KR20090064590A - 연속 가변 트랜스미션 - Google Patents

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KR20090064590A
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크리스토퍼 존 그린우드
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토로트랙 (디벨로프먼트) 리미티드
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Abstract

본 발명은 연속 가변형 차량 트랜스미션의 제어에 관한 것이다. 클러치(62, 68)와 같은 론칭 장치를 경유하여, 트랜스미션 비율로 연속적인 변속을 제공하기 위해서, 해당 트랜스미션은 로터리 트랜스미션 입력부(32)와 로터리 트랜스미션 출력부(46) 사이에 커플링되는 배리에이터(10)를 구비한다. 배리에이터 및 론칭 장치는 입력 신호에 의해서 규정되는 목표 토크를 제공하도록 구성되고 정렬된다. 본 발명에 따라, 론칭 장치의 토크 용량 및 배리에이터 토크 모두를 제어하기 위해서 동일한 제어 신호가 사용된다. 그러한 구성에서, 관련 제어 신호, 바람직하게 유압 신호를 점진적으로 상승시킴으로써, 차량 론칭(즉, 정지상태로부터의 이동)이 직선적인 방식으로 제어될 수 있다. 트랙션 로드를 배리에이터의 레이스(20, 22)로 인가하기 위한 것 그리고 론칭 장치(62, 68)의 토크를 배리에이터(10)의 토크 보다 높게 셋팅하기 위한 방법이 추가적인 종속항들에 포함된다.

Description

연속 가변 트랜스미션{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}
본 발명은 연속 가변 트랜스미션에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양(aspect)는 트랜스미션 내의 배리어이터(variator)의 그리고 론칭 장치(launch device)의 제어에 관한 것이다.
연속 가변 트랜스미션에는, 트랜스미션 비율의 무단(stepless) 변속을 제공하는 장치가 존재한다. 그러한 장치를 이하에서 "배리에이터"라 한다.
차량 트랜스미션에서, "론칭"을 위한, 즉 정지된 시작지점으로부터 차량을 가속하기 위한 장치(provision)가 반드시 제공되어야 한다. 이와 관련하여, 일부 트랜스미션은 클러치와 같은 "론칭 장치"의 사용에 의존한다. 이는, 차량이 정지 상태에 있는 동안 차량의 피동 휘일을 엔진으로부터 분리(de-couple)하는 역할을 한다. 정지된 시작지점으로부터 차량을 이동시키기 위해서, 트랜스미션이 낮은 기어(low gear)에 위치되고, 엔진은 적절한 토크를 생성하도록 셋팅되며, 론칭 장치가 점진적으로 결합되어, 차량의 피동 휘일의 속도를 높인다. 그러나, 이러한 프로세스의 조작은 다소 복잡하다.
연속 가변 트랜스미션 분야에서 잘 알려진 대안적인 해결방법은 배리에이터의 출력을 유성 혼합 기어(epicyclic mixing gear)로 인가하는 것으로서, 이는 "기 어 중립(geared neutral)"으로 지칭되는 상태를 달성할 수 있게 하며, 그와 같은 기어 중립 상태에서는 트랜스미션 출력을 트랜스미션 입력으로부터 물리적으로 분리하지 않고도 트랜스미션이 무한 속도 감속을 효과적으로 제공할 수 있다. 이러한 타입의 트랜스미션에서, 상기와 같은 론칭 장치는 필요치 않다. 배리에이터 비율을 "기어 중립" 값으로부터 이동시킴으로써 론칭이 간단하게 달성된다. 그러나, 필수적으로, 그러한 트랜스미션은 기어링(gearing)과 관련하여 다소 구조적으로 복잡하게 되며, 제어와 관련하여 일부 문제점들을 가지게 된다.
"비율 제어되는" 배리에이터들과 "토크 제어되는" 배리에이터들을 구분하는 것이 유용할 것이다. 비율 제어되는 배리에이터는 셋팅 값에 도달하기 위해서 자체 비율을 조정하기 위한 일부 물리적 메카니즘(mechanism)을 가진다. 예를 들어, "하프-토로이달(half-toroidal; 절반-환상체)" 롤링-트랙션(rolling-traction) 타입의 공지된 배리에이터는 위치가 배리에이터 비율에 상응하고 배리에이터 롤러에 작동적으로 결합되는(operatively coupled) 일 부분(예를 들어, 밸브 스풀)과 배리에이터 비율을 셋팅하기 위해서 이동되는 다른 부분(예를 들어, 밸브 포트를 형성하는 가동형(movable) 슬리브)을 가지는 밸브를 통상적으로 이용한다. 밸브 상태는 이들 두 부분의 상대적인 위치에 의존하며, 그러한 밸브는 배리에이터 롤러에 작용하는 피스톤/실린더 장치에 인가되는 압력을 제어한다. 결과적으로, 밸브가 배리에이터 비율을 목표 값(desired value)에 대해 계속적으로 비교하고 그 목표 값에 도달하도록 배리에이터 비율을 조정하는, 하이드로-미캐니칼 피드백 루프(a hydro-mechanical feedback loop)가 달성된다. 관련된 전자장치가 목표 배리에이 터 비율을 선택하고 그 비율을 나타내는 신호를 트랜스미션으로 전송한다.
토크-제어형 배리에이터에는, 배리에이터 비율을 목표 값에 맞게 조정하기 위한 상기와 같은 물리적 장치가 존재하지 않는다. 그 대신에, 생성되어야 하는 토크를 나타내는 제어 신호를 배리에이터가 수신한다. PCT/GB2005/03098(WO 2006/027540, Torotrak Development Limited)에 기재된 바와 같은 공지된 풀(full)-토로이달 타입 배리에이터의 경우에, 이러한 신호가 유압 형태를 취한다. 그에 응답하여, 배리에이터가 입력부/출력부에서 목표 토크를 생성한다. 관련된 관성에 대한 이러한 토크의 인가로부터 초래되는 속도 변화를 수용하기 위해서, 배리에이터의 실제 드라이브(drive) 비율이 자동적으로 변화될 수 있다. 그에 따라, 트랜스미션의 엔진/입력 측에서, 배리에이터에 의해서 생성되는 토크와 엔진 출력 토크를 더하여 관련된 부분들과 엔진의 회전 관성에 작용하는 순수 토크를 결정하고, 그리고 엔진 가속을 결정한다. 트랜스미션의 휘일/출력 측에서, 배리에이터에 의해서 생성된 토크를 제동(브레이킹), 도로 구배 등으로 인해서 외부로부터 인가되는 토크와 더해서 차량 자체의 가속에 이용될 수 있는 순수 토크를 결정한다. 결입력 및 출력 모두에서의 과적인 속도 변화는 배리에이터 비율의 변화를 포함하고, 배리에이터는 자동적으로 이들을 수용한다.
공지된 토크 제어형 타입의 풀-토로이달 롤링-트랙션 배리에이터에서, 배리에이터는 제어 신호에 상응하는 "반응 토크"를 생성하는 역할을 한다. 반응 토크는 배리에이터의 입력 및 출력에서의 토크의 합이다. 마찬가지로, 스피닝(spinning) 방지를 위해서, 그것은 배리에이터의 마운팅(mountings)에 반응하여 야 하는 토크가 되도록 규정될 수 있을 것이다.
통상적으로, 배리에이터는 드라이브 전달을 위한 회전 부분들 사이의 트랙션에 의존한다. 예를 들어, 토로이달-레이스(race) 롤링-트랙션 배리에이터의 경우에, 롤러들은 토로이달리-리세스드 배리에이터 레이스(toroidally-recessed variator races)와 마찰 결합되고 이러한 마찰 결합을 통해서 배리에이터로부터 출력으로 드라이브가 가변 비율로 전달된다. 롤러와 레이스 사이의 트랙션을 제공하기 위해서는, 그들이 서로를 향해서 편향되어야 한다. 배리에이터에서 트랙션을 생성하기 위해서 이용되는 편향력을 "트랙션 로드"라 한다. 원칙적으로, 일정한(fixed) 트랙션 로드가 이용될 수 있다. 그러나, 이것은 모든 조건하에서 롤러와 레이스 사이의 과다한 슬립을 피하기 위한 충분한 높은 레벨로 셋팅될 필요가 있다. 선택된 트랙션 로드 값은 결과적으로 대부분의 경우에 과다하게 될 것이며, 결국 낮은 에너지 효율과 롤링 부분들의 조기 마모를 초래할 것이다. 인가된 토크에 따라 트랙션 로드를 변화시키는 것이 일반적이다. 보다 구체적으로, 토크 제어형 배리에이터에서, 트랙션 로드가 반응 토크에 비례하여 변화되는 것이 통상적이다. 이는, 일정한 트랙션 계수(coefficient)를 제공한다는 이점을 가진다. 트랙션 로드에 대한 조정은 종종 매우 신속하게 이루어져야 하는데, 이는 비상 제동과 같은 갑작스런 "전이(transient)" 이벤트(events)에서 슬립을 방지하기 위해서이다. 이는, 현존하는 일부 시스템에서, 트랙션 로드를 인가하기 위해서 유압을 이용함으로써 이루어진다. 구체적으로, 배리에이터 롤러에 커플링된 제어 피스톤으로 공급된 유압이 또한 트랙션 로드를 생성하기 위해서 이용되는 유압 액츄에이터 로 유도(lead to)되며, 그에 따라 트랙션 로드 및 배리에이터 롤러로 인가된 힘이 그에 따라(in sympathy) 변화된다.
이러한 타입의 유압 시스템에서, 배리에이터 롤러의 이동을 제한하기 위해서, 그리고 레이스를 벗어나서 드라이빙되는 것을 방지하기 위해서, 유압 "단부 정지부(end stops)"가 일반적으로 제공된다. 이는, 예를 들어, 전술한 피스톤들 중 하나를 포함하는 실린더로부터의 유체 배출구가 의도된 경로(travel)의 단부에 도달하였을 때 피스톤 자체에 의해서 폐쇄되도록 구성함으로써 이루어질 수 있으며, 이때 결과적으로 증대된 실린더내의 압력이 피스톤의 이동을 억제하는 역할을 한다. 또한, 증대된 압력이 트랙션 로드 액츄에이터에 인가되며, 이는 단부 정지부의 작용으로 인한 반응 토크의 변화가 대응하는 트랙션 로드의 변화에 의해서 매칭되어야 하는 경우에 필수적이며, 이러한 것은 단부 정지부가 작용할 때 슬립이 생성되지 않아야 할 경우에 필수적이다.
본 발명은 개선된 CVT를 제공하기 위한 것이다. 보다 구체적으로(반드시 배타적인 것을 아니다), 구성이 단순하고 제어 방식이 단순한 DVT를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 따라, 로터리 드라이버에 연결가능한 로터리 입력부, 차량 휘일에 연결가능한 로터리 출력부, 상기 로터리 입력부와 로터리 출력부 사이에 커플링되어 드라이브 비율의 무단 변속을 제공하는 배리에이터, 그리고 상기 로터리 입력부와 로터리 출력부를 선택적으로 커플링(연결)/디-커플링(분리) 시키도록 정렬된 론칭 장치를 포함하는 연속 가변형 차량 트랜스미션이 제공되며, 상기 론칭 장치는 필요한 토크 용량(capacity)을 제공하도록 구성되고 정렬되며, 상기 트랜스미션은, 목표 토크를 셋팅하기 위해서 배리에이터로, 그리고 토크 용량을 셋팅하기 위해서 론칭 장치로 동일한 제어 신호를 인가하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
론칭 장치(론칭 장치는 클러치의 형태를 취할 수 있을 것이다)의 토크 용량은 배리에이터로 전달될 수 있는 최대 토크이며 유압 드라이빙된 클러치내에서의 결합 정도에 의해서(예를 들어, 인가된 유체 압력에 의해서) 결정된다. 하나의 신호를 이용하여 배리에이터 토크 및 클러치 모두를 제어함으로써, 트랜스미션 제어에 필요한 장비들이 상당히 단순화될 수 있을 뿐만 아니라 론칭 프로세스의 제어 역시 용이해 질 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따라서, 전체적으로 토로이달 형태인 배리에이터 공동(cavity)을 함께 형성하고 공통 배리에이터 축선 상에서 회전되도록 장착되는 부분적으로-토로이달형인 리세스형(recessed) 레이스의 하나 이상의 쌍, 그리고 상기 레이스들 사이에 배치되어 부분적으로-토로이달형인 리세스형 면(faces) 상에서 주행하고 그 사이에서 배리에이터 드라이브 비율로 드라이브를 전달하는 둘 이상의 롤러를 포함하는 배리에이터가 제공되며, 상기 롤러들은 배리에이터 축선에 대한 롤러 축선의 경사도를 변화시키기 위해서 그리고 배리에이터 드라이브 비율의 무단 변속을 허용하기 위해서 틸팅될 수 있는 방식으로 장착되며, 상기 배리에이터는 배리에이터의 레이스들 중 하나가 기계적인 트랙션 로딩 장치를 통해서 연결 샤프트에 커플링되며, 상기 기계적 트랙션 로딩 장치는 상기 연결 샤프트와 배리에이터 레이스 사이에서 토크를 전달하는 역할과 전달되는 토크의 함수인 트랙션 로드 힘을 레이스 상에 가하는 역할을 모두를 하며, 상기 트랙션 로드 힘은 배리에이터 레이스를 롤러들과 결합하도록 가압하여 드라이브의 전달에 필요한 트랙션을 제공하는 것을 특징으로 하며, 롤러 경사도를 제한하는 기계적인 접촉부(abutments)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기계적 트랙션 로드 장치(유압 장치 대신) 및 기계적 단부 정지부(유압 단부 정지부 대신)의 조합은 큰 이점을 제공한다. 기계적으로 생성된 트랙션 로드는 필수 속도(necessary speed)와 함께 변화될 수 있다. 관련 배리에이터 레이스에 대해 작용하는 토크에 응답하여 생성되기 때문에, 그리고 롤러에 인가되는 히에 응답하지 않기 때문에, 단부 정지부의 작용으로부터 초래되는 배리에이터 토크의 변화는 자동적으로 트랙션 로드의 적절한 변화를 초래하며, 이때 단부 정지부들을 트랙션 로딩 장치에 작동적으로 커플링시킬 필요가 없다.
본 발명의 제 3 태양에 따라서, 연속 가변형 차량 트랜스미션을 제어하는 방법이 제공되며, 상기 연속 가변형 차량 트랜스미션은 로터리 드라이버에 연결가능한 로터리 입력부, 차량 휘일에 연결가능한 로터리 출력부, 상기 로터리 입력부와 로터리 출력부 사이에 커플링되어 드라이브 비율의 무단 변속을 제공하는 배리에이터, 그리고 상기 로터리 입력부와 로터리 출력부를 선택적으로 커플링/디-커플링 시키도록 정렬된 론칭 장치를 포함하는 연속 가변형 차량 트랜스미션이 제공되며, 상기 방법은 목표 반응 토크를 제공하기 위해서 배리에이터를 제어하는 단계 그리고 배리에이터 반응 토크와 일치되게(in sympathy with) 론칭 장치의 토크 용량을 제어하는 단계를 포함하며, 그에 따라 배리에이터에 의해서 론칭 장치에 인가되는 토크가 론칭 장치의 토크 용량 보다 항상 작게 된다.
그에 따라, 반응 토크와 론칭 장치의 토크 용량의 협력(coordinate) 제어가 단순해진다. 또한, 이러한 방법은 배리에이터 반응 토크 및 론칭 장치이 토크 용량을 점진적으로 증대시킴으로써 매우 유리한 론칭 조작 방법을 가능하게 하며, 이때 론칭 장치의 토크 용량은 적어도 론칭 장치의 슬리핑(slipping)이 중단될 때까지 배리에이터에 의해서 인가되는 토크를 항상 초과하며, 그에 따라 그 지점(point)까지 트랜스미션은 론칭 장치를 통한 관련 토크에 의해서 최소 비율로 유지된다.
예로서, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 특정 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 연속 가변 트랜스미션("CVT")를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 연속 가변 트랜스미션에서 이용되는 트랙션 로드 장치를 방사상 방향을 따라서 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 배리에이터 레이스의 후방면을 도시한 사시도이다.
도 3은 CVT의 유압 제어 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 CVT에서 사용되는 배리에이터의 특정 부품들을 축방향을 따라 도시한 도면이다.
도 1은 토로이달-레이스 롤링 트랙션 타입의 배리에이터(10)를 이용하는 CVT를 도시한다. 보다 구체적으로, 이는 트윈(twin) 공동의, 풀-토로이달 배리에이터이다. 이것은 반-토로이달 리세스형(semi-toroidally recessed)의 각각의 면(16, 18)을 가지는 제 1 및 제 2 입력부 레이스(12, 14)를 구비한다. 입력 레이스들 사이에는 제 1 및 제 2 출력부 레이스(20, 22)가 위치되며, 이들은 반-토로이달 리세스형 면(24, 26)을 각각 구비함으로써, 제 1 입력부 및 출력부 레이스(12, 20) 사이에 제 1 토로이달 공동(28)이 형성되고 그리고 제 2 입력부 및 출력부 레이스(22, 14) 사이에 제 2 토로이달 공동(30)이 형성된다. 레이스는 도면부호 '32'로 표시된 메인 샤프트에 의해서 규정되는 공통 회전 축선을 구비하며, 그러한 회전 축선을 중심으로 레이스들이 회전된다.
각 공동(28, 30)은 각각의 롤러(34, 36)의 세트를 수용한다. 각 롤러는 도면부호 '38'로 도시된 바와 같은 롤러 축선을 중심으로 회전하도록 장착되고 관련 입력부 및 출력부 레이스의 토로이달 면들 상에서 주행하여 하나로부터 다른 하나로 드라이브를 전달한다. 또한, 롤러의 장착부(도 1에는 도시되어 있지 않으나, 이하에서 간단하게 설명됨)는 그것들의 경사도 변경을 허용하며, 즉 배리에이터 드라이브 비율의 변화에 따른 롤러 축선(38)과 메인 샤프트(32) 사이의 각도 변화를 허용한다. 메인 샤프트(32)는 배리에이터에 대한 로터리 입력부로서의 역할을 하고, 엔진과 같은 로터리 드라이버로 (도시되지 않은 중간 기어링을 통해서 또는 직접적으로) 커플링되며, 특정 실시예에서 상기 엔진은 도면부호 '40'으로 개략적으 로 도시된 내연기관의 형태를 가질 것이다. 마찬가지로, 전기 모터, 외연기관(external combustion engine) 등과 같은 다양한 타입의 로터리 드라이버를 이용하여 본 발명을 실시할 수 있을 것이다. 배리에이터의 입력부 레이스(12, 14)가 메인 샤프트(32)와 함께 회전되고 그리고 엔진(40)에 의해서 드라이빙되도록, 배리에이터의 입력부 레이스(12, 14)가 메인 샤프트(32)에 고정된다. 출력부 레이스(20, 22)는 메인 샤프트(32)에 대해서 상대적으로 회전될 수 있다. 이는, 도시된 실시예에서, 롤러 베어링(42, 44)에 의해서 제공되며, 상기 롤러 베어링(42, 44)을 통해서 출력부 레이스들이 메인 샤프트(32)에 각각 장착된다. 드라이브가 입력부 레이스(12, 14)로부터 롤러(34, 36)를 통해서 출력부 레이스(20, 22)까지 (또는 "오버-런(over-run)" 조건하에서 반대로) 가변 드라이브 비율로 전달된다. 출력부 레이스(20, 22)는 차량 휘일까지 연결되는 최종 드라이브(46)에 작동적으로 커플링될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 간략하게 설명한다.
도시된 배리에이터(10)에서, 기계적(비-유압식) 트랙션 로딩 장치(48)에 의해서 트랙션 로드가 제공되며, 상기 기계적(비-유압식) 트랙션 로딩 장치는 배리에이터의 출력 토크에 비례하는 힘("트랙션 로드")을 이용하여 배리에이터 레이스(12, 14, 16, 18)를 배리에이터 롤러(34, 36)와 결합되도록 편향시키는 역할을 한다. 두 개의 가장 안쪽의 레이스들(도시된 실시예에서, 출력부 레이스(20, 22)이다)을 서로로부터 멀어지도록 가압함으로써 이러한 것이 이루어진다. 트랙션 로드가 롤러(34, 36)를 통해서 가장 외측의 레이스들로 전달되며, 이러한 실시예에서 상기 가장 외측 레이스들은 입력부 레이스(12, 14)이며, 이는 다시 메인 샤프 트(32)에 대한 힘과 관련되며, 그에 따라 메인 샤프트(32)가 인장 상태(in tension)로 위치된다. 메인 샤프트(32)에 대한 트랙션 로드를 이러한 방식으로 구성함으로써, 트랙션 로드를 견딜 수 있는 트러스트 베어링에 대한 필요성이 제거될 수 있다.
트랙션 로딩 장치(48)는 출력부 토크를 전달하기 위해서 단순한 램프 장치(ramp arrangement)를 이용하며, 이러한 램프 장치는 전달되는 토크의 함수(보다 구체적으로, 본 발명에서는, 비례적인)인 축방향을 따른 트랙션 로드를 생성한다.
도 2a 및 도 2b는 트랙션 로딩 장치(48)의 구성을 명료하게 도시한다. 출력부 드라이브 기어(50)는 출력부 레이스(22)의 후방 면에 고정적으로 부착된다. 출력부 레이스(22)로부터 이격된 면(face) 상에서, 출력부 드라이브 기어(50)는 램프-형 리세스의 세트를 구비하며, 이는 도 2a에 점선(52)으로 도시되어 있다. 자체의 후방 면 상에서, 출력부 레이스(20)는 램프-형 리세스(54)의 대응하는 세트를 구비하며, 이는 도 2b에 가장 잘 도시되어 있다. 리세스(52, 54)는 이러한 실시예에서 구형 볼로서 형성된 롤러(56)를 수용하기 위해서, 도 1에서와 같이 원주 방향을 따라서 볼 때, 부분-원형인 섹션(part-circular section)을 구비한다. 방사상 방향으로 볼 때, 리세스(52, 54)는 얕은 "V" 형상을 가진다. 도 2a에서와 같이, 리세스(52, 54)의 가장 깊은 영역들에 볼(56)이 위치되도록 리세스(52, 54)의 가장 깊은 영역들이 정렬될 때, 출력부 드라이브 기어(50)와 출력부 레이스(20)의 분리가 최소화된다. 그러나, 배리에이터 출력부가 토크를 견딜 필요가 있는 경우를 고려하여야 할 것이다. 출력부 레이스(20)가 베어링(42, 44)에 의해서 출력부 드라 이브 기어(50)에 대해서 상대적으로 회전될 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 출력부 토크가 이들 부분들의 상대적인 회전을 유발함에 따라, 리세스(52, 54)의 가장 깊은 영역들이 오정렬되기(misalinged) 시작하고 그에 따라 볼(56)이 "V" 형상 리세스를 따라 상승하여, 출력부 레이스(20)를 출력부 드라이브 기어(50)로부터 멀어지는 쪽으로 가압하고 그에 따라 요구되는 트랙션 로드를 생성한다. 이러한 상대적인 회전은 결과적인 트랙션 로드가 전달되는 토크에 의해서 균형을 이루게 되는 때에 중단된다. 그에 따라, 전술한 바와 같이, 트랙션 로드가 출력부 토크의 함수가 된다. 이러한 함수의 보다 정확한 특성은 리세스(52, 54)의 구조(formation)에 의존하며, 설명된 실시예에서는 하나가 다른 하나에 비례한다.
설명된 트랜스미션은 전진 및 후진 기어 모두를 제공할 수 있으며, 다시 말해, 최종 드라이브(46)의 회전 방향을 역전시킬 수 있다. 이는 출력부 레이스(20, 22)로부터 동력을 인출(power take off)하기 위한 2개의 루트를 제공함으로써 달성된다. 이들 루트들 중 제 1 루트는 출력부 드라이브 기어(50)에 형성된 제 1 세트의 치형부(58)를 경유하며, 상기 제 1 세트의 치형부는 드라이브 체인을 통해서 체인 기어(60)를 드라이빙하며, 상기 드라이브 체인은 명료함을 위해서 도 1에 도시하지 않았지만 치형부(58)와 체인 기어(60) 상에서 이동할 것이다. 회전되는 체인 기어(60)는 전진 클러치(62)의 일 측부에 작동적으로 커플링되고, 상기 전진 클러치의 타 측부는 최종 드라이브(46)에 작동적으로 커플링된다. 동력 인출을 위한 제 2 루트는 출력부 드라이브 기어(50)에 형성된 제 2 치형부 세트(64)를 경유한다. 이들 치형부(64)는 기어 휘일(66)과 맞물리며, 상기 기어 휘일(66)은 후진 클 러치(68)의 일 측부에 작동적으로 커플링되고, 상기 후진 클러치의 타 측부는 다시 최종 드라이브(46)에 작동적으로 커플링된다. 드라이브의 이용으로 인해서, 동력 인출을 위한 제 1 루트(58, 60, 62)가 회전 방향의 반전을 제공하지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 기어 쌍의 이용으로 인해서, 동력 인출을 위한 제 2 루트(64, 66, 68)가 방향 반전을 제공한다. 그에 따라, 전진 클러치(62)의 결합이 최종 드라이브를 일 방향으로 회전시키며, 클러치(68)의 결합이 최종 드라이브를 반대 방향으로 회전시킨다. 이러한 특정 실시예에서 전진 및 후진 클러치(62, 68)가 동시에 결합되는 것을 방지하는 방식으로 구성된다는 것을 주지하여야 한다.
최종 드라이브(46)는 차량 휘일(도시 하지 않음)로 최종적으로 연결되는 기어링(70)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 롤러(34, 36)에 대한 장착부들을 도 1에서 생략하였다. 하나의 적절한 형태의 장착부가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에서, 배리에이터 레이스(12, 14, 20 또는 22) 중 하나와 2개의 롤러(34, 36)를 볼 수 있을 것이다. 그들의 위치는 제어 레버(72)를 통해서 영향을 받으며, 그러한 제어 레버는 제어 레버의 슬롯(76) 내에 수용된 받침점(fulcrum; 74) 상에 피봇식으로 장착된다. 상기 제어 레버는 뒤집혀진 "T" 형상을 형성하기 위해서 크로스-피스(cross-piece; 80)와 일체로 형성되고 전체적으로 방사상으로 돌출하는 레버 아암(78)을 구비한다. 크로스-피스(80)의 양 말단부에서 볼 커플링(82, 84)이 크로스-피스를 각각의 롤러-베어러(roller-bearers; 86, 88)로 커플링시키며, 상기 롤러-베어러는 각각의 롤러를 지지하고 회전가능하게 장착한다. 또한, 비록 도 4에 도시되지는 않았지 만, 2개의 볼 커플링(82, 84)이 공통적인 방사상 평면 내에 놓이지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 도 1에서, 토로이달 공동의 중심에서 방사상 평면이 점선(90)으로 표시되어 있다. 2개의 볼 커플링(82, 84)은 각각 중심 평면(90)으로부터 변위되고 그 평면의 양 측부 상에 놓이며, 그에 따라 각 볼 커플링의 중심으로부터 각 롤러(34, 36)까지의 라인이 방사상 평면에 대해서 경사지게 된다. 이러한 경사를 "캐스터 각도(castor angle)"라 한다. 제어 레버(72)가 이동될 때, 그에 대응하여 양 롤러들이 메인 샤프트(32)의 축선을 중심으로 시계방향으로 또는 반시계방향으로 이동한다는 것을 도면으로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러한 경우에, (소위 당업자들에게 공지된 방식으로) 롤러들은 배리에이터 레이스들에 의해서 조향 효과(steering effect)를 받는다. 결과적으로, 양 롤러들은 볼 커플링 및 롤러의 중심을 통과하는 전술한 라인/축선을 중심으로 틸팅된다. 롤러에 대한 조향 효과는, 롤러들의 축선들이 메인 샤프트(32)의 축선과 교차하는 틸트 각도를 상기 롤러들이 항상 가지게 한다. 캐스터 각도로 인해서, 그들은 항상 상기 교차를 제공하는 틸트 각도를 찾을 수 있게 된다. 결과적으로, 롤러들의 틸트(그리고 그에 다른 배리에이터 비율)가 제어 레버(72)의 위치의 함수가 된다.
개별적인 롤러들에 의해서 받게되는 로드가 균등(equal)하고, 도 4의 구성에서, 슬롯(76)에 의해서 규정되고 대체적으로 방사상 방향을 따르는 제어 레버(72)의 이동은 롤러 로드의 균등화(equalisation)를 가능하게 한다는 것이 중요하다.
제어가능한 편향력을 레버 아암(78)에 인가하기 위해서 액츄에이터(92)가 이용된다. 이러한 실시예에서, 액츄에이터(92)는 더블-액팅(double-acting; 이중-작 용)형 유압 장치이다. 즉, 그것은 두 개의 반대되는 유압을 수용하고, 발휘하게 되는 힘은 이들 두 압력의 편차에 의해서 결정되며, 그에 따라 그 힘은 도 4에서 좌측 또는 우측이 될 수 있을 것이다. 또한, 이러한 실시예에서, 하나의 액츄에이터가 양 배리에이터 공동(28, 30)의 각 레버(72)를 제어한다는 것을 주지하여야 한다. 비록 제 2 제어 레버가 도 4에 도시되어 있지 않지만, 바아(94)가 하나의 제어 레버(72)로부터 다른 하나로 연장되고, 액츄에이터(92)의 피스톤(96)이 이러한 바아의 중간-지점에 피봇식으로 커플링된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 다라, 피스톤(96)의 위치는 바아의 중간-지점의 위치에 대응하나, 필요에 따라 두 공동 사이의 롤러 로딩을 균등화하기 위해서, 2개의 제어 레버의 상대적인 위치들이 약간 변화될 수 있을 것이다.
CVT를 제어하기 위해서 이용되는 유압장치들에 대해서는 도 3을 참조하여 이하에서 설명한다. 도 3에서, 박스(98)는 조정가능한 압력으로 유압 유체를 제공하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸다. 이러한 것을 달성하기 위한 적절한 수단들이 소위 당업자에게 잘 공지되어 있을 것이다. 이러한 압력은 배리에이터 교차(crossover) 밸브(100)로 전달되고, 상기 압력은 교차 밸브를 통해서 피스톤(96)의 일 측부로 인가되어 제어 레버(72)를 일방향 또는 다른 방향으로 가압할 수 있다. 도 3에서, 피스톤의 저압측으로부터의 배출이 섬프(sump; 102)로 연결되는 것이 도시되어 있으나, 실질적으로는, 관련 챔버가 모두 비워지는 것을 방지하기 위해서, 그 대신에 저압 소오스(source)에 연결될 수 있을 것이다. 액츄에이터(92)는 양 제어 레버(72)로 힘을 인가하며, 그 크기는 압력 공급부(98)에 의해서 결정 되고 방향은 배리에이터 교차 밸브(100)에 의해서 제어된다. 이러한 힘의 조정에 의해서, 배리에이터 반응 토크에 걸친 제어가 이루어진다.
소오스(98)로부터의 압력은 또한 클러치 선택 밸브(104)로 전달된다. 이러한 밸브는 전술한 유압을 전진 클러치(62) 또는 후진 클러치(68)로 선택적으로 인가하는 역할을 한다. 비활성(inactive) 클러치가 동일한 밸브를 통해서 섬프(102)로 배출된다(exhaused). 그에 따라, 클러치 선택 밸브(104)는 트랜스미션이 전진 또는 후진으로 작동되는지의 여부를 결정하고, 압력 공급부(98)가 활성 클러치를 결합시키는 힘을 결정하며, 그에 따라 토크 용량을 결정한다. 압력 공급부(98)와 클러치 선택 밸브(104) 사이의 차단 밸브(105)는 차량이 중립일 때 이들 부분들을 선택적으로 단절시키는 역할을 한다.
전술한 바와 같이, 최대 및 최소 배리에이터 비율을 제한하기 위해서 일부 수단들이 제공되는 것이 일반적이다. 그러한 수단이 없는 경우에, 롤러(34, 36)가 너무 틸팅되어 배리에이터 레이스(12, 14, 20, 22)를 이탈하여 큰 재난을 초래할 위험이 있다. 전술한 바와 같이, 종래 기술에서는 통상적으로 "단부 정지부들"이 유압식으로 구현된다. 그러나, 본 발명의 설명된 실시예에서, 단순한 기계적 정지부들이 롤러의 이동로 상에 배치된다. 구체적으로, 이들 정지부들은 모든 롤러들을 제어하기 위해서 이용되는 단일 액츄에이터(92, 96)의 이동을 제한한다. 이들은 원칙적으로 여러가지 상이한 형태를 가질 수 있을 것이나, 도 3에서는 액츄에이터(92) 내의 버퍼(106, 108)로서 도시되어 있으며, 상기 버퍼들은 이송로의 말단에 도달하였을 때 피스톤(96)과 단순히 접하게 될 것이다.
활성 클러치(62, 68)의 토크 용량이 배리에이터의 출력부 토크를 초과할 수 있도록, 전진 및 후진 클러치(62, 68) 내의 피스톤(96)의 영역, 및 피스톤들의 영역들(areas of pistons)(후자의 피스톤들은 도면에 도시되지 않았으나, 적절한 클러치의 구성은 소위 당업자에게 공지되어 있을 것이다)을 선택하며, 상기 양 클러치들은 소오스(98)로부터 동일한 유압을 수용한다. 그에 따라, 차량 론칭 중에 발생할 수 있는 것을 고려할 수 있을 것이다. 론칭에 앞서서, 클러치 선택 밸브(104)로의 압력이 차단 밸브(105)에 의해서 방출(relieve)된다. 어떠한 클러치도 결합되지 않으며, 그에 따라 차량 휘일은 배리에이터로부터 분리된다. 론칭을 개시하기 위해서, 전진 또는 후진을 제공하도록 클러치 선택 밸브(104)가 셋팅되고, 압력 공급부(98)가 적절하게 낮은 값으로 셋팅되며, 이어서 차단 밸브(105)의 상태가 이러한 압력을 관련 클러치로 인가하도록 변화된다. 클러치의 토크 용량이 항상 배리에이터의 출력부 토크를 초과하기 때문에, 단부 정지부 버퍼(106)에 의해서 결정되는 바에 따라, 배리에이터는 최소 비율을 적용하도록 초기에 강제될 것이다. 이는 배리에이터 교차 밸브(100)가 어떠한 상태에 있더라도 발생될 것이나, 사실상, 비율 범위의 말단까지 배리에이터를 드라이빙하는 클러치 토크에 의해서 발생되는 "충격음(clunk)"을 피하기 위해서, 배리에이터가 최소 비율로 강제되도록 교차 밸브(100)가 초기에 셋팅된다.
활성 클러치의 결합은 드라이빙되는 휘일로 토크를 인가하고, 그에 따라 차량이 가속되기 시작한다. 론팅 중의 어느 시점에, 배리에이터 교차 밸브(100)의 상태가 변화되어, 인가된 유압이 피스톤(96)을 버퍼(106)로부터 멀어지는 쪽으로 강제하여 배리에이터 비율을 증대시킨다. 활성 클러치의 슬리핑 동안에 이루어지기만 한다면 이러한 변화의 타이밍은 중요하지 않은데, 이는 그러한 시간 동안에 배리에이터가 어떠한 이벤트(event)에 있던 간에 활성 클러치(62, 68)에 의해서 작용하는 토크에 의해서 최소 비율로 유지될 것이기 때문이다. 차량이 가속됨에 따라 소오스(98)로부터의 압력이 점진적으로 증대되고, 일부 지점에서 활성 클러치의 슬리핑이 중단된다. 그 후에, 유압의 계속적인 증대가 피스톤(96)을 단부 버퍼(106)로부터 이동시킬 수 있게 되며, 그에 따라 차량이 가속됨에 따라 배리에이터 비율이 증대될 수 있다.
후속하는 가속 및 제동 동안에, 활성 클러치의 슬리핑은 이루어지지 않을 것으로 예상되는데, 이는 배리에이터에 의해서 클러치에 인가되는 로드가 그 클러치의 토크 용량 보다 작기 때문이다.
이러한 효과로서, 론칭의 관리가 특히 직선적으로 진행되는 방식으로 제어될 수 있고, 유압장치와 관련하여 공지된 CVT 보다 상당히 단순화된 트랜스미션이 제공된다.
현대의 모터 차량은 엔진 및 트랜스미션의 제어를 위해서 통합식 전략(coordinated strategy)을 실시하는 전자장치를 통상적으로 이용한다. 여기에서 고려되는 CVT도 이러한 방식으로 제어될 수 있을 것이다. 이러한 예에서, 제어되는 2개의 가장 기본적인 양(quantities)은 배리에이터 반응 토크(압력 공급부(98)에 의해서 셋팅됨) 및 엔진 출력 토크(엔진 제어부로 공급되는 토크 요구량에 의해서 셋팅됨) 이다.
전술한 실시예들은 단지 예로서 제시된 것이며, 당업자는 본 발명을 실질적으로 많은 다른 방식으로 실시할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 설명된 실시예는 롤러의 이동 및 그에 따른 배리에이터의 비율을 제한하기 위해서 기계적 접촉부를 이용하였다. 그러나, 그 대신에 유압 장치를 이용하는 것이 당업계에 공지되어 있으며, 그러한 유압 장치에서는 액츄에이터(92)로부터의 배출구 포트가 실리더 측에 형성되어 양 방향으로의 피스톤의 과다 이동이 배출구 포트를 폐쇄하게 하고 그에 따라 단부-정지부 기능을 제공할 수 있을 것이다. 동일한 타입의 구성이 본 발명의 실시예 이용될 수 있을 것이다. 또한, 설명된 실시예들이 트랙션 로드를 제공하기 위해서 기계적인 볼 및 램프 장치를 이용하였지만, 이러한 기능은 유압에 의해서 다른 실시예들에서도 실행될 수 있을 것이다. 예를 들어, 동일한 압력을 액츄에이터(92)들 그리고 배리에이터 레이스들 중 하나에 작용하여 단부 로드를 제공하는 유압식 피스톤/실린더 장치 모두로 공급하는 것이 공지되어 있으며, 동일한 것이 본 발명의 실시예에서도 구현될 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 연속 가변형 차량 트랜스미션으로서,
    상기 연속 가변형 차량 트랜스미션이 로터리 드라이버에 연결가능한 로터리 입력부, 차량 휘일에 연결가능한 로터리 출력부, 상기 로터리 입력부와 상기 로터리 출력부 사이에 커플링되어 드라이브 비율의 무단 변속을 제공하는 배리에이터, 그리고 상기 로터리 입력부와 상기 로터리 출력부를 선택적으로 커플링/디-커플링 시키도록 정렬된 론칭 장치를 포함하며, 상기 배리에이터는 목표 토크를 제공하도록 구성되고 정렬되며, 상기 론칭 장치는 목표 토크 용량을 제공하도록 구성되고 정렬되며, 상기 트랜스미션은, 목표 토크를 셋팅하기 위해서 배리에이터로, 그리고 토크 용량을 셋팅하기 위해서 론칭 장치로 동일한 제어 신호를 인가하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연속 가변형 차량 트랜스미션.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클러치의 토크 용량이 상기 배리에이터에 의해서 제공되는 출력부 토크를 항상 초과하도록 상기 배리에이터 및 론칭 장치가 구성되는
    연속 가변형 차량 트랜스미션.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 신호가 유압인
    연속 가변형 차량 트랜스미션.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 론칭 장치가 클러치 또는 브레이크를 포함하는
    연속 가변형 차량 트랜스미션.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 유압이 상기 배리에이터의 유압 액츄에이터로 인가되고 상기 배리에이터의 이동가능한 토크 전달 부분으로 인가되는 힘을 결정하는
    연속 가변형 차량 트랜스미션.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 배리에이터가 하나로부터 다른 하나로 토크를 전달하기 위해서 레이스의 쌍 상에서 주행(running)하는 이동가능한 롤러들을 구비하며, 유압 액츄에이터 가 상기 롤러들에 커플링되어 상기 롤러들에 힘을 가하며, 상기 유압이 상기 힘을 결정하기 위해서 상기 유압 액츄에이터로 인가되는
    연속 가변형 차량 트랜스미션.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배리에이터가 상기 레이스들 중 하나의 내외로 토크를 전달하기 위해서 상기 레이스들 중 하나에 커플링되는 트랙션 로딩 장치를 더 포함하며, 상기 트랙션 로딩 장치는 전달하는 토크에 의해서 결정되는 트랙션 로드를 상기 레이스들로 인가하도록 구성되고 정렬되는
    연속 가변형 차량 트랜스미션.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 트랙션 로딩 장치가 제 1 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 부분은 공통 축선을 중심으로 회전하도록 장착되고 상기 제 1 및 제 2 부분 중 하나의 부분이 다른 하나의 부분에 대해서 회전하는 것이 다른 부분에 대한 하나의 부분의 축방향 변위를 초래하도록 형성되는
    연속 가변형 차량 트랜스미션.
  9. 배리에이터로서,
    상기 배리에이터는 전체적으로 토로이달형인 배리에이터 공동을 함께 형성하고 공통 배리에이터 축선 상에서 회전되도록 장착되는 부분적으로-토로이달형인 리세스형 레이스의 하나 이상의 쌍, 그리고 상기 레이스들 사이에 배치되어 상기 부분적으로-토로이달형인 리세스형 면 상에서 주행하고 그들 사이에서 배리에이터 드라이브 비율로 드라이브를 전달하는 둘 이상의 롤러를 포함하며, 상기 롤러들은 배리에이터 축선에 대한 롤러 축선의 경사도를 변화시키기 위해서 그리고 배리에이터 드라이브 비율의 무단 변속을 허용하기 위해서 틸팅될 수 있는 방식으로 장착되며, 상기 배리에이터는 상기 배리에이터의 레이스들 중 하나가 기계적인 트랙션 로딩 장치를 통해서 연결 샤프트에 커플링되며, 상기 기계적 트랙션 로딩 장치는 상기 연결 샤프트와 배리에이터 레이스 사이에서 토크를 전달하는 역할 그리고 전달되는 토크에 따라 달라지는 트랙션 로드 힘을 레이스 상에 가하는 역할을 모두를 하며, 상기 트랙션 로딩 힘은 상기 배리에이터 레이스를 상기 롤러들과 결합하도록 가압하여 드라이브의 전달에 필요한 트랙션을 제공하는 것을 특징으로 하며, 그리고 롤러 경사도를 제한하는 기계적인 접촉부(abutments)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배리에이터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 트랙션 로딩 장치가 제 1 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 부분은 공통 축선을 중심으로 회전하도록 장착되고 상기 제 1 및 제 2 부분 중 하나의 부분이 다른 하나의 부분에 대해서 회전하는 것이 다른 부분에 대한 하나의 부분의 축방향 변위를 초래하도록 형성되는
    배리에이터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 트랙션 로딩 장치의 제 1 부분은 원주방향으로 연장하고 방사상 평면에 대해서 경사지는 하나 이상의 캠 표면, 및 상기 캠 표면 상에서 이동하고 상기 제 2 부분 상에 지지(bear)되는 하나 이상의 종동부(follower)를 포함하는
    배리에이터.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 롤러들이 유압 피스톤/실린더 장치에 작동적으로 커플링되고, 상기 기계적인 접촉부들은 상기 피스톤의 이동을 제한하기 위해서 그리고 롤러 경사를 제한하기 위해서 상기 피스톤과 접촉하도록 위치되는
    배리에이터.
  13. 로터리 드라이버에 연결가능한 로터리 입력부, 차량 휘일에 연결가능한 로터리 출력부, 상기 로터리 입력부와 로터리 출력부 사이에 커플링되어 드라이브 비율의 무단 변속을 제공하는 배리에이터, 그리고 상기 로터리 입력부와 로터리 출력부를 선택적으로 커플링/디-커플링 시키도록 정렬된 론칭 장치를 포함하는 연속 가변형 차량 트랜스미션을 제어하는 방법으로서,
    상기 배리에이터에 의해서 상기 론칭 장치에 인가되는 토크가 상기 론칭 장치의 토크 용량 보다 항상 작도록, 목표 반응 토크를 제공하기 위해서 배리에이터를 제어하는 단계 그리고 배리에이터 반응 토크를 따라서(in sympathy with) 상기 론칭 장치의 토크 용량을 제어하는 단계를 포함하는
    연속 가변형 차량 트랜스미션을 제어하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 배리에이터로 그리고 상기 론칭 장치로 동일한 제어 신호를 인가하는 단계를 포함하는
    연속 가변형 차량 트랜스미션을 제어하는 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    차량 트랜스미션의 경우에, 상기 론칭 장치의 토크 용량 및 배리에이터 반응 토크를 점진적으로 증대시킴으로써 차량 론칭을 관리하는 단계를 포함하며,
    상기 론칭 장치의 토크 용량은 적어도 론칭 장치의 슬리핑이 중단될 때까지 상기 배리에이터에 의해서 상기 론칭 장치에 인가되는 토크를 항상 초과하며, 그에 따라 그 지점(point)까지 상기 트랜스미션이 상기 론칭 장치를 통해서 관련되는 토크에 의해서 최소 비율로 유지되는
    연속 가변형 차량 트랜스미션을 제어하는 방법.
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