KR101198555B1 - 다중 시프팅 변속기 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동 유닛, 및 각각의 마찰 클러치에 의해 상기 구동 유닛과 결합 가능하고 각각이 복수의 변속단을 가지는 2개의 부분 변속기를 구비한 다중 시프팅 변속기에 관한 것이다.

구동 유닛, 마찰 클러치, 변속단, 변속비, 다중 시프팅 변속기

Description

다중 시프팅 변속기 및 그 제어 방법 {Parallel Shift Transmission and Control Method Thereof}

도1은 본 발명에 따른 변속기 제어를 위한 흐름도.

본 발명은 복수개의 변속 가능한 변속비를 통해서 2개의 부분 변속기 공통의 변속기 출력축과 결합할 수 있는 변속기 입력축과 마찰 클러치를 각각 구비한 적어도 2개의 부분 변속기를 구비한 차량용 다중 시프팅 변속기에 관한 것이다.

이와 같은 변속기 구조 및 그 작동 방식은 예컨대 독일 특허 제101 02 028 A1호에 공지되어 있다. 이와 같은 다중 시프팅 변속기에 있어서, 구동 유닛의 토크는 통상적으로 부분 변속기에서 변속기 입력축과 변속기 출력축 사이의 변속단이 변속되고 변속기 입력축에 부속된 마찰 클러치는 구동 유닛의 구동축과 결합되는 방식으로 변속기 출력축으로 전달되고, 이에 따라 차동 장치를 통해 구동휠로 전달된다. 다른 변속기 입력축에서는, 통상적으로 이미 상기 변속기 입력축에 부속되고 개방된 마찰 클러치에서 이미 변속단이 변속되고, 이러한 변속단으로 차량은 변속에 따라 계속 구동되어야 한다. 이 경우, 순간적인 회전 토크가 전달되는 클러치는 연속적으로 개방되는 반면 다른 마찰 클러치는 폐쇄됨으로써 변속이 교차 변속으로서 수행된다. 또한, 차량을 예컨대 출발 과정 동안 2개의 부분 변속기 내에서 변속단이 변속될 때 출력 분기를 통해 작동하는 것이 바람직할 수 있으며, 구동축과 변속기 입력축 사이의 조절된 다양한 차동 회전 속도에 의해 2개의 클러치 중 적어도 하나가 작동된다.

2개의 변속기 입력축에서 변속단이 변속될 때, 예컨대, 변속기 입력축이 부적당한 회전 속도일 때 작동함으로써 나타나는 차량 안정성에 분리한 상황이 발생할 수 있다. 또한, 예컨대 변속기, 클러치 또는 구동 유닛과 같은 파워 트레인의 부품이 파손되거나 수명이 감소될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 안정성에 문제가 되고 파워 트레인의 수명에 영향을 미치는 상황이 방지되거나 감소되는 방식으로 다중 시프팅 변속기가 배열되는 것이다. 또한, 이와 같은 상황을 방지 또는 감소하는 상응하는 방법이 제안된다. 상기 목적의 해결책은 비용면에서 유리하고 복잡하지 않아야 한다.

상기 목적은 각각의 부분 변속기가, 전기 기계와 같은 유압 부품의 추가적 보조 장치를 구비하거나 또는 구비하지 않은 내연 기관일 수 있는 구동 유닛의 구동축과 마찰 클러치에 의해 연결 가능한 변속기 입력축으로 이루어지고, 변속기 입력축과 2개의 부분 변속기 공통의 출력축 사이에서 변속 가능한 복수개의 변속단을 포함하며, 각각의 변속단에 대해 상기 변속단에 속하는 변속기 입력축의 미리 설정될 수 있는 최대 회전 속도가 미리 주어지고, 이와 동시에 2개의 부분 변속기 내에서 더 큰 변속단과 더 작은 변속단을 구비한 변속될 변속단 또는 변속된 변속단에서 변속기 입력축 회전수는 더 큰 변속을 구비한 변속단으로 제한되는, 적어도 2개의 부분 변속기를 구비한 다중 시프팅 변속기에 의해 달성된다.

상기 다중 시프팅 변속기는 건식 마찰 클러치 또는 액체통 내에서 작동하는 습식 마찰 클러치를 포함할 수 있으며, 이들 마찰 클러치들은 기계적 클러치 액츄에이팅 요소에 의해 전기식으로 작동되거나, 이들 마찰 클러치 사이에서 변속되는 유체 정역학적 장치에 의해 전기식으로 또는 슬레이브 실린더에 작용하고 압력 공급 장치에 의해 제공되어 밸브에 의해 개회로 제어된 압력에 의해 유압식으로 작동된다. 작동 요소의 장애시에 2개의 클러치가 동시에 회전 토크를 전달할 수 있는 것이 아니기 때문에, 구동되지 않을 때 작동 요소에 의해 개방되는 소위 가압 밀폐식 클러치는 특히 높은 안정성을 가진다는 것을 알 수 있다. 그러나, 특수한 실시예에서는 구동되지 않는 상태에서 폐쇄되는 소위 가압 개방식 클러치가 사용되거나 가압 밀폐식 클러치와 가압 개방식 클러치가 혼합되어 사용되는 것도 양호할 수 있다.

또한, 변속기의 구조는 변속기 입력축 및 변속기 출력축이 작은 구조 공간을 차지하도록 분할되거나 중공축 구조로 설계되며, 상기 축들 중 하나는 적어도 부분적으로 제2 축을 동심으로 둘러싸고, 개별 변속단들은 양호하게는 비고정 기어 휠 및 고정 기어 휠을 포함하는 기어 휠 쌍으로 형성되며, 비고정 기어 휠이 대응하는 변속기 액츄에이팅 요소를 통해 비고정 기어 휠을 지지하는 축과 회전 고정식으로 결합 가능하고 이에 따라 변속단의 변속이 실행되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 변속기 액츄에이팅 요소는 H형 시프트 패턴 배열 형태 또는 시프트 드럼 장치로서 변속단을 작동시키며, 변속기 액츄에이팅 요소의 구동은 하나 또는 두 개의 전기 모터를 통한 전기식으로 또는 조절 실린더를 통한 유압식으로 이루어질 수 있다. 전체 변속기의 변속이 이러한 2개의 부분 변속기에 의해 교호식으로 분배되도록 배열되는 것이 유리한 것으로 증명되었다. 변속비를 가지는 변속단에 감소하는 자연수가 할당된다면, 예컨대 홀수의 변속단은 하나의 부분 변속기에 배열되고 짝수 배열을 갖는 변속단은 제2 부분 변속기에 배열된다. 후진 기어는 양호한 방식으로 2개의 부분 변속기 중 하나에 제공된다. 예컨대 기어 휠 쌍에서 변속기 출력축의 치형 개수 대 변속기 입력축의 기어 휠의 치형 개수의 비율을 통한 변속단의 변속비는 변속비가 증가함에 따라 빠르게 감소하는데, 즉 높은 속도 영역에서의 낮은 변속비와 더 낮은 속도 및 출발 과정에서의 더 높은 변속비가 제공됨을 알 수 있다.

이와 같은 변속기에서 예컨대 결함 있는 변속기 액츄에이팅 요소 또는 기어 휠의 개입에 의해 또는 2개 기어에 의한 출발 시 또는 활성화된 변속단과 미리 선택된 변속단에 의한 주행 시에 2개의 변속단이 동시에 입력되면, 2개의 마찰 클러치 중 하나가 개방될 때 연속 진행이 수행될 수 있다. 부분 변속기의 변속비가 더 이상 해제 가능하지 않은 경우에는 바람직하게 관련된 마찰 변속기가 개방되고 차량은 동일한 변속기 입력축에서 2개의 변속단 사이 변속 과정 동안의 인장력 차단만으로 구동된다. 이러한 방식으로 변속될 변속단의 변속비가 다른 변속기 입력축 상의 아직 변속되어 있는 변속단의 변속비보다 낮다면, 본 발명에 따라 아직 기능하는 부분 변속기의 변속기 입력축의 회전수는 변속된 변속단의 더 큰 변속비에 의해 기능하지 않는 부분 변속기에서 파워 트레인의 손상이 발생하지 않도록 제한된다. 예컨대, 과도하게 높은 속도에서 결함 있는 부분 변속기의 클러치 디스크가 폭발하여 손상을 유발하거나 변속기 입력축의 지지부가 손상될 수 있다.

본 발명의 개념에 따르면, 결함 있는 변속기의 변속기 입력축의 회전수를 제한하기 위해, 아직 기능하는 부분 변속기의 선택은 변속될 변속단에 대해 제한된다. 특히, 구동 유닛의 개회로 제어에 대한 개입을 원치 않을 때 이러한 처리 방식은 양호할 수 있다. 여전히 변속 가능한 변속비에 있어서 허용될 수 있는 변속비 i (max)에 대한 선택은 변속비 i(D)에 의해 다른 기어 입력축에서 변속단이 아직 변속되어 있을 때 다음과 같은 식 1에 따라 파손의 위험 없이 측정될 수 있다.

여기서 N(max, A)는 예컨대 엔진이 속도 제한기에 이를 때의 회전수와 같은 구동 유닛의 최대 회전수를 의미하고, N(max, K)는 예컨대 견고성 측정 범위 내에서 클러치 디스크에 허용된 허용 가능한 회전수와 같은 변속기 입력축의 최대 구동 회전수이다. 이러한 값들은 당업자의 재량에 따라 사전 설정될 수 있고 사용 수명동안 제어 장치에 의해 적용 가능하다는 것은 자명하다.

본 발명의 또 다른 개념에 따르면, 변속을 위해 여전히 기능하는 부분 변속기에서 모든 변속단이 개방되며, 구동 유닛의 회전수는 입력된, 예컨대 끼워지는 변속기 변속비를 구비한 부분 변속기가 허용가능하지 않은 회전수에 이르지 않도록 제한된다. 일 실시예에서 파워 트레인의 파열 또는 파손을 피하기 위한 구동 유닛 N(max, A,l)의 최대 허용가능한 회전수는 양호하게는 다음과 같은 식 2에 따라 제한될 수 있다.

여기서, i (a)는 결함 없는 부분 변속기 내의 변속될 변속비 또는 변속된 변속비를 의미하고, i (D)는 앞서 언급한 바와 같이 결함 있는 부분 변속기의 변속비를, N(max, K)는 앞서 언급한 바와 같이 결함 있는 부분 변속기의 변속기 입력축의 파손 없는 허용 가능할 최대 회전수를 의미한다. 부분 변속기의 2개의 클러치 중 하나가 고착 상태가 되자 마자, 기어 선택 또는 회전 제한의 선택을 이렇게 제한하는 것은 2개의 입력된 기어를 가지는 차량의 출발할 때의 과정과 유사한 방식으로 유효하다는 것이 명백하다. 더 큰 변속비를 가지는 임의의 변속단은 마찬가지로 허용 가능하지 않은 회전수 상승을 겪을 수 있으므로, 구동 유닛의 회전수가 상응하게 제한될 수 있고 그리고/또는 출발 과정을 위해서는 회전수 제한기에 이르는 구동 유닛의 회전수 범위 사용시에 출발 변속비의 선택이 이미 사전에 설정된다.

더 큰 변속비를 가지는 변속단이 입력되는 부분 변속기의 회전수 제한을 위한 상기에 제시된 2가지 가능성은 양호하게는 서로 조합될 수 있다. 2가지 방법에 사용되는 상기 선택은 운전자의 거동 및 차량의 작동 모드에 기인할 수 있는 파라미터에 따라 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 선택은 운전자가 변속단을 수동으로 사전 설정하는 스포츠모드, 변속단이 자동으로 입력되는 안락모드, 킥다운(kick down) 신호, 차량의 브레이크 상태, 냉각수 온도 또는 변속기 오일의 온도, 도로 상태, 도로 경사 및/또는 이와 동일한 상황 등에 따를 수 있다.

후속하여 상기 방법에 따른 실시예가 하나의 도면을 통해 보다 상세히 설명된다. 방법(1)은 출발 조건(2)을 시작하고 변속기 제어기의 오작동이 있는지를 결정하는 후속 분기점(3)을 시작한다. 상기 오작동은 예컨대 변속 핑거 또는 다른 부품의 파손일 수 있으므로, 입력된 변속단이 더 이상 해제될 수 없거나, 변속단을 입력 및 해제하기 위한 최종 작동 요소에 끼임이 발생하므로, 이를 위해 제공된 변속기 액츄에이팅 요소가 변속단을 더 이상 해제할 수 없는 것이다. 오작동이 없다면, 루틴은 즉시 종료한다. 예컨대 변속기의 개회로 제어를 관장하는 제어 장치로의 변속기 액츄에이팅 요소의 인식 메시지를 평가하여 달성될 수 있는 오작동 인식시에, 변속된 변속단이 해제되었는지가 추가 질의(4)에서 점검된다. 해제되어야 하는 변속단이 해제되었으면, 루틴은 종료한다. 하나의 변속단이 여전히 입력되어 있는지 여부는 파워 트레인의 센서 신호의 평가로부터 검출될 수 있다. 예컨대, 구동 유닛의 회전수 및/또는 토크 평가, 및/또는 변속기 입력축의 회전수가 평가될 수 있어서, 클러치의 토크 전달 특성, 및 하나의 입력된 변속단에서 기어 입력축 회전 속도에 대한 정보를 제공할 수 있는 적어도 휠 회전 속도가 평가를 위해 고려될 수 있다. 상기 데이터로부터 해제될 변속단이 여전히 입력되어 있는 것이 적합하다면, 여전히 입력되어 있는 변속단을 가지는 변속기 입력축에서 너무 높은 회전수를 제한하는, 적절한 루틴이 또 다른 분기점(5)에서 결정된다. 선택은 차량 파라미터 또는 운전자별 특유의 특성에 따라 결정될 수 있으며, 각각의 루틴이 선택되도록 하는 제어 신호(F)가 (이미 상기에 확정적이지 않게 언급된 바와 같이) 상응하는 선택 기준에 할당될 수 있다. 예컨대, 분기점에서 F=0 이 되어서, 블록(6)에서 차량의 진행 운동을 위해 적절한, 더 이상 제한되지 않는 변속단이 입력되는, 루틴(1a)로 진행한다. 변속단의 변속비에 따라, 단계(7)에서 예컨대 전술한 식 2를 이용하여 전술한 조건 하에 구동 유닛에 대한 회전수 한계가 결정되며, 이러한 속도 제한 시에는 결함 있는 변속단을 가지는 변속기 입력축의 너무 높은 회전수에 의한 파워 트레인의 손상이 아직 발생하지 않는다. 후속하는 블록(8)에서, 블록(7)에서 결정된 회전수 한계는 회전수의 폐회로 제어를 위해 결정된 제어 장치로 전달된다. 이어서 루틴(1a)은 종료한다. 구동 유닛의 폐회로 제어는 회전수 한계를 유지하기 위해 적절히 보정된다. 제어 부호를 F=1 로 설정하여 루틴(1b)이 선택된 경우에, 블록(9)에서는 최대 허용 가능한 변속비가 예컨대 전술한 식 1에 기초하여 결정된다. 블록(10)에서, 주행 상황에 따라, 블록(9)에서 결정된 변속비를 가지는 변속단이 입력된다. 다음으로, 루틴(1b)이 종료된다. 루틴(1a) 또는 루틴(1b)이 이용되는 방식으로도 상응하는 차량에서 루틴(1)이 구현될 수 있다는 것은 자명하다. 특수하게 실행되는 실시예에서, 최대로 허용 가능한 변속비 및 구동 유닛의 회전수가 제한됨으로써 루틴(1a)과 루틴(1b) 모두가 이용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 최대로 허용 가능한 변속비 및 구동 유닛의 회전수가 적절하게 제한될 수 있다.

Claims (8)

1. 구동 유닛의 구동축과 마찰 클러치에 의해 연결 가능한 변속기 입력축 및 상기 변속기 입력축과 출력축 사이에서 변속 가능한 복수의 변속단으로 각각 이루어진, 적어도 2개의 부분 변속기를 구비한 차량용 다중 시프팅 변속기에 있어서,

   각각의 변속단에 대해, 상기 변속단에 속하는 변속기 입력축의 사전 설정될 수 있는 최대 회전 속도가 결정되고, 2개의 부분 변속기에서 변속될 변속단이 더 높은 변속단과 더 낮은 변속단을 동시에 가질 경우 변속기 입력축의 회전 속도는 더 큰 변속비를 가지는 변속단에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 다중 시프팅 변속기.
2. 제1항에 있어서, 변속기 입력축의 회전 속도는 더 큰 변속비를 가지는 변속단의 최대 회전 속도로 제한되는 것을 특징으로 하는 다중 시프팅 변속기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 더 큰 변속비의 변속단을 가지는 변속기 입력축에 속하지 않는 변속기 입력축에서의 변속단의 변속 선택은 더 큰 변속단의 변속비에 따라 제한되는 것을 특징으로 하는 다중 시프팅 변속기.
4. 제3항에 있어서, 하나의 변속단이 변속되었을 때, 이 변속단에 해당하는 마찰 클러치가 폐쇄될 경우 상기 변속단이 더 큰 변속비를 가지는 변속단의 최대 회전 속도를 초과한다면 상기 변속단은 최대 회전 속도에 도달하기 전에 해제되는 것을 특징으로 하는 다중 시프팅 변속기.
5. 제3항에 있어서, 하나의 변속단이 변속될 때, 이 변속단에 해당하는 마찰 클러치가 폐쇄될 경우 상기 변속단이 더 큰 변속비를 가지는 변속단의 최대 회전 속도를 초과한다면 상기 변속단은 입력되지 않는 것을 특징으로 하는 다중 시프팅 변속기.
6. 제3항에 있어서, 변속단이 변속될 때, 이 변속단에 해당하는 마찰 클러치가 폐쇄될 경우 상기 변속단이 더 큰 변속비를 가지는 변속단의 최대 회전 속도를 초과한다면 상기 변속단은 제어 장치에 의해 폐회로 제어될 구동 유닛의 회전 속도가 더 큰 회전 속도를 가지는 변속단의 최대 회전 속도를 초과하지 않도록 폐회로 제어되는 조건으로 입력되는 것을 특징으로 하는 다중 시프팅 변속기.
7. 구동 유닛의 구동축과 마찰 클러치에 의해 연결 가능한 변속기 입력축 및 상기 변속기 입력축과 출력축 사이에서 변속 가능한 복수의 변속단으로 각각 이루어진, 적어도 2개의 부분 변속기를 구비한 차량용 다중 시프팅 변속기 구동 방법에 있어서,

   각각의 변속단에 대해, 상기 변속단에 속하는 변속기 입력축의 사전 설정될 수 있는 최대 회전 속도가 결정되고, 2개의 부분 변속기에서 변속될 변속단이 더 높은 변속단과 더 낮은 변속단을 동시에 가질 경우 변속기 입력축의 회전 속도는 더 큰 변속비를 가지는 변속단에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 다중 시프팅 변속기 구동 방법.
8. 제7항에 있어서, 비상 작동에서 사용하기 위해, 부분 변속기에서 변속단이 해제될 수 없을 때에 비상 작동은 활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.

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