KR101496125B1 - Ｃｖｔ 제어 시스템 - Google Patents

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크리스토퍼 존 그린우드
로버드 앤드류 올리버
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토로트랙 (디벨로프먼트) 리미티드
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Abstract

본 발명은 멀티-레짐 가변 변속기의 제어를 위한 간단한 기계적인 장치에 관한 것이다. 해당 변속기는 베리에이터(10)와, 로우 레짐 클러치(CL) 및 하이 레짐 클러치(CH)를 포함하는 기어 장치(gearing arrangement)를 포함한다. 로우 레짐 클러치와의 맞물림에 의하여 변속기는 로우 레짐에 놓여진다. 하이 레짐 클러치와의 맞물림에 의하여 변속기는 하이 레짐에 놓여진다. 제어 시스템은 (레버와 같은) 제어부를 포함하는데, 상기 제어부는 로우 비율 말단으로부터 하이 비율 말단으로 제어 경로를 따라서 사용자에 의해 이동가능하다. 제어부의 위치는 베리에이터 ㅂ비율과 변속비를 가리킨다. 시스템은 또한 상기 제어부가 상기 경로의 상기 로우 비율 말단과 로우 클러치 천이점 사이에 위치할 때 상기 로우 레짐 클러치와 맞물리고, 상기 제어부가 상기 로우 클러치 천이점과 상기 경로의 상기 하이 비율 말단 사이에 위치할 때 상기 로우 레짐 클러치를 릴리스하는 로우 레짐 클러치 제어 장치를 포함한다. 또한, 상기 제어부가 상기 경로의 상기 로우 비율 말단과 하이 클러치 천이점 사이에 위치할 때 상기 하이 레짐 클러치를 릴리스하고, 상기 제어부가 상기 하이 클러치 천이점과 상기 경로의 상기 하이 비율 말단 사이에 위치할 때 상기 하이 레짐 클러치와 맞물리는 하이 레짐 클러치 제어 장치를 포함한다. 이런 방식으로 레짐 변화시 요구되는 변속비 변화 및 클러티 변화를 관리하는 기계 장치가 제공될 수 있다.

Description

ＣＶＴ 제어 시스템{ＣＶＴ CONTROL SYSTEM}
본 발명은 멀티-레짐 연속 가변 변속기(multi-regime continuously variable transmission)("ＣＶＴ")의 제어에 관한 것이다.
CVT는 전형적으로 베리에이터(variator)를 포함한다. 본 명세서에서 용어 "베리에이터"는 회전 입력(rotary input) 및 회전 출력(rotary output)을 가지고, 단계적이지 않게 변화할 수 있는 구동비(drive ratio: 입력 속도에 대한 출력 속도의 비)로 드라이브를 하나로부터 다른 하나로 트랜스퍼하는 장치를 지칭하기 위해서 사용된다. 전부는 아닐지라도 대부분의 베리에이터들은 드라이브의 트랜스퍼에 참여하는 몇몇 이동가능한 토크 트랜스퍼부를 포함하고, 그 위치는 베리에이터 비율에 상응한다. 도넛형 레이스, 롤링 견인 유형(toroidal race, rolling traction type) 베리에이터의 잘 알려진 경우에, 롤러들이 이동가능한 토크 트랜스퍼부들로서의 역할을 한다. 상기 롤러들은 드라이브를 하나의 도넛형으로 홈이 파인 레이스로부터 다른 레이스로 전달하고, 그들의 움직임은 베리에이터 구동비의 변화와 연계되는 롤러 경사의 변화를 수반한다. 이동가능한 토크 트랜스퍼부의 위치에 영 향을 미쳐서 베리에이터 구동비에 영향을 미치기 위해서 상기 이동가능한 토크 트랜스퍼부에 힘을 가한다. 이런 방식으로 베리에이터가 제어된다.
CVT들은 종종 둘 이상의 레짐들 사이에서 선택을 위한 몇몇 클러치들 장치(이것은 몇몇 실시예들에서 브레이크들로서 간단히 형성될 수 있다)를 포함하고, 이로써 변속비들의 이용가능한 범위를 확장한다.
CVT들의 제어는 전형적으로 정교한 전자 제어기에 의해 행해진다.
본 발명의 목적은 CVT에 있어서 베리에이터 비율 및 레짐의 조율된(coordinated) 제어를 제공하기 위한 간단한 시스템을 제공하는 것이다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 특정한 실시예들을 단지 예시적으로 설명할 것이다:
도 1a 및 도 1b는 본 발명을 실행하는 데 있어서의 사용에 적합한 베리에이터의 개략도들인데, 도 1a에서는 단순화를 위하여 특정한 구성 요소들을 도시하지 않았으며, 도 1a는 반경 방향을 따라서 바라본 도면이고, 도 1b는 사시도이다;
도 2a 및 도 2b는 본 발명을 실행하는 데 있어서의 사용에 적합한 CVT의 개략도들이다;
도 3a은 본 발명을 구체화하는 베리에이터 제어 시스템의 개략도이다;
도 3b 및 도 3c는 두 서로 다른 상태들에서 시스템의 레짐 제어 밸브들을 나타낸다;
도 3d 및 도 3e는 두 서로 다른 상태들에서 시스템의 중립 릴리스 밸브(neutral release valve)를 나타낸다; 그리고
도 4는 비율 제어 밸브와 시스템의 연관된 구성 요소들을 보다 상세히 나타낸다.
베리에이터
도 1a 및 도 1b는 잘 알려진 도넛형 레이스, 롤링 견인 유형의 베리에이터(10)를 나타낸다. 본 발명은 이러한 유형의 베리에이터를 사용하는 CVT와 연관되어 개발되었고, 특히 이러한 목적에 잘 부합하지만, 원칙적으로 다른 유형의 베리에이터들에서도 사용될 수 있다.
베리에이터(10)는 동축으로 장착된 입력 및 출력 레이스들(12, 14, 12' 14')과 반-도넛형(semi-toroidally)으로 홈이 파인 인접한 면들(6, 8)을 포함하고, 롤러들(18, 18')의 형태인 이동가능한 토크 트랜스퍼부들을 포함하면서 대체로 도넛형인 캐비티들( 16, 16')을 정의한다. 베리에이터는 전형적으로 원주상으로 간격을 두고 각각의 캐비티(16, 16')의 둘레에 배치된 두 개의 또는 세 개의 이러한 롤러들을 구비한다. 각각의 롤러(18)는 개개의 레이스들(12, 14)의 면들(6, 8) 상을 굴러서, 드라이브를 하나로부터 다른 하나로 전달하는 역할을 한다. 롤러(18)는 레이스들(12, 14)의 공통 축(20)을 중심으로 원주 방향을 따라서 역방향 및 순방향으로(back and forth) 이동할 수 있다. 또한 프로세싱될 수 있다. 다시 말해서, 롤러의 축이 회전하여서 디스크 축에 대한 롤러 축의 경사를 바꿀 수 있다. 도시된 예에서, 이들 움직임들은 대(stem)(24)에 의해서 액추에이터(28)의 피스톤(26)에 커플링된 캐리어(22)에 롤러(18)가 회전가능하게 장착되어서 제공된다. 피스톤(26)의 중심으로부터 롤러(18)의 중심까지의 선은 세차 축(precession axis)을 구성하고 상기 세차 축을 중심으로 전체 조립체가 회전할 수 있다. 롤러의 세차 운동(precession)에 의해서 롤러가 레이스들(12, 14) 상에서 밟아가는 경로들의 반경의 변화가 결과되고 이로써 베리에이터 구동비의 변화가 결과된다.
이 예에서 세차 축(19)이 공통 축(20)에 수직한 면에 정확히 놓이지 아니하고 대신 이 면에 기울어져 있음을 주목해야 한다. 경사각을 도면에서 CA로 라벨링하였으며, 이는 "캐스터 각(castor angle)"으로 알려져 있다. 롤러가 순방향 및 역방향으로 움직임에 따라서, 공통 축(20) 상을 중심으로 하는 원형 경로를 뒤따른다. 또한 롤러에 대한 레이스들(12, 14)의 작용이 롤러 축이 공통 축(20)과 교차하는 경사를 이루면서 그것을 유지하려는 조향 모멘트(steering moment)를 생성한다. 원형 경로를 따라서 롤러가 순방향으로 및 역방향으로 움직임에도 불구하고 캐스터 각 덕분에 축들의 이러한 교차가 유지될 수 있다. 또한 롤러가 그 경로를 따라 움직임에 따라서, 그것이 세차 운동을 하여서 축들의 교차를 유지하도록 하면서, 레이스들의 작용에 의해서 그것이 조향된다. 그 결과 그 경로를 따르는 롤러의 위치가 특정한 롤러 경사에 상응하고 이로써 특정한 베리에이터 구동비에 상응 한다.
액추에이터(28)는 공급 라인들(S1, S2)을 거치는 반대되는 유압(hydraulic fluid pressure)들을 받는다. 따라서 액추에이터(28)에 의해 생성된 힘은 롤러가 공통 축(20)을 중심으로 원형 경로를 따르도록 강요하고, 평형 상태(equilibrium)에서 레이스들(12, 14)이 롤러에 가하는 힘들에 의해서 평형을 이룬다. 레이스들에 의해 가해지는 힘은 베리에이터 레이스들에 외부적으로 가해지는 토크들의 합에 비례한다. 베리에이터 입력 토크와 베리에이터 출력 토크의 합은 배리에이터들의 장착물들에 반작용되어야 하는 순 토크(net torque)이고 이를 반작용 토크로서 지칭한다.
변속기
도 2a 및 도 2b는 본 발명을 실행하기에 적합한 2 레짐 변속기의 일 예를 매우 스타일리쉬한 형태로 나타냈다. 서로 다른 유형들의 수많은 멀티-레짐이 본 발명이 속한 기술 분야에 알려져 있으며, 이들 중의 다수가 본 발명을 실행하는 데에 사용될 수 있다. 따라서 변속기의 상세한 구성들을 설명할 것이지만, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되어서는 아니된다.
도면들에서 예시적으로 내연 기관으로 형성된 회전 동력원을 ENG로 표기하였고, 이 회전 동력원은 베리에이터(10)의 입력 레이스들(12, 12')을 구동한다. 변속기는 베리에이터의 베리에이터 출력 레이스들(14, 14')에 커플링된 썬 기어(S)와, 기어열(G)을 통해 엔진에 커플링된 유성 캐리어(PC)을 구비하는 주전원 의(epicyclic) "션트" 기어열(E)을 포함한다. 도시된 실시예에서 이러한 커플링은 비록 체인(CHA)이지만, 다른 변속기들에서는 종종 베리에이터 출력으로부터의 동축 동력 인출 장치가 사용된다. 상기 캐리어(PC) 상에 장착된 유성 기어들(P)은 환형 출력 기어(A)를 구동하고 썬 기어(S)와 맞물린다. 구동되는 차량 바퀴를 W로 표시하였다.
하이 및 로우 레짐 클러치들(CH 및 CL)에 의해서 맞물릴 수 있는 하이 및 로우 레짐들에서 도시된 변속기가 작동가능하다. 로우 레짐 클러치(CL)가 맞물리면, 션트(E)의 출력 기어(A)는 차량 바퀴들에 커플링된다. 출력 기어(A)의 속도는 (엔진 속도의 배수인) 유성 캐리어(PC)의 속도와 (베리에이터 비율에 따라서 달라지는) 썬(S)의 속도 양자에 의해서 결정됨을 주목해야 한다. 특정한 베리에이터 비율("기어 중립비(geared neutral ratio)")에서 이들 속도들은 서로를 상쇄하고 결과적으로 츨력 기어(A)는 정적이다. 움직이는 엔진에 기계적으로 커플링됨에도 불구하고 그 출력이 정적이기에, 이러한 조건에서 변속기는 무한한 속도 감소를 효과적으로 제공한다. 이 조건을 "기어 중립(geared neutral)"라고 지칭한다. 변속기가 로우 레짐에 있는 동안 단지 베리에이터 비율을 조정함으로써, - 순방향 및 역방향 차량 이동을 제공하면서- 기어 중립의 양쪽에서 변속비들의 범위를 얻을 수 있다.
로우 레짐 클러치(CL)와의 연결을 떼어내고 하이 레짐 클러치(CH)를 맞물림으로써 하이 레짐에 변속기를 둘 수 있어서, 증가된 범위의 순방향 구동비들을 이 용할 수 있다. 이 조건에서 도 2b에 보여지는 구성요소들은 단지 엔진과 바퀴들 사이의 동력 흐름 경로에 있다. 동력 인출 장치(CHA)와 하이 레짐 클러치(CH)를 거쳐서 베리에이터 출력이 바퀴들(W)에 커플링된다. 기어 중립은 하이 레짐에서는 이용가능하지 않다.
베리에이터 비율과 변속비(전달 입력 속도에 대한 전달 출력 속도의 비) 사이의 관계는 두 레짐들에서 다르다. 하이 레짐에서, 증가하는 베리에이터 비율에 의해서 전체적인 변속비가 증가한다. 로우 레짐에서, 증가하는 베리에이터 비율에 의해서 전체적인 변속비가 감소한다. 베리에이터 제어에 있어서 이 점을 고려해야만 한다.
베리에이터 비율 범위의 일 극단인 몇몇 베리에이터 비율("동기화 비율(synchronous ratio)")에서 하이 및 로우 레짐들이 동일한 변속비를 결과하도록, 기어 비율들이 선택된다. 레짐 변화들은 동기화 비율에서 매끄럽게 수행되는데, 이러한 천이가 전체적으로 변속기에 의해 제공되는 비율의 어떤 변화도 제공하지 않기 때문이다.
사용자 작동가능한 제어들
이하 도 3을 참조하여 본 발명을 구체화하는 제어 시스템을 설명한다. 제어 시스템은 (a) 베리에이터에 가해지는 제어 유압들과 이로써 베리에이터 비율의 조율된 제어를 수행하는 역할을 하고, (b) 하이 및 로우 레짐 클러치들(CH 및 CL)에 가해지는 제어 유압들의 조율된 제어를 수행하는 역할을 한다.
운전자의 주요 제어는 사용자 작동가능부(50), 즉 제어부에 의해 형성되는데, 이것은 본 실시예에서 핸드 레버로서 형성되고 이하 핸드 레버로서 지칭되지만, 다른 형태를 취할 수도 있다. 핸드 레버(50)는 도 3에서 지면에 수직한 제1 축(52)을 중심으로 앞뒤로(fore-and-aft) 이동가능하고, 지면에 놓인 제2 축(54)을 중심으로 가로로(laterally) 이동가능하다. 레버의 움직임과 관련하여 단지 편의상 용어 "앞뒤(fore-and-aft)" 및 "가로(lateral)"를 사용하지만, 차량에 대한 레버의 이동 방향들을 반드시 반영한 것은 아니다. 안내 플레이트(58)에 형성된 슬롯(56)에 맞물려서 핸드 레버(50)의 움직임이 구속된다. 슬롯은 이하 로우 레짐 존(60)으로서 지칭될 제1 앞뒤 연장 부분과, 하이 레짐 존(62)으로서 지칭될 제2 앞뒤 연장 부분과, 게이트(64)에 관하여 지칭될 로우 레짐 존으로부터 하이 레짐 존으로 가로로 연장하는 부분을 포함한다. 또한 로우 레짐 영역을 따르는 미드-웨이(mid-way)는 중립 존(66)으로서 지칭될 가로 가지(lateral branch)이다.
핸드 레버(50)를 움직여서, 운전자는 베리에이터(10) 및 클러치들(CH 및 CL) 양자에 대한 제어를 행한다. 본 실시예에서, 운전자는 단순히 핸드 레버(50)를 움직여서 기어 중립을 포함하는 전달 범위에서 어떤 비율을 얻을 수 있다.
그런데 시스템은 또한 본 실시예에서 토크 릴리스 페달(68)로서 형성된 사용자 동작가능한 토크 릴리스 제어기를 구비한다. 마찬가지로 이 페달은 예를 들어 핸드 동작가능한 레버와 같은 다른 형태들을 취할 수 있다. 토크 릴리스 페달(68) 의 기능은 자동차에서의 클러치 페달의 그것과 유사하다. 그것을 동작시켜서, 사용자는 효과적으로 엔진으로부터 전달 출력을 디커플링하고 타성으로 달리게 할 수 있다. 이하 이를 얻는 방식을 설명한다.
베리에이터 비율 제어
핸드 레버(50)를 앞뒤로 움직여서 베리에이터 비율-그리고 전체적으로 변속기에 의해 제공되는 구동비-를 조정한다. 맨 뒤 위치(70)로 핸드 레버(50)를 움직이면 베리에이터가 이용가능한 가장 큰 비율을 채택하게 되고, 전술한 션트 연동기의 효과에 의해서, 및 맞물린 로우 레짐 클러치(CL)에 의해서 전체적으로 변속이 최대 이용가능한 역방향 기어를 채택하게 된다. 이로서 차량이 역방향으로 이동하게 된다. 핸드 레버(50)가 전진되면, 베리에이터 비율이 감소되고 그 결과 전체적인 변속기의 역방향 기어 비율이 감소한다. 핸드 레버(50)가 중립 존(66)에 도달하면(도 3에서 도시된 위치), 변속기는 기어 중립에 놓이게 되고 다시 말해서 차량과 마찬가지로 그 출력이 정적이다. 핸드 레버(50)를 로우 레짐 존(60)을 따라서 더 전진하면, 베리에이터 비율이 계속해서 감소하게 되고, 그리고 핸드 레버(50)가 게이트(64)에 이를 때 베리에이터가 (전술한 바와 같이 동기화 비율인) 최소 비율에 있고 변속기가 로우 레짐에서 이용가능한 가장 큰 순방향 구동비에 있을 때까지 증가하는 순방향 구동비를 변속기가 제공하게 된다.
핸드 레버(50)를 더 전진시키려면, 게이트(64)를 가로질러 이동하여야 한다. 이것은 후술하는 바와 같이 로우에서 하이로의 레짐 변화를 변속이 겪도록 한다.
이어서 레버가 하이 레짐 존(62)을 따라서 전진함에 따라서, 베리에이터 비율이 증가하게 되고, 이제 하이 레짐 클러치(CH)가 맞물리고 로우 레짐 클러치(CL)와의 연결이 떼어져서, 이동의 순방향 종점(72)에서의 핸드 레버(50)에 의해서 최대 순방향 기어에 도달할 때까지, 전체적인 변속기의 구동비가 마찬가지로 증가하게 된다.
핸드 레버(50)는 수리역학적인 기구를 통해 베리에이터(10)를 제어하고, 상기 기구는 (a) 핸드 레버(50)의 위치를 필요한 베리에이터 비율을 나타내는 위치 신호로 변환하는 변환 기구와, (b) 실제 베리에이터 비율을 원하는 베리에이터 비율과 비교하고 상응하는 보정 신호를 제공하는 역할을 하는 비교기와, (c) 보정 신호를 수신하고 이에 응답하여 베리에이터에 보정력(corrective force)을 가하여 베리에이터가 원하는 비율을 채용하도록 강요하는 비율 제어기를 포함한다. 베리에이터가 변환 기구에 의해서 지시된 값을 채용하도록 비교기와 비율 제어기는 함께 베리에이터에 대한 폐루트 제어를 제공한다. 이하 이들 세 기능 유닛들의 물리적인 구성을 차례로 설명한다.
변환 기구는 캠(78)과 캠 공이(80)을 포함한다. 핸드 레버(50)가 앞뒤로 이동할 때 캠(78)은 제1 축(52)를 중심으로 회전하고, 이로써 캠 공이(78)사 변위된다. 캠 공이(80)의 위치는 원하는 베리에이터 비율을 나타낸는 기계적인 신호를 형성한다.
전술한 바와 같이, 두 레짐들에서 핸드 레버 위치와 원하는 베리에이터 사이의 관계가 다르기 때문에 변환 기구가 필요하다. 로우 레짐에서, 전진하는 핸드 레버(50)는 베리에이터 비율을 감소시킨다. 하이 레짐에서, 전진하는 핸드 레버(50)는 베리에이터 비율을 증가시킨다. 도 3에서 핸드 레버(50)를 점선으로 도시한 네 위치들(A 내지 D)로 나타내었다. 레버 위치(A 및 D)는 각각 (로우 레짐에서) 최대 역방향 변속비와 (하이 레짐에서) 최대 순방향 변속비를 나타낸다. 양자는 베리에이터가 최대 비율에 있을 것을 요하므로, 상응하는 캠 반경(a 및 d)는 동일하다. 도시된 실시예에서 이들은 최소 캠 반경이다. 레버 위치(C)는 기어 중립에 해당하고, 캠 반경(c)은 기어 중립 베리에이터 비율을 제공하도록 선택된다. 레버 위치(B)는 핸드 레버(50)가 게이트에 있을 때 얻어지고 베리에이터는 동기화 비율(synchronous ratio), 다시 말해서 최소로 이용가능한 값에 있다. 캠 반경(b)은 이것을 제공하도록 선택되고, 이 예에서 캠의 최대 반경이 된다.
이 실시예에서 비교기는 간단한 기계 장치이고 다시 말해서 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자는 이런 목적에 적합한 수많은 다른 장치들을 용이하게 고안해낼 수 있을 것이다. 비교기는 제1 단이 캠 공이(80)에 커플링되고 제2 단이 베리에이터(10)의 (도 3에서 84로 도식적으로 지칭한) 롤러들에 커플링된 비교기 바(82)를 사용한다. 도시된 예에서 88에 받침점(fulcrum)을 구비한 L자형 레버(86)에 의해서 캠 공이(80)가 비교기 바에 커플링된다. 이러한 레버의 일 단은 캠 공이(80)를 지탱한다. 다른 단은 와이어 연동기(wire linkage)(90)에 의해 비교기 바(82)에 연결된다. 스프링(92)은 와이어 연동기(90)가 장력을 받는 상태에 있도록 유지하고 또한 캠 공이(80)가 캠(78)에 받쳐지도록 강요하는 역할을 한다. 비교기 바의 중간점(94)는 이 실시예에서 비율 제어 밸브(96)의 형태를 취하는 비율 제어기에 커플링된다.
도 4는 비율 제어 밸브(96)를 나타내는데, 그 스풀은 로드(98)에 의해서 비교기 바의 중간점(94)에 연결된다. 비율 제어 밸브(96)의 유입 포트(100)는 펌프(102)에 연결되고 상기 유입 포트(100)에는 가압된 유체가 제공된다. 배출 포트(104)는 변속기의 집수공(sump)(106)에 이어진다. 공급 포트들(108 및 110)은 각각의 라인들(S1 및 S2)에 이어지고 이로써 베리에이터 롤러들을 제어하는 피스톤들(26)의 마주보는 쪽들(opposite sides)에 이어진다(이에 대해서는 도 1을 재참조). 밸브는 모든 포트들이 닫히는 중간 위치와, 라인(S1)이 펌프(102)에 연결되고 라인(S2)가 집수동(106)으로 비워지는 S1 공급 위치와, S1이 집수공(106)으로 비워지는 반면에 공급 라인(S2)가 펌프(102)로부터 가압되는 S2 공급 위치를 포함한다. 밸브의 응답은 비례적이다. 다시 말해서, 포트들이 열리는 정도는 스풀의 위치에 따라서 연속적으로 변한다.
(a) 핸드 레버(50)와 변환 기구를 통해 사용자가 지시한 비율과 (b) 실제 베리에이터 비율 사이에 불일치가 있을 때 어떤 일이 일어나는지를 생각해본다. 예시적인 목적으로, 도시한 바와 같이 비교기 바(82)의 제1 단이 오른쪽으로 움직이도록 핸드 레버(50)가 움직였기 때문에 불일치가 나타났다(이것은 원하는 값으로부터 상기 비율이 다소 벗어나는 것에 의해서도 동일하게 발생할 수 있다)고 가정한다. 비교기 바(82)의 제2 단이 정적이라고 가정하면, 바의 중간점은 비율 제어 밸 브(96)의 조정이 결과되도록 오른쪽으로 또한 움직하야 한다. 이런 방식으로 S1 및 S2에서의 압력들이 조정되어서 베리에이터 비율을 원하는 값으로 가져가게 되고, 이로써 원하는 비율이 얻어질 때까지 그리고 비율 제어 밸브(96)의 스풀이 중간 위치로 복원될 때까지 비교기 바의 제2 단의 왼쪽으로의 움직임이 결과된다. 그 결과 베리에이터 비율의 폐루프 제어가 제공된다.
레짐 제어
베리에이터 제어 시스템은 변속기의 클러치들(CH 및 CL)의 액추에이션을 관리해야 한다. 구체적으로:-
i. 핸드 레버(50)가 로우 레짐 존(60)에 있고 사용자가 변속기에의 연결을 풀지 않았을 때, 로우 레짐 클러치(CL)는 맞물려야 하고 하이 레짐 클러치(CH)는 연결이 풀린다;
ii. 핸드 레버(50)가 하이 레짐 존(62)에 있고 사용자가 변속기에의 연결을 풀지 않았을 때, 하이 레짐 클러치(CH)는 맞물려야 하고 로우 레짐 클러치(CL)는 연결이 풀린다; 그리고
iii. 변속기가 동기화 비율을 거쳐 이동함에 따라서, 로우 레짐 맞물림으로부터 하이 레짐 맞물림으로의 또는 반대로의 천이가 관리되어야 한다.
도 3에 도시된 실시예에서, 핸드 레버(50)의 이동 중에 로우 클러치 천이점(LCTP)으로 지칭될 점이 존재하는데, 이 점을 거쳐 이동하면, 로우 클러치의 상 태가 레버가 전진할 때는 맞물림으로부터 연결 풀림으로, 레버를 물릴 때에는 연결 풀림으로부터 맞물림으로 변한다. 또한 핸드 레버는 하이 클러치 천이점(HCTP)을 구비하는데, 이 점을 거쳐 이동하면, 하이 클러치의 상태가 레버가 전진할 때는 연결 풀림으로부터 맞물림으로, 레버를 물릴 때에는 맞물림으로부터 연결 풀림으로 변한다. LCTP 및 HCTP 양자는 기어 중립에 해당하는 핸드 레버 위치들에 있다. 그들은 원칙적으로 일치하여서 두 클러치들은 동시에 상태를 바꿀 것이지만, 현재의 실시예에서는 LCTP가 HCTP보다 더 전진한 레버 위치에 있다. 이로써 이전의(old) 클러치가 릴리스되기 전에 다가오는(oncoming) 클러치가 맞물린다. 이것은 레짐 변화가 동기화 비율에서 발생하기에 가능하다.
도시된 실시예에서 핸드 레버(50)가 게이트(64)를 가로질러 이동함에 따라서 레짐 변화가 발생한다. 그 결과 운전자가 레짐 변화 발생을 인식할 수 있고 이것은 바람직할 수 있다. 핸드 레버(50)의 가로 위치는, 스풀들이 핸드 레버(50)에 커플링되고 그 가로 움직임에 의해 이동하는 하이 및 로우 클러치 밸브들(112, 114)을 통해서 클러치들을 제어한다.
하이 및 로우 클러치 밸브들(112, 114)은 각각 개개의 클러치(CH 및 CL)에 이어지는 클러치 공급 포트(116H, 116L)와, 집수공(106)에 이어지는 클러치 배출 포트(118H, 118L)와, 가압된 유체(hydraulic fluid)를 제공하는 (베리에이터 제어 압력들을 제공하는데 사용된 동일한 펌프(102)일 수 있는) 펌프에 연결된 유입 포트(120H, 120L)를 포함한다.
변속기가 하이 레짐에 있을 때, 핸드 레버(50)는 하이 레짐 존(62) 및 이로써 도 3b에 도시한 가로 위치에 있다. 로우 클러치 밸브(114)에 의해서 로우 레짐 클러치(CL)가 비워지고, 하이 클러치 밸브(112)에 의해서 하이 레짐 클러치(CH)가 가압되어 이로써 하이 레짐 클러치(CH)만이 맞물린다. 변속기가 로우 레짐에 있을 때, 핸드 레버(50)는 로우 레짐 존(60) 및 이로써 도 3c에 도시한 가로 위치에 있다. 하이 레짐 클러치는 비워진다. 로우 레짐 클러치는 가압되어서 맞물린다. 레버가 게이트(64)에 있을 때 그리고 이로써 변속기가 동기화 비율에 있을 때에만, 이들 상태들의 하나로부터 다른 하나로 변하는 데 필요한 핸드 레버(50)의 가로 움직임이 발생할 수 있다.
토크 릴리스
수동 변속기를 구비한 종래의 자동차에서, 운전자에게는 기어박스에 엔진을 연결하는 클러치에 유압에 의해 커플링된 클러치 페달이 제공되고 클러치 페달을 내리누르면, 엔진과 분리되고 자동차가 타성으로 달리게 된다. 토크 릴리스 페달(68)은 다소 유사한 기능을 제공하지만, 다른 방식으로 동작한다.
도 2에 도시한 변속기의 유형에서, 원칙적으로 차량 바퀴를 엔진과 동작가능하게 디커플링하는 두 방법이 있다. 제1 방법은 두 클러치들(CH, CL)을 릴리스하는 것이다. 제2 방법은 공급 라인들(S1 및 S2)에서 압력들을 비우는 것이다. 이들 압력들이 비워지면, 피스톤(26)은 베리에이터 롤러들(18)(이에 대해서는 도 1을 재 참조)에 어떤 힘도 가할 수 없다. 그 결과 베리에이터(10)는 반작용 토크를 유지할 수 없게 된다. 이러한 조건에서 베리에이터는 자동적으로 차량 바퀴들과 엔진의 상대 속도들에 의해 결정되는 비율을 채용한다. 바퀴들은 물리적으로 엔진으로부터 연결이 풀리는 것이 아니라 베리에이터가 그들에게 토크를 제공할 수 없어서 타성으로 달리게 된다. 이러한 동작 모드를 "반작용 토크 릴리스"라고 지칭한다.
도 3이 도시하는 반작용 토크 릴리스 밸브(124)는 토크 릴리스 제어(68)에 커플링된 기구를 통해 사용자에 의해 제어되는 비례 밸브이다. 반작용 토크 릴리스 밸브(124)는 인터로크 밸브(126)와 연계되어 동작하는데, 인터로크 밸브의 스풀은 화살표(128)로 표시한 바와 같이, 로우 레짐 클러치( CL)로부터 취해지는 제어 압력을 받는다.
변속기가 로우 레짐에 있으면, 인터로크 밸브(126)는 반작용 토크 릴리스 밸브(124)의 포트들(a 및 b)에 링크되는 상태로 유지된다. 반작용 토크 릴리스 밸브(124)의 포트들(c 및 d)은 각각 공급 라인들(S1 및 S2)에 연결된다. 변속기가 로우 레짐에 있는 동안, 운전자에 의한 로크 릴리스 페달(68)의 액추에이션은 반작용 토크 릴리스 밸브(124)를 열고 압력 공급 라인들(S1 및 S2) 사이의 경로를 제공한다. 이 밸브가 완전히 열리면, S1 및 S2에서의 압력들은 적어도 실질적으로 같아져서 반작용 토크 릴리스 기능을 제공한다. 크립 토크(creep torque)의 정도(degree)를 제공하면서 다소간의 압력 차이가 유지될 수 있다. 또한 반작용 토크 릴리스 밸브(124)도 비례 밸브이어서, 종래의 클러치 제어에서와 마찬가지로, 운전자가 토크 릴리스 페달(68)을 부분적으로 내리누르면 중간 레벨의 바퀴 토크를 설정할 수 있다.
수동 변속기에 친숙한 운전자는 아마도 토크 릴리스 페달(68)을 내리누르고 브레이크들을 적용하여서 차량을 정지(halt)로 가져갈 것이다. 이것은 변속기가 로 레짐에 있다면 어떤 어려움도 생성하지 않는다. 차량이 정지에 이름에 따라서, 변속기는 기어 중립 상태로 가져가진다. 그런데, 차량이 하이 레짐에 있다면, 베리에이터 반작용 토크의 릴리스는 운전자가 차량을 정지할 수 있도록 하지 아니하는데, 하이 레짐은 어떤 기어 중립 상태도 포함하지 않기 때문이다. 이것을 다른 방식으로 두기 위해서, 차량이 정지에 이르기 전에 베리에이터는 그 비율 범위의 끝에 이를 것이다.
하이 레짐에서, 인터로크 밸브(126)는 반작용 토크 릴리스 밸브(124)에서 포트들(a 및 b)과 분리되고, 이 밸브를 무효하게 만든다. 이로써 하이 레짐에서는 반작용 토크 릴리스가 이용가능하지 않다. 대신에, 하이 레짐 클러치(CH)의 제어에 의해서 토크 릴리스가 제공된다. 이와 관련하여 하이 클러치 밸브(112)로부터의 압력 출력이 하이 레짐 클러치에 직접 연결되지 아니하고 대신에 하이 클러치 모듈레이터 밸브(130)에 이어짐을 주목해야 하는데, 여기서 하이 클러치 모듈레이터 밸브는 토크 릴리스 페달(68)에의 기계적인 커플링에 의해서 자체로 제어되고, 토크 릴리스 페달의 내리누름에 의해 하이 레짐 클러치가 집수공으로 비워지는 것이 결과된다. 이로써 페달(68)을 내리눌러서, 운전자는 하이 레짐 클러치(CH)를 릴리스 하고 그 결과 엔진을 바퀴들로부터 디커플링한다.
기어 중립
차량을 정지에 가져가도록 사용자가 토크 릴리스 페달을 사용할 필요는 없다. 사용자는 대안적으로 변속기를 기어 중립에 두도록 핸드 레버(50)를 간단히 사용할 수 있는데, -이 실시예에서는- 핸드 레버를 중립 존(66)으로 가로로 움직여서 직선순방향 및 포지티브 방식으로 행할 수 있다. 그런데, 중립 존(66)에 의해 지시되는 레버 위치가 (예를 들어 작은 부적응 때문에) 기어 중립을 얻기 위해 필요한 위치와 다소 다르다면, 그 결과 원칙적으로 차량 바퀴들에 큰 토크를 의도치않게 가할 수 있다. 이러한 어떤 곤란함을 피하기 위해서, 도시된 시스템은 핸드 레버(50)가 중립 존(66)으로 이동할 때 베리에이터 반작용 토크를 릴리스하도록 구성된다. 공급 라인들(S1 및 S2)에 연결된 개개의 포트들을 구비하는 중립 릴리스 밸브(132)를 사용하여 이것을 얻는다. 도 3, 도 3d 및 도 3e을 면밀히 관찰하면, 핸드 레버(50)가 어떤 "드라이브" 존들-하이 레짐 존(62), 로우 레짐 존(60) 및 게이트(64)-에 있던지간에, 중립 릴리스 밸브(132)가 전술한 포트들을 닫고 변속기 동작에 아무런 영향을 미치지 아니한다는 것을 확인할 수 있다. 핸드 레버(50)가 중립 존(66)으로 이동하면, 이들 포트들은 배출 공급 라인들(S1 및 S2)로 열려서 베리에이터 반작용 토크를 릴리스한다.

Claims (15)

  1. 베리에이터와, 로우 변속 레짐과 선택적으로 맞물리는 로우 레짐 클러치와, 하이 변속 레짐과 선택적으로 맞물리는 하이 레짐 클러치를 포함하는 CVT(연속 가변 변속기; continuously variable transmission)를 제어하기 위한 시스템으로서,
    로우 비율 말단으로부터 하이 비율 말단까지 제어 경로를 따라서 사용자에 의해서 이동가능하고 그 위치가 베리에이터 비율과 변속비를 가리키는 제어부와,
    상기 제어부가 상기 경로의 상기 로우 비율 말단과 로우 클러치 천이점 사이에 위치할 때 상기 로우 레짐 클러치와 맞물리고, 상기 제어부가 상기 로우 클러치 천이점과 상기 경로의 상기 하이 비율 말단 사이에 위치할 때 상기 로우 레짐 클러치를 릴리스하는 로우 레짐 클러치 제어 장치와,
    상기 제어부가 상기 경로의 상기 로우 비율 말단과 하이 클러치 천이점 사이에 위치할 때 상기 하이 레짐 클러치를 릴리스하고, 상기 제어부가 상기 하이 클러치 천이점과 상기 경로의 상기 하이 비율 말단 사이에 위치할 때 상기 하이 레짐 클러치와 맞물리는 하이 레짐 클러치 제어 장치를 포함하는,
    CVT 제어 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 로우 클러치 천이점과 상기 하이 클러치 천이점은 동기화(synchronous) 베리에이터 비율에 해당하는 상기 제어 경로에 위치하는,
    CVT 제어 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 로우 클러치 천이점보다 상기 하이 클러치 천이점이 상기 제어 경로의 상기 로우 비율 말단에 더 가까워서, 상기 제어부가 천이점들 사이에 있을 때, 두 클러치들이 맞물리는,
    CVT 제어 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 로우 클러치 천이점과 상기 하이 클러치 천이점은 동일한,
    CVT 제어 시스템.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    제어부 위치를 필요한 베리에이터 비율을 나타내는 기계적인 신호로 변환하는 변환 기구를 포함하는,
    CVT 제어 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 변환 기구는 캠 표면과 그 위치가 상기 기계적인 신호를 형성하는 캠 공이를 포함하는,
    CVT 제어 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부가 그 제어 경로의 상기 로우 비율 말단으로부터 상기 하이 비율 말단으로 이동함에 따라서, 상기 캠 표면에 의해서 상기 캠 공이가 처음에는 어느 한 방향으로 이어서 반대 방향으로 변위되도록 하는, 상기 캠 표면의 형상을 가지는,
    CVT 제어 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 캠 공이가 상기 베리에이터의 기어 중립 비율(geared neutral ratio)에 해당하는 위치에 있을 때, 상기 캠 공이의 이동 방향의 반전이 발생하는,
    CVT 제어 시스템.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 필요한 베리에이터 비율을 나타내는 기계적인 신호가 비교기에 커플링되고, 상기 비교기는 또한 현재의 베리에이터 비율을 나타내는 기계적인 신호를 수신하고, 베리에이터 비율 오차를 나타내는 기계적인 신호를 제공하는,
    CVT 제어 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 비교기는 제1 지점에서 상기 캠 공이에 커플링되고 제2 지점에서 베리에이터 롤러들에 커플링된 바를 포함하되, 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점의 중간에서의 상기 바의 커플링을 통해 상기 기계적인 신호가 제공되는,
    CVT 제어 시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 비교기는 베리에이터에 제어 유압(hydraulic control pressure)을 가하도록 배치된 비율 제어 밸브를 제어하는,
    CVT 제어 시스템.
  12. 제1 항 내지 제4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 베리에이터 비율을 변화시키도록 제1 방향으로 이동가능하고, 상기 로우 레짐 클러치 및 상기 하이 레짐 클러치의 상태들을 변화시키도록 제2 방향으로 이동가능한,
    CVT 제어 시스템.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제어 경로는
    (a) 상기 제어부의 이동(travel)의 상기 로우 비율 말단으로부터 및 상기 제 1 방향을 따라서 연장하는 제1 부분,
    (b) 상기 제2 방향을 따라서 연장하는 제2 부분 및
    (c) 상기 제1 방향을 따라서 연장하는 제3 부분을 포함하여
    상기 제어부를 상기 경로의 상기 로우 비율 말단으로부터 상기 하이 비율 말단으로 이동시키는 것은, 상기 제2 부분을 따라서 밸브 상태들이 변화하도록 및 그 결과 레짐 변화를 실행하도록 상기 제어부를 움직이는 것을 수반하는,
    CVT 제어 시스템.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제어부에 동작가능하게 커플링된 하나 이상의 밸브를 포함하여, 상기 제2 방향을 따라서 상기 제어부를 움직여서, 그 상태를 바꿀 수 있되, 상기 밸브는 클러치들 중 하나 이상에의 유압을 제어하는,
    CVT 제어 시스템.
  15. 필요한 변속비를 설정하도록 사용자에 의해 이동가능한 제어부와,
    캠 표면과 상기 제어부에 의해서 상기 캠 표면에 대하여 이동가능한 캠 공이를 포함하는 변환 기구와,
    반-도넛형(semi-toroidally)으로 홈이 파인 레이스들의 쌍 사이에서 하나로부터 다른 하나로 드라이브를 전달하도록 배열된 하나 이상의 롤러를 포함하되, 상기 롤러가 하나의 레이스의 속도의 비율을 다른 하나의 속도에 적응하도록 이동가능한 베리에이터와,
    위치를 제어하도록 상기 롤러에 동작가능하게 커플링된 유압 액추에이터와,
    (a) 롤러에 일치하게 이동하도록 상기 롤러에 동작가능하게 커플링된 제1 입력부와, (b) 캠 공이에 일치하게 이동하도록 상기 캠 공이에 동작가능하게 커플링된 제2 입력부와, (c) 비율 제어 밸브에 동작가능하게 커플링된 출력부를 구비하되, 두 입력부들의 상대적인 위치들에 의해서 상기 출력부의 위치가 결정되고, 상기 유압 액추에이터에의 유압의 적용을 제어하도록 상기 비율 제어 밸브가 배치되는 기계적인 비교기를 포함하고,
    롤러 위치와 필요한 변속비 사이의 불일치가 상기 롤러에 유압이 가해지도록 하여, 상기 필요한 변속비를 제공하도록 상기 롤러를 이동시키는,
    연속 가변 변속기.
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