KR20170129513A - 무단변속기의 제어방법 - Google Patents

무단변속기의 제어방법 Download PDF

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KR20170129513A
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Abstract

본 발명은 무단변속기의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 동력분기 및 합성에 의하여 변속을 수행하는 유압식 무단변속기 장치(HSU, Hydrostatic Transmission Unit, 하이드로스태틱유닛)가 포함되는 기계유압식 변속기에서 변속하는 경우, 동력순환의 크기가 크고 효율이 낮은 하이드로스태틱유닛으로 동력이 역행하는 것을 최소화시킴으로써 음의 동력순환구간을 적게 형성하며, 이에 따른 구동 출력의 동력손실을 저감시키고, 변속기 전체의 효율을 향상시킬 수 있는 무단변속기의 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해 무단변속기의 제어방법은 변속시에 클러치의 상대속도가 0이 되는 연속변속점에서 변속하지 않고, 불연속변속점에서 변속함으로써 동력순환흐름이 음인 영역을 최소화한다.

Description

무단변속기의 제어방법{CONTROL METHOD OF CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION}
본 발명은 무단변속기의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 동력분기 및 합성에 의하여 변속을 수행하는 유압식 무단변속기 장치(HSU, Hydrostatic Transmission Unit, 이하 하이드로스태틱유닛)가 포함되는 기계유압식 변속기에서 변속하는 경우, 동력순환의 크기가 크고 효율이 낮은 하이드로스태틱유닛으로 동력이 역행하는 것을 최소화시킴으로써 음의 동력순환구간을 적게 형성하며, 이에 따른 구동 출력의 동력손실을 저감시키고, 변속기 전체의 효율을 향상시킬 수 있는 무단변속기의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 지게차, 트랙터 등과 같은 작업차량은 화물을 실어 옮기는데 사용되는 특수 차량으로써, 하이드로스태틱유닛과 기계식 기어장치가 조합된 유압 기계식 변속기(HMT, Hydromechanical Transmission)가 이용되고 있다.
유압 기계식 변속기는 뛰어난 조작성을 가지는 하이드로스태틱유닛과 뛰어난 전달 효율을 가지는 기계식 기어장치의 양쪽의 장점을 극대화하기 위한 변속기이다.
또한, 작업차량에 사용되는 유압 기계식 변속기의 경우, 한 쌍 이상의 유성기어 장치와 유압식 무단 변속기를 이용하여 동력 전달 경로를 2개 이상으로 한 다경로 변속기를 이용할 수 있다. 이 경우, 유압식 무단 변속기에 의해 무단 변속된 엔진의 동력과, 무단 변속기에 의해 변속되지 않은 엔진의 동력을 유성기어장치를 이용하여 합성하여, 합성된 동력을 클러치를 이용하여 선택적으로 차축에 전달하게 된다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 종래 작업차량의 동력 전달 시스템에서 변속하는 경우, 출력구동축의 회전속도와 스트로크에 대응하여 변속단을 결정하는 클러치유닛에서의 입력축과 출력축의 상대속도가 "0"이 되는 연속변속점에서 변속된다.
이러한 경우, 일반적으로 높은 스트로크에서 연속변속점이 발생하여 음의 동력순환구간이 넓게 형성되고, 음의 동력순환구간에서는 동력순환의 흐름이 하이드로스태틱유닛으로 역행하므로, 동력손실이 크고, 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 따라 동력순환의 크기가 크고 효율이 낮은 하이드로스태틱유닛으로 동력이 역행하는 것을 최소화시키고, 음의 동력순환구간을 적게 형성하는 것이 필요하다.
1) 대한민국 등록특허공보 제10-1498810호 (발명의 명칭 : 무단 변속기, 2015. 03. 04. 공고) 2) 미국 등록특허 제4345488호 (발명의 명칭 : Hydromechanical steering transmission, 1982. 08. 24. 등록)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동력분기 및 합성에 의하여 변속을 수행하는 유압식 무단변속기 장치(HSU, Hydrostatic Transmission Unit, 이하 하이드로스태틱유닛)가 포함되는 기계유압식 변속기에서 변속하는 경우, 동력순환의 크기가 크고 효율이 낮은 하이드로스태틱유닛으로 동력이 역행하는 것을 최소화시킴으로써 음의 동력순환구간을 적게 형성하며, 이에 따른 구동 출력의 동력손실을 저감시키고, 변속기 전체의 효율을 향상시킬 수 있는 무단변속기의 제어방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 무단변속기의 제어방법은 엔진과 하이드로스태택유닛 및 유성기어유닛을 포함하고, 엔진의 동력을 동력 분기 및 합성에 의하여 변속하여 출력구동축에 전달하는 무단변속기의 제어방법에 있어서, 음의 동력순환을 감소시키기 위하여 불연속변속점에서 변속한다.
여기서, 상기 불연속변속점은 연속변속점을 지나 형성된다.
또한, 상기 무단변속기는 엔진의 동력을 분기하는 입력기어유닛과, 상기 입력기어유닛에 연결되어 동력을 단속하는 클러치 유닛과, 상기 입력기어유닛에 연결되어 동력을 전달하는 하이드로스태틱유닛과, 상기 클러치 유닛과 연결되는 제1유성기어유닛 및 상기 하이드로스태택유닛과 연결되는 제2유성기어유닛을 포함하되, 상기 제1유성기어유닛의 제1캐리어부가 출력기어유닛을 통하여 제2유성기어유닛의 제2링기어부에 연결된다.
또한, 여기서 상기 무단변속기는 상기 제2유성기어유닛의 제2링기어부를 제동할 수 있는 브레이크유닛을 포함하고, 상기 클러치유닛은 전진클러치유닛과 후진클러치유닛을 포함한다.
또한, 여기서 상기 변속은 상기 클러치유닛이 해제되고, 상기 브레이크유닛이 작동되는 1단모드에서 상기 브레이크유닛이 해제되고, 상기 클러치유닛 중 어느 하나가 작동되는 2단모드로의 변속이다.
본 발명에 따른 무단변속기의 제어방법에 따르면, 하이드로스태택유닛 및 유성기어유닛을 포함하여 동력이 분기 및 합성되어 전달되는 무단변속기에 있어서, 변속하는 경우에, 동력순환의 크기가 크고 효율이 낮은 하이드로스태틱유닛으로 동력이 역행하는 것을 최소화시킴으로써, 음의 동력순환구간을 최소화하여 출력구동축의 동력손실을 저감시키고, 변속기 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 클러치유닛 및 브레이크유닛의 결합 및 해제 상태에 따라서 1단모드에서 2단모드로 변속하는 경우, 2단모드에서 동력순환의 크기가 크고 효율이 낮은 하이드로스태틱유닛으로 동력이 역행하는 것을 최소화시킴으로써, 음의 동력순환구간을 적게 형성하며, 이에 따른 출력구동축의 동력손실을 저감시키고, 변속기 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 높은 스트로크에서의 연속변속점을 기어비 조정을 통하여 낮은 스트로크에서 연속변속점이 발생하도록 하고, 이에 따라 불연속변속점 또한 낮은 스트로크에서 발생하도록 함으로써 동력손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 브레이크유닛과 클러치유닛의 연동 작용으로 1단모드와 2단모드의 변속을 간편하게 구현하며, 2단모드에서 동력순환구간의 전환을 명확하게 규명할 수 있다.
또한, 본 발명은 하이드로스태틱유닛에 구비된 유압모터로 전진 모드와 후진 모드를 선택하고, 전진 모드와 후진 모드에서 각각 1단모드와 2단모드의 구현을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 일반적인 무단변속기의 변속시 동력순환 상태를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기를 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기의 배치 상태를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기의 동력순환 상태를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 1단모드의 동력 전달 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 2단모드로 변속된 다음 음의 동력순환구간에 대한 동력 전달 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 음의 동력순환 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 2단모드로 변속된 다음 최대효율점에서 동력 전달 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 2단모드로 변속된 다음 양의 동력순환구간에 대한 동력 전달 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 양의 동력순환 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 무단변속기의 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기를 도시한 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기의 배치 상태를 도시한 구성도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기는 지게차, 트랙터 등과 같은 작업차량에 설치되어 엔진(10)에서 출력되는 동력을 변속하여 출력구동축(Out)에 전달하는 무단변속기로써, 입력기어유닛(G1)과, 하이드로스태틱유닛(HSU)과, 제1유성기어유닛(40)과, 클러치유닛(C)과, 제2유성기어유닛(50)과, 브레이크유닛(B1)을 포함한다.
상기 입력기어유닛(G1)은 엔진(10)에 결합된다.
입력기어유닛(G1)은 엔진(10)의 출력축과 동축에 결합되는 제1입력기어부(Z1)를 포함하고, 제1입력기어부(Z1)의 회전축과 동축에 결합되는 제2입력기어부(Z11)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2입력기어부(Z11)는 제1입력기어부(Z1)와 동일한 회전수를 갖는다. 제2입력기어부(Z11)는 후술하는 후진클러치유닛(G3)과의 결합에 있어서 입력기어유닛(G1)과 후진클러치유닛(G3) 사이의 간섭을 방지하고, 무단변속기의 크기를 소형화시킬 수 있다.
상기 하이드로스태틱유닛(HSU)은 입력기어유닛(G1)에 결합된다. 하이드로스태틱유닛(HSU)은 입력기어유닛(G1)의 동력을 무단 변속하여 출력구동축(Out)에 전달한다.
하이드로스태틱유닛(HSU)은 입력기어유닛(G1)에서 전달되는 동력으로 유압을 발생시키는 유압펌프(20)와, 유압펌프(20)에 의한 유압으로 동력을 발생시키는 유압모터(30)를 포함한다. 여기서, 유압펌프(20)는 내부에 구비된 경사판의 경사각을 조절하여 유압을 가변적으로 조절할 수 있고, 유압모터(30)는 전달되는 유압에 따라 동력이 조절된다.
또한, 하이드로스태틱유닛(HSU)은 유압펌프(20)의 입력축에 결합된 상태에서 입력기어유닛(G1)의 제1입력기어부(Z1)에 결합되는 제1기어부(Z2)를 더 포함할 수 있다. 또한, 하이드로스태틱유닛(HSU)은 유압모터(30)의 출력축에 결합된 상태에서 후술하는 전달기어유닛(G4)에 결합되는 제2기어부(Z5)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1유성기어유닛(40)은 입력기어유닛(G1)에 연결되는 제1링기어부(41)와, 하이드로스태틱유닛(HSU)에 연결되는 제1선기어부(42)와, 제1링기어부(41)와 제1선기어부(42) 사이에 결합되는 복수의 제1유성기어부(44)와, 제1유성기어부(44)의 동작에 따라 변환되는 동력을 출력하는 제1캐리어부(43)를 포함한다.
제1유성기어유닛(40)은 제1링기어부(41)와 제1선기어부(42)와 제1캐리어부(43) 사이의 회전비에 따라 동력을 합성하거나 분기할 수 있다.
상기 클러치유닛(C)은 입력기어유닛(G1)과 제1유성기어유닛(40)을 연결한다. 클러치유닛(C)은 입력기어유닛(G1)의 동력이 제1유성기어유닛(40)에 전달될 때, 제1링기어부(41)를 통해 제1유성기어유닛(40)에 연결된다.
클러치유닛(C)은 전진클러치유닛(G2)과 후진클러치유닛(G3)을 포함한다.
상기 전진클러치유닛(G2)은 입력기어유닛(G1)과 제1유성기어유닛(40)을 연결한다. 전진클러치유닛(G2)은 후술하는 전진 2단모드에서 입력기어유닛(G1)의 동력이 제1유성기어유닛(40)에 전달될 때, 제1링기어부(41)를 통해 연결된다.
전진클러치유닛(G2)은 전진클러치부(C1)와, 전진클러치부(C1)의 입력축에 결합되고, 하이드로스태틱유닛(HSU)에서 이격된 상태로 입력기어유닛(G1)의 제1입력기어부(Z1)에 결합되는 전진기어부(Z3)를 포함하되, 전진클러치부(C1)의 출력축은 제1링기어부(41)의 회전축에 결합된다.
상기 후진클러치유닛(G3)은 입력기어유닛(G1)과 제1유성기어유닛(40)을 연결한다. 후진클러치유닛(G3)은 후술하는 후진 2단모드에서 입력기어유닛(G1)의 동력이 제1유성기어유닛(40)에 전달될 때, 제1링기어부(41)와 연결된다.
후진클러치유닛(G3)은 후진 2단모드에서 제1링기어부(41)와 연결되는 후진클러치부(C2)와, 후진클러치부(C2)의 입력축에 결합되는 제1후진기어부(Z12)를 포함하고, 후진클러치부(C2)의 출력축에 결합되는 제2후진기어부(Z13)를 더 포함한다.
여기서, 제1후진기어부(Z12)는 하이드로스태틱유닛(HSU)과 전진클러치유닛(G2)에서 각각 이격된 상태로 제2입력기어부(Z11)에 결합된다.
또한, 제2후진기어부(Z13)는 후술하는 역회전전달유닛(G7)을 매개로 제1링기어부(41)의 회전축과 결합된다.
후술하는 1단모드에서는 클러치유닛의 동작이 해제되어 입력기어유닛(G1)의 동력이 제1유성기어유닛(40)에 전달되지 않는다.
또한, 후술하는 2단모드에서는 클러치유닛이 동작된다. 이때, 2단 전진 모드이면 전진클러치유닛(G2)이 동작되고, 후진 2단모드이면 후진클러치유닛(G3)이 동작된다.
상기 제2유성기어유닛(50)은 제1캐리어부(43)에 연결되는 제2링기어부(51)와, 하이드로스태틱유닛(HSU)에 연결되는 제2선기어부(52)와, 제2링기어부(51)와 제2선기어부(52) 사이에 결합되는 복수의 제2유성기어부(54)와, 제2유성기어부(54)의 동작에 따라 변환되는 동력을 출력구동축(Out)에 전달하는 제2캐리어부(53)를 포함한다.
여기서, 제2선기어부(52)는 후술하는 전달기어유닛(G4)을 매개로 하이드로스태틱유닛(HSU)의 출력축에 구비된 제2기어부(Z5)에 연결되도록 한다.
상기 브레이크유닛(B1)은 제2링기어부(51)의 회전을 단속한다. 브레이크유닛(B1)은 습식 다판 브레이크 또는 드럼 브레이크 등 공지된 다양한 형태를 통해 제2링기어부(51)의 회전을 단속할 수 있다.
그러면, 1단모드에서는 브레이크유닛(B1)이 동작되어 제2링기어부(51)의 회전을 제동시키고, 2단모드에서는 브레이크유닛(B1)의 동작이 해제되어 제2링기어부(51)가 회전되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기는 전달기어유닛(G4)과 연결기어유닛(G5)을 더 포함할 수 있다.
상기 전달기어유닛(G4)은 하이드로스태틱유닛(HSU)과 제2선기어부(52)를 연결한다.
전달기어유닛(G4)은 제2선기어부(52)의 회전축과 동축에 결합되고, 제2기어부(Z5)에 결합되는 제1전달기어부(Z4)를 포함하고, 제1전달기어부(Z4)의 회전축과 동축에 결합되는 제2전달기어부(Z6)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제2전달기어부(Z6)는 제1전달기어부(Z4)와 동일한 회전수를 갖는다. 제2전달기어부(Z6)는 연결기어유닛(G5)과의 결합에 있어서 연결기어유닛(G5)과 전달기어유닛(G4) 사이의 간섭을 방지하고, 무단변속기의 크기를 소형화시킬 수 있다.
상기 연결기어유닛(G5)은 제1선기어부(42)와 전달기어유닛(G4)을 연결한다.
연결기어유닛(G5)은 제2전달기어부(Z6)에 결합되는 제1연결기어부(Z7)와, 제1선기어부(42)의 회전축에 결합된 상태에서 제1연결기어부(Z7)에 결합되는 제2연결기어부(Z9)를 포함하고, 제1연결기어부(Z7)의 회전축과 동축에 결합된 상태에서 제2연결기어부(Z9)에 결합되는 제3연결기어부(Z8)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1연결기어부(Z7)와 제3연결기어부(Z8)는 동일한 회전수를 갖는다. 또한, 제1선기어부(42)와 제2연결기어부(Z9)는 동일한 회전수를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기는 출력기어유닛(G6)을 더 포함할 수 있다.
상기 출력기어유닛(G6)은 제1캐리어부(43)와 제2링기어부(51)를 연결한다. 출력기어유닛(G6)은 제1캐리어부(43)의 회전축에 결합된 상태에서 제2링기어부(51)에 연결되는 제1출력기어부(Z10)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기는 역회전전달유닛(G7)을 더 포함할 수 있다.
상기 역회전전달유닛(G7)은 클리치유닛(C) 중 후진클러치유닛(C2)과 제1링기어부(41)를 연결한다. 역회전전달유닛(G7)은 제1링기어부(41)의 회전축과 동축에 결합된 상태에서 제2후진기어부(Z13)에 결합되는 역회전기어부(Z14)를 포함할 수 있다.
상술한 각각의 기어부는 하나의 기어로 구성될 수 있다. 또한, 상술한 각각의 기어부는 둘 이상의 기어가 상호 치합되는 구성을 가질 수 있다.
도시되지 않았지만, 엔진(10)의 출력축 또는 입력기어유닛(G1)에는 동력 인출 유닛이 결합될 수 있다.
지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기의 제어방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기의 동력순환 상태를 도시한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 1단모드의 동력 전달 상태를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 2단모드로 변속된 다음 음의 동력순환구간에 대한 동력 전달 상태를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 음의 동력순환 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 2단모드로 변속된 다음 최대효율점에서 동력 전달 상태를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 2단모드로 변속된 다음 양의 동력순환구간에 대한 동력 전달 상태를 도시한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기에서 양의 동력순환 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 3과 도 4 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무단변속기는 상기 1단모드에서 2단모드로 변속할 때, 연속변속점을 지나 형성되는 불연속변속점에서 변속하여 2단모드로 전환되도록 한다.
전진 모드와 후진 모드는 하이드로스태틱유닛(HSU)에서 유압모터(30)의 회전 방향을 선택함으로써 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 전진 모드에 대하여 1단모드와 2단모드를 기준으로 설명하고, 후진 모드에서의 동작은 전진 모드에서의 동작과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
1) 전진 1단모드
클러치유닛(C)(전진클러치부(C1)와 후진클러치부(C2))이 해제되고, 브레이크유닛(B1)이 결합되어 제2링기어부(51)를 제동시켜 전진 1단모드를 실시한다.
그러면, 엔진(10)의 동력이 입력기어유닛(G1)과 하이드로스태틱유닛(HSU)과 제2유성기어유닛(50)에 구비되는 제2선기어부(52)와 제2유성기어유닛(50)에 구비되는 제2캐리어부(53)를 차례로 거쳐 출력구동축(Out)에 전달된다.
좀더 자세하게, 엔진(10)에서 출력되는 동력은 입력기어유닛(G1)을 거쳐 하이드로스태틱유닛(HSU)과 클러치유닛(C)에 입력된다. 이때, 전진클러치부(C1)와 후진클러치부(C2)가 해제됨에 따라 전진클러치부(C1)의 출력축과 후진클러치부(C2)의 출력축으로 동력이 전달되지 않는다.
하이드로스태틱유닛(HSU)에 입력되는 동력은 무단 변속하여 전달기어유닛(G4)을 거쳐 제2선기어부(52)에 입력된다. 이때, 유압모터(30)는 전진 모드에 따라 정회전된다.
제2선기어부(52)의 동력은 제2유성기어부(54)로 전달된다.
브레이크유닛(B1)이 동작되면, 제2링기어부(51)가 정지하므로, 제2유성기어부(54)는 제2링기어부(51)에 내접한 상태로 이동되어 제2캐리어부(53)를 회전시킴으로써, 제2유성기어부(54)에 입력된 동력은 제2캐리어부(53)에 전달된다. 제2캐리어부(53)에 입력되는 동력은 출력구동축(Out)으로 출력된다. 따라서, 엔진(10)에서 출력되는 동력을 무단 변속하여 출력구동축(Out)으로 전달할 수 있다.
1단모드에서 전달기어유닛(G4)에 입력되는 동력은 연결기어유닛(G5)을 거쳐 제1선기어부(42)에 입력되고, 제1선기어부(42)에 입력되는 동력은 제1유성기어부(44)와 제1링기어부(41)를 거쳐 클러치유닛(C)에 입력되지만, 전진클러치부(C1)와 후진클러치부(C2)가 해제되어 있으므로, 전진클러치부(C1)의 출력축 및 후진클러치부(C2)의 출력축에는 동력이 전달되지 않는다. 따라서, 엔진으로부터의 동력은 직접적으로 전달되지 않으며, 하이드로스태틱유닛에서 전달기어유닛(G4) 및 연결기어유닛(G5)을 통하여 전달되는 동력은 제1유성기어유닛(40)의 제1선기어부(42)를 통하여 들어오지만, 제1캐리어부(43)가 브레이크유닛(B1)과 연결되어 있어 움직이지 않으므로, 제1유성기어부(44)가 공회전하면서 제1링기어부(41) 역시 공회전하게 된다.
2) 전진 2단모드
상술한 1단모드에서 2단모드로 변속할 때, 연속변속점을 지나 형성되는 불연속지점에서 변속하여 2단모드로 전환한다.
여기서, 연속변속점은 엔진회전수의 증가와, 펌프의 스트로크의 증가에 따라 출력구동축(Out)의 회전속도가 증가하면서 클러치유닛(C)의 입력축과 클러치유닛(C)의 출력축 사이의 상대속도가 "0" 이 되는 지점으로 형성된다. 연속변속점에서 변속시에는 클러치 양단의 회전수 차이가 "0"에 해당하여 변속이 부드럽게 이루어진다. 그러나, 이렇게 될 경우에는 도 1에서 표시된 바와 같이 음의 동력순환되는 구간이 넓어져 효율이 저하된다. 또한, 스트로크가 큰 지점에서 변속하게 되어 큰 동력순환이 발생하게 된다.
도 6을 참조하여 연속변속점에서의 변속을 설명하면, 전진클러치유닛(G2)이 결합됨에 따라 동력은 엔진으로부터 제1유성기어유닛(40)의 제1링기어부(41)로 전달된다. 전달된 동력은 제1캐리어부(43)와 제1선기어부(42)로 각각 분기되어 제1캐리어부(43)로 전달된 동력은 제2유성기어유닛(50)의 제2링기어부(51)로 전달되고 하이드로스태틱유닛으로부터 전달되어 제2유성기어유닛(50)의 제2선기어부(52)로 입력되는 동력과 합성되어 제2캐리어부(53)를 통하여 출력축으로 전달된다.
한편, 제1선기어부(42)로 분기된 동력은 연결기어부(G5)를 거쳐 전달기어부(G4)로 입력되게 되는데, 이 동력이 상기 전달기어부(G4)로 입력되는 하이드로스태틱유닛의 동력보다 크게되어 역으로 하이드로스태틱유닛으로 동력이 흐르게 된다. 따라서, 음의 동력순환이 발생하게 되어 효율이 저하되게 된다.
여기서, 도 6을 다시 참조하면, 입력기어유닛에서 동력이 전달되는 구간을 노드A라 하고, 하이드로스태틱유닛(HSU)과 제2유성기어유닛(50) 사이에서 동력이 전달되는 구간을 노드B라 하며, 제2유성기어유닛(50)에서 동력이 전달되는 구간을 노드C라 하고, 제1유성기어유닛(40)에서 동력이 전달되는 구간을 노드D라 정의하기로 한다.
도 7을 참조하면, 엔진으로부터의 동력은 노드 A를 통하여 분기되지 않고, 노드 D로 전달되며, 노드 D에서 분기되어 노드 B와 노드 C로 흐르게 된다. 노드 B에 입력된 동력은 분기되어 노드 C와 노드 A로 흐르게 되며, 이 때 노드 A로 분기되는 동력은 하이드로스태택유닛을 거치게 되며 음의 동력순환이 일어나게 된다. 노드 C는 노드 D와 노드 B로부터의 동력을 합성하여 출력하게 되지만, 노드 B에서 역으로 노드 A로 가는 동력 손실이 커서 전체적인 효율은 낮아지게 된다.
불연속변속점은 연속변속점을 지나서 1단모드로 더 주행한 후에 변속하는 점이며, 도 4에 도시된 바와 같이 위에서 설명한 음의 동력순환이 감소하게 된다. 불연속변속점도 연속변속점과 같이 전진 1단모드로부터 브레이크유닛을 브레이크유닛(B1)을 해제하고, 클러치유닛(C) 중 전진클러치유닛(C1)을 결합시켜 전진 2단모드를 실시한다. 그러면, 클러치유닛(C)이 결합됨에 따라 입력기어유닛(G1)의 동력은 클러치유닛(C)을 거쳐 제1링기어부(41)에 전달되고, 브레이크유닛(B1)이 해제됨에 따라 제1유성기어유닛(40)에 구비되는 제1캐리어부(43)의 동력은 출력기어유닛(G6)을 거쳐 제2링기어부(51)에 전달된다.
불연속변속점에서 변속하는 이유는 작은 동력으로 순환동력이 발생하고, 동력순환의 흐름이 하이드로스태틱유닛(유압식)보다는 유성기어유닛(기계식)을 거치게 되므로 동력효율이 높아지며, 엔진으로부터의 출력이 하이드로스태틱유닛과 유성기어유닛으로 나눠진 후 다시 합성해서 들어가는 동력흐름으로 양의 동력순환흐름을 유지하게 된다. 따라서, 되도록 음의 동력순환흐름을 최소함으로써 전체 효율이 증가하게 된다. 불연속변속점에서 변속하기 위해서는 낮은 스트로크에서 연속변속점이 발생하도록 기어비를 조정하고, 불연속변속점에서는 스트로크를 빠르게 조절하여 변속하며, 변속범위가 등가되도록 변속단의 기울기를 낮게 기어비를 조정할 필요가 있다.
불연속변속점은 동력순환이 여전히 음인 구간에서 일어날 수도 있고, 동력순환이 양인 구간에서 일어날 수도 있으며, 후술하게 될 최대효율점에서 일어날 수도 있다. 도 4에서는 불연속변속점이 동력순환이 음인 구간에서 발생하지만, 기존보다 동력순환이 음인 구간이 감소됨을 알 수 있으며, 여기서 설명은 이해를 돕기 위하여 불연속변속점이 동력순환이 양인 구간에서 일어나는 것으로 설명한다.
도 9를 참조하여 불연속변속점이 동력순환이 양이 구간에서 일어날 경우를 자세히 설명하면, 엔진으로부터 출력되는 동력은 입력기어유닛(G1)에서 분기되어 각각 클러치유닛(C)가 하이드로스태택유닛(HST)으로 입력되게 되고, 클러치유닛(C)으로 입력된 동력은 전진클러치유닛(G2)의 전진클러치가 결합됨에 따라서, 제1유성기어유닛(40)의 제1링기어부(41)에 입력되게 된다. 제1링기어부(41)로 입력된 동력은 제1캐리어부(43)를 통해 제2유성기어유닛(50)의 제2링기어부(51)로 전달된다.
한편, 하이드로스태택유닛으로 입력된 동력은 전달기어유닛(G4)으로 전달되지만, 제2링기어부(51)로부터의 동력이 제2선기어부(52)를 통해서 다시 전달기어유닛(G4)으로 입력됨에 따라, 전달기어유닛(G4)에서 다시 제1선기어부(42)로 들어가게 된다.
제1선기어부(42)로 들어온 동력은 제1링기어부(41)로 들어온 동력과 합성되어 제1캐리어부(43)를 통해서 출력됨으로써 동력순환이 이루어지게 된다. 이럴 경우에 하이드로스태택유닛으로부터 동력이 출력되어 양의 동력순환이 이루어지게 된다.
도 10을 참조하여 동력흐름을 다시 설명하면, 엔진으로부터 입력되는 동력은 노드 A에서 분기되어 각각 노드 D와 노드 B로 입력되게 된다. 노드 B로 입력되는 동력은 각각 노드 D와 노드 C로 전달되며, 노드 D에서는 노드 A와 노드 B로부터의동력을 합성하여 노드 C로 출력하게 된다. 노드 C에서는 노드 B와 출력축으로 분기하여 동력을 전달하며, 노드 B로 들어온 노드 C로부터의 동력은 노드 A로부터 들어온 동력과 합쳐서 노드 D로 전달되는 동력순환 구조를 가지게 된다. 이러한 동력 순환 구조로 하이드로스태택유닛을 정방향으로 지나게 되어 양의 동력순환구조가 이루어지게 된다.
한편, 최대효율점에 대해서 도 4 및 도 8을 참조하여 설명하면, 최대효율점은 스트로크가 0이 되는 지점, 즉 하이드로스태택유닛으로 동력이 흐르지 않는 경우에, 기계식으로 모든 동력이 전달되므로 효율이 최대가 된다. 이러한 경우에는, 엔진으로부터의 동력이 입력기어유닛(G1)을 거쳐 클러치유닛(C)의 전진클러치 유닛(G2)에 전달되고, 전달된 동력은 제1유성기어유닛(40)의 제1링기어부(41)와 제1캐리어부(43)를 통하여 제2유성기어유닛(50)의 제2링기어부(51)로 전달되고, 다시 제2유성기어유닛(50)의 제2캐리어부(53)를 통하여 출력되게 된다. 제1유성기어유닛(40)의 제1선기어유닛(42)으로 분기되는 동력과 하이드로스태틱유닛으로부터 출려되는 동력이 상쇄되어 0이 되므로, 이 사이를 흐르는 동력은 없게 되며, 따라서 하이드로스태틱유닛을 거치지 않게 된다. 그러나, 이러한 최대효율점은 일순간으로 하나의 점에서만 존재하게 된다.
3) 후진 1단모드
출력구동축(Out)과 유압모터(30)가 정지된 상태에서 유압모터(30)의 회전 방향을 역방향으로 선택한다.
그리고, 상술한 전진 1단모드와 같이 클러치유닛(C)의 동작 즉, 전진클러치부(C1)와 후진클러치부(C2)가 해제되고, 브레이크유닛(B1)이 동작되어 제2링기어부(51)를 제동시켜 1단모드를 실시할 수 있다.
후진 1단모드의 동작은 상술한 전진 1단모드의 동작과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
4) 후진 2단모드
후진 1단모드로부터 브레이크유닛(B1)의 동작을 해제하고, 클러치유닛(C) 중 후진클러치유닛(C2)을 동작시켜 후진 2단모드를 실시한다.
후진 2단모드의 동작은 상술한 전진 2단모드의 동작 중 전진클러치유닛(C1) 대신 후진클러치유닛(C2)이 동작된 상태에서 동작되는 것으로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상술한 무단변속기의 제어방법에 따르면, 하이드로스태틱유닛과 기계식 변속기를 모두 포함하는 유압기계식 무단변속기에서 변속하는 경우에 연속변속점이 아닌 불연속변속점에서 변속함으로써, 동력순환이 음으로 발생하는 것을 최소화하여 동력손실을 최소화한다.
구체적인 예시로, 1단모드에서 2단모드로 변속하는 경우, 2단모드에서 동력순환의 크기가 크고 효율이 낮은 하이드로스태틱유닛(HSU)으로 동력이 역행하는 것을 최소화시키고, 음의 동력순환구간을 적게 형성하며, 이에 따른 출력구동축(Out)의 동력손실을 저감시키고, 출력구동축(Out)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 브레이크유닛(B1)과 클러치유닛(C)의 연동 작용으로 1단모드와 2단모드의 변속을 간편하게 구현하며, 2단모드에서 동력순환구간의 전환을 명확하게 규명할 수 있다. 또한, 하이드로스태틱유닛(HSU)에 구비된 유압모터(30)로 전진 모드와 후진 모드를 선택하고, 전진 모드와 후진 모드에서 각각 1단모드와 2단모드의 구현을 용이하게 할 수 있다. 또한, 1단모드와 2단모드 사이의 변속에 있어서 동력의 전달을 원활하게 하고, 전달되는 동력에 의해 엔진(10)에 부하가 발생되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 통상의 기술자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
10: 엔진 Out : 출력구동축 G1: 입력기어유닛
Z1: 제1입력기어부 Z11: 제2입력기어부 HSU: 하이드로스태틱유닛
20: 유압펌프 30: 유압모터 Z2: 제11기어부
Z5: 제2기어부 40: 제1유성기어유닛 41: 제1링기어부
42: 제1선기어부 43: 제1캐리어부 44: 제1유성기어부
C: 클러치유닛 G2: 전진클러치유닛 C1: 전진클러치부
Z3: 전진기어부 G3: 후진클러치유닛 C2: 후진클러치부
Z12: 제1후진기어부 Z13: 제2후진기어부 50: 제2유성기어유닛
51: 제2링기어부 52: 제2선기어부 53: 제2캐리어부
54: 제2유성기어부 B1: 브레이크유닛 G4: 전달기어유닛
Z4: 제1전달기어부 Z6: 제2전달기어부 G5: 연결기어유닛
Z7: 제1연결기어부 Z9: 제2연결기어부 Z8: 제3연결기어부
G6: 출력기어유닛 Z10: 제1출력기어부 G7: 역회전전달유닛
Z14: 역회전기어부

Claims (5)

  1. 엔진;
    하이드로스태택유닛; 및
    유성기어유닛;을 포함하고,
    엔진의 동력을 동력 분기 및 합성에 의하여 변속하여 출력구동축에 전달하는 무단변속기의 제어방법에 있어서,
    음의 동력순환을 감소시키기 위하여 불연속변속점에서 변속하는 것을 특징으로 하는 무단변속기의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불연속변속점은 연속변속점을 지나 형성되는 것을 특징으로 하는 무단변속기의 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무단변속기는,
    엔진의 동력을 분기하는 입력기어유닛;
    상기 입력기어유닛에 연결되어 동력을 단속하는 클러치 유닛;
    상기 입력기어유닛에 연결되어 동력을 전달하는 하이드로스태틱유닛;
    상기 클러치 유닛과 연결되는 제1유성기어유닛; 및
    상기 하이드로스태택유닛과 연결되는 제2유성기어유닛;을 포함하되,
    상기 제1유성기어유닛의 제1캐리어부가 출력기어유닛을 통하여 제2유성기어유닛의 제2링기어부에 연결되는 것을 특징으로 하는 무단변속기의 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무단변속기는 상기 제2유성기어유닛의 제2링기어부를 제동할 수 있는 브레이크유닛을 포함하고,
    상기 클러치유닛은 전진클러치유닛과 후진클러치유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단변속기의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변속은 상기 클러치유닛이 해제되고, 상기 브레이크유닛이 작동되는 1단모드에서 상기 브레이크유닛이 해제되고, 상기 클러치유닛 중 어느 하나가 작동되는 2단모드로의 변속인 것을 특징으로 하는 무단변속기의 제어방법.
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