KR20090114424A - 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법 및 장치 - Google Patents

기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법 및 장치 Download PDF

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루크 라멜렌 운트 쿠프룽스바우 베타일리궁스 카게
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Abstract

본 발명은 시작 기어단으로부터 목표 기어단으로의 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치를 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 기어단의 변경 중 부하를 방출하는 클러치로부터 부하를 수용하는 클러치로 토크가 전달되는 상기 방법은, 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크가 현재의 엔진 토크로까지 증가하는 단계와, 부하를 방출하는 클러치의 전달 가능한 토크가 감소하는 단계를 포함하며, 이 경우 기어단 변경 중 부하를 방출하는 클러치의 전달 가능한 토크와 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크로 이루어진 총합 토크는 적어도 일시적으로 현재의 엔진 토크보다 크며, 부하를 수용하는 클러치는, 부하를 수용하는 클러치의 토크가 토크 전달의 초기 상태로부터 최종 상태까지 일정하게 증가하는 한계 토크에 상응하는 토크보다 더 높은 전달 가능한 토크를 갖는다.
병렬 변속기, 듀얼 클러치, 토크 전달, 총합 토크, 한계 토크

Description

기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE CLUTCHES OF A PARALLEL TRANSMISSION WHEN SHIFTING GEARS}
본 발명은 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이러한 방법 및 장치는 차량에서 자동 또는 자동화된 변속기의 클러치를 제어하기 위해 사용된다. 이러한 병렬 변속기 또는 듀얼 클러치 변속기는 주행 안락함과, 연비 감소와, 구동력이 중단되지 않는 기어단 변경을 가능케 하므로 차량에 점점 더 많이 사용된다.
이 경우 한 번의 기어단 변경 시 이전 기어단에 할당되며 먼저 완전히 폐쇄된 클러치를 개방하기 위해, 그리고 새로운 기어단에 할당되며 먼저 개방된 클러치를 폐쇄하기 위해 토크 전달을 위한 다양한 가능성들이 공지되어 있다.
일례로, 기어단 변경의 시작 시 이전 기어단에 할당되며 먼저 완전히 폐쇄되고 부하를 방출하는 클러치를 슬립 모드로 조정하고, 이러한 슬립 모드 중 새로운 기어단에 할당되며 부하를 수용하는 클러치를 상기 클러치가 거의 슬립 없이 작동할 때까지 점점 더 폐쇄한 다음, 부하를 방출하는 클러치를 완전히 개방한다. 부 하를 방출하는 클러치를 슬립 모드로 조정할 경우, 특히 엔진의 고속 회전을 방지하기 위해 일반적으로 엔진 간섭이 추가로 실행된다.
부하를 방출하는 클러치로부터 부하를 수용하는 클러치로의 토크 전달을 이용하여 시작 기어단으로부터 목표 기어단으로 기어단을 변경할 경우 병렬 변속기의 클러치를 제어하기 위한 다른 가능성이 독일 공개 공보 DE 10 2005 037 515호에 설명되어 있다. 이 경우 부하를 방출하는 기어단에 할당된 클러치는 슬립되지 않는 위치에 유지되고, 새로운 기어단에 할당되며 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크는 현재의 엔진 토크로까지 증가하며, 이전의 기어단에 할당된 클러치는 개방된다.
유럽 공개 공보 EP 1 507 103 B1호에는 또 다른 방법이 공지되어 있다. 부하를 방출하는 클러치가 압착 상태에서 구동 토크를 전달하고 부하를 수용하는 클러치가 개방된 토크 전달 초기 상태로부터 시작하여 부하를 수용하는 클러치가 완전한 구동 토크를 전달하는 토크 전달 최종 상태까지, 부하를 수용하는 클러치는 슬립 영역에서 토크 용량을 구성하며 부하를 방출하는 클러치는 토크 용량을 감소시킨다. 이 경우 부하를 방출하는 클러치는 토크 전달의 초기 단계에서 그 압착 상태를 유지하기 위해 요구되는 토크 용량보다 더 큰 토크 용량을 가지며, 이 경우 부하를 방출하는 클러치의 토크 용량은 부하를 수용하는 클러치의 토크 용량보다 먼저 완전한 구동 토크에 도달해서, 부하를 방출하는 클러치와 부하를 수용하는 클러치 모두가 소정의 시간에 슬립 방식으로 토크를 전달하는 정도로까지 감소한다.
이로부터 본 발명의 목적은 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 이는 경우에 따라 엔진 간섭 없이도 간단한 방식으로 신속한 기어단 변경을 가능케 한다.
상기 목적은 청구 범위 제1항의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속항에 기재된다. 상기 방법을 실행하기 위한 장치는 제7항에 기재된다.
본 발명의 방법에 따르면 시작 기어단으로부터, 부하를 방출하는 클러치로부터 부하를 수용하는 클러치로 토크가 전달되는 목표 기어단으로의 기어단 변경 시 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크가 현재의 엔진 토크로까지 증가함과 동시에 부하를 방출하는 클러치의 전달 가능한 토크는 감소한다. 기어단 변경 중 부하를 방출하는 클러치의 전달 가능한 토크와 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크로 이루어진 총합 토크는 적어도 일시적으로 현재의 엔진 토크보다 크며, 이 경우 부하를 수용하는 클러치는 과압착 상태로 유지된다. 이로써 2개의 클러치들 중 하나, 예컨대 부하를 방출하는 클러치에서는 풀(pull) 고단 시프팅 또는 푸시(push) 저단 시프팅의 경우 슬립이 발생하지 않는다. 이와 반대로 풀 저단 시프팅 및 푸시 고단 시프팅의 경우 부하를 수용하는 클러치가 압착된다. 오버래핑 과정이 종료될 무렵, 총합 토크는 거의 현재의 엔진 토크로 감소되고자 하므로 이러한 바람직한 구성에 의해, 부하를 수용하는 클러치가 제어부에 의해 수용된 토크를 전달하는지는 발생되는 슬립에 의해 확인될 수 있다. 바람직하게는 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크가 덜 높음으로써 즉, 오버래핑의 초기 단계 시보다 낮은 증가율로 상기 토크가 증가함으로써 현재의 엔진 토크로의 감소가 실행될 수 있으며, 이 경우 부하를 방출하는 클러치의 전달 가능한 토크의 감소율은 전체 오버래핑 중에 실질적으로 변동 없이 유지된다.
이와 동시에 엔진 간섭을 실행하는 것도 가능하므로, 기어단 변경 과정이 실행되는 중 현재의 엔진 토크의 변동율은 제한되거나 일정하게 유지된다. 바람직하게는 클러치 토크의 변동율이 또한 제한되어야 한다. 이로써 운전자는 부하를 수용하는 클러치의 과도하게 높은 토크 인가로 인한 출력 토크의 영향을 감지하지 않게 되는 것이 달성될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명이 예시적으로 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 제어 장치를 구비한 듀얼 클러치 변속기의 회로도이다.
도 2는 풀 고단 시프팅이 도시된, 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 풀 고단 시프팅의 경우 본 발명의 방법에 따른 대안적 시프팅 전략을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 방법에 따른 풀 고단 시프팅의 경우 또 다른 전략을 도시한 그래프이다.
도 1에 따르면, 공지된 듀얼 클러치 변속기 또는 병렬 변속기는 예컨대 엔진 에 의해 구동되는 구동 샤프트(6)를 포함하며, 구동 샤프트는 2개의 입력 샤프트(8, 10)에 회전 불가능하게 연결된다. 구동 샤프트(6)로부터 입력 샤프트(8, 10)로의 토크 흐름은 각각 하나의 클러치(K1, K2)에 의해 선택적으로 제어될 수 있다. 입력 샤프트(8)와 출력 샤프트(12) 사이에서는 기어 쌍에 의해 다양한 기어비가 시프팅될 수 있으며, 상기 기어 쌍 중 하나만이 도시되어 있다. 마찬가지로 입력 샤프트(10)와 출력 샤프트(12) 사이에서는 다양한 기어 쌍들이 시프팅될 수 있으며, 이들 중 하나만이 도시되어 있다. 클러치(K1, K2)의 작동을 위해 액추에이터(14, 16)가 제공된다. 기어 쌍들의 시프팅을 위해, 예컨대 입력 샤프트(8 또는 10)에 배치된 기어와 해당 입력 샤프트(8 또는 10) 사이의 회전 불가능한 연결을 형성하기 위해 액추에이터(18, 20)가 제공되며, 상기 기어는 출력 샤프트에 지속적으로 회전 불가능하게 연결된 해당 기어와 연동한다.
액추에이터(14, 16, 18 및 20)의 구동을 위해서는 마이크로프로세서와, 이에 속한 프로그램 메모리 및 데이터 메모리를 구비한 전자 제어 장치(26)가 사용되며, 제어 장치의 출력부는 액추에이터들 중 각각 하나를 구동하고 그 입력부(28)는 가속 페달 위치를 검출하기 위한 센서, 구동 샤프트(6)의 엔진 회전수 또는 회전수를검출하기 위한 센서, 출력 샤프트(12)의 회전수를 검출하기 위한 센서 또는 구동된 차량 휠들의 회전수를 검출하기 위한 센서들, 변속기 선택 레버의 위치를 검출하기 위한 센서 등과 같은, 차량 또는 차량 파워 트레인의 도시되지 않은 센서들에 연결된다. 도시된 제어 장치(26)는 버스 시스템에 의해 차량의 또 다른 제어 장치에 연결될 수 있으며, 예컨대 엔진의 출력단의 제어에 사용되는 엔진 제어 장치에 연 결될 수 있다. 액추에이터들(14, 16, 18 및 20)은 예컨대 유압 조절 실린더로서 구성될 수 있으며, 액추에이터의 압력은 제어 장치(26)에 의해 구동된 유압 시스템에 의해 제어된다. 액추에이터는 조절 부재를 구동하는 전동기를 필요에 따라 포함할 수 있다. 바람직하게는 조절 부재의 위치도 센서에 의해 검출될 수 있으므로, 기능 상태가 각각 알려진다.
클러치의 기능을 위해서는 클러치로부터 전달될 수 있는 각각의 토크가 중요하며, 상기 토크는 클러치 조절 부재의 위치에 따라, 예컨대 클러치 작동 레버에 따라 전달될 수 있는 클러치 토크를 나타내는 곡선으로서 제어 장치(26)의 메모리에 저장된다. 마모 등으로 인해 클러치의 기능 상태가 변동하는 경우 특성 곡선은 갱신되어야 하며, 이러한 갱신은, 클러치를 여러 특정 지점으로 이동시켜 그때의 작동 부재 또는 액추에이터 각각의 해당 위치를 검출해서 제어부에서 갱신하는 조회 방법에 의해 실시된다.
도 1에 도시된 듀얼 클러치 변속기의 경우 클러치가 개방된 부분 변속기에는 각각 하나의 기어단이 넣어지는 반면, 클러치가 폐쇄된 부분 변속기에 의해서는 변속기의 유효 기어비가 결정된다. 부분 변속기(22)에서 예컨대 하나의 기어단이 넣어지고 클러치(K1)가 폐쇄되면, 상기 기어단은 구동 샤프트와 출력 샤프트(12) 사이의 기어비에 대해 유효하다. 이와 동시에 부분 변속기(24)에는 새롭게 시프팅될 기어단이 넣어질 수 있다. 새롭게 넣어질 기어단이 유효해야 하고 해당 클러치(K2)가 폐쇄되면, 현재 넣어진 기어단으로부터 새롭게 넣어질 기어단으로의 변속기 시프팅 시 클러치(K1)는 개방되어야 한다. 클러치(K2)가 토크 전달을 맡을 때 즉, 클러치들(K1, K2) 중 하나 이상이 동시에 슬립되지 않을 때, 기어비가 과도하게 책정됨으로써 변속기가 손상될 수도 있다. 따라서 2개의 클러치들(K1, K2)이 동시에 넣어지면, 적어도 일시적으로 2개의 클러치들(K1, K2) 중 하나 이상이 슬립되는 슬립 상태가 형성된다.
본 발명에 따른 방법의 경우, 부하를 수용하는 클러치 즉, 전술한 실시예에서 클러치(K2)는 과압착 상태에 있는 반면, 부하를 방출하는 클러치 즉, 전술한 실시예에서 클러치(K1)는 클러치가 폐쇄된 초기 상태와 클러치가 개방된 최종 상태 사이에 실질적으로 일정한 비율로 토크 용량을 감소시킨다. 이는 오버래핑 과정의 시작 시 부하를 방출하는 클러치(K1)가 개방된 것보다 부하를 수용하는 클러치(K2)가 더 많이 폐쇄되는 것을 의미한다. 이로써 클러치(K1, K2)의 전달 가능한 토크의 총합은 구동 샤프트 또는 엔진 샤프트(6)의 출력 토크(MA)보다 더 크다.
도 2는 풀 고단 시프팅에 대한 실시예를 도시한다. 부하를 수용하는 클러치(K2)는 시점(t1)부터, 요구되는 것보다 우선적으로 더 많이 폐쇄된다. 이로써 클러치(K2)는, 오버래핑의 초기 상태와 최종 상태 사이에서 클러치(K2)가 일정한 토크 용량 증가율을 갖는 한계 토크(MG)보다 더 높은, 전달 가능한 클러치 토크(MK2)를 갖는다. 이는 또한, 슬립 상태에 놓인 클러치(K1)의 전달 가능한 클러치 토크(MK1)와 클러치(K2)의 전달 가능한 토크(MK2)로 이루어진 총합 토크(MS)가 현재 엔진 토크(MA)보다 더 큰 것을 의미한다. 이는 조절 부재 또는 액추에이터(14, 16)의 적절한 작동에 의해 클러치(K2)가 더욱 폐쇄되고, 한계 토크[(MG) 클러치(K2)의 완전 개방 상태와 클러치(K2)의 완전 폐쇄 상태 사이에 일정한 기울기 를 갖는 곡선]의 증가보다 압착력이 더 많이 증가함으로써 도달된다. 즉, 압착력의 기울기는 한계 토크(MG)의 기울기보다 더 크다. 오버래핑에서의 후기 단계 시, 클러치(K2)의 클러치 토크(MK2) 증가율이 변동할 수 있으나[도 2의 시점(t1')에서부터 시작], 클러치(K2)의 전달 가능한 토크는 한계 토크(MG)보다 크다. 부하를 수용하는 클러치(K2)의 전달 가능한 토크(MK2)의 증가율이 감소함으로써 클러치(K2)의 전달 가능한 토크(MK2)는 한계 토크(MG)에 접근한다. 도 2의 시점(t2)로부터 시작하여 오버래핑 단계의 종료 무렵, 마침내 클러치(K2)의 전달 가능한 토크(MK2)는 적절한 총합 토크 즉, MK1 + MK2 = MA로 수렴되며, 이 경우 부하를 방출하는 클러치(K1)의 토크(MK1)는 시점(t1)에서의 오버래핑 단계 시작 시부터 클러치(K1)의 완전 개방 상태까지 일정한 감소율로 감소한다. 부하를 수용하는 클러치가 MG에 접근하거나 상기 한계 토크로 수렴되는 지점은 부하를 수용하는 클러치(K2)의 토크 산정 시 제어부(26)가 갖는 기대 정확도를 특징으로 한다. 상기 시점 시 부하를 수용하는 클러치(K2) 또는 부하를 방출하는 클러치(K1)의 슬립 조절에 의해 슬립이 발생해서 일정하게 유지되므로, 토크가 조절될 수 있다.
시점(t3) 시 클러치(K1)는 완전히 개방되고 클러치(K2)는 완전히 폐쇄되므로, 클러치(K2)에 의해 구동 샤프트(6)로부터 출력 샤프트(12)에 토크가 전달된다.
도 2에 도시된 실시예의 경우 부하를 수용하는 클러치(K2)가 토크를 너무 적게 전달하면, 본래의 수렴에 앞서 즉, 시점(t2')에서 이미 슬립의 조절이 시작된다. 대체적으로 이는 시점(t2)에 앞서서 이미, 예컨대 도 3의 시점(t2')에 슬립이 인식되었을 때 발생한다.
본 발명에 따른 방법은 기어단 변경의 시작 시 부하를 방출하는 클러치의 입력 샤프트에서 이미 슬립이 발생할 때에도 적용될 수 있다. 예컨대 기어단 변경 과정 중 클러치 제어를 위한 복수의 전략들이 제어부(26)에 저장될 때, 부하를 방출하는 클러치(K1)의 입력 샤프트가 슬립 상태에 놓이는지가 우선적으로 검출될 수 있으며, 이점이 확인되면 본 발명에 따른 전략이 적용될 수 있다. 이는 도 4에 도시된다. 이 경우 부하를 수용하는 클러치(K2)의 기울기가 약간 상승함으로써 부하를 방출하는 클러치(K1)의 슬립은 감소한다. 물론 이 경우 부하를 방출하는 클러치의 슬립이 너무 커서는 안되는데, 슬립이 너무 크면 경우에 따라 슬립의 감소에 드는 시간(t1')이 적절한 총합 토크 도달에 드는 시간(t2)을 초과할 수도 있기 때문이다.
바람직하게는 부하를 방출하는 클러치(K1)와 부하를 수용하는 클러치(K2) 사이의 토크 전달에 의한 전체 기어단 변경 과정 중 제어 장치(26)에 의해 클러치 토크(MK1, MK2)의 토크 변동이 제한되므로, 운전자는 부하를 수용하는 클러치(K2)의 과도하게 높은 토크 인가로 인한 출력 토크의 영향을 감지하지 못한다.
<도면 부호 리스트>
6 : 구동 샤프트
6 : 엔진 샤프트
8 : 입력 샤프트
10 : 출력 샤프트
12 : 출력 샤프트
14, 16, 18, 20 : 액추에이터
22 : 부분 변속기
24 : 부분 변속기
26 : 제어 장치
28 : 입력부
K1, K2 : 클러치
MK1, MK2 : 클러치 토크
MG : 한계 토크
MS : 총합 토크
MA : 엔진 토크
t1, t2, t3, t2', t1' : 시점

Claims (7)

  1. 시작 기어단으로부터 목표 기어단으로의 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치를 제어하기 위한 방법이며, 기어단 변경 중 부하를 방출하는 클러치로부터 부하를 수용하는 클러치로 토크가 전달되며, 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법은,
    부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크(MK2)가 현재의 엔진 토크(MA)로까지 증가하는 단계와,
    부하를 방출하는 클러치의 전달 가능한 토크(MK1)가 감소하는 단계를 포함하며, 이 경우 기어단 변경 중 부하를 방출하는 클러치 및 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크(MK1, MK2)로 이루어진 총합 토크(MS)는 적어도 일시적으로 현재의 엔진 토크(MA)보다 크며, 부하를 수용하는 클러치는, 부하를 수용하는 클러치의 토크가 특히 부하를 수용하는 클러치가 개방된 경우 토크 전달의 초기 상태로부터, 특히 완전한 엔진 토크(MA) 전달의 경우 토크 전달의 최종 상태까지 일정하게 증가하는 한계 토크(MG)에 상응하는 토크보다 더 높은 전달 가능한 토크를 갖는, 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 기어단 변경의 최종 단계에서 총합 토크(MS)는 현재의 엔진 토크로 감소하는 것을 특징으로 하는, 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 부하를 방출하는 클러치의 전달 가능한 토크(MK1)의 감소율이 실질적으로 일정한 경우 총합 토크는 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크(MK2)의 증가율이 감소함으로써 현재의 엔진 토크로 감소하는 것을 특징으로 하는, 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기어단 변경 중 클러치 토크(MK1, MK2)의 변동율은 제한되는 것을 특징으로 하는, 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크의 증가와 부하를 방출하는 클러치의 전달 가능한 토크의 감소는 동시에 시작되는 것을 특징으로 하는, 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 부하를 수용하는 클러치의 전달 가능한 토크(MK2)의 증가는 불연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 기어단 변경 시 병렬 변속기의 클러치 제어 방법.
  7. 기어단 변경 시 병렬 변속기(22, 24)의 클러치(K1, K2)를 제어하기 위한 장 치이며, 상기 장치는 클러치들의 액추에이터(14, 16)의 구동을 위한 전자 제어 장치(26)를 포함하고, 제어 장치는 차량의 작동 매개 변수 검출을 위한 센서들과 연결되며 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법의 실행 하에 액추에이터(14, 16)를 제어하는 것을 특징으로 하는, 병렬 변속기(22, 24)의 클러치(K1, K2) 제어 장치.
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