KR102053300B1 - 기어박스를 제어하는 방법, 기어박스 및 이러한 기어박스가 제공된 차량 - Google Patents

기어박스를 제어하는 방법, 기어박스 및 이러한 기어박스가 제공된 차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기어박스를 제어하는 방법에 관한 것으로, a) 레인지 기어박스(7)의 낮은 레인지 기어에서 높은 레인지 기어로 기어를 시프트하는 단계; b) 유성 기어(37)의 링기어(54)를 기어박스 하우징(52)으로부터 해제시키고, 메인축(14) 상의 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14) 사이의 속도를 동기화시키며, 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14)을 연결시키는 단계; c) 메인축(14)의 제1 부분(14a)을 메인축(14)의 제2 부분(14b)으로부터 해제시키고, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22) 사이의 속도를 동기화시키며, 제2 및 제3 기어 휠(70, 76)을 통해 제1 기어 휠(64)과 레이축(22)을 연결시키는 단계; 및 d) 제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)을 레이축(22)로부터 해제시키고, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 기어(37)의 유성 캐리어(38) 사이의 속도를 동기화시키며, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 캐리어(38)를 연결시키는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제어되는 기어박스(2)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 기어박스(2)를 포함하는 차량(1)에 관한 것이다.

Description

기어박스를 제어하는 방법, 기어박스 및 이러한 기어박스가 제공된 차량
본 발명은 첨부된 청구항에 따른 기어박스를 제어하는 방법, 기어박스, 이러한 기어박스가 제공된 차량, 이러한 기어박스를 제어하는 컴퓨터 프로그램 및 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
차량 및 특히, 트럭과 같은 대형 차량의 경우에, 레인지 기어박스로도 지칭되는 보조 기어박스는 종종 기어의 수를 두 배로 늘리기 위해 메인 기어박스에 연결된다. 이러한 보조 기어박스는 보통 낮은 기어 및 높은 기어를 갖는 유성 기어를 포함하며, 메인 기어박스 시프트 설비는 낮은 레인지 기어 위치 및 높은 레인지 기어 위치로 분할될 수 있다. 낮은 레인지 기어에서는 유성 기어를 통해 다운 시프트가 발생하고, 높은 레인지 기어에서는 유성 기어의 기어비가 1:1이다.
레인지 기어박스는 일반적으로 메인 기어박스와 차량의 구동 휠에 결합된 프로펠러축 사이에 제공된다. 레인지 기어박스는 기어박스 하우징에 수용되며, 메인 기어박스에 결합된 입력축과 프로펠러축에 결합된 출력축을 포함한다. 입력축과 출력축 사이에는 유성 기어가 배치되어 있다. 유성 기어는 보통 서로에 대해 회전 가능한 3개의 주요 부품, 즉, 썬기어, 유성 기어를 갖는 유성 캐리어 및 링기어를 포함한다. 썬기어와 링기어의 톱니의 수를 알고 있으면 작동 중에 3개의 부품의 상대 속도를 결정할 수 있다. 레인지 기어박스에서, 썬기어는 입력축, 썬기어와 맞물리는 복수의 유성 기어 및 유성 기어들에 둘러싸여 결합되는 축 방향으로 변위 가능한 링기어에 회전 가능하게 연결될 수 있고, 출력축에 견고하게 연결되어 있는 유성 캐리어 상에 유성 기어들이 회전 가능하게 장착된다.
공지된 레인지 기어박스에서, 낮은 레인지 기어 위치 및 높은 레인지 기어 위치는, 링기어가 기어박스 하우징에 대해 회전식으로 로킹되는 낮은 레인지 기어 위치와 링기어가 기어박스 하우징에 대해 회전 가능하며, 링기어, 유성 기어 및 썬기어가 공통 유닛으로서 회전하는 높은 레인지 기어 위치 사이에서 축선 방향으로 링기어를 변위시킴으로써 얻어진다. 유성 기어는 링기어의 각각의 측면 상에 2개의 결합 링 및 링기어의 각각의 측면 상에 2개의 동기화 링을 포함한다. 동기화 링은 동기화 시프트를 제공하도록 배치된다.
국제 특허공보 WO 0155620호에는 유성 기어가 썬기어, 유성 캐리어 및 링기어를 포함하는 유성 기어의 동기화 장치가 개시되어 있다. 썬기어는 입력축 및 썬기어와 맞물리는 복수의 유성 기어와 회전 가능하게 연결되고, 유성 기어는 출력축에 연결된 유성 캐리어 상에 회전 가능하게 장착된다. 축선 방향으로 변위 가능한 링기어는 유성 기어를 둘러싸며 결합한다. 낮은 기어 및 높은 기어는 링기어가 낮은 레인지 기어와 높은 레인지 기어 사이에서 축선 방향으로 변위됨으로써 얻어진다.
이들 동기화 수단은 마모될 수 있으며 수리하는데 많은 비용이 든다. 레인지 기어박스가 큰 토크를 전달해야 하는 경우에, 이러한 동기화 장치는 상당한 크기를 가져야하며, 이로 인해 중량이 증가하고 공간 요구사항이 증가하며 관성 모멘트가 증가한다.
동기화 장치가 스플라인이 제공되는 결합 슬리브로 대체되는 기어박스가 있다. 트랜스미션을 연결되는 2개의 부품 사이의 동기화 속도로 제어함으로써, 2개의 부품을 따르는 결합 슬리브의 축선 방향 변위가 가능하게 되어서 이들을 연결한다. 부품들이 분리되어야 할 때, 부품들 사이에 토크 균형이 발생하도록 트랜스미션이 제어되어서, 결합 슬리브가 토크를 전달하지 않는다. 그런 다음 부품들을 따라 결합 슬리브를 이동시키는 것이 가능하여 이들이 서로 해제될 수 있다.
미국 특허공보 US 6,196,944호는 썬기어, 유성 기어를 갖는 유성 캐리어 및 링기어를 포함하는 유성 기어를 도시한다. 썬기어는 낮은 레인지 기어 위치에서 결합 슬리브에 의해 입력축에 연결되고, 높은 레인지 기어 위치에서 입력축으로부터 해제될 수 있다. 높은 레인지 기어 위치에서, 입력축은 동일한 결합 슬리브에 의해 유성 캐리어에 연결된다. 링기어는 기어박스 하우징에 단단히 연결된다. 공지된 유성 기어는 2개의 기어 위치만을 갖는 보조 기어박스에 배치된다.
미국 특허공보 US 6,196,944호는 유성 캐리어, 링기어, 기어박스 하우징 및 출력축에 작용하는 제1 및 제2 슬리브를 포함하는 유성 기어를 구비한 차량용 기어박스를 도시한다. 제1 및 제2 슬리브는 하나의 연결 유닛으로서 제어된다.
더블 클러치 시스템(듀얼 클러치 시스템으로도 공지됨)이 제공되어 있는 기어박스는 클러치에 각각 연결되는 2개 이상의 입력축을 포함한다. 내연 기관과 같은 에너지원으로부터의 동력은 클러치 시스템에 의해 입력축 중 하나의 입력축으로부터 다른 입력축으로 안내될 수 있어서, 함께 맞물린 기어를 통해 하나의 트랜스미션 축으로부터 병렬로 작동하는 트랜스미션 축으로 동력 흐름이 안내될 수 있다.
미국 특허출원공개공보 US 2014/0038769 A1호는 함께 결합 될 수 있으며 서로 평행한 축선들에서 작동하는 2개의 트랜스미션 축을 사용하는 트랜스미션을 개시한다. 트랜스미션은 레인지 기어를 포함한다.
그러나, 더블 클러치 시스템이 제공된 메인 기어박스에 레인지 기어박스를 연결하는 경우에, 기어 시프트가 토크의 중단없이 발생할 수 있도록 트랜스미션을 통한 동력 흐름을 찾기가 어렵거나 심지어 불가능하다. 특히, 낮은 레인지 기어 위치에서 높은 레인지 기어 위치로 시프트할 때, 공지된 기어박스에서 토크의 중단이 발생한다. 토크의 중단없이 기어 시프트되는 기어박스는 기어를 매우 빠르게 시프트하고 연료를 절약하며, 기어박스가 배치된 차량의 운전자와 승객에게 편안함을 제공한다.
차량의 파워트레인에 사용할 수 있는 공간은 제한되어 있다. 파워트레인이 연소 엔진, 기어박스 및 레인지 기어박스와 같은 여러 부품을 포함하는 경우에, 설계가 컴팩트 해야 한다. 동시에, 파워트레인의 일부분인 부품들은 필요한 힘과 토크를 흡수할 수 있는 치수로 설계되어야 한다.
특정 유형의 차량, 특히 트럭 및 버스와 같은 대형 차량의 경우에 많은 수의 기어 단계가 요구된다. 이러한 경우에, 기어박스 일부분인 부품의 수가 증가하고, 기어박스는 대형 차량에서 발생하는 큰 힘과 토크를 흡수할 수 있는 치수이어야 한다. 그 결과, 기어박스의 크기와 무게가 증가한다.
파워트레인의 일부분인 부품에 대한 신뢰성 및 의존성에 대한 높은 요구가 있다. 마모는 기어박스의 신뢰성과 수명에 영향을 끼친다.
선행 기술에도 불구하고, 토크를 중단시키지 않고 기어를 시프트하는 기어박스를 제어하기 위한 방법을 개발할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 토크의 중단없이 기어를 시프트하기 위한 기어박스를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 컴팩트한 디자인을 갖는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 신뢰성을 갖는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 중량이 작은 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 컴팩트한 디자인, 높은 신뢰성 및/또는 중량이 작은 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대안적인 기어박스 및 상기 기어박스를 작동시키는 대안적인 방법을 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립항에 따른 기어박스를 제어하는 방법, 기어박스, 차량, 기어박스를 제어하는 컴퓨터 프로그램 및 기어박스를 제어하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 방법은 토크의 중단없이 기어를 시프트하며, 컴팩트한 디자인을 갖고, 높은 신뢰성을 구비하며, 중량이 작은 기어박스를 가능하게 한다. 상기 방법에 따르면, 낮은 레인지 기어 위치에서 높은 레인지 기어 위치로 시프트할 때 그리고 높은 레인지 기어 위치에서 낮은 레인지 기어 위치로 시프트할 때 토크의 중단이 없다.
결합 부재는 결합 위치와 해제 위치 사이에서 축선 방향으로 변위되는 링 형상 슬리브를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 슬리브는 기어박스 내의 회전 부품의 적어도 일부를 본질적으로 동심원으로 둘러싸고 있으며, 힘 공급원에 의해 결합 위치와 해제 위치 사이에서 변위된다. 이러한 방식으로, 중량이 작고 저 비용으로 제조되는 컴팩트한 디자인이 얻어진다.
기어박스에는 기어박스 내의 축들 상에 기계적으로 결합 및 해제될 수 있는 기어들을 포함하는 복수의 기어 쌍이 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 고정된 기어 단계가 얻어지며, 그 단계 사이에서 토크의 중단없이 기어를 시프트하는 것이 가능하다. 기어박스의 축들 상에 결합될 수 있는 기어 휠들은 또한 높은 신뢰성과 높은 의존성을 갖춘 컴팩트한 디자인을 얻을 수 있도록 한다.
각각의 기어 쌍은 차량의 소망하는 구동 성능에 적합한 기어비를 갖는다. 가장 낮은 기어가 선택될 때, 다른 기어 쌍에 비해 가장 높은 기어비를 갖는 기어 쌍이 결합되는 것이 적절하다.
축 또는 다른 기어로부터 기어를 해제하기 위해, 동기화 부재는 기어와 축 사이 또는 기어들 사이에서 토크 균형이 우세하도록 제어된다. 토크 균형이 이루어지면, 슬리브가 변위되어서 기어와 샤프트 또는 기어들이 더 이상 기계적으로 서로 연결되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 기어박스를 구비한 차량의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기어박스의 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 2의 동기화 부재의 상세도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기어박스의 시프트를 위한 시프트 패턴을 도시한다.
도 5a는 제1 시프트 단계에서 본 발명에 따른 기어박스의 개략적인 도면이다.
도 5b는 제2 시프트 단계에서 본 발명에 따른 기어박스의 개략적인 도면이다.
도 5c는 제3 시프트 단계에서 본 발명에 따른 기어박스의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 기어박스를 제어하는 방법에 관한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 예로서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 기어박스(2)를 구비한 측면도에서 차량(1)을 개략적으로 도시한다. 기어박스(2)는 내부 연소 엔진(4), 메인 기어박스(6), 레인지 기어박스(7) 및 프로펠러축(10)을 포함하는 파워트레인(3)에 포함된다. 연소 엔진(4)은 메인 기어박스(6)에 연결되며, 차례로 레인지 기어박스(7)에 연결된다. 레인지 기어박스(7)는 프로펠러축(10)을 통해 차량(1)의 구동 휠(8)에 또한 연결된다.
도 2는 본 발명의 기어박스(2)의 개략적인 단면도이다. 본 발명에 따른 기어박스(2)는 메인 기어박스(6)와 레인지 기어박스(7)를 포함한다. 상기 엔진(4)은 더블 클러치(12)에 의해 기어박스(2)에 결합된다. 메인 기어박스(6)에는 기어박스(2)의 메인축(14)과 스플리터축(16)에 결합되는 제1 및 제2 동기화 부재(P1, P2)가 제공된다. 메인 기어박스(6)는 기어 쌍들의 메인 그룹(18)과 메인 그룹(18)의 상류에 있는 기어 쌍들의 스플리터 그룹(20)을 포함한다. 메인 기어박스(6)의 하류에는 레인지 기어박스(7)가 배치된다.
메인 기어박스(6)의 기어들의 메인 그룹(18)은 메인축(14)와 레이축(lay shaft)(22) 사이에 배치된 제1 기어 쌍(60)을 포함한다. 제1 기어 쌍(60)은 서로 상호 작용하는 제1 기어 휠 드라이브(62) 및 제1 기어 휠(64)을 포함한다. 제2 기어 쌍(66)은 메인축(14)과 레이축(22) 사이에 배치된다. 제2 기어 쌍(66)은 서로 상호 작용하는 제2 기어 휠 드라이브(68) 및 제2 기어 휠(70)을 포함한다. 제3 기어 쌍(72)은 메인축(14)과 레이축(22) 사이에 배치된다. 제3 기어 쌍(72)은 서로 상호 작용하는 제3 기어 휠 드라이브(74) 및 제3 기어 휠(76)을 포함한다. 제4 기어 쌍(78)은 메인축(14)과 레이축(44) 사이에 배치된다. 제4 기어 쌍(78)은 서로 상호 작용하는 제4 기어 휠 드라이브(80) 및 제4 기어 휠(82)을 포함한다.
제1 기어 휠 드라이브(62) 및 제4 기어 휠(82)은 각각 그들 각각의 축에 대해 회전할 수 없도록 메인축(14) 및 레이축(22)에 견고하게 부착된다.
레이축(22)은 메인축(14)에 본질적으로 평행하게 연장된다. 제2, 제3 및 제4 기어 휠 드라이브(68, 74, 80)는 메인축(14)에서 베어링들에 배치된다. 제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)은 레이축(22)에서 베어링들에 배치된다. 제1 기어 휠 드라이브(62)는 제1 기어 휠(64)과 상호 작용하고, 제2 기어 휠 드라이브(68)는 제2 기어 휠(70)과 상호 작용하며, 제3 기어 휠 드라이브(74)는 제3 기어 휠(76)과 상호 작용하고, 제4 기어 휠 드라이브(80)는 제4 기어 휠(82)과 상호 작용한다.
제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)은 제1 및 제2 결합 부재(S1 및 S2)의 도움으로 서로 결합 및 해제될 수 있다. 제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)은 제3 결합 부재(S3)의 도움으로 레이축(22)에 결합 및 해제될 수 있다.
제3 기어 휠(76)은 제3 결합 부재(S3)의 도움으로 레이축(22)에 개별적으로 결합 및 해제될 수 있다. 제2 및 제3 기어 휠 드라이브(68, 74)는 제5 및 제6 결합 부재(S5, S6)의 도움으로 메인축(14)에 개별적으로 결합 및 해제될 수 있다. 제4 기어 휠 드라이브(80)는 메인축(14)을 둘러싸는 칼라(41)에 개별적으로 결합 및 해제될 수 있다. 제4 결합 부재(S4)는 메인축(14)의 제1 및 제2 부분(14a, 14b)을 결합 및 해제하도록 배치된다. 결합 부재들(S1 내지 S3 및 S5 내지 S8)은 바람직하게는 기어 휠들(64, 70, 76), 기어 휠 드라이브들(68, 74, 80), 메인축(14)과 레이축(22) 각각에서 설계된 스플라인을 갖춘 섹션으로 구성되며, 이들은 제1 내지 제3 및 제5 내지 제8 결합 슬리브들(24-26, 28-31)과 상호 작용하며, 기어 휠들(64, 70, 76), 기어 휠 드라이브들(68, 74, 80), 메인축(14)과 레이축(22) 각각에서 스플라인을 갖춘 섹션과 기계적으로 상호 작용한다. 제7 결합 부재(S7)는 칼라(41)를 메인축(14)과 연결하고, 레인지 기어박스(7) 내의 유성 기어(37)의 썬휠(36)과 유성 캐리어(38)를 연결 및 해제하기 위한 제7 결합 슬리브(30)를 포함한다. 해제 조건에 있을 때, 기어 휠들과 기어 휠 드라이브들(64, 70, 76, 68, 74 및 80) 사이에서 그리고 측면 및 메인축(14, 22) 사이에서 각각 상대 회전이 발생할 수 있다. 또한, 결합 부재(S4)는 메인축(14)의 각각의 제1 및 제2 부분(14a, 14b)의 단부에 설계된 스플라인을 갖춘 섹션으로 구성되는 것이 바람직하며, 결합 부재는 제4 결합 슬리브(27)와 상호 작용하며, 메인축(14)의 각각의 제1 및 제2 부분(14a, 14b)의 단부와 기계적으로 상호 작용한다. 결합 부재들(S1 내지 S8)은 마찰 결합부로 또한 구성될 수 있다. 제9 슬리브(32)를 포함하는 제9 결합 부재(S9)는 칼라(41)로부터 유성 캐리어축(40)을 연결 및 해제하도록 배치된다. 대안적인 예(도시되지 않음)에서, 제9 결합 부재(S9)는 기어박스에 필요하지 않다.
메인 기어박스(6)의 기어들의 스플리터 그룹(20)은 스플리터축(16)과 레이축(22) 사이에 배치된 제1 스플리터 기어 쌍(42)을 포함한다. 제1 스플리터 기어 쌍(42)은 서로 상호 작용하는 제1 스플리터 기어 휠 드라이브(43) 및 제1 스플리터 기어 휠(44)을 포함한다. 제2 스플리터 기어 쌍(45)은 스플리터축(16)과 레이축(22) 사이에 배치된다. 제2 스플리터 기어 쌍(45)은 서로 상호 작용하는 제2 스플리터 기어 휠 드라이브(46) 및 제2 스플리터 기어 휠(47)을 포함한다.
레이축(22)은 스플리터축(16)에 실질적으로 평행하게 연장된다. 제1 및 제2 스플리터 기어 휠 드라이브(43, 46)는 스플리터축(16)에 부착된다. 제1 및 제2 스플리터 기어 휠(44,47)은 레이축(22)에서 베어링들에 배치된다.
제1 및 제2 스플리터 기어 휠(44, 47)은 제12 슬리브(35)를 포함하는 제12 결합 부재(S12)의 도움으로 레이축(22)에 개별적으로 결합 및 해제될 수 있으며, 바람직하게는 제12 결합 부재는 스플리터 기어 휠들(44, 47) 및 레이축(22) 각각에 배치된 스플라인을 갖춘 섹션과 상호 작용하는 스플라인으로 구성된다. 제12 결합 부재(S12)에는 공통의 결합 슬리브(35)가 제공되는 것이 바람직하다. 해제 조건에 있을 때, 스플리터 기어 휠들(44, 47), 스플리터 기어 휠 드라이브(43, 46) 및 레이축(22) 사이에서 상대 회전이 발생할 수 있다. 제12 결합 부재(S12)는 마찰 결합부로 또한 구성될 수 있다.
메인축(14)은 중앙 보어가 제공되는 스플리터축(16) 내부로 연장된다. 따라서, 메인축(14) 및 스플리터축(16)은 동축으로 배치된다. 그러나, 메인축(14)을 스플리터축(16)에 평행하게 배치하는 것도 가능하다.
제1 및 제2 클러치 부재(48, 49)를 포함하는 더블 클러치(12)는 엔진축(50)과 메인축(14) 및 스플리터축(16) 사이에 배치된다. 제1 클러치 부재(48)는 메인축(14)에 연결되며, 제2 클러치 부재(49)는 스플리터축(16)에 연결된다. 엔진(4)에 의해 생성된 토크는 더블 클러치(12)에 의해 엔진축(50)으로부터 메인축(14) 및 스플리터축(16)로 안내되어서, 다양한 기어들을 통해 엔진축(50)으로부터 레인지 기어박스(7)의 출력축(51)으로 토크가 안내될 수 있다. 더블 클러치(12)는 바람직하게는 습식 더블 클러치이지만, 전달되는 토크에 따라 건식 더블 클러치로서 구현될 수도 있다.
레인지 기어박스(7)는 기어 기회의 수를 두 배로 늘리는 것을 목표로 한다. 레인지 기어박스(7)는 기어박스 하우징(52)으로 둘러싸여 있다. 레인지 기어박스(7)는 낮은 기어 및 높은 기어를 갖는 유성 기어(37)를 포함하여서, 메인 기어박스(6)의 전환 능력이 낮은 레인지 기어 위치 및 높은 레인지 기어 위치로 분할될 수 있다. 낮은 레인지 기어 위치에 대응하는 제1 기어 위치에서는 유성 기어(37)의 다운 시프트가 발생한다. 높은 레인지 기어 위치에서는 유성 기어(37)의 기어비가 1:1이다. 도 2에서, 레인지 기어박스(7)는 기어박스(7)가 입력축(50)으로부터 출력축(51)으로 토크를 전달하지 않는 중립 위치로 시프트된다.
유성 기어(37)는 서로에 대해 회전 가능하게 배치된 3개의 메인 부품, 즉, 썬기어(36), 유성 캐리어(38) 및 링기어(54)를 포함한다. 복수의 유성 기어(53)는 유성 캐리어(38) 상에서 베어링과 회전 가능하게 배치된다. 썬기어(36) 및 링기어(54)의 톱니의 수를 알면, 3개의 부품의 상대적인 기어비가 결정될 수 있다. 썬기어(36)는 메인축(14)에 회전 가능하게 연결되고, 유성 기어(53)는 썬기어(36)를 결합시킨다. 링기어(54)는 유성 기어(53)를 둘러싸고 결합시킨다.
축선 방향으로 변위 가능한 제10 결합 슬리브(33)를 포함하는 제10 결합 부재(S10)는 제1 기어 위치에서 기어박스 하우징(52)을 링기어(54)와 연결하도록 배치되며, 제2 기어 위치에서 기어박스 하우징(52)을 링기어(54)로부터 해제하도록 배치된다. 축선 방향으로 변위 가능한 제11 결합 슬리브(34)를 포함하는 제11 결합 부재(S11)는 제1 및 제2 기어 위치에서 유성 캐리어(38)를 출력축(51)과 상호 연결하도록 배치된다.
축선 방향으로 변위 가능한 제10 결합 슬리브(33)를 포함하는 제10 결합 부재(S10)의 내부 표면 상에는 바람직하게는 링기어(54) 상에 그리고 기어박스 하우징(52)에 견고하게 연결된 돌출부(55)의 주변부 상에 배치된 대응하는 제1 스플라인과 상호 작용하도록 배치된 제1 스플라인이 제공된다.
제1 스플라인은 제1 스프로킷(56) 상에 배치된 대응하는 제1 스플라인과 협력하도록 축선 방향으로 변위 가능한 결합 슬리브(33) 상에 배치된다. 대응하는 제1 스플라인은 또한 유성 캐리어(38) 상에 배치된 대응하는 제1 스플라인과 협력하도록 축선 방향으로 변위 가능한 제10 결합 슬리브(33) 상에 배치된다. 유성 캐리어(38) 상에 배치된 대응하는 제1 스플라인은 유성 캐리어(38) 상에 장착된 제1 스프로킷(56)의 주변부 상에 배치된다.
축선 방향으로 변위 가능한 제11 결합 슬리브(34)를 포함하는 제11 결합 부재(S11)의 내부 표면 상에는 링기어(54), 유성 캐리어(38) 및 출력축(51) 상에 배치된 대응하는 제2 스플라인과 협동하도록 배치된 제2 스플라인이 제공된다. 유성 캐리어(38) 상에 배치된 대응하는 제2 스플라인은 유성 캐리어(38) 상에 장착된 제2 스프로킷(57)의 주변부 상에 형성된다. 출력축(51) 상에 제공된 대응하는 제2 스플라인은 출력축(51) 상에 장착된 제3 스프로킷(58)의 주변부 상에 형성된다.
레인지 기어박스(7)의 낮은 기어는 제10 결합 슬리브(33)를 축선 방향으로 변위시킴으로써 얻어지며, 링기어(54)는 기어박스 하우징(52)에 연결된다. 제10 및 제11 결합 슬리브(33, 34)의 축선 방향 변위는 각각의 결합 슬리브(33, 34) 내의 외주 홈에 부분적으로 배치된 시프트 포크(도시되지 않음)에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 레인지 기어박스(7)는 제1 기어 위치로부터 제2 기어 위치로, 즉, 낮은 레인지 기어 위치로부터 높은 레인지 기어 위치로 시프트할 때 다음과 같이 기능한다. 낮은 레인지 기어 위치에서, 제10 결합 슬리브(33)는 링기어(54)를 기어박스 하우징(52)과 연결시키는 위치로 시프트된다. 따라서, 레인지 기어박스(7)가 낮은 레인지 기어 위치에 있을 때, 유성 기어(37)를 통해 다운 시프트가 발생한다. 낮은 레인지 기어 위치에서 높은 레인지 기어 위치로의 시프트 작동은 제10 결합 슬리브(33)를 이용하여 링기어(54)를 기어박스 하우징(52)으로부터 해제시킴으로써 이루어진다. 또한, 높은 레인지 위치에서, 유성 캐리어(38)는 제7 결합 부재(S7)에 의해 메인축(14)에 연결된다. 낮은 레인지 기어 위치로 다시 기어를 시프트하기 위해, 제10 결합 슬리브(33)는 링기어(54)를 기어박스 하우징(52)과 연결시키도록 시프트된다.
제11 결합 슬리브(34)는 링기어(54)가 차량(1)의 프로펠러축(10)에 결합된 출력축(51)에 결합되는 제3 기어 위치로 시프트된다. 후진 기어에 대응하는 상기 기어 위치에서, 축선 방향으로 변위 가능한 제10 결합 슬리브(33)는 유성 캐리어(38)가 기어박스 하우징(52)에 연결되는 위치로 변위된다.
기어박스(2)에는 상이한 비율의 기어를 통해 메인축(14) 및 스플리터축(16)에 연결되는 제1 및 제2 동기화 부재(P1, P2)가 제공된다. 동기화 부재들(P1, P2)은 기어를 시프트하기 전에 기어들 및 축들의 속도를 동기화시키기 위해 메인축(14)과 스플리터축(16)의 속도를 감소 또는 증가시키도록 배치된다. 메인축(14)과 스플리터축(16) 모두가 각각의 동기화 부재들(P1, P2)에 연결되고, 상이한 비율의 기어를 통해 메인축(14) 및 스플리터축(16)에 동기화 부재들(P1, P2)이 연결되기 때문에, 동기화 부재들(P1, P2)에 의해 메인축(14)과 스플리터축(16)의 속도가 감소되거나 증가될 수 있다. 도 2에서, 제2 동기화 부재(P2)는 스플리터 그룹(20) 및 레이축(22) 뒤에 감추어져 있기 때문에 파선으로 도시된다. 명확성을 위해, 레이축(22)은 도 3에서 제거되었고, 따라서, 제2 동기화 부재(P2)가 명확하게 도시된다. 각각의 동기화 부재(P1, P2)에는 마찰 브레이크와 같은 브레이크 부재(86)에 연결된 제1 및 제2 브레이크축(84, 85)이 제공된다. 각각의 동기화 부재(P1, P2) 상의 제1 동기화 기어(87)는 제1 브레이크축(84)에 배치되고, 스플리터축(16) 상의 대응하는 제1 동기화 기어 드라이브(88)와 상호 작용한다. 각각의 동기화 부재들(P1, P2) 상의 제2 동기화 기어(89)는 제2 브레이크축(85)에 배치되며, 메인축(14) 상의 대응하는 제2 동기 기어 드라이브(90)와 상호 작용한다.
기어를 시프트할 때, 엔진(4)으로부터 출력축(51)으로의 동력 경로는 메인축(14) 또는 스플리터축(16)을 통해 전달될 것이다. 기어의 시프트는 토크를 전달하지 않는 축들(14, 16)에서 발생한다. 다음 기어가 토크를 전달하지 않는 축(14, 16) 상에서 시프트되며 준비될 때, 더블 클러치(12)가 활성화되어서, 엔진(4)으로부터 출력축(51)으로의 동력 경로가 다음 기어가 준비되는 다른 축(14, 16)으로 전달된다.
결합 부재들(S1, S2, ..., S12)은 관련 결합 슬리브들(24-35)을 통해 제어 유닛(91)에 연결된다. 이들 부품들은 제어 유닛(91)으로부터의 전기 신호에 의해 활성화 및 비활성화되는 것이 바람직하다. 결합 슬리브들(24-35)은 유압식 또는 공압식으로 작동되는 실린더와 같이, 도면에 도시되지 않은 힘 공급원에 의해 변위되는 것이 바람직하다. 전기적으로 구동되는 힘 공급원에 의해서도 결합 슬리브들(24-35)을 변위시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 기어박스(2)의 시프트 패턴을 도시한다. 시프트 패턴은 기어박스(2)를 통한 토크의 중단없이 시프트되고 구현될 수 있는 15개의 전진 기어를 포함한다. 도 4의 시프트 패턴의 중립 위치는 도 2의 결합 부재들(S1, S2, ..., S12)의 위치를 나타낸다. 따라서, 도 2의 기어박스는 중립 위치에 있고, 엔진(4)에서 기어박스(2)의 출력축(51)으로 토크가 전달되지 않는다.
도 4의 시프트 패턴으로부터 제8 기어에서 제9 기어로 시프트할 때 3개의 기어 단계가 수행되는 것이 명확하다. 이들 3개의 시프트 단계는 시프트 패턴에서 8>9a, 8>9b 및 8>9c로 표시된다.
도 5a에서, 기어박스(2)는 시프트 단계 8>9a로 시프트되고, 도 5b에서, 기어박스(2)는 시프트 단계 8>9b로 시프트되며, 도 5c에서, 기어박스(2)는 시프트 단계 8>9c로 시프트된다. 도 5a 내지 도 5c에서, 레인지 기어박스(7)는 제2 기어 위치 또는 링기어(54)가 기어박스 하우징(52)으로부터 해제되는 위치로 제10 결합 부재(S10)의 제10 결합 슬리브(33)가 시프트되는 높은 레인지 기어 위치로 시프트된다. 높은 레인지 기어 위치에서, 유성 캐리어(38)를 통해 엔진축(50)에서 출력축(51)으로 토크가 전달되고, 또한, 제11 결합 슬리브(34)를 통해 출력축(51)으로 토크가 전달되어서, 유성 기어(37)를 통한 기어비는 1:1이 된다.
제8 기어에서 제9 기어로 시프트할 때, 제1 시프트 단계 8>9a는 제10 결합 부재(S10)에 의해 유성 기어(37)의 링기어(54)를 기어박스 하우징(52)으로부터 해제시킴으로써 수행된다. 그 후, 메인축(14) 상의 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 감소시키는 제2 동기화 부재(P2)를 활성화시킴으로써 동기화된다. 최종적으로, 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14)은 제6 결합 부재(S6)에 의해 연결된다.
제2 시프트 단계 8>9b는 제4 결합 부재(S4)에 의해 메인축(14)의 제1 부분(14a)을 메인축(14)의 제2 부분(14b)으로부터 분리시킴으로써 수행된다. 그 후, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 증가시키는 제1 동기화 부재(P1)를 활성화시킴으로써 동기화된다. 최종적으로, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22)은 제1 결합 부재(S1)를 이용하여 제2 및 제3 기어 휠(70, 76)을 통해 연결된다.
제3 시프트 단계 8>9c는 제3 결합 부재(S3)에 의해 제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)을 레이축(22)으로부터 해제시킴으로써 수행된다. 그 후, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 기어(37)의 유성 캐리어(38) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 감소시키는 제2 동기화 부재(P2)를 활성화시킴으로써 동기화된다. 최종적으로, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 캐리어(38)는 제7 결합 부재(S7)에 의해 연결된다.
제3 시프트 단계 8>9c가 수행될 때, 더블 클러치(12)에 의해 스플리터축(16)은 엔진(4)으로부터 해제되고, 메인축(14)은 엔진(4)에 연결된다.
도 6은 본 발명에 따른 기어박스(2)를 제어하는 방법에 관한 흐름도이다. 기어박스(2)는 동력원(4)에 연결 가능하며 스플리터축(16) 및 메인축(14)의 형태인 적어도 2개의 입력축이 제공된 메인 기어박스(6)를 포함한다.
도 6은 본 발명에 따른 기어박스(2)를 제어하는 방법에 관한 흐름도이다. 기어박스(2)는 동력원(4)에 연결 가능하며, 스플리터축(16) 및 메인축(14)의 형태인 적어도 2개의 입력축이 제공된 메인 기어박스(6); 메인축(14)에 연결 가능하며 유성 기어(37)를 구비한 레인지 기어박스(7)를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 a) 레인지 기어박스(7)의 낮은 레인지 기어에서 높은 레인지 기어로 기어를 시프트하는 방법이다.
본 발명에 따른 방법은 이하의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
b) 유성 기어의 링기어(54)를 기어박스 하우징(52)으로부터 해제시키고, 메인축(14) 상의 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14) 사이의 속도를 동기화시키며, 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14)을 연결시키는 단계;
c) 메인축(14)의 제1 부분(14a)을 메인축(14)의 제2 부분(14b)으로부터 해제시키고, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22) 사이의 속도를 동기화시키며, 제2 및 제3 기어 휠(70, 76)을 통해 제1 기어 휠(64)과 레이축(22)을 연결시키는 단계; 및
d) 제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)을 레이축(22)로부터 해제시키고, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 기어(37)의 유성 캐리어(38) 사이의 속도를 동기화시키며, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 캐리어(38)를 연결시키는 단계.
바람직하게는, 상기 방법은 이하의 추가 단계를 포함한다.
e) 스플리터축(16)을 동력원(4)으로부터 해제시키고, 메인축(14)을 동력원(4)에 연결시키는 단계.
바람직하게는, 단계 e)에서, 스플리터축(16)을 동력원(4)으로부터 해제시키고, 메인축(14)을 동력원(4)에 연결시키는 것은 더블 클러치(12)에 의해 이루어진다.
바람직하게는, 단계 b)에서, 유성 기어(37)의 링기어(54)는 제10 결합 부재(S10)에 의해 기어박스 하우징(52)으로부터 해제된다.
바람직하게는, 단계 b)에서, 제3 기어 휠 드라이브(74)와 메인축(14) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 감소시키는 제2 동기화 부재(P2)를 활성화시킴으로써 동기화된다.
바람직하게는, 단계 b)에서, 제3 기어 휠 드라이브(74)와 메인축(14)은 제6 결합 부재(S6)에 의해 연결된다.
바람직하게는, 단계 c)에서, 메인축(14)의 제1 부분(14a)은 제4 결합 부재(S4)에 의해 메인축(14)의 제2 부분(14b)으로부터 해제된다.
바람직하게는, 단계 c)에서, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 증가시키는 제1 동기화 부재(P1)를 활성화시킴으로써 동기화된다.
바람직하게는, 단계 c)에서, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22)은 제1 결합 부재(S1)에 의해 연결된다.
바람직하게는, 단계 d)에서, 제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)은 제3 결합 부재(S3)에 의해 레이축(22)으로부터 해제된다.
바람직하게는, 단계 d)에서, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 캐리어(38) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 감소시키는 제2 동기화 부재(P2)를 활성화시킴으로써 동기화된다.
바람직하게는, 단계 d)에서, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 캐리어(38)는 제7 결합 부재(S7)에 의해 연결된다.
전자 제어 유닛(91)은 메인 기어박스(6), 레인지 기어박스, 연소 엔진(4) 및 더블 클러치(12) 내의 다양한 부품들에 결합되어서 전술한 기어 시프트를 달성한다. 바람직하게는, 메인 기어박스(6), 레인지 기어박스(7), 연소 엔진(4) 및 더블 클러치(12) 내의 도시되지 않은 다수의 속도 센서들이 제어 유닛(91)에 연결될 수 있다. 다른 컴퓨터(92)가 또한 제어 유닛(91)에 연결될 수 있다. 제어 유닛(91)은 이러한 목적을 위해 적절한 소프트웨어를 구비한 컴퓨터일 수 있다. 제어 유닛(91) 및/또는 컴퓨터(92)는 본 발명의 기어박스(2)를 제어하는 루틴을 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램(P)을 포함한다. 상기 프로그램(P)은 메모리(M) 및/또는 판독/기록 메모리에 실행 가능한 형태 또는 압축된 형태로 저장될 수 있다. 바람직하게는, 상기 프로그램이 제어 유닛(91) 또는 제어 유닛(91)에 연결된 다른 컴퓨터(92)에서 실행될 때, 전술한 기어 시프트를 수행하기 위해 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 상기 코드는 비-휘발성일 수 있고, 상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
위에서 특정된 특정 부품들 및 특징적인 구성들은 본 발명의 범위 내에서 상이한 특정 실시예들 사이에서 조합될 수 있다.

Claims (16)

  1. 기어박스(2)를 제어하는 방법으로,
    상기 기어박스(2)는 동력원(4)에 연결될 수 있으며 스플리터축(16) 및 메인축(14)의 형태인 적어도 2개의 입력축이 제공되는 메인 기어박스(6); 및 메인축(14)에 연결될 수 있는 유성 기어(37)가 제공되는 레인지 기어박스(7)를 포함하는, 기어박스 제어 방법에 있어서,
    상기 기어박스(2)를 제어하는 방법은 a) 레인지 기어박스(7)의 낮은 레인지 기어에서 높은 레인지 기어로 기어를 시프트하기 위한 방법이며, 상기 방법은,
    b) 유성 기어(37)의 링기어(54)를 기어박스 하우징(52)으로부터 해제시키고, 메인축(14) 상의 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14) 사이의 속도를 동기화시키며, 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14)을 연결시키는 단계;
    c) 메인축(14)의 제1 부분(14a)을 메인축(14)의 제2 부분(14b)으로부터 해제시키고, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22) 사이의 속도를 동기화시키며, 제2 및 제3 기어 휠(70, 76)을 통해 제1 기어 휠(64)과 레이축(22)을 연결시키는 단계; 및
    d) 제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)을 레이축(22)로부터 해제시키고, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 기어(37)의 유성 캐리어(38) 사이의 속도를 동기화시키며, 메인축(14)의 제2 부분(14b)과 유성 캐리어(38)를 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    e) 스플리터축(16)을 동력원(4)으로부터 해제시키고, 메인축(14)을 동력원(4)에 연결시키는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    단계 e)에서, 스플리터축(16)을 동력원(4)으로부터 해제시키고, 메인축(14)을 동력원(4)에 연결시키는 것은 더블 클러치(12)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    단계 b)에서, 유성 기어(37)의 링기어(54)는 제10 결합 부재(S10)에 의해 기어박스 하우징(52)으로부터 해제되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    단계 b)에서, 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 감소시키는 제2 동기화 부재(P2)를 활성화시킴으로써 동기화되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    단계 b)에서, 제3 기어 드라이브(74)와 메인축(14)은 제6 결합 부재(S6)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    단계 c)에서, 메인축(14)의 제1 부분(14a)은 제4 결합 부재(S4)에 의해 메인축(14)의 제2 부분(14b)으로부터 해제되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    단계 c)에서, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 증가시키는 제1 동기화 부재(P1)를 활성화시킴으로써 동기화되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    단계 c)에서, 제1 기어 휠(64)과 레이축(22)은 제1 결합 부재(S1)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    단계 d)에서, 제1, 제2 및 제3 기어 휠(64, 70, 76)은 제3 결합 부재(S3)에 의해 레이축(22)으로부터 해제되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    단계 d)에서, 메인축(14)의 제2 부분과 유성 캐리어(38) 사이의 속도는 메인축(14)의 속도를 감소시키는 제2 동기화 부재(P2)를 활성화시킴으로써 동기화되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    단계 d)에서, 메인축의 제2 부분(14b)과 유성 캐리어(38)는 제7 결합 부재(S7)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 기어박스 제어 방법.
  13. 기어박스(2)로,
    상기 기어박스(2)는 동력원(4)에 연결될 수 있으며 스플리터축(16) 및 메인축(14)의 형태인 적어도 2개의 입력축이 제공되는 메인 기어박스(6); 및 메인축(14)에 연결될 수 있는 유성 기어(37)가 제공되는 레인지 기어박스(7)를 포함하는, 기어박스에 있어서,
    상기 기어박스(2)는 제1항에 따른 방법에 의해 제어되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기어박스.
  14. 차량으로,
    상기 차량(1)은 제13항에 따른 기어박스(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  15. 컴퓨터로 판독 가능한 매체로,
    프로그램 코드가 전자 제어 장치(91) 또는 상기 전자 제어 장치(91)에 연결된 다른 컴퓨터(92)에서 실행될 때, 제1항에 따른 방법 단계들을 수행하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
  16. 삭제
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