KR100551628B1 - 자동변속기의 제어 방법 - Google Patents

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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은 저단변속-기능을 가지는 자동변속기(3)에 관한 것으로, 저단변속점(RS(NEU))은 브레이크페달이 조작되고 스로틀밸브가 폐쇄된 상태에서, 기본-저단변속점(RS(ORG)에 특성치(K1)를 가산함에 의해 산출되며, 여기서 상기 특성치(K1)는 주행태양(FA)과 산출된 브레이크 압력으로부터 특성장을 통해 결정된다.

Description

자동변속기의 제어 방법{AUTOMATIC GEARBOX WITH A DOWNSHIFT FUNCTION}
본 발명은 자동변속기의 제어를 위한 방법에 대한 것으로서 브레이크페달을 조작하여 저단변속 기능을 개시한다.
자동변속기에 있어서 하산 주행(downhill driving)시 증가하는 차량의 주행속도에 의하여 고단변속이 이루어지는 문제가 발생한다. 이로 인하여 엔진브레이크 작용이 악화된다. 선행기술에서 공지된 바에 의하면 이러한 고단변속을 억제할 수 있다. 예컨대 DE-OS 31 39 985는 한가지 방법을 제안하고 있으며 이에 의하면 자동변속기의 감속비는 브레이크페달 조작에 의존하여 증가된다. 이의 대안으로서는 상기 감속비는 주행속도가 일정하게 유지되도록 조절되는 것이 제안된다.
본 발명은 상기 종래기술에서 출발하여 상기 방법을 일층 발전시키는 것을 과제로 한다.
상기 과제는 본 발명에 따라서 초기 저단변속 기능에서 기본-저단변속점(basic downshift point)과 특성치(characteristic value) K1을 계산함에 의해 해결된다. 상기 특성치 K1은 차례로 주행 태양(driving activity)과 산출된 브레이크 압력으로부터 계산된다.
청구항 2 의 실시태양에서 설명하는 바와 같이 브레이크 압력은 변속기출력 회전수의 실제구배(actual gradient) 및 가상구배(imaginary gradient)의 차이로부터 계산된다. 상기 변속기출력회전수의 가상구배는 차례로 특성장(characteristic field)에 의해 결정되는데 상기 특성장은 차량속도와 모멘트 여유(torque reserve)의 함수를 나타낸다. 이러한 모멘트 여유는 청구항 3 의 실시태양에 따라 내연기관에 의해 생성된 모멘트와 저항모멘트(resistance torque)로부터 정해진다.
본 발명에 따르는 해결방안과 그의 개선점들은 저단변속 기능이 주위환경 조건들에 보다 잘 적응한다는 장점을 제공한다. 상기 모멘트 여유는 주행로의 구배,운전자의 거동에 의한 주행태양에 대한 특성을 나타낸다. 이러한 주행태양은 예컨대 DE-PS 39 22 051 또는 DE-OS 39 41 999에 공지되어 있는 방법에 의하여 결정 가능하다. 지능형 변속 프로그램을 가진 신세대 자동 변속기에 있어서 변속점은 주행태양에 의존하여 선택되기 때문에, 따라서 본 발명의 해결방안은 이미 파악된 주행태양을 참조할 수 있다. 본 발명에 따르는 해결책은 기존 소프트웨어에 유리하고도 경제적으로 통합이 가능하다.
기타 종속항에서는 저단변속 기능의 해제기준이 기술되어 있다. 청구항 4 의 실시태양에서는 저단변속 기능은 운전자가 브레이크 페달을 해제(release)하여 스로틀 밸브치가 최소치에 비하여 보다 크고 제 1 지연시간이 경과하였을 때 종료한다. 상기 최소치는 견인-/추력 특성곡선(traction-push characteristic line)에 의하여 결정된다. 이러한 실시태양은 예컨대 경사로의 끝에서 운전자가 다시 스로틀밸브치에 의하여 표준적 소요 출력 요구를 전달하는 경우를 고려한다.
청구항 5 의 실시태양에서는 제 1 지연시간의 경과 중에 큰 구배에 의해 나타나는 스로틀밸브 신호의 상당한 변화의 경우, 상기 상당한 변화가 더 이상 나타나지 않을 때 제 2 지연시간이 개시되며 그리고 저단변속 기능은 제 2 지연시간이 만료될 때 종료한다. 이러한 개선점은 운전자가 제 1 지연시간 중에 신속히 가속페달을 작동시키고 그리고 나서 일정하게 유지시키는 경우를 고려한다. 따라서 저단변속-기능은 제 2 지연시간 경과의 만료의 경우에만 종료한다.
청구항 6 의 실시태양에서는 스로틀밸브가 다시 작동되거나 또는 스로틀밸브 구배가 한계치를 상회할 때, 상기 제 2 지연시간은 다시 시작된다. 상기 제 2 지연시간이 만료할 때 저단변속-기능은 스로틀밸브의 추가 경과와는 무관하게 종료한다.
도면에서는 바람직한 실시예가 도시되며 도면의 내용은 다음과 같다 :
도 1은 시스템-다이어그램;
도 2는 제 1 특성장;
도 3은 제 2 특성장;
도 4는 저단변속-특성곡선을 가진 변속 특성장;
도 5는 제 1 태양예의 시간 선도;
도 6은 제 2 태양예의 시간 선도;
도 7은 제 3 태양예의 시간 선도;
도 8은 프로그램-플로우차트
도 1 은 내연기관/자동변속기-유닛의 시스템 다이어그램을 도시한다. 상기 시스템은 내연기관(1), 자동변속기(3), 전자식변속기제어장치(4) 그리고 전자식엔진제어장치(10)로 구성되며, 상기 전자식엔진제어장치(10)는 제어라인(control line) (11)을 통해 내연기관(1)을 제어하다. 내연기관(1)과 자동변속기(3)는 구동축(2)에 의해서 기계적으로 상호 연결되어 있다. 전자식엔진제어장치(10)와 전자식변속기제어장치(electronic transmission control)(4)는 데이터라인(data line)(9)에 의하여 상호 연결되어 있다. 상기 데이터라인(9)을 통해 양방의 제어장치들은, 예를 들면 CAN-버스(bus)를 이용하여 통신한다. 상기 데이터라인에 설치된 전자식엔진제어장치(10)는 다음의 정보가 제공된다 :
내연기관의 모멘트 MM, 내연기관의 회전수 nMOT, 내연기관의 냉각액 온도등.
상기 전자식변속기제어장치(4)는 데이터라인(9)에 정보로서 예를 들면 변속 과정의 개시와 종결, 소위 엔진결합 또는 목표-엔진 모멘트 등을 공급한다.
상기 전자식변속기제어장치(4)는 기타의 입력치(13) 내지 (16)에 따라서 적절한 주행단계 또는 변속 프로그램을 선택한다. 그 다음, 전자식변속기제어장치(4)는, 자동변속기(3)의 일체적 구성부분인 한편, 전자기(electromagnetic)조정부재가 내장되어 있는 유압제어기를 사용하여, 제어라인(12)을 통해 적절한 클러치/브레이크 조합을 작동시킨다. 전자식변속기제어장치(4)의 블록이 매우 단순화된 형태로 도시된다 : 마이크로 컨트롤러(5), 기억장치(7), 기능블록조정부재(function block control actuator)(6) 및 기능블록계산장치(8). 상기 기억장치(7)에는 변속기 관련 데이터가 저장된다. 상기 변속기 관련 데이터는 예를 들면, 프로그램, 변속특성곡선, 특성장 및 자동차 고유의 특성치들 그리고 또한 진단 데이터를 포함한다.
상기 기억장치(7)는 통상적으로 EPROM, EEPROM 또는 완충형(buffered) RAM 으로 구성된다. 기능블록계산장치(8)에서는 자동변속기(3)의 운전과 관련되는 데이터, 예를 들면 압력레벌, 주행태양 등이 계산된다. 기능블록조정부재(6)는 유압제어기 내의 조정부재의 제어를 위해 사용된다.
참조부호(13)는 스로틀밸브정보 DKI의 신호, 참조부호(14)는 브레이크페달 BR의 신호 및 참조부호(16)는 변속기출력회전수의 신호를 각각 표시한다. 스로틀 밸브정보 DKI 대신에, 운전자가 미리 설정 가능한 가속 페달 위치도 또한 입력치로서 사용될 수 있다.
참조부호(15)는 예를 들면 선택레버위치, 변속기 입력회전수, ATF(automatic transmission fluid)의 온도 등과 같은 전자식변속기제어장치(4)의 기타 입력치들을 표시한다.
도 2에는 제 1 특성장이 도시되어 있다. 입력치들은 이때 모멘트여유(torque reserve) MM(RES) 및 차량 속도 v 이다. 특성장 출력치는 변속기출력회전수의 가상구배 nAB-GRAD(FI)이다. 모멘트 여유는 내연기관(1)에 의해 생성된 모멘트 MM과 저항토크 M(WI)로부터 계산된다, 여기서 MM(RES)=MM-M(WI). 이러한 값, 모멘트여유 MM(RES)의 크기에 의하여 주행도로구배가 특징지워진다.
특성장 내에는 점 A 내지 D 를 갖는 면이 전개되어 있다. 예로서 이러한 면상에 점 W1이 표시되어 있다. 이것은 검출된 모멘트여유 MM(RES)와 차량속도 v 로부터 교점을 검출하고 면 상에 투영함에 의해 결정된다. 도시된 바와 같이 값 n1 이 값 W1 에 대한 출력량으로서 발생한다.
삭제
값 n1 에 상당하는 변속기 출력회전수의 가상구배 nAB-GRAD(FI) 그리고 측정된 변속기출력회전수(16)로부터 결정되는 실제구배 nAB-GRAD(IST)로부터 표준화된 브레이크 압력이 다음식에 따라 산출된다:
pBR = K ((nAB-GRAD(FI) - (nAB-GRAD(IST)))
K : 환산계수
nAB - GRAD(FI) : 변속기출력회전수의 가상구배
nAB - GRAD(IST) : 변속기출력회전수의 실제구배
도 3에는 제 2 특성장이 도시되어 있다. 이때 입력치는 주행태양 FA와 미리 계산한 브레이크 압력 pBR이다. 특성치 K1 은 출력치이다. 특성장에는 점 E 내지 H를 가진 면이 전개되어 있다. 예로서 상기 면에는 점 W2가 표시되어 있다. 이것은 실제 주행태양 FA와 브레이크 압력 pBR 의 교점과 그리고 상기 면 상의 투영으로부터 결과한다. 작동점 W2는 도 3에 도시된 바와 같이 출력치로서 값 K1(W2)을 생성한다.
주행태양은 예를 들면 DE-PS 39 22 051 또는 DE-OS 39 41 999 에 개시된 것과 같은 방법에 의하여 결정될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법은 종래형의 자동변속기에 또한 적용될 수 있다.
이 경우 운전자는 통상적으로 "E"(경제형), "S"(스포츠형) 및 "W"(동절형)로 지정되는 3가지 주행프로그램으로부터 프로그램 선택스위치를 통해 선택한다. 이 경우들은 도 3에서 주행태양에 대한 대안으로서 X 축상에 주행 프로그램에 상응하는 3 가지 상수값 "W","E" 및 "S"를 플로트(plot) 할 수 있다.
도 4에는 축소된 변속특성장이 도시되어 있다. 이러한 종류의 변속특성장은 일반적으로 다수의 고단변속(upshift) 및 저단변속(downshift) 특성곡선들을 가진다. 도 4에서 보다 잘 보이도록 단지 하나의 저단변속-특성곡선, 특히 제 2 단으로부터 제 1 단으로의 변속만을 도시한다. 이러한 변속특성장에 대한 입력치는 차량속도 v 와 스로틀밸브 위치의 값 DKI이다. 따라서 DKI=0은 완전히 폐쇄된 스로틀밸브, 즉 운전자가 가속페달을 작동시키지 않음을 의미한다. 이러한 경우에 대해 도 4는 제 1 주행속도값 v1 을 도시한다. 이것은 저단변속-기능이 작동하지 않는 경우의 원래의-저단변속-점 RS(ORG)와 일치한다.
X축상의 값 v2는 원래의-저단변속점 RS(ORG) 및 도 2와 3에 따라 산출되는 값 K1(W2)로부터 얻는다; 즉 저단변속은 이에 따라 차량속도치 v2가 보다 클 경우에 발생한다.
상기 방법의 시이퀀스는 다음과 같다 :
운전자가 브레이크페달을 작동시키면 전자식엔진제어장치에 의하여 공급되는 실제의 엔진모멘트와 전자식변속기제어장치 내에서 검출된 저항모멘트로부터 직전의 모멘트여유 MM(RES)가 얻어진다. 그 다음에는 도 2의 특성장을 통해 변속기출력회전수(16)의 가상구배가 결정된다. 그 다음 계산 공식에 의하여 상기 가상구배는 변속기출력회전수(16)의 실제구배 및 환산계수와 연결된다. 계산결과는 이때 브레이크압력 pBR이다. 브레이크압력 pBR과 계산된 주행태양 FA에 의하여 그 다음 도 3의 특성장에 따라서 특성치 K1이 결정된다. 그 다음, 값 DKI=0에 대한 저단변속점은 특성치에 의존하면서 보다 큰 주행속도 v로 이동된다. 즉 저단변속은 보다 빠른 시점에서 발생한다.
이로 인하여 엔진브레이크 작용이 이용된다. 저단변속이 실행된 후 추가 저단변속이 필요하거나 또는 저단변속-기능의 종료가 인식되었는지 여부가 검사된다. 이미 차량측에 브레이크압력센서가 존재할 경우에는, 본 발명에 따른 해결방안의 결과들은 도 3의 제 2 특성장을 위한 입력치 pBR로서 사용될 수 있다. 도 2에 따르는 계산은 불필요해진다.
도 5에는 저단변속-기능의 종료에 관한 제 1 태양예의 시간-선도가 도시되어 있다.
y 좌표상에는 스로틀밸브의 구배 DKI(GRAD)가 플로트되어 있다. X 축과 평행하게 한계치선 GW가 표시되어 있다.
점 A,B 및 C를 가지는 곡선은 이때 DKI-구배의 측정된 실제의 경로를 도시하고 있다. 상기 제 1 태양예의 경우, DKI-구배의 경로는 한계치선 GW 아래에 유지된다. 시점 t=0에서 운전자가 브레이크페달을 해제시킨다(release)(BR=0). 또한 스로틀밸브정보 DKI는 최소치 MIN에 비하여 크게 된다. 이러한 최소치는 견인-/추력-특성곡선에 의하여 정해진다. 양 조건이 충족되면 제 1 지연시간 t1이 개시된다. 제 1 지연시간이 만료되면, 저단변속-기능이 종료된다.
도 5에 따르면 시점 t1과 점 C가 그러한 경우이다. 종료판단기준은 이 경우에는 다음과 같이 된다 : BR=0와 DKI>견인-/추력-특성곡선으로부터의 최소치 및 t1=0.
도 6에는 저단변속-기능의 종료에 관한 제 2 태양예가 도시되어 있다.
측정된 DKI-구배 DKI(GRAD)는 이 경우 점 D,E,F 및 G를 가진 곡선에 의하여 도시되어 있다. 이러한 곡선 경과는 예를 들면 운전자가 하산 구배(downhill gradient)의 끝에서 가속페달을 신속히 조작하여 일정하게 유지할 경우에 실제로 발생한다. 점 E에서 DKI-구배가 한계선 GW를 상회한다. DKI-구배가 다시 한계선 GW를 점 F에서 하회하면 제 2 지연시간 t2가 개시된다. 이러한 예에서 DKI-구배는 그 후 한계선 GW 아래에서 유지된다. 제 2 지연시간 t2 가 만료되면 즉 점 G의 시점 tE 에서 저단변속-기능이 종료된다. 종료 판단기준은 따라서 이 경우에는 다음과 같다: t2=0 및 DKI-구배<GW.
도 7에는 저단변속-기능의 종료에 관한 제 3 태양예를 도시한다. 이 경우 점 H 내지 M 을 가지는 DKI-구배 경과를 기초로 한다.
도 6에서 이미 설명한 바와 같이 제 2의 지연시간 t2는 DKI-구배가 한계치선 GW를 하회 즉 여기에서는 점 K에서 하회할 때 개시된다. 그 다음 운전자가 다시 가속페달을 조작하여 DKI-구배가 점 L에서 한계치선 GW을 다시 상회한다. 이 예에서 한계치선 GW 를 점 L 에서 상회할 때 제 2 지연시간 t2 가 다시 개시된다. 상기 저단변속-기능은 시간단계 t2 의 만료로 즉 시점 tE에서 종료한다. 상기 기능 종료는 이경우 DKI-구배의 추가 경과와 관계가 없다.
도 8에는 본 발명에 따르는 방법의 프로그램-플로우차트가 도시되어 있다. 상기 기능은 운전자가 브레이크페달을 조작할 때(BR=1) 개시된다. 단계 S1에서는 이에 따라 저단변속-기능 ZRS가 작동된다. 단계 S2는 저단변속 기능의 작동여부를 질문한다.
작동되지 않는 경우 단계 S3는 종료기준의 검지 여부를 질문한다. 단계 S2에서 질문의 결과가 긍정(yes), 즉 저단변속-기능 ZRS가 작동된다면, 단계 S5에서는 모멘트여유 MM(RES)의 실제 값, 차량속도 v, 그리고 변속기출력회전수(16)로부터 결정되는 실제-구배 nAB-GRAD(IST)가 판독된다. 이러한 값들은 운전 중에 전자식변속기제어장치에 의해 지속적으로 검출된다. 그 다음, 단계 S6에서는, 모멘트여유 MM(RES) 및 차량속도 v로부터 도 2의 제 1 특성장을 통해 변속기출력회전수의 가상구배 nAB-GRAD(FI)가 결정된다.
단계 7에서는, 변속기출력회전수의 가상 및 실제-구배로부터 다음의 공식에 따라 브레이크압력 pBR이 산출된다.
pBR = K((nAB-GRAD(FI)-(nAB-GRAD(IST)))
여기에서
K : 환산계수
nAB-GRAD(FI) : 변속기출력회전수의 가상구배
nAB-GRAD(IST) : 변속기출력회전수의 실제구배
단계 S8에서는, 주행태양 FA의 실제치가 판독된다. 지능형 변속 프로그램을 갖춘 신세대 자동변속기에 있어서는 변속점은 미리 계산된 주행태양 FA에 따라 결정되기 때문에, 따라서 상기 값 FA가 이용될 수 있다. 단계 S9에서는, 특성치 K1이 도 3의 제 2 특성장을 통해 계산된다.
단계 S10에서는, 변속특성장으로부터 저단변속점 RS(ORG)가 구해진다.
도 4에 따르면 이것은 X축 값 v1과 y 값 DKI=0을 가진 점에 상당하다.
그 후, 단계 S11는 원래저단변속점 RS(ORG)과 특성치 K1을 합산하여 새로운 저단변속점 RS(NEU)를 결정한다. 도 4에 따르면 이것은 X축 값 v2에 상당하다. 단계 S12는 저단변속-특성곡선이 상회되어 있는지 여부를 질문한다. 상회되지 않는 경우라면 S13 단계는 운전자가 브레이크 페달을 해제하였는지(BR=0) 여부를 질문한다. S13 단계에서 질문의 결과가 운전자가 브레이크를 계속해서 조작유지하는 경우라면, 프로그램은 점 B로 분기한 다음, 단계 S7에서 계속된다. 단계 S13에서 질문의 결과가 운전자가 브레이크페달을 해제한 경우라면, 프로그램은 점 C로 분기한 다음, 단계 S3 에서 계속된다.
단계 S12 에서 질문의 결과가 긍정(yes)인 경우, 즉 저단변속특성곡선이 상회되는 경우, S14에서 저단변속이 실행된다. 그 다음에 단계 S15 는 DKI가 최소치 보다 크며 브레이크페달이 해제되었는지 여부를 질문한다. 상기 최소치는 이때 견인-/추력-특성곡선으로부터 결정된다. 단계 S15에서, 상기 질문이 충족되지 않으면 프로그램은 점 D로 분기한 다음, 단계 S2 에서 계속된다. 단계 S15에서 질문의 결과가 긍정인 경우에는, 저단변속-기능 ZRS 는 단계 S16 에서 리셋된다. 그 후 상기 프로그램은 단계 S2에서 계속된다.
단계 S2에서 질문의 결과가 저단변속-기능이 불작동(inactive)인 경우, 단계 S3는 종료기준이 검지되었는지 여부를 질문한다. 검지되지 아니한 경우, 단계 S4에서 대기(wait) 패턴이 계속된다. 질문 S3에서 종료기준이 검지되는 경우 프로그램-플로우차트는 종료한다.
단계 S8에서 상기 실시형태의 변형예가 참조부호 S8'의 점선표시 기능블록으로서 도시되어 있다. 상기 변형예는 지능형 변속프로그램이 아니고 프로그램-선택 스위치만을 사용하는 자동변속기에 적합하다. 일반적으로 이러한 프로그램 선택스위치는 3가지 위치 경제 "E", 스포츠 "S" 및 동절 "W"를 가지고 있다. 이 경우 특성치 K1은 도 3에 도시되어 있는 변형예에 따라 계산된다.
본 발명은 자동변속기의 제어 방법에 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 브레이크페달의 조작(BR=1)으로 저단변속-기능이 개시되는(ZRS=1) 자동변속기(3)의 제어 방법에 있어서,
    상기 저단변속-기능이 개시될 때(ZRS=1) 전자식변속기제어장치(4)는 스로틀밸브의 폐쇄상태(DKI=0)에서 기본-저단변속점(RS(ORG))에 특성치(K1)를 가산함에 의해 새로운 저단변속점(RS(NEU))을 산출하고(RS(NEU) = RS(ORG) + K1), 기본-저단변속점(RS(ORG))은 변속특성장(SKF)으로부터 결정되고, 상기 변속특성장(SKF)에 의하여 자동변속기(3)의 변속단(i, i=1,2...n)이 차량속도(v)와 스로틀밸브위치(DKI)에 따라 변속되며(SKF=f(v,DKI)), 특성치(K1)는 주행태양(FA) 및 산출된 브레이크압력(pBR)으로부터 특성장을 통해 결정되는(K1=f(FA,pBR))것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크 압력(pBR)은 변속기출력회전수(16)의 실제구배(nAB-GRAD(IST))와 변속기출력회전수의 가상구배(nAB - GRAD(FI))로부터 결정되며 (pBR = K((nAB - GRAD(FI)) - (nAB - GRAD(IST)))), 여기서 K 는 환산계수를 나타내며, 변속기출력회전수의 가상구배(nAB-GRAD(FI))는 특성장을 통해 결정되며 이것은 주행속도(v)와 모멘트여유(MM(RES))의 함수를 나타내는 것(KF = f(v, MM(RES)))을 특징으로 자동변속기의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모멘트여유(MM(RES))는 내연기관이 생성하는 모멘트(MM)와 저항토크(M(WI))로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저단변속-기능은 다음의 조건, 즉:
    - 브레이크페달의 해제(release)(BR = 0);
    - 스로틀밸브치(DKI)가 견인-/추력-특성곡선을 통해 결정되는 최소치(MIN) 보다 크며; 그리고
    - 브레이크페달의 해제(BR=0)와 함께 개시되는 제 1 지연시간(t1)이 만료되는 것이
    충족될 때 종료되는 것((ZRS=0)을 특징으로 하는 자동변속기의 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 지연시간(t1)의 경과 중에 스로틀밸브 신호의 상당한 변화 (DKI(GRAD) > 한계치)가 인식되는 경우에, 상기 상당한 변화가 더 이상 존재하지 않을 때(DKI(GRAD) < 한계치), 제 2 지연시간(t2)이 개시되고 그리고 상기 제 2 지연시간의 만료(t2 = 0) 후에, 저단변속-기능이 종료되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 지연시간(t2)의 경과 중에 스로틀밸브의 새로운 상당한 변화(DKI(GRAD)>GW)가 인식되는 경우에, 제 2 지연시간(t2)이 다시 개시되며 그리고 상기 제 2 지연시간의 만료시(t2=0), 저단변속-기능은 스로틀밸브의 추가 경과와 관계 없이 종료되는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 제어 방법.
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