KR101597394B1 - 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법으로서, 두 개의 서브 트랜스미션에는 샤프트들이 할당되어 있고, 상기 샤프트들은 서브 클러치가 닫히고 기어가 맞물린 경우에는 활동 샤프트로서 토크를 전달하고, 또는 서브 클러치가 개방되고 상기 기어가 풀린 경우에는 비활동 샤프트로서 토크를 전달하지 않으며, 상기 토크의 크기 및 방향은 맞물린 각각의 상기 기어에 의존하며, 짝수 기어들은 짝수 샤프트에 할당되어 있고, 홀수 기어들은 홀수 샤프트에 할당되어 있는, 두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법에 있어서, 상기 홀수 기어가 맞물려 상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우 공진 회전수를 변경하기 위하여 비활동 샤프트인 상기 짝수 샤프트에 상기 짝수 기어를 맞물리거나, 또는 상기 짝수 기어가 맞물려 상기 짝수 샤프트가 활동 샤프트인 경우 공진 회전수를 변경하기 위하여 비활동 샤프트인 상기 홀수 샤프트에 상기 홀수 기어를 맞물리는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 두 개의 서브 트랜스미션(sub transmission)을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션(dual-clutch transmission)을 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 여기서 상기 두 개의 서브 트랜스미션에는 샤프트들이 할당되어 있고, 상기 샤프트들은 활동(active)/비활동(inactive) 샤프트로서 서브 클러치(sub clutch)가 닫힌/개방된 경우에 그리고 기어가 맞물린(engaged)/풀린(disengaged) 경우에 토크를 전달하며/전달하지 않으며, 상기 토크의 크기 및 방향은 맞물린 각각의 기어에 의존하며, 이 경우 짝수 번호의 기어들은 짝수 번호의 샤프트에 할당되어 있고, 홀수 번호의 기어들은 홀수 번호의 샤프트에 할당된다.
독일 공개 공보 DE 101 09 662 A1호에는 두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 듀얼-클러치 트랜스미션을 제어하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 이 경우에는 하나의 서브 트랜스미션에 할당된 전진 기어(forward gear) 및 다른 서브 트랜스미션에 할당된 후진 기어(backward gear)가 영구적으로 맞물린 상태로 유지된다.
본 발명에 따른 두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법은, 두 개의 서브 트랜스미션에는 샤프트들이 할당되어 있고, 상기 샤프트들은 서브 클러치가 닫히고 기어가 맞물린 경우에는 활동 샤프트로서 토크를 전달하고, 또는 서브 클러치가 개방되고 상기 기어가 풀린 경우에는 비활동 샤프트로서 토크를 전달하지 않으며, 상기 토크의 크기 및 방향은 맞물린 각각의 상기 기어에 의존하며, 짝수 기어들은 짝수 샤프트에 할당되어 있고, 홀수 기어들은 홀수 샤프트에 할당되어 있는, 두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법에 있어서, 상기 홀수 기어가 맞물려 상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우 공진 회전수를 변경하기 위하여 비활동 샤프트인 상기 짝수 샤프트에 상기 짝수 기어를 맞물리거나, 또는 상기 짝수 기어가 맞물려 상기 짝수 샤프트가 활동 샤프트인 경우 공진 회전수를 변경하기 위하여 비활동 샤프트인 상기 홀수 샤프트에 상기 홀수 기어를 맞물리는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어의 맞물림에 의해, 클러치 입력 회전수와 클러치 출력 회전수 간의 차인 슬립 회전수가 상기 공진 회전수에 도달하지 않도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 슬립 회전수가 상기 공진 회전수 아래인 경우, 중립 사전 선택 없이 주행이 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 슬립 회전수가 상기 공진 회전수 위인 경우, 맞물린 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀릴 수 있다.
구체적으로, 상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 상기 공진 회전수를 줄이기 위하여 상기 짝수 샤프트에 상기 짝수 기어가 맞물릴 수 있다.
구체적으로, 상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 상기 공진 회전수를 줄이기 위하여 상기 면서짝수 샤프트에 제2 기어 또는 후진 기어가 맞물릴 수 있다.
구체적으로, 상기 홀수 기어 및 상기 짝수 기어가 상기 홀수 샤프트 및 상기 짝수 샤프트에 맞물려 상기 홀수 샤프트 및 상기 짝수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 공진 회전수를 변경하기 위하여 상기 홀수 기어 또는 상기 짝수 기어가 상기 홀수 샤프트 또는 상기 짝수 샤프트에서 풀릴 수 있다.
구체적으로, 상기 슬립 회전수가 강하하여 상기 공진 회전수에 도달하기 전에 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀릴 수 있다.
구체적으로, 슬립 회전수가 강하하여 상기 공진 회전수에 도달하기 50 내지 100 회전 전에 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀릴 수 있다.
구체적으로, 상기 공진 회전수에 안전 거리를 가감한 임계 회전수에 의하여 목표 회전수를 산출하고, 상기 슬립 회전수가 상기 목표 회전수 아래인 경우 중립 사전 선택 없이 주행이 이루어지고, 상기 슬립 회전수가 상기 목표 회전수 위인 경우 중립 사전 선택이 이루어지도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 공진 회전수에 별도의 안전 거리를 더하여 한계 회전수를 산출하고, 상기 목표 회전수가 상기 한계 회전수에 미달할 경우, 상기 목표 회전수를 적어도 상기 한계 회전수의 값으로 상승시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어의 맞물림에 의해, 클러치 입력 회전수와 클러치 출력 회전수 간의 차인 슬립 회전수가 상기 공진 회전수에 도달하지 않도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 슬립 회전수가 상기 공진 회전수 아래인 경우, 중립 사전 선택 없이 주행이 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 슬립 회전수가 상기 공진 회전수 위인 경우, 맞물린 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀릴 수 있다.
구체적으로, 상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 상기 공진 회전수를 줄이기 위하여 상기 짝수 샤프트에 상기 짝수 기어가 맞물릴 수 있다.
구체적으로, 상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 상기 공진 회전수를 줄이기 위하여 상기 면서짝수 샤프트에 제2 기어 또는 후진 기어가 맞물릴 수 있다.
구체적으로, 상기 홀수 기어 및 상기 짝수 기어가 상기 홀수 샤프트 및 상기 짝수 샤프트에 맞물려 상기 홀수 샤프트 및 상기 짝수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 공진 회전수를 변경하기 위하여 상기 홀수 기어 또는 상기 짝수 기어가 상기 홀수 샤프트 또는 상기 짝수 샤프트에서 풀릴 수 있다.
구체적으로, 상기 슬립 회전수가 강하하여 상기 공진 회전수에 도달하기 전에 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀릴 수 있다.
구체적으로, 슬립 회전수가 강하하여 상기 공진 회전수에 도달하기 50 내지 100 회전 전에 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀릴 수 있다.
구체적으로, 상기 공진 회전수에 안전 거리를 가감한 임계 회전수에 의하여 목표 회전수를 산출하고, 상기 슬립 회전수가 상기 목표 회전수 아래인 경우 중립 사전 선택 없이 주행이 이루어지고, 상기 슬립 회전수가 상기 목표 회전수 위인 경우 중립 사전 선택이 이루어지도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 공진 회전수에 별도의 안전 거리를 더하여 한계 회전수를 산출하고, 상기 목표 회전수가 상기 한계 회전수에 미달할 경우, 상기 목표 회전수를 적어도 상기 한계 회전수의 값으로 상승시킬 수 있다.
본 발명의 부가적인 장점들, 특징들 그리고 세부 사항들은 도면에 도시된 다양한 실시예들을 참조하여 아래의 상세한 설명 부분에서 자세하게 기술된다.
도 1은 공진 회전수 범위를 개관하기 위하여 직교 좌표 다이어그램(cartesian coordinate diagram)을 참조하여 도시한 도면이며, 그리고
도 2는 공진을 피하기 위한 크리핑 상황에서 목표 회전수를 적응시키는 과정을 보여주기 위하여 부가적인 직교 좌표 다이어그램을 참조하여 도시한 도면이다.
도 1은 공진 회전수 범위를 개관하기 위하여 직교 좌표 다이어그램(cartesian coordinate diagram)을 참조하여 도시한 도면이며, 그리고
도 2는 공진을 피하기 위한 크리핑 상황에서 목표 회전수를 적응시키는 과정을 보여주기 위하여 부가적인 직교 좌표 다이어그램을 참조하여 도시한 도면이다.
건식 또는 습식 클러치를 구비한 듀얼-클러치 시스템에서는 트랜스미션 입력 측에서 계속해서 반복적으로 진동이 발생한다. 이와 같은 진동 발생의 원인은 바람직하지 않은 클러치 플러킹(clutch plucking) 현상이다. 이러한 플러킹 현상은 바람직하게 클러치가 개방된 상태에서 구동렬(drive train)의 제1 고유 진동수에서 발생하고, 예를 들어, 3 내지 20 헤르츠의 범위 안에 있다. 이와 같은 플러킹 현상에 의해서는 운전자에 의해서 감지될 수 있고 주행 안락감을 감소시키는 플러킹 진동이 야기된다. 본 발명에 의해서는 바람직하지 않은 플러킹 진동을 최대로 광범위하게 피하기 위한 다양한 조치들이 제안된다.
본 발명의 하드웨어 토대는, 2개의 부분 기어 박스를 구비하는 2중 클러치 기어 박스이며, 2개의 부분 기어 박스 중 하나는 홀수 번호의 홀수 기어를 갖고, 다른 하나는 짝수 번호의 짝수 기어를 갖는다. 이 경우 홀수 및 짝수의 부분 기어 박스는 하나의 고유한 클러치를 통해서 구동 모터에 연결되어 있다. 그렇기 때문에 모터 회전수와 클러치 입력 회전수는 동일하다.
제1 기어에서의 출발 전에는, 모터 회전수가 공회전 회전수에 놓여 있다. 서행으로 출발(차량을 정지 상태로부터 작동 상태로 전환)을 위해, 클러치는 제1 기어의 부분 기어 박스에서 서서히 폐쇄되며, 이 경우 슬립 회전수의 크기는 모터의 공회전 회전수의 크기와 정확하게 같다(슬립 회전수는 클러치 입력 회전수와 클러치 출력 회전수 간의 차를 의미한다.).
클러치가 서서히 폐쇄되면, 슬립 회전수가 축소된다. 이 단계에서 홀수의 부분 기어 박스 내에 있는 제1 기어뿐만 아니라 짝수의 부분 기어 박스 내에 있는 제2 기어 또는 후진 기어도 맞물리며, 이와 같은 상황은 공진 회전수가 분당 300 회전이 됨을 의미한다.
제1 기어가 맞물려있는 부분 기어 박스의 클러치가 서서히 폐쇄됨으로써, 결과적으로 슬립 회전수는 예를 들어 분당 800 회전인 모터의 공회전 회전수로부터 강하하는데, 슬립 회전수가 분당 300 회전에 도달한다면(아래 표의 상태 1의 공진 회전수), 공진이 발생할 것이다.
그러나 본 발명은 슬립 회전수가 분당 350 회전으로 강하하였을 때(이는 분당 300회전의 공진 회전수보다 큼), 짝수의 기어, 예를 들어 제2 기어 또는 후진 기어의 맞물림 상태가 풀림으로써, 결과적으로 공진 회전수가 분당 420 회전으로 증가하게 할 수 있다(아래 표에서 상태 1에서 상태 2로 전환).
그 결과 홀수 부분 기어 박스(제1 기어)의 클러치는 계속해서 폐쇄될 수 있고, 분당 350 회전의 슬립 회전수는, 공진 회전수가 분당 300 회전(아래 표의 상태 1의 공진 회전수)에서 분당 420 회전(아래 표의 상태 2의 공진 회전수)으로 변화함에 따라, 공진 회전수에 도달하지 않으면서, 계속해서 강하할 수 있다.
이와 같은 방식에 의해, 본 발명은 슬립 회전수가 공진 회전수에 도달하지 않으면서, 슬립 회전수가 모터의 공회전 회전수로부터 연속해서 0까지 감소되도록 할 수 있다. 이와 같은 상황은 슬립 회전수가 상태 1의 공진 회전수보다 높은 상태에서 제2 기어의 맞물림 상태가 풀어짐(상태 1에서 상태 2로 전환)으로써 이루어진다. 제1 및 제2 기어의 맞물림 및 풀림에 따른 공진 회전수는 다음 표와 같이 정리된다.
클러치 플러킹(clutch plucking) 현상이 발생하는 임계 공진 슬립 회전수는 다른 무엇보다도 기어들이 듀얼-클러치 트랜스미션에 맞물렸는지의 여부 또는 맞물렸다면 어느 기어들이 맞물렸는지에 의존한다. 이때 듀얼-클러치 트랜스미션 내부에서는 홀수 샤프트로서 표기되는 샤프트에 홀수 기어(1, 3, 5)가 할당된다. 짝수 기어(2, 4 및 6)는 짝수 샤프트로서도 표기되는 추가 샤프트에 할당된다. 다름 아닌 토크가 전달되는 샤프트는 활동(active) 샤프트로서도 표기된다. 그와 유사하게 토크가 전달되지 않는 샤프트는 비활동(inactive) 샤프트로서 표기된다.
예를 들어 제1 기어가 홀수 샤프트에 맞물리고 제2 기어가 짝수 샤프트에서 풀리면(상태 2, 홀수 샤프트는 활동 샤프트가 되고 짝수 샤프트는 비활동 샤프트가 된다.), 공진 회전수는 대략 7 헤르츠(분당 420 회전)에 놓인다.
예를 들어 제1 기어가 홀수 샤프트에서 풀리고 제2 기어가 짝수 샤프트에 맞물리면(상태 3, 홀수 샤프트는 비활동 샤프트가 되고 짝수 샤프트는 활동 샤프트가 된다.), 공진 회전수는 대략 13 헤르츠(분당 780 회전)에 놓인다.
두 개의 기어가 각각 짝수 샤프트와 홀수 샤프트에 맞물리면, 즉 어떤 기어에도 중립 사전 선택이 존재하지 않으면(상태 1), 공진 회전수는 대략 5 헤르츠(분당 300 회전)에 놓인다. 이 경우에 제1 기어를 통해서 크리핑 현상이 발생하게 되면, 홀수 샤프트가 활동 샤프트가 될 것이며, 제2 기어가 짝수 샤프트에 맞물렸다 하더라도, 상기 제2 기어에 할당된 짝수 샤프트는 비활동 샤프트가 된다. 두 개의 기어가 맞물리는 상황은 상호 결합된 질량으로 인해 공진 회전수를 감소시키게 된다.
구조적인 에러가 발생 된 경우에는 임계적인 차동(differential) 회전수, 다시 말해 모터 회전수(=클러치 입력 회전수)와 트랜스미션 입력 회전수 간의 슬립(slip)이 여기 진동수로부터 간단하게 결정될 수 있다. 전술된 경우들에서는 기어에 따라서 분당 300 회전의 공진 회전수, 분당 420 회전의 공진 회전수 그리고 분당 780 회전의 공진 회전수가 나타난다. 이와 같은 지식을 통해서 본 발명의 부가적인 양상에 따라 듀얼-클러치 트랜스미션의 트리거링 전략이 최적으로 된다.
제1 기어가 홀수 샤프트에 맞물린 경우에는 제일 먼저 비활동의 짝수 샤프트에 기어가 맞물리게 되는데, 예를 들면 제2 기어 또는 후진 기어가 짝수 샤프트에 맞물리게 된다. 이를 통해 공진 회전수는 분당 300 회전으로 변위(감소) 된다. 이와 같은 공진 회전수에 도달하기 전의 적절한 시간에 짝수 기어가 짝수 샤프트에서 풀린다.
예를 들어 분당 50 내지 100 회전이 안전 거리(Ndiff_sicher)로서 사용되는데, 다시 말해서 공진 회전수가 분당 300 회전일 때(상태 1) 안전 거리인 50 회전을 더한 대략 분당 350 회전의 슬립 회전수에서 짝수 기어가 짝수 샤프트에서 풀린다(상태 2). 이를 통해 공진 회전수는 분당 420 회전으로 상승하게 된다. 하지만, 슬립 회전수는 이미 분당 350 회전으로 감소 되었다. 크리핑(creeping) 전략에 의해서 슬립 회전수는 더욱 감소 된다. 차(difference)는 고유 진동수에 의존한다. 전술된 조치들에 의해서는 공진 슬립 회전수의 범위 안에서 크리핑 기능의 작동이 회피된다.
도 1에는 전술된 상황이 x-축 및 y-축을 갖는 직교 좌표 다이어그램을 참조하여 그래프로 도시된다. x-축 상에는 시간이 4초 내지 14초의 초 단계로 도시된다. y-축 상에는 0 내지 2,000의 회전수가 200 단계로 분당 회전으로 도시된다. 빗금으로 표시된 영역은 공진 회전수가 분당 300 회전인 영역(상태 1)이며, 수직선으로 표시된 영역은 공진 회전수가 분당 420 회전인 영역(상태 2)에 상응한다. 대략 8초에서는 공진이 전혀 발생하지 않도록 전환(switch over)이 이루어진다.
도 1에서 모터 회전수는 NEng로 표기되고, 입력 회전수는 NInp로 표기되며, 공진 회전수는 NSlip으로 표기된다. 공진 회피를 위해서는 목표 회전수(Ndiff,krit)가 필요한데, 목표 회전수의 계산을 위해서 먼저 안전 거리(Ndiff_sicher)를 갖는 임계 회전수(Ndiff,GangxoN, 또는 Ndiff,GangxmN)가 아래와 같이 산출된다:
Ndiff,GangxoN = 공진 회전수(기어, 중립 사전 선택 없음) + Ndiff_sicher
Ndiff,GangxmN = 공진 회전수(기어, 중립 사전 있음) - Ndiff_sicher
중립 사전 선택이 있는/없는 작동의 경우를 위해서는 다음과 같은 내용이 적용된다:
목표 회전수(Ndiff,krit) 아래에서는 항상 중립 사전 선택(neutral preselection) 없이 주행이 이루어진다(상태 1); 상기 목표 회전수 위에서는 중립 사전 선택이 이루어진다; 다시 말해 이 경우에는 기어가 풀리는 비활동 샤프트가 발생하게 된다(상태 1에서 상태 2 또는 3으로 전환). 상기 목표 회전수(Ndiff,krit)을 결정하기 위해서 다음과 같은 내용이 적용된다:
Ndiff,GangxmN >= Ndiff,GangxoN인 경우, Ndiff,krit = Ndiff,GangxoN
Ndiff,GangxmN < Ndiff,GangxoN인 경우, Ndiff,krit = (Ndiff,GangxmN - Ndiff,GangxoN) / 2
공진 회전수를 피하는 것과 관련된 한 가지 추가의 개선 예는 도 2에 도시된 바와 같이 크리핑의 경우에 목표 회전수/목표 속도를 적합하게 보정/적응함으로써 달성될 수 있다. 도 2에는 모터 회전수가 NEng로 표기되고, 목표 회전수는 NInpTgt로 표기되며, 한계 회전수는 NLimit로 표기된다. 또한 입력 회전수는 NInp로 표기되고, 공진 회전수는 NKrit로 표기된다.
이하에서 전체 회전수는 트랜스미션 입력 회전수와 관련이 있다. 대안적으로 전체 크기는 그 대신에 아무런 제약 없이 트랜스미션 출력 회전수 또는 환산된 차량 속도와도 관련이 있을 수 있다.
내연 기관의 모터 회전수(NEng)는 상황에 따라서 상이한 공회전 값을 취할 수 있다(콜드 런(cold run), 냉난방 장치 가동 등). 그럼으로써, 크리핑 상황에서 속도를 조절하기 위해 고정적으로 설정된 목표 회전수(NInpTgt)는 공진 회전수(Nkrit)의 범위 안에 놓이게 되는 상황이 발생할 수 있다.
본 발명에 따라, 소프트웨어 안에서 목표 회전수(NInpTgt)를 변경함으로써 공진 회전수를 피하는 조치가 제안된다. 이와 같은 조치는 각각의 기어에 대한 공진 회전수(기어)가 소프트웨어 안에 저장됨으로써 이루어진다. 그로부터 한계 회전수(NLimit)가 산출되며, 상기 한계 회전수는 공진 회전수에 대하여 추가로 또 하나의 소정의 안전 거리(Nmin)를 갖게 된다:
NLimit = NEng - 공진 회전수(기어) + Nmin
NKrit = NEng - 공진 회전수(기어)
작동 중에 목표 회전수(NInpTgt)가 상기 산출된 한계 회전수(NLimit)에 미달 되는지의 여부가 검사될 수 있다. 미달 되는 경우에는, 목표 회전수가 적어도 상기 한계 회전수의 값으로 상승 된다(도 2 참조). 이 경우에는 클러치 부하가 동시에 불필요하게 상승하지 않도록 하기 위하여 계속해서 NLimit(상승)로 적응시키는 것이 유리하다.
그러나 원칙적으로는 낮추는 것도 생각할 수 있는데, 그 이유는 이와 같은 조치에 의해서 또 하나의 제2 한계 회전수(NLimit2)가 산출될 수 있기 때문이다:
NLimit = NEng - NSlip(기어) - Nmin
여기서 상기 제2 한계 회전수는 공진 회전수보다 더 낮다. 하지만, 상기 제2 한계 회전수는 상승 된 슬립 회전수를 가지며, 이와 같은 상황은 클러치의 수명에 불리한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 하드웨어 토대는, 2개의 부분 기어 박스를 구비하는 2중 클러치 기어 박스이며, 2개의 부분 기어 박스 중 하나는 홀수 번호의 홀수 기어를 갖고, 다른 하나는 짝수 번호의 짝수 기어를 갖는다. 이 경우 홀수 및 짝수의 부분 기어 박스는 하나의 고유한 클러치를 통해서 구동 모터에 연결되어 있다. 그렇기 때문에 모터 회전수와 클러치 입력 회전수는 동일하다.
제1 기어에서의 출발 전에는, 모터 회전수가 공회전 회전수에 놓여 있다. 서행으로 출발(차량을 정지 상태로부터 작동 상태로 전환)을 위해, 클러치는 제1 기어의 부분 기어 박스에서 서서히 폐쇄되며, 이 경우 슬립 회전수의 크기는 모터의 공회전 회전수의 크기와 정확하게 같다(슬립 회전수는 클러치 입력 회전수와 클러치 출력 회전수 간의 차를 의미한다.).
클러치가 서서히 폐쇄되면, 슬립 회전수가 축소된다. 이 단계에서 홀수의 부분 기어 박스 내에 있는 제1 기어뿐만 아니라 짝수의 부분 기어 박스 내에 있는 제2 기어 또는 후진 기어도 맞물리며, 이와 같은 상황은 공진 회전수가 분당 300 회전이 됨을 의미한다.
제1 기어가 맞물려있는 부분 기어 박스의 클러치가 서서히 폐쇄됨으로써, 결과적으로 슬립 회전수는 예를 들어 분당 800 회전인 모터의 공회전 회전수로부터 강하하는데, 슬립 회전수가 분당 300 회전에 도달한다면(아래 표의 상태 1의 공진 회전수), 공진이 발생할 것이다.
그러나 본 발명은 슬립 회전수가 분당 350 회전으로 강하하였을 때(이는 분당 300회전의 공진 회전수보다 큼), 짝수의 기어, 예를 들어 제2 기어 또는 후진 기어의 맞물림 상태가 풀림으로써, 결과적으로 공진 회전수가 분당 420 회전으로 증가하게 할 수 있다(아래 표에서 상태 1에서 상태 2로 전환).
그 결과 홀수 부분 기어 박스(제1 기어)의 클러치는 계속해서 폐쇄될 수 있고, 분당 350 회전의 슬립 회전수는, 공진 회전수가 분당 300 회전(아래 표의 상태 1의 공진 회전수)에서 분당 420 회전(아래 표의 상태 2의 공진 회전수)으로 변화함에 따라, 공진 회전수에 도달하지 않으면서, 계속해서 강하할 수 있다.
이와 같은 방식에 의해, 본 발명은 슬립 회전수가 공진 회전수에 도달하지 않으면서, 슬립 회전수가 모터의 공회전 회전수로부터 연속해서 0까지 감소되도록 할 수 있다. 이와 같은 상황은 슬립 회전수가 상태 1의 공진 회전수보다 높은 상태에서 제2 기어의 맞물림 상태가 풀어짐(상태 1에서 상태 2로 전환)으로써 이루어진다. 제1 및 제2 기어의 맞물림 및 풀림에 따른 공진 회전수는 다음 표와 같이 정리된다.
| 상태 | 제1 기어 | 제2 기어 | 공진 회전수 |
| 1 | 맞물림 | 맞물림 | 분당 300 회전 |
| 2 | 맞물림 | 풀림 | 분당 420 회전 |
| 3 | 풀림 | 맞물림 | 분당 780 회전 |
클러치 플러킹(clutch plucking) 현상이 발생하는 임계 공진 슬립 회전수는 다른 무엇보다도 기어들이 듀얼-클러치 트랜스미션에 맞물렸는지의 여부 또는 맞물렸다면 어느 기어들이 맞물렸는지에 의존한다. 이때 듀얼-클러치 트랜스미션 내부에서는 홀수 샤프트로서 표기되는 샤프트에 홀수 기어(1, 3, 5)가 할당된다. 짝수 기어(2, 4 및 6)는 짝수 샤프트로서도 표기되는 추가 샤프트에 할당된다. 다름 아닌 토크가 전달되는 샤프트는 활동(active) 샤프트로서도 표기된다. 그와 유사하게 토크가 전달되지 않는 샤프트는 비활동(inactive) 샤프트로서 표기된다.
예를 들어 제1 기어가 홀수 샤프트에 맞물리고 제2 기어가 짝수 샤프트에서 풀리면(상태 2, 홀수 샤프트는 활동 샤프트가 되고 짝수 샤프트는 비활동 샤프트가 된다.), 공진 회전수는 대략 7 헤르츠(분당 420 회전)에 놓인다.
예를 들어 제1 기어가 홀수 샤프트에서 풀리고 제2 기어가 짝수 샤프트에 맞물리면(상태 3, 홀수 샤프트는 비활동 샤프트가 되고 짝수 샤프트는 활동 샤프트가 된다.), 공진 회전수는 대략 13 헤르츠(분당 780 회전)에 놓인다.
두 개의 기어가 각각 짝수 샤프트와 홀수 샤프트에 맞물리면, 즉 어떤 기어에도 중립 사전 선택이 존재하지 않으면(상태 1), 공진 회전수는 대략 5 헤르츠(분당 300 회전)에 놓인다. 이 경우에 제1 기어를 통해서 크리핑 현상이 발생하게 되면, 홀수 샤프트가 활동 샤프트가 될 것이며, 제2 기어가 짝수 샤프트에 맞물렸다 하더라도, 상기 제2 기어에 할당된 짝수 샤프트는 비활동 샤프트가 된다. 두 개의 기어가 맞물리는 상황은 상호 결합된 질량으로 인해 공진 회전수를 감소시키게 된다.
구조적인 에러가 발생 된 경우에는 임계적인 차동(differential) 회전수, 다시 말해 모터 회전수(=클러치 입력 회전수)와 트랜스미션 입력 회전수 간의 슬립(slip)이 여기 진동수로부터 간단하게 결정될 수 있다. 전술된 경우들에서는 기어에 따라서 분당 300 회전의 공진 회전수, 분당 420 회전의 공진 회전수 그리고 분당 780 회전의 공진 회전수가 나타난다. 이와 같은 지식을 통해서 본 발명의 부가적인 양상에 따라 듀얼-클러치 트랜스미션의 트리거링 전략이 최적으로 된다.
제1 기어가 홀수 샤프트에 맞물린 경우에는 제일 먼저 비활동의 짝수 샤프트에 기어가 맞물리게 되는데, 예를 들면 제2 기어 또는 후진 기어가 짝수 샤프트에 맞물리게 된다. 이를 통해 공진 회전수는 분당 300 회전으로 변위(감소) 된다. 이와 같은 공진 회전수에 도달하기 전의 적절한 시간에 짝수 기어가 짝수 샤프트에서 풀린다.
예를 들어 분당 50 내지 100 회전이 안전 거리(Ndiff_sicher)로서 사용되는데, 다시 말해서 공진 회전수가 분당 300 회전일 때(상태 1) 안전 거리인 50 회전을 더한 대략 분당 350 회전의 슬립 회전수에서 짝수 기어가 짝수 샤프트에서 풀린다(상태 2). 이를 통해 공진 회전수는 분당 420 회전으로 상승하게 된다. 하지만, 슬립 회전수는 이미 분당 350 회전으로 감소 되었다. 크리핑(creeping) 전략에 의해서 슬립 회전수는 더욱 감소 된다. 차(difference)는 고유 진동수에 의존한다. 전술된 조치들에 의해서는 공진 슬립 회전수의 범위 안에서 크리핑 기능의 작동이 회피된다.
도 1에는 전술된 상황이 x-축 및 y-축을 갖는 직교 좌표 다이어그램을 참조하여 그래프로 도시된다. x-축 상에는 시간이 4초 내지 14초의 초 단계로 도시된다. y-축 상에는 0 내지 2,000의 회전수가 200 단계로 분당 회전으로 도시된다. 빗금으로 표시된 영역은 공진 회전수가 분당 300 회전인 영역(상태 1)이며, 수직선으로 표시된 영역은 공진 회전수가 분당 420 회전인 영역(상태 2)에 상응한다. 대략 8초에서는 공진이 전혀 발생하지 않도록 전환(switch over)이 이루어진다.
도 1에서 모터 회전수는 NEng로 표기되고, 입력 회전수는 NInp로 표기되며, 공진 회전수는 NSlip으로 표기된다. 공진 회피를 위해서는 목표 회전수(Ndiff,krit)가 필요한데, 목표 회전수의 계산을 위해서 먼저 안전 거리(Ndiff_sicher)를 갖는 임계 회전수(Ndiff,GangxoN, 또는 Ndiff,GangxmN)가 아래와 같이 산출된다:
Ndiff,GangxoN = 공진 회전수(기어, 중립 사전 선택 없음) + Ndiff_sicher
Ndiff,GangxmN = 공진 회전수(기어, 중립 사전 있음) - Ndiff_sicher
중립 사전 선택이 있는/없는 작동의 경우를 위해서는 다음과 같은 내용이 적용된다:
목표 회전수(Ndiff,krit) 아래에서는 항상 중립 사전 선택(neutral preselection) 없이 주행이 이루어진다(상태 1); 상기 목표 회전수 위에서는 중립 사전 선택이 이루어진다; 다시 말해 이 경우에는 기어가 풀리는 비활동 샤프트가 발생하게 된다(상태 1에서 상태 2 또는 3으로 전환). 상기 목표 회전수(Ndiff,krit)을 결정하기 위해서 다음과 같은 내용이 적용된다:
Ndiff,GangxmN >= Ndiff,GangxoN인 경우, Ndiff,krit = Ndiff,GangxoN
Ndiff,GangxmN < Ndiff,GangxoN인 경우, Ndiff,krit = (Ndiff,GangxmN - Ndiff,GangxoN) / 2
공진 회전수를 피하는 것과 관련된 한 가지 추가의 개선 예는 도 2에 도시된 바와 같이 크리핑의 경우에 목표 회전수/목표 속도를 적합하게 보정/적응함으로써 달성될 수 있다. 도 2에는 모터 회전수가 NEng로 표기되고, 목표 회전수는 NInpTgt로 표기되며, 한계 회전수는 NLimit로 표기된다. 또한 입력 회전수는 NInp로 표기되고, 공진 회전수는 NKrit로 표기된다.
이하에서 전체 회전수는 트랜스미션 입력 회전수와 관련이 있다. 대안적으로 전체 크기는 그 대신에 아무런 제약 없이 트랜스미션 출력 회전수 또는 환산된 차량 속도와도 관련이 있을 수 있다.
내연 기관의 모터 회전수(NEng)는 상황에 따라서 상이한 공회전 값을 취할 수 있다(콜드 런(cold run), 냉난방 장치 가동 등). 그럼으로써, 크리핑 상황에서 속도를 조절하기 위해 고정적으로 설정된 목표 회전수(NInpTgt)는 공진 회전수(Nkrit)의 범위 안에 놓이게 되는 상황이 발생할 수 있다.
본 발명에 따라, 소프트웨어 안에서 목표 회전수(NInpTgt)를 변경함으로써 공진 회전수를 피하는 조치가 제안된다. 이와 같은 조치는 각각의 기어에 대한 공진 회전수(기어)가 소프트웨어 안에 저장됨으로써 이루어진다. 그로부터 한계 회전수(NLimit)가 산출되며, 상기 한계 회전수는 공진 회전수에 대하여 추가로 또 하나의 소정의 안전 거리(Nmin)를 갖게 된다:
NLimit = NEng - 공진 회전수(기어) + Nmin
NKrit = NEng - 공진 회전수(기어)
작동 중에 목표 회전수(NInpTgt)가 상기 산출된 한계 회전수(NLimit)에 미달 되는지의 여부가 검사될 수 있다. 미달 되는 경우에는, 목표 회전수가 적어도 상기 한계 회전수의 값으로 상승 된다(도 2 참조). 이 경우에는 클러치 부하가 동시에 불필요하게 상승하지 않도록 하기 위하여 계속해서 NLimit(상승)로 적응시키는 것이 유리하다.
그러나 원칙적으로는 낮추는 것도 생각할 수 있는데, 그 이유는 이와 같은 조치에 의해서 또 하나의 제2 한계 회전수(NLimit2)가 산출될 수 있기 때문이다:
NLimit = NEng - NSlip(기어) - Nmin
여기서 상기 제2 한계 회전수는 공진 회전수보다 더 낮다. 하지만, 상기 제2 한계 회전수는 상승 된 슬립 회전수를 가지며, 이와 같은 상황은 클러치의 수명에 불리한 영향을 미칠 수 있다.
NEng = 모터 회전수
NInp = 입력 회전수
NSlip = 슬립 회전수
Ndiff_GangxoN = 중립 사전 선택이 없는 임계 회전수
Ndiff_GangxmN = 중립 사전 선택이 있는 임계 회전수
NInpTgt = 목표 회전수
NLimit = 한계 회전수
NKrit = 공진 회전수
NInp = 입력 회전수
NSlip = 슬립 회전수
Ndiff_GangxoN = 중립 사전 선택이 없는 임계 회전수
Ndiff_GangxmN = 중립 사전 선택이 있는 임계 회전수
NInpTgt = 목표 회전수
NLimit = 한계 회전수
NKrit = 공진 회전수
Claims (11)
- 두 개의 서브 트랜스미션에는 샤프트들이 할당되어 있고, 상기 샤프트들은 서브 클러치가 닫히고 기어가 맞물린 경우에는 활동 샤프트로서 토크를 전달하고, 또는 서브 클러치가 개방되고 상기 기어가 풀린 경우에는 비활동 샤프트로서 토크를 전달하지 않으며, 상기 토크의 크기 및 방향은 맞물린 각각의 상기 기어에 의존하며, 짝수 기어들은 짝수 샤프트에 할당되어 있고, 홀수 기어들은 홀수 샤프트에 할당되어 있는, 두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
상기 홀수 기어가 맞물려 상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우 공진 회전수를 변경하기 위하여 비활동 샤프트인 상기 짝수 샤프트에 상기 짝수 기어를 맞물리거나, 또는 상기 짝수 기어가 맞물려 상기 짝수 샤프트가 활동 샤프트인 경우 공진 회전수를 변경하기 위하여 비활동 샤프트인 상기 홀수 샤프트에 상기 홀수 기어를 맞물리며,
서브 클러치가 닫히면서 클러치 입력 회전수와 클러치 출력 회전수 간의 차인 슬립 회전수가 강하할 때, 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어의 맞물림에 의해 상기 공진 회전수를 변경하여, 상기 슬립 회전수가 상기 공진 회전수에 도달하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 슬립 회전수가 상기 공진 회전수 아래인 경우, 중립 사전 선택 없이 주행이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 슬립 회전수가 상기 공진 회전수 위인 경우, 맞물린 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀리는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 상기 공진 회전수를 줄이기 위하여 상기 짝수 샤프트에 상기 짝수 기어가 맞물리는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 홀수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 상기 공진 회전수를 줄이기 위하여 상기 짝수 샤프트에 제2 기어 또는 후진 기어가 맞물리는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 홀수 기어 및 상기 짝수 기어가 상기 홀수 샤프트 및 상기 짝수 샤프트에 맞물려 상기 홀수 샤프트 및 상기 짝수 샤프트가 활동 샤프트인 경우, 공진 회전수를 변경하기 위하여 상기 홀수 기어 또는 상기 짝수 기어가 상기 홀수 샤프트 또는 상기 짝수 샤프트에서 풀리는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 슬립 회전수가 강하하여 상기 공진 회전수에 도달하기 전에 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀리는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 제 8 항에 있어서,
슬립 회전수가 강하하여 상기 공진 회전수에 도달하기 50 내지 100 회전 전에 상기 짝수 기어 또는 상기 홀수 기어가 풀리는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 공진 회전수에 안전 거리를 가감한 임계 회전수에 의하여 목표 회전수를 산출하고,
상기 슬립 회전수가 상기 목표 회전수 아래인 경우 중립 사전 선택 없이 주행이 이루어지고, 상기 슬립 회전수가 상기 목표 회전수 위인 경우 중립 사전 선택이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 공진 회전수에 별도의 안전 거리를 더하여 한계 회전수를 산출하고,
상기 목표 회전수가 상기 한계 회전수에 미달할 경우, 상기 목표 회전수를 적어도 상기 한계 회전수의 값으로 상승시키는 것을 특징으로 하는,
두 개의 서브 트랜스미션을 구비한 자동화된 듀얼-클러치 트랜스미션을 작동시키기 위한 방법.
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