KR100296557B1 - 이빨버트또는토오크록상태에서의클러치맞물림장치및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변속기(14)의 시프팅을 제어하는 장치와 방법에 관한 것으로, 시프트 액츄에이터(30, 40)는 힘을 가해 클러치 칼라와 기어를 맞물리도록 한다. 제어방법은, 클러치 칼라와 기어의 불완전 맞물림을 검출하는 단계와, 이빨 버트 또는 토오크록 상태를 표시하는 단계와, 불완전 맞물림이 검출되면, 상기 액츄에이터에 펄스를 가함으로써 클러치 칼라와 기어로 하여금 상기 불완전 맞물림 상태를 벗어나도록 하는 단계를 포함한다. 검출단계는, 클러치 칼라의 위치 또는, 레일위치 센서(43)를 구비한 클러치 칼라에 연결된 시프트 레일의 축방향 위치를 점검하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 5∼20 헬쯔의 변조 주파수폭을 지닌 신호가 시프트 액츄에이터에 전달된다. 이 방법을 구체화한 장치는, 슬라이딩 클러치 칼라(122, 124, 126)를 지닌 자동 기계식 빈속기와, 엔진과 변속기 사이에 위치한 표준 마찰 마스터 클러치를 지닌 변속장치의 형태로 공개된다.

Description

이빨 버트 또는 토오크록 상태에서의 슬라이딩 클러치 맞물림 장치 및 방법

제1도는 토오크 컨버터를 포함하는 본 발명의 자동 기계식변속기의 개략도.

제2도는 자동 기계식 변속기의 개략도.

제3도는 자동 기계식 빈속기의 부분 단면도,

제4도는 본 발명의 제어장치/방법 로직의 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

14 : 변속기 30, 48 : 시프트 액츄에이터

43 : 레일위치 센서 114, 116, 118, 120 : 기어

100 : 죽

본 발명은 모우터 차량의 자동 기계식 변속기의 작동을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 이빨 버트(tooth butt) 및/또는 토오크록(torque lock) 상태를 감지하고, 이러한 상태를 극복하기 위해 조치를 취하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

기계변속기, 제어기 및 액츄에이터를 포함하며, 이를 자동적으로 시프팅하는 일반적으로 감지된 입력과 소정의 로직 룰(logic rule)에 따라 전기적으로 제어되는 자동 기계식 변속장치가 공지되어 있다. 이 장치는 미합중국 특허 제4,648,290호, 미합중국 특허 제4,642,771호, 미합중국 특허 제4,595,986호, 미합중국 특허 제4,527,447호, 미합중국 특허 제4,361,060호, 미합중국 특허 제4,140,031호 및 미합중국 특허 제4,081,065 호에 개시되어 있고 이를 참고로 여기에 포함했다.

이러한 장치는 "자동 기계식 변속기 제어"("AUTOMATED MECHANICAL TRANSMISSION CONTROLS")라는 제목의 SAE 논문 번호 831776호 자동 변속기용 내고장성(Fault tolerance) 로직 루우틴(logic routine)이 미합중국 특허 제4,922,425호, 미합중국 특허 제4,849,899호 및 미합중국 특허 제4,899,279호에 개시되어 있고 이를 참고로 여기에 포함했다.

엔진에 공급되는 연료가, 운전자의 드로틀 페달 설정과 관계없이, 소정의 속도를 제공하도록 변하는 전자식 및 기타의 엔진연료 제어장치가 선행기술에 공지되어 있고, 이의 장치가 미합중국 특허 제4,081,065호, 미합중국 특허 제4,361,060호, 미합중국 특허 제4,792,901호 및 SAE J1922 및 SAE J1936 전자엔진 제어규격 및 관련규격 SAE J1708, J1587 및 J1843에 개시되어 있고 이를 참고로 여기에 포함했다.

자동 변속장치, 특히 수동 비동기(nonsynchronized) 기계식 변속기로 부터 얻어진 자동 변속장치인 경우, 예를 들어 차량이 정지상태로부터 출발할 때, 이빨 버팅(tooth butting) 및/또는 이빨 버징(tooth buzzing)의 상태가 일어날 수 있다.

이빨 버팅 및/또는 이빨 버징의 상태는 죠우 클러치 부재의 이빨의 끝이 축방향으로 상호 맞물리지 않고 맞닿을 때, 예를 들면 기어 맞물림 시작시에 있어 슬라이딩 클러치 및 기어의 회전속도가 같거나 거의 같은 경우에 일어날 수 있다. 결국에는, 2개의 죠우 클러치 부재의 속도가 변경되고, 슬립이 발생하여 이어지는 맞물림 동안 기어 버즈(채터(chatter))를 일으킨다. 따라서, 이빨 버징은, 클러치부재중 하나가 버팅을 극복하기 위해 회전함에 있어서, 버트된 죠우 클러치 이빨들이 축방향으로 상호 맞물리지 않고 그라인딩(grinding)하면서 상태 회전함으로써 발생한다. 이러한 변속장치에서, 특히 마스터 마찰클러치 또는 토오크 분리 클러치의 맞물림이 긴밀하지 않으면, 이러한 이빨 버팅 또는 이빨 버즈 상태를 극복하기 위한 로직 루우틴을 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 변속기의 기어 시프트 시퀀스 동안 토오크록으로 인해 슬라이딩 클러치를 완전히 맞물릴 수 없다. 토오크록은, 전달되는 토오크로 인하여 클러치를 완전 맞물림 상대로 미끌어지게 하는 입력 힘보다 큰 마찰력이 존재할 때 발생한다. 토오크록 동안, 갑작스런 토오크 감소 또는 반전이 기어를 완전 맞물리게 하지만, 완전맞물릴 때까지 기어에 대한 모든 동력 흐름이 부분적 맞물림을 통해 일어난다.

통상의 토오크록 상태하에서 슬라이딩 클러치는 역토오크가 발생할 때까지 더 이상 맞물리지 않는다.

이빨 버팅 및 이빨 버징으로부터 벗어나는 종래의 방법은 클러치 칼라와 기어를 맞물림 쪽으로 미는 것을 지속하거나, 완전 맞물림이 이루어질때까지 여러 번 재시도하는 것이었다. 이는 미합중국 특허 제5,099,711호에 개시되어 있고, 본 발명의 양수인에게 양도되었고 이를 참고로 여기에 포함했다.

본 발명은 변속기의 시프트 과정을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 시프트 액츄에이터는 클러치 칼라와 기어를 맞물리게 하는 힘을 발생시킨다. 제어방법은, 클러치 칼라와 기어의 불완전 맞물림 상대를 검출하는 단계와, 이빨 버트 또는 토오크록 상태중 하나를 표시하는 단계와, 불완전 맞물림 상태가 검출되면, 시프트 액츄에이터에 상대적으로 작고 큰 힘 사이를 오가는 맥동력, 즉 펄스(pulse)를 가하여 클러치 칼라와 기어로 하여금 불완전 맞물림 상태로부터 벗어나게 하는 단계를 포함한다. 검출단계는, 클러치 칼라 또는 이 클러치 칼라에 연결된 시프트 레일의 축방향 위치를 점검하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 변조 펄스폭(modulated pulse width)과 약 10 헬쯔(Hertz)의 주파수를 신호를 상기 시프트 액츄에이터로 발신한다. 이 방법을 구체화한 장치는 슬라이딩 클러치를 지닌 자동 기계식 변속기 형태로 공개되어 있다.

즉, 본 발명의 목적은, 모우터 차량의 변속기의 이빨 버트 및/또는 토오크록 상태를 검출하고 극복하는 새롭고 향상된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기타 목적과 장점을 첨부 도면을 참고로 설명할 것이다.

제1도, 제2도 및 제3도는 토오크 컨버터 록업 및 분리 클러치 조립체 및 이를 이용하는 자동구동 변속장치(12)를 도시한다. 여기서 사용한 "자동기계식 변속장치"는 최소한의 드로틀장치 제어 열엔진(16), 다중속도 죠우 클러치형 변경기어 변속기(14), 엔진과 변속기 사이에 위치한 마스터 마찰 클러치 및/유체 커플링과 같은 논포지티브(nonpositive) 커플링 장치 및 이를 자동으로 제어하는 제어유닛(50)를 포함하는 장치를 의미한다. 물론, 이 장치는 입력신호를 감지 및/또는 제어유닛으로부터 명령출력신호를 수신하는 센서 및/또는 액츄에이터를 포함한다. 본 발명이 토오크 컨버터 및 토오크 컨버터 록업/분리 클러치를 지닌 변속장치와 연결하는데 알맞을지라도, 본 발명은 특히 엔진과 변속기 사이에서 구동할 수 있게 위치한 표준 마찰 마스터 클러치를 지닌 변속장치에 이용할 수 있다.

본 발명의 자동 기계식 변속장치(12)는 대형 트럭 같은 지상차량에 이용할 수 있게 되어 있을지라도 이러한 이용에 제한되지 않는다. 자동 기계식 변속장치(12) 유체 커플링 또는 토오크 컨버터 조립체(20)를 통해(디젤기관과 같은) 원동기 드로틀장치 제어 엔진(16)에 의해 구동되는 다중속도 기계식 변경기어 변속기(14)를 포함한다. 변속기(14)의 출력은 선행기술에서 공지되어 있듯이 구동액슬의 차동기어 및 이송케이스와 같은 적당한 차량부품에 구동 연결된다.

아래에 상세히 설명되어 있듯이, 토오크 컨버터 록업(lock-up) 및 분리 클러치 조립체(10)는 독립적으로 맞물리는 2개의 분리 클러치, 바람직하게는 마찰 클러치, 토오크 컨버터 분리 클러치(24) 및 토오크 컨버터 록업 또는 바이패스 클러치(26)를 포함한다. 변속기(14)는 미합중국 특허 제4,445,393호에 개시된 형태의 가압유체 작동 시프팅 조립체 형태인 변속기 시프팅 장치(28)를 포함한다.

또한, 변속기는 위에서 언급한 미합중국 특허 제3,478,851호, 미합중국 특허 제4,023,443호 또는 미합중국 특허 제4,614,126호에 개시된 동력 싱크로나이저(power synchronizer) 조립체(30)를 포함한다. 또한, 본 발명은 동력 싱크로나이저 장치를 포함하지 않는 자동 기계식 변속장치에 이용할 수도 있다.

위에서 언급한 동력 트레인(power train) 부품들은 여러 장치에 의해 작동되고 감지되며, 각각의 선행기술에 공지되어 있고 아래에서 상세히 설명될 것이다.

이 장치는 운전자 제어 차량 드로틀 페달 또는 기타 연료 드로틀 장치의 위치를 감지하는 드로틀 위치 모니터 조립체(32), 엔진에 대해 연료공급을 제어하는 드로틀 제어기(34), 엔진의 회전속도를 감지하는 엔진속도 센서 어샘블리(36), 토오크 컨버터 분리 및 록업 클러치를 작동시키는 토오크 컨버터 분리 클러치 및 록업 클러치 오퍼레이터(40), 변속기 출력축 속도센서(44), 변속기 시프팅 장치(28)의 작동을 제어하는 변속기 시프팅 장치 오퍼레이터(46) 및/또는 동력 싱크로나이저 장치(30)의 작동을 제어하는 동력 싱크로나이저 액츄에이터(48)를 포함한다.

드로틀 제어기(34)는 드로틀 페달이 운전자 위치에 관계없이 엔진연료를 설정 또는 가변레벨까지 감소시키는 오버라이드 장치(override device)일 수도 있다. 또한, 드로틀 제어기는 위에서 언급한 SAE J1922, SAE J1939 또는 이와 유사한 규격에 따르는 전자엔진 제어기의 부분일 수 있다.

위에서 언급한 장치는 전자식 제어유닛(ECU)(50)으로 정보를 공급하고/또는 이로부터 명령을 받아들일 수 있다. 콘트롤러 또는 제어유닛(50)은 디지털 마이크로프로세서를 기반으로 하는 것이 바람직하고, 이의 구성 및 구조는 본 발명의 분야가 아니다. 제어유닛(50)은 또한 정보를 시프트 제어 또는 모우드 선택기 조립체(52)로부터 수신하고, 이 조립체에 의해 운전자는 차량의 리버스(R), 중립(N), 또는 여러 전진구동(D, DL) 모우드를 선택할 수 있다. 작동의 D 모우드는 온-하이웨이(on-highway) 차량 이동에 관한것인 반면, 작동의 DL 모우드는 오프-로드(off-road) 이동을 위한 것이다.

또한, 장치는 센서 및/또는 액츄에이터 고장을 감지하여 반응하는 여러 센서, 회로 및/또는 로직 루우틴을 포함한다. 공지되어 있듯이, 제어유닛(50)은 여러 센서 및/또는 작동 장치로부터 입력을 수신한다. 이들의 직접 입력 이외에, 제어유닛(50)에는 여러 감지 장치들의 번화 속도를 나타내는 신호를 제공하기 위해 입력신호를 미분하는 회로장치 및/또는 로직, 입력신호를 비교하는 수단 및/또는 최종 시프트의 방향과 같은 어떤 입력정보를 축적하는 메모리수단 및 소정 현상이 발생하면 메모리를 클리어링(clearing)하는 수단이 제공되어 있다. 위에서 언급한 기능을 제공하는 고유회로장치가 선행기술에 공지되어 있고, 이의 예가 위에서 언급한 미합중국 특허 제4,361,060호 및 제4,595,986호 또는 이송 전자장치 IEEE 카달로그 번호 84CH1988-5 에 관한 국제회의 26에 기록된 합동 IEEE/SAE 회의의 회보에 공개된 기계식 변속기의 자동화("THE AUTOMATION OF MECHANICAL TRANSMISSIONS")라는 제목으로 기술논문에 개시되어 있다.

전자식 제어유닛, 특히 마이크로프로세서를 기반으로 한 ECU 의 작동/기능에 공지되어 있듯이, 여러 로직 기능이 별도의 하드웨어 로직 유닛 또는 제어장치 로직 룰의 다른 부분 또는 서브루우틴(예 : 소프트웨어)하에서 작동하는 단일 로직 유닛에 의해 수행될 수 있다.

제1도는 엔진(16)과 변경기어 변속기(14) 사이에 구동할 수 있게 위치한 토오크 컨버터 조립체(20)와 토오크 컨버터 록업 및 분리 또는 인터럽트(interrupt) 클러치 조립체의 도면이다. 토오크 컨버터 조립체(20)는 쇼울더(58)를 통해 엔진출력 또는 크랭크축(56)에 의해 구동되는 임펠러(54), 이 임펠러에 의해 유압식으로 구동되는 터어빈(60) 및 하우징(64)에 지지된 축(68)을 통해 구동되는 원-웨이 롤러 클러치(one-way roller clutch)(64)를 경유해 하우징(64)에 지지되는 고정자 또는 런너(runner)(62)를 구비한다는 면에서 통상적이다. 쉬라우드(shroud)(58)는 또한, 토오크 컨버터를 가압하고, 변속기를 윤활시키고, 변속기 시프팅 장치(28) 및/또는 동력 싱크로나이저 장치(30)를 선택적으로 가압하고/또는 분리 및 록업 클러치(24, 26)를 작동시키는 펌프를 구동시킨다. 펌프(70)는 기어펌프와 같은 공지된 구조일 수도 있다.

변속기(14)는 토오크 컨버터 조립체(20) 및/또는 록업 및 분리 클러치 조립체(10)를 경유해 엔진(16)에 의해 구동되는 입력축(72)을 포함한다. 변속기 입력축(72)에는 연결부재(74)가 고정되어 함께 회전한다. 연결부재(74)는 토오크 컨버터 분리 클러치(24)와 결합된 부분(76)과 입력축과의 결합을 위해 스플라인 형성된 제2 허브부(78)를 포함한다. 아래에 더욱 자세히 설명하겠지만, 토오크 컨버터 분리 클러치(24)는 록업 클러치(26)의 맞물림 또는 분리와 관계없이 토오크 컨버터 터빈(60)과 록업 클러치(26)의 부재와 결합된 연결부재(74)의 부분(76)을 경유하여 변속 입력축과 마찰적으로 맞물리거나 또는 그로부터 분리될 수 있다. 토오크 컨버터 록업 클러치(26)는 분리 클러치(24)의 맞물림 또는 분리에 관계없이 엔진 크랭크축(56) 및 이에 의해 구동되는 쉬라우드(58)를 연결부재(79)와 마찰적으로 맞물리기게 하거나 또는 분리시킨다.

토오크 컨버터 록업 클러치(26)의 맞물림은 토오크 컨버터 분리 클러치(24)의 맞물림 또는 분리상태에 관계 없이 엔진 크랭크축(56)을 쉬라우드(58)를 경유해 연결부재(78)와 직접 맞물리게 함으로써, 분리 클러치가 맞물린 경우, 엔진(16)으로부터 토오크 컨버터 조립체(20)와 변속기(14)를 직접 록업한다. 한편, 토오크 컨버터 록업 속도 이상의 속도에서, 분리 클러치(24)의 분리로 인해 연결부재(79)의 관성이 입력축(72)으로부터 분리되기 때문에, 상기 록업 클러치(26)는 시프팅 과정 동안 분리 또는 맞물릴 필요가 없다.

만일 토오크 컨버터 바이패스 클러치 또는 록업 클러치(26)가 분리되고, 토오크 컨버터 분리 클러치(24)가 맞물리면, 변속기(14)는 선행기술에 공지되어 있듯이 토오크 컨버터 유체 거플링(fluid coupling)을 통해 엔진(16)으로부터 구동된다.

만일, 토오크 컨버터 분리 클러치(24)가 분리되면, 록업 클러치(26)의 상태와 관계 없이, 변속기 입력축(72)은 엔진 또는 록업 클러치(26)를 통해 공급되는 어떠한 관성 견인력으로부터도 분리된다. 변속기 입력축(72)이 엔진, 클러치(26) 및/또는 토오크 컨버터와 분리되면, 변속기가 다운시프트(downshift)한다거나 업시프트(upshift)하는 동안, 입력축(72)과 이에 구동 가능 상태로 연결된 모든 변속 기어링(gearing)이 상기 싱크로나이저 장치(30)에 의해 신속 동기화 형태로 가속되거나 감속되고, 또한 동력 싱크로나이저 장치(30)는 입력축을 어떤 제어 엔진속도 보다 큰 회전속도로 회전시킨다.

모우드 선택기가 구동 또는 오프-하이웨이 구동 모우드인 상태로 정지해 있으면, 분리 클러치(24)가 맞물리고 록업 클러치(26)가 분리되어 토오크 컨버터를 효율적으로 스타트업(start-up)하게 한다. 소정의 차량속도 및/또는 기어비 이상에서는 토오크 컨버터 작동의 장점이 더 이상 필요하지않고, 구동 엔진과 변속기 사이의 직접 구동의 효율 증가가 필요하다. 이상태에 있을 때, 토오크 컨버터 록업 클러치(26)가 맞물림을 유지하고 분리클러치(24)가 맞물리는 경우, 변속 입력축은 토오크 컨버터 쉬라우드(58) 및 연결부재(79)를 경유하여 엔진으로부터 직접 구동하게 한다.

위에서 설명했듯이, 분리 클러치(24)는 전에 맞물린 기어로부터 중립으로의 시프트를 위해 분리되어 동력 싱크로나이저 장치(30)가 맞물림 기어의 죠우 클러치 부재를 동기화시키고, 맞물림 기어의 동기화 죠우 클러치를 맞물리게 한다. 바람직한 기어비의 선택 및 토오크 컨버터 분리 또는 록업 클러치의 필요한 맞물림 또는 분리상태의 선택은 물론 여러 클러치 및 변속 오퍼레이터에 대한 명령신호 발생이 선행기술의 공지된 방식으로 제어유닛(56)에 의해 이루어지고, 이는 위에서 언급한 미합중국 특허 제4,361,060호 및 미합중국 특허 제4,595,986호에 개시되어 있다.

제3도는 주색션 중간축 또는 중간축(90)이 부색션 중간축 또는 중간축(92)과 동심축 방향으로 배열된 복합 변속기(14)를 도시한다. 변속기(14)는 표준 설계의 트윈(twin) 중간축형인 것이 바람직하고, 주 및 부색션(94, 96)에 있어 하나만의 중간축을 도시했다. 동심축으로 배열된 주색션 및 부색션 중간축의 예가 미합중국 특허 제3,105,395호 및 미합중국 특허 제3,138,965호에 개시되어 있고 이를 참고로 여기에 포함했다.

변속기(14)는 함께 회전하기 위해 부재(78)가 고정된 입력축을 포함하며 이 입력축에는 입력기어(98)가 고정되어 있다. 주색션 중간축(90)은 실질적으로 주축(100)과 평행하고, 이와 회전하기 위해 장착된 중간축 기어(102, 104, 106, 108, 110, l12)가 제공되어 있다. 다수의 주축 또는 변속기어(114, 116, 118, 120)는 주축(100)을 포위하고, 양면 포지티브 죠우 클러치 칼라(122, 124, 126)를 슬라이딩시킴에 따라 한번에 하나씩 주축과 선택적으로 맞물릴 수 있다. 죠우 클러치 칼라(122)는 입력축(72)과 주축 사이에 직접 구동관계를 제공하기 위해 클러치 입력기어(98)를 주축(100)에 클러치할 수 있는 반면, 클러치 칼라(126)는 리버스(reverse) 주축기어(128)를 주축과 맞물리게 할 수 있다.

주축기어(114, 116, 118, 120)는 주축을 포위하고, 마주보는 쌍의 중간축 기어(104, 106, 108, 110)와 항상 맞물려 지지되어 있으며, 장착 수단 및 그 장점은 미합중국 특허 제3,105,395호 및 미합중국 특허 제3,335,616호에 상세히 설명되어 있다. 리버스 주축기어(128)는 통상의 중간 아이들러(idler) 기어(도시하지 않음)에 의해 중간축 기어(112)와 항상 맞물려 있다. 맨 앞쪽의 중간축 기어(102)는 입력기어(98)와 항상 맞물려 구동됨으로써, 입력기어가 구동되면 중간축(90)을 회전시킨다.

클러치 칼라(122)는 클러치 이빨(98a, 114a)과 맞물리는 포지티브 죠우 클러치 이빨을 움직임으로써 포지티브 죠우 클러치(98c, 114c)를 형성한다. 죠우 클러치 칼라(126)는 죠우 클러치 이빨(120a, 128a)과 맞물리는 죠우 클러치 이빨(120b, 128b)을 구동시킴으로써 포지티브 죠우 클러치(120c, 128c)를 형성한다.

각각의 클러치 칼라는 주축에 직접, 간접으로 스플라인 결합되어 함께 회전하고 축방향으로 상대 운동한다. 클러치 칼라용 장착 수단은 선행기술에 공지되어 있다. 각각의 클러치 칼라(122, 124, 126)에는 시프트 포오크 또는 시프트 요오크(130, 132, 134)를 각각 수용하는 수단이 구비됨으로써, 클러치 칼라들은, 상기 시프팅 장치(28)에 의해 제3도에 도시된 위치로 부터 동시에 축방향으로 이동한다.

위치센서 조립체(43)는 시프트 요오크 또는 이와 관련된 시프트 레일의 축방향 위치를 표시하는 신호를 제공한다. 일반적으로, 이들 신호는 시프트 요오크 및 이와 관련된 죠우 클러치 부재의 중립위치 대 비중립 위치 및/또는 맞물림 위치 대 맞물리지 않은 위치를 나타낸다.

부변속 색션(96)은 입력축(72) 및 주축(100)과 동심축인 것이 바람직한 출력축(22)을 포함하고, 베어링에 의해 변속기 하우징내 회전 가능 상태로 지지되어 있다. 또한, 부색션은 베어링에 의해 하우징내에서 회전 가능하게 부색션 중간축(92)을 포함한다. 부색션 구동기어(136)가 주축(110)과의 회전을 위해 고정되어 있다. 부색션 중간축(92)은 함께 회전하기 위해 지지된 부색션 중간축 기어(138, 140)를 구동시킨다. 부색션 중간축 기어(138)는 부색션 입력기어(130)와 항상 결합된 반면, 부색션 중간축 기어(140)은 출력축(22)을 포위하는 출력기어(142)와 항상 맞물려 있다.

종래의 각각의 동기 죠우 클러치 설계의 동기 클러치 구조는 주축과 출력축 사이에 직접 구동 접속을 위해 주축(100)과 부색션 구동기어(136)를 직접 출력축(22)에 선택적으로 맞물리게 하는 데 이용되거나, 선행기술에 공지되어 있듯이, 주축(100)으로부터 중간축(92)을 통해 출력축(22)의 감속구동을 위해 출력기어(142)를 출력축(22)과 맞물리게 하는데 이용된다. 동기 클러치 조립체(144)는 시프팅 장치(28)에 의해 축방향으로 이동하는 시프트 포오크(146)에 의해 제어된다.

변속기(14)는 부색션 변속비 단계(들)이 모든 레인지(range)에서 나타나는 주색션 변속비의 전체 범위보다 큰 레인지형이다. 이러한 변속기는 선행기술인 미합중국 특허 제4,754,665 호에 개시되어 있고 이를 참고로 여기에 포함했다.

동력 싱크로나이저 장치(30)는 엔진(16)의 회전속도와 무관하게 출력축(22)에 의해 구동되는 위성 기어 세트를 포함하고, 맞물림 기어비와 관련된 죠우 클러치 부재의 동기 속도를 위해 입력축(72)에 의해 구동되는 변속부품의 회전속도를 가속하도록 선택적으로 작동한다. 바람직하게는, 동력 싱크로나이저 장치(30)는 입력축에 의해 구동되는 변속부품을 감속시키는 수단을 포함한다.

입력축에 의해 구동되는 변속부품의 감속은 입력축 및/또는 중앙처리 유닛(50)에 의해 제어되는 엔진 브레이크 장치에 의해 이루어질 수 있다.

동력 싱크로나이저 장치(30)는 출력축(22)에 의해 직접 또는 간접 구동되는 기어(142)를 통해 차량에 의해 구동되며, 동력 싱크로나이저 장치는 부색션이 맞물리지 않은 상태에서는 주색션 중간축(90)을 가속하는데 영향을 미치지 않는다. 동력 싱크로나이저 장치의 구조 및 작동에 관한 상세한 설명은 위에서 언급한 미합중국 특허 제4,614,126호에 개시되어 있다.

제2속에서 제3속으로의 시프팅(단순 업시프팅)이 필요할 때와 같이 변속기(14)의 단순 시프팅을 위해, ECU가 연료 콘트롤러, 즉 드로틀 제어기(34)로 하여금, 드로틀 페달(32)의 위치와 무관하게 엔진에의 연료를 감소(디프)시키도록 한다. 엔진으로의 연료가 감소되는 동안, 분리 클러치(또는 마스터 클러치)(24)가 분리되고, 주색션(94) 중립으로의 시프팅이 선택된다. 엔진으로의 연료가 감소되고 분리 클러치의 분리 및 주색션 분리가 일어남과 동시에, 동력 싱크로나이저 장치는, 출력축 속도 및 부색션(96) 기어비에 의해 결정된대로 주축 기어링(3속 주축 기어(116))으로 하여금 주축(100)에 대한 목표 또는 실제 동기속도로 회전하도록 작동한다. 출력축 속도는 센서(44)에 의해 감지되는 반면, 여러 주축 기어의 속도는 센서(42)에 의해 감지되는 공지된 다수의 입력축(72) 속도이다. 엔진과 변속기 사이에서 구동할 수 있게 위치한 수동제어 마찰 클러치 마스터 표준 클러치를 지닌 변속장치에서, 마찰 클러치는 자동적으로 분리되지 않고 사실 본 발명은 시프트 현상동안 마스터 클러치를 맞물림을 유지하게 한다. 이의 장점은 차량 운전자가 동기화를 위해 입력축 속도를 제어할 수 있다는 것이다.

자동 변속장치에서, 레일선택 기능은 새로운 비로 분리 및 주색션 재 맞물림이 동력 동기화기가 맞물린 기어를 목표 속도쪽으로 이동할 때 발생하도록 시간이 정해진 후 어떤 시간에 발생한다. 물론, 자동변속기의 업시프팅을 위해 동력 동기화기는 입력축 및 이와 관련된 기어링의 속도를 지연시키는데 통상 필요하다.

적당한 주색션비의 맞물림이 이루어지면, 분리 클러치가 다시 맞물리고, 엔진에 연료가 재주입된다. 일반적으로, 단순 시프트는 약 0.70∼0.80 초이고 분리(토오크 브레이크) 시간은 약 0.50 초이다.

수동 비동기 변속기로부터 얻어진 변속 장치(12)의 주색션(94)은, 중립으로부터 주색션 기어와 맞물리려고 할 때 죠우 클러치 이빨과 버트할 수 있다. 이는 비동기 변속기에서 통상 발생하고, 운전자는, 변속 마스터 클러치를 부분적으로 맞물리게 하여 버팅상태의 클러치 이빨이 부드럽게 맞물리도록 한다.

이빨 버팅이 비동기 변속기와 관련된 문제가 아닐지라도, 동기 변속기에서 사용되는 뾰족한 이빨과 비교해 비동기 변속기에서의 무딘 클러치 이빨은 더 큰 버팅 문제를 일으킨다. 거의 모든 비동기 수동 변속기에 있어서, 시프팅 동안의 구동 또는 역기어의 선택, 예컨대 차량 정지 상태에서 최초 기어가 중립으로부터 맞물릴 때 이빨 버팅 또는 토오크록 상태를 일으킨다.

제4도는 ECU(50)에 의해 수행되는 본 발명의 변속기 제어장치/방법을 도시한다.

변속기 제어장치/방법은 시프팅 과정 중 이빨 버팅 또는 토오크록상태를 검출할 수 있고, 기어를 맞물림 위치로 미끄러지도록 조치를 취할 수 있다. 맞물림 시프트 시퀀스(기어 맞물림 고정)의 일부로서, 제어장치/방법은 먼저 입력축을 목표 기어 속도에 동기화한 다음, 기어 맞물림을 지시한다. 0.5초 정도 후, 제어장치는 시스템 액츄에이터 또는 슬라이딩 클러치는 성공적으로 중립으로부터 이동 했지만 완전 맞물림에는 실패했다는 것을 감지하면, 약 0.5 초 동안 분리 클러치(24)의 맞물림을 지시한다. 약 1초후 제어장치가, (이빨 버트를 나타내는) 비맞물림 상태 또는 (토오크록을 나타내는) 부분적으로 맞물린 상태 검출을 계속하고, 신호를 보내, 시트트 액츄에이터 또는 기타 맞물림 모우터를 조정하거나 또는 펄스를 가함으로써 슬라이딩 클러치를 구동 또는 흔들어주어 기어와 완전 맞물리도록 한다. 바람직하게는, 액츄에이터는 약 -20∼150 파운드의 힘을 조정한다. 마이너스 힘의 인가는 슬라이딩 클러치 칼라를 이동시키지 않지만, XY 시프터와 시프트 바 하우징 사이를 단지 느슨하게 함으로써 기계적 연결부의 정적 마찰을 해제하는 역할을 한다. 즉, 액츄에이터는 방향을 바꾸는 것이 아니라, 슬라이딩 클러치 칼라로 하여금 맞물림 위치로 향하도록 하는 기능을 수행한다. 시프트 액츄에이터에 전달된 신호의 주파수는 필요에 따라 약 5∼20 헬쯔로 변하고, 바람직하게는 약 10 헬쯔이다. 신호의 펄스폭 또한 조정을 거치는것이 바람직하다. 자동 클러치에 있어서, 인터럽트 클러치는 약 1초 동안의 보다 긴 시간 동안의 상기 과정 동안 쉽게 맞물릴 수 있다. 수동 마스터 클러치를 지닌 변속기에서, 마스터 클러치는 상기 과정 동안 맞물림을 유지할 수 있다.

토오크록 상태인 경우, 시프트 액츄에이터에 펄스를 가하면, 토오크 반전이 발생함으로써 탄발적 기어 맞물림이 이루어지게 된다. 버트 상태인 경우, 펄스는 클러치로 하여금, 죠우 클러치 부재의 회전속도가 동기 상태를 벗어나기 전에 신속히 슬립하여 맞물리도록 한다.

제어장치는 맞물림을 위해 연속 감지한다. 만일, 죠우 클러치의 축방향 맞물림이 이 시퀀스 동안 검출되면, 자동 변속장치의 분리 클러치가 맞물리고 시프트 시퀀스가 완료된다. 만일, 자동 또는 비자동 변속장치에 있어 긴 시간 동안 및/또는 액츄에이터에 의한 일정 수(N)의 펄스 후에 죠우 클러치의 맞물림이 검출되지 않으면, 중립이 지시되고, 최초 맞물림 시프트 시퀀스의 개시로부터 사이클이 재개된다.

입력축 및 출력축 속도센서(42, 44)는 맞물림 과정 중인 죠우 클러치 부재들의 회전속도를 감지하는 역할을 한다. 예를 들어, 전위차계인 레일위치 센서(43)는 이동 가능한 죠우 클러치 부재(98b, 114b, 118, 120b, 128b)의 중립/비중립 및 맞물림/맞물리지 않은(부분 맞물림 포함) 축방향 운동을 감지하는데 이용된다. 만일, 맞물림이 시도되고 나서 일정 시간 동안 맞물림 죠우 클러치가 중립에 있고 맞물림 상태가 아닌 반면, 죠우 클러치는 실질적 동기 속도로 회전한다면, 이는 죠우 클러치 버팅을 나타낸다. 만일, 레일위치 센서가 비맞물림 상태를 계속 표시하는 반면, 속도센서가 클러치부재의 동기 회전을 계속 표시하면, 본 발명의 시프트 액츄에이터 조정 루우틴이 관여하게 된다. 시프트 액츄에이터에 의한 일정 수의 펄스가 가해져도 또는 어떤 시간이 경과해도 완전 맞물림이 이루어지지 않으면 전체 맞물림 과정이 재개된다.

따라서, (가) 표준 수동 마스터 클러치 또는 (나) 통상 수동으로 시프트되는 비동기 변속기(14)의 변속장치에 있어서, 죠우클러치 버팅 및/또는 토오크록 상태를 검출하고 이를 극복하기 위한 조치를 취하는 로직을 포함하는 제어장치/방법을 제공한다. 이빨 버트 또는 토오크록 상태가 최초로 발생할 경우의 재순환 과정에서 시프트 액츄에이터는 중립으로 복귀하지 않으므로, 시프트가 빨라지고 시프트 오류가 줄어들게 된다. 또한, 기어 버징 또한 액츄에이터 에서 소멸되고, 부품에 가해지는 응력도 줄어든다.

이상, 바람직한 실시예를 근거로 본 발명을 상세히 설명했으나, 첨부된 특허청구범위를 벗어나지 않는 한에서의 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

Claims (20)

1. 시프트 액츄에이터(30, 48)가 힘을 가해 클러치 칼라 및 기어를 맞물리도록 된 변속기 내의 시프팅 과정을 제어하는 방법에 있어서,

   클러치 칼라 및 기어의 불완전 맞물림 상태를 검출하는 단계와;

   불완전 맞물림 상태가 검출되면, 클러치 칼라와 기어로 하여금 불완전 맞물림 상태로부터 벗어나도록 시프트 액츄에이터(30, 48)에 펄스를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 클러치 칼라는 축(100)을 따라 축방향으로 미끄러지는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 검출단계는 클러치 칼라의 축방향 위치를 점검하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 검출단계는 레일위치 센서(43)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 레일위치 센서(43)는 전위차계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 펄스를 가하는 단계는 시프트 액츄에이터에 신호를 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 신호는 변조 펄스폭을 지니는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 신호는 주파수 5∼20 헬쯔인 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 불완전 맞물림 상태는 토오크록 상태에 상당하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 검출단계는, 클러치 칼라와 기어의 회전속도 및 축방향 상대 위치를 감지하고, 일정 시간 후에도 클러치 칼라 및 기어가동기 속도로 회전을 계속하고 비맞물림을 표시하는 축방향 위치를 나타내면, 이빨 버트가 존재하는 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 검출단계는, 클러치 칼라와 기어의 회전속도 및 축방향 상대 위치를 감지하고, 일정 시간 후에도 클러치 칼라와 기어가동기 속도로 회전을 계속하고 부분적 맞물림을 표시하는 축방향 위치를 나타내면, 토오크록 상태가 존재하는 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
12. 제1항에 있어서, 맞물리기 전에 클러치 칼라와 기어의 회전속도를 동기화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 변속기(14)는 마찰 마스터 클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 변속기(14)는 자동 기계식 빈속기인 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 클러치 칼라를 동기화 하는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 클러치 칼라를 동기화하지 않는 것을 특징으로 하는 시프팅 제어방법.
17. 회전 가능 상태로 지지된 다수의 기어(114, 116, 118, 120)를 갖는 축(100) 과;

    상기 축에 대한 기어의 회전 가능 연결을 위하여 축방향으로 미끄러질 수 있도록 된 다수의 클러치 칼라(122, 124, 126)와;

    힘을 가함으로써 클러치 칼라 중 하나와 기어 중 하나를 상호 맞물리게 하는 시프트 액츄에이터(30, 48)와;

    클러치 칼라와 기어의 불완전 맞물림 상태를 검출하는 수단(50)과;

    불완전 상태가 검출되면, 상기 액츄에이터에 펄스를 가함으로써 클러치 칼라 및 기어로 하여금 불완전 맞물림 상태를 벗어나도록 하는 수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기.
18. 제17항에 있어서, 상기 검출수단은 클러치 칼라의 축방향 위치를 점검하는 레인위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기.
19. 제17항에 있어서, 상기 시프트 액츄에이터에는 변조 펄스폭을 지닌 신호가 발신되는 것을 특징으로 하는 변속기.
20. 제17항에 있어서, 상기 시프트 액츄에이터에는 주파수가 5∼20 헬쯔인 신호가 발신되는 것을 특징으로 하는 변속기.