KR101342056B1 - 전자식 변속기의 시프트 락 장치 - Google Patents

전자식 변속기의 시프트 락 장치 Download PDF

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Abstract

전자식 변속기에 사용되는 시프트 락 장치가 제공된다. 본 발명의 일 태양에 따른 전자식 변속기의 시프트 락 장치는 압전 리니어 액츄에이터, 상기 압전 리니어 액츄에이터에 의해 변속 레버의 이동을 차단하도록 구동되는 락킹부 및 변속단 및 브레이크 페달의 동작 여부에 따라 상기 압전 리니어 액츄에이터에 전압을 인가하는 제어부를 포함한다. 이 때, 상기 압전 리니어 액츄에이터는 적어도 하나의 압전 기판, 상기 압전 기판이 부착된 진동 기판, 상기 진동 기판 또는 압전 기판 상에 고정되는 이동축 및 상기 이동축을 따라 직선 왕복 이동하도록 구비된 이동체를 포함하되, 상기 압전 기판의 변위에 연동되어 진동하는 상기 이동축과 상기 이동체의 마찰력보다 상기 이동체의 관성이 큰 경우, 상기 이동체가 상기 이동축을 따라 이동하고, 상기 제어부는 상기 압전 기판 양면에 설치된 전극에 전압을 인가할 수 있다.

Description

전자식 변속기의 시프트 락 장치{Shift lock apparatus for electronic transmission}
본 발명의 전자식 변속기의 시프트 락 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변속 안전 조건에 부합되지 않으면 변속 레버가 이동하지 않도록 변속 레버의 이동을 차단하는 기능을 무소음으로 수행할 수 있는 전자식 변속기의 시프트 락 장치에 관한 것이다.
차량용 변속기는 차량의 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하기 위하여 기어비를 달리하도록 할 수 있다. 이러한 변속기(Transmission)의 기어비를 바꾸기 위하여 변속기에 있는 변속 레버(Shift lever)를 작동할 수 있다. 이러한 변속기는 사용자에 의하여 변속단을 바꿀 수 있는 수동 변속 모드와 사용자가 주행 모드(D)을 선택시에 속도에 따라 자동으로 변속단을 바꾸는 자동 변속 모드가 있다. 자동 변속 모드는 주행 중 기어비를 주행상태에 따라 자동적으로 적절하게 전환시켜주어, 주행 중 변속에 대한 부담감을 줄여 운전의 편의성을 도모할 뿐만 아니라 발진과 가속 및 감속을 원활하게 하여 승차감을 향상시킨다.
이러한 자동 변속 모드에서도 주차와 중립 및 전진 주행 그리고 후진 주행을 위해서는 운전석의 측부에 설치된 변속 레버를 적절하게 조작하여야 하는데, 이 변속 레버는 통상적으로 하단부를 피봇지점으로 하여 상단부가 회동함으로써 개별적인 변속단을 결정짓는다. 위와 같은 이유로, 자동 변속 모드의 변속단은 통상적으로 주차(P), 후진(R), 중립(N), 주행(D), 2속 주행(2) 및 저속 주행(L) 등으로 각각 구분된다.
그런데, 상기와 같이 자동 변속 모드를 구현할 수 있도록 자동 변속기가 구비된 차량에서는 주차 후 주행을 위해 변속 레버의 변속단을 주차 변속단에서 후진 변속단 및 중립 변속단을 지나 주행 변속단으로 전환할 때에 불가항력적으로 급발진 사고가 유발되는 사고가 종종 발생하였다. 이를 방지하기 위해, 주차 후 주행 시 변속단을 주차 변속단에서 주행 변속단으로 전환할 때 차량이 제동상태를 유지한 상태에서만 변속 전환이 이루어질 수 있도록 하는 다양한 형태의 시프트 락 장치(변속 잠금 장치, shift lock)가 구비되었다.
상기 시프트 락 장치는, 변속 레버의 변속단이 "P"단이거나 "N"단인 상태에서 브레이크 페달을 밟지 않으면 변속 레버가 다른 위치로 이동하지 않도록 한다. 일 예로, 변속 레버의 변속단이 "P"단 또는 "N"단에 위치한 경우 변속 레버 하부에 연결된 시프트 락 플레이트(shift lock plate)의 홈에 락 핀(lock pin)이 삽입되어 상기 시프트 락 플레이트의 움직임이 차단됨으로써 변속 레버의 이동이 차단된다.
변속 레버의 변속단이 "P"단 또는 "N"단에 위치한 상태에서, 운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우 상기 락 핀에 연결된 솔레노이드가 동작하여 상기 락 핀을 이동시키고, 그에 따라 락 핀이 시프트 락 플레이트의 홈으로부터 분리되어 시프트 락 플레이트와 변속 레버가 이동할 수 있다.
이처럼 종래의 전자식 변속기의 시프트 락 장치가 동작하기 위해서는 솔레노이드가 신호를 전달받아 작동하는 것이 필수적이었다. 그러나, 주차 상태로부터 주행 상태로 변속 레버 전환 시 동작하는 솔레노이드로부터 소음이 발생하여 운전자에게 불쾌감 및 불안감을 형성하며, 솔레노이드는 시프트락 장치가 동작하는 상태에서는 항상 전압이 인가되도록 설정되어야 하기 때문에 솔레노이드의 상시 가동을 위해 전력이 소비된다는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래의 전자식 변속기의 시프트 락 장치에서 작동하는 솔레노이드를 대신할 수 있는 액츄에이터를 포함함으로써, 소음을 발생시키지 않고 기존의 솔레노이드보다 적은 전력으로 작동할 수 있는 전자식 변속기의 시프트 락 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
상기 언급 된 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 전자식 변속기의 시프트 락 장치는 압전 리니어 액츄에이터, 상기 압전 리니어 액츄에이터에 의해 변속 레버의 이동을 차단하도록 구동되는 락킹부 및 변속단 및 브레이크 페달의 동작 여부에 따라 상기 압전 리니어 액츄에이터에 전압을 인가하는 제어부를 포함한다.
이 때, 상기 압전 리니어 액츄에이터는 적어도 하나의 압전 기판, 상기 압전 기판이 부착된 진동 기판, 상기 진동 기판 또는 압전 기판 상에 고정되는 이동축 및 상기 이동축을 따라 직선 왕복 이동하도록 구비된 이동체를 포함하되, 상기 압전 기판의 변위에 연동되어 진동하는 상기 이동축과 상기 이동체의 마찰력보다 상기 이동체의 관성이 큰 경우, 상기 이동체가 상기 이동축을 따라 이동하고, 상기 제어부는 상기 압전 기판 양면에 설치된 전극에 전압을 인가할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 일축을 중심으로 회전하면서 특정 상태에서 변속 레버의 이동을 차단하는 스토퍼를 동작시키기 위하여 무소음의 압전 리니어 액츄에이터를 사용함으로써, 기존에 시프트 락 작동 및 해제 시 솔레노이드의 동작에 의하여 발생하던 소음을 제거할 수 있다. 또한, 상기 압전 리니어 액츄에이터는 빠른 응답 속도를 갖고, 강한 출력을 내며 정밀 위치 제어가 가능하므로 시프트 락 기능을 더 견고하고 정확하게 수행할 수 있으며, 본 발명의 압전 리니어 액츄에이터는 기존의 솔레노이드와 달리 시프트 락의 온, 오프 상태 변경 시에만 전압이 인가되면 되기 때문에 기존의 솔레노이드 방식에 비해 전력 소모가 적은 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속기의 시프트 락 장치가 포함하는 압전 리니어 액츄에이터 및 락킹부의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속기의 시프트 락 장치가 포함하는 압전 리니어 액츄에이터 및 락킹부의 동작을 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 리니어 액츄에이터가 포함하는 압전 기판 및 진동 기판의 굴곡 변형 원리를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 리니어 액츄에이터에 인가되는 전압의 형상을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 리니어 액츄에이터의 작동 원리를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 리턴 스프링을 일측에 구비하는 압전 리니어 액츄에이터를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속기의 시프트 락 장치의 구성 및 동작을 도1 내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속기의 시프트 락 장치가 포함하는 압전 리니어 액츄에이터(100) 및 락킹부를 도시하고 있으며, 도 2 및 도 3은 도 1의 실시예에 따른 압전 리니어 액츄에이터(100) 및 락킹부의 동작을 도시하고 있다.
락킹부는 압전 리니어 액츄에이터(100)에 의해 변속 레버의 이동을 차단하도록 구동된다. 구체적으로, 락킹부는 압전 리니어 액츄에이터(100)에 의해 직선 왕복 이동하는 푸시 암(210) 및 일단이 상기 푸시 암(210)과 힌지 결합하고, 다른 일부가 변속 레버 하우징에 회동 가능하게 고정되어 푸시 암(210)의 이동에 의해 상기 일부를 중심으로 회동하는 스토퍼(220)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 푸시 암(210)은 압전 리니어 액츄에이터(100) 내에서 직선 이동하는 이동부에 연결되어 상기 이동부와 함께 전후로 직선 운동할 수 있으며, 스토퍼(220)는 그 일단이 푸시 암(210)과 힌지 결합하고 다른 일부에서 고정축(230)을 통해 변속 레버 하우징에 회동 가능하게 고정될 수 있다. 스토퍼(220)는, 자유로운 움직임이 허용되어야만 잠금 상태가 해제되는 구성 요소, 예를 들어 락 핀(lock pin), 의 움직임을 차단하거나 허용함으로써 변속 레버를 잠그거나 잠금을 해제한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 압전 리니어 액츄에이터(100)에 의해서 푸시 암(210)이 후퇴한 경우 푸시 암(210)과 힌지 결합된 스토퍼(220)의 일단이 잡아당겨져 스토퍼(220)가 상기 고정축(230)을 중심으로 시계 방향으로 회동하여 도 2의 상태를 이룬다. 반대로, 압전 리니어 액츄에이터(100)에 의해서 푸시 암(210)이 전진한 경우에는, 푸시 암(210)과 힌지 결합된 스토퍼(220)의 일단이 밀려 스토퍼(220)가 상기 고정축(230)을 중심으로 시계 반대 방향으로 회동하여 도 3에 도시된 것과 같은 상태를 이룬다.
스토퍼(220)는 압전 리니어 액츄에이터(100)가 도 2에 도시된 바와 같이 후퇴한 경우, 또는 도 3에 도시된 바와 같이 전진한 경우 중 어느 하나의 경우에 스토퍼(220)가 전자식 변속기의 이동을 차단하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 변속단이 P인 경우 락 핀(lock pin)이 삽입되는 홈이 도 2에 도시된 바와 같이 후퇴한 푸쉬 암에 대응되는 상태의 스토퍼(220) 상부에 위치하도록 상기 홈 및 락 핀이 수직 상태의 스토퍼(220) 상부에 구비되는 경우, 스토퍼(220)가 도 2의 상태일 때 락 핀의 이동을 차단함으로써 변속 레버를 잠글 수 있다. 상기 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우 압전 리니어 액츄에이터(100)가 전진함에 따라 스토퍼(220)가 고정축(230)을 기준으로 시계 반대 방향으로 회동하면서 락 핀의 이동이 허용되어 잠금을 해제될 수 있다.
이와는 달리, 변속단이 P인 경우 락 핀(lock pin)이 삽입되는 홈이 도 3에 도시된 바와 같이 전진한 푸쉬 암에 대응된 상태의 스토퍼(220) 상부에 위치하도록 상기 홈 및 락 핀이 좌측으로 약간 기운 스토퍼(220) 상부에 구비되는 경우, 스토퍼(220)가 도 3의 상태일 때 락 핀의 이동을 차단함으로써 변속 레버를 잠글 수 있다. 전술된 실시예에서와는 반대로, 본 실시예의 경우 운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우 압전 리니어 액츄에이터(100)가 후퇴하면서 스토퍼(220)가 고정축(230)을 기준으로 시계 방향으로 회동하면서 락 핀의 이동을 허용하여 잠금이 해제될 수 있다.
전술된 실시예들은 본 발명의 일부만을 포함하며, 실질적으로 변속 레버를 잠그는 기계적인 메커니즘 또는 구성이 어떠하든, 상기 변속 레버를 잠그는 시프트 락 장치의 온 상태 및 오프 상태를 전환하기 위하여 아래 서술되는 압전 리니어 액츄에이터(100)를 사용한다면 본 발명에 포함됨이 당업자에게 자명할 것이다.
본 실시예에 따른 전자식 변속기의 시프트 락 장치는 상기 압전 리니어 액츄에이터(100)를 제어함으로써 본 발명의 시프트 락 장치의 온 상태 및 오프 상태를 전환하는 제어부를 더 포함한다. 상기 제어부는 변속 레버가 위치하는 변속단과 브레이크 페달의 동작 여부에 따라 압전 리니어 액츄에이터(100)에 전압을 인가한다. 상기 제어부는 차량의 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있으며, 상기 제어부는 변속 레버가 P단에 위치할 때 압전 리니어 액츄에이터(100)에 연결된 락킹부가 변속 레버의 이동을 차단하도록 압전 리니어 액츄에이터(100)가 구동하도록 하며, 변속 레버가 P단에 위치하면서 브레이크 페달이 동작하는 경우 상기 락킹부가 상기 차단을 해제하도록 압전 리니어 액츄에이터(100)가 구동하도록 상기 압전 리니어 액츄에이터(100)를 제어한다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속기의 시프트 락 장치가 포함하는 압전 리니어 액츄에이터(100)의 구동 원리에 대하여 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 압전 리니어 액츄에이터(100)는 적어도 하나의 압전 기판(110), 상기 압전 기판(110)이 부착된 진동 기판(120), 상기 압전 기판(110) 또는 상기 진동 기판(120) 상에 고정되는 이동축(130) 및 상기 이동축(130)을 따라 직선 왕복 운동하도록 구비된 이동체(140)를 포함한다.
압전 기판(110)은 압전(piezo-electric) 효과를 가져 분극 방향과 전기장의 방향에 따라 수축 또는 팽창하는 기판이다. 압전 효과란 결정체가 압력을 받아 결정의 양면 간에 전위차를 발생시키거나 반대로 결정체에 전위가 인가될 때 기계적 변형을 일으키는 것을 말한다. 본 실시예에 따른 압전 리니어 액츄에이터(100)가 포함하는 압전 기판(110)은 단결정, 다결정 세라믹, 고분자 등의 재질로써 기판의 두께 방향으로 분극하여 사용될 수 있으며, 진동 기판(120)은 일정한 두께를 가지는 탄성체일 수 있다.
본 실시예 따른 압전 리니어 액츄에이터(100)는 압전 기판(110)이 단면(unimorph) 또는 양면(bimorph)로 부착된 진동 기판(120)을 포함할 수 있으며, 상기 압전 기판(110)에 전위를 인가 시 발생하는 상기 압전 기판(110) 및 진동 기판(120) 복합층의 수축 및 팽창 작용을 동력원으로써 이용한다.
도 4는 본 실시예에 따른 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)의 복합층이 굴곡 변형 원리를 도시한 것으로, (a)에서는 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)이 원판 형상을 가지고 압전 기판(110)이 단면(unimorph) 부착된 경우를 도시하고 있다. 압전 기판(110)의 분극 방향과 상기 압전 기판(110)에 걸리는 전위차에 의한 전기장의 방향이 다른 경우에는 압전 기판(110)의 넓이가 넓어지고 두께가 줄어드는 방향으로 변형이 발생하여 압전 기판(110)이 팽창하게 된다. 이 경우, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 압전 기판(110)이 진동 기판(120)의 상면에 부착된 경우 상기 압전 기판(110)의 팽창 작용에 의하여 진동 기판(120)이 위로 볼록한 굴곡을 가지도록 변형된다. 반면, 압전 기판(110)의 분극 방향과 상기 압전 기판(110)에 걸리는 전기장의 방향이 같은 경우에는 압전 기판(110)은 그 넓이가 좁아지고 두께가 늘어나도록 변형되어 수축하게 된다. 이 경우, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 압전 기판(110)의 수축 작용에 의하여 진동 기판(120)이 아래로 볼록한 굴곡을 가지도록 변형된다.
그 결과, 도 4(b)에서와 같은 변위 상태에 있다가 순간적으로 압전 기판(110)에 인가되는 전압의 전위차를 반대로 바꾸어 주면 도 4(c)와 같이 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)의 변위 상태가 바뀌게 된다. 더불어, 상기의 전위차 변경을 반복한다면 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)이 위아래로 연속하여 진동할 수 있다.
이동축(130)은 상기 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)의 복합층에 고정되는데, 상기 복합층의 최상층이 무엇이냐에 따라 압전 기판(110) 또는 진동 기판(120) 상에 고정된다. 이동축(130)은 상기 압전 기판(110) 또는 진동 기판(120)의 중앙부에 고정되는 것이 바람직하며, 압전 기판(110) 또는 진동 기판(120)의 중앙부에 이동축(130)이 삽입될 수 있는 홀을 형성하여 이동축(130)을 형성할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부는 압전 기판(110)에 전압을 인가함으로써 상기 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)의 복합층의 굴곡 변형을 발생시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 압전 기판(110)에 걸리는 전압이 전위차 변경을 반복한다면 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)이 위아래로 연속하여 진동할 수 있는 바, 본 발명의 압전 리니어 액츄에이터(100)에 인가되는 전압은 도 5에 도시된 것과 같은 그래프를 이룰 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부가 인가하는 전압은 제1 전압 값과 제2 전압 값 사이를 반복하며, 제1 전압과 제2 전압의 상대적인 전위차이에 의하여 전압 값이 제1 전압에서 제2 전압으로 변화할 때와 제2 전압에서 제1 전압으로 변화할 때 서로 반대 부호의 전위차를 갖게 된다. 그 결과, 예를 들어 압전 기판(110)에 인가되는 전압 값이 제1 전압에서 제2 전압으로 변화할 때 압전 기판(110)이 팽창한다면, 상기 전압 값이 제2 전압에서 제1 전압으로 변화할 때는 반대로 수축하게 된다. 그 결과, 도 5에 도시된 전압이 인가되는 경우 상기 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)은 위아래로 연속하여 진동할 수 있다.
본 실시예의 압전 리니어 액츄에이터(100)는 이동체(140)가 진동하는 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)에 고정된 이동축(130)을 따라 이동할 수 있게 하기 위하여 관성의 법칙을 이용한다. 즉, 압전 기판(110)의 변위에 연동되어 진동하는 이동축(130)과 이동체(140) 사이의 정지 마찰력보다 이동축(130)의 관성이 작은 경우 이동체(140)는 이동축(130)과 함께 이동하지만, 이동축(130)의 관성이 이동축(130)과 이동체(140) 사이의 정지 마찰력보다 큰 경우 이동체(140)는 정지한 채 이동축(130)만 이동하여 이동체(140)의 이동축(130) 상에서의 위치가 변화된다.
압전 기판(110)에 도 5에 도시된 것과 같은 전압이 인가되는 경우, 전술한 바와 같이 전압의 크기가 변화함에 따라 압전 기판(110)이 위 아래로 진동하면서 A 만큼의 변위를 형성하고, 그에 따라 상기 압전 기판(110)에 고정된 이동축(130) 역시 A의 변위를 가지며 선형 진동한다. 전압 값이 제1 전압에서 제2 전압으로 변화하는 구간(이하, 제1 구간)의 시간이 전압 값이 제2 전압에서 제1 전압으로 변화하는 구간(이하, 제2 구간)의 시간보다 길기 때문에, 제1 구간에서의 이동축(130)의 가속도가 제2 구간에서의 이동축(130)의 가속도보다 상대적으로 작다.
도 6은 도 5의 전압이 인가되는 경우의 압전 기판(110), 이동축(130) 및 이동체(140)의 동작을 도시하고 있다. 도 5의 a는 시작 단계로, 전압이 인가되기 전에 이동체(140)는 이동축(130)으로부터 S1 지점에 위치한다. 도 5의 a에서 b로 전압이 변화하면 도 6(b)에서와 같이 상기 전압에 따라 압전 기판(110)이 위로 굴곡되게 변형하는데, 이 때 변형이 천천히 발생하기 때문에 이동축(130)의 가속도가 작아 이동축(130)의 관성이 이동축(130)과 이동체(140) 사이의 정지 마찰력보다 작다. 따라서 이동체(140)가 이동축(130)과 함께 이동한다.
반면, 도 5의 b에서 c로 전압이 변화하면 압전 기판(110)은 도 6(c)와 같이 아래로 굴곡되게 변형하는데, 이 구간(제2 구간)에서는 변형이 빨리 발생하기 때문에 이동축(130)의 가속도가 커서 이동축(130)의 관성이 마찰력보다 커지게 된다. 그 결과 이동체(140)는 도 6(b)에 있던 위치에 정지한 채 이동축(130)만이 선형 변위 A만큼 후퇴하여, 이동체(140)는 이동축(130)으로부터 S2 지점에 위치하게 된다.
그 후, 다시 도 5의 c에서 d로 전압이 변화하면 도 6(d)에서와 같이 다시 위로 굴곡되게 변형하는데, 이 구간(제1 구간)에서의 이동축(130)의 관성은 이동축(130)과 이동체(140) 사이의 정지 마찰력보다 작아 이동체(140)가 이동축(130)과 함께 이동한다. 이후, 도 5의 d에서 e로 전압 변화 시 도 6(e)에 도시된 바와 같이 이동축(130)만 이동하여 이동축(130)으로부터 이동체(140)가 S3 지점에 위치하게 되고, 도 5의 e에서 f로 전압 변화 시 도 6(f)에 도시된 바와 같이 이동축(130)과 이동체(140)가 함께 이동한다.
전술된 동작이 반복됨으로써, 제1 구간이 제2 구간보다 길어 제1 구간에서의 이동축(130)의 관성이 상대적으로 작은 경우에는 이동체(140)가 이동축(130) 상에서 전진할 수 있다. 반대로, 제2 구가이 제1 구간보다 길도록 인가되는 전압의 형태가 바뀐다면, 이동축(130)이 후퇴하도록 압전 기판(110)이 변형되는 경우 이동체(140)가 이동축(130)과 함께 이동하여, 이동체(140)가 이동축(130) 상에서 후퇴할 수 있다.
본 발명의 제어부가 압전 리니어 액츄에이터(100)의 압전 기판(110)에 인가하는 전압은 전진 전압 및 후퇴 전압을 포함할 수 있으며, 전진 전압 및 상기 후퇴 전압은 제1 기간동안 제1 전압에서 제2 전압으로 변화하고 제2 기간동안 제2 전압에서 제1 전압으로 변화하되, 상기 전진 전압의 상기 제1 기간은 상기 제2 기간보다 길고, 상기 후퇴 전압의 상기 제2 기간은 상기 제1 기간보다 길 수 있다. 이 때, 전진 전압 및 후퇴 전압은 압전 기판(110)을 제1 기간동안 위로 볼록하도록 변형시키고 제2 기간동안 아래로 볼록하도록 변형시키도록 구성되어, 전진 전압이 인가되는 경우 제1 기간 동안 이동체(140)가 이동축(130) 상에서 전진하고, 후퇴 전압이 인가되는 경우 제2 기간 동안 이동체(140)가 이동축(130) 상에서 후퇴할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속기의 시프트락 장치가 포함하는 압전 리니어 액츄에이터(100)는 복수의 이동축(130) 및 적어도 하나의 이동체(140)를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 이동축(130)은 각각 상이한 진동 기판(120) 또는 압전 기판(110) 상에 고정될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예는 두 개의 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)의 복합층을 포함하며, 전압을 인가하기 위해 각각의 복합층에 연결된 도선(150)을 포함한다. 상기 두 개의 복합층 상에는 각각 이동축(130)이 고정되어 있으며, 상기 두 개의 이동축(130)이 하나의 이동체(140)를 동시에 관통한다. 압전 기판(110) 및 진동 기판(120)의 복합층과 이동축(130)이 복수인 경우 더 큰 동력을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 변속기의 시프트락 장치가 포함하는 락킹부의 푸시 암(210)은 압전 액츄에이터의 이동체(140)에 고정되어 상기 이동체(140)가 전진 및 후퇴함에 따라 함께 전진 및 후퇴하여 스토퍼(220)를 작동시킬 수 있다. 전술된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 푸시 암(210)이 전진한 경우 스토퍼(220)가 변속 레버의 이동을 차단할 수 있고, 또 다른 실시예에 따르면 푸시 암(210)이 후퇴한 경우 스토퍼(220)가 변속 레버의 이동을 차단할 수 있다.
한편, 제어부가 전압을 인가함으로써 압전 리니어 액츄에이터(100)의 전진 및 후퇴 동작을 모두 구현하는 경우, 전술한 바와 같이 제어부가 인가하는 전압은 전진 전압 및 후진 전압을 포함할 수 있는데, 이 때 푸시 암(210)이 전진한 경우 스토퍼(220)가 변속 레버의 이동을 차단하도록 시프트 락 장치가 구성되는 경우 제어부는 변속단이 파킹 또는 중립이며 브레이크 페달이 동작하지 않는 경우 전진 전압을 인가하여 변속 레버를 잠그고, 브레이크 페달이 동작하는 경우 후퇴 전압을 인가하여 변속 레버의 잠금을 해제할 수 있다.
반대로, 푸시 암(210)이 후퇴한 경우 스토퍼(220)가 변속 레버의 이동을 차단하도록 시프트 락 장치가 구성되는 경우 제어부는 변속단이 파킹 또는 중립이며 브레이크 페달이 동작하는 않는 경우 후퇴 전압을 인가하여 변속 레버를 잠그고, 브레이크 페달이 동작하는 경우 후퇴 전압을 인가하여 변속 레버의 잠금을 해제할 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제어부가 전압을 인가함으로써 압전 리니어 액츄에이터(100)의 전진 또는 후퇴 동작 중 어느 하나만이 구현되고, 별도의 탄성 부재의 탄성 복원력을 통해 반대 동작이 구현될 수 있다. 이를 위하여 제어부가 인가하는 전압은 제1 기간 동안 제1 전압에서 제2 전압으로 변화하고 제2 기간 동안 제2 전압에서 제1 전압으로 변화하되, 상기 제1 기간이 상기 제2 기간보다 길며, 상기 압전 리니어 액츄에이터(100)는 상기 푸시 암(210)을 원위치로 복귀시키도록 상기 압전 리니어 액츄에이터(100)의 일측에 구비되는 리턴 스프링(310)을 더 포함할 수 있다.
이 때, 압전 기판(110)에 인가되는 전압이 제1 전압에서 제2 전압으로 변화할 때 압전 기판(110)이 위로 볼록하게 변형되도록 전압이 구성되는 경우, 상기 제1 기간 동안 이동체(140)가 이동축(130)을 따라 전진할 수 있으며, 이 때 압전 기판(110)의 동작에 의해 전진한 이동체(140)를 후퇴시키기 위해 도 7에 도시된 바와 같이 이동체(140)의 전방과 압전 리니어 액츄에이터(100)의 하우징 사이에 스프링(310)이 구비될 수 있다.
도 7의 실시예에 따른 압전 리니어 액츄에이터(100)를 포함한 시프트 락 장치가 푸시 암(210)이 후퇴한 경우 스토퍼(220)가 변속 레버의 이동을 차단하도록 구성되는 경우, 제어부는 변속단이 파킹 또는 중립이되 브레이크 페달이 동작하지 않는 경우에는 상기 전압을 인가하지 않음으로써 스프링(310)에 의해 푸시 암(210)이 후퇴하게 하여 변속 레버의 이동을 차단하고, 브레이크 페달이 동작하는 경우에만 상기 전압을 인가하여 변속 레버 이동 차단을 해제할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 압전 기판(110)에 인가되는 전압이 제1 전압에서 제2 전압으로 변화할 때 압전 기판(110)이 아래로 볼록하게 변형되도록 전압이 구성되는 경우에는 상기 제1 기간 동안 이동체(140)가 이동축(130)을 따라 후퇴할 수 있다. 상기 압전 기판(110)의 동작에 의해 후퇴한 이동체(140)를 전진하게 하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 이동체(140)와 압전 기판(110) 측 압전 리니어 액츄에이터(100)의 하우징 사이에 스프링(310)이 구비될 수 있다.
도 8의 실시예에 따른 압전 리니어 액츄에이터(100)를 포함한 시프트 락 장치가 푸시 암(210)이 전진한 경우 스토퍼(220)가 변속 레버의 이동을 차단하도록 구성되는 경우, 제어부는 변속단이 파킹 또는 중립이되 브레이크 페달이 동작하지 않는 경우에는 상기 전압을 인가하지 않음으로써 스프링(310)에 의해 푸시 암(210)이 전진하게 하여 변속 레버의 이동을 차단하고, 브레이크 페달이 동작하는 경우에만 상기 전압을 인가하여 변속 레버 이동 차단을 해제할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 실시예와 같이, 본 발명에 따른 압전 리니어 액츄에이터(100)가 이동체(140)의 양 이동 방향 중 일 방향으로의 이동이 전압을 인가하지 않고 스프링(310)의 탄성력에 의하도록 구성되는 경우, 시프트 락 장치가 작동하는 경우 또는 해제되는 경우 중 어느 한 경우에만 전압을 인가함으로써 전력 소모를 줄일 수 있다. 즉, 스프링(310)이 구비되지 않은 경우에는 시프트 락 장치가 작동하는 경우 및 해제되는 경우 모두 전압이 인가되어야 하지만, 스프링(310)이 구비되는 경우에는 스프링(310)의 위치에 따라 둘 중 어느 한 경우에만 전압을 인가하여 압전 효과를 통해 이동체(140)를 이동시키고, 나머지 한 경우에는 스프링(310)의 탄성력을 통해 이동체(140)를 원상 복귀시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 압전 리니어 액츄에이터 110: 압전 기판
120: 진동 기판 130: 이동축
140: 이동체 210: 푸시 암
220: 스토퍼 310: 스프링

Claims (15)

  1. 압전 리니어 액츄에이터;
    상기 압전 리니어 액츄에이터가 활성화 됨에 따라 제공되는 선형 변위에 의해 변속 레버의 이동을 차단하도록 구성되는 락킹부; 및
    변속단 및 브레이크 페달의 동작 여부에 따라 상기 압전 리니어 액츄에이터에 구동 전압을 인가하는 제어부를 포함하며,
    상기 락킹부는
    상기 압전 리니어 액츄에이터에 의해 직선 왕복 이동하는 푸시 암; 및
    일단이 상기 푸시 암과 힌지 결합하고, 다른 일부가 변속 레버 하우징에 회동 가능하게 고정되어 상기 푸시 암의 이동에 의해 상기 일부를 중심으로 회동하는 스토퍼를 포함하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압전 리니어 액츄에이터는,
    적어도 하나의 압전 기판;
    상기 압전 기판이 부착된 진동 기판;
    상기 압전 기판 또는 상기 진동 기판 상에 고정되는 이동축; 및
    상기 이동축을 따라 직선 왕복 운동하도록 구비되어 상기 푸시 암을 직선 왕복 이동시키는 이동체를 포함하되,
    상기 압전 기판의 변위에 연동되어 진동하는 상기 이동축과 상기 이동체 사이의 마찰력보다 상기 이동축의 관성이 작은 경우, 상기 이동체가 상기 이동축과 함께 이동하고,
    상기 제어부는 상기 압전 기판에 상기 구동 전압을 인가하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  3. 압전 리니어 액츄에이터;
    상기 압전 리니어 액츄에이터가 활성화 됨에 따라 제공되는 선형 변위에 의해 변속 레버의 이동을 차단하도록 구성되는 락킹부; 및
    변속단 및 브레이크 페달의 동작 여부에 따라 상기 압전 리니어 액츄에이터에 구동 전압을 인가하는 제어부를 포함하며,
    상기 압전 리니어 액츄에이터는
    적어도 하나의 압전 기판;
    상기 압전 기판이 부착된 진동 기판;
    상기 압전 기판 또는 상기 진동 기판 상에 고정되는 이동축; 및
    상기 이동축을 따라 직선 왕복 운동하도록 구비된 이동체를 포함하되,
    상기 압전 기판의 변위에 연동되어 진동하는 상기 이동축과 상기 이동체 사이의 마찰력보다 상기 이동축의 관성이 작은 경우, 상기 이동체가 상기 이동축과 함께 이동하고,
    상기 제어부는 상기 압전 기판에 상기 구동 전압을 인가하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압전 리니어 액츄에이터는 복수의 상기 이동축 및 적어도 하나의 상기 이동체를 포함하며,
    상기 복수의 이동축은 각각 상이한 진동 기판 또는 압전 기판 상에 고정되는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 압전 기판은 상기 진동 기판의 일면 또는 양면에 부착되는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 락킹부는, 상기 이동체에 고정되어 상기 이동체와 함께 직선 왕복 이동하는 푸시 암을 포함하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 전압은 전진 전압 및 후퇴 전압을 포함하며
    상기 전진 전압 및 상기 후퇴 전압은 제1 기간동안 제1 전압에서 제2 전압으로 변화하고 제2 기간동안 제2 전압에서 제1 전압으로 변화하되,
    상기 전진 전압의 상기 제1 기간은 상기 제2 기간보다 길고,
    상기 후퇴 전압의 상기 제2 기간은 상기 제1 기간보다 긴 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전진 전압이 인가되는 경우 상기 제1 기간동안 상기 이동체가 상기 이동축 상에서 전진하고,
    상기 후퇴 전압이 인가되는 경우 상기 제2 기간동안 상기 이동체가 상기 이동축 상에서 후퇴하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 변속단이 파킹 또는 중립이며 상기 브레이크 페달이 동작하지 않는 경우 상기 전진 전압을 인가하고,
    상기 변속단이 파킹 또는 중립이며 상기 브레이크 페달이 동작하는 경우 상기 후퇴 전압을 인가하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 변속단이 파킹 또는 중립이며 상기 브레이크 페달이 동작하지 않는 경우 상기 후퇴 전압을 인가하고,
    상기 변속단이 파킹 또는 중립이며 상기 브레이크 페달이 동작하는 경우 상기 전진 전압을 인가하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 전압은 제1 기간동안 제1 전압에서 제2 전압으로 변화하고 제2 기간동안 제2 전압에서 제1 전압으로 변화하되, 상기 제1 기간이 상기 제2 기간보다 길며,
    상기 압전 리니어 액츄에이터는 상기 락킹부를 원위치로 복귀시키도록 상기 압전 리니어 액츄에이터의 일측에 구비되는 리턴 스프링을 더 포함하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 기간동안 상기 이동체가 상기 이동축을 따라 전진하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 변속단이 파킹 또는 중립이며 상기 브레이크 페달이 동작하는 경우 상기 구동 전압을 인가하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 기간동안 상기 이동체가 상기 이동축을 따라 후퇴하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 변속단이 파킹 또는 중립이며 상기 브레이크 페달이 동작하는 경우 상기 구동 전압을 인가하는 전자식 변속기의 시프트 락 장치.
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