84)는 변속 출력축(90)에 고정된 출력축 기어(88)와 항상 맞물려 있다.
변속 포크(도시하지 않음)와 레인지 섹션 액츄에이터(96)에 의해 축방향으로 위치한 2위치 동기 조 클러치 어샘블리(two-position synchronized jaw clutch assembly)(92)는 저 레인지 작동(low range operation)을 위해 기어(86)를 주축(28)에 클러치하거나, 복합 변속기(10)의 직접적인 또는 고 레인지 작동(high range operation)을 위해 기어(88)를 출력축(90)에 클러치하기 위해 제공되어 있다.
레인지 부섹션 액츄에이터(96)는 미합중국 특허 제3,648,546호, 제4,440,037 및 제4,614,126호에 개시되어 있으며, 참고로 이들을 여기에 인용했다.
레인지형 부변속 섹션(14)이 평기어 또는 헬리컬 기어를 이용하는 2속섹션(two speed section)으로 도시되어 있을지라도, 본 발명은 단순 변속기들과 복합 스플리터/레인지형 부섹션을 갖는 레인지형 변속기에도 적용될 수 있을 것이다. (레인지형 변속기는 선택할 수 있는 세 개 이상의 레인지 비율을 가지며, 유성 기어를 사용한다.) 또한 하나 이상의 클러치(60, 62 또는 64)는 동기 조 클러치형(synchronized jaw clutch type)이고, 변속 섹션들(12, 14)은 단일 중간축형(single countershaft type)일 수 있다.
여기서 사용한 "동력전달계통"이란 엔진 출력축(20), 차량 마스터 클러치(C), 입력축(16), 내부 변속축들과 기어들, 주축(28) 및 출력축(90)을 포함한다.
본 발명의 기계식 변속 장치의 반자동 변속 수행 제어 장치(104)가 제2도에 개략적으로 도시되어 있다. 위에서 설명한 기계식 변속기(10)에 부가되는 제어 장치(104)는 엔진 속도 센서(11), 입력축 속도 센서(98), 출력축 속도 센서(100)(또는 대체 용으로 주축 속도 센서(102)) 및 운전자 제어 콘솔(108)로부터 입력 신호들을 수신하는 바람직하게는 마이크로 프로세서를 기반으로 한 전자 제어 유닛(electronic control unit)(106)을 포함한다. 또한, 전자 제어 유닛(106)은 부섹션 위치 센서(110)로부터 입력들을 수신할 수 있다.
가공되지 않은 속도 신호들은 잡음을 최소화하기 위해 필터링하는 것이 바람직한데, 예를 들어 필터링된 속도값 Y(N)은 SK1 * Y(n-1) + SK2 * X(N)이다. 여기서, X(N)은 여과되지 않은 속도값이고, SK1은 exp(-WT) 이고, SK2은 1 - SK1 이고, W는 각속도이며, T는 주기이다.
전자 제어 유닛은 소정의 논리 법칙에 따라 입력들을 처리하여 주섹션 액츄에이터(70)와 부섹션 액츄에이터(96)를 제어하는 솔레노이드 메니포올드(solenoid manifold)(112)와 같은 변속기 오퍼레이터(operator)와, 운전자 제어 콘솔(108)로 출력신호들을 명령한다. 이 형태의 전자 제어 유닛은 당업계에 공지된 것이며 미합중국 특허 제4,595,986호에 개시되어 있고, 여기에 이를 참고로 인용했다.
운전자 제어 및 디스플레이 콘솔은 운전자가 소정 방향(상단변속 또는 하단변속) 또는 현재 맞물려 있는 비율에서 중립으로의 변속을 수동으로 하기 위해 수동 또는 홀드 모드를 선택하거나, 반자동 예비선택 작동 모드를 선택할 수 있게 하며, 현재 작동 모드(변속의 자동 또는 수동 예비선택), 현재의 변속기 작동 상태(전진, 후진 또는 중립) 및 이미 설정되었지만 아직 수행되지 않은 변속(상단변속, 하단변속 또는 중립으로의 변속)에 대한 정보를 운전자에게 알리는 디스플레이를 제공한다.
콘솔(108)은 변속기(10)가 전진 구동 상태, 중립 상태 또는 후진 구동 상태 중 어느 상태에 있는지를 각각 나타내도록 발광하는 3개의 지시등(indicator light)(114, 116 및 118)을 포함한다. 또한, 콘솔은 운전자가 상단변속, 자동 예비선택 모드 또는 하단변속을 선택할 수 있도록 선택적으로 발광하는 3개의 푸쉬 버튼(120, 122 및 124)을 포함한다. 푸쉬 버튼(126)은 중립으로의 변속을 선택할 수 있게 한다.
푸쉬 버튼(120, 122, 124 또는 126)들 중 어느 하나를 누름으로써 선택되고, 버튼을 재차 누름으로써(푸쉬 버튼(120, 124 및 126)의 경우 실행 전에) 취소될 수있다. 다른 방법으로, 푸쉬 버튼(120 및 124)을 여러 번 누르는 것이 3단에서 5단으로의 변속과 같은 1개 단을 건너뛰는 변속인 스킵 변속(skip shift) 명령으로 이용될 수 있다. 물론, 이 버튼들 및 발광하는 버튼들은 토글 스위치 및/또는 토글 스위치와 라이트 또는 기타 표시 부재와 같은 다른 선택 수단으로 대체될 수 있다. 후진의 선택을 위한 분리 버튼 또는 스위치가 제공될 수 있으며, 또는 중립으로부터 하단변속으로 후진이 선택될 수 있다. 또한, 중립은 후진으로부터 상단변속 또는 저단으로부터 하단변속으로 선택될 수 있다.
작동시 상단변속과 하단변속을 수동으로 선택하기 위해 운전자는 적절히 푸쉬버튼(120 또는 124)들 중 하나를 누를 것이다. 선택된 버튼은 선택된 변속이 수행되거나 선택이 취소될 때까지 발광한다.
제어 콘솔(108)의 또 다른 예가 제2A도에 도시되어 있다. 간단히, 모드 선택기(210)는 후진(R)(212), 중립(N)(214), 주행(자동)(D)(216), 흘드(수동)(H) (218) 및 로우(low)(L)(220)를 선택하는데 이용된다. 모드 선택기는 후진 인터록 해제 버튼(224), 상단변속 선택 버튼(226) 및 하단변속 선택 버튼(228)을 구비한 핸들(222)을 포함한다. 모드 선택기(210)의 기능은 위에서 설명한 콘솔(108)과 실질적으로 같다.
선택된 변속을 수행하기 위해, 메니포올드(112)가 예비 선택되어 주변속 섹션(12)이 중립으로 변속되도록 액츄에이터(70)를 치우치게 한다. 이것은 운전자가 수동으로 엔진에 공급되는 연료를 잠시 증가 및/또는 감소시키고, 또는 수동으로 마스터 클러치(C)를 분리함으로써 토크 브레이크(torque brake) 또는 토크반전(torque reverse)을 야기함으로써 이루어진다. 다른 방법으로 자동 연료 제어 장치(23)가 이용된다면, 토크 브레이크는 엔진 연료공급을 조절함으로써 야기된다(이는 미합중국 특허 제4,850,236호에 개시되어 있고, 참고로 여기에 인용했다). 바람직하게는 변속기 액츄에이터 및 변속 포오크 등의 손상을 방지하기 위해서, 토크 잠금 조건이 아닌 것(non-torque lock condition)이 감지되기 전까지 변속기 액츄에이터들은 중립으로 변속하도록 미리 설정되지 않거나 단지 감소된 힘으로 미리 설정될 것이다.(참고로 인용한 미합중국 특허 제5,105,357호 참조).
변속기가 중립으로 변속되고 중립이 전자 제어 유닛에 의해 확인될 때(1.5초를 주기로 감지), 중립 상태 지시등(116)이 발광한다. 선택된 변속이 복합 변속이면, 즉 제1도에 도시되어 있듯이, 제4속에서 제5속으로의 변속과 같이 주변속 섹션(12)과 레인지 섹션(14) 모두의 변속이면, 전자 제어 유닛은 출력 지령 신호들을 메니포올드(112)로 보내어 중립이 프론트 박스에서 감지된 후 부섹션 액츄에이터(96)가 레인지 변속을 완료하게 한다.
레인지 부섹션이 적당한 비율로 맞물릴 때, 전자 제어 유닛은 감지된 출력축(차량) 속도와 맞물려야 할 변속비를 토대로 하여 입력축 속도의 가능 영역 또는 폭을 계산하거나 결정하고, 지속적으로 이것을 갱신하여 맞물려야 할 변속비에 대해 수용 가능한 동기화 맞물림이 이루어질 것이다. 입력축 브레이크를 드로틀 조절하거나 이용함으로써 운전자나 제어 유닛이 입력축 속도를 허용 범위 안으로 떨어뜨리면 전자 제어 유닛(106)은 출력 지령 신호들을 메니포올드(112)로 보내어 액츄에이터(70)가 맞물려질 주섹션 비율을 맞물리게 한다. 바람직하게는, 운전자가지연된 시간 동안 입력축 속도를 허용 범위 안에 유지시킬 필요 없이 액츄에이터가 매우 신속히 반응할 것이다. 변속 중립으로의 변속을 선택하기 위해 선택 버튼(126)이 눌려진다. 지시등(116)은 전자 제어 유닛이 중립 상태를 확인하기 전에는 반짝일 것이며, 확인된 후 변속기가 중립으로 유지되어 있는 동안 지시등(116)은 계속 켜져 있을 것이다.
푸쉬 버튼(122)을 사용하거나 선택기(210)를 "D" 위치로 이동하여 선택한 작동의 자동 예비선택 모드에서, 전자 제어 유닛은 저장된 논리 법칙, 입력축 속도와 출력축 속도를 비교하여 산정된 현재 맞물려 있는 비율과 출력축 속도에 근거하여 상단변속 또는 하단변속이 필요하고 이를 예비 선택할 것인가를 결정한다. 푸쉬 버튼(120 또는 124)들 중 하나를 반짝거리게 하거나 음성 변속 경계 신호를 야기함으로써, 상단변속 또는 하단변속이 예비 선택되고, 전자 제어 유닛(106)으로부터의 출력 지령 신호에 의해 반자동 수행된다는 것을 운전자가 알게 된다. 위에서 설명했듯이, 운전자 또는 제어 장치가 자동 예비선택 변속의 반자동 수행을 수행하거나 푸쉬 버튼(122)을 누름으로써 자동 모드를 취소할 수 있다.
본 발명의 동력전달계통의 토크 위상과 크기 결정 방법에 따라, 차량 동력전달계통의 토크 위상, 크기 및/또는 크기의 변화를 나타내는 값들은 토크 변환기 없이 산정되고, 이러한 값들은 차량 전자동 또는 부분자동 기계식 변속 장치의 변속 결정 및/또는 변속의 수행을 향상시키는데 이용될 수 있다. 입력축 속도, 출력축 속도 및 현재 맞물려 있는 기어비를 나타내는 신호들을 수신하는 제어 유닛을 구비한 자동 변속 장치는 더 이상의 입력들 또는 센서들을 필요로 하지 않는다.
평평한 도로를 따라 운행되는 정상 상태를 제외하면, 차량은 이동할 때 끊임없이 적어도 약간은 가속되거나 감속되며, 이것은 동력전달계통이 두 방향으로 계속 와인드업하거나 언와인딩한다는 것을 의미한다. 토크 위상이 변하여 발생하는 동력전달계통의 와인딩업은 동력전달계통 기어 이빨, 클러치 이빨 및 스플라인 이빨의 백래시(backlash)가 팽팽해지고 축과 기어가 탄성적으로 비틀림 변형할 때 발생한다. 와인딩업 및 언와인딩되는 동안에, 입력축(IS)의 회전 속도는 출력축 속도와 현재 맞물려 있는 기어비의 곱(OS*GR)과 약간 차이가 있게 변할 것이다.(대형트럭 동력전달계통에서 약 10 RPM) 만일 IS와 (OS*GR)의 차이값이 고장 참조값(fault reference)(약 25 RPM)을 초과하면, 이것은 센서의 고장을 의미하고, 본 발명의 토크 검출 방법이 정지된다.
이러한 비정상 상태에서 IS를 (OS*GR)과 비교함으로써 동력전달계통의 토크 "위상"이 감지될 수 있다. 만일 IS > OS*GR 이면, 엔진이 차량을 구동시키고 동력전달계통의 토크가 "양"의 값으로 여겨진다. 만일 IS < OS*GR 이면, 차량 구동바퀴가 엔진을 구동시키고, 동력전달계통의 토크가 "음"의 값으로 여겨진다. 입력축 속도와 출력축 속도와 기어비 곱의 차이값의 크기(│IS-(OS*GR)│)는 동력전달계통의 토크의 크기를 나타내며, 상기 절대치의 변화율(d/dt│IS-(OS*GR)│)은 동력전달계통의 토크 크기의 변화율을 나타낸다.
동력전달계통의 토크 변환기가 없어도 보통 사용할 수 있는 IS, OS 및 GR 입력신호들로부터 결정된 위에서 설명한 동력전달계통의 토크 위상 및/또는 크기 정보는 차량용 전자동 또는 부분자동 기계식 변속 장치의 변속 결정 및/또는 변속의수행을 향상시키는데 유용하게 이용될 수 있다.
예를 들어, 자동 변속기장치에서 마스터 클러치를 분리하지 않고 맞물려 있는 비율에서 중립으로 변속해야 할 경우, 변속기 액츄에이터에 가해지는 힘은 토크 잠금조건이 아님을 예측하는 표시인 동력전달계통의 토크 위상의 임박한 반전 또는 동력전달계통의 토크 크기의 감소를 감지하는 경우에만 시작되거나 증가될 수 있다. 또 다른 예로, 차량이 가속하는(d/dt OS > 0) 동안 엔진이 차량을 감속시키려 한다면(즉, 동력전달계통의 토크 위상이 음의 값), 이것은 차량이 엔진 브레이크로 내리막길을 운행하는 것을 나타내며, 상단변속이 바람직하지 않음을 나타낸다.
동력전달계통의 토크 위상과 그 크기의 표시로 입력축 속도와 출력축 속도와 맞물려 있는 기어비의 곱의 차이값을 이용함으로써, 자동 기계식 변속장치의 변속 결정과 변속의 수행이 동력전달계통의 토크 변환기 없이 향상될 수 있다. 제3도는 본 발명의 논리법칙 또는 서브루틴의 흐름도이다.
제3도에 따르면, 본 발명의 논리법칙은,
1) 입력축 속도(IS), 출력축 속도(OS), 기어비(GR)를 감지하는 단계와,
2) 식 │IS-(OS*CR)│< REFFAULT인지를 판단하는 단게와,
3) 기어비(GR)로부터 기어중립(N)으로의 변속이 필요한지를 판단하는 단계와,
4) 식 │IS-(OS*GR)│< REF1또는 식 d/dt│IS-(OS*GR)│< REF2가 만족하는지를 판단하는 단계와,
5) 상기 4)단계의 식 만족시, 기어중립(N) 상태까지 미리 설정한 최대의 힘으로 변속을 지령하고, 상기 4)단계의 식이 만족하지 않는다면, 기어중립(N) 상태까지 미리 설정한 최대의 힘보다는 작은 힘으로 변속을 지령하는 단계와,
6) 기어중립(N) 상태인지를 판단하는 단계로 구성된다.
제4A도, 제4B도 및 제4C도는 여러 차량 작동 상태에서 입력축 속도(IS)에 대하여 출력축 속도와 수치로 나타낸 기어비를 곱한 값(OS*GR)을 도시한 것이다.
제4A도는 제4기어로 가속하는 차량을 나타낸다. 아주 짧은 구간을 제외하고 IS > (OS*GR)이 양의 동력전달계통의 토크 위상을 볼 수 있다.
제4B도는 제6기어로 일정한 속도로 진행하는 차량을 나타낸다. 평균적으로 IS(OS*GR)이 동력전달계통의 "양" 또는 "음" 토크 위상은 거의 없음을 정확하게 나타내고 있음을 알 수 있다.
제4C도는 제3기어비에서 제4기어비로 상단변속한 것을 나타낸다. 상단변속하기 위해 엔진의 연료 주입량이 감소되며, 이로 인해 동력전달계통의 토크 위상은 엔진이 차량을 구동시키는 양의 값에서 영(zero)을 지나, 차량이 엔진을 구동시키는 음의 값으로 변화된다.
변환점은 속도 반전점을 감지함으로써 검출될 수 있다. 변환점은 제로 토크점전에 발생한다. 따라서 변속기 액츄에이터의 손상을 최소화하기 위해, 중립으로의 변속 또는 중립으로의 전체 힘 변속이 속도반전(동력전달계통의 토크 위상의 변화)을 감지할 때까지 시작되지 않는다.
물론 IS와 (OS*GR)의 차이가 25 RPM과 같은 소정의 크기를 초과하면, 이는속도센서 또는 비율 센서(ratio sensor) 고장을 의미하고, 동력전달계통의 토크 위상 결정 처리가 중지된다(이는 미합중국 특허 제4,849,899호에 개시되어 있고, 이를 참고로 여기에 인용했다).
본 발명은 청구범위를 벗어나지 않는 한 여러 수정과 변경이 가능하다.
제1도는 본 발명의 장치에 의해 부분 자동화된 차량용 기계식 변속 장치의 개략도;
제2도는 본 발명의 차량용 기계식 변속 장치에 사용되는 반자동 변속 수행 장치의 개략도;
제2A도는 제2도의 변속 장치에 사용될 수 있는 다른 운전자 제어 콘솔에 대한 단면도;
제3도는 본 발명의 흐름도; 및
제4A도, 제4B도 및 제4C도는 여러 차량의 운전 상태에서 입력축 속도(IS)에 대한 출력축 속도와 기어비의 공(OS*GR)을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
E : 엔진 16 : 입력축
90 : 출력축 98 : 입력축 속도 센서
100 : 출력축 속도 센서 110 : 부섹션 위치 센서
112, 70, 96 : 변속기 액츄에이터 106 : 전자 제어 유닛
Claims (21)
- 연료 드로틀 제어형 엔진(E), 입력축(16)과 출력축(90)을 구비하고 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수의 기어비(GR)를 갖는 다단속도 변속 기어 변속기(10), 상기 엔진과 상기 변속기 사이에 동력을 전달하게 개재된 비확동 커플링(C), 입력축 회전속도를 나타내는 제1입력 신호(IS)를 제공하는 제1센서(98), 출력축 회전속도를 나타내는 제2입력 신호(OS)를 제공하는 제2센서(100), 맞물려 있는 기어비(GR)를 산정하는데 사용되는 액츄에이터(70)와 제3센서(110), 상기 변속기의 변속을 제어하는 변속기 액츄에이터(112, 70, 96), 및 상기 제1 및 제2입력신호를 수신하고 이 입력신호들과 상기 산정된 기어비를 소정의 논리법칙에 따라 처리하여 출력 지령 신호들을 송신하는 중앙 처리 장치(106)를 갖는 차량용 자동 변속 기어 변속 장치를 제어하는 제어 장치에 있어서,상기 중앙 처리 장치는,입력축 속도를 나타내는 상기 입력 신호(IS)를 출력축 속도를 나타내는 입력신호와 상기 산정된 현재 맞물려 있는 기어비를 나타내는 입력신호를 곱한 값(OS*GR)과 비교하여 비교 결과(IS > OS*GR, IS = OS*GR 또는 IS < OS*GR)를 판단하고, 상기 비교 결과를 토대로 상기 변속 장치를 제어하는데 효과적인 논리 법칙을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 비교 결과를 판단하는 것은 상기 입력축의 회전 속도를 나타내는 상기 입력 신호와 상기 곱(product)의 차이의 절대값(│IS-(OS*GR)│)을 판단하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 비교 결과를 판단하는 것은 상기 차이의 변화율(d/dt │IS-(OS*GR)│)을 판단하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 논리 법칙은 상기 차이의 절대값이 제1참조값(REF1)을 초과하는 경우 시스템 고장을 선언하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1참조값은 25 RPM인 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 연료 드로틀 제어형 엔진(E), 입력축(16)과 출력축(90)을 구비하고 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수의 기어비(GR)를 갖는 기계식 다단속도 변속 기어 변속기(10), 상기 엔진과 상기 변속기 사이에 동력을 전달하게 개재된 비확동 커플링(C), 입력축 회전속도를 나타내는 제1입력 신호(IS)를 제공하는 제1센서(98), 출력축 회전속도를 나타내는 제2입력 신호(OS)를 제공하는 제2센서(100), 맞물려 있는 기어비(GR)를 나타내는 제3입력신호들을 제공하는데 사용되는 액츄에이터(70)와 제3센서(110), 상기 변속기의 변속을 제어하는 변속기 액츄에이터(112, 70, 96),및 상기 제1, 제2 및 제3 입력신호들을 수신하고 이 입력신호들을 소정의 논리법칙에 따라 처리하여 상기 현재 맞물려 있는 기어비로부터 상단변속 및 하단변속을 선택하고 출력 지령 신호들을 송신하는 중앙 처리 장치(106)를 갖는 차량용 자동 기계식 변속 기어 변속 장치를 제어하는 제어 장치(104)에 있어서,상기 중앙 제어 장치는,차량의 가속도를 나타내는 값(d/dt OS)을 산정하는데 효과적인 논리 법칙;입력축 속도를 나타내는 상기 입력 신호(IS)를 출력축 속도를 나타내는 입력신호와 현재 맞물려 있는 기어비를 나타내는 상기 입력 신호를 곱한 값(OS*GR)과 비교하는데 효과적인 논리 법칙; 및차량 가속도가 양수(d/dt OS > 0)이고, 입력축 속도를 나타내는 값이 상기 곱보다 작으면(IS < OS*GR), 상단변속을 금지하는데 효과적인 논리 법칙을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 연료 드로틀 제어형 엔진(E), 입력축(16)과 출력축(90)을 구비하고 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수의 기어비(GR)를 갖는 기계식 다단속도 변속 기어 변속기(10), 상기 엔진과 상기 변속기 사이에 동력을 전달하게 개재된 비확동 커플링(C), 입력축 회전속도를 나타내는 제1입력 신호(IS)를 제공하는 제1센서(98), 출력축 회전속도를 나타내는 제2입력 신호(OS)를 제공하는 제2센서(100), 현재 맞물려 있는 기어비를 나타내는 제3입력 신호를 제공하는 제3센서 수단(70/110), 상기 변속기의 변속을 제어하는데 사용되며 비수동으로 제어할 수 있는 변속기 액츄에이터(112, 70, 96), 및 상기 현재 맞물려 있는 기어비로부터 상단변속 및 하단변속을 선택하고 수행하도록 상기 제1, 제2 및 제3입력 신호를 수신하고 이 입력 신호들을 소정의 논리 법칙에 따라 처리하여 제1확동 클러치를 분리한 후에 제2확동 클러치를 맞물리게 하는 과정에 의해 상기 상단변속 및 하단 변속을 수행하도록 출력 지령 신호들을 송신하는 중앙 처리 장치(106)를 포함하며, 상기 두 확동 클러치들은 그 회전 속도가 차량 엔진의 회전 속도에 의해 결정되는 제1클러치 부재와 그 회전 속도가 차량 속도에 의해 결정되는 제2클러치 부재로 구성되며, 상기 변속 액츄에이터는 상기 제1확동 클러치를 분리하기 위해 최대 힘이 가해지는 제1작동 모드를 갖는, 기계식 변속 기어 변속 장치의 선택된 변속을 적어도 부분적으로 자동 수행하기 위한 제어 장치(104)에 있어서,현재 맞물려 있는 기어비로부터 변속해야 한다는 선택을 감지하였을 때, (i) 상기 제1입력 신호를 상기 제2입력 신호와 현재 맞물려 있는 기어비를 곱한 값의 차이값의 함수(│IS-(OS*GR)│)로써 조 클러치 토크 잠금 조건을 판단하기 위해 효과적인; 그리고 (ii) 조 클러치 토크 잠금 조건이 아니라고 판단되기 전까지 상기 변속 액츄에이터가 상기 제1작동 모드에서 현재 맞물려 있는 기어비를 분리하도록 출력 지령 신호를 송신하는 것을 금지하는데 효과적인 논리 규칙을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 차이의 절대값이 제1참조값보다 작은경우(│IS(OS*GR)│< REF1), 조 클러치 토크 잠금 조건이 아니라고 판단하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 차이의 절대값의 변화율이 음수인 제2참조값보다 작은 경우(d/dt(│IS-(OS*GR)│)< REF2< O), 조 클러치 토크 잠금 조건이 아니라고 판단하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 차이값이 양에서 음의 값으로 변하는 경우, 조 클러치 토크 잠금 조건이 아니라고 판단하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비확동 커플링은 마스터 마찰 클러치인 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 맞물려져 있는 기어비를 산정하기 위한 상기 제3센서수단은 변속 액츄에이터 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 장치.
- 연료 드로틀 제어형 엔진(E), 입력축(16)과 출력축(90)을 구비하고 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수의 기어비(GR)를 갖는 다단속도 변속 기어 변속기(10), 상기 엔진과 상기 변속기 사이에 동력을 전달하게 개재된 비확동 커플링(C), 입력축 회전속도를 나타내는 제1입력 신호(IS)를 제공하는 제1센서(98), 출력축 회전속도를 나타내는 제2입력 신호(OS)를 제공하는 제2센서(100), 맞물려 있는 기어비(GR)를 산정하는데 사용되는 액츄에이터(70)와 제3센서(110), 상기 변속기의 변속을 제어하는 변속기 액츄에이터(112, 70, 96), 및 상기 제1 및 제2입력신호를 수신하고 이 입력신호들과 상기 산정된 기어비를 소정의 논리법칙에 따라 처리하여 출력 지령 신호들을 송신하는 중앙 처리 장치(106)를 갖는 차량용 자동 변속 기어 변속 장치를 제어하는 제어 방법에 있어서,입력축 속도를 나타내는 상기 입력 신호(IS)를 출력축 속도를 나타내는 입력신호와 상기 산정된 현재 맞물려 있는 기어비를 나타내는 입력신호를 곱한 값(OS*GR)과 비교하여 비교 결과(IS > OS*GR, IS = OS*GR 또는 IS < OS*GR)를 판단하는 단계; 및상기 비교 결과를 토대로 상기 변속 장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 비교 결과를 판단하는 단계는 상기 입력축의 회전 속도를 나타내는 상기 입력 신호와 상기 곱(product)의 차이의 절대값(│IS-(OS*GR)│)을 판단하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 비교 결과를 판단하는 단계는 상기 차이의변화율(d/dt│IS-(OS*GR)│)을 판단하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 변속 제어 방법은 상기 차이의 절대값이 제1참조값(REF1)을 초과하는 경우 시스템 고장을 선언하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 제1참조값은 25 RPM인 것을 특징으로 하는 변속 제어 방법.
- 연료 드로틀 제어형 엔진(E), 입력축(16)과 출력축(90)을 구비하고 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수의 기어비(GR)를 갖는 기계식 다단속도 변속 기어 변속기(10), 상기 엔진과 상기 변속기 사이에 동력을 전달하게 개재된 비확동 커플링(C), 입력축 회전속도를 나타내는 제1입력 신호(IS)를 제공하는 제1센서(98), 출력축 회전속도를 나타내는 제2입력 신호(OS)를 제공하는 제2센서(100), 맞물려 있는 기어비(GR)를 나타내는 제3입력신호들을 제공하는데 사용되는 액츄에이터(70)와 제3센서(110), 상기 변속기의 변속을 제어하는 변속기 액츄에이터(112, 70, 96), 및 상기 제1, 제2 및 제3 입력신호들을 수신하고 이 입력신호들을 소정의 논리법칙에 따라 처리하여 상기 현재 맞물려 있는 기어비로부터 상단변속 및 하단변속을 선택하고 출력 지령 신호들을 송신하는 중앙 처리 장치(106)를 갖는 차량용 자동 기계식 변속 기어 변속 장치를 제어하는 제어 방법에 있어서,차량의 가속도를 나타내는 값(d/dt OS)을 산정하는 단계;입력축 속도를 나타내는 상기 입력 신호(IS)를 출력축 속도를 나타내는 입력신호와 현재 맞물려 있는 기어비를 나타내는 상기 입력 신호를 곱한 값(OS*GR)과 비교하는 단계; 및차량 가속도가 양수(d/dt OS > 0)이고, 입력축 속도를 나타내는 값이 상기 곱보다 작으면(IS < OS*GR), 상단변속을 금지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 방법.
- 연료 드로틀 제어형 엔진(E), 입력축(16)과 출력축(90)을 구비하고 선택적으로 맞물릴 수 있는 다수의 기어비(GR)를 갖는 기계식 다단속도 변속 기어 변속기(10), 상기 엔진과 상기 변속기 사이에 동력을 전달하게 개재된 비확동 커플링(C), 입력축 회전속도를 나타내는 제1입력 신호(IS)를 제공하는 제1센서(98), 출력축 회전속도를 나타내는 제2입력 신호(OS)를 제공하는 제2센서(100), 현재 맞물려 있는 기어비를 나타내는 제3입력 신호를 제공하는 제3센서 수단(70/110), 상기 변속기의 변속을 제어하는데 사용되며 비수동으로 제어할 수 있는 변속기 액츄에이터(112, 70, 96), 및 상기 현재 맞물려 있는 기어비로부터 상단변속 및 하단변속을 선택하고 수행하도록 상기 제1, 제2 및 제3입력 신호를 수신하고 이 입력 신호들을 소정의 논리 법칙에 따라 처리하여 제1확동 클러치를 분리한 후에 제2확동 클러치를 맞물리게 하는 과정에 의해 상기 상단변속 및 하단 변속을 수행하도록 출력 지령 신호들을 송신하는 중앙 처리 장치(106)를 포함하며, 상기 두 확동 클러치들은 그 회전 속도가 차량 엔진의 회전 속도에 의해 결정되는 제1클러치 부재와 그 회전 속도가 차량 속도에 의해 결정되는 제2클러치 부재로 구성되며, 상기 변속 액츄에이터는 상기 제1확동 클러치를 분리하기 위해 최대 힘이 가해지는 제1작동 모드를 갖는, 기계식 변속 기어 변속 장치의 선택된 변속을 적어도 부분적으로 자동 수행하기 위한 제어 방법에 있어서,현재 맞물려 있는 기어비로부터 변속해야 한다는 선택을 감지하였을 때, (i) 상기 제1입력 신호를 상기 제2입력 신호와 현재 맞물려 있는 기어비를 곱한 값의 차이값의 함수(│IS―(OS*GR)│)로써 조 클러치 토크 잠금 조건을 판단하는 단계; 및 (ii) 조 클러치 토크 잠금 조건이 아니라고 판단되기 전까지 상기 변속 액츄에이터가 상기 제1작동 모드에서 현재 맞물려 있는 기어비를 분리하도록 출력 지령 신호를 송신하는 것을 금지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 차이의 절대값이 제1참조값보다 작은 경우(│IS-(OS*GR)│< REF1), 조 클러치 토크 잠금 조건이 아니라고 판단하는 것을 특징으로 하는 변속 제어 방법.
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