KR100497420B1 - Cvt용제어시스템 - Google Patents

Abstract

다중-체제 무단변속 트랜스미션(8)을 위한 유압 제어 시스템(70)으로서, 변속기(10)와 독립적으로 제어되는 체제 변환 클러치(37,38)를 포함하여 체제의 원활한 변환이 달성될 수 있다.

Description

CVT용 제어 시스템 {CVT CONTROL SYSTEM}

본 발명은 예컨대 엔진-구동 차량에 사용하기 위한 무단 변속 트랜스미션(Continuously-variable-ratio transmissions, 이하 CVT라 함)에 관한 것이고, 그리고 이와 같은 CVT를 위한 유압 제어 시스템에 관한 것이다.

무단 변속 성능을 제공하기 위한 토로이달-레이스 롤링-트랙션(toroidal-race rolling-traction) 유형의 변속기(variator)와, 그리고 트랜스미션을 서로 다른 두개의 작동 체계 사이에서 이동시키기 위한 클러치를 사용하는 트랜스미션은 이미 공지되어 있다.

일반적으로, 이와 같은 클러치는 유압 피스톤에 의해 작동되는 삽입형 마찰 플레이트를 구비하도록 설계된다. 연결이 풀릴 때의 과도한 드래그(drag)를 방지하기 위하여, 플레이트는 클러치 내에 설치된 '푸쉬 오프(push-off)' 스프링에 의해 명확하게 분리된다.

예컨대 자동차의 중립, 후진 또는 저속 전진을 하기 위해 낮은 체계 클러치가 맞물릴 때, 변속기로부터 트랜스미션의 출력축으로의 구동력이 혼합 유성 기어 세트(mixing epicyclic gear set)를 통하여 전달되며, 플래닛 캐리어(planet carrier)는 입력축에 의해 구동되고, 변속기 출력축이 태양 치차(sun gear)를 구동시키며, 그리고 유성 환형체(epicyclic annulus)가 트랜스미션 출력축과 연결되어 있다.

로울러가 최고 속도비 위치에 설정되면, 태양 치차의 영향으로 인해 변속기 출력 축이 반대로 구동하도록 강제된다. 로울러가 그 위치로부터 점점 멀어짐에 따라, 이들 로울러는, 태양 치차와 플래닛 캐리어의 동일하고 상반된 효과가 서로를 상쇄시켜서 "제로(zero)" 구동효과를 나타내는 "기어 중립"의 세팅을 통과하게 된다. 이후에, 변속기를 점차로 낮은 속도비에서 작동하도록 로울러들이 이동함에 따라, 플래닛 캐리어로부터의 전진 구동이 점차 증가하도록 강제된다. 따라서, 변속비가 최저 한계(즉, 최저 역전 효과)에 도달하게 되면, 태양 치차, 플래닛 캐리어 및 환형체 모두가 일치하여 회전하게 된다. 이 결과, 높은 체계 클러치(high regime clutch)의 두 개의 구성 요소들도 이들 서로와 그리고 변속기가 동기 비율(synchronous ratio)에서 작동되는 것과 동일한 속도로 회전하게 된다.

이러한 후자의 조건이 이루어졌을 때, 미끌어짐, 충격 또는 마모를 최소화시키면서 체계 변환을 달성하기 위하여 높은 체계 클러치가 맞물림과 동시에(또는 그후에) 낮은 체계 클러치는 해제될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

높은 체계 작동 중에는, 트랜스미션의 출력축이 변속기 출력 디스크로부터의 고정비율 체인을 통하여 구동되고, 변속기 로울러의 최고 속도비 위치를 향한 후방 이동은 트랜스미션이 심한 오버 드라이브(over drive)에 순조롭게 이르도록 점점 더 높은 전진 속도비를 달성하는 것을 가능하게 한다.

이와 같은 공지된 시스템에서, 체계의 동기 변환이 단지 하나의 특정한 변속비에서만 일어날 수 있으며, 이것은 접근하는 클러치가 그 구성 부재들을 가로지르는 상대적인 운동을 가지지 않고, 클러치가 상당한 양의 이동 충격없이 맞물릴 수 있기 때문임이 명백하다. 이것은 그 변환이 상기한 바와 같이 낮은 체계에서 높은 체계로의 변환이든지, 또는 그 반대이든지 상관없이 성립한다. 그러나, 실제의 경우 클러치가 충진되고 맞물리는 데에는 유한의 시간이 소요되므로, 만일 자동 변속기가 원활한 무단 변속의 변속기 비율을 제공하고자 한다면, 충진 공정은 이에 상응하여 조기에 시작되어야만 한다.

이러한 목적을 위하여 이들 시스템에 최근에 적용된 전략은 클러치를 2개의 위상에서 결합되게 하는 것이다.

제 1위상에서는, 트랜스미션이 동기 비율에 근접하는 동안, '푸쉬 오프' 스프링을 극복할 수 있으며 마찰 플레이트를 폐쇄할 수 있을 정도만의 압력까지 클러치를 '연성-충진'(soft-fill)하는데 저압 유체가 사용된다. 이를 위해 필요한 일정한 오일 흐름이, 클러치 작동-피스톤에 다량의 저압 유체 흐름을 제공하기 위하여, 시스템 제어 밸브 하류의 한 지점에서 윤활 흐름으로부터 입수된다. 클러치에 인가되는 저압은 의미있는 클러치 성능을 생성하기에는 충분치 않으므로, 트랜스미션이 동기 비율에 도달할 때 클러치가 풀(full)이 된다면 연성-충진은 편리한 임의의 시기에 시작될 수 있다.

제 2위상에서는, 일단 트랜스미션 비율이 동기 비율의 허용 오차 범위 이내에 있으며 클러치가 상술한 바와 같이 '연성-충진'되었다면, 유압 공급은 클러치를 완전하게 맞물리게 하고 트랜스미션을 높은 체계 작동으로 이동시키기에 충분하게더 높은 압력에서 클러치를 '강성-충진'(hard-fill)하도록 변환된다. 이 공정의 제 2위상은 매우 작은 양의 오일 흐름만을 필요로 하며 따라서 이 공정은 압력 제어에 최소의 분열을 수반하며 신속하게 이루어진다.

이미 앞서 설명한 바와 같이, 순서가 정확하게 판단되었다면, 이 시스템은 충진 공정 이후에 동기화를 기다릴 수 있기 때문에 만일 클러치 충진 공정이 조기에 완료되었다면 일어날 것과 같은 완벽한 체계 전환이 일어날 것이다. 그러나, 가끔일어나는 것과 같이 만일 충진이 늦어지는 경우에는, 트랜스미션은 어떤 작동이 취해지기도 전에 벌써 동기 비율을 통과하게 되고, 따라서 만족스러운 체계 전환을 위한 상황을 만들기에 거의 불가능하게 만든다. 이들 후자의 상황에서는, 클러치의 '강성-충진'이 상당한 동력전달비율 오차에서 발생하고 그 결과로 하나의 동력전달 체계에서 다른 체계로의 변환시에 상당한 기계적인 충격이 발생하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 유압 제어 시스템을 위한 개략 회로도이고,

도 2는 도 1의 시스템에 의해 제어되는 CVT를 윤곽선의 형태로만 도시한 도면이고,

도 3은 본 발명의 관점에 따라 결합된 구동 시스템의 개념도이고, 그리고

도 4는 도 1의 하반부에 도시된 제어 시스템의 간략화된 변형도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

8 : CVT 12,13 : 입력 디스크

15 : 변속기 (입력)축 17 : 출력 디스크

19 : 마스터 로울러 21 : 원환체

24 : 로울러 피스톤 25 : 챔버

29 : 마스터 피스톤 33 : 출력축

35 : 기어 37 : 낮은 체계 클러치

39 : 유성 기어 세트 41 : 구동 체인

43 : 높은 체계 클러치 45 : 출력단

47-51 : 슬래이브 로울러 55 : 이중 작동 피스톤

56,57 : 피스톤 헤드 58,59 : 캡

61,62 : 작동 유체 입구 64,65 : 작동 유체 출구

67,68,82,83 : 압력 라인 70 : 유압 제어 시스템

71 : 유압 램 72,73 : 오일 펌프

77,85 : 교차-연결부 79,80 : 비-복귀 밸브

87,88 : 보다 높은 압력 획득 장치 90,97 : 클러치 제어 회로

92 : 제 2 교차-연결부 94,95 : 보다 낮은 압력 획득 장치

99,100 : 전자적-유압 제어 밸브 104 : 연결부

106,107,109,110 : 밸브 112,113 : 1바아 제한기 플레이트

220 : 제어 전자부 242,244,246 : 라인

252,254,256 : 모니터 300 : 클러치 제어 회로

310,312,314,316 : 구동 밸브 320 : 출구

본 발명은 상술한 장치에 관련된 문제점을 감소시키고 더 나아가 가능한한 이들 문제점을 제거하는 것을 목적으로 하고 있다.

따라서, 본 발명은 원동기에 의해 구동되고 출력 드라이브를 제공하는 다중-체계(multi-regime) CVT를 위한 제어 시스템을 제공하는데, 이 제어 시스템은 제 1 및 제 2 체계 변환 클러치들과 체계 변환 동안에 다른 방법으로 맞물리지 않은 클러치의 맞물림을 개시시키기 위한 수단을 포함하며,

또한 상기 제어 시스템은 상기 클러치들 중 어느 하나 또는 그 이상의 클러치 인가 압력을 제어하기 위한 제 1 제어 수단 및 변속기의 로울러를 제어하기 위한 제 2제어 수단을 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 제어 수단은 서로 독립적으로 작동가능하며 따라서 상기 체계 변환의 활성적인 제어를 달성할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 제 1 및 제 2 체계 변환 클러치는 제어 회로에서 절대압력을 사용하는 유압 작동식 클러치를 포함하고, 그리고 변속기 제어는 상기 회로의 압력차를 사용한다.

편리하게는, 각 클러치가, 클러치를 상기 회로 내의 견인 압력(trailing pressure)에 연결시킴으로써 얻어지는 활성적으로 맞물리는 위상 및 클러치를 상기 회로 내의 선행 압력(leading pressure)에 연결시킴으로써 얻어지는 완전히 맞물리는 위상을 포함한다.

작동 중에는, 각 클러치는 작동가능하게 연결되고, 그리고 적어도 초기에는 변속기를 제어하는데 사용되는 2개의 압력 중에서 낮은 압력에 의해 제어된다.

바람직하기로는, 각 클러치는 거기에서 사용되는 보다 낮은 압력에 연결된 후에 이어서 사용되는 2개의 압력 중에서 보다 높은 압력에 작동가능하게 연결된다. 더욱이, 제어 시스템은 제어 회로 내부에서 2개의 압력 사이에서 변화하는 각 클러치로 작동 유체의 공급을 유도하기 위한 공급 수단을 더 포함한다.

제어 시스템이 완전히 맞물리는 위상의 개시에 앞서 활성적으로 제어되는 위상을 작동시키고 완료시키는 시퀀싱 수단을 더 포함하는 것은 유익하다.

바람직하게는, 제어 시스템이 범위 변환에 앞서 클러치 작동을 개시하기 위한 전자적 제어 수단을 더 포함한다.

특히 바람직한 장치에서는, 변속기가 동기 비율에 도달하기에 앞서 비율의 변환이 필요한지를 결정할 수 있도록 변속기 작동과 관련된 적어도 하나의 특성을 모니터링하고 상기 전자적 제어 수단에 신호를 보내기 위한 모니터링 수단을 제어 시스템이 더 포함한다.

바람직하게도, 상기 모니터링 수단은 엔진 속도; 변속기 비율; 시간; 트랜스미션 비율; 클러치 충진 시간 및 변환율 또는 이들 중 어느 하나 또는 그 이상의 변화율을 모니터링하기 위한 하나 이상의 모니터를 포함한다.

본 발명은 또한 상술한 바와 같은 제어 시스템이 결합된 다중-체계 CVT를 제공한다.

이에 덧붙여, 본 발명은 제 1 및 제 2 체계 변환 클러치를 갖춘 다중-체계 CVT를 위한 제어 시스템을 작동하는 방법을 또한 제공하는데, 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다.

즉, 제 1단계로서, 체계 변환 동안에, 트랜스미션에 의해 생성된 엔진 부하가 변화하고 이로써 엔진 부하가 체계의 변환을 유도하도록 하는 동기 비율에 변속기가 도달하기 이전에 다른 방법으로 맞물리지 않은 클러치의 맞물림을 개시하는 단계와, 그리고 제 2단계로서, 트랜스미션이 변환되기 이전의 체계와 관련된 클러치의 맞물림을 해제시킴으로써 체계 변환을 완료하고, 그리고 맞물림 상태로 클러치의 맞물림을 완료시키는 단계를 포함한다.

바람직하기로, 클러치들은 유압 작동식 클러치를 포함하고, 각 클러치는 활성적으로 맞물리는 위상 및 완전히 맞물리는 위상을 포함하고, 여기에서 활성적인 위상 동안에는 클러치가 제어 회로 내의 견인 압력에 작동가능하게 연결되고, 완전히 맞물리는 위상 동안에는 클러치가 제어 회로 내의 선행 압력에 작동가능하게 연결된다. 그리고 상기 방법은 먼저 클러치를 견인 압력에 연결시킴으로써 클러치 맞물림을 개시하는 단계와, 클러치를 선행 압력에 연결시킴으로써 맞물림을 종료하는 단계를 더 포함한다.

바람직한 형태에서는, 변속기가 가변비 로울러들을 포함하고, 이들 각각은 저마다의 유압 램(hydraulic ram)과 연관되고, 이 방법에서는 상기 로울러가 차압(differential pressure)에 반응하도록 유압 램에 작동 유체를 공급하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 이 방법이 제어 시스템과, 트랜스미션, 또는 이와 연관된 항목들과 관련된 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계를 더 포함하고, 이로써 상기 제 1 및 제 2 단계를 언제 개시할 것 인가를 결정하게 된다.

본 발명의 다른 유형에서는, 원동기에 의해 구동되고 출력 드라이브를 제공하는 다중-체계 CVT를 위하여 제공된 유압 제어 시스템이 있으며, 이 트랜스미션은 유압에 의해 작동되는 제 1 및 제 2 체계 변환 클러치와 그리고 각각의 로울러가 저 마다의 유압 램과 연관된 가변비 로울러들을 갖춘 변속기를 가지고, 또한 이 시스템은 어떤 특정의 순간에 보다 더 높고 보다 더 낮은 유압원과, 보다 높은 압력의 유체와 보다 낮은 압력의 유체 사이에서 변화하는 각 클러치로의 작동 유체 공급 및 로울러가 차압에 반응하게 되도록 유압 램으로의 작동 유체 공급을 유도하기 위한 공급 수단들을 가진다.

이하에서 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 설명하게 되는데, 이들 실시예들은 단지 본 발명의 실예를 보여주기 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.

먼저 도 2를 참조하면, 도시된 무단 변속 트랜스미션(CVT)(8)은 2개의 입력 디스크(input discs; 12, 13)(입력 디스크(13)는 변속기 축(variator shaft; 15)을 따라서의 제한된 축방향 이동을 위해 변속기 축(15)에 스플라인 결합됨)와, 중앙의 출력 디스크(17)와, 그리고 변속기에 대한 토오크 요구에 응답하여 입력 및 출력 디스크 사이에서 토오크를 전달하기 위하여 상기 입력 및 출력 디스크와 맞물리는 개의 어래이(arrays)의 피스톤-제어식 로울러를 포함하여 이루어지는 토로이달-레이스 롤링-트랙션 타입의 변속기를 포함하고 있다. 간단하게 하기 위하여 도 2에는, 6개의 로울러 중에 하나, 즉 소위 마스터 로울러(19)만이 도시되어 있다.

영국특허 제 2,227,287호로부터 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 로울러 피스톤은 그것의 회전자 레이스가 중요 부분을 형성하는 가상의 원환체(21)의 중심원에 대체로 접하며 그러나 "캠버(camber)" 또는 "캐스터(caster)" 각도로 알려진 것과 같이 약간의 경사를 가지도록 배열되는 것이 중요하다.

변속기 입력축(15)은 자동차의 엔진(도시되지 않음)으로부터 일단(23)에서 동력을 얻는데, 그런데 한편 축방향 부하가 변속기의 타단에서 동일한 라인(27)으로부터의 고압의 작동 유체로 채워진 압력 챔버(25)에 의해 입력축 상에 가해진다.제 1 및 제 2 공급 라인(67, 68) 내의 2 개의 압력 중 높은 압력이 로울러 피스톤(24)을 위한 제어 압력 또는 선행 압력 유체(leading pressure fluid)로서 사용되고, 이러한 높은 압력과 라인(27)내의 압력은 동일하다. 피스톤(29)에 대한 견인 압력 유체(trailing pressure fluid)는 라인(67, 68) 중에서 보다 낮은 압력을 가지는 어느 것으로부터 제공된다. 따라서, 로울러는 라인(67, 68)의 절대 압력치가 아니라 제어 피스톤을 가로지르는 차압에 응답한다는 점에 주목하여야 한다.

높은 체계의 작동을 위하여, 예를 들면 본 명세서의 도입부에 서술한 바와 같이, 트랜스미션 출력축(33)은 기어(35), 낮은 체계 클러치(low regime clutch)(제 1 유압 체계 변환 클러치)(37), 및 공지된 형태의 유성 기어 세트(epicyclic gear set; 39)를 통해 변속기 입력축으로부터 동력을 얻는다.

낮은 체계의 작동을 위해, 트랜스미션 출력축(33)은 구동 체인(41) 및 높은 체계 클러치(high regime clutch)(제 2 유압 체계 변환 클러치)(43)를 통하여 변속기 출력 디스크(17)로부터 동력을 얻는다.

도면부호 45는 예컨대 자동차의 차동 기어 및 바퀴와의 연결을 위한 출력축(33)의 출력단을 가리킨다.

3 바아(bar)까지 이르는 플레이트-폐쇄 압력에 견딜 정도인 푸쉬-오프 스프링(push-off springs)에 의해 고정되는 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치(37,43)는 도시되어 있듯이, 마스터 로울러(19), 5개의 "슬래이브" 로울러(47-51), 이들과 연관된 제어 피스톤 및 실린더가 도 1에 또한 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 마스터 로울러(19)의 축(52)은 이중-작동 피스톤(55)의 중공축(54)의 공동부(53) 내에 설치된다. 이 피스톤은 대향하는 피스톤 헤드(56,57)를 구비하도록 형성되고, 이 피스톤 헤드들은 양자 모두 유압 부하 하에서 동심축의 원통형 캡(58,59) 내에서 자유롭게 슬라이딩되고 상기 축(54)의 종방향 축선 주위를 회전하게 된다. 이와 함께, 피스톤(55) 및 단부 캡(58,59)은 각각의 로울러와 연관된 유압 램(71)을 형성하도록 작용한다. 이 도면은 단순 개략도임을 고려하여야 할 것이다.

부분적인 변형의 경우, 부품(55)이 예컨대 영국특허 제 2,227,827호에 개시되어 있으며 도 2의 개략도에 묘사된 것과 같은 단일-헤드로 설계된 이중-작용 피스톤으로 대체될 수 있다.

도 1의 이중-단부 장치를 참조하면, 마스터 피스톤을 위한 작동 유체 입구(61, 62) 및 출구(64, 65)는 연관된 실린더 캡(58, 59)의 단부와 측벽 내에 각각 형성되고, 압력 라인(67, 68)은 다양한 슬래이브 피스톤이 마스터 피스톤(29)과 정확하게 동일한 방법으로 행동해서 서로 동일한 압력에서 유지되는 것을 보장한다.

이제, 유압 제어 시스템 또는 제어 회로(70)에 대하여 설명하면, 이것은 작동 유체를 기름통(75)으로부터 앞서 언급된 제 1 및 제 2 공급 라인(67, 68)으로 이송하는 2개의 개별적인 오일 펌프(제 1 및 제 2 유압 펌프)(72, 73)를 포함하고 있다. 이들 2개의 라인 사이의 교차-연결부(77)는 비-복귀 밸브(79, 80)의 '보다 높은 압력 획득 장치(higher-pressure-wins arrangment: 87, 88)'를 통해 도 2의 흐름 라인(27)과 통해 있다.

마스터 피스톤 단부 캡(58, 59)을 위한 출구(64, 65)는 좌측 및 우측 압력 라인(82, 83)으로 연결된다. 이들은 '보다 높은 압력 획득' 장치(87, 88)를 통하여 체계 클러치(37, 43)들을 위한 완전히 맞물리는 회로(90)와 통해 있는 교차-연결부(85)에 의해 교차된다. 제 2 교차-연결부(92)는 '보다 낮은 압력 획득' 장치(94, 95)를 통하여 2개의 클러치들을 위한 활성적으로 맞물리는 회로(97)와 통해 있다.

도면부호 99 및 100은 2개의 전자-유압 제어 밸브를 나타내고, 이들은 결합 상태에서, 클러치 인가 압력 및 변속기 로울러를 제어하기 위한 제 1 및 제 2 제어 수단을 효율적으로 구성하는데 그 상세한 방법은 후술하게 된다.

이들 두 밸브의 하류에서, 압력 라인(82, 83)은 (102)에서 합쳐는데, 이로부터, 윤활 회로로서 기능하는 연결부(104)가 트랜스미션의 일반적인 윤활을 위한 저압 유체를 제공하게 된다.

이제 클러치 제어 회로(90,97)를 살펴보면, 이들 각각은 전기적으로 작동되는2개의 솔레노이드 밸브(106, 107, 109, 110)을 가지고 있으며, 이것들은 필요에 따라 "활성적인-충진" 또는 "완전히 맞물리는-충진"을 위하여 체계 클러치(37, 43) 각각을 연결하기 위하여 스위칭될 수 있다. 예를 들어 도 1에 도시된 바와같은 상황으로부터, 밸브(106)의 스위칭은 낮은 체계 클러치(37)를 활성적으로 맞물리는 회로(97)로 연결할 것이고, 반면에 대신 밸브(107)의 스위칭은 낮은 체계 클러치(37)를 완전히 맞물리는 회로(90)로 연결할 것이다. 밸브(109 및 110)도 밸브(106 및 107)와 유사한 방법으로 작동하나, 다만 높은 체계 클러치(43)와 연관되어 작동한다.

상기 시스템은 2개의 교차-연결부(85, 92) 사이의 라인(82, 83)들 내에 위치하게 되는 2개의 1 바아(bar) 제한기 플레이트(112, 113)에 의해 완성된다.

도시된 실시예의 작동에서, 단지 예를 들기 위하여 최초에는 낮은 체계 클러치(37)가 작동가능하고 높은 체계 클러치(43)는 체계 변환를 이루기 위하여 낮은 체계 클러치(37)에 대신하여 작동상태로 보내지게 된다고 가정한다. 이리하여, 도 1에 도시된 상황(어느 클러치도 작동이 가능하지 않음)과 비교하여, 솔레노이드 밸브(107)는 낮은 체계 클러치(37)를 완전히 맞물리는 회로(90)와 연결하기 위하여스위칭될 것이다.

압력 제어 밸브(99, 100)를 다시 살펴보면, 보통의 경우 압력 제어 밸브(99)가 최초에 0 암페어의 전류를 받고 있고, 밸브(100)가 1/2 암페어의 전류를 받고 있다. 이는, 압력 제어 밸브(99)에 바로 인접한 상류의 라인 압력이 대략 배압(back- pressure)(2 bar)이 될 것을 의미하고, 그리고 이후 단계는 밸브(109)와 높은 체계 클러치(43) 사이의 라인을 저압 오일로 채우기 위하여 밸브(109)를 스위칭하는 것임을 의미한다.

체계 변환의 활성적인 제어를 위해 준비되어 있는 높은 체계 클러치(43)를 채우고 클러치 플레이트를 폐쇄시키기 위하여, 인접한 라인 압력을 통상적으로 2 바아에서 3.6 바아(라인 82) 그리고 10 바아에서 11.6 바아(라인 83)로 증가시키기 위해 밸브(99,100) 내의 전류가 각각 0.1 암페어 및 0.6 암페어로 상승된다. 라인(82) 내의 압력은 이제 압력 제어 밸브(99, 100)에 대한 제어 전류에 의해 결정된 속도로써 높은 체계 클러치(43)를 채우기에 충분하게 된다. 통상 1/2 초의 설정 시간 이후에, 도 3에 도면부호 220으로 개략적으로 도시된 제어 전자부는, 이 위상이 완료되었고 그리고 시스템이 다음 위상을 위한 준비상태를 유지하고 있다고 가정할 것이다. 이 후자의 위상은 제어 전자부가 제어 밸브 전류를 압력 제어 밸브(99, 100)에서 각각 1암페어 및 1.6 암페어로 증가시키고, 이와 함께 인접한 라인 압력을 18 바아(라인 82) 및 26 바아(라인 83)로 상승시킬때 개시된다. 라인(82) 내의 압력이 이제 높은-체계 클러치가 성능을 발휘하도록 유도하기에 충분하고, 그리고 이것은 트랜스미션을 동기 비율로 이동시킨다. 체계-변환 공정의 초기 부분은 제어 전자부가 트랜스미션 비율을 동기적인 것으로 측정할 때 완료된다.

이상에서 설명된 모든 상황에서, 2개의 압력 제어 밸브를 위한 작동 전류는 거의 동일한 양으로 증가되고, 따라서 2개의 라인(82, 83) 사이의 차압은 8 바아에서 유지됨에 유의하여야 한다. 이는 변속기 내에서의 로울러 제어 피스톤의 세팅은 체계 클러치들에서 무슨 일이 일어나는 지에 의해 영향을 받지 않음을 의미한다.

본 명세서의 도입 부분에서 이미 기술한 바와 같이, 체계-변환 클러치들 양자 모두를 완전한 작동 상태로 가지고 가는 것은 트랜스미션이 동기 비율에서 작동 중임을 보증하고, 바로 이 지점에서 제어 전자부는 트랜스미션, 엔진 속도, 및 트로틀 페달 설정 정도 등에 관하여 받은 정보로부터 트랜스미션을 낮은 체계 작동으로 복귀시킬 것인지 또는 높은 체계 작동으로 스위칭할 것이지를 결정하여야 한다. 낮은 체계 작동으로 복귀하는 결정은 상술한 단계를 역으로 하는 것을 필요로할 것이다(항상 라인(82,83) 사이의 차압을 8 바아로 유지하면서). 그러나, 결정이 트랜스미션을 하나의 체계에서 다른 체계로 변환시키는 결정이라면, 체계의 이런 변환이 발생할 때 변속기의 작동 특성이 역전될 것이고, 따라서 로울러제어 피스톤의 제어 압력측이 되는 것이 이제는 견인 압력측이 될 것이며, 물론 역도 또한 같음에 주의하여야 한다. 이런 변환은 변속기 작동 사이클의 교차점에서 "제어" 및 "하강"압력이 일시적으로 하나의 동일한 값에 놓여질 것을 요구한다.

이리하여, 만일 체계의 변환이 여전히 적당하다고 확인된다면, 높은 체계 클러치(43)는 맞물려 있는 상태를 유지하고 낮은 체계 클러치(37)는 해제됨으로써, 첫 번째 필요한 단계는 낮은 체계 클러치(37)를 해제시키기 위하여 밸브(106, 107)를 도 1에 도시된 위치로 스위칭하기 이전에 일시적으로 변속기(10)를 트랜스미션으로부터 차단하기 위하여 밸브 전류들 양자 모두가 통상적으로 2 암페아의 동일한 값으로 상승되는 단계가 된다. 낮은 체계 클러치(37)의 이어지는 개방에 앞서, 밸브(100) 내의 전류가 0 암페아(2 바아)로 감소되고, 반면에 밸브(99)내의 전류는 변속기를 가로지르는 차압이 다음 체계의 작동에 필요한 값을 가지도록 미리 조절하기 위하여 1/2 암페아(10 바아)로 감소된다. 각 클러치에서 다음의 체계 변환은 앞서 기술한 방법과 유사한 방법으로 수행될 것이다.

압력 제어 밸브(99, 100)가 0의 제어 전류를 가지고 변속기를 가로지르는 차압이 0 일 때, 제한기 플레이트(112, 113)(또는 기능적으로 균등물)의 존재는 이들이 2개의 충진 라인(90, 97) 사이에 1 바아의 차압을 보증하도록 작용하기 때문에 중요하다는점에 주목하여야 한다. 이는, 클러치가 완전히 맞물린 상태는 클러치의 맞물림을 유지할 수 있는 충분히 높은 압력에서 유지될 수 있고, 반면에 클러치가 활성적으로 맞물리는 상태는 클러치 플레이트가 클러치 푸쉬-오프 스프링의 반대방향 작용에 대하여 폐쇄되는 것을 방지할 수 있는 충분히 높은 압력에서 유지될 수 있음을 의미한다. 더욱이, 긴급의 과부하상황에서는, 관련된 실린더 캡(58, 59) 내의 유압 단-정지 효과의 결과로서 발생하는 압력 피크가 라인(67, 68)을 통하여 다른 제어 실린더들 및 변속기 단부 부하 챔버(25)로 전달될 것이다. 그러나, 이러한 순간적인 피크는 체계 클러치들을 제어하는 하류 라인(82, 83) 내에서는 일어나지 않는 것처럼 이들 후자는 영향을 받지 않은 채 남아 있고, 그리고 만일 필요하다면 변속기 상의 과잉 부하를 제거하기 위하여 미끄러질 수도 있다.

도 3은 종래의 파워트래인 배치와 결합되었을 때의 본 발명의 개략도이다. 이 도면과 본 명세서의 도입부로부터, 동력은 원동기(엔진)(200)로부터 변속기의 유성 기어(210) 및 변속기(10) 그 자신을 통하여 출력축(45)으로 전달되어짐을 알 수 있다. 낮은 체계에서는 낮은 체계 클러치(37)가 맞물리는 한편 높은 체계에서는 높은 체계 클러치(43)가 맞물린다. 이들 클러치의 실제상의 작동이 이미 논의된 바와 같이, 그들의 최적의 제어는 예컨대 제어 수단(제어 전자부)(220)의 형태로 된 어떤 형태의 제어를 사용함으로써 가장 잘 달성된다. 이와 같은 제어 수단(220)은 변속기가 동기 비율에 도달하기에 앞서 비율의 변환이 필요한 지를 결정할수 있도록, 변속기 작동과 관련된 하나 이상의 특성을 모니터링하고 상기 전자적 제어 수단(220)에 신호를 보내기위한 모니터링 수단(230)을 포함한다. 적절한 모니터 또는 측정장치가 이 기술분야에 이미 공지되어 있기에 본 명세서에서는 이에 관한 상세한 설명을 생략한다. 엔진 속도; 변속기 비율; 시간; 트랜스미션 비율; 클러치 충진시간; 전환 속도; 트로틀 페달 위치; 유압과 같은 파라미터 또는 이들 중 어느 하나의 변화율 모두는 모니터링하기 위한 적절한 대상이 된다.

도 3에 도시된 실시예에서, 라인(242, 244, 246) 각각은 엔진 속도, 변속기 출력 속도 및 유성기어의 출력 속도를 모니터링하고 이와 관련된 정보를 제어 수단(220)에 공급하기 위하여 위치되는 적절한 모니터(252, 254, 256) 사이의 링크를 나타낸다.덧붙여서, 도 3은 이와 유사하게 제어 수단(220)에 연결된 페달 피스톤 모니터(248)을 도시하고 있다.

도 2에 도시된 제어의 보다 간략화된 변형예를 도시하고 있는 도 4를 참조하면, 다양한 장치가 가능함을 알 수 있다. 이와 같은 간략화된 변형예에서는, 라인(82,83)들이 각각 A점 및 B점에서 클러치 제어 회로(300)에 연결된다. 제어 밸브(99,100)들은 도 1을 참조하여 설명된 방법과 동일한 방법으로 라인(82, 83)들에 연결된다. 이들 밸브는 윤활 회로(104)에 유체를 공급하기를 계속하고 로울러 제어 램(71) 내의 압력을 변화시킨다. 클러치 제어 회로(300)는 4개의 솔레노이드 구동 밸브(310, 312, 314, 316)를 포함하고 있다. 이들 중에서 2개의 제 1 구동 밸브(310, 312)는 A 또는 B로부터 작동 유체를 받아들이도록 작동가능하고, 또한 이 유체를 연관된 2개의 제 2 구동 밸브(314, 316)로 각각 보낸다. 이들 두 번째 밸브들은 작동 유체를 각각의 클러치(37, 43)로 보내도록 유사한 방법으로 작동가능하다. 밸브들의 이러한 배열은 기능적으로 도 1에 도시된 것과 매우 유사하다. 도 1을 참조하여 언급된 바와 같이, 제어 전자부 역시 그들의 위치를 변화시키고, 그리하여 Pa 및 Pb를 변화시키기 위하여 압력 제어 밸브(99, 100)에 연결된다. 결론적으로, 제어 전자부는 회로 내의 2개의 압력중에 어느 것이 더 큰 것인가를 용이하게 결정하고 이에 따라서 시스템이 작동하도록 할 수 있다. 예를 들어, 전진 드라이브 동안에, 고압 라인이 체계에 의해 결정되는데, 예컨대 낮은 체계는 왼쪽 라인을 반면에 높은 체계는 오른쪽 라인을 필요로할 수 있다. 오버 런 드라이브 및 후진 드라이브에서는 압력이 역전된다. 제어기가 라인(82, 83) 내부의 압력에서의 변환을 유발하기 때문에, 이것은 또한 클러치가 정확한 라인에 연결되도록 클러치 밸브를 변화시킬 수 있다.

낮은 체계로부터 높은 체계로의 도 4의 장치 작동은 다음과 같은 순서에 따른다.

첫 번째로는, 낮은 범위의 클러치(37)가 현재 맞물려 있다고 가정하고 B에서의 압력이 A에서의 압력 보다 크다고 가정하면, 밸브(312)는 밸브(316)과 같이 ①의 위치(라인 B)에 있고, 따라서 낮은 범위의 클러치(37)의 작동을 유지하기 위해고압 유체를 공급하게 된다. 클러치(37)가 맞물려 있는 때에는, 밸브(314)가 ②의 위치에 있으며 이리하여 어떤 작동 유체도 클러치(43)에 흘러들어가는 것을 방지하게 되고 그 이전 작동으로부터 그곳에 있던 어떤 유체도 출구(320)를 통해 기름통(330)으로 배출되도록 한다.

낮은 범위에서 높은 범위로 이동하기 위해서는, 저압 유체를 A로부터 클러치로 보낼 수 있를 정도로 밸브(310, 314)의 작동을 개시시키는 것이 필요하다. 이것은 밸브(310)를 ②의 위치로, 그리고 밸브(314)는 ①의 위치로 스위칭함으로써 간단하게 달성된다. 작동의 이러한 위상 동안에, B에서의 압력(Pb)은 A에서의 압력(Pa) 보다 크고, 따라서 높은 클러치가 활동 제어 위상의 초기 단계에 있다고 일컬어진다. 위상의 이 부분이 진행하는 동안에, 저압 유체가 클러치를 페쇄하도록 작용하기는 하나 예컨데 클러치 플레이트를 고정시키고 토오크를 전달시키는 클러치 성능을 주기에는 충분하지 않은 압력을 제공한다. 위상의 이 부분의 완료는 개시 이후로 경과되는 시간을 모니터링하거나 또는 클러치 위치와 같은 이 시스템의 다른 파라미터를 모니터링함으로써 결정될 수 있다. 이 시점에서, 변속기의 비율 RVAR은 동기에 필요한 비율 RSYNCH과 일치되지 않고, 그리고 압력 PA는 클러치를 완전하게 맞물리게 하여 토오크 전달이 가능토록 하는데 필요한 압력(PCLAMP) 보다 분명히 작다.

장치를 동기로 이동시키기 위하여서는, 클러치가 토오크를 전달할 수 있도록 압력 PA를 증가시키는 것이 필요하다. 이단계는 밸브(99)를 도 1에 관련하여 설명한 PB - PA 의 값을 변경시키지 않고서 PA가 증가되는 방법에 따라 작동시킴으로써 달성된다. 사실상, 밸브(99,100)는 변속기를 동기 비율로 이동시킬 수 있는 드래그 토오크를 일으키기에 PA가 충분할 때 까지 동일한 양으로 라인(82,83) 모두의 압력을 상승시키기 위하여 함께 작동된다. 이 지점에서는, 클러치가 트랜스미션에 부하를 주고 클러치의 미끌어짐도 어느 정도 발생할 수 있다. 이 위상의 마지막 단계는 Pa 및 Pb-Pa를 시스템이 동기화로 진행시키고 맞물리는 클러치의 미끌어짐도 중단시키도록 제어하는 것에 관련되어 있다. 이것은 클러치의 맞물림이 동기 작동에 필요한 속도와 일치하게 하는 변화를 엔진의 속도에 발생시키도록 밸브(99,100)에 인가되는 전류를 전술한 바와 같이 변경시킴에 의해 간단하게 달성된다. 사실상, 트랜스미션에 의해 발생된 엔진 부하가 전환을 유도하며 변화한다. 일단 클러치가 미끌어짐을 중단하면, 트랜스미션이 동기 비율에 있게 된다. 만일, 여전히 엔진이 토오크를 발생하고 있다면(그럴 가능성이 있음), 클러치는 엔진의 드라이브 토오크와 일치하는 그들의 결합된 성능에 맞게 인가되는 충분한 압력을 가지도록 유지되어야 한다. 라인(82, 83) 양자 모두를 동일한 압력으로 증가시키는 것은 변속기에 부하를가하지 않는한 트랜스미션이 엔진 드라이브에 대하여 동기 비율을 유지하도록 한다(차압은 0). 이 조건에 있는 동안, 트랜스미션 비율 및 그에 따른 로울러의 각도는 일정하고, 즉 동기화되어 있다. 그후 다음 체계에서 저압 라인의 압력을 강하시키는 것은 변속기가 정확한 차압을 가지도록 셋업시키고 불필요한 변속기 성능을 적절하게 감소시킨다. 결국,이 클러치는 미끄러지고 그리고 나서 다음 체계에서 트랜스미션을 떠나면서 해제된다. 필요하다면, 다가오는 장래의 클러치가 완전히 맞물리기 전에 퇴출되는 클러치의 완전한 최종 해제를 개시시킬 수도 있다. 클러치(37)의 해제는 라인(322)를 통하여 작동 유체가 방출되도록 밸브(316)를 ②의 위치로 스위칭시킴으로써 달성된다.

이상으로부터, 제어 수단(220)이 적당한 변속기 반응 토오크를 결정하고 이로써 차압(Pb-Pa)을 결정하는 것을 알 수 있다. 만일 트랜스미션이 차압(Pb-Pa)의 결과에 따라 동기 비율로 접근하고 제어기가 유도된 전환을 개시하기를 결정하면, 다음 클러치가 저압 라인에 연결되고 따라서 그 성능이 제어될 것이다. 저압 라인으로서 Pb를 택하고 10 바아의 차압(Pb-Pa)이 필요하고 그런 다음 최초에 Pb = 0 바아, Pa = 10 바아라고 가정한다. 만일 제어기가 운전자의 요구사항이 클러치 인가압력과 동등한 클러치 성능에 가장 적합하다고 결정하게 되면, Pa 및 Pb는 점차로 증가하여 Pb = 3 바아, Pa = 13 바아로 증가하게 된다. 지금 변속기 토오크는 변화되지 않았지만 클러치는 트랜스미션을 동기화로 재촉하고 있다. 그러나, 클러치로 인하여 "촉진력(urging force)"에 증가가 발생하게 되었다. 적어도 일부 상황에서는, 제어기가 동기화를 위한 이 운동에서 순 변화를 거의 요구하지 않을 수 있는 것도 가능하다. 총 트랜스미션 효과는 변속기 작동과 클러치 작동의 합으로서 여겨지기 때문에, 변속기 효과의 감소는 추가적인 클러치 작동를 보정하도록 만들어질 수 있다. 간단하게는, Pb= 3바아 그리고 Pa= 10 바아를 줌으로써 변속기 차이가 3 바아 만큼 감소될 수 있다(클러치에서의 3 바아의 효과가 변속기에서 3 바아 이하의 입력차에 의해 정확하게 보상된다고 가정하면).

이상의 설명으로부터, 밸브(99, 100)들은 로울러 제어용으로 사용되는 차압을 변경시키지 않고서 단부 부하 목적의 유압유체의 압력을 상승시키거나 또는 하강시키도록 함께 작동될 때 제 1 제어 수단을 구성함을 알 수 있다. 또한, 이들 밸브들은 로울러 제어 피스톤(55)에 의해 경험된 차압을 변화시키도록 함께 작동될 때 제 2 제어 수단을 구성한다.

Claims (16)

1. 변속기를 포함하고, 원동기에 의해 구동되며 출력 드라이브를 제공하는 다중-체계 CVT(multi-regime CVT)로서,

   - 상기 변속기를 제어하기 위한 제 1 및 제 2 유압 공급 라인을 구비하는 제어 회로와,

   - 상기 제 1 및 제 2 유압 공급 라인으로 작동 유체를 공급하기 위한 제 1 및 제 2 유압 펌프와,

   - 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치와, 그리고

   - 상기 제 1 및 제 2 유압 공급 라인 내의 압력을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 다중-체계 CVT에 있어서,

   상기 제어 수단은, 상기 제 1 및 제 2 유압 공급 라인 각각 내의 압력을 동일하게 상승 및 하강시켜서 상기 변속기의 제어에 영향을 주지 않으면서 클러치 작동이 용이하도록 작동하는 제 1 작동 모드와, 상기 제 1 및 제 2 유압 공급 라인 내의 차압을 변경시켜서 클러치 맞물림에 영향을 주지 않으면서 상기 변속기의 제어를 변경시키도록 작동하는 제 2 작동 모드를 가지는 것을 특징으로 하는,

   다중-체계 CVT.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치 각각은, 상기 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치를 상기 제어 회로 내의 견인 압력에 연결시킴으로써 얻어지는 활성적으로 맞물리는 위상과, 그리고 상기 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치를 상기 제어 회로 내의 선행 압력에 연결시킴으로써 얻어지는 완전히 맞물리는 위상을 포함하는,

   다중-체계 CVT.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치 각각은 작동가능하게 연결되고, 그리고 적어도 초기에는 상기 변속기를 제어하는데 사용되는 상기 견인 압력 및 상기 선행 압력 중 낮은 압력에 의해 제어되는,

   다중-체계 CVT.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 및 2 유압 체계 변환 클러치 각각은 상기 변속기를 제어하는데 사용되는 보다 낮은 압력에 연결된 후에, 상기 변속기를 제어하는데 사용되는 상기 견인 압력 및 상기 선행 압력 중 보다 높은 압력에 작동가능하게 연결되는,

   다중-체계 CVT.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 회로 내부에서 상기 견인 압력 및 상기 선행 압력 사이에서 변화하도록 상기 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치 각각으로 작동 유체의 공급을 유도하기 위한 공급 수단을 더 포함하는,

   다중-체계 CVT.
6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   완전히 맞물리는 위상의 개시에 앞서 활성적으로 제어된 위상을 작동시키고 완료시키는 배열 수단을 더 포함하는,

   다중-체계 CVT.
7. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   범위 변환에 앞서 클러치 작동을 개시하기 위한 전자적 제어 수단을 더 포함하는,

   다중-체계 CVT.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 변속기가 동기 비율에 도달하기에 앞서 비율의 변환이 필요한지를 결정할 수 있도록, 변속기 작동과 관련된 하나 이상의 특성을 모니터링하고 상기 전자적 제어 수단에 신호를 보내기 위한 모니터링 수단을 더 포함하는,

   다중-체계 CVT.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 모니터링 수단은 엔진 속도; 변속기 비; 시간; 트랜스미션 비; 클러치 충진 시간 및 변환률 또는 이들 중 어느 하나 또는 그 이상의 변화율을 모니터링하기 위한 하나 이상의 모니터를 포함하는,

   다중-체계 CVT.
10. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 변속기는 가변비 로울러를 갖춘 토로이달-레이스 롤링-트랙션 타입이며, 상기 제 1 및 제 2 유압 공급 라인은 상기 변속기 로울러의 위치를 제어하는,

    다중-체계 CVT.
11. 제 1 항에 따른 다중-체계 CVT용 제어 시스템의 작동 방법으로서,

    제 1단계로서, 체계 변환 동안에, 상기 다중-체계 CVT에 의해 생성된 엔진 부하가 변화함으로써 상기 엔진 부하가 체계의 변환을 유도하도록, 동기 비율에 변속기가 도달하기 전에는 다른 방법으로는 맞물리지 않고 있는 클러치의 맞물림을 개시하는 단계와,

    제 2단계로서, 상기 다중-체계 CVT가 변환되기 이전의 체계와 관련된 상기 클러치의 맞물림을 해제시킴으로써 체계 변환을 완료하고, 그리고 맞물림 상태로 클러치의 맞물림을 완료시키는 단계를 포함하는,

    다중-체계 CVT용 제어 시스템의 작동 방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 클러치는 유압 작동식 클러치를 포함하고, 각각의 상기 클러치는 활성적으로 맞물리는 위상과 완전히 맞물리는 위상을 포함하고, 상기 활성적인 위상 동안에는 상기 클러치가 제어 회로 내의 견인 압력에 작동가능하게 연결되고, 상기 완전히 맞물리는 위상 동안에는 상기 클러치가 상기 제어 회로 내의 선행 압력에 작동가능하게 연결되며, 그리고

    상기 방법은 먼저 상기 클러치를 상기 견인 압력에 연결시킴으로써 클러치 맞물림을 개시하는 단계와, 그리고 상기 클러치를 상기 제어 회로 내의 상기 선행 압력에 연결시킴으로써 맞물림을 종료하는 단계를 더 포함하는,

    다중-체계 CVT용 제어 시스템의 작동 방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 변속기는 각자의 유압 램과 각각 연관된 가변비 로울러를 포함하고,

    상기 로울러가 상기 제어 회로 내부의 차압에 반응하도록 상기 유압 램에 작동 유체를 공급하는 단계를 더 포함하는,

    다중-체계 CVT용 제어 시스템의 작동 방법.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 단계를 언제 개시할 것인가를 결정하도록 제어 시스템, 멀티-레임 CVT 또는 이와 연관된 항목들과 관련된 하나 이상의 파라미터를 모니터링하는 단계를 더 포함하는,

    다중-체계 CVT용 제어 시스템의 작동 방법.
15. 원동기에 의해 구동되고 출력 드라이브를 제공하는 다중-체계 CVT용 유압 제어 시스템으로서,

    상기 다중-체계 CVT는 유압에 의해 작동되는 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치와 그리고 각각의 로울러가 유압 램과 각각 연관된 가변비 로울러들을 갖춘 변속기를 구비하며,

    상기 유압 제어 시스템은 어떤 특정의 순간에 보다 높고 그리고 보다 낮은 유압원과, 보다 높은 압력의 유체와 보다 낮은 압력의 유체 사이에서 변화하도록 각각의 상기 제 1 및 제 2 유압 체계 변환 클러치에 작동 유체를 공급하고 그리고 상기 가변비 로울러가 차압에 반응하도록 유압 램으로 작동 유체 공급하기 위한 공급 수단을 가지는,

    다중-체계 CVT용 제어 시스템.
16. 제 10 항에 있어서,

    각각의 가변비 로울러는 상기 제 1 및 제 2 유압 공급 라인 내의 압력에 의해 작동되는 각자의 유압 램과 연관되어 있는,

    다중-체계 CVT.