KR20240076324A

KR20240076324A - 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20240076324A
Application number: KR1020220158797A
Authority: KR
Inventors: 김사신; 심기만; 양현준
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-05-30

Abstract

전자식 변속 시스템(SBW, Shift By Wire)이 적용된 무단 변속기(CVT) 차량의 전진 클러치와 후진 클러치의 동작을 제어하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치는, 변속 제어기(TCU)와, 전자식 변속 시프터 조작 시 조작 위치에 따라 상응하는 전기신호를 출력하는 시프트 센서와, 시프트 센서의 출력을 바탕으로 목표 변속 위치를 결정하고 결정된 목표 변속 위치로의 변속 이행을 위해 시프트 모터의 동작을 제어하는 제어기와, 시프트 모터와 동기화된 회전 운동을 하는 디텐트 플레이트에 기구적으로 연동 가능하게 연결되어 목표 변속단 체결을 위해 유로를 전환하는 매뉴얼밸브와, 시프트 모터와 매뉴얼밸브 사이에 설치되며 시프트 모터 또는 디텐트 플레이트의 움직임으로부터 현재 변속 위치를 검출하는 인히비터 스위치 및 제어기의 통제에 따라 전진 클러치 또는 후진 클러치의 유압을 조절하는 전자식 유압제어밸브를 포함하며, D단에서 R단 또는 R단에서 D단 변속 시 시프트 센서가 변속 조작을 감지한 시점부터 시프트 센서의 출력에 기초한 제어기의 통제로 시프트 모터의 회전 위치가 목표 위치에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 전자식 유압제어밸브가 제어기의 통제로 먼저 동작하여 현재단 클러치의 유압을 낮춰 현재단 클러치를 해방(Release)시키는 것을 요지로 한다.

Description

전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치 및 방법{Clutch control device and method for a continuously variable transmission vehicle with an electronic shift system}

본 발명은 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전자식 변속 시스템(SBW, Shift By Wire 시스템)이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

기존 자동 변속기의 변속 레인지 전환 방식인 SBC(Shift-By-Cable) 방식은, 변속 레버를 이동하면 케이블에 의해 디텐트 플레이트가 회전하고 매뉴얼 밸브가 움직이며 밸브 바디 상의 P, R, N, D 유로를 열어줌으로써 원하는 변속 레인지로의 전환이 이루어진다. 그러나 기존 SBC 방식은 케이블의 위치나 배치를 고려해야 하므로 설계상 제약이 크고 조립 및 양산성 측면에서 불리한 단점이 있다.

이러한 기존 SBC 방식을 대체하기 위한 방식이 SBW(Shift By Wire) 방식이다. SBW 방식은 운전석 변속 레버와 연결된 케이블 대신 디텐트 플레이트를 모터로 회전시킴으로써 조작 편의를 제공하고 안전성을 향상시킨 기술이다. 이는 변속 레버의 조작 상황을 센서나 스위치로 검출하고, 모터(모터)로 디텐트 플레이트를 회전시켜 매뉴얼 밸브를 동작시키도록 구성된다.

SBW(Shift By Wire) 방식에서 디텐트 플레이트에는 디텐트 롤러가 디텐트 스프링에 의해 정적 안정을 취할 수 있는 복수의 변속 레인지(P, R, N D)가 존재하며, 변속 레인지의 전환(ex. P→D)은 운전자의 변속 레버 조작에 따른 변속 레인지 전환 요청이 입력된 때 모터가 구동하여 디텐트 플레이트를 레인지 전환 위치에 따라 결정되는 목표 회전각만큼 회전시킴으로써 구현된다.

모터는 변속 레버 조작으로 변속 레인지 전환 요청이 있을 때 제어기의 통제를 받아 구동을 하는데, 제어기는 시동 ON 상태에서 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 센서로부터 수신한 신호를 바탕으로 운전자가 요청한 특정 변속 레인지로 정확하게 전환이 이루어질 수 있는 듀티를 계산하고, 계산된 듀티를 바탕으로 모터를 제어한다.

예를 들어, 변속 레버가 뉴트럴 레인지(N)에서 드라이브 레인지(D)로 조작되면, 목표 위치 신호가 N→D로 바뀌며, 이 신호를 받은 제어부는 현재 위치(N)를 기준으로 선택된 목표 위치(D)까지의 거리에 대응하는 목표 회전각을 설정하고 그에 상응하는 지령치(듀티값)를 결정하며, 결정된 지령치만큼 모터에 대해 통전을 허가하게 된다.

이로 인해 디텐트 플레이트가 소정 각도만큼 회전을 하게 되고, 디텐트 스프링의 롤러가 디텐트 플레이트의 「N」의 골로부터 빠져 나와 인접한 마루를 1개 넘어 인접 측부의 「Ｄ」의 골에 끼이게 된다. 그 결과 실질적으로 목표 변속 레인지에 맞춰 기계적인 체결 상태를 만들어주는 매뉴얼밸브가 작동됨으로써 최종적으로 변속 레인지는 N→D로 전환되는 것이다.

한편, 무단 변속기(CVT)를 탑재한 무단 변속기 차량(CVT 차량)은 하나의 유압 액추에이터로 전진 클러치와 후진 클러치의 체결(Apply)과 해방(Release)을 제어한다는 구조적 특징이 있다. 이는 두 개의 액추에이터로 전진 클러치와 후진 클러치 각각에 대한 체결(Apply)과 해방(Release)을 제어하는 일반 변속기 구성에 비해 제어의 자유도가 낮을 수밖에 없다.

예를 들어, D단에서 N단 또는 R단에서 N단 변속 시 해당 클러치(전진 클러치 또는 후진 클러치)에 대한 해방제어나, N단에서 D단 또는 N단에서 R단 변속 시 해당 클러치(전진 클러치 또는 후진 클러치)에 대한 체결제어를 수행할 때는 문제가 없으나, D단에서 R단 또는 R단에서 D단으로 변속 시 D단→N단→R단 또는 R단→N단→D단 순으로 해방제어와 체결제어가 일어나야 한다.

때문에 CVT 차량의 경우 D단에서 R단 또는 R단에서 D단으로 변속 시 N단에서 D단 또는 N단에서 R단 변속에 비해 변속 응답성이 떨어진다. 이에 종래에는 현재단(D단 또는 R단) 클러치에 대한 해방제어 시간을 가능한 짧게 하여 응답성 문제를 보완하고는 있으나, 시간을 짧게 하면 그만큼 해방제어 구간에 대한 변속감이 튜닝의 자유도가 낮아지는 문제가 있다.

한국공개특허 제2008-0036921호(공개일 2008. 04.29) 한국등록특허 제10-2442673호(공고일 2022.09.08)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전자식 변속 시스템(SBW, Shift By Wire)이 적용된 무단 변속기 차량에서 전자식 변속 시프터를 통해 D단에서 R단 또는 R단에서 D단으로 변속 이행 요청이 입력되면, 변속 이행 요청이 입력된 시점부터 목표단(R단 또는 D단)에 매칭되는 기계적인 체결 상태가 만들어지기까지의 시간(변속이행시간)을 활용하여 현재단 클러치(전진 클러치 또는 후진 클러치)에 대한 해방(Release)제어를 미리 수행하여, 변속 응답성과 변속감 튜닝의 자유도를 향상시킬 수 있는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

전자식 변속 시스템(SBW, Shift By Wire)이 적용된 무단 변속기(CVT) 차량의 전진 클러치와 후진 클러치의 동작을 제어하기 위한 장치로서,

엔진 제어기와 협조하여 상기 무단 변속기의 기어비 및 상기 전진 클러치와 후진 클러치의 해방(Release)과 체결(Apply)을 제어하는 변속 제어기;

전자식 변속 시프터 조작 시 조작 위치에 따라 상응하는 전기신호를 출력하는 시프트 센서;

상기 시프트 센서의 출력을 바탕으로 목표 변속 위치를 인식하고, 인식된 목표 변속 위치로의 변속 이행을 위해 시프트 모터의 동작을 제어하는 모터 제어기;

상기 시프트 모터와 동기화된 회전 운동을 하는 디텐트 플레이트에 기구적으로 연동 가능하게 연결되어 목표 변속단 체결을 위해 유로를 전환하는 매뉴얼밸브;

상기 시프트 모터와 매뉴얼밸브 사이에 설치되며 상기 시프트 모터 또는 디텐트 플레이트의 움직임으로부터 현재 변속 위치를 검출하는 인히비터 스위치; 및

상기 변속 제어기의 지령에 따라 상기 전진 클러치 또는 후진 클러치의 유압을 조절하는 전자식 유압제어밸브;를 포함하며,

D단에서 R단 또는 R단에서 D단 변속 시 상기 시프트 센서가 변속 조작을 감지한 시점부터 상기 시프트 센서의 출력에 기초한 모터 제어기의 통제로 상기 시프트 모터의 회전 위치가 목표 위치에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 상기 전자식 유압제어밸브가 상기 변속 제어기의 지령에 따라 먼저 동작하여 현재단 클러치의 유압을 낮춰 현재단 클러치를 해방(Release)시키는 것을 특징으로 하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 클러치 제어 장치에서 상기 변속 제어기는, D단에서 R단 변속 시 상기 변속이행시간 동안 현재 체결되어 있는 전진 클러치의 유압을 낮추기 위한 지령을 상기 전자식 유압제어밸브에 인가하며, 시프트 모터가 목표 위치에 도달하여 상기 매뉴얼밸브의 유로가 후진 클러치 측에 전환된 시점부터 상기 후진 클러치에 대한 체결(Apply)제어를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 클러치 제어 장치에서 상기 변속 제어기는 또한, R단에서 D단 변속 시 상기 변속이행시간 동안 현재 체결되어 있는 후진 클러치의 유압을 낮추기 위한 지령을 상기 전자식 유압제어밸브에 인가하며, 시프트 모터가 목표 위치에 도달하여 상기 매뉴얼밸브의 유로가 전진 클러치 측에 전환된 시점부터 상기 전진 클러치에 대한 체결(Apply)제어를 수행할 수 있다.

바람직하게, 상기 제어기는 D단에서 R단 또는 R단에서 D단 변속 시 상기 변속이행시간 동안 현재단 클러치(현재 체결되어 있는 클러치)의 유압을 단계적으로 낮춰 현재단 클러치를 해방(Release)시킬 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

전술한 일 측면에 다른 클러치 제어 장치의 제어기에 의해 수행되는 무단 변속기 차량의 클러치 제어 방법으로서,

(a) 인히비터 스위치의 신호로부터 현재 변속 위치가 D단인지 확인하는 단계;

(b) 현재 변속 위치가 D단인 상태에서 R단으로 변속 이행을 위한 변속 조작이 입력되었는지 시프트 센서의 신호를 이용하여 모니터링 하는 단계;

(c) 현재 변속 위치가 D단이고 목표 변속 위치가 R단이면 클러치 제어모드로 전환하는 단계; 및

(d) R단 변속 조작이 감지된 시점부터 시프트 모터가 목표 위치(후진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 전자식 유압제어밸브를 통해 현재 체결되어 있는 전진 클러치의 압력을 낮추는 단계;를 포함하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 방법을 제공한다.

여기서, 다른 측면에 따른 클러치 제어 방법은 또한,

(e) 인히비터 스위치가 실시간 출력하는 신호로부터 상기 시프트 모터의 회전 위치가 상기 목표 위치(후진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달했는지 감시하는 단계; 및

(f) 시프트 모터의 회전 위치가 상기 목표 위치(후진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달한 시점부터 후진 클러치에 대한 체결(Apply)제어를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 또 다른 측면에 따르면,

(a') 인히비터 스위치의 신호로부터 현재 변속 위치가 R단인지 확인하는 단계;

(b') 현재 변속 위치가 R단인 상태에서 D단으로 변속 이행을 위한 변속 조작이 입력되었는지 시프트 센서의 신호를 이용하여 모니터링 하는 단계;

(c') 현재 변속 위치가 R단이고 목표 변속 위치가 D단이면 클러치 제어모드로 전환하는 단계; 및

(d') D단으로의 변속 조작이 감지된 시점부터 시프트 모터가 목표 위치(전진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 전자식 유압제어밸브를 통해 현재 체결되어 있는 후진 클러치의 압력을 낮춰 해방(Release)시키는 단계;를 포함하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 방법을 제공한다.

여기서, 또 다른 측면에 따른 클러치 제어 방법은 또한,

(e') 인히비터 스위치가 실시간 출력하는 신호로부터 상기 시프트 모터의 회전 위치가 상기 목표 위치(전진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달했는지 감시하는 단계; 및

(f') 시프트 모터의 회전 위치가 상기 목표 위치(전진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달한 시점부터 전진 클러치에 대한 체결(Apply)제어를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 전자식 변속 시프터를 통해 D단에서 R단 또는 R단에서 D단으로 변속 이행 요청이 입력되면, 변속 이행 요청이 입력된 시점부터 목표단(R단 또는 D단)에 매칭되는 기계적인 체결 상태가 만들어지기까지의 시간(변속이행시간) 동안 현재단 클러치를 미리 해방(Release)제어함으로써, 유압 액추에이터 하나로 전진 클러치와 후진 클러치의 체결(Apply)과 해방(Release)을 제어하는 무단 변속기 차량에서 발생하는 문제점, 즉 변속 응답성 저하나 변속감 튜닝의 자유도가 낮다는 문제점을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량 클러치 제어 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 개략도.
도 2는 D단에서 R단 변속 시 클러치 제어를 위한 일련의 과정을 도시한 흐름도.
도 3은 R단에서 D단 변속 시 클러치 제어를 위한 일련의 과정을 도시한 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량 클러치 제어 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전자식 변속 시스템(40)이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치는, 변속 제어기(10) 및 전자식 유압제어밸브(20), 그리고 매뉴얼밸브(30)를 포함한다. 또한 전자식 변속 시스템(Shift By Wire, 40)을 구성하는 전자식 변속 시프터(42), 시프트 센서(43), 모터 제어기(44), 인히비터 스위치(46) 등을 포함한다.

변속 제어기(TCU, 10)는 엔진 제어기(ECU)와 협조하여 상기 무단 변속기의 베리에이터(Variator, 70)를 통해 기어비를 조절한다. 변속 제어기(10)는 또한, 상기 변속 제어기(10) 및 모터 제어기(44)와 협조하여 토크 컨버터(60)와 상기 베리에이터(70) 사이에서 동력 접속을 단속하는 전진 클러치(80)와 후진 클러치(90)에 대한 해방(Release)과 체결(Apply)을 제어한다.

엔진(50)이 구동 중인 상태에서 상기 변속 제어기(10)에 의해 전진 클러치(80)가 체결되고 후진 클러치(90)가 해방되면, 엔진(50) 동력은 전진 클러치(80)를 통해 상기 베리에이터(70)에 전진 주행 동력으로 입력되고, 후진 클러치(90)가 체결되고 전진 클러치(80)가 해방되면, 엔진(50) 동력은 후진 클러치(90)를 통해 상기 베리에터에 후진 주행 동력을 입력된다.

무단 변속기의 기어비는 앞서 언급한 바와 같이 베리에이터(70)에 의해 결정되는데, 베리에이터(70)는 구동 풀리(72)와 종동 풀리(74), 그리고 벨트(73)로 구성될 수 있다. 구동 풀리(74)는 토크 컨버터(60)에 연결되는 상기 전진 클러치(80) 또는 후진 클러치(90)를 통해 엔진(50)동력을 전달 받아 벨트(73)로 동력을 전달하며, 종동 풀리(74)는 벨트(73)로부터 전달받은 동력을 무단 변속기의 출력축(부호 생략)으로 전달한다.

무단 변속기의 기어비는 각 풀리(72, 74)와 벨트(73)의 접촉 지점으로부터 풀리 회전축까지의 거리에 의해 결정된다. 이때 각 풀리(72, 74)와 벨트(73)의 접촉지점으로부터 풀리 회전축까지의 거리는 다시 각 풀리의 횡방향 힘에 의해 결정된다. 무단 변속기의 변속감은 운전자에게 전달되는 발진 토크와 엔진 회전수에 의해 결정되며, 발진 토크와 엔진 회전수는 다시 변속기의 기어비에 의해 결정될 수 있다.

변속 제어기(10)는 차속과 스로틀 개도율(%)의 변화를 인자로 하는 전용 맵(기어비 맵)을 사용하여 상기 베리에이터(70)의 기어비를 제어한다. 좀 더 구체적으로, 상기 전용 맵에서 현재 차속과 스로틀 개도율(%)에 매칭되는 기어비를 불러와 목표 기어비로 설정하고, 설정된 목표 기어비에 상응하는 구동 풀리(72)와 종동 풀리(74) 각각에 대한 압력 제어값으로 두 풀리(72, 74)의 압력을 컨트롤한다.

시프트 센서(43)는 전자식 변속 시스템(40)의 주요 구성요소 중 하나로서, 운전자가 P단, R단, N단, D단 중 원하는 위치로 전자식 변속 시프터(42)를 조작하면, 해당 변속 조작 위치를 감지하여 그에 상응하는 전기신호를 상기 모터 제어기(44)에 출력한다. 예를 들어, 전자식 변속 시프터(42)를 P단에서 R단으로 조작하면 R단 조작을 감지하여 상기 모터 제어기(44)에 상응하는 신호를 출력한다.

여기서, 전자식 변속 시프터(42)는 P, R, N, D 각 단에 대하여 변속 버튼을 하나씩 구비하는 버튼 타입, 다이얼 노브를 좌측 또는 우측으로 비틀어 원하는 변속 위치를 선택하는 다이얼 노브 타입, 제자리로 돌아오는 매커니즘을 갖는 레버를 당기거나 밀어 원하는 변속 위치를 선택하는 조이스틱 레버 타입 등을 비롯해 공지된 모든 형태의 전자식 변속 시프터일 수 있다.

모터 제어기(44)는 상기 시프트 센서(43)의 출력을 바탕으로 목표 변속 위치를 인식한다. 다시 말해, 시프트 센서(43)가 출력하는 신호를 모터 제어기(44)가 입력 받아 운전자에 의해 선택된 목표 변속 위치(P, R, N, D 중 하나)를 인식하며, 그 인식된 목표 변속 위치로의 변속 이행을 위해 전자식 변속 시스템(40)을 구성하는 상기 시프트 모터(45)의 동작을 제어한다.

모터 제어기(44)는 현재 변속 위치와 새롭게 인식된 목표 변속 위치(P, R, N, D 중 하나) 사이의 거리 정보를 바탕으로 시프트 모터(45)에 대한 지령치(회전 방향 및 회전 각도를 포함하는 제어값으로서 듀티값을 의미함)을 결정하고, 그 결정된 지령치로 시프트 모터(45)의 구동을 제어함으로써, 디텐트 플레이트(47) 및 매뉴얼밸브(30)가 목표단에 매칭되는 기계적인 체결 상태가 되도록 한다.

시프트 모터(45)의 회전축은 매뉴얼샤프트(45a)를 통해 대략 부채꼴 모양의 상기 디텐트 플레이트(47)의 회전 중심이 되는 부분에 기구적으로 연결되고, 디텐트 플레이트(47)는 다시 상기 매뉴얼밸브(30)의 주요 구성인 스풀(32)의 위치를 결정하여 원하는 유로 상태로 전환될 수 있도록 상기 스풀(32)과 연동 가능하게 연결된다.

이에 따르면, 시프트 모터(45)의 회전축이 소정의 회전 각만큼 정회전 또는 역회전 하면 상기 디텐트 플레이트(47)가 동기화되어 회전을 하여 매뉴얼밸브(30)의 스풀(32)을 단계적으로 밀거나 당기게 되고, 이로써 운전자가 상기 전자식 변속 시프터(42)를 통해 선택한 목표단(P, R, N, D 중 하나)에 매칭되는 기계적인 체결 상태가 만들어지게 된다.

매뉴얼밸브(30)는 유로를 전환하는 스풀(32)이 앞서 언급한 바와 같이 시프트 모터(45)에 동기화되어 회전 운동을 하는 디텐트 플레이트(47)에 기구적으로 연동 가능하게 연결된다. 이로 인해 시프트 모터(45)에 의해 디텐트 플레이트(47)가 특정 방향으로 특정 각도만큼 회전하면, 디텐트 플레이트(47)의 움직임에 연동해 상기 스풀(32)이 직선 운동을 함으로써 내부 유로가 전환될 수 있다.

시프트 모터(45)의 회전 또는 시프트 모터(45) 회전에 따른 디텐트 플레이트(47)의 움직임으로부터 상기 인히비터 스위치(46)가 현재 변속 위치, 정확하게는 시프트 모터(45)의 회전 위치 또는 매뉴얼밸브(30)의 유로 전환 상태를 검출하여 상응하는 신호를 상기 모터 제어기(44) 및 변속 제어기(10)에 제공하며, 모터 제어기(44)는 인히비터 스위치(46) 및 모터 내부의 홀 센서 신호에 기초해 상기 시프트 모터(45)를 피드백 제어한다.

예를 들어, 전자식 변속 시프터(42)가 R단에서 D단으로 조작되면, 목표 변속 위치 신호는 R→D로 바뀌게 된다. 이 신호를 받은 모터 제어기(44)는 현재 변속 위치(R단)로부터 선택된 목표 변속 위치(D단) 까지의 거리에 대응하는 목표 회전각을 설정하고 그에 상응하는 지령치(듀티값)를 결정하며, 결정된 지령치만큼 시프트 모터(45)에 대해 통전을 허가한다.

통전에 따라 시프트 모터(45)가 구동되고, 시프트 모터(45)의 회전축이 회전할 때 그 회전각에 상응하는 신호를 인히비터 스위치(46)가 생성하여 모터 제어기(44)에 실시간으로 제공한다. 모터 제어기(44)는 인히비터 스위치(46)의 신호로부터 시프트 모터(45)의 회전 각도와 방향을 인식하며, 시프트 모터(45)의 회전각이 상기 목표 회전각과 일치될 때까지 시프트 모터(45)를 피드백 제어함으로써 변속 위치가 전환(R→D)된다.

인히비터 스위치(46)는 시프트 모터(45)와 상기 매뉴얼밸브(30) 사이에 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 인히비터 스위치(46) 대신 시프트 모터(45) 측에 엔코더를 모듈 형태로 구성하여 시프트 모터(45)의 회전 방향 및 회전각을 실시간 검출할 수도 있다.

위와 같은 구성의 전자식 변속 시스템(40)은, 한국공개특허 제2022-0120017호(2022.08.30 공개)호와 한국등록특허 제10-2451408호(2022.10.06 공고)를 비롯해 공개된 선행발명을 통해 이미 공지된 기술이므로, 이에 대한 더 자세한 설명은 이하 생략하기로 한다.

변속 제어기(10)와 매뉴얼밸브(30) 사이에 상기 전자식 유압제어밸브(20)가 설치된다. 전자식 유압제어밸브(20)는 변속 제어기(10)의 지령에 따라 동작하여 전진 클러치(80) 또는 후진 클러치(90)의 유압을 조절하는 역할을 한다. 예컨대, 매뉴얼밸브(30)가 D단을 체결하는 위치에 결정되어 전진 클러치(80)가 체결되고 후진 클러치(90)는 해방된 상태에서 전진 클러치(80)의 유압을 떨어뜨릴 수 있다.

무단 변속기를 탑재한 무단 변속기 차량은 하나의 유압 액추에이터(상기 전자식 유압제어밸브(20))로 전진 클러치(80)와 후진 클러치(90)의 체결(Apply)과 해방(Release)을 제어하기 때문에, 두 개의 액추에이터로 전진 클러치와 후진 클러치 각각에 대한 체결(Apply)과 해방(Release)을 제어하는 일반 변속기 차량에 비해 제어의 자유도가 낮다.

때문에 D단에서 R단 또는 R단에서 D단으로 변속 시 N단에서 D단 또는 N단에서 R단 변속에 비해 변속 응답성이 떨어지게 되는데, 이러한 응답성 문제를 개선하기 위해 본 발명의 실시 예는 D→R단 또는 R→D단으로 변속 시 변속 조작이 감지된 시점부터 시프트 모터(45)가 구동되어 실제 기계적인 체결 상태가 만들어지기까지의 시간 동안 클러치 유압을 미리 제어한다.

좀 더 구체적으로는, D단에서 R단 또는 R단에서 D단 변속 시 시프트 센서(43)가 변속 조작을 감지한 시점부터 시프트 센서(43)의 출력에 기초한 모터 제어기(44)의 통제로 상기 시프트 모터(45)의 회전 위치가 목표 위치에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 전자식 유압제어밸브(20)가 상기 변속 제어기(10)의 지령에 따라 동작하여 현재단 클러치의 유압을 낮춤으로써 현재단 클러치를 먼저 해방(Release)시킨다.

여기서, 모터 제어기(44)의 지령에 따라 시프트 모터(45)의 회전축이 목표 위치로 회전되기 전까지 매뉴얼밸브(30)는 아직 유로가 전환되지 않은 상태이다. 때문에 현재단 클러치(전진 클러치 또는 후진 클러치)는 여전히 상기 전자식 유압제어밸브(20)와 회로적으로 연결되어 있는 상태이다.

따라서 매뉴얼밸브(30)의 유로가 목표단 클러치(후진 클러치 또는 전진 클러치) 방향으로 완전히 전환되기 전까지 상기 전자식 유압제어밸브(20)를 통해 현재단 클러치의 유압을 떨어뜨릴 수 있다.

예를 들어, D단에서 R단 변속 시(D→R 변속) 변속 제어기(10)는 상기 변속이행시간(변속 조작이 감지된 시점부터 시프트 모터(45)가 구동되어 목표단으로 변속을 위한 기계적인 체결 상태가 만들어지기까지의 시간) 동안 현재 체결되어 있는 전진 클러치(80)의 유압을 낮추기 위한 지령을 상기 전자식 유압제어밸브(20)에 인가할 수 있으며, 이로 인해 전진 클러치(80)가 해방(Release)될 수 있다.

변속이행시간 동안 행해지는 위와 같은 해방 측 클러치에 대한 유압제어(유압을 낮추는 제어)로 전진 클러치(80)는 완전히 또는 부분적으로 해방되며, 부분적으로 해방된 경우 나머지 유압은 매뉴얼밸브(30)가 목표 위치(후진 클러치 유로를 개방시키는 위치)로 완전히 전환되고 나서 개방되는 드레인 유로를 통해 해소되므로 전진 클러치(80)는 이후 완전히 해방 측으로 전환될 수 있다.

위와 같은 선 제어(매뉴얼밸브의 유로가 후진 클러치 방향으로 완전히 전환되기 전 전진 클러치를 미리 해방시키는 제어) 후 상기 변속 제어기(10)는, 시프트 모터(45)가 목표 위치에 도달하여 상기 매뉴얼밸브(30)의 유로가 후진 클러치(90) 측으로 완전히 전환되면, 그 시점부터 상기 전자식 유압제어밸브(20)를 통해 후진 클러치(90)에 대한 체결(Apply)제어를 수행할 수 있다.

반대로, R단에서 D단 변속 시(R→D 변속) 변속 제어기(10)는 상기 변속이행시간(변속 조작이 감지된 시점부터 시프트 모터(45)가 구동되어 목표단으로 변속을 위한 기계적인 체결 상태가 만들어지기까지의 시간) 동안 현재 체결되어 있는 후진 클러치(90)의 유압을 낮추기 위한 지령을 상기 전자식 유압제어밸브(20)에 인가할 수 있으며, 이로 인해 후진 클러치(90)가 해방(Release)될 수 있다.

변속이행시간 동안 행해지는 위와 같은 해방 측 클러치에 대한 유압제어(유압을 낮추는 제어)로 후진 클러치(90)는 완전히 또는 부분적으로 해방될 수 있으며, 부분적으로 해방된 경우 나머지 유압은 매뉴얼밸브(30)가 목표 위치(후진 클러치 유로를 개방시키는 위치)로 완전히 전환되고 나서 개방되는 드레인 유로를 통해 해소되므로 후진 클러치(90)는 이후 완전히 해방 측으로 전환될 수 있다.

위와 같은 선 제어(매뉴얼밸브의 유로가 전진 클러치 방향으로 완전히 전환되기 전 후진 클러치를 미리 해방시키는 제어) 후에도 변속 제어기(10)는, 시프트 모터(45)가 목표 위치에 도달하여 상기 매뉴얼밸브(30)의 유로가 전진 클러치(80) 측으로 완전히 전환되면, 그 시점부터 상기 전자식 유압제어밸브(20)를 통해 전진 클러치(80)에 대한 체결(Apply)제어를 수행할 수 있다.

한편, D단에서 R단 또는 R단에서 D단 변속 시 상기 변속이행시간 동안 현재단 클러치(전진 클러치(80) 또는 후진 클러치(90))의 유압을 미리 낮춰 해방(Release)제어를 수행함에 있어서는, 현재단 클러치의 유압을 한번에 목표 해방 유압까지 낮추기 보다는 목표하는 해방 유압까지 단계적으로 낮추는 제어를 수행함으로써 변속 과정에서 충격이 발생하지 않도록 하는 것이 좋다.

이하, 상기와 같은 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속 차량의 클러치 제어 장치의 변속 제어기에 의해 수행되는 무단 변속기 차량의 클러치 제어 과정을 도면을 참조하여 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 전술한 도 1에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.

D단에서 R단 변속 시(D→R 변속) 변속 제어기에 의해 수행되는 클러치 제어 과정부터 먼저 살펴보기로 한다.

도 2는 D단에서 R단 변속 시 클러치 제어를 위한 일련의 과정을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 변속 제어기(10)는 먼저 인히비터 스위치(46)의 신호로부터 현재 변속 위치가 D단인지 확인한다(S100). 확인 결과, 현재 변속 위치가 D단이면, 그 상태에서 R단으로 변속 이행을 위한 변속 조작이 입력되었는지 시프트 센서(43)의 신호를 이용하여 모니터링을 하게 된다(S200). 즉 전술한 전자식 변속 시프터(42)가 D→R단으로 바뀌었는지 시프트 센서(43)의 신호를 이용하여 감시한다.

만약, 상기 S100 단계에서 현재 변속 위치가 D단 외에 다른 변속 위치에 있으면 프로세스를 종료하고, S200 단계에서 전자식 변속 시프터(42)를 통해 변속 조작은 감지되었으나 변속 조작에 따른 목표 변속 위치가 R단이 아니면 상기 S100 단계로 돌아간다. 이와는 달리, 현재 변속 위치가 D단이고 목표 변속 위치가 R단이면 클러치 제어모드로 전환을 한다(S300).

클러치 제어모드로 전환 후, 변속 제어기(10)는 R단 변속 조작이 감지된 시점, 즉 시프트 센서(43)가 R단 조작을 감지한 시점부터 시프트 모터(45)가 목표 위치(후진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 설정된 지령치로 전자식 유압제어밸브(20)를 제어하여 현재 체결되어 있는 전진 클러치(80)의 압력을 낮추는 전진 클러치(80) 해방(Release)제어를 수행한다(S400).

이후, 인히비터 스위치(46)가 실시간 출력하는 신호로부터 상기 시프트 모터(45)의 회전 위치가 상기 목표 위치(후진 클러치(90)를 체결시키는 위치)에 도달했는지 감시하고(S500), 시프트 모터(45)의 회전 위치가 상기 목표 위치에 도달하면 그 시점부터 상기 전자식 유압제어밸브(20)를 통해 후진 클러치(90)에 대한 체결(Apply)제어를 수행하게 된다(S600).

도 3은 도 2와는 반대로 R단에서 D단 변속 시 클러치 제어를 위한 일련의 과정을 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 변속 제어기(10)는 먼저 인히비터 스위치(46)의 신호로부터 현재 변속 위치가 R단인지 확인한다(S100'). 확인 결과, 현재 변속 위치가 R단이면, 그 상태에서 D단으로 변속 이행을 위한 변속 조작이 입력되었는지 시프트 센서(43)의 신호를 이용하여 모니터링을 하게 된다(S200'). 즉 전자식 변속 시프터(42)가 D→R단으로 바뀌었는지 시프트 센서(43)의 신호를 이용하여 감시한다.

만약, 상기 S100' 단계에서 현재 변속 위치가 R단 외에 다른 변속 위치에 있으면 프로세스를 종료하고, S200' 단계에서 전자식 변속 시프터(42)를 통해 변속 조작은 감지되었으나 변속 조작에 따른 목표 변속 위치가 D단이 아니면 상기 S100' 단계로 돌아간다. 이와는 달리, 현재 변속 위치가 R단이고 목표 변속 위치가 D단이면 클러치 제어모드로 전환을 한다(S300').

클러치 제어모드로 전환 후, 변속 제어기(10)는 D단 변속 조작이 감지된 시점, 즉 시프트 센서(43)가 D단 조작을 감지한 시점부터 시프트 모터(45)가 목표 위치(전진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 설정된 지령치로 전자식 유압제어밸브(20)를 제어하여 현재 체결되어 있는 후진 클러치(90)의 압력을 낮추는 후진 클러치(90) 해방(Release)제어를 수행한다(S400').

이후, 인히비터 스위치(46)가 실시간 출력하는 신호로부터 상기 시프트 모터(45)의 회전 위치가 상기 목표 위치(전진 클러치(80)를 체결시키는 위치)에 도달했는지 감시하고(S500'), 시프트 모터(45)의 회전 위치가 상기 목표 위치에 도달하면 그 시점부터 상기 전자식 유압제어밸브(20)를 통해 전진 클러치(80)에 대한 체결(Apply)제어를 수행하게 된다(S600').

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 의하면, 전자식 변속 시프터를 통해 D단에서 R단 또는 R단에서 D단으로 변속 이행 요청이 입력되면, 변속 이행 요청이 입력된 시점부터 목표단(R단 또는 D단)에 매칭되는 기계적인 체결 상태가 만들어지기까지의 시간(변속이행시간) 동안 현재단 클러치에 대한 해방(Release)제어를 미리 수행한다.

그 결과, 유압 액추에이터 하나로 전진 클러치와 후진 클러치의 체결(Apply)과 해방(Release)을 제어하는 무단 변속기 차량에서 발생하는 문제, 즉 변속 응답성 저하나 변속감 튜닝의 자유도가 낮다는 문제를 개선할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 변속 제어기
20 : 전자식 유압제어밸브
30 : 매뉴얼밸브
32 : 스풀
40 : 전자식 변속 시스템
42 : 전자식 변속 시프터
43 : 시프트 센서
44 : 모터 제어기
45 :시프트 모터
46 : 인히비터 스위치
47 : 디텐트 플레이트
50 : 엔진
60 : 토크 컨버터
70 : 베리에이터
80 : 전진 클러치
90 : 후진 클러치

Claims

전자식 변속 시스템(SBW, Shift By Wire)이 적용된 무단 변속기(CVT) 차량의 전진 클러치와 후진 클러치의 동작을 제어하기 위한 장치로서,
엔진 제어기와 협조하여 상기 무단 변속기의 기어비를 제어하는 변속 제어기;
전자식 변속 시프터 조작 시 조작 위치에 따라 상응하는 전기신호를 출력하는 시프트 센서;
상기 시프트 센서의 출력을 바탕으로 목표 변속 위치를 인식하고, 인식된 목표 변속 위치로의 변속 이행을 위해 시프트 모터의 동작을 제어하는 모터 제어기;
상기 시프트 모터와 동기화된 회전 운동을 하는 디텐트 플레이트에 기구적으로 연동 가능하게 연결되어 목표 변속단 체결을 위해 유로를 전환하는 매뉴얼밸브;
상기 시프트 모터와 매뉴얼밸브 사이에 설치되며 상기 시프트 모터 또는 디텐트 플레이트의 움직임으로부터 현재 변속 위치를 검출하는 인히비터 스위치; 및
상기 변속 제어기의 지령에 따라 상기 전진 클러치 또는 후진 클러치의 유압을 조절하는 전자식 유압제어밸브;를 포함하며,
D단에서 R단 또는 R단에서 D단 변속 시 상기 시프트 센서가 변속 조작을 감지한 시점부터 상기 시프트 센서의 출력에 기초한 모터 제어기의 통제로 상기 시프트 모터의 회전 위치가 목표 위치에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 상기 전자식 유압제어밸브가 상기 변속 제어기의 지령에 따라 먼저 동작하여 현재단 클러치의 유압을 낮춰 현재단 클러치를 해방(Release)시키는 것을 특징으로 하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 변속 제어기는 D단에서 R단 변속 시 상기 변속이행시간 동안 현재 체결되어 있는 전진 클러치의 유압을 낮추기 위한 지령을 상기 전자식 유압제어밸브에 인가하는 것을 특징으로 하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 변속 제어기는 시프트 모터가 목표 위치에 도달하여 상기 매뉴얼밸브의 유로가 후진 클러치 측에 전환된 시점부터 상기 후진 클러치에 대한 체결(Apply)제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 변속 제어기는 R단에서 D단 변속 시 상기 변속이행시간 동안 현재 체결되어 있는 후진 클러치의 유압을 낮추기 위한 지령을 상기 전자식 유압제어밸브에 인가하는 것을 특징으로 하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 변속 제어기는 시프트 모터가 목표 위치에 도달하여 상기 매뉴얼밸브의 유로가 전진 클러치 측에 전환된 시점부터 상기 전진 클러치에 대한 체결(Apply)제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 변속 제어기는 D단에서 R단 또는 R단에서 D단 변속 시 상기 변속이행시간 동안 현재단 클러치(현재 체결되어 있는 클러치)의 유압을 단계적으로 낮춰 현재단 클러치를 해방(Release)시키는 것을 특징으로 하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 장치.
전자식 변속 시스템(SBW, Shift By Wire)이 적용된 무단 변속기(CVT) 차량의 전진 클러치와 후진 클러치의 동작을 제어하기 위한 방법으로서,
(a) 인히비터 스위치의 신호로부터 현재 변속 위치가 D단인지 확인하는 단계;
(b) 현재 변속 위치가 D단인 상태에서 R단으로 변속 이행을 위한 변속 조작이 입력되었는지 시프트 센서의 신호를 이용하여 모니터링 하는 단계;
(c) 현재 변속 위치가 D단이고 목표 변속 위치가 R단이면 클러치 제어모드로 전환하는 단계; 및
(d) R단 변속 조작이 감지된 시점부터 시프트 모터가 목표 위치(후진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 전자식 유압제어밸브를 통해 현재 체결되어 있는 전진 클러치의 압력을 낮추는 단계;를 포함하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 방법.
제 7 항에 있어서,
(e) 인히비터 스위치가 실시간 출력하는 신호로부터 상기 시프트 모터의 회전 위치가 상기 목표 위치(후진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달했는지 감시하는 단계; 및
(f) 시프트 모터의 회전 위치가 상기 목표 위치(후진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달한 시점부터 후진 클러치에 대한 체결(Apply)제어를 수행하는 단계;를 더 포함하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 방법.
전자식 변속 시스템(SBW, Shift By Wire)이 적용된 무단 변속기(CVT) 차량의 전진 클러치와 후진 클러치의 동작을 제어하기 위한 방법으로서,
(a') 인히비터 스위치의 신호로부터 현재 변속 위치가 R단인지 확인하는 단계;
(b') 현재 변속 위치가 R단인 상태에서 D단으로 변속 이행을 위한 변속 조작이 입력되었는지 시프트 센서의 신호를 이용하여 모니터링 하는 단계;
(c') 현재 변속 위치가 R단이고 목표 변속 위치가 D단이면 클러치 제어모드로 전환하는 단계; 및
(d') D단 변속 조작이 감지된 시점부터 시프트 모터가 목표 위치(전진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달하기까지의 변속이행시간 동안, 전자식 유압제어밸브를 통해 현재 체결되어 있는 후진 클러치의 압력을 낮추는 단계;를 포함하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
(e') 인히비터 스위치가 실시간 출력하는 신호로부터 상기 시프트 모터의 회전 위치가 상기 목표 위치(전진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달했는지 감시하는 단계; 및
(f') 시프트 모터의 회전 위치가 상기 목표 위치(전진 클러치를 체결시키는 위치)에 도달한 시점부터 전진 클러치에 대한 체결(Apply)제어를 수행하는 단계;를 더 포함하는 전자식 변속 시스템이 적용된 무단 변속기 차량의 클러치 제어 방법.