• 본 특허는 변속기의 클러치 토크를 추정하고 클러치의 마찰력을 실시간 보정하여 클러치 토크를 정확하게 추정할 수 있는 자동변속기의 토크 추정 시스템에 관한 기술임

• 본 특허는 자동 변속기의 전체 단에 대한 클러치 토크를 추정하는 분야에 적용이 가능함

∨승용차의 유성기어식 다단 자동변속기∨버스, 트럭 등 산업차량의 유성기어식 다단 자동변속기

∨인텔리전스 트랙터의 유성기어식 다단 자동변속기

• 전 클러치 토크를 추정하는 것뿐만 아닌 마찰력을 실시간 보정할 수 있는 알고리즘을 구현하기 위해서는 클러치 토크를 정확하게 추정할 수 있는 기술의 개발이 필요함

• 실시간으로 마찰력을 보정하고, 보정된 마찰 계수를 이용해 클러치 토크를 추정함으로써 출력 토크를 추정할 수 있음

• 본 특허의 자동변속기의 토크 추정 시스템은 그림과 같이 추정부, 클러치 속도 산출부, 마찰 계수 보정부 및 클러치 토크 계산부로 구성됨

• 추정부가 입력 값과 클러치 토크 계산부에서 추정된 클러치 토크를 기반으로 입력속도, 출력속도 및 출력 토크를 추정하며, 이때, 입력 값은 입력토크, 구름저항, 입력속도, 출력속도 및 변속기 브레이크/클러치 압력값 중 하나를 포함함

• 클러치 속도 산출부는 추정부로부터 추정된 추정 입력속도 및 추정 출력속도를 기반으로, 브레이크 속도 및 클러치 속도를 산출함

• 마찰계수 보정부는 자동변속기에서 입력된 값인 추정 입력속도와 추정 출력속도를 기반으로 마찰계수를 실시간으로 보정하여 보정 마찰계수를 출력함

• 클러치 토크 계산부에서 보정된 클러치 속도와 마찰계수를 이용하여 추정된 브레이크 토크와 클러치 토크를 출력함. 이 때, 추정된 클러치 토크 값 또는 보정된 마찰계수 등 산출된 데이터를 저장하는 데이터 저장부와 제어부가 더 포함될 수 있으며, 제어부는 토크 추정 시스템을 구성하는 구성 요소를 전반적으로 제어함

• 변속기 시장은 운전의 편의성으로 인해 수동변속기에서 자동변속기 시장으로 이전되고 있으며, 최근에는 변속기의 컴팩트화 및 연비절감을 특징으로 하는 듀얼클러치변속기(DCT)나 무단변속기(CVT)등 새로운 형태의 변속기도 확대되는 추세임

• 또한 전통의 유성기어식 자동변속기는 토크컨버터 고유의 장점(차량의 안정적인 출발 및 저속에서 고토크 발휘)으로 인해 신형 변속기의 출현에도 불구하고 여전히 가장 대중적인 변속기 지위를 유지하고 있음

• 유성기어식 자동변속기도 연비 및 성능향상을 위해 토크컨버터의 사용을 최소화하고 다단 변속기 개발을 통해 지속적으로 성장하고 있음

• 또한 하이브리드 차량의 유성기어식 자동변속기의 경우 토크컨버터를 삭제하고 모터를 장착하고 있음. 이와 같이 유성기어식 자동변속기도 계속적으로 성장할 것으로 예상됨

• 자동변속기는 1939년 제너럴모터스(GM)가 하이드라매틱(Hydramatic)을 선보이면서 처음 소개된 이후, 그 편리성에 힘입어 20년이 지나지 않아 전체 승용차의 80%가 자동변속기를 달고 나올 정도로 빠르게 보급되었음

• 유럽 등지에서는 수동변속기의 비율이 훨씬 높았지만 기술 발전에 따라 효율과 반응이 좋아지면서 자동변속기를 선택하는 비율이 점점 늘어나고 있음

• 독일 함부르크에 본사를 두고 있는 통계 및 분석 전문회사 스타티스타(Statista)의 분석에 따르면 2012년을 기준으로 수동변속기 비율은 49.4%에서 2017년 46.2%로 약 3.2%가 줄어든 것으로 나타남

• 전통적인 토크컨버터 방식의 자동변속기는 35.8%에서 31.6%로 4.3%나 감소하였으며, 가장 많이 증가한 것은 듀얼클러치 트랜스미션으로 3.4%에서 8.5%로 5.1%가 늘었고 무단변속기(CVT)도 10.1%에서 11.5%로 1.4%가 늘어남

• 일반적으로 변속기는 현대자동차나 폭스바겐처럼 자동차 제작사가 자체적으로 만들거나 게트락과 ZF 같은 전문회사로부터 공급 받고 있음

• 하지만, 다양한 부품이 모여 하나의 완성품을 이루는 자동차의 특성상 종합적인 마진률을 높이려면 외부 업체보다 장기적으로는 자체 개발한 변속기를 사용하는 것이 유리하므로, 때문에 여러 자동차회사에서는 기존 변속기회사들의 특허를 회피하기 위한 다양한 연구를 진행해 독자적인 변속기를 개발하고 있음

• 특히, 일본계 주요 완성차업체 중 하나인 닛산 자동차는 동사의 주력 모델인 센트라와 알티마 등에 모두 무단변속기(CVT)를 장착하고 있으며, 최근 출시된 2013년형 신형 알티마의 경우 기존 모델에 비해 급격한 연비 상승(평균 연비가 27mpg에서 31mpg로 증가)을 보이며 지난 3월 전미 판매량 1위를 달성했음 

• 또한, 최근 건설기계 업체는 국제적 환경규제와 시장의 작업효율성 향상요구에 대응하기 위해 친환경 엔진과 동력전달효율이 높은 자동변속기 개발에 지속적인 노력을 요하고 있으므로, 건설 중장비(지게차, 휠 로더 등)의 자동변속기에 해당 기술을 적용함으로써 활용도가 높을 것으로 전망됨