자동차공학)동력전달장치 전자제어 자동변속기

전자제어 자동변속기(EAT, Electronic Automatic Transmission)는 기본적으로 유압식과 같은 구조를 하고 있으나 컨트롤 밸브 메커니즘(기계식)을 솔레노이드 밸브 메커니즘(전류 제어식)으로 대체하여 유압 유로를 ECU에서 제어하도록 설계한 것이 다르다. 이 방식은 엔진의 가속 정도를 스로틀 센서가 출력 축의 회전수는 차속 센서가 감지하여 자동변속기 제어유닛은 설정된 값에 전자 솔레노이드 밸브를 개폐하여 시프트 밸브의 유압을 제어한다. 작용은 유압식과 같다.

현대자동차가 독자기술로 개발한 전자제어 자동변속기인 HIVEC(hyundai Intelligent Vehicle Electronic Control는 소나타 그랜저 등에 적용되어 있다. 특징은 다양한 도로 조건과 기후 조건을 분석해 변속 제어하는 신경망 제어시스템(neural network control system)과 개별운전자의 운전습관에 맞춰 최적의 변속단을 자동적으로 선택하는 학습기능이 있다.

 

1. 전자제어 유니트

2. TCU의 제어

 

1. 전자제어 유니트

전자제어 자동변속기의 제어 심장부는 변속기 전자제어 유니트(TCU, Transmission electronic Control Unit)이다. TCU는 엔진, 트랜스미션에 설치된 각종 센서로부터 획득한 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 차량 속도 등의 각종 데이터를 입력받아, 이들 데이터를 연산하여 최적의 자동 변속 조건을 찾아 변속패턴제어, 변속유압제어, 댐퍼 클러치 등을 제어하고 있다. 또한 ECU는 EAT가 고장 시에도 자기 보정 기능에 의해 2단 또는 3단으로 고정되어 운행할 수 있으며, 자기 진단 기능으로 전자제어 자동 변속기의 고장 요소를 스스로 찾아낼 수 있는 기능을 갖고 있다.

 

2. TCU의 제어

- 댐퍼 클러치 제어

전자제어 자동변속기는 댐퍼 클러치를 장착하여 TCU에 의해 댐퍼 클러치 제어 솔레노이드 밸브(DCCSC, Damper Clutch Control Solenoid Valve)로 제어하고 있다.

댐퍼 클러치(damper clutch)는 차량이 일정속도에 도달하면 토크 컨버터의 펌프와 터빈을 기계적으로 직결시켜 자동변속기의 동력손실의 대부분을 차지하는 토크 컨버터의 슬립을 감소시킴으로써 연비의 개선과 정숙성을 도무 하기 위한 것이다. 댐퍼 클러치의 제어용 센서는 댐퍼 클러치의 해제 영역을 판정하기 위한 오일 온도 센서와 가속페달 스위치, 댐퍼 클러치의 작동영역을 판정하기 위한 스로트 위치 센서와 펄스 제너레이터 센서 B(트랜스퍼 구동기어의 회전속도), 스로틀 밸브 열림 정도의 조정을 위한 점화 센서와 에어컨 릴레이 센서 등으로 구성되어 있다.

댐퍼 클러치 제어는 저회전 영역에서 미소 슬립하는 partial lock up 제어와 고회전 영역에서 완전 직결로 되는 full lock up 제어로 구성되어 있고 이것을 조합함으로써 저 연비와 정숙성을 양립시켰다.

 

- 변속패턴 제어

변속시기는 차속과 스로틀 밸브 개도를 전기적으로 검출하여 TCU가 입력된 신호를 연산하여 2개의 시프트 컨트롤 솔레노이드 밸브(SCSV, Shift Control Solenoid Vavle)에 의해 미리 설정된 시프트 패턴으로 제어한다.

변속패턴 제어용 센서는 아래와 같다.

 

① 인히비터 스위치(inhibit switch) : 변속패턴의 선택을 위해 변속 레버의 위치를 검출하다. 이것은 자동 변속기 차량의 시동 시의 안전장치(start safety)로도 사용된다. 인히비터 스위치는 변속레버와 연동되어 있어 변속레버의 위치가 P 또는 N 위치에서만 점화회로가 ON 이 되어 엔진을 시동할 수 있고, 다른 위치에서는 점화회로가 OFF가 되기 때문에 엔진을 시동할 수가 없다. 변속레버를 후진 위치로 하면 후퇴 등을 점등시킨다.

 

② 오일 온도 센서 : 냉간 상태에서의 변속패턴을 조정하기 위하여 ATF(Automatic Transmission Fluid, 자동변속기 오일) 온도를 검출한다.

 

③ 가속페달 스위치 : 크리프(creep) 영역을 판정하기 위하여 가속페달 스위치의 ON, OFF를 검출한다.

 

④ 펄스 제너레이터 B : 변속패턴에 따른 변속 단으로 하기 위하여 트랜스퍼 구동기어의 회전속도를 검출한다.

 

⑤ 파워 이코노미 및 홀드 스위치 : 운전자의 의지에 의해서 주행 조건에 가까운 변속 특성을 얻기 위해서 파워 이코노미 및 홀드 스위치의 ON, OFF를 검출한다.

 

⑥ 오버 드라이브 스위치(over drive switch) : 오버 드라이버 모드를 검출한다. 오버 드라이버 스위치가 OFF이면 제 3단까지 변속되고 ON이면 제 4단까지 변속한다.

 

- 변속 시 유압제어

변속 시의 클러치 브레이크 등의 작동유압 신호를 연산하고 운전조건(스로틀 개도, 엑셀 페달 위치, 차속 등)에 따른 변속시기를 결정하여 각각의 변속에 알맞은 미리 설정된 유압 패턴을 얻을 수 있도록 압력 컨트롤 솔레노이드 밸브(PCSV, Pressure Control Solenoid Valve)에 의해 원활한 시프트 특성(변속 특성)을 확보한다.

유압 제어용 센서에는 다음의 것이 있다. 전술한 스로틀 위치 센서, 에어컨 릴레이, 파워 이코노미 스위치를 제외한 나머지이다.

 

①  펄스 제너레이터 A : 변속할 때 유압제어를 위하여 킥 다운 드럼(kick down drum)의 회전속도를 검출하는 센서

 

② 킥 다운 서보 스위치(kick down servo switch) : 변속할 때 유압 제어 시간을 제어하기 위하여 킥 다운 밴드가 작동하기 시작하는 시점을 검출한다.

 

③ 점화 펄스(ignition pulse) : 스로틀 밸브의 열림 정도를 보정하기 위해 공전할 때 엔진의 회전속도를 검출한다.

 

- 유압제어 밸브

전자제어 자동변속기의 유압제어 밸브는 많은 종류가 있으나 매뉴얼 밸브, 스로틀 밸브는 유압식에서 이미 설명했으며 나머지 중요한 것은 아래와 같다.

 

① 압력조정 밸브(regulator vavle) : 오일펌프에서 발생한 유압을 라인 압력으로 조절하는 밸브이다. 스로틀 밸브를 완전히 열고, 엔진 회전속도가 2,500rpm일 때 제 4단, 오일 압력은 8.6 ~ 9.0kgf/cm^2 이다.

 

② 토크 컨버터 제어밸브(TCCV) : 토크 컨버터와 각 윤활 부분으로 공급하는 오일의 압력을 조절하는 밸브이다.

 

③ 댐퍼 클러치 제어 솔레노이드 밸브(DCCSV) : TCU의 전기적인 듀티 신호(35Hz의 전기적인 신호 중 ON 되는 시간 비율)를 유압으로 변환시켜 댐퍼 클러치를 작동 또는 해제시키는 댐퍼 클러치 제어 밸브에 오일을 공급 또는 차단하는 밸브이다.

 

④ 감압밸브(reducing vavle) : 라인의 오일 압력보다 항상 낮은 압력으로 조절하는 밸브이다. 또 댐퍼 클러치 제어 솔레노이드 밸브(DCCSV), 압력 제어 솔레노이드 밸브(PCSV)로부터 제어압력을 만들어 댐퍼 클러치 제어밸브(DCCV)와 압력 제어 밸브(PCV)를 작동시킨다.

 

⑤ 변속제어 솔레노이드 밸브 A, B(SCSV A, B) : TCU의 ㅅ니호에 의해 변속 제어 밸브(SCV)에 작용하는 라인 압력을 조절하는 밸브이다. 즉 변속 제어 밸브를 각 변속단에 알맞은 위치로 이동시켜 유압 회로를 변환한다.

 

⑥ 압력제어 솔레노이드 밸브(PCSV) : TCU의 신호에 의해 토크 컨버터에 오일을 보내고 엔진이 정지 시에는 토크 컨버터로 오일이 역류하는 것을 제어하는 압력제어 밸브(PCV)로 오일을 공급 또는 차단하는 밸브이다.

 

이 외에 각 변속단의 제어밸브, 엔드 클러치 밸브, 리어 클러치 유압배출 밸브, 킥다운 밸브 등이 있다.