KR20180111985A - 커플링 장치의 구성 안전도를 검사하는 방법 - Google Patents

커플링 장치의 구성 안전도를 검사하는 방법 Download PDF

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세드릭 샹트렐
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르노 에스.아.에스.
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

기어박스의 운동 입력 축(4)에 회전 가능하고 견고하게 연결되고 아이들러 피니언(6a, 7a)과 맞물리는 중간 중립 위치의 어느 한 측 상에서 상기 축에 대해 축 방향으로 이동 가능한 기어박스 슬라이딩 기어(8c)에 대한 커플링 장치(8)의 구성 안전도를 검사하는 방법으로서, 상기 중간 중립 위치는 2개의 서로 마주보는 위치 사이에 있는, 기어박스 슬라이딩 기어에 대한 커플링 장치의 구성 안전도를 검사하는 방법에 있어서, 상기 커플링 장치(8)의 중립 구성이 상기 슬라이딩 기어의 위치에 관련된 주 정보(F) 및, 상기 슬라이딩 기어의 운동 설정(C)에 따라 정의되고, 상기 위치에서는 휠에 대한 토크의 전달이 효과적으로 중단되며, 상기 커플링 장치(8)가 상기 중립 구성에 있을 때에만 상기 슬라이딩 기어와 피니언(6a, 6b)의 동기화를 개시하는 것이 허용되는 것을 특징으로 하는, 기어박스 슬라이딩 기어에 대한 커플링 장치의 구성 안전도를 검사하는 방법.

Description

커플링 장치의 구성 안전도를 검사하는 방법
본 발명은 변속기 검사에 관한 것으로, 변속기 축 상의 피니언들의 동기화가 구동원의 적절한 제어에 의해 보장되는 변속기에서, 기계적인 동기화 기구 없이 도그 클러치, 또는 클로 클러치 슬라이딩 기어를 통해 이루어지는 기어 전환의 작동 안전도 및 쾌적도와 관련한 변속기 검사에 관한 것이다.
더 구체적으로는, 본 발명의 내용은, 기어박스 커플링 장치의 운동 입력 축에 회전 가능하고 견고하게 연결된 기어박스 커플링 장치의 구성 안전도를 검사하는 방법이고, 상기 기어박스 커플링 장치는 아이들러 피니언과 맞물리는 중간 중립 위치의 각각의 측 상에서 이러한 축에 대해 축 방향으로 이동 가능하고, 상기 중간 중립 위치는 2개의 서로 마주보는 위치 사이에 있다.
본 발명은 다수의 구동원, 특히 내연 기관 및 하나 이상의 전기 기계를 갖는 하이브리드 파워 트레인 상에서 바람직하지만 제한적이지 않은 적용을 찾을 수 있다.
대부분의 도로 차량에서, 파워 트레인으로부터 휠로의 에너지 전달은 여러 구성의 기어박스를 통해 이루어진다. 한 구성으로부터 다른 구성으로 전환하려면 상기 박스의 다른 요소의 동기화가 필요하다. 2개의 맞물림 비율 위치(engaged ratio position) 사이에서, 피니언의 커플링 장치는 파워 트레인과 휠 간의 에너지 전달이 차단(cut off)되는 "중립 구성(neutral configuration)"을 갖는다.
커플링 장치가 통합된 기계적인 동기화 수단을 구비할 때, 이러한 수단은 자체적으로 슬라이딩 기어가 피니언 측으로 변위하는 동안 슬라이딩 기어와 피니언의 동기화를 보장한다.
피니언의 동기화가 통합된 기계적인 동기화 시스템에 의해 보장되지 않으면, 파워 트레인 모터/엔진의 적절한 제어를 통해 보장될 수 있다. 어쨌든, 도로 거통(road behavior)에 대한 동기화의 영향을 최소화하려고 한다.
속도 제한을 기준으로 동기화가 수행되는 경우, 이러한 동기화에 동원된 에너지가 휠에 전달되지 않는다는 것을 확실하게 보장할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 휠에 전달되는 토크가 없는 상태에서 동기화 과정이 수행되는 것을 보장하는 것이다.
이러한 목적으로, 본 발명은 변위 장치의 위치 및 그 변위 설정에 관한 주 정보에 따라 커플링 장치의 중립 구성을 정의하는 것 - 상기 위치에서는 휠에 대한 토크의 전달이 효과적으로 중단됨 -, 그리고 상기 장치가 이러한 구성에 있을 때에만 슬라이딩 기어와 피니언의 동기화 개시를 가능하게 하는 것을 허용한다.
바람직하게는, 하나의 중복 위치 정보는 중립 구성을 안전하게 하기 위해 사용된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 특정한 비-제한적인 실시 예에 대한 이하의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 차량의 키네마틱 체인(kinematic chain)을 간략하게 보여주는 도면이다.
도 2는 제공된 방법의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3d는 슬라이딩 기어의 도그 및 피니언의 도그의 서로 다른 상대적인 위치들을 보여주는 도면들이다.
도 4a 및 도 4b는 순서 타이밍 다이어그램들이다.
도 1은 차량의 구동 모터/엔진(1), 차량의 기어박스(2) 및 차량의 휠(3) 간 차량의 키네마틱 체인(kinematic chain)을 간략하게 보여준다. 입력 축(4)을 통해 상기 박스에서 운동이 개시되며, 휠(6)에 연결된 출력 축(5)을 통해 운동이 나타나게 된다. 이는 2개의 변속 비율을 정의하는 2개의 기어 다운시프트(6a, 6b; 7a, 7b) 중 하나 또는 다른 하나를 통해 입력 축(4)으로부터 출력 축(5) 상으로 하강한다. 클로(claw) 클러치 또는 도그 클러치 슬라이딩 기어로도 알려진 커플링 장치(8)는 운동 입력 축(4)에 회전 가능하고 견고하게 연결된다. 이러한 커플링 장치는 2개의 속도 피니언 또는 아이들러 피니언(6a, 7a) 중 하나 상에 맞물리는 중간 중립 위치의 각각의 측 상에서 이러한 축에 대해 축 방향으로 이동 가능하고, 상기 중간 중립 위치는 2개의 서로 마주보는 위치 사이에 있으며, 상기 2개의 속도 피니언 또는 아이들러 피니언(6a, 7a)은 상기 축(4)에 대해 축 방향으로 이동 가능하지 않다. 상기 커플링 장치(8)는 슬라이딩 기어의 위치에 따라 2개의 맞물림 구성(L, R)을 지닌다.
본 발명의 방법은 그러한 커플링 장치의 위치를 검사한다. 이는 의도적으로 2가지의 중복 정보를 이용하여 상기 장치의 구성을 추정하는 것을 가능하게 한다. 주 정보(F)는 한도들(Min, Max) 간의 연속 변수이며, 제로(0)를 중심으로 한다. 이는 상기 커플링 장치의 위치를 나타낸다. 주 정보에 대해 중복되고 간략한 부 정보(FR)는 2가지 가능한 상태, 즉 [중립] 또는 [비-중립]을 취한다.
상기 장치의 예비 분석을 통해 다음과 같은 위험성이 강조된다. 커플링 시스템이 연결되는 동안 동기화가 수행되는 경우, 운전자의 의도에 관계 없이 파워 트레인이 고정 속도에 이르도록 제어된다. 과도기 과정 동안, 이러한 제어는 원하지 않는 가속 또는 원하지 않는 감속을 초래할 수 있다. 속도가 안정화되면, 파워 트레인이 더 이상 감속 요구사항을 충족하지 않는다.
도 2의 다이어그램에서, 상기 커플링 장치의 여러 상태가 정의되며, 초기 상태 "init"에서 액세스 가능한 값은 다음과 같다.
- 중립 위치에서 0을 중심으로 하는 상기 장치의 주 위치 정보(F),
- 중립 위치에서는 0을, 중립 위치를 벗어난 위치에서는 1을 취하는 상기 장치의 의도적으로 중복된 하나의 위치 정보(FR), 및
- 상기 장치의 변위 설정(C).
도 2의 다이어그램은 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 아이들러 기어의 고정 치부(fixted teeth)(도그 또는 클로)(7c)에 대한 슬라이딩 기어의 클로 또는 도그(8c)의 상대적인 위치에 따라 F의 값들(0, α, γ, δ)에 대응되는 상기 장치의 4개의 특정 위치를 나타낸다. 다시 말하면,
- 도 3a는 F = 0인 중립 위치에 대응되는 상기 장치의 위치를 나타내고,
- 도 3b에서는, 어떠한 토크도 휠들에 전달되지 않는 -α 및 +α 간의 거리(db)를 정의하는 F의 적용 가능한 값인 F = α에 대응되는 상기 장치의 위치를 나타내며,
- 도 3c에서는, 상기 도그들의 오버랩(dc)이 비율의 맞물림을 보장하기에 불충분한 맞물림의 문제를 검출하는 F의 적용 가능한 값인 F = γ에 대응되는 상기 장치의 위치를 나타내고,
- 도 3d에서는, 오버랩(dd)이 비율의 맞물림을 보장하기에 충분한 F의 적용 가능한 값인 F = δ에 대응되는 상기 장치의 위치를 나태낸다.
도 2에서의 초기 위치 "init"는 정의로 알려지지 않는다. 상기 커플링 장치의 중립 구성은 휠에 대한 토크의 전달이 효과적으로 중단될 때의 슬라이딩 기어의 주 위치 정보(F), 및 그의 변위 설정(C)에 따라 정의된다. 좌측 비율의 맞물림 설정은 L에 의해 표시(C = L)되고, 우측 비율의 맞물림 설정은 R에 의해 표시(C = L)된다.
상기 장치는 맞물림 설정(R, L)을 전송할 때, 또는 하나의 주 비-중립 정보(F)를 사용하여 중립 설정(N)을 전송할 때 불확실한 맞물림 상태를 통과시킨다. 맞물림 설정(L)(C = L), 또는 음(-)의 위치 정보(F < 0)에 연관된 중립 설정(C = N)은 상기 장치를 좌측으로 불확실한 맞물림 상태(leftward uncertain engagement state) "Uncertain L"에 위치시킨다. 마찬가지로, C = R 또는 [C = N 이고 F >= 0]는 상기 장치를 우측으로 불확실한 맞물림 상태(rightward uncertain engagement state) "Uncertain R"에 위치시킨다. "Uncertain R"은 F > δ 일 경우 설정 C = R을 사용하여 "Engaged R"로 전환된다. 마찬가지로, "Uncertain L"은 F < -δ 이고 C = L 일 경우 설정 C = L을 사용하여 "Engaged L"로 전환된다. "Engaged L"은 C = N 이거나 F > -γ 일 경우 "Uncertain L"로 다시 전환되고, "Engaged R"은 C = N 이거나 F < γ 일 경우 "Uncertain R"로 다시 전환된다. "Uncertain L"로부터 "Uncertain R"로의 전환은 설정 C = R을 따르고, 역방향 전환은 설정 C = L을 따른다. 추구하는 중립 구성 또는 "안전 중립"은, 설정 C = N 이고 α < F < α를 사용하여 "Uncertain L"로부터, 또는 설정 C = N 이고 -α < F < α를 사용하여 "Uncertain R"로부터 이르게 된다. 반대로, 상기 안전 중립은 설정 C = L 또는 C = R을 사용하여 불확실한 상태로 다시 전환된다.
따라서,
- 설정 C가 중립에 있고 주 위치 정보(F)가 구역 [-α, +α]에 있어서 어떠한 토크도 전달되지 않는다는 것을 보장할 수 있을 때 중립 구성이 결정되고,
- 주 위치 정보가 맞물림을 보장하는 적용 가능한 값(δ)을 취하는 경우, 불확실한 맞물림 상태로부터 맞물림 상태(R, L)로의 상기 결합 장치의 전환이 검출되며, 그리고
- 반대로, 주 위치 정보가 비-맞물림을 보장하는 적용 가능한 값(γ)을 취하는 경우, 맞물림 상태(R, L)로부터 불확실한 맞물림 상태로의 상기 장치의 전환이 검출된다.
본 발명에 따르면, 상기 커플링 장치가 중립 구성에 있을 때, 비율을 맞추기 위한 관점에서 2개의 피니언(6a, 7a) 중 하나와 슬라이딩 기어의 동기화가 개시될 수 있다. 본 방법은 안전 중립을 벗어나는 확인 시간, 및 불확실한 상태의 확인 시간으로 2개의 특정한 지속기간(τ, τ2)을 고려하고, 주 위치 정보(F)가 상기 불특정한 상태의 확인 시간(τ2) 후 구간 [-α, +α] 밖에 있는 경우 상기 커플링 장치의 고장이 검출된다.
상기 중립 구성은 상기 장치의 중립 또는 비-중립 구성에 관한 하나의 중복 정보(FR)에 의해 안전하게 된다. 상기 커플링 장치가 중립 구성에 있으면서 확인 시간(τ) 동안 비-중립 값에서 상기 하나의 중복 정보(FR)를 유지하는 것은 중립 상태의 고장을 결정한다. 확인 지속기간(τ) 동안 F < -α이거나 F > α 일 경우 또는 확인 지속기간(τ) 동안 하나의 중복 정보(FR)가 "비-중립"으로 전환되는 경우 중립 위치의 고장("안전 중립 고장")이 검출된다. 이러한 고장은 또한 구역[-α, α+] 밖으로 유지되는 주요 위치 정보에 의해 검출되어 어떠한 토크도 전달되지 않는다는 것을 보장할 수 있다. 어쨌든, 고장 상태는 동기화를 중지시키는 것을 포함한다.
더군다나, τ2 동안 F > α 일 경우, 좌측 고장("Undefined(L) Failure")은 "Uncertain L"로부터 검출되거나, τ2 동안 F < -α 일 경우, 우측 고장("Undefined(R) Failure")은 "Uncertain R"로부터 검출된다.
도 4a는 고장 확인 없이 상기 방법의 순서를 보여준다. 중립 커맨드의 일자인 t0에서, 상기 커플링 장치는 "R engaged" 상태를 "Uncertain R"로 전환되도록 벗어난다. 동기화는 중립 구성이 이르게 되면 t1에서 효과적으로 개시된다. 중립 커맨드는 t1 후에 폐기된다. 중립으로 전환되는 중복 정보(FR)는 중립 구성을 확인한다.
도 4b에서는, 동기화 t1의 개시로부터 측정된, 중립 구성을 벗어난다는 확인의 시간(t)의 종료시에 고장이 확인된다. 상술한 바와 같이, 불확실한 상태의 확인 시간(τ2) 후에 주 위치 정보(F)가 범위 [-α, +α] 밖에 있는 경우, 중립 구성의 고장이 검출된다.
요약하면, 파워 트레인을 검사하고 동기화를 트리거하는데 고려되는 구성은 주 정보(F) 및 원하는 위치(설정 C)로부터 획득된다. 주 정보(F)가 중립 구성을 나타내는 즉시 동기화가 개시될 수 있다. 중복 정보(F)는 중립 구성을 안전하게 하는 데 사용된다. 중립 고장 상태로의 전환은 상기 확인 시간 후에 차량을 안전한 상태로 위치시키기 위한, 예컨대 동기화를 정지시키기 위한 안전 절차를 트리거하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 많은 이점을 갖는다. 특히, 높은 안전도로 동기화가 차량의 도로 거동에 미치는 영향을 최소화하여 주행 편의를 극대화하면서 원하지 않는 가속 또는 감속을 회피하는 것을 가능하게 한다.
하나의 중복 정보(FR)가 주 위치 정보(F)보다 덜 정확하고 느릴 수 있기 때문에 기어박스를 검사하기 위한 시스템상의 제약이 제한된다. 본 발명 덕분에, 모터/엔진 제어에 의해 조절된 동기화를 갖는 기어박스 아키텍처에서의 안전 요구사항이 복잡한 시스템 없이 관측된다.

Claims (9)

  1. 운동 입력 축(4)에 회전 가능하고 견고하게 연결되고 아이들러 피니언(6a, 7a)과 맞물리는 중간 중립 위치의 각각의 측 상에서 상기 축에 대해 축 방향으로 이동 가능한 커플링 장치(8)의 슬라이딩 기어 기어박스(8c)의 구성 안전도를 검사하는 방법으로서, 상기 중간 중립 위치는 2개의 서로 마주보는 위치 사이에 있는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법에 있어서,
    - 상기 커플링 장치(8)의 중립 구성이 상기 슬라이딩 기어의 주 위치 정보(F) 및, 상기 슬라이딩 기어의 변위 설정(C)에 따라 정의되고, 상기 위치에서는 휠에 대한 토크의 전달이 효과적으로 중단되며,
    - 상기 중립 구성이 상기 커플링 장치(8)의 중립, 또는 비-중립 상태에 관한 하나의 중복 정보(FR)에 의해 안전하게 되고, 그리고
    - 상기 커플링 장치(8)가 상기 중립 구성에 있을 때에만 상기 슬라이딩 기어와 피니언(6a, 6b)의 동기화를 개시하는 것이 허용되는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 장치는 하나의 주 비-중립 정보(F)를 사용하여, 맞물림 설정(R, L)을 전송할 때 또는 중립 설정(N)을 전송할 때 불확실한 맞물림 상태를 통과시키는 것을 특징으로 하는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중립 구성은 상기 설정(C)이 중립에 있고 주 위치 정보(F)가 구역 [-α, +α]에 있어서 어떠한 토크도 전달되지 않는다는 것을 보장할 수 있을 때 중립 구성이 결정되는 것을 특징으로 하는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
    상기 커플링 장치(8)가 중립 구성에 있는 동안 확인 시간(τ) 동안 비-중립 값에서 상기 하나의 중복 정보(FR)를 유지하는 것이 상기 중립 구성의 고장을 결정하는 것을 특징으로 하는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중립 구성의 고장은 또한 구역[-α, +α] 외부에 유지되는 주 위치 정보(F)에 의해 검출되어, 어떠한 토크도 전달되지 않는 것을 보장할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 중립 구성의 고장은 동기화를 정지시키는 것을 포함하는 것을 특징으로하는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
  7. 제2항 내지 제6항 중 한 항에 있어서,
    상기 주 위치 정보(F)가 맞물림을 보장하는 적용 가능한 값(δ)을 취하는 경우, 불확실한 맞물림 상태로부터 맞물림 상태(R, L)로의 상기 커플링 장치(8)의 전환이 검출되는 것을 특징으로 하는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
  8. 제2항 내지 제7항 중 한 항에 있어서,
    상기 주 위치 정보(F)가 비-맞물림을 보장하는 적용 가능한 값(γ)을 취하는 경우, 맞물림 상태(R, L)로부터 불확실한 맞물림 상태로의 상기 커플링 장치(8)의 전환이 검출되는 것을 특징으로 하는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 한 항에 있어서,
    상기 주 위치 정보(F)가 불확실한 상태의 확인 시간(τ2) 후에 [-α, +α] 밖에 있는 경우, 상기 커플링 장치(8)의 고장이 검출되는 것을 특징으로 하는, 커플링 장치의 슬라이딩 기어 기어박스의 구성 안전도를 검사하는 방법.
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