KR101836689B1 - 차량의 변속기 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량의 변속기 제어방법은 컨트롤러가 상위변속단으로부터 하위변속단으로 다운 쉬프트가 필요하다고 판단하면, 상위변속단보다 낮은 변속비를 가진 서보기어쌍 중 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 서보클러치로 마찰력을 발생시키는 슬립제어단계; 슬립제어단계 개시 후, 컨트롤러가 싱크로장치를 상위변속단으로부터 해제하여 중립상태로 전환하는 중립전환단계; 중립전환단계 이후, 컨트롤러가 모터속도를 목표속도에 동기되도록 상승시키는 모터동기단계; 모터동기단계 개시 후, 컨트롤러가 모터토크와 서보클러치 토크의 차이값을 기준값과 비교하는 토크비교단계; 토크비교단계 수행결과, 차이값이 기준값 미만일 경우, 컨트롤러가 싱크로장치를 하위변속단에 마찰시키는 충격저감단계; 및 충격저감단계 개시 후, 컨트롤러가 모터속도를 목표속도에 동기완료한 경우, 싱크로장치를 하위변속단에 치합시키는 변속완료단계;를 포함할 수 있다.

Description

차량의 변속기 제어방법 {CONTROL METHOD FOR TRANSMISSION OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 파워 온 다운 쉬프트 시 변속 충격이 발생하는 것을 방지하는 차량의 변속기 제어방법에 관한 것이다.

전기차는 모터의 구동력을 변속할 수 있는 변속기를 탑재함으로써, 모터의 용량을 축소하여 원가를 저감시킬 수 있도록 하고 있다.

상기한 바와 같이 전기차에 사용되는 변속기는 비교적 간단한 구성을 가지는 것이 바람직하여 기본적으로 종래 수동변속기에서 사용되고 있는 싱크로메시 방식 변속메커니즘을 사용하는 경우가 있는데, 이러한 싱크로메시 방식 변속메커니즘은 기본적으로 변속시에 구동륜으로의 토크가 단절되는 토크인터럽션(Torque Interruption)이 발생하는 단점이 있어서, 이를 보완할 수 있도록 하려는 노력이 이루어지고 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR10-1994-0013931A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전기차에 사용될 수 있도록 싱크로메시 방식의 변속메커니즘을 기본으로 하여 간단한 구성을 가지면서도 토크인터럽션을 방지할 수 있도록 구성된 전기차용 변속기에서 하위 변속단으로 변속하는 다운 쉬프트(DOWN SHIFT)시에 변속 충격이 발생하는 것을 방지함으로써 변속품질을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 변속기 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 변속기 제어방법은 컨트롤러가 상위변속단으로부터 하위변속단으로 다운 쉬프트가 필요하다고 판단하면, 상기 상위변속단보다 낮은 변속비를 가진 서보기어쌍 중 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 서보클러치로 마찰력을 발생시키는 슬립제어단계; 상기 슬립제어단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 싱크로장치를 상기 상위변속단으로부터 해제하여 중립상태로 전환하는 중립전환단계; 상기 중립전환단계 이후, 상기 컨트롤러가 모터속도를 목표속도에 동기되도록 상승시키는 모터동기단계; 상기 모터동기단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 모터토크와 서보클러치 토크의 차이값을 기준값과 비교하는 토크비교단계; 상기 토크비교단계 수행결과, 상기 차이값이 기준값 미만일 경우, 상기 컨트롤러가 상기 싱크로장치를 하위변속단에 마찰시키는 충격저감단계; 및 상기 충격저감단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 모터속도를 목표속도에 동기완료한 경우, 상기 싱크로장치를 하위변속단에 치합시키는 변속완료단계;를 포함할 수 있다.

상기 토크비교단계 수행결과, 상기 차이값이 기준값 이상일 경우, 상기 컨트롤러가 상기 모터토크를 기설정된 모터목표값만큼 저감시키는 토크제어단계;를 더 포함하고, 상기 토크제어단계 이후, 상기 토크비교단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 토크비교단계 수행결과, 상기 차이값이 기준값 이상일 경우, 상기 컨트롤러가 상기 서보클러치 토크를 기설정된 클러치목표값만큼 증가시키는 토크제어단계;를 더 포함하고, 상기 토크제어단계 이후, 상기 토크비교단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기준값은 상기 싱크로장치의 토크값을 하향변속단의 기어비로 나눈 값인 것을 특징으로 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 변속기 제어방법에 따르면, 파워 온 다운 쉬프트 상황 시 변속충격을 저감할 수 있는바, 차량의 변속품질이 향상되어 궁극적으로 차량의 상품성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 변속기 제어방법을 도시한 순서도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 변속기 제어방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 변속기의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명 차량용 변속기는 모터(M)로부터 동력을 입력받도록 배치된 입력축(IN); 상기 입력축에 평행하게 배치된 출력축(OUT); 상기 입력축(IN)과 출력축(OUT) 연결할 수 있는 외접기어쌍들로 이루어져, 서로 다른 변속비를 형성하도록 구비된 다수의 변속단기어유닛; 상기 다수의 변속단기어유닛 중 어느 하나를 상기 입력축(IN)과 출력축(OUT) 사이의 동력 전달이 가능한 상태와 불가능한 상태 사이로 전환할 수 있도록 구비된 싱크로장치(SS); 상기 다수의 변속단기어유닛들 중 최저의 변속비를 가진 변속단 기어유닛 보다 더 낮은 기어비를 제공하도록 서로 치합된 상태로 상기 입력축(IN)과 출력축(OUT)에 구비된 외접기어쌍으로 이루어진 서보기어유닛(SBU); 상기 서보기어유닛(SBU)에 의해 상기 입력축(IN)과 출력축(OUT) 사이의 동력전달이 이루어지는 정도를 조절할 수 있도록 구비된 서보클러치(SC)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 모터(M)와 싱크로장치(SS) 및 서보클러치(SC)는 제어부(CLR)가 제어할 수 있도록 구성된다.

상기 변속단기어유닛들은 상대적으로 높은 변속비의 제1단변속단기어유닛(SGU1)과, 상대적으로 낮은 변속비의 제2단변속단기어유닛(SGU2)으로 구성되어 총 2단의 변속단을 제공한다.

상기 제1단변속단기어유닛(SGU1)은 상기 입력축에 회전이 구속된 제1구동기어(D1)와, 상기 출력축에 회전 가능하게 설치된 제1피동기어(P1)로 이루어지며, 상기 제2단변속단기어유닛(SGU2)은 상기 입력축에 회전이 구속된 제2구동기어(D2)와, 상기 출력축에 회전 가능하게 설치된 제2피동기어(P2)로 이루어진다.

상기 싱크로장치(SS)는 상기 출력축의 축 방향 양쪽으로 향하는 두 직선스트로크에 의해 상기 제1피동기어(P1) 또는 제2피동기어(P2)를 각각 상기 출력축에 대해 회전이 구속되거나 해제되는 상태로 전환할 수 있도록 설치된다.

즉, 상기 싱크로장치는 상기 출력축에 설치되어, 구비하고 있는 슬리브를 상기 제1피동기어에 일체로 연결된 클러치기어에 치합시켜서, 상기 제1피동기어를 출력축에 대해 회전이 구속되도록 하거나, 상기 슬리브를 상기 제2피동기어에 일체로 연결된 클러치기어에 치합시켜서 상기 제2피동기어를 출력축에 대해 회전이 구속되도록 하거나, 둘 다 해제한 중립상태를 구현할 수 있도록 구성된 것이다.

물론, 상기 싱크로장치는 상기 제1피동기어를 출력축에 연결하거나 차단하기 위한 것과 제2피동기어를 출력축에 연결하거나 차단하기 위한 것을 별도로 구비할 수도 있다.

또한, 상기 제1변속단기어유닛(SGU1)과 제2변속단기어유닛(SGU2)의 구성을, 상기 제1구동기어와 제2구동기어가 상기 입력축에 대해 회전 가능하게 하고, 제1피동기어와 제2피동기어는 출력축에 회전이 구속되게 구성하면, 상기 싱크로장치는 상기 제1구동기어와 제2구동기어를 각각 상기 입력축에 연결하거나 차단하도록 상기 입력축에 설치하여 구성할 수 있다.

본 기술의 차량용 변속기에서 상기 서보기어유닛(SBU)은 상기 입력축에 회전 가능하게 설치된 서보구동기어(DS)와, 상기 출력축에 회전이 구속된 서보피동기어(PS)로 이루어진다.

상기 서보기어유닛(SBU)은 상술한 바와 같이, 상기 다수의 변속단기어유닛들 중 최저의 변속비를 가진 변속단기어유닛보다 더 낮은 기어비를 제공하도록 구성된다.

즉, 본 실시예에서, 상기 서보기어유닛은 제1단변속단기어유닛과 제2단변속단기어유닛의 변속비보다 작은 변속비를 가지도록 구성되는 것으로서, 예컨대, 제1단변속단기어유닛(SGU1)의 변속비가 3.3이고, 제2단변속단기어유닛(SGU2)의 변속비가 1.88이면, 상기 서보기어유닛(SBU)의 변속비는 1.882 정도로 설정하는 것이다.

이는, 실질적으로 변속이 이루어지는 과정 중, 싱크로장치를 현재 변속단으로부터 해제할 때, 보다 정확하게는 싱크로장치의 슬리브를 현재 변속단의 클러치기어로부터 이탈시킬 때, 충격이 발생하지 않고 원활하게 중립상태로 싱크로장치의 슬리브를 이동시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 서보클러치(SC)는 상기 입력축(IN)과 상기 서보구동기어(DS) 사이에 설치되어, 상기 입력축의 축방향 변위에 따라 상기 입력축과 서보구동기어 사이의 동력전달 정도를 조절할 수 있도록 구성된 원추클러치로 구성된다.

물론, 상기 서보구동기어를 입력축에 회전이 구속되도록 설치하고, 상기 서보피동기어를 출력축에 회전 가능하게 설치하면, 상기 서보클러치는 상기 출력축에 설치되어 상기 출력축과 서보피동기어 사이의 동력 전달 정도를 조절할 수 있도록 하는 원추클러치로 구성할 수도 있다.

상술한 차량의 변속기 제어방법은 아래와 같다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 변속기 제어방법을 도시한 순서도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 차량의 변속기 제어방법은 컨트롤러(CLR)가 상위변속단으로부터 하위변속단으로 다운 쉬프트가 필요하다고 판단하면, 상기 상위변속단보다 낮은 변속비를 가진 서보기어쌍 중 서보구동기어(DS)와 입력축(IN) 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 서보클러치(SC)로 마찰력을 발생시키는 슬립제어단계(S10); 상기 슬립제어단계(S10) 개시 후, 상기 컨트롤러(CLR)가 싱크로장치(SS)를 상기 상위변속단으로부터 해제하여 중립상태로 전환하는 중립전환단계(S20); 상기 중립전환단계(S20) 이후, 상기 컨트롤러(CLR)가 모터속도를 목표속도에 동기되도록 상승시키는 모터동기단계(S30); 상기 모터동기단계(S30) 개시 후, 상기 컨트롤러(CLR)가 모터토크와 서보클러치(SC) 토크의 차이값을 기준값과 비교하는 토크비교단계(S40); 상기 토크비교단계(S40) 수행결과, 상기 차이값이 기준값 미만일 경우, 상기 컨트롤러(CLR)가 상기 싱크로장치(SS)를 하위변속단에 마찰시키는 충격저감단계(S50); 상기 충격저감단계(S50) 개시 후, 상기 컨트롤러(CLR)가 모터속도를 목표속도에 동기완료한 경우(S60), 상기 싱크로장치(SS)를 하위변속단에 치합시키는 변속완료단계(S70);를 포함할 수 있다.

즉, 본 발명은 상위변속단으로부터 하위변속단으로의 변속이 필요한 상황이 되면, 상기 슬립제어단계(S20)에 의해 상기 서보클러치(SC)로 마찰력을 발생시켜 상기 중립전환단계(S30)가 실행될 수 있도록 하고, 상기 상위변속단인 2단 변속단을 해제한 후, 모터(M)의 속도를 목표속도로 상승시킴으로써 하위변속단인 1단 변속단 체결을 준비한다. 이때 상기 컨트롤러(CLR)가 현재 모터(M)의 토크 상황과 서보클러치(SC)의 토크 상황을 파악하여 모터토크와 서보클러치 토크의 차이값이 1단 변속단 측 싱크로 동기용량으로 설정된 기준값 이내일 때, 상기 싱크로장치(SS)를 하위변속단 측에 마찰시킴으로써 1단 변속단과 싱크로장치(SS) 사이의 상대속도를 흡수하여 변속 시 발생하는 저크 및 충격을 저감할 수 있다.

여기서, 상기와 같이 모터토크와 서보클러치 토크의 차이값이 1단 변속단 측 싱크로 동기용량보다 작을 경우에는, 상기 싱크로장치(SS)를 1단 변속단에 마찰시키더라도 변속 상 충격이 발생하지 않고 동시에 상대속도 흡수를 통해 저크(jerk)를 저감할 수 있다.

따라서, 상기 기준값은 상기한 바와 같이 1단 변속단 측 싱크로 동기용량 수준으로 설정되는 것인바, 상기 싱크로장치(SS)의 토크값을 하향변속단의 기어비로 나눈 값으로 설정될 것이다.

한편, 상기 하위 변속단의 목표속도는, 도 1과 같은 변속기 구조를 기준으로 하면, 2단으로부터 1단으로의 다운 쉬프트 시 변속의 목표변속단인 1단 변속단의 1단피동기어(P1)의 클러치기어 속도가 상기 싱크로장치(SS)의 슬리브 속도와 같아지도록 하는 모터(M)의 속도를 의미한다. 즉, 상기 모터동기단계(S30)에서는 모터의 속도를 상기 1단피동기어(P1)의 클러치기어 속도가 상기 슬리브 속도와 동기되도록 제어함으로써 서보클러치(SC)를 마찰하는 동시에 싱크로장치(SS)를 1단 변속단에 치합할 수 있다. 따라서, 토크 인터럽션을 방지할 수 있다.

만약, 상기 토크비교단계(S40) 수행결과, 상기 차이값이 기준값 이상일 경우, 상기 컨트롤러(CLR)가 상기 모터토크를 기설정된 모터목표값만큼 저감시키는 토크제어단계(S80);를 더 포함하고, 상기 토크제어단계(S80) 이후, 상기 토크비교단계(S40)를 다시 수행할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 토크비교단계(S40) 수행결과, 상기 차이값이 기준값 이상일 경우, 상기 컨트롤러(CLR)가 상기 서보클러치 토크를 기설정된 클러치목표값만큼 증가시키는 토크제어단계(S80);를 더 포함하고, 상기 토크제어단계(S80) 이후, 상기 토크비교단계(S40)를 다시 수행할 수 있다.

즉, 모터토크와 서보클러치 토크의 차이값이 싱크로장치(SS)의 동기용량을 초과할 경우, 모터토크를 저감하거나 서보클러치 토크를 증가시킴으로써 상기 충격저감단계(S50) 수행이 가능해지도록 마련할 수 있다. 따라서, 상기 토크제어단계(S80) 이후, 상기 토크비교단계(S40)를 수행하여 모터토크와 서보클러치 토크의 차이값이 기준값 미만으로 저하되는지 재확인하고, 미만일 경우에 상기 충격저감단계(S50)를 수행하여 차량의 다운 쉬프트시 발생하는 충격 및 저크가 저감되도록 유도할 수 있다.

여기서, 상기 모터목표값과 클러치목표값은 설계자 또는 차량에 따라 가변되어 컨트롤러(CLR)에 기설정된다. 만약, 토크손실이 적은 것을 우선시한다면 모터목표값과 클러치목표값을 작은 값으로 설정하고, 반대로 제어에 소요되는 시간이 짧은 것을 우선시한다면 모터목표값과 클러치목표값을 보다 큰 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 하지만, 이는 설계자 또는 차량에 따라 가변설정되는 것인바, 특정값으로 한정되어서는 안될 것이다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 변속기 제어방법에 따르면, 파워 온 다운 쉬프트 상황 시 변속충격을 저감할 수 있는바, 차량의 변속품질이 향상되어 궁극적으로 차량의 상품성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

IN: 입력축
OUT: 출력축
M: 모터
CLR: 컨트롤러
SGU1: 제1변속단기어유닛
SGU2: 제2변속단기어유닛
SBU: 서보기어유닛
SC: 서보클러치
SS: 싱크로장치

Claims (4)

1. 컨트롤러가 상위변속단으로부터 하위변속단으로 다운 쉬프트가 필요하다고 판단하면, 상기 상위변속단보다 낮은 변속비를 가진 서보기어쌍 중 서보구동기어와 입력축 사이에 마찰력을 인가할 수 있도록 설치된 서보클러치로 마찰력을 발생시키는 슬립제어단계;
   상기 슬립제어단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 싱크로장치를 상기 상위변속단으로부터 해제하여 중립상태로 전환하는 중립전환단계;
   상기 중립전환단계 이후, 상기 컨트롤러가 모터속도를 목표속도에 동기되도록 상승시키는 모터동기단계;
   상기 모터동기단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 모터토크와 서보클러치 토크의 차이값을 기준값과 비교하는 토크비교단계;
   상기 토크비교단계 수행결과, 상기 차이값이 기준값 미만일 경우, 상기 컨트롤러가 상기 싱크로장치를 하위변속단에 마찰시키는 충격저감단계; 및
   상기 충격저감단계 개시 후, 상기 컨트롤러가 모터속도를 목표속도에 동기완료한 경우, 상기 싱크로장치를 하위변속단에 치합시키는 변속완료단계;를 포함하는 차량의 변속기 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 토크비교단계 수행결과, 상기 차이값이 기준값 이상일 경우, 상기 컨트롤러가 상기 모터토크를 기설정된 모터목표값만큼 저감시키는 토크제어단계;를 더 포함하고,
   상기 토크제어단계 이후, 상기 토크비교단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 토크비교단계 수행결과, 상기 차이값이 기준값 이상일 경우, 상기 컨트롤러가 상기 서보클러치 토크를 기설정된 클러치목표값만큼 증가시키는 토크제어단계;를 더 포함하고,
   상기 토크제어단계 이후, 상기 토크비교단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 제어방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 기준값은 상기 싱크로장치의 토크값을 하향변속단의 기어비로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 차량의 변속기 제어방법.
   

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