KR100869183B1 - 기어박스를 가진 자동차와 자동차의 이용방법 - Google Patents

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마틴 보르넴
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루크 라멜렌 운트 쿠플룽스바우 베타일리궁스 카게
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Abstract

본 발명은 구동열이 특히 자동방식으로 맞물리고 분리될 수 있는 클러치를 포함하고; 스텝이 자동으로 바뀔 수 있는 기어박스를 포함하는 자동차에 관계된다.

Description

기어박스를 가진 자동차와 자동차의 이용방법{MOTOR VEHICLE WITH A GEARBOX AND METHOD FOR OPERATING A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 추진 엔진(engine), 제 1 액추에이터를 가진 토크전달장치(torque transfer device), 제 2 액추에이터, 입력 샤프트 및 출력샤프트를 가진 기어박스를 가진 차량에 관한 것이다. 기어박스는 변속단(transmission stages)들을 형성하는 일련의 다수의 기어휠들을 가지고, 각각의 변속단들은 샤프트에 확실히 연결된 고정 기어휠(gearwheel)과, 샤프트에 대해 선택적으로 연결되거나 분리될 수 있는 프리휠(freewheel)을 가진다. 상기 차량은 또한 제어장치를 가져서, 상기 제어장치에 의해 제 1 액추에이터와 제 2 액추에이터가 자동으로 제어될 수 있다.
상기 형태의 차량에 있어서, 기어가 지지되는 샤프트에 대해 각 기어비의 프리휠을 연결하여 변속단이 연결된다. 변속단을 연결하기 위하여, 서로 연결되는 회전요소들의 회전속도차는 적어도 영에 근접해야 한다. 회전요소들의 회전속도들을 대략 동일하게 만드는 과정이 동기화라고 공지되어 있다.
예를 들어, 기어박스에 있어서 각각의 프리휠에 연결된 동기화장치는 기어변속과정동안 서로 연결되어야 하는 요소들의 회전속도를 대략 동일하게 만들며, 회전속도가 적어도 대략 동일해질 때까지 클러치의 완전한 연결을 허용하지 않는다. 기어변속의 초기단계에서, 연결되어야 하는 요소들은 우선 마찰면을 통해 서로 접촉하게 되어, 맞물림력(engagement force)과 마찰계수에 따라 마찰력이 요소들사이에 형성된다. 상기 동기화 장치는 잠금장치(locking device)를 가져서, 마찰토크가 존재하는 한, 잠금장치는 맞물림연결을 방해한다. 회전속도들이 거의 동일해져서 요소들사이에 전달되는 마찰력이 거의 영에 도달할 때, 잠금장치의 방해작용이 중지되고, 두 개의 요소들이 서로 형상잠금연결되어 변속과정이 완료된다. 회전속도들이 충분히 동기화되지 못하는 동안 또 다른 연결이 잠금장치에 의해 방해되는 위치를 동기화위치라 한다. 또 다른 형태의 기어박스에 의하면, 상기 동기화장치는 이용되지 않고, 회전속도들이 대략 동일해 질 때까지 형상잠금연결을 지연시키는 기능이 예를 들어, 엔진제어 또는 회전샤프트의 제동에 의해 수행된다. 이 경우, 회전속도차는 적합한 센서에 의해 결정된다.
특히 자동화 기어박스에 있어서, 상기 동기화 변속과정이 자동으로 수행되고, 자동화기어변속이 다수의 입력값들을 기초하여 자동으로 개시된다. 상기 동기화과정의 제어는 매우 복잡한 문제를 발생시킨다. 예를 들어, 동기화 임계위치(threshold) 즉, 상기 잠금장치에 의해 변속클러치의 클러치 슬리브가 이동하는 것이 정지되는 위치에서 미리 정해진 힘이 클러치 슬리브에 작용한다. 이때 작용하는 힘을 동기화 힘이라고 한다. 제어장치가 상기 정해진 크기의 힘을 설정하도록, 동기화위치는 매우 정밀하게 결정되어야 하고, 동기화위치는 정확히 정해진 동기화임계위치와 독립적인 동기화 힘을 설정하여야 한다. 짧은 변속시간동안 최적화된 변속과정으로 기어변속을 완료하기 위하여, 매우 정밀하게 관련 변수들을 고려하여 동기화 힘이 증가되고 정해진 크기로 설정되는 것이 중요하다.
탄성부를 이용하는 기어변속 개념에 관한 유럽 특허 문서 제 EP 579 532 B1호에 의하면, 기어박스내에서 기어들을 연결시키고 케이블 또는 링크장치에 의해 변속기능이 수행되는 보조기구에 의해 상기 탄성부가 제공되고, 일련의 변속과정이 변속제어기 샤프트를 통해 전달되고, 샤프트가 케이블 또는 링크장치에 의해 회전된다. 피봇연결된 두 개의 부품들에 의해 케이블 또는 링크장치가 샤프트와 연결되고 부품들사이의 운동이 스프링에 의해 탄성제어되어, 동기화과정동안 상기 스프링은 압축에 의해 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 방출할 수 있다. 상기 보조기구의 목적은 종래기술의 기어변속장치가 가지는 문제점들 특히, 너무 길거나 자유 행정(free path)으로 알려진 동기화 시간의 지속을 제거하고, 느린 동기화과정을 나타내는 변속과정동안 요구되는 상당한 힘을 제거하며, 불쾌하게 감지되고 기어맞물림으로 부터 발생되는 변속소음을 제거하는 것이다.
다른 특허 문서 제 EP 695 892 B1호에 의하면, 기어박스 전환 시스템이 적어도 한 개의 액추에이터 및 액추에이터에 의해 작동되는 클러치 슬리브를 가지고, 연결기구로서 스프링이 제공된다. 상기 기어박스를 이용하면, 기어변속이 즉시 발생할 수 없을 때 액추에이터의 전기모터가 과도한 전류를 발생시키는 것이 방지된다. 상기 기어 전환 시스템은 자동화 기어박스에 관한 것이다.
문헌 제 EP 579 531 B1호에 설명된 탄성전환장치는 일정 시간동안 압축되어 에너지를 수집하고 계속해서 팽창된다. 따라서 운전자가 신속하게 변속레버를 이동시켜서 클러치에 전달될 수 있는 추진력보다 더 큰 추진력이 스프링으로 부터 클러치 슬리브로 전달된다. 결과적으로 추진력은 변속레버에 가해진 운전자의 힘 또는 속도에 의존하며, 클러치 슬리브에 관한 목표 힘의 정확한 설정이 다소 어려워진다.
문헌 제 EP 695 892 B1 호에 공개된 탄성 변속개념에 의하면, 변속과정동안 압축을 통해 에너지를 저장하고 계속해서 저장된 에너지를 방출한다. 그 결과 탄성부는 액추에이터의 운동을 추종하는 클러치 슬리브의 동기화과정동안 시간지연을 가질 수 있다. 탄성변속거동은 전기모터의 과부하를 방지하지만, 변속탄성을 고려하여 변속레버의 운동속도를 통해 클러치 슬리브에 대한 목표 힘의 크기를 변화시킬 수 없다.
특히 자동화 기어박스에 있어서, 클러치 슬리브, 액추에이터 구동수단 및 연결기구를 가진 시스템과, 연결기구가 가지는 운동학적 특성 및 탄성은 매우 복잡하다. 현재까지, 다수의 요건들을 만족시키며 동기화 기어변속을 수행하기 위한 방법 특히, 액추에이터 구동수단과 클러치 슬리브사이의 기구가 가지는 탄성특성을 고려하여 기어연결속도를 제어하는 방법이 제시되지 못했다.
본 발명의 목적은 변속과정이 보다 편안하고 신속하며 적은 마모로 수행되도록 상기 형태의 자동차내에서 동기화과정이 수행되는 방법을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 동기화 기구의 운동학적 특성과 탄성을 고려하여 동기화 임계위치에서 동기화 힘을 증가시키는 것과 관련하여 하나의 변속비로 부터 다른 변속비로 동기화 변속과정이 상당히 개선된 기어박스 및 기어박스의 작동방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 위하여 본 발명에 의하면, 자동차의 기어박스가 하기 설명, 도면들 및 청구범위의 특징들 또는 과정단계들을 이용한다. 본 발명의 특징들로 부터 원하는 결과가 구해지고, 각각의 개별특징들에 의해 유리한 효과가 구해진다.
상기 목적들을 위하여 본 발명에 의하면, 엔진, 제 1 액추에이터를 가진 토크전달장치, 출력샤프트, 입력샤프트 및 제 2 액추에이터를 가진 기어박스를 가진 자동차가 제공되고, 기어박스가 변속단들을 위한 여러 개의 기어쌍들을 가진다. 각각의 기어쌍은 샤프트에 영구적으로 연결된 고정기어 및 다른 샤프트에 선택적으로 연결되는 프리휠 기어를 가진다. 상기 자동차는 상기 제 1 및 제 2 액추에이터들의 작동을 제어하는 제어장치를 추가로 포함한다. 제어장치의 제 1 작동모드에서, 제어장치는 복수개의 입력값들을 기초하여 작동을 자동으로 개시한다. 제 2 작동모드에서, 작동은 자동차 운전자에 의해 주어지는 입력값들을 통해 개시된다. 적어도 한개의 변속단에서, 동기화장치를 가진 클러치슬리브와 같은 액추에이터 출력요소에 의해 프리휠 기어가 프리휠기어의 지지샤프트에 선택적으로 연결된다. 프리휠 기어가 연결되는 과정동안, 동기화 힘이 가해진 상기 클러치 슬리브는 연결되는 요소들의 회전속도들을 적어도 대략적으로 일치시킨다. 동기화과정이 완료되고 회전속도들이 적어도 대략 동일해진 후에 프리휠기어가 샤프트에 완전히 연결된다. 본 발명에 의하면, (동기화 임계위치라고 설명되는)상기 변속단의 연결 임계위치에서 액추에이터의 위치가 제어장치의 저장장치에 저장된다.
두개의 토크전달요소들이 서로 연결되고 변속비를 설정하는 운동요소의 예로서, 후진 아이들 기어(reverse idler gear), 피니언 블록(pinion block), 변속클러치의 클러치 슬리브, 유압 커플링의 작동 피스톤이 제공된다.
본 발명의 매우 유리한 실시예에 따르면, 동기화 임계위치가 기어박의 작동중에 변화할 수 있더라도, 동기화 임계위치의 저장값과 실제 위치값이 정확하게 일치할 수 있도록 적어도 하나의 변속단들의 동기화 임계위치가 조정된다. 본 발명의 선호되는 실시예에 의하면, 자동차가 정지한 상태에 있고, 엔진이 작동중이며, 자동차의 브레이크가 작동하고, 동기화 임계위치를 조정하려는 요구가 존재할 때 동기화 임계위치가 조정된다. 자동차가 정해진 시간(t)동안 정지해 있고 엔진이 대략 아이들링 속도에서 작동할 때 동기화 임계위치가 가장 양호하게 조정된다. 변속클러치에 의해 연결되는 부품들의 회전속도차가 작고 동기화 임계위치가 조정되는 동안 휠로 전달되는 토크가 작아서 자동차가 움직이지 않으며 높은 회전속도로 회전하는 샤프트들이 감속될 때 동기화 임계위치가 조정된다.
액추에이터의 조정요소들을 선택하고 작동하기 위한 수단을 포함한 제 2 액추에이터를 통해 변속단들이 연결되는 자동차내에서, 동기화 임계위치를 조정하기 위하여
제 1 액추에이터에 의해 토크전달장치가 연결되고,
제 2 액추에이터를 이용하여 상기 조정요소를 동기화 임계위치가 조정되는 위치와 근접한 위치로 이동시키며,
동기화 임계위치가 확실하게 이동될 위치에서 시작하여, 액추에이터의 출력요소를 작동시켜서, 출력요소가 최종연결위치를 향해 이동하고,
불충분한 동기화과정에 의해 상기 출력요소의 최종연결위치를 향한 운동시 발생되는 저항에 기초하여 동기화 임계위치가 감지된다.
제 2 액추에이터는 두 개의 구동장치들을 가진다. 한 개의 구동장치가 작동하여, 예를 들어, 기어박스 선택 핑거(gearbox selector finger)가 해당 변속단의 선택된 클러치 슬리브의 작동을 위한 기어박스 선택 포크(gearbox selector fork)와 연결되도록 이동하여 서로 다른 클러치 슬리브들의 선택이 이루어진다. 동기화 임계위치가 조정될 때, 기어박스 선택 핑거가 우선 동기화 임계위치가 조정되는 변속단과 바로 근접한 위치로 이동하는 것이 유리하다. 기어박스 선택 핑거가 이동하여, 선택 핑거가 특정 변속단과 연결된 변속포크에 연결된다. 변속핑거가 연결된 변속포크가 클러치 슬리브를 이동시켜서 연결되거나 분리되도록 제 2 액추에이터의 제 2 구동장치가 변속핑거를 이동시킨다. 동기화 임계위치가 조정될 때, 동기화 임계위치에서 클러치 슬리브를 연결시키기 위한 운동이 개시되고, 예를 들어, 클러치 슬리브의 중립위치로부터 동기화 임계위치가 형성되는 위치까지 클러치 슬리브가 이동한다.
삭제
클러치 슬리브는 조정요소를 포함한 기구를 의미한다. 상기 기구는 한 개이상의 구성요소들로 구성된 운동학적 연쇄장치를 포함하고, 연쇄장치의 각 위치가 연쇄장치의 다른 위치로 부터 구해진다. 상기 조정요소는 운동학적 연쇄장치내에서 클러치 슬리브보다 앞서 운동하는 요소를 의미한다. 예를 들어 변속포크가 조정요소로서 제공되고, 클러치 슬리브가 액추에이터의 출력요소로서 제공된다. 변속비의 선택과 연결을 위한 제 1 및 제 2 구동장치에 의해 변속핑거가 운동 및 힘을 전달하는 전달기구, 변속클러치의 클러치 슬리브, 변속포크, 변속핑거가 액추에이터의 출력요소로서 제공된다. 예를 들어, 웜기어 및/또는 레버의 변속단과 같은 전달기구에 의해 변속이 이루어진다.
선호되는 실시예에 의하면, 동기화 임계위치를 조정하기 위하여,
감지된 동기화 임계위치를 제어장치와 연결된 계산장치에 의해 산술적으로 처리하고, 감지된 동기화 임계위치와 계산된 동기화 임계위치를 직접적으로 이용하거나 감지된 동기화 임계위치 및 계산된 동기화 임계위치를 기초하여 새로운 동기화 임계위치를 결정한다.
본 발명의 선호되는 실시예에 의하면, 변속기어단의 각 연결단부위치들이 제어장치와 연결된 저장장치내에 저장되고 자동차가 작동하는 동안 조정되며, 조정된 단부위치들을 기초하여 일정시간동안 동기화 임계위치가 결정된다.
삭제
정해진 시간주기가 경과하거나 독립적으로 동기화 임계위치를 조정하는 작업이 정해진 횟수로 수행된 후에 조정된 단부위치들을 기초하여 동기화 임계위치가 적어도 일회 결정되는 것이 유리하다. 선호된 실시예에서, 상기 정해진 시간은 약 40 내기 200 시간, 특히 약 80 내지 12 시간이거나, 독립적인 적응 과정을 위해 미리 정해진 횟수는 15 내지 80개, 특히 40 내지 60 개 사이이다.
본 발명에 의하면, 엔진, 제 1 액추에이터를 가진 토크전달장치, 입력샤프트, 출력샤프트 및 제 2 액추에이터를 가진 기어박스가 자동차에 구성되고, 기어박스가 기어박스의 변속단들을 위한 기어쌍들을 가진다. 각 기어쌍은 영구적으로 샤프트에 연결된 고정상태의 기어 및 샤프트에 선택적으로 연결되는 프리휠 기어를 포함한다. 자동차는 제 1 및 제 2 액추에이터의 작동을 제어하는 제어장치를 추가로 포함한다. 제어장치의 제 1 작동모드에서, 제어장치는 복수개의 입력값들을 기초하여 액추에이터의 작동을 자동으로 개시한다. 제 2 작동모드에서, 액추에이터의 작동이 자동차 운전자의 입력에 의해 개시된다. 적어도 한개의 변속단에서, 동기화장치를 가진 클러치 슬리브와 같은 액추에이터의 출력요소에 의해 프리휠 기어가 프리휠 기어를 지지하는 샤프트에 선택적으로 연결된다. 프리휠 기어가 연결되는 동안, 동기화 힘을 받는 액추에이터의 출력요소는 연결되어야 하는 두 개의 요소들의 회전속도를 대략 일치시킨다. 본 발명의 목적을 위하여, 동기화 힘의 크기는 운전자가 다소 스포티한 스타일로 운전하는가에 의존하고, 또한 자동차 부하, 기어박스 오일온도, 가속페달의 위치 또는 엔진부하에 관한 부하레버의 위치, 현재 엔진 모멘트에 관한 요구량, 목표 회전속도, 동기화장치에서 회전속도차, 동기화장치의 마찰거동, 기어박스에 의해 발생되는 드래그 모멘트, 동기화장치의 상태에 의존한다. 따라서, 시간경과에 따라 변속과정에서 변화될 수 있는 여러 변수들에 대해 동기화 힘이 조정될 수 있어서, 동기화 과정이 항상 최적상태로 수행된다.
본 발명에 의하면, 엔진, 제 1 액추에이터를 가진 토크전달장치, 입력샤프트, 출력샤프트 및 제 2 액추에이터를 가진 기어박스를 가진 자동차가 제공되고, 기어박스가 기어박스의 변속단들을 위한 기어쌍들을 가진다. 각 기어쌍은 영구적으로 샤프트에 연결된 고정상태의 기어 및 샤프트에 선택적으로 연결되는 프리휠 기어를 포함한다. 자동차는 제 1 및 제 2 액추에이터의 작동을 제어하는 제어장치를 추가로 포함한다. 제어장치의 제 1 작동모드에서, 제어장치는 복수개의 입력값들을 기초하여 액추에이터의 작동을 자동으로 개시한다. 제 2 작동모드에서, 액추에이터의 작동이 자동차 운전자의 입력에 의해 개시된다. 적어도 한개의 변속단에서, 동기화장치를 가진 클러치 슬리브와 같은 액추에이터의 출력요소에 의해 프리휠 기어가 프리휠 기어를 지지하는 샤프트에 선택적으로 연결된다. 프리휠 기어가 연결되는 동안, 동기화 힘을 받는 액추에이터의 출력요소는 연결되어야 하는 두 개의 요소들의 회전속도를 대략 일치시킨다. 동기화과정이 완료되고 회전속도들이 적어도 대략 동일해진 후에 프리휠기어가 샤프트에 완전히 연결된다. 선호되는 실시예에 의하면, 동기화 임계위치를 향하는 액추에이터 출력요소의 운동 및 동기화 과정이 상기 운동을 발생시키는 힘을 제어하여 수행된다. 동기화 임계위치에 도달할 때, 힘에 관한 제어과정을 통해 정해진 크기의 힘이 가해지는 것이 유리하다. 그 결과, 서로 다른 종류의 제어방식들사이의 전환 예를 들어, 운동속도의 제어로 부터 힘의 제어로 전환과 관련한 문제점들이 제거된다.
액추에이터 출력요소에 대한 힘을 제어하기 위하여, 운동에 저항하는 반작용 힘을 평가하는 것이 유리하다. 액추에이터 출력요소의 운동에너지 및 스프링상수를 고려하고 출력요소의 속도를 기초하여 반작용 힘이 평가된다. 한편으로 클러치 슬리브의 운동에너지를 포함하고 다른 한편으로 전달기구와 구동장치의 운동부품들의 운동에너지를 포함한다.
스프링 강성의 목표값보다 큰 반작용 힘이 존재할 때 액추에이터 출력기구의 스프링특성을 고려하면, 평가를 위한 기준으로서 스프링강성이 직접 또는 간접적으로 이용되는 것이 유리하다. 액추에이터가 스프링 및 감쇄요소의 조합을 가져서, 스프링강성이 설정될 수 있다. 상기 스프링 및 감쇄요소의 특성곡선을 이용하는 것이 유리하다. 출력기구의 강성이 또 다른 요소로서 평가될 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에 의하면, 반작용힘이 출력기구의 구동장치에 의해 수행된 일과 관련됨에 따라 반작용 힘이 에너지보존법칙을 기초하여 평가된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 기어박스의 액추에이터 출력요소를 오버슈팅(overshooting)없이 가능한 빨리 동기화 위치로 이동시키기 위한 방법이 제공된다. 특히, 감쇄상수(damping constant)를 포함한 진동 방정식을 기초한 힘을 통해 액추에이터 출력요소의 힘이 제어되고, 액추에이터 출력요소의 힘은 정확한 동기화 위치 및 액추에이터 출력요소의 개시속도와 독립적으로 수행된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 클러치 슬리브를 연결하기 위한 힘의 목표값이 클러치 슬리브의 연결속도와 연결기구의 탄성부에 기초하여 형성되는 제어방법이 제공된다. 액추에이터가 동기화 임계위치로 운동할 때 액추에이터의 운동에너지를 포텐셜에너지로 전환시키는 탄성부가 이용된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기어박스는 클러치 슬리브와 프리휠기어사이에서 동기화장치들을 포함한다. 프리휠 기어가 연결되는 동안, 동기화장치는, 회전속도들이 적어도 대략 일치될 때까지 동기화 임계위치에서 변속클러치의 완전한 맞물림 또는 연결을 방해한다. 동기화 임계위치에서 클러치 슬리브의 운동이 방해되기 때문에, 운동부품들의 운동에너지가 탄성변형부품내에 저장되는 포텐셜에너지로 전환된다. 본 발명에 의하면, 저장된 에너지에 의해 탄성부품들에 의해 발생되는 반작용 힘이 목표 힘의 크기와 대략 일치한다.
목표 연결 힘 또는 동기화 힘은 클러치 슬리브를 작동시키기 위해 변속핑거와 같은 액추에이터 요소에 작용하는 힘을 나타낸다.
본 발명의 선호되는 실시예에 의하면, 동기화 임계위치를 향하는 변속클러치의 운동속도가 연결기구의 탄성력/변위 특성에 의존하여 선택되고 기어연결을 위한 운동이 방해되는 위치에서 탄성요소내에 저장된 에너지에 의한 반작용 힘은 목표 연결 힘과 대략 일치한다. 이때, 모든 운동에너지가 탄성요소내에서 변형에너지로 변환되고 저장된다. 운동속도가 최소일 때, 탄성에너지가 최대값을 가진다. 본 발명의 상기 실시예에 의하면, 동기화 임계위치를 위한 목표힘의 정확한 크기가 동기화 임계위치를 향한 운동속도를 제어하여 설정되는 것이 유리하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 동기화 임계위치를 향하는 운동속도에 의존하여 탄성이 선택되어, 기어연결을 위한 운동이 방해되는 위치에서, 탄성요소내에 저장된 에너지에 기인한 반작용 힘이 목표 연결힘과 대략 동일하다. 본 발명의 상기 실시예에 의하면, 동기화 임계위치를 위한 목표힘의 크기가 적합한 탄성특성을 선택하여 설정된다.
선호되는 실시예에 의하면, 탄성변형이 시작되는 힘은 동기화과정에서 발생되는 힘들보다 작다. 각각의 동기화 기어연결과정동안 동기화 임계위치에서 힘을 증가시키기 위해, 작동기구의 탄성특성선이 이용된다.
동기화 임계위치에서 목표힘에 따라, 탄성변형은 약 50-450N, 약 200-600N 또는 약 400-1000N 의 동기화 힘에서 발생되는 것이 바람직하다. 특히 선호되는 실시예에 의하면, 탄성변형은 약 150-350N 에서 개시된다.
또한 본 발명에 의하면, 기어박스의 변속단들을 위한 다수의 기어쌍들을 가지는 기어박스의 작동방법이 제공된다. 각 기어쌍은 샤프트에 영구적으로 연결된 고정 기어 및 상기 고정 기어와 맞물리고 다른 샤프트와 선택적으로 연결되는 프리휠 기어를 가진다. 기어박스는, 프리휠 기어를 지지하는 샤프트에 프리휠기어를 연결하기 위한 클러치 슬리브를 가진다. 클러치 슬리브를 연결하거나 분리하기 위한 구동수단, 상기 구동수단을 클러치 슬리브에 연결하기 위한 연결기구 및 클러치 슬리브와 프리휠 기어사이에서 작동하는 동기화장치가 제공된다. 프리휠 기어가 연결되는 동안, 동기화장치에 작용하는 연결힘은 동기화 모멘트를 발생시킨다. 회전속도들이 대략 일치될 때까지 연결임계위치를 초과하는 운동이 방해된다. 기어박스내에서 구동수단과 클러치 슬리브사이에 위치한 연결기구는 어느 정도의 탄성을 가진다. 운동에너지를 포텐샬에너지로 변환할 수 있는 연결기구가 제공된다. 기어박스는 또한 상기 구동수단을 제어하기 위한 제어장치를 포함한다. 본 발명의 방법에 의하면, 변속단을 전환시키는 과정이 속도를 제어하는 방식으로 클러치 슬리브를 연결시키는 단계, 동기화 임계위치에서 운동을 차단하여 발생되는 반작용 힘의 크기를 감지하는 단계 및, 클러치 슬리브를 힘을 제어하는 방식으로 전환시키고, 동기화 임계위치에서 연결운동의 차단작용에 의해 운동에너지가 탄성에너지로 저장되며 상기 탄성에너지가 원하는 크기의 동기화 힘을 발생시키는 단계를 포함한다.
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본 발명의 실시예들이 도면들을 참고하여 상세히 설명된다.
도 1 은 자동으로 작동되는 토크전달장치 및 자동으로 작동되는 기어박스를 가진 자동차의 예를 도시한 개략도.
도 2 및 도 2a 는 변속클러치의 예를 도시한 개략도.
도 3 은 동기화 임계위치(threshold)의 조정작업을 개시하기 위한 조건들을 개략도시한 선도.
도 3a 는 연결 기구를 가진 구동장치 및 클러치 슬리브의 예를 도시한 개략도.
도 4a 는 예를 들어 부하레버(load lever) 위치 또는 엔진제어요소에 대한 동기화 힘의 의존성을 도시한 그래프.
도 4b 는 기어박스 온도에 의존하는 동기화 힘의 오프셋을 도시한 그래프.
도 4c 는 특성치 장(characterisation field)으로 부터 결정된 동기화 힘에 대해 오프셋을 통해 목표 동기화 힘이 구해지는 방법을 도시한 도면.
도 4d 는 연결기구내에 존재하는 탄성 힘/변위의 특성을 도시한 도면.
도 5a 는 클러치 슬리브를 작동시키는 구동장치의 제어에 관한 흐름도.
도 5b 는 구동장치에 의해 수행되는 목표일에 의존하여 클러치 슬리브의 목표위치에 도달하는 가능성을 도시한 속도 대 일의 그래프.
도 5c 는 목표일에 도달하는 유리한 방법을 도시한 속도 대 일의 그래프.
도 6 은 클러치 슬리브를 작동시키는 구동장치의 제어를 위한 흐름도.
* 부호설명 *
1 : 자동차 2 : 엔진
4 : 시동 클러치 6 : 기어박스
8 : 샤프트 12 ; 휠
18,44 : 제어장치 48,50 : 액추에이터
201 : 프리휠 202 : 클러치 슬리브
도 1에 의하면, 토크 전달장치(4)와 기어박스(6)를 가진 자동차(1)의 실시예가 개략적으로 도시된다. 토크전달장치(4)는 엔진(2) 및 기어박스(6)사이에 배열된다. 엔진(2) 및 토크 전달 장치(4) 사이에서 회전질량(gyrating mass)이 서로에 대해 스프링/감쇄장치로 연결되어 회전될 수 있게 배열되고, 구동열의 진동특성이 상당히 개선된다. 본 발명은 본 출원인의 공개 문헌 제 DE OS 34 18 671호, 제 DE OS 34 11 092호, 제 DE OS 34 11 239호, 제 DE OS 36 30 398호, 제 DE OS 36 28 774호 및 제 DE OS 37 21 712호에 설명된 것과 같이, 회전충격을 흡수하거나 보상하는 감쇄장치 또는 진동의 감쇄장치와 결합되는 것이 선호된다. 이 경우, 자동차(1)는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 같은 내연기관으로 설명되는 엔진(2)에 의해 구동된다. 다른 실시예에 의하면, 하이브리드 구동(hybrid propulsion), 전기모터 또는 유압모터에 의해 추진력이 발생될 수 있다. 본 발명의 실시예에 도시된 토크 전달장치(4)는 변속과정을 개시하거나 수행하기 위해 기어박스(6)에 대해 분리될 수 있는 마찰 클러치이다. 클러치의 맞물림/분리기능이 수행되어 어느 정도의 모멘트가 전달된다. 이런 관점에서 접촉 플레이트와 압력 플레이트는 서로에 대해 축방향으로 이동하고, 더 크거나 작은 넓이의 마찰 디스크가 중간에 배열된다. 클러치와 같은 토크 전달장치(4)는 자동조절되는 것이 유리하며, 즉 일정한 분리하중이 보장되어, 마찰 라이닝(friction linings)의 마모 및 균열이 보상된다. 본 발명은 본 출원인의 특허출원 제 DE OS 42 39 291호, 제 DE OS 42 39 289호 및 제 DE OS 43 06 505호에 설명된 마찰 클러치와 결합되는 것이 선호된다. 자동차(1)의 구동휠(12)은 샤프트(8)를 통해 차동장치(10)에 의해 구동된다. 구동휠(12)은 속도센서(60,61)를 가지고, 상기 속도센서들은 구동휠(12)의 속도에 해당하는 신호를 발생시킨다. 선택적으로, 기어박스의 출력 속도를 측정하기 위해, 예를 들어 샤프트(8)와 같은 구동열의 다른 위치에 센서(52)가 제공된다. 기어박스의 입력속도가 다른 센서로부터 측정되거나 본 실시예와 같이 엔진 속도로부터 측정될 수 있어서, 예를 들어, 현재 작동하는 기어박스의 변속비 설정상태가 확인될 수 있다. 본 실시예에서는 가압되지만 다른 실시예에서 당겨질 수 있는 토크전달장치(4)가 클러치 액추에이터와 같은 액추에이터(46)에 의해 작동되는 것이 유리하다. 기어박스(6)가 두 개의 액추에이터(48,50)들에 의해 작동되고, 두 개의 액추에이터들 중 한 개가 선택기능을 수행하고 다른 한 개의 액추에이터가 변속기능을 수행한다. 클러치의 액추에이터(46) 및/또는 기어박스의 액추에이터(48,50)는 직류 모터로 설계되고, 다른 실시예에서 큰 작동력이 요구된다면 작동을 위해 유압 시스템을 이용하는 것이 유리할 수 있다. 토크전달장치(4) 및 기어박스(6)는 제어장치(44)에 의해 클러치의 액추에이터(46)를 제어장치(44)와 한 개의 유닛으로 결합하는 것이 유리할 수 있지만, 또 다른 실시예에서 자동차의 다른 위치에 제어장치(44)가 배열되는 것이 유리할 수 있다. 토크전달장치(4) 및 기어박스(6)의 작동은 제어장치(44)에 의해 자동으로 제어되거나 기어레버와 같은 변속선택장치(60)에 의해 운전자에 의해 수동으로 조정되며, 운전자의 선택이 센서(61)에 의해 감지된다. 자동 모드에서 변속비의 변경은 제어장치(44)의 저장장치에 저장된 특성선들에 따라 액추에이터(46,48)들에 대한 신호들을 통해 수행된다.
운전자에 의해 선택될 수 있고 적어도 하나의 특성선에 의해 결정된 다수의 드라이빙 프로그램들이 제공되며, 예를 들어, 스포티(sporty) 드라이빙 프로그램에서 최적성능으로 엔진(2)이 작동하고, 경제적인 프로그램에서 엔진(2)은 연료소비를 최적화하며, 동한기 프로그램에서 최적의 안전상태로 차량이 주행한다. 다른 실시예에 의하면, 특성선들은 예를 들어 운전자의 주행스타일 또는 도로의 마찰, 외부온도 등과 같은 다른 외부 조건들에 적합하게 조절될 수 있다. 제어장치(18)는 연료혼합물 또는 합성물의 공급을 변화시켜서 엔진(2)을 제어한다. 스로틀 밸브(22)가 도면에 도시되며, 스로틀밸브의 신호가 제어장치(18)에 제공된다. 엔진제어를 위한 제어장치(18)를 가진 내연기관에 있어서, 연료혼합물의 성분 또는 공급량이 결정될 수 있는 신호가 제어장치(18)에 전달된다. 현재, 람다 프로브(lambda probe)의 신호가 이용되는 것이 유용하다. 또한 본 실시예에서, 상기 제어장치(18)는 센서(16)에 의해 위치가 결정되는 로드 레버(14)의 신호를 수용하고, 엔진 출력 샤프트에 배열된 속도 센서(28)의 신호를 수용하며, 흡입 파이프 압력센서(26) 및 냉각수 온도센서(24)의 신호들을 수용한다. 제어장치(18,44)는 구조적으로 또는 기능적으로 분리된 유닛들로서 구성될 수 있다. 예를 들어, CAN 버스(54) 또는 다른 데이터 연결에 의해 상기 제어장치들이 서로 연결되는 것이 유리하다. 그러나 작동기능들이 항상 명확히 수행될 수 없고 장치들이 서로 함께 작동해야 하는 점을 고려할 때, 제어장치들을 통합하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 변속과정의 일부 단계동안, 제어장치(44)는 엔진(2)의 속도 및/또는 모멘트를 제어할 수 있다. 클러치의 액추에이터(46)와 기어박스의 액추에이터(48,50)는 신호를 발생시켜서 상기 신호로 부터 제어장치(44)는 액추에이터의 위치를 산출해낸다. 상기 위치가 증분지시기를 이용하여 액추에이터의 작동범위내에서 결정되며, 기준점에 대한 액추에이터의 위치를 결정한다. 그러나 다른 실시예에서, 증분지시기가 액추에이터의 외부에 배열되거나 전위차계(potentiometer)에 의해 절대위치를 결정하는 것이 유리할 수 있다. 클러치의 액추에이터 위치가 결정되면, 클러치의 그립핑 점(gripping point)이 결정되고 맞물림 경로가 결정된다. 시동 및 작동 중에 클러치의 그립핑 점은 특히 클러치 마모 및 균열, 클러치 온도 등과 같은 변수에 따라 반복적으로 결정된다. 기어박스의 액추에이터 위치가 결정되면, 설정되는 변속비가 결정될 수 있다. 또한 구동되지 않은 휠(65,66)에 제공된 속도 센서(62,63)의 신호가 제어장치(44)에 전달된다. 차량 속도를 측정하기 위해서, 예를 들어, 차량이 곡선경로(bend)를 이동하는 동안 속도차를 보상하기 위해 속도 센서(62,63) 또는 속도센서(60,61)의 평균값을 이용하는 것이 유리할 수 있다. 회전속도 신호에 의해 차량 속도가 확인될 수 있고, 휠의 미끄럼이 감지될 수 있다. 도면에서 제어장치의 출력 연결이 실선으로 도시된다. 입력 연결은 점선으로 도시된다. 제어장치에 대한 속도센서(62,63)의 연결상태가 부분적으로 도시된다.
도 2를 참고할 때, 기어박스의 동기화 변속클러치가 도시되고, 상기 변속클러치에 의해 샤프트에 대해 고정위치에서 회전운동하는 동기화본체(203)에 프리휠(201)이 연결된다. 도 2의 A는 중립상태의 클러치 슬리브(202)를 도시하고, 도 2의 B 는 동기화 예비상태를 도시하며, 도 2의 C는 동기화 주요상태를 도시한다. 동기화링(204)과 함께 클러치 슬리브(202)는 고정위치에서 회전운동하지만 동기화본체(203)위에서 축방향으로 운동할 수 있다. 상기 동기화링(204)은 압력부재(206)들 및 압력부재들의 압축스프링(205)들을 가진 동기화장치를 형성한다.
동기화 예비단계(B)동안, 클러치 슬리브(202)는 프리휠(201)을 향하여 예비 동기화 힘(FAV)에 의해 이동된다. 동기화 링(204) 및 프리휠(201) 사이에서 테이퍼 마찰면의 마찰에 의해 예비 동기화 모멘트(TRV)가 증가되고, 잠금연결을 위한 위치에서 압력부재의 리세스(210) 측변부에 대해 압력 부재(206)가 정지될 때까지 동기화링(204)이 이동한다. 상기 잠금연결을 위한 위치에서 클러치 슬리브(202)가 축방향으로 이동하여, 프리휠과 클러치 슬리브의 연결을 위한 치형부(209,208)들이 영역(D)에서 축방향으로 정렬되어 서로를 향하게 배열된다. 과정이 계속되면, 압력부재들이 클러치슬리브와 만나는 영역에 형성된 경사(ramp)구조에 기인하여, 예비동기화 힘(FAV)은 압력부재(206)를 압축스프링(205)의 탄성힘(FD)에 대해 기울어지게 만든다. 그 결과, 클러치슬리브(202)가 추가로 축방향으로 이동한다. 이때 동기화 주요상태(C)가 개시되고, 클러치슬리브와 프리휠의 치형부(209,208)들이 서로 접촉한다. 치형부들이 접촉하는 위치가 동기화위치로 설명된다. 상기 동기화 주요상태동안, 축방향 동기화힘(FAV)이 상기 치형부들에 대해 작용하며, 프리휠(201)의 동기화 콘(synchronous cone)과 동기화링(204)사이의 테어퍼 마찰면에 축방향 동기화힘(FAV)이 발생하며, 프리휠(201) 및 클러치 슬리브(202) 사이에서 회전속도가 동기화된다.
동기화장치의 또 다른 실시예에 의하면, 동기화 장치가 프리휠에 연결될 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 상기 동기화 위치는 상기 정의와 다를 수 있지만, 본 발명의 특징들은 동일하게 적용된다.
도 2a 는 기어박스내부의 변속클러치의 예를 개략적으로 도시한다. 상기 변속클러치에 의해 프리휠(205a)이 프리휠을 지지하는 샤프트(201a)와 연결된다. 상기 실시예에서, 클러치 슬리브(203a)는 축방향으로 이동하지만, 연결 요소(202a)위에서 회전운동한다. 동기화 장치(204a)는 프리휠(205a)에 연결된다.
시작 위치(200a)에서, 변속클러치의 연결요소(202a)와 프리휠(205a)은 여전히 서로 분리되어 있다. 클러치 슬리브(203a)는 완전히 분리된 위치(A')에 있다. 클러치 슬리브(203)가 화살표 방향으로 이동하면, 위치(210a)에서 동기화 장치(204a)의 원추형 마찰면이 클러치 슬리브(203a)의 대응면과 연결된다. 화살표 방향으로 작용하는 마찰 및 맞물림력에 기인하여, 클러치 슬리브의 회전에 의해 프리휠(205a)이 점차 클러치 슬리브와 함께 회전하게 된다. 상기 위치에서 클러치 슬리브와 프리휠사이에 발생하는 힘이 잠금장치를 작동시킨다. 상기 클러치 슬리브(203a)가 이동하여 맞물림되는 것을 방지하기 위하여 상기 잠금장치가 클러치슬리브(203a)위에 배열된다. 상기 위치는 동기화 위치 또는 동기화 임계위치(threshold)로 설명된다. 프리휠(205a)이 적어도 대략적으로 클러치 슬리브(203a)의 속도를 가지게 되는 위치 즉, 서로에 대해 작용하는 모멘트가 대략 영으로 감소할 때, 잠금장치의 작용이 중지되어, 클러치 슬리브(203a)는 위치(B')로 부터 위치(C')로 이동할 수 있다. 완전히 맞물린 위치(220a)에서, 클러치 슬리브(203a)와 프리휠(205a)사이에 형상 잠금연결이 형성되어, 클러치 슬리브(203a)와 연결요소(202a)에 의해 프리휠(205a)이 샤프트(201a)에 연결된다.
도 3의 선도를 참고할 때, 동기화 임계위치의 조정작업을 개시하기 위한 조건들이 개략적으로 도시된다. 단계(301)에서 차량이 정지상태에 있는지 여부가 확인된다. 상기 단계(301)의 조건에 의하면, 예를 들어, 빠르게 회전하는 샤프트의 회전 속도가 감소되도록 주어진 시간(t)동안 차량이 정지 상태에 있어야 한다. 상기 단계(301)의 조건이 만족되지 못하면, 단계(307)에서와 같이, 동기화 임계위치의 조정작업이 수행되지 못한다. 단계(301)의 조건이 만족되면, 조정기능에서 요구되고 휠에 전달되는 모멘트에 의해 차량이 운동하지 못하도록 단계(302)에서 차량 브레이크의 작동여부가 확인된다.
단계(307)에서 동기화 임계위치의 조정작업이 수행되지 못한다. 단계(302)의 조건이 만족되면, 동기화장치에서 과도한 속도차를 회피하도록 단계(303)에서 엔진이 공회전속도로 작동하는 지를 확인한다. 엔진이 공회전속도로 작동하지 않는 것이 확인되면, 동기화임계위치의 조정작업이 수행되지 못한다. 단계(303)의 조건이 만족되면, 단계(304)에서 변속기내에서 변속기어단이 맞물리는 지를 확인한다. 단계(304)의 조건이 만족되지 못하면, 동기화 임계위치의 조정작업이 수행되지 못한다. 단계(304)의 조건이 만족되면, 단계(305)에서 조정기능이 요구되는 지를 확인한다. 단계(305)의 조건이 만족되지 못하면, 단계(307)에서 동기화 임계위치의 조정기능이 수행되지 못한다. 단계(305)의 조건이 만족되면, 단계(306)에서 더욱 우선 순위에 있는 다른 조정기능이 있는 지를 확인한다. 더 높은 우선순위의 조정기능이 존재하면, 단계(307)에서 동기화 임계위치의 조정기능이 수행되지 못한다. 더 높은 우선순위의 조정기능이 존재하지 않으면, 단계(308)에서 동기화 임계위치의 조정기능이 수행된다. 더 높은 우선순위의 다른 조정기능 또는 동기화 임계위치의 조정기능을 간섭하는 다른 기능이 수행되어야 하면, 더 높은 우선순위의 조정기능 또는 다른 기능이 완료될 때까지 동기화 임계위치의 조정기능이 지연되고, 다음에 동기화 임계위치의 조정기능이 수행된다.
동기화 임계위치의 조정기능을 개시하기 위한 상기 조건들이 예로서 설명되었다. 또 다른 실시예에 의하면, 조건들이 다른 순서로 배열될 수 있다. 특히 조정기능이 필요한가 여부 및 더 높은 우선순위의 다른 조정기능 또는 다른 기능이 작동하는 지를 확인하여 동기화 임계위치의 조정기능이 개시될 수 있다. 또한 한 개이상의 조건들에 관한 부정적 결과들에 대해 과정이 반대로 진행되어 즉, 도 3에서 점선으로 도시된 것과 같이, 조건들이 단계(307)를 향해 진행되더라도 조정기능이 수행되는 단계(308)를 향해 과정이 계속되는 것이 유용할 수 있다. 다른 실시예에에 의하면, 동기화 임계위치의 조정기능이 서로 다른 기준에 의존하는 것이 유리할 수 있다.
선호되는 실시예에 의하면, 동기화 임계위치의 조정작업을 위해 시동클러치가 연결되고, 클러치 슬리브에 연결된 잠금장치가 작동할 정도의 클러치 모멘트를 전달하기 위해 시동클러치가 충분히 이동하여 맞물려 진다. 다음 단계에서 기어박스의 변속기구가 선택기경로내에서 이동하여 동기화 임계위치가 조정되는 변속단의 위치에 도달한다. 예를 들어, 기어선택을 위한 액추에이터(48)가 이동하여, 목표기어비에 속하는 선택포크가 연결되거나 선택포크가 목표선택포크와 근접하게 이동한다. 상기 선택기운동은 조정작업의 시작위치로서 목표 변속위치와 관련된 선택경로의 중심점을 향하게 된다. 왜냐하면 모든 위치들이 중심점으로 부터 도달하는 것이 유리하기 때문이다. 수정된 실시예에서, 동기화 임계위치가 조정되어야 하는 변속비의 선택경로 바로 앞으로 이동하는 것이 유리하다. 동기화 임계위치가 확실하게 이동될 수 있는 위치 - 선호적으로 중립 위치 -로 부터 시작하여, 클러치 슬리브는 변속단의 단부 위치를 향해 이동한다. 클러치슬리브는 일반 변속과정과 비교하여 매우 느리게 이동한다. 단부 위치를 향하는 운동은, 보통 제한된 가속도에 관한 가속도제어, 제한된 힘에 관한 모멘트 제어, 반복적으로, 목표변위에 관한 제한된 경로에 관한 제어, 구동장치의 전압제어 또는 전류제어에 의해 수행된다. 상기 유형의 제어들을 조합해서 이용하는 것이 유리할 수 있다.
- 선호적으로 아이들링 속도로 - 엔진(2)이 작동하고 클러치가 연결될 때, 기어박스의 입력샤프트 및 출력샤프트사이에 속도차가 발생한다. 도 2에 도시되어 설명되는 것과 같이, 동기화장치의 모멘트는 클러치 맞물림을 방해한다. 클러치 슬리브의 상기 위치는 먼저 동기화 위치로서 간주된다. 클러치 슬리브의 확인된 위치값은 원래 값 또는 수정치로 조정된 값으로 이용될 수 있다. 조정작업후에 이용되는 값은 새로 확인된 값 및 기존 값으로 부터 계산된다.
클러치 슬리브(202)의 모멘트 방해를 감시하기 위해, 클러치 슬리브의 변위, 속도, 가속도가 감지되고, 액추에이터 출력기구 또는 액추에이터 출력기구를 작동시키는 기구의 위치가 감지된다. 증분 변위지시기와 같이 구동기구내에 통합된 지시기가 이용된다. 다른 실시예에 의하면, 클러치 슬리브의 모멘트 방해가 클러치 슬리브의 인접부- 특히 변속기구의 일부를 형성하는 탄성부재앞-에서 감지되어, 변속기구내에 존재하는 탄성변형 및/또는 간극(clearance)에 의해 감지신호의 오류가 회피된다. 또 다른 실시예에 의하면, 클러치 슬리브(203)의 운동이 차단된 상태를 감지하기 위하여, 클러치 슬리브 및 구동장치사이에 형성되는 연쇄운동의 힘이 측정된다. 또 다른 유리한 실시예에 의하면, 클러치 슬리브(203)의 운동차단이 구동장치에 의해 소비되는 동력으로 확인된다.
선호된 실시예에 의하면, 동기화 위치가 엔진의 각위치, 회전속도, 각가속도에 의해 결정되고, 구동장치내에 통합된 증가 경로 지시기가 이용될 수 있다. 다른 유리한 실시예에 의하면, 위치가 엔진의 전압 또는 전류에 의해 결정된다. 위치가 기어박스 샤프트에 전달된 한 개이상의 모멘트 또는 각속도에 의해 결정된다. 다른 유리한 실시예에 의하면, 클러치 슬리브의 운동차단이 상기 단계들의 조합에 의해 결정된다.
선호된 실시예에 의하면, 계산 장치를 통해 결정된 동기화 위치를 산술적으로 처리하기 위해, 감지된 동기화 위치에 대해 곱셈 및/또는 덧셈 보정을 수행하는 알고리즘이 이용된다. 다른 실시예에서, 지수, 로그(logarithm), 미분(differential) 및/또는 적분과 같은 다른 수학법칙에 기초한 수정알고리즘이 이용될 수 있다. 선호되는 실시예에 의하면, 수정알고리즘을 결합한 실시예가 유리할 수 있다. 수정 알고리즘은 경험치, 시험, 운동학적 변속기 배열에 관한 모델링을 통해 계산, 시뮬레이션, 측정 및/또는 구조분석을 기초한다.
선호된 실시예에 의하면, 새로운 동기화 임계위치가 새로 확인된 동기화 임계위치 및 기존의 임계위치에 의해 형성될 때, 동기화 임계위치의 계산법은 다음과 같다:
SyncThreshold.new = (x.SyncThreshold.old + y.Sync.Threshold.asceratined)/100,
인자 x는 매우 큰 것이 선호되고, 예를 들어 80 과 100 사이이고, 인자 y는 매우 작은 것이 선호되며, 예를 들어 0 과 20사이이다.
선호된 실시예에서 동기화 임계위치의 조정작업은 상기 조건이 만족될 때 이루어진다. 만약 운전자가 차량을 가속시키고 예를 들어, 신호등에서 정지하는 동안 조정작업이 수행되면, 차량은 가능한 빨리 가속모드로 전환되어야 한다. 이 경우 기어박스가 중립상태로부터 변속되거나 자동차의 브레이크가 더 이상 작동하지 않을 때까지 원하는 기어가 즉시 맞물려야 한다. 특히 원하는 기어가 600 ms, 특히 300 내지 400 ms 내에 맞물리는 것이 선호된다.
본 발명의 상기 실시예들은, 원형(prototype) 시제품 또는 생산되는 일련의 자동차들이 작동할 때, 변속단의 동기화위치를 처음 결정하기 위한 루틴(routine)으로서 이용될 수 있다.
동기화 장치의 상기 작동방법에 기인하여, 동기화 모멘트는 동기화 장치의 마찰계수(μ), 링형상의 동기화 장치가 가지는 마찰 반경(Rfric) 및 맞물림방향의 동기화힘(Fsync)와 관련되고, 상기 동기화 모멘트(Msync )는 대략 다음과 같다.
Msync = μㆍFsync ㆍ Rfric
동기화 모멘트가 크면 구동열에 방해 소음 및 진동이 발생하기 때문에, 동기화 모멘트는 변속 컴포트(comfort)에 직접적인 영향을 미친다. 동기화 모멘트가 동기화 힘(Fsync)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 선호된 실시예에 의하면, 동기화 힘(Fsync)은 가능한 구동열 및 변속과정의 소음 또는 진동을 회피하도록 제어되어, 변속과정이 보다 안락하게 제어된다. 동기화 힘(Fsync)은 하기 한개이상의 변수들에 따라 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 4a를 참고할 때, 동기화힘은 로드 레버의 위치에 의존한다. 도 4b를 참고할 때, 동기화힘은 기어박스의 오일 온도에 따른 오프셋을 가진다. 도 4c를 참고할 때, 특성장(characterisation field)을 기초로 하는 동기화힘 및 오프셋(force offset)힘에 의해 동기화 힘의 기준값이 구해지는 방법이 도시된다.
도 4a 에 도시된 것과 같이 동기화힘이 로드레버의 위치에 의존할 때, 로드레버의 위치가 증가함에 따라 동기화 힘(Fsync)이 증가되고, 각 변속단의 증가는 개별적인 특성선을 따른다. 선호되는 실시예에 의하면, 동기화 힘(Fsync)은 로드레버의 영점위치에서 이용되는 힘으로부터 스로틀이 완전히 개방될 때 약 두배로 증가된다. 킥다운(kickdown)상태에서 기어변속되면 동기화 힘(Fsync)은 더욱 증가된다. 약 1 내지 1.8리터의 배기량을 가진 소형차량에 있어서, 예를 들어, 120-310Nm 또는 190-250 Nm로 부터 420-650Nm까지, 또는 490-560Nm 까지 동기화 힘(Fsync)을 증가시키는 것이 유리하다. 대형 차량에 있어서, 동기화 힘(Fsync)의 크기가 조정된다. 도시된 실시예에서, 동기화 힘(Fsync)은 후진 기어에 대해 조정되지 않는다. 특성선의 정확한 거동은 부하레버의 특정위치에 가장 양호하게 작동하는 동기화 힘(Fsync)에 의존하며, 예를 들어, 수학적으로 결정되거나 시험을 통해 결정될 수 있다. 상기 방법에 따라 각 변속단에 대한 로드레버의 위치에 따른 동기화 힘(Fsync)에 대하여 최적의 변속과정이 제공된다. 특성선의 경로가 본질적으로 선형인 것이 유리하고, 다른 실시예에서 상기 특성선들이 정현파 함수(sinusoidal function), 탄젠트 함수(tangent function), e-함수, 로그 함수 또는 포물선 함수와 같은 비선형 함수와 유사하거나 대응하는 경로를 가지는 것이 유리할 수 있다. 제어를 단순화하기 위해, 또 다른 실시예에 의하면, 모든 변속단들을 위해 단일 특성선을 사용하거나 적어도 하나의 특성선을 반복하여 이용하는 것이 유리할 수 있다.
도 4b에 의하면, 변수에 따른 오프셋으로서 기어박스의 오일 온도에 의존하는 힘이 도시된다. 오프셋힘은 - 20℃이하의 기어박스 오일온도에 대해 일정하고 - 20℃내지 10℃에서 영까지 선형으로 감소되어, 10℃이상의 온도범위에 대해 오프셋힘이 존재하지 않는다. 기어박스 오일온도에 대한 오프셋 경로는 온도에 관한 기어박스 오일의 점성에 의존한다. 도시된 실시예는 기존 다중 등급의 기어박스 오일들 중 하나가 이용된다는 가정을 기초로 한다. 오프셋을 통해 동기화 힘은 기어박스 오일의 점성에 적응된다. 상대적으로 높은 온도에서 오일의 점성이 감소되어 증가되는 동력손실이 보상된다. 서로 다른 기어박스 오일로 변경할 때, 동기화힘의 오프셋에 대해 적합한 특성을 이용하는 것이 유리하다. 선호되는 실시예에 의하면, 오프셋 힘과 온도사이의 관계가 적어도 일부분에 대해 정현파, 탄젠트, e-, 로그 또는 포물선 함수이거나 유사한 함수인 것이 유리하다.
도 4c를 참고할 때, 선호되는 실시예에서 동기화힘의 목표값은 도 4a 에 도시된 특성장에 기초한 동기화 힘 및 도 4b에 도시된 오프셋 함수에 따라 형성된 오프셋으로부터 형성된다. 본 발명의 또 다른 유리한 실시예에 의하면, 다른 변수들 및/또는 부가적인 변수들에 따라 동기화힘의 목표값을 변화시키거나 서로 다른 변수들을 기초하여 서로 다르거나 부가적인 오프셋값을 설정하는 것이 유리하다.
본 발명의 유리한 실시예에 의하면, 동기화 힘(Fsync)은 운전자와 관련된 특성값을 기초로 조정된다. 상기 특성값은 운전자의 유형을 나타내며, 예를 들어 1내지 100에 대하여 특성값 1은 운전자의 경제적인 성향을 표시하고 특성값 100은 성능지향형 운전자를 표시한다. 운전자의 상기 유형은 예를 들어 로드레버의 작동 또는 브레이크의 작동패턴을 관찰하거나 수동모드에서 기어변속의 빈도를 관찰하여 결정될 수 있다. 선호된 실시예에 의하면, 동기화 힘(Fsync)이 드라이버 유형에 관한 특성값에 따라 증가한다. 운전자 유형에 대한 동기화힘의 의존특성이 대략 선형인 것이 선호된다. 다른 실시예에 의하면, 적어도 일부영역에 대하여 동기화 힘이 비선형이거나 정현파, 탄젠트, e-, 로그, 또는 포물선 함수 또는 유사한 함수인 것이 선호된다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에 의하면, 동기화 힘(Fsync)은 산악주행에 관한 특성값을 기초로 조정된다. 상기 산악주행 특성값은 예를 들어 1 내지 100으로 표시되는 노면경사(carriageway gradient)를 나타내며, 특성값 1은 평평한 노면(level carriageway)을 나타내고 특성값 100은 매우 급한 상향 경사를 나타낸다. 산악주행 특성값은 예를 들어 로드레버의 작동 또는 브레이크의 작동패턴을 관찰하거나 수동모드에서 기어변속의 빈도를 관찰하거나 한개이상의 휠회전속도를 기초하여 결정될 수 있다. 선호된 실시예에 있어서, 동기화 힘(Fsync)은 산악주행 특성값에 따라 증가한다. 산악주행 특성값에 대한 동기화힘의 의존특성은 대략 선형인 것이 선호된다. 다른 실시예에 의하면, 적어도 일부영역에 대하여 동기화 힘이 비선형이거나 정현파, 탄젠트, e-, 로그, 또는 포물선 함수 또는 유사한 함수인 것이 선호된다.
또한 본 발명의 유리한 실시예에 의하면, 동기화 힘(Fsync)은 엔진모멘트에 관한 요구량에 기초하여 변화될 수 있어서, 높은 엔진모멘트가 요구되면 동기화힘이 증가된다. 기어변속시 새로운 기어를 위한 목표회전속도에 기초하여 동기화힘이 변화되어, 높은 목표 속도에 의해 동기화 힘이 증가된다. 또한 동기화힘은 동기화과정동안 극복되어야 하는 속도차를 기초하여 증가되어, 높은 속도차에 의해 동기화힘이 증가된다. 또 다른 실시예에 의하면, 동기화힘은 동기화장치의 마찰특성에 기초하여 변화되어, 마찰장치의 마찰계수가 작으면, 동기화힘이 증가될 수 있다. 또한 동기화힘은 목표기어의 동기화과정에서 형성된 관성 모멘트를 기초로 변화되어 관성모멘트에 의해 동기화 힘이 증가된다.
특히 동기화 과정이 종료될 때 동기화 힘을 조절하면, 기어변속과정의 컴포트가 개선된다. 예를 들어, 동기화되어야 하는 샤프트들 사이에 형성되는 속도차의 감소로 부터 동기화과정의 종료가 감지될 수 있고, 상기 속도차는 직접 측정되거나 수학적 모델에 의해 제어장치내에서 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 동기화 임계위치의 시작에 관련된다. 동기화 임계위치의 이동 및 동기화힘의 증가는 가해진 힘을 제어하여 수행된다. 그 결과, 제어장치(18,44)의 저장장치에 저장된 부정확한 동기화위치데이타와 독립적으로, 동기화힘이 신속하게 증가될 수 있다. 또한 동기화위치에 관한 에러들에 대해 변속과정의 전체적인 제어가 보다 안정화된다. 액추에이터의 구동장치가 제어되어, 클러치 슬리브(202)가 동기화 임계위치에서 정지할 때, 정확한 크기의 동기화 힘(FA)이 정확히 맞물림위치에서 발생된다. 일과 힘사이의 특성관계를 이용하여 액추에이터의 구동장치에 의해 수행된 일을 기초하여 구동장치가 제어된다. 구동장치에 의해 수행되는 기계적 일에 대해 에너지 보존법칙을 적용하여 동기화힘이 결정된다.
도 3a를 참고할 때, 탄성부(302a) 및 댐퍼(303a)를 가진 연결기구(305a)를 포함한 구동장치(301a) 및 클러치 슬리브(304a)의 실시예가 개략적으로 도시된다. 상기 실시예의 목적은 가능한 신속하게 클러치 슬리브(304a)를 동기화 위치로 이동시키고 동기화위치에 도달하면 원하는 동기화 힘을 가능한 신속하고 정확하게 설정하는 것이다. 구동작용은 탄성부(302a)와 댐퍼(303a)를 포함한 연결기구를 통해 수행된다. 탄성부(302a)는 한편으로 구조에 의존하는 운동학적 인장특성의 부분을 가지고 다른 한편으로 탄성부의 전체 탄성을 형성하는 특수한 스프링 장치로 구성된다.
선호되는 실시예에 의하면, 상기 스프링장치가 서로에 대해 회전운동하는 두 개의 요소들에 의해 형성되고, 상기 요소들사이에 압축스프링이 연결되며, 압축스프링의 저항력에 대해 요소들이 회전운동하고, 저항력은 요소들의 회전각이 증가함에 따라 증가하며, 전체 회전영역에 대해 서로 다르게 증가한다. 저항력과 변위의 특성이 도 4d에 도시된다. 서로 다른 스프링 특성을 가진 압축스프링들을 직렬 또는 병렬로 배열하여 도시된 특성선도가 구해진다. 그러나 다른 실시예에서, 상기 특성선이 전체 운동 영역에 대해 동일한 증가율을 가지는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 탄성 특성선이 해당 재료의 선택 및/또는 처리에 의해 원하는 대로 정해지는 탄성중합 합성재, 예를 들어, 탄성을 증가시키는 첨가물질 또는 탄성을 증가시키는 제조 또는 처리법에 의해 구해질 수 있다. 이 경우 탄성중합 합성재가 작동범위에 걸쳐 변하는 증가율의 탄성특성을 가지는 것이 유리하다. 다른 실시예에 의하면, 특성선이 전체 운동 영역에 대해 동일한 증가율을 가지는 것이 선호된다.
선호된 실시예에 의하면, 탄성요소가 예비인장은 약 50-450 N, 약 200-600 N 또는 약 400-1000N의 예비인장력을 가지게 되어 탄성부의 목표 임계힘이 결정된다. 특히 선호되는 실시예에서, 예비 인장력은 약 150-350N이다.
다른 유리한 실시예에 의하면, 즉 개별 탄성부들이 전체적인 효과를 형성하도록 탄성력이 분포된다. 부하 및 이에 따른 힘이 축방향으로 작용하는 요소들이 이용될 수 있다. 본 실시예에서, 구동장치 및 클러치 슬리브사이의 기구가 탄성을 가진다. 구동요소 및 구동요소를 따르는 기어단을 포함하는 케이스내부의 요소들에 대한 탄성이 고려된다.
연결기구의 댐퍼(303a)가 도시되고, 댐퍼의 감쇄효과는 연결기구에 형성된 마찰로서 나타나거나 조정가능한 감쇄 요소에 의해 발생될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 맞물림 과정동안 속도제어모드로 클러치 슬리브(304a)가 동기화임계위치까지 이동하도록 도 1의 제어장치(18,44)에 의해 클러치슬리브(304a)가 제어되는 것이 유리하다. 도 2에 설명된 기구를 통해 다른 맞물림 운동이 방해되기 때문에 저항력이 감지되는 위치에서, 변속과정이 힘제어모드로 전환된다. 탄성부(302a)에 저장된 탄성에너지에 의하여 상기 위치에서 힘이 동기화위치를 위한 기준력에 근접한다. 이 경우, 탄성부(302a) 및 동기화 위치를 향하는 속도 사이의 정확한 일치가 중요하다.
동기화 위치는 속도제어를 통해 시작된다. 이 속도는 구동장치(301a)와 클러치 슬리브(304a)를 연결하는 연결기구(305a)의 탄성 및 동기화 힘의 목표값에 의존하는 값으로 조절된다. 선호된 실시예에 의하면, 동기화 임계위치에 대한 시작 속도는 250-1000N의 동기화 기준력에 따라 약 25-200㎜/s이다. 도 4d의 선도(401a)에 도시된 탄성에 의하면, 동기화 기준력이 3까지 증가할 때, 동기화임계위치로 이동하는 속도는 약 5배 증가되어야 한다.
동기화 위치에 대한 속도제어식 접근에서 힘 제한이 이미 연결기구에 존재하고, 기구의 마찰력을 보상하기 위해 힘제한이 우선 낮게 유지된다. 저항력이 빠르게 증가하여 구동장치가 되돌아가지 못하도록 특정 맞물림 속도이상으로 힘제한이 증가된다. 맞물림속도가 3-40㎜/s , 특히 5-25㎜/s에 도달할 때 힘 제한의 크기가 증가되는 것이 선호된다. 힘 제한을 통해 낮은 맞물림 속도에서 마찰을 보상하기 위해, 기어박스 오일온도와 같이 마찰을 야기하는 요인들과 독립적으로 힘을 제어하여 항상 맞물림 요구속도가 유지되는 것이 유리하다. 높은 마찰로 인해, 보상이 증가된다. 마찰이 감소하면 보상 또한 감소된다.
동기화위치에서 힘 제어모드로 변경되며, 클러치 슬리브의 운동이 차단되고 탄성력이 운동 에너지로 변환되어, 탄성력이 증가되고 원하는 동기화 힘에 근접한다. 작동 기구에서 마찰력 보상은 작동기구의 구동력에 의해 수행된다. 전기 모터가 액추에이터 구동을 위해 이용될 때, 모터의 회전속도 감소 및/또는 소비출력의 증가에 의해 모터운동의 차단이 감지된다.
과정이 진행될 때, 탄성력이 제한되거나 원하는 동기화 힘으로 설정되며, 이때 탄성에 의해 형성된 힘이 원하는 동기화 힘과 대략 일치하기 때문에 단지 상대적으로 작은 조정이 요구된다. 선호되는 실시예에서 상기 힘은 100-1000N이다. 일반적으로 동기화는 약 200-600Nm 에서 발생된다. 특히 빠른 동기화가 요구될 때 약 1000N 의 동기화 힘이 허용된다.
힘 제어모드로 변경될 때, 클러치 슬리브(304a)를 구동하기 위하여 전기모터가 이용될 때, 기준력을 결정하기 위해 모터의 전압과 회전속도가 이용된다. 힘제한 단계동안 실제 마찰력이 정확히 보상된다. 본 발명의 특징에 의하면, 서로 다른 기어박스 및/또는 기어단들에 대해 탄성거동이 이용될 수 있고, 동기화임계위치에 대해 운동속도를 적절히 제어하여 동기화 힘이 증가될 수 있다.
기어의 동기화 맞물림에 관한 전체 과정에서 탄성부(302a)가 이용되면, 우선 시간적 이득이 구해진다. 탄성부(302a)의 탄성과 관련하여, 본 출원서의 공개 내용에 속하는 본 출원인의 독일 특허출원 제 DE 197 34 023 A1호 및 제 DE 197 130 423 A1호를 참고한다. 기어의 동기화 맞물림 제어에 관한 선호되는 방법에 의하면, 제어장치(18,44)의 저장장치내에 동기화 임계위치가 정확하게 저장되고, 정기적으로 저장값이 갱신되는 것이 유리하다.
도 4d의 선도(401a)를 참고할 때, 연결기구(305a)에 관한 탄성의 탄성곡선이 예로서 도시된다. 연결기구가 연결기구의 초기범위(Sp)를 통과한 후, 편향에 대응하는 이탈력(F)이 제공되어 작은 증가율을 따르고, 다음에 커진 증가율을 가진 특성선(c)의 편향 범위의 끝까지 이어진다. 탄성부의 운동이 발생되는 위치, 즉 현저한 편향을 발생시키는 힘은 동기화 맞물림 과정동안 특성선 부분(a) 상부의 힘보다 작다. 본 실시예에서 약 3.5㎜의 편향을 위해 약 1300N 의 힘이 필요하기 때문에 어느 정도의 탄성이 선호된다.
본 발명의 특징에 의하면, 예를 들어, 로터가 자유 회전 질량에 연결되고 내연기관과 같은 엔진으로부터 적어도 하나의 클러치에 의해 분리될 수 있고, 원심력을 이용하기 위해 구동된 샤프트로부터 분리되거나, 이러한 장치를 통해 유압구동장치가 이용될 수 있는 전기모터가 자동차 기어박스와 함께 이용된다. 상기 실시예에 따라, 예를 들어, 기어박스는 내연 기관, 동력 발생기, 부분 드라이브, 완전 드라이브를 위한 시동장치 및 운동 에너지를 전기 에너지, 또는 내연기관이 분리(회복)될 때 자동차의 지연 과정동안 회전 질량처럼 로터를 이용한 회전운동에너지로 전환시키기 위한 장치와 같은 전기모터가 이용될 수 있다.
본 발명의 제어과정을 도시한 도 5a 의 루틴에 의하면, 액추에이터에 의해 수행된 일량이 제어장치(18,44)에 의해 연속적으로 계산된다. 제 1 과정으로서, 단계(502)의 질문에 대해 계산 과정은 초기화되며, 목표일이 단계(507)에서 계산된다. 다음 과정에서 단계(502)의 질문에 대해 현재 액추에이터의 일이 단계(503)에서 계산된다. 다음에 단계(504)에서 현재의 클러치 슬리브가 적시에 - 동기화 임계위치에 - 충분히 가까운 지 여부가 확인된다. 루틴이 단계(505)로 진행하여 목표힘이 동기화 힘과 동일한가를 확인하고, 목표힘과 동기화 힘이 동일하지 않다면 단계(505)로 부터 이동하여 단계(506)에서 도 5c에 도시된 속도/작업 선도의 탄성에 관한 현재위치를 기초하고 시험들을 통해 측정되는 힘/일 특성선을 고려하여 목표힘이 계산된다. 다른 실시예에 의하면, 이 기구의 탄성 특성선을 참고하여 목표힘이 계산되는 것이 유리하다. 다음 단계의 목표힘이 도 5c의 속도/일 선도에서 현재위치를 기초하여 계산되어, 현재위치가 곡선(511)과 가능한 근접하게 된다.
목표 일(Aref)에 해당하는 목표힘을 적용하여, 목표 위치(동기화 위치)에 도달하기 위해 다양한 경로에 따른 속도/일 선도가 도 5b에 도시된다. 곡선영역의 경계들은 도 5b에서 점선으로 도시된다. 구동모터의 최대 전류 및 최대 전압에 의해 상측경계값이 설정된다. 곡선영역의 하측경계값을 결정하는 요소로서 동기화힘을 증가시키기 위해 긴 시간이 요구되기 때문에 경로(a)는 바람직하지 않다. 경로(c)와 같은 빠른 경로를 따라 기어맞물림이 수행되어야 한다. 유리한 경로가 도 5c의 선도(510)에 도시된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 동기화 임계위치에 관한 위치데이타를 이용하지 않고도, 원하는 동기화 힘(목표 동기화 힘)이 제어된다. 동기화 과정 자체 및 동기화 위치까지 운동이 힘제어방식으로 수행된다. 또 다른 실시예에 의하면, 동기화 위치까지 운동이 속도제어방식으로 수행하는 것이 유리하다. 상기 실시예에 있어서, 상기 힘을 제어하기 위해, 구동력에 대한 저항력이 연속적으로 평가된다. 구동장치의 운동에너지 및 클러치 슬리브와 구동장치사이의 운동강성이 제어장치에 의해 계산되고, 목표 동기화 힘이 오버슈팅(over shooting)없이 매우 빠르고 정확하게 설정된다. 특히, 동기화 위치에 도달한 후에, 운동속도에 대한 부정확성을 보상하기 위해 구동력이 수정되어야 하는 문제가 제거된다.
본 발명의 선호된 실시예를 도시하는 도 6을 참고할 때, 구동력에 대한 저항력이 구동장치의 속도를 관찰하여 단계(601)에서 계산되고, 계산된 저항력은 목표힘을 결정하기 위해 이용된다. 단계(602) 및 단계(604)에 따라, 방정식 |Fsync - Fi| < Fboundary 을 따르는 계산된 저항력(Fi)에 원하는 동기화힘(Fsync)이 충분히 근접하거나 구동 속도 |vi|falls below a value(vboundary)가 Vboundary 보다 작을 때까지 목표힘이 반복해서 계산된다. 상기 조건들이 만족되면, 다음 과정을 위한 목표힘(Firef)을 원하는 동기화 힘(Fsync)과 동일하게 설정하여 단계(603)에서 이탈조건이 설정된다.
본 발명의 또 다른 선호되는 실시예에 의하면, 도 2의 A에 도시된 위치로 부터 시작하여 동기화위치로 이동하며, 동기화힘이 증가되고, 감쇄요소가 동기화 위치에 형성된다. 기준 구동력(Firef)이 구동 방정식 Firef = Fmax - kvi에 따라 설정된다. Fmax 는 Fmax = Fsync / n + Foffset 이고, 클러치 슬리브에서 원하는 동기화 힘(Fsync), 구동장치의 효율(n), 운동속도(vi,), 변수(Foffset,,k)가 제공된다. 또한 상기 실시예에 의하면, 댐핑 상수로 적용될 수 있는 변수(k)가 적합하게 선택되고 다른 계산값들과 대응될 때 원하는 동기화 힘은 오버슈팅 없이 빠르게 정해진다.
변속단이 수동 클러치에 의해 변속되는 기어박스에 있어서, 예를 들어, 변속과정이 매끄럽게 진행되도록 제어장치의 저장장치내에 기어단부 위치 또는 동기화 임계위치와 같은 위치들이 저장되어야 한다. 클러치 슬리브 및 구동장치사이의 운동학적 연결상태가 기어박스의 작동조건에 의해 변화될 수 있고, 예를 들어, 마모 및 균열이 저장장치에 저장된 위치 및 실제 위치들사이의 편차를 발생시키므로 변화에 대해 위치데이타를 조정해야 하며, 작동과정동안 반복적으로 조정되는 것이 선호된다. 특정위치들이 서로 관련되며, 즉 작동요인들에 기인한 변화가 관련위치들에 어느 정도 영향을 주거나 적어도 비례적인 관계가 형성된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 한 위치의 조정이 다른 위치를 수정하기 위해 이용되어 서로 다른 위치들이 관련된다. 예를 들어, 충분히 맞물린 기어들의 단부위치들을 조정하여 동기화 임계위치들이 조정되고, 기어의 단부위치가 조정됨에 따라 각 동기화임계위치가 수정된다. 위치들의 연결이 영구적이지 않지만 대신 때때로 효과적이다. 예를 들어, 정해진 시간후에 조정되어야 하는 위치들이 서로 관련될 수 있다. 이런 관점에서 약 40 내지 200 시간, 특히 80 내지 100 시간이 유리하다. 그러나 다른 실시예에 의하면, 몇 시간 간격 또는 초당 여러 번과 같이 보다 빈번하게 관련되는 것이 유리할 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 위치관련기능이 연결된 기어 단부 위치의 조정횟수에 의존한다. 예를 들어, 15 내지 80번, 특히 40 내지 60번의 기어단부 위치의 조정과 같이, 기어단부 위치를 정해진 횟수로 조정한 후에 위치들이 관련된다. 예를 들어, 신호등과 같이 자동차의 시동 또는 자동차의 정지상태에 기초하여 조정위치들을 관련시키는 것이 유리할 수 있다.
기어 단부 위치가 제어장치의 저장장치에 저장되고 상기 기어단부위치들이 조정되는 기어박스의 다른 실시예가 고려된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명의 기어박스와 함께 전기 모터가 제공되고, 예를 들어, 전기모터의 로터가 자유롭게 회전하는 회전질량에 연결되며, 상기 회전질량이 적어도 한개의 클러치에 의해 내연기관과 같은 구동장치 및 원심력을 위한 구동 샤프트로부터 분리되어서, 하이브리드(hybrid)구동이 가능하다. 상기 실시예에 따르면, 기어박스에 의해 예를 들어, 내연기관을 위한 시동장치, 동력 발생기, 부분 드라이브, 전체 드라이브 및 운동 에너지를 전기 에너지 또는 내연기관이 분리(회복)될 때 자동차의 회전 과정동안 회전 질량과 같은 로터를 이용해 회전운동에너지로 전환하기 위한 장치와 같은 전기 모터가 폭넓게 이용될 수 있다.
본 출원과 함께 제출된 본 청구항들은 보다 광범위한 특허 보호를 위해 제안된다. 본 출원인은 지금까지 상세한 설명 및/또는 도면에 공개된 특징들의 조합을 주장할 권리를 가진다.
종속항의 인용은 각 종속항의 특징들을 통해 독립적인 보호대상을 제공한다. 출원인은 우선일의 기술구성들을 독립항 또는 부분 설명의 대상으로 청구할 권리를 가진다.
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실시예들은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 특허출원의 범위내에서 제조, 시험 및 작업 방법에 관계되는 한, 수많은 변화 및 수정, 특히 변형, 요소 및 조합 및/또는 조합을 통해 제공될 수 있다.

Claims (32)

  1. 엔진(2)을 포함하고, 제 1 액추에이터(46)를 가진 토크전달장치(4)를 포함하며, 입력샤프트, 출력샤프트 및 제 2 액추에이터(48,50)를 가진 기어박스(6)를 포함하고, 상기 기어박스(6)가 변속단들을 형성하는 복수개의 기어휠들을 가지며, 각각의 변속단은 샤프트에 고정상태로 연결된 기어휠과 샤프트에 선택적으로 연결가능한 프리휠(201)로 구성되고, 제어장치(18,44)를 포함하며, 제 1 및 제 2 액추에이터(46,48,50)가 제어장치(44)를 통해 초기화되어 자동으로 작동되고, 제 1 작동모드에서 제어장치(44)의 작동이 입력값들을 기초하여 독립적으로 개시되며, 제 2 작동모드에서 제어장치의 작동이 운전자의 입력을 통해 개시되고, 동기화장치와 클러치슬리브(202)에 의해 상기 변속단의 프리휠(201)이 변속단을 지지하는 샤프트에 연결되며, 프리휠(201)이 샤프트에 연결되는 동안 동기화힘이 제공되어 연결되어야 하는 프리휠(201)과 동기화본체(203)의 회전속도들이 동일해지고, 회전속도들이 동일해져서 동기화과정이 완료될 때까지 프리휠이 샤프트에 완전히 연결되지 못하는 자동차에 있어서,
    변속단의 동기화 임계위치가 제어장치의 저장장치내에 저장되고, 저장장치내에 저장된 동기화 임계위치에 변속단들의 실제 동기화위치를 일치시키며,
    차량이 정지상태에 있고, 엔진(2)이 작동중이며 자동차 브레이크가 작동되고 동기화 임계위치를 조정하려는 요구가 존재할 때, 동기화 임계위치가 조정되는 것을 특징으로 하는 자동차.
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  4. 제 1 항에 있어서, 기어박스(6)의 변속단들이 제 2 액추에이터(48,50)에 의해 작동되고, 제 2 액추에이터가 클러치 슬리브(202)를 선택하고 작동시키는 수단을 가지며, 동기화 임계위치의 조정과정이
    제 1 액추에이터(46)에 의해 상기 토크전달장치(4)를 연결하는 단계,
    제 2 액추에이터(48,50)의 출력요소가 작동하여 동기화 임계위치가 조정되는 위치와 근접한 위치로 제 2 액추에이터(48,50)를 이동시키는 단계,
    동기화 임계위치가 이동하는 개시위치로 부터 시작하여 제 2 액추에이터(48,50)를 이동시켜서 클러치 슬리브(202)가 최종 연결위치를 향해 이동하는 단계,
    동기화 작용에 의해 상기 동기화위치에서 클러치 슬리브의 연결운동을 확인하여 동기화 위치가 감지되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  5. 제 4 항에 있어서,
    감지된 동기화 임계위치를 직접적으로 이용하기 위해 제어장치의 계산장치를 통해 수학적으로 처리하는 단계 및
    수학적으로 처리된 동기화 임계위치와 감지된 동기화 임계위치를 기초하여 새로운 동기화 임계위치를 결정하는 단계에 의해 동기화 임계위치가 조정되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  6. 제 1 항에 있어서, 변속기어단의 각 기어단부위치들이 제어장치의 저장장치에 저장되고, 자동차가 작동하는 동안 상기 기어단부위치들이 조정되며, 조정된 기어단부위치들을 기초하여 동기화 임계위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  7. 제 6 항에 있어서, 정해진 시간주기가 경과한 후에, 조정된 기어단부위치들을 기초하여 동기화 임계위치가 적어도 일회 결정되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  8. 제 7 항에 있어서, 정해진 시간주기가 40 내지 200시간에 해당하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  9. 제 6 항에 있어서, 정해진 횟수로 동기화 임계위치가 독립적으로 조정된 후에 조정된 기어단부위치들을 기초하여 동기화 임계위치들이 적어도 일회 결정되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 정해진 횟수가 15 내지 80회인 것을 특징으로 하는 자동차.
  11. 제 1 항에 있어서, 운전자의 스포티(sporty)주행, 자동차의 부하, 기어박스의 오일온도, 부하레버의 위치, 엔진모멘트요구량, 목표속도, 동기화장치의 회전속도차, 동기화장치의 마찰특성, 기어박스의 견인모멘트 또는 동기화장치의 상태에 의존하여 동기화 힘이 제어되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치 슬리브를 동기화위치로 이동시키고 동기화 위치에 목표 동기화 힘을 정확하게 설정하기 위하여, 구동장치(301a) 및 연결기구(305a)를 가진 클러치 슬리브가 제공되고, 상기 연결기구가 탄성부(302a) 및 댐퍼(303a)를 가지며, 상기 탄성부(302a)와 댐퍼(303a)를 가진 연결기구에 의해 구동작용이 수행되고, 탄성부(302a)는 한편으로 구조에 의존하는 운동학적 인장특성의 부분을 가지고 다른 한편으로 탄성부의 전체 탄성을 형성하는 스프링 장치로 구성되며, 상기 스프링장치가 서로에 대해 회전운동하는 두 개의 요소들에 의해 형성되고, 상기 요소들사이에 압축스프링이 연결되며, 압축스프링의 저항력에 대해 요소들이 회전운동하고, 저항력은 요소들의 회전각이 증가함에 따라 증가하며, 전체 회전영역에 대해 서로 다르게 증가하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  13. 제 12항에 있어서, 클러치 슬리브(202)에 작용하는 동기화 힘을 제어하기 위하여, 동기화 힘에 대한 반작용 힘이 평가되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  14. 제 13항에 있어서, 구동장치의 운동에너지와 스프링강성을 고려하고 클러치 슬리브의 속도를 기초하여 상기 반작용 힘이 평가되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  15. 제 14 항에 있어서, 목표 임계값보다 큰 클러치 슬리브의 스프링강성을 고려할 때, 반작용 힘을 평가하기 위해 스프링 강성의 특성선이 직접 또는 간접적으로 이용되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  16. 제 13항에 있어서, 클러치 슬리브의 구동장치에 의해 수행된 일에 대해 에너지보존법칙을 이용하여 반작용 힘이 평가되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  17. 제 1 항에 있어서, 기어박스(6)의 변속단들이 제 2 액추에이터(48,50)에 의해 작동되고, 제 2 액추에이터가 클러치 슬리브(202)를 선택하고 작동시키는 수단을 가지며, 동기화 임계위치의 조정과정이
    제 1 액추에이터(46)에 의해 상기 토크전달장치(4)를 연결하는 단계,
    제 2 액추에이터(48,50)의 출력요소가 작동하여 동기화 임계위치가 조정되는 위치와 근접한 위치로 제 2 액추에이터(48,50)를 이동시키는 단계,
    동기화 임계위치가 이동하는 개시위치로 부터 시작하여 제 2 액추에이터(48,50)를 이동시켜서 클러치 슬리브(202)가 최종 연결위치를 향해 이동하는 단계,
    동기화 작용에 의해 상기 동기화위치에서 클러치 슬리브의 연결운동을 확인하여 동기화 위치가 감지되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  18. 구속상태로 동기화되는 기어박스를 가진 자동차에 대하여 기어박스 액추에이터에 구성된 단부출력요소의 동기화위치를 설정하기 위해 제 1 항 또는 제 4 항 내지 제 17항 중 어느 한 항을 따르는 자동차의 이용방법에 있어서,
    동기화위치가 오버슈팅없이 가능한 신속하게 이동하는 것을 특징으로 하는 자동차의 이용방법.
  19. 제 18항에 있어서, 액추에이터 단부출력요소의 힘은 정확한 동기화 위치 및 액추에이터 단부출력요소의 정확한 개시속도와 독립적으로 작용하고 감쇄상수를 포함한 진동방정식을 기초하는 것을 특징으로 하는 자동차의 이용방법.
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