KR101542639B1 - 동력 피드백 장치를 구비한 작동 장치 - Google Patents

동력 피드백 장치를 구비한 작동 장치 Download PDF

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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은 특히 시프트-바이-와이어 작동식 트랜스미션용 작동 장치에 관한 것이다. 작동 장치는 베어링 점(3, 4)에 회전 또는 선회 가능하게 지지되며 위치 센서 장치(9)를 가진 작동 부재(1), 및 동력 피드백 장치를 포함한다. 동력 피드백 장치는 작동 부재(1)에 작용하는 조절 가능한 대항력 부재(2)를 포함하고, 상기 대항력 부재(2)는 제어 가능하게 변하는 점성을 가진 유체를 포함한다. 본 발명에 따라, 작동 장치는 대항력 부재(2)가 작동 부재(1)의 베어링 점(3, 4)의 베어링 갭(5)으로 형성되고, 상기 베어링 갭(5)이 유체로 채워지는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 동력 피드백 장치의 대항력 부재를 예컨대 작동 레버의 조인트 내로 조립 공간 절감 방식으로 통합할 수 있게 한다. 본 발명에 의해, 동력 피드백 장치를 구비한 작동 장치의 비용, 디자인 복잡성 및 조립 공간이 현저히 감소될 수 있다. 기계식 작동 레버의 촉각의 실제 에뮬레이션이 이루어질 수 있다.

Description

동력 피드백 장치를 구비한 작동 장치{OPERATING DEVICE HAVING FORCE FEEDBACK}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른, 트랜스미션, 예컨대 수동 트랜스미션 또는 시프트-바이-와이어 작동식 자동 트랜스미션용 작동 장치에 관한 것이다.
자동차의 트랜스미션은 일반적으로 운전자의 손이 미치는 범위에 배치된 작동 장치에 의해 시프트 또는 제어된다. 이를 위해, 작동 부재, 예컨대 변속 레버 또는 선택 레버가 사용되며, 예컨대 자동차의 앞좌석들 사이 또는 운전석의 다른 영역에 배치된다.
인간 환경 공학 및 안전성의 이유 때문에 특히 순간적으로 허용되지 않는 시프트 상태, 또는 요구된 시프트 동작의 실행이 상응하는 시프트 저항 또는 작동 레버에서의 록의 형태로 운전자에게 촉각적으로 확실히 감지될 수 있게 신호화되어야 한다. 이로써, 운전자가 회전수- 및 속도에 의존하는 동기 록을 가진 예컨대 완전히 동기화된 기계식 수동 트랜스미션에 의해 또는 록킹 및 시프트 록을 가진 자동 트랜스미션의 종래 작동에 의해 알고 있고 익숙해진 바와 같은 촉각적 시프트 작동이 실시될 수 있다.
따라서, 모든 경우에 트랜스미션 작동시 트랜스미션의 현재 시프트 또는 작동 상태에 대한 또는 시프트 성공에 대한 명확한 촉각적 피드백이 운전자에게 전달되어야 한다.
그러나, 트랜스미션의 전기 또는 시프트-바이-와이어 작동시, 객실 내의 작동 레버와 엔진실 내의 자동차 트랜스미션 사이에 기계식 커플링이 존재하지 않는다. 오히려, "시프트-바이-와이어" 트랜스미션의 경우 작동 장치로부터 자동차 트랜스미션으로 시프트 명령의 전달이 전기 또는 전자 신호 및 후속하는 트랜스미션에서의 시프트 명령의 전기 유압식 변환에 의해 이루어진다. 그러나, 트랜스미션 액추에이터와 작동 레버 사이에 기계식 연결이 없기 때문에, 트랜스미션 상태, 예컨대 트랜스미션 시프트 록 또는 허용되지 않는 시프트 명령이 더 이상 직접 그리고 운전자에게 감지될 수 있게 작동 레버의 상태에 반응할 수 없다.
따라서, 운전자는 시프트-바이-와이어 제어식 트랜스미션의 경우 작동 레버에서 감지 가능하게 블로킹된 특정 시프트 위치에 의해, 변속 레버 위치, 주행 단 또는 시프트 명령이 순간 주행 상태에서 허용될 수 없기 때문에 선택되지 않아야 한다는 것을 깨닫지 못한다. 시프트-바이-와이어 작동의 경우, 트랜스미션에 의한 운전자의 시프트 명령의 실제 실행이 작동 레버에 거의 반응하지 않기 때문에, 운전자는 예컨대 록킹 및 트랜스미션 동기 록을 가진 기계식 수동 트랜스미션에 의해 익숙해진 바와 같이, 시프트 작동의 실행을 촉각적으로 감지할 수 없다.
조작될 트랜스미션의 상태에 따라 그리고 자동차에서의 다른 상태 팩터 -예컨대, 엔진 회전수, 자동차 속도, 클러치 위치 등-에 따라, 시프트-바이-와이어 제어식 트랜스미션에서 필요한 촉각적 피드백을 구현하기 위해, 트랜스미션 상태에 따른 작동 레버의 이동이 액티브하게 제어되는 방식으로 제한되고, 지연되거나 또는 완전히 차단되어야 한다.
이로 인해, 시프트-바이-와이어 제어식 트랜스미션에서도 운전자가 작동 레버를 잡을 때, 그 시프트 요구가 -자동차의 현재 속도로 인해 또는 트랜스미션의 순간 작동 상태로 인해- 허용될 수 없어서 차단된다는 것이 운전자에게 촉각적으로 감지될 수 있게 전달될 수 있다. 따라서, 시프트-바이-와이어 트랜스미션에 의해 현재 실행 불가능한 시프트 명령이 작동 레버에 인가되는 것이 방지될 수 있다. 즉, 상기 실행 불가능한 시프트 명령은 트랜스미션 전자 유닛에 의해 검출됨으로써, 작동 장치로부터 트랜스미션으로 전달되지 않는다.
운전자가 시프트-바이-와이어 제어식 트랜스미션에서도, 변속 레버에서 개별 기어를 거는 것이 특히 회전수 또는 속도에 따라 조작 레버에 감지 가능한 대항력을 발생시키는, 기계식 트랜스미션에서와 -예컨대 전달 로드를 구비한 수동 트랜스미션에서와- 동일한 촉각적 피드백을 경험하고자 하는 경우, 작동 레버에서 액추에이터가 필요하다.
DE 10 2004 041 690 A1에는 특히 조이스틱- 또는 커서-스위치 방식의 전기 스위치가 공지되어 있다. 스위치는 작동 부재를 포함하고, 상기 작동 부재는 그것이 조절 가능하도록, 특히 회전, 이동, 선회 가능하도록 이동 수단과 협동한다. 이동 수단은 자기유변 및/또는 전기유변 방식으로 동작하는 장치와 작용 연결됨으로써, 특히 변하는 촉각이 작동 부재의 조절 이동을 위해 발생된다. 작동 부재의 조절시, 이동 수단은 센서 소자에 신호를 전달하거나 및/또는 센서 소자를 스위칭한다.
WO 2005/036031 A1은 각각 적어도 하나의 기어 톱니를 가진 레버와 작동 부재를 포함하는 수동 작동 메커니즘을 개시한다. 기어의 톱니들은 맞물림으로써, 레버의 운동을 작동 부재로 전달하도록 작동될 수 있다. 맞물린 기어 톱니들은 자기유변 유체를 포함하는 사이 공간을 한정한다. 상기 메커니즘은 또한 하나 또는 다수의 자기 코일을 포함하고, 상기 코일은 자기유변 유체의 영역에 전자기장을 형성함으로써 상기 유체의 점성을 변화시키도록 형성된다.
특히 "시프트-바이-와이어" 타입의 선택 레버의 높이를 줄이기 위해, DE 102005060933 B3에는 선택 레버 로드(1)가 제 1 축(2) 및 제 2 축(3)을 통해 하우징(10) 내에 지지되는 것이 공지되어 있으며, 상기 축들은 공간적으로 서로 분리되며, 서로 수직으로 연장하고 각각 축 방향으로 이동 가능하다. 이로 인해, 촉각 부재가 선택 레버 로드와 관련해서 고정 배치될 수 있다. 촉각 부재로는 특히 자기유변 댐퍼가 사용될 수 있다.
예컨대, DE 198 48 191 A1에 나타나는 바와 같이, 선행 기술에서는 작동 부재에 전자 제어 가능한 동력 발생 부재 또는 운동 댐퍼를 제공하고, 상기 동력 발생 부재 또는 운동 댐퍼를 제어 장치에 의해, 운전자에 의한 작동 부재의 조작시 트랜스미션 내의 각각의 상태 변화에 따라 작동 부재에 나타나는 대항력이 시뮬레이션될 수 있도록 제어함으로써, 트랜스미션용 작동 부재에서 상응하는 촉각을 구현하려고 했다.
그러나, 선행 기술에 공지된, 전자 제어 가능한 운동 댐퍼를 구비한 작동 장치는 상기 간행물에 따른 운동 댐퍼가 추가의 어셈블리로서 작동 레버의 영역에, 또는 작동 장치의 하우징에 수용되어야 한다는 단점을 갖는다. 이로 인해, 추가의 구성 비용이 필요하고, 별도의 조립이 필요하다. 그러나, 별도의 조립 공간은 최신 자동차 트랜스미션용 작동 장치가 점점 작아짐에 따라 종종 제공될 수 없다. 상기 간행물에 마찬가지로 공지된 복원력 발생은 상기 간행물에 따라 큰 에너지 소비 및 추가의 공간을 필요로 하는 액추에이터식 구동 장치를 요구한다.
이러한 배경에서, 본 발명의 과제는 -특히 트랜스미션의 전기 또는 전자 시프트-바이-와이어 작동을 위해- 선행 기술의 전술한 단점을 극복한, 촉각 에뮬레이션을 위한 동력 피드백 장치를 구비한 작동 장치를 제공하는 것이다. 상기 작동 장치는 특히 공간 절감 방식으로, 구조적으로 간단하게, 그에 따라 저렴하게 형성될 수 있어야 한다. 또한, 기계식으로 록킹되는 작동 레버의 촉각의 확실하고 실제적인 에뮬레이션이 가능해야 한다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 가진 작동 장치에 의해 달성된다.
바람직한 실시예들은 종속 청구항의 대상이다.
공지된 방식으로, 본 발명에 따른 작동 장치는 소켓 하우징 및 작동 부재, 예컨대 작동 레버를 포함하고, 작동 부재는 소켓 하우징에 배치된 베어링 점을 중심으로 회전 또는 선회 가능하다. 마찬가지로 공지된 방식으로 작동 장치는 또한 동력 피드백 장치를 포함하고, 상기 동력 피드백 장치는 작동 레버에 작용하는, 전자적으로 제어되는 조절 가능한 대항력 발생 부재를 포함한다. 상기 대항력 부재는 제어 가능하게 변하는 점성을 가진 유체를 포함한다.
본 발명에 따라, 작동 장치는, 대항력 부재가 작동 부재의 베어링 점의 베어링 갭으로 형성되고, 상기 베어링 갭이 유체로 채워지는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 선행 기술에서 제어 가능한 댐핑 장치 형태의 별도 부품으로서 필요한 대항력 부재가 필요 없거나, 또는 대항력 부재의 기능이 조립 공간을 극도로 절감하는 방식으로 작동 레버의 조인트 내로 통합될 수 있다. 본 발명에 의해, 동력 피드백 장치를 구비한 작동 장치에 대한 비용, 디자인의 복잡함 및 조립 공간이 결정적으로 감소한다.
본 발명은 대항력 부재를 형성하기 위해 필요한, 유체로 채워진 베어링 갭이 구현될 수 있다면, 작동 부재의 조인트가 어떻게 구조적으로 형성되거나 또는 작동 장치의 소켓 내에 배치되는지와는 관계없이 실시될 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 작동 부재의 베어링 점은 볼과 볼 컵을 가진 볼 조인트로 형성되고, 유체로 채워진 베어링 갭은 볼과 볼 컵의 표면에 의해 한정된다. 바람직하게는 볼 조인트의 볼은 작동 부재와 연결되고, 볼 컵은 작동 장치의 소켓 하우징과 연결된다.
이 실시예는 작동 부재의 임의의 이동 또는 시프트 패턴이 구현될 수 있다는 특별한 장점을 갖는다. 달리 표현하면, 작동 부재의 볼 조인트 내에 통합된 단 하나의 대항력 부재에 의해, 기계식 작동 레버의 촉각이 하나의 작동 방향(일차원)을 따라서만 시뮬레이션되는 것이 아니라, 임의의 작동 방향(2차원)을 따라 시뮬레이션될 수 있다.
이로 인해, -특히 트랜스미션의 변속 레버 또는 선택 레버의 영역에 있어서- 이러한 작동 부재에서 임의의 시프트 패턴을 순수하게 소프트웨어 측에서 구현하거나 또는 그 촉각을 자유로이 프로그램 가능하게 에뮬레이션하는 것이 가능하다. 따라서, 하나의 동일한 작동 장치가 운전자에게, 다수의 나란히 배치된 시프트 게이트를 가진 종래의 트랜스미션 작동의 촉각 또는 주로 시프트 게이트를 따라 배치된 선택 레버 위치를 가진 자동 트랜스미션의 선택 레버의 촉각을 선택적으로 제공할 수 있다. 운전자의 기호에 따라, 작동 부재는 순수하게 소프트웨어 측에서 예컨대 수동 트랜스미션과 자동 트랜스미션 간에 왕복 스위칭될 수 있다. 임의의 다른 시프트 패턴, 예컨대 팁(tip) 작동/스텝 시프팅 또는 무단 시프팅이 상기 방식으로 구현될 수 있다.
이를 위해, 단지 실시간으로만 작동 부재 또는 선택 레버의 위치 및 각각의 이동 방향이 전달되어야 하고, 상기 2개의 값에 따라 대항력 부재는 -즉 유체로 채워진 볼 조인트는-, 조작자에게 기계식 시프트 게이트의 느낌 또는 작동 부재의 그에 상응하게 제한된 이동 가능성의 느낌이 주어지도록, 제어되어야 한다. 조작자가 작동 부재를 허용 방향을 따라 (예컨대, 종래의 트랜스미션 작동의 시뮬레이션된 시프트 게이트 중 하나를 따라) 이동시키면, 볼 조인트는 대항력이 생기지 않거나 또는 적은 대항력만이 생기도록 제어되는 한편, 허용 방향에 대해 횡으로 이동이 주어지면 제어부에 의해 즉각적으로 상응하게 더 큰 대항력이 볼 조인트에 야기된다. 마찬가지로, (시뮬레이션된) 시프트 게이트들 중 하나를 따른 허용된 이동 동안, 기계식 변속 레버 또는 선택 레버의 록킹의 시뮬레이션은, 작동 부재의 이동시 조작자에게 상이한 록킹 단계 또는 록킹 위치가 촉각적으로 전달되도록 이루어진다. 이로 인해, 기계식 록킹 장치가 선택 레버의 영역에 제공될 필요 없이, 예컨대 주행 상태에 따른 선택 레버 록이 자동차 자동 트랜스미션에 유연하게 실시될 수 있다.
작동 부재의 허용되지 않은 운동이 작동 부재의 블로킹에 의해 -또는 작동 부재의 조인트 내에 강한 대항력의 발생에 의해- 방지되는 대신에, 대항력 부재는, 허용되지 않는 이동이 주어질 때 작동 부재의 감지 가능한 맥동이 이루어지도록 제어될 수 있다. 이로 인해, 조작자의 작동 요구가 현재 시스템 상태에서 실행될 수 없거나, 또는 조작자가 작동 부재를 허용되지 않는 방향으로 이동시키려는 것이 조작자에게 촉각적으로 감지 가능하게 전달된다.
본 발명은 어떤 방식으로 그리고 어떤 물리적 효과에 의해 유체의 점성이 변하는지와는 관계없이 실시될 수 있다. 예컨대, 인가되는 전기장에 따라 변하는 점성을 가진 자기유변 유체가 사용될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 자기유변 유체가 사용된다. 볼 조인트의 베어링 갭 내에 자기장을 발생시키기 위한 코일 장치가 볼 조인트의 영역에 배치된다. 자기유변 유체 및 코일 장치의 사용은 소정의, 가변 대항력 발생이 -자기유변 원리를 기초로- 매우 간단하고 확실하게 이루어질 수 있다는 점에서 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 베어링 점(상기와 같이)이 볼 조인트로 형성된다. 코일 장치는 적어도 2개의 서로 독립적으로 제어 가능한 자기장을 발생시키도록 설계된다. 2개의 서로 독립적으로 제어 가능한 자기장은 서로 수직으로 놓인 자기장 방향을 갖는다. 상이한 공간 방향을 따라 배치된, 2개의 서로 독립적으로 제어 가능한 자기장들과 볼 조인트로서 형성된 대항력 부재와의 조합은 상이한 대항력들이 상이한 이동 방향에 대해 동시에 발생될 수 있다는 점에서 바람직하다. 작동 부재 또는 선택 레버는 예컨대 (가상의) 시프트 게이트를 따라 원활하게 안내될 수 있는 한편, 시프트 게이트에 대해 횡으로의 측면 이동은 레버에 대한 상응하게 더 높은 측면 대항력에 의해 저지될 수 있다.
상이한 운동 방향에 대해 서로 독립적으로 제어 가능한 다수의 자기장의 사용 대신에, 허용되지 않는 방향(예컨대, 시프트 게이트에 대해 횡으로)을 따른 작동 부재의 이동 가능성은 순수하게 기계식으로 예컨대 시프트 게이트에 의해 저지될 수 있다. 이 경우, 대항력 부재는 주로 전형적인 록킹- 또는 시프트력을 발생시키고, 경우에 따라 순간적으로 허용되지 않는 레버 위치를 블로킹한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 작동 장치는 동력 피드백 장치가 모터식 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이는, 작동 부재에서 대항력이 발생될 뿐만 아니라, 작동 부재가 추가로 액티브하게 액추에이터식으로 이동될 수 있다는 점에서 바람직하다. 후자는 특히 조작자가 작동 부재를 (가상으로) 록킹된 위치들 중 하나에 상응하지 않는 위치에서 해제하는 경우, 또는 작동 부재가 -예컨대 오토-P에 의해 파킹 록이 자동으로 걸린 경우- 트랜스미션의 변화된 시프트 상태를 트래킹해야 하는 경우에 중요할 수 있다.
동력 피드백 장치의 조절 가능한 대항력 부재는 -예컨대 제어 특성 맵을 사용해서- 바람직하게 조작자에 의해 제공되는 힘에 대항하는 대항력을 발생시키도록 설계된다. 모터식 액추에이터는 -마찬가지로 제어 특성 맵을 기초로- 바람직하게는 전적으로 작동 레버를 액추에이터식으로 이동시키도록 설계된다. 이로 인해, 동력 발생 부재와 모터식 액추에이터 사이의 과제 분할은 작동 부재에서의 대항력이 동력 발생 부재에 의해서만 발생되며 작동 부재의 액추에이터식 이동은 모터식 액추에이터에 의해서만 발생되도록 이루어진다.
액추에이터는 -동력 피드백의 의미로- 전술한 선행 기술과는 달리, 대항력 발생을 위해 사용되지 않고(대항력 발생이 본 발명에 따라 레버 베어링에서 대항력 부재에 의해 이루어지기 때문에), 단지 작동 레버를(거의 힘이 없는 경우) 액티브하게 액추에이터식으로 이동시키기 위해 사용된다.
이로 인해, 기계식 작동 레버의 촉각은 매우 실제적이며 완전히 시뮬레이션될 수 있다. 특히, 조절 가능한 동력 발생 부재와 액추에이터와의 조합에 의해, 기계식 록킹이 실제로 존재하지 않는 상태에서, 작동 부재의 기계식 록킹의 촉각이 완전히 실제적으로 시뮬레이션될 수 있다. 여기서, 조절 가능한 동력 발생 부재는 특히 작동 부재의 록킹의 실제적인 대항력(또는 차량 트랜스미션의 대항력)을 발생시키는 한편, 작동 레버가 해제되거나 또는 조작자에 의해 상당한 힘이 작동 레버에 가해지지 않으면, 액추에이터는 특히 작동 레버가 가상 록킹 게이트의 홈 내로 되튀게 한다.
이는 액추에이터에 대한 최소 에너지 소비 및 작동 레버의 촉각 에뮬레이션이 이루어질 수 있는 동시에 액추에이터가 최소로 설계될 수 있다는 점에서 바람직하다. 선행 기술과는 달리, 액추에이터는 여기서 단지 작동 레버의 이동을 발생시키기 위해서만 사용되고, 작동 레버에서 상당한 대항력을 발생시키기 위해 사용되지 않는데, 그 이유는 조작자에 의해 제공된 작동력에 대항하는 전체 대항력이 실제로 제어 가능한 동력 발생 부재에 의해서만 발생될 수 있기 때문이다.
조작자가 상당한 작동력을 레버에 가해지 않거나 또는 레버를 해제하면, 제어에 의해 그리고 저장된 특성 맵에 의해 동력 발생 부재로부터 모터식 액추에이터로의 제어의 즉각적인 전환이 이루어질 수 있고, 모터식 액추에이터에 의해 작동 레버가 작동 장치 또는 트랜스미션의 (실제로 존재하지 않는) 록킹 게이트의 다음 홈 내로 되돌아 가는 것이 시뮬레이션될 수 있다. 작동 레버가 가상 록킹 게이트의 홈 내로 되돌아 갈 때 경우에 따라 필요한 제동력의 발생 및 작동 레버의 정지까지 필요한 이동 댐핑은 동력 발생 부재에 의해 실시될 수 있다.
이로 인해, 예컨대 작동 레버에 가변 록킹을 제공하는 것이 가능하며, 상기 가변 록킹에서는 록킹의 경도뿐만 아니라 록킹 홈의 수 및 그 상호 간격이 자유로이 가변적으로 조절될 수 있고, 특히 소프트웨어에 의해 또는 대항력 부재 및 모터식 액추에이터의 제어를 위한 상응하는 특성 맵의 선택에 의해 조절될 수 있다.
예컨대, 록킹 점의 수 및 그 간격 및 경도는 소프트웨어 측에서 각각의 사용자 또는 운전자의 기호와 관련해서 조절될 수 있다. 이로 인해, 예컨대 수동 트랜스미션 또는 자동 트랜스미션에 대한 록킹의 힘-거리 곡선 및 선택 레버-촉각의 특성이 순수하게 소프트웨어 측에서 자유로이 프로그램 가능하게 형성될 수 있다. 저장된 특성 맵에 의해, 대항력을 발생시키기 위한 동력 발생 부재(사용자가 힘을 레버에 가하면) 또는 모터식 액추에이터(사용자가 상당한 힘을 레버에 가하지 않아서 레버가 그 록킹 위치로 되돌아 갔으면)의 상응하는 제어가 이루어진다.
이로 인해, 운전자에게 요구 또는 기호에 따라 기계식 수동 트랜스미션의 촉각 및 자동 트랜스미션 또는 무단 시프팅의 촉각이 제공될 수 있다.
대항력 부재에 의한 동력 발생은 액추에이터에 의해 또는 액티브하게 모터식으로 지원될 수 있다. 이러한 경우, 액추에이터는 작동 부재의 자동 이동을 담당하고(예컨대 선택 레버를 그 록킹 위치로 되돌리기 위해), 예컨대 록킹의 촉각 시뮬레이션을 위해 또는 현재 허용되지 않는 선택 레버 위치들이 블로킹되어야 하는 경우, 대항력 발생을 지원한다.
본 발명은 액추에이터가 어떻게 구조적으로 형성되고 배치되는지와는 관계없이 구현될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에 따라, 작동 장치의 액추에이터는 전기 서보-기어드 모터 또는 서보-선형 액추에이터이다. 이로 인해, 공간 절약 방식의, 강한 그리고 저렴한 구성이 달성된다. 액추에이터는 작동 레버를 록킹 게이트의 (가상) 홈 내로 이동시키거나 또는 액추에이터식으로 복귀시키는 한편, 대항력 발생의 과제는 전적으로 제어된 동력 발생 부재에 의해서만 이루어질 수 있기 때문에, 선행 기술과는 달리, 비교적 작고 가벼운 액추에이터가 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 대항력 부재 및/또는 액추에이터는 진동을 발생시키도록 설계된다. 이로 인해, 감지 가능한 진동이 액추에이터에 의한 액티브한 진동 운동의 형태로, 또는 -조작자가 허용되지 않는 이동을 일으키려고 하면- 대항력 부재의 신속히 주기적으로 변하는 댐핑 특성의 형태인 패시브한 맥동으로서 작동 부재 내로 도입될 수 있다. 따라서, 자동차의 순간 주행 상태에서 또는 자동차 트랜스미션의 순간 작동 상태에서 허용되지 않는 시프트 동작을 실행시키려고 하면, 조작자 또는 운전자가 예컨대 경고를 받을 수 있다.
본 발명에 의해, 트랜스미션의 전기 또는 전자 시프트-바이-와이어 작동을 위해, 선행 기술의 단점을 극복한, 촉각 에뮬레이션을 위한 동력 피드백 장치를 구비한 작동 장치가 제공된다.
이하에서, 실시예를 도시하는 도면을 참고로, 본 발명이 상세히 설명된다.
도 1은 선행 기술에 따른 볼 조인트를 구비한 작동 레버의 부분 단면도.
도 2는 조절 가능한 동력 발생 부재 및 액추에이터를 구비한 본 발명에 따른 작동 장치의 실시예의 작용 원리를 나타낸 단면도.
도 1은 선행 기술에 따른 볼 조인트를 가진 공지된 작동 레버(1)를 도시한다. 특히 작동 레버(1)는 볼(3) 및 볼 컵(4)을 가진 볼 조인트를 포함한다. 따라서, 작동 레버(1)는 그 이동 범위 내에서 볼 조인트를 중심으로 모든 방향으로 선회될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 작동 장치의, 도 1의 볼 조인트에 기본적으로 상응하는 볼 조인트를 개략적인 원리도로 도시한다.
도 2에는 부분적으로만(그 하부 영역 또는 조인트 영역에) 도시된 작동 레버(1)가 나타난다. 작동 레버(1)는 볼 조인트의 형태로 형성된 베어링에 의해 작동 장치의 (여기에 도시되지 않은) 소켓에 연결된다. 도 2에 따른 볼 조인트는 작동 레버(1)에 배치된 볼(3), 및 (도시되지 않은) 소켓에 연결된 볼 컵(4)을 포함한다.
또한, 도 2는 본 발명에 따라 제어 가능한 대항력 부재(2), 및 작동 레버(1)에 작용하는 액추에이터(10)를 포함한다. 볼(3)의 외부 표면과 볼 컵(4)의 내부 표면 사이에 볼 조인트의 베어링 갭(5)이 배치된다. 베어링 갭(5)은 도 2에 도시된 실시예에서 자기유변 유체로 채워진다. 자기유변 유체는 유체에 작용하는 자기장 강도에 따라 그 점성을 변화시킬 수 있도록 형성된다.
자기유변 유체의 점성을 변화시키기 위해 필요한 자기장을 발생시키기 위해, -자기장의 전파를 방해하지 않도록 볼(3)과 마찬가지로 바람직하게는 플라스틱으로 제조된- 볼 컵(4)의 영역에 자기 코일 장치(6)가 배치된다. 자기 코일 장치(6)의 접속부(7) 내로 전류의 인가에 의해, 넓은 범위로 변하는 자기장이 베어링 갭(5) 또는 유체의 영역에 발생될 수 있다. 이로 인해, 유체가 자기 코일 장치(6)의 자기장에 의해 저점성(볼(3) 또는 작동 레버(2)의 원활한 이동 가능성) 내지 고점성 또는 거의 고체로(볼(3)의 높은 이동 저항 또는 작동 레버(2)의 봉쇄) 조절됨으로써, 볼 조인트의 기계식 댐핑은 예컨대 소프트웨어 측 제어에 의해 넓은 한계로 가변적으로 그리고 실시간으로 제어될 수 있다.
자기유변 유체를 보호하기 위해, 볼 조인트는 작동 레버(2)의 2개의 통로의 영역에 각각 탄성 밀봉 벨로우즈(8)를 갖는다. 작동 장치의 전자 제어부에 의해 작동 레버(2)의 현재 위치를 검출하기 위해, 도 2에 보드(9)로서 개략적으로 도시된 센서가 제공된다.
도 2에 도시된 작동 장치의 실시예에서, 자기유변 유체에 의해 형성된 대항력 부재(2)에 추가해서, 액추에이터(10)가 제공된다. 액추에이터(10)는 작동 레버(2)의 소프트웨어 제어된, 액티브 액추에이터식 이동을 위해 사용된다. 예컨대 오토-P의 경우, 즉 운전자가 차량을 벗어날 때 자동으로 걸리는 파킹 록의 경우, 액추에이터(10)에 의해 작동 레버(1)는 특히 자동으로 하나의 특정 레버 위치로 이동될 수 있다.
액추에이터(10)는 선택 레버 록킹의 촉각의 실제적인 에뮬레이션을 지원하기 위해 사용될 수 있다. 볼 조인트(3, 4)에서 자기유변 유체로 형성된 대항력 부재(2)는 작동시 기계식 록킹을 발생시킬 대항력을 시뮬레이션하기 위해 사용되는 한편, 액추에이터(10)는 작동 레버(2)의 해제시 록킹의 각각의 중심 위치로 작동 레버(2)의 실제적인 되돌아감을 시뮬레이션한다.
대항력 부재(12)는 록킹 장치에 의해 또는 트랜스미션 내에 생기는 대항력을 시뮬레이션하거나 -경우에 따라 시프트 명령이 허용되지 않을 때 작동 레버(2)의 블로킹까지- 또는 작동 레버의 이동이 허용되지 않을 때 상응하는 맥동을 발생시킨다. 액추에이터(10)는 조작자 또는 운전자에 의해 상당한 힘이 작동 레버(1)에 가해지지 않은 상태에서 작동 레버(1)가 이동되어야 할 때야 비로소 작동된다. 이는 특히 레버(2)가 해제된 한편, 그것이 정확히 하나의 (가상) 록킹 위치에 있지 않은 경우이다. 이 경우, 액추에이터(10)는 작동 장치의 전자 제어부에 의해, 작동 레버(1)가 액추에이터(10)에 의해 상응하는 가상 록킹 위치의 중심으로 되돌아 가도록 제어된다. 이로 인해, 기계식 록킹이 실제로 없음에도 불구하고 조작자 또는 운전자에게 기계식으로 록킹된 작동 레버의 거동이 정확히 제공될 수 있다.
또한, 액추에이터(10)는 특정한 이유로 작동 레버(2)의 시프트 위치와 트랜스미션 내의 실제 시프트 상태 사이에 불일치가 발생하는 경우, 작동 레버(1)를 정확한 시프트 위치로 트래킹하기 위해 사용될 수 있다. 이는 예컨대 트랜스미션에서 오토-P에 의해 자동으로 파킹 록이 걸렸던 경우에 -예컨대 운전자가 파킹 록을 수동으로 거는 것을 잊은 상태에서 점화 키를 빼낼 때 또는 자동차를 벗어날 때- 발생할 수 있다. 이 경우, 작동 레버(1)는 액추에이터(10)에 의해 자동으로 파킹 록 위치로 이동되므로, 운전자가 선택 레버를 주행 단 위치에 그대로 놔두었던 경우에도 운전자가 자동차로 되돌아올 때 선택 레버 위치는 트랜스미션 내에서 자동으로 걸린 파킹 록과 일치할 수 있다.
단안정(monostable) 작동 레버의 촉각을 나타내기 위해, 도 2에 도시된 실시예가 적합하다. 이 경우, 동력 발생 부재(1)와 액추에이터(10)로 이루어진 조합은 한편으로는 록킹의 실제적인 시뮬레이션을 위해 그리고 경우에 따라 작동 장치 또는 트랜스미션 내의 시프트 록 또는 시프트 저항의 시뮬레이션을 위해 사용된다. 다른 한편으로, 액추에이터(10)는 이 경우, 기계식 단안정 작동 레버의 거동에 상응하는 바와 같이, 작동 레버(1)를 중립 위치로부터 변위 후에 그리고 해제 후 다시 중립 위치로 되돌리기 위해 사용될 수 있다.
2개의 부재 -즉 대항력 부재(1)와 액추에이터(10)- 가 모여서 공통 전자 제어부에 의해 제어됨으로써, 순수하게 소프트웨어 측에서 거의 임의의 선택 레버 록킹 또는 시프트 패턴을 최대로 실제적으로 시뮬레이션할 수 있다.
결과적으로 본 발명에 의해 적은 구성 비용으로, 기계식 록킹이 존재하지 않음에도 불구하고 운전자에게 기계식으로 록킹되는 작동 레버의 거동을 제공할 수 있는, 특히 시프트-바이-와이어 작동식 트랜스미션용 동력 피드백 장치를 구비한 작동 장치가 형성된다. 또한, 가상 록킹이 록킹 점들의 수 및 간격과 관련해서 그리고 록킹의 경도와 관련해서 자유로이 제어 가능하게 변할 수 있거나, 또는 피드백으로서 감지 가능한 맥동이 작동 부재 내로 도입될 수 있다. 이로 인해, 트랜스미션용 작동 장치의 이동 특성 및 촉각이 순수하게 소프트웨어 측에서 넓은 범위로 변할 수 있고 사용자의 기호에 맞춰질 수 있다. 예컨대 종래의 수동 트랜스미션용 변속 레버와 자동 선택 레버 사이에서 작동 장치의 촉각의 순수 소프트웨어 제어식 전환이 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명은 특히 자동차의 트랜스미션 작동 분야에 복잡한 적용시 조립 공간, 비용 효율, 인간 환경 공학 및 조작 쾌적성의 개선에 크게 기여하고, 소프트웨어에 의한 복잡한 기계 부품의 사용 방법에 대한 다른 중요한 단계를 형성한다.
1 작동 레버
2 대항력 부재
3 볼
4 볼 컵
5 베어링 갭
6 자기 코일 장치
7 전기 접속부
8 밀봉 벨로우즈
9 위치 센서 장치
10 액추에이터

Claims (9)

  1. 시프트-바이-와이어 작동식 트랜스미션의 변속 단을 선택하기 위한 작동 장치로서, 상기 작동 장치는 소켓 하우징, 적어도 하나의 베어링 점(3, 4)에 회전 또는 선회 가능하게 지지되며 위치 센서 장치(9)를 가진 작동 부재(1), 및 동력 피드백 장치를 포함하고, 상기 동력 피드백 장치는 상기 작동 레버(1)에 작용하는 조절 가능한 대항력 부재(2)를 포함하고, 상기 대항력 부재(2)는 제어 가능하게 변하는 점성을 가진 유체를 포함하는, 작동 장치에 있어서,
    상기 대항력 부재(2)는 상기 작동 레버(1)의 상기 베어링 점(3, 4)의 베어링 갭(5)으로 형성되고, 상기 베어링 갭은 상기 유체로 채워지며,
    상기 베어링 점은 볼(3) 및 볼 컵(4)을 가진 볼 조인트로 형성되고, 상기 볼(3)은 상기 작동 레버(1)와 연결되며, 상기 볼 컵(4)은 상기 작동 장치의 상기 소켓 하우징과 연결되고,
    상기 베어링 갭(5)은 볼(3)의 외면과 볼 컵(4)의 내면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 작동 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어 가능하게 변하는 점성을 가진 유체는 자기유변 유체이고, 상기 베어링 점(3, 4)의 상기 베어링 갭(5) 내에 자기장을 발생시키기 위한 코일 장치(6)가 상기 베어링 점(3, 4)의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 작동 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 베어링 점은 볼 조인트(3, 4)로 형성되고, 상기 코일 장치(6)는 실질적으로 서로 수직인 자기장 방향들을 가진, 적어도 2개의 서로 독립적으로 제어 가능한 자기장을 발생시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 작동 장치.
  6. 제 1항, 제 4항, 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동력 피드백 장치는 모터식 액추에이터(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 조절 가능한 상기 대항력 부재(2)는 제어 특성 맵을 기초로 대항력을 발생시키도록 설계되는 한편, 상기 모터식 액추에이터(10)는 특성 맵을 기초로 상기 작동 레버(1)를 액추에이터식으로 이동시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 작동 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 액추에이터(10)는 전기 서보-기어드 모터인 것을 특징으로 하는 작동 장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 대항력 부재(2) 또는 상기 액추에이터(10)는 진동을 발생시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 작동 장치.
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