KR20220121201A - 유성기어와 제어모터를 이용한 자동변속장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

유성기어와 제어모터를 이용한 자동변속장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20220121201A
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Abstract

제어모터에 의해 구동모터의 변속이 이루어지는 유성기어 메커니즘 기반의 변속기(동력전달 메커니즘)와, 상기 동력전달 메커니즘을 이용하여 전기 또는 내연기관 장치(자동차, 드론 등)의 동력전달을 다양한 상황에서 정밀하게 제어하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 기반의 자동변속제어기가 포함된 자동변속장치 및 그 제어방법이 제공된다. 상기 동력전달 메커니즘은, 구동모터가 입력되는 입력축; 제어모터; 상기 구동모터의 회전을, 상기 자동변속 제어기에 의해 통제되는 상기 제어모터의 회전에 의해 변속하는 유성기어 메커니즘; 및 상기 유성기어 메커니즘에서 변속된 회전력이 출력되는 출력축을 포함한다. 상기 자동변속 제어기는, 상기 동력전달 메커니즘의 입력축과 출력축 그리고 상기 제어모터의 회전축에 각각 설치된 회전수 측정 엔코더; 및 상기 제어모터와 상기 캐리어 사이에 위치하여 제어모터와 캐리어의 연결을 단속하는 전자브레이크를 포함하여, 차량으로부터 브레이크 신호 및 액셀러레이터 신호를 수신하여 상기 구동모터와 상기 제어모터의 회전을 제어하도록 구성된다.

Description

유성기어와 제어모터를 이용한 자동변속장치 및 그 제어 방법 {Power transmission apparatus using planetary gear mechanism and control motor, and method of controlling the apparatus}
본 발명은 유성기어와 제어모터를 이용한 동력전달메커니즘과 자동변속 제어기를 이용한 자동변속장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적인 내연기관이나 전기모터를 구동원으로 사용하는 장치(자동차, 멀티콥터, 드론 등)의 경우에 변속 또는 동력전달의 제어는 매우 중요하다. 그러나 내연기관의 경우에는 자동차 클러치처럼 기계적으로 회전력을 연결 및 해제하거나 스로틀에 의한 가감속 수준 정도가 가능할뿐 회전속도의 정밀 제어가 불가능하다. 전기모터를 구동원으로 사용하는 경우에는, ESC(Electronic Speed Control. 전기적으로 속도를 제어하는 부품)를 활용하여 전기모터의 정지 및 구동 그리고 회전속도의 제어가 가능하지만, 모터 사이즈, 배터리 활용, 모터 수명 등의 측면에서 변속제어의 개선 필요성은 매우 많다.
도 1a는 공지된 전기모터 제어형 유성기어 변속장치의 개념도이다. 기본적으로, 선기어(10), 플래닛 피니언(20), 캐리어(30), 링기어(40)를 갖는 유성기어(planetary gear) 메카니즘을 이용하고 있다. 링기어(40)가 구동원(내연기관 또는 구동모터)의 회전력을 전달받는 동력 입력부이고, 선기어(10)가 입력 동력의 회전속도를 가감속하여 피동축(예를 들어, 차량 휠)으로 전달하는 출력부이다. (그러나 반대로, 선기어(10)가 구동원의 회전력을 전달받는 동력 입력부이고, 링기어(40)가 입력 동력의 회전속도를 가감속하여 피동축으로 전달하는 출력부일 수도 있다.) 캐리어(30)는 속도 제어가 가능한 전기모터, 즉, 제어모터(50)(예를 들어, 서보모터 또는 스텝모터)에 의해 회전된다. 제어모터(50)에 의한 캐리어(30)의 회전 방향 및 회전수 변화에 따라 선기어(10)의 회전수(즉, 출력 회전수)가 변화하게 되어 변속작용이 일어난다.
도 1b는 도 1a의 개념을 구현한 실제 형태의 구성도로, 본 발명자가 선출원한 특허출원 10-2020-0010587에 개시된 구성을 나타낸다. 이 구성에서는, 구동원의 출력축(41)이 링기어(40)에 연결되어 링기어(40)를 회전시킨다. 그리고 우측으로 나와 있는 회전축(11)은 선기어(10)의 회전축으로, 이 변속장치의 출력축 역할을 한다. 다만, 링기어(40)의 내부에 선기어(10)가 위치하기 때문에 도 1b에서는 선기어(10)가 보이지 않는다. 캐리어(30)의 회전축에 제1베벨기어(31)가 연결되어 있고, 이 제1베벨기어(31)에 제2베벨기어(32)가 90°로 물린다. 제2베벨기어(32)의 회전축(51)은 제어모터(50)와 연결되어 회전한다. 따라서, 입력된 동력(41)이 링기어(40)를 회전시키고 이에 의해 피니언(20)이 회전하고, 여기에 제어모터(50)와 베벨기어들(31, 32)에 따른 캐리어(30)의 회전이 부가되어서 선기어(10)의 회전축(11)으로 변속된 회전력이 출력된다.
또한 도 1c는 도 1a의 개념을 구현한 다른 형태의 구성도로, 본 발명자가 선출원한 특허출원 10-2020-0010587에 개시된 또다른 구성을 나타낸다. 이 구성에서는, 선기어(10')가 구동원의 출력(11') 회전력을 전달받는 동력 입력부 역할을 하고, 링기어(40')가 구동원의 회전속도를 변속하여 피동축으로 전달하는 출력부(41') 역할을 한다. 여기서도, 링기어(40')의 내부에 선기어(10')가 위치하기 때문에 선기어(10')가 보이지 않는다. 도 1b의 경우처럼, 캐리어(30')의 회전축에 제1베벨기어(31')가 연결되어 있고, 이 제1베벨기어(31')에 제2베벨기어(32')가 90°로 물린다. 제2베벨기어(32')의 회전축(51')은 제어모터(50')에 연결되어 회전한다. 따라서, 입력된 구동원의 동력이 선기어(10')를 회전시키고 이에 의해 피니언(20')이 회전하고, 이에 제어모터(50')와 베벨기어들(31', 32')에 따른 캐리어(30')의 회전이 부가되어서 링기어(40')의 회전축(11')에서 변속된 회전속도가 출력된다.
유성기어 메커니즘을 개량한 변속장치를 이용하여 정밀 제어가 가능하고 특히 전기자동차에서의 배터리의 효율적 활용을 위해 개선된 자동변속장치 및 제어방법을 제안한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면, 제어모터에 의해 구동모터의 변속이 이루어지는 유성기어 메커니즘 기반의 변속기(동력전달 메커니즘)와, 상기 동력전달 메커니즘을 이용하여 전기 또는 내연기관 장치(자동차, 드론 등)의 동력전달을 다양한 상황에서 정밀하게 제어하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 기반의 자동변속 제어기가 포함된 자동변속장치 및 그 제어방법이 제공된다.
본 발명에 따른 자동변속장치에서 상기 동력전달 메커니즘은 구동모터의 회전력을 입력받아 변속하여 피동축으로 출력하며, 자동변속 제어기는 제어모터를 이용하여 상기 동력전달 메커니즘의 변속 기능을 제어한다.
상기 동력전달 메커니즘은, 구동모터가 입력되는 입력축; 제어모터; 상기 구동모터의 회전을, 상기 자동변속 제어기에 의해 통제되는 상기 제어모터의 회전에 의해 변속하는 유성기어 메커니즘; 및 상기 유성기어 메커니즘에서 변속된 회전력이 출력되는 출력축을 포함한다.
상기 자동변속 제어기는, 상기 동력전달 메커니즘의 입력축과 출력축 그리고 상기 제어모터의 회전축에 각각 설치된 회전수 측정 엔코더; 및 상기 제어모터와 상기 캐리어 사이에 위치하여 제어모터와 캐리어의 연결을 단속하는 전자브레이크를 포함하여, 차량으로부터 브레이크 신호 및 액셀러레이터 신호를 수신하여 상기 구동모터와 상기 제어모터의 회전을 제어하도록 구성된다.
본 발명의 구체적인 구성과 작용은 이하에서 도면과 함께 설명하는 실시예를 통하여 명확해질 것이다.
모터 사이즈 최적화: 저속에서 감속기를 사용하기 때문에 저출력, 소형 모터로의 활용성 증대.
배터리의 효율적 활용: 감속기를 사용함으로써 정격 RPM을 사용하는 것보다 전력 소비의 효율을 제공.
모터 과부하 방지: 정밀한 변속제어에 의한 무한 변속이 가능해져 모터 과부하를 방지하여 모터의 수명을 늘일 수 있음.
고경사 등판 능력 향상: 고경사에서 고배율의 감속을 제공하여 높은 토크로 고경사도의 등판 능력을 제공.
도 1a~c는 공지된 전기모터 제어형 유성기어 변속장치의 개념도이다.
도 2는 도 1c에 나타낸 공지된 유성기어와 제어모터를 이용하는 본 발명에 따른 자동변속장치의 개념을 설명하기 위한 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동변속장치의 실제 구현을 위한 개념 설명을 위한 개략 구성도이다.
도 4는 도 3의 구성의 일부 동작상태의 설명도이다.
도 5는 동력전달 메커니즘의 구동모터의 회전수, 제어모터의 회전수, 및 토크의 변화 관계도이다.
도 6, 도 8, 도 9는 도 3의 자동변속장치 개념을 실제 구현한 실시예의 구성도이다.
도 7은 도 6의 구성에서의 구동모터의 토크 및 전류 효율성을 나타낸다.
도 10~도 14는 본 발명의 제안 기술의 효율 검증에 대한 설명도이다.
도 15a, 도 15b, 도 15c는 자동변속 제어기에서 수행되는 변속 제어 방법의 프로세스 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 기술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용된 '포함한다(comprise)' 또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
<자동변속장치의 개념>
도 2는 유성기어와 제어모터를 이용하는 본 발명에 따른 자동변속장치의 개념을 설명하기 위한 개략 구성도이다.
크게, 도 1b 또는 도 1c에 소개한 본 발명자가 앞서 특허출원한 유성기어 메커니즘을 이용한 동력전달 메커니즘(100)과, 이 메커니즘을 자동으로 변속제어하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 기반의 자동변속 제어기(300)로 구성된다.
도 2에 나타낸 동력전달 메커니즘(100)은 특히, 도 1c에 나타낸 유성기어 변속장치를 이용하였다. 즉, 선기어(110)(도 2에서 보이지 않음)의 회전축이 입력축이며, 이 선기어(110)의 회전축(115)에 구동모터(400)(내연기관도 가능함. 단, 이하에서는 '구동모터'만 언급하기로 함)의 동력이 인가된다. 링기어(120)의 회전축(125)이 출력축이다. 즉, 선기어(110)는, 구동모터(400)의 회전력을 받으며 여기에 제어모터(160)에 의해 캐리어(130) 및 플래닛피니언(140)의 회전이 더해져 가감속된다. 제어모터(160)는 자동변속 제어기(300)에 의해 통제되어 캐리어(130)의 회전 방향과 속도를 변화시킨다. 이 가감속된 동력은 링기어(120)를 통해 부하 피동축(125)(예를 들어, 차량 휠 또는 비행체 프로펠러 등)으로 전달된다. 캐리어(130)에는 도 1c와 같이 90° 연결된 제1베벨기어(150)와 제2베벨기어(155)를 통해 제어모터(160)(예를 들어, 서보모터 또는 스텝모터)가 연결될 수 있다. 이와 같이 동력전달 메커니즘(100)의 캐리어(130)에 제어모터(160)를 연결하기 위하여 도 2에는 한 쌍의 90° 연결 베벨기어(150,155)를 사용하였지만 이에 한정되는 것은 아니다(후술함).
도 2의 동력전달 메커니즘(100)에서, 구동모터(400)의 입력부인 선기어(110)의 회전과 제어모터(160)에 의해 회전하는 유성 캐리어(130)가 같은 방향으로 회전하면 가속이 지원되고, 유성 캐리어(130)의 회전 방향이 선기어(110)의 회전 방향과 반대로 회전하면 감속이 지원된다.
이어서, 자동변속 제어기(300)에 대해 설명한다.
먼저, 동력전달 메커니즘(100)의 입력축(115)과 출력축(125) 그리고 제어모터(160)의 회전축(165)에는 각각, 회전수 측정 엔코더(310)가 설치된다. 자동변속 제어기(300)는 이들 회전수 측정 엔코더(310)로부터 측정 회전수를 입력받고, 또한 차량 브레이크 신호와 차량 액셀러레이터 신호(APS 신호)가 포함되는 입력신호(320)를 차량으로부터 수신하여, 구동모터(400)의 회전수 및 제어모터(160)의 회전방향과 회전수를 변화시켜서 다양한 모드(후술함)로 동력전달 메커니즘(100)을 제어한다. 자동변속 제어기(300)는 차량 내 제어장치, 예를 들어, VCU(vehicle control unit) 보드나 TCU(transmission control unit) 보드에 물리적으로 통합될 수도 있고 별도의 보드로 구현될 수도 있다.
자동변속 제어기(300)의 기본적인 변속제어 동작은 아래와 같다.
- 차량의 출발시에 (차량의 액셀러레이터 신호에 연동하여) 제어모터(160)를 제어하여 캐리어(130)를 구동하여 입력 파워인 선기어(110)의 회전수에 비례하여 회전시켜서 링기어(120)의 회전을 정지시킴
- 차량의 액셀러레이터 신호가 해제되면 제어모터(160)로 하여금 유지토크(holding toque)만을 제공하도록 하고 구동모터(400)를 정지시킴
- 액셀러레이터 페달의 위치에 따라 캐리어(130)의 회전수를 낮추어 링기어(120)에 회전력을 제공하고 차량이 주행하는 데 필요한 힘을 전달함
- 운전자가 액셀러레이터 신호를 주면(가속 페달을 밟으면) 선기어(110)의 회전력을 증가시키고 캐리어(130)의 회전력을 동시에 올려 현재의 출력 링기어(120)의 회전수 위치 근처에 도달시키고 서서히 캐리어(130)의 회전수를 감소시켜 링기어(120)에 더 많은 토크를 제공하면서 회전수를 증가시키고 속도를 올림
- 차량을 가속하는 방법: 선기어(110)의 회전수를 높히고 아울러 캐리어(130)의 회전수를 증대시켜 순간 토크를 증가시킨 다음에 캐리어(130) 회전수를 서서히 감소시켜 링기어(120)의 속도를 높여서 차량의 속도를 가속함
- 정지 상태에서 저속으로 가속하는 경우에는 캐리어(130)를 선기어(110)의 회전수에 맞게 링기어(120)와 같은 속도로 회전시킨 후에 캐리어(130)를 감속시켜 최대의 토크를 제공해 차량을 구동하며, 주행중에 서서히 가속하는 경우에는 캐리어(130)의 회전을 반대방향으로 회전시켜 점진적 가속을 제공함
- 급가속은, 선기어(110)의 속도 가속과 함께 캐리어(130)의 가속을 진행하고 감속을 통해 높은 토크를 제공함
- 선기어(110)의 가속과 캐리어(130)의 감속을 통해 계단식으로 속도를 증가하여 다단계 변속기어 기능을 제공
<자동변속제어기(300)의 제어성능 향상을 위한 구성>
상술한 자동변속제어기(300)에 입력되는 입력신호(320)에는 차량 브레이크 신호와 액셀러레이터 신호 이외에, 자동변속제어기(300)의 제어성능을 향상시키기 위하여 자이로센서, 중량센서, 또는 가속도센서 신호가 추가로 포함될 수 있다. 이에 대해 설명한다.
1. 자이로센서: 차량이 위치한 지형의 종방향 경사도 파악을 위한 것이다. 경사도가 크면 동력전달 메커니즘(100)의 감속비를 높게 제공하기 위해 회전수를 높여 높은 토크를 제공하고 제어모터(160)를 서서히 감속시켜 출력 회전수를 높인다.
2. 중량 센서: 차량의 중량에 따른 가속 속도 제어를 위한 센서이다. 차량의 중량이 클 때 감속비를 높게 제공하기 위해 제어모터(160)와 구동모터(400)의 회전수를 동시에 높이고 제어모터(160)를 감속하여 감속비를 서서히 낮춘다.
3. 가속도 센서: 차량의 가속도에 따라 가속 범위를 결정한다. 가속도 크기에 따라 구동모터(400)의 회전수와 제어모터(160)의 속도를 결정한다.
이상과 같이 다종의 센서를 이용하여서 모터의 과부하를 방지할 수 있다. 나아가, 센서 빅데이터에 의한 AI 학습/추론을 이용하여 모터 회전수를 결정하고 이에 의해 과부하를 막을 수 있다.
<동력전달 메커니즘(100)의 다른 구성>
도 3은 도 2의 개념적 구성에서 변형된 다른 개념적 구성의 동력전달 메커니즘(100)의 개략 구성도이다.
이 구조에 따르면, 도 2의 구성에서 제어모터(160)를 캐리어(130)에 연결하기 위해 사용했던 제1, 제2베벨기어(150,155) 세트 대신에, 평기어(170)를 사용하여 캐리어(130)와 제어모터(160)를 연결시킨다. 그리고 제어모터(160)와 평기어(170) 사이에 전자브레이크(클러치)(180)를 넣어서 제어모터(160)의 회전력을 단속할 수 있도록 하였다. 이 경우에도, 입력인 선기어(110)와 유성 캐리어(130)가 같은 방향으로 회전하면 가속이 지원되고, 유성 캐리어(130)의 회전 방향이 선기어(110)의 회전 방향과 반대이면 감속이 지원된다.
이 구조에서는 제어모터(160)의 제어성을 증대시키기 위해 두 개의 제어모터(160,160')를 병렬 사용하고 있고, 이에 따라 전자브레이크(180,180')와 평기어(170,170')도 각각 두 개씩 사용되고 있다. 이하의 설명에서는 이해의 편의를 위해 한 개의 제어모터(160)와 그에 따라 한 개의 평기어(170)와 한 개의 전자브레이크(180)를 사용하는 것으로 단순화하여 설명하기로 한다.
도 3의 구성에서도 도 2에 나타낸 것과 마찬가지로 입력축(115)과 출력축(125) 그리고 제어모터(160)의 회전축에 각각 회전수 측정 엔코더(도 2의 310)가 설치되어 자동변속제어기(도 2의 300)의 제어에 활용된다.
도 4는 전자브레이크(클러치)(180)의 필요성을 설명하기 위한 개략도로, 도 3의 동력전달 메커니즘(100)의 동작 상태 중, idle 상태에서의 회전력 이동을 설명하기 위한 것이다.
차량이 정지시에 액셀러레이터가 해제되면(운전자가 가속페달에서 발을 뗌) 동력전달 메커니즘(100)이 idle 상태로 전환되고 구동모터(400)는 저속으로 구동된다. 이때 제어모터(160)는 Off, 즉, 무동력 상태가 되어야 하는데, 전자브레이크(180)가 없어서 캐리어(130)와 제어모터(160)가 연결되어 있다면 구동모터(400)의 구동력이 제어모터(160)로 역방향으로 전달되어(화살표 참조) 제어가 불능상태로 될 것이다. 따라서 이러한 경우에 자동변속 제어기(300)는 전자브레이크(180)를 작동시켜서 캐리어(130)와 제어모터(160)의 연결을 끊는다.
도 3과 같이 전자브레이크(180)가 포함된 구조의 동력전달 메커니즘(100)의 작용을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 사실상 아래의 작용들은 자동변속 제어기(300)의 제어 기능과 같다.
- 먼저, 구동모터(400)의 출력이 제어모터(160)의　출력보다 크므로 제어모터(160)의 회전속도가 구동모터(400)의　회전속도보다 빠르더라도　바퀴 부하가 크기 때문에 출력 축에 제어모터(160)의 힘이 전달되지 않도록 설정한다.
- 운전자가 액셀러레이터를 밟는 속도에 따라 제어모터(160)의 고토크(High torque) 모드에서 가속 모드로의 회전수 감소 속도가 결정된다.
- 가속모드에서의 엑셀레레이터 포지션 센서(APS)의 신호값에 따라 구동모터(400)의 회전수가 결정된다. 즉, 가속모드에서는 유성 캐리어(130)가 고정되고, 이 상태에서 제어모터(160)는 구동모터(400)의 회전수에 의해 결정되는 링기어(120)의 회전수보다 적게 유성기어 캐리어(130)의 회전수를 제공한다.
- 엑셀러레이터 포지션 센서(APS)의 신호값이 증가하면 구동모터(400)의 회전수가 상승되고 동시에 이에 비례하여 제어모터(160)의 회전수가 상승된 후, 가속을 위해 제어모터(160)의 회전수가 정지 상태까지 감소된다.
- 가속모드에서 출력 회전수가 증가하지 않으면 제어모터(160)의 회전수가 감속 또는 중지되어 기존 토크를 유지한다. 고경사 도로의 경우처럼 제어모터(160)의 감속에도 속도 유지가 안 되거나 속도가 떨어지면 제어모터(160)의 회전수를 일부 회복시켜서 속도가 유지되도록 한다.
- 고경사에서는 자이로센서를 활용하여 서서히 토크감속 모드를 진행시키는데, 속도가 증가하지 않으면 토크 감속모드를 중지하고 현재의 제어모터(160) 회전수를 유지한다.
- 선기어(110)가 시계방향으로 회전할 때 유성캐리어(130)가 정지 상태(holding torque)이면 출력인 링기어(120)는 일반적인 감속기 기능을 한다.
- 선기어(110)가 시계방향으로 회전하고 유성캐리어(130)도 시계방향으로 회전하면, 링기어(120)는 무한 감속기 기능을 한다.
- 선기어(110)가 시계방향, 유성캐리어(130)가 반시계방향 회전을 하면, 링기어(120)는 가속 기능을 한다.
- 선기어(110)가 시계방향, 유성캐리어(130)가 무동력이고 링기어(120)에 연결된 부하가 크면, 유성캐리어(130)로 힘이 전달되어 아이들(idle) 상태로 전환된다.
- 가속 모드가 안정적으로 진행되어 차량이 속도 변화없이 주행하는 경우에는 구동모터(400)의 정격 RPM에 의해 동력전달 메커니즘(100)이 구동된다. 이 경우에는 전자브레이크(180)가 동작하여 제어모터(160)의 연결이 끊어진다. 이에 유성캐리어(130)가 고정되기 때문에 동력전달 메커니즘(100)은 고정 비율의 감속기 역할을 한다. 전자브레이크(180)를 작동시켜 연결을 끊을 경우에는 배터리 절약을 위해 제어모터(160)의 전원도 함께 차단하는 것이 바람직하다.
<자동변속 제어기(300)의 동작>
도 5는 동력전달 메커니즘(100)의 구동모터(400)의 회전수, 제어모터(160)의 회전수, 및 토크 변화의 관계도이다. 도 5는 기본적으로 동력전달 메커니즘(100)의 토크가 구동모터(400)의 회전수와 제어모터(160)의 회전수에 의존적임을 의미하고 있다.
도 5를 참조하여, 자동변속 제어기(300)의 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
- 정지 후 출발시: 차량 정지 후에 출발을 위해 액셀러레이터 페달을 작동시키면, 제어모터(160)와 구동모터(400)를 동시에 구동한다. 이때 출력 회전수는 0 이거나 저속으로 회전한다. 구동모터(400)가 일정 회전수로 올라오면 제어모터(160)의 회전수를 천천히 줄여 높은 출력 토크를 제공하여 차량이 출발되도록 하고, 출력 회전수가 증가하는 수준으로 천천히 제어모터(160)를 감속시켜 제어모터(160)의 회전수를 정지 상태에 가깝게 줄여서 출력 회전수가 계획된 수준으로 유지되도록 한다.
- 주행중 가속시: 주행중에 액셀러레이터 페달의 위치에 변화가 있는 경우, 액셀러레이터량의 증가에 따라 구동모터(400)와 제어모터(160)의 회전수를 증대시킨다. 액셀러레이터량이 감소하는 경우에는 구동모터(400)의 회전수를 줄인다.
- 주행중 감속시: 충전모드(회생제동)로 들어간다. 즉, 주행 중에 액셀러레이터 페달에서 운전자가 발을 떼는 경우에 제어모터(160)를 저속 또는 정지 토크 수준으로 제어하고, 구동모터(400)의 전원을 차단하여 구동력을 충전 모드로 활용한다.
아래의 표 1, 2는 상술한 자동변속장치를 제어하는 자동변속 제어기(300)의 제어 기능을 구체적으로 설명하기 위한 것이다. 그리고 도 15a, 도 15b, 도 15c는 자동변속 제어기(300)에서 수행되는 변속 제어 방법의 프로세스 흐름도이다. 도 15a~c와 표 1, 2를 참조하여 본 발명에 따른 자동변속장치 제어 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 15a를 참조하여 정지 모드에서의 브레이크와 액셀러레이터의 동작 상태와 제어모터의 동작, 그리고 경사도에 따른 브레이크와 액셀러레이터의 동작 상태와 제어모터의 동작 및 현상에 대해 설명한다.
차량 정지 모드(M1)에서, 도로의 상향경사도를 감지한다(S101). 상향경사가 없으면 브레이크를 밟고 있는 상태인지를 감지한다(S103). 브레이크 On 상태에서는 구동모터(400)를 Off, 제어모터(160)를 Off한다(S105).
차량 출발을 위해 정지 상태에서 브레이크 Off 상태가 되면 액셀러레이터 On 상태인지 감지한다(S107). 액셀러레이터가 Off 상태이면, 구동모터(400)를 저속 RPM으로 회전시키고 제어모터(160)를 Off한다(S109). 이때, 휠에 부하가 걸려 있기 때문에 구동모터(400)의 회전비에 따라 제어모터(160)가 힘을 받아 무동력 회전하게 되기 때문에, 앞에서 설명한 것과 같이 전자브레이크(180)를 작동시켜서 제어모터(160)의 연결을 끊는다.
모드 상태 모터 동작 현상








정지 모드		 브레이크 On 구동모터 Off
제어모터 Off		 정지 모드
브레이크 Off
액셀러레이터 Off		 구동모터 저속 회전
제어모터 Off		 바퀴에 부하가 걸려 있기 때문에 구동모터의 회전비에 따라 제어모터가 힘을 받아 무동력 회전
액셀러레이터 On 구동모터 RPM 증가
제어모터 On		 액셀러레이터 증가 크기에 따라 구동모터의 RPM이 증대되고 제어모터의 회전수는 구동모터 RPM 이전의 속도에서 출력 회전수가 증대된 후 점진적으로 감소하여 출력의 토크를 높임
상향 경사도,
브레이크 On		 구동모터 저속 회전
제어모터 Off		 경사도에서 차가 뒤로 밀리지 않도록 대비
상향경사도,
브레이크 Off
액셀러레이터 Off		 구동모터 저속 회전
제어모터 Off
내부 브레이크신호 On		 경사도에서 차가 뒤로 밀리지 않도록 대비하고 사용자가 브레이크를 밟고 있지 않더라도 밀림방지 브레이크 동작
상향경사도,
액셀러레이터 On		 구동모터 RPM 증가
제어모터 On
내부 브레이크신호 Off		 액셀러레이터 증가 크기에 따라 구동모터의 RPM이 증대되고 제어모터의 회전수는 구동모터 RPM 이전의 속도에서 출력 회전수가 증대된 후 점진적으로 감소하여 출력의 토크를 높임. 밀림방지 지원
이어서 액셀러레이터 On 상태가 되어 출발이 시작되면, 구동모터(400)의 RPM을 증가하고 제어모터(160)를 On한다(전자브레이크(180)는 연결)(S111). 계속해서 액셀러레이터의 증가량에 따라 구동모터(400)의 RPM을 증대시키고, 제어모터(160)의 회전수를 구동모터(400)의 RPM 이전의 속도에서 증대한 후 점진적으로 감소시켜 출력의 토크를 높인다.
한편, 상향경사도의 도로인 경우에 브레이크 On 상태일 때(S113)에는 구동모터(400)를 저속 RPM으로 회전시키고 제어모터(160)를 Off하여(S115), 경사도에서 차가 뒤로 밀리지 않도록 대비한다(ready 상태).
상향 경사도에서 출발 직전의 브레이크 Off 시에 액셀러레이터 On을 감지하여(S117) 액셀러레이터 Off 상태일 때에는 구동모터(400)를 저속 RPM으로 운전하고 제어모터(160)를 Off한다. 이때 내부브레이크 신호는 On된다(S119). 내부브레이크는 내연기관 차에서의 엔진브레이크 효과와 같은 작용을 하는 전기차의 고유 기능이다. 이 기능에 의해, 경사도에서 차가 뒤로 밀리지 않도록 대비하고, 사용자가 브레이크를 밟고 있지 않더라도 밀림방지 브레이크(내부브레이크)가 동작한다.
상향 경사도에서 출발시에 액셀러레이터 On 상태가 되면, 구동모터(400) 속도 증가, 제어모터(160) On으로 제어한다. 이때 내부 브레이크신호는 Off된다(S121). 액셀러레이터 신호값의 증가에 따라 구동모터(400)의 RPM을 증대시키고 제어모터(160)의 회전수는 구동모터(400) RPM 이전의 속도에서 출력 회전수를 증가시킨 후 점진적으로 감소시켜 출력의 토크를 높인다. 이로써 밀림방지가 지원된다.
다음, 표 2와 도 15b를 참조하여 주행 모드에서의 브레이크 및 액셀러레이터의 상태와 그에 따른 모터 동작 및 현상에 대해 설명한다.
주행 모드(M2)에서, 즉, 주행 중에 브레이크를 밟은 상태(브레이크 On)를 감지한다(S201).
브레이크를 밟았으면 구동모터(400)를 Off하고 제어모터(160)를 정지시킨다(정지모드 On)(S203). 이에, 차량은 구동모터(400)에 의한 배터리 충전 모드로 들어간다(회생제어).
상기 S201에서 브레이크 Off 상태가 감지되면 액셀러레이터 On을 감지한다(S205). 브레이크 Off 및 액셀러레이터 Off 상태에서는 정지 후 운전자가 차량 출발을 시작하고자 하는 순간이므로 여전히 구동모터(400)는 Off 제어모터(160)는 정지모드 상태이고 구동모터(400)를 통한 배터리 충전 모드가 유지된다. 그러나 이경우에는 전자브레이크(180)가 작동하여 제어모터(160)를 유성캐리어(130)로부터 연결 해제한다(S207).
모드 상태 모터 동작 현상






주행모드		 브레이크 On 구동모터 Off
제어모터 정지		 구동 모터를 통한 배터리 충전 모드
브레이크 Off
액셀러레이터 Off		 구동모터 Off
제어모터 정지모드(전자 브레이크 작동)		 구동 모터를 통한 배터리 충전 모드,
제어모터 및 캐리어가 고정되도록 제어모터의 전자 브레이크 동작
액셀러레이터 On 구동모터 RPM 증가
제어모터 On		 액셀러레이터 증가 크기에 따라 구동모터의 RPM이 증대되고 제어모터의 회전수는 구동모터 RPM 이전의 속도에서 출력 회전수가 증대된 후 점진적으로 감소하여 출력의 토크를 높임
액셀러레이터 On
(정속모드)		 구동모터 RPM 유지
제어모터 정지모드(전자 브레이크 작동)		 액셀러레이터 작동(APS센서값)의 증감 변화가 거의 없는 경우에 정속 모드로 구동모터의 RPM이 고정되며 제어모터가 정지하고 전자브레이크가 작동하여 제어모터의 전원이 Off된다(배터리 절감)

고속
가속모드		 액셀러레이터 On 구동모터 RPM 증가
제어모터 On		 고속 주행중이고 액셀러레이터 포지션 센서값이 기준값 이상으로 큰 경우에 제어모터의 회전방향을 감속시와 반대로 구동하여 구동모터의 출력에 제어모터의 출력을 더하여 최종 출력 회전수를 높여 가속함
이어서 액셀러레이터 On 상태가 감지되면 구동모터(400) RPM을 올려서 증속하고 제어모터(160)를 On한다(S209). 이 때에 액셀러레이터 포지션 센서(APS) 신호값의 증가에 따라 구동모터(400)의 RPM이 증대되고, 제어모터(160)의 회전수는 구동모터(400) RPM 이전의 속도에서 증가된 후 점진적으로 감소되어 출력 토크가 높아져 출발을 원활하게 한다. 이와 같이 제어모터(160)를 감속함으로써 종래의 고정비 감속기 장착 차량에 비해 기어비를 더 낮출 수 있게 되어서 주행에 필요한 바퀴(휠) RPM과 그에 필요한 힘(토크)을 만족하게 되어 전류 소비를 절감할 수 있다(이에 대한 구체적 내용은 후술함).
출발 후 정속 모드로 액셀러레이터가 작동되는 상태에서는, 구동모터(400)의 회전이 계속 되고, 제어모터(160)는 정지되며 전자브레이크(180)가 작동되어 제어모터(160)의 연결이 해제된다(S211). 즉, 액셀러레이터의 증감의 변화가 거의 없는 정속 모드의 경우에 구동모터(400)의 RPM은 고정되고, 제어모터(160)가 정지하며 전자브레이크 작동으로 연결이 차단되고 제어모터(160)의 전원이 Off된다(배터리 절감을 위함).
마지막으로, 표 2의 고속 가속 모드의 경우에 대해 도 15c를 참조하여 설명한다.
고속 가속 모드(M3)의 진입 조건은 차량이 기준속도(ref1) 이상의 고속 주행중임이 감지되고(S301) 액셀러레이터 포지션 센서값(APS)이 기준값(ref2) 이상인 것이 감지(S303) 때이다. 고속 가속 모드(M3)에서 자동변속 제어기(300)는 구동모터(400)의 RPM을 증가시키고 제어모터(160)를 On한다(S305). 단, 이때에는 제어모터(160)의 회전방향을 감속시의 회전방향과 반대로 구동하여 구동모터(400)의 출력에 더하여 제어모터(160)의 출력이 합쳐져 최종 출력 회전수를 높여 가속시킨다. 예를 들어, 운전자가 현재 120 km/h로 등속 주행 중인 차량을 130 km/h로 가속하고자 할 경우에 구동모터(400)의 RPM을 상승시켜 주행 속도(즉, 바퀴 RPM)를 높이지 않고 상대적으로 전류 소비가 적은 제어모터(160)를 링모터의 회전방향으로 회전시켜서 링기어(120)의 회전수를 증가시켜 바퀴(휠) RPM을 상승시킬 수 있다(이에 대한 구체적 내용은 후술함).
<실제 구현을 위한 실시예>
도 6은 도 3에서 상술한 개념의 동력전달 메커니즘(100)을 실제로 차량에 적합하게 구현하기 위한 실시예의 구성도이고 도 8, 9는 제품화된 동력전달 메커니즘(100)의 단면도와 사시도이다. 도 3의 개념적 구성에서는 제어모터(160)가 구동모터(400)와 같은 방향에 위치하고 있고 출력축(125)이 이들 구동모터(400)와 제어모터(160)의 반대 방향으로 길게 나오고 있어서 실제의 차량 내부에 장착하기가 곤란하였다. 반면에 도 6의 경우에는 도 1a에 해당되는 기어부를 3단으로 배열하여 제어모터(160)의 위치가 구동모터(400)의 위치와 반대 쪽에 위치하도록 하였고 출력축(125)이 구동부의 횡방향에 위치하며 입력축(155)과 평행하도록 위치시켜, 도 8, 9와 같은 컴팩트한 외관의 제품으로 제작되어 차량에 용이하게 장착 가능하도록 하였다.
구동모터 또는 엔진의 효율성을 높이기 위해서는, 저속에서는 고비율의 기어, 고속에서는 저비율의 기어를 적용하는 것이 필요하다. 모터는 80% 이하의 회전수에서는 토크가 일정하기 때문에 이와 같이 다단계 기어부를 활용할 때에는 단일 기어를 활용할 때에 비하여 20% ~ 50%의 에너지 효율이 증가하게 된다. 이러한 관계를 도 7에 나타내었다.
먼저, 도 6, 8, 9에 나타낸 실시예의 구성은 다음과 같다.
제1기어부(200a): 선기어(110a)는 구동모터(400)의 입력을 받고 링기어(120a)는 고정되어, 플래닛피니언(140a)와 캐리어(130a)로 제3기어부(200c)의 선기어(110c)에 회전력을 전달해 주는 감속기 기능을 담당한다(즉, 구동모터(400)의 감속기 기능).
제2기어부(200b): 제어모터(160,160',160")의 회전력을 전자브레이크(180,180',180")를 통해 각 플래닛피니언(140b,140b',140b")이 받아 제3기어부(200c)의 유성기어 캐리어(130c)에 회전력을 전달하여 제3기어부(200c)의 링기어(120c)의 회전력을 감속 제어 또는 가속 제어하는 역할을 담당한다. 여기서 제2기어부(200b)에는 캐리어가 없고 각 플래닛피니언(140b,140b',140b")에 제어모터(160,160',160")가 직접 연결된다. 또한 플래닛피니언(140b,140b',140b")의 위치는 고정되어 있고 그 위치에서 회전만 한다. 제어모터(160,160',160")의 회전축에 전자브레이크(또는 클러치)(180,180',180")를 장착하여 전자브레이크(또는 클러치)가 작동하여 제어모터(160)의 회전축이 단절되면 전체 시스템은 제1기어부(200a)와 제2기어부(200b)가 연결되는 고정 감속기 역할을 하게 된다.
제3기어부(200c): 선기어(110c)는 제1기어부(200a)로부터 회전력을 전달받고 유성기어 캐리어(130c)는 제2기어부(200b)로부터 회전력을 전달 받아 링기어(120c)의 회전력을 감속 또는 가속하는 변속기 역할을 담당한다. 링기어(120c)의 외면에 톱니가 형성되어 차축기어(150)가 결합된다. 이에, 링기어(120c)의 회전력이 차축기어(150)를 통해 차축(125)에 전달된다(출력).
이상의 구성에서 제어모터(160,160',160")는 제2기어부(200b)의 플래닛피니언(140b,140b',140b")마다 할당되어 있고, 이에 따라 전자브레이크(180,180',180")도 각각 할당되어 있다.
<본 발명의 효율 검증>
먼저, 효율 검증을 위한 테스트의 기본적인 사항에 대해 설명한다. 본 발명의 효율 검증을 위해 사용한 차량의 조건은 다음과 같다 - 공차 중량: 1530kg, 모터 최고 출력: 100kW, 모터 최대 토크: 250Nm, 기어비(Motor to Wheel): 7.68, 차량 바퀴 외경: 627mm.
주행 조건은 차량이 20% 경사의 아스팔트 도로를 50kph로 등속 주행할 경우로 상정하였다. 그리고 차량에 장착한 종래의 감속기로 상기 주행 조건에서 7.68:1의 고정 기어비를 갖는 단일 감속기를 사용하였고, 본 발명의 자동변속장치는 상기 주행 조건에서 4.78:1로 기어비가 감소하도록 제어모터(160)의 감속 기능을 설정하였다.
참고로, 전형적인 모터 토크와 파워 그리고 전류의 관계는 도 10과 같다. 모터의 인가전류가 증가함에 따라 회전수(RPM)가 증가하고 그에 따라 모터의 출력(파워)이 증가하고 토크는 감소하게 된다. 즉, 토크는 회전수에 반비례하는 것을 알 수 있다.
또한 참고로, 본 발명의 검증을 위해 비교대상으로 사용한 감속비 7.68:1의 종래의 감속기 장착 차량에서의 속도별 엔진(모터) RPM 및 휠(바퀴) RPM 변환 데이터는 아래 표와 같다. 아래 표에서 속도 50 kph(km/h)의 경우에 모터 RPM은 약 3249, 바퀴 RPM은 약 423이고 속도 100kph의 경우에 모터 RPM은 약 6498, 바퀴 RPM은 약 846임을 알 수 있다.
Figure pat00001
상기 차량 조건 및 주행 조건에서의 바퀴 RPM에 대한 요구 토크는 도 11a 및 도 11b에 나타낸 방식으로 계산할 수 있다. 종래 감속기 장착 차량에 대한 계산 결과, 해당 차량이 20% 경사의 도로를 50kph로 등속 주행하기 위해서는 최소한, 바퀴의 속도 423 RPM과 토크 1007.24 Nm가 필요하게 된다.
도 12는 이와 같은 방식으로 두 가지 차량에 대해 계산한 결과를 정리한 표이다. 즉, 종래의 고정 기어비 7.68:1의 단일감속기를 적용한 전기차의 RPM, 토크, 출력과 본 발명의 자동변속장치를 적용한 전기차의 RPM, 토크, 출력을 비교하고 있다. 도 12에서 보듯이, 단일감속기(고정기어비 7.68:1) 장착 차량의 경우에 출력(휠 회전수) 약 423 RPM을 얻기 위한 입력(구동모터 회전수)이 약 3249 RPM이고 이때의 토크가 약 1007 Nm인 것에 비해, 본 발명의 자동변속장치를 채용한 차량에서 제어모터(160)의 감속기능에 의해 기어비가 약 4.78:1로 설정되는 경우의 입력(구동모터 회전수)은 약 2022 RPM이며 이때의 토크는 1100 Nm임을 알 수 있다.
결론적으로 도 13에 나타낸 것과 같이 본 발명의 자동변속장치에 포함된 제어모터(160)의 감속 제어시에 약 37%(2022/3249)의 전류가 절감된다(또한 소정 계산에 따르면 평지 등속 주행시에는 약 50% 이상의 전류가 절감될 수 있다). 이에 따라 동일한 구동모터 회전수를 얻기 위해 필요한 요구 토크(required torque)가 감소된다. 도 13은 본 발명에 따른 자동변속장치에 포함된 제어모터(160)의 감속제어에 따른 변속효율 개선 효과를 구체적인 예로 설명하기 위한 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 자동변속장치에 포함된 제어모터(160)의 가속제어에 따른 변속효율 개선 효과를 구체적인 예로 설명하기 위한 것이다. 제어모터(160)의 가속 제어는 앞에서 언급한 [표 2]의 고속 가속 모드에 해당하는 경우인데, 도 14의 우측 표에 나타낸 것과 같이 시속 120km/h의 고속 등속 주행 중인 차량이 130 km/h로 가속시에 필요한 충분한 토크를 가지고 있는 경우에 종래의 차량에서와 같이 구동모터(400)의 RPM을 상승시켜 주행 속도(휠 RPM)를 높이지 않고, 상대적으로 전류 소비가 적은 본 발명의 자동변속장치에 포함된 제어모터(160)를 회전시켜서 링기어(120)의 회전수를 증가시켜 바퀴 RPM을 약 1000에서 약 1100으로 상승시킨다. 이에, 20% 경사도로에서의 구배주행에 가속 주행이 부가됨에 따른 요구토크가 감소할 수 있게 된다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과 다른 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 측면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 실시예 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해진다. 그리고 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 구동모터의 회전력을 입력받아 변속하여 피동축으로 출력하는 동력전달 메커니즘과, 제어모터를 이용하여 상기 동력전달 메커니즘의 변속 기능을 제어하는 자동변속 제어기를 포함하되,
    상기 동력전달 메커니즘은, 구동모터가 입력되는 입력축; 제어모터; 상기 구동모터의 회전을, 상기 자동변속 제어기에 의해 통제되는 상기 제어모터의 회전에 의해 변속하는 유성기어 메커니즘; 및 상기 유성기어 메커니즘에서 변속된 회전력이 출력되는 출력축을 포함하고,
    상기 자동변속 제어기는, 상기 동력전달 메커니즘의 입력축과 출력축 그리고 상기 제어모터의 회전축에 각각 설치된 회전수 측정 엔코더; 및 상기 제어모터와 상기 캐리어 사이에 위치하여 제어모터와 캐리어의 연결을 단속하는 전자브레이크를 포함하여, 차량으로부터 브레이크 신호 및 액셀러레이터 신호를 수신하여 상기 구동모터와 상기 제어모터의 회전을 제어하도록 구성되는 자동변속장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유성기어 메커니즘은
    상기 구동모터의 회전력을 받는 입력축에 연결되는 선기어;
    상기 제어모터에 연결되어 플래닛피니언의 회전을 제어하는 캐리어; 및
    상기 선기어와 캐리어에 의해 변속된 구동모터의 회전을 출력하기 위해 상기 출력축에 연결된 링기어를 포함하는 자동변속장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유성기어 메커니즘은
    상기 구동모터의 입력을 받는 제1기어부;
    상기 제어모터의 입력을 받는 제2기어부; 및
    상기 제1기어부로부터 구동모터의 회전력을 전달받고 상기 제2기어부로부터 제어모터의 회전력을 전달 받는 제3기어부를 포함하는 자동변속장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1기어부는, 구동모터의 입력을 받는 선기어; 고정되어 있는 링기어; 및 상기 제3기어부로 회전력을 전달해 주는 플래닛피니언 및 캐리어를 포함하고,
    상기 제2기어부는, 상기 제어모터에 연결되어 회전력을 받아 회전하며 위치가 고정된 플래닛피니언; 및 상기 플래닛피니언의 회전을 상기 제3기어부에 전달하는 선기어를 포함하고,
    상기 제3기어부는, 상기 제1기어부로부터 구동모터의 회전력을 전달받는 선기어; 상기 제2기어부로부터 제어모터의 회전력을 전달받는 캐리어와 플래닛피니언; 및 상기 선기어와 상기 플래닛피니언의 회전에 의해 변속되는 구동모터의 회전력을 출력축으로 전달하는 링기어를 포함하는 자동변속장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 동력전달 메커니즘의 상기 제어모터는 한 개 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 자동변속장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 자동변속 제어기는 차량으로부터 자이로센서, 중량센서, 및 가속도센서 중 적어도 하나를 수신하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동변속장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 자동변속 제어기는
    차량의 정지 후 출발 상태를 감지시에 상기 제어모터와 구동모터를 동시에 구동하되, 구동모터가 기설정 회전수로 올라오면 제어모터의 회전수를 줄여 높은 출력 토크를 제공하여 차량이 출발되도록 하고;
    차량의 주행중 가속을 감지시에, 액셀러레이터 신호 값의 증가에 따라 상기 구동모터와 제어모터의 회전수를 증가시키고;
    차량의 주행중 감속을 감지시에, 상기 제어모터를 저속 또는 정지 토크 수준으로 제어하고, 상기 구동모터의 구동력이 충전 모드(회생제동)로 사용되도록 4구동모터의 전원을 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동변속장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 자동변속 제어기는
    차량 정지시 브레이크 신호 On을 감지시 구동모터를 Off, 제어모터를 Off하고;
    정지 상태에서 액셀러레이터 Off, 브레이크 Off 상태를 감지시, 구동모터를 저속 RPM으로 회전시키고 제어모터를 Off하고 전자브레이크를 작동시켜서 제어모터의 연결을 차단하고;
    차량 출발을 위한 액셀러레이터 On 상태 감지시, 구동모터의 RPM을 증가하고 제어모터를 On하고 전자브레이크를 작동시켜 제어모터를 연결한 후에, 차량 액셀러레이터의 증가량에 따라 구동모터의 RPM을 증대시키고 제어모터의 회전수를 증대시키다가 점진적으로 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동변속장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 자동변속 제어기는
    상향 경사 도로에서의 정지시 브레이크 On 상태를 감지하여, 구동모터를 저속으로 회전시키고 제어모터를 Off하여, 경사도에서 차가 뒤로 밀리지 않도록 대비하고;
    상향 경사 도로에서 액셀러레이터 Off, 브레이크 Off 상태를 감지시, 구동모터를 저속으로 구동하고 제어모터를 Off하고;
    상향 경사 도로에서 액셀러레이터가 On되어 차량 출발이 감지시에 구동모터 및 제어모터를 구동하되, 액셀러레이터 신호값의 증가에 따라 구동모터의 RPM을 증대시키고 제어모터의 RPM을 증대시키다가 점진적으로 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동변속장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 자동변속 제어기는
    주행중 브레이크 On 상태 감지시, 구동모터를 Off하고 제어모터를 Off하여 차량이 구동모터에 의한 배터리 충전 모드로 들어가도록 하고;
    액셀러레이터 Off, 브레이크 Off 상태 감지시, 구동모터 및 제어모터 Off를 유지하고, 전자브레이크를 동작시켜 제어모터의 연결을 차단하고;
    출발을 위한 액셀러레이터 On 상태 감지시, 구동모터 RPM을 On하고 제어모터를 On한 후, 액셀러레이터 신호값의 증가에 따라 구동모터의 RPM을 증대시키고 제어모터의 회전수를 증대시킨 후 점진적으로 감소시키고;
    출발 후 액셀러레이터의 증감의 변화가 없는 정속 모드의 감지시, 구동모터의 RPM을 고정하고, 제어모터를 정지시키고, 전자브레이크를 작동시켜 제어모터의 연결을 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동변속장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 자동변속 제어기는
    고속 주행중이고 액셀러레이터 포지션 센서값이 기준값 이상으로 큰 경우의 고속 가속 모드 감지시, 구동모터 및 제어모터의 RPM을 On하되,
    제어모터의 회전방향을 감속시의 회전방향과 반대로 구동하여 구동모터의 출력에 더하여 제어모터의 출력이 합쳐져 최종 출력 회전수를 높여 가속시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동변속장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 7 중 한 항에 기재된 자동변속장치를 제어하는 방법으로서,
    차량 정지시 브레이크 신호 On을 감지시 구동모터를 Off, 제어모터를 Off하고;
    정지 상태에서 액셀러레이터 Off, 브레이크 Off 상태를 감지시, 구동모터를 저속 RPM으로 회전시키고 제어모터를 Off하고 전자브레이크를 작동시켜서 제어모터의 연결을 차단하고;
    차량 출발을 위한 액셀러레이터 On 상태 감지시, 구동모터의 RPM을 증가하고 제어모터를 On하고 전자브레이크를 작동시켜 제어모터를 연결한 후에, 차량 액셀러레이터의 증가량에 따라 구동모터의 RPM을 증대시키고 제어모터의 회전수를 증대시키다가 점진적으로 감소시키는 것을 포함하는 변속제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상향 경사 도로에서의 정지시 브레이크 On 상태를 감지하여, 구동모터를 저속으로 회전시키고 제어모터를 Off하여, 경사도에서 차가 뒤로 밀리지 않도록 대비하고;
    상향 경사 도로에서 액셀러레이터 Off, 브레이크 Off 상태를 감지시, 구동모터를 저속으로 구동하고 제어모터를 Off하고 차량의 내부브레이크(밀림방지 브레이크)를 On하고;
    상향 경사 도로에서 액셀러레이터가 On되어 차량 출발이 감지시에 구동모터 및 제어모터를 구동하되, 액셀러레이터 신호값의 증가에 따라 구동모터의 RPM을 증대시키고 제어모터의 RPM을 증대시키다가 점진적으로 감소시키는 것을 추가로 포함하는 변속제어방법.
  14. 제12항에 있어서,
    주행중 브레이크 On 상태 감지시, 구동모터를 Off하고 제어모터를 Off하여 차량이 구동모터에 의한 배터리 충전 모드로 들어가도록 하고;
    액셀러레이터 Off, 브레이크 Off 상태 감지시, 구동모터 및 제어모터 Off를 유지하고, 전자브레이크를 동작시켜 제어모터의 연결을 차단하고;
    출발을 위한 액셀러레이터 On 상태 감지시, 구동모터 RPM을 On하고 제어모터를 On한 후, 액셀러레이터 신호값의 증가에 따라 구동모터의 RPM을 증대시키고 제어모터의 회전수를 증대시킨 후 점진적으로 감소시키고;
    출발 후 액셀러레이터의 증감의 변화가 없는 정속 모드의 감지시, 구동모터의 RPM을 고정하고, 제어모터를 정지시키고, 전자브레이크를 작동시켜 제어모터의 연결을 차단하는 것을 추가로 포함하는 변속제어방법.
  15. 제12항에 있어서,
    고속 주행중이고 액셀러레이터 포지션 센서값이 기준값 이상으로 큰 경우의 고속 가속 모드 감지시, 구동모터 및 제어모터의 RPM을 On하되,
    제어모터의 회전방향을 감속시의 회전방향과 반대로 구동하여 구동모터의 출력에 더하여 제어모터의 출력이 합쳐져 최종 출력 회전수를 높여 가속시키는 것을 추가로 포함하는 변속제어방법.
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