KR19990044203A - 기어 전동비를 조정하기 위한 장치 - Google Patents

기어 전동비를 조정하기 위한 장치 Download PDF

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KR19990044203A
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driving
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마르틴-페터 볼쯔
홀거 휠저
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전동비를 단계적으로 변화시킬 수 있는 자동차 기어를 조정하기 위한 방법에 관한 것이다. 여기서 최소한 운전자의 바램을 나타내는 제 1 수치에 따라 기어의 기준 전동비를 나타내는 제 2 수치가 형성된다. 본 발명의 핵심은 다단 감속기어의 기어 전동비 단계들에 전동비 범위들을 할당하는 것이다. 그러면 이 전동비 범위 가운데 어느 것에 기어의 기준 전동비를 나타내는 제 2 수치가 놓일 것인가가 결정되고, 결정된 전동비 범위에 따라 기어 전동비 단계가 조정된다. 본 발명을 통해 파악된 기준 전동비에 가장 잘 맞는 기어 속도를 구현할 수 있다.

Description

기어 전동비를 조정하기 위한 장치
종래의 기술로부터 운전자의 특성(연료소비량에 중점을 두는가 혹은 주행성능에 중점을 두는가) 및 주어진 주행상황 내지 주어진 주행상태에서 최적인 기어 전동비를 규정하는 여러 가지 가능성이 알려져 있다. 이때 전동비를 결정하는 근거가 되는 것은 페달의 위치를 통해 운전자가 규정한 추진 정도인 것이 일반적이다. 이에 관해서는 특히 자동차공학 잡지(ATZ) 94 (1992) 9, 페이지 428 - 436 및 US 4,893,526, WO 94/24465를 참조하기 바란다. 특히 운전자가 규정한 추진 정도 및/또는 특정한 엔진 회전속도를 기어 조정을 통해 구현하는 경우 이 같은 장치들은 연속 가변 변속장치(CVT; continuously variable transmission)로만 정확하게 조정할 수 있는 기어 전동비를 제공한다. 그러나 자동차 기어의 전동비를 단계적으로 변경해야 하는 경우 연속적으로 규정된 전동비로부터 구체적인 기어 속도를 규정해야 한다.
전동비를 단계적으로 변화시킬 수 있는 자동차 기어를 조정하기 위한, 본 발명에 의한 방법 및 본 발명에 의한 장치는 청구항 1의 상위개념에 개시된 특징들을 가진 장치를 기본으로 한다.
도 1은 본 발명의 개략적인 블록선도.
도 2a - 2d는 본 발명에 의해 할당된 예들을 도시한 도면.
본 발명의 목적은 연속적으로 규정된 전동비로부터 기어 속도룰 파악하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항부터 제 9 항까지의 특징들에 의해 해결되었다.
다음은 본 발명을 실시예를 통해 보다 자세히 설명한 것이다.
도 1에서 도면부호 101은 운전자의 요구 F(α)과 운전자 특성 FT, 주행상황 FS, 주행상태 FZ, 차량의 종속도(vehicle longitudinal speed) V를 파악하기 위한 측정장치를 나타낸 것이다. 여기서 운전자의 요구, 즉, 운전자가 바라는 추진 정도는 도면에는 도시하지 않은 페달의 위치 α를 통해 규정된다. 운전자 특성 FT도 종래의 방식에서와 마찬가지로 특히 페달의 위치와 시간의 경과에 따라 변하는 페달 위치에 따라 파악된다. 예를 들어 페달의 위치가 변하는 속도가 빠르면 운전자가 주행성능에 중점을 두는 유형이라고 추론할 수 있는 반면, 페달의 위치가 변하는 속도가 느리면 오히려 연료소비량에 중점을 두는 운전자 유형으로 특징지을 수 있다. 주행상황 신호 FS는 예를 들어 자동차가 시내를 주행하고 있는지, 아니면 가다서다를 반복하고 있는지, 아니면 하중이 높은 상태에서 주행하고 있는지, 아니면 산을 내려가고 있는지 등에 관해 알려준다. 이처럼 다양한 주행상황은 블록 101에서 종래의 방식으로 파악된다. 이에 관해서는 가령 서두에 언급한 자동차공학 잡지(ATZ) 94 (1992) 9, 페이지 428 - 436을 참조한다. 주행상황 수치 FZ로 자동차 엔진이 특정한 온도인지 아닌지 등을 표시할 수 있다. 차량의 종속도 V는 구동 기어의 회전속도를 근거로 하거나 기존의 방식으로 바퀴 회전속도를 통해 얻을 수 있다.
이 신호들은 블록 102로 전달되는데, 블록 102는 연속적으로 얻은 전동비를 다음의 기능로서 규정한다:
1. 페달의 위치로부터 도출된 운전자의 요구 F(α)
2. 운전자 특성(주행성능에 중점을 두는 운전태도인가, 아니면 연료소비량에 중점 을 두는 운전태도인가 등)
3. 주행상황(시내 주행인가, 아니면 가다 서다를 반복하고 있는가, 아니면 하중이 높은 상태에서 주행하고 있는가, 아니면 산을 내려가고 있는가 등)
4. 주변 조건 (고지에서의 주행 등)
5. 차량의 종속도
6. 자동차의 상태 (예열 등)
블록 102의 기능은 본 발명의 핵심이 아니라, 종래의 기술로부터 알려져온 것이다. 이에 관해서는 예를 들어 서두에 언급한 문헌들을 참조한다. 본 발명에서 중요한 것은 블록 102의 출구면에 기준 기어 전동비 usoll이 접한다는 것이다. 이 기준 기어 전동비는 블록 102에서 주어진 조정 내지 제어 전략에 따라 최적의 기어 전동비를 나타낸다. 연속적으로 규정된 이 전동비 usoll은 다단 감속기어(105)의 경우 이 기어의 불연속 기어 속도로 모사(模寫)되어야 한다. 본 발명에 의한 방법에서는 블록 103이 이를 구현한다.
이를 위해 이 실시예에서는 기준 전동비 usoll외에 파악된 주행상태 FZ와 파악된 주행상황 FS, 파악된 운전자 유형 FT도 블록 101로부터 블록 103에 전달한다. 블록 103의 출구면에는 직접 혹은 간접적으로(104) 다단 감속기어(105) 내지 다단 감속기어의 제어장치에 전달할 수 있는, 규정된 기어 속도 Gi가 있다.
블록 103의 작동방법 내지 전달 방식은 도 2a와 2b, 2c, 2d를 통해 예시적으로 설명된다. 블록 103에서는 앞서 언급한 것처럼 연속적으로 규정된 전동비를 불연속 기어 속도로 모사한다. 도 2a - 2d에 제시된 실시예는 5단 기어 Gi(i = 1, 2, 3, 4, 5)의 경우이다. 각 기어 속도 Gi를 둘러싸고 전동비 간격 Ii가 형성되며, 이 전동비 간격에 맞추어 기어 속도가 모사된다.
도 2a는 5단 기어의 경우에서 이같은 모사 과정을 예시적으로 보여준다. 여기서 수평 방향은 기어 속도 Gi내지 연속적으로 규정된 전동비 usoll을 나타낸 것이고, 수직 방향은 5단 기어의 전동비 간격 내지 전동비 범위 Ii를 표시한 것이다.
여기서 도 2a는 정상적인, 다시 말해 주행성능이나 연료소비량에 중점을 두지 않은 운전자 유형의 경우에서 이루어진 모사를 예시적으로 보여준다. 전동비 범위 Ii는 대개 기어 속도 단계 Gi주변에 대칭적으로 분산된다. 여기서 이렇게 모사된 전동비 간격 내지 전동비 범위 Ii들은 연속적으로 규정된 전동비 usoll들의 전범위를 포괄한다. 이 실시예들에서 모사된 전동비 간격 내지 전동비 범위 Ii들이 서로 중첩됨으로써 히스테리시스가 형성된다. 여기서 특정한 기어 속도 Gx를 넣고, 연속적으로 규정된 전동비 usoll이 기어 속도에 속한 전동비 범위 Ix의 우측 경계를 벗어나면, 다음으로 높은 기어 속도 Gx+1로 기어를 높이도록 유도된다. 연속적으로 규정된 전동비 usoll이 전동비 범위 Ix의 좌측 경계를 벗어나면 저속 기어로 바꾸도록 유도된다. 이 같은 방법으로 전동비 범위 Ii들을 중첩시킴으로써 뚜렷한 정도가 각기 다른 스위칭 히스테리시스 현상을 구현할 수 있음이 분명해진다.
전동비 범위 Ii의 특징은 전동비 폭(각 전동비 범위 Ii의 전동비 폭)과 전동비 범위 Ii에 속한, 불변의 기어 전동비에서 각 범위 Ii가 차지하는 위치이다. 앞서 언급한 히스테리시스 현상은 한편으로는 적절하게 선택된 위치를 통해 발생하지만, 대개는 오히려 전동비 폭에 의해 구현된다.
운전자 특성, 다시 말해 일례로 연료소비량에 중점을 두는 쪽에 가까운 운전자 유형은 전동비 범위 Ii의 위치가 비대칭적으로 이동해서, 낮은 전동비, 즉, 높은 기어 속도들이 우선시되도록 영향을 미칠 수 있다. 이는 도 2b에 예시적으로 나타나 있다. 주행성능에 중점을 두는 쪽에 가까운 운전자 유형은 도 2c에 나타나 있는데, 이 경우 전동비 범위 Ii는 최대한 빈번하게 낮은 기어 속도로 주행할 수 있도록 비대칭적으로 이동한다.
트레일러를 가동하거나 산을 오르는 등 하중이 큰 상태의 주행상황은 도 2d에 나타나 있다. 이 경우 전동비 범위 Ii를 확대해서 진자 변속을 저지하고, 변속 빈도를 낮출 수 있다.
이 같은 방법으로 파악된 기어 속도 단계 Gi는 앞서 언급한 것처럼 조정을 위해 기어 제어장치 내지 기어(105)에 직접 전달하거나, 또는 블록 104에서 변속 요구 Gi의 허용여부를 시험하고, 필요하면 저지할 수도 있다. 예를 들어 다음 요인에 따라 변속 저지가 발생할 수 있다:
1. 주행상황 (커브 주행 등)
2. 기어의 보호 효과 (이미 변속이 진행중일 때 변속을 저지하기 위한 경우 등)
이밖의 조건 및 상태에 따라 변속이 저지되기도 한다. 이를 위해 블록 104에 주행상황 신호 FS가 블록 101로부터 전달된다. 또한 블록 106으로부터 블록 104에 현재 변속이 진행중인지 아닌지 여부에 관한 정보도 전달된다. 이어서 허용한다는 평가를 받은 변속 요구 Gi'는 자동 변속장치 105로 전달된다.
앞서 언급한 것처럼 본 발명은 전동비를 단계적으로 바꿀 수 있는 자동차 기어를 조정하기 위한 방법에 관한 것이다. 여기서 최소한 운전자의 바램을 나타내는 제 1 수치에 따라 기어의 기준 전동비를 나타내는 제 2 수치가 형성된다. 본 발명의 핵심은 다단 감속기어(multistep reduction gear)의 기어 전동비 단계(transmission ratio stage)에 전동비 범위(transmission ratio area)를 할당하는 것이다. 그러면 이 전동비 범위 가운데 어느 것에 기어의 기준 전동비를 나타내는 제 2 수치가 놓일 것인가가 결정되고, 결정된 전동비 범위에 따라 기어 전동비 단계가 조정된다.
본 발명을 통해 파악된 기준 기어 전동비에 가장 잘 맞는 기어 속도를 구현할 수 있다. 특히 본 발명을 통해 자동차용 구동 레인 제어장치(driving lane control system)를 단일화하거나 변조할 수 있다. 즉, "구동 레인 제어" 모듈, 다시 말해 기어의 유형(다단 감속기어 또는 연속 가변 변속장치)과 상관없이 자동차 엔진과 자동차 기어 등 구성요소의 공동 제어 내지 조정이 이루어질 수 있도록 할 수 있다. 본 발명에 의해 이 "구동 레인 제어" 모듈을 통해 규정된 기준 기어 전동비가 다단 감속기어를 통해 최적의 상태로 구현된다. 또한 본 발명은 앞으로 기술하게 될 방법으로 전동비 범위를 변화시킴으로써 기어 속도를 주어진 주행상태에 최적이 되도록 조정할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명이 가진 유리한 구조들 중 하나에서는 기어 전동비 단계를 조정하기 위해 현재 조정되어 있는 기어 전동비를 고려한다. 이때 전동비 범위에 선택가능한 전동비 폭(transmission ratio width)이 포함되는데, 이 전동비 폭은 최소한 두 개의 인접한 기어 속도의 전동비 범위들이 서로 중첩되도록 선택된다. 그 결과 여기서 형성된, 연속적으로 규정된 전동비의 전범위를 포괄하는 전동비 간격(transmission ratio interval)이 이 실시형태에 따라 중첩되어 스위칭 히스테리시스(switching hysteresis)가 가능하게 되므로 매우 유리하다. 연속적으로 규정된 전동비가 실제로 넣은 불연속 기어 속도의 전동비 범위의 경계를 벗어나면 고속기어로 바꾸거나 저속기어로 바꿀 것이 요구된다. 앞서 언급한 것처럼 전동비 폭을 변화시킴으로써 고속 또는 저속기어로 바꾸는 시기를 이르게 하거나 늦출 수있는 반면, 인접한 기어 속도의 전동비 폭들이 중첩되는 범위를 선택함으로써 소위 진자 변속(pendulum gear shifting)의 수를 주어진 주행상태에 맞게 조절할 수 있다. 특히 예를 들어 트레일러를 가동하거나 산을 오르는 등 하중이 큰 상태에서 주행할 경우 중첩되는 범위들을 충분히 크게 선택하면, 가령 페달이 단시간내에 제자리로 돌아오는 등에 대해 기어 제어장치가 고속기어로 바꿈으로써 반응하지 않게 할 수 있다.
또 한 가지 유리한 구조에는 최소한 운전자의 특성 및/또는 현재 자동차의 주행상태 및/또는 현재 자동차의 주행상황을 나타내는 제 3 수치를 파악하는 장점이 있다. 여기서는 특히 운전자가 연료소비량을 최적화하는 주행태도를 보이는가, 아니면 주행성능을 최적화하는 주행태도를 보이는가 및/또는 시내주행을 하는가, 아니면 가다서다를 반복하는가, 아니면 하중이 큰 상태에서 주행하는가(산을 오르는 등) 및/또는 공전이 많은 주행인가(얼음/눈 위 등) 및/또는 산을 내려가는가 및/또는 커브 주행인가 및/또는 자동차 엔진을 예열하는 중인가를 규정하는 것을 염두에 둔 것이다. 본 발명에 의한 이같은 구조의 핵심은 전동비 범위에 선택가능한 전동비 폭 및/또는 그때그때 할당된 기어 전동비 단계에서 선택가능한 위치가 포함된다는 것이다. 전동비 폭 및/또는 위치는 파악된 제 3 수치에 따라 선택된다.
앞서 언급했듯이 연속적으로 규정된 전동비가 전동비 범위를 이탈하면 고속 또는 저속기어로 바꾸는 과정이 시작된다. 전동비 폭을 변화시킴으로써 및/또는 그때그때 할당된 기어 전동비 단계에 대한 전동비 범위들의 상대 위치를 변경시킴으로써 변속 시기를 조금 빠르게 하거나 조금 늦출 수 있다. 다시 말해서 상이한 주행조건 하에서 변속을 할 수 있게 된다. 이 구조에는 기어변환 과정을 운전자의 유형 및/또는 주행상태 및/또는 그때그때 주어진 주변조건에 맞게 최적의 방법으로 조정할 수 있다는 장점이 있다. 그 결과 예를 들어 경제성을 생각하는, 즉, 연료소비량에 중점을 두는 운전자의 경우 이같은 운전자의 특성이 전동비 범위의 위치를 비대칭적으로 이동시켜서 낮은 전동비, 즉, 높은 기어 속도가 우선시되도록 영향을 미칠 수 있다.
게다가 앞서 언급한 제 3 수치, 다시 말해 운전자의 유형 및/또는 주행상황 및/또는 주행상태의 특징을 나타내는 수치가 기준 기어 전동비의 형성에, 다시 말해 연속 가변 기어에서 규정되는 전동비에 영향을 미치도록 할 수 있다.
기어 전동비 단계를 조정할 것인가의 허용여부를 시험하되, 이때 기어 전동비 단계가 파악된 제 3 수치에 따라, 특히 파악된 커브 주행에 따라 및/또는 기어 보호 효과 및/또는 엔진 보호 효과와 관련하여 시험되도록 할 수도 있다. 그 결과 본 발명에 의한 이같은 구조에서는 본 발명에 의해 파악된 기어 속도의 허용여부가 시험되고, 필요하면 저지되기도 한다. 예를 들어 주행상황(커브 주행 등)에 따라 및/또는 기어의 보호 효과(예를 들어 이미 기어변환이 진행중인 동안 변속을 저지하기 위한 경우 등)에 따라 및/또는 그밖의 조건이나 상태에 따라 변속을 저지할 수 있다.
본 발명은 최소한 운전자의 요구를 나타내는 제 1 수치에 따라 기어의 기준 전동비를 나타내는 제 2 수치를 형성하는 수단을 가지고 전동비가 단계적으로 변경되는 자동차 기어를 조정하기 위한 장치에 관한 것이기도 하다. 본 발명에 의한 장치의 핵심은 기어 전동비 단계에 전동비 범위들을 할당하고, 어떤 전동비 범위에 제 2 수치가 놓이는지 파악하며, 파악된 전동비 범위에 따라 기어 전동비 단계를 조정하는 조정 수단을 포함한다는 것이다. 본 발명에 의한 이 장치도 앞서 본 발명에 의한 과정에서 언급한 장점들을 가진다.
그밖의 유리한 구조들에 관해서는 종속 청구항을 참조한다.

Claims (10)

  1. 최소한 운전자의 요구를 나타내는 제 1 수치[F(α)]에 따라 기어(102)의 기준 전동비를 나타내는 제 2 수치(usoll)가 형성되는, 전동비(Gi)를 단계적으로 바꾸는 자동차 기어(105)를 조정하는 방법에 있어서,
    기어 전동비 단계(Gi)에 전동비 범위(Ii)를 할당하고, 어떤 전동비 범위(Ii)에 제 2 수치(usoll)가 놓이는지 파악하며, 파악된 전동비 범위(Ii)에 따라 기어 전동비 단계(Gi)를 조정하는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 기어 전동비 단계(Gi)를 조정하기 위해 현재 조정되어 있는 기어 전동비를 고려하는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 전동비 범위(Ii)에 선택가능한 전동비 폭 및 그때그때 할당된 기어 전동비 단계(Gi)에서 선택가능한 위치가 포함되고, 전동비 폭 또는 그때그때 할당된 기어 전동비 단계(Gi) 또는 양쪽 모두에 대한 위치가, 최소한 두 개의 인접한 기어 속도 단계(Gi, Gi-1, Gi+1)의 전동비 폭(Ii)이 서로 중첩되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 최소한 운전자의 특성 및/또는 현재 자동차의 주행상태 및/또는 현재 자동차의 주행상황을 나타내는 제 3 수치(FT, FZ, FS)를 파악하는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 제 3 수치(FT, FZ, FS)를 파악하기 위해
    - 운전자가 연료소비량에 중점을 두는 주행태도를 보이는가, 아니면 주행성능에 중점을 두는 주행태도를 보이는가 (운전자 특성, FT) 및/또는
    - 시내 주행인가, 가다서다를 반복하는가, 하중이 높은 상태에서 주행하는가(산을 오르는 등), 공전이 많은 주행(얼음/눈 위 등)인가 및/또는 산을 내려가는가 및/또는 커브 주행인가 (주행상황, FS) 및/또는
    - 자동차 엔진을 예열하는가 (주행상태, FZ)
    여부가 규정되는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 방법.
  6. 제 4항 또는 5항에 있어서, 전동비 범위(Ii)에 선택가능한 전동비 폭 및/또는 그때그때 할당된 기어 전동비 단계(Gi)에서 선택가능한 위치가 포함되고, 전동비 폭 및/또는 위치가 파악된 제 3 수치(FT, FZ, FS)에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 방법.
  7. 제 4항 또는 5항에 있어서, 제 2 수치(usoll)가 파악된 제 3 수치(FT, FZ, FS)에 따라서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 기어 전동비 단계(Gi)를 조정할 것인가의 허용여부를 시험(104)하되, 이때 기어 전동비 단계(Gi)가 파악된 제 3 수치(FS)에 따라, 특히 파악된 커브 주행에 따라 시험 및 기어 보호 효과 및 엔진 보호 효과와 관련하여 시험되는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 방법.
  9. 최소한 운전자의 요구를 나타내는 제 1 수치[F(α)]에 따라 기어(102)의 기준 전동비를 나타내는 제 2 수치(usoll)를 형성하는 수단(102)을 가진, 전동비(Gi)를 단계적으로 바꾸는 자동차 기어(105)를 조정하는 장치에 있어서,
    기어 전동비 단계(Gi)에 전동비 범위(Ii)를 할당하고, 어떤 전동비 범위(Ii)에 제 2 수치(usoll)가 놓이는지 파악하며, 파악된 전동비 범위(Ii)에 따라 기어 전동비 단계(Gi)를 조정하는 조정 수단(102)을 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 최소한 운전자의 특성 및/또는 현재 자동차의 주행상태 및 현재 자동차의 주행상황을 나타내는 제 3 수치(FT, FZ, FS)를 파악하고, 조정 수단(103)이, 전동비 범위(Ii)에 선택가능한 전동비 폭 및 그때그때 할당된 기어 전동비 단계(Gi)에 대해 선택가능한 위치가 포함되고, 전동비 폭 및 위치가 파악된 제 3 수치(FT, FZ, FS)에 따라 선택되도록 하는 수단(101)을 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 기어를 조정하는 장치.
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