KR20170036469A - 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수동변속기에 변속 및 클러치를 담당하는 액추에이터와 이를 제어할 수 있는 변속제어장치를 추가로 구성하는 것으로, 특히 변속제어기술은 자동화 수동변속기의 상용화를 위한 핵심기술로 개발된 TCU(transmission control unit)에 의해서 변속 및 클러치를 동시에 효과적으로 제어함으로써 우수한 성능을 갖는 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치를 제시한다.

Description

자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치{Automated Manual Transmission}

본 발명은 차량용 자동화 수동 변속기(Automated Manual Transmission)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속 자동화 모듈(Transmission Actuator) 및 클러치 자동화 모듈(Clutch Actuator)을 구현함으로써 12단으로 자동 변속하여 초대형 트럭이나 버스 등의 상용차에서도 자동화 수동 변속기를 사용할 수 있도록 하는 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 차량용 변속장치는 엔진의 구동력을 구동륜에 전달하는 기능을 가지고 있는 것으로, 이러한 변속장치에는 운전자의 의지대로 직접 변속단을 선택하는 수동 변속장치와, 차량의 주행조건에 따라 자동적으로 변속이 이루어지는 자동 변속장치와, 각 변속단 사이에 특정한 변속 영역없이 무단으로 변속이 이루어지는 무단 변속장치로 크게 구분된다.

이러한 변속장치 중 수동 변속장치는 엔진의 동력전달 또는 후진을 위한 회전방향 변환을 위한 클러치의 작동을 운전자가 손으로 직접 조작하는 것으로, 운전조작이 번거롭지만 연료의 소비가 자동변속기에 비하여 낮다는 장점을 가지고 있다.

한편, 이와 같은 수동변속기의 변속과정의 불편함을 해소하기 위하여 자동화 수동변속기가 제안되었으며, 이러한 자동화 수동변속기는 아래의 선행기술문헌에 개시되어 있다.

통상적으로, 자동화 수동 변속기(Automated Manual Transmission)는 승용차뿐만 아니라 상용차 부분의 차량에도 점차 그 사용이 증가하고 있는데, 그 이유는 이 자동화 수동변속기가 자동으로 진행되는 변속 과정으로 인해 높은 변속기 효율, 컴팩트한 크기 및 비교적 적은 중량에서 우수한 조작 편의성을 제공하며 해당 차량의 우수한 연비를 구현하기 때문이다. 하지만, 자동화 수동변속기의 단점은 기어 변속 중에 출력축과 연결된 액슬 드라이브와 구동 엔진 사이에서 동력 흐름이 중단되는 것인데, 이는 엔진 클러치가 일시적으로 열리고 수동변속기가 일정 기간동안 공회전 상태에 놓이기 때문이다. 이로 인해 증속 변속 시, 특히 오름경사 구간의 주행 중에 견인 종속 변속 시 차량의 원치 않는 감속이 발생하고, 감속 변속 시 특히 내림경사 구간의 주행 중에 관성 감속 변속 시 원치 않는 차량 가속이 발생할 수 있다. 이는 일반적으로 변속 과정의 불편한 진행 및 지연을 야기한다.

특히, 트럭이나 버스 등과 같은 상용차에서는 변속 과정에서 동력 중단을 단축하기 위하여 기어 브레이크를 통해 증속 변속 시 체결할 각 기어의 동기화가 가속하거나 또는 닫힌 엔진 클러치에서 엔진 컨트롤의 제어를 통해 또는 경우에 따라서는 증속 변속 시 엔진 브레이크를 통해 이런 동기화를 지원하는 것이 알려져 있는데, 이러한 방법은 추가 장치로 인해 비용이 증가하는 단점이 있다.

[특허문헌 1] 등록특허공보 등록번호 제10-0834521호(발명의 명칭: 자동화 수동변속기의 변속장치. 공고일자: 2008년 06월 03일) [특허문헌 2] 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0094479호(발명의 명칭: 자동화 수동변속기. 공개일자: 2011년 08월 24일) [특허문헌 3] 공개특허공보 공개번호 제10-2013-0048845호(발명의 명칭: 자동화 수동 변속기 차량의 클러치 제어 방법. 공개일자: 2013년 05월 13일) [특허문헌 4] 공개특허공보 공개번호 제10-1999-0049819호(발명의 명칭: 수동변속기의 자동변속기구. 공개일자: 1999년 07월 05일) [특허문헌 5] 공개실용신안공보 공개번호 제20-2007-0000020호(발명의 명칭: 수동변속기의 자동 클러치장치. 공개일자: 2007년 01월 04일) [특허문헌 6] 등록특허공보 등록번호 제10-0634620호(발명의 명칭: 변속기의 액추에이터 제어 시스템. 공고일자: 2006년 10월 16일)

본 발명은 변속 자동화 모듈(Transmission Actuator) 및 클러치 자동화 모듈(Clutch Actuator)이 장착된 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치는 Select Piston, Splict Piston, Main Piston, Range Piston으로 구성되며, 상기 각 Piston와 연결되며, 10개의 Solenoid로 구성되어 상기 각 Piston을 작동시켜 12단으로 자동 변속시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 변속 자동화 모듈(Transmission Actuator) 및 클러치 자동화 모듈(Clutch Actuator)을 구현함으로써 12단으로 자동 변속하여 초대형 트럭이나 버스 등의 상용차에서도 자동화 수동 변속기를 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자동화 수동 변속기의 공압회로도를 보여주고 있는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치의 구성을 보여주고 있는 도면이다.
도 3은 도 2에서 도시하고 있는 변속기 액추에이터의 제어 장치의 기어 조합을 보여주고 있는 도면이다.
도 4는 도 2에서 도시하고 있는 변속기 액추에이터의 제어 장치에서 흡기시 솔레노이드의 내부 상세 이동경로를 보여주고 있는 도면이다.
도 5는 도 2에서 도시하고 있는 변속기 액추에이터의 제어 장치에서 배기시 실린더에서 매니폴더 커버부까지의 이동경로를 보여주고 있는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자동화 수동 변속기용 클러치 액추에이터의 제어 장치에서 클러치가 분리된 상태를 보여주고 있는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자동화 수동 변속기용 클러치 액추에이터의 제어 장치에서 클러치가 접속된 상태를 보여주고 있는 도면이다.
도 8은 도 6과 도 7에서 도시하고 있는 자동화 수동 변속기용 클러치 액추에이터의 제어 장치에 4개의 솔레노이드가 설치된 상태를 보여주고 있는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 도 6과 도 7에서 도시하고 있는 자동화 수동 변속기용 클러치 액추에이터의 제어 장치에 있어서, 흡기시 니플 조립체에서 공압의 이동경로를 보여주고 있는 도면이다.
도 12와 도 13은 도 6과 도 7에서 도시하고 있는 자동화 수동 변속기용 클러치 액추에이터의 제어 장치에 있어서, 배기시 공압의 이동경로를 보여주고 있는 도면이다.
도 14는 도 6과 도 7에서 도시하고 있는 자동화 수동 변속기용 클러치 액추에이터의 제어 장치에 있어서, 배기시 트래블 센서에서 고무부트까지의 공압 이동경로를 보여주고 있는 도면이다.
도 15는 도 6와 도 7에서 도시하고 있는 자동화 수동 변속기용 클러치 액추에이터의 제어 장치에 있어서, 배기시 고무부트에서 외부배기까지의 공압 이동경로를 보여주고 있는 도면이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 발명에서는 수동변속기에 변속 및 클러치를 담당하는 액추에이터와 이를 제어할 수 있는 변속제어장치를 추가로 구성하는 것으로, 특히 변속제어기술은 자동화 수동변속기의 상용화를 위한 핵심기술로 개발된 TCU(transmission control unit)에 의해서 변속 및 클러치를 동시에 효과적으로 제어함으로써 우수한 성능을 갖는 자동화 수동변속기를 구현하고자 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자동화 수동 변속기의 공압 회로도를 보여주고 있는 도면이며, 도 2와 도 3은 트럭이나 버스 등과 같은 상용차에 적용되는 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치(즉, 변속 자동화 모듈: Transmission Actuator)의 기술적 구성을 보여주고 있는 도면이다.

상기 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 변속 자동화 모듈은 솔레노이드의 작동에 따라 12단으로 자동 변속기능을 수행하는데, 차량의 주행 정도에 따라 자동으로 변속 과정이 진행되며, 표 1에 제시한 솔레노이드의 작동에 따라 12단으로 자동 변속되어진다.

솔레노이드의 작동번호	솔레노이드의 기능
Solenoid 1	Main Air 개폐
Solenoid 2	Select Piston-Left(전진)
Solenoid 3	Select Piston-Down(전진)
Solenoid 4	Main Piston-Down(전진)
Solenoid 5	Range Piston-Down(전진)
Solenoid 6	Range Piston-Up(후퇴)
Solenoid 7	Main Piston-Up(후퇴)
Solenoid 8	Split Piston-Up(후퇴)
Solenoid 9	Select Piston-Right(후퇴)
Solenoid 10	T/M Brake Cylinder
Solenoid 4, Solenoid 7 동시 작동	Main Cylinder 중립
Solenoid 2, Solenoid 9 동시 작동	Select Cylinder 중립

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 변속 자동화 모듈은 10개의 솔레노이드로 구성되며, 상기 솔레노이드(바람직하게는 Solenoid 1~Solenoid 10)의 작동에 따라 Select Piston, Split Piston, Main Piston, Range Piston, T/M Brake cylinder가 연동하여 작동하며, 이에 따라 차량은 주행 중에 12단으로 자동 변속되어진다. 이때 Solenoid 1이 작동하게 되면 Main Air가 개폐되는데, 차량용 콤프레셔에서 생성된 약 8kgf/㎠ 공압이 TCU Air Filter를 거쳐 Main Air 입구를 통해 공급된다.

한편, 본 발명에 따른 Shift Cylinder의 Solenoid 작동시 Piston의 위치는 표 2와 다음과 같다.

T/M Solenoid 4 작동	T/M Solenoid 4, 7 동시작동 (중립 위치)	T/M Solenoid 7 작동

아래의 표 3에서는 Select Cylinder의 Solenoid 작동시 Piston의 위치를 나타내고 있다.

T/M Solenoid 9 작동	T/M Solenoid 2, 9 동시작동 (중립 위치)	T/M Solenoid 2 작동

도 4는 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치에서 흡기시 솔레노이드의 내부 상세 이동경로를 보여주고 있는 도면이다.

상기 도 4에서 보는 바와 같이, Main Air 입구로 유입된 공압은 Solenoid 1을 통과해 공압 저장소로 이동하게 되는데, 상기 공압 저장소에 모여 있던 공압은 사출 플레이트와 매니폴더의 유로를 통과하여 작동시키고자 하는 피스톤의 담당 솔레노이드로 이동하게 된다. 즉, 상기 공압은 Solenoid 1로 이동하게 되며, 상기 Solenoid 1로 들어온 공압은 Plunger가 작동하여 열어 놓은 Low Body의 구멍으로 이동하여 By-pass Valve를 밀어 Upper Body의 유로를 개방시킨 후 그 사이로 이동하여 피스톤을 작동시킨다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치에서 배기시 실린더에서 매니폴더 커버부까지의 이동경로를 보여주고 있는 도면이다. 상기 도 5를 참조하면, 배기시에는 전술한 도 4에서 공압이 역방향으로 이동한 후 Solenoid가 오프된 상태에서는 By-pass Valve가 닫혀 있어 자연스럽게 체크밸브를 지나 매니폴더 커버로 이동한다. 상기 매니폴더 커버로 모인 배기된 공압은 매니폴더 우측 끝부분에 있는 드레인 라인을 따라 사출 플레이트와 실린더 블록을 거쳐 Transmission의 배기구로 빠져 나가게 된다.

도 6과 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 차량에 장착되는 자동화 수동 변속기의 기술적 구성을, 바람직하게는 트럭이나 버스 등과 같은 상용차에 적용되는 자동화 수동 변속기용 클러치 액추에이터의 제어 장치(즉, 클러치 자동화 모듈: Clutch Actuator)의 기술적 구성을 보여주고 있는 도면이다.

구체적으로는, 상기 도 6은 클러치 자동화 모듈에서 클러치가 분리된 상태를 보여주고 있는데, 차량용 콤프레셔에서 생성된 약 8kgf/㎠의 공압이 공압(Air) 흡입구를 통해 공급되면 피스톤이 팽창(도 6에서는 피스톤이 좌측 방향으로 이동힘)된다. 이때 상기 팽창된 Air가 실린더의 내부로 유입될 수 있도록 Solenoid #1 및 Solenoid #2가 작동하게 되며, 이에 따라 상기 피스톤이 전전하게 되고 클러치는 분리되어진다.

또한, 상기 도 7은 클러치 자동화 모듈에서 클러치가 접속된 상태를 보여주고 있으며, 실린더 내부에 압축된 Air가 빠져나갈 수 있도록 Solenoid #3 및 Solenoid #4가 작동하게 되고, 이에 따라 상기 피스톤은 후퇴하게 됨으로써 클러치는 접속되어진다.

한편, 본 발명에서는 도 8에 도시한 바와 같이 클러치 자동화 모듈에 4개의 Solenoid를 설치하는데, 구체적으로는 상기 Solenoid는 대, 소(Solenoid의 유로 구멍의 직경에 따라) 2종류가 한쌍으로 구성되며, 필요에 따라 동시 또는 개별적으로 작동하여 공압의 유량을 조절한다.

또한, 도 9는 흡기시 니플 조립체에서 공압의 이동경로를 보여주고 있는데, 상기 니플로 들어온 공압은 체크 밸브를 밀어 유로를 개방하고 에어필터를 거쳐 Solenoid(흡기)로 들어가게 된다. 상기 Solenoid(흡기)로 들어온 공압은 도 10과 같이 Plunger가 작동하여 열어 놓은 Middle Body의 구멍(hole)을 통과하여 Solenoid 하우징의 유로를 따라 이동한다. 도 11에서는 흡기시 실린더 내부까지의 이동경로를 보여주고 있는데, 상기 Solenoid(흡기)를 지난 공압은 솔레노이드 하우징의 유로를 지나 실린더 내부로 이동한 다음, 피스톤을 밀어 푸시 로드를 작동시킨다.

한편, 도 12와 도 13에서는 배기시 공압의 이동경로를 보여주고 있는데, 공압 배기시에는 솔레노이드 하우징에 있는 2개의 배기 구멍(hole)을 통하여 빠져 나가게 된다. 즉, 실린더 내부에 있던 공압은 피스톤의 미는 힘에 의해 솔레노이드 하우징의 유로를 통과하여 배기 솔레노이드로 이동하게 되며, 상기 솔레노이드 하우징으로 유입된 공압은 Plunger가 작동하여 열어 놓은 Middle Body의 구멍(hole)을 통과하여 솔레노이드 하우징의 유로를 따라 이동하여 하우징의 내부로 유입된다. 도 14에서는 배기시 트래블 센서에서 고무부트까지의 공압 이동경로를 보여주고 있는데, 솔레노이드 하우징의 내부로 유입된 공압은 트래블 센서와 센서 코어 및 피스톤의 구멍(hole)들을 순서대로 통과하여 고무부트까지 이동한다. 도 15에서는 배기시 고무부트에서 외부배기까지의 공압 이동경로를 보여주고 있는데, 고무부트에 모여있던 공압은 실린더 하우징의 에어홀을 통과하여 피스톤이 후퇴하면서 벌어진 틈을 지나 스폰지 필터를 거쳐 외부로 빠져 나가게 된다.

Claims (1)

1. 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치에 있어서,
   Select Piston, Splict Piston, Main Piston, Range Piston으로 구성되며;
   상기 각 Piston와 연결되며, 10개의 Solenoid로 구성되어 상기 각 Piston을 작동시켜 12단으로 자동 변속시키는 것을 특징으로 하는 자동화 수동 변속기용 변속기 액추에이터의 제어 장치.

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