KR940001995B1 - 변속기의 전진/후진 작동용 서어보 조절장치 - Google Patents

변속기의 전진/후진 작동용 서어보 조절장치 Download PDF

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테오도르 니쯔 래리
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새턴 코포레이션
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Abstract

내용 없음.

Description

변속기의 전진/후진 작동용 서어보 조절장치
제1도는 변속기어장치의 일부분과 서어보조절장치 및, 전기-유압식 제어장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.
제2도는 변속제어 장치가 제1도와는 다른 위치에 표시된 것을 도시한 단면도.
제3도 내지 제6도는 작동유체의 압력을 제어하고, 변속기의 제어기능을 수행하도록 된 마이크로 프로세서의 처리순서 일부분을 도시한 블럭다이어 그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 서어보 조절장치 12 : 하우징(housing)
16 : 피스톤 18 : 스프링
30 : 시프트 포크(shift fork) 36 : 제1유체실
42 : 제2유체실 44 : 제3유체실
62 : 변속기축 66 : 전진용 기어
70 : 후진용 기어 84 : 후진변속신호통로
94 : 마찰클러치 100 : 배관압력조절밸브
104 : 솔레노이드 밸브 108 : 마이크로프로세서
본 발명은 서어보 기계장치에 관한 것으로, 보다 상세히는, 전진 속도비와 후진 속도비사이에서 변속기의 작동을 제어하는 서어보 조절장치에 관한 것이다.
자동변속 장치로서 역전축(逆轉軸, countershaft)을 사용하는 변속장치가 점점 증대되고 있다. 공지된 바와같이, 상기 방식의 변속장치는 싱크로나이저(synchronizer)방식의 클러치가 유압작동방식의 클러치로 대체된 수동변속장치와 구조적으로 매우 유사하다. 상기 시스템에서 기계적인 작동방식으로 남아있는 하나의 클러치는 전진작동 또는 후진 작동도중에 최저단(lowest)의 전진속도비 기어와 출력축(output shaft)사이에서, 그리고 후진 속도비기어와 이에 맞물리는 공전기어(idler)사이에서 구동연결수단을 이루도록 사용된다. 또한, 상기와 같은 클러치는 일반적으로 도그(Dog) 또는 죠우(Jaw)형 클러치로 구성되고 싱크로나이저를 포함하고 있지 않다. 따라서, 상기 기어와 축이 동일속도로서 회전하거나, 고정된다는 것은 중요하다. 종래기술에 따른 예(example)가 미국특허 제3,557,918호에 개시되어 있다. 본발명에 따른 전진/후진 작동용 서어보 조절장치는 청구범위 제1항이 특징부에 기재된 구성을 특징으로 한다.
본발명은 상기 변속기 축과 후진기어부재사이에서 상기 기계적으로 작동하는 클러치가 맞물리기전에, 변속기축과 후진기어부재사이에서 최소한의 속도 편차(minium speed differential)가 발생하도록된 제어 시스템과, 기계적인 전진/후진 작동용 클러치 장치를 제공한다.
일반적인 변속제어 장치의 구조는 상기 기계적으로 작동되는 클러치의 일부분에 연결되어 클러치의 변속작동을 제어하는 서어보 부재(servo member)을 갖추고 있다.
상기 서어보부재는 하우징(housing)과 상호 작용하여 제어된 작동유체의 전달을 위해 선택적으로 배치된 2개의 유체실(fluid chamber)을 제공하는 피스톤을 갖추고 있다.
전진선택 위치에서는, 상기 2개의 유체실이 서로 분리되고, 후진 선택위치에서는, 서로 연결된다. 또한 상기 서어보 부재는 충분한 선팽창력(precompression)을 갖춘 스프링에 의해서 전진 선택위치로 편향되어, 상기 유체실중의 어느하나에 채워진 유체의 압력이 필요한 임계치 수준(threshold level)이상으로 증가되기전에는 후진 선택위치로 피스톤이 이동되는 것을 저지하고 있다.
상기 유체실로 공급된 유압은 마이크로 프로세서(microprocessor)와, 배관 압력조절기를 갖춘 전기-유압식 제어시스템(electro-hydraulic control system)에 의하여 제공된다. 상기 마이크로프로세서는 엔진속도, 엔진토오크(engin torque) 및 차량속도 등과 같은 차량의 다양한 매개변수(parameter)를 평가(evaluate)한다. 이와같은 매개변수들은 마이크로 프로세서에 의해 처리되어 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브로 전압신호(voltage signal)를 설정함으로서 상기 신호의 듀티사이클(duty cycle)에 따라 변속기의 유압작동부품(component)에 대한 배관 압력을 제어한다.
만일, 예를 들어서 차량의 속도가 일정치 이상이고, 전진으로부터 후진으로의 변속작동이 운전자에 의해 지시된다면, 배관 압력이 충분하지 못하게 되어 피스톤을 상기 스프링을 향해 밀어 이동시키지 못하게 된다. 따라서, 전진/후진 변속작동은 발생되지 않게 되고, 일반적으로 변속기가 여러가지 마찰클러치를 해제하여 중립상태(neutral)에 위치된다.
공지된 바와같이, 상기 마이크로 프로세서는 연속적으로 상기 작동 매개변수와 작동요구사항을 검지하여 차량의 속도가 임계치수준(threshold value)이하로 감소될 때, 배관압력이 충분한 크기로 증대되어 상기 피스톤을 후진선택위치로 이동시키고, 따라서 선택적으로 변속기축을 후진기어와 결합시킨다. 상기 후진선택위치가 확보된 후에, 상기 2개의 유체실은 서로 연통되고, 두번째 유체실 내의 유압이 마찰클러치와 제어벨브로 전달되어 마찰클러치를 결합시킴으로서 변속기가 후진 구동조작을 수행하게 된다.
본발명의 목적은 적어도 하나의 차량 작동용 매개변수가 소정의 임계치(threshold value)이상일 경우에는 전진 속도로부터 후진으로의 변속작동이 불가능하도록 된 개선된 전진/후진 작동용 서어보 조절장치를 제공함에 있다. 그리고, 본발명의 다른 목적은 복수개의 영역(area)이 형성된 피스톤을 갖추고, 상기 영역중의 어느하나가 적어도 2개의 입력수준(pressure level)에 따라 제어되는 배관 압력에 연결되며, 상기 2개의 압력수준중의 하나는 피스톤의 이동을 발생시킬수 있는 정도로 충분히 크지 않고, 다른 하나는 피스톤의 이동을 발생시킬수 있는 정도로 충분히 크며, 상기 배관압력의 수준은 소정의 임계치가 출현(出現)할때가지 상기 배관압력을 낮은 수준으로 유지하는 차량작동 매개변수에 의해 제어되는 개선된 전진/후진 서어보 조절장치를 제공함에 있다.
이하, 본발명을 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
제1도 및 제2도에는 전진/후진 작동용 서어보 조절장치(이하, 서어보 조절장치라함)가 참조부호 10으로 도시되고, 케이싱(casing) 또는 하우징(housing)(12), 단부커버(14), 피스톤(16) 및 압축스프링(18)을 갖추고 있다.
피스톤(16)은 하우징(12)내에 활주가능토록 위치되고, 상기 하우징(12)과 단부커버(14)사이에서 압축된 상태로 위치되는 스프링(18)에 의해 제1도에 도시된 바와 같이 우측으로 치우쳐 있다.
피스톤(16)은 3개의 원주면(20), (22), (24)을 갖추고 있다. 원주면(20)은 하우징(12)에 형성된 구멍(26)내에 활주가능하고 밀봉가능토록 끼워지고, 나사고정구(32)에 의해 시프트포크(shift fork)(30)와 결합된 피스톤 로드(28)의 외주면을 형성한다. 상기 원주면(22)은 하우징(12)에 형성된 내주면(34)내에 밀봉 가능토록 결합되고, 제1유체실(36)을 형성하게 된다. 상기 원주면(24)은 하우징(12)에 형성된 내주면(40)과 상호작용하여 제2유체실(42)과 제3유체실(44)을 형성하는 밀봉부재(38)을 갖추고 있다. 상기 제2유체실(42)은 제1유체실(36)과 함께 피스톤(16)의 일측방향으로 동일하게 형성되고, 제3유체실은 피스톤(16)의 반대측 방향으로 형성된다.
상기 원주면(22)은 방사형 통로(46), 축방향통로(48) 및 다른 방사형 통로(50)와 연통된다. 상기 방사형통로(50)는 제1도에 도시된 위치와 같이 개방(open)되어 제2유체실(42)내의 유압을 배출하도록 된다.
제2도에는 상기 방사형 통로(50)가 원주면(20) 및 구멍(26)사이의 밀봉 결합구조에 의해 밀봉되어 있다.
실제로, 원주면(22)이 내주면(34)으로부터 밀봉결합상태가 해제되도록 이동될시에도 상기 방사형통로(50)는 대기로부터 차단된 상태로 위치된다.
시프트포크(30)는 내측면(54)에 스플라인(spline)이 형성된 환형(annular) 클러치 슬리브(52)에 작동가능토록 연결된다. 상기 스플라인이 형성된 내측면(54)은 클러치 허브(clutch hub)(58)의 스플라인이 형성된 외주면(56)과 연속적으로 맞물리고, 스플라인 연결장치(60)를 통해 변속기축(62)과 작동가능토록 연결된다. 또한, 상기 클러치슬리브(52)의 스플라인이 형성된 내측면(54)은 제1도에 도시된 바와 같이, 전진용 기어(66)에 형성된 스플라인(64)과, 그리고 제2도에 도시된 바와같이 후진용기어(70)에 형성된 스플라인(68)에 선택적으로 결합가능하다. 상기 전진 및 후진용 기어(66), (70)는 각각 베어링 부재(72), (74)에 의하여 변속기축(62)에 회전가능토록 지지된다.
상기에서, 전진용 기어(66)는 변속기축(62)에, 상기 서어보조절장치(10)가 제1도에 도시된 바와같은 전진선택위치에 있을때, 구동되도록 연결됨을 알수 있다. 또한, 이러한 위치에서는 후진용기어(70)가, 변속기축(62)에서 자유롭게 공전(空轉)된다는 것을 알수 있다. 그리고, 상기 서어보 조절장치(10)가 제2도에 도시된 바와같이, 후진 선택위치로 이동된 때에는 상기 후진용기어(70)가 변속기 축(62)에 구동되도록 연결되고, 전진용기어(66)가 변속기 축(62)에서 자유롭게 공전된다는 것도 명백히 알 수 있다.
상기 전진 및 후진용 기어(66), (70)는 각각, 그리고 클러치 허브(58)는 슬리브 샤프트(sleeve shaft)(80)와 베어링(82)사이에 각각 위치된 한쌍의 트러스트 베어링(thrust bearing)(76), (78)에 의해 변속기축(62)상에서 축방향의 위치가 조절된다.
상기 제1유체실(36)은 후진 변속신호통로(reverse shift signal passage)(84)와 연통되어 종래의 변속조절기(86)로부터 전달되는 선택신호를 받는다. 상기 제2유체실(42)은 일방향(one-way) 또는 체크밸브(check valve)(90)를 통해 클러치 밸브통로(92)와 연통되는 클러치 충진통로(clutch fill passage)(88)에 연통되어 있다. 클러치 밸브통로(92)는 선택적으로 가압(加壓) 작동되어 종래의 유압작동식 마찰클러치(94)의 결합작동을 제어한다. 마찰클러치(94)내의 유압은 종래의 펄스-폭-변조기(pulse-width-modulator)방식의 솔레노이드 밸브(solenoid valve)(96)에 의해서 제어된다.
체크밸브(90)는 작동유체가 클러치 밸브 통로(92)로부터 피스톤 로드(28)의 통로를 통하여, 상기 전진 선택위치가 설정(設定)될 때, 배출되지 않도록 작동된다. 따라서, 마찰클러치(94)는 전진속도비(forward ratio)에도 사용될수 있다.
상기 제3유체실(44)는 통로(98)와 연통되어 변속조절기(86)와, 적어도 제1단 또는 최저(最低)단의 전진속도 변속작동에 의해서 가압된다. 변속조절기(86)는 배관 압력조절밸브(100)를 통하여 종래의 용적형 펌프(positive displacement pump)(102)로부터 공급되는 유압을 받는다. 상기 배관압력조절밸브(100)는 종래의 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브(104)(PWM)에 의해 제어되는 공지의 밸브이고, 변속 조절기(86)와 연결된 통로(106)의 압력수준(pressure level)을 제어한다. 상기 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브(96), (104)는 종래의 마이크로 프로세서 또는 디지털 컴퓨터(Digital computer)(108)에 의해 제어된다. 마이크로 프로세서(108)는 차량속도(110), 엔진속도(112), 엔진토오크(engine torque)(114) 및 작동온도(116)등과 같은 입력신호를 받기에 매우 유용하다. 또한, 마이크로 프로세서(108)에 의해 실행되는 프로그램(program)에 따라서 여러 가지 다른 차량의 매개변수(parameter)등이 입력될 수 있다.
공지된 바와같이, 마이크로 프로세서(108)는, 상기 프로그램과, 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브(104), (96)를 제어하는데 활용될 수 있는 입력신호에 따라서, 변속제어기능을 갖춘 다양한 여러가지 출력신호를 제공하기에도 적합하다.
그리고, 상기 마이크로 프로세서(108)는 배관 압력제어 밸브(100)를 제어하여 통로(106)와 후진변속신호 통로(84)에 적어도 2개의 다른 압력수준을 설정한다.
보기(example)로서, 후진 변속신호통로(84)내의 압력수준은 450kpa의 낮은 수준에서, 그리고 900kpa의 높은 수준에서 제어될 수 있다. 상기 낮은 수준에서, 제1유체실(36)의 유압은 스프링(18)의 선압축력(precompression force)을 극복할 수 있는 정도로 충분하지 못하여 제1도에 도시된 바와같이, 서어보 조절장치(10)가 전진선택위치에 남아 있게 된다. 그러나, 후진 변속신호통로(84)내의 압력수준이 높은 수준에 있을때에는, 제1유체실(36)내의 유압이 충분히 크게 되어 서어보 조절장치(10)를 제1도의 전진 선택위치로부터 제2도의 후진 선택위치로 이동시키게 된다.
원주면(22)이 내주면(34)과 분리되면, 제1유체실(36)내의 작동유체는 제2유체실(42)내의 유체와 합쳐지게 되고, 클러치 충진 통로(88)와 클러치 밸브통로(92)를 통하여 마찰클러치(94)로 전달된다. 상기 마찰클러치(94)는 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브(96)에 의해 설정된 압력수준에서 차례로, 선택적으로 맞물리게 된다 상기 원주면(22)의 내주면(34)과 분리되고, 제1유체실(36) 및 제2유체실(42)이 서로 합쳐지면, 후진변속신호 통로(84)내의 유압은, 상기 제1 및 제2유체실(36), (42)의 합쳐진 영역(area)이 낮은 압력수준에서 스프링(18)의 작용력을 충분히 견들수 있게 때문에 필요한 경우에는 낮은 수준의 압력까지 저하될 수 있다. 후진 변속 신호통로(84)내의 압력수준은, 자동차의 운전자가 전진 속도로부터 후진으로 변속작동을 요구하는 경우, 운전자의 명령이 수행되지 않는, 즉, 임의의 차량 매개변수들이 소정의 임계치(threshold) 이하로 유지되지 않으면 수행되지 않도록 제어된다. 마이크로 프로세서(108)는 프로그램에 따라 작동되어 통로(106)과 후진 변속신호통로(84)내의 압력수준을 제어한다.
상기 마이크로 프로세서(108)에 대한 논리연산(algorithm)의 처리순서가 제3도 내지 제6도에 도시되어 있다.
제3도에 도시된 바와같이, 마이크로 프로세서는 시점(단계200)에서 시스템내의 여러가지 매개변수에 대하여 다양한 상수(constant)를 설정하는 초기화(initialization)작업을 실행한다. 다음, 단계(202)에서 상기 입력신호를 평가(evaluate)하거나 응답(interrogate)하고, 단계(204)에서 여러가지 매개변수들을 계산처리한다.
다음, 상기 마이크로 프로세서(108)는 단계(206)에서 속도비의 변화등을 요구하는 것과같은 운전자의 명령을 평가(evalute)한다. 상기 명령의 평가치를 따라서, 마이크로 프로세서(108)는 단계(208)에서 작동 클러치에 대한 압력수준을 설정하고, 단계(210)에서 원하는 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브(96), (104)를 구동함으로서 상기 압력수준을 제공한다. 이러한 처리작동은 종래의 검지 신호(interrupt basis)에 의해 일정기간 반복처리된다.
만일, 단계(206)에서 운전자로부터 변속작동이 지시되면, 마이크로프로세서(108)는 제4도에 도시된 프로그램처리 단계를 실행하여, 상기 변속명령이 전진속도에서 후진으로 변속됨을 요구하는 지를 결정한다. 또한, 상기 처리단계는 변속작동이 진행중인지를 단계(212)에서 결정하고, 만일 변속작동이 진행되지 않는다고 결정되면, 단계(214)에서 상기 요구되는 기어가 실제로 사용되고 있는지의 여부가 결정된다, 만일 실제로 사용되고 있다면, 제4도의 처리회로로 부터 출력된다. 만일, 실제로 사용되고 있지 않다면, 요구되는 기어의 판독이 재설정(reset)되고, 진행플래그(progress flag)에 변속작동이 설정되며, 타이머(timer)가 단계(216)에서 클리어(clear)된다. 다음, 상기 단계(212)에서 변속작동이 진행중일 경우에는, 단계(218)에서 후진으로 변속작동이 요구되는지를 결정한다. 만일, 아니면, 단계(220)에서 가속변속(upshift)/감속변속(downshift)이 수행되는 논리 및 제어 회로(logic and control sequence)를 지나 제4도의 처리회로로부터 출력된다.
만일, 전진속도로부터 후진으로의 변속명령이 존재하는 경우에는 마이크로 프로세서가 단계(222)에서 제5도에 도시된 바와같이 제어처리를 실행한다.
제5도에 도시된 바와같이, 마이크로 프로세서(108)는 차량의 속도가 실제로 임계치 이하에 있는지를 단계(224)에서 평가한다. 만일 상기 차량의 속도가 임계치 이상이라면, 마이크로 프로세서는 후진 방지 플래그(reverse inhibit flag)를 단계(226)에서 설정하고, 단계(228)에서 변속기내의 중립상태(neutral condition)를 명령한다. 다음, 마이크로 프로세서(108)는 제6도에 도시된 바와 같이 단계(230)에서 후진방지 플래그 설정의 명령을 수행하고, 단계(232)에서 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브(96)가 "0" 또는 배출압력수준(exhaust pressure level)을 설정하며, 단계(234)에서 상기 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브(104)가 통로(106)에서 낮은 수준의 압력을 설정한다. 그리고, 마이크로 프로세서(108)는 제3도에 도시된 처리단계를 완료하고, 상기 시스템을 재-평가(re-evaluate)하도록 진행한다.
만일, 단계(218)에서 운전자가 전진으로부터 후진으로 변속작동이 지시되고, 단계(224)에서 차량의 속도가 임계치 이하로 감소되면, 마이크로 프로세서(108)가 제5도에 도시된 단계(236) 이하를 수행한다. 상기 단계(236)에서는 방향(후진) 플래그가 설정되고, 단계(238)에서 후진 방지 플래그가 소거(clear)되며, 단계(240)에서 후진 변속작동에 대한 명령이 설정된다. 이러한 조건으로서, 마이크로 프로세서(108)는 제6도에 도시된 처리단계를 수행하며, 단계(242)에서 정상적인 클러치 압력제어와, 단계(244)에서 배관압력을 평가하여 통로(106)와 후진 변속신호통로(84)내에 보다 높은 수준의 압력수준을 초래하게 된다. 또한, 마이크로프로세서(108)는 상기 펄스-폭-변조방식의 솔레노이드 밸브(96), (104)의 듀티 사이클(duty cycle)을 조절하여 전진에서 후진으로의 변속작동이 발생된다.
상기 설명된 처리작동에 따라서, 클러치 슬리브(52)와 후진기어(70) 사이의 스프라인 연결장치는 전진으로부터 후진으로 변속작동을 수행중에 서어보 조절장치(10)가 자동차의 적절한 매개 변수들이 출현될때까지 변속작동을 방지하기 때문에, 현저한 충격하중을 받지 않게된다.

Claims (3)

  1. 변속기 축(62); 전진용 기어(66); 후진용기어(70); 상기 전진용 기어를 상기 변속기축과 연결시키는 제1위치와, 상기 후진용 기어를 변속기축에 연결시키는 제2위치로 이동가능한 시프트포크(30)를 갖춘 클러치 수단(52, 58); 상기 제1위치와 제2위치 사이에서 시크트포크의 이동을 제어하는 유압작동식 피스톤(16); 및, 상기 피스톤을 수용하고, 피스톤과 상호작용하여 피스톤의 일측에 제1유체실(36)과, 제2유체실(42)을 형성하는 하우징수단(12, 14); 을 포함하는 변속장치에 사용되는 전진/후진 작동용 서어보 조절장치에 있어서, 상기 하우징 수단과 피스톤 사이에 위치되어 상기 시프트포크를 제1위치로 이동시키고, 상기 피스톤이 하우징 수단내에서 상기 제1유체실이 제2유체실과는 분리, 밀봉된 상태로 위치되도록 피스톤을 밀어주는 스프링 수단(18); 과, 상기 제1유체실에 선택적으로 연결되어, 상기 피스톤을 스프링 수단에 대하여 밀어주기에 충분하지 못한 제1압력수준 및, 상기 피스톤을 스프링수단에 대하여 밀어주는 시프트포크를 상기 제2위치로 이동시키고 상기 제1 및 제2유체실 사이에서 작동유체가 합쳐지기에 충분한 제2압력 수준으로 제어되는 유압을 제공하고, 상기 제1압력 수준이 상기 피스톤과 시프트포크를 제2위치에 충분히 유지시킬수 있도록 하는 유압 공급 수단(100, 102); 을 포함함을 특징으로 하는 변속기의 전진/후진 작동용 서어보 조절장치.
  2. 제1항에 있어서, 후진 속도비를 설정하는 유압작동식 클러치수단(94); 상기 유압작동식 클러치수단과 연결된 제2유체실(42); 을 추가로 포함하고, 상기 유압작동식 클러치수단은 제2유체실을 통해 제1유체실(36)로부터 공급된 유압에 의해 결합작동됨을 특징으로 하는 변속기의 전진/후진 작동용 서어보 조절장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징 수단(12, 14)은 상기 피스톤(16)과 상호 작용하여 상기 제1 및 제2유체실(36, 42)과는 다른 피스톤의 반대측에 제3유체실(44)을 형성하고; 상기 유압공급수단은 상기 제3유체실과 선택적으로 연결되어 조절된 압력을 제공함으로서 상기 스프링 수단(18)이 피스톤과 시프트포크(30)를 상기 제1위치로 이동시키도록 도움을 주는 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 변속기의 전진/후진 작동용 서어보 조절장치.
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