KR20170020161A - 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4륜 구동 상태인 고속과 저속 상태를 상호 변속시켜 주는 포크의 위치를 검출할 수 있게 센서를 추가하여 구성하고, 이 센서 신호를 바탕으로 실제 고속과 저속이 상호 변속 작용이 이루어질 때 포크가 고속 기어나 저속 기어와 맞물릴 때까지 솔레노이드를 통해 액추에이터가 작동하도록 제어함으로써, 포크가 고속 기어와 저속 기어 사이에 위치하여 변속이 불완전하게 이루어지는 현상을 방지하고, 또한 고속과 저속의 상호 변속이 안전하게 이루어지게 하여 운전자가 편안하고 안정적으로 변속 조작이 이루어져서 안전 주행할 수 있게 한 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

Description

트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법{CONTROL METHOD FOR SHIFTING TRANSFER MODULE OF TRUCK}

본 발명은 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4륜 구동 상태에서 고속과 저속으로 변환시켜 주는 포크의 작동 위치를 검출할 수 있도록 센서를 추가하고, 이 센서의 신호를 통해 포크를 작동시켜주는 액추에이터가 고속과 저속의 상호 변환이 완료될 때까지 구동되게 제어함으로써, 고속에서 저속 또는 저속에서 고속으로 변속하는 과정에서 기어의 맞물림이 완벽하게 이루어지게 하여 정확한 변속 작용이 이루어지게 한 것이다.

일반적으로 자동차는 엔진에서 연소로 만들어진 엔진 동력을 변속기를 통해 바퀴로 전달하여 구동한다. 이때, 바퀴로 동력을 전달하는 방식에 따라 2륜 구동 방식(2WD)과 4륜 구동 방식(4WD)으로 구분한다.

2WD는 앞바퀴(전륜(前輪) 구동)나 뒷바퀴(후륜(後輪) 구동)에만 변속기의 출력을 공급하여 구동한다. 앞바퀴를 구동하는 전륜 구동 방식(FF)은 차체가 가벼워 제조비용이 절감되고 실내 공간을 넓게 확보할 수 있어 승용차 등에 많이 적용된다. 뒷바퀴를 구동하는 후륜 구동 방식(FR)은 차체의 중량 배분으로 코너링과 승차감이 좋지만 무겁고 제조 비용이 많이 들고 트렁크와 같은 실내 공간을 확보하는 데 어려움이 있다.

4WD는 앞바퀴와 뒷바퀴 모두에 변속기 출력을 공급하여 구동한다. 이러한 4WD는 지면에 대한 바퀴의 접지력이 우수하여 험로 주행에 유리하고 안정적인 주행이 가능하여 근래에는 승용차에도 많이 적용하여 사용하고 있다. 또한, 4WD는 항상 구동하는 경우 연비가 떨어지므로, 평상시에는 앞바퀴나 뒷바퀴만을 구동하게 하고, 비포장도로나 험로와 같이 토크가 필요할 때에 4륜 구동으로 전환하여 사용할 수 있게 구성하기도 한다.

한편, 트럭은 주로 화물을 운반하기에 적합하게 제작한 차량이므로, 적재함에 화물을 실어서 운반할 때 경사로 등에서도 밀리지 않고 안정적으로 이송할 수 있도록 [도 1]과 같이 뒷바퀴를 구동하는 2WD 방식이나 후륜 구동을 하는 4WD 방식을 채택하고 있다.

이처럼 후륜 구동 방식(FR)을 적용한 트럭은, [도 1]과 같이, 엔진(E)에서 얻은 회전력을 여기에 직접 연결한 변속기(T)로 전달하여 미리 정한 속도로 감속한 다음, 프로펠러 샤프트(S)를 통해 뒷바퀴(T)로 전달한다. 이때, 뒷바퀴(T)는 리어 드라이브 샤프트(A)의 양쪽에 장착하고, 프로펠러 샤프트(S)는 이 리어 드라이브 샤프트(A)에 회전력을 전달한다.

하지만, 이런 기존 트럭의 모드 변경(고속과 저속 변경, 4WD와 2WD로의 전환 등)할 때 다음과 같은 문제가 발생한다.

(1) 통상 이러한 모드 전환은 수동 방식으로 이루어지도록 구성하는 경우가 많다. 이는 운전자가 모드를 전환할 때 모드 전환이 제대로 이루어지지 않는 경우가 발생한다.

(2) 또한, 모드 전환이 제대로 이루어지지 않은 상태로 주행하면 운전자의 의도와 다른 모드로 전환되거나, 전환하는 과정에서 내부 구성요소를 파손시키는 요인으로 작용한다.

(3) 그리고, 특허문헌 1과 특허문헌 2에는 이러한 트랜스퍼 케이스(Transfer Case)를 이용하여 4륜 방식의 트럭을 개시하고 있으나, 구조가 복잡할 뿐만 아니라 제작에 어려움이 있다.

(4) 한편, 종래 트럭의 모드를 변경할 때, 특히 4륜 구동에서 고속과 저속을 상호 변속할 때, 완전하게 고속 또는 저속으로 변속이 이루어지지 않아 운전자를 당혹스럽게 경우가 발생한다.

(5) 즉, 종래 트럭은, 4륜에서 2륜으로 변속하는 버튼과 4륜 상태에서 고속과 저속 상태를 선택하는 두 개의 버튼을 이용하여 변속이 된다. 이때, 이들 버튼(2W↔H↔L)을 누름에 따라 해당 솔레노이드가 작동하면서 액추에이터를 동작시켜 원하는 변속이 이루어진다. 하지만, 기존 변속 모드에서는, 고속 버튼과 저속 버튼을 눌러 고속 상태와 저속 상태를 상호 변속하고자 할 때 해당 솔레노이드의 작동 시간이 변속이 완전하게 이루어졌는가를 확인하지 않고 단지 버튼을 누르고 있는 동안만 작동한다.

(6) 이에, 4륜 고속 상태에서 저속으로 변속하기 위해 저속 버튼(L)을 누르거나 반대로 저속 상태에서 고속 버튼(H)을 눌렀을 때, 솔레노이드(S1, S2)의 작동으로 동작하는 액추에이터가 포크를 완전하게 밀거나 당겨주지 못해 포크가 고속 기어와 저속 기어 사이에 위치하는 경우가 발생한다.

(7) 이에, 기어의 맞물림으로 동력 전달이 이루어지면서 변속이 이루어져야 하는 데, 기어의 맞물림이 불완전하여 동력 전달이 이루어지지 않음에 따라 변속 후에 주행하고자 할 때 운전자의 의도대로 주행할 수 없는 상황이 발생한다.

(8) 한편, 언덕에서 고속(H)↔저속(L) 사이의 상호 변속 후에 출발할 때 불완전 변속(중립) 상태가 발생할 수 있고, 이에 차량이 뒤로 밀리면서 사고로 이어질 우려가 있다.

한국등록특허 제1297625호 (등록일 : 2013.08.12) 한국등록특허 제1060036호 (등록일 : 2011.08.22)

본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 4륜 구동 상태인 고속과 저속 상태를 상호 변속시켜 주는 포크의 위치를 검출할 수 있게 센서를 추가하여 구성하고, 이 센서 신호를 바탕으로 실제 고속과 저속이 상호 변속 작용이 이루어질 때 포크가 고속 기어나 저속 기어와 맞물릴 때까지 솔레노이드를 통해 액추에이터가 작동하도록 제어함으로써, 포크가 고속 기어와 저속 기어 사이에 위치하여 변속이 불완전하게 이루어지는 현상을 방지하고, 또한 고속과 저속의 상호 변속이 안전하게 이루어지게 하여 운전자가 편안하고 안정적으로 변속 조작이 이루어져서 안전 주행할 수 있게 한 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 트럭에 장착한 엔진의 회전력을 적절한 속도로 감속시켜 주는 변속기의 출력 축에 직접 연결한 다음, 앞바퀴와 뒷바퀴의 차축을 연결하여 사륜구동 방식으로 구동할 수 있게 트랜스퍼 모듈을 구성함으로써, 구조가 간단하면서도 쉽고 신속하게 2륜 구동 방식의 차량을 4륜 구동 방식으로 바로 전환하여 사용할 수 있고, 게다가 엔진 부압으로 동작하는 솔레노이드를 이용하여 4륜 상태에서 2륜으로 전환 그리고 4륜 상태에서 고속과 저속의 상호 전환 동작이 이루어지게 하여 구조가 간단하면서도 신속하고 정확하게 변속할 수 있게 한 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 4륜 구동의 경우 통상적으로 고속과 저속으로 변속하는 사륜구동과 2륜 구동을 운전자가 선택하여 주행할 수 있게 하는 데, 이러한 전환을 이처럼 엔진 부압을 이용한 진공 액추에이터를 적용함으로써, 적은 힘으로도 쉽게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 반응 속도를 높여 신속하고 정확하게 제어할 수 있게 한 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법은, 하우징(100); 드라이브 기어(210)를 갖추고 상기 하우징(100)에 양쪽이 지지가 되며, 하우징(100) 밖으로 돌출된 한쪽에 변속기의 축과 연결하는 입력 축(200); 상기 입력 축(200)과 나란하게 하우징(100)에 장착되며, 베어링(311)의 지지를 받으면서 상기 드라이브 기어(210)와 맞물리는 카운트 기어(310)를 갖춘 카운트 축(300); 상기 카운트 축(300)과 나란하게 하우징(100)에 회전할 수 있게 장착되고, 상기 카운트 기어(310)와 맞물리는 고속 기어(410)와 저속 기어(420)가 공회전할 수 있게 설치되며, 상기 고속 기어(410)와 저속 기어(420) 사이에 위치하여 어느 하나와 선택적으로 맞물리는 제1포크(430)를 갖추며, 한쪽이 하우징(100) 밖으로 돌출하여 뒷바퀴 축과 연결되고 다른 한쪽에 출력 허브(440)를 갖춘 제1출력 축(400); 및 상기 제1출력 축(400)과 같은 중심선에 위치하며 한쪽에 앞바퀴 축과 연결할 수 있도록 하우징(100)에 회전할 수 있게 장착하고, 한쪽이 하우징(100) 밖으로 돌출하여 앞바퀴 축과 연결되고 다른 한쪽이 상기 출력 허브(440)와 선택적으로 연동하여 회전할 수 있게 제2포크(510)를 갖춘 제2출력 축(500);을 포함하는 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법에 있어서;, 상기 하우징(100)에는 제1포크(430)와 함께 길이 방향으로 움직이는 샤프트 로드(432)의 위치를 검출하기 위한 제1센서(433)와 제2센서(434), 상기 샤프트 로드(432)를 길이 방향으로 이송시켜 주는 진공 액추에이터(431), 상기 액추에이터(431)를 길이 방향으로 진퇴 작동시켜 주기 위한 두 개의 솔레노이드(S1, S2), 상기 제2포크(510)와 함께 움직이는 샤프트 로드(512)의 위치를 검출하기 위한 제3센서(513), 상기 샤프트 로드(512)를 길이 방향으로 이송시켜 주는 진공 액추에이터(511), 상기 액추에이터(511)를 길이 방향으로 진퇴 작동시켜 주기 위한 두 개의 솔레노이드(S3, S4)를 포함하되;, 4개의 상기 솔레노이드(S1, S2, S3, S4)는, "2W" 버튼-"H"버튼-"L"버튼의 순서대로 변속이 이루어질 때, 제어기(600)의 제어를 받아 아래와 같이 작동되며,

상기 제어기(600)는 제1포크(430)가 고속 기어(410)와 저속 기어(420)에 맞물린 것을 상기 제1센서(433)와 제2센서(434)에서 검출한 신호가 입력될 때까지 솔레노이드(S1, S2)를 작동시켜 고속과 저속의 상호 변속이 완전히 이루어진 것으로 판단하고, 상기 제2포크(510)가 상기 출력 허브(440)와 맞물린 것을 검출한 상기 제3센서(513)의 검출 결과를 통해 4륜 구동 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 고속 기어(410)와 저속 기어(420)는, 니들 롤러 베어링(411,421)을 매개로 공회전할 수 있게 제1출력 축(400)에 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 입력 축(200)과 카운트 축(300) 그리고 제1출력 축(400)은, 중심 위치가 삼각형 형태가 되게 배치하거나, 나란하게 배치하거나, 이웃한 두 개의 축을 기준으로 나머지 축이 미리 정한 각도를 이루도록 배치하여, 트럭에서 차지하는 공간을 조절하여 제작할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 제어기(600)는 상기 "2W" 버튼과 "H"버튼 그리고 "L"버튼이 눌림에 따라 변속이 완전하게 이루어지면, 램프가 점등되게 하여 운전자가 시각적으로 알 수 있게 하거나, 소리를 내어 운전자가 청각적으로 알 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 4륜 구동 상태에서, 고속과 저속 사이에서 상호 변속이 이루어질 때, 기어 변속이 완전하게 이루어질 때까지 진공 액추에이터가 작동하도록 솔레노이드를 제어하므로 고속이나 저속 상태로 변속할 때 불완전하게 변속이 이루어지는 현상을 방지할 수 있다.

(2) 이는 운전자가, 4륜 구동 상태에서, 고속에서 저속으로 또는 저속에서 고속으로 변속이 적절하게 이루어졌다고 생각하여 자동차를 주행하기 위해 가속 페달을 밞았을 때 변속이 제대로 이루어지지 않음에 따라 운전자가 놀라거나 당황할 수 있는 상황이 발생하지 않게 하여 안전운행을 도모할 수 있게 한다. 특히, 언덕에서 고속(H)↔저속(L) 사이의 상호 변속 후에 출발할 때 불완전 변속 상태(고속과 저속의 중간에서의 중립 상태)로 차량이 뒤로 밀릴 수 있는 데, 본 발명은 이런 불완전 변속을 미리 방지하여 안전운행을 도모할 수 있다.

(3) 변속 상태를 LED 소자와 같은 램프를 이용하여 시각적으로 볼 수 있게 하거나 소리를 내게 하여 청각적으로 들을 수 있게 구성하므로, 운전자는 변속 상태가 완전하게 이루어졌는지 아닌지를 쉽고 정확하게 확인할 수 있다.

(4) 엔진 구동으로 발생한 엔진 부압을 이용하므로 별도의 구동력을 갖추지 않고서도 쉽게 진공 액추에이터를 작동시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지 절감 효과를 기대할 수 있다.

(5) 특히, 엔진 부압으로 솔레노이드를 동작하게 하므로 구조가 간단하면서도 반응성이 우수하여 제조와 유지 관리가 편리하다.

(6) 본 발명에 적용한 트랜스퍼 모듈을 통상 트럭의 변속기 축에 바로 연결한 다음, 이 모듈에 구성한 두 개의 출력 축에 각각 앞바퀴 축과 뒷바퀴 축을 바로 연결하면 4륜 구동 방식으로 제조할 수 있다.

(7) 특히, 이러한 본 발명의 트랜스퍼 모듈은 차종에 따라 변속기 등의 배치가 달라지더라도 바로 변속기 축에 연결하여 조립할 수 있으므로 쉽게 4륜 구동으로 조립할 수 있다.

(8) 또한, 회전력을 전달하고 분배하기 위해 사용하는 세 개의 축을 각 회전의 중심점이 직선 형태가 되게 배치하거나, 삼각형 혹은 두 개의 축을 기준으로 나머지 축과 미리 정한 각도로 위치하게 배치하여 본 발명에 따른 트랜스퍼 모듈을 다양하게 제작할 수 있다.

(9) 이처럼 다양한 형태로 세 개의 축을 배치할 수 있으므로, 본 발명에 따른 트랜스퍼 모듈은 차종에 따라 프레임과 지면까지의 높이나 트랜스 모듈의 장착 공간에 따라 적절한 형태를 선택 제조하여 사용할 수 있다.

(10) 4륜 구동 방식의 경우, 운전자가 도로 면이나 주변 환경 등에 따라 회전력을 고속과 저속, 그리고 앞바퀴 구동과 전륜구동을 선택할 수 있는 데, 이러한 선택을 위해 엔진 부압을 이용한 진공 액추에이터를 채택함으로써, 별도의 작동 동력원이 없이도 쉽게 이러한 선택을 할 수 있을 뿐만 아니라 정확하고 신속한 반응 동작을 얻을 수 있다.

[도 1]은 종래 트럭에 엔진에서 생성한 회전력을 뒷바퀴로 전달하는 과정을 설명하기 위한 개략도.
[도 2]는 본 발명에 따른 트랜스퍼 모듈을 통상의 트럭에 적용한 예를 보여주기 위한 트럭의 개략도.
[도 3]은 본 발명에 따른 트랜스퍼 모듈의 전체 형상을 보여주기 위한 사시도.
[도 4]는 본 발명에 따른 트랜스퍼 모듈에서 하우징을 제거한 상태의 내부 구성을 보여주기 위한 사시도.
[도 5]는 본 발명에 따른 트랜스퍼 모듈을 구성하는 세 개의 축이 서로 맞물리는 상태를 보여주기 위한 단면도.
[도 6]은 본 발명에 따라 제1포크와 제2포크의 작동을 검출하기 위해 샤프트에 센서가 장착된 상태를 보여주기 위한 사시도.
[도 7]은 본 발명에 따른 제1포크의 작동 전과 작동 후 상태를 보여주기 위한 도면으로, (a)는 고속 상태를 보여주는 사시도이고, (b)는 저속 상태를 보여주는 사시도.
[도 8]은 본 발명에 따라 트랜스퍼 모듈을 제어하기 위한 구성을 개략적으로 보여주기 위한 블록도.
[도 9]는 본 발명에 따라 버튼을 눌렀을 때 솔레노이드와 센서의 작동 상태를 보여주기 위한 작동 상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 발명에 따른 트럭용 트랜스퍼 모듈(M)의 제어 방법은, [도 2] 내지 [도 8]과 같이, 미리 정한 크기를 가진 하우징(100), 변속기의 출력 축과 연결할 수 있게 하우징(100)에 장착된 입력 축(200), 이 입력 축(200)의 회전력을 전달할 수 있게 하우징(100)에 장착된 카운트 축(300), 이 카운트 축(300)을 통해 회전력을 고속과 저속으로 선택하여 뒷바퀴 축으로 전달할 수 있게 하우징(100)에 장착된 제1출력 축(400), 그리고 이 제1출력 축(400)과 선택적으로 맞물리며 앞바퀴 축으로 회전력을 전달하기 위한 제2출력 축(500)을 포함한다.

특히, 본 발명은 제1출력 축(400)에 장착되어 4륜 구동 상태에서 고속과 저속으로 상호 변속 작용이 이루어지게 하는 제1포크(430)의 위치를 감지할 수 있게 제1센서(433)를 추가 구성하고, 이 제1센서(433)와 이미 설치된 제2센서(434)의 검출 신호를 바탕으로 솔레노이드(S1, S2)의 작동을 제어하여 고속과 저속의 상호 변속이 정확하게 이루어질 때까지 진공 액추에이터(431)가 제1포크(430)를 작동시킬 수 있게 구성함으로써, 고속과 저속의 상호 변속 작용을 할 때 변속 기어가 맞물리지 않는 현상을 방지하여 안전하고 적절한 변속이 이루어지게 한 것이다.

또한, 본 발명은 서로 나란하게 설치하는 이들 축(300,400,500)의 배치를 통해 다양한 크기와 넓이를 갖도록 트랜스퍼 모듈(M)을 제작하여 사용할 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 대하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

하우징(100)은, [도 3] 및 [도 5]와 같이, 후술할 다른 구성요소를 감싸 보호할 수 있게 미리 정한 크기로 제작한다. 이때, 하우징(100)은 다양한 형태로 제작할 수 있는 데, 이는 후술할 축의 배치에 따라 [도 3] 및 [도 4]와 같이 두꺼운 형태로 제작하거나 [도 5]와 같이 넓은 형태로 제작한다. 이에 대해서는 후술한다.

입력 축(200)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 상술한 하우징(100) 안에 양쪽을 지지하여 제자리 회전할 수 있게 장착한다. 이때, 입력 축(200)은 한쪽 끝이 하우징(100) 밖으로 돌출하게 형성하고, 돌출한 끝에는 플랜지(220)를 장착하여 트럭에 장착된 변속기의 출력 축을 연결할 수 있게 구성한다.

특히, 상기 입력 축(200)에는 변속기의 출력 축을 통해 전달받은 회전력을 전달할 수 있도록 드라이브 기어(210)를 갖춘다.

이러한 입력 축(200)은, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 변속기의 출력 축과 연결하는 한쪽에는 베어링(230)의 지지를 받고, 다른 한쪽은 하우징(100)에 장착한 커버(110)의 지지를 받아 회전할 수 있게 장착한다.

카운트 축(300)은, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 상술한 입력 축(200)과 나란하게 위치하도록 양단을 각각 하우징(100)에 장착한다. 이때, 카운트 축(300)은 하우징(100)에 직접 장착할 수도 있으나, 조립과 분해를 쉽게 할 수 있도록 커버 등을 이용하여 장착하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 카운트 축(300)에는 베어링(311)의 지지를 받아 공회전할 수 있도록 카운트 기어(310)를 장착한다. 카운트 기어(310)는 서로 다른 기어 비를 가진 기어가 마치 2열 형태로 나란하게 일체로 이루어진 기어로서, 고속과 저속으로 회전력을 선택할 수 있도록 사용하는 통상의 기어를 말한다. 또한, 이러한 카운트 기어(310)는 저속 기어 부분이 상술한 드라이브 기어(210)와 항상 맞물려서 변속기의 회전력을 후술할 제1출력 축(400)으로 전달한다.

제1출력 축(400)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 상술한 카운트 축(300)과 나란하게 위치하도록 하우징(100)에 장착한다. 이때, 제1출력 축(400)은 하우징(100)에 장착한 두 개의 베어링(450) 지지를 받아 회전할 수 있게 장착하는 데, 그 한쪽은 하우징(100)의 바깥쪽으로 돌출하여 뒷바퀴 축과 연결할 수 있도록 플랜지(460)를 갖춘다.

또한, 상기 제1출력 축(400)에는 고속 기어(410)와 저속 기어(420)가 공회전할 수 있게 장착한다. 이때, 고속 기어(410)와 저속 기어(420)는 니들 롤러 베어링(411,421)을 매개로 제1출력 축(400)에 공회전할 수 있게 장착하고, 특히 이들 고속 기어(410)와 저속 기어(420)는 상술한 카운트 기어(310)와 항상 맞물려서 공회전할 수 있게 장착한다.

그리고, 상기 제1출력 축(400)에는 고속 기어(410)와 저속 기어(420) 사이에 제1포크(430)를 갖춘다. 제1출력 축(400)과 일체로 회전하는 슬리브를 포함하며, 특히, 이 슬리브는 제1포크(430)가 제1출력 축(400)의 길이 방향을 따라 전후로 움직임에 따라 이 제1출력 축(400)과 이들 고속 기어(410)와 저속 기어(420) 중에서 어느 하나와 맞물리게 하여 카운트 축(300)에서 고속 또는 저속으로 회전력이 제1출력 축(400)으로 전달받게 한다. 이때, 상기 제1포크(430)는, [도 5] 내지 [도 8]과 같이, 제1출력 축(400)과 나란하게 설치된 샤프트 로드(432)와 함께 그 길이 방향을 따라 움직인다.

한편, 상기 샤프트 로드(432)에 이 샤프트 로드(432)의 작동 위치, 즉 상기 제1포크(430)가 고속 기어(410) 및 저속 기어(420)와 맞물렸을 때를 검출할 수 있도록 제1검출 홈(432a)와 제2검출 홈(432b)이 형성된다. 이들 검출 홈에는 각각 상기 하우징(100)에 장착된 제1센서(433)과 제2센서(434)를 통해 위치를 검출하게 한다. 즉, 제1센서(433)는 [도 7(a)]와 같이 제1검출 홈(432a)에 끼워지면 이에 대한 신호를 제어기(600)에 출력하여 제1포크(430)가 고속 기어(410)와 맞물렸음을 알 수 있게 하고, 상기 제2센서(434)는 [도 7(b)]와 같이 제2검출 홈(432b)에 끼워지면 이에 대한 신호를 제어기(600)에 출력하여 제1포크(430)가 저속 기어(420)와 맞물렸음을 알 수 있게 한다.

이러한 샤프트 로드(432)는, [도 6] 및 [도 8]과 같이, 진공 액추에이터(431)와 연결되며, 이 진공 액추에이터(431)는 제어기(600)를 제어를 받는 두 개의 솔레노이드(S1, S2)의 제어를 통해 샤프트 로드(432)를 그 길이 방향으로 진퇴 작동시킨다. 솔레노이드(S1, S2)를 통해 진공 액추에이터(431)를 제어하는 구성에 관해서는 후술할 "변속 제어"에서 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1포크(430)는 이처럼 제1출력 축(400)의 길이 방향을 따라 전후로 움직일 수 있도록 [도 8]과 같이 진공 액추에이터(431)를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 이때 필요한 진공은 엔진에서 발생한 부압을 이용하여 작동할 수 있게 구성함으로써, 추가 구성을 최소화하면서도 고속과 저속의 변속 효과를 얻을 수 있게 하는 것이 좋다.

마지막으로, 상기 제1출력 축(400)에는 다른 한쪽, 즉 하우징(100)의 바깥쪽으로 돌출하지 않고 내부에 있는 한쪽에는 출력 허브(440)를 장착한다. 출력 허브(440)는 후술할 제2출력 축(500)과 선택적으로 맞물려서 변속기의 회전력을 앞바퀴로 전달하는 데 이용한다. 이에 대해서는 제2출력 축(500)과 함께 설명한다.

제2출력 축(500)은, [도 3] 내지 [도 5]와 같이, 하우징(100) 안에 베어링(520) 지지를 받아 제자리에서 회전할 수 있게 장착한다. 이때, 제2출력 축(500)은 상술한 제1출력 축(400)의 중심선과 일치하게 하우징(100)에 장착하고, 한쪽은 하우징(100)의 바깥쪽으로 돌출하게 구성하여 플랜지(530)를 통해 앞바퀴 축과 연결할 수 있게 구성한다.

한편, 상기 제2출력 축(500)은, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 하우징(100)의 안쪽에 장착한 다른 한쪽에 제2포크(510)를 갖춰 상술한 출력 허브(440)와 선택적으로 연동할 수 있게 구성함으로써, 제2출력 축(500)이 제1출력 축(400)과 선택적으로 구동할 수 있게 구성한다. 이러한 제2포크(510)는, [도 4] 내지 [도 8]과 같이, 제1출력 축(400)과 나란하게 위치하도록 하우징(100)에 장착된 샤프트 로드(512)와 함께 작동한다.

여기서, 상기 샤프트 로드(512)는 상술한 제2포크(510)와 함께 그 길이 방향으로 움직일 수 있도록 하우징(100)에 설치되며, 이 샤프트 로드(512)의 외주에는 미도시한 검출 홈이 형성된다. 그리고 이 검출 홈에는 상술한 하우징(100)에 장착된 제3센서(513)를 통해 2륜과 4륜으로 변속 상태에 대한 검출 신호를 제어기(600)로 출력한다. 즉, 제어기(600)는 상기 제3센서(513)가 검출 홈에 위치한 것으로 입력신호가 입력되면 4륜 상태에 있는 것으로 판단하고, 제1센서(433)의 신호가 입력되면 4륜 고속(H) 상태로 판단하고, 제2센서(434)의 신호가 검출되면 4륜 저속(L) 상태로 판단한다.

또한, 상기 샤프트 로드(512)는, [도 6] 및 [도 8]과 같이, 진공 액추에이터(511)를 통해 그 길이 방향으로 움직이면서 2륜 또는 4륜 상태로 변속이 이루어진다. 여기서, 진공 액추에이터(511)는 자동차의 부압을 이용하여 동작하는 통상의 기술로 이루어진 것을 사용하며, [도 8]과 같이 두 개의 솔레노이드(S3, S4)를 통해 2륜과 4륜 변속이 이루어지게 제어된다. 이들 솔레노이드(S3, S4)의 동작에 관해서는 후술할 "변속 제어" 부분에서 상세하게 설명한다.

이처럼 이루어진 본 발명에 따른 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법은, [도 5]와 같이, 입력 축(200)을 통해 입력받은 변속기의 회전력이 카운트 축(300)으로 전달되고, 제1출력 축(400)에서 제1포크(430)로 고속 기어(410)와 저속 기어(420)의 맞물림을 선택함에 따라 고속 회전 또는 저속 회전이 결정된다. 그리고, 이러한 회전은 기본적으로 제1출력 축(400)을 통해 뒷바퀴 축으로 전달되어 2륜 구동하나, 상기 제2포크(510)로 제1출력 축(400)과 제2출력 축(500)을 연동하게 연결하면 뒷바퀴 축뿐만 아니라 앞바퀴 축으로도 회전력이 전달되어 4륜 구동이 이루어진다.

마지막으로, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 입력 축(200)과 카운트 축(300) 그리고 제1출력 축(400)은 하우징(100)에 배치하는 위치에 따라 하우징의 크기와 넓이를 다르게 제작할 수 있다. 즉, [도 4]와 같이 이들 축을 삼각형 형태가 되게 배치함으로써 삼각기둥과 같이 두꺼운 형태로 제작할 수 있고, [도 5]와 같이 이들 축을 나란하게 일렬로 배치함에 따라 얇고 넓게 배치하여 제작할 수 있다. 또한, 두 개의 축을 기준으로 다른 하나가 미리 정한 각도가 되게 배치하여 제작하는 구성도 가능하다.

이러한 축의 배치를 통한 제작은 차체의 바닥면과 지면과의 높이나, 모듈의 장착 공간 등을 고려하여 이에 맞는 형태로 모듈을 제작하여 사용할 수 있게 하기 위한 것이다.

(변속 제어)

본 발명에 따른 변속 제어 방법은, [도 8] 및 [도 9]와 같이, 운전자가 사륜구동에서 2륜 구동을 선택하게 하는 "2W" 버튼, 4륜 구동 상태 중 고속을 선택하기 위한 "H" 버튼과 저속을 선택하기 위한 "L" 버튼을 누름에 따라 이에 대한 신호가 제어기(600)에 입력되고, 제어기(600)는 네 개의 솔레노이드(S1, S2, S3, S4)를 제어하여 2륜 구동(2WD)과 4륜 구동(4WD)의 선택과, 고속과 저속 상태로 전환해 준다. 여기서, 고속과 저속 상태는 4륜 구동 상태에서 변속이 이루어진다.

이때, 상기 제어기(600)는 차속 센서(610)를 통해 차량이 정지한 상태이고 클러치 작동 스위치(620)를 통해 클러치를 분리하여 동력을 차단한 상태에서 솔레노이드(S1, S2, S3, S4)를 통해 진공 액추에이터(431, 511)를 제어한다. 여기서, 상기 솔레노이드(S1, S2, S3, S4)는 제어기(600)의 제어 신호에 따라 엔진 부압을 인가받아 작동한다. 이때, 두 개의 솔레노이드(S1, S2)는 상기 제1포크(430)를 작동시키는 진공 액추에이터(431)를 제어하여 고속과 저속으로 전환하는 데 이용하고, 나머지 두 개의 솔레노이드(S3, S4)는 제2포크(510)를 작동시키기 위한 진공 액추에이터(511)를 제어하여 2륜 구동과 4륜 구동이 상호 전화시키는 데 이용한다.

한편, 제어기(600)는, [도 8] 및 [도 9]와 같이, 운전자가 상술한 "2W" 버튼과 "H" 버튼과 "L" 버튼을 누름에 따라 같이 제어한다.

(1) 2륜 구동 상태에서 고속 상태(4륜 구동 상태로)인 "H" 버튼을 누르면(버튼이 "2W"→"H"로 전환), 제어기(600)는 2륜 상태를 유지하게 하는 솔레노이드(S3)를 오프 시키면서 4륜 구동을 유지하게 하는 솔레노이드(S4)를 온 작동시킨다. 이때, 제어기(600)는 제1포크(430)가 고속 기어(410)와 완전하게 맞물려 있고, (S4)를 작동시켜 액추에이터(511)를 구동시킨다.

(2) 4륜 구동이면서 고속 상태에서 "L(저속)" 버튼을 누르면(버튼이 "H"→"L"로 전환), 4륜 구동 상태이므로, 제어기(600)는 4륜 상태를 유지하게 하는 솔레노이드(S4)를 온 작동시켜 4륜 구동을 유지하게 하는 상태에서, 저속 상태를 유지하게 하는 솔레노이드(S1)만 온 작동시켜 저속 상태로 전환하게 한다. 이때, 제어기(600)는 제1포크(430)가 저속 기어(420)와 완전하게 맞물려서 제2센서(434)가 온 상태일 때만 솔레노이드(S1)를 작동시켜 액추에이터(431)를 구동시키고, 구동된 후에는 솔레노이드(S1)를 오프 시킨다.

(3) 4륜 구동 상태이면서 저속 상태에서 "H(고속)" 버튼을 누르면(버튼이 "L"→"H"로 전환), 4륜 구동 상태이므로, 제어기(600)는 4륜 상태를 유지하게 하는 솔레노이드(S4)를 온 작동시켜 4륜 구동을 유지하는 상태에서, 고속 상태를 유지하게 하는 솔레노이드(S2)만 온 작동시켜 고속 상태로 전환하게 한다. 이때, 제어기(600)는 제1포크(430)가 고속 기어(410)와 완전하게 맞물려서 제1센서(433)가 온 상태가 될 때까지만 솔레노이드(S2)를 작동시켜 액추에이터(431)를 구동시키고, 구동된 후에는 솔레노이드(S2)를 오프 시킨다.

(4) 4륜 구동이면서 고속 상태에서 "2W(2륜 구동)" 버튼을 누르면(버튼이 "H"→"2W"로 전환), 제어기(600)는 4륜에서 2륜으로 전환해 주기 위한 솔레노이드(S3, S4)를 제어한다. 즉, 제어기(600)는 2륜을 유지하게 하는 솔레노이드(S3)를 온 작동시키고, 4륜을 유지시켜 주는 솔레노이드(S4)의 작동을 오프 작동하게 한다. 그리고, 제어기(600)는 제2포크(510)가 출력 허브(440)에서 완전히 분리되게 하도록 솔레노이드(S3)를 작동시켜 액추에이터(511)를 구동시킨다.

(5) 4륜 구동이면서 저속 상태에서 2륜 구동을 위한 "2W" 버튼을 누르면(버튼이 "L"→"2W"로 전환), 제어기(600)는 "저속"에서 "고속" 전환한 다음("L"→"H"로 전환), 다시 "고속" 상태에서 "2륜" 상태로 전환 제어한다("H"→"2W"). 이를 위해서, 먼저 제어기(600)는 4륜 상태를 유지하게 하는 솔레노이드(S4)와 고속 상태를 유지하게 하는 솔레노이드(S2)를 온 작동시켜 4륜 저속 상태를 4륜 고속 상태로 전환한다. 이어, 제어기(600)는, 고속(4륜 상태)에서 2륜 상태로 변속하기 위해, 2륜 상태를 유지하게 하는 솔레노이드(S3)만 온 작동시키고 솔레노이드(S4)를 오프 시켜 2륜 상태로 변속시킨다. 이때, 제어기(600)는 저속 상태에서 고속으로 변속할 때는 제1포크(430)가 고속 기어(410)와 완전하게 맞물려서 제2센서(434)가 온 상태가 될 때까지 솔레노이드(S2)를 작동시켜 액추에이터(431)를 구동시킨 다음, 고속에서 2륜으로 변속할 때는 제2포크(510)가 출력 허브(440)에서 완전히 분리됨에 따라 제3센서(513)가 온 될 때까지 솔레노이드(S3)를 작동시켜 액추에이터(511)를 구동시킨다.

(6) 2륜 구동 상태에서 저속으로 전환하면(버튼은 "2W"→"L"로 전환), 제어기(600)는 "2륜 구동" 상태에서 4륜 고속 상태로 전환한 다음("2W"→"H"), 다시 4륜 저속 상태("H"→"L")로 전환 제어한다. 이에, 제어기(600)는 2륜 상태에서 고속의 4륜 상태가 되도록 솔레노이드(S3)를 오프 시키고, 다른 솔레노이드(S4)를 온 작동시킨다. 이어, 제어기(600)는 이처럼 4륜 상태를 유지할 수 있게 상기 솔레노이드(S4)를 온 작동시켜 액추에이터(511)를 구동시킨 다음, 이어 고속을 저속으로 변속하기 위한 솔레노이드(S1)를 온 작동시킨다. 이때, 제어기(600)는 2륜 구동에서 4륜 고속 상태로 변속한 후 제1포크(430)가 저속 기어(420)와 완전하게 맞물리도록 제2센서(434)가 온 상태가 될 때까지 솔레노이드(S1)를 작동시켜 액추에이터(431)를 구동시킨 다음에 솔레노이드(S1)를 오프 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제어기(600)는 본 발명에서 변속할 때 사용하는 버튼, 즉 "2W" 버튼과 "H"버튼 그리고 "L"버튼을 누름에 따라 각 기어의 맞물림 상태를 LED 소자 등을 이용한 램프나 소리 등을 이용하여 운전자에게 알려줄 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 이들 버튼을 누름에 따라 정확하게 변속과 모드 전환이 되지 않으면 램프의 점멸을 이용하여 시각적으로 알 수 있게 하거나, 소리를 내게 하여 운전자가 청각적으로 알 수 있게 구성함으로써 안전성을 높일 수 있게 하는 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제어기(600)는 주행 중에 4륜 구동이나 2륜 구동으로의 전환 신호를 입력받는 경우 주행 중에는 입력받은 모드로 전환하지 않게 제어하나, 이를 기억했다가 잠시 정차했다가 출발할 때라든가 시동을 다시 켜는 경우 이를 반영할 수 있게 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 4륜의 고속으로 주행 중에 2륜으로 전환하라는 버튼 신호를 제어기(600)에서 받으면, 제어기(600)는 현재 차량이 주행 중이므로 이러한 모드 전환은 수행하지 않는다. 하지만, 제어기(600)는 차량을 정차하였을 때 동력 전달이 완전히 차단된 것으로 확인하면, 상술한 바와 같이 4륜에서 2륜으로 모드 전환을 수행한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제어기(600)는 허브 록(Hub Lock)을 장착한 차량의 경우 이 허브 록의 상태도 반영할 수 있게 제어하는 것이 바람직하다. 여기서, 허브 록은 앞차축에 구동력을 전달하지 않게 프리(Free) 작용을 하거나, 반대로 앞차축에 구동력을 전달할 수 있게 잠금(Lock)을 하는 통상의 기술로 제작한 것이다. 이러한 허브 록은 4륜 주행일 때 바퀴와 휠 허브를 잠금 작용을 하여 구동력을 전달할 수 있게 하고, 2륜 주행일 때는 반대로 바퀴와 휠 허브만 회전하게 하여 구동력이 전달되지 않게 한다.

이에, 제어기(600)는 2륜 구동→4륜 구동으로 모드 전환을 할 경우 이 허브 록이 잠금(Lock) 위치에 있을 때 전환이 이루어지게 하고, 반대로 4륜→2륜 구동 모드 전환할 때는 프리(Free) 상태에서 전환이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

이에, 운전자는 차량이 멈춘 다음 동력 전달을 차단한 상태에서, 고속과 저속을 구분하는 버튼과 2륜과 4륜을 구분하는 버튼을 조작함에 따라 엔진 부압을 선택한 버튼에 맞는 모드에 맞게 솔레노이드에 인가시켜 신속하고 안정적으로 모드 전환을 할 수 있다.

또한, 센서를 이용하여 고속과 저속을 상호 전환할 때 기어의 맞물림이 완전히 이루어지는 것을 확인할 수 있게 구성하므로, 고속과 저속 상태의 기어가 맞물리지 않아서 변속 조작이 원활하게 이루어지지 않는 현상을 방지하여 안전운행을 할 수 있게 한다.

100 : 하우징 110 : 커버
200 : 입력 축 210 : 드라이브 기어
220 : 플랜지 300 : 카운트 축
400 : 제1출력 축 410 : 고속 기어
420 : 저속 기어 430 : 제1포크
440 : 출력 허브 450 : 베어링
500 : 제2출력 축 510 : 제2포크
600 : 제어기

Claims (4)

1. 하우징(100); 드라이브 기어(210)를 갖추고 상기 하우징(100)에 양쪽이 지지가 되며, 하우징(100) 밖으로 돌출된 한쪽에 변속기의 축과 연결하는 입력 축(200); 상기 입력 축(200)과 나란하게 하우징(100)에 장착되며, 베어링(311)의 지지를 받으면서 상기 드라이브 기어(210)와 맞물리는 카운트 기어(310)를 갖춘 카운트 축(300); 상기 카운트 축(300)과 나란하게 하우징(100)에 회전할 수 있게 장착되고, 상기 카운트 기어(310)와 맞물리는 고속 기어(410)와 저속 기어(420)가 공회전할 수 있게 설치되며, 상기 고속 기어(410)와 저속 기어(420) 사이에 위치하여 어느 하나와 선택적으로 맞물리는 제1포크(430)를 갖추며, 한쪽이 하우징(100) 밖으로 돌출하여 뒷바퀴 축과 연결되고 다른 한쪽에 출력 허브(440)를 갖춘 제1출력 축(400); 및 상기 제1출력 축(400)과 같은 중심선에 위치하며 한쪽에 앞바퀴 축과 연결할 수 있도록 하우징(100)에 회전할 수 있게 장착하고, 한쪽이 하우징(100) 밖으로 돌출하여 앞바퀴 축과 연결되고 다른 한쪽이 상기 출력 허브(440)와 선택적으로 연동하여 회전할 수 있게 제2포크(510)를 갖춘 제2출력 축(500);을 포함하는 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법에 있어서,
   상기 하우징(100)에는 제1포크(430)와 함께 길이 방향으로 움직이는 샤프트 로드(432)의 위치를 검출하기 위한 제1센서(433)와 제2센서(434), 상기 샤프트 로드(432)를 길이 방향으로 이송시켜 주는 진공 액추에이터(431), 상기 액추에이터(431)를 길이 방향으로 진퇴 작동시켜 주기 위한 두 개의 솔레노이드(S1, S2), 상기 제2포크(510)와 함께 움직이는 샤프트 로드(512)의 위치를 검출하기 위한 제3센서(513), 상기 샤프트 로드(512)를 길이 방향으로 이송시켜 주는 진공 액추에이터(511), 상기 액추에이터(511)를 길이 방향으로 진퇴 작동시켜 주기 위한 두 개의 솔레노이드(S3, S4)를 포함하되,
   4개의 상기 솔레노이드(S1, S2, S3, S4)는, "2W" 버튼-"H"버튼-"L"버튼의 순서대로 변속이 이루어질 때, 제어기(600)의 제어를 받아 아래와 같이 작동되며,
   

   

   
   상기 제어기(600)는 제1포크(430)가 고속 기어(410)와 저속 기어(420)에 맞물린 것을 상기 제1센서(433)와 제2센서(434)에서 검출한 신호가 입력될 때까지 솔레노이드(S1, S2)를 작동시켜 고속과 저속의 상호 변속이 완전히 이루어진 것으로 판단하고, 상기 제2포크(510)가 상기 출력 허브(440)와 맞물린 것을 검출한 상기 제3센서(513)의 검출 결과를 통해 4륜 구동 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고속 기어(410)와 저속 기어(420)는,
   니들 롤러 베어링(411,421)을 매개로 공회전할 수 있게 제1출력 축(400)에 장착된 것을 특징으로 하는 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 입력 축(200)과 카운트 축(300) 그리고 제1출력 축(400)은,
   중심 위치가 삼각형 형태가 되게 배치하거나, 나란하게 배치하거나, 이웃한 두 개의 축을 기준으로 나머지 축이 미리 정한 각도를 이루도록 배치하여, 트럭에서 차지하는 공간을 조절하여 제작할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어기(600)는 상기 "2W" 버튼과 "H"버튼 그리고 "L"버튼이 눌림에 따라 변속이 완전하게 이루어지면, 램프가 점등되게 하여 운전자가 시각적으로 알 수 있게 하거나, 소리를 내어 운전자가 청각적으로 알 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 트럭용 트랜스퍼 모듈의 제어 방법.

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