KR20190057322A - 이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 구비하는 변속 기어박스들의 기어 선택기(들) 및 클러치(들)를 작동시키기 위한 전자 유압 시스템 - Google Patents

이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 구비하는 변속 기어박스들의 기어 선택기(들) 및 클러치(들)를 작동시키기 위한 전자 유압 시스템 Download PDF

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KR20190057322A
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piston
clutch
pressure
hydraulic
transmission
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KR1020197009899A
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토마스 라이버
발렌틴 운터프라우너
라이너 빈처
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엘에스피 인노베이티브 오토모티브 시스템즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 변속 기어박스에 관한 것으로서, 제어 유닛, 및 피스톤(19d)을 가지며 유압 라인들을 통해 변속 기어박스의 복수의 변속 기어박스 유닛들(25, 28, 30, 33, 35, 38)에 연결되어 이들을 시프트하는 적어도 하나의 전기 모터 구동식 피스톤 실린더 유닛(19)이 제공되며, 변속 기어박스 유닛들은 적어도 2 개의 클러치 유닛들(25/C1, 28/C2)을 포함하고, 피스톤 실린더 유닛(19)의 피스톤(19d)은 이중 작용 왕복 피스톤의 형태이고, 이중 작용 왕복 피스톤(19d)은 2 개의 작동 챔버들(19a, 19b)을 서로로부터 밀봉식으로 분리하고, 각각의 작동 챔버(19a, 19b)는 주 유압 라인(HL1, HL2)을 통해 각각 하나의 클러치(C1, C2)에 연결되고, 이중 작용 왕복 피스톤의 적어도 하나의 작동 챔버(19a, 19b)는 스위치 밸브(20, 22)를 통해 저장기(6)에 유압식으로 연결될 수 있다.

Description

이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 구비하는 변속 기어박스들의 기어 선택기(들) 및 클러치(들)를 작동시키기 위한 전자 유압 시스템
본 발명은 변속 기어박스(shift gearbox)에 관한 것으로서, 제어 유닛, 및 피스톤을 가지며 유압 라인들을 통해 변속 기어박스의 복수의 변속 기어박스 유닛들에 연결되어 이들을 시프트하는(shift) 적어도 하나의 전기 모터 구동식 피스톤 실린더 유닛이 제공되며, 이 변속 기어박스 유닛들은 적어도 2 개의 클러치 유닛들을 포함한다.
DE 10 2006 038 446 A1은 하나 또는 2 개의 피스톤 실린더 유닛들이 4 개의 기어 선택기들 및 2 개의 클러치들을 작동시키는 전기 모터 구동식 피스톤 실린더 유닛을 갖는 변속 기어박스를 설명한다. 피스톤 실린더 유닛은 기어 선택기들 및 클러치들을 시프트하기 위해 필요한 압력을 발생시키며, 여기서 압력 센서는 생성된 압력을 측정한다. DE 10 2006 038 446 A1은 이를 위한 2 개의 가능한 실시예들을 설명한다. 제1 실시예에서, 클러치들 및 기어 선택기들은 피스톤 실린더 유닛에 의해 멀티플렉스 밸브들로서 알려진 것의 작동을 위해 시프트된다. 여기서, 압력 상승 및 압력 감소는 피스톤 실린더 유닛에 의해 발생할 수 있다. 그러나 개별 소비자들의 압력을 제어된 방식으로 낮출 수 있는 추가의 배기 밸브들이 특정 또는 모든 소비자들에 대해 제공되는 것도 또한 가능하다.
본 발명의 목적은 DE 10 2006 038 446 A1으로부터 공지된 변속 기어박스를 추가로 개선하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 피스톤 실린더 유닛의 피스톤이 이중 작용 왕복 피스톤의 형태인 변속 기어박스에 의해 달성되며, 여기서 이중 작용 왕복 피스톤은 2 개의 작동 챔버들을 서로로부터 밀봉식으로 분리하고, 각각의 작동 챔버는 주 유압 라인을 통해 각각 하나의 클러치에 연결되며, 이중 작용 왕복 피스톤의 적어도 하나의 작동 챔버는 스위치 밸브를 통해 저장기에 유압식으로 연결될 수 있다.
이러한 변속 기어박스의 유리한 구성들은 종속 청구항들의 특징들에 의해 표현된다.
그의 2 개의 작동 챔버들을 통해 이중 작용 왕복 피스톤의 양 스트로크 방향들로 변속 기어박스 유닛들 중 하나로 또는 그로부터 유압 매체를 전달할 수 있는 이중 작용 왕복 피스톤을 사용함으로써, 특히 유리하게는 피스톤 실린더 유닛의 짧은 구조가 달성될 수 있다. 따라서, 양 피스톤 표면들은 동일한 영역을 가질 수 있어서, 예비 스트로크 및 복귀 스트로크 동안 동일한 체적이 피스톤의 동일한 이동에 대해 전달된다. 그러나 피스톤 표면적들이 예를 들어 1.5-2:1의 비율로 상이한 크기들을 갖는 것이 또한 가능하므로, 1.5 내지 2 배의 예비 스트로크 동안 복귀 스트로크에 비해 체적이 전달되고, 따라서 예비 스트로크에서 보다 빠른 압력 상승 및 이에 따른 클러치의 보다 신속한 작동 또는 보다 신속한 기어 작동을 위해 보다 신속하게 체적이 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, 특히 다른 클러치에서 동시에 압력이 저장기 내의 솔레노이드 밸브를 통해 감소되고 주어진 공급기 전압에서 전기 모터의 속도-토크 특성을 최적으로 사용할 수 있다면, 이중 클러치 기어박스의 매우 짧은 스위칭 시간들이 달성될 수 있다.
이중 작용 왕복 피스톤의 이러한 상이한 영역들/2 개의 압력 챔버들은 또한 다음과 같이 제어를 위해 사용될 수 있다:
a) 2 개의 상이한 영역들을 갖는 기어 선택기들에서, 기어 선택기와 압력 공급 유닛 사이의 밸브에 의해 체적 제어가 가능함(도 1).
b) 압력 공급 유닛 및 기어 선택기의 2 개의 영역들의 사용(도 2).
c) 전기 모터, 주로 클러치 작동 시에 결정되는 파워의 소형화를 위한 사용(작동 영역이 더 작은 클러치에 의한 압력 상승). 클러치 작동 동안 작은 영역의 사용, 또는 스위치 밸브에 의한 이중 작용 왕복 피스톤의 2 개의 영역들을 통한 절환(changeover)(-> 추가의 스위치 밸브에 의한 도면들에서의 확장 참조).
d) 이중 클러치 작동 동안 회복 또는 전기 모터의 소형화를 위한 2 개의 클러치들 사이에서 스위칭하는 공정 동안 클러치에 저장된 유압 에너지의 사용(저장기에 대한 이동 제어 및 배기 밸브의 사용)(도 1c).
스위치를 통해 이중 작용 왕복 피스톤의 2 개의 작동 챔버들 사이의 체적 보상이 달성될 수 있고 따라서 트랜스미션 상의 축 방향 힘 로딩이 감소됨으로써, 2:1의 체적비가 또한 적절하게 사용될 수 있는데, 예비 스트로크 및 복귀 스트로크에서 절반의 영역만이 트랜스미션 유닛에 충돌하기 때문이다. 이는 축 방향의 힘이 트랜스미션 로딩을 감소시켜 이에 따라 저렴한 플라스틱 사다리꼴 스핀들 구동 장치가 사용될 수 있도록 허용하기 때문에, 높은 압력들에서 특히 적절하다. 연속 작동 펌프에 비해 이중 작용 왕복 피스톤의 장점은 압력 발생 유닛이 변속 작동 동안에만 작동되면 된다는 것이다.
체적 제어에 해당하는 피스톤의 이동을 제어하면, 사용되는 밸브들의 개수를 유리하게 감소시킬 수 있는 보다 저렴한 구조가 생성된다. 고가의 압력 제어 없는, 간단한 방식의, 이동 또는 체적 제어로 인해, 적어도 하나의 변속 기어박스 유닛은 2 개 초과의 변속 포지션들을 가질 수 있는데, 이는 전달되는 미리 결정된 체적을 통한 유압 매체의 비압축성으로 인해 각각의 변속 기어박스 유닛은 의도적으로 가능한 포지션들 중 하나로 시프트될 수 있기 때문이다. 피스톤들에 의한 이동 또는 체적 제어를 통해, 변속 기어박스 유닛들의 부품들, 특히 기어 및 클러치 선택기들이 또한 비례 밸브들에 의한 것보다 더 정확하게 그리고 더 신속하게 시프트될 수 있는데, 왜냐하면 변위 체적에 대한 사전 지식에 기초하여 추가의 제어 변수가 적용될 수 있기 때문이다.
그러나, 비례 밸브들은, 그들의 제어 변수가 밸브 유량과 관련되어 있으며 이는 차례로 유압 유체 조건 및 그의 점도에 따라 달라지기 때문에, 이러한 장점을 제한적으로만 사용할 수 있다. 또한, 알려진 체적 관리 및 누출 없는 설계 덕분에, 저장기 자체로부터의 외부 누출들이 거의 없고, 밸브 누출들이 정확하게 진단될 수 있다.
적어도 하나의 압력 센서 또는 하나의 포지션 검출기를 사용함으로써, 일부 변속 기어박스 유닛들에 대해, 압력 상승에 대한 그리고 또한 대안적으로 압력 감소에 대한 압력 제어 또는 포지션 제어가 유리하게는 제공될 수 있으므로, 피스톤 실린더 유닛에 의해 이동 또는 체적 제어 및 또한 압력 조절 둘 모두가 발생한다.
압력 제어는 특정 피스톤 이동 제어 또는 전기 모터의 특수 전원 공급을 통해 발생한다. 압력 제어 동안, 압력과 피스톤 이동 간의 비-선형 관계가 캡처되어 맵에 저장된다. 이러한 맵은 특정 압력에 대응하여 특정 이동이 피스톤을 통해 수행되도록 압력 제어 동안 사용된다. 온도 또는 공기 포함들의 결과로서 맵이 변경되면, 이는 재-캘리브레이션되거나(recalibrated) 또는 다시 캡처된다. 이것은 다양한 방법들로 수행될 수 있다(압력 센서를 통한 보상, 이동 제어를 통한 보상 및 전기 모터 전류의 사용).
대안적으로, 전기 모터의 전류를 통해, 토크가 제어될 수 있다. 정확한 토크 결정을 위해, 예를 들어, 전기 모터의 토크 상수(kt)(전기 모터의 토크와 상전류 사이의 관계)가 사용될 수 있다. 토크 상수는 생산 또는 시운전(commissioning) 동안 전기 모터들에 대해 결정될 수 있으며, kt는 시간이 지남에 따라 최소로 변하며 본질적으로 온도의 영향하에 선형으로만 변하는 것을 특징으로 한다. 상전류에 대안적으로, 전기 모터의 공급자 전류가 사용될 수 있다.
압력 센서를 사용할 수 없는 경우, 모델링을 통해 압력 추정을 달성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 그 후, 모델은 예를 들어 단일 작용 또는 이중 작용 유압 피스톤을 가압하거나 또는 가능하게는 당기는 모터 및 기어박스를 포함할 수 있다. 트랜스미션 유닛에 대한 충분히 양호한 압력 추정을 위해, 서브 유닛들의 파라미터들(모터 토크 상수(kt), 트랜스미션 효율 및 유압 피스톤 단면적, 시일들로부터의 마찰)은 낮은 영향들에 노출되거나 또는 규칙적인 시간 간격들로 파라미터들의 변동들에 대해 적응되어야 한다.
압력 추정 또는 압력 제어에 악영향을 미치는 위에서 언급된 모델의 파라미터 변화들이 작동 동안 캡처됨으로써 정확한 모델이 생성될 수 있다. 예를 들어, 부분 작동 또는 적용되는 간접 압력 계산에만 활성이 되는 압력 센서들을 사용할 수 있다.
전기 모터의 전류를 통한 압력의 간접 측정들을 위한 방법에서, 클러치 압력 플레이트의 스프링 및 클러치 슬레이브 실린더의 직경에 대한 지식의 도움으로, 슬레이브 실린더 내의 클러치 피스톤의 포지션 및 마스터 실린더의 피스톤의 유효 단면적을 통해 계산이 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 시스템은 압력 센서를 완전히 제거할 수 있으므로, 압력 센서들이 유압 시스템들에서의 주요 원가 동인들이기 때문에, 비용을 크게 절감할 수 있다. 대량 생산 적용들에서, 압력 센서는 스위치 밸브보다 약 4 배 비싸고, 비례 밸브와 마찬가지로 비싸다.
시스템 구조가 현재 유압 피스톤들을 갖는 모터로 작동되는 트랜스미션 액추에이터 중 하나인 경우, 이는 반드시 압력 센서가 제공될 필요는 없다. 위에서 설명된 바와 같이 시스템에서 상이한 압력들은 모델링을 통해 적절하게 추정될 수 있다. 특히, 변속 포지션에 대한 압력에 관한 정보가 유리할 수 있다. 기어 선택기가 작동되면, 그의 시프터 포크(shifter fork) 상의 힘을 계산할 수 있다. 이는 동기화가 시작되는 기어 선택기의 포지션이 알려져 있으므로 따라서 모든 기어 선택기들에서 동기화 지점들을 가르치는 별도의 알고리즘들이 필요하지 않다는 것을 의미한다. 예를 들어 DE 101 34 115 B4에 설명된 트랜스미션 액추에이터와 같은 이전에 공지된 시스템들은 압력 센서들을 갖지 않고, 기어 선택기들 내의 포지션 센서들만을 갖는다. 기어 트레인 또는 서브 기어 트레인의 속도가 변화되면 동기화 지점이 평가된다. 기어 트레인들의 질량 관성이 높기 때문에, 속도는 기어 선택기의 압력보다 훨씬 더 느리게 변하므로, 따라서 다이내믹을 높이기 위해서는, 이전 시프팅들 또는 학습 공정들로부터의 경험적 값들에 의존해야 한다.
습식 클러치들을 냉각하기 위한 유체가 이중 작용 왕복 피스톤을 위한 구동 장치들 또는 별도의 구동 장치들에 의해 사용될 수 있는 습식 클러치들이 또한 유리하게는 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 추가의 이중 작용 왕복 피스톤이 냉각제를 변위시키는데 사용되는 제1 이중 작용 왕복 피스톤과 결합되거나 또는 단단히 연결될 수 있다. 제1 이중 작용 왕복 피스톤이 시프트될 때, 냉각제도 또한 동시에 전달된다. 클러치 또는 기어 선택기가 시프트되지 않아도 된다면, 제1 이중 작용 왕복 피스톤은 유체를 적절한 밸브들에 의해 오직 저장기로부터 그리고 이 안으로 직접 다시 전달할 수 있다. 그러나 냉각제에 별도의 펌프 및 추가의 구동 장치를 사용하는 것도 또한 가능하다.
유사하게 도 1b에 도시되고 기술된 바와 같이 멀티플렉싱을 통한 클러치 및 동시 시프팅의 마이크로슬립 제어(microslip control)도 가능하다.
본 발명에 따른 변속 기어박스는 또한, 도 3에 도시되고 기술된 2 개의 클러치들을 구비하는 E-차량들에 대한 2 단 기어박스들(two-speed gearboxes)의 경우와 같이, 예를 들면 기어 선택기가 없는, 단지 2 개의 클러치 선택기들을 갖도록 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 변속 기어박스를 사용하면 다음과 같은 장점들이 얻어질 수 있다:
a) 부품들의 개수의 감소로 인한 무게.
b) 유동 저항들의 변화를 확립하기 위해 누출 테스트를 위한 진단 공정들 및 캘리브레이션 공정들의 도입을 통한 개선된 신뢰성.
c) 시스템 비용들의 절감
o 특히 펌프, 저장 장치, 압력 센서, 필터 및 역류 방지 밸브들을 제거함으로써, 부품들의 개수의 감소를 통해서 이루어짐. 이는 단순히 모터-트랜스미션-피스톤-유닛으로 대체된다.
o 필요한 유압 유체의 감소를 통해서 이루어짐.
o 간단한 스위치 밸브들로 비용 집중적인 비례 밸브들을 교체함.
d) 기능 개선
o 폐쇄된 시스템들을 위한 압력 공급 장치를 통한 압력 감소와 함께, 포지션 제어 이중 작용 왕복 피스톤을 압력 공급 장치로 사용.
o 한쪽 또는 양쪽 클러치들의 더 신속한 작동을 위해 전기 모터의 토크-속도 특성을 최적으로 사용.
o 모터 크기를 감소시키기 위한 포텐셜을 갖는 지능형 압력 제어 절차들(포인트 2c에서 설명됨).
e) 신뢰성 향상
o 피스톤 제어를 통한 누출들에 대해 부품들(밸브들, 기어 및 클러치 선택기들의 피스톤들 및 압력 공급 유닛의 기밀성)을 테스트하기 위한 진단 방법들.
o 시스템의 유압 저항들을 측정하고 작동의 변화들을 검출함으로써 유압 시스템을 개선.
o 유압 시스템 및 그의 부품들(예를 들어, 밸브들, 라인들)의 유동 저항들을 체크하고 기어 선택기들 및 클러치 선택기들의 피스톤들의 시프팅 힘들을 결정하기 위한 측정 방법들.
f) 시스템 내의 부품들에 대한 가능한 최소한의 변경들을 갖는 자동 기어 변속 및 이중 클러치들을 위한 플랫폼 개념.
본 발명에 따른 변속 기어박스의 유리한 가능한 실시예들이 도면들을 사용하여 아래에서 보다 상세히 설명된다.
도면들은 다음과 같이 표시된다.
도 1a는 폐쇄된 유압 회로에서 8 개의 밸브들 및 2 개의 건식 작동 클러치 선택기들 및 4 개의 기어 선택기들을 갖는 이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 갖는 변속 기어박스를 도시한다.
도 1b는 폐쇄된 유압 회로에서 12 개의 밸브들 및 2 개의 건식 작동 클러치들 및 4 개의 기어 선택기들을 갖는 이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 갖는 변속 기어박스를 도시한다.
도 1c는 클러치에 저장된 에너지의 사용에 의해 모터-트랜스미션-피스톤-유닛의 소형화에 대한 잠재력을 갖는 클러치 작동을 위한 지능형 제어를 갖는 이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 갖는 변속 기어박스를 도시한다.
도 1d는 2 개의 클러치들 사이의 스위칭 오버 공정 동안 클러치에 저장된 에너지의 사용을 도시한다.
도 1e는 전력 소비를 감소시키기 위해 피스톤 제어 및 배기 밸브들을 통한 지능형 압력 제어가 발생하는 변속 기어박스의 성능 다이어그램을 도시한다.
도 2a는 추가의 펌프를 갖는 폐쇄된 유압 회로에서 2 개의 습식 작동 클러치들 및 4 개의 기어 선택기들을 갖는 이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 갖는 변속 기어박스를 도시한다.
도 2b는 피스톤 실린더 유닛의 구동 장치에 의해 구동되는 이중 작용 왕복 피스톤(이중 작용 왕복 피스톤 펌프)을 갖는, 폐쇄된 유압 회로에서 2 개의 습식 작동 클러치들 및 4 개의 기어 선택기들을 갖는 이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 갖는 변속 기어박스를 도시한다.
도 3은 폐쇄된 유압 회로를 갖는 2 단 시스템에 대한 이중 작용 왕복 피스톤을 갖는 피스톤 실린더 유닛을 도시한다.
도 4는 추가의 피스톤 실린더 유닛을 갖는 확장된 변속 기어박스를 도시한다.
도 2a는 본 발명에 따른 변속 기어박스의 제1 가능한 실시예를 클러치 선택기(25/C1, 28/C2) 내의 유압 매체를 변위시키기 위한 이중 작용 왕복 피스톤(19c)을 갖는 피스톤 실린더 유닛(19)을 갖는 이중 클러치 기어박스의 형태로 도시하고 있다.
피스톤 실린더 유닛(19)은 트랜스미션(2)을 통해 구동 장치(1)에 의해 구동된다. 이중 작용 왕복 피스톤(19c)은 2 개의 작동 챔버들(19a, 19b)을 서로로부터 분리시키고, 여기서 작동 챔버(19b)를 한정하는 피스톤 영역(19e)은 작동 챔버(19a)를 한정하는 유효 피스톤 영역(19d)보다 크다. 작동 챔버(19a)는 주 유압 라인(HL2)을 통해 연결된다. 작동 챔버(19b)는 주 유압 라인(HL1)에 연결된다. 클러치들(25/C1, 28/C2) 및 속도 선택기들(30, 33, 35 및 38)과 주 유압 라인들(HL1, HL2)을 연결하는 유압 피드 라인들(HL25, HL28, HL30a, HL30b, HL33a, HL33b, HL35a, HL35b, HL38a 및 HL38)은 주 유압 라인들(HL1, HL2)로부터 분기된다. 유압 피드 라인들(HL25, HL28, HL30a, HL30b, HL33a, HL33b, HL35a, HL35b, HL38a 및 HL38) 각각에서, 스위칭 가능한 밸브들(24, 27, 32, 33, 37, 40 및 41)은 피드 라인들의 선택적 차단 또는 개방을 위해 배열된다. 2 개의 작동 챔버들(19a, 19b)은 각각의 경우에 유압 라인들(HL19a 및 HL19b)을 통해 저장기(6)와 연결되고, 여기서 유압 라인들(HL19a 및 HL19b)에 스위칭 가능한 2/2 웨이 밸브들(20, 22)이 배열된다. 각각의 2/2 웨이 밸브(20, 22)와 병렬로, 역류 방지 밸브가 배열된다.
2 개의 클러치 선택기들 및 4 개의 기어 선택기들을 갖는 도 1a에 따른 변속 기어박스는 단지 8 개의 스위칭 가능한 2/2 웨이 밸브들을 필요로 한다.
기어 선택기들(30)은 각각 시일들을 생성하고 피스톤들에 의해 서로로부터 분리되는 2 개의 작동 챔버들(30a, 30b, 33a, 33b, 35a, 35b 및 38a, 38b)을 갖는다. 이러한 배열을 사용하면, 제1 작동 챔버들(30a, 33a, 35a, 38a)은 제1 주 유압 라인(HL1) 및 이에 따라 작동 챔버(19b)와 연결되고, 제2 작동 챔버들(30b, 33b, 35b, 38b)은 제2 주 유압 라인(HL2)을 통해 피스톤 실린더 유닛(19)의 작동 챔버(19a)와 연결되는 것이 중요하다.
이러한 연결 라인들(HL1 및 HL2)의 별도의 배열을 통해, 기어 변속은 다음과 같이 구현될 수 있다: 제1 기어로부터 제2 기어로의 기어 변속에 대해, 먼저 제2 기어를 선택하는 것이 필요하며, 여기서 클러치(C1)(25)는 이 초기 상태로 가압되고 따라서 또한 폐쇄된다. 그러나, 클러치(C1)로부터의 체적 또는 압력이 빠져나가지 않도록, 클러치 선택기 밸브(24)는 폐쇄되어야 한다. 기어 변속을 시작하기 위해, 기어 선택기 밸브(1)(35)가 개방되며 배기 밸브(1) 및 클러치 선택기 밸브(2)는 폐쇄된다. 그 후, 모터 및 트랜스미션 유닛들(1 및 2)을 갖는 이중 작용 왕복 피스톤(19c)은 좌측으로 이동될 수 있고, 그 결과 체적은 기어 선택기(2/4)(33)로 특히 챔버(33b) 내로 변위된다. 기어 선택기(33)의 시프트를 허용하기 위해, 이 공정 동안 밸브(35)가 개방되지 않으면, 시스템은 유압식으로 격리될 것이다. 일단 기어 선택기(2/4)(33)의 제2 기어가 예를 들어 크랭크 샤프트와 서브-트랜스미션에서 동기화되면, 기어는 최종적으로 선택될 수 있다. 기어 선택기 밸브(35)가 다시 폐쇄되고, 클러치 선택기 밸브(27)가 개방되고 배기 밸브(20)가 계속해서 폐쇄되고 클러치 작동이 클러치(C2)(28)에서 개시될 수 있다. 견인력의 인터럽션들(interruptions) 없이 시프트를 허용하기 위해, 2 개의 클러치들(C1)(25) 및 (C2)(28)의 연속적인 로드 변화가 발생해야 한다. 클러치(C2)의 폐쇄는 이중 작용 왕복 피스톤(19)의 압력 상승의 도움으로 수행되며, 이는 차례로 좌측으로 이동한다. 클러치(C1)(25)의 동시 개방은 클러치 선택기 밸브(24)의 계단식 또는 또한 평활형 제어에 의해 달성되어, 유체는 대응하는 배기 밸브(22)를 통해 제어된 방식으로 떠난다. 일단 로드 변화가 완료되면, 기어 선택기(1/3)(30)는 중립(시프터 포크(30c)의 중간 포지션)으로 또는 미리 선택된 다음 기어로 시프트될 수 있다. 이 때, 클러치 클러치 선택기 밸브들(24, 27), 및 배기 밸브(22)는 폐쇄되고 기어 선택기 밸브(32)는 개방된다. 이중 작용 왕복 피스톤(19)은 체적을 챔버(19b)로부터 변위시키고 따라서 변위된 체적에 따라, 기어 선택기(30)를 우측으로 이동시킨다. 제1 또는 제2 기어의 선택이 최종적으로 완료된다.
바람직하게는, 여행 전에, 차량이 시동될 때 제1 기어가 선택될지 또는 후진 기어가 선택될지 예상할 수 없기 때문에, 피스톤(19c)은 중간 포지션에 있다. 따라서, 기어 선택기 및 클러치를 작동시키기 위한 대응하는 체적이 두 동작들 모두에 대해 존재한다. 대안적으로, 밸브들(20 또는 22)이 개방될 때, 피스톤은 올바른 포지션으로 이동되어야 할 것이다.
하나의 서브 트랜스미션으로부터 다른 서브 트랜스미션으로의 로드 변화 동안, 클러치(25)가 모터-트랜스미션-피스톤 유닛(1, 2)에 의해 가압되고 그리고 다른 클러치(28)로부터 대응하는 클러치 선택기 밸브(27)를 통해 유체가 배출되고, 클러치들은 가능한 포지션 센서들(26, 29) 또는 압력 센서들을 통해 제어될 수 있다. 현대의 트랜스미션들에서 트랜스미션의 실시예에 따라, 압력 또는 포지션 센서가 사용된다. 건식 클러치들은 일반적으로 포지션 센서들에 의해 제작되고, 습식 클러치들은 압력 센서들에 의해 제작된다. 클러치들의 제어된 배출은, 사용되는 밸브의 유형에 따라, 밸브들(24 및 27)에 의해 또는 밸브들(20 및 22)에 의해 계단식 또는 평활형 방식으로 발생할 수 있다. 도시된 실시예에서, 간단한 스위치 밸브들(계단식) 또는 플라잉 유사-제어 플런저(평활형)를 갖는 밸브가 사용된다.
안전상의 이유로, 8 개의 밸브들을 갖는 이중 클러치 액추에이터의 각각의 실시예에서, 밸브들(32, 37, 40, 41)의 임의의 누출들이 기계적 파괴를 일으킬 수 없도록, 포지션 센서(31, 34, 36, 39)가 각각의 기어 선택기(30, 33, 35, 38)에 제공된다. 밸브들(20, 22, 24 및 27)은 정상적으로 개방된 설계를 가져야 하므로, 시스템 고장의 경우에 양 클러치들(25, 28)은 모두 더 이상의 공급을 필요로 하지 않고 즉시 개방된다.
도 1b는 기어 선택기들(30, 33, 35, 38)에서 스위치 밸브들(32 및 52, 41 및 53, 37 및 54, 40 및 55)에 의해 압력이 차단될 수 있는 설계를 도시한다. 이중 클러치 기어박스의 경우 클러치(C1 또는 C2)는 작동될 수 있으며, 이는 또한 마이크로슬립으로 알려진 것으로 작동되고 이에 의해 이중 작용 왕복 피스톤(19)이 제어된다. 마이크로슬립은 크랭크 샤프트에서 원하지 않는 속도 변동들을 어느 정도 감쇠시키고 클러치들의 개방 포지션을 더 잘 추정할 수 있도록 하기 위해 사용된다. 감쇠의 영향은 대응하는 클러치에 인가되는 슬립의 양에 따라 달라진다. 기어 변속을 완료하도록 의도되면, 언로딩된 서브 트랜스미션의 동기화가 총 스위칭 시간의 대부분을 차지하므로, 이는 종종 수백 밀리 초 동안 지속된다. 사다리꼴 스핀들 또는 볼 스크류 구동 장치(2)에 의해 작동되는 이중 작용 왕복 피스톤(19)의 도움으로, 순간적 기어 변속이 개시될 수 있다. 여기서, 가장 최근에 로드를 받는 클러치(25 또는 28)는 대응하는 서브-트랜스미션에서 클러치 선택기 밸브(24 또는 27)에 의해 차단되고, 유체는 이제 밸브들(24 또는 22 및 또한 27 또는 21)에 의해 배출될 수 있다. 이 짧은 시간에서, 마이크로슬립 제어는 가능하지 않거나 또는 제한된 정도로만 가능하지만, 그러나 클러치는 그럼에도 불구하고 슬립으로 계속 작동한다. 그런 다음 원하는 기어 선택기가 작동되어, 동기화 지점까지만 이동되며, 이 경우 기어 선택기에서의 압력은 모터 전류로부터 계산될 수 있다. 동기화가 개시되면, 대응하는 기어 선택기에서, 유압 압력은 스위치 밸브들에 의해 차단될 수 있고, 단시간 인터럽트 후에 이중 작용 왕복 피스톤(19)은 로딩된 클러치(25 또는 28) 상의 마이크로슬립 제어를 재시작할 수 있다. 그러나, 이를 수행하기 위해 이중 작용 왕복 피스톤(19)에서의 압력 레벨은 로딩된 클러치의 압력 수준에 도달해야 하고, 이 경우 압력차가 없는 상태에서 클러치 선택기 밸브(27 또는 24)를 다시 개방해야 한다. 일단 언로딩된 서브 트랜스미션의 동기화가 완료되면, 최종 기어 변속이 시작되고 로드 변화가 완료된다.
도 1c는 2 개의 클러치들(25/C1 및 28/C2)을 제어하기 위한 변형예를 도시한다. 이는, 스핀들(2)에 의해 구동되는 유압 피스톤(19)의 구동을 위해 모터(1)의 크기의 감소를 허용하고, 따라서 전력, 무게 및 공간을 절약하기 위한 지능적인 변형이다. 예를 들어, 클러치(C1/25)를 갖는 서브 트랜스미션(1)으로부터 클러치(C2/28)를 갖는 서브 트랜스미션(2)으로의 기어 변속을 수행하도록 의도된다면, 클러치(C1/25)의 저장된 포텐셜 에너지는 클러치(C2/28)의 압력 상승을 위해 사용될 수 있다. 이러한 공정의 개략적인 표현이 도 1d 및 도 1e에 도시되어 있다. 도 1d는 이러한 변형을 위한 클러치들에서의 가능한 압력 구배들을 도시하며, 도 1e는 전기 모터(1)의 감소된 전력 소비에 대한 단순화된 표현을 도시한다.
도 1c는 로드 변화가 있을 때 유체가 어떻게 유동하는지를 화살표들에 의해 도시한다. 따라서, 클러치(C1/25) 내의 저장된 그리고 가압된 유체는 라인들(HL25 및 HL1)을 통해 작동 챔버(19b) 내로 지향되고, 좌측을 향해 피스톤(19c) 상에 힘을 가한다. 이 힘은 클러치(C2/28) 내의 압력을 상승시키기 위해 작동 챔버(19a)를 수축시키도록 피스톤(19c)을 좌측으로 이동시킬 때 모터(1)를 지원한다. 도 1d에 도시된 해칭된 영역은 클러치(C2/28)를 스위칭할 때 클러치(C1/25) 내의 가압된 유체의 지원 파워에 의해 절약될 수 있는 에너지에 대응한다. 클러치(C2/28)를 개방하고 클러치(C1/25)를 폐쇄하도록 의도된다면, 이 경우 클러치(C2/28)에 저장된 압력은 피스톤(19c)의 이동을 지원하기 위해 유사하게 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 모터에 의해 요구되는 최대 파워는 도 1e에 도시된 바와 같이 Pmax _ Th로부터 Pmax로 감소될 수 있다. 따라서, 모터(1)는 더 작은 치수들을 가질 수 있다.
폐쇄된 유압 트랜스미션 액추에이터에서의 히스테리시스 및 마찰 손실들로 인해, 이 공정 동안 적절한 로드 변화에 대해 시스템에 너무 많은 체적이 있을 수 있다. 배기 밸브들(20 및 22)은 적절한 체적 관리를 동시에 보장할 수 있고, 라인들(HL19a, HL19b)을 통해 임의의 과잉 유체를 저장기(6)로 배출할 수 있다. 모터-트랜스미션-피스톤-유닛(1, 2, 19)의 설계에 따라, 이 실시예에서, 클러치들 사이에 로드 변화가 있을 때, 모터(1)의 최대 출력이 요구된다. 이는 매우 중요한 지능적 제어를 갖는 모터(1)(모터(1) 및 밸브들(20, 22, 24, 27))가 일반적으로 더 작은 치수들로 제작될 수 있다는 것을 의미한다. 특히 시동 단계 동안, 2 개의 클러치들(25, 28)의 압력이 동일할 때까지, 효율의 감소들이 존재하는 경우(볼 스크류 구동 장치 또는 사다리꼴 스핀들, 유압 손실들 등)와는 별도로, 모터는 일반적으로 제거될 수 있다. 클러치(C2/28)에서의 클러치 압력이 클러치(C1/25)에서의 클러치 압력보다 큰 경우에만, 클러치(C1/25)에서의 잔류 압력을 지원하는 모터가 클러치(C2)에서의 압력을 완전히 상승시켜야 한다.
도 2a는 구동 모터(43)를 갖는 독립 펌프(44)를 갖는 별도의 냉각 회로(HLP) 및 습식 작동 클러치들(C1, C2)을 갖는 이중 클러치 기어박스의 구조를 설명한다. 기어 변속의 기능 및 실행은 도 1a에서 설명한 것과 동일하지만, 그러나 클러치들(C1, C2)은 포지션 센서들(26, 29)이 아닌 압력 센서들(41, 42)을 통해 제어된다. 따라서 포지션 센서들을 제거할 수도 있다. 높은 토크 전달들 및 다판(multi-plate) 클러치들의 가능한 사용으로 인해, 펌프(44)는 탱크(46)로부터 공급되는 그 자체의 매체를 갖는 별도의 냉각 회로(HLP)에 의해 냉각된다.
도 2b는 모터-트랜스미션-피스톤 유닛(1, 2, 19)의 피스톤 제공부에 연결되는 동시에 작동하는 이중 작용 왕복 피스톤-펌프(50)를 갖는 별도의 냉각 회로들(HLK1 및 HLK2) 및 습식 작동 클러치들을 갖는 이중 작용 왕복 피스톤의 시스템 구조를 설명한다. 독립적인 트랜스미션 액추에이터의 작동에 의해, 별도의 이중 작용 왕복 피스톤(50)에 의해, 펌핑 기능이 수행될 수 있다. 따라서 모터를 갖는 추가의 펌프를 절약할 수 있다. 냉각 회로들(HLK1, HLK2)은 별도의 매체에 의해 작동하고, 그 결과 오염 물질은 실제 이중 작용 액추에이터(19)로 유입될 수 없다. 이 실시예에서, 추가의 이중 작용 왕복 피스톤(50d)은 이중 작용 왕복 피스톤(19c)을 갖는 실제 액추에이터보다 상당히 커야만 하는데, 왜냐하면 냉각을 위한 유체의 분당 수 리터가 전달되어야 하기 때문이다. 어떤 상황들에서는 액추에이터가 임의의 기어 또는 클러치 선택을 수행할 필요가 없기 때문에, 냉각제는, 밸브들(20 및 22)이 개방되어 있는 동안, 저장기(47)로부터 그리고 역류 방지 밸브들(48 및 49)을 통해 계속해서 전달될 수 있다. 피스톤(50d)은 클러치들(C1, C2) 및 기어 선택기가 이 공정에서 시프트되지 않고 요구되는 유량의 함수로서 ― 강한 냉각을 갖는 높은 주파수, 낮은 냉각을 갖는 낮은 주파수 ― 구동 장치(1)에 의해 전후로 이동될 수 있다. 이는 관련된 밸브들(24, 27, 32, 37, 40 및 41)이 폐쇄되고 밸브들(20 및 22)이 개방됨으로써 달성된다. 선택적으로, 도면들에 도시되고 설명된 모든 실시예들에서는, 개방 상태에서 유압식으로 서로 연결되거나 또는 2 개의 작동 챔버들(19a, 19b)을 단락시키는 도 1c에 도시된 밸브(31)가 배열될 수 있다. 결과적으로, 냉각은 파워 주문형 모드에서 발생할 수 있다. 클러치 및 기어 선택기들이 작동되어야 하는 경우, 필요한 유량이 달성되지 않을 수도 있지만, 그러나 작동이 일반적으로 매우 빨리 끝나기 때문에, 이것은 중요하지 않다.
도 3은 2 개의 기어들을 갖는 이중 클러치 개념을 도시하고 있으며, 이는 전기 구동 장치들에 대해 유리하게 사용될 수 있다. 이중 작용 왕복 피스톤 조립체 키트의 모듈식 사용이 가능하며, 여기서 기어 선택기에 대한 부품들은 필요하지 않다. 따라서 전기 모터 구동 장치들에 대해 견인력의 인터럽션들이 없는 2-기어 시스템이 가능하다. 클러치 제어는 도 1a에서 설명한 것과 동일하며, 압력 센서들(41, 42) 또는 또한 포지션 센서들(26, 29)에 의해 발생할 수 있다.
도 4는 위에서 설명한 시스템의 확장을 도시한다. 원래의 시스템은 클러치들(25, 28) 및 기어 선택기(30, 33, 35, 38)의 작동을 위한 각각의 밸브들(24, 27, 32, 37, 40 및 41)을 갖는 서브 트랜스미션(1) 및 서브 트랜스미션(2)에 밸브 회로들을 포함한다. 트랜스미션(2)을 통해 모터(1)에 의해 구동되고 이중 작용 왕복 피스톤(19c)을 갖는 유압 액추에이터(19)는 그의 작동 챔버들(19a, 19b)이 2 개의 밸브들(20, 22)을 통해 탱크 또는 저장기(6)와 연결될 수 있다.
변속 기어박스에 대한 확장은 클러치들(C1, C2)을 작동시키기 위해 트랜스미션(2')를 통해 모터(1')에 의해 구동되는 압력 변조기(19')를 사용하는 가능성으로 이루어진다. 이를 위해, 작동 챔버(19a')는 유압 라인들(HL19a'-25 및 HL19a'-28)을 통해 클러치 선택기들(25, 29)과 연결될 수 있으며, 여기서 유압 라인들(HL19a'-25 및 HL19a'-28)의 각각에는 스위치 밸브(32a, 32b)가 이들을 차단하거나 또는 개방하기 위해 배열되어 있다. 이는 견인력에 있는 각각의 클러치의 연속적인 마이크로슬립을 허용한다. 여기서, 압력 변조기(19a')와 클러치 선택기들(25, 28)을 연결하는 밸브들(32a, 32b)은 정상적으로 개방 또는 정상적으로 폐쇄 설계를 가질 수 있다.
스위칭의 기능적 특징들은 다음에서 더 자세히 설명하도록 한다.
상황 1: 서브 트랜스미션(2)에서 동시 기어 변속을 갖는 클러치 선택기(25)의 마이크로슬립 제어.
전술한 상황에서, 클러치 선택기에 대한 압력 변조 밸브(32b)는 개방되고 다른 클러치 선택기(28) 및 클러치 밸브(24)에 대한 압력 변조 밸브(32b)는 폐쇄되어 있는 동안, 압력 변조기(19a')는 선택기(25)의 연속적인 마이크로슬립 제어를 제공한다. 여기서, 압력 변조기(19a')는 클러치 이동 센서(26)의 함수로서 클러치(25)의 마이크로슬립을 제어한다. 이제 병렬로 서브 트랜스미션(2)에서의 기어 변속이 필요하다면, 이는 유압 액추에이터(19)에 의해 수행될 수 있다. 예로서, 기어 선택기(33)에서 중립 포지션으로부터 우측으로 스위칭이 필요한 경우, 밸브들(20, 22 및 27)은 폐쇄되고, 기어 선택기 유입 밸브(41)는 개방되고 이중 작용 왕복 피스톤(19c)을 우측으로 이동시킴으로써, 기어 선택기(33)의 이중 작용 왕복 피스톤은 우측으로 그리고 제4 기어로 시프트된다. 이중 작용 왕복 피스톤을 좌측으로의 이동시키는 것은 유사하게 기어 선택기(33)를 좌측으로 이동시켜 이에 따라 대응하는 기어를 선택할 가능성을 제공한다. 물론, 서브 트랜스미션(2)에서의 모든 추가의 기어 선택기들에도 동일하게 적용된다. 클러치(25)의 마이크로슬립과 병행하여, 이중 작용 왕복 피스톤을 통해, 체적이 클러치 선택기(28) 및 기어 선택기들(30 및 35)로 또는 이로부터 시프트될 수 있다는 순수 이론적인 가능성도 존재한다.
상황 2: 클러치(a)의 비활성화 및 클러치(b)의 동시 활성화
여기서, 클러치(a)의 포지션은 유사하게 제어되는 밸브(24 또는 30a)가 아닌, 압력 변조기(19a')를 통해 제어된다. 이는 밸브들(24, 27, 30a, 30b)이 순수한 간단한 디지털 스위치 밸브들인 것을 허용한다.
위에서 설명한 상황 1에 기초하여, 밸브들(24 및 27)이 이제 개방된다. 클러치 선택기(28)와 압력 변조기(19a') 사이의 밸브들(30a, 30b, 32, 37, 40 및 41) 및 압력 변조 밸브(32b)는 이미 그러하지 않은 경우 폐쇄된다. 이중 작용 왕복 피스톤(19c)을 통해 압력 상승 또는 클러치 선택기(19c)의 포지션이 이제 제어된다. 이중 작용 왕복 피스톤(19c)은 또한 좌측으로 이동한다. 이중 작용 왕복 피스톤의 우측 챔버는 이에 따라 클러치 선택기(25)로부터 체적(24)을 통해 동시에 흡입한다. 이 경우, 압력 변조기(19a')는 클러치 선택기(25)의 압력 또는 포지션을 제어한다. 이러한 상황에서, 주 체적 유동은 이중 작용 왕복 피스톤(19c)에 의해 변위된다. 압력 변조기(19a')는 필요에 따라 클러치 선택기(28)에 대한 체적만을 보정한다. 일단 서브-트랜스미션(2)이 활성화되고 서브-트랜스미션(1)이 비활성화되면, 클러치 밸브들(24 및 27)은 폐쇄되고 압력 변조기(19a')는 압력 변조 밸브(32a)에 의해 클러치 선택기(25)로부터 분리되고, 다른 압력 변조 밸브(32b)에 의해 클러치 선택기(28)와 연결된다. 압력 변조기(19a')는 이제 클러치 선택기(28) 상의 마이크로슬립을 제어한다.
이 회로의 장점은 압력 변조기(19a')가 이중 작용 왕복 피스톤(19c)보다 상당히 더 낮은 체적 관리를 갖는다는 것이다. 압력 변조기(19a')에 대한 체적 유동 요구들은 또한 이중 작용 왕복 피스톤(19c)의 체적 유동보다 상당히 더 낮다. 여기에는, 시스템에 아날로그 밸브들이 전혀 없고 순수하게 더 저렴한 디지털 스위치 밸브들에 의해서만 작동한다는 사실이 추가된다.
시스템 효율 진단을 위해, 이 시스템은, 예를 들어 밸브들(32b, 27)을 개방함으로써, 2 개의 압력 챔버들을 서로 연결하여 이에 따라 압력 변조기(19, 19a') 및 유압 액추에이터(19)의 트랜스미션 효율을 밸런싱하는 가능성을 제공한다. 이러한 밸런싱은 고장들을 예측할 뿐만 아니라 또한 압력 설정들을 보다 정확하게 매칭시킴으로써 이에 따라 안락함을 증가시키는데 매우 도움이 될 수 있다. 언급된 진단 옵션은, 2 개의 유압 액추에이터들 또는 압력 변조기들을 갖고 시스템들을 유압식으로 신속하게 연결할 수 있는 가능성을 제공하는 거의 모든 시스템들에 존재한다.
비상 모드에서, 압력 변조기(19, 19') 또는 유압 액추에이터(19)의 모터들(1, 1') 중 하나가 고장된 경우에, 각각의 다른 압력 공급이 기어 선택 및 클러치 선택을 대신할 가능성이 있다. 비상 모드에서 압력 변조기가 클러치 선택 및 기어 선택을 대신해야 한다면, 배기 밸브들(30a 및/또는 30b)을 통한 더 낮은 체적 관리에 기인하여 한편 압력 변조기(33) 내의 체적이 요구되어야 한다. 그러나, 압력 변조기(33)가 고장나면, 유압 액추에이터(19)를 통해, 마이크로슬립 제어에서의 짧은 인터럽션들과는 별도로, 기능이 유지될 수 있다. 기본적으로, 원래 회로에 대한 확장은 마이크로슬립 제어에서의 짧은 인터럽션들이 기어 변속 공정들 동안 허용될 수 없는 경우에만 필요하다.
1 EC 모터
2 트랜스미션
3 피스톤 실린더 유닛
4 모터 정류를 위한 회전 센서
5 자동 트랜스미션에서 클러치 선택기에 대한 포지션 센서
6 저장기
7 클러치 유닛(1)
8 자동 트랜스미션에서 클러치 선택기에 대한 압력 센서
9 2/2 웨이 밸브
10 기어 선택기 유닛(1)(회전 운동)
10a, 10b 기어 선택기(10)의 피스톤 실린더 유닛들
11 기어 선택기 유닛(2)(직선 운동)
12 기어 선택기 기구(1)의 피스톤, 회전(3 개의 포지션들)
13 기어 선택기 기구(2), 병진 운동(3 개의 포지션들)
14 2/2 웨이 밸브
15 기어 선택기 기구(2)의 복귀 스프링
16 2/2 웨이 밸브
17 기어 선택기 기구의 회전 몸체(3 개의 포지션들)
18 2/2 웨이 밸브
19 이중 작용 왕복 피스톤
19a 유압 회로(HL2)에 대한 이중 작용 왕복 피스톤의 유압 챔버
19b 유압 회로(HL1)에 대한 이중 작용 왕복 피스톤들의 유압 챔버
19b 유압 작동 피스톤
20 HL2에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브
21 HL2에 대한 역류 방지 밸브
22 HL1에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브
23 HL1에 대한 역류 방지 밸브
24 클러치(C1)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브
25 클러치 선택기(C1)
25a 클러치 선택기(C1)의 유압 피스톤
26 클러치 선택기(C1)에 대한 포지션 센서
27 클러치(C2)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브
28 클러치 선택기(C228a) 클러치 선택기(C2)의 유압 피스톤
29 클러치 선택기(C230)에 대한 포지션 센서 기어 선택기(1/3)
30a 기어 선택기(1/3)의 유압 챔버(1)
30b 기어 선택기(1/3)의 유압 챔버(2)
30c 기어 선택기(1/3)의 시프터 포크를 갖는 피스톤
31 기어 선택기(1/3) 포지션 센서
32 기어 선택기(1/3)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브(1)
33 기어 선택기(2/4)
33a 기어 선택기(2/4)의 유압 챔버(1)
33b 기어 선택기(2/4)의 유압 챔버(2)
33c 기어 선택기(2/4)의 시프터 포크를 갖는 피스톤
34 기어 선택기(2/4)의 포지션 센서
35 기어 선택기(5/7)
35a 기어 선택기(5/7)의 유압 챔버(1)
35b 기어 선택기(5/7)의 유압 챔버(2)
35c 기어 선택기(5/7)의 시프터 포크를 갖는 피스톤
36 기어 선택기(5/7)의 포지션 센서
37 기어 선택기(5/7)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브(1)
38 기어 선택기(6/R)
38a 기어 선택기(6/R)의 유압 챔버(1)
38b 기어 선택기(6/R)의 유압 챔버(2)
38c 기어 선택기(6/R)의 시프터 포크를 갖는 피스톤
39 기어 선택기(6/R)의 포지션 센서
40 기어 선택기(6/R)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브(1)
41 기어 선택기(2/4)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브(1)
42 클러치 선택기(2)에 대한 압력 센서
43 클러치 선택기(1)에 대한 압력 센서
44 냉각 회로(HLP)의 펌프
45 냉각 회로(HLP)의 역류 방지 밸브
46 냉각 회로(HLP)의 저장기
47 냉각 회로(HLP)의 펌프에 대한 모터
48 이중 작용 왕복 피스톤 펌프 유압 챔버(1)의 역류 방지 밸브
49 이중 작용 왕복 피스톤 펌프 유압 챔버(2)의 역류 방지 밸브
50 이중 작용 왕복 피스톤 펌프 유압 장치
51 이중 작용 왕복 피스톤 펌프 유압 장치의 저장기
52 기어 선택기(1/3)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브(2)
53 기어 선택기(2/4)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브(2)
54 기어 선택기(5/7)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브(2)
55 기어 선택기(6/R)에 대한 2/2 웨이 유입 및 배기 밸브(2)
HL 자동 트랜스미션의 유압 라인
HLR 자동 트랜스미션의 유압 장치의 재순환 및 지연
HL1 이중 작용 왕복 피스톤의 유압 라인(1)
HL2 이중 작용 왕복 피스톤의 유압 라인(2)
HLP 펌프를 갖는 냉각 회로의 유압 라인
HLK1 이중 작용 왕복 피스톤 펌프를 갖는 냉각 회로의 유압 라인(1)
HLK2 이중 작용 왕복 피스톤 펌프를 갖는 냉각 회로의 유압 라인(2)
LK1 다판 클러치(1)
LK2 다판 클러치(2)

Claims (27)

  1. 변속 기어박스(shift gearbox)로서,
    제어 유닛, 및
    피스톤(19d)을 가지며 유압 라인들을 통해 상기 변속 기어박스의 복수의 변속 기어박스 유닛들(25, 28, 30, 33, 35, 38)에 연결되어 이들을 시프트하는 적어도 하나의 전기 모터 구동식 피스톤 실린더 유닛(19)이 제공되며,
    상기 변속 기어박스 유닛들은 적어도 2 개의 클러치 유닛들(25/C1, 28/C2)을 포함하는, 상기 변속 기어박스에 있어서,
    상기 피스톤 실린더 유닛(19)의 상기 피스톤(19d)은 이중 작용 왕복 피스톤(dual-action reciprocating piston)의 형태이고, 상기 이중 작용 왕복 피스톤(19d)은 2 개의 작동 챔버들(19a, 19b)을 서로로부터 밀봉식으로 분리하고, 각각의 작동 챔버(19a, 19b)는 주 유압 라인(main hydraulic line)(HL1, HL2)을 통해 각각 하나의 클러치(C1, C2)에 연결되고, 상기 이중 작용 왕복 피스톤의 적어도 하나의 작동 챔버(19a, 19b) 또는 적어도 하나의 주 유압 라인(HL1/HL2)은 스위치 밸브(20, 22)를 통해 저장기(reservoir)(6)에 유압식으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  2. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 피스톤 실린더 유닛(19)은 유압 라인(HL1, HL2)을 통해 적어도 하나의 기어 선택기(30, 33, 35, 38)를 사용하여 자신의 작동 챔버들(19a, 19b) 중 적어도 하나와 유압식으로 연결되며, 상기 유압식 연결은 밸브(32, 37, 40, 41)에 의해 선택적으로 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 주 유압 라인들(HL1, HL2)은 스위치 밸브(31, 도 2c)를 통해 서로 유압식으로 연결될 수 있고, 상기 스위치 밸브(31)는 바람직하게는 유압 피드 라인들(hydraulic feed lines)에 대한 자신의 연결들을 사용하여 상기 피스톤 실린더 유닛(19)의 상기 2 개의 작동 챔버들(19a, 19b)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    변속 기어박스 유닛, 특히 클러치(25, 28)에 저장된 압력은 상기 피스톤 실린더 유닛의 상기 피스톤의 구동을 지원하는데 사용되며, 각각의 변속 기어박스 유닛으로부터의 압력은 상기 유압 피드 라인 및 관련 주 유압 라인(HL1, HL2)의 개방 밸브를 통해 상기 피스톤 실린더 유닛의 상기 작동 챔버들(19a, 19b) 중 하나에 피드되고, 상기 피스톤은 다른 작동 챔버(19b, 19a)를 수축시키기 위해 구동 장치(drive)(1)에 의해 구동되어, 이로써 유압 체적이 다른 주 유압 라인(HL2, HL1)으로 변위되거나 또는 그 안에서 압력이 상승되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤(19d)은 상기 2 개의 작동 챔버들(19a, 19b)을 한정하는 2 개의 상이한 크기의 피스톤 활성 표면적들(piston active surface areas)을, 특히 1.5:1 내지 2.5:1의 비율로 갖는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 피스톤(19d, 19e)의 상기 상이한 표면적들은 특히 클러치의 슬립 제어(slip control)를 사용하여, 높은 압력들에서 토크를 감소시키는데 이용되며, 각각의 클러치(C1, C2)와 관련되는 상기 밸브(24, 27)는 상기 클러치 내에서의 압력 상승 및/또는 압력 감소 동안 개방되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이중 작용 왕복 피스톤(19d)은 2 개의 상이한 크기의 유압 활성 피스톤 표면적들을 가지며, 더 큰 피스톤 활성 표면적에 의해 한정되는 상기 작동 챔버(34b)를 통해 더 신속한 압력 상승 또는 체적 전달이 발생하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스위치 밸브(31)가 제공되고, 상기 스위치 밸브(31)를 통해 자신의 개방 위치에서, 상기 2 개의 작동 챔버들(34b, 34c)은 서로 유압식으로 연결될 수 있어서, 높은 압력들에서 클러치 제어를 위해 또는 압력 유지를 위해, 특히 높은 압력들에서, 이를테면, 예컨대, 마이크로슬립 제어(microslip control)에서, 상기 구동 장치(1)는 상기 밸브(31)가 폐쇄될 때보다 더 낮은 모터 토크들 및 스핀들 힘들을 인가해야 하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감소는 상기 피스톤 실린더 유닛(3)의 하나의 작동 챔버를 통해 발생하고, 동시에 상기 피스톤 실린더 유닛의 다른 작동 챔버(19b)를 통해 압력 상승이 발생하거나, 또는 상기 작동 챔버(19-19b)의 체적은 밸브들(20, 22)을 통해 상기 저장기로 전달되고, 따라서 압력 감소만이 발생하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 변속 기어박스 유닛들(25/C1, 28/C2, 30, 33, 35, 38) 중 적어도 하나를 시프트하기 위해 상기 전기 모터 구동 장치(1)를 제어하고, 상기 구동 장치(1)를 제어하기 위한 제어 변수는 상기 구동 장치(1)의 회전 각도(φ), 상기 구동 장치(1)를 통해 흐르는 모터 전류(i), 피스톤 포지션(들) 및/또는 상기 피스톤(3a, 19a)의 경로(Δs)이고, 이로써 상기 피스톤(3a, 19d)은 상기 적어도 하나의 변속 기어박스 유닛으로 또는 상기 적어도 하나의 변속 기어박스 유닛으로부터 필요한 유압 체적을 전달하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 변속 기어박스 유닛(25, 28, 30, 33, 35, 38)과 관련된 상기 밸브(24, 27, 32, 37, 40, 41) 및 상기 주 유압 라인(HL1, HL2)을 상기 저장기(6)에 연결하는 밸브(20, 22)를 개방함으로써, 변속 기어박스 유닛(25/C1, 28/C2, 30, 33, 35, 38) 내의 상기 압력 감소가 발생하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  12. 제11 항에 있어서,
    변속 기어박스 유닛(25, 28, 30, 33, 35, 38) 내의 압력 상승 및/또는 감소 동안 압력 조절은 각각의 변속 기어박스 유닛(25, 28, 30, 33, 35, 38)과 관련된 센서들(43, 42, 26, 29, 31, 34, 36, 39) 중 하나로부터의 신호를 사용하여 발생하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 클러치는 냉각제(coolant)에 의해 냉각되고, 상기 냉각제는 상기 구동 장치(1) 또는 특히 펌프(44)를 구동하는 별도의 구동 장치(47)에 의해 전달되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2 개의 작동 챔버들(50a, 50b)을 서로로부터 밀봉식으로 분리하는 추가의 피스톤(50d)이 제공되며, 상기 작동 챔버들(50a, 50b)은 자신들의 냉각을 위해 유압 라인들(HLK1, HLK2)을 통해 습식 클러치들(wet clutches)(LK1, LK2)과 연결되고, 상기 작동 챔버들(50a, 50b)로부터 펌핑된 유체는 상기 습식 클러치들(LK1, LK2)을 통해 다시 저장기(51)에 도달하고, 흡입 라인들(suction lines) 및 역류 방지 밸브들(non-return valves)(48, 49)을 통해 상기 저장기(51)로부터 상기 작동 챔버들 내로 흡입되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 구동 장치(1)는 상기 추가의 피스톤(50d)을 구동하고, 특히 상기 피스톤(19d)은 피스톤 로드(rod)(50c)를 통해 상기 추가의 피스톤(50d)에 연결되고, 특히 단단히 연결되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어 선택기를 시프트하기 위해, 미리 결정된 양의 유압 매체(체적 제어)가 상기 기어 선택기(30, 33, 35, 38)와 관련된 상기 밸브(32, 37, 40, 41)를 통해 상기 기어 선택기(30, 33, 35, 38)의 작동 챔버(19a, 19b)로부터 상기 기어 선택기의 각각의 제1 작동 챔버(30a, 33a, 35a, 38a)로 전달되고, 동시에 유압 매체는 다른 작동 챔버(19b, 19a)로부터 취해지고 그리고/또는 밸브(20, 22)를 통해 상기 저장기(6) 내로 배출되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  17. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 장치(1)에 대한 제어는 특히 압력-체적 특성의 형태의 적어도 하나의 맵을 사용하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  18. 제16 항 또는 제17 항에 있어서,
    상기 제어는 압력 계산을 위한 모델을 사용하며, 클러치 유닛(25, 28)에서 압력이 제어되기 위한 상기 구동 장치(1)에 대한 상기 제어 변수를 결정하기 위한 상기 모델은 상기 모터 전류(i), 클러치 스프링 강성(clutch spring stiffness) 및 선택적으로 모터 각도(φ)를 고려하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  19. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변속 기어박스는, 특히 밸브들(20, 22, 24, 27)을 통한 압력 감소의 경우에, 제어 보상을 위한 또는 클러치 압력의 압력 제어를 위한 적어도 하나의 압력 센서(41, 42, 43)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  20. 제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    변속 기어박스 유닛의 하나의 제1 작동 챔버(7a, 10a, 11a, 25a, 28a, 30a, 33a, 35a, 38a)와 상기 주 유압 라인을 연결하는 적어도 하나의 유압 피드 라인(HL7a, HL10a, HL11a, HL25a, HL28a, HL30a, HL33a, HL35a, HL38a)은 상기 유압 라인(HL, HL1, HL2)으로부터 분기되거나 또는 상기 유압 라인을 연장시키고, 상기 유압 피드 라인의 선택적인 차단을 위해, 스위칭 가능한 밸브(9, 16, 18, 24, 27, 32, 37, 40, 41), 특히 2/2 웨이 밸브가 상기 유압 피드 라인 내에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  21. 제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    변속 기어박스 유닛(25, 28, 30, 33, 35, 38)의 상기 제1 작동 챔버(25a, 28a, 30a, 33a, 35a, 38a)는 유압 피드 라인(HL25a, HL28a, HL30a, HL33a, HL35a, HL38a)을 통해 주 유압 라인(HL1, HL2)과 연결되고, 각각의 변속 기어박스 유닛(25, 28, 30, 33, 35, 38)의 상기 제2 작동 챔버(25b, 28b, 30b, 33b, 35b, 38b)는 추가의 유압 피드 라인(HL25b, HL28b, HL30b , HL33b, HL35b, HL38b)을 통해 다른 주 유압 라인(HL1, HL2)과 연결되며, 상기 피드 라인들 중 하나 또는 둘 모두에서, 특히 바람직하게는 단지 하나의 피드 라인에서, 상기 피드 라인의 선택적인 개방 및 차단을 위한 스위칭 가능한 밸브가 배열되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  22. 제1 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나, 바람직하게는 모든, 변속 기어박스 유닛(들)(25, 28, 30, 33, 35, 38)은 포지션 센서 또는 포지셔닝 센서(26, 29, 31, 34, 36, 39)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 포지션 또는 포지셔닝 센서(26, 29, 31, 34, 36, 39)로부터의 신호들은 상기 구동 장치(1)를 제어하기 위해 그리고/또는 상기 제어 및 시뮬레이션 모델을 캘리브레이션하기(calibrating) 위해 사용되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  24. 제22 항 또는 제23 항에 있어서,
    변속 기어박스 유닛 내에서의 상기 압력 감소는 상기 유압 피드 라인 및 상기 주 유압 라인을 통해 발생하고, 상기 유압 피드 라인에 배열되는 상기 스위치 밸브(24, 27, 32, 37, 40, 41)는 상기 포지션 또는 포지셔닝 센서(26, 29, 31, 34, 36, 39)로부터의 압력 감소를 위한 상기 신호의 평가를 통해 제어되고, 특히 미리 결정된 시간 동안 또는 PWM에 의해 개방되는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  25. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특히 기어 선택기들 상의 상기 포지션 또는 포지셔닝 센서(26, 29, 31, 34, 36, 39)는 분리된 구성을 가지며, 특히 오직 기어 및 클러치 선택기의 포지션들을 체크하기 위한 또는 누출 진단을 위한 제어에 사용되는 홀 스위치(Hall switch)인 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  26. 제1 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2 개의 변속 기어박스 유닛들은 멀티플렉스 모드에서 동시에 시프트되고, 각각의 변속 기어박스 유닛의 상기 시프트는 각각의 변속 기어박스 유닛에 대해 교대로 수행되는 작은 부분 단계들로 발생하는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
  27. 제1 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변속 기어박스는 특히 순수 전기 차량들에 대한 기어 선택기가 없는 2 단 기어박스들(two-speed gearboxes)에 대한, 단지 2 개의 클러치 선택기들(25, 28)만을 갖는 것을 특징으로 하는,
    변속 기어박스.
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