KR900000470B1 - 자동차용 자동변속시스템 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본원 발명의 실시예의 전체구성도.
제2도 내지 제5도는 제1도의 실시예의 기구부동작설명도.
제6도는 본원 발명의 실시예의 제어방법을 나타내는 플로차트의 전체도.
제7도는 변속판정 프로그램의 플로차트.
제8도는 시프트업 프로그램의 플로차트.
제9도는 시프트다운 프로그램(B)의 플로차트.
제10도는 시프트다운 프로그램(A)의 플로차트.
제11a 및 b도는 전진프로그램 및 후진프로그램의 플로차트.
제12도는 차속과 엔진회전수간의 관계의 설명도.
본원 발명은 자동차용 자동변속시스템 및 그 제어방법에 관한 것이며, 특히 기어식변속기를 사용한 자동변속시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
오토매틱트래스미션차에 대한 수요는 증대되고 있으며, 이를 위해 현재는 토크콘버터가 사용되고 있다. 그러나, 지금까지 토크콘버터에 대해 여러가지 대책이 검토되고 있으나, 토크콘버터의 동력전달 효율이 낮기 때문에 기어식변속시스템에 비해 연료소비량이 많아지고 있다. 이 문제점을 해소하기 위해 기어식변속기를 사용한 자동변속시스템이 연구되고 있다. 그 하나는 1984년 2월 데트로이트에서 개최된 국제회의의 논문, 와다나베외의 "마이크로컴퓨터 메카니컬 클러치 및 트랜스미션콘트롤(Microcomputer Mechanical Cluth and Transmission Control SAE840055)"에 개시된 것으로, 변속시에 클러치의 조작과 스로틀밸브의 조작을 행하는 즉 기어식변속이다. 또, 자동차기술회 학술강연회 전쇄집(前刷集) 822에 수록된 "메카니컬트랜스미션의 자동화(Automation of Mechanical Transmission)"(나가오까외)에 기재된 방법에서는 변속시에 클러치는 조작하지 않지만, 스로틀밸브를 조작하여 변속기의 입력축과 출력축의 회전수를 동기시켜 기어를 접속시킨다. 그러나, 이들 어느 경우에 있어서도 기어를 접속할 때 스로틀밸브를 조작하여 회전동기를 행하고 있으므로, 입력축과 출력축의 회전을 동기 완료하는데 비교적 시간이 걸리며, 변속시간이 길어져 속도의 변동도 발생하기 쉽다고 하는 결점을 가지고 있다.
그러므로, 본원 발명의 목적은 변속시에 스로틀밸브를 조작하지 않고 기어식변속기의 자동변속을 행할 수 있도록 한 자동변속시스템을 제공하는데 있다.
본원 발명은 변속제어 가능한 토크전달기구를 자동변속시스템의 입력축과 출력 축간에 배설하고, 토크전달 기구의 제어 가능한 토크변속조작에 의해 토크를 전달하면서 상기 양축간의 회전동기를 행함으로써 변속을 행하도록 한 것을 특징으로 한다.
본원 발명을 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 아래와 같다.
제1도는 본원 발명의 실시예에 의한 자동변속시스템의 전체구성도이다. 제1도에 있어서, 엔진(1)에는 운전자의 액셀러 레이터페달(이하 액셀페달이라고 함)(3)로 작용하는 스로틀밸브(2)가 배설되어 있다. 엔진(1)의 출력은 기어변속기(4)에 전달된다. 댐퍼클러치(5)는 엔진(1)에 의해 발생되는 출력토크의 맥동을 흡수하기 위해 엔진(1)과 변속기(4) 사이에 설치되어 있다.
변속기(4)에는 두 개의 축(6), (7)이 있다. 그 중 하나의 축(6)은 입력축이며, 댐퍼클러치(5)를 통해 엔진(1)에 접속되어 있다. 다른 하나의 축(7)은 출력축이며, 최종감속기어(8)를 통해 휠(도시되지 않음)에 대하여 변속기(4)의 출력을 공급한다. 상기 입력축(6) 및 출력축(7)에는 다판기어가 설치되어 있다. 이들 기어(61), (62), (63) 및 (64)는 입력축(6)에 고착되어 있으며, 기어(65) 및 (66)는 입력축(6)상에서 회전 가능한 원통축(9)상에 설치되어 있다. 기어(71), (72), (73), (74), (75) 및 (76)는 출력축(7)에 배설되어 독립적으로 회동 가능하다.
기어(61), (62), (63), (64) 및 (65)는 기어 (71), (72), (73), (74) 및 (75)에 각각 접속되어 있으며, 따라서 기어(61)과 (71), (62)와 (72), (63)과 (73), (64)와 (74), (65)와 (75)는 각각 한쌍의 기어를 형성하고 있다. 기어(66)는 입력축(6)의 기어에 반대되는 회전방향으로 출력축(7)에 토크를 전달하기 위해 사용되는 기어(10)를 통해 기어(76)와 접속되어 있으며, 한 세트의 기어(66), (76) 및 (10)은 자동차의 후진을 위해 사용된다.
각 쌍의 기어는 소정의 변속비를 가지고 있다. 쌍기어(61) 및 (71)은 최대변속비를 가지며, 쌍기어(65) 및 (75)는 최소변속비를 가지고 있다. 나머지 쌍기어(62)와 (72), (63)과 (73), 그리고 (64)와 (74)는 최대변속비와 최소변속비 사이에 순차적으로 적당한 변속비를 가지고 있다.
기어(71), (72), (73), (74), (75) 및 (76)는 슬리브 (11), (12) 및 (13)를 이동하여 출력축(7)에 선택적으로 접속되어 있다. 슬리브(11)가 좌측으로 이동할 때, 기어(71)는 출력축(7)에 접속된다. 따라서, 엔진(1)의 출력은 쌍기어(61), (71) 및 이에 의한 변속비에 의해 입력축(6)에서 출력축(7)으로 전달된다. 이러한 상태는 보통 변속기(4)의 "1속위치"라 하며, 또 후기하는 바와 같이 "1속슬리브 온"이라 하고, 특히 도면에서 슬리브(11)의 좌측이동에 의한 1속위치를 가리키고 있다.
반대로, 슬리브(11)가 우측으로 이동할 때, 기어(71)와 출력축(7)의 접속은 해방되고, 기어(72)는 출력축(7)("2속위치")에 접속된다. 기어(72)는 슬리브(11)의 동작에 따라서 상기 일련의 동작은 "1속슬리브 오프" 및 "2속슬리브 온"이라 한다. 이때, 엔진(1)의 출력은 2속위치에 대한 쌍기어(62), (72)에 의한 변속비로 입력축(6)에서 출력축(7)으로 전달된다.
슬리브(12) 및 (13)도 마찬가지다. 슬리브(12)가 좌측으로 이동할 때, 기어(73)이 선택되며("3속슬리브 온" 및 "3속위치"), 이 기어가 우측으로 이동할 때, 기어(74)가 동작 가능하게 된다.("4속슬리브 온" 및 "4속위치"). 기어(75)는 우측("F슬리브 온" 및 "5속위치")으로 슬리브(13)의 이동에 대해 출력축(7)에 접속된다. 슬리브(13)가 좌측으로 이동할 때, 기어(76)가 선택된다.("R슬리브 온" 및 "후진위치").
슬리브(11), (12) 및 (13)의 동작은 변속액튜에이터(14), (15) 및 전후진 (F-R)의 전화 액튜에이터(16)에 의해 완료된다. 또 주지한 바와 같이, 상기 기어의 접속이나 선택은 보크링(17) 및 동기장치(18)의 공동으로 원활히 행해진다.
그러면, 5속 및 후진위치의 선택의 경우, 입력축(6)의 토크는 기어(65), (66)에서 기어(75), (76)로 직접 전달되지 않는다. 왜냐하면, 입력축(6)으로부터의 원통축(9)의 회전은 상기와 같기 때문이다. 다판클러치와 같은 토크전달기구(19)의 조작은 쌍기어(65), (75) 및 후진기어세트(66), (76) 및 (10)에 의해 입력축(6)의 토크를 출력축(7)에 전달하기 위해 필요하다.
토크전달기구인 다판클러치(19)는 공지되어 있다. 즉, 이 클러치는 입력축(6)과 함께 회전하는 복수의 제1디스크와 제1디스크사이에 위치한 복수개의 제2디스크로 구성되며, 원통축(9) 즉 기어(65), (66)와 함께 회전한다. 상기 구조의 다판클러치에 있어서 입력축(6)에서 원통축(9)으로 전달되는 토크의 정도는 제1디스크와 제2디스크간의 슬립을 조정함으로서 제어될 수 있다. 이 슬립의 조정은 클러치 액튜에이터(20)에 의해 주어지는 다판클러치(19)의 디스크에 작용하는 조작력 F를 변화시켜서 행하여진다.
액튜에이터(14), (15), (16) 및 (20)는 제어장치(21)에 의해 작동하며, 이 장치의 제어조작은 뒤에 상세히 기술한다. 제어장치(21)에 자동차의 주행상태, 스로틀밸브 개폐도센서(22)의 출력, 흡입압력센서(23)의 출력, 엔진(1)의 회전수센서(24)의 출력 및 출력축(7)에 부착된 출력축회전수센서(25)의 출력을 표시하는 신호가 입력된다. 센서(25)는 회전방향에 따라 극이 변화하는 출력(VN)을 가진 DC 제너레이터로 가정하며, 따라서 출력축(7)의 회전방향을 판별할 수 있다. 그리고 운전자의 의지를 입력하는 신호로서, 운전모드 선택레버(26)로부터의 후진(R), 파킹(P), 전진(D), 1속, 2속 또는 3속의 신호 및 E-S 전환레버(27)로부터의 경제주행(E) 또는 운전성중시주행(S) 신호가 입력된다.
한편, 출력신호로서 변속액튜에이터(14), (15), F-R 전환액튜에이터(16) 및 다판클러치 액튜에이터(20)에 대한 조작신호를 출력한다. 제어장치(21)는 또 파킹브레이크 액튜에이터(28)에 신호를 출력하며, 이 액튜에이터는 출력축(7)상에 설치된 브레이크디스크(29)에 제동력을 가한다. 또, 제어장치(21)는 스로틀밸브(2)의 바이패스밸브에 대한 제어기(30)에 출력신호를 보낸다.
상기 각 액튜에이터(14), (15), (16), (20) 및 (28)는 유압으로 구동되며, 오일탱크(31), 오일펌프(32) 및 유압레귤레이터(33)로 구성된 유압발생장치에 접속되어 있다. 제1도에 있어서, 유압회로는 1점쇄선에 의해 도시되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 변속시스템의 동작을 제2도-제5도에 따라서 설명한다.
제2도는 발진시의 동작설명도이며, 운전자가 운전모드선택레버(26)를 전진(D)으로하여 발진하는 경우이며, 제1도와 동일한 부호로 표시되어 있다.
발진조건이 성립되면 액튜에이터(16)의 슬리브(13)를 우측으로 이동하고, 슬리브(13)로 출력축(7)과 기어(5속)(75)를 연결한다. 이때, 다판클러치(19)는 개방되어 있기 때문에 종래부터 사용되고 있던 싱크로메시식의 동기장치(18)로 차축의 상태(회전의 유무 및 방향)에 관계없이 연결할 수 있다.
여기서, 액튜에이터(20)의 실린더에 유압을 서서히 공급하면 다판클러치(19)에는 마찰판을 통해서 입력축(6)의 회전력이 전달되고, 다판클러치(19)와 일체인 기어(65)에서 기어(75)에 회전이 전달되며, 이것과 슬리브(13)에 의해 기어(75)에 연결된 출력축(7)이 회전하여 발진한다. 여기서, 다판클러치 (19)의 전달토크 TD는
TD=μF
여기서, μ는 다판클러치(19)의 마찰판의 슬립율 F는 액튜에이터(20)에 의한 마찰판의 압수력(押受力)이므로, 입력축(6)과 출력축(7)의 회전수를 보면서 액튜에이터(20)에 의한 조작압력을 제어함으로써 출력축(7)의 회전수를 부하(도로의 상태, 차체중량등)에 따라서 제어할 수 있다.
이때의 엔진출력의 전달경로는 제2도에 화살표로 도시된 바와 같이 입력축(6)→다판클러치(19)의 마찰판→기어(65)→기어(75)→슬리브(13)→출력축(7)이 된다. 조작력 F가 높아짐에 따라, 차속이 증가하며, 차속이 증가함에 따라 변속비 Ne/N는 작아지고, 여기서 Ne는 엔진(1)의 회전수(입력축(6)과 동등)을 표시하며, N은 출력축(7)의 회전수(차속에 비례)를 표시한다. 입력축(6) 및 출력축(7)의 회전수의 차이는 다판클러치(19)의 마찰판간의 슬립으로서 흡수된다.
변속비 Ne/N가 실질적으로 쌍기어(61), (71)에 의한 변속기(4)의 1속위치의 변속비와 동등할 때, 유압은 중립위치("1속슬리브 온")에서 제3도와 같이 액튜에이터(14)에 유압을 공급하고, 슬리브(11)를 좌측으로 이동하여 기어(71)와 출력축(7)을 연결한다. 기어(71)와 출력축(7)이 연결되면 액튜에이터(14)의 유압공급을 정지한다. 이 결과, 엔진출력의 전달경로는 제3도에 화살표로 도시된 바와 같이 입력축(6)→기어(61)→기어(71)→슬리브(11)→출력축(7)이 된다. 이와 같이해서 1속운전이 된다.
다음에, 변속상태가 제3도의 1속운전 상태에서 2속운전으로 변속되는 경우의 설명도이다. 차속이 변속기(4)의 위치를 변경시키는 변속상태가 되면 슬리브(11)를 중립위치("1속슬리브 오프")에 복귀시켜 기어(71)와 출력축(7)의 연결을 해방한다. 그것과 동시에 액튜에이터(20)에 유압을 공급하고, 다판클러치(19)의 마찰판에 의해 엔진출력을 쌍기어(65), (75)를 통해서 출력축(7)에 전달한다.
다판클러치(19)의 조작력 F에 의해 엔진출력은 차축에 전달되어 차체의 가속에 소비되는 동시에 엔진회전수는 기어(65), (75)가 사용되고 있기 때문에 변속비가 작게되어 있으며, 이 때문에 엔진(1)의 부하가 커져서 저하되고, 출력축(7)(차속)과 입력축(6)의 변속비가 변속기(4)의 1속의 변속비에서 2속의 변속비(작아지는 방향)에 근접한다. 즉 쌍기어(61), (71)의 변속비보다 작은 쌍기어(62), (72)의 감속비에 근접한다. 이때의 엔진출력의 전달경로는 발진시와 마찬가지로 입력축(6)→다판클러치(19)의 마찰판기어(65)→기어(75)→슬리브(13)→ 출력축(7)이 된다.
차속의 증가에 따라서 입력축(6)과 출력축(7)의 변속비 Ne/N가 쌍기어(62), (72)에 의한 변속기(4)의 2속의 변속비로 되면 액튜에이터(14)에 유압을 공급하여 슬리브(11)를 우측으로 이동하여 기어(72)와 출력축(7)("2속슬리브 온")을 연결한다.
연결이 완료되면 액튜에이터(20)의 유압공급을 정지하여 다판클러치(19)의 조작력 F를 해방한다. 이것으로 1속에서 2속으로의 변속이 완료된다. 이때의 엔진출력의 전달경로는 제4도에 화살표에 도시된 바와 같이 입력축(6)→기어(62)→기어(72)→슬리브(11)→출력축(7)이 된다.
이상과 같이, 1속에서 2속으로의 변속시 1속을 개방하여 뉴트럴(neutral) 상태로 되는데, 변속시 다판클러치(19) 및 5속기어(65), (75)에 의해 엔진출력의 차측에의 전달이 행하여지므로, 운전자의 액셀페달(3)을 복귀시킬 필요(엔진출력의 조정)가 없다. 이와 같이 함으로써 차속을 가속하면서 기어변속기의 변속이 가능해진다. 한편, 운전자가 변속기(4)의 변속중에 액셀페달(3)을 복귀시킨 경우는 다판클러치(19)에 의한 압력축(6)과 출력축(7)의 회전동기가 빨라질 뿐이며, 엔진(1)의 회전수가 빨리 저하되기 때문에 변속에는 좋게 된다.
3속 및 4속의 변속도 마찬가지로 변속된다. 5속으로 하는 경우에는 액튜에이터(20)의 조작력 F를 최대치로 하고, 다른 슬리브(11), (12)를 중립위치로 함으로써 달성된다. 제5도는 후진시의 동작을 나타낸 것이다. 이 때는 제2도→제4도와는 반대로 액튜에이터(16)에 의해서 슬리브(13)를 좌측으로 이동시켜 출력축(7)과 기어(76)("R슬리브 온")를 연결한다. 이 경우에도 동기장치(18)에 의해 출력축(7)의 상태에 관계없이 연결된다. 여기서, 다판클러치(19)의 마찰판을 누름으로써 다판클러치(19)가 회전하고, 기어(66), (10)을 통해서 기어(76)이 회전하여 출력축(7)이 후진방향으로 회전한다.
변속비가 증가할 경우, 즉 변속기(4)의 기어위치가 시프트다운, 예를 들면 2속위치에서 1속위치로 시프트다운 될 때, 제4도의 위치에 있는 슬리브(11)는 좌측 중립위치로 이동하여 기어(72) 및 출력축(7)("2속 슬리브오프")의 접속을 해방한다. 동시에, 액튜에이터(20)에 유압을 공급하여 다판클러치(19)를 작동시킨다. 엔진출력의 전달경로는 제4도의 경로에서 제2도의 경로로 변경된다. 이와 같은 상태에서, 다판클러치(19)의 조작력 F는 감소되며, 따라서 엔진(1)의 부하는 가벼워지고, 따라서 엔진의 회전수는 증가한다. 입력축(6) 및 출력축(7)의 회전수비가 엔진(1)의 회전수의 증가에 따라 쌍기어(61), (71)에 의해 1속위치비로 접근할 때, 액튜에이터(14)는 중립위치에 좌측으로 슬리브(11)를 이동시키며, 따라서 기어(71)는 출력축(7)("1속 슬리브 온")에 접속된다. 그러므로, 엔진출력의 전달경로는 제3도와 같이 1속위치로 된다.
이상은 제1도의 실시예의 기구부분의 동작이었으며, 이들의 동작은 제어장치(21)에 의해 제어되며, 그 상세를 다음에 설명하다. 제6도-제11도는 이 제어의 전체를 나타내는 플로차트이다.
먼저, 제6도는 발진동작에 대한 제어를 도시한 플로차트이다. 제6도에 있어서, 먼저 스텝(100)에서 차속을 판정하고, N=0(정지상태)이면 이 도면의 발진프로그램이 실행되며, N≠0일 때는 후술하는 제7도의 변속판정프로그램으로 점프한다. 발진프로그램일때는 운전자는 선택레버(26)에 의해 R, P, D의 어느 하나를 선택하고 있다. 후기에 있어서, 선택레버(26)의 선택위치는 (SP)에 의해 표시한다. 예를 들면, (SP: D)의 표기는 운전자가 선택레버(26)의 전진을 선택한다는 것을 뜻한다. 다른 표기인 (SP: R), (SP: P), (SP: 1속), (SP: 2속) 및 (SP: 3속)도 마찬가지이다. 또, (TP)는 후에 설명한다. 이는 변속기(4)의 선택된 기어의 위치를 가리키는데 사용된다. 예를 들면, 특히(SP: 1속) 및 (TP: 1속)간의 혼동을 피하기 위해 주의하여야 한다.
다음에, 운전자가 선택레버(26)에 의해 후진(SP: R)을 선택한다고 가정한다. 이때, 제어장치(21)에서 액튜에이터(16)로 신호를 보내며, 따라서 제6도의 스텝(101)에서 슬리브(13)가 좌측으로 후진(R) 측("R슬리브 온")으로 이동된다(액튜에이터(16)에 유압을 걸어서 슬리브(13)를 이동하도록 지령함으로써 이것은 실행되며, 이와 같은 변속기(4)의 기구부분에 대해서는 앞서 기술하였으므로 다음에는 이와 같은 기구와의 관련은 간단한 설명한다).
여기서, 운전자가 액셀페달(3)을 밟았다는 것이 스텝(102)의 스로틀밸브(2)의 오프아이들로 확인되면 후술(제11도)하는 후진프로그램이 스타트하여 실행된다. N=KR×Ne가 될 때까지 후진프로그램을 실행하고, 여기서 N은 자동차의 차속에 비례한 출력축(7)의 회전수이며, Ne는 엔진(1)의 회전수에 대응한 입력축(6)의 회전수이며, KR은 후진에 대한 기어(66), (76), (10)에 의한 후진변속비이다. 그 조건의 성립이 스텝(103)에서 확인되면 다판클러치(19)의 조작력 F를 최대치로 하고(스텝104), 발진프로그램이 종료되어 스타트로 복귀한다.
후진프로그램 실행중에 스로틀밸브(2)가 아이들위치로 되고, 브레이크를 밟으면 인터럽트신호가 되며, 후진프로그램은 중지되어 스텝(105)으로 점프하여 F=0으로 되며, 이어서 스텝(106)에서 N=0(자동차의 정지)이 확인되면 스텝(107)에서 파킹브레이크를 온하여 스타트로 복귀한다.
선택레버(26)에 의해 파킹(SP: P)이 선택되었을 때는 스텝(108)에서 파킹브레이크를 온으로 하고, 스타트로 복귀한다.
선택레버(26)에 의해 전진(SP: D)이 선택되었을 때는 스텝(109)에서 슬리브(13)가 전진축("F슬리브 온")으로 이동한다. 여기서, 스로틀밸브(29를 밟으면 스텝(110)에서 후술하는 (제11도) 전진프로그램으로 이행하여 스타트한다. 전진프로그램이 실행되어 엔진회전수 Ne가 상승하여 N=K1×Ne가 성립되면, 여기서 K1은 변속기(4)의 쌍기어(61), (71)에 의한 1속의 변속비이며, 스텝(111)에서 (112)로 진행하고, 1속슬리브를 온하고, 스타트로 복귀한다. 따라서, 자동차는 엔진회전수 Ne및 감속비 K1과의 관계에 의해 결정되는 속도로 주행을 계속한다.
여기서, 전진프로그램실행중에 스로틀밸브(2)가 아이들위치로 되고 브레이크가 온되면 인터럽트신호가 들어오고, 스텝(105)이하의 정지동작으로 점프한다. 스텝(105)후의 동작은 상기한 바와 같다.
자동차가 정지상태에서 후진이나 전진으로 발진하는 동자에 대해 상기와 같이 설명하였다. 다음에, 차가 주행하고 있을 경우에는 스텝(100)에서 변속판정프로그램으로 이행하고, 이것이 실행된다. 제7도는 변속판정 프로그램의 플로차트이다.
제7도에 있어서, 선택레버(26)는 (SP: D, 1속, 2속 및 3속)의 어느 하나이다. 이것이 (SP: D)의 선택상태인 경우에는 현재의 변속기(4)의 TP(변속위치)는 스텝(201)-(204)에서 판정한다.
(TP: 1속)의 경우는 N이 N1보다 작은 경우이고, 또한 스로틀밸브(2)가 아이들위치에 있으면(스텝 205, 206), 1속슬리브를 오프하고 (스텝 207), 슬리브(11)는 출력축(7) 및 기어(71)의 연결을 해방하여 중립위치로 복귀한다. 이와 같이, 자동차는 정차 가능한 상태로 되고, 스타트로 복귀한다. 여기서, N1은 출력축(7)의 소정 회전수이며, 자동차의 차속에 비례한다. N1에 대하여는 제12도에서 설명한다. 여기서, 운전자가 브레이크를 밟으면 엔진스톱하지 않고 정차할 수 있다. 스로틀밸브(2)가 열려 있으면 스텝(206)에서 스타트로 복귀하고, 변속기(4)의 (TP: 1속)의 상태가 계속된다. 차속 N이 N1보다 큰 경우(NN1)에는 스텝(205)에서 후술하는 스프트업 프로그램으로 점프한다(제8도).
(TP: 2속)(스텝 202)인 경우에도 (TP: 1속)과 동일한 동작을 한다.(스텝208-210). 이것은 (TP: 1속) 또는 (TP: 2속)의 경우가 움직이고 있는 상태라면 스로틀밸브(2)를 개방함으로써 가속이 가능하기 때문이다. 이 경우, N2는 출력축(7)의 소정회전수이며, 후술하는 N1보다 크다.
(TP: 3속)인 경우에는 N이 N4보다 클 경우, 스텝(211)에서 시프트업 프로그램으로 이행하며, N가 N4보다 작은 상태에서 스로틀밸브(2)를 열면 스텝(212)에서 후술하는 스프트다운 프로그램(A)으로 점프한다. 스로트밸브(2)가 아이들위치에서 N이 N3보다 작아지면 스텝(213)에서 스텝(214)으로 이행하고, 3속 슬리브를 오프하여 뉴트럴상태로 하여 슬리브(12)는 출력축(7) 및 기어(73)의 연결을 해방하고, 스타트로 복귀한다.
(TP: 4속)인 경우에는 (TP: 3속)과 동일한 조작이 이루어진다. (스텝 215-218). (TP: 4속)이 아닌 경우에는 F 최대의 판정으로 하고, F가 최대치 Fmax이면 (TP: 5속)이라고 판정하며, 그 이외는 뉴트럴로 된다. 기어변속이 (TP: 5속)이며 또한, N가 N6보다 큰 경우에는 통상의 가속이 가능하기 때문에 스텝(220)에서 스타트로 복귀한다. N가 N6보다 작고, 스로틀밸브(2)가 아이들위치가 아닌 경우는 스텝(221)에서 시프트다운프로그램(A)으로, 아이들위치에서 N이 N5보다 작아지면 스텝(222)에서 (223)으로 이행하여, F=0의 뉴트럴 상태로 하여 스타트로 복귀한다.
또 운전자가 자동차의 주행중 선택레버위치(SP: 1속), (SP: 2속) 및 (SP: 3속)중 하나를 선택할 경우가 있다. 즉, 예를 들면 고갯길을 주행할 때의 이른바 엔진브레이크를 기대하는 경우이다. 이와같이, 고갯길을 주행시 차속은 점차적으로 증가한다. 선택레버(26)가 전진(SP: D)을 유지하면, 변속기(4)의 기어변속위치(TP)는 예를 들면 (TP: 2속)에서 (TP: 3속), (TP: 3속)에서 (TP: 4속)등의 속도의 증가에 따라 자동적으로 높아진다. 즉, 변속비는 점점 작아지며, 따라서 기대되는 엔진브레이크는 점점 작아진다. 그러나, 선택레버(26)의 위치(SP)가 전진(SP: D) 이외의 다른 것으로 선택되면, 기어변속위치(TP)의 전진은 선택된 위치(SP)에 대응하는 위치 (TP)까지 제한된다. 예를 들면(SP: 2속)이 선택되면, 기어변속위치는 (TP: 2속)을 넘지 않는다.
다음에, 운전자가 (SP: D) 이외의 선택레버를 선택하는 동작에 대해 설명한다. 운전자가 주행중에 선택레버(26)로 (SP: 1속)를 선택하면 먼저 TP의 판정이 행하여진다(스텝 224). (TP: 1속)인 경우는 스텝(224)에서 (225)로 이행하여 NN1을 판정하여, NN1인 경우에는 (TP: 1속)을 계속하고, 스타트로 복귀한다. N〈N1이면 스텝(226)으로 이행하고 여기서 스로틀밸브(2)가 아이들위치로 되면(스텝(226) 1속슬리브(TP: 1속)를 오프하여(스텝 227) 뉴트럴 상태로 한다(엔진스톱을 방지하고 스타트로 복귀한다.) (TP: 1속)이 아닌 경우에는 변속기(4)를 1속으로 하기 위해 시프트다운 프로그램(B)을 실행한다.
운전자가 선택레버(26)로 (SP: 2속)을 선택하면, 스텝(228)에서 TP를 판정하고, (TP: 1속)인 경우에는 시프트업 프로그램을 실행한다. 그러나, (TP: 3속) 즉 (TP: 1속)이나 (TP: 2속)이 아닌 경우에는 스텝(229)에서 시프트다운 프로그램(B)으로 점프하며, 이 프로그램을 실행한다. TP가 (TP: 2속)인 경우에는 2속위치(TP: 2속)에서의 슬리브(11)는 N〈N2이며(스텝 230), 스로틀밸브(2)가 아이들위치인 경우(스텝 231), 2속슬리브를 중립위치로 ("2속슬리브 오프") 하고 (스텝 232) 뉴트럴로 한다.
운전자가 선택레버(26)로 (SP: 3속)을 선택하면, (TP: 1속) 및 (TP: 2속)인 경우에는 시프트업 프로그램으로 점프한다.(스텝 233, 234). (TP: 3속)인 경우에는 3속위치의 슬리브(12)는 N이 N3보다 작을 경우(스텝 235)에 스로틀밸브(2)가 아이들위치에 있을 경우(스텝 236), 중립위치("3속슬리브 오프")로 한다(스텝 237).
선택레버(26)로 (SP: 1속), (SP: 2속) 또는 (SP: 3속)을 선택했을 때는 변속기(4)의 기어변속위치 TP는 그 선택한 SP에 대응한 위치 TP로 변경하고, 이후는 그 TP를 유지한다. 이와 같이함으로써 엔진브레이크효과나 긴 고갯길을 오르는 경우의 운전상태가 커버된다.
제8도는 제7도의 시프트업 프로그램의 플로차트이다. 이 플로차트는 "시프트업" 프로그램이지만 비교적 고속주행중에 더욱 가속을 위해 액셀페달(3)을 크게 밟았을 때 사용되는 "킥다운"프로그램을 포함한다.
먼저, 운전자가 전환레버(27)로 E(경제주행)를 선택하면 스텝(400)에서 스텝(401)으로 이행하며, 스텝(401)에서 흡입압력센서(23)에 의해 흡입압력 Pb를 판정하고 Pb Pb1이면 이 사실은 운전자가 페달을 크게 밟음으로써 스로틀밸브(2)를 개방하기 위해 신속가속을 요구한다는 것을 뜻한다. 이 경우(스텝 402)에서 자동차가 변속기(4)의 (TP: 4속)으로 주행하고 있다고 판정되면 다음과 같이 킥다운 프로그램을 실행한다.
(TP: 4속)에서의 슬리브(12)를 중립위치("4속슬리브 오프")로 하고(스텝 403), F제어에 의해 입력축(6) 및 출력축(7)의 회전동기를 행하며(스텝 404), N=K3Ne가 성립되면(스텝 405) 중립위치의 슬리브(12)를 (TP: 3속)("3속슬리브 온")으로 연결한다(스텝 406). 이와 같이, 엔진(1)의 회전수가 증가하고, 따라서 흡입 압력 Pb는 감소한다. 흡입압력 Pb이 충분히 감소하고 따라서 스텝(407)에서 Pb가 Pb3와 동등하거나 작아지면 스타트로 복귀한다.
|Pb|〈|Pb3|이면 흡입압력 Pb는 부압이라는 사실을 주의해야 한다. Pb〉 Pb3이면 변속기 (4)의 3속위치(TP: 3속)에서 Ne〉 Pe3로 될 때까지 (스텝 408) 3속운전을 계속한다.
TP가 (TP: 4속)이 아니고 (TP: 5속)인 경우에는 스텝(409)에서 (404)로 이행하고, 이후 F를 제어하여 회전동기하고 (TP: 3속) 운전으로 들어간다 (TP: 3속)인 경우에는 스텝(410)에서 스텝(406)을 이행하고, Pb Pb3이나 Ne=Ne3이 성립될 때까지 변속하지 않는다. (TP: 2속) 또는 (TP: 1속)의 경우에는 킥다운하지 않고 통상의 운전을 계속한다.
상기의 킥다운프로그램에서 급속가속이 요구될 때 위치(TP)의 시프트다운은 이때 TP가 4속 또는 5속이면 행하고, TP가 4속 이하이면 행하지 않는다. 이것은 4속 및 5속위치에 대한 쌍기어의 감속비가 너무 작아서 엔진(1)에서 액셀까지 요구되는 급속가속에 대한 충분한 동력을 전달할 수 없기 때문이다.
스텝(401)에서 Pb Pb1이 성립되지 않을 경우에는 통상의 가속이므로 NeNe1이 될 때까지 변속하지 않으며, 따라서 스텝(411)에서 스타트로 복귀한다. NeNe1이 되면 (TP: 1속)인 경우에는 (TP: 2속)으로 시프트업(스텝 412-416)하고, (TP: 2속)인 경우에는 (TP: 3속)으로 시프트업(스텝 417-421)하고, (TP: 3속)인 경우에는 (TP: 4속)으로 시프트업(스텝 422-426)한다.
상기 (TP: 4속)까지의 시프트업 조작은 제8도의 플로차트에서 명백한 바와 같이 기본적으로 같다. 그러므로, 상세한 설명은 대표적인 예로서, (TP: 3속)에서 (TP: 4속)까지의 시프트업조작의 경우에 대해서 설명한다.
스텝(422)에서, 현재 TP가 (TP: 3속)으로 판정되면, 3속의 슬리브(12)는 중립위치("3속슬리브 오프")(스텝 423)로 이동한다. 동시에 입력축(6) 및 출력축(7)의 회전동기를 개시하여 다판클러치(19)의 조작력(F)를 조정한다(스텝 424). 이 조정은 N=K4Ne가 될 때까지 행해지며, 이 관계가 이루어지면(스텝 425), 중립위치의 슬리브(12)는 4속위치("4속슬리브 온")(스텝 426)측으로 이동하며, 스타트 프로그램으로 복귀하고, (TP: 4속)의 주행이 유지된다.
(TP: 4속)이면, 시프트업조작은 제8도의 스텝(427, 429)에서 알 수 있는 바와 같이, 상기와 약간 다르다. (TP: 4속)인 경우에는 4속슬리브(12)를 중립위치("4속슬리브 오프")로 하고(스텝 428), 동시에 다판클러치(19)의 F를 최대치로(스텝 429)하여 4속운전으로 들어간다. 그러므로, 엔진(1)의 출력전달 경로는 입력축(6)→다판클러치(19)의 마찰판→기어(64)→기어(75)→슬리브(13)→출력축(7)이다. (TP: 4속)이 아니라고 판정되면 (TP: 5속)으로 들어갔다는 것을 의미하며, 변속할 필요가 없기 때문에 스타트로 복귀한다.
운전자가 전환레버(27)로 S(운전성중시) 운전을 선택하면 킥다운 조건의 기준치가 |Pb2|(〉Pb1,〈|Pb3|)로 되고 (스텝 430), 킥다운을 행하는 TP위치는 4속, 5속에서 이것은 E운전과 동일하다. 변속점이 되는 엔진회전수 Ne도 Ne2(〉Ne1)로 크게 설정된다(스텝 431). 이와 같이 함으로써 엔진회전수 Ne를 E운전보다 고회전으로 사용할 수 있다.
제9도는 시프트다운 프로그램(B)의 플로차트이다. 시프트다운 프로그램(B)은 운전자가 주행중에 선택레버(26)를 (SP: 3속)에서 (SP: 2속) 또는 (SP: 2속)에서 (SP: 1속)운전으로 전환했을 경우의 제어프로그램이다. 시프트다운 프로그램(B)는 내리막길에서 엔진(1)에 의한 브레이크의 동작을 강하게 하는 경우에 사용된다.
제7도 및 제8도 및 이에 대한 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 운전자가 고갯길을 내려갈 때 선택레버위치(SP: D)에 유지할 경우 변속기(4)의 기어변속위치(TP)는 자동적으로 점점 높아지며(즉, 감속비는 점점 작아짐), 따라서 엔진(1)에 의한 브레이크 효과는 불충분하게 된다. 운전자가 상기 상태를 그대로 방치한다면, TP는 4속 또는 5속위치까지 전진할 것이다. 이와 같은 TP의 높은 위치에서, 엔진브레이크는 거의 기대할 수 없는 것이다. 이러한 상태를 피하기 위해, 운전자는 보통 위치(TP)를 하위(감속비가 커짐)로 변경시킨다.
본원 발명의 종류와 같은 변속기를 적용함에 있어서, TP의 시프트다운은 1속, 2속 및 3속위치중 선택레버위치(SP)를 선택함으로써 달성될 수 있다. (SP: 3속)가 선택되면, TP의 전진은 (TP: 3속)까지 제한된다. 두 개의 다른 선택레버위치에 대해서도 마찬가지이다. 또, 운전자가(SP: D)에서 (SP: 3속)으로 선택레버위치를 변경해도 차속이 과다히 높은 경우가 있다. 이러한 경우, 선택레버위치(SP)는 (SP: 2속)으로 시프트다운 되어야 한다. 이 경우 운전자가 액셀페달(3)을 밟으면 엔진회전수 Ne의 상승이 있고, 다판클러치(19)의 회전동기(시프트다운 프로그램 (A))가 가능하지만, 내리막길이므로 액셀페달(3)은 밟지 않으며, 스로틀밸브(2)는 아이들위치이다. 이 때문에, 스로틀밸브(2)를 바이패스하는 공기밸브(예를 들면 아이들스피드 콘트롤밸브등)에 의해 엔진회전수 Ne를 제어하여 회전동기할 필요가 있다. 바이패스 밸브는 제어장치(21)(제1도 참조)로부터의 신호에 대응하여 바이패스밸브 제어기(30)에 의해 제어된다.
제9도에 있어서, (SP: 1속)이 선택되면 슬리브를 중립위치로 하고(스텝 501), 바이패스밸브로 회전동기를 행한다(스텝 502). Ne=K1N가 되면 (스텝 503) 중립위치로 슬리브(11)는 1속슬리브를 온하고(스텝 504), 스타트로 복귀한다.
이 플로차트에서 알 수 있는 바와 같이(SP: 2속) 또는 (SP: 3속)의 경우도 마찬가지이며, 이에 대한 설명은 생략한다.
제10도는 시프트다운 프로그램(A)의 플로차트이다. 시프트다운 프로그램(A)는 변속기(4)를 연결상태에서 감속하고, 차속이 저하했을 때 가속하는 경우이며, 스로틀밸브(2)의 개폐도가 큰(흡입부압 Pb Pb1) 경우는 킥다운이 되지만, 시프트다운 프로그램(A)는 비교적 완만한 가속인 경우의 프로그램이다. 이때의 운전모드는 (SP: D)이다.
제10도에 있어서, N〈N3인 경우(스텝 601)에는 변속기(4)는 (TP: 1속) 또는 (TP: 2속)이며, 그대로 가속할 수 있기 때문에 스타트로 복귀한다.
N3 N〈N4인 경우에는 스텝(602-605)를 실행함으로써 (Ts : 2속)운전이 된다. 마찬가지로 변속기(4)가 N4 N〈N5인 경우에는 (TP: 3속)(스텝 609-611)이 되고, N5 N〈N6의 경우에는 (TP: 4속)(스텝 606-608)이 된다. NN6에서는 (TP: 5속)의 상태를 계속한다.
제11a도는 전진프로그램, b도는 후진프로그램을 나타낸다. 본원 발명은 다판클러치(19)의 토크전달력의 제어로 발진하며, 변속시의 차속 및 엔진(1)의 회전수제어를 행하는 것이 특징이다. 일반적으로 엔진출력 Te와 변속기(4)의 전달토크 T의 관계는
I·dω/dt=Te-T…………………………………………………………………(1)
가 되고, Te와 T의 차가 엔진(1)의 각 속도(ω)의 변화가 되어서 나타난다. 단 I는 엔진(1)의 관성능률이다. 한편, 다판클러치(19)의 전달토크는
T=μF………………………………………………………………………………(2)
여기서, μ는 마찰판의 회전차에 의한 계수, F는 마찰판의 압압력이다.
이상으로써, 제11a도에서는 운전자가 스로틀밸브(2)를 열고, 그 개폐도를 θ라 하면 엔진출력 Te은 어떤 상수 Ce에 대해 스텝(701)에서
Te=Ce·θ…………………………………………………………………………(3)
을 산출한다. 이 엔진출력(Te)과 다판클러치(19)의 전달토크(T)를 Te=T가 되도록 하면 (1)식의 엔진의 가속분(I·dω/dt)을 차축에 전달하여, 엔진(1)의 회전수가 저하(엔진스톱)하지 않고 발진할 수 있다. 다음에, μ·Kμ(Ne-N)으로 (2)식의 μ를 계산하고(스텝 702), F=Te/μ로 다판클러치(19)의 조작력 F를 계산한다(스텝 703).
이 결과로부터 F를 설정한다(스텝 704). 여기서, 파킹브레이크(28)를 오프하고(스텝 705), N의 상태를 판정한다(스텝 706). N이 마이너스(후진)의 경우에는 파킹브레이크를 온하여(스텝 707), N=N1Ne를 판정한다(스텝 708), 이 경우는 NO" "이므로 스타트로 복귀하여 재차 F의 설정을 변경한다. 전진프로그램은 제6도와 같이 스로틀틀밸브(2)가 오프아이들(스로틀밸브(2)의 개방조건)로 스타트하기 때문에 소르틀밸브 개폐도 θ에 의해 F의 설정은 서서히 커지고, (I·dω/dt)N이 플러스가 되어 발진할 수 있다. N=N1Ne이 되면 1속슬리브를 온하여 F=0로서 (TP: 1속)운전이 된다(스텝 709, 710).
제11b도는 후진프로그램이다. 후진프로그램은 기본적으로는 전진프로그램과 같으며, N이 마이너스의 상태에서 파킹브레이크를 개방하는(스텝 716)점이 다르다. 또, N=KRNe성립(스텝 718)후 F를 최대치로 설정한다(스텝 719).
제12도는 차속 N과 엔진회전수 Ne간의 관계의 한 예를 나타내는 그래프이다. (TP: 4속)의 경우를 예를 들어 설명한다. E주행(경제주행)에 대해, TP는 (TP: 3속)에서 (TP: 4속)으로 N=N6에서 변경되고, N=K4Ne의 관계에 따라 변화한다. 다음에, Ne=Ne1일 때, 차속은 (TP: 4속)에서 (TP: 5속)으로 변경된다. S주행(운전성중시 주행)에 대해, TP는 Ne-Ne2에서 (TP: 5속)로 변경된다. (TP: 4속)의 주행상태에서 NN5의 경우, TP는 시프트다운되지 않으나, 가속은 행해진다. N4〈NN5인 경우, TP는 (TP: 3속)으로 시프트다운된다. 스로틀밸브(2)를 아이들위치로 하여, NN4인 경우, 중립위치로 된다. 킥다운 조작과 동시에, (TP: 4속)의 주행상태는 Ne=Ne3까지 계속되며, TP는 (TP: 5속)으로 변경된다.
이상의 실시예에서 명백한 바와 같이, 본원 발명에 의하면 엔진출력을 감소하지 않고 기어변속기의 변속이 가능하게 되기 때문에, 변속시의 차속의 변동이 작아지며, 또 본원 발명에서는 5속운전과 변속시에만 클러치를 통해서 토크를 전달하므로, 클러치의 사용시간이 짧아져서 내구성이 향상되는 효과가 있다.
Claims (6)
- 입력축(6)은 자동차의 엔진에 접속되고, 출력축(7)은 부하에 접속된 두 개의 축(6, 7)과, 한 군의 기어(61, 62, 63, 64)는 상기 입력축(6)에 고착되고, 이 한군의 기어(61, 62, 63, 64)에 대응하여 기계적으로 결합되는 다른 군의 기어 (71, 72, 73, 74)는 상기 출력축(7)에 접속되고, 이들 쌍기어중 다른 군의 기어(71, 72, 73, 74)에 속하는 하나의 기어만이 상기 출력축(7)에 선택적으로 접속되어, 상기 두 개의 축(6, 7)간에서 토크를 전달하는 상이한 소정의 변속비를 가진 복수의 쌍기어(61, 71, …, 64, 74)와, 하나의 기어(65)는 입력축(6)으로부터 자유로이 회전할 수 있으며, 다른 기어(75)는 상기 출력축(7)과 접속되어 회전할 수 있으며, 쌍기어(65, 75)의 변속비(기어(75)의 속도/기어(65)의 속도)는 상기 쌍기어(61, 71, …, 64, 74)의 변속비보다 작으며, 서로 기계적으로 결합되는 또 하나의 쌍기어(65, 75)와 , 엔진(1)에 대한 토크를 상기 또 하나의 쌍기어중 하나의 기어(65)에 전달하여 토크를 상기 출력축(7)에 전달하는 토크전달기구(19)와, 엔진(1) 및 부하의 운전상태를 나타내는 신호에 응답하여 상기 쌍기어(61, 71, …, 64, 74)중 하나를 선택하여 상기 토크전달기구(19)를 구동시키기 위한 신호를 생성하고, 상기 두개의 축(6, 7)간의 회전수 차이에 따라서 상기 다른 쌍기어(65, 75)를 통해 상기 출력축(7)에 전달되는 토크를 조정하기 위해 상기 토크 전달기구(19)를 구동시켜 상기 두개의 축(6, 7)간에 회전동기가 행하여지도록 제어하는 제어장치(21)로 이루어지는 자동차용 자동변속 시스템에 있어서, 쌍기어를 선택하는 변속중 상기 제어장치(21)는 또한 토크전달기구(19)를 구동시켜 엔진(1)의 토크에 의한 토크전달에 따라서 상기 다른 쌍기어(65, 75)를 통해 상기 출력축(7)에 전달되는 토크를 조정하고, 소정의 토크전달상태하에서 선택된 한쌍의 변속비와 상기 두 개의 축(6, 7)간의 회전수비와를 비교하고, 상기 두개의 축(6, 7)간의 회전수비가 선택된 쌍기어의 변속비와 동등하게 될 때, 선택된 쌍기어의 다른 군에 속하는 기어를 상기 출력축(7)과 접속하는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동변속시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 토크전달기구(19)는 다판클러치로 이루어지고, 이 다판클러치는 복수의 마찰판의 한 군은 상기 두 개의 축중 하나에 설치되며, 다른 군은 하나의 축에 설치되고, 각 군의 마찰판은 다른 군의 마찰판에 선택적으로 접속되는 복수의 마찰판과, 상기 제어장치로부터의 신호에 응답하여 상기 복수의 마찰판에 가하는 조작력을 제어하며 토크의 전달을 조정하는 액튜에이터를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동변속시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 다판클러치는 하나의 쌍기어중 하나의 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동변속시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 하나의 기어는 최소변속비를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동변속시스템.
- 제1항에 있어서, 자동차의 주행중 스로틀밸브가 닫히고, 현재보다 더 큰 변속비가 요구될때 엔진의 스로틀밸브(2)를 바이패싱함으로써 회전동기가 행하여지는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동변속시스템.
- 제1항에 있어서, 자동차의 주행중 스로틀밸브가 닫히고, 현재보다 더 큰 변속비가 요구될 때 엔진의 스로틀밸브(2)를 바이패싱함으로써 회전동기가 행하여지는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동변속시스템.
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