KR20130003687A

KR20130003687A - 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법

Info

Publication number: KR20130003687A
Application number: KR1020110065169A
Authority: KR
Inventors: 성병준; 장상필
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-09
Also published as: US20130005531A1; JP2013015216A; DE102011087115A1

Abstract

본 발명은 변속시 변속시간을 줄여 운전성능을 향상시킬 수 있는 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속 시작 및 클러치 해제 여부를 판단하는 단계; 상기 단계에서 변속이 시작되고 클러치가 해제된 것으로 판단된 경우 유압식 쿨링장치의 개폐밸브를 완전 개방하여 엔진속도를 감소시키는 단계; 상기 엔진속도를 입력축 속도로 동기화시키는 단계; 및 상기 엔진속도와 입력축 속도가 동기화된 상태에서 클러치를 재접합시키는 단계;를 포함하고, 상기 유압식 쿨링장치를 이용하여 엔진감속도를 높임으로써, 변속시간을 단축시킬 수 있는 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법에 관한 것이다.

Description

자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법{Shift control method for automated manual transmission}

본 발명은 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법에 과한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속 중 동력전달이 끊기는 시간을 줄여 운전성능을 개선할 수 있는 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법에 관한 것이다.

최근 대형 상용 차량은 연비 및 동력성능의 향상 및 운전자의 편의성 등을 향상시키기 위해 자동화 수동변속기(AMT;Automated Manual Transmission)를 채용하는 사례가 증가되고 있다.

특히, 상용 하이브리드 차량은 엔진, 엔진 클러치, 모터, AMT로 구성되며, 엔진 클러치는 자동 릴리즈 유닛을 가지고, AMT는 기존의 수동변속기에 자동 시프트 유닛을 가진다.

상기 AMT를 이용한 변속제어방법을 살펴보면, TCU(변속제어기;Transmission Control Unit)가 ECU(엔진제어기;Engine Control Unit)에 토크 감소를 요구하여 엔진의 출력토크를 감소시키고, 엔진 클러치를 해제하여 엔진과 모터간의 동력을 분리함으로써 AMT에 입력되는 토크를 "0"으로 유지한 다음, 기어를 해제하고 변속단의 기어를 취합하는 전통적인 방식으로 변속을 수행한다.

도 1은 오르막길에서 대형 상용 차량의 변속 과정(3단계)을 보여주는 그래프이다.

제1단계로, 변속을 위해 클러치를 해제하여 엔진과 모터간의 동력을 분리한다(①의 화살표 참조).

상기 클러치를 해제한 후 오르막길에서 차속이 떨어지면서 입력축 속도(변속할 기어단의 입력속도;input shaft speed)가 감소하고 엔진속도는 엔진마찰력에 의해 감소한다(②의 화살표 참조).

제2단계로, 클러치를 충격 없이 재접합하기 위해 엔진속도와 입력축 속도를 동기화한 후 기어를 치합한다.

제3단계로, 상기 엔진속도와 입력축 속도가 동기화된 상태에서 클러치를 재접합시킨다(③의 화살표 참조).

그러나, 이와 같은 제어방법으로 변속되는 AMT는 자동변속기에 비해 동력전달효율이 좋아 동력 손실이 적은 장점이 있지만, 변속 중 동력전달이 끊김으로 인해 운전성이 좋지 못한 단점이 있다.

보다 상세하게는, 오르막길에서 클러치 해제 후 입력축 속도가 떨어지고 엔진속도는 자연 감소하므로, 이 두 속도 사이에 감속도의 차이가 발생한다.

다시 말해서, 클러치 해제 후 변속 시 이미 다음 단으로 기어가 치합된 상태, 즉 입력축 속도가 이미 감소된 상태지만, 클러치 재접합을 위해 엔진속도가 입력축 속도에 동기화 될 때까지 기다려야 하기 때문에 변속시간이 길어지고 두 속도간의 동기화도 늦어져 클러치 재접합 시 충격이 발생하게 된다.

또한, 변속 시 2초간 동력이 단절되어 차량의 동력 성능을 저하시키는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 변속시 쿨링팬을 작동시켜 엔진부하를 상승시킴으로써, 엔진 감속도를 증대시켜 변속시간을 최대한 단축시킬 수 있고, 변속시 동력 단절 시간을 단축하여 운전성능을 향상시킬 수 있는 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법은 변속 시작 및 클러치 해제 여부를 판단하는 단계; 상기 단계에서 변속이 시작되고 클러치가 해제된 것으로 판단된 경우 유압식 쿨링장치의 개폐밸브를 완전 개방하여 엔진속도를 감소시키는 단계; 상기 엔진속도를 입력축 속도로 동기화시키는 단계; 및 상기 엔진속도와 입력축 속도가 동기화된 상태에서 클러치를 재접합시키는 단계;를 포함하고, 상기 유압식 쿨링장치를 이용하여 엔진감속도를 높임으로써, 변속시간을 단축시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 엔진 속도를 감소시키는 단계는 차량제어기(HCU)가 변속제어기(TCU)로부터 변속이 시작되고 클러치가 해제되었다는 신호를 받으면 쿨링제어기에 개폐밸브의 완전 개방신호를 요청하는 단계; 상기 HCU의 개방신호 요청에 따라 유압펌프와 유압모터 사이를 연결하는 개폐밸브가 완전 개방된 경우 엔진의 구동에 의해 유압펌프를 작동시키는 단계; 및 상기 유압펌프에서 발생된 유압에 의해 유압모터를 작동시켜 유압모터의 회전력으로 쿨링팬을 작동시키는 단계;로 이루어지고, 쿨링팬의 속도를 최대로 증가시켜 엔진속도를 최대한 빨리 떨어뜨리는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.

1. 변속시 쿨링팬을 이용하여 엔진의 구동력을 소비함으로써, 엔진 감속도를 증대시켜 변속시간을 최대한 단축시킬 수 있고, 변속시 동력 단절 시간을 단축하여 운전성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 오르막길에서 대형 상용 차량의 변속 과정(3단계)을 보여주는 그래프
도 2는 본 발명에 일실시예에 따른 AMT 장착 차량에서 변속시간 단축을 위한 장치구성도
도 3은 본 발명에 따른 유압식 쿨링 장치의 쿨링팬 속도에 따른 팬 소모 동력을 보여주는 그래프
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 AMT 장착 차량의 변속제어방법을 보여주는 순서도
도 5는 일반 AMT 장착 차량의 엔진 감속시간과 본 발명에 따른 쿨링팬 작동에 따른 엔진 감속시간을 비교한 그래프

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "당업자"라고 함)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 일실시예에 따른 AMT 장착 차량에서 변속시간 단축을 위한 장치구성도이다.

본 발명은 쿨링팬(16)을 이용하여 엔진(10)의 보기류의 부하를 증대시킴으로써, 엔진(10)의 자연감속도를 높여 변속시간 및 변속 중 동력 단절 시간을 단축시킬 수 있고, 변속시 클러치의 충격을 저감할 수 있는 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 자동화 수동변속기(AMT)가 장착되는 차량, 특히 대형 하이브리드 버스 등에 적용함으로써, 변속시간을 단축하여 오르막길에서 업시프트시(기어단을 고속단으로 변속시) 차량 감속 및 클러치의 충격발생을 최소화하고, 가속성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 AMT 장착 차량에서 변속시 엔진(10) 감속도를 높여 엔진속도를 입력축 속도로 최대한 빨리 동기화시킴으로써, 변속시간을 단축시키는데 주안점이 있다.

본 발명에 따른 변속시간단축장치는 변속 및 차속 감지부와, 변속 및 차속감지부로부터 신호를 입력받아 쿨링팬(16) 등의 전반적인 동작을 제어하는 차량제어부와, 차량제어부로부터 신호를 입력받아 제어되는 유압식 쿨링 장치로 구성된다.

변속 및 차속 감지부는 운전자가 변속할 경우 이를 감지하는 변속감지센서, 변속시 입력축 속도를 감지하는 입력축 속도센서, 엔진 속도를 감지하는 엔진속도센서, 및 클러치가 해제 및 접합을 감지하는 클러치 감지센서 등을 포함하고, 이러한 변속감지센서, 엔진속도센서 및 클러치 감지센서 등을 통해 변속 및 엔진속도를 감지하여 변속 중 클러치 해제 후 엔진 속도를 빨리 떨어뜨릴 수 있다.

차량제어부는 대형 하이브리드 버스 등 차량의 전반적인 제어를 담당하는 HCU(15)와, 변속시 변속기어 등의 전반적인 동작을 제어하는 TCU와, 쿨링팬(16)의 동작을 제어하는 쿨링제어기(14)를 포함할 수 있다.

HCU(15)는 TCU와 송수신 가능하고, 변속 시 엔진 속도를 떨어뜨려야 하는 경우 쿨링제어기(14)에 신호를 보내어 쿨링팬(16)을 제어할 수 있다.

쿨링제어기(14)는 개폐밸브(13)의 동작을 제어하여 유압량을 조절하고, 쿨링팬(16)의 속도를 엔진냉각수의 온도에 따라 조절할 수 있다.

유압식 쿨링 장치는 엔진속도를 빨리 감소시키기 위해 엔진(10)과 연결된 유압펌프(11)와, 유압펌프(11)로부터 발생된 유압에 의해 작동되는 유압모터(12)와, 상기 유압모터(12)에 의해 구동되는 쿨링팬(16)과, 쿨링제어기(14)로부터 신호를 입력받아 작동되는 개폐밸브(13)로 구성된다.

쿨링팬(16)은 차량 전방에 위치한 라디에이터(17)의 뒤쪽에 배치되고, 유압모터(12)에 의해 구동됨에 따라 라디에이터(17)를 통해 찬 공기를 차량 내부로 유입시켜 엔진(10)을 냉각시키는 역할을 한다.

개폐밸브(13)는 유압모터(12)와 유압펌프(11) 사이에 배치되고, 쿨링제어기(14)의 신호를 받아 유압펌프(11)로부터 발생된 유압을 유압모터(12)에 전달하는 유체이동경로를 개폐한다.

상기 개폐밸브(13)는 쿨링제어기(14)에 의해 0~100% 사이의 비율로 제어될 수 있고, 개폐밸브(13)의 열림량이 크면 클수록 유압모터(12)로 전달되는 유압량이 늘어나고, 유압량의 증가로 유압모터(12)의 출력이 커져 쿨링팬(16)의 부하가 커진다.

상기 개폐밸브(13)의 응답성은 약 0.5초 이기때문에 변속시간, 예를 들면 1~2초 이내에 엔진감속도를 증가시키기에 충분하다.

도 3은 팬 속도에 따른 팬 소모 동력을 보여주는 그래프이다.

도 3에 도시한 바와 같이 팬 속도가 증가할 수록 팬 소모동력(부하)이 급격히 증가하고 있다.

이와 같은 구성에 의해 본 발명의 일실시예에 따른 변속시간단축방법을 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 AMT 장착 차량의 변속제어방법을 보여주는 순서도이다.

예를 들면, 오르막길에서 변속을 위해 변속레버를 작동시키고 클러치를 해제하는 경우, TCU는 변속감지센서 및 클러치 감지센서로부터 신호를 입력받아 변속시작 및 클러치 해제를 감지하고, HCU(15)에 신호를 보낸다.

계속해서, HCU(15)는 TCU로부터 변속이 시작되고 클러치가 해제되었다는 신호를 받으면 쿨링제어기(14)에 개폐밸브(13)의 완전 개방신호를 요청한다.

이어서, 개폐밸브(13)는 HCU(15)로부터 완전 개방신호를 입력받아 100% 개방되고, 유압모터(12)는 개폐밸브(13)를 통해 유압펌프(11)로부터 발생된 유압을 받아 구동되고, 쿨링팬(16)은 유압모터(12)에 의해 최고 속도로 회전된다.

상기 쿨링팬(16)의 속도 증가로 엔진(10) 보기류의 부하를 증대시켜 엔진(10)의 감속도를 높일 수 있다.

이와 같이 쿨링팬(16)의 속도 증가로 엔진속도를 빨리 감소시켜 입력축 속도로 동기화 시킨 후, 기어를 치합하고 클러치를 재접합한다.

이때, 엔진속도가 입력축 속도와 거의 일치하게 되어 클러치를 재접할 시점이 되면 HCU(15)는 쿨링제어기(14)에 개폐밸브(13)의 완전 개방요청을 해제한다.

따라서, 본 발명에 의하면 변속시 쿨링팬(16)을 작동시켜 엔진부하를 상승시킴으로써, 엔진 감속도를 증대시켜 변속시간을 최대한 단축시킬 수 있고, 변속시 동력 단절 시간을 단축하여 운전성능을 향상시킬 수 있다.

도 5는 일반 AMT 장착 차량에서 엔진(10)이 자연 감속될 경우와, 본 발명에 따라 0.5초 후 개폐밸브(13)가 작동하여 엔진(10)이 감속될 경우의 엔진감속시간(변속시간)을 비교한 그래프이다.

통상 변속시 엔진회전수(RPM)인 2000RPM에서 1000RPM까지의 자연 감속 시간을 비교하면, 본 발명에 따라 0.5초 후 개폐밸브(13)가 작동하여 엔진(10)이 감속되는 경우가 엔진(10)이 자연 감속되는 경우보다 0.25초의 변속시간이 감소하였고, 이는 기존 대비 12% 이상 변속시간을 단축할 수 있었다.

10 : 엔진 11 : 유압펌프
12 : 유압모터 13 : 개폐밸브
14 : 쿨링제어기 15 : HCU
16 : 쿨링팬 17 : 라디에이터

Claims

변속 시작 및 클러치 해제 여부를 판단하는 단계;
상기 단계에서 변속이 시작되고 클러치가 해제된 것으로 판단된 경우 유압식 쿨링장치의 개폐밸브(13)를 완전 개방하여 엔진속도를 감소시키는 단계;
상기 엔진속도를 입력축 속도로 동기화시키는 단계; 및
상기 엔진속도와 입력축 속도가 동기화된 상태에서 클러치를 재접합시키는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진 속도를 감소시키는 단계는 차량제어기(HCU(15))가 변속제어기(TCU)로부터 변속이 시작되고 클러치가 해제되었다는 신호를 받으면 쿨링제어기(14)에 개폐밸브(13)의 완전 개방신호를 요청하는 단계;
상기 HCU(15)의 개방신호 요청에 따라 유압펌프(11)와 유압모터(12) 사이를 연결하는 개폐밸브(13)가 완전 개방된 경우 엔진(10)의 구동에 의해 유압펌프(11)를 작동시키는 단계; 및
상기 유압펌프(11)에서 발생된 유압에 의해 유압모터(12)를 작동시켜 유압모터(12)의 회전력으로 쿨링팬(16)을 작동시키는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동화 수동변속기 장착 차량의 변속제어방법.