KR20050050571A - 쉬프트 바이 와이어 자동 변속장치 시스템용 액추에이터 - Google Patents

쉬프트 바이 와이어 자동 변속장치 시스템용 액추에이터 Download PDF

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Abstract

자동 변속장치용 전기 액추에이터는 아답터 및 상기 변속장치 사이의 회전 운동을 전달하기 위한 상기 아답터를 포함한다. 전기 모터는 링기어를 포함하는 기어 세트에 의해 상기 아답터에 작동가능하게 결합된 출력 샤프트를 구비한다. 해제 메카니즘은 록크 부재를 선택적으로 움직이는 솔레노이드를 포함한다. 제 1 위치에서, 상기 록크 부재는 상기 링기어를 록크시키기 위하여 상기 링기어와 맞물림으로 상기 아답터는 상기 출력 샤프트의 회전 운동에 의하여 회전되며 원하는 기어 위치에 대하여 소정 구역으로 회전하게 된다. 제 2 위치에서, 상기 록크 부재는 상기 아답터가 상기 변속장치의 내력에 의하여 회전되고 상기 아답터가 소정 구역내에 있을 때 상기 아답터가 정확한 원하는 기어 위치로 자동적으로 자가 맞춤하도록 상기 링기어의 회전을 허용하기 위하여 상기 링기어와의 맞물림이 해제된다.

Description

쉬프트 바이 와이어 자동 변속장치 시스템용 액추에이터{Actuator For Shift-By-Wire Automatic Transmission System}
본 발명은 일반적으로 자동차용 전자 제어 자동 변속장치 시스템에 관련되며, 좀 더 상세하게는, 그러한 자동 변속장치 시스템용의 개선된 전기 액추에이터에 관련된다.
전자 제어 변속장치 시스템은 일반적으로 "쉬프트 바이 와이어(shift-by-wire)" 변속장치 시스템으로 언급된다. 몇몇 쉬프트 바이 와이어 자동 변속장치 시스템에서는, 입력 샤프트가 변속장치 기어 하우징으로부터 외측으로 돌출하며 상기 변속장치 내의 기어들을 변속시키기 위하여 회전된다. 상기 변속장치 입력 샤프트는 상기 입력 샤프트에 결합된 전기 액추에이터에 의해 회전된다. 상기 전기 액추에이터는 수동 기어 쉬프터(gear shifter) 또는 기어 실렉터(gear selector)로부터의 입력 신호에 대응하여 상기 변속장치 입력 샤프트를 선택적으로 회전시킨다. 상기 기어 실렉터는 전형적으로 레버(lever)이지만 택일적으로 누름 버튼(push buttons) 같은 다른 형태가 될 수 있다.
쉬프트 바이 와이어 변속장치 시스템의 전형적인 전기 액추에이터는 상기 변속장치 입력 샤프트가 원하는 정확한 기어 위치에 있게될 때까지 상기 장치를 전후로 반복하여 회전시키는 전기 모터를 구비한다. 이것은 비교적 느리고 부정확한 변속(shifting)을 일으킨다. 따라서 쉬프트 바이 와이어 자동 변속장치 시스템용 개선된 전기 액추에이터를 필요로 한다.
본 발명은 관련 기술분야에서 상기한 적어도 몇 가지의 문제점을 극복하는 자동 변속장치용 전기 액추에이터를 제공한다. 본 발명에 따르면, 자동 변속장치용의 전기 액추에이터는 아답터와 상기 자동 변속장치 사이의 회전운동을 전달하기 위하여 상기 자동 변속장치와 결합하는 아답터 및 상기 아답터에 작동가능하게 결합된 출력 샤프트를 갖는 전기 모터를 포함한다. 해제 메카니즘은 상기 아답터 및 상기 전기 모터에 작동가능하게 결합되며 제 1위치 및 제 2위치 사이에서 선택적으로 이동가능하다. 상기 제 1위치에서, 상기 아답터는 상기 출력 샤프트의 회전 운동에 의해 회전되어 원하는 기어 위치 주위의 소정 구역으로 회전한다. 상기 제 2위치에서 상기 아답터는 상기 자동 변속장치의 내력(internal forces)에 의하여 상기 출력 샤프트와 연동하여 회전되어 상기 아답터가 소정 구역 내에 있을 때 원하는 기어 위치와 일치하게 된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 자동 변속장치를 구동하기 위한 전기 액추에이터는 아답터와 상기 자동 변속장치 사이의 회전운동을 전달하기 위하여 상기 자동 변속장치와 결합하는 아답터 및 출력 샤프트를 갖는 전기 모터를 조합하여 포함한다. 기어 세트는 상기 출력 샤프트 및 상기 아답터를 작동가능하게 결합한다. 상기 기어 세트는 링기어를 포함한다. 해제 메카니즘은 상기 기어 세트에 작동가능하게 결합되며 제 1 및 제 2위치 사이에서 록크 부재를 선택적으로 이동시키기 위해 상기 록크 부재에 작동가능하게 결합된 솔레노이드를 포함한다. 상기 제 1위치에서, 상기 록크 부재는 회전운동에 대하여 상기 링기어를 록크시키기 위해 상기 링기어와 맞물림으로 상기 아답터는 상기 출력 샤프트의 회전운동에 의하여 회전되며 원하는 기어 위치 주위의 소정 구역으로 회전하게 된다. 상기 제 2위치에서는, 상기 록크 부재는 상기 링기어의 회전운동을 허용하기 위해 상기 링기어와의 맞물림이 해제되어 상기 아답터는 상기 자동 변속장치의 내력에 의하여 상기 출력 샤프트와 연동하여 회전되고, 상기 아답터가 소정 구역내에 있을 때 원하는 기어 위치와 일치하게 된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 쉬프트 바이 와이어 자동 변속장치를 구동하기 위한 방법은 아답터와 상기 자동 변속장치 사이의 회전운동을 전달하기 위하여 상기 자동 변속장치와 결합하는 아답터를 제공하는 단계 및 상기 아답터에 작동가능하게 결합된 출력 샤프트를 갖는 전기 모터를 제공하는 단계를 조합하여 포함한다. 상기 아답터 및 상기 전기 모터에 작동가능하게 결합되는 해제 메카니즘이 설치된다. 상기 해제 메카니즘은 제 1 및 제 2위치 사이에서 선택적으로 이동된다. 상기 제 1위치에서는, 상기 아답터는 원하는 기어 위치 주위의 소정 구역으로 회전하도록 상기 출력 샤프트의 회전운동에 의해 회전된다. 상기 제 2위치에서는, 상기 아답터는 상기 자동 변속장치의 내력에 의해 상기 출력 샤프트와 연동하여 회전되어 상기 아답터가 소정 구역 내에 있을 때 원하는 기어 위치와 일치하도록 한다.
상기 기재 및 하기의 다양한 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 본 발명은 전자 제어 자동 변속장치용 전기 액추에이터 기술분야에 있어 중대한 진보를 제공한다는 것이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 특히 본 발명은 높은 질과, 신뢰성있고, 비교적 신속하고, 정확하며 저렴한 어셈블리를 제공하기 위한 가능성을 갖는다는 점에서 중요하다. 다양한 바람직한 실시예의 부가적인 특징 및 잇점은 하기 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기본 원리를 도시하는 다양한 바람직한 특징을 다소 단순화하여 나타내며 반드시 축척에 맞는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 여기에 개시된 특정 수치, 배향 및 형태를 포함하는 상기 전기 액추에이터의 구체적인 디자인 특징들은 특정 목적의 응용 및 사용 환경에 의하여 결정될 것이다. 예시된 실시예의 몇몇 특징들은 시각화 및 명확한 이해를 돕기 위하여 다른 것들과 관련하여 확대 또는 왜곡되었다. 특히, 예를 들어, 명확성이나 예시를 위해 얇은 것은 두껍게 표현될 수 있다. 다른 지시가 없는 한, 방향과 위치에 관한 모든 언급은 도면에 도시된 상기 액추에이터의 배향에 관련된다. 일반적으로, 위 또는 상향은 도 1의 페이퍼 평면에서 대체로 상향 방향에 관련되며, 아래 또는 하향은 도 1의 페이퍼 평면에서 일반적으로 하향 방향에 관련된다. 또한 일반적으로, 앞 또는 전면은 차량의 앞면을 향한 방향에 관련되며, 뒤 또는 후부는 차량의 뒷면을 향한 방향에 관련된다.
본 기술 분야의 당업자 즉, 당해 기술에 대한 지식이나 경험을 가진 자들에게는 많은 이용 및 디자인 변형이 여기에 개시된 전자 제어 변속장치용 개선된 전기 액추에이터에 대하여 가능하다는 것이 분명할 것이다. 다양한 대안 및 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명은 자동차용 전자 제어 자동 변속장치와 관련하여 본 발명의 일반적인 원리들을 설명할 것이다. 기타 응용을 위해 적합한 다른 실시예들은 본 개시 내용에 의하여 본 기술분야의 당업자에게 명백하게 될 것이다.
도면과 관련하여, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자 제어 자동 변속장치 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 본 발명의 예시된 실시예들은 특히 자동차에 사용되도록 채용되지만, 본 발명은 트럭, 스포츠 유틸리티 차량, 버스, 밴, 레크리에이션 차량, 육상 이동 장치 및 이와 유사한 것, 모래언덕용 차량(dune buggies) 및 이와 유사한 것 등의 오프로드 차량, 공중 수송 차량 및 수상 수송 차량을 포함하는 어떤 차량과도 함께 이용될 수 있다는 것이 인지된다.
상기 자동 변속장치 시스템(10)은 자동 변속장치(12), 상기 변속장치(12)를 구동하는 전기 액추에이터(14), 상기 변속장치(12)를 선택적으로 변속하기 위하여 상기 액추에이터(14)를 제어하기 위한 상기 전기 액추에이터(14)와 소통되는 전자 제어 유닛 또는 모듈(ECM)(16) 및 수동 백업 쉬프터(18)를 포함한다. 상기 변속장치(12)는 복수개의 기어 및 상기 변속장치(12)의 기어들 사이를 변속시키기 위해 상기 변속장치(12)의 멈춤쇠(19)(도 6)를 피봇하거나 회전시키는 입력 샤프트 또는 레버를 구비한다. 상기 멈춤쇠(19)가 일반적으로 상기 변속장치 하우징(20) 내에 위치되어 있는 반면 상기 입력 레버는 일반적으로 상기 변속장치(12)의 하우징(20)으로부터 외측으로 측면 돌출한다. 상기 전기 액추에이터(14)는 상기 변속장치 하우징(20)에 고정되고 상기 변속장치(12) 내에서 원하는 기어들 중 하나를 선택하기 위하여 소망하는 방식으로 상기 멈춤쇠(19)를 회전시키기 위한 상기 변속장치 입력 레버에 작동가능하게 결합된다.
상기 ECM(16)은 바람직하게는 처리 수단 및 기억 수단을 갖는 컴퓨터 유닛 또는 모듈이다. 상기 ECM(16)은 바람직하게는 차량용 중앙처리장치이나 선택적으로 별도의 독립형(stand-alone) 유닛이 될 수 있다. 상기 ECM(16)은 예를들어 전선이나 케이블 같은 적당한 방식으로 상기 전기 액추에이터(14)에 전기적으로 결합된다. 상기 ECM(16)은 또한 예를 들어 전선이나 케이블(24) 같은 적당한 방식으로 배터리(22) 같은 차량의 전원에 전기적으로 결합된다. 상기 ECM(16)은 예를들어 전선이나 케이블(30, 32) 같은 적당한 방식으로 수동 기어 실렉터나 쉬프터(26) 및 브레이크 인터록 스위치(28)에 각각 전기적으로 추가 결합된다. 상기 수동 기어 쉬프터(26)는 상기 변속장치 기어들 중 원하는 기어를 수동으로 입력하기 위하여 조작자에 의하여 사용된다. 조작자는 예를들어, 주차(P), 후진(R), 중립(N), 드라이브(D), 저속 3단(3), 저속 2단(2), 저속 1단(1)(도 6에 가장 잘 도시됨)과 같이 상기 자동 변속장치(12)의 복수개의 변속장치 기어들 중 하나를 지시하는 복수개의 고정 위치 중의 하나로 상기 수동 기어 쉬프터(26)를 위치시킨다. 상기 자동 변속장치는 본 발명의 범위 내에서 다른 수량 및/또는 형태의 기어를 택일적으로 구비한다는 것이 인지된다. 상기 수동 기어 쉬프터(26)는 상기 수동 기어 쉬프터(26)의 현재 위치를 지시하는 전자적 신호를 상기 ECM(16)으로 보내기 위한 적당한 스위치 및/또는 센서가 설치된다. 상기 수동 기어 쉬프터(26)는 예시한 레버 형태일 수 있으며, 또는 택일적으로 누름 버튼 형태 또는 기타 적당한 형태가 될 수 있다는 것이 인지된다. 상기 브레이크 인터록 스위치(28)는 상기 ECM(16)이 상기 변속장치 기어로 하여금 주차 기어 또는 상태로부터 변속되기 전에 조작자가 차량의 브레이크 페달(34)을 내리 누르는 것을 안전하게 하기 위해 상기 ECM(16)에 의해 이용된다. 상기 ECM(16)은 또한 전선(38)과 같은 적당한 방식으로 점화 스위치(36)에 전기적으로 결합된다. 상기 점화 스위치(36)는 상기 ECM(16)이 점화 온 오프 같은 선택된 상태 하에서 특정 변속장치 기어 변화를 방지/허용할 수 있도록 상기 점화 스위치(36)가 결합될 때를 지시하는 제어 신호를 ECM(16)으로 제공한다. 상기 ECM(16)은 상기 수동 기어 쉬프터(26), 상기 인터록 스위치(28) 및 상기 점화 스위치(36)으로부터의 신호를 수신하고 이하에서 좀 더 상세하게 설명될 상기 전기 액추에이터(14)로 신호를 보낸다.
상기 수동 백업 쉬프터(18)는 예를 들어 보덴(Bowden)이나 푸쉬풀 케이블(push-pull cable) 등과 같은 적당한 케이블(42)로 어태치 핀(attach pin)(40)에 작동가능하게 결합된다. 상기 어태치 핀(40)은 바람직하게는 조립을 용이하게 하기 위해 상기 전기 액추에이터(14) 외부에 위치된다. 상기 수동 백업 쉬프터(18)는 조작자가 상기 변속장치(12)를 원하는 기어로, 즉, 하나 이상의 전자 제어 시스템(10)의 구성 요소가 작동하지 않거나 차량 동력 시스템이 작동하지 않아 차량 조작자가 상기 변속장치 기어를 전환할 수 없는 경우에도 예컨대 중립으로 상기 변속장치(12)를 수동 변속할 수 있도록 한다.
도 2 내지 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상기 전기 액추에이터(14)는 상기 변속장치(12)의 하우징(20)에 고정된 외부 액추에이터 하우징(44)을 포함한다. 상기 액추에이터 하우징(44)은 복수개의 나사 파스너(45)에 의해 상기 변속장치 하우징(20)에 고정되나 상기 액추에이터 하우징(44)을 고정하기 위한 기타의 적절한 수단이 택일적으로 이용될 수 있다는 것이 인지된다. 상기 액추에이터 하우징(44)은 상기 전기 액추에이터(14)의 다양한 구성요소들을 둘러싸고 포함하기 위하여 상기 액추에이터 하우징(44)과 협력하는 커버(46)를 구비한다. 상기 액추에이터 하우징(44)은 다른 적당한 형상을 가질 수 있으며 다른 적당한 물질로 형성될 수 있다는 것이 인지된다.
상기 전기 액추에이터(14)는 고속의 DC 전기 모터(48), 속도를 저감시키고 상기 전기 모터(48)의 토크 출력을 증가시키기 위한 기어 세트나 기어 트레인(50), 회전 운동을 전달하기 위해 상기 변속장치 입력 레버 및 상기 변속장치 멈춤쇠(19)와 결합하는 출력 링키지 또는 아답터(52), 상기 전기 액추에이터(14)의 움직임이나 위치를 지시하는 위치 센서(54), 및 상기 아답터(52)를 선택적으로 상기 전기 모터(48)와 연결 및 상기 전기 모터(48)로부터 해제시키기 위한 제 1 및 제 2 위치 사이에서 작동가능한 록크 또는 해제 메카니즘(56)을 포함한다. 상기 전기 모터(48)의 출력 샤프트(58)는 상기 기어 세트에 구동가능하게 결합된다. 상기 출력 샤프트(58)는 웜 기어(62)를 구동하도록 맞물리게 하는 웜(60)이 설치되는데, 상기 웜기어(62)는 링기어(68) 내에 위치된 복수개의 행성 기어(planetary gears)(66)와 차례로 작동하게 맞물리는 동축으로 장착된 태양 기어(sun gear)(64)에 회전 운동을 전달한다. 상기 행성 기어(66)는 상기 링기어(68)가 회전에 대하여 록크되어 있거나 고정되어 있을 때 상기 아답터(52)에 상기 행성 기어로부터의 회전 운동을 전달하기 위하여 상기 아답터(52)에 작동하도록 결합된다. 상기 ECM(16)으로부터의 입력 신호는 상기 기어 세트(50)가 회전하도록 하기 위해 상기 전기 모터(48)에 전류를 공급한다. 상기 기어 세트(50)의 회전은 하래에 좀 더 상세히 기재된 바와 같이 원하는 기어 위치로 상기 변속장치 입력 레버 및 멈춤쇠(19)를 선택적으로 피봇 또는 회전시키기 위해 상기 아답터(52)를 구동시킨다.
상기 위치 스위치 또는 센서(54)는 상기 액추에이터 하우징(44) 내에 위치하며 상기 아답터(52)와 변속장치 입력 레버 및 상기 멈춤쇠(19)의 위치를 결정하기 위한 상기 전기 액추에이터(14)의 움직임이나 위치를 지시하는 신호를 제공하기 위하여 전선(70)과 같은 적당한 방식으로 상기 ECM(16)에 전기적으로 연결된다. 상기 센서(54)는 두개의 자석, 두개의 강철 플레이트 및 회로기판을 포함하는 회전 센서이다. 스위치나 센서의 다른 적당한 형태, 예를 들어, 접촉 센서, 비접촉 센서, 회전 센서, 선형 센서 등이 이용될 수 있다는 것이 인지된다.
상기 해제 또는 록크 메카니즘(56)은 회전에 대하여 상기 기어 세트(50)의 상기 링기어(68)를 선택적으로 록크 및 언록크시키기 위해 채용되며, 따라서 상기 행성 기어(66) 및 상기 아답터(52)가 상기 전기 모터(48)에 의해 구동되도록 하거나 또는 상기 아답터(52)가 상기 전기 모터(48)로부터 해제 또는 비구속되도록 함으로써 상기 아답터(52) 및 상기 변속장치 입력 레버와 상기 멈춤쇠(19)가 아래에 좀더 상세히 설명되는 상기 전기 모터(48)에 대하여 자유롭게 회전하게 된다. 상기 해제 메카니즘(56)은 푸쉬 타입(push-type) 전기 선형 솔레노이드(72) 및 상기 솔레노이드(72)에 작동하도록 결합되고 상기 솔레노이드에 의해 움직이는 록킹 부재나 멈춤쇠(pawl)(74)를 포함한다. 상기 록킹 멈춤쇠(74)는 상기 링기어(68)의 외주부로부터 바깥쪽으로 돌출하는 외부 록킹 톱니(78)와 협력하도록 크기 및 형태가 형성된 일렬의 톱니(76)가 설치된다. 상기 록킹 멈춤쇠(74)는 제 1위치나 록킹 위치 및 제 2위치나 언록킹 위치 사이에서 상기 링기어(68)를 향해 또는 상기 링기어(68)로부터 방사상으로 상기 솔레노이드(72)에 의해 선형으로 움직인다. 상기 록킹 위치에서 상기 록킹 멈춤쇠(74)의 톱니(76)는 상기 링기어(68)가 회전하는 것을 막기 위해 상기 링기어(68)의 상기 록킹 톱니(78)와 맞물린다. 상기 언록킹 위치에서는 상기 록킹 멈춤쇠(74)의 상기 톱니(76)는 상기 링기어(68)의 상기 록킹 톱니(78)로부터 이격되고 맞물림이 해제되어 상기 링기어(68)는 자유롭게 회전하게 된다.
상기 솔레노이드(72)는 예를 들어 전선이나 케이블(42) 같은 것에 의하여 적당한 방식으로 상기 ECM(16)에 전기적으로 연결되며 원하는 위치에서 상기 록킹 멈춤쇠(74)를 위치시키기 위하여 상기 ECM(16)으로부터 제어 신호를 수신한다. 상기 솔레노이드(72)는 푸쉬 타입 솔레노이드이며, 즉, 상기 솔레노이드(72)가 후퇴된 전류 비공급 상태에 있을 때, 상기 록킹 멈춤쇠(74)를 언록킹 위치에 위치시키고, 상기 솔레노이드(72)가 전진된 전류 공급 상태에 있을 때는, 상기 록킹 멈춤쇠(74)를 록킹 위치에 위치시키는 푸쉬 타입 솔레노이드이다. 따라서 전력이 제거되고 상기 솔레노이드(72)에 전류가 공급되지 않게 될 때, 상기 솔레노이드(72)를 상기 후퇴된 위치로 탄력적으로 되돌리기 위해 상기 솔레노이드(72)에 바람직하게는 내부 스프링 부재 등이 설치된다. 부가적 또는 택일적으로 외부 스프링 부재가 상기 록킹 멈춤쇠(74)를 바이어스(bias)하기 위하여 이용될 수 있다는 것이 인지된다. 또한, 상기 해제 메카니즘(56)은 택일적으로 본 발명의 범위 내에서 많은 다른 적당한 형태를 취할 수 있다는 것이 인지된다.
조작 중, 조작자는 상기 변속장치(12)의 기어를 바꾸길 원할 때는 원하는 변속장치 기어, 예를 들어, P, R, N, D, 1, 2, 3과 같은 기어를 지시하는 위치로 상기 수동 기어 쉬프터(26)를 수동으로 움직이거나 피봇한다. 상기 ECM(16)은 조작자에 의하여 선택된 원하는 변속장치 기어를 나타내는 상기 수동 기어 쉬프터(26)로부터의 신호를 수신한다. 상기 ECM(16)은 상기 수동 기어 쉬프터(26)의 현재 위치에 의해 지시된 원하는 변속장치 기어와 상기 전기 액추에이터(14)의 현재 위치에 의해 지시된 현재 변속장치 기어를 비교한다. 상기 원하는 변속장치 기어 및 상기 현재 변속장치 기어가 동일한 것이 아니라면, 상기 ECM(16)은 상기 언록킹 위치로부터 상기 록킹 멈춤쇠(74)가 상기 링기어(68)의 록킹 톱니(78)와 맞물리는 록킹 위치로 상기 록킹 멈춤쇠(74)를 밀거나 전진시키기 위하여 상기 솔레노이드(72)에 동력을 공급한다. 상기 록킹 멈춤쇠(74)가 상기 록킹 위치에 있게 됨으로, 상기 록킹 멈춤쇠(74)는 회전 운동에 대하여 상기 링기어(68)를 록크한다. 회전에 대하여 상기 링기어(68)를 록킹하는 과정은, 예를 들어, 약 30 내지 50 밀리초(milliseconds) 정도의 소정 시간이 걸린다. 이러한 소정 시간 또는 택일적으로 기타 다른 적당한 소정의 시간 후에, 상기 ECM(16)은 원하는 기어 위치를 향해 상기 아답터(52)와 상기 아답터에 작동하도록 결합된 상기 변속장치 입력 레버와 멈춤쇠(19)를 회전시키기 위해 상기 전기 모터(48)에 동력을 공급한다. 상기 전기 모터(48)의 고속의 낮은 토크 회전 출력은 상기 웜(60)으로부터 상기 웜기어(62)로 상기 웜기어(62)로부터 상기 태양 기어(64)로 전달된다. 그리고, 상기 회전 운동은 상기 아답터에 결합된 상기 변속장치 입력 레버를 회전시키기 위해 상기 행성 기어(66) 및 상기 아답터(52)에 전달된다. 결과적으로, 상기 전기 모터(48)의 고속의 낮은 토크 출력은 상기 아답터(52), 상기 변속장치 입력 레버와 상기 멈춤쇠(19)에 대한 저속의 높은 토크 입력으로 변환된다. 상기 록킹 멈춤쇠(74)가 상기 톱니(76, 78) 사이의 불일치로 인해 상기 링기어(68)를 록크하도록 상기 록킹 톱니(78)와 적절하게 맞물리지 못하는 경우, 상기 록킹 멈춤쇠(74)는 상기 링기어(68)가 움직이기 시작하자마자, 즉, 상기 링기어(68)가 상기 톱니(76, 78) 사이의 불일치를 제거할 만큼 충분히 회전하는 즉시 상기 링기어(68)를 록크시킨다.
상기 ECM(16)이 상기 변속장치 입력 레버 및 멈춤쇠(19)가 원하는 기어 위치에 접근하고 있는지와 상기 센서(54)로부터의 신호를 기초로 상기 원하는 기어 위치 주위에 위치된 "자가 조절" 구역(84)(도 6의 빗금친 부분) 내에 있는지를 결정할 때, 상기 ECM(16)은 상기 전기 모터(48) 및 상기 솔레노이드(72)를 동시에 차단시킨다. 상기 자가 조절 구역(84)의 크기는 상기 전기 액추에이터(14)가 아래에 상세히 기재되는 바와 같이 언록크될 때 상기 변속장치(12)는 내력으로 인하여 자가 맞춤하는 정확한 기어 위치로부터 각 방향으로의 거리에 의해 결정된다. 전기 모터(48)로의 동력이 끊겨진 경우, 상기 아답터(52) 및 상기 변속장치 입력 레버와 상기 멈춤쇠(19)로 가해진 회전 토크는 상기 멈춤쇠(19)의 움직임을 정지시키기 위하여 멈춰진다. 상기 솔레노이드 동력이 끊겨짐과 함께, 상기 록킹 멈춤쇠(74)는 그 록킹 위치로부터 언록킹 위치로 자동적으로 재빨리 움직여서 상기 링기어(68)의 회전이 자유롭게 된다. 상기 링기어(68)가 자유롭게 회전하면, 상기 행성 기어(66) 및 상기 아답터(52)와 상기 변속장치 입력 샤프트 및 상기 멈춤쇠(19)는 상기 태양 기어(64), 상기 웜기어(62), 상기 웜(60) 및 상기 모터 출력 샤프트(58)와 연동하여 자유롭게 회전하게 된다.
도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 변속장치 멈춤쇠 스프링(81)은 볼이나 롤러같은 롤링 멈춤쇠 부재(82)를 상기 멈춤쇠(19)의 멈춤쇠 프로파일(86)과 함께 맞물리게 하기 위하여 탄성력 F를 제공한다. 상기 전기 액추에이터(14)가 상기 멈춤쇠(19)를 원하는 기어 위치에 매우 근접하게 위치시킬 때, 즉, "자가 조절" 구역(84)(도 6의 빗금친 부분) 내에 있을 때, 이 힘 F는 상기 멈춤쇠 부재(82)가 상기 멈춤쇠 프로파일(86)의 홈 내의 가장 낮은 위치에 안착될 때까지 상기 멈춤쇠(19)의 회전을 일으키며, 이것은 정확한 원하는 기어 위치가 되며, 상기 해제 매카니즘(56)은 언로크되어 상기 링기어(68), 상기 아답터(52), 상기 변속장치 입력 레버 및 상기 멈춤쇠(19)는 자유롭게 회전하게 된다. 따라서 상기 전기 액추에이터(14)는 상기 변속장치(12)가 정확한 원하는 기어 위치로 자동적으로 자가 맞춤하도록 한다. 이러한 자가 맞춤으로 인하여, 상기 ECM(16)은 상기 멈춤쇠(19)가 과진행 또는 부족진행의 경우와 같이 정확히 원하는 기어 위치에 있지 않더라도 상기 멈춤쇠(19)를 전후로 움직여서 멈춤쇠(19)의 위치를 미세하게 조절할 필요가 없다. 전력 공급 단절이나 배터리의 수명이 다한 경우, 상기 전기 모터(48)는 자기적으로 록크되어 있으며, 상기 웜(60) 및 상기 웜기어는 자가 록킹(self-locking) 특성을 가지도록 되어 있기 때문에 상기 태양 기어(64)는 바람직하게는 회전에 대하여 록크된다. 그러나 상기 링기어(68)는 언록크되어 회전에 자유롭기 때문에, 상기 백업 쉬프터(18)는 상기 어태치 핀(40), 상기 어답터(52) 및 상기 변속장치 멈춤쇠를 원하는 기어 위치로 수동으로 이동시키기 위하여 수동으로 움직여질 수 있다.
도 7은 본 발명의 택일적인 실시예에 따른 전기 액추에이터(90)를 나타내는데, 공통적인 구조를 지칭하기 위해 공통적인 도면 부호가 사용된다. 상기 전기 액추에이터(90)는 푸쉬 타입 전기 솔레노이드(72)이기 보다는 풀타입(pull-type) 전기 솔레노이드(92)가 사용된다는 것을 제외하고는 제 1 실시예의 상기 전기 액추에이터(14)와 실질적으로 동일한 것이다. 상기 전기 액추에이터(90)는 상기 해제 메카니즘(56)과 같은 다양한 구성요소들이 본 발명의 범위 안에서 많은 형태를 취할 수 있다는 것을 보여준다.
제 2 실시예의 상기 해제 메카니즘(56)은 풀타입 전기 선형 솔레노이드(92) 및 상기 솔레노이드(92)에 작동하도록 결합되고 상기 솔레노이드(92)에 의해 움직이는 록킹 부재나 멈춤쇠(94)를 포함한다. 상기 록킹 멈춤쇠(94)는 상기 링기어(68)의 외주부로부터 바깥쪽으로 돌출하는 외부 록킹 톱니(78)와 함께 협력하도록 크기 및 형태지워진 일렬의 톱니(76)가 설치된다. 상기 록킹 멈춤쇠(94)는 언록킹 위치 및 록킹 위치 사이에서 상기 링기어(68)를 향해 및 상기 링기어로부터 멀어져 상기 솔레노이드(92)에 의하여 피봇(96)에 대하여 피봇된다. 언록킹 위치에서, 상기 톱니(76)는 상기 링 기어(68)의 상기 록킹 톱니(78)로부터 이격되고 맞물림이 해제되어 상기 링기어(68)는 회전하기 자유롭게 된다. 록킹 위치에서, 상기 톱니(76)는 상기 링기어(68)가 회전하는 것을 막기 위하여 상기 링기어(68)의 상기 록킹 톱니(78)와 맞물린다.
상기 솔레노이드(92)는 전선이나 케이블(42) 같은 적당한 방식으로 상기 ECM(16)에 전기적으로 결합되며 상기 록킹 멈춤쇠(94)를 원하는 위치로 위치시키기 위하여 상기 ECM(16)으로부터 제어 신호를 수신한다. 상기 솔레노이드(92)는 풀타입 솔레노이드, 즉, 상기 솔레노이드(92)가 전진된 전류 비공급 상태에 있을 때 상기 록킹 위치로 상기 록킹 멈춤쇠(94)를 위치시키며, 상기 솔레노이드(92)가 후퇴된 전류 공급 상태에 있을 때는 상기 언록킹 위치로 상기 록킹 멈춤쇠(94)를 위치시킨다. 따라서, 상기 솔레노이드(92)는 바람직하게는 동력이 제거되고 상기 솔레노이드(92)에 전류가 공급되지 않게 될 때 상기 솔레노이드(92)를 전진된 록킹 위치로 탄성적으로 되돌리기 위하여 내부 스프링 부재 등이 설치된다. 외부 스프링 부재는 상기 록킹 멈춤쇠(94)를 바이어스(bias)하기 위해 부가적 또는 택일적으로 이용될 수 있다는 것이 인지된다. 또한, 상기 해제 메카니즘(56)은 본 발명의 범위 안에서 많은 다른 적당한 형태를 택일적으로 취할 수 있다는 것이 인지된다.
상기 제 2 실시예에 따른 상기 전기 액추에이터(90)의 작용은 상기 솔레노이드가 상기 링기어(68)를 언록크시키기 위해서는 동력이 공급되지 않기보다는 상기 링기어(68)를 언록크시키기 위하여 동력이 공급되어야 한다는 점을 제외하고는 상기 제 1 실시예와 실질적으로 동일하다. 상기 ECM(16)이 상기 변속장치 입력 레버 및 멈춤쇠(19)가 원하는 기어 위치에 접근하고 상기 센서(54)로부터의 신호에 기초하여 소정의 "자가 조절" 구역(84) 내에 있는지를 결정할 때, 상기 ECM(16)은 동시에 상기 전기 모터(48)를 차단하고 상기 솔레노이드(72)를 턴온시킨다. 상기 전기 모터(48)로의 동력이 턴오프됨과 함께, 상기 아답터(52)에 가해진 회전 토크 및 상기 변속장치 입력 레버나 상기 멈춤쇠(19)는 상기 멈춤쇠(19)의 운동을 정지시키기 위하여 멈춰진다. 상기 솔레노이드 동력이 온으로 됨으로, 상기 록킹 멈춤쇠(74)는 그 록킹 위치에서 언록킹 위치로 이동되어 상기 링기어(68)는 자유롭게 회전하게 된다. 상기 링기어(68)의 회전이 자유롭게 됨으로, 상기 행성 기어(66) 및 상기 아답터(52), 상기 변속장치 입력 샤프트 및 상기 멈춤쇠(19)는 상기 태양 기어(64), 상기 웜기어(62), 상기 웜(60) 및 상기 모터 출력 샤프트(58)와 연동하여 회전하기에 자유롭게 된다. 이것은 상기 변속장치(12)가 상기 멈춤쇠 부재(82)를 정확한 원하는 기어 위치로 자가 맞춤하도록 한다. 상기 솔레노이드(92)는 예를 들어, 약 100 밀리초 또는 주행자가 다시 상기 수동 기어 쉬프터(26)를 움직일 때까지 소정 시간 동안만 동력이 공급되어, 상기 링기어(68)는 상기 변속장치가 자가 맞춤하자 즉시 다시 록크된다. 상기 솔레노이드(92)는 택일적으로 기타 다른 적당한 시간 동안 동력이 공급될 수 있다.
도 8에 가장 잘 나타난 바와 같이, 본 발명의 상기 제 1 실시예에 따른 상기 전기 액추에이터(14)는 상기 솔레노이드(72)가 상기 링기어(68)를 언록크시키기 위하여 디폴트(default)되도록 하기 위하여 상기 멈춤쇠(19)가 원하는 기어 위치의 상기 "자가 조절" 구역(84)으로 진입하고 상기 솔레노이드(72)로의 동력은 차단되어 있는 위치에 상기 아답터(52)가 존재하는지를 상기 센서(54)가 감지할 때를 제외하고 상기 링기어(68)를 록크시키기 위해 움직이는 모든 시간 동안 상기 솔레노이드(72)를 동력 공급 상태로 유지한다(이하 "정상 로직"이라 함). 대조적으로, 본 발명의 상기 제 2 실시예에 따른 상기 전기 액추에이터(90)는 상기 솔레노이드(72)가 상기 링기어(68)를 언록크하도록 하기 위하여 상기 멈춤쇠(19)가 원하는 기어 위치의 상기 "자가 조절" 구역(84)으로 진입하고 상기 솔레노이드(72)로의 동력은 턴온되어 있는 위치에 상기 아답터(52)가 존재하는지를 상기 센서(54)가 감지할 때를 제외하고 움직이는 동안 상기 솔레노이드(92)는 상기 링기어(68)를 록크시키기 위하여 디폴트(default)되도록 하기 위하여, 상기 솔레노이드를 동력 비공급 상태로 유지한다(이하 "역 로직"이라 함). 상기 "역 로직" 시스템은 상기 솔레노이드(92)가 상기 록킹 위치로 디폴트(default)이기 때문에 결함이 있거나 상기 솔레노이드(92)로의 동력 손실이 있다 하더라도 언제라도 기어 변속을 할 수 있다는 것이 인지된다. 그러나, 이러한 경우에 있어서, 자가 맞춤 특성의 손실이 있을 것이다. 상기 "역 로직" 시스템은 상기 스프링 부재가 일정 토크 조건에서 상기 링기어(68)를 록크시킬 만큼 충분히 강력해야만 하고 상기 솔레노이드(92)는 상기 록킹 멈춤쇠(94)를 언록킹 위치로 끌어당기려는 스프링 힘을 극복할 수 있을 만큼 충분히 강해야만 하기 때문에 더 강력한 솔레노이드(92)를 요한다는 것이 또한 인지된다.
상기 전기 액추에이터(14, 90)는 상기 링기어(68)를 록크 및 언로크하기 위하여 상기 솔레노이드(72, 92)의 동력 공급 및 비공급을 정확히 타이밍함으로써 상기 변속장치(12)의 상기 멈춤쇠 스프링(81)의 조력으로 상기 변속장치(12)로 하여금 자동적으로 자가 맞춤하도록 한다는 것이 본 발명의 상기한 상세한 설명으로부터 이해되어야 한다. 상기 전기 모터(48)는 상기 멈춤쇠(19)를 정확한 원하는 기어 위치로 위치시키기 위하여 상기 변속장치 입력 레버 및 멈춤쇠(19)를 앞뒤로 움직이는 상기 모터(48)에 의해, 상기 변속장치 입력 레버 및 멈춤쇠(19)의 위치를 미세하게 조절할 필요가 없다. 따라서, 상기 전기 액추에이터(14, 90)는 상기 변속장치(12)가 종래의 전기 액추에이터보다 더 빠르고 더 정확하게 변속되도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 액추에이터를 구비하는 전자 제어 자동 변속장치 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 상기 변속장치 시스템의 변속장치 및 전기 액추에이터의 사시도이다.
도 3은 도 1 및 2의 상기 전기 액추에이터의 확대 사시도이다.
도 4는 도 1 내지 3의 상기 전기 액추에이터의 사시도이나 명확성을 위해 일부 생략된 하우징을 갖고 있다.
도 5는 도 1 내지 4의 전기 액추에이터의 사시도이나 도 4와 비교하여 역 앵글로 명확성을 위해 일부 생략된 상기 하우징을 갖고 있다.
도 6은 파킹 기어 위치에서 멈춤쇠 롤러(detent roller)를 정확하게 위치시키기 위해 파킹 기어 위치의 "자가 맞춤 구역(self-alingment zone)" 내에서 상기 전기 액추에이터에 의해 회전된 도 1 및 2의 변속장치의 멈춤쇠를 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 4에 유사한 사시도이나 본 발명의 선택적인 바람직한 실시예에 따른 전기 액추에이터를 나타내며 명확성을 위해 일부 생략된 하우징을 갖고 있다.
도 8은 도 4 및 7의 상기 전기 액추에이터용 멈춤쇠 위치와 관련한 록킹 장치의 솔레노이드 파워를 비교하는 그래프이다.

Claims (20)

  1. 아답터 및 자동 변속장치 사이의 회전 운동을 전달하기 위해 상기 자동 변속장치와 결합하는 아답터;
    상기 아답터에 작동가능하게 결합된 출력 샤프트를 갖는 전기 모터; 및
    상기 아답터 및 전기 모터에 작동가능하게 결합되고, 상기 아답터는 상기 출력 샤프트의 회전 운동에 의하여 회전되어 원하는 기어 위치 주위의 소정 구역으로 회전하게 되는 제 1위치 및 상기 아답터는 상기 자동 변속장치의 내력에 의하여 상기 출력 샤프트와 연동하여 회전되어 상기 아답터가 소정 구역 내에 있을 때 원하는 기어 위치에 일치되는 제 2위치 사이에서 선택적으로 이동가능한 해제 메카니즘을 조합하여 구성되는 자동 변속장치용 전기 액추에이터.
  2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 아답터 및 상기 출력 샤프트는 기어 세트에 의하여 작동가능하게 결합되어 있는, 전기 액추에이터.
  3. 청구항 제2항에 있어서, 상기 기어 세트는 속도를 감소시키고 상기 전기 모터의 상기 출력샤프트에 의하여 공급된 토크를 증가시키는, 전기 액추에이터.
  4. 청구항 제2항에 있어서, 상기 기어 세트는 링기어를 포함하며, 상기 해제 메카니즘은 이동가능한 록크 부재를 포함하고, 상기 해제 메카니즘이 상기 제 1위치에 있을 때는 상기 록크 부재는 회전 운동에 대하여 상기 링기어를 록크시키기 위하여 상기 링기어와 맞물리며, 상기 해제 메카니즘이 상기 제 2위치에 있을 때는 상기 록크 부재는 상기 링기어의 회전 운동을 허용하기 위해 상기 링기어와의 맞물림이 해제되는, 전기 액추에이터.
  5. 청구항 제4항에 있어서, 상기 록크 부재는 선형으로 이동하여 상기 링기어와의 맞물림이 해제되는, 전기 액추에이터.
  6. 청구항 제4항에 있어서, 상기 록크 부재는 피봇되어 상기 링기어와의 맞물림이 해제되는, 전기 액추에이터.
  7. 청구항 제4항에 있어서, 상기 해제 메카니즘은 상기 록크 부재를 선택적으로 이동시켜 상기 링기어와의 맞물림이 해제되도록 하기 위해 상기 록크 부재에 작동가능하게 결합된 전기 솔레노이드를 포함하는, 전기 액추에이터.
  8. 청구항 제7항에 있어서, 상기 솔레노이드는 전류가 공급될 때 전진하는 푸쉬타입 솔레노이드이며 상기 해제 메카니즘이 상기 제 1위치에 있을 때 상기 록크 부재는 회전 운동에 대하여 상기 링기어를 록크시키기 위해 상기 링기어와 맞물리도록 전류가 공급될 때 상기 솔레노이드가 전진하는, 전기 액추에이터.
  9. 청구항 제7항에 있어서, 상기 솔레노이드는 전류가 공급될 때 후퇴하는 풀타입 솔레노이드이며, 상기 해제 메카니즘이 상기 제 2위치에 있을 때 상기 록크 부재는 상기 링기어의 회전 운동을 허용하기 위해 상기 링기어와의 맞물림이 해제되도록 전류가 공급될 때 상기 솔레노이드는 후퇴하는, 전기 액추에이터.
  10. 청구항 제2항에 있어서, 상기 기어 세트는 함께 회전되는 상기 출력 샤프트에 고정된 웜, 상기 웜에 의해 회전가능하게 구동되는 웜기어, 함께 회전되는 상기 웜기어에 동축으로 고정된 태양 기어 및 상기 태양 기어가 작동하도록 맞물리고 상기 링기어와 함께 위치된 복수개의 행성 기어를 포함하며, 상기 아답터는 회전 운동을 전달하기 위하여 상기 복수개의 행성 기어에 작동가능하게 고정되는, 전기 액추에이터.
  11. 청구항 제1항에 있어서, 상기 아답터의 위치를 지시하는 신호를 제공하는 센서를 더욱 포함하는, 전기 액추에이터.
  12. 아답터 및 자동 변속장치 사이의 회전 운동을 전달하기 위해 상기 자동 변속장치에 결합되는 아답터;
    출력 샤프트를 갖는 전기 모터;
    상기 출력 샤프트 및 상기 아답터를 작동가능하게 결합하며 링기어를 포함하는 기어 세트; 및
    상기 기어 세트에 작동가능하게 결합되며, 상기 록크 부재는 회전 운동에 대하여 상기 링기어를 록크시키기 위해 상기 링기어와 맞물리게 됨으로 상기 아답터는 상기 출력 샤프트의 회전 운동에 의하여 회전되어 원하는 기어 위치 주위의 소정 구역으로 회전하는 제 1위치 및 상기 록크 부재는 상기 링기어의 회전 운동을 허용하기 위하여 상기 링기어와의 맞물림이 해제됨으로 상기 아답터는 상기 자동 변속장치의 내력에 의하여 상기 출력 샤프트와 연동하여 회전되어 상기 소정구역 내에 있을 때 원하는 기어 위치에 일치되는 제 2위치 사이에서 록크 부재를 선택적으로 이동시키기 위하여 상기 록크 부재에 작동가능하게 결합된 솔레노이드를 포함하는 해제 메카니즘을 조합하여 구성되는 자동 변속장치를 구동하기 위한 전기 액추에이터.
  13. 청구항 제12항에 있어서, 상기 기어 세트는 속도를 저감시키며 상기 전기 모터의 상기 출력 샤프트에 의하여 공급된 토크를 증가시키는, 전기 액추에이터.
  14. 청구항 제12항에 있어서, 상기 록크 부재는 선형으로 이동하여 상기 링기어와 맞물림이 해제되는, 전기 액추에이터.
  15. 청구항 제12항에 있어서, 상기 록크 부재는 피봇되어 상기 링기어와의 맞물림이 해제되는, 전기 액추에이터.
  16. 청구항 제12항에 있어서, 상기 솔레노이드는 전류가 공급될 때 전진하는 푸쉬타입 솔레노이드이며 상기 해제 메카니즘이 상기 제 1위치에 있을 때 상기 록크 부재는 회전 운동에 대하여 상기 링기어를 록크시키기 위해 상기 링기어와 맞물리도록 전류가 공급될 때 상기 솔레노이드가 전진하는, 전기 액추에이터.
  17. 청구항 제12항에 있어서, 상기 솔레노이드는 전류가 공급될 때 후퇴하는 풀타입 솔레노이드이며, 상기 해제 메카니즘이 상기 제 2위치에 있을 때 상기 록크 부재는 상기 링기어의 회전 운동을 허용하기 위해 상기 링기어와의 맞물림이 해제되도록 전류가 공급될 때 상기 솔레노이드는 후퇴하는, 전기 액추에이터.
  18. 청구항 제12항에 있어서, 상기 기어 세트는 함께 회전되는 상기 출력 샤프트에 고정된 웜, 상기 웜에 의해 회전가능하게 구동되는 웜기어, 함께 회전되는 상기 웜기어에 동축으로 고정된 태양 기어 및 상기 태양 기어가 작동하도록 맞물리고 상기 링기어와 함께 위치된 복수개의 행성 기어를 포함하며, 상기 아답터는 회전 운동을 전달하기 위하여 상기 복수개의 행성 기어에 작동가능하게 고정되는, 전기 액추에이터.
  19. 청구항 제12항에 있어서, 상기 아답터의 위치를 지시하는 신호를 제공하는 센서를 더욱 포함하는, 전기 액추에이터.
  20. 아답터 및 자동 변속장치 사이의 회전 운동을 전달하기 위해 상기 자동 변속장치에 결합하는 아답터를 제공하는 단계;
    상기 아답터에 작동가능하게 결합된 출력 샤프트를 구비하는 전기 모터를 제공하는 단계;
    상기 아답터 및 상기 전기 모터에 작동가능하게 결합된 해제 메카니즘을 제공하는 단계; 및
    상기 아답터는 상기 출력 샤프트의 회전 운동에 의하여 회전되어 원하는 기어 위치 주위의 소정 구역으로 회전하는 제 1위치 및 상기 아답터는 상기 자동 변속장치의 내력에 의하여 상기 출력 샤프트와 연동하여 회전되어 상기 소정구역 내에 있을 때 원하는 기어 위치에 일치되는 제 2위치 사이에서 해제 메카니즘을 선택적으로 이동시키는 단계를 조합하여 구성되는 쉬프트 바이 와이어 자동 변속장치를 구동시키기 위한 방법.
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