KR101719017B1 - 다중-속도 유성 변속기용 전자제어식 변속범위 밸브 - Google Patents

다중-속도 유성 변속기용 전자제어식 변속범위 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 다중-속도 자동차 변속기용 시프트 바이 와이어 컨트롤 장치가 제공된다. 상기 컨트롤 장치는 중립 변속범위와 후진 변속범위에서 이중 차단 특징부를 제공하기 위해 클러치 트림 밸브와 그 외의 다른 시프트 밸브와 유체 소통 상태에 있는 시프트 바이 와이어 시프트 밸브를 포함한다. 상기 시프트 바이 와이어 밸브는 모든 전진 변속범위를 위한 고장 모드를 제공하기 위해 다수의 차동 영역들로 구성된다.

Description

다중-속도 유성 변속기용 전자제어식 변속범위 밸브{ELECTRONICALLY CONTROLLED RANGE VALVE FOR MULTI-SPEED PLANETARY TRANSMISSION}
본 발명은 일반적으로 자동차용 파워 변속기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 전자제어식 변속범위 밸브를 포함하는 파워 변속기용 시프트 바이 와이어 컨트롤 시스템에 관한 것이다.
본 특허출원은 2009년 7월 28일에 출원된 미국 특허출원번호 12/510,487호를 기초로 우선권을 주장하고 있으며, 이 미국 특허출원은 전반적으로 본 명세서에서 참조문헌으로서 인용된다.
전자-유압식 컨트롤 시스템은 자동차의 자동 변속기의 작동과 변속을 제어한다. 자동차 운전자에 의해 변속할 수 있게 하기 위하여, 전자-유압식 컨트롤 시스템은 일반적으로 매뉴얼 밸브(manual valve) 또는 시프트 바이 와이어 밸브(shift by wire valve) 중 하나를 포함한다.
매뉴얼 밸브 전자-유압식 컨트롤 시스템에서, 자동차 운전자는 특정의 변속을 구현하기 위해, 가령, 예를 들어, 자동차를 움직이지 않는 상태로부터 움직이는 상태로 이동시키기 시작하기 위하여 또는 그 반대로 이동시키기 시작하기 위하여, 혹은 자동차가 움직이는 방향을 변경시키기 위하여 (즉 중립으로부터 전진 변속범위로, 중립으로부터 후진 변속범위로, 후진 변속범위로부터 전진 변속범위로, 후진 변속범위로부터 중립으로, 전진 변속범위로부터 중립으로, 또는 전진 변속범위로부터 후진 변속범위로 변속시키기 위하여) 밸브의 위치를 수동으로 변경시킨다.
시프트 바이 와이어 컨트롤 시스템에서, 변속을 개시하도록 사용되는 일부 입력(input)은 유압식 힘 또는 기계적 힘보다는 전기 신호 형태로 구성된다. 매뉴얼 시프트 선택기 대신, 시프트 바이 와이어 시프템에서 푸시 버튼 변속범위 선택기가 사용될 수 있다. 자동차 운전자가 푸시 버튼 또는 이와 유사한 액츄에이터를 작동시키면 전기 신호가 전자 제어 유닛으로 전송된다. 전자 제어 유닛은 압축 유압액(pressurized hydraulic fluid)이 요구 변속을 구현하기 위해 적절한 클러치로 안내될 수 있도록 하기 위해 전자유압식 컨트롤 시스템의 내의 어떤 밸브(들)가 위치를 변경해야 하는 지를 결정하도록 컴퓨터 로직을 실행한다. 전자 제어 유닛은 이 전기 신호를 전자-유압식 컨트롤 시스템의 솔레노이드 밸브로 전송하여 요구 변속을 구현하기 위해 요구되는 밸브 위치 변경 작업을 개시한다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 다중-속도 자동차 변속기용 전자-유압식 컨트롤 장치가 제공된다. 상기 전자-유압식 컨트롤 장치는: 상기 변속기의 전자식 변속범위 선택기로부터 변속 요구 신호를 수신하도록 구성된 전기 컨트롤 장치를 포함하고; 상기 전기 컨트롤 장치로부터 전기 신호를 수신하도록 각각 구성된 제 1, 제 2, 및 제 3 전자-유압식 액츄에이터를 포함하며; 제 1, 제 2 및 제 3 시프트 밸브를 포함하고, 상기 시프트 밸브들은 각각 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 전자-유압식 액츄에이터에 의해 압축 유압액 출력을 수신하기 위해 상기 전자-유압식 액츄에이터들과 유체 소통 상태에 있으며 압축 유압액을 상기 변속기의 하나 이상의 변속 메커니즘에 선택적으로 전달하기 위해 서로 유체 소통 상태에 있고; 상기 전기 컨트롤 장치로부터 전기 신호를 수신하도록 구성된 제 4 전자-유압식 액츄에이터를 포함하며; 압축 유압액을 상기 변속기의 하나 이상의 변속 메커니즘에 선택적으로 전달하도록 구성된 제 4 시프트 밸브를 포함하고, 상기 제 4 시프트 밸브는 상기 제 4 전자-유압식 액츄에이터가 전기적으로 작동되지 않을 때에는 제 1 위치를 구현하며(achieve) 상기 제 4 전자-유압식 액츄에이터가 전기적으로 작동될 때에는 제 2 위치를 구현하기 위해 상기 제 4 전자-유압식 액츄에이터에 의해 조절가능하고; 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브에 선택적으로 결합되는 복수의 유체 통로를 포함하며, 이에 따라 상기 제 4 시프트 밸브가 상기 제 1 위치 또는 제 2 위치 중 한 위치에 있을 때에는 상기 변속기에 의해 중립 변속범위 또는 후진 변속범위가 구현될 수 있으며 상기 제 4 시프트 밸브가 상기 제 2 위치에만 있을 때에는 상기 변속기에 의해 전진 변속범위가 구현될 수 있다.
상기 제 4 시프트 밸브는 제 1 변속 메커니즘에 유체적으로 결합된(fluidly coupled) 제 1 유체 챔버와 제 2 변속 메커니즘에 유체적으로 결합된 제 2 유체 챔버를 가질 수 있으며, 상기 제 1 시프트 밸브는 제 3 변속 메커니즘에 유체적으로 결합된 제 3 유체 챔버를 가지고, 상기 제 3 시프트 밸브는 제 4 변속 메커니즘에 유체적으로 결합된 제 4 유체 챔버를 가지며, 상기 제 1 시프트 밸브는 상기 변속기의 제 5 변속 메커니즘에 유체적으로 결합된 제 5 유체 챔버를 가진다. 상기 제 2 시프트 밸브는 제 1 후진 변속범위에서 제 1 및 제 3 시프트 밸브를 통해 제 3 변속 메커니즘에 유체적으로 결합될 수 있으며 상기 제 2 시프트 밸브는 제 2 후진 변속범위에서 제 1, 제 3, 제 4 시프트 밸브를 통해 제 5 변속 메커니즘에 유체적으로 결합될 수 있다.
상기 전자-유압식 컨트롤 장치는 토크 컨버터 클러치 컨트롤 밸브를 포함할 수 있으며, 상기 토크 컨버터 클러치 컨트롤 밸브는 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 시프트 밸브 중 하나 이상에 결합된다.
상기 복수의 유체 통로는 상기 제 4 시프트 밸브가 제 1 위치 또는 제 2 위치에 있든지 간에 제 1 후진 변속범위가 구현될 수 있도록 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브와 선택적으로 결합될 수 있다. 상기 복수의 유체 통로는 상기 제 4 시프트 밸브가 제 1 위치 또는 제 2 위치에 있든지 간에 중립 변속범위가 구현될 수 있도록 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브와 선택적으로 결합될 수 있다. 상기 복수의 유체 통로는, 변속기를 중립 변속범위로부터 전진 변속범위로 변속하게 하기 위하여 2개 이상의 시프트 밸브가 위치를 변경시키게끔 요구되도록 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브와 선택적으로 결합될 수 있다.
상기 전자-유압식 컨트롤 장치는 각각 상기 전기 컨트롤 장치로부터 전기 신호를 수신하고 유체 압력이 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브를 통해 변속기의 변속 메커니즘에 전달되는 속도를 조절하도록 구성된 제 1 및 제 2 트림 시스템을 포함할 수 있는데, 상기 제 1 트림 시스템은 제 1 시프트 밸브에 직접 유체적으로 결합되며, 상기 제 2 트림 시스템은 제 2 시프트 밸브에 직접 유체적으로 결합되고, 상기 제 2 트림 시스템은 상기 제 2 시프트 밸브를 통해 제 3 시프트 밸브에 유체적으로 결합되며, 상기 제 2 트림 시스템은 제 2 및 제 3 시프트 밸브를 통해 제 1 시프트 밸브에 유체적으로 결합된다.
상기 복수의 유체 통로는, 하나 이상의 트림 시스템과 하나 이상의 시프트 밸브가 변속기를 중립 변속범위로부터 후진 변속범위로 변속하게 하기 위하여 작동될 수 있게끔 요구되도록 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 시프트 밸브와 선택적으로 결합될 수 있다.
본 발명에 또 다른 형태에 따르면, 다중-속도 자동차 변속기용 전자-유압식 컨트롤 장치가 제공되는데, 상기 전자-유압식 컨트롤 장치는: 상기 변속기의 전자식 변속범위 선택기로부터 변속 요구 신호를 수신하도록 구성된 전기 컨트롤 장치를 포함하며; 압축 유압액을 상기 변속기의 하나 이상의 변속 메커니즘에 전달하는 속도를 조절하기 위해 상기 전기 컨트롤 장치에 의해 작동가능한 하나 이상의 트림 시스템을 포함하고; 상기 전기 컨트롤 장치로부터 전기 신호를 수신하도록 각각 구성된 제 1, 제 2, 및 제 3 전자-유압식 액츄에이터를 포함하며; 제 1, 제 2 및 제 3 시프트 밸브를 포함하고, 상기 시프트 밸브들은 각각 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 전자-유압식 액츄에이터에 의해 압축 유압액 출력을 수신하기 위해 상기 전자-유압식 액츄에이터들과 유체 소통 상태에 있으며 압축 유압액을 상기 변속기의 하나 이상의 변속 메커니즘에 선택적으로 전달하기 위해 서로 유체 소통 상태에 있고 상기 하나 이상의 트림 시스템과 유체 소통 상태에 있으며; 상기 전기 컨트롤 장치로부터 전기 신호를 수신하도록 구성된 제 4 전자-유압식 액츄에이터를 포함하며;
- 압축 유압액을 상기 변속기의 제 1 및 제 2 변속 메커니즘에 선택적으로 전달하도록 구성된 제 4 시프트 밸브를 포함하고, 상기 제 4 시프트 밸브는 상기 제 4 전자-유압식 액츄에이터가 전기적으로 작동되지 않을 때에는 제 1 위치를 구현하며 상기 제 4 전자-유압식 액츄에이터가 전기적으로 작동될 때에는 제 2 위치를 구현하기 위해 상기 제 4 전자-유압식 액츄에이터에 의해 조절가능하고, 상기 제 4 시프트 밸브는 전기 고장(electrical failure)이 일어났을 때 상기 제 4 시프트 밸브가 제 1 위치에 있는 경우 상기 제 1 위치를 유지하도록 구성되며, 상기 제 4 시프트 밸브는 전기 고장이 일어났을 때 트림 시스템이 작동되고 상기 제 4 시프트 밸브가 제 2 위치에 있는 경우 제 2 위치를 유지하도록 구성된다.
상기 제 4 시프트 밸브는 서로 떨어진 하나 이상의 제 1, 제 2 및 제 3 랜드(land)를 가질 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 랜드는 제 2 변속 메커니즘과 유체 소통 상태에 있는 제 2 유체 챔버를 형성하고, 상기 제 2 및 제 3 랜드는 상기 제 1 변속 메커니즘과 유체 소통 상태에 있는 제 1 유체 챔버를 형성한다. 상기 제 4 시프트 밸브의 제 1 및 제 2 유체 챔버 내에 있는 유체는 정상 작동 동안 그리고 전기 고장 동안 중립 및 후진 변속범위에서 배출 압력에 있을 수 있다.
상기 제 1 랜드는 제 1 직경을 가질 수 있고, 상기 제 2 랜드는 제 2 직경을 가질 수 있으며, 상기 제 3 랜드는 제 3 직경을 가질 수 있는데, 상기 제 2 직경은 상기 제 1 직경보다 더 크며, 상기 제 3 직경은 상기 제 2 직경보다 더 크다. 상기 전자-유압식 컨트롤 장치는 전기 고장이 저단의 전진 변속범위에서 발생하는 동안 상기 제 4 시프트 밸브가 제 2 위치에 있도록 유지하기 위해 상기 제 4 시프트 밸브의 제 3 랜드의 차동 영역(differential area)에 유체 압력을 공급할 수 있다. 상기 저단의 전진 변속범위는 제 4 전진 변속범위보다 더 작은 전진 변속범위이다. 상기 전자-유압식 컨트롤 장치는 전기 고장이 고단의 전진 변속범위에서 발생하는 동안 상기 제 4 시프트 밸브가 제 2 위치에 있도록 유지하기 위해 상기 제 4 시프트 밸브의 제 2 랜드의 차동 영역에 유체 압력을 공급할 수 있다. 상기 고단의 전진 변속범위는 제 3 전진 변속범위보다 더 큰 전진 변속범위이다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 다중-속도 자동차 변속기용 전자-유압식 컨트롤 장치가 제공되는데, 상기 전자-유압식 컨트롤 장치는: 상기 변속기의 전자식 변속범위 선택기로부터 변속 요구 신호를 수신하도록 구성된 전기 컨트롤 장치를 포함하며; 압축 유압액을 상기 변속기의 하나 이상의 변속 메커니즘에 전달하는 속도를 조절하기 위해 상기 전기 컨트롤 장치에 의해 작동가능한 하나 이상의 트림 시스템을 포함하고; 상기 전기 컨트롤 장치로부터 전기 신호를 수신하도록 각각 구성된 복수의 전자-유압식 액츄에이터를 포함하며; 복수의 시프트 밸브를 포함하고, 상기 시프트 밸브들은 각각 상기 전자-유압식 액츄에이터에 의해 압축 유압액 출력을 수신하기 위해 전자-유압식 액츄에이터와 유체 소통 상태에 있으며 압축 유압액을 상기 변속기의 하나 이상의 변속 메커니즘에 선택적으로 전달하기 위해 서로 유체 소통 상태에 있고 상기 하나 이상의 트림 시스템과 유체 소통 상태에 있으며; 압축 유압액을 상기 변속기의 하나 이상의 변속 메커니즘에 선택적으로 전달하도록 구성된 시프트 바이 와이어 시프트 밸브(shift by wire shift valve)를 포함하고; 하나 이상의 트림 시스템의 작동과 시프트 바이 와이어 밸브 또는 시프트 밸브들 중 하나 이상의 위치에서 변화가 일어나지 않는 한, 중립 변속범위가 유지되는 중립 변속범위를 제공하기 위하여, 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브, 하나 이상의 트림 시스템, 및 시프트 바이 와이어 밸브와 선택적으로 결합한다.
상기 시프트 바이 와이어 밸브는 전기적으로 작동되지 않는 제 1 위치와 전기적으로 작동되는 제 2 위치를 가질 수 있다. 상기 시프트 바이 와이어 밸브가 상기 제 1 위치 또는 제 2 위치에 있든지 간에 중립 변속범위가 구현될 수 있다. 상기 하나 이상의 트림 시스템은 상기 시프트 바이 와이어 밸브보다는 시프트 밸브들 중 하나 이상과 직접 유체 소통 상태에 있을 수 있다.
특허가능한 주제는 본 발명의 기술된 설명, 도면, 청구항들을 포함하는 본 명세서에서 기술되거나 또는 도시된 하나 또는 그 이상의 특징들 또는 이 특징들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명은 하기 도면들을 참조로 한다.
도 1은 본 발명의 따른 전자제어식 변속범위 밸브를 가진 전자-유압식 컨트롤 시스템을 포함하는 자동차 파워트레인을 단순하게 도시한 블록 다이어그램.
도 2는 자동차용 다중-속도 변속기용 컨트롤 시스템의 한 구체예를 도식적으로 도시한 도면으로서, 변속기의 후진 변속범위를 위한 유체 압력 형상(fluid pressure configuration)과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 3은 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 변속기의 또 다른 후진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 4는 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 변속기의 중립 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 5는 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 변속기의 제 1 전진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 6은 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 변속기의 제 2 전진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 7은 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 변속기의 제 4 전진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 8은 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 전기 고장에 반응하여 고장 모드에 있는 도 2의 후진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 9는 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 전기 고장에 반응하여 고장 모드에 있는 도 3의 후진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 10은 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 전기 고장에 반응하여 고장 모드에 있는 도 4의 중립 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 11은 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 전기 고장에 반응하여 고장 모드에 있는 도 5의 제 1 전진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 12는 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 전기 고장에 반응하여 고장 모드에 있는 도 6의 제 2 전진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
도 13은 도 2의 구체예를 도식적으로 도시한 또 다른 도면으로서, 전기 고장에 반응하여 고장 모드에 있는 도 7의 제 4 전진 변속범위를 위한 유체 압력 형상과 유체 통로 배열을 보여준다.
일반적으로, 상이한 도면에서 유사한 구성 요소들은 쉽게 도시하기 위해 특정 도면에서는 설령 도면부호들이 생략될 수 있다 하더라도 동일하거나 혹은 기능적으로 비슷한 구성 요소들을 가리킨다.
본 발명의 형태들은 본 명세서에 기술되고 첨부된 도면들에 도시된 특정의 예시적 구체예들에 관해 기술하고 있다. 본 발명이 예시적인 구체예들에 관해 기술되었지만, 본 발명에서 청구되는 내용들은 기술된 구체예들에만 제한되는 것이 아니라는 사실을 이해해야 한다.
도 1은 대표적인 자동차 파워트레인(10)에 대해 와이어 밸브(26)에 의한 시프트(shift)를 포함하는 전자-유압식 변속기 컨트롤 장치(20)를 단순하게 도시한 블록 다이어그램이다. 상기 파워트레인(10)의 연결 블록(12, 14, 16, 18, 20, 22, 24)으로서 도시된 라인들은 하나 또는 그 이상의 전기적, 기계적인 및/또는 유체 연결부, 통로, 커플링 또는 링크 연결장치를 포함할 수 있는 연결부(connection)들을 나타내고 있으며, 이 연결부들은 본 명세서에서 기술된 것과 같이 당업자들이 이해할 수 있을 것이다.
상기 파워트레인(10)은 구동 유닛(12), 토크 컨버터(14), 토크 컨버터 클러치(16), 변속기(18), 전자-유압식 컨트롤 장치(20), 전자 컨트롤 장치(22), 변속범위 선택기(24), 및 최종 구동부(28)를 포함한다. 상기 구동 유닛(12)은 일반적으로 토크 컨버터(14)에 토크 출력(torque output)을 제공한다. 구동 유닛(12)은 압축-점화 타입의 내연기관(즉 디젤 엔진) 또는 스파크-점화 타입의 내연기관(가솔린 엔진), 하이브리드 유닛, 또는 자동차를 구동시키기 위해 토크 출력을 발생시키기 위한 그 외의 다른 적절한 유닛일 수 있다.
상기 토크 컨버터(14)는 구동 유닛(12)으로부터 자동차 변속기(18)로 토크 출력을 변환 및/또는 전달하기 위해 구동 유닛(12)과 변속기(18) 사이에 커플링(coupling)을 선택적으로 구현한다. 이러한 커플링은 토크 컨버터 클러치(16)가 제공되지 않을 때에는 유체 커플링(fluid coupling)이며 토크 컨버터 클러치가 제공될 때에는 기계식 커플링(mechanical coupling)이다. 토크 컨버터 내의 줄어든 유체 압력에 반응하여 터빈과 토크 컨버터 펌프의 일체형 회전(unitary rotation)에 영향을 주기 위해 종종 토크 컨버터 클러치가 제공되는데, 이는 토크 컨버터 펌프와 터빈 사이에 "슬립(slip)(즉 회전속도에 있어서의 차이)이 필요하지 않을 때 발생할 수 있다.
변속기(18)는 입력 샤프트, 출력 샤프트, 기어 조립체, 및 복수의 기어 변속 메커니즘을 포함하며, 이 기어 변속 메커니즘은 전자-유압식 변속기 컨트롤 장치(20)에 의해 선택적으로 결합되고 결합해제되어 자동차가 6개 이상의 전진 속도비, 중립 변속범위, 및 하나 이상의 후진 변속범위를 포함하는 복수의 변속범위 또는 작동 모드 중 하나를 포함하게 한다. 이에 따라, 변속기(18)의 변속 메커니즘은 상기 컨트롤 장치(20)의 유압식 컨트롤 요소들과 유체 소통(fluid communication) 상태에 있다.
본 명세서에서, 용어 "변속 메커니즘(변속 메커니즘)"은 하나 또는 그 이상의 클러치, 브레이크, 또는 그 외의 다른 마찰 요소 또는 장치 혹은 변속기가 한 변속범위 또는 기어비로부터 또 다른 상이한 변속범위 또는 기어비로 변속하게 하도록 구성된 이와 유사한 적절한 메커니즘을 가리키도록 사용될 수 있다.
컨트롤 장치(20)는 한 위치에서는 후진 및 중립 변속범위로 변속될 수 있게 하고 그 다른 위치에 있을 때에는 전진 변속범위로 변속될 수 있게 하는 2-피스톤 시프트 밸브(26)를 포함한다. 예시된 구체예에서, 시프트 밸브(26)가 오프(off) 또는 비작동 위치에 있을 때에는 후진 및 중립 변속범위가 구현되고 시프트 밸브(26)가 온(on) 또는 작동 위치에 있을 때에는 전진 변속범위가 구현된다. 따라서, 시프트 밸브(26)는 오직 두 위치를 사용하여 세 가지 작동 모드(후진, 중립, 전진 변속범위)를 제어할 수 있다. 이러한 시프트 밸브(26) 구성과 작동은 밑에서 더욱 상세하게 기술된다.
도 2-13에 도시된 시프트 밸브(26)를 포함하는 컨트롤 장치(20) 구체예는 3개의 유성 기어세트와 5개의 변속 메커니즘(예를 들어, 2개의 회전 변속 메커니즘과 3개의 정지 변속 메커니즘(Cl, C2, C3, C4, C5))을 포함하는 6단 자동차 변속기에 관한 것이다. 변속기(18)의 정상 작동 동안, 2개의 변속 메커니즘은 중립 변속범위를 제외하고 각각의 변속범위에 결합된다. 변속기(18)의 한 예시적인 구체예가 Polak씨에게 허여된 미국 특허번호 4,070,927호에 기술되어 있으며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다. 당업자는 이러한 변속기가 단지 예로서만 제공되며 본 발명의 형태들은 그 외의 다른 다중-속도 자동차 변속기에도 적용할 수 있음을 이해할 것이다. 예시되어 있는 구체예에서, 변속기(18)는 하기 표 1에 도시된 것과 같은 변속 스케줄(shift schedule)을 가진다.
변속범위(Range) 제공 클러치
후진 C3, C5
중립 C5
제 1 단 C1, C5
제 2 단 C1, C4
제 3 단 C1, C3
제 4 단 C1, C2
제 5 단 C2, C3
제 6 단 C2, C4
예시되어 있는 구체예가 특정 변속 스케줄에 대해 기술하고 있지만, 그 외의 다른 구체예에서 변속 메커니즘(Cl, C2, C3, C4, 및 C5)의 또 다른 조합도 제공될 수 있으며 변속기의 특정 작동 변속범위를 구현하기 위해 풀릴 수도 있다(released).
변속기(18)에 의해 토크 출력이 최종 구동부(28)에 제공된다. 최종 구동부(20)는 일반적으로 자동차에 의해 수용되는 피동 하중 질량과 구동 휠을 포함한다. 최종 구동부(20)의 특징들은 자동차의 사용 코스(use course)에 따라 상당히 변경될 수 있으며 특히 트럭, 버스, 응급 차량 등과 같은 상업용 자동차를 이용하는 경우일 수도 있다.
전기 컨트롤 장치(22)는 구동 유닛(12), 토크 컨버터(14), 변속기(18), 변속범위 선택기(24); 및/또는 그 외의 다른 입력부들 중 하나 또는 그 이상의 구성요소들로부터 나온 입력들에 따라 변속기(18)의 작동을 제어한다. 이러한 입력들은 센서, 컨트롤 장치 또는 자동차 구성요소들과 결합된 그 외의 다른 유사한 장치들로부터 수신된 전기 디지털 및/또는 아날로그 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 입력들은 변속기 입력 속도, 운전자 요구 토크, 엔진 출력 토크, 엔진 속도, 유압액 온도, 변속기 출력 속도, 터빈 속도, 브레이크 위치, 기어비, 토크 컨버터 슬립, 및/또는 그 외의 다른 측정가능한 변수들을 표시하는 신호들을 포함할 수 있다.
상기 전기 컨트롤 장치(22)는 일반적으로 하나 또는 그 이상의 상기 입력을 처리하고, 분석하거나 또는 평가하며 필요 시에 하나 또는 그 이상의 전기 라인, 컨덕터, 또는 그 외의 다른 적절한 연결부들을 통해 전자-유압식 컨트롤 시스템(20)의 알맞은 구성요소들에 전기 컨트롤 신호를 공급하도록(issue) 구성된 전기 회로를 포함한다. 이러한 연결부들은 임의의 적합한 형상들로 구성된 하드-와이어드(hard-wired) 및/또는 네트워크(networked) 구성요소를 포함할 수 있는데, 예를 들어, 적절하거나 또는 원할 시에, 절연 와이어링(insulated wiring) 및/또는 무선 트랜스미션(wireless transmission)이 포함된다.
변속범위 선택기(24)는 선택되거나 또는 원하는 자동차 작동 모드 즉 선택되거나 또는 원하는 전진 속도비, 원하는 후진 속도비, 또는 중립 속도비를 표시하도록 명령을 내리거나 혹은 신호를 공급한다. 예시된 구체예에서, 상기 변속범위 선택기(24)는 수동 선택기(manual selector)보다는 전자제어식 또는 "시프트-바이-와이어(shift-by-wire)" 변속범위 선택 메커니즘이다.
도 2-16에 도시된 것과 같이, 컨트롤 장치(20)는 2-위치 시프트 밸브(26), 3개의 추가적인 시프트 밸브(36, 38, 40) 및 3개의 클러치 압력 컨트롤 장치 또는 "트림(trim)" 시스템(30, 32, 및 34)을 포함한다.
메인 압력 회로(60), 컨트롤 압력 회로(62), 및 배출 회로(64)를 포함하는 유체 회로(fluid circuit)들이 압축 유체 공급원(도시되지 않음)에 결합된다. 상기 유체 회로(60, 62, 64)들은 밑에서 기술되고 도시된 것과 같이 컨트롤 장치(20)의 유압식 구성요소들을 서로 유체적으로 결합한다(fluidly couple).
컨트롤 장치(20)가 일체로 구성된 자동차의 작동 동안, 메인 압력 회로(60)는 기름통(sump) 또는 리저버(도시되지 않음)와 같은 유체 공급장치로부터 메인 압력으로 유압액을 끌어당긴다(draw). 일반적으로, 메인 압력(main pressure)은 메인 압력 회로(60)에 대한 최대 시스템 압력과 최소 시스템 압력을 포함하는 범위로 정의된다. 예시된 구체예에서, 상기 메인 압력은 약 50-250 psi 범위에 있다. 도면에서, 메인 압력은 역 슬래시(＼) 패턴을 사용하여 표시된다.
컨트롤 압력 회로(62)에서는 유압액이 컨트롤 압력으로 순환되며(circulate) 이 컨트롤 압력은 통상 조절기 또는 변조기 밸브에 의해 조절되는데 이는 잘 이해될 것이다. 예시된 구체예에서, 컨트롤 압력은 일반적으로 약 50-100 psi 범위 내에 있다. 컨트롤 압력은 도면에서 점 패턴으로 표시된다.
배출 회로(64)는 도면에 도시된 것과 같이 컨트롤 장치(20)의 구성요소들과 유체 소통 상태에 있다. 배출 압력은 약 0 psi 범위에 있다. 배출 회로(64)는 배출 백필 조절기 밸브(44)에 작동가능하게 결합된다(operably coupled). EBF 밸브(44)는 배출 클러치(exhausted cluthc)에 공기가 유입되는 것이 방지되도록 구성된 배출 백필 압력(exhaust backfill pressure)을 제공한다. 예시된 구체예에서, 배출 백필 압력은 일반적으로 약 2 pis 범위에 있다. 도면에서, 배출 압력은 슬래시 패턴으로 표시된다.
또한 제한기(restrictor) 또는 오리피스(80, 82, 84, 86, 88)가 도시되어 있다. 상기 제한기 또는 오리피스(80, 82, 84, 86, 88)는 유체 통로 내의 압력이 변하는 속도를 조절하기 위하여 상기 제한기 또는 오리피스의 한 부분 또는 통로를 통하여 유체 흐름 속도를 변경시키거나 또는 조절하도록 유체 통로 내에 위치된다. 이러한 요소들은 통상 유체 통로 내의 유체 압력을 추가적을 제어하도록 사용된다. 예를 들어, 시프트 밸브(38, 40, 26)가 완전히 스트로크 될(fully stroked) 때까지 압력 스위치(72, 74, 76)가 작동되는 것이 방지되도록 하기 위해 일련의 오리피스(80, 82, 84)가 사용된다.
전자-유압식 액츄에이터(50, 52, 54, 56), 및 압력 스위치(70, 72, 74, 76)는, 각각, 각각의 시프트 밸브(36, 38, 40, 26)와 유체 소통 상태에 있다. 액츄에이터(50, 52, 54, 56), 및 압력 스위치(70, 72, 74, 76)는 컨트롤 장치(22)에 전기 결합되지만 쉽게 이해하기 위해 이 전기 연결부들은 도 2-16에 도시되지 않았다는 것을 이해해야 할 것이다.
일반적으로, 컨트롤 장치(20)의 각각의 밸브들은 밸브 헤드, 밸브 스풀, 상기 밸브 스풀(valve spool)의 한 부분과 상기 밸브 헤드 사이 또는 밸브 스풀 부분들 사이에 삽입된 하나 이상의 밸브 랜드(valve land), 및 스프링 챔버 내에 배열된 리턴 스프링(return spring)을 포함한다. 각각의 밸브 스풀은 컨트롤 장치(20)의 여러 통로들을 통해 유체 흐름 또는 유체 압력 내의 변화에 반응하여 밸브 보어 내에서 축방향으로 병진운동할 수 있다. 용이하게 도시하기 위해, 밸브 보어는 도면들로부터 생략되어 있다.
각각의 밸브 랜드는 밸브 스풀에 의해 형성된 직경보다 더 큰 직경을 형성하며, 이에 따라 밸브 랜드의 표면들은 밸브 스풀이 밸브 보어 내에서 병진운동할 때 상기 밸브 보어의 내측 표면들과 슬라이딩 이동가능하게 결합될 수 있다(slidably engage). 밸브 랜드 사이의 스풀 부분들은 유체 통로를 그 외의 다른 유체 통로들에 선택적으로 연결시킬 수 있거나, 혹은 밸브의 위치에 따라 유체 통로를 유체 챔버에 연결시킬 수 있다.
각각의 시프트 밸브(36, 38, 40)는 그 사이에서 4개 이상의 유체 챔버를 형성하는 4개보다 많은 서로 떨어져 있는 랜드를 가진다. 시프트 밸브(26)는 그 사이에서 3개의 유체 챔버를 형성하는 4개의 서로 떨어져 있는 랜드를 가진다.
시프트 밸브(36 및 40)는 일반적으로 단일 직경의 시프트 밸브인데, 이는 즉 모든 밸브 랜드들이 실질적으로 같은 직경을 가지거나 또는 압력 차이가 없음을 의미한다. 시프트 밸브(38)는 2개의 직경을 가진 시프트 밸브로서, 도 8과 10에 가장 잘 도시된 것과 같이 랜드(166)는 랜드(168)보다 더 작은 직경을 가진다. 시프트 밸브(38) 상에 있는 랜드 위 랜드(166)(밸브 헤드에 가장 가까운)는 랜드(166)와 실질적으로 똑같은 직경을 가지며, 랜드 밑 랜드(168)(리턴 스프링에 가장 가까운)는 랜드(168)와 실질적으로 똑같은 직경을 가진다.
시프트 밸브(26)는 3개의 직경을 가진 시프트 밸브이다. 도 11-13에 가장 잘 도시된 것과 같이, 랜드(172)는 랜드(170)보다 더 큰 직경을 가지며 랜드(174)는 랜드(172)보다 더 큰 직경을 가진다. 랜드(176)는 랜드(174)와 실질적으로 똑같은 직경을 가진다. 랜드(174)의 높이는 그 외의 다른 랜드(170, 172 및 176)의 높이들보다 더 작다.
시프트 밸브(26, 38) 상의 여러 직경들로 인해, 컨트롤 장치(20)는 전기 고장(electrical failure)의 경우 변속기(18)의 임의의 변속범위로부터 고장 회복(failure recovery)을 제공하기 위해 밸브 래칭(valve latching)을 사용할 수 있게 한다. 전진 변속범위를 선택하도록 명령이 내려져서 스트로크 위치(stroked position)에 시프트 밸브(26)를 고정시키고 시프트 밸브(26)가 고장났을 때 전진 변속범위로부터 의도치 않게 변속되는 것을 방지하기 위해, 추가로 시프트 밸브(26) 상의 래칭 특징부(latching features)들이 사용된다. 시프트 밸브(26, 38) 상의 상기 래칭 특징부들은 하기에서 더욱 상세하게 기술된다.
잘 알려져 있는 것과 같이, 리턴 스프링(180, 182, 184, 186, 188)은 스트로크해제 위치(destroked position)에서 각각의 밸브를 편향시킨다(bias). 선택된 유체 통로 내에 있는 유체 흐름 또는 유체 압력 내의 변화는 밸브 스풀이 밸브 보어 내에서 병진운동하게 할 수 있으며, 이에 따라 리턴 스프링이 부분적으로 압축되거나 또는 완전히 압축되게 할 수 있다.
액츄에이터(50, 52, 54, 56)의 출력에 반응하여, 시프트 밸브(36, 38, 40, 26)는 스트로크해제 위치와 스트로크 위치 사이에서 슬라이딩 이동가능하며, 여기서 스트로크 위치는 리턴 스프링이 완전히 압축되는 위치이다. 예시된 구체예에서, 각각의 액츄에이터(50, 52, 54, 56)는 온/오프 타입의 솔레노이드 밸브이다. 시프트 밸브(36, 38, 40, 26)의 위치는 어느 변속 메커니즘(Cl, C2, C3, C4, C5) 중 어느 변속 메커니즘이 유체 압력을 수용하며 어느 변속 메커니즘이 유체 압력을 수용하지 않는지를 결정하며, 이이 따라 어느 변속 메커니즘이 제공되고 어느 메커니즘이 주어진 시간에서 릴리싱(released) 되는 지를 제어한다.
클러치 트림 시스템(30, 32, 34)의 압력 컨트롤 밸브는 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 리턴 스프링이 부분적으로 압축되는 중간 위치, 및 제 1 위치와 제 2 위치를 포함하도록 구성된다. 이해할 수 있듯이, 클러치 트림 시스템(30, 32, 34)의 압력 컨트롤 밸브가 이동되는(displacement) 것은 가변 블리드형 솔레노이드(variable-bleed solenoid)와 같이 가변 출력 압력을 가지는 전자-유압식 액츄에이터에 의해 조절된다. 이러한 방식으로 유체 압력의 제공 속도가 조절될 수 있기 때문에, 클러치 트림 시스템(30, 32, 34)은 변속 메커니즘이 제공되거나 또는 릴리스되는 속도를 조절한다. 클러치 트림 시스템(30 및 32)은 (시프트 밸브(26, 36, 38, 40)의 위치에 따라) 변속 메커니즘(Cl, C2, C3, C4, C5)이 제공되거나 또는 릴리스되는 속도를 조절하는 반면, 클러치 트림 시스템(34)은 토크 컨버터 클러치(14)가 제공되거나 또는 릴리스되는 속도를 조절한다.
클러치 트림 시스템(30, 32, 34)의 가변-출력 전자-유압식 액츄에이터와 액츄에이터(50, 52, 54, 56)는 컨트롤 장치(22)에 작동가능하게 결합되어 컨트롤 장치(22)로부터 전기 신호(즉 전류)를 수신한다. 컨트롤 장치(22)에 의해 생성되고 컨트롤 장치(20)의 전자-유압식 액츄에이터들에 송신된 전기 신호는 변속기(18)가 변속되도록 하기 위해 (운전자의 입력 또는 그 외의 다른 입력에 반응하여) 밸브를 선택적으로 작동시킨다.
컨트롤 장치(20)의 전자-유압식 액츄에이터들은 각각 노멀리 하이(normally high) 타입 또는 노멀리 로우(normally low) 타입 중 한 타입일 수 있다. 노멀리 로우 타입(또는 노멀리 오프(normally off) 타입)의 솔레노이드 밸브는 상기 솔레노이드 밸브가 전기 입력을 수신할 때에는 최대 출력 압력을 제공하고 전기 입력을 수신하지 않을 때에는 제공하는 출력 압력이 없거나 또는 최소 출력 압력을 제공하는 반면, 노멀리 하이 타입(또는 노멀리 온(normally on) 타입)의 솔레노이드 밸브는 상기 솔레노이드 밸브가 어떠한 전기 입력도 수신하지 않을 때에는 최대 출력 압력을 제공하고 전기 입력이 제공될 때에는 제공하는 출력 압력이 없거나 또는 최소 출력 압력을 제공한다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 액츄에이터 또는 솔레노이드 밸브가 작동되는 것은, 전기 입력이 솔레노이드에 공급되거나(노멀리 로우 타입의 솔레노이드의 경우에서와 같이) 또는 전기 입력이 솔레노이드에 공급되지 않음(노멀리 하이 타입의 솔레노이드의 경우에서와 같이)을 의미한다.
예시된 구체예에서, 각각의 액츄에이터(50, 52, 54, 56)는 노멀리 로우 타입의 솔레노이드이며, 트림 시스템(32 및 34)의 전자-유압식 액츄에이터는 노멀리 로우 타입의 솔레노이드이며, 트림 시스템(30)의 전자-유압식 액츄에이터는 노멀리 하이 타입의 솔레노이드이다.
일반적으로, 각각의 압력 스위치(70, 72, 74, 76)는, 진단 목적 또는 그 외의 다른 이유를 위해, 압력 스위치에 의해 탐지된 미리 정해진 유체 압력에 반응하여 전기 입력을 컨트롤 장치(22)에 공급하도록 구성된다. 이러한 전기 신호들은 컨트롤 장치(20)의 구성요소들의 상태에서 컨트롤 장치(22)가 변하는 것을 가리킨다(inform). 스위치의 형상(configuration)에 따라 미리 정해진 수준의 유체 압력이 있는지 또는 상기 미리 정해진 수준의 유체 압력이 없는지에 의해 압력 스위치(70, 72, 74)에 의해 출력 신호가 생성되는 것이 유발될 수 있다(triggered). 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 압력 스위치의 활성(activity)을 기술하도록 사용될 때, 용어 "작동된(actuated)"은, 압력 스위치를 특정 타입 또는 형상에 제한하지 않고도, 단순히 스위치가 출력 신호를 컨트롤 장치(22)에 공급했음을 의미한다.
예시된 구체예에서, 각각의 시프트 밸브(26, 36, 38, 40)는 상기 시프트 밸브와 유체 소통 상태에 있는 상응하는 압력 스위치(76, 70, 72, 74)를 가진다. 상기 각각의 압력 스위치(70, 72, 74, 76)는 스위치가 결합된 시프트 밸브가 스트로크 위치에 있을 때 작동되도록 바이너리 스위치(binary switch)로서 작용한다. 컨트롤 장치(20)는 시프트 밸브의 위치를 모니터링 하도록 사용된 압력 스위치 외에도 그 외의 다른 압력 스위치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤 장치(20)는 트림 밸브(30, 32, 34)의 위치에서의 변화를 탐지하기 위해 압력 스위치를 사용할 수 있다.
표 2는 정상 작동 동안 컨트롤 장치(20)의 구성요소들의 정상상태 기계화(steady state mechanization)를 도시하고 있다. 숫자 "1"은 구성요소가 작동된 것을 가리키고 숫자 "0"은 구성요소가 작동되지 않았음을 가리킨다. 트림 시스템(34)의 기계화는 표 2로부터 생략되어 있는데 이는 토크 컨버터 클러치(34)가 제공되면 트림 시스템 액츄에이터(58)에 무관하게 조절되기 때문이다.
변속범위 트림
시스템(30)		 트림
시스템(32)		 시프트
밸브(36)		 시프트
밸브(38)		 시프트
밸브(40)		 시프트
밸브(26)
후진 1단 1 1 0 1 1 0
후진 2단 1 1 1 0 1 0
중립 1 0 1 1 1 0
제 1 단 1 0 0 1 0 1
제 2 단 0 1 0 0 0 1
제 3 단 1 0 1 0 0 1
제 4 단 0 1 1 0 1 1
제 5 단 1 0 0 0 1 1
제 6 단 0 1 0 0 1 1
이제, 정상 작동 동안, 2개의 가능 후진 변속범위, 중립 변속범위, 및 다수의 전진 변속범위를 포함하는 컨트롤 장치(20)의 형상(configuration)이 기술될 것이다.
도 2-3과 표 2에 도시된 것과 같이, 컨트롤 장치(20)는 2개의 대안의 후진 변속범위를 제공한다. 표 2에서 "후진 1단"으로 표시된 도 2의 후진 변속범위에서, 시프트 밸브 액츄에이터(52 및 54)가 작동되어 시프트 밸브(38 및 40)가 스트로크 위치로 이동하게 하고 액츄에이터(50)가 작동되지 않기 때문에 시프트 밸브(36)는 스트크로해제 위치에 유지된다. 트림 시스템(30)은 액츄에이터(52)에 의해 시프트 밸브(38)가 작동되기 때문에 유체 챔버(148)에 유체적으로 결합된다. 그 결과, 트림 시스템(30)은 유체 통로(94)와 유체 챔버(148)를 통해 변속 메커니즘(C5)에 메인 압력을 공급한다.
"후진 1단" 변속 범위에서, 트림 시스템(32)은 시프트 밸브(36)의 유체 챔버(144)에 의해 유체 챔버(150), 유체 통로(100), 시프트 밸브(40)의 유체 챔버(152), 및 유체 통로(98)에 유체적으로 결합된다. 그 결과, 트림 시스템(32)은 유체 통로(96)와 유체 챔버(150)에 의해 변속 메커니즘(C3)에 메인 압력을 공급한다.
시프트 밸브(26)는 "후진 1단" 변속범위에서 작동되지 않는다. 하지만, 설령 시프트 밸브(26)가 "후진 1단" 변속범위에서 작동된다 하더라도, (시프트 밸브(26)가 스트로크될 때 각각 변속 메커니즘(C1, C2)에 공급하는) 유체 통로(104, 108)가 배출 압력에 연결되기 때문에 컨트롤 장치(20)는 "후진 1단" 변속범위에 유지될 것이다. 따라서, 시프트 밸브(26)의 위치와 상관없이 "후진 1단" 변속범위가 구현되고 유지될 수 있다. 게다가, 컨트롤 장치(20)가 전진 변속범위에 대해 고장을 일으키게 하기 위하여(fail), 두 개의 밸브 오작동, 가령, 예를 들어, 시프트 밸브(26)의 고장과 하나 이상의 그 외의 다른 시프트 밸브(36, 38, 40)의 고장, 또는 시프트 밸브(26)의 고장과 트림 시스템(30, 32) 중 하나의 고장이 발생하여야 한다.
표 2에서 "후진 2단"으로 표시된 도 3의 후진 변속범위에서, 트림 시스템(30, 32)에 의해 공급된 변속 메커니즘은 "후진 1단" 변속범위에 대해 반대이다(reversed). "후진 2단"에서, 트림 시스템(30)은 시프트 밸브(38)의 유체 챔버(150)를 통해 변속 메커니즘(C3)에 메인 압력을 공급하며, 트림 시스템(32)은 시프트 밸브(36)의 유체 챔버(138), 유체 통로(114), 시프트 밸브(40)의 유체 챔버(156), 유체 통로(104), 시프트 밸브(26)의 유체 챔버(194), 유체 통로(134), 트림 밸브(34)의 유체 챔버(164), 유체 통로(118), 오리피스(87, 88), 시프트 밸브(38)의 유체 챔버(148) 및 유체 통로(94)를 통해 변속 메커니즘(C5)에 메인 압력을 공급한다. 변속 메커니즘(C3 및 C5)은 두 "후진 1단" 및 "후진 2단" 변속범위 모두에서 제공된다.
컨트롤 장치(20)의 중립 변속범위 형상이 도 4에 도시되어 있다. 중립 변속범위에서, 3개의 시프트 밸브(36, 38, 40)는 모두, 각각, 액츄에이터(50, 52, 54)에 의해 공급된 컨트롤 압력에 의해 작동된다. 그 결과, 압력 스위치(70, 72, 74)가 작동된다. 중립 변속범위에서는 시프트 밸브(26)가 작동되지 않으며 따라서 시프트 밸브(26)와 무관하게 중립 변속범위가 구현되고 유지될 수 있다.
중립 변속범위에서, 트림 시스템(30)은 통로(128), 유체 챔버(148), 및 통로(94)를 통해 변속 메커니즘(C5)에 메인 압력을 공급한다. 도 4의 중립 변속범위로부터 도 2와 3의 후진 변속범위 중 한 변속범위로 변환되게 하기 위하여, 트림 시스템(32)이 작동되어야 하며 시프트 밸브(36)("후진 1단" 변속범위에 대한) 또는 시프트 밸브(38)("후진 2단" 변속범위에 대한)가 위치를 변경시켜야 한다. 이와 유사하게, 도 4의 중립 변속범위로부터 전진 변속범위로 변환되게 하기 위하여, 시프트 밸브(26)와 하나 이상의 그 외의 다른 시프트 밸브(36, 38, 40)가 위치를 변경시켜야 한다. 따라서, 컨트롤 장치(20)는 위치를 변경시키기 위해서는 2개 이상의 밸브를 필요로 함으로써 중립 변속범위로부터 이동 변속범위로 의도치 않게 변속되는 데 대해 방지한다.
컨트롤 장치(20)의 대표적인 전진 변속범위 형상이 도 5, 6 및 7에 도시된다. 각각의 전진 변속범위는 변속 메커니즘(Cl) 또는 변속 메커니즘(C2) 중 하나가 제공되어야 할 필요가 있다. 두 변속 메커니즘(Cl 및 C2) 모두 시프트 밸브(26)와 유체 소통 상태에 있다. 시프트 밸브(26)가 작동되지 않을 때(즉 스트로크해제 될때)에는 두 변속 메커니즘(Cl) 및 변속 메커니즘(C2)은 모두 도 2-4에 도시된 것과 같이 배출 백필 회로(64) 및 EBF 밸브(44)와 직접적인 유체 소통 상태에 있다. 컨트롤 장치(20)의 그 외의 다른 밸브 시스템들에 무관하게 액츄에이터(56)에 의해 시프트 밸브(26)가 온 위치 또는 스트로크 위치로 이동되는 것이 개시된다(initiated). 따라서, 시프트 밸브(26)가 도 5, 6 및 7에 도시된 작동 위치 또는 스트로크 위치에 있는 경우에만, 비-전진 변속범위로부터 전진 변속범위로 변속되는 것이 구현될 수 있다. 따라서, 시프트 밸브(26)는 표 2에 표시된 것과 같이 모든 전진 변속범위에서 온 위치 또는 스트로크 위치에 있게 된다.
시프트 밸브(26)가 스트로크 위치로 이동하기 위해서는 액츄에이터(56)가 작동될 필요가 있다. 액츄에이터(56)는 전기 신호 형태로 변속범위 선택기(24)로부터 수신된 전진 변속범위 요구에 반응하여 컨트롤 장치(22)에 의해 공급된 전기 신호에 의해 작동된다. 이런 방식으로, 컨트롤 장치(20)는 전기적인 전진 변속범위 요구 신호가 컨트롤 장치(22)에 의해 수신된 경우에만 비-전진 변속범위로부터 전진 변속범위로 변속되도록 구성된다.
도 5는 트림 시스템(30)이 시프트 밸브(38)의 유체 챔버(148)를 통해 변속 메커니즘(C5)에 메인 압력을 공급하는 제 1 전진 변속범위를 위한 컨트롤 장치(20)의 형상을 도시한다. 시프트 밸브(26)의 유체 챔버(192), 유체 통로(104) 및 시프트 밸브(40)의 유체 챔버(156)를 통해 메인 압력과 유체 소통 상태에 있는 변속 메커니즘(C1)은, 액츄에이터(56)에 의해 시프트 밸브(26)가 작동된다.
도 6은 트림 시스템(30)이 시프트 밸브(36)의 유체 챔버(144), 통로(100), 및 시프트 밸브(40)의 유체 챔버(154)를 통해 변속 메커니즘(C4)에 메인 압력을 공급하는 제 2 전진 변속범위를 위한 컨트롤 장치(20)의 형상을 도시한다. 도 5에 대해 위에서 기술한 것과 같이, 메인 압력이 변속 메커니즘(C1)에 공급된다.
도 7은 메인 압력이 변속 메커니즘(C1 및 C2)에 공급되는 제 4 전진 변속범위를 위한 컨트롤 장치(20)의 형상을 예시한다. 도 5에 대해 위에서 기술한 것과 같이, 메인 압력이 변속 메커니즘(C1)에 공급된다. 메인 압력이 시프트 밸브(26)의 유체 챔버(190), 유체 통로(108), 시프트 밸브(38)의 유체 챔버(136), 유체 통로(196), 및 시프트 밸브(40)의 유체 챔버(158)를 통해 변속 메커니즘(C2)에 공급된다. 또한, 도 7은 컨트롤 압력이 트림 밸브(34)의 헤드에 공급되는, 액츄에이터(58)에 의해 토크 컨버터 클러치(14)가 제공되어 통로(116)로부터 메인 압력을 토크 컨버터 클러치(14)와 연결되는 것을 예시한다. 메인 압력이 컨트롤 장치(20)의 모든 정상 작동 모드에서 통로(116)를 통해 흐르기 때문에, 토크 컨버터 클러치(14)는 언제라도(즉 어떤 변속범위에서도) 액츄에이터(58)에 의해 작동될 수 있다.
표 3은 전기 고장으로부터 유발된 고장 모드에 있는 컨트롤 장치(20)의 구성요소들의 정상상태 기계화를 보여준다. 숫자 "1"은 구성요소가 작동된 것을 가리키고 숫자 "0"은 구성요소가 작동되지 않았음을 가리킨다. 문자 "H"는 전기 입력이 없을 때 구성요소가 유압 방식으로 그 자리에 고정되었음을 지시하도록 사용된다. 트림 시스템(34)의 기계화는 전기 고장 동안 토크 컨버터 클러치(34)가 제공되지 않기 때문에 생략된다.
변속범위 고장 트림
시스템(30)		 트림
시스템(32)		 시프트
밸브(36)		 시프트
밸브(38)		 시프트
밸브(40)		 시프트
밸브(26)
후진 1단 중립(C5) 1 0 0 H H 0
후진 2단 중립(C3) 1 0 0 0 H 0
중립 중립(C5) 1 0 0 H H 0
제 1 단 제 1 단 1 0 0 H 0 H
제 2 단 제 3 단 1 0 0 0 0 H
제 3 단 제 3 단 1 0 0 0 0 H
제 4 단 제 5 단 1 0 0 0 H H
제 5 단 제 5 단 1 0 0 0 H H
제 6 단 제 5 단 1 0 0 0 H H
도 8-13은 표 3에 따라서 후진 1단 변속범위, 후진 2단 변속범위, 중립 변속범위, 및 제 1, 제 2, 및 제 4 전진 변속범위에서 전기 고장이 일어날 때의 컨트롤 장치(20)의 형상을 도시한다. 트림 시스템(30)은 노멀리 하이 타입의 솔레노이드에 의해 작동되며 따라서 전기 고장의 경우에서도 작동된다. 따라서, 트림 시스템(30)은 전기 고장의 경우 시프트 밸브(38)의 위치에 따라 변속 메커니즘(C5) 또는 변속 메커니즘(C3) 중 하나에 메인 압력을 공급한다.
정상 작동 동안 시프트 밸브(38)가 스트로크 되면, 트림 시스템(30)은 변속 메커니즘(C5)에 유체적으로 결합된다. 이는 도 2, 4 및 5에 도시된 것과 같이 후진 1단 변속범위, 중립 변속범위, 및 제 1 단 전진 변속범위에 있는 경우이다. 이 변속범위들 중 하나에서 전기 고장이 발생하면, 전기 입력이 없기 때문에 액츄에이터(52)는 시프트 밸브(38)에 압력을 전달하지 못할 것이다. 하지만, 트림 시스템(30)이 유체 챔버(148)를 통해 시프트 밸브(38)의 랜드(168)의 차동 영역(differential area)(d3)에 메인 압력을 공급하기 때문에, 시프트 밸브(38)의 스트로크 위치는 유지된다. 이는 도 8(후진 1단 변속범위), 도 10(중립 변속범위), 및 도 11(제 1 단 전진 변속범위)에 도시된다.
노멀리 하이 타입의 트림 시스템(30)이 두 변속 메커니즘(C5 및 C3)을 모두 제어하기 때문에, 후진 변속범위는 전기 고장의 경우 상기 두 변속 메커니즘(C5 및 C3)이 제공되어야 할 것을 요구하며 상기 후진 변속범위는 후진 변속범위에 대해서는 수행될 수 있다(cannot fail to reverse). 사실, 두 후진 변속범위는 위의 표 3에서 표시되고 도 8과 9에 도시된 것과 같이 중립 변속범위에 대해서 수행될 수 없을 것이다.
후진 변속범위는 도 8에 도시된 것과 같이 변속 메커니즘(C5)이 제공되는 중립 상태에 대해서는 수행될 수 없다. "후진 2단" 변속범위는 도 9에 도시된 것과 같이 변속 메커니즘(C3)이 제공되는 중립 상태에 대해서는 수행될 수 없다. 중립 변속범위는 도 10에 도시된 것과 같이 C5 중립 상태의 고장 모드(failure mode)에 대해서는 수행될 수 없다. C5 및 C3 중립 상태의 고장 모드는 전기 고장이 발생하면 변속될 수 없는데 이는 중립 변속범위로부터 후진 변속범위 또는 전진 변속범위로 변속하는 것이 전기 입력을 필요로 하기 때문이다.
도 8, 9 및 10은 어떻게 유체 통로(108)와 시프트 밸브(36)의 유체 챔버(140)를 통해 컨트롤 압력이 시프트 밸브(40)의 헤드로의 흐르는 것이, 액츄에이터(54)로의 전기 입력이 없을 때, 시프트 밸브(40)의 스트로크 위치를 유지하는 지를 보여준다. 시프트 밸브(40)가 스트로크될 때, 메인 압력이 시프트 밸브(26)와 유체 소통 상태에 있는 통로(104) 내에 유입되는 것이 차단된다.
도 11, 12 및 13은 전진 변속범위에 대한 컨트롤 장치(20)의 고장 모드 형상을 보여준다. 도 11에 도시된 것과 같이, 제 1 전진 변속범위는 랜드(168)의 차동 영역에 공급된 압력에 의해 시프트 밸브(38)의 래칭(latching), 및 시프트 밸브(26)의 래칭으로 인한 전기 고장의 경우에서 유지된다. 랜드(174)의 차동 영역에 공급된 압력은 액츄에이터(56)에 제공되는 전기 입력이 없을 때 시프트 밸브(26)의 스트로크 위치에 유지된다.
제 2 전진 변속범위와 제 3 전진 변속범위는, 도 12에 도시된 것과 같이, 전기 고장의 경우에서 제 3 전진 변속범위에 대해 수행될 수 없다. 시프트 밸브(26)는 도 11에 관해 위에서 기술된 것과 같이 래칭된다(latched). 정상 작동 동안, 시프트 밸브(38)는 제 2 전진 변속범위와 제 3 전진 변속범위에서 스트로크해제 된다(destroked). 스트로크해제 위치는 랜드 밑 랜드(168)가 랜드(168)와 똑같은 직경을 가지기 때문에 전기 고장의 경우에서 유지된다. 하지만, 변속 메커니즘(C3)이 공급되거나(제 2 전진 변속범위 내에서 고장이 발생된 경우에) 또는 변속 메커니즘(C3)이 유지되는데(제3 전진 변속범위 내에서 고장이 발생된 경우에) 이는 트림 시스템(30)을 위한 액츄에이터가 노멀리 하이 타입으로 구성되기 때문이다.
제 4 전진 변속범위 및 이보다 더 높은 전진 변속범위는
도 13에 도시된 것과 같이 전기 고장의 경우에서 제 5 전진 변속범위에 대해 수행될 수 없다. 이러한 변속범위들에 대해 전기 고장 모드에서, 시프트 밸브(26)는 랜드(172)의 차동 영역에 공급된 압력에 의해 스트로크 위치 내에서 래칭된다. 따라서, 도 7에 관해 위에서 기술된 것과 같이 메인 압력이 변속 메커니즘(C2)에 공급된다. 시프트 밸브(40)는 위에서 기술된 것과 같이 통로(102)를 통해 컨트롤 압력에 의해 유압 방식으로 래칭된다(hydraulically latched).
모든 전진 변속범위에서, 위에서 기술된 것과 같이, 변속 메커니즘(Cl 및 C2)과 소통 상태에 있는 시프트 밸브(26) 상의 래칭 특징부는, 변속기가 변속범위 선택기(24) 또는 전기 컨트롤 장치(22)로부터 전진 변속범위 명령을 수신하는 한, 스트로크 위치에 유지되며, 이에 따라 그 외의 경우 시프트 밸브(26)가 실수로 스트로크해제 위치로 이동하게 할 수 있는 시프트 밸브(26)의 기계적 고장에 대해 방지한다.
위에서 기술된 것과 같이 여러 경우에서 시프트 밸브(26, 38 및 40)의 유압식 래칭은, 컨트롤 시스템 내의 유압액의 압력이 압축 유압액 공급원(예를 들어 엔진 펌프)이 중지되었을 때와 같은 경우에서와 같이 밸브의 리턴 스프링의 편향력(bias)을 극복할 수 없는 지점으로 감소되지 않는 한, 유지된다.
본 발명은 예시되어 있는 특정 구체예들을 참조하여 특허가능한 주제를 기술하고 있다. 본 명세서를 용이하게 이해하기 위해 도면들이 제공되며 설명을 쉽게 하기 위해 제한된 개수의 요소들이 도시될 수 있다. 본 명세서에서 예외적으로 달리 언급되어 있지 않는 한, 도면에 나타내고자 하는 특허가능한 주제의 범위에는 제한이 없다. 본 발명의 특허가능한 주제에 사용하기 위하여, 상기 예시되어 있는 구체예들에 대한 변형예, 대안예 및 개선예들이 본 발명의 보호 범위 내에 포함될 수 있다.

Claims (20)

  1. 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20)에 있어서, 상기 전자-유압식 컨트롤 장치는:
    - 상기 변속기(18)의 전자식 변속범위 선택기(24)로부터 변속 요구 신호를 수신하도록 구성된 전기 컨트롤 장치(22)를 포함하고;
    - 각각 상기 전기 컨트롤 장치(22)로부터 전기 신호를 수신하도록 구성된 제 1, 제 2, 및 제 3 전자-유압식 액츄에이터(52, 50, 54)를 포함하며;
    - 제 1, 제 2 및 제 3 시프트 밸브(38, 36, 40)를 포함하되, 상기 시프트 밸브들은 각각 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 전자-유압식 액츄에이터(52, 50, 54)에 의해 압축 유압액 출력을 수신하기 위해 상기 전자-유압식 액츄에이터들과 유체 소통 상태에 있으며 압축 유압액을 변속기(18)의 하나 이상의 변속 메커니즘(C3, C4, C5)에 선택적으로 전달하기 위해 서로 유체 소통 상태에 있고;
    - 전기 컨트롤 장치(22)로부터 전기 신호를 수신하도록 구성된 제 4 전자-유압식 액츄에이터(56)를 포함하며;
    - 압축 유압액을 변속기(18)의 하나 이상의 변속 메커니즘(C1, C2)에 선택적으로 전달하도록 구성된 제 4 시프트 밸브(26)를 포함하되, 제 4 시프트 밸브(26)는 제 4 전자-유압식 액츄에이터(56)가 전기적으로 작동되지 않을 때에는 제 1 위치를 구현하며(achieve) 제 4 전자-유압식 액츄에이터(56)가 전기적으로 작동될 때에는 제 2 위치를 구현하기 위해 제 4 전자-유압식 액츄에이터(56)에 의해 조절가능하고;
    - 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브에 선택적으로 결합되는 복수의 유체 통로(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 124, 128, 196)를 포함하되, 제 4 시프트 밸브(26)가 제 1 위치 또는 제 2 위치 중 한 위치에 있을 때에는 변속기(18)에 의해 중립 변속범위 또는 후진 변속범위가 구현될 수 있으며 제 4 시프트 밸브(26)가 제 2 위치에만 있을 때에는 변속기(18)에 의해 전진 변속범위가 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
  2. 제1항에 있어서, 제 4 시프트 밸브(26)는 제 1 변속 메커니즘(C1)에 유체적으로 결합된(fluidly coupled) 제 1 유체 챔버(192)와 제 2 변속 메커니즘(C2)에 유체적으로 결합된 제 2 유체 챔버(190)를 가지며, 제 1 시프트 밸브(38)는 제 3 변속 메커니즘(C3)에 유체적으로 결합된 제 3 유체 챔버(150)를 가지고, 제 3 시프트 밸브(40)는 제 4 변속 메커니즘(C4)에 유체적으로 결합된 제 4 유체 챔버(154)를 가지며, 상기 제 1 시프트 밸브는 변속기(18)의 제 5 변속 메커니즘(C5)에 유체적으로 결합된 제 5 유체 챔버(148)를 가지는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
  3. 제2항에 있어서, 제 2 시프트 밸브(36)는 제 1 후진 변속범위에서 제 1 및 제 3 시프트 밸브(38, 40)를 통해 제 3 변속 메커니즘(C3)에 유체적으로 결합되며 상기 제 2 시프트 밸브는 제 2 후진 변속범위에서 제 1, 제 3, 제 4 시프트 밸브(38, 40, 26)를 통해 제 5 변속 메커니즘(C5)에 유체적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
  4. 제3항에 있어서, 전자-유압식 컨트롤 장치(20)는 토크 컨버터 클러치 컨트롤 밸브(34)를 포함하며, 상기 토크 컨버터 클러치 컨트롤 밸브(34)는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 시프트 밸브(38, 36, 40, 26) 중 하나 이상의 시프트 밸브에 결합되는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
  5. 제1항에 있어서, 복수의 유체 통로(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 124, 128, 196)는 제 4 시프트 밸브(26)가 제 1 위치 또는 제 2 위치에 있든지 간에 제 1 후진 변속범위가 구현될 수 있도록 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브(38, 36, 40, 26)와 선택적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
  6. 제1항에 있어서, 복수의 유체 통로(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 124, 128, 196)는 제 4 시프트 밸브(26)가 제 1 위치 또는 제 2 위치에 있든지 간에 중립 변속범위가 구현될 수 있도록 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브(38, 36, 40, 26)와 선택적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
  7. 제1항에 있어서, 복수의 유체 통로(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 124, 128, 196)는 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브(38, 36, 40, 26)와 선택적으로 결합되어, 시프트 밸브들 중 2개 이상의 시프트 밸브가 변속기(18)를 중립 변속범위로부터 전진 변속범위로 변속시키기 위해 위치를 변경시키도록 요구되는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
  8. 제7항에 있어서, 전자-유압식 컨트롤 장치(20)는 전기 컨트롤 장치(22)로부터 전기 신호를 수신하고 유체 압력이 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 시프트 밸브(38, 36, 40, 26)를 통해 변속기(18)의 변속 메커니즘(C1, C2, C3, C4, C5)들에 전달되는 속도를 조절하도록 구성된 제 1 및 제 2 트림 시스템(30, 32)을 포함하는데, 상기 제 1 트림 시스템은 제 1 시프트 밸브(38)에 직접 유체적으로 결합되며, 상기 제 2 트림 시스템은 제 2 시프트 밸브(36)에 직접 유체적으로 결합되고, 상기 제 2 트림 시스템은 제 2 시프트 밸브(36)를 통해 제 3 시프트 밸브(40)에 유체적으로 결합되며, 상기 제 2 트림 시스템은 제 2 및 제 3 시프트 밸브(36, 40)를 통해 제 1 시프트 밸브(38)에 유체적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
  9. 제8항에 있어서, 복수의 유체 통로(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 124, 128, 196)는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 시프트 밸브(38, 36, 40, 26)와 선택적으로 결합되어, 트림 시스템(30, 32)들 중 하나 이상의 트림 시스템과 시프트 밸브들 중 하나 이상의 시프트 밸브가 변속기(18)를 중립 변속범위로부터 후진 변속범위로 변속시키기 위해 작동될 수 있도록 요구되는 것을 특징으로 하는 다중-속도 자동차 변속기(18)용 전자-유압식 컨트롤 장치(20).
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