KR20210094651A - 주차 브레이크 해제 단계에서의 자동차의 기계 제어를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

자동차의 구동 트레인에 포함되는 구성요소를 차단함으로써 자동차를 부동화시키는 주차 브레이크를 해제시키는 단계에서의, 자동차의 기계 제어를 위한 방법이 제공되는바, 주차 브레이크에 의하여 긴장 상태에 놓인 구동 트레인은, 주차 브레이크의 유효 해제 이전에, 자동차의 구동 바퀴(drive wheel)들과 상기 주차 브레이크 사이에서, 자동차의 바퀴들로 전달되는 기어박스(1)의 진동을 필터링함을 가능하게 하는 관성 질량(inertial mass)을 상기 구동 트레인으로 도입시키는 기계 조립체에 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

주차 브레이크 해제 단계에서의 자동차의 기계 제어를 위한 장치 및 방법

본 발명은 자동차의 주차 브레이크의 통제에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 자동차의 구동 트레인에 속하는 구성요소를 차단함으로써 자동차를 부동화시키는 주차 브레이크를 해제하는 단계에서 자동차의 기계 제어를 위한 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 기어박스를 자동차의 바퀴들에 연결하는 구동 트레인의 회전 구성요소를 차단함으로써, 자동차를 부동화시킬 수 있는 주차 휠(parking wheel)을 포함하는 주차 브레이크를 해제시키는 단계에서 자동차의 기계 제어를 위한 장치와, 이와 같은 장치를 포함하는 자동차에 관한 것이다.

주차 브레이크 시스템은 자동차가 멈춘 상태에서 자동차의 바퀴를 차단하는 기능을 갖는다. 이 시스템은 자동차의 객실 내에서 운전자의 결정에 의하여 운전자가 기어 선택기에 작용을 가함에 의한 요청에 따라 활성화된다. 주차 브레이크 시스템은 주로: 기어박스의 부품(예를 들어, 차동기, 2차 샤프트, 등)에 고정되고 톱니가 형성된 주차 휠 또는 "주차 휠(Park wheel)"; 기어박스 하우징에 고정된 주차 핑거로서, 주차 휠의 부동화를 위하여 주차 휠의 방향으로 피봇되는, 주차 핑거; 및 상기 주차 핑거를 안내하는 시스템을 포함한다. 운전자에 의한 주차의 맞물림 동안에, 상기 주차 핑거는 상기 안내 시스템으로 인하여 주차 휠의 톱니 안으로 삽입됨이 허용되는 위치로 이동된다. 주차 휠은 차단된다. 주차 휠이 변속기에 의하여 자동차에 연결됨에 따라서, 자동차는 부동화된다. 자동차의 부동화가 경사면에서 이루어진 때에는, 자동차의 하중에 의해 발생하는 힘이 모두 자동차를 주차 시스템에 연결하는 기계 구성요소들로 전달되고, 따라서 이들은 긴장 상태에 놓이게 된다.

주차 브레이크가 변속기의 차동기에 설치된 때에는, 주차 브레이크의 적용 동안에 긴장하게 되는 자동차의 구성요소들에 타이어, 현가장치, 변속기 샤프트, 차동기, 2차 샤프트, 주차 휠, 및 주차 핑거가 포함된다. 운전자가 예를 들어 운전 모드로의 전환을 위하여 자신의 제어 레버 또는 선택기를 이용하여 주차 모드를 이탈하는 때에는, 주차 핑거가 주차 휠로부터 멀리 이탈하도록 하기 위하여 주차 핑거가 주차 휠의 톱니 밖으로 나오게 하기 위해서, 주차 핑거에 힘이 가해진다.

자동차가 경사면에 있는 때에는, 자동차의 하중으로 인하여 주차 모드로부터의 이탈 이전에 구동 트레인의 기계 구성요소들 모두가 긴장 상태에 있는바, 이것은 이 구성요소들 모두에서 "관찰"된다. 주차 브레이크의 맞물림해제 동안에, 기 기계 구성요소들에 축적된 응력들은 갑자기 해제되며 기계적으로 "응답"하게 된다. 이들은 크고 작은 모드 진폭(mode amplitude)들을 가지고 다양한 주파수(frequencies)로 공진하게 된다. 상기 주파수들 및 상기 진폭들은 긴장 상태에 놓여 있던 시스템의 관성, 경직도(stiffness), 등과 같은 특성에 의존한다. 진동 그래프는 일반적으로 변속기의 경직도에 따른 구동 트레인의 제1 공진 단계(first resonance phase)와, 현가장치 버퍼(suspension buffer)들의 경직도에 따른 전방 액슬(front axle)의 제2 공진 단계를 나타낸다. 이 공진들로 인하여 상기 몸체의 모든 부품들로 전달되는 진동들이 유발되고, 그 진동들은 이 부품들로부터 객실로 전달된다. 이 진동들은 주차 핑거의 해제 시에 높은 정도의 소음을 유발하는데, 이것은 운전자 및 탑승객에게 매우 불쾌한 것이다. 이와 같은 현상은, 주차 브레이크에 의하여 자동차가 차단되어 있다가 주차 핑거가 톱니가 형성된 휠로부터 이탈되는 천이 단계 동안에 발생한다.

자동식 주차 브레이크(APB)가 자동차에 구비되어 있다면, 자동식 주차 브레이크의 이용은 종종 이 문제에 대한 답을 제시할 수 있는바, 경사면에서의 자동차의 하중에 의해 발생되는 응력들을 차단하기 위하여 주차의 맞물림 이전에 브레이크 디스크들을 자동적으로 차단할 수 있다. 그러나, 자동식 주차 브레이크 기능의 높은 비용뿐만 아니라, 소정의 추운 국가들에서는 브레이크 디스크의 발작(seizing) 위험으로 인하여 자동식 주차 브레이크가 사용될 수 없기 때문에, 자동식 주차 브레이크에 대한 시스템상 의존은 곤란하다.

변속기의 1차 샤프트에 주차 휠을 설치함으로써 이 현상이 감소될 수 있는데, 공진하게 되는 시스템이 상대적으로 우호적인 반응을 갖기 때문이다. 구체적으로, 기어박스 측에 작용하게 되는 관성이 더 커진다. 그러나, 대부분의 경우에는 1차 라인에서의 공간 부족으로 인하여 기어박스 구조에서의 이와 같은 설치는 불가능하다.

변속기의 2차 샤프트 또는 차동기에 주차 휠을 설치하는 경우, 주차 핑거의 맞물림해제 동안의 구동 트레인의 갑작스러운 해제의 문제 및 이로 인하여 발생되는 소음 문제는 여전히 남는다.

본 발명은 공진하게 되는 기계 시스템을 변형함으로써 상기 소음 문제를 해결함을 목적으로 하는바, 긴장 상태에 있는 시스템의 진동 반응이 객실 내에서의 소음을 감소시키도록 상대적으로 우호적인 진동 응답을 유발함으로써 이를 달성한다.

상기 목적을 위하여 본 발명에 의하여 제안되는, 주차 브레이크에 의하여 긴장 상태에 놓인 구동 트레인은, 자동차의 구동 바퀴들과 상기 주차 브레이크 사이에서, 자동차의 바퀴들로 전달되는 기어박스의 진동을 필터링함을 가능하게 하는 관성 질량을 주차 브레이크의 유효 해제 이전에 구동 트레인에 도입시키는 기계 조립체에 연결된다.

본 발명의 특정 일 실시예에서, 상기 구동 트레인에 연결되는 기계 조립체는 자동차의 구동 소스를 포함한다.

제안되는 기계 제어 장치에 포함되는 기계 조립체는, 기계 조립체가 구동 트레인에 연결된 때에, 주차 브레이크의 해제 동안에 자동차의 바퀴들로 전달되는 기어박스의 진동을 필터링함을 가능하게 하는 관성 질량을 구동 트레인에 도입시킨다.

본 발명의 다른 특징에 따르면:

- 상기 구동 트레인에 연결된 기계 조립체는 자동차의 구동 소스를 포함한다.

- 상기 구동 소스는 기어박스의 1차 샤프트를 구동하는 전기 기계이다.

- 상기 구동 트레인에 대한 상기 전기 기계의 연결은, 전기 기계에 의해 구동되는 기어휠을 상기 기어박스의 2차 샤프트에 맞물림으로써 얻어진다.

하기 첨부 도면들을 참조로 하는 비제한적인 실시예들에 관한 아래의 상세한 설명으로부터 본 발명이 보다 명확히 이해될 것이다.
도 1 에는 하이브리드 자동차 구조에 본 발명이 적용된 비제한적인 실시예를 나타내는 구조도가 도시되어 있다.
도 2 에는 다양한 구성형태에서의 계산결과를 나타내는 그래프들이 도시되어 있다.

도 1 에는 하이브리드 자동차의 구동 트레인의 부품들 모두가 개략적으로 도시되어 있는바, 상기 구동 트레인은 주차 브레이크의 맞물림 동안에 긴장 상태(under stress)에 있다가 주차 브레이크의 맞물림해제 동안에 갑작스럽게 이완된다(relaxed).

한편으로는 하이브리드 자동차의 기어박스(1)와 이것의 구동 소스들(drive sources)(연소 엔진(2), 메인 전기 기계(main electric machine)(3), 2차 전기 기계(4))로 이루어진 파워트레인이 있다. 다른 한편으로는, 자동차의 질량체(몸체 및 객실)(4)가 있다. 이 두 개의 하위 조립체들은 구동 바퀴들의 타이어(5)들에 연결되는바, 첫 번째로는 구동 바퀴들로 향하는 변속기의 차동기(differential)(7)에 연결되는 트랜스미션 샤프트(6)에 의하여, 그리고 두 번째로는 구동 바퀴들의 서스펜션 아암(suspension arm)들에 의하여 연결된다. 상기 몸체와 객실은 함께 질량체(9)로 그룹핑된다. 주차 휠(미도시)은 예를 들어 2차 샤프트(10) 또는 차동기(7)에 장착된다. 제안되는 기계 제어 장치는, 기어박스를 상기 바퀴들에 연결시키는 구동 트레인의 회전 구성요소를 차단함으로써 자동차를 부동화시킬 수 있는 상기 주차 휠을 포함한다. 상기 주차 휠은 노치가 형성된 휠로서, 이것은 노치들 사이에 맞물리는 주차 핑거(parking finger)와 협력하여 자동차를 부동화시킨다. 상기 주차 브레이크의 해제는 주차 핑거를 주차 휠로부터 멀리 이탈시키는 동안에 이루어진다.

이 파워트레인에서, 연소 엔진(2) 및 메인 전기 기계(3)는 모두 기어박스의 1차 라인(primary line)에 설치된다. 연소 엔진은 중실 1차 샤프트(solid primary shaft)(11)에 연결되고, 메인 전기 기계(3)는 상기 중실 1차 샤프트(11)에 대해 동심을 이루는 중공 1차 샤프트(hollow primary shaft)(12)에 연결된다. 중실 1차 샤프트(11)는 두 개의 아이들러 기어휠(idler gearwheel)(13, 14)을 지탱하는데, 이들은 상기 연소 엔진의 움직임을 상기 2차 샤프트에 전달하여 두 가지의 연소 엔진 기어 비율(제2 기어 비율(T2) 및 제4 기어 비율(T4)) 중 어느 하나를 수립한다. 상기 중공 1차 샤프트는 두 개의 고정된 톱니(toothing) 또는 중간 기어휠(15, 16)을 지탱하는데, 이들은 메인 전기 기계(3)의 움직임을 상기 2차 샤프트(17, 18)의 두 개의 아이들러 기어휠로 전달하고 커플러(19)의 움직임 덕분에 두 가지의 전기 기어 비율(EV1, EV2) 중 어느 하나를 수립한다. 제안되는 해결방안은 주차 핑거의 맞물림해제 전에 긴장 상태에 있는 기계 시스템을 기어박스의 제2 샤프트(10)에 연결함을 포함한다. 상기 제어 장치에 포함되는 이 기계 조립체는, 기계 조립체가 구동 트레인에 연결된 때에, 구동 트레인에 관성 질량을 도입시키고, 이로써 주차 브레이크의 해제 동안에 바퀴들로 전달되는 기어박스의 진동이 필터링됨을 가능하게 한다.

도 1 에 도시된 비제한적인 예시적 실시예에서, 주차 브레이크의 해제 동안에 공진(resonance)하게 되는 기계 조립체는, 중공 1차 샤프트(12), 두 개의 중간 기어 휠들(15, 16), 및 메인 전기 기계(3)를 포함한다. 이것은, 상기 메인 전기 기계를 포함하고 메인 전기 기계의 관성에 의한 장점이 있으므로, 초기의 조립체와는 상이한 것이다. 요약하면:

- 구동 트레인에 연결된 기계 조립체는 자동차의 구동 소스를 포함한다.

- 상기 구동 소스는 기어박스의 1차 샤프트를 구동하는 전기 기계이다.

- 상기 구동 트레인에 대한 상기 전기 기계의 연결은, 전기 기계에 의하여 구동되는 기어휠을 기어박스의 2차 샤프트에 맞물리게 함으로써 이루어진다.

도 2 에는 자동차 바퀴의 진동에 의한 자동차의 거동이 도시되어 있다. 상기 자동차는 전방을 향하는 경사면 상에서 주차 브레이크를 적용함으로써 미리 주차되어 있던 것이다. 생성된 곡선들은 시뮬레이션에 의하여 얻어진 것이다. 이 곡선들은 주차 브레이크의 해제 동안에 (좌측) 전방 바퀴의 거동을 나타낸다. 이 곡선들은, 주차 브레이크의 해제 동안에 소정의 기어 비율로 맞물려 있는 경우의 낮은 공진 진폭들과 다양한 주파수들을 가진 공진들을 나타낸다. 이들의 비교에 의하여, 진동의 감소를 위하여 가장 우호적인 상태를 판별함이 가능하다.

도면에서, 시간(t₀)은 명령 응답 시간이 고려된 주차 핑거의 이탈에 해당된다. 주차 브레이크의 유효한 해제는 주차 핑거가 주차 휠로부터 멀리 이탈된 때에만 일어난다. 그 후, 전방 바퀴는 (수 밀리미터의 범위 내에서) 소정의 움직임들을 가지고 움직이기 시작한다. (대략 1/10 초에 해당되는) 가장 높은 첫 번째 진동 동안에는, 기어박스의 관성이 변속기 샤프트들의 경식도에 의존하여 진동한다. 후속되는 진동들의 진폭은 액슬이 변속기에 대해 진동함으로 인하여 감소하게 된다.

제1 생성 곡선(A)은 기어박스의 전통적인 구성형태에 해당되는바, 즉 주차 브레이크의 해제 동안에 기어박스가 소정의 기어 비율로 맞물려 있지 않은 경우에 해당된다. 제2 곡선(B)은 제2 전기 기어 비율(EV2)의 예비적 맞물림에 해당된다. 이것은 제1 곡선에 비하여 감소된 진동을 나타낸다. 제3 곡선(C)은 제1 전기 기어 비율(EV1)의 예비적 맞물림에 해당된다. 이것은 더 적은 진동을 나타낸다. 따라서, 이것이 가장 유리한 상태이다. 비교를 위한 제4 곡선(D)은 2500 그램의 관성을 추가한 경우에 해당된다.

상기 제안된 해결안의 장점은 변속기에 어떠한 추가적인 비용도 유발하지 않는다는 것인데, 이는 여기에 관련된 것이 단지 자동차 제어 소프트웨어의 변형일 뿐이기 때문이다. 이 예에서 이와 같은 변형은, 단지 주차 상태로부터의 맞물림해제 이전에 제1 전기 기어 비율로 맞물리게 함으로써 가능한 것이다. 상기 전기 기계의 맞물림 및 연결은 자동차의 차단 기능을 갖지 않는다 (즉, 주차 기능이 없음). 이것은 단지 긴장 상태에 있는 구성요소들의 기계적 응답과 공진을 감소시키는 역할을 할 뿐이며, 주차 상태로부터의 맞물림해제 이전에 매우 신속히 또는 즉시적으로 이루어질 수 있다.

Claims (10)

1. 자동차의 구동 트레인(drivetrain)에 포함되는 구성요소를 차단함으로써 자동차를 부동화(immobilizing)시키는 주차 브레이크를 해제시키는 단계에서의, 자동차의 기계 제어를 위한 방법으로서,
   주차 브레이크에 의하여 긴장 상태에 놓인 구동 트레인은, 자동차의 구동 바퀴(drive wheel)들과 상기 주차 브레이크 사이에서, 자동차의 바퀴들로 전달되는 기어박스(1)의 진동을 필터링함을 가능하게 하는 관성 질량(inertial mass)을 상기 구동 트레인으로 도입시키는 기계 조립체에 연결되고,
   상기 기어박스의 2차 샤프트(10)는, 주차 브레이크의 유효 해제(effective release) 이전에, 주차 브레이크의 해제 동안에 상기 바퀴들로 전달되는 기어박스의 진동을 필터링함을 가능하게 하는 관성 질량을 상기 구동 트레인에 도입시키는 긴장 상태의 기계 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동 트레인에 연결된 기계 조립체는 자동차의 구동 소스(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 구동 소스(3)는 기어박스(1)의 1차 샤프트(12)를 구동하는 전기 기계인 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 구동 트레인에 대한 전기 기계(3)의 연결은, 전기 기계(3)에 의해 구동되는 기어휠(17, 18)을 상기 기어박스의 2차 샤프트(10)에 맞물림으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 방법.
5. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동 트레인에 대한 상기 기계 조립체의 연결은, 상기 주차 브레이크의 유효 해제 직전에 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 방법.
6. 기어박스를 자동차의 바퀴들에 연결하는 구동 트레인의 회전 구성요소를 차단함으로써 자동차를 부동화시킬 수 있는 주차 휠을 포함하는 주차 브레이크를 해제하는 단계에서의 자동차의 기계 제어를 위한 장치로서,
   상기 자동차의 기계 제어 장치에 포함되는 기계 조립체는, 상기 기계 조립체가 구동 트레인에 연결된 때에, 상기 주차 브레이크의 해제 동안에 자동차의 바퀴들로 전달되는 기어박스(1)의 진동을 필터링할 수 있는 관성 질량을 상기 구동 트레인에 도입하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 기계 조립체는 상기 주차 브레이크의 유효 해제 이전에 상기 구동 트레인에 연결되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 주차 브레이크의 해제는 주차 핑거가 상기 주차 휠로부터 멀리 이탈하는 동안에 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 장치.
9. 제6항, 제7항, 또는 제8항에 있어서,
   상기 주차 휠은 기어박스(1)의 차동기(7)에 장착되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 기계 제어 장치.
10. 연소 엔진(2) 및 메인 전기 기계(3)를 포함하는 하이브리드 자동차로서,
    상기 연소 엔진(2) 및 메인 전기 기계(3) 모두는 기어박스의 1차 라인에 설치되고, 상기 연소 엔진(2)은 중실 1차 샤프트(11)에 연결되고, 상기 메인 전기 기계(3)는 동심을 이루는 중공 1차 샤프트(21)에 연결되며, 상기 연소 엔진(2) 및 메인 전기 기계(3)의 움직임들은 변속기 샤프트(6)에 의하여 자동차의 구동 바퀴들에 연결되는 차동기(7)를 향하는 기어박스의 2차 샤프트(10)로 전달되고,
    제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 자동차의 기계 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 자동차.

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