KR20070092734A - 차량의 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력의 결정 방법및 장치 - Google Patents

차량의 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력의 결정 방법및 장치 Download PDF

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KR20070092734A
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마쿠스 클럼프
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루크 라멜렌 운트 쿠프룽스바우 베타일리궁스 카게
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Abstract

본 발명은 차량의 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력의 결정 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 현재의 활성 기어 단들, 비활성 축의 현재 삽입된 기어 단들, 목표 기어 단들, 및 차량의 적어도 하나의 작동 파라미터에 의해 전형적인 변속 상황을 규정하는 상황표를 제공하는 단계와, 전형적인 변속 상황에 사전 결정된 동기력이 할당되는 할당표를 제공하는 단계와, 변속 요구를 검출하는 단계와, 각각의 변속 요구에 상응하는 전형적인 변속 상황을 결정하는 단계와, 결정된 전형적인 변속 상황에 상응하는 동기력을 할당표로부터 결정하는 단계를 포함한다.
이중 클러치 변속기, 동기력, 변속 요구, 상황표, 할당표

Description

차량의 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력의 결정 방법 및 장치 {Method and Device for Determining the Synchronous Force when Shifting a Twin Clutch Transmission of a Motor Vehicle}
본 발명은 차량의 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
병렬 기어 박스로도 불리는 이중 클러치 변속기는 양호한 효율로 인해 자동화 구동 트레인을 구비한 차량에 그 사용이 증가되고 있다. 도3에는 이러한 구동 트레인이 개략적으로 도시된다.
엔진(4)은 전체적으로 도면 부호 6으로 표시된 이중 클러치 변속기를 거쳐 카던 축(8)과 연결되며, 상기 카던 축은 도시된 실시예에서 차동 장치(10)를 거쳐 차량의 후륜(12)을 구동시킨다. 자명하게, 구동 트레인은 전륜(前輪) 구동식 또는 4휠 구동식 차량의 구동 트레인일 수 있다.
엔진(4)은 액츄에이터(16)에 의해 작동되는 출력 조절 부재(14)를 포함한다. 액츄에이터(16)는 엔진 제어 장치(20)에 의해 제어되며, 제어 장치의 입력부에는, 예컨대 엔진 크랭크 축의 회전 속도를 검출하기 위한 센서(22), 엔진의 온도를 검출하기 위한 센서(24), 엔진에 공급된 공기의 온도와 처리량을 검출하기 위한 센 서(26) 등과 같은 센서의 출력 신호가 공급된다. 또한, 엔진 제어 장치(20)에는 출력 조절 부재(14)의 상태뿐만 아니라 조절 센서(28)에 의한 가속 페달(30)의 상태가 제공된다.
이중 클러치 변속기(6)는 이중 클러치(32)와, 기어 세트를 포함하는 변속기 유닛(34)으로 구성된다. 이중 클러치 변속기(32)의 두 클러치(36, 38)는 클러치 레버(40, 42)에 의해 작동되며, 이들 레버는 액츄에이터(44, 46)에 의해 작동된다.
도2에 도시되지 않은 변속기 유닛(34)의 변속 부재는 액츄에이터(52, 54)에 의해 작동된다.
이중 클러치 변속기를 제어하기 위해 변속기 제어 장치(56)가 제공되며, 이러한 제어 장치의 출력부는 액츄에이터(44, 46, 52, 54)와 연결되고 입력부는 액츄에이터 또는 각각의 작동 부재의 조절을 검출하기 위한 조절 센서와, 변속기 출력부의 회전 속도를 검출하기 위한 센서(58)와, 변속기 제어 장치(56) 내에 저장된 다양한 프로그램을 활성화시킬 수 있는 변속기 선택 레버(62)를 검출하기 위한 센서(60)와 연결된다.
상이한 방식으로 예컨대 브레이크 페달 작동 센서, 바퀴의 회전 속도 센서 등과 같은 다른 센서들과 연결될 수 있는 두 개의 제어 장치(20, 56)는 버스-라인(64)을 통해 서로 통신한다. 제어 장치의 기능들은 상이한 방식으로 분배될 수 있다.
도3에는 예컨대 DE 35 48 454 A1호로부터 공지된 바와 같은 이중 클러치 변속기의 개략적인 구조가 도시된다.
엔진(4)(도2)의 크랭크 축(66)은 클러치 하우징과 회전 고정식으로 연결되며, 상기 하우징 내에는 두 개의 클러치 디스크(70, 72)가 동축상으로 서로에 대해 회전 가능하게 지지된다. 제1 클러치(36)(도2)에 포함되는 클러치 디스크(70)는 제1 변속기 입력축(74)과 회전 고정식으로 연결되며, 상기 입력축은 중공 축으로 형성된 제2 입력축(76) 내에서 회전 가능하며, 상기 제2 입력축은 다시 제2 클러치 디스크(72)와 회전 고정식으로 연결된다. 클러치 디스크(70)는 클러치 레버(40)(도2)에 의해 작동되는 압착 디스크를 사용하여 클러치 하우징(68)의 단부벽에 압착될 수 있다. 클러치 디스크(72)는 클러치 레버(42)를 사용하여 클러치 하우징(68)의 링 플랜지(78)에 압착될 수 있다.
기어 휘일(G2, G4)은 제2 입력축(76)과 회전 고정식으로 연결된다. 기어 휘일(G1, G5, G3, R)은 제1 입력축(74)과 회전 고정식으로 연결된다.
언급된 고정 기어 휘일들에는 변속기의 언급된 출력축(80)에 배치된 아이들 기어 휘일이 할당되며, 상기 아이들 기어 휘일은 각각 동기 클러치를 포함하는 변속 부재(82, 84, 86)를 통해 출력축(80)과 회전 고정식으로 연결될 수 있어서, 고정 휘일의 도면 부호에 의해 제공된 각각의 기어 단이 변속될 수 있다.
제1 클러치(36)(크랭크 축과 회전 고정식으로 연결된 입력축(74))가 체결된 경우 차량은 기어 1단, 3단, 5단 또는 후진 기어단으로 작동될 수 있고, 제2 클러치가 체결된 경우 기어 2단 또는 4단으로 작동될 수 있다. 차량이 예컨대 기어 3단으로 주행되는 경우, 기어 2단 또는 4단은 이미 기어가 삽입될 수 있어서, 단지 제1 클러치의 개방 및 제2 클러치의 체결에 의해 인장력 없이 기어 3단으로부터 기 어 2단 또는 4단으로 변경될 수 있다.
이로써, 각각의 입력축은 각각에 할당된 클러치 및 기어 세트와 함께 부분 변속기를 형성하며, 주행 시 각각 하나의 부분 변속기가 활성화되고 다른 하나의 부분 변속기는 "준비" 상태에 존재한다.
지금까지 기술된 전체적인 배치는 그 자체로 이미 공지되어 있기 때문에 상세히 설명하지 않는다. 당연히, 도3에 3축 변속기로서 도시된 이중 클러치 변속기는 변속기 내에 상이한 기어 세트가 할당되고 상기 기어 세트가 출력 측에서 출력축과 회전 고정식으로 연결되는 두 개의 출력축을 포함하는 4축 변속기일 수도 있다. 액츄에이터의 수는 각각의 변속기 구조에 따른다. 아이들 기어 휘일은 출력축에 모두 배치될 필요는 없다. 아이들 기어 휘일은 입력축에 배치될 수도 있는데, 이러한 경우 출력축의 상응하는 기어 휘일은 바람직하게 출력축과 회전 고정식으로 연결된다.
예를 들어, 차량이 기어 2단으로 주행하는 경우, 클러치 디스크(72)에 할당된 클러치가 체결되고 기어 휘일(G2)에 할당된 출력축(80)의 기어 휘일이 변속 부재(82)를 통해 출력축(80)과 회전 고정식으로 연결된다. 이러한 상태에서 기어 1단, 3단 또는 심지어 5단 중 하나가 변속 부재(84 내지 86) 중 하나의 상응하는 작동에 의해 기어 단이 삽입될 수 있거나 사전 선택될 수 있으며, 기어 단의 삽입 또는 동기화 도중에 입력축(74)의 회전 속도는 각각의 기어단 변속비에 의해 제공된 변속비에 상응하게 변경된다.
엔진과 연결되지 않은 입력축의 각각의 회전 속도 변경 시에, 해당되는 지지 중량부들은 가속되거나 제동되어야 하며, 이는 차량의 지연 또는 가속에 의해 안락감을 저하시키는 것으로 여겨질 수 있다.
따라서, 한편으로는 바람직한 변속 안락감을 위해 그리고 다른 한편으로는 필요한 경우 충분히 짧은 변속 시간을 위해, 동기력의 고정이 요구되며, 기어 단의 삽입 시에 상기 동기력을 사용하여 각각의 변속 부재가 작동되며, 이러한 경우 목적하는 변속 시간은 변속되는 축의 동기력 및 필요한 회전 속도 변경에 따른다.
본 발명의 목적은 제한된 적용 비용과 산출 비용에서 변속 안락감과 변속 시간의 바람직한 절충을 달성하는 방식으로 동기력이 결정되며, 변속기는 불필요하게 높은 동기력에 의해 불필요하게 높게 요구되지 않으며, 액츄에이터들은 불필요하게 많은 에너지 또는 출력을 수용하지 않는 것을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 다음 단계들을 포함하는 차량의 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력을 결정하기 위한 방법에 의해 달성된다:
현재의 활성 기어 단들, 비활성 축의 현재 삽입된 기어 단들, 목표 기어 단들, 및 차량의 적어도 하나의 작동 파라미터에 의해 전형적인 변속 상황을 규정하는 상황표를 제공하는 단계,
전형적인 변속 상황에 사전 결정된 동기력이 할당되는 할당표를 제공하는 단계,
변속 요구를 검출하는 단계,
각각의 변속 요구에 상응하는 전형적인 변속 상황을 결정하는 단계, 및
결정된 전형적인 변속 상황에 상응하는 동기력을 할당표로부터 결정하는 단계.
놀랍게도, 실제 작동 중에 발생하는 변속은 특정 동기력이 할당될 수 있는 몇몇 전형적인 변속 상황으로 분류되는 것으로 밝혀졌다. 주행 작동 중 차량 및 변속기 상황은, 예컨대 차량 속도, 가속 페달 또는 브레이크 페달의 위치, 현재 차량이 주행하고 있는 기어 단, 후속적인 변속 후의 목표 기어 단 등은 변속기 제어 장치 내에 저장된 프로그램에 상응하게 평가되고 사전 규정된 변속 상황 중 하나에 할당된다. 이러한 방식으로 변속 조정을 위한 적용 비용이 현저하게 감소될 뿐만 아니라, 산출 비용도 감소될 수 있으며, 필요에 따른 동기화 시간을 달성할 수 있다. 급속한 변속을 요하는 중요한 상황에서, 필요한 경우에는 높은 동기력을 사용하여 변속된다. 그러나 다른 기어 단 변속의 경우 변속기의 낮은 부하에서 변속되고 높은 변속 안락감에서 낮은 동기력을 사용하여 변속된다.
바람직하게, 전형적인 변속 상황의 결정 시에 고려되는 적어도 하나의 작동 파라미터는 가속 페달의 위치이다.
대부분, 본 발명에 따라 전형적인 변속 상황으로서 규정되는 경우는 다음의 경우로 충분하다:
"신속한 기어 단 변경",
"코스팅 기어 단 변속",
"정상적인 상향 기어 단 변속" 및
"정상적인 하향 기어 단 변속".
변속 상황 중 "신속한 기어 단 변경"은, 예컨대 변속 요구가 존재하는 경우 목표 기어 단이 아직 삽입되지 않았고 차량이 코스팅 상태에 존재하지 않는 기어 단 변속의 경우로 규정된다.
할당표로부터 판독되는 동기력은 차량의 작동 파라미터에 따라 변경될 수 있다.
차량의 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력을 결정하기 위한 장치는 바람직하게, 차량의 작동 파라미터들의 값을 검출하기 위한 센서들과, 작동 파라미터들의 값에 따라 이중 클러치 변속기의 클러치 액츄에이터 및 변속 액츄에이터를 제어하는 전자 제어 장치를 포함하며, 이때 제어 장치의 메모리 장치 내에는 현재의 활성 기어 단들, 비활성 축의 현재 삽입된 기어 단들, 목표 기어 단들, 및 차량의 적어도 하나의 작동 파라미터에 의해 전형적인 변속 상황을 규정하는 상황표와, 전형적인 변속 상황에 사전 결정된 동기력을 할당하는 할당표가 저장되며, 제어 장치에 의해 변속 액츄에이터가 언급된 방법에 상응하게 제어된다.
본 발명은 개략적으로 도시된 도면을 사용하여 이하에서 예시적으로 더욱 상세하게 설명된다.
도1은 본 발명에 따른 방법의 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도2는 차량의 공지된 구동 트레인을 도시한 도면이다.
도3은 공지된 이중 클러치 변속기의 구조를 도시한 도면이다.
이하에서 도1을 사용하여 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예가 설명되며, 상기 방법은 도2에 따른 차량 구동 트레인에서 수행된다.
변속기 제어 장치(56)는 도1의 단계(90)에서 변속 요구가 전혀 없는 상태, 즉 차량이 변속기 제어 장치(56) 내에 저장된 프로그램에 의해, 그리고 예컨대 가속 페달의 위치, 엔진의 회전 속도 및 카던 축의 회전 속도와 같은 각각의 작동 파라미터에 의해 제공된 기어 단으로 주행하는 상태에 있는 것으로 간주된다. 이러한 경우 상향 기어 단 변속 요구에 상응하는 비트(B_GearUpShift)는 0이다. 마찬가지로 코스팅 기어 단 변속에 상응하는 비트(B_CoastDownShift) 뿐만 아니라 신속한 기어 단 변경에 상응하는 비트(B_FastGearShift)도 0이다.
이제 시스템은, 예컨대 변속기 선택 레버(62)의 직접적인 작동에 의해, 가속 페달(30)의 증가 또는 감소 작동 등에 의해 변속 요구를 검출한 것으로 간주된다. 프로그램은 단계(92)로 진행되며, 이 단계에서 프로그램에 의해 규정되고 새로 변속되어야 하는 목표 기어 단(GbGear.Tgt)이 현재 연결된 기어 단(GbGearAct) 보다 큰지의 여부가 검사된다. 연결된 기어 단은 차량이 그 기어 단의 변속비로 작동되는 것으로, 즉 그 기어 단의 클러치가 연결된 것으로 이해된다. 삽입된 기어 단은 동기화 이후 이미 삽입되었지만 해당 입력 축이 아직 크랭크 축과 연결되지 않은 기어 단으로 이해된다.
단계(92)에서 검사된 조건이 충족되면, 상향 기어 단 변속(단계 94)이 해당되고 상향 기어 단 변속에 상응하는 비트(B_GearUpShift)는 1로 설정된다.
프로그램은 계속해서 단계(96)로 진행되며, 여기서 요구된 목표 기어 단(GbGear.Tgt)이 연결되지 않은 축에 삽입되어 사전 선택된 기어 단(GbGear)과 동일한지의 여부가 검사된다. 또한, 가속 페달의 작동(AccPed)이 강한 가속 요구에 상응하는 임계값(K_FastGearShiftAccPedMin)을 초과하는 지의 여부가 시험된다. 단계(96)의 조건이 충족되면, 변속 상황으로서 "신속한 기어 단 변경"이 필요한 것으로 인식되고 상응하는 비트(B_FastGearShift)는 1로 설정된다. 이러한 변속 상황에는 즉시 급속한 동기화가 이루어지기에 충분히 크며 급속한 기어 단 변경이 가능한 동기력(FSync = FSyncFastGearShift)이 할당된다(단계98).
프로그램 단계(92)에서 목표 기어 단(GbGear.Tgt)이 현재 연결된 기어 단 보다 크지 않다고 결정되면, 이러한 조건은 단계(100)에서 하향 기어 단 변경을 위한 조건으로서 인식된다.
단계(120)에서는 가속 페달의 작동이 임계값(K_CoastDownShiftAccMax) 보다 작은지의 여부가 검사된다. 이러한 가속 페달 작동의 경우, 단계(122)에서 변속 상황 "코스팅 기어 단 변속"이 할당되는 차량의 코스팅 작동 상태로 추정되며, 이러한 경우 상응하는 비트(B_CoastDownShift)는 1로 설정되고 상응하는 변속 부재가 해당 액츄에이터에 의해 작동하게 되는 동기력은 값(FSync = FSyncCoastDownShift)으로 설정되는데, 이는 비교적 작은 값이어서 기어 단의 삽입이 안락감을 저하시키는 것으로 감지되지는 않는다.
단계(120)의 조건이 충족되지 않으면, 프로그램은 다시 단계(96)로 진행된다.
단계(96)에서 규정된 조건이 충족되지 않으면, 단계(124)에서 상향 기어 단 변속 비트(B_GearUpShift)가 1로 설정되는지의 여부가 검사된다(단계94). 1로 설정되는 경우, 이는 단계(126)에서 변속 상황은 "정상적인 상향 기어 단 변속"으로 인식되며, 이러한 변속에는 동기력(FSync = FSyncUpShift)이 정상적이고 안락하고 필수적으로 급속한 상향 기어 단 변속에 상응하는 힘으로써 할당된다. 단계(124)에서 "아니오"로 결정되는 경우, 단계(128)에서 변속 상황은 "정상적인 하향 기어 단 변속"으로 인식되며, 이러한 변속에는 안락하고 변속기에 안전하고 정상적인 하향 기어 단 변속을 유도하는 동기력(FSync = FSyncDownShift)이 할당된다.
전술된 흐름도는 단지 예시적으로 제시된 것이다. 본 발명에 따른 방법은 다른 전형적인 변속 상황을 위해 보충될 수 있다.
변속 상황 "신속한 기어 단 변경" 또는 즉시 필요한 기어 단 변속은 코스팅 기어 단 변속을 예외로 하여 새로운 기어 단이 아직 삽입되지 않은 모든 기어 단 변속을 포함한다. 설명된 바와 같이 상기 상황은 주행 기어 단의 모니터링에 의해 그리고 두 개의 축에 삽입된 기어 단의 모니터링에 의해 인식된다. 또한, 두 개의 클러치 작동의 중첩 상태는 시간에 따른 기어 단 변속에 대한 지시를 제공하며, 이러한 기어 단 변속은 가능한 한 급속하게 수행되어야 한다. 또한, 킥다운 변속기는 이러한 상태의 결정에 참작될 수 있는데, 상기 변속기에 의해 종종 더블 하향 기어 단 변속이 개시되기 때문이다. 새로 요구된 주행 기어 단이 아직 삽입되지 않은 상황이 제공되기 때문에, 즉 기어 단 변속은 급속하지 않지만 높은 동기력으로 수행되어야 하기 때문에, 코스팅 기어 단 변속은 신속한 기어 단 변경보다 높은 우선권을 가지며, 즉 우선적으로 인식된다.
코스팅 기어 단 변속은 일반적으로 가속 페달이 대부분 매우 미미하게 작동하고 경우에 따라 추가로 브레이크가 작동되는 하향 기어 단 변속으로 이해된다. 이러한 변속은 그 변속이 양호하게 매칭되지 않는 경우 안락감을 상당히 저하시키므로 작은 동기력이 적합하다.
정상적인 상향 기어 단 변속은 시간에 따르지 않기 때문에, 동기력은 최대 안락감 및 최소 동기 부하의 범주에 따라 선택될 수 있다.
또한, 정상적인 하향 기어 단 변속도 시간에 따르지 않는다. 그러나, 시간 영역을 보충하기 위해 그리고 동기화를 적게 요구하기 위해, 파라미터로서의 또는 사전 설정된 동기력(FSyncDownShift)(단계 128)에 추가로 통상적인 동기화 전략에 따라 검출되고 회전 속도에 따른 동기력 구성 요소가 합산될 수 있다.
전체적으로 본 발명은, 하향 기어 단 변속 시에 네 개의 전형적인 변속 상황을 위해 그리고 경우에 따라 기어 단 수에 따른 파라미터 수를 갖는 특성 영역에 추가로 회전 속도에 따른 동기력 구성 요소를 위해 각각 하나의 동기력을 사용하는 것으로 충분할 수 있다.
설명된 실시예에서 파라미터는 정상적인 상향 기어 단 변속을 위한 700 N의 동기력, 하향 기어 단 변속을 위한 750 N의 동기력, 즉시 필요한 기어 단 변속을 위한 1500 N의 동기력 및 코스팅 기어 단 변속을 위한 450 N의 동기력이다. 코스팅 기어 단 변속 시 페달 작동은 페달 이동 거리의 1% 미만에 있다. 신속한 기어 단 변경의 개시를 위해 필요한 페달 작동은 예컨대 페달 이동 거리의 40%를 초과하 는 경우이다.
<도면 부호 리스트>
4: 엔진
6: 이중 클러치 변속기
8: 카던 축
10: 차동 장치
12: 후륜
14: 출력 조절 부재
16: 액츄에이터
18: 액츄에이터
20: 엔진 제어 장치
22: 센서
24: 센서
26: 센서
28: 센서
30: 가속 페달
32: 이중 클러치
34: 변속기 유닛
36: 클러치
38: 클러치
40: 클러치 레버
42: 클러치 레버
44: 액츄에이터
46: 액츄에이터
48: 변속 부재
50: 변속 부재
52: 액츄에이터
54: 액츄에이터
56: 변속기 제어 장치
58: 센서
60: 센서
62: 변속기 선택 레버
64: 버스-라인
66: 크랭크 축
68: 클러치 하우징
70: 클러치 디스크
72: 클러치 디스크
74: 입력 축
76: 입력 축
78: 링 플랜지
80: 출력 출
82: 변속 부재
84: 변속 부재
86: 변속 부재

Claims (6)

  1. 차량의 이중 클러치 변속기의 변속 시 동기력을 결정하는 방법이며, 상기 방법은 현재의 활성 기어 단들, 비활성 축의 현재 삽입된 기어 단들, 목표 기어 단들, 및 차량의 적어도 하나의 작동 파라미터에 의해 전형적인 변속 상황을 규정하는 상황표를 제공하는 단계와,
    전형적인 변속 상황에 사전 결정된 동기력이 할당되는 할당표를 제공하는 단계와,
    변속 요구를 검출하는 단계와,
    각각의 변속 요구에 상응하는 전형적인 변속 상황을 결정하는 단계와,
    결정된 전형적인 변속 상황에 상응하는 동기력을 할당표로부터 결정하는 단계를 포함하는 동기력 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 차량의 적어도 하나의 작동 파라미터는 가속 페달의 위치인 동기력 결정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전형적인 변속 상황으로서
    "신속한 기어 단 변경",
    "코스팅 기어 단 변속",
    "정상적인 상향 기어 단 변속" 및
    "정상적인 하향 기어 단 변속"이 규정되는 동기력 결정 방법.
  4. 제1항에 있어서, "신속한 기어 단 변경"은, 변속 요구가 존재하는 경우 목표 기어 단이 아직 삽입되지 않고 차량이 코스팅 상태에 존재하지 않는 기어 단 변속이 규정되는 동기력 결정 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 할당표로부터 판독되는 동기력은 차량의 작동 파라미터에 따라 변경되는 동기력 결정 방법.
  6. 차량의 이중 클러치 변속기(6)의 변속 시 동기력을 결정하기 위한 장치이며, 차량의 작동 파라미터들의 값을 검출하기 위한 센서들(22, 28, 58, 60)과, 작동 파라미터들의 값에 따라 이중 클러치 변속기의 클러치 액츄에이터(44, 46) 및 변속 액츄에이터(52, 54)를 제어하는 전자 제어 장치(56)를 포함하며, 이때 제어 장치의 메모리 장치 내에는 현재의 활성 기어 단들, 비활성 축의 현재 삽입된 기어 단들, 목표 기어 단들, 및 차량의 적어도 하나의 작동 파라미터에 의해 전형적인 변속 상황에 사전 결정된 동기력이 할당되며, 제어 장치에 의해 변속 액츄에이터가 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 상응하게 제어되는 동기력 결정 장치.
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