KR102270702B1 - Hydrostatic Mechanical Transmission - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정유압 기계식 변속장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정유압 기계식 변속장치의 부변속부에서 기어 변속을 수행함에 있어, 해제클러치와 접합클러치의 동작 특성을 고려하여 산출되는 해제클러치 유지 시간을 기다려 상기 해제클러치가 해제되도록 함으로써, 상기 부변속부에서의 변속 충격 등을 억제하여 변속 품질을 개선할 수 있는 정유압 기계식 변속장치에 관한 것이다.
본 발명에서는, 온-오프밸브(320)로 구동되는 복수의 클러치(310)를 구비하는 부변속부(300); 상기 복수의 클러치(310) 중에서 선정된 해제클러치와 접합클러치의 동작 특성을 고려하여 상기 해제클러치에 대한 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출하며, 상기 접합클러치에 대한 접합이 개시된 후 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 기다려, 상기 온-오프밸브(320)를 구동하여 상기 해제클러치를 해제시키는 제어부(400); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정유압기계식변속장치(10)를 개시한다.
The present invention relates to a hydrostatic mechanical transmission, and more particularly, to a release clutch holding time calculated in consideration of the operating characteristics of a release clutch and a joint clutch when gear shifting in an auxiliary transmission part of a hydrostatic mechanical transmission. By waiting for the release clutch to be released, the present invention relates to a hydrostatic mechanical transmission capable of improving shift quality by suppressing shift shock and the like in the auxiliary transmission unit.
In the present invention, the auxiliary transmission unit 300 having a plurality of clutches 310 driven by the on-off valve 320; The release clutch delay time (t stroke _d ) for the release clutch is calculated in consideration of the operating characteristics of the release clutch and the joint clutch selected from among the plurality of clutches 310 , and after joining to the joint clutch is started, the release a control unit 400 that waits for the clutch delay time (t stroke _d ) and releases the release clutch by driving the on-off valve 320; Disclosed is a hydrostatic mechanical transmission (10), characterized in that it comprises a.

Description

정유압 기계식 변속장치 {Hydrostatic Mechanical Transmission}Hydrostatic Mechanical Transmission

본 발명은 정유압 기계식 변속장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정유압 기계식 변속장치의 부변속부에서 기어 변속을 수행함에 있어 상기 부변속부를 통하여 전달되는 토크를 고려하여 해제클러치와 접합클러치를 선정한 후, 상기 해제클러치와 접합클러치의 동작 특성을 고려하여 산출되는 해제클러치 유지 시간을 기다려 상기 해제클러치가 해제되도록 함으로써, 상기 부변속부에서의 변속 충격 등을 억제하여 변속 품질을 개선할 수 있는 정유압 기계식 변속장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrostatic mechanical transmission, and more specifically, to select a release clutch and a joint clutch in consideration of the torque transmitted through the auxiliary transmission when performing gear shifting in the auxiliary transmission of the hydrostatic mechanical transmission. After that, by waiting for the release clutch holding time calculated in consideration of the operating characteristics of the release clutch and the bonding clutch to release the release clutch, the shift quality can be improved by suppressing shift shock in the auxiliary transmission unit. It relates to a hydraulic mechanical transmission.

도 1에서 볼 수 있는 트랙터 등 농작업차량(1)에서는 종래부터 단순한 구조, 저렴한 가격 및 높은 효율과 같은 장점을 가지는 수동 변속기가 폭넓게 사용되었다. 그러나, 상기 수동 변속기는 변속을 위해 운전자가 트랙터를 멈추고 클러치 페달과 기어 레버를 사용하여 수동으로 변속을 조작해야 하는 불편함이 존재하는 바, 이를 극복하기 위해 파워 시프트 변속기와 무단 변속기(CVT)가 제안되었다. 파워 시프트 변속기는 자동 변속을 위해 다수의 클러치 팩과 전자 제어 시스템을 사용하지만, 운전자가 변속 레버를 선택하기 위해 클러치 페달이 동작되어야 하는 문제가 여전히 남게 된다. 반면 무단 변속기(CVT)는 위와 같은 종래 변속기들의 여러 문제를 해결할 수 있어, 농작업차량용 차세대 변속기로서 주목을 받고 있다. In the agricultural work vehicle 1 such as a tractor shown in FIG. 1 , a manual transmission having advantages such as a simple structure, a low price, and high efficiency has been widely used in the prior art. However, in the manual transmission, there is an inconvenience in that the driver has to stop the tractor and manually operate the shift using the clutch pedal and gear lever for shifting. In order to overcome this, a power shift transmission and a continuously variable transmission (CVT) are used. has been proposed Although the power shift transmission uses a number of clutch packs and electronic control systems for automatic shifting, the problem still remains that the clutch pedal must be operated in order for the driver to select the shift lever. On the other hand, the continuously variable transmission (CVT) is attracting attention as a next-generation transmission for agricultural work vehicles because it can solve various problems of the above conventional transmissions.

다양한 종류의 무단 변속기 중 정유압 변속기(HST, hydro-static transmission)는 높은 동력 전달과 높은 내구성이라는 장점을 가지는 반면, 낮은 효율과 소음 문제가 주요 결점으로 지적된다. 이러한 문제를 극복할 수 있는 대안으로서 정유압 기계식 변속기(HMT, hydro-mechanical transmission)가 고려될 수 있다. 정유압 기계식 변속기(HMT)는 정유압 유닛(HSU, hydro-static unit)과 클러치 및 브레이크를 구비하는 유성 기어 세트(planetary gear set)로 구성되어 부변속 뿐만 아니라 무단변속 기능도 제공하게 된다. 정유압 기계식 변속기(HMT)는 정유압 변속기(HST)보다 더 넓은 기어비와 높은 효율을 가지기 때문에 트랙터 등 농작업차량에도 폭넓게 적용될 수 있다.Among various types of continuously variable transmissions, a hydro-static transmission (HST) has advantages of high power transmission and high durability, while low efficiency and noise problems are pointed out as major drawbacks. As an alternative to overcome this problem, a hydro-mechanical transmission (HMT) may be considered. A hydrostatic mechanical transmission (HMT) is composed of a hydro-static unit (HSU) and a planetary gear set having a clutch and a brake to provide not only auxiliary transmission but also continuously variable transmission function. The hydrostatic mechanical transmission (HMT) can be widely applied to agricultural vehicles such as tractors because it has a wider gear ratio and higher efficiency than the hydrostatic transmission (HST).

그런데, 상기 정유압 기계식 변속기(HMT)에서 부변속은 이론적으로는 접합 클러치 및 해제 클러치의 속도가 동기화된 때 수행되기 때문에 토크 충격없이 부드러운 기어 변속이 수행될 수 있으나, 실제 시스템에서는 클러치 속도를 제어하기 위해 사용되는 온-오프 밸브 등 유압 밸브의 비선형 특성으로 인해 발생할 수 있는 접합 및 해제 클러치 사이의 속도 차이로 인하여 부드럽게 변속을 하는 것은 쉽지 않으며, 이에 따라 변속시에 동력 단절로 인한 변속 충격 등으로 인하여 변속 품질이 저하되는 문제가 나타날 수 있으며, 나아가 상기 클러치의 변속 중 발생할 수 있는 슬립(slip)에 의하여 상기 클러치의 내구성이 악화되는 문제도 따를 수 있다.However, in the hydrostatic mechanical transmission (HMT), since the sub-shift is theoretically performed when the speeds of the joint clutch and the release clutch are synchronized, a smooth gear shift can be performed without a torque shock, but in an actual system, the clutch speed is controlled. It is not easy to shift smoothly due to the speed difference between the joining and releasing clutches that may occur due to the non-linear characteristics of hydraulic valves such as on-off valves used to As a result, there may be a problem of deterioration of shift quality, and furthermore, a problem of deterioration of durability of the clutch due to slip that may occur during shifting of the clutch.

이와 관련하여, 승용차 등에서는 부드러운 변속 품질을 달성하기 위해 전자식 비례 제어 밸브를 사용하여 클러치 슬립을 제어하는 기술이 제안되었으나, 상기 전자식 비례 제어 밸브를 사용하는 경우 제품 단가가 크게 상승하게 된다.In this regard, a technology for controlling clutch slip by using an electronic proportional control valve has been proposed in order to achieve smooth shift quality in a passenger car, etc., but when the electronic proportional control valve is used, the product cost is greatly increased.

따라서, 전자식 비례 제어 밸브 등에 의한 생산 단가 상승을 방지하면서도, 동력 단절 등으로 인한 변속 충격 등을 효과적으로 억제하여 높은 변속 품질을 구현할 수 있는 정유압 기계식 변속장치에 대한 요구가 지속되고 있으나, 아직 이에 대한 적절한 해법이 제시되지 못하고 있다.Accordingly, there is a continuing demand for a hydrostatic mechanical transmission capable of realizing high shift quality by effectively suppressing shift shock caused by power cut while preventing an increase in production cost due to an electronic proportional control valve, etc. No proper solution has been proposed.

대한민국 등록특허 제10-1401104호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1401104

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 정유압 기계식 변속장치(HMT)의 부변속부에서 클러치 교환 중 유압 시스템에 의한 접합 클러치 및 해제 클러치의 동작이 적절하게 제어되지 못하면서 발생하는 순간적인 토크 단절에 의한 변속 충격 등에 의하여 변속 품질이 저하되는 문제를 효과적으로 개선할 수 있는 정유압 기계식 변속장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the moment that occurs when the operation of the bonded clutch and the release clutch by the hydraulic system is not properly controlled during the clutch replacement in the auxiliary transmission part of the hydrostatic mechanical transmission (HMT). An object of the present invention is to provide a hydrostatic mechanical transmission capable of effectively improving the problem of deterioration of shift quality due to shift shock caused by excessive torque interruption.

또한, 본 발명의 다른 목적은 정유압 기계식 변속장치(HMT)의 부변속부에서 클러치가 적절하게 제어되지 못하는데 따른 클러치 슬립 등에 의한 클러치의 내구성이 악화되는 문제를 효과적으로 억제할 수 있는 정유압 기계식 변속장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is a hydrostatic mechanical shift that can effectively suppress the problem of deterioration of the durability of the clutch due to clutch slip, etc. caused by the clutch slippage caused by the clutch not being properly controlled in the auxiliary transmission part of the hydrostatic mechanical transmission (HMT). The purpose is to provide a device.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.Other detailed objects of the present invention will be clearly grasped and understood by experts or researchers in the technical field through the specific contents described below.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 정유압기계식변속장치(10)는, 온-오프밸브(320)로 구동되는 복수의 클러치(310)를 구비하는 부변속부(300); 상기 복수의 클러치(310) 중에서 선정된 해제클러치와 접합클러치의 동작 특성을 고려하여 상기 해제클러치에 대한 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출하며, 상기 접합클러치에 대한 접합이 개시된 후 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 기다려, 상기 온-오프밸브(320)를 구동하여 상기 해제클러치를 해제시키는 제어부(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The hydrostatic mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a sub-transmission unit 300 having a plurality of clutches 310 driven by an on-off valve 320 . ; The release clutch delay time (t stroke _d ) for the release clutch is calculated in consideration of the operating characteristics of the release clutch and the joint clutch selected from among the plurality of clutches 310 , and after joining to the joint clutch is started, the release Waiting for the clutch delay time (t stroke _d ), the control unit 400 for driving the on-off valve 320 to release the release clutch; characterized in that it is configured to include.

여기서, 상기 제어부(400)는, 상기 접합클러치의 구동 시간(=상기 접합클러치의 접합이 개시되는 시점으로부터 접합이 완료되는 시점까지 소요되는 시간)과 상기 해제클러치의 구동 시간(=상기 해제클러치의 해제가 개시되는 시점으로부터 해제가 완료되는 시점까지 소요되는 시간)의 차(=tdelay)를 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출할 수 있다.Here, the control unit 400 controls the driving time of the bonding clutch (= the time taken from the start of bonding of the bonding clutch to the completion of bonding) and the driving time of the release clutch (= of the release clutch). The release clutch delay time (t stroke _d ) may be calculated in consideration of the difference (=t delay ) of the time taken from the time when the release is started to the time when the release is completed).

이때, 상기 제어부(400)는, 상기 해제클러치에 대한 해제 명령이 인가된 후, 실제로 상기 해제클러치에 대한 해제 동작이 개시되는 시점까지 소요되는 시간(=td_off)을 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출할 수 있다.At this time, the control unit 400, the release clutch delay time in consideration of the time (= t d_off ) required from when the release command for the release clutch is applied until the time when the release operation for the release clutch is actually started (= t d_off ) (t stroke _d ) can be calculated.

나아가, 상기 제어부(400)는, 정유압유닛(100) 스트로크가 방향을 변경하기 시작하여 상기 해제클러치의 압력이 0이 될 때까지 소요되는 시간(=tzero)을 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke_d)을 산출할 수 있다.Furthermore, the control unit 400, the release clutch delay time in consideration of the time (= t zero ) required for the static hydraulic unit 100 stroke to start changing the direction until the pressure of the release clutch becomes 0 (= t zero) (t stroke_d ) can be calculated.

본 발명의 일실시예에 따른 정유압기계식변속장치(10)에서는 부변속부(300)를 통하여 전달되는 토크를 고려하여 해제클러치와 접합클러치를 선정한 후, 상기 해제클러치와 접합클러치의 동작 특성을 고려하여 산출되는 해제클러치 유지 시간을 기다려 상기 해제클러치가 해제되도록 함으로써, 상기 부변속부(300)에서의 변속 충격 등을 억제하여 변속 품질을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 부변속부(300)에서 나타날 수 있는 클러치(310)의 슬립(slip) 등에 의한 클러치(310)의 내구성 열화를 효과적으로 억제할 수 있게 된다.In the hydrostatic mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention, the release clutch and the joint clutch are selected in consideration of the torque transmitted through the auxiliary transmission unit 300, and then the operating characteristics of the release clutch and the joint clutch are determined. By waiting for the release clutch holding time calculated in consideration of the release clutch to release the release clutch, it is possible not only to suppress shift shocks in the sub transmission unit 300 , and thus improve shift quality, but also to further improve the shift quality of the sub transmission unit 300 . It is possible to effectively suppress deterioration in durability of the clutch 310 due to slip of the clutch 310 that may occur in the .

도 1은 통상의 농작업차량(1)의 측면도이다.
도 2는 통상의 정유압기계식변속장치(10)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 통상의 농작업차량(1)에서의 부변속에 대한 속도비를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)의 부변속부(300)의 동작을 설명하기 위한 설명도 및 그에 대한 등가모델이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)에서의 접합클러치 및 해제클러치에 대한 시뮬레이션 결과치 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)에서의 1단-2단 변속에 대한 실험치 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)에서의 부변속 결과 실험치 그래프이다.
도 9는 본 발명의 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)에서의 가속시 실험치 그래프이다.
1 is a side view of a conventional agricultural work vehicle 1 .
2 is a view for explaining the configuration of a conventional hydrostatic mechanical transmission 10.
3 is a graph showing a speed ratio with respect to an auxiliary transmission in a conventional agricultural work vehicle 1 .
4 is a block diagram of a static fusion mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention.
5 is an explanatory diagram for explaining the operation of the sub-transmission unit 300 of the static fusion mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention and an equivalent model thereof.
6 is a graph showing simulation results for the bonding clutch and the releasing clutch in the electrostatic coalescence mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph of experimental values for the 1st to 2nd gear shift in the static coalescing mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention.
8 is an experimental value graph showing the results of sub-transmission in the static fusion mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph of experimental values during acceleration in the hydrostatic fusion mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto or may be practiced by those skilled in the art, of course.

먼저, 도 2와 도 3을 참조하여 통상의 정유압기계식변속장치(10)의 구성 및 동작에 대하여 간단하게 살핀 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 정유압기계식변속장치(10)에 대하여 보다 자세하게 설명한다.First, with reference to FIGS. 2 and 3, the configuration and operation of the conventional hydrostatic mechanical transmission 10 are briefly examined, and then the hydrostatic mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention is more Describe in detail.

우선, 도 2에서는 트랙터 등 농작업차량(1)에서 사용되는 통상의 정유압기계식변속장치(10)의 구성을 예시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 통상적으로 정유압기계식변속장치(HMT, Hydrostatic Mechanical Transmission)(10)는 정유압유닛(HSU, Hydro-Static Unit)(100), 복합유성기어세트(200) 및 부변속부(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 정유압유닛(100)은 엔진 속도와 휠 속도의 속도비(speed ratio)를 변경할 수 있는 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission) 기능을 갖추게 된다. 또한, 상기 복합유성기어세트(200)는 2 개의 유성 기어로 구성된다. 이때, 각 유성 기어는 피니언 기어와 캐리어에 의해 연결된다. 또한, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 캐리어 C1 및 C2는 부변속부의 CL1 (클러치 1) 및 CL3 (클러치 3)에 연결되며, 제2 썬기어 (S2로 표시됨)는 CL2 (클러치 2) 및 CL4 (클러치 4)에 연결된다. 상기 부변속부(300)에서 변속은 접합클러치의 속도와 해제클러치의 속도가 동일한 시점에 수행된다. 정유압기계식변속장치(10)에서 부변속부(300)는 운전자에게 확장된 속도 범위를 제공할 수 있게 한다.First, in FIG. 2 , the configuration of a conventional hydrostatic mechanical transmission 10 used in an agricultural work vehicle 1 such as a tractor is exemplified. As can be seen in FIG. 1 , in general, a hydrostatic mechanical transmission (HMT) 10 includes a hydrostatic unit (HSU, Hydro-Static Unit) 100, a combined planetary gear set 200 and It may be configured to include a sub-transmission unit 300 . The hydrostatic unit 100 is equipped with a continuously variable transmission (CVT) function capable of changing a speed ratio between an engine speed and a wheel speed. In addition, the compound planetary gear set 200 is composed of two planetary gears. At this time, each planet gear is connected by a pinion gear and a carrier. In addition, as can be seen in FIG. 2 , carriers C1 and C2 are connected to CL1 (clutch 1) and CL3 (clutch 3) of the sub transmission, and the second sun gear (indicated by S2) is connected to CL2 (clutch 2) and connected to CL4 (clutch 4). In the sub-transmission unit 300 , the shift is performed at a point in time when the speed of the bonding clutch and the speed of the release clutch are the same. In the hydrostatic mechanical transmission 10 , the auxiliary transmission 300 may provide an extended speed range to the driver.

일반적으로, 정유압기계식변속장치(10)에서 부변속부(300)에서의 클러치 슬립(slip)은 해제클러치 및 접합클러치의 변속 중에 발생하고, 이에 따른 부적절한 슬립은 토크 충격 및 클러치 마모를 유발할 수 있다. 이에 대하여, 승용차 등에서의 자동 변속기에서는, 전자식 비례 제어 밸브가 클러치 슬립을 제어하는데 사용되기도 하였다. 그러나, 본 발명에서는 비용 및 제어 문제를 고려하여 전자식 비례 제어 밸브 대신 온-오프밸브(320)를 사용하여 정유압기계식변속장치(10)를 구현하였다. In general, clutch slip in the sub transmission unit 300 in the hydrostatic mechanical transmission 10 occurs during shifting of the release clutch and the joint clutch, and improper slip may cause torque shock and clutch wear. have. On the other hand, in an automatic transmission in a passenger car or the like, an electronic proportional control valve is also used to control clutch slip. However, in the present invention, in consideration of cost and control problems, the hydrostatic mechanical transmission 10 is implemented using the on-off valve 320 instead of the electronic proportional control valve.

또한, 상기 부변속부(300)의 출력은 정방향클러치(FOR) 및 역방향클러치(REV)에 연결되며, 이에 따라 트랙터 등 농작업차량(1)의 이동 방향은 상기 정방향클러치(FOR) 및 역방향클러치(REV)에 의하여 변경될 수 있다.In addition, the output of the sub transmission unit 300 is connected to the forward clutch (FOR) and the reverse clutch (REV), and accordingly, the moving direction of the agricultural work vehicle 1 such as a tractor is the forward clutch (FOR) and the reverse clutch (REV) subject to change.

이어서, 도 3에서는 통상의 농작업차량(1)에서 부변속에서의 속도비 그래프를 예시하고 있다. 보다 구체적으로, 도 3에는 각 부변속 기어에 대한 속도비(SR, speed ratio)의 범위가 표시되어 있다. 속도비 (SR)는 엔진 속도 (ωe)에 대한 휠 속도 (ωwh)의 비율로서 정의될 수 있다. 도 3에서, 각 라인은 각 기어(1단 ~ 4단)에서의 속도비의 범위를 보여준다. 보다 구체적으로, 엔진이 켜지면 1단 기어에서 시작하며, 이때 istroke (= ωm / ωp = HSU 모터의 회전 속도 / HSU 펌프의 회전 속도)는 0.87로부터 시작하며, 휠 속도 ωwh = 0 이 된다(도 3의 (A) 지점). 이에 따라, 엔진 클러치 또는 토크 컨버터 없이 엔진 점화가 가능하게 된다. 엔진 속도가 유지되는 경우, istroke 가 감소함에 따라 휠 속도는 증가한다. 상기 부변속부(300)에서 부변속은 각 라인 간의 교차점에서 수행된다. 예를 들어 1 단 ↔ 2 단 부변속은 속도비(SR) 0.0171에서 이루어진다(도 3의 (B) 지점). 이때, 이론적으로는 1 단 및 2 단의 클러치 디스크의 속도 차이가 0 인 지점에서 부변속이 이루어지므로, 토크 충격없이 부드러운 변속이 가능하겠으나, 실제 부변속 시에 istroke 가 정확하게 구현되지 않으면, 클러치 디스크와 플레이트 사이의 속도 차가 발생하면서 토크 충격을 야기하여 변속 품질을 악화시키게 된다.Next, in FIG. 3 , a graph of the speed ratio at the auxiliary transmission in the conventional agricultural work vehicle 1 is exemplified. More specifically, the range of the speed ratio (SR, speed ratio) for each sub-transmission gear is shown in FIG. 3 . The speed ratio SR may be defined as the ratio of the wheel speed ω wh to the engine speed ω e . In Fig. 3, each line shows the range of the speed ratio in each gear (1st to 4th gear). More specifically, when the engine is turned on, it starts in first gear, with the i stroke (= ω m / ω p = rotation speed of HSU motor / rotation speed of HSU pump) starts from 0.87, and wheel speed ω wh = 0 (point (A) of FIG. 3 ). This makes it possible to ignite the engine without an engine clutch or torque converter. If the engine speed is maintained, the wheel speed increases as the i stroke decreases. In the auxiliary transmission unit 300, the auxiliary transmission is performed at the intersection point between each line. For example, 1st gear ↔ 2nd gear subshift is made at a speed ratio (SR) of 0.0171 (point (B) in FIG. 3). At this time, theoretically, since the sub-shift is made at the point where the speed difference between the 1st and 2nd clutch discs is 0, smooth shifting is possible without torque shock. However, if the i- stroke is not accurately implemented during the actual sub-shift, the clutch The speed difference between the disc and the plate causes a torque shock, which deteriorates the shift quality.

도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)의 구성도를 예시하고 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)는 정유압유닛(100), 복합유성기어세트(200), 부변속부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.4 illustrates a configuration diagram of a static fusion mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention. As can be seen in FIG. 4 , the hydrostatic combined mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention includes a static hydraulic unit 100 , a compound planetary gear set 200 , an auxiliary transmission unit 300 and a control unit ( 400) may be included.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)에서 상기 부변속부(300)는 온-오프밸브(320)로 구동되는 복수의 클러치(310)를 구비하여 구성될 수 있으며, 이때 상기 제어부(400)는 상기 복수의 클러치(310) 중에서 선정된 해제클러치와 접합클러치의 동작 특성을 고려하여 상기 해제클러치에 대한 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출하며, 상기 접합클러치에 대한 접합이 개시된 후 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 기다려, 상기 온-오프밸브(320)를 구동하여 상기 해제클러치를 해제시킴으로써, 상기 해제클러치와 상기 접합클러치에서의 토크 단절을 방지하여 상기 부변속부(300)에서의 변속 충격 등을 억제하고 변속 품질을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 부변속부(300)에서 나타날 수 있는 클러치(310)의 슬립(slip) 등에 의한 클러치(310)의 내구성 열화를 효과적으로 억제할 수 있게 된다.More specifically, in the hydrostatic mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention, the auxiliary transmission unit 300 includes a plurality of clutches 310 driven by an on-off valve 320 to be configured. In this case, the control unit 400 calculates the release clutch delay time (t stroke _d ) for the release clutch in consideration of the operating characteristics of the release clutch and the bonding clutch selected from among the plurality of clutches 310 , and the Waiting for the release clutch delay time (t stroke _d ) after joining to the joining clutch is started, by driving the on-off valve 320 to release the release clutch, torque is disconnected between the release clutch and the joining clutch to suppress shift shock and the like in the sub transmission unit 300 and improve shift quality, and furthermore, due to slip of the clutch 310 that may appear in the sub transmission unit 300 , It is possible to effectively suppress deterioration in durability of the clutch 310 .

이때, 상기 제어부(400)는, 상기 부변속부(300)를 통하여 전달되는 제1 토크를 고려하여 상기 복수의 클러치(310) 중 해제될 해제클러치와 접합될 접합클러치를 선정할 수 있다.In this case, the control unit 400 may select a release clutch to be released and a joint clutch to be joined from among the plurality of clutches 310 in consideration of the first torque transmitted through the auxiliary transmission unit 300 .

예를 들어, 도 3에서 운전자가 트랙터 등 농작업차량(1)의 시동을 걸면, 1단 기어에서 CL1 (클러치1)을 구동시켜 속도비(SR)이 증가하면서 1단-2단 변속점에 이르게 되고, 이때 상기 제어부(400)는 해제클러치(off-going clutch)로서 CL1(클러치 1)을 선정하고, 접합클러치(on-coming clutch)로서 CL2(클러치 2)를 선정할 수 있다. 이어서, 상기 해제클러치인 CL1(클러치1)의 해제시 동작 특성과 접합클러치인 CL2(클러치2)의 접합시 동작 특성을 고려하여, 상기 해제클러치와 접합클러치의 변속시 토크 단절이 발생하지 않도록 상기 해제클러치 CL1(클러치1)의 동작을 지연시켜 줌으로써, 상기 해제클러치와 접합클러치의 변속 동작에 의한 토크 단절을 방지할 수 있게 된다.For example, in FIG. 3 , when the driver starts the agricultural work vehicle 1 such as a tractor, the speed ratio SR increases by driving CL1 (clutch 1) in the first gear to the first-second gear shift point. In this case, the control unit 400 may select CL1 (clutch 1) as an off-going clutch and select CL2 (clutch 2) as an on-coming clutch. Next, in consideration of the operation characteristics when the release clutch CL1 (clutch 1) is released and the operation characteristics when the joint clutch CL2 (clutch 2) is joined, the torque disconnection does not occur when the release clutch and the joint clutch are shifted. By delaying the operation of the release clutch CL1 (clutch 1), it is possible to prevent torque disconnection due to the shift operation between the release clutch and the joining clutch.

보다 구체적으로, 상기 제어부(400)에서는 상기 접합클러치의 구동 시간(=상기 접합클러치의 접합이 개시되는 시점으로부터 접합이 완료되는 시점까지 소요되는 시간)과 상기 해제클러치의 구동 시간(=상기 해제클러치의 해제가 개시되는 시점으로부터 해제가 완료되는 시점까지 소요되는 시간)의 차(=tdelay)를 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출한 후, 상기 접합클러치에 대한 접합이 개시된 후 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 기다려, 상기 해제클러치를 해제시킬 수 있다.More specifically, in the control unit 400, the driving time of the bonding clutch (= the time taken from the start of bonding of the bonding clutch to the completion of bonding) and the driving time of the release clutch (= the release clutch) After calculating the delay time (t stroke _d ) of the release clutch in consideration of the difference (= t delay ) of the time taken from the time when the release is started to the time when the release is completed), the joining to the joining clutch is started After waiting for the release clutch delay time (t stroke _d ), the release clutch may be released.

나아가, 상기 제어부(400)는, 상기 해제클러치에 대한 해제 명령이 인가된 후, 실제로 상기 해제클러치에 대한 해제 동작이 개시되는 시점까지 소요되는 시간(=td_off)도 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출할 수도 있다.Furthermore, the control unit 400, after the release command for the release clutch is applied , also considers the time (=t d_off ) required until the release operation for the release clutch is actually started in consideration of the release clutch delay time (t stroke _d ) can also be calculated.

또한, 상기 제어부(400)는, 상기 정유압유닛(100) 스트로크가 방향을 변경하기 시작하여 상기 해제클러치의 압력이 0이 될 때까지 소요되는 시간(=tzero)도 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출할 수도 있다.In addition, the control unit 400 delays the release clutch in consideration of the time (= t zero ) required until the pressure of the release clutch becomes 0 when the stroke of the hydrostatic unit 100 starts to change direction It is also possible to calculate the time (t stroke _d ).

또한, 상기 제어부(400)는, 산출된 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d) 동안 상기 해제클러치에 대한 사판각을 일정하게 유지한 후, 상기 해제클러치를 해제함으로써, 상기 부변속부(300)에서의 변속 충격 등을 억제하여 변속 품질을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 부변속부(300)에서 나타날 수 있는 클러치(310)의 슬립(slip) 등에 의한 클러치(310)의 내구성 열화를 효과적으로 억제할 수 있게 된다.In addition, the control unit 400 maintains a constant swash plate angle with respect to the release clutch for the calculated release clutch delay time (t stroke _d ), and then releases the release clutch, so that the auxiliary transmission unit 300 Not only can the quality of shifting be improved by suppressing shift shock, etc., but also the deterioration of durability of the clutch 310 due to slip of the clutch 310 that may appear in the auxiliary transmission unit 300 is effectively suppressed. be able to do

아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 정유압기계식변속장치(10)의 구성 및 동작에 대하여 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the hydrostatic mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)의 부변속부(300)의 동작을 설명하기 위한 설명도 및 그에 대한 등가 모델(AMESim 모델)을 도시하고 있다. 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)에는 4 개의 클러치(CL1-CL4)를 포함하는 부변속부(300)가 포함될 수 있다. 또한, 도 5(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 보다 구체적으로 상기 부변속부(300)에는 클러치(310), 온-오프밸브(320) 및 릴리프밸브(330)가 포함될 수 있으며, 이때 상기 클러치(310)는 피스톤(311), 플레이트(312), 디스크(313), 리턴스프링(return spring)(314), 러버링(rubber ring)(315) 및 체크볼(check ball)(316)을 포함하여 구성될 수 있다. 5 shows an explanatory diagram for explaining the operation of the sub-transmission unit 300 of the electrostatic coalescence mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention and an equivalent model (AMESim model) therefor. As described above with reference to FIG. 2 , the electrostatically combined mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention may include an auxiliary transmission unit 300 including four clutches CL1-CL4. In addition, as can be seen in FIG. 5( a ), more specifically, the sub-transmission unit 300 may include a clutch 310 , an on-off valve 320 and a relief valve 330 , in which case the The clutch 310 includes a piston 311, a plate 312, a disk 313, a return spring 314, a rubber ring 315 and a check ball 316. may be included.

도 5를 참조하여 살펴보면, 상기 부변속부(300)에서 유압 오일 흐름은 오일 펌프에서 공급되고(Flow from the pump), 이때 릴리프밸브(330)는 상기 오일에 의한 라인 압력을 일정하게 유지하게 된다. 이어서, 제어부(400)에 의하여 클러치(310)에 대한 접합 명령 신호가 인가되면, 온-오프밸브(320)가 개방되면서 오일이 클러치(310)의 피스톤(311)로 유입되게 된다. 이에 따라, 상기 유입된 오일에 의한 압력이 리턴스프링(314)의 힘보다 커지면, 상기 클러치(310)의 피스톤(311)이 움직이기 시작하여 플레이트(312)와 디스크(313) 사이에 설치되는 러버링(rubber ring)(315)에 접촉하게 된다. 상기 러버링(315)은 상기 클러치(310)가 해제될 때 플레이트(312)와 디스크(313) 사이의 간격을 유지해주는 역할을 하게 된다. 이때, 도 5의 각 러버링(315)은 스프링 및 댐퍼로 모델링될 수 있다. 상기 피스톤(311)의 체크볼(316)은 상기 클러치(310)의 해제시 오일의 원심력 효과를 방지하기 위해 구비된다. Referring to FIG. 5 , the hydraulic oil flow in the auxiliary transmission unit 300 is supplied from the oil pump (Flow from the pump), and in this case, the relief valve 330 maintains a constant line pressure by the oil. . Subsequently, when a bonding command signal for the clutch 310 is applied by the controller 400 , the on-off valve 320 is opened and oil flows into the piston 311 of the clutch 310 . Accordingly, when the pressure of the introduced oil becomes greater than the force of the return spring 314 , the piston 311 of the clutch 310 starts to move, and the rubber installed between the plate 312 and the disk 313 . It comes into contact with the ring (rubber ring) (315). The rubber ring 315 serves to maintain a gap between the plate 312 and the disk 313 when the clutch 310 is released. In this case, each rubber ring 315 of FIG. 5 may be modeled as a spring and a damper. The check ball 316 of the piston 311 is provided to prevent the centrifugal force effect of the oil when the clutch 310 is released.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)의 특성을 분석하기 위하여 도 5(b)에서 볼 수 있는 바와 같이 AMESim 모델을 사용하여 클러치(310)의 접합 및 해제 동작에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 도 6은 접합클러치(on-coming clutch)와 해제클러치(off-going clutch)의 동작 특성에 대한 시뮬레이션 결과 그래프를 보여준다. 접합클러치의 경우에는, 클러치 접합 신호가 P 시점(t = 0.1 초)에서 인가되면, 온-오프밸브(320)는 개방하기 시작하고, 도 6(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 클러치 압력(clutch pressure)은 Q 시점(t = 0.3초)까지 증가하기 시작한다. 이때, P-Q 영역에서, 클러치(310)의 압력 특성은 클러치(310)의 체적과 리턴스프링(314) 및 러버링(315)의 반력(reaction force)에 따라 결정될 수 있다. 본 시뮬레이션에서는 러버링(315)에 대하여 비선형 강도(non-linear stiffness) 모델이 사용되었다. 또한, 도 6(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 접합클러치의 클러치 간격(clutch clearance)은 P-Q 영역에서 감소하고 교차점(Q)에서 0mm에 도달한다. 또한, 교차점(Q) 이후 클러치 압력은 20 bar의 라인 압력으로 다시 증가하기 시작한다.Next, in order to analyze the characteristics of the electrostatically combined mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5(b) , the AMESim model is used for the joining and releasing operations of the clutch 310. simulation was performed. 6 shows a simulation result graph for the operating characteristics of an on-coming clutch and an off-going clutch. In the case of the junction clutch, when the clutch junction signal is applied at time P (t = 0.1 sec), the on-off valve 320 starts to open, and as can be seen in FIG. 6(a), the clutch pressure ( clutch pressure) begins to increase until time Q (t = 0.3 s). In this case, in the P-Q region, the pressure characteristic of the clutch 310 may be determined according to the volume of the clutch 310 and the reaction force of the return spring 314 and the rubber ring 315 . In this simulation, a non-linear stiffness model is used for the rubber ring 315 . Further, as can be seen in Fig. 6(b), the clutch clearance of the joint clutch decreases in the P-Q region and reaches 0 mm at the intersection point Q. Also, after the crossing point Q, the clutch pressure starts to increase again to a line pressure of 20 bar.

해제클러치의 경우에는, 도 6(a')에서 볼 수 있는 바와 같이, 클러치 압력(clutch pressure)은 클러치 해제 신호가 인가되는 동안 지수함수적으로 감소한다.In the case of the release clutch, as can be seen in FIG. 6(a'), the clutch pressure decreases exponentially while the clutch release signal is applied.

도 6의 시뮬레이션 결과로부터, 리턴스프링(314) 및 러버링(315)의 강성(stiffness) 등으로 인해 결합클러치의 동작 특성은 해제클러치의 동작 특성과 매우 상이하다는 것을 확인할 수 있다. 이때, 상기와 같은 상이한 압력 반응 동작 특성으로 인하여, 해제클러치와 결합클러치 사이의 토크 단절 및 토크 충격이 유발될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 해제클러치와 결합클러치의 상이한 압력 반응 동작 특성의 영향을 분석하기 위하여, 1단에서 2단으로의 업 변속(up shift)에 대하여 실험을 수행하였다.From the simulation results of FIG. 6 , it can be confirmed that the operating characteristics of the coupling clutch are very different from the operating characteristics of the release clutch due to the stiffness of the return spring 314 and the rubber ring 315 . At this time, due to the different pressure response operation characteristics as described above, a torque break and a torque shock between the release clutch and the coupling clutch may be induced. More specifically, in order to analyze the influence of the different pressure response operating characteristics of the release clutch and the coupling clutch, an experiment was performed on an up shift from the first gear to the second gear.

도 7에서는 온-오프밸브(320)를 사용하여 1단에서 2단으로 업 변속(up shift)하는 부변속 실험 결과를 보여주고 있다. 1단-2단 부변속 신호는 istroke = -0.72 일 때 t = 0 초에 인가되었다. 부변속 중에 정유압유닛(HSU) 스트로크는 istroke = -0.72로 유지되며, 이때 접합클러치(CL2)와 해제클러치(CL1)의 속도는 동일하게 된다(도 3 참조). 도 7(a)에서 해제클러치(CL1)의 압력과 접합클러치(CL2)의 압력은 도 6의 시뮬레이션 결과와 비슷한 반응을 보임을 알 수 있다. 그러나, 도 7(b)에서 도시된 바와 같이, 상기 변속 중에 토크 단절(interruption) 및 토크 충격(shock)이 발생할 수 있음을 알 수 있다. 이와 같은 토크 단절 및 토크 쇼크의 원인은 영역별로 다음과 같이 분석될 수 있다.7 shows a sub-shift experiment result of up-shifting from the first gear to the second gear using the on-off valve 320 . 1st - 2nd sub shift signal was applied at t = 0 sec when i stroke = -0.72. During sub-transmission, the stroke of the hydrostatic unit (HSU) is maintained at i stroke = -0.72, and at this time, the speeds of the joining clutch CL2 and the release clutch CL1 become the same (refer to FIG. 3). It can be seen from FIG. 7(a) that the pressure of the release clutch CL1 and the pressure of the bonding clutch CL2 show a similar reaction to the simulation result of FIG. 6 . However, as shown in FIG. 7(b) , it can be seen that torque interruption and torque shock may occur during the shift. The causes of such torque disconnection and torque shock can be analyzed for each area as follows.

도 7(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 정유합기계식변속장치(10)의 출력 토크(HMT output torque)는 해제클러치(CL1) 압력을 따라 감소하게 된다. 정유합기계식변속장치(10)의 출력 토크는 R-S 영역에서 0을 나타내게 되는 바, 상기 R-S 영역에서 토크 단절이 발생함을 알 수 있다. 또한, 도 7(c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 정유합기계식변속장치(10)의 출력 속도(HMT output speed)는 출력 토크가 감소함에 따라 함께 감소하게 된다. As can be seen in Figure 7 (b), the output torque (HMT output torque) of the hydrostatic mechanical transmission 10 is reduced according to the release clutch (CL1) pressure. Since the output torque of the electrostatic fusion mechanical transmission 10 is 0 in the R-S region, it can be seen that the torque break occurs in the R-S region. In addition, as can be seen in FIG. 7( c ), the output speed (HMT output speed) of the hydrostatic fusion mechanical transmission 10 decreases as the output torque decreases.

이때, 접합클러치(CL2)가 접합점(kissing point, S)에 도달하면, 정유합기계식변속장치(10)의 출력 토크가 증가하기 시작한다(접합클러치에 의하여 전달되는 토크가 증가). 이어서, 정유합기계식변속장치(10)의 출력 토크는 빠르게 증가하는데, 이는 S-V 영역에서 토크 충격이 발생할 수 있음을 나타내며, 이는 클러치(310)의 플레이트(312)가 슬리핑(slipping) 중 커다란 차량 관성에 영향을 받는 출력 축(shaft)과 연동되기 때문이다. 도 7의 시뮬레이션 결과와 달리 접합클러치(CL2)의 압력은 접합점(S) 이후에 증가하지 않는데(도 7(a) 참조), 이는 S-V 영역에서는 라인 압력이 회복되지 않기 때문이다. 또한, V 포인트 이후에 접합클러치(CL2) 압력은 라인 압력에 따라 증가한다. 라인 압력은 오일이 접합클러치(CL2)로 유입될 때(Q-S 영역) 감소한다. S-V 영역에서 라인 압력이 회복되지 않는 이유는 본 시뮬레이션에서 고려되지 않은 윤활 및 냉각 (도 5의 '유압 회로 A(Hydraulic circuit A)')을 위한 다른 유압 회로의 유량을 채우는데 일정한 유량이 소요되기 때문이다.At this time, when the bonding clutch CL2 reaches the kissing point S, the output torque of the electrostatically coupled mechanical transmission 10 starts to increase (torque transmitted by the bonding clutch increases). Subsequently, the output torque of the electrostatically coupled mechanical transmission 10 increases rapidly, indicating that torque shock may occur in the SV region, which causes the plate 312 of the clutch 310 to have a large vehicle inertia during slipping. This is because it is linked with the output shaft affected by Unlike the simulation result of FIG. 7 , the pressure of the bonding clutch CL2 does not increase after the bonding point S (see FIG. 7(a) ), because the line pressure is not recovered in the S-V region. In addition, after the V point, the bonding clutch CL2 pressure increases according to the line pressure. The line pressure decreases when oil flows into the joining clutch CL2 (Q-S region). The reason that the line pressure is not recovered in the SV region is that a constant flow rate is required to fill the flow rate of another hydraulic circuit for lubrication and cooling ('Hydraulic circuit A' in Fig. 5), which is not considered in this simulation. Because.

위와 같은 실험 결과로부터, 온-오프밸브(320)의 압력 반응은 해제클러치에 대해 0.02 초 및 접합클러치에 대해 0.07 초라는 각각 상이한 시간 지연을 갖는다는 것이 확인되었다. 이때, 상기 접합클러치의 시간 지연이 상기 해제클러치의 시간 지연보다 더 큰 이유는 접합클러치의 동작시 소요되는 피스톤(311)에서의 오일 충전 시간에 기인한다고 할 수 있다.From the above experimental results, it was confirmed that the pressure response of the on-off valve 320 had different time delays of 0.02 seconds for the release clutch and 0.07 seconds for the bonding clutch, respectively. At this time, the reason why the time delay of the bonding clutch is greater than the time delay of the release clutch may be attributed to the oil filling time in the piston 311 required for the operation of the bonding clutch.

또한, 도 7(b) 및 도 7(c)에서는 접합클러치(CL2)가 W 시점에서 완전히 접합된 후에 진동(oscillation)이 나타날 수 있음을 보여준다. 상기 진동(oscillation)은 토크 충격 직후의 비교적 큰 정유합기계식변속장치(10) 구동 트레인의 관성 토크 변화에 기인한다.7(b) and 7(c) show that oscillation may occur after the bonding clutch CL2 is completely bonded at the W point. The oscillation is caused by a relatively large change in inertial torque of the drive train of the electrostatically coupled mechanical transmission 10 immediately after the torque impact.

특히, 도 7에서 볼 수 있는 토크 충격은 변속 품질, 즉 운전자의 주행 편안함을 악화시킨다. 이에 대하여, 승용차의 자동 변속기에서는 전자식 비례 제어 밸브를 이용한 클러치 슬립 제어에 의해 토크 충격을 억제하기도 하였다. 그러나, 위와 같은 비례 제어 밸브를 사용하는 경우에는 제조 단가의 상승을 초래할 수 있고, 나아가 클러치 압력의 정확한 제어를 필요로 하게 된다. 반면, 트랙터 등 농작업차량(1)에서는 승용차 수준의 변속 품질까지는 요구되지 않으므로, 온-오프 밸브를 사용함으로써, 토크 충격을 효과적으로 억제하면서도 제조 단가를 크게 줄일 수 있게 된다. 도 7의 실험 결과에서 볼 수 있듯이 토크 충격은 토크 단절 직후에 발생한다. 이는 해제클러치(CL1)가 접합클러치(CL2)의 접합보다 먼저 해제되기 때문이다. 따라서, 해제클러치(CL1)가 적절한 타이밍을 기다려 해제될 수 있다면, 토크 충격이 효과적으로 방지될 수 있음을 알 수 있다.In particular, the torque shock seen in FIG. 7 deteriorates the shift quality, that is, the driving comfort of the driver. On the other hand, in an automatic transmission of a passenger car, torque shock was suppressed by clutch slip control using an electromagnetic proportional control valve. However, in the case of using the proportional control valve as described above, it may cause an increase in manufacturing cost, and furthermore, accurate control of the clutch pressure is required. On the other hand, since the agricultural work vehicle 1 such as a tractor does not require shift quality to the level of a passenger car, by using an on-off valve, it is possible to significantly reduce manufacturing cost while effectively suppressing torque shock. As can be seen from the experimental results of FIG. 7 , the torque shock occurs immediately after the torque is disconnected. This is because the release clutch CL1 is released before the bonding of the bonding clutch CL2. Accordingly, it can be seen that if the release clutch CL1 can be released by waiting for an appropriate timing, the torque shock can be effectively prevented.

이에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)에서는 토크 단절을 방지하기 위해 해제클러치의 해제 타이밍을 지연시키는 제어 알고리즘을 사용하게 된다. 본 발명에 따른 제어 알고리즘의 기본 개념은 부변속이 이루어지는 동안 해제클러치(CL1) 및 접합클러치(CL2)의 클러치 토크(clutch torque)의 합을 유지하도록 제어하는 것이다. In contrast, in the electrostatic fusion mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention, a control algorithm for delaying the release timing of the release clutch is used to prevent torque disconnection. The basic concept of the control algorithm according to the present invention is to control to maintain the sum of the clutch torques of the release clutch CL1 and the joint clutch CL2 while the sub-shift is performed.

이때, 일반적으로 클러치 토크 (TCL)는 다음과 같이 수학식 1로 표현될 수 있다.In this case, in general, the clutch torque TCL may be expressed by Equation 1 as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017064745974-pat00001
Figure 112017064745974-pat00002
,
Figure 112017064745974-pat00001
Figure 112017064745974-pat00002
,

이때, N은 클러치(310)의 디스크(313) 수이고 μ는 마찰 계수이다. 또한, Reff는 상기 디스크(313)의 유효 반경을 나타내며, Apis 는 피스톤(311)의 면적을 나타낸다.In this case, N is the number of disks 313 of the clutch 310 and μ is the friction coefficient. In addition, R eff represents the effective radius of the disk 313 , and A pis represents the area of the piston 311 .

이때, 부변속이 이루어지는 동안, 정유합기계식변속장치(10)의 출력 토크는 아래의 수학식 2와 같이 해제클러치 및 접합클러치의 토크의 합으로서 표현될 수 있다.At this time, while the sub-transmission is made, the output torque of the hydrostatically coupled mechanical transmission 10 may be expressed as the sum of the torques of the release clutch and the joint clutch as shown in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112017064745974-pat00003
Figure 112017064745974-pat00004
,
Figure 112017064745974-pat00003
Figure 112017064745974-pat00004
,

여기서, Tout 은 정유합기계식변속장치(10)의 출력을 나타낸다.Here, T out represents the output of the static fusion mechanical transmission 10 .

이때, 클러치 토크(clutch torque)는 클러치 압력(clutch pressure)에 따라 변한다. 앞서 살핀 바와 같이, 클러치 압력(clutch pressure)이 기하 급수적으로 변화한다는 가정하에서, 해제클러치의 토크(TCL _off)는 다음과 같이 수학식 3으로 표현될 수 있다.At this time, the clutch torque changes according to the clutch pressure. As mentioned above, under the assumption that the clutch pressure changes exponentially, the torque T CL _off of the release clutch may be expressed by Equation 3 as follows.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112017064745974-pat00005
,
Figure 112017064745974-pat00005
,

여기서, a_dis는 시간 상수이고, Pl은 클러치(310)가 완전히 접합된 경우의 최대 라인 압력이고, td_off는 해제클러치 압력의 지연 시간이고, tdelay는 본 발명에서 산출하고자 하는 해제클러치의 지연 시간이다.Here, a_dis is a time constant, P l is the maximum line pressure when the clutch 310 is fully connected, t d_off is the delay time of the release clutch pressure, and t delay is the delay of the release clutch to be calculated in the present invention. It's time.

또한, 접합클러치의 토크(TCL _on)도 다음 수학식 4와 같이 지수 함수를 사용하여 표현될 수 있다.In addition, the torque (T CL _on ) of the joint clutch may also be expressed using an exponential function as in Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112017064745974-pat00006
Figure 112017064745974-pat00006

여기서, a_eng은 시간 상수이고, td_on은 접합클러치 압력의 지연 시간이다. 도 7로부터 클러치 토크(clutch torque)는 접합점(S)까지 접합클러치(CL2) 압력에 관계없이 0임을 알 수 있다. S-V 영역에서, 접합클러치(CL2) 압력은 PSV의 거의 일정한 값을 유지한다. 따라서, 상기 수학식 4는 V-W 영역에만 적용될 수 있게 된다. 본 발명에서 접합클러치의 토크(TCL _on)는 S-V 영역의 일정한 압력 값과 V-W 영역에 대하여 상기 수학식 4를 사용하여 계산될 수 있다.Here, a_eng is a time constant, and t d_on is a delay time of the bonding clutch pressure. It can be seen from FIG. 7 that the clutch torque is 0 regardless of the pressure of the junction clutch CL2 up to the junction point S. In the SV region, the bonding clutch CL2 pressure maintains an almost constant value of P SV . Accordingly, Equation 4 can be applied only to the VW region. In the present invention, the torque (T CL _on ) of the bonding clutch can be calculated using Equation 4 for a constant pressure value in the SV region and the VW region.

또한, 수학식 2의 정유합기계식변속장치(10)의 출력(Tout)을 사용하여, 주어진 부하 토크 (Tout)에서의 해제클러치에 대한 시간 지연(tdelay)을 산출할 수 있게 된다. In addition, by using the output (T out ) of the electrostatic fusion mechanical transmission 10 of Equation 2, it is possible to calculate the time delay (t delay ) for the release clutch at a given load torque (T out ).

도 8에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 해제클러치의 시간 지연을 사용한 부변속 제어 알고리즘에 의한 성능 개선을 보여주고 있다. 부하 토크 Tout = 100Nm 및 300Nm에 대해 1단에서 2단으로의 부변속 실험이 수행되었다. 부변속이 이루어지는 동안, 정유압유닛(HSU) 스트로크는 istroke = -0.72에서 유지되었으며, 이는 해제클러치 및 접합클러치의 속도가 동일함을 의미한다. 해제클러치에서의 시간 지연은 수학식 2를 사용하여 각각 100 Nm 및 300 Nm의 부하 토크에 대해 tdelay = 0.11 초 및 0.19 초 인 경우에 대하여 계산되었다.8 shows the performance improvement by the sub-shift control algorithm using the time delay of the release clutch according to an embodiment of the present invention. A sub-transmission experiment from 1st to 2nd gear was performed for load torque T out = 100Nm and 300Nm. During sub-shifting, the hydrostatic unit (HSU) stroke was maintained at i stroke = -0.72, which means that the speed of the release clutch and the joint clutch are the same. The time delay in the release clutch was calculated for the case of t delay = 0.11 sec and 0.19 sec for load torques of 100 Nm and 300 Nm, respectively, using Equation (2).

도 8의 실험 결과에서 볼 수 있듯이, 정유합기계식변속장치(10)의 출력 토크는 토크 단절 및 토크 충격없이 100 Nm 및 300 Nm의 목표 부하 토크에서 유지되었다. 설사, 일부 토크 발진이 나타나는 경우에도, 토크 발진의 크기는 종래 기술의 경우에 비해 훨씬 작았다. 이에 따라, 정유합기계식변속장치(10)의 출력 속도는 두 부하 토크 모두에 대하여 일정한 속도를 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.As can be seen from the experimental results of FIG. 8 , the output torque of the electrostatic fusion mechanical transmission 10 was maintained at target load torques of 100 Nm and 300 Nm without torque interruption and torque shock. Even when some torque oscillations appeared, the magnitude of the torque oscillations was much smaller than in the case of the prior art. Accordingly, it was confirmed that the output speed of the oil-repellent mechanical transmission 10 was maintained at a constant speed with respect to both load torques.

그런데, 실험 결과로부터 해제클러치(CL1) 압력은 예상되는 값과 다소 다른 결과를 보임을 알 수 있다. 즉, 해제클러치(CL1) 압력은 해제 명령 신호로부터의 시간 지연 tdelay + td_off 후에 Q 시점에서 감소하기 시작하는 것으로 예상되지만, 이와 달리 도 8(a)에서는 라인 압력을 따라 P 시점 이후에 감소하기 시작함을 알 수 있다. 이는, 접합클러치(CL2)로 오일이 흐를 때 오일 흐름 부족으로 라인 압력이 감소하기 때문이다. 해제클러치(CL1) 압력은 Q 시점에서 감소하기 시작하여, 라인 압력과 분리되어 기하 급수적으로 감소하게 된다. P-Q 영역에서의 초기 압력 감소에도 불구하고, 수학식 2에서 산출되는 Tout 값이 주어진 부하 토크를 전달하기에 충분하기 때문에 정유합기계식변속장치(10)의 출력 토크 (도 8(b))는 목표 부하 토크와 유사한 값으로 유지된다.However, it can be seen from the experimental results that the pressure of the release clutch CL1 shows a slightly different result from the expected value. That is, the release clutch (CL1) pressure is expected to start to decrease at the time point Q after the time delay t delay + t d_off from the release command signal, but in contrast to this, in FIG. 8(a), the pressure decreases after the time point P along the line pressure. You can see that you are starting to This is because the line pressure decreases due to insufficient oil flow when oil flows to the bonding clutch CL2. The release clutch (CL1) pressure starts to decrease at the point Q, is separated from the line pressure, and decreases exponentially. Despite the initial pressure reduction in the PQ region, since the T out value calculated in Equation 2 is sufficient to transmit the given load torque, the output torque of the static fusion mechanical transmission 10 ( FIG. 8( b )) is It is maintained at a value similar to the target load torque.

해제클러치(CL1)와 접합클러치(CL2) 압력의 경우에도 부하 토크 300 Nm (도 8(a'))에서 유사한 반응을 보인다. 또한, 정유합기계식변속장치(10)의 출력 토크 (도 8(b'))는 토크 단절이나 토크 충격없이 300 Nm 수준에서 유지된다.In the case of the pressure of the release clutch CL1 and the bonding clutch CL2, a similar response is shown at a load torque of 300 Nm (Fig. 8(a')). In addition, the output torque (FIG. 8(b')) of the electrostatic fusion mechanical transmission 10 is maintained at a level of 300 Nm without torque interruption or torque shock.

앞서, 부변속 실험은 1단에서 2단으로의 부변속에 대해 정유압유닛(HSU) 스트로크가 일정한 istroke = -0.72로 유지되는 경우에 대하여 수행되었다. 그러나, 실제 환경에서는, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 정유압유닛(HSU) 스트로크는 부변속 직후에 방향을 변경해야 한다. 정유압유닛(HSU) 스트로크 제어가 부변속 시간을 고려하지 않고 수행되는 경우, 큰 토크 변화(variation)을 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 정유압유닛(HSU) 스트로크 지속 시간 제어를 추가적으로 고려하는 방안을 적용함으로써 부변속 동안 정유압유닛(HSU) 스트로크를 일정하게 유지하게 된다. 이때, 정유압유닛(HSU) 스트로크 지속 시간 (tstroke _d)은 다음의 수학식 5와 같이 결정될 수 있다.Previously, the sub-transmission experiment was performed with respect to the case where the constant hydraulic unit (HSU) stroke was maintained at a constant i stroke = -0.72 for the sub-transmission from the first gear to the second gear. However, in an actual environment, as can be seen in FIG. 3 , the hydrostatic unit (HSU) stroke must change direction immediately after sub-shifting. If the hydrostatic unit (HSU) stroke control is performed without considering the sub-shift time, it may cause a large torque variation. Therefore, in the present invention, the constant hydraulic unit (HSU) stroke is constantly maintained during sub-shift by applying a method that additionally considers the constant hydraulic unit (HSU) stroke duration control. At this time, the constant hydraulic unit (HSU) stroke duration (t stroke _d ) may be determined as in Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112017064745974-pat00007
Figure 112017064745974-pat00007

이때, tdelay 및 td_off는 앞서 설명한 해제클러치 및 온-오프밸브(320) 압력의 시간 지연이고, tzero는 해제클러치의 압력 제로 시간이다. 이때, 상기 해제 클러치의 압력 제로 시간은 해제 클러치 압력이 제로가 되는 시간으로 정의될 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 압력 제로 시간은 스트로크가 부변속 직후 방향을 변경하기 시작할 때 해제 클러치의 완전 해제 상태에 도달하기 위해 요구되는 시간을 말한다. 상기 압력 제로 시간이 확보되지 못하면, 클러치 슬립(clutch slip)이 발생하면서 토크 변동(fluctuation)을 야기될 수 있다. 상기 압력 제로 시간은 실험을 통해 얻어질 수 있다(도 7 참조).In this case, t delay and t d_off are the time delays of the pressure of the release clutch and the on-off valve 320 described above, and t zero is the pressure zero time of the release clutch. At this time, the pressure zero time of the release clutch may be defined as the time when the release clutch pressure becomes zero, and more specifically, the pressure zero time is in the fully released state of the release clutch when the stroke starts to change the direction immediately after the sub-shift. The time required to reach If the pressure zero time is not secured, clutch slip may occur and torque fluctuation may be caused. The pressure zero time may be obtained through an experiment (see FIG. 7 ).

도 9에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 해제클러치의 지연을 이용하는 부변속 제어 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 실험 결과 그래프를 예시하고 있다. 보다 구체적으로, 도 9에서는 트랙터가 정지 상태(vtractor = 0 kph)에서 시작하여 15 초 동안 vtractor = 15 kph 까지 증가하면서 수행한 실험 결과가 되시되고 있다. 실험에서 정유합기계식변속장치(10)의 입력 속도 (견인 모터(traction motor))는 1600 rpm으로 유지되었고 다이나모 모터(dynamo motor)를 사용하여 120 Nm의 일정한 부하 토크가 적용되었다.9 exemplifies an experimental result graph to evaluate the performance of the sub-shift control algorithm using the delay of the release clutch according to an embodiment of the present invention. More specifically, in FIG. 9 , the experimental results performed while the tractor starts in a stationary state (v tractor = 0 kph) and increases to v tractor = 15 kph for 15 seconds are shown. In the experiment, the input speed (traction motor) of the electrostatic fusion mechanical transmission 10 was maintained at 1600 rpm, and a constant load torque of 120 Nm was applied using a dynamo motor.

도 9(A)에서 트랙터 속도가 vtractor = 15kph로 증가하여 부변속이 발생할 때마다 다소간의 지연(hesitation)이 발생함을 알 수 있다. 트랙터 속도가 vtractor = 15kph의 값에 도달하고 정유압유닛(HSU) 스트로크가 명령 스트로크(command stroke)를 따를 때까지, 정유합기계식변속장치(10) 출력 토크는 170과 180Nm 사이에서 변동했다. 트랙터 속도가 vtractor = 15kph에 도달하면 정유합기계식변속장치(10) 출력 토크는 약 120Nm의 주어진 부하 토크까지 감소하고 요구된 부하 토크를 유지하였다. 15 초의 가속 시간 동안 정유합기계식변속장치(10) 출력 토크는 큰 트랙터 관성의 가속도를 충족시키는데 필요한 요구 토크보다 높은 값을 나타내었다. 도 9(B)에는 t = 6 ~ 11 초에 대한 시간 응답이 도시되어있다. 도 9(c')로부터, 정유압유닛(HSU) 스트로크는 1단->2단 변속에 대한 부변속 istroke = -0.72 및 2단->3단 변속에 대한 istroke = 0.03 동안 일정한 값으로 유지된다는 것을 알 수 있다. 정유압유닛(HSU) 스트로크 (도 9(c'))의 지속 시간 (tstroke _d)은 각각 1단->2단 및 2단->3단 변속에 대해 0.42 초 및 0.46 초로서 수학식 5로부터 얻어졌다. tdelay는 목표 부하 토크에 대해 수학식 2를 사용하여 계산되었다. It can be seen from FIG. 9(A) that a slight delay occurs whenever the tractor speed is increased to v tractor = 15 kph and a sub-shift occurs. Until the tractor speed reached a value of v tractor = 15 kph and the hydrostatic unit (HSU) stroke followed the command stroke, the hydrostatic fusion mechanical transmission 10 output torque varied between 170 and 180 Nm. When the tractor speed reached v tractor = 15 kph, the output torque of the electrostatic mechanical transmission 10 decreased to a given load torque of about 120 Nm and maintained the required load torque. During the acceleration time of 15 seconds, the output torque of the electrostatic fusion mechanical transmission 10 was higher than the required torque required to satisfy the acceleration of the large tractor inertia. 9(B) shows the time response for t = 6 to 11 seconds. From Fig. 9(c'), the hydrostatic unit (HSU) stroke is a constant value during the auxiliary transmission i stroke = -0.72 for the 1st->2nd gear and i stroke = 0.03 for the 2nd->3rd shift. can be seen to be maintained. The duration (t stroke _d ) of the hydrostatic unit (HSU) stroke (FIG. 9(c')) is 0.42 sec and 0.46 sec for the 1st->2nd and 2nd->3rd gears, respectively, in Equation 5 was obtained from t delay was calculated using Equation 2 for the target load torque.

도 9의 실험 결과로부터, 본 발명의 일 실시예에 따른 정유합기계식변속장치(10)에서의 부변속 제어 알고리즘은 온-오프밸브(320)를 사용하여 토크 단절 및 토크 충격없이 만족스러운 변속 성능을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.From the experimental results of FIG. 9 , the sub-shift control algorithm in the hydrostatic combined mechanical transmission 10 according to an embodiment of the present invention uses the on-off valve 320 to achieve satisfactory shifting performance without torque interruption and torque shock. It can be confirmed that it is possible to provide

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications, changes, and substitutions within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. It will be possible. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

(1) : 농작업차량 (2) : 차량본체
(10) : 정유압기계식변속장치 (100) : 정유압유닛
(200) : 복합유성기어세트 (300) : 부변속부
(310) : 클러치 (311) : 피스톤
(312) : 플레이트 (313) : 디스크
(314) : 리턴스프링 (315) : 러버링
(316) : 체크볼 (320) : 온-오프밸브
(330) : 릴리프밸브 (400) : 제어부
(1) : Agricultural work vehicle (2) : Vehicle body
(10): hydrostatic mechanical transmission (100): hydrostatic unit
(200): compound planetary gear set (300): auxiliary transmission
(310): Clutch (311): Piston
(312): plate (313): disc
(314): return spring (315): rubber ring
(316): check ball (320): on-off valve
(330): relief valve (400): control unit

Claims (4)

온-오프밸브(320)로 구동되는 복수의 클러치(310)를 구비하는 부변속부(300);
상기 복수의 클러치(310) 중에서 선정된 해제클러치와 접합클러치의 동작 특성을 고려하여 상기 해제클러치에 대한 해제클러치 지연 시간(tstroke_d)을 산출하며, 상기 접합클러치에 대한 접합이 개시된 후 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke_d)을 기다려, 상기 온-오프밸브(320)를 구동하여 상기 해제클러치를 해제시키는 제어부(400);
를 포함하여 구성되며,
상기 제어부(400)는,
상기 접합클러치의 구동 시간(=상기 접합클러치의 접합이 개시되는 시점으로부터 접합이 완료되는 시점까지 소요되는 시간)과 상기 해제클러치의 구동 시간(=상기 해제클러치의 해제가 개시되는 시점으로부터 해제가 완료되는 시점까지 소요되는 시간)의 차(=tdelay)를 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke_d)을 산출하는 것을 특징으로 하는 정유압기계식변속장치(10).
an auxiliary transmission unit 300 having a plurality of clutches 310 driven by an on-off valve 320 ;
The release clutch delay time (t stroke_d ) for the release clutch is calculated in consideration of the operating characteristics of the release clutch and the joint clutch selected from among the plurality of clutches 310 , and after joining to the joint clutch is started, the release clutch a control unit 400 that waits for a delay time t stroke_d and releases the release clutch by driving the on-off valve 320;
It consists of
The control unit 400,
The driving time of the bonding clutch (= the time taken from the start of bonding of the bonding clutch to the completion of bonding) and the driving time of the release clutch (= the release is completed from the starting point of the release of the release clutch A hydrostatic mechanical transmission (10), characterized in that the release clutch delay time (t stroke_d ) is calculated in consideration of the difference (= t delay) of the time taken until the
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부(400)는,
상기 해제클러치에 대한 해제 명령이 인가된 후, 실제로 상기 해제클러치에 대한 해제 동작이 개시되는 시점까지 소요되는 시간(=td_off)을 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke _d)을 산출하는 것을 특징으로 하는 정유압기계식변속장치(10).
According to claim 1,
The control unit 400,
Calculating the release clutch delay time (t stroke _d ) in consideration of the time (= t d_off ) required from the time the release command for the release clutch is applied until the time when the release operation for the release clutch is actually started (= t d_off ) A hydrostatic mechanical transmission (10), characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 제어부(400)는,
정유압유닛(100) 스트로크가 방향을 변경하기 시작하여 상기 해제클러치의 압력이 0이 될 때까지 소요되는 시간(=tzero)을 고려하여 상기 해제클러치 지연 시간(tstroke_d)을 산출하는 것을 특징으로 하는 정유압기계식변속장치(10).
According to claim 1,
The control unit 400,
It is characterized in that the release clutch delay time (t stroke_d ) is calculated in consideration of the time (= t zero ) required until the pressure of the release clutch becomes 0 after the stroke of the hydrostatic unit 100 starts to change direction A hydrostatic mechanical transmission (10).
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