KR19990071553A - 기어 변환 메카니즘 - Google Patents

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길스 더글라스 머델
로랜드 제임스 브로드벤트
Original Assignee
이안 페리
프로드라이브 홀딩스 리미티드
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Abstract

통상의 기어박스에서 기어를 수동으로 이동시키지 않고 기어 변환이 실행될 수 있게 하는 자동차 기어 변환 메카니즘이 제공된다. 그 기어 변환은, 제어유니트(17)를 포함하는 제어수단에 의해 제어되고 유압으로 작동되는 액튜에이터(20)에 의해 실행된다. 그 액튜에이터(20)는, 기어 변환을 실행하기 위해 가해지는 힘이 기어 맞물림중에 감소될 수 있게 변하도록 작동된다. 일 예의 구조에서, 이것은, 밸브수단(102, 104, 130)과 유압 어큐뮬레이터(131)를 통한 유압 유체의 공급을 제어함으로써 달성된다. 또한, 원활한 기어 변환이 실행되도록 기어박스에 대한 클러치의 작동을 제어하는 수단이 제공되어 있다.

Description

기어 변환 메카니즘
본 출원인의 선행특허출원 WO 95/02775호에, 운전자가 기어 변환작동을 개시한 때 자동으로 기어 변환이 실행될 수 있게 하는 기어 변환 메카니즘과 관련 클러치 및 스로틀 메카니즘이 기술되어 있다.
본 발명은 자동차용 기어 변환 메카니즘 및 관련 장비에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 기어 변환 메카니즘을 구비한 자동차의 개략 평면도.
도 2는 기어박스 구동조립체 또는 액튜에이터의 종단면도.
도 3은 도 2의 선 3-3에 따른 단면도.
도 4는 도 1∼도 3의 액튜에이터와 함께 사용되는 클러치 메카니즘의 개략도.
도 5는 도 4의 메카니즘의 유압 회로도.
도 6은 클러치 해제(릴리이스)를 설명하는 도면.
도 7은 기어박스의 구동조립체, 클러치 메카니즘 및 스로틀 제어 메카니즘의 유압 회로도.
도 8은 기어 변환작동중에 사용되는 제어의 시퀀스를 나타내는 차트.
본 발명은 개선되고 변경된 기어 변환 메카니즘 및 관련 메카니즘들을 제공하는 것이지만, 여기에 기술되는 메카니즘들은 상기한 선행출원에 기재된 장치와 무관하게 적용될 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은, 원동기와, 변속 기어박스와, 원동기로부터 기어박스로 전달되는 구동력이 통과하는 클러치 수단과, 동력으로 작동되고 상기 기어박스에서의 기어비(比)의 변환을 실행하는 기어박스 액튜에이터(actuator), 및 선택된 기어비 변환에 따라 상기 액튜에이터의 작동을 제어하는 제어수단으로서, 기어 변환을 실행하기 위해 상기 액튜에이터에 의해 가해지는 힘을 변화시켜, 상기 액튜에이터의 이동기간중 기어 맞물림이 일어나는 이동부분에서의 상기 힘이 상기 액튜에이터의 이동기간의 다른 부분에서의 것보다 작게 되도록 상기 액튜에이터의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 자동차 기어 변환 메카니즘을 제공한다.
이 수단에 의해, 기어 맞물림이 더욱 원활하게 그리고 기어박스가 손상되거나 급격한 기어 변환이 일어나거나 기어 맞물림이 부당하게 강요될 가능성 없이 달성될 수 있다. 특히, 싱크로메시(synchromesh)가 맞물리는 기어 변환부분에서, 기어의 맞물림중에 가해지는 힘이 감소될 수 있다. 이 구조는, 맞물림중에 기어 속도의 동등함이 양호하게 달성될 수 있게 하는 것을 돕기 위한 것이다.
액튜에이터는 유압으로 작동되는 것이 바람직하고, 제어수단은 액튜에이터에 가해지는 유압에 따라 액튜에이터의 작동을 제어하여, 액튜에이터에 가해져 기어 변환을 행하도록 하는 유압이 기어 맞물림중에 감소되게 하고, 액튜에이터의 위치가 제어수단에 의해 모니터된다.
액튜에이터에의 유압 유체의 공급이 기어 맞물림중에는 중단되는 것이 편리하다.
일 예의 구조에서, 액튜에이터에 유압 유체(작동액)를 공급하는 공급수단은 제어 밸브와, 그 제어 밸브의 하류측에 위치된 유압 어큐뮬레이터(accumulator) 또는 다른 순응(compliant)수단, 및 상기 제어 밸브의 하류측의 압력 센서를 포함하여, 제어 밸브의 작동에 의한 유압 공급의 중단시, 감소된 유압이 유압 어큐뮬레이터로부터 얻어지고, 제어 밸브가 압력 센서에 의해 감지된 압력과 액튜에이터의 위치를 참조하여 그리고 제어수단에 따라 개폐된다.
제어 밸브가 개방되지 않은 때 시일(seal) 등을 통한 누설 때문에, 또는, 액튜에이터의 이동이 일어날 때, 제어 밸브 하류측에서 유체 압력이 감소하여, 감소된 압력을 발생시킨다는 것이 인식될 것이다.
또 다르게는, 액튜에이터에 유압 유체를 공급하는 수단이 압력 조정기를 포함하여, 그 압력 조정기의 하류측에서 액튜에이터에 가해지는 유압을 선택적으로 감소시키도록 한다.
본 발명의 다른 양태에서는, 클러치 수단이 유압으로 작동되고, 제어수단이 기어 변환 선택중에 클러치 수단의 작동을 실행하고, 클러치 수단이 클러치 분리 위치쪽으로 유압에 의해 동력을 받고 결합위치쪽으로 바이어스(bias)되며, 결합위치쪽으로의 이동이 압력 방출 밸브를 통하여 제어수단에 의해 제어된다.
이 구조의 목적은, 자동 클러치를 사용하여 자동 기어 변환이 실행될 수 있도록 클러치의 수동작동의 필요성을 제거할 수 있게 하는데 있다.
성공적인 클러치 맞물림의 비결은 수동으로 작동되는 클러치의 원활한 해제(릴리이스)를 모사(模寫)하는 것이고, 본 발명에 따르면, 이것은 클러치의 위치에 따라 압력 방출 밸브의 작동을 제어하는 제어수단에 의해 달성된다. 바람직하게는, 압력 방출 밸브는, 그 밸브가 성공적으로 개폐되어 클러치 해제가 점진적인 방식으로 일어나게 하도록, 사전프로그램(pre-program)된 제어수단에 의해 제어된다. 그 제어수단은 타이밍 시퀀스에 따라 또는 엔진과 바퀴의 상대속도를 고려하여 또는 그들 모두에 따라 제어될 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 예로서 상세히 설명한다.
먼저, 도 1∼도 3을 참조하면, WO 95/02775호로 공고된 본 출원인의 선행특허출원에 기재된 것과 유사한 구동조립체에 의해 구동되는 자동 기어박스(변속기)를 가진 자동차가 나타내어져 있다. 따라서, 변경된 구동조립체 또는 액튜에이터와 관련 클러치 및 스로틀 제어 메카니즘을 상기 선행출원에 기재된 설명과 관련시켜 단축 설명한다.
상기 선행출원에 기재된 장치와 본 출원의 것과의 중대한 차이는, 본 발명의 장치에서는 공기압으로 작동되는 구동장치 대신에, 유압으로 작동되는 구동장치가 사용된다는 것이다.
대부분은, 공기압 구동장치로부터 유압 구동장치로부터의 변경이 도 1∼도 3의 액튜에이터(20)의 기본 구성에 영향을 끼치지 않는다. 공압 밸브와 공기압으로 작동되는 실린더 대신에, 유압 밸브 및 실린더가 이용된다. 변경된 구조에서, 그러한 밸브 및 실린더가 제어되고, 작동액을 공급받는다.
도 1에, 엔진(11), 클러치(12), 기어박스(13) 및 조향 휘일(14)을 가진 자동차(10)가 나타내어져 있다. 이 자동차에는, 자동차 자체의 전자제어유니트(18)에 추가하여, 기어 변환 메카니즘을 위한 전자제어유니트(17)가 구비되어 있다.
기어박스 액튜에이터(20)가 기어박스(13)에 연결되어 있고, 전기 펌프(15) 및 작동액 저장통(16)으로부터 유압 밸브(21)를 통해 압력 유체(작동액)를 공급받는다. 스로틀 제어 메카니즘(22)이 펌프(15)로부터 유압 밸브(23)를 통해 동력을 공급받는다. 클러치 제어 메카니즘(24)이 클러치(12)에 연결되어 있고, 펌프(15)로부터 밸브(25)를 통해 동력을 공급받는다.
조향 휘일(14)은 전자제어유니트(17)에 작동적으로 연결된 조작 스위치(19A, 19B)를 가지고 있고, 특히, 기어박스(13)에의 입력축 속도, 자동차의 주행속도, 클러치 위치, 펌프(15)로부터의 유체 압력, 기어박스(13)를 위한 액튜에이터(20)가 차지한 위치, 엔진 속도를 검출하기 위해 전자제어유니트(17)에 연결된 또 다른 센서들이 제공되어 있다. 어떻게 이 정보를 모니터하고 전자제어유니트(17)에서 사용하는가의 상세한 것은 명백할 것이다.
또한, 자동차에는, 통상의 방식으로 작동될 수 있는 통상의 스로틀 제어장치(액셀러레이터 페달), 기어 작동 레버(도시되지 않음) 및 클러치 제어장치(도시되지 않음)도 설치되어 있다. 다른 예의 구조에서는, 기어 작동 레버와 수동 클러치가 생략될 수도 있다.
기어 변환작동은 조향 휘일(14)에 설치된 조작 스위치들로부터 운전자에 의해 실행된다. 운전자쪽으로 향하는 조향 휘일의 일 측면에 한 세트의 스위치(19A)가 배치되어 있고, 조향 휘일의 다른 측면에 다른 세트의 스위치(19B)가 배치되어 있다. 한 세트의 스위치는 기어의 고속 변환을 위한 것이고, 다른 세트의 스위치는 기어의 저속 변환을 위한 것이다.
상기 세트들의 스위치(19A, 19B)는 송신기(19C)에 연결되어, 스위치(19A 또는 19B)의 작동시 신호가 송신되도록 되어 있고, 그 신호는 자동차의 고정된 부분, 예를 들어, 자동차 계기판에 장착된 수신기(19D)에 의해 수신된다. 이 송신기(19C)/수신기(19D) 장치는 적외선 매체를 이용하지만, 무선 신호를 사용할 수도 있다.
기어박스(13)를 위한 액튜에이터(20)가 도 2 및 도 3에 상세히 나타내어져 있고, 이 액튜에이터는 5-밸브 장치(21)를 통해 유압 동력을 공급받으며, 작동액의 도입 및 방출을 위한 포트(port)(도시되지 않음)를 제공하는 외측 하우징(30)을 가지고 있다. 그 하우징(30)내에 중앙 샤프트(31)가 배치되어 있고, 그 샤프트는 기어박스(13)의 작동울 위해 일 단부에서 기어박스에 연결되어 있다. 샤프트(31)는 통상의 형태의 기어박스 입력 레버(변속 레버)(33)와 연결되어 있고, 예시를 위해, 액튜에이터(20)에 의해 작동되는 전형적인 기어박스의 시프트 패턴(35)이 나타내어져 있다. 도시된 예의 기어박스는, 5단의 전진기어와 1단의 후진기어를 가지며 표준 H형 시프트 패턴을 가지는 6속 기어박스이다.
샤프트(31)는 그의 축방향으로 이동가능하고, 또한 그의 축선을 중심으로 회전가능하게 되어 있고, 샤프트의 여러 가지 축방향 운동 및 회전운동을 실행시키는 구동수단이 제공되어 있다. 축방향 운동을 위한 구동수단은 샤프트(31)의 확대부분(확대된 직경을 가지는 부분)(38)의 양 측면에 위치된 1쌍의 피스톤(36, 37)을 포함하고, 그 피스톤(36, 37)은 샤프트(31)에 대하여 제한된 축방향 운동을 한다. 샤프트(31)의 확대부분(38) 둘레에는 슬리이브(39)가 설치되어 있다. 그 슬리이브는 하우징(30)에 고정되어 있고, 샤프트(31)가 슬리이브(39)에 대하여 미끄럼 이동가능하다.
피스톤(36, 37)과 슬리이브(39)를 수용하기 위해, 하우징(30)에 원통형의 체임버(40)가 형성되어 있고, 그 체임버(40)의 양 단부에는, 샤프트(31)에 축방향으로 고정된 칼라(collar)(42, 43)가 수용될 수 있는 고리 모양의 홈(41)이 형성되어 있다.
체임버를 따라 피스톤(36, 37)과 칼라(42, 43)를 이동시킴으로써 샤프트(31)를 축방향으로 이동시키는 작동액을 도입 및 배출시키기 위해 작동액 도입 및 배출 포트들(도시되지 않음)이 하우징에 제공되어 있다. 그 포트들에 공급되는 작동액은 한 세트의 유압 밸브(21)로부터 제공된다.
도 2에서, 샤프트(31)는 어느 기어들도 선택되지 않는 중앙의 중립위치에 있다. 이 위치에서, 피스톤(36, 37)의 측면쪽 체임버(A)에는, 한 세트의 유압 밸브(21)중 밸브(100)(이후, 중립 밸브(100)라 칭한다)(도 7)로부터 작동액이 공급되어, 양 체임버의 유압이 같게 하고, 액튜에이터가 그의 중립위치에 있게 한다. 이 위치에서, 각각의 피스톤(36, 37)은 샤프트(31)의 확대부분(38)의 어깨부 및 슬리이브(39)의 양 측면에 접한다.
중립위치로부터 샤프트(31)를 이동시키기 위해서는, 관련 피스톤(36 또는 37)과 그 피스톤에 인접한 슬리이브(39)의 측면과의 사이에 있는 체임버(A)들중 하나에 작동액이 공급된다. 그리하여, 피스톤(36 또는 37)이 슬리이브(39)로부터 멀리 외측으로 이동하여, 관련 칼라(42 또는 43)에 접하게 됨으로써, 피스톤(36 또는 37)이 체임버(40)의 말단부에 위치되고 칼라(42 또는 43)가 그와 관련된 홈(41)내에 위치될 때까지 사프트(31)와 칼라(42 또는 43)가 좌측 또는 우측으로 이동하게 된다. 이러한 작용에 의해, 피스톤(36, 37)이 샤프트(31)를 그의 축방향 단부 위치들중 어느 한 위치(피스톤(36 또는 37)이 체임버(40)의 단부에 있게 되는 위치)로 구동시키게 된다.
샤프트(31)를 그의 축방향 단부 위치들중 어느 한 위치로 구동시키기 위해 피스톤(36, 37)을 이동시키기 위한 밸브(102, 104)(도 7)가 제공되어 있고, 이들 밸브를 각각 전방 밸브 및 후방 밸브라 칭한다. 상기 밸브들(100, 102, 104)의 작동에 관해서는 도 7을 참조하여 후에 설명될 것이다.
또한, 샤프트(31)의 회전운동을 위해, 별도의 구동장치가 제공되어 있다. 이 구동장치는, 축선이 샤프트(31)의 축선에 대하여 직각으로 연장하고 그 샤프트의 축선으로부터 떨어져 있는 피스톤(46)을 위한 하우징(45)을 포함한다. 그 하우징(45)은 내부에 체임버(47)를 형성하고 있고, 그 체임버내에서 피스톤(46)이 이동가능하고, 작동액이 한 세트의 유압 밸브(21)중 밸브(106, 108)(도 7)로부터 포트(도시되지 않음)를 통해 그 체임버내로 도입된다. 피스톤(46)의 중앙부분에는 바깥 둘레 홈 또는 채널(48)이 형성되어 있고, 그 채널내에, 샤프트(31)에 결합된 핑거(49)가 끼워져 있다. 상기 밸브(106, 108)는, 샤프트(31)를 그의 축선을 중심으로 일 방향 또는 타 방향으로 회전시키도록 작동된다. 이들 밸브를 각각 우측 밸브(106) 및 좌측 밸브(108)라 칭한다. 피스톤(46)이 그의 중앙위치에 있을 때, 3단 및 4단 기어가 선택될 수 있다. 피스톤(46)이 그의 좌측위치에 있을 때, 2개의 다른 기어, 즉, 1단 및 2단 기어가 선택될 수 있고, 피스톤(46)이 그의 우측위치에 있을 때, 마지막 2개의 기어, 즉, 5단 및 후진 기어가 선택될 수 있다.
피스톤(46)의 운동에 의해 기어 레버가 중앙경로를 따라 이동되는 한편, 샤프트(31)의 축방향 운동에 의해 기어 레버가 중앙으로부터 여러 변속단의 기어로 이동된다.
다음, 도 3을 참조하면, 기어박스의 게이트의 중앙쪽으로 샤프트(31)를 바이어스(bias)시키는 바이어싱 수단이 제공되어 있다. 본 실시예에서, 바이어싱 수단은, 샤프트(31)에 연결된 아암(50)에 대하여 직각으로 작용선이 연장하는 나선 스프링(90A, 90B)을 포함하며, 그 스프링(90A, 90B)은 그들의 일 단부가 각각의 피스톤(51, 52)내에 위치된다. 그 피스톤들은 아암(50)의 양 측면에 각각 접하여 있다. 스프링(90A, 90B)의 반대측 단부는 각각 하우징부재(92A, 92B)에 접하여 있다. 아암(50)에 대한 스프링(90A, 90B)이 같지만 반대방향의 작용에 의해, 아암(50)이 바이어스되고, 따라서, 샤프트(31)가 기어박스의 게이트의 중앙쪽으로 바이어스되며, 아암(50)은 샤프트(31)의 축방향 위치에 따라 피스톤(51, 52)의 축방향으로 이동가능하다.
샤프트(31)의 축방향 위치를 감지하기 위한 센서(58)가 제공되어 있고, 다른 센서(도시되지 않음)가 샤프트의 회전위치를 감지한다.
다음, 기어 변환 메카니즘의 작동시 자동으로 클러치가 작동되게 하는 클러치 제어 메카니즘이 나타내어진 도 4 및 도 5를 참조하면, 일반적으로 통상의 형태로 된 클러치(21)를 작동시키는 슬레이브(slave) 실린더(70A)와 함께 통상의 마스터 실린더(70)가 이용된다. 어큐뮬레이터(accumulator)(112), 작동액 저장통(114) 및 클러치 밸브(116, 118)(도 5)와 통하여 있는 유압 펌프(110)로부터 작동액을 공급받는 클러치 작동 실린더(도시되지 않음)가 마스터 실린더(70)와 슬레이브 실린더(70A)를 작동시킨다.
클러치 밸브(116)는 클러치 디프레스(depress) 밸브라 불리고, 기어 변환의 개시시 또는 자동차가 정지하여 있을 때 구동력을 단절시키기 위해 클러치(21)의 눌림(depression)을 달성하도록 작동된다. 클러치 릴리이스 밸브로 불리는 클러치 밸브(118)는, 기어 변환이 실행된 후 또는 정지상태로부터의 구동시 구동력을 연결시키기 위해 클러치(21)의 해제(릴리이스)를 달성하도록 작동된다. 도면들에 도시된 바와 같이, 클러치(21)는 완전히 자동으로 작동되는 것이다. 즉, 수동으로 작동되는 클러치 페달이 없다. 그러나, 요구되는 경우, 이 구조는 자동작동 외에 수동작동을 위해서도 채택될 수 있다.
도 4에, 클러치를 자동으로 작동시키는 센서들이 표시되어 있다. 그 센서들은, X로 표시된 바와 같은 스로틀 위치와, Y로 표시된 바와 같은 클러치 위치, 및 Z로 표시된 바와 같은 엔진 속도 및 기어박스 입출력 속도를 인식한다.
구동력을 원활하게 취하기 위해, 클러치의 토오크 전달용량이 전자제어유니트(17)에 의해 제어된다. 본 실시예에서는, 클러치 클램핑(clamping) 부하를 제어하는 레버와 함께 통상의 건식(乾式) 원판 클러치가 사용되고, 클러치의 토오크 전달 특성은 주로, 클러치 판들 사이의 상대적인 축방향 변위를 일으키는 레버의 변위와 함수관계에 있다. 클러치를 해제하는 경우에는, 클러치 릴리이스 밸브(118)가 개방되고, 클러치는 클러치의 맞물림 지점(bite point)에 가까운 소정의 이동위치까지 신속하게 해제된다. 그 클러치 릴리이스 밸브(118)의 작동은 전자제어유니트에 의해 제어된다. 그후, 클러치 토오크 전달용량이 클러치 판들의 변위의 폐루프(closed loop)제어 및/또는 클러치 판들의 변위속도에 의해 조정된다. 도 6에서, 선 A는 클러치 해제중의 실제 클러치 위치를 나타내고, 선 D는 클러치 해제중의 이상적인 클러치 위치를 나타낸다. 목표는 선 A를 선 D에 가깝게 하는 것이다. 유압 밸브 제어수단은, 유량을 변화시키기 위해 펄스폭 변조를 사용하는 솔레노이드 밸브 또는 비례 흐름 제어 밸브의 형태를 취할 수 있다. 클러치 릴리이스 밸브(118)의 성공적인 개폐는 선 D에의 선 A의 적절한 정합(matching)을 달성한다. 일단 클러치가 맞물림점을 지나면, 클러치 릴리이스 밸브(118)는 완전 해제 위치로 신속하게 이동된다. 다른 실시형태에서는, 클러치 토오크 전달용량을 제어하는 제어수단이 전기적으로 또는 공기압으로 작동될 수 있다.
다른 구성예에서는, 유압 피스톤이 클러치에 대한 클램핑 부하를 변화시킬 수 있고, 그래서, 토오크 전달 특성이 유압에 좌우된다. 이러한 구조에서, 클러치를 통하여 구동력을 취하기 위해, 압력 및/또는 압력 변화율이 제어된다.
엔진 속도와 기어박스 출력속도 사이의 상대 속도가 상이하고 기어 변환이 상이한 때, 소망의 클러치 위치 및 운동이 변한다. 각각의 상태와 관련된 클러치 운동에 관한 정보가 전자제어유니트(17)에 저장되어, 클러치의 맞물림중의 가장 만족한 클러치 운동을 달성하도록 실제의 클러치 운동과 미리 프로그램된 소망의 클러치 운동 사이의 비교가 행해질 수 있게 한다. 클러치 작동의 또 다른 특징은 후술되는 완전 기어 변환작동의 고찰로부터 명백하게 될 것이다.
이 기어 변환 메카니즘은 또한, 유압 실린더가 사용되는 것을 제외하고는 상기 선행출원 WO 95/02775 호의 도 7∼도 9의 것과 유사한 형태일 수 있는 액셀러레이터 페달과 연결된 스로틀 제어유니트(도시되지 않음)를 제공한다. 그리하여, 그 스로틀 제어유니트는, 액셀러레이터 페달의 위치와 무관하게 스로틀이 제로 설정위치로 이동하게 할 수 있다. 또한, 스로틀 제어유니트는, 기어 변환작동중에 스로틀이 일시적으로 개방될 수 있게 하는 수단을 구비하고 있다. 이 수단은 주로, 엔진 속도가 기어 속도와 정합될 수 있게 하도록 저속 기어 변환중에 엔진 속도를 증가시키는 것이다. 이렇게 하여, 일시적 스로틀 증가 또는 '블립'(blip)을 일으키거나 또는 스로틀 '플립'(flip)을 폐쇄하도록 하는 스로틀 제어유니트의 작동이 유압 실린더를 통해 또는 전자적으로 달성될 수 있다.
다음, 도 7을 참조하면, 중립 실린더, 전후 실린더 및 좌우 실린더 각각의 액튜에이터 밸브(100, 102, 104, 106, 108)를 제어하는 구조가 나타내어져 있다. 작동액은 유압 어큐뮬레이터(128)와 압력 센서(129)를 가진 펌프(125)로부터 공급된다. 이러한 구조는, 예를 들어, 40∼70 바아의 레벨로 설정될 수 있는 메인 라인 압력을 제공하고, 이 메인 라인 공급물이 우측 및 좌측 밸브(106, 108)를 통하여 우측 및 좌측 실린더에 직접 제공된다.
보조회로가 공급 밸브(130), 유압 어큐뮬레이터(131) 및 압력 센서(132)를 통해 중립 밸브(100)와 전방 및 후방 밸브(102, 104)에 압력 유체를 공급한다. 이 보조 제어공급의 목적은, 요구될 때, 중립 실린더와 전방 및 후방 실린더에 비교적 낮은 압력 유체와 높은 압력 유체가 공급될 수 있게 하는 것이다. 이것은, 액튜에이터(20)를 통한 기어 맞물림이 2가지 운동으로 달성될 수 있게 하고, 그 운동의 초기부분은 낮은 압력으로의 '소프트 푸시'(soft push) 기능을 제공하여, 액튜에이터(20)에 의해 가해지는 힘이 감소되게 한다. 이러한 첫번째 운동에 이어, 보다 높은 압력으로의 추가 운동이 계속되어, 기어 맞물림을 완료한다. 소프트 푸시 운동을 달성하기 위해서는, 밸브(100, 102, 104)들중 하나의 작동 개시시, 공급 밸브(130)가 폐쇄된 상태에서 전자제어유니트(17)가 압력 센서(132)를 통해 회로내 압력을 모니터한다. 보통은, 밸브(130)가 폐쇄된 때, 그 압력은 누설 및 다른 원인에 기인한 회로내 압력 감쇠 때문에 정상의 라인 압력보다 낮은 예를 들어 20 바아로 된다. 그러나, 라인 압력이 보조회로내에서 비교적 높을지라도, 밸브(130)가 폐쇄된 때는 기어 맞물림을 위한 액튜에이터의 초기 운동시 라인 압력이 감소된다. 액튜에이터가 비교적 낮은 힘으로 이동할 때, 압력 센서(132)가 라인 압력을 계속 모니터하고, 필요한 경우, 미리 정해진 압력에 도달할 때까지 추가 작동액을 도입시키도록 공급 밸브(130)가 개방된다. 액튜에이터(20)가 기어 맞물림쪽으로 이동될 때, 전자제어유니트(17)는, 각각의 실린더에 최대 라인 압력이 제공되어 기어 변환을 완료하도록 공급 밸브(130)를 위한 개방조건을 선택할 수 있다. 이러한 수단에 의해, 제어장치는 선택된 밸브(100, 102, 104)가 비교적 낮은 압력으로 작동되게 하여, 기어 맞물림 기간(이때, 과도한 힘이 손상을 일으킬 수 있거나 또는 작동속도가 기어박스내 싱크로메시(synchromesh)의 작동을 방해할 수 있다)에 걸쳐 각각의 실린더를 낮은 맞물림 힘으로 작동시킬 수 있게 한다. 밸브(106, 108)에의 압력 유체의 공급은, 이들 밸브가 중립위치를 지나는 기어 레버의 이동을 제어하기 때문에 동일한 소프트 푸시 기능을 필요로 하지 않는다.
유압 어큐뮬레이터를 제공하는 대신에, 유체 압력 저장통을 제공하는 다른 순응(compliant)수단이 사용될 수도 있다.
센서(132)를 사용하여 라인 압력을 감지하고, 그 값을 전자제어유니트(17)에 공급하고, 밸브(130)의 작동을 제어함으로써, 제로 압력과 유압 공급물의 최대 압력 사이의 작당한 압력이 밸브(100, 102, 104)에 제공될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 기어박스의 입출력 속도를 고려하여 액튜에이터에 의해 소망의 힘을 부여하도록 하는 전자제어유니트의 프로그래밍에 의해 공급물의 압력이 정해진다. 즉, 공급물의 압력은, 기어박스의 입출력 속도와 자동차의 다른 파라미터를 고려하여 액튜에이터(20)에 의해 소망의 힘을 부여하도록 하는 전자제어유니트(17)의 프로그래밍에 의해 정해진다. 예를 들어, 기어박스 오일 온도가 낮을 때는 보다 높은 공급압력이 요구될 수 있다.
또한, 공급압력과 비교하여 소정의 레벨로 회로내 압력을 감소시키도록 회로에 압력 조정기를 제공함으로써 밸브(100, 102, 104) 및 관련 실린더들에의 압력을 제어하는 것도 가능하다. 그러나, 이것은 통상적으로는, 회로내 압력이 기어 변환 사이에 적당한 레벨로 감소하기 때문에 실제에는 필요한 것으로 보이지 않는다.
도 7은 또한, 단일의 4-포트(port) 비례 흐름 밸브인 클러치 밸브(117)(도 5의 밸브(116, 118)를 대체하는)가 공통의 작동액 공급원(125)으로부터 작동액을 공급받는 구조도 나타낸다.
다음, 도 8을 참조하여, 액튜에이터(20)와 관련 클러치 제어 및 스로틀 제어 장치를 이용하는 전체 기어변환 시퀀스를 설명한다. 전자제어유니트(17)의 미리 프로그램된 제어기준과 함께, 엔진 기어박스, 클러치, 스로틀 및 유압의 각종 파라미터를 모니터함으로써, 운전자가 단순히 조향 휘일의 스위치(19A, 19B)를 사용하여 기어 변환을 개시하는 것에 의해 자동으로 기어 변환작동이 실행될 수 있다.
도 8에서, 기어 변환 시퀀스는 운전자가 기어 변환작동을 위해 조향 휘일의 스위치를 조작하는 것에 의해 시작된다. 이것이 전자제어유니트에 의해 첵크되어, 지시가 안전하게 수행될 수 있는지 여부를 판단한다. 그 판단결과가 부정적이면, 경보가 울린다.
또한, 엔진 속도가 입력 속도보다 낮은지와 스로틀 설정을 감소시키도록 스로틀이 작동되었는지를 첵크한다. 그 다음, 클러치가 완전히 눌리고, 스로틀 위치에 대한 첵크가 행해진다. 스로틀 위치가 중간인 때, 스로틀 위치가 아이들(idle) 위치로 감소되고, 설명된 바와 같이, 중립 밸브(100)가 감소된 라인 압력으로 작동된다. 그 다음, 기어가 중립위치에 있어, 좌측 또는 우측 밸브(108 또는 106)가 적절하게 작동되는지를 첵크한다. 그 다음, 이동이 달성되었는지를 첵크한다. 제어유니트는 클러치가 완전히 분리되게 작용한다.
이 시점에서, 스로틀 블립(blip)을 제공하도록 스로틀 설정이 일시적으로 증가될 수 있다. 입력 속도와 출력 속도가 동기(同期)하는지를 첵크한다. 여기서, 기어 결합위치쪽으로의 이동을 개시하도록 후방 밸브(102) 또는 전방 밸브(104)가 소프트 푸시 압력으로 작동된다. 기어 결합위치로의 이동의 종료 무렵에, 보다 높은 기어 결합력을 달성하기 위해 공급밸브(130)가 개방된다.
다음, 기어 액튜에이터(20)의 완전 이동이 달성되었는지를 첵크하고, 또한, 입력 속도와 출력 속도의 비가 허용가능한 범위내에 있는지를 첵크한다. 그 첵크결과가 부정적이면, 액튜에이터를 중립위치쪽으로 이동시키기 위해 적절한 밸브가 작동되고, 적절한 기어를 선택하기 위해 재시도가 행해진다. 모든 것이 규정대로이면, 공급밸브(130)가 폐쇄되고, 클러치 작동이 시작된다.
기어 변환 시퀀스를 계속하여, 클러치 디프레스 밸브(116 또는 117)가 폐쇄되고, 클러치 릴리이스 밸브(118 또는 117)가 개방된다. 맞물림(bite) 위치를 지나는 이동을 달성하도록 클러치 릴리이스 밸브(118)의 작동이 제어되고, 그후, 클러치를 완전히 결합시키도록 그 밸브(118)가 개방된다. 클러치의 작동은, 클러치의 완전 해제(릴리이스)시 플립(flip) 밸브 또는 전자제어장치가 작동되어 플립 기능을 분리시키도록 타이밍이 정해진다. 그 다음, 스로틀이 다시 운전자의 제어하에 있게 되고, 클러치가 완전히 해제된다. 이들 모든 단계의 완료시에만, 기어 변환 사이클이 완료되고, 추가 기어 변환 요청이 취해진다.
여기에 설명된 클러치 작동은, 수동으로 작동되는 기어박스를 포함한 다른 종류의 기어박스에서도 이용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 그러한 구조에서는, 기어박스가, 기어 변환을 개시한 때 클러치 제어장치가 작동되어 클러치 제어유니트의 사전프로그래밍(pre-programmimg)에 따라 자동으로 클러치를 분리 및 재결합시키게 하는 스위치들을 포함한다. 그러한 구조는 또한, 선택된 기어 변환이 안전 파라미터에 부합하는지, 예를 들어, 최고단 기어로부터 최저단 기어로 또는 그 역으로 기어를 이동시키는 선택이 제어장치에 의해 지배될 수 있는지를 모니터하는 센서들을 포함할 수 있다.
여기에 설명된 구조를 사용하여, 운전자는 자동차의 클러치, 스로틀 또는 기어 레버를 사용함이 없이 기어 변환이 행해질 때를 선택하면 된다. 즉, 운전자는 단순히, 고속 기어 변환을 행할지 또는 저속 기어 변환을 행할지를 선택하기만 하면 된다. 기어 변환의 각종 파라미터를 모니터함으로써, 제어유니트는, 기어박스의 싱크로메시 기능을 생략할 수 있는 것과 같을 수 있는 원활한 변환을 실행할 수 있다. 통상의 자동변속기와 비교하여, 이 메카니즘은 비교적 간단하고, 자동변속기의 토오크 컨버터 및 유사한 메카니즘에서 통상 초래되는 손실(loss)을 가지지 않는다.
여기에 설명된 기어 변환장치는 통상의 기어박스, 엔진 출력 제어수단(스로틀과 같은) 및 클러치를 구비한 자동차에 적용될 수 있고, 설명된 바와 같이, 통상의 수동 클러치 제어장치는 생략될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 이 기어 변환장치는 스로틀 설정을 고려하여 엔진 및 주행 속도에 부합하는 적절한 기어를 선택하도록 제어유니트를 프로그래밍함으로써 완전 자동으로 구성될 수 있다. 그래서, 기어 변환이 그러한 프로그래밍에 따라 개시된다.
기어 변환중에 액튜에이터에 의해 가해지는 힘을 제어하기 위한 도시 및 설명된 장치 대신에, 기어 맞물림을 실행하는데 있어 액튜에이터에 가해지는 유체 압력을 제어하는 흐름 제어 솔레노이드가 제공될 수도 있다. 그러한 솔레노이드는, 설명된 것과 동일한 결과, 즉, 저압 기어 맞물림 이동, 또는 맞물림 후의 '소프트 푸시' 및 고압 이동을 일으키도록 작동한다. 또한, '소프트 푸시'로부터 압력이 변하는 위치가, 입력 속도와 출력 속도의 비를 선택된 기계적 비와 비교하는 전자제어유니트(17)의 계산에 의해 결정된다.
상기 설명에서 '스로틀'이라고 불리는 경우, 이 용어는, 엔진으로부터의 출력 토오크 또는 동력을 변화시키는 어떠한 수단도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 내연기관에서, 이것은 엔진에의 연료공급 또는 공기흐름을 제한하는 것일 수 있으나, 토오크를 감소시키기 위해 스파크 타이밍을 지연시키는 것과 같은 다른 제어장치가 사용될 수 있다. 압축점화 엔진에서, 엔진 토오크는, 예를 들어, 연료분사기의 펄스폭을 제어하는 것에 의해 분사 연료를 제어함으로써 제어될 수 있다.
또한, 전자제어유니트(17)는, 예를 들어, 저속 변환(다운시프트)시 회전속도가 과도하게 바뀌거나 또는 고속 변환(업시프트)시 엔진속도가 너무 낮게 되는 것에 의해 엔진이 과대응력을 받지 않도록, 선택된 기어 변환이 허용한계내에 있는지 여부를 계산하도록 프로그램되는 것이 바람직하다.

Claims (12)

  1. 원동기 또는 엔진과, 변속 기어박스와, 원동기로부터 기어박스로 전달되는 구동력이 통과하는 클러치 수단과, 동력으로 작동되고 상기 기어박스에서의 기어비(比)의 변환을 실행하는 기어박스 액튜에이터, 및 선택된 기어비 변환에 따라 상기 액튜에이터의 작동을 제어하는 제어수단으로서, 기어 변환을 실행하기 위해 상기 액튜에이터에 의해 가해지는 힘을 변화시켜, 상기 액튜에이터의 이동기간중 기어 맞물림이 일어나는 이동부분에서의 상기 힘이 상기 액튜에이터의 이동기간의 다른 부분에서의 것보다 작게 되도록 상기 액튜에이터의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변속 기어박스가 싱크로메시를 구비하고 있고, 상기 액튜에이터에 의해 가해지는 상기 힘이, 상기 싱크로메시가 작동하는 기간인 기어 맞물림의 부분에서 감소되는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액튜에이터가 유압으로 작동되고, 상기 제어수단이 상기 액튜에이터에 가해지는 유압에 따라 상기 액튜에이터의 작동을 제어하여, 상기 액튜에이터에 가해져 기어 변환을 행하도록 하는 유압이 기어 맞물림중에 감소되게 하고, 상기 액튜에이터의 위치가 상기 제어수단에 의해 모니터되는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 액튜에이터에의 유압 유체의 공급이 기어 맞물림중에는 중단되는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 액튜에이터에 유압 유체를 공급하는 공급수단이 제어 밸브와, 그 제어 밸브의 하류측에 위치된 유압 어큐뮬레이터 또는 다른 순응수단, 및 상기 제어 밸브의 하류측의 압력 센서를 포함하여, 상기 제어 밸브의 작동에 의한 유압 공급의 중단시, 감소된 유압이 상기 유압 어큐뮬레이터로부터 얻어지고, 상기 제어 밸브가 상기 압력 센서에 의해 감지된 압력과 상기 액튜에이터의 위치를 참조하여 그리고 상기 제어수단에 따라 개폐되는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 액튜에이터에 유압을 가하는 수단이 압력 조정기를 포함하여, 그 압력 조정기의 하류측에서 상기 액튜에이터에 가해지는 유압을 선택적으로 감소시키도록 하는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 클러치 수단이 유압으로 작동되고, 상기 제어수단이 기어 변환 선택중에 상기 클러치 수단의 작동을 실행하고, 상기 클러치 수단이 클러치 분리위치쪽으로 유압에 의해 동력을 받고 결합위치쪽으로 바이어스되며, 결합위치쪽으로의 이동이 압력 방출 밸브를 통하여 상기 제어수단에 의해 제어되는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 클러치 수단을 위한 상기 압력 방출 밸브가, 클러치 맞물림전의 신속 이동과 클러치 맞물림 영역을 지나는 완속 이동의 2단계로 클러치 이동을 실행하도록 상기 제어수단에 의해 제어되는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기어 변환 메카니즘이 상기 원동기를 위한 스로틀 수단을 포함하고, 상기 제어수단이, 선택된 기어 변환에 따라 상기 원동기의 속도를 조화시키기 위해 기어 변환중에 상기 스로틀 수단의 설정을 제어하도록 배치되는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어수단이, 수동으로 작동되는 스로틀 제어장치와 상기 원동기 사이의 링크장치의 설정을 제어하는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제어수단이, 전기적으로 작동되는 원동기 제어장치 파라미터의 설정을 제어하는 자동차 기어 변환 메카니즘.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 기어 변환중에 상기 액튜에이터에 의해 가해지는 힘이, 선택된 기어 변환을 고려하여 제어되는 자동차 기어 변환 메카니즘.
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