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KR101185813B1 - 수동변속기 장착용 자동변속장치 - Google Patents

수동변속기 장착용 자동변속장치 Download PDF

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KR101185813B1
KR101185813B1 KR1020100000739A KR20100000739A KR101185813B1 KR 101185813 B1 KR101185813 B1 KR 101185813B1 KR 1020100000739 A KR1020100000739 A KR 1020100000739A KR 20100000739 A KR20100000739 A KR 20100000739A KR 101185813 B1 KR101185813 B1 KR 101185813B1
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operating
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백정호
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동환산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 수동변속기 장착용 자동변속장치에 관한 것으로 발로 클러치 페달을 밟고 손으로 변속기 레버를 조작하여 변속을 수행하는 통상의 수동 변속기에 모터와 기어의 조합을 이용한 클러치 작동수단, 역시 모터와 기어의 조합을 이용한 변속기 레버 작동수단 및 자동차의 주행상태를 실시간으로 파악하여 변속이 필요한 경우 모터를 제어하는 제어부를 추가하여 통상의 수동변속기가 자동변속기와 같이 자동으로 변속이 수행 되도록 한 것이다.

Description

수동변속기 장착용 자동변속장치{Automatic comtrol system for manual transmission}
본 발명은 자동차의 변속기에 관한 것으로, 수동변속기에서 자동차의 주행상태에 알맞도록 기어의 물림을 자동적으로 변환시키는 수동변속기 장착용 자동변속장치에 관한 것이다.
자동차의 변속기 중 수동변속기는 비교적 저가이며, 연비 및 다이나믹한 운전을 원하는 사용자에게 만족감을 주는 반면, 기어 변속을 하기 위해서는 항상 클러치 페달을 밟고 변속레버를 작동시켜야 되기 때문에 운전자의 운전 조작이 번거로울 뿐만 아니라 이와 같은 상태로 오랜 시간을 주행하게 될 때에는 운전자의 피로감이 상당히 커지게 되는 단점이 있다.
상기의 문제점을 해소하기 위해 자동변속기가 개발되어 사용되고 있으나 수동변속기에 비해 고가이면서 연료의 소모량이 많은 문제점을 가지고 있고, 급가속 성능이 수동변속기보다 떨어지므로 다이나믹한 운전을 원하는 운전자를 만족시켜 주기가 어려운 문제점이 있다.
따라서 종래의 수동변속기에 있어서, 수동변속기의 구조와 장점을 그대로 갖으면서도 자동변속기의 장점을 도입해야할 필요성이 대두 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 자동차의 속도에 따라 자동적으로 기아의 변속이 작동되는 수동변속기 장착용 자동변속장치를 제공하되, 부품수가 최소로 될 수 있는 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 목적은, 기존에 장착되어 있는 수동변속기를 교체하지 않고 간단히 수동변속기의 케이스에 설치함으로써 자동변속기로 대체할 수 있는 수동변속기 장착용 자동변속장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 클러치레버에 의해 작동되는 클러치와 컨트롤 샤프트에 의해 변속되는 수동 변속기어부를 갖는 수동변속 자동차에 있어서, 상기 클러치레버를 작동시켜 엔진의 회전력으로부터 상기 수동 변속기어부를 선택적으로 분리시키는 클러치 작동수단, 상기 클러치 작동수단에 의해 수동 변속기어부가 엔진의 회전력으로부터 분리되면, 상기 컨트롤 샤프트를 작동시켜 수동 변속기어부의 수동 기어를 변속시키는 컨트롤 샤프트 작동수단, 및 자동차의 주행상태를 실시간으로 체크하여 변속이 필요할 경우, 상기 클러치 작동수단을 제어한 다음, 상기 컨트롤 샤프트 작동수단을 제어하여 상기 수동변속장치의 기어를 자동으로 변속시키는 제어부를 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 상기 제어부에서는, 자동차의 속도, 엔진 rpm, 구동축의 rpm 엑셀위치, 브레이크작동여부, 기어위치 중 선택된 어느 하나 이상을 실시간으로 측정한다.
그리고 상기 클러치 작동수단은, 프레임에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터에 의해 회전되는 웜, 상기 웜에 치합되어 회전력을 직각방향으로 전달시키는 웜기어, 상기 웜기어와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되는 피니언기어, 및 상기 피니언기어에 치합되어 직선 이동됨에 따라 상기 클러치레버를 작동시키는 랙기어를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 구동모터에는 저속센서가 더 구비되어 회전수를 측정하여 그 측정치를 상기 제어부로 전송한다.
그리고 상기 윔의 회전축에는 위치센서가 더 구비되어 상기 웜기어나 피니언기어의 회전수를 측정하여 그 측정치를 상기 제어부로 전송한다.
또한, 상기 컨트롤 샤프트 작동수단은, 상기 컨트롤 샤프트의 단부에 고정되는 작동기어를, 일정 각도 회전시킴에 따라 상기 컨트롤 샤프트를 그 중심축을 기준으로 회전시키는 셀렉터 작동수단, 및 상기 작동기어를 그 중심축방향으로 이동시킴에 따라 상기 컨트롤 샤프트를 그 길이방향을 따라 이동시키는 시프트 작동수단을 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 셀렉터 작동수단은, 고정블럭에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터에 의해 회전되는 웜, 이 웜에 치합되어 회전력을 직각방향으로 전달시키는 웜기어, 및 상기 웜기어와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되는 연결기어를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 시프트 작동수단은, 고정블럭에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터에 의해 회전되는 웜, 이 웜에 치합되어 회전력을 직각방향으로 전달시키는 웜기어, 상기 웜기어와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되는 피니언기어, 및 상기 피니언기어와 치합되는 랙기어가 형성되어 그 길이방향을 따라 이동되며, 상기 컨트롤 샤프트의 축 상에 회전 가능하도록 연결되는 이동샤프트를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 셀렉터 작동수단과 시프트 작동수단은 위치센서가 각각 더 구비되어 각각의 회전수를 측정하여 그 측정치를 상기 제어부로 전송한다.
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치는 비교적 간단한 구조로서 자동변속기능을 수행하게 되는 것으로 기존에 사용 중인 자동차의 수동변속장치를 교체하지 않고 저렴한 비용으로 장착되어 자동변속기능을 수행하는 것으로 종래의 수동변속기 장착용 자동변속장치에 비해 부품수를 최소화할 수 있으며 간단히 수동변속기의 케이스에 부착하여 작업공정이 용이한 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치의 계략도를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치의 클러치 작동수단을 도시한 도면이며,
도 3은 도 2의 각 기어들의 결합상태를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치의 컨트롤 샤프트 작동수단의 실시 예를 도시한 도면이고,
도 5은 도 4의 셀렉터 작동수단에 의한 작동상태를 도시한 도면이며,
도 6은 도 4의 시프트 작동수단에 의한 작동상태를 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치의 설치 실시 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치의 개략도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치의 클러치 작동수단을 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 각 기어들의 결합상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치의 컨트롤 샤프트 작동수단의 실시 예를 도시한 도면이고, 도 5은 도 4의 셀렉터 작동수단에 의한 작동상태를 도시한 도면이며, 도 6은 도 4의 시프트 작동수단에 의한 작동상태를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 자동변속장치의 설치 실시 예를 도시한 도면이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 수동변속기 장착용 자동변속장치는 제어부(100)와 클러치 작동수단(200) 및 컨트롤 샤프트 작동수단(300)으로 구성된다.
먼저, 클러치 작동수단(200)은 클러치레버를 작동시켜 엔진의 회전력으로부터 클러치 디스크를 선택적으로 분리시키게 되고, 컨트롤 샤프트 작동수단(300)은 클러치 작동수단(200)에 의해 클러치 디스크가 엔진의 회전력으로부터 분리되면, 컨트롤 샤프트(1)를 작동시켜 수동 기어를 변속시키게 된다.
그리고 제어부(100)는 자동차의 주행상태를 실시간으로 체크하여 변속이 필요할 경우, 클러치 작동수단(200)을 제어한 다음, 컨트롤 샤프트 작동수단(300)을 제어하여 수동변속장치의 기어를 자동으로 변속시킴에 따라 수동변속기의 자동변속이 이루어진다.
이러한 제어부(100)에서는 자동차의 속도, 엔진 rpm, 구동축의 rpm 엑셀위치, 브레이크작동여부, 기어위치 중 선택된 어느 하나 이상을 실시간으로 측정하여 클러치 작동수단(200)와 컨트롤 샤프트 작동수단(300)을 제어한다.
또한 제어부(100)는 자동차의 각 부품의 동작상태를 측정하여 클러치 작동수단(200)과 컨트롤 샤프트 작동수단(300)을 제어하는 것으로, 각 부품에 센서들이 구비된다.
다시 말해, 자동차 엑셀레이터의 작동위치를 측정하는 엑셀센서와 자동차의 저속 지연상태를 체크하는 저속센서, 브레이크의 작동위치를 측정하는 브레이크센서, 엔진 시동상태를 측정하는 시동센서, 사이드 브레이크의 위치를 측정하는 사이드센서 및 치합된 변속기어부의 기어위치를 측정하는 기어위치센서가 구비되는 것이다.
이러한 엑셀센서와 저속센서, 브레이크센서, 시동센서, 사이드센서 및 기어위치센서의 측정치는 제어부(100)로 실시간 전송되어 클러치 작동수단(200)과 컨트롤 샤프트 작동수단(300)을 용이하게 제어하여 자동으로 기어를 변속시키며, 이 각 센서들은 도면상 표시를 생략하였다.
클러치 작동수단(200)의 실시 예는 도 2 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 프레임(210)과 웜(220), 웜기어(230), 피니언기어(240) 및 랙기어(250)로 구성된다.
웜(220)은 프레임(210)에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터(222)에 의해 회전되고, 웜(220)에 연결되어 회전력을 직각방향으로 전달시키도록 웜기어(230)가 구비된다.
피니언기어(240)는 웜기어(230)와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되고, 랙기어(250)는 피니언기어(240)에 치합되어 이동됨에 따라 클러치레버(8)를 작동시킨다.
그리고 구동모터(222)에는 저속센서(260)가 더 구비되는 것으로, 이 저속센서(260)는 구동모터(222)의 회전수를 측정하여 그 측정치를 제어부(100)로 전송함에 따라 클러치 작동수단(200)을 제어할 수 있다.
또한 프레임(210)에는 위치센서(270)가 더 구비되어 웜기어(230)나 피니언기어(240)의 회전수를 측정하여 그 측정치를 제어부(100)로 전송함에 따라 클러치 작동수단(200)을 제어할 수 있다.
한편, 위치센서(270)는 가변저항식 TPS로 구비되어 그 측정치를 ECU로 전송하고, ECU에 전달된 측정값은 제어부(100)로 전달되어 클러치 작동수단(200)을 제어할 수 있다.
이러한 위치센서(270)는 공전상태, 가속상태, 감속상태, 전부하상태 등도 측정하여 ECU로 전달할 수 있는 것으로, 제어부(100)로 전달되어 클러치 작동수단(200)을 더욱 용이하게 제어할 수 있다.
도 4 내지 도 7에서 도시한 바와 같이, 컨트롤 샤프트 작동수단(300)의 실시 예는, 작동기어(330)와 셀렉터 작동수단(310) 및 시프트 작동수단(320)으로 구성된다.
작동기어(330)는 컨트롤 샤프트(1)의 단부에 고정되고, 셀렉터 작동수단(310)은 작동기어(330)를 일정 각도 회전시킴에 따라 컨트롤 샤프트(1)를 중심축 기준으로 회전시킨다.
그리고 시프트 작동수단(320)은 작동기어(330)를 그 중심축방향으로 이동시킴에 따라 컨트롤 샤프트(1)를 그 길이방향으로 따라 이동시키게 된다.
먼저, 셀렉터 작동수단(310)을 살펴보면, 고정블럭(311)과 웜(312), 웜기어(314) 및 연결기어(315)로 구성된다.
웜(312)은 고정블럭(311)에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터(313)에 의해 회전되고, 웜기어(314)는 웜(312)에 치합되어 회전력을 직각방향으로 전달시킨다.
연결기어(315)는 웜기어(314)와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되어 작동기어(330)와 치합됨에 따라 작동기어(330)를 일정 각도 회전시켜 컨트롤 샤프트(1)를 회전시키게 된다.
그리고 시프트 작동수단(320)은 고정블럭(321)과 웜(322), 웜기어(324), 피니언기어(325) 및 이동샤프트(326)로 구성된다.
웜(322)은 고정블럭(321)에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터(323)에 의해 회전되고, 웜기어(324)는 웜(322)에 치합되어 회전력을 직각방향으로 전달시킨다.
그리고 피니언기어(325)는 웜기어(324)와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되고, 이동샤프트(326)는 피니언기어(325)와 치합되는 랙기어(327)가 형성되어 그 길이방향을 따라 이동된다.
이때, 이동샤프트(326)의 단부에는 작동기어(330)가 회전 가능하도록 연결되는 것으로, 작동기어(330)가 그 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 연결된다.
이 작동기어(330)는 작동베어링(332)과 제1고정부재(334), 고정브라켓(336) 및 제2고정부재(338)에 의해 컨트롤 샤프트(1)에 연결된다.
작동베어링(332)은 작동기어(330)와 이동샤프트(326) 사이에 구비되어 작동기어(330)가 회전 가능하게 하며, 제1고정부재(334)는 작동기어(330)를 이동샤프트(326)에 결합시키게 된다.
다시 말해, 작동기어(330)가 이동샤프트(326)에 회전 가능하게 결합되되, 제1고정부재(334)에 의해 이탈이 방지되는 것이다.
그리고 고정브라켓(336)과 제2고정부재(338)는 작동기어(330)와 컨트롤 샤프트(1)를 고정시키기 위한 것으로, 고정브라켓(336)은 컨트롤 샤프트(1)에 고정되어 동일하게 회전되고, 제2고정부재(338)에 의해 작동기어(330)와 고정되어 셀렉터 작동수단(310) 작동 시, 동일하게 회전된다.
이러한 시프트 작동수단(320)의 이동샤프트(326) 일단에 작동기어(330)가 회전 가능하도록 구비됨에 따라 셀렉터 작동수단(310)의 작동 시, 작동기어(330)가 회전될 수 있는 것이다.
그리고 셀렉터 작동수단(310)의 연결기어(315)는 작동기어(330)의 두께보다 길게 형성됨에 따라 시프트 작동수단(320)의 작동 시, 작동기어(330)가 연결기어(315)의 기어산의 길이방향을 따라 이동될 수 있는 것이다.
이때, 셀렉터 작동수단(310)과 시프트 작동수단(320)은 위치센서(316, 328)가 더 구비되는 것으로, 각각의 회전수를 측정하여 그 측정치를 제어부(100)로 전송함에 따라 실시간으로 컨트롤 샤프트 작동수단(300)을 제어할 수 있다.
한편, 위치센서(316, 328)는 가변저항식 TPS로 구비되어 그 측정치를 ECU로 전송하고, ECU에 전달된 측정값은 제어부(100)로 전달되어 컨트롤 샤프트 작동수단(300)을 제어할 수 있다.
이러한 위치센서(316, 328)는 공전상태, 가속상태, 감속상태, 전부하 상태 등도 측정하여 ECU로 전달할 수 있는 것으로, 제어부(100)로 전달되어 컨트롤 샤프트 작동수단(300)을 더욱 용이하게 제어할 수 있다.
이와 같은, 클러치 작동수단(200)과 컨트롤 샤프트 작동수단(300) 및 이를 제어하는 제어부(100)에 의해 클러치레버와 컨트롤 샤프트(1)를 순차적으로 작동시킴에 따라 수동 변속기어부의 기어들을 자동으로 변속시킬 수 있는 것이다.
1 : 컨트롤 샤프트 2 : 셀렉터레버
3 : 시프트레버 8 : 클러치레버
100 : 제어부 200, 200' : 클러치 작동수단
210 : 프레임 220 : 웜
230 : 웜기어 240 : 피니언기어
250 : 랙기어 260 : 저속센서
270 : 위치센서
300, 300' : 컨트롤 샤프트 작동수단
310 : 셀렉터 작동수단 320 : 시프트 작동수단
311, 321 : 고정블럭 312, 322 : 웜
313, 323 : 구동모터 314, 324 : 웜기어
315 : 연결기어 316, 328 : 위치센서
325 : 피니언기어 326 : 이동샤프트
330 : 작동기어

Claims (9)

  1. 클러치레버에 의해 작동되는 클러치와 컨트롤 샤프트에 의해 변속되는 수동 변속기어부를 갖는 수동변속 자동차에 있어서,
    상기 클러치레버를 작동시켜 엔진의 회전력으로부터 상기 수동 변속기어부를 선택적으로 분리시키는 클러치 작동수단;
    상기 클러치 작동수단에 의해 수동 변속기어부가 엔진의 회전력으로부터 분리되면, 상기 컨트롤 샤프트를 작동시켜 수동 변속기어부의 수동 기어를 변속시키는 컨트롤 샤프트 작동수단; 및
    자동차의 주행상태를 실시간으로 체크하여 변속이 필요할 경우, 상기 클러치 작동수단을 제어한 다음, 상기 컨트롤 샤프트 작동수단을 제어하여 상기 수동 변속기어부를 자동으로 변속시키는 제어부를 포함하여 이루어지고,
    상기 클러치 작동수단은,
    프레임에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터에 의해 회전되는 웜; 상기 웜에 치합되어 회전력을 직각방향으로 전달시키는 웜기어; 상기 웜기어와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되는 피니언기어; 및 상기 피니언기어에 치합되어 직선 이동됨에 따라 상기 클러치레버를 작동시키는 랙기어를 포함하여 이루어지며,
    상기 컨트롤 샤프트 작동수단은,
    상기 컨트롤 샤프트의 단부에 고정되는 작동기어를,
    일정 각도 회전시킴에 따라 상기 컨트롤 샤프트를 그 중심축을 기준으로 회전시키는 셀렉터 작동수단; 및 상기 작동기어를 그 중심축방향으로 이동시킴에 따라 상기 컨트롤 샤프트를 그 길이방향을 따라 이동시키는 시프트 작동수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 셀렉터 작동수단은,
    고정블럭에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터에 의해 회전되는 웜; 및 이 웜에 치합되어 회전력을 직각방향으로 전달시키는 웜기어; 및 상기 웜기어와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되는 연결기어를 포함하여 이루어지며,
    상기 시프트 작동수단은,
    고정블럭에 회전 가능하도록 구비되어 구동모터에 의해 회전되는 웜; 및 이 웜에 치합되어 회전력을 직각방향으로 전달시키는 웜기어; 상기 웜기어와 동일하게 회전되도록 동일 축 상에 위치되는 피니언기어; 및 상기 피니언기어와 치합되는 랙기어가 형성되어 그 길이방향을 따라 이동되는 이동샤프트를 포함하여 이루어지고,
    상기 이동샤프트는 작동베어링에 의해 상기 작동기어와 연결되어 이동샤프트의 이동 시, 작동기어와 고정된 컨트롤 샤프트를 길이방향으로 이동시키며,
    작동베어링은 작동기어의 중심부에 구비되어 상기 셀렉터 작동수단에 의해 작동기어가 이동샤프트에서 회전되는 것을 특징으로 하는 수동변속 자동차용 자동변속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에서는,
    자동차의 속도, 엔진 rpm, 구동축의 rpm, 엑셀위치, 브레이크작동여부, 기어위치 중 선택된 어느 하나 이상을 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 수동변속 자동차용 자동변속장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동모터에 저속센서가 더 구비되어 회전수를 측정하여 그 측정치를 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 수동변속 자동차용 자동변속장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프레임에는 위치센서가 더 구비되어 상기 웜기어나 피니언기어의 회전수를 측정하여 그 측정치를 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 수동변속 자동차용 자동변속장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 셀렉터 작동수단과 시프트 작동수단은 위치센서가 각각 더 구비되어 각각의 회전수를 측정하여 그 측정치를 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 수동변속 자동차용 자동변속장치.
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