WO2015137670A1 - 자동화 수동변속기의 변속 제어방법 및 장치 - Google Patents

자동화 수동변속기의 변속 제어방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 변속기 내에 구비된 단속기구를 변속을 실시할 변속단기어를 향해 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 시도하는 변속시도단계; 상기 변속시도단계에서 상기 단속기구가 해당 변속단기어에 치합되지 못하여 변속에 실패하는 경우, 축을 회전시켜 상기 단속기구를 일정 회전변위의 구간 내에서 함께 회전시키는 회전단계; 및 상기 변속단기어를 향해 단속기구를 축방향으로 다시 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 재시도하는 변속재시도단계;를 포함하여 구성되는 자동화 수동변속기의 변속 제어방법 및 장치가 소개된다.

Description

자동화 수동변속기의 변속 제어방법 및 장치
본 발명은 자동화 수동변속기의 변속 제어에 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 기어의 변속 실패시, 비교적 큰 이너셔를 갖는 입력축을 소정 회전구간으로 회전시켜 작은 시프트력으로 기어의 변속 조작이 가능하도록 한 자동화 수동변속기의 변속 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 수동변속 메커니즘에 사용되는 동기치합식 변속기구는 변속레버의 조작력을 변속조작기구를 통해 전달받아 입력축과 출력축에 마련된 변속단기어짝의 회전속도를 동기화시킨 후, 이어서 해당 기어짝이 치합되도록 함으로써, 변속 충격을 방지하는 역할을 한다.
즉, 변속레버가 조작되면, 슬리브가 해당 변속단기어 쪽으로 밀려지면서 싱크로나이저링의 마찰면과 변속단기어의 마찰면이 서로 마찰되어 동기화가 완료되며, 이어서 슬리브가 변속단기어 측으로 더 밀려지면 슬리브에 형성된 시프트기어가 싱크로나이저링의 싱크론기어 및 변속단기어의 클러치기어와 치합되어 변속이 이루어지게 된다.
한편, 자동화된 수동변속기가 탑재된 하이브리드 차량의 경우, 기어의 변속이 액추에이터에 의해 이루어지게 되는데, 입력축에 설치된 클러치 파트와, 구동모터는 출발시 액추에이터에 의한 기어 시프팅 동작에서 큰 이너셔로 작용되어 액추에이터의 상당한 시프트력을 필요로 하게 된다.
즉, 슬리브에 형성된 시프트기어와, 변속단기어에 형성된 클러치기어의 원활한 치합을 위해선 입력축의 이너셔가 작거나, 상기한 이너셔를 이기고 시프팅 조작할 수 있는 액추에이터의 시프트력을 필요로 하게 된다.
그런데, 기어의 변속과정에서 시프트기어의 끝부분과 클러치기어의 끝부분이 서로 마주하여 부딪히는 경우, 액추에이터의 시프트력이 이를 이겨낼 수 있는 힘보다 작게 되면, 시프트기어가 클러치기어에 치합되지 못하고 그대로 빠져버리는 보킹현상이 발생되는 문제가 있다.
이 같은 문제를 해결하기 위해, 종래에는 슬리브에 형성된 시프트기어 및 클러치기어의 형상을 변경하거나, 기어 액추에이터의 시프트토크를 증대시키는 방안 등이 적용되고 있는데, 이는 하드웨어의 신규설계 및 수동변속기의 사양 이원화로 인해 차량의 원가를 상승시키는 문제가 발생된다.
한편, 종래에 한국 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0003635호의 "수동변속기의 동기장치"가 소개된바 있다.
그러나, 상기한 종래 기술 역시 시프트기어와 클러치기어가 부딪히면서 기어의 변속이 이루어지지 않는 문제를 근본적으로 해결할 수 없는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 기어의 변속 실패시, 비교적 큰 이너셔를 갖는 입력축을 소정 회전구간으로 회전시켜 작은 시프트력으로 기어의 변속 조작이 가능하도록 한 자동화 수동변속기의 변속 제어방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 변속기 내에 구비된 단속기구를 변속을 실시할 변속단기어를 향해 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 시도하는 변속시도단계; 상기 변속시도단계에서 상기 단속기구가 해당 변속단기어에 치합되지 못하여 변속에 실패하는 경우, 축을 회전시켜 상기 단속기구를 일정 회전변위의 구간 내에서 함께 회전시키는 회전단계; 및 상기 변속단기어를 향해 단속기구를 축방향으로 다시 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 재시도하는 변속재시도단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 회전단계에서 회전시키는 축은 입력축이며, 상기 입력축은 단속기구에 형성된 슬리브의 시프트기어가 변속단기어에 형성된 클러치기어들 사이에 위치되도록 하는 회전변위만큼 회전될 수 있다.
상기 회전단계에서는, 클러치의 결합을 통해 엔진의 동력으로 입력축을 회전시킬 수 있다.
상기 회전단계에서는, 상기 입력축에 구동모터 설치시, 상기 구동모터를 작동시켜 입력축을 회전시킬 수 있다.
상기 회전단계는 차량의 정차 상태에서 이루어질 수 있다.
상기 단속기구는 입력축 또는 출력축에 구비되는 동기 치합식 변속기구일 수 있다.
본 발명은, 변속기 내에 구비된 단속기구를 변속을 실시할 변속단기어를 향해 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 시도하며, 상기 변속시도단계에서 상기 단속기구가 해당 변속단기어에 치합되지 못하여 변속에 실패하는 경우, 축을 회전시켜 상기 단속기구를 일정 회전변위의 구간 내에서 함께 회전시키고, 상기 변속단기어를 향해 단속기구를 축방향으로 다시 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 재시도하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 변속단기어와 단속기구의 치합에 의한 변속동작이 단속기구의 시프트기어와 클러치기어의 치간 접촉에 의한 시프트력 부족에 의해 실패하는 경우, 축과 함께 단속기구를 미세하게 회전시킨 후에 상기 변속단기어의 변속을 재실시함으로써, 액추에이터의 작은 시프트력만으로도 슬리브가 클러치기어에 원활하게 치합되어 변속 성능이 향상되며, 또한 일반 수동변속기와 사양을 이원화할 필요가 없어 양산성이 증대되고, 클러치기어 및 시프트기어의 형상 단순화로 부품 생산성 및 가격경쟁력을 확보하는 효과가 있다.
또한, 차량의 출발시, 빠른 기어 치합으로 발진성능 및 상품성이 향상되는 것은 물론, 출발시 잦은 변속 리트라이를 감소시켜 신속한 출발이 가능하고, 변속 리트라이의 감소를 통해 하드웨어의 변형 및 마모를 방지하며, 내구 진행 후에도 좋은 변속감을 유지하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 자동화된 수동변속기의 변속 제어방법의 제어 흐름을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 의한 자동화된 수동변속기의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 자동화된 수동변속기의 변속 제어방법을 실시하기 위한 단속기구의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 자동화된 수동변속기의 변속 제어방법의 제어 흐름을 나타낸 순서도이며, 도 2는 본 발명에 의한 자동화된 수동변속기의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 자동화된 수동변속기의 변속 제어방법을 실시하기 위한 단속기구의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 자동화된 수동변속기의 변속 제어방법은 크게, 변속시도단계(S10)와, 회전단계(S20) 및 변속재시도단계(S30)를 포함하여 구성된다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 변속기 내에 구비된 단속기구(20)를 변속을 실시할 변속단기어(30)를 향해 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어(30)의 변속을 시도하는 변속시도단계(S10); 상기 변속시도단계(S10)에서 상기 단속기구(20)가 해당 변속단기어(30)에 치합되지 못하고 변속에 실패하는 경우, 축을 회전시켜 상기 단속기구(20)를 일정 회전변위의 구간 내에서 함께 회전시키는 회전단계(S20); 및 상기 변속단기어(30)를 향해 단속기구(20)를 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어(30)의 변속을 재시도하는 변속재시도단계(S30);를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 단속기구(20)는 입력축(10) 또는 출력축(11)에 구비될 수 있으며, 또한 상기 단속기구(20)는 동기 치합식 변속기구일 수 있다. 그리고, 상기 단속기구(20)의 이동 조작은 기어 액추에이터에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 도 3과 같이 상기 변속단기어(30) 측으로 이동되는 것은 단속기구(20)에 구비된 슬리브(22)이며, 이에 변속단기어(30)에 형성된 클러치기어(32)가 상기 슬리브(22)와 치합되어 변속이 이루어지게 된다.
이 같은 구성에 따라, 해당 변속단기어(30)와 단속기구(20)의 치합에 의한 변속동작이 단속기구(20)의 시프트기어(22a)와 클러치기어(32)의 치간 접촉에 의한 시프트력 부족에 의해 실패하는 경우, 상기 단속기구(20)를 미세하게 회전시켜 시프트기어(22a)와 클러치기어(32) 간의 접촉을 최소화시킨 후에, 상기 변속단기어(30)의 변속을 재실시한다.
따라서, 액추에이터의 작은 시프트력만으로도 슬리브(22)가 클러치기어(32)에 원활하게 치합되어 변속 성능이 향상되며, 또한 일반 수동변속기와 사양을 이원화 할 필요가 없어 양산성이 증대되고, 클러치기어(32) 및 시프트기어(22a)의 형상 단순화로 부품 생산성 및 가격경쟁력을 확보하게 된다.
본 발명의 경우, 상기 회전단계(S20)에서 회전시키는 축은 입력축(10)이며, 상기 입력축(10)은 단속기구(20)에 형성된 슬리브(22)의 시프트기어(22a)가 변속단기어(30)에 형성된 클러치기어(32)들 사이에 위치되도록 하는 회전변위만큼 회전될 수 있다. 즉, 상기 회전변위의 구간만큼 상기 입력축(10)이 회전될 수 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 입력축(10)에 큰 이너셔를 갖는 구동모터(14) 및 클러치(12) 등이 설치됨으로써, 이너셔가 큰 입력축(10)의 회전조작에 의해 상대적으로 작은 액추에이터의 시프트력으로도 변속을 원활하게 실시하게 된다.
본 발명에서, 상기 회전단계(S20)에서는, 클러치(12)의 결합을 통해 엔진의 동력으로 입력축(10)을 회전시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 클러치(12)의 슬립 제어를 통해 엔진의 동력이 입력축(10)에 전달되어, 상기 입력축(10)을 회전시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 회전단계(S20)에서는, 상기 입력축(10)에 구동모터(14) 설치시, 상기 구동모터(14)를 작동시켜 입력축(10)을 회전시킬 수 있다.
즉, 하이브리드 차량의 경우, 구동원으로서 엔진 및 구동모터(14)가 함께 설치되는바, 상기 구동모터(14)를 작동시켜 입력축(10)을 회전시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에서, 상기 회전단계(S20)는 차량의 정차 상태에서 이루어질 수 있다.
즉, 출발시, 빠른 기어 치합으로 발진성능 및 상품성이 향상되는 것은 물론, 출발시 잦은 변속 리트라이를 감소시켜 신속한 출발이 가능하고, 변속 리트라이의 감소를 통해 하드웨어의 변형 및 마모를 방지하며, 내구 진행 후에도 좋은 변속감을 유지할 수 있다.
다만, 상기 회전단계(S20)는 경우에 따라 차량의 주행시에도 적용 가능할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명에 의한 자동화 수동변속기의 변속 제어장치는, 제어부를 통해 제어될 수 있다.
구체적으로, 변속기 내에 구비된 단속기구(20)를 변속을 실시할 변속단기어(30)를 향해 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어(30)의 변속을 시도하며, 상기 변속시도단계(S10)에서 상기 단속기구(20)가 해당 변속단기어(30)에 치합되지 못하여 변속에 실패하는 경우, 축을 회전시켜 상기 단속기구(20)를 일정 회전변위의 구간 내에서 함께 회전시키고, 상기 변속단기어(30)를 향해 단속기구(20)를 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어(30)의 변속을 재시도하는 제어부;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제어부는 TCU(Transmission Control Unit) 또는 그 상위의 제어기일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 변속 제어방법을 예시하여 설명한다.
변속을 실시할 변속단기어(30)가 1단 변속을 위한 기어이며, 상기 단속기구(20)가 1단 입력기어와 입력축(10)에 동축을 이루며 구비된 경우, 상기 변속시도단계(S10)에서는 액추에이터의 작동에 의해 상기 단속기구(20)에 구비된 슬리브(22)가 1단 변속을 위해 1단 입력기어를 향해 이동되면서, 상기 슬리브(22)의 내주면에 형성된 시프트기어(22a)가 싱크로나이저링에 형성된 싱크론기어(24)를 거쳐 1단 입력기어에 형성된 클러치기어(32)에 치합되는 변속조작이 시도된다.
이때, 상기 변속시도단계(S10)에서 상기 시프트기어(22a)가 클러치기어(32)에 부딪히게 되는 경우, 액추에이터의 시프트력이 상기 시프트기어(22a)를 클러치기어(32)에 치합시킬 수 있는 힘에 도달하지 못하게 되면, 상기 시프트기어(22a)는 클러치기어(32)에 치합되지 못한 채, 그대로 빠져 나와 복귀 이동된다.
그러면, 상기 회전단계(S20)에서는 상기 입력축(10)을 소정의 회전변위를 이루는 구간 내에서 회전시키게 되는바, 상기 단속기구(20)가 상기 입력축(10)과 함께 회전된다.
이어서, 상기 변속재시도단계(S30)에서 액추에이터의 작동에 의해 상기 슬리브(22)가 1단 변속을 위해 다시 1단 입력기어를 향해 이동되면서, 상기 시프트기어(22a)가 1단 입력기어에 형성된 클러치기어(32)에 치합되도록 변속조작이 재시도된다.
다만, 이때에는 상기 입력축(10)과 함께 단속기구(20)가 미세하게 회전된 상태이므로, 슬리브(22)에 형성된 시프트기어(22a)의 치들이 클러치기어(32)의 치들 사이에 상당히 일치된 상태에 있게 되고, 이로 인해 액추에이터의 작은 시프트력만으로도 슬리브(22)가 클러치기어(32)에 원활하게 치합되어 변속 성능이 향상되는 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 변속기 내에 구비된 단속기구를 변속을 실시할 변속단기어를 향해 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 시도하는 변속시도단계;
    상기 변속시도단계에서 상기 단속기구가 해당 변속단기어에 치합되지 못하여 변속에 실패하는 경우, 축을 회전시켜 상기 단속기구를 일정 회전변위의 구간 내에서 함께 회전시키는 회전단계; 및
    상기 변속단기어를 향해 단속기구를 축방향으로 다시 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 재시도하는 변속재시도단계;를 포함하는 자동화 수동변속기의 변속 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전단계에서 회전시키는 축은 입력축이며, 상기 입력축은 단속기구에 형성된 슬리브의 시프트기어가 변속단기어에 형성된 클러치기어들 사이에 위치되도록 하는 회전변위만큼 회전되는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기의 변속 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전단계에서는, 클러치의 결합을 통해 엔진의 동력으로 입력축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기의 변속 제어방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전단계에서는, 상기 입력축에 구동모터 설치시, 상기 구동모터를 작동시켜 입력축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기의 변속 제어방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전단계는 차량의 정차 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기의 변속 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단속기구는 입력축 또는 출력축에 구비되는 동기 치합식 변속기구인 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기의 변속 제어방법.
  7. 변속기 내에 구비된 단속기구를 변속을 실시할 변속단기어를 향해 축방향으로 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 시도하며, 상기 변속시도단계에서 상기 단속기구가 해당 변속단기어에 치합되지 못하여 변속에 실패하는 경우, 축을 회전시켜 상기 단속기구를 일정 회전변위의 구간 내에서 함께 회전시키고, 상기 변속단기어를 향해 단속기구를 축방향으로 다시 이동시켜, 해당 변속단기어의 변속을 재시도하는 제어부;를 포함하는 자동화 수동변속기의 변속 제어장치.
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