KR100328471B1 - 기어체인지장치 - Google Patents

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제임즈 브로드벤트 롤란드
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제이 에프 베일리
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Abstract

고속으로 또는 저속으로의 기어 변속을 반 자동적으로 선택하기 위한 개선된 기어 변속장치를 제공한다. 상기 장치는 축(31)을 포함하고 있으며, 선택된 기어에 따른 운동 또는 그러한 운동들의 조합을 위하여 상기 축은 축방향과 축선주위로 움직일 수 있다. 축방향 운동을 위한 축과 공축인 피스톤들(36,37)과 회전운동을 위한 축에 직각인 피스톤(46)에 의하여 상기 축(31)은 움직인다.
실제로 상기 축방향 운동은 병진운동이고 상기 회전운동은 기어들과 맞물리게 하고 맞물리지 않게 하는 운동이다. 스로틀과 클러치 제어장치는 스위치들(19A, 19B)에 의하여 기어변속이 초기화되고 작동되게 제공된다.

Description

기어 체인지장치
본 발명은 기어 체인지(gear change)장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 기어박스(gearbox)의 기어비(比)를 반자동으로 선택하기 위한 기어 체인지장치에 관한 것이다.
도로 차량은 통상, 운전자에 의한 직접적인 조작없이 기어 체인지를 행할 수 있게 하는 토오크 컨버터 또는 다른 기구를 자동적으로 사용하거나 또는 기어 레버및 관련 클러치를 수동으로 사용하여 기어비(比)가 선택되는 기어박스를 가지고 있다. 후자의 경우에는, 통상, 운전자에 의해 실행되는 기어 체인지시마다 기어 선택 레버가 중립위치를 통과하도록 된 H패턴 배열로 기어들이 배열되어 있다. 각각의 수동 기어 체인지 조작중에, 운전자는 원활한 기어 체인지를 실행하기 위해 기어박스에 연결된 클러치와 스로틀을 사용한다. 기어 체인지를 돕기 위해, 기어박스에는 동기물림(synchromesh) 시스템이 제공되어 있다.
유럽 특허공보 제0 350 812호에, 샤프트가 피스톤에 의해 축방향으로 그리고 자신의 축선을 중심으로 움직이도록 되어 있고 자동 클러치 제어장치가 제공되어 있는 기어 체인지장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은, 실질적으로 일반적인 기어박스를 사용하며, 더 빠르고 고장 없이 기어 선택을 할 수 있는 기어 체인지를 더 용이하게 행할 수 있는 개선된 기어 체인지장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 기어박스용 기어 체인지장치는, 기어박스 선택기에 연결가능한 구동기구와, 그 구동기구를 작동시키기 위한 액튜에이터, 및 그 액튜에이터로부터 수신된 지시에 따라 그리고 제어수단의 프로그래밍에 따라 상기 구동기구의 작동을 제어하기 위한 제어수단을 포함하고, 상기 구동기구가, 상기 기어박스 선택기에 구동적으로 연결가능하고, 기어박스에서 선택될 기어에 따른 다수의 위치로 이동하도록 축방향 이동 및 자신의 축선을 중심으로 한 회전이동이 가능한 샤프트를 포함한다.
바람직하게는, 상기 샤프트는 그 샤프트와 동축의 피스톤 또는 피스톤들에 압력유체를 선택적으로 공급하여 그 피스톤들과 샤프트를 축방향으로 이동시킴으로써 상기 피스톤 또는 피스톤들에 의해 축방향으로 구동된다.
샤프트는 그의 축선으로부터 떨어져 그 축선에 직각인 방향으로 움직일 수 있는 또 다른 피스톤 또는 피스톤들에 의해 축선을 중심으로 움직일 수 있고, 피스톤 또는 피스톤들의 움직임이 연결장치에 의해 샤프트에 전달되어, 샤프트가 중심 축선을 중심으로 회전되도록 한다.
상기 구동기구와 제어수단은, 기어 체인지 작동시, 기어가 선택된 위치로부터 기어가 선택되지 않은 중립위치로 샤프트가 먼저 축방향으로 이동되도록 배치되어 있다. 그후, 샤프트는 중립위치로부터 다른 기어 선택위치로 축방향으로 이동되거나, 또는 다른 기어 선택위치로의 축방향 이동을 행하기 전에 중립위치에 있는 동안 회전될 수도 있다, 샤프트에 의해 이루어지는 움직임의 종류는 선택될 기어에 달려 있다. 즉, 통상의 기어박스 레이아웃(layout)에서, 제1단 기어와 제2단 기어사이에서의 이동은 중립위치를 통과하는 축방향 이동만으로 이루어지는 반면에, 제2단 기어로부터 제3단 기어로의 기어 체인지는, 중립위치로의 축방향 이동과 중립위치에서의 샤프트의 회전운동과 처음의 축방향 이동과 동일한 방향으로의 샤프트의 또 다른 축방향 이동으로 이루어진다. 물론, 저속으로의 기어 체인지는 상기한 순서와 역순으로 행해진다.
액튜에이터의 작동과 상기 제어수단이 배열되는 방식에 따라 소망의 순서로 샤프트를 움직이게 하기 위해 밸브장치가 제공되어 있다.
바람직하게는, 기어 체인지장치는 고속으로의 체인지 모드 또는 저속으로의 체인지 모드를 선택하는 스위치수단을 포함하는 액튜에이터에 의해 작동된다. 각각의 작동모드에 대한 별개의 스위치수단이 제공되는 것이 편리하다.
일례의 구조에서, 도로 차량용의 스위치수단은 차량의 조향 휠에 설치된다. 즉, 고속 스위치수단이 조향 휠의 일 측면에 설치되고, 저속 스위치수단은 조향 휠의 다른쪽 면에 설치된다.
스위치수단이 조향 휠에 설치된 경우나 또는 다른 방식으로 설치된 경우에도, 스위치수단으로부터 기어 체인지 제어장치로의 스위치 신호의 전달은 조향 휠에 설치된 스위치들과 연결되어 있는 송신기에 의해 이루어질 수 있고, 그 송신기는 차량의 계기판과 같은 차량의 고정된 곳에 설치된 수신기에 적외선 신호와 같은 신호를 송신한다. 그 다음, 수신기는 기어 체인지 작동의 개시를 위해 그 신호를 제어수단으로 보낸다.
기어 체인지 작동을 더욱 향상시키기 위해, 본 발명의 장치와 연관되어 클러치 제어기구가 배치될 수 있다. 그 클러치 제어기구는 기어 체인지가 실행될 때 제어수단에 의해 작동되도록 되어 있어, 기어 체인지가 실행될 때 엔진으로부터 기어박스로의 구동력을 단절한다. 바람직하게는, 클러치 제어기구는 운전자에 의한 통상의 클러치 작동과 연속하여 작동하며, 기어 체인지가 실행될 때 통상의 클러치를 오버라이드(override)하도록 되어 있다. 또는, 그 클러치 제어기구는 엔진으로부터 기어박스로의 구동력을 단절하는 유일한 수단일 수도 있다.
또 다른 특징으로서, 본 발명의 장치는, 기어 체인지가 실행될 때 운전자에 의해 수동으로 조작되는 통상의 스로틀 제어장치를 오버라이드하는 스로틀 제어기구를 포함한다. 그 스로틀 제어기구는 기어 체인지 기능의 작동시, 기어 체인지중에 운전자에 의해 통상적으로 수행되는 스로틀 축소 기능을 자동적으로 발생하기 위한 것이다. 그 스로틀 제어기구는, 제어수단에 의해 작동되고, 스로틀 링크장치의 장력의 감소에 의해 기어 체인지 작동시의 엔진에 대한 스로틀 설정을 감소시키도록 작용하는 구동기구의 형태를 취할 수 있다. 이것은, 링크가 둘레에서 통과하는 풀리를 스로틀 링크장치에 개재시킴으로써 이루어질 수 있다. 그 풀리는 구동수단에 의해 장력감소방향으로 이동된다.
스로틀 제어기구의 또 다른 특징으로서, 보다 원활한 저속 기어 체인지를 실행하고, 또한, 기어박스에의 동기물림장치의 필요성을 제거하기 위해, 고속 기어로부터 저속 기어로의 체인지중에 스로틀 설정을 일시적으로 증가시키는 수단이 제공될 수도 있다.
스로틀 제어기구와 클러치 제어기구의 작동은, 실행될 기어 체인지에 따라그러한 작동을 제어하도록 프로그래밍된 제어수단에 의해 행해질 수 있다. 그 제어수단은, 기어 체인지시마다 실행될 작동을 결정하고, 어떤 경우에는, 선택된 기어 체인지가 실행될 수 있는지 여부를 결정하도록 차량의 주행속도와 엔진속도와 관련이 있을 수도 있다.
승용차에 적합한 기어 체인지장치가 설명되었지만, 이 장치는 상업용 차량, 보트, 트랙터, 땅에서 움직이는 장치를 포함한 다른 차량들에도 적용될 수 있고, 수동 제어하에 기어박스가 이용되는 다른 구동시스템들에도 적용될 수 있다는 것이 인식될 것다.
본 발명의 또 다른 특징들은 첨부 도면을 참조하여 예로서 주어진 본 발명의 일 실시예의 하기 설명으로부터 명백할 것이다.
제 1 도는 본 발명의 기어 체인지장치의 제어구조와 동력원을 개략적으로 나타내는 평면도,
제 2 도는 기어박스의 구동기구의 수직단면도,
제 3 도는 제 2 도의 선3-3을 따라 취한 단면도,
제 4도는 제 2 도의 선4-4를 따라 취한 단면도,
제 5도는 제 2 도의 화살표 5의 방향에서 본 단부도,
제 6 도는 클러치 제어기구의 단면도,
제 7 도는 스로틀 제어기구의 부분단면 평면도,
제 8 도는 제 7 도의 스로틀 제어기구의 수직단면도,
제 9 도는 제 7 도의 스로틀 제어기구의 평면도이다.
도면들에는, 통상의 엔진과 트랜스미션을 가진 자동차에 사용하는데 적합한 본 발명의 기어 체인지장치 및 그와 연관된 제어 및 구동시스템이 나타내어져 있다.
제 1 도에, 엔진(11), 클러치(12), 기어박스(13) 및 조향 휠(14)을 가진 자동차(10)가 개략적으로 나타내어져 있다. 도시된 구조에서, 구동시스템은 공기로 작동되며, 가압된 공기를 저장조(16)에 공급하는 압축기(15)를 포함한다. 차량 자체의 전자제어유니트(18)에 추가하여, 본 발명의 기어 체인지장치를 위한 전자제어 유니트(17)가 차량에 설치되어 있다.
기어박스(13)와 연관된 구동기구(20)가 저장조(16)로부터 밸브(21)를 통해 공급되는 공기에 의해 작동되고, 스로틀 제어기구(22)도 저장조(16)로부터 밸브 (23)를 통해 공급되는 공기에 의해 작동된다. 또한, 클러치 제어기구(24)가 클러치 (12)와 연결되어 있고, 저장조(16)로부터 밸브(25)를 통해 공급되는 공기에 의해 작동된다.
조향 휠(14)은 전자제어유니트(17)에 작동적으로 연결되어 있는 작동스위치들(도시되지 않음)을 가지고 있고, 또한, 하기 시항을 검출하기 위한 센서들이 전자제어유니트(17)에 연결되어 있다.
기어박스(13)에의 입력축 속도,
차량의 주행속도,
클러치 압력,
저장조(16)내의 공기압,
기어박스용 구동기구(20)에 의해 채택되는 위치.
그 센서들에 의해 검출된 기능들 각각에 관한 신호들은, 정보를 조합하고, 본 발명의 장치가 수신된 신호들에 따라 작동하도록 그 장치에 지시하도록 프로그래밍된 전자제어유니트(17)로 전송된다. 또한, 그 전자제어유니트(17)는 차량의 전자제어유니트(18)로부터 신호를 받고, 그 전자제어유니트(18)에 신호를 전송할 수도 있다. 전자제어유니트(17)에 의해 제공되는 기능에 대해서는 후술한다.
또한, 차량에는, 기어 선택기구의 고장 등의 경우에 통상의 방식으로 작동될 수 있는 통상의 스로틀 제어장치(가속 페달)(도시되지 않음), 기어 작동레버(도시되지 않음) 및 클러치 제어장치(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 기어 작동레버와 클러치 제어장치는 생략될 수도 있다.
기어 체인지 작동은 운전자에 의해 차량의 조향 휠(14)로부터 실행된다. 이를 위해, 조향 휠에는 여러 개의 스위치들이 설치되어 있다. 즉, 운전자쪽으로 향하는 조향 휠의 일 측면에 1세트의 스위치(19A)가 설치되어 있고, 조향 휠의 다른 쪽에는 다른 세트의 스위치(19B)가 설치되어 있다. 한 세트의 스위치는 기어를 고속으로 체인지하기 위한 것이고, 다른 세트의 스위치는 기어를 저속으로 체인지하기 위한 것이다. 그 스위치(19A, 19B)들은 부주의하게 작동됨이 없이 운전자에 의해 조작될 수 있도록 배치되어 있다.
그 스위치(19A, 19B)들은 송신기(19C)와 연결되어, 스위치(19A) 또는 스위치 (19B)의 작동시 신호를 송신하도록 되어 있고, 그 신호는 차량의 고정부분, 예를 들어, 차량의 계기판에 설치된 수신기(19D)에 의해 수신된다. 송신기(19C)와 수신기(19D)는 적외선 신호를 이용하지만, 무선신호를 이용해도 된다. 또는, 상기 스위치들이 작동신호를 전자제어유니트(17)에 보내기 위해 직접 유선으로 연결될 수도 있다.
기어박스(13)를 위한 구동기구(20)가 제 2 도∼제 5 도에 상세히 나타내어져 있다. 그 구동기구(20)는 5-밸브 시스템(21)을 통하여 저장조(16)로부터 공급되는 공기에 의해 작동된다. 그 구동장치(20)는 공기 도입 및 배출을 위한 포트(port) 들(도시되지 않음)이 제공된 하우징(30)을 포함하고, 그 하우징(30)내에, 일 단부에서 기어박스(13)에 통상의 방식으로 연결된 중앙 샤프트(31)가 배치되어 있다. 제 2 도에서, 기어박스에의 샤프트의 연결이 좌측 단부에서 이루어져 있는 것으로 나타내어져 있으나, 그 샤프트(31)는 그의 어느 단부에서도 기어박스에 연결될 수 있다. 샤프트(31)는 통상의 형태의 기어박스 입력레버(33)에 연결된다. 예시의 목적으로, 제 2 도에는, 구동기구가 작동할 수 있는 전형적인 기어박스 레이아웃 (layout)(35)이 나타내어져 있다.
그 레이아웃(35)은 5단 전진기어와 하나의 후진기어를 가지는 6단 변속 기어박스에 대한 것으로, 제5단 기어와 후진기어를 위한 아암이 추가된 표준 H패턴으로 되어 있다. 그 기어들중에, 제1단 기어와 제2단 기어, 제3단 기어와 제4단 기어, 제5단 기어와 후진기어는 서로 대향하여 있고, 통상의 방식으로 각 쌍의 기어들 사이와 H자의 교차부를 따라 중립위치가 존재한다. 다른 기어구조들도 구동장치(20)에 적용될 수 있으나, 하기 설명은 도시된 기어박스 구조와 관련하여 설명된다.
중앙 샤프트(31)는 그의 축방향으로 이동가능하고, 또한, 그의 축선을 중심으로 회전가능하게 되어 있다. 그 샤프트의 축방향 운동과 회전 운동 각각을 위한 별개의 구동수단이 제공되어 있다. 도시된 구조에서는, 축방향 운동의 경우, 샤프트(31)는 3가지 위치들중의 어느 하나를 취할 수 있고, 이들 위치의 조합에 의해 기어들중의 어느 하나가 선택될 수 있다.
축방향 운동을 위한 구동수단은 샤프트(31)의 대직경부(38)의 양측에 배치된 한쌍의 피스톤(36, 37)을 포함한다. 그 피스톤(36, 37)은 샤프트(31)에 대하여 제한된 축방향 운동을 한다. 샤프트(31)의 대직경부(38) 둘레에는 슬리브(39)가 배치되어 있다. 그 슬리브(39)는 하우징(30)에 대하여 고정되어 있고, 샤프트(31)가 슬리브(39)에 대하여 미끄러질 수 있게 되어 있다.
피스톤(36, 37)과 슬리브(39)를 수용하기 위해, 하우징(30)에는 원통형 체임버(40)가 형성되어 있고, 그 체임버(40)의 양 단부에 환상(環狀) 오목부(41)가 형성되어 있으며, 그 오목부(41)내에, 샤프트(31)상에 축방향으로 떨어져 고정적으로 설치된 칼러(collar)(42, 43)가 수용될 수 있게 되어 있다.
체임버(40)를 따라 피스톤(36, 37)과 칼러(42, 43)를 이동시키고, 따라서, 샤프트(31)를 축방향으로 이동시키기 위해 공기를 도입하고 배출하는 공기 도입 포트 및 배출 포트(도시되지 않음)가 하우징에 형성되어 있다. 그 포트들에의 공기 공급은 밸브(21)(제 1 도)를 통해 이루어진다.
제 2 도에서는, 샤프트(31)가 어느 기어도 선택되지 않은 중앙의 중립위치에 있는 것으로 나타내어져 있다. 이 위치에서는, 피스톤(36, 37)의 양측에 있는 체임버(A)들에 동일 밸브로부터 공기가 공급되어 공기압이 평형으로 되게 한다. 이위치에서, 각각의 피스톤(36, 37)은 샤프트(31)의 대직경부(38)의 어깨부 및 슬리브(39)의 양측면에 맞닿아 있다.
이 위치로부터 샤프트(31)를 이동시키기 위해, 관련 피스톤(36 또는 37)과 이 피스톤에 인접한 슬리브(39)의 측면과의 사이에 있는 체임버들중 하나에 공기가 도입된다. 이것에 의해, 피스톤(36 또는 37)이 연관된 칼러(42 또는 43)와 맞닿도록 슬리브(39)로부터 먼쪽으로 이동하여, 피스톤(36 또는 37)이 체임버(40)의 끝에 있고 칼러(42 또는 43)가 오목부(41)내에 위치될 때까지 샤프트(31)와 칼러(42 또는 43)가 좌측 또는 우측으로 이동하게 된다. 이러한 작용에 의해, 피스톤(36, 37)으로 하여금 샤프트(31)가 그의 축방향 단부 위치들중 어느 한 위치(피스톤(36 또는 37)이 체임버(40)의 끝에 있게 되는 위치)로 구동될 수 있게 된다. 체임버 (A)들에 공기를 도입함으로써, 제 2 도의 위치로의 피스톤(36, 37)의 이동에 의해 샤프트(31)가 그의 중립위치로 복귀된다.
제어유니트를 배치함으로써, 중립위치로부터 단부위치로의 샤프트의 이동은 첫번째의 빠른 초기이동과 두번째의 느린 이동(전체 이동이 완료되는)의 2단계로 행해질 수 있어, 기어가 완전히 맞물리기 전에 소정의 한계내에서 기어 속도들이 정합될 수 있게 하여 동기물림(synchromesh)이 달성될 수 있게 하거나 또는 기어박스내 동기물림기구 설치의 필요성을 없앨 수 있다.
또한, 제 2 도 및 제 3 도에 나타낸 바와 같이, 샤프트(31)의 회전운동을 위해, 별개의 구동장치가 제공되어 있다. 이 장치는 하우징(45)내에 배치되는 피스톤 (46)을 포함하고, 그 피스톤(46)의 축선이 샤프트(31)의 축선으로부터 떨어져 그축선에 직각으로 연장한다. 하우징(45)은 체임버(47)를 형성하고 있고, 그 체임버 내에서 피스톤(46)이 이동가능하며, 공기가 밸브(21)(제 1 도)로부터 포트(도시되지 않음)를 통하여 그 체임버내로 도입된다. 피스톤(46)의 중앙부분에는, 샤프트 (31)에 결합된 핑거(49)가 위치되는 외주(外周) 홈(48)이 형성되어 있다.
샤프트(31)에 결합된 핑거(49)의 외측 단부가 피스톤(46)의 중앙부분에 형성된 홈(48)에 맞물려 있고, 피스톤(46)이 움직임에 따라 홈(48)내에서 피벗하도록 하는 형상으로 되어 있기 때문에, 체임버(47)의 양 단부들 사이에서의 피스톤(46)의 이동시, 샤프트(31)가 그의 축선을 중심으로 회전한다. 또한, 핑거(49)는 홈 (48)을 따라 피스톤(46)에 대하여 축방향으로 움직일 수 있게 되어 있다.
제 3 도에서는, 피스톤(46)이, 제3단 기어와 제4단 기어가 선택될 수 있는 중앙위치에 있는 것으로 나타내어져 있다. 피스톤(46)이 좌측위치에 있을 때, 다른 2개의 기어가 선택될 수 있고, 우측위치에 있을 때는 마지막 2개의 기어가 선택될 수 있다.
제 4 도를 참조하면, 기어박스에 관례적으로 설치되는 스프링 바이어싱 시스템의 필요성을 없애기 위해 샤프트(31)를 기어박스의 게이트의 중앙쪽으로 바이어스시키기 위한 바이어싱(biasing) 수단이 제공되어 있다. 즉, 하나의 아암(50)이 샤프트(31)에 연결되어 있고, 그 아암의 양 측부에 피스톤(51, 52)이 맞닿아 설치되어 있다. 그 피스톤(51, 52)은 하우징(55)에 의해 형성된 실린더(53, 54)내에 각각 배치되고, 그 실린더(53, 54)는 각각 밸브(21)로부터의 공기 공급원과 통하여 있다. 각각의 실린더(53, 54)에 동일한 공기압이 공급되고, 부여되는 바이어스 정도를 변화시키도록 실린더들내의 공기압을 조절하는 조절밸브(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 아암(50)은 샤프트(31)의 축방향 위치에 따라 피스톤(51, 52)의 축방향으로 이동가능하다.
언제나 샤프트(31)의 위치와 기어 선택장치의 위치와 선택된 기어를 감지하기 위해 선형 센서들이 구동기구에 설치되어 있다. 2개의 센서가 제공되어 있는데, 하나의 센서(58)는 샤프트(31)의 축방향 위치를 감지하기 위한 것이고, 다른 센서(57)(제 5 도)는 샤프트(31)의 회전위치를 감지하기 위한 것이다.
센서(58)는, 피스톤(46)으로부터 먼쪽의 핑거(49)(이 핑거는 샤프트(31)의 이동시 축방향으로 움직인다)와 단부(59)와 맞물리도록 바이어스되어 있는 프로브 (probe)(60)를 포함하고, 그 프로브(60)는, 그의 위치에 따라 전자제어유니트(17)에 신호를 보내도록 프로브(60)의 위치를 감지하는 위치검출기(61)와 연결되어 있다.
한편, 센서(57)(제 5 도)는 샤프트(31)에 부착된 블레이드(64)에 맞물리는 프로브(63)를 포함하고, 그 프로브(63)와 블레이드(64)는 샤프트(31)에 접선적으로 그리고 서로에 대해 대략 직각으로 뻗어 있다. 샤프트(31)가 회전함에 따라 프로브 (63)가 스프링 바이어스에 대항하여 안밖으로 이동되도록 그 프로브(63)가 위치 검출기(65)와 연결되어 있고, 그 위치검출기(65)는 샤프트(31)의 회전위치에 따라 전자제어유니트(17)에 신호를 전달한다.
이 기어 체인지장치는 기어 체인지장치의 작동시 클러치가 자동적으로 작동되게 하는 클러치 제어기구(24)를 포함하고, 그 클러치 제어기구가 제 6 도에 나타내어져 있다. 그 클러치 제어기구는 기존의 클러치 마스터 실런더(70)에 설치되고, 통상의 클러치 작동페달(71)과 표준 클러치 사이에 직렬로 개재되어 있다.
이 클러치 제어기구는 실린더(73)안에서 이동가능한 피스톤(72)을 포함하고, 그 피스톤(72)은 클러치 마스터 실린더(70)를 통하여 클러치를 작동시키는 작동로드(74)를 가지고 있다. 그리하여, 실린더(73)안으로의 가압된 공기의 도입에 의해 피스톤(72)이 실린더(73)를 따라 이동될 때, 그 피스톤은 실린더를 따라 이동하여 작동로드(74)가 클러치를 작동시키게 한다. 피스톤(72)의 반대측, 즉, 제 6 도에서 볼 때 우측에 공기가 도입되면, 클러치가 해제된다. 그러나, 필요한 경우, 클러치 작동페달(71)을 사용하여 통상적인 방식으로 클러치가 작동될 수도 있다.
실린더(73)에의 공기 도입과 배출은 기어 선택작동과 관련하여 전자제어유니트(17)에 의해 작동되는 밸브(25)를 통하여 행해진다. 전자제어유니트는 기어 체인지를 실행하기 위해 클러치를 해제하고 기어 체인지가 완료되자마자 다시 클러치를 맞물리게 작용한다. 클러치내의 압력센서와 속도센서를 모니터함으로써, 전자제어유니트가 클러치 제어기구의 작동을 위한 정확한 순간을 결정한다.
제 7 도∼제 9 도에 나타낸 바와 같은 스로틀 제어기구도 제공되어 있다. 그 스로틀 제어기구(22)는 차량의 가속페달과 스로틀 사이의 링크장치에 개재되어 있고, 스로틀 링크장치의 장력을 감소시키고, 그에 따라, 가속페달의 위치에 무관하게 스로틀이 제로 설정위치로 이동하게 하는 효과를 가지도록 배치되어 있다.
스로틀 링크장치(75)는 공기식 피스톤-실린더(78)의 피스톤 로드(77)에 지탱되어 있는 풀리(76) 둘레에 감겨 있다. 피스톤 로드(77)를 실린더안으로 철회시키도록 피스톤-실린더(78)를 작동시키면, 풀리(76)가 스로틀 링크장치(75)의 장력을 제거하도록 하우징(79)내의 가이드를 따라 이동한다. 기어 체인지가 완료되고, 전자제어유니트(17)에 의해 지시된 때, 피스톤 로드(77)가 실린더로부터 신장되고, 스로틀 링크장치(75)의 장력이 점진적이고 제어된 방식으로 회복된다. 케이블(80)과 슬라이드(81)에 의해 보조적 수동장치가 제공된다.
스로틀 제어기구의 또 다른 특징으로서, 기어 체인지 작동중에 스로틀이 일시적으로 개방될 수 있게 하는 수단이 제공되어 있다. 이것은 주로, 저속으로의 기어 체인지중에 엔진 속도를 증가시켜 엔진 속도를 기어 속도와 정합시킬 수 있게 하는 것이다. 일시적인 스로틀 개방을 달성하기 위해, 엔진의 스로틀기구에 직접 작용하는 공기식 실린더(도시되지 않음)가 제공되어 있다. 이 수단에 의해, 원활한 기어 체인지가 이루어질 수 있다.
상기한 기어 체인지장치는 운전자가 차량의 클러치, 스로틀 또는 기어 레버를 사용하지 않고 운전자의 제어하에 반자동으로 기어 체인지를 행할 수 있게 한다는 것이 인식될 것이다. 운전자가 저속으로 기어 체인지를 행할 것인지 고속으로 기어 체인지를 행할 것인지를 선택하면, 기어 체인지장치가 선택된 기어 체인지를 매우 빠르게 실행할 수 있다. 전자제어유니트의 사용에 의해, 기어 체인지의 모든 파라미터가 모니터될 수 있고, 어떤 방향으로도 빠르고 원활한 기어 체인지를 실행하도록 제어될 수 있다. 기어박스에 통상적으로 제공되는 동기물림(synchromesh)기구를 생략할 수 있도록 기어 체인지가 제어되고, 비용과 중량이 절감된다는 것이 밝혀졌다. 다른 자동변속 기어박스와 비교하여, 토오크 컨버터 및 그와 유사한 장치에서 초래되는 연료손실 만큼의 연료소비 절감도 달성될 수 있다. 전자제어유니트는 또한, 그 제어유니트에 프로그래밍되어 있지 않은 기어 체인지가 시도되는 것을 방지하고, 특히 기계적인 파손을 일으키거나 불필요하거나 또는 비효율적인 기어 체인지를 방지하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 기어 체인지장치의 한가지 장점은, 그 장치가 기존의 차량 또는 기존의 기어박스 및 다른 구동장치를 가지고 있는 차량에도 설치될 수 있고, 또한, 간략화 및 비용절감을 위해 기어박스가 개조된 차량에도 사용될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 동기물림장치를 제거함으로써 기어박스가 개조될 수 있다, 또한, 전자 제어유니트는 주행속도 센서를 사용하여 차량이 멈췄다가 출발할 때에도 수동 조작 클러치의 필요성을 없애도록 구성될 수도 있다.
또 다른 대안으로서, 본 발명의 기어 체인지장치는, 엔진 및 주행속도를 스로틀 설정치에 정합시키도록 전자제어유니트를 프로그래밍하고, 그 프로그램에 따라 기어 체인지를 개시시키도록 함으로써 자동화될 수도 있다. 요구되는 경우, 자동 기어 체인지장치에서 수동 제어가 유지될 수 있도록 선택될 수도 있다.

Claims (13)

  1. 기어박스 선택 레버에 연결될 수 있는 구동기구와, 그 구동기구를 작동시키기 위한 액튜에이터, 및 그 액튜에이터로부터 수신된 지시에 따라 그리고 제어 유니트의 프로그래밍에 따라 상기 구동기구의 작동을 제어하는 제어 유니트를 포함하고, 상기 구동기구는 하우징과, 상기 기어박스 선택 레버에 구동적으로 연결되고 기어박스에서 선택될 기어에 따른 다수의 위치와 중립 기어 위치로 이동하도록 축방향 이동 및 자신의 축선을 중심으로 한 운동이 가능한 샤프트를 포함하고, 그 샤프트는, 원통형 체임버 내에서 그 샤프트 둘레에 동축으로 설치되고 제한된 축방향 운동을 행하는 한쌍의 환형 피스톤을 포함하는 제1 피스톤 조립체에 압력유체가 선택적으로 인가됨으로써 축방향으로 구동되고, 중립 기어 위치쪽으로의 상기 한쌍의 퍼스톤의 운동이 상기 하우징에 지탱된 제1 맞닿음 수단에 의해 제한되고, 상기 운동중에 각각의 상기 피스톤이 상기 한쌍의 피스톤들 사이에 위치되는 상기 샤프트의 대직경부인 제2 맞닿음 수단에 결합할 수 있고, 상기 원통형 체임버의 양단부로 향하는 상기 피스톤들의 측부에 압력유체가 인가되는 한편, 상기 제1 및 제2 맞닿음 수단으로 향하는 상기 피스톤들의 측부로부터는 압력유체가 방출됨으로써, 상기 피스톤들이 중립 기어 위치쪽으로 밀어붙여지도륵 된 기어박스용 기어 체인지장치에 있어서, 상기 한쌍의 피스톤의 각 피스톤이 압력유체에 의해 기어 물림 위치쪽으로 선택적으로 이동할 때 상기 샤프트를 소정의 제한된 양만큼 축방향으로 이동시키도록 상기 각 피스톤이 맞닿는 제3 맞닿음 수단이 상기 샤프트상에 설치되고,상기 샤프트를 그의 축선을 중심으로 움직이게 하기 위해, 상기 샤프트의 축선에 대하여 직각인 방향으로 이동가능한 제2 피스톤 조립체가 상기 샤프트의 축선으로부터 떨어져 설치되어 있고, 상기 제2 피스톤 조립체의 피스톤의 운동을 상기 샤프트에 전달하여 상기 샤프트가 그의 축선을 중심으로 회전하도록 하기 위해 상기 제2 피스톤 조립체의 피스톤이 연결수단에 의해 상기 샤프트에 연결된 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트를 그의 축선을 중심으로 움직이게 하기 위한 상기 제2 피스톤 조립체가 실린더안에 배치된 복동식 피스톤을 포함하고, 상기 연결수단이 상기 피스톤에 대하여 피벗하도록 지지된 핑거를 포함하며, 그 핑거는 상기 샤프트로부터 연장하여 있고 상기 샤프트와 함께 회전하도록 설치된 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연결수단이 상대적으로 미끄러질 수 있는 부재들로 이루어져, 상기 샤프트가 상기 제2 피스톤 조립체에 대하여 축방향으로 이동가능하도록 된 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 상대적으로 미끄러질 수 있는 부재들이, 상기 샤프트상에 설치되고, 미끄러질 수 있는 연결부를 통해 상기 피스톤 조립체의 피스톤 (46)에 연결된 회전가능한 핑거(49)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트(31)를 중립 기어 위치쪽으로 바이어스시키는 스프링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스프링 수단이 아암(49)을 통해 상기 샤프트(31)에 연결된 피스톤 조립체(46, 47)를 포함하고, 그 피스톤 조립체가 피스톤 수단을 포함하며, 상기 샤프트를 상기 중립 기어 위치쪽으로 바이어스시키도록 상기 피스톤 수단의 양측에 동일한 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 액튜에이터(19A, 19B)가, 고속으로의 기어 체인지를 선택하는 스위치(19A)와 저속으로의 기어 체인지를 선택하는 스위치(19B)를 가지는 스위치 수단을 포함하고, 그 스위치들중 하나 또는 다른 하나의 작동이 상기 제어수단(17)의 작동에 따라 상기 구동기구에 전달되는 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 스위치 수단(19A, 19B)이 차량의 조향 휠(14)에 설치되고, 고속으로의 기어 체인지를 수행하기 위한 상기 스위치(19A)는 상기 조향 휠의 한 측면에 배치되고, 저속으로의 기어 체인지를 수행하기 위한 상기 스위치 (19B)는 상기 조향 휠의 반대편 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 스위치 수단(19A, 19B)으로부터 상기 제어수단(17)으로의 스위치 신호의 전달이, 차량에 고정적으로 설치된 수신기(19D)에 신호를 송신하도록 상기 조향 휠상의 상기 스위치들과 연결된 송신기(19C)에 의해 이루어지고, 상기 신호가 적외선 신호 또는 무선 신호인 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 스위치 수단(19A, 19B)의 작동시 엔진으로부터 기어박스에서의 구동력을 단절하고, 선택된 기어 체인지가 실행되었을 때 구동력을 다시 이어주도록 상기 제어수단(17)에 의해 작동가능한 클러치 제어기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 클러치 제어기구가 수동 작동식 클러치(70, 71)와 직렬로 설치되고, 기어 체인지 작동이 수행될 때 상기 수동 작동식 클러치를 오버라이드(override)하도록 배치된 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 스위치 수단에 의해 기어 체인지가 실행될 때 수동 작동식 스로틀을 오버라이드(override)하고, 스로틀 설정을 감소시키도록 스로틀을 감소시키는 스로틀 제어기구(75, 76, 77, 78, 79)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는기어 체인지장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 스로틀 제어기구가, 저속으로의 기어 체인지 지시가 상기 제어수단에 의해 수신된 때 스로틀 설정을 일시적으로 증가시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 체인지장치.
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