KR101663890B1 - 효율적인 대화형 수동 변속기를 갖는 차량 및 이의 제어 방법 - Google Patents

효율적인 대화형 수동 변속기를 갖는 차량 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수동 변속기를 조작함에 있어, 운전자의 변속레버 조작 의도를 변속레버 손잡이에 달린 전방향 스위치의 눌림 상태로 부터 추정함으로써 변속 의도를 조기에 파악하여 소요 변속 시간을 줄이고, 변속레버 손잡이에만 스위치를 부착하여 설치를 단순화하였다. 또한 기어 맞물림이 제대로 안되어 있는지를 변속비를 검토하여 확인하고, 필요에 따라 운전자에게 기어 맞물림 기회를 다시 제공한다. 차량은 순수 전기차 이거나 또는 내연기관을 구비하는 경우에는, 상기 내연기관의 출력축과 연결되는 구동모터/발전기, 상기 내연기관 및 상기 구동모터/발전기 사이에 배치되어 상기 내연기관과 상기 구동모터/발전기 사이에 동력을 전달 또는 차단하는 연결부, 상기 구동모터/발전기에 연결되어 상기 구동모터/발전기 및 상기 내연기관에서 생성된 구동 속도와 토크에 따라 기어비를 가변시키는 수동 변속기, 및 상기 내연기관, 상기 구동모터/발전기, 상기 연결부 및 상기 수동 변속 레버 손잡이의 전방향 스위치에 연락되는 중앙 제어부를 포함한다. 상기 중앙 제어부는 상기 수동 변속기의 변속을 위하여, 상기 수동 변속 레버 손잡이의 전방향 스위치의 입력에 따라 상기 구동모터/발전기 및 상기 내연기관을 제어하여 기어 동기화를 이룸으로써 운전자의 기어 맞물림 작업을 도와준다.

Description

효율적인 대화형 수동 변속기를 갖는 차량 및 이의 제어 방법{VEHICLE HAVING EFFICIENTLY INTERACTIVE MANUAL TRANSMISSION AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 차량의 구동계 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구동 모터/발전기와 수동 변속기를 갖는 차량 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. 상기 차량은 필요에 따라 내연기관을 구비할 수도 있다.
한국발명특허출원번호 제10-2013-0067158호에는, 대화형 수동 변속기를 갖는 차량 및 이의 제어 방법과 이를 이용하는 차량이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 차량에 사용되는 대화형 수동 변속기는 운전자의 의도를 파악하기 위하여 다수의 위치센서를 통하여 수동 변속기의 변속레버의 위치를 알아내고, 그 위치 정보를 이용하여 운전자의 의도를 추론하기 때문에 운전자의 의도 파악에 추가의 시간이 필요하여 변속시간이 그만큼 길어지며, 설치가 복잡한 문제점이 있으며, 또한 변속기어들의 맞물림 여부를 정확하게 판단하기 어렵다.
미국 특허 5,951,436호(TRANSMISSION CONTROL SYSTEM FOR AN ELECTRIC VEHICLE, Chun-ho Kim, US 5,951,436, Sep. 14, 1999)에는 전기차의 변속기 제어 시스템이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 차량에 사용되는 수동 변속기는 변속 레버의 움직임을 정확하게 파악할 수 없으며, 기어 선택을 알 수 없기에 3단 이상을 구비한 변속기에는 사용될 수 없으며, 변속기어들의 맞물림 여부를 정확하게 판단하기 어려우며, 기어 변속이 잘 이루어지지 않은 경우에 대응 조처가 곤란하다.
1) 윤용산 외, 한국발명특허출원번호 제10-2013-0067158호, 대화형 수동 변속기를 갖는 차량 및 이의 제어 방법과 이를 이용하는 차량, 2013. 2) Chun-ho Kim, 미국 특허 5,951,436호. TRANSMISSION CONTROL SYSTEM FOR AN ELECTRIC VEHICLE, Sep. 14, 1999.
없음
본 발명의 일 목적은 수동 변속기의 변속 레버를 조작하고자 할 때, 운전자의 의도를 가능한 한 빨리 파악하여, 이를 즉시 차량의 중앙 제어부에 알려주는, 효율적인 대화 장치를 구성하고자 한다. 또한 변속이 잘 이루어져있지 않을 때에도 운전자에게 대처할 방도를 제시한다. 즉, 기존의 방식에서 사용하는 위치센서를 사용하지 않고, 변속 레버의 손잡이에 달린 전방향(Omni-directional) 스위치를 사용하여, 스위치가 작동되는 순간, 곧바로 운전자의 의도를 확인한다. 변속레버 손잡이에 부착된 이들 전방향 스위치는 전후방향, 좌우방향, 및 상하방향으로 구성되며 스위치의 작동 조합에 따라 운전자의 희망 변속 단수가 즉시 확인되며, 변속레버 손잡이 한곳에 모여 있는 여러 스위치들에 의한 배선을 간략화 또는 무선화 하여 중앙 제어부와 연락 할 수 있으며, 변속기의 입력축과 출력축의 속도비를 모니터링 함으로써 변속 기어 맞물림 여부를 수시로 파악할 수 있으며, 변속이 잘 이루어져 있지 않으면 중앙 제어부가 판단하여 운전자에게 대처할 기회를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 차량의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위해 예시적인 실시예들에 따른 차량은전기모터/발전기를 구비하며, 필요에 따라 내연기관을 포함할 수 있다. 변속을 위하여 수동 변속기가 포함되며, 일반 차량에서 필요로 하는 엔진 클러치는 사용되지 않는다. 내연기관을 포함하는 경우에는 내연기관이 정지하고 있을 때, 이를 모터/발전기와 격리하기 위하여, 내연기관 속도에 따라 단순하게 작동하는 원심력 클러치, 일방향 클러치, 또는 작동기에 의해 구동되는 원웨이 클러치 또는 도그클러치를 설치한다.
전방향 스위치가 변속레버의 손잡이에 설치되어 있음으로 소수의 전선으로 중앙 제어부와 연결할 수 있으며, 또는 유선대신에 무선으로 중앙 제어부와 연결할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 내연기관 연결부는 원웨이 클러치, 원심력 클러치, 싱크로메쉬, 도그 클러치, 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 운전자는 상기 전방향 스위치를 통해 상기 차량의 변속 작업의 개시 신호를 상기 중앙 제어부에 송신할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 변속 작업의 개시 신호에 따라 상기 구동기의 토크를 감소시키도록 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차량은 상기 구동기의 출력축, 상기 수동 변속기의 입력축 및 상기 수동 변속기의 출력축에 각각 설치된 속도 센서들을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 수동 변속기의 기어 변경이 필요할 시에 운전자에게 목표 기어를 알려줄 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중앙 제어부는 운전자가 상기 목표 기어로 접속하지 못한 경우에 운전자에게 경고 메시지를 발령할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중앙 제어부는 운전자가 상기 목표 기어로 접속하였는지를 확인하기 위하여 변속비(상기 수동 변속기의 입력축과 출력축의 속도비)를 상시 모니터링한다
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 예시적인 실시 예들에 따른 상기 내연기관이 부착된 차량의 제어 방법에 있어서, 차량 내의 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 내연기관과 구동모터/발전기 사이에 배치된 연결부를 분리시키거나 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 연결부를 연결시킨다. 다음의 변속기의 변속작업은 도 1에 예시되어 있다. 즉, 수동 변속 레버 손잡이의 전방향 스위치를 통해 운전자의 희망 기어 단수를 파악한다. 상기 검출된 기어 단수에 따라 상기 구동모터/발전기 및/또는 상기 내연기관을 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절한다. 상기 수동 변속기의 기어를 목표 기어로 변경한다. 상기 목표 기어의 연결 여부를 변속기 입력축의 속도 변화도를 감지하여 확인한다.
이와 같이 구성된 발명에 따른 수동 변속기로 구동되는 차량이 동력기에 내연기관이 포함된 경우에 내연기관이 쉬고 있을 때를 대비하여 내연기관을 구동부로부터 단절시킬 수 있는 연결부를 도입하며, 상기 내연기관이 구동부에 연결된 경우에는 구동모터/발전기와 상기 내연기관의 동시 제어에 의하여 그 역할을 수행할 수 있다. 즉, 차량의 가속상태와 가속페달의 입력상태를 비교하여 새로이 변경할 적절한 기어단수를 중앙 제어부가 산정하여 운전자에게 제시하며, 수동 변속기의 새로운 변속 기어로 연결하고자 할 때, 운전자가 변속 레버 손잡이의 전방향 스위치를 누르면 변속개시 신호로 중앙 제어부는 받아드리고 동력기관(내연기관 및 모터/발전기 또는 모터/발전기)에 의한 토크를 최소화하여 변속기어의 분리를 용이하도록 하며 동시에 변속레버 손잡이의 전방향 스위치들의 입력 상태에 의해 중앙 제어부는 그에 맞는 변속기의 입력축의 속도를 조절하여 변속기어의 동기화를 이루고, 동기완료 신호를 보내면 운전자는 변속레버을 움직여 기어 맞물림을 시도한다.
이와 같이 구성된 발명에 따른 수동 변속기로 구동되는 차량이 동력기에 내연기관이 포함되지 않고 전기모터/발전기로만 구동되는 경우에는 상기 연결부가 필요 없으며, 구동모터/발전의 제어에 의하여 구동을 수행할 수 있다. 즉, 수동 변속기의 새로운 변속 기어로 연결하고자 할 때, 운전자가 변속 레버 손잡이의 전방향 스위치를 누르면 변속개시 신호로 중앙 제어부는 받아드리고 동력기의 동력을 최소화하여 변속기어의 분리를 용이하도록 하며 동시에 변속레버의 전방향 스위치들의 입력 상태에 맞는 기어 단수를 찾아내고, 변속기의 입력축의 속도를 맞추도록 한다.
변속레버 손잡이에 부착된 전방향 스위치와 중앙 제어부와의 통신을 유선 또는 무선으로 가능하며, 변속레버 손잡이의 전방향 스위치를 모듈형태로 손쉽게 설치할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 차량의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 차량을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 수동 변속기에 연결된 변속 레버 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 변속 레버 손잡이에 설치된 전방향 스위치들을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 전방향 스위치의 조합으로 선택될 수 있는 10단 기어를 나타내는 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 차량의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 중앙 제어부는 가속 페달 및 차량의 속도 등을 참조하여 최적의 기어 단수를 운전자에게 제시한다. 또한 중앙 제어부(60)는 상기 변속비를 검토하여, 현재의 변속기어의 맞물림 상태를 확인한다. 즉 상기 변속비가 일정한 값을 유지하고 있으면, 상기 변속비에 해당하는 변속기어 맞물림이 확인되며, 그렇지 않고 상기 변속비가 변화하면 맞물림이 되고 있지 않은 상태이며 상기 중앙 제어부는 운전자에게 경고메시지를 보내고 기어를 동기화하여 운전자로 하여금 기어 맞물림을 하도록 한다. 기어 맞물림이 잘 이루어져 있는 경우에, 변속 개시는 변속레버를 옮기고자 하는 방향으로 변속레버 손잡이(62)를 움직이면 손잡이 내부의 전방향 스위치(64, 65, 66, 67, 68)가 한 개 내지 세 개의 조합으로 눌리면서 그때 발생되는 변속 신호를 중앙 제어부에 전달함으로써 시작된다. 상기 중앙 제어부는 상기 변속 신호를 받아 희망 변속기어를 확인하고, 약간의 시간을 기다리며 기어 맞물림 분리작업을 도와준다. 맞물림이 해제되면, 모터/발전기(20)를 제어하여 희망 변속기어로 동기화 작업을 실시한다. 상기 동기화가 이루어지면 중앙 제어부는 신호를 운전자에게 보내며, 운전자는 변속레버를 움직여 변속기어 맞물림을 시도한다. 변속기어 맞물림의 완료는 일차적으로는 운전자의 가속페달 작동으로 확인되며 상기 동력기관을 가속페달에 따라 작동시키다. 그러나 경우에 따라서는 기어 맞물림이 제대로 이루어지고 있지 않을 수도 있음으로, 상기 변속비를 모니터링하여 중앙 제어부가 기어 맞물림을 수시로 확인한다. 만일, 기어 맞물림이 제대로 안되어 있다면, 중앙 제어부는 운전자에게 경고를 보내며, 변속기 입력축의 속도를 조절하여 동기화 작업을 하고, 운전자는 상기 변속레버를 다시 작동하여 기어 맞물림을 시도한다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 차량을 나타내는 블록도이다.도 2를 참조하면, 차량(1)은 내연기관(10), 구동모터/발전기(20), 내연기관(10) 및 구동모터/발전기(20) 사이에 배치된 연결부(30), 구동모터/발전기(20)에 연결된 수동 변속기(40), 및 내연기관(10), 구동모터/발전기(20), 연결부(30) 및 수동 변속기(40)에 연결된 중앙 제어부(60)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 내연기관(10)은 가스, 가솔린 또는 경유로 구동될 수 있다. 내연기관(10)은 시동 모터(12)에 의해 시동될 수 있다. 구동모터/발전기(20)는 전력 저장 장치(도시되지 않음)의 전류에 의해 구동될 수 있다. 여기서, 구동모터/발전기(20)는 제동이 필요하거나 저장된 전력이 부족할 때 발전을 할 수 있다. 필요에 따라 내연기관(1)은 생략될 수 있으며 해당 차량은 순수 전기차량이 된다.
또한, 연결부(30)는 내연기관(10) 및 구동모터/발전기(20) 사이에 개재되어 내연기관(10) 및 구동모터/발전기(20) 사이에 동력 전달 또는 차단할 수 있다. 예를 들면, 연결부(30)는 원심력 클러치, 원웨이 클러치, 싱크로메쉬, 도그 클러치, 내연기관 클러치 등과 같은 연결 장치를 포함할 수 있다.
수동 변속기(40)는 구동모터/발전기(20)에 연결되어 구동모터/발전기(20) 및/또는 내연기관(10)에서 생성된 구동 속도와 토크에 따라 기어비를 가변시킬 수 있다. 상기 구동모터/발전기의 토크는 상기 구동모터/발전기의 속도 및 상기 구동모터/발전기에 부하된 전류의 크기로부터 계산될 수 있으며, 상기 내연기관의 토크는 상기 내연기관의 속도와 주입되는 연료의 유량으로 부터 계산될 수 있다
따라서, 수동 변속기(40)는 내연기관(10) 및/또는 구동모터/발전기(20)로부터 입력되는 동력을 합성하고 변속하며, 변속된 동력을 차동 장치(50)를 거쳐 타이어 휠(55)로 출력할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 차량(1)의 파워 트레인은 연결부(30)의 연결 상태에 따라 적어도 2개의 주행 모드들을 가질 수 있다. 즉, 연결부(30)가 분리(해제)된 상태에서, 내연기관(10)은 분리되고 구동모터/발전기(20)만으로 구동되는 전기 모드이고, 연결부(30)가 연결(결합)된 상태에서, 내연기관(10) 및 구동모터/발전기(20) 모두가 구동되는 내연기관 터보 모드가 있으며, 구동모터/발전기(20)가 발전기로서 작동되는 내연기관 모드가 있다. 또한, 차량이 주행하지 않으나 내연기관(10)이 구동모터/발전기(20)를 돌려 발전하는 발전 모드, 및 내연기관(10)은 동력에 기여를 하지 않고 구동모터/발전기(20)가 회생 제동을 하는 회생 모드가 있을 수 있다.
중앙 제어부(60)는 네트워크를 통해 입력된 정보를 수집 분석하여 차량의 전반적인 거동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 중앙 제어부(60)는 네트워크를 통해 내연기관(10), 구동모터/발전기(20), 연결부(30) 및 수동 변속기(40)에 연결되어 차량(1)의 변속 제어를 수행할 수 있다. 중앙 제어부(60)는 다양한 센서들에 연결되어 차속에 대한 변속 변경에 필요한 정보를 수집할 수 있다. 예를 들면, 상기 센서들은 내연기관(10)의 회전 속도를 검출하는 내연기관 속도 센서(70), 수동 변속기(40)의 입력축의 회전 속도를 검출하는 변속기 입력 회전 센서(72) 및 수동 변속기(40)의 출력축의 회전 속도를 검출하는 변속기 출력 회전 센서(74) 등을 포함할 수 있다. 또는 바퀴의 회전이나 GPS 등으로부터 측정되는 차량의 속도로부터 상기 수동 변속기의 출력축의 속도를 도출한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 차량(1)은 중앙 제어부(60)에 연결된 전방향 스위치(62)를 더 포함할 수 있다. 운전자는 전방향 스위치(62)를 눌러 차량(1)의 변속 작업의 개시 신호를 중앙 제어부(60)에 송신할 수 있다.
예를 들면, 전방향 스위치(62)는 변속 작업을 개시할 수 있다. 또한, 중앙 제어부(60)는 상기 변속 작업의 개시 신호뿐만 아니라 운전자가 작동시키는 가속페달의 변위, 브레이크 페달의 압력 등과 같은 운전 정보를 수신할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 차량의 변속 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 중앙 제어부는 상기 변속비를 검토하여 기어 맞물림 상태를 확인한다. 운전자가 변속레버 전방향 스위치(62)를 누르고 있으면, 도 4에 예시된 변속레버의 전방향 스위치(62)는 좌우, 전후, 그리고 상하 누름 단추가 있어 전방향 스위치(62)의 조합에 따라 도 5와 같이 최대 10개의 희망 단수를 중앙 제어부에 전할 수 있다. 도 2를 참조하면, 중앙 제어부는 변속레버 손잡이의 전방향 스위치(62)의 조합에 따라 희망 단수를 파악하고, 그에 따라 변속기 입력축의 회전속도를 제어하여 희망 단수의 기어들이 서로 맞물릴 수 있도록 동기화를 수행한다. 동기화가 어느 정도(0.1%~10% 범위) 이루어지면 신호를 운전자에게 보내고, 이를 확인한 운전자가 변속레버를 최종적으로 밀어 넣어 기어 맞물림을 수행한다. 기어의 맞물림은 일차적으로 운전자가 파악하여, 가속 페달을 밟음으로써 기어 맞물림을 확인하여 준다. 그러나 기어 맞물림이 제대로 안되어 있다면 중앙 제어부가 상기 변속비를 검토하여 판단하게 되고, 운전자에게 다시 기어 맞물림을 하도록 지시한다.
필요에 따라 내연기관(10)을 구동부로부터 분리/연결시키기 위하여 원심력 클러치, 원웨이 크러치, 싱크로메쉬, 도그 클러치, 내연기관 클러치 등과 같은 연결 장치가 도입되나 기존의 내연기관 클러치와는 역할이 완전히 다르다. 기존의 내연기관 클러치는 새로운 변속기어를 맞물릴 때의 충격을 완화하기 위한 것이고, 본 발명에서의 연결부는 내연기관을 사용하지 않을 때, 내연기관을 구동부로부터 분리시키기 위한 것으로, 그 기능이 다름으로 인하여, 차량을 운행할 때 사용되는 시기와 횟수가 현저하게 다름을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 수동 변속기로 구동되는 차량은 저속에서의 내연기관 꺼짐을 막기 위하여 내연기관을 구동부로부터 단절시킬 수 있는 연결부를 도입하며, 상기 내연기관이 구동부에 연결된 경우에는 구동모터/발전기와 상기 내연기관의 동시 제어에 의하여 그 역할을 수행할 수 있다. 즉, 수동 변속기의 새로운 변속 기어로 연결하고자 할 때, 상기 내연기관과 상기 구동모터/발전기를 동시 제어하여 두 기어의 동기화 장치의 맞물림 속도를 맞추어 줌으로써 새로운 기어 단수의 연결을 부드럽고 신속하게 수행할 수 있다.
또한, 수동 변속기를 사용함으로써, 변속기에 의한 에너지의 손실을 최소화하고, 상기 구동모터/발전기가 변속기 앞에 위치함으로써, 전기 모드로 운행 시에도 상기 구동모터/발전기가 최적 상황에서 운전되도록 하여 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 여기에서 전기모드로 운행하는 알고리즘은 내연기관이 없는 순수 전기차에도 같이 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
차량의 변속기
1 : 차량 10 : 내연기관
12 : 시동 모터 20 : 구동모터/발전기
30 : 연결부 40 : 수동 변속기
42 : 변속 레버
50 : 차동 장치 55 : 타이어 휠
60 : 중앙 제어부 62 : 변속레버 손잡이 전방향 스위치
68 : 손잡이와 변속레버의 연결부
70 : 내연기관 속도 센서 72 : 변속기 입력축 회전 센서
74 : 변속기 출력축 회전 센서

Claims (17)

  1. 내연기관;
    자기 자신의 속도의 측정이 가능한 장치를 구비한 구동모터/발전기;
    상기 내연기관 및 상기 구동모터/발전기 사이에 배치되어, 상기 내연기관이 정지하고 있을 때에는 상기 내연기관을 상기 구동모터/발전기로부터 분리시키고 상기 내연기관이 작동될 때에는 상기 내연기관을 상기 구동모터/발전기에 연결시켜 동력을 주고받을 수 있는 연결부;
    상기 구동모터/발전기에 연결되어 상기 내연기관 및 상기 구동모터/발전기에서 생성된 구동 속도와 토크에 따라 기어비를 직접 가변시킬 수 있는 수동 변속기;
    상기 내연기관, 상기 구동모터/발전기, 상기 연결부 및 상기 수동 변속기에 연결되고, 상기 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 내연기관과 구동모터/발전기 사이에 배치된 연결부를 분리시키거나, 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 연결부를 연결시키고, 상기 내연기관 및 상기 구동모터/발전기를 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절하는 중앙 제어부; 및
    상기 수동 변속기의 변속레버의 손잡이에 부착된 전방향 스위치로 변속 작업의 개시 및 운전자가 변속하고자 하는 희망단수를 파악하고 상기 작업 개시 및 희망단수를 상기 중앙 제어부에 전달하는 시스템을 포함하는 차량.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수동 변속기의 출력축에 설치된 속도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는, 상기 차량은 상기 내연기관 및 상기 구동모터/발전기에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는, 상기 내연기관이 단절되고 상기 차량은 상기 구동모터/발전기에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 연결부는 원심력 클러치, 원웨이 클러치, 도그 클러치, 싱크로메쉬, 및 내연기관 클러치로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 변속 작업의 개시 신호에 따라 상기 내연기관 및 상기 구동모터/발전기의 토크를 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 수동 변속기의 기어 변경이 필요할 시에 운전자에게 목표 기어를 알려주는 것을 특징으로 하는 차량.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 운전자가 상기 목표 기어로 접속하지 않는 경우에 운전자에게 경고 메시지를 발령하는 것을 특징으로 하는 차량.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 차량 내의 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 상기 차량이 정지 상태에서부터 기 설정된 속도 이하인 경우에는 내연기관과 구동모터/발전기 사이에 배치된 연결부를 분리시키거나 상기 차량이 기 설정된 속도 이상인 경우에는 상기 연결부를 연결시키는 단계;
    상기 수동 변속기의 변속레버 손잡이의 전방향 스위치를 통해 운전자의 희망 기어 단수를 검출하는 단계;
    상기 수동 변속기의 출력축의 센서로 부터 검출되거나 상기 차량의 속도로부터 계산된 상기 수동 변속기의 출력축의 속도 및 상기 검출된 희망 기어 단수에 근거하여, 상기 내연기관 및 상기 구동모터/발전기를 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절하고, 상기 수동 변속기의 기어를 운전자의 희망 기어 단수로 맞물림하는 기어 맞물림 작업 단계;
    상기 수동 변속기의 희망 기어 단수가 정확하게 기어 맞물림이 되어 있는지 여부를 상기 수동 변속기의 입력 축과 출력 축의 속도 비로 표시되는 변속비를 통하여 확인하는, 기어 맞물림 확인 작업 단계; 및
    상기 기어 맞물림 확인 작업 단계에 의해 기어 맞물림이 잘 이루어지지 않음이 확인되는 경우에, 상기 기어 맞물림 작업 단계와 상기 기어 맞물림 확인 작업 단계를 재 반복하는 작업단계를 포함하는 차량의 제어 방법을 구비한 차량.
  10. 제 1항에 있어서, 전진-후진 방향 전환을 위해 별도의 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  11. 자기 자신의 속도의 측정이 가능한 장치를 구비한 구동모터/발전기;
    상기 구동모터/발전기에 연결되어 상기 구동모터/발전기에서 생성된 구동 속도와 토크에 따라 기어비를 가변시킬 수 있는 수동 변속기;
    상기 구동모터/발전기, 상기 수동 변속기에 연결되고, 상기 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여, 상기 구동모터/발전기를 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절하는 중앙 제어부; 및
    상기 수동 변속기의 변속레버의 손잡이에 부착된 전방향 스위치로 변속 작업의 개시 및 운전자가 변속하고자 하는 희망단수를 파악하고 상기 작업 개시 및 희망단수를 상기 중앙 제어부에 전달하는 시스템을 포함하는 차량.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 수동 변속기의 출력축에 설치된 속도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 변속 작업의 개시 신호에 따라 상기 구동모터/발전기의 토크를 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 상기 수동 변속기의 기어 변경이 필요할 시에 운전자에게 목표 기어를 알려주는 것을 특징으로 하는 차량.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는 운전자가 상기 목표 기어로 접속하지 않는 경우에 운전자에게 경고 메시지를 발령하는 것을 특징으로 하는 차량.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 차량 내의 수동 변속기의 변속을 수행하기 위하여,
    상기 수동 변속기의 변속레버 손잡이의 전방향 스위치를 통해 운전자의 희망 기어 단수를 검출하는 단계;
    상기 수동 변속기의 출력축의 센서로 부터 검출되거나 상기 차량의 속도로부터 계산된 상기 수동 변속기의 출력축의 속도 및 상기 검출된 희망 기어 단수에 근거하여, 상기 구동모터/발전기를 제어하여 상기 구동모터/발전기에 연결된 상기 수동 변속기의 입력축의 속도를 조절하고, 상기 수동 변속기의 기어를 운전자의 희망 기어 단수로 맞물림하는 기어 맞물림 작업 단계;
    상기 수동 변속기의 희망 기어 단수가 정확하게 기어 맞물림이 되어 있는지 여부를 상기 수동 변속기의 입력 축과 출력 축의 속도비로 표시되는 변속비를 통하여 확인하는, 기어 맞물림 확인 작업 단계; 및
    상기 기어 맞물림 확인 작업 단계에 의해 기어 맞물림이 잘 이루어지지 않음이 확인되는 경우에, 상기 기어 맞물림 작업 단계와 상기 기어 맞물림 확인 작업 단계를 재 반복하는 작업단계를 포함하는 차량의 제어 방법을 구비한 차량.
  17. 제 11 항에 있어서, 전진-후진 방향 전환을 위해 별도의 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
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