KR100241615B1 - 차량용 클러치제어시스템 - Google Patents

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KR100241615B1
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포터 자비스 로저
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니겔 존스 고브
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Abstract

클러치 제어시스템이 엔진(10)의 속도를 모니터하는 엔진속도감지기(26), 클러치 슬래이브 실린더(22)의 작동을 모니터하는 클러치작동감지기(34), 스로틀 위치감지기(30)와, 감지기(26,34,30)로부터의 신호를 수신하고 클러치 제어가 요구될 때를 결정하는 제어유니트(36)로 구성된다. 이때에 제어유니트는 기준모우드로 전환되고 이 기준모우드에서는 연속폐쇄 루우프작동으로 엔진속도신호 Ve가 기준속도신호 Vr에 비교되고 클러치가 가볍게 결합 또는 분리되어 엔진속도가 기준속도에 근접하도록 한다.

Description

차량용 클러치제어시스템
제1도는 본 발명을 따르는 클러치제어시스템의 개략도.
제2도는 기어변속이 이루어지는 동안, 제1도에 도시된 시스템내에서 여러가지 매개변수들의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프.
제3도는 갑작스런 운전자의 조작의도를 추종하여, 제1도에 도시된 시스템내에서 여러가지 매개변수들의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프.
제4(a)도 및 제4(b)도는 클러치판속도가 최대엔진속도를 초과할 때, 제1도에 도시된 시스템내에서 여러가지 매개변수들의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프.
제5도는 엔진속도가 설정값이하로 강하할 때, 제1도에 도시된 시스템내에서 여러가지 매개변수들의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 엔진 12 : 변속기
14 : 마찰클러치 16 : 스로틀장치
18 : 스로틀밸브 20 : 분리포크
22 : 종동실린더 24 : 기어레버
26 : 엔진속도센서 32 : 기어위치센서
34 : 클러치연결센서 36 : 제어유니트
38 : 유압제어기 40 : 클러치판
Ve: 엔진속도신호 Vdp: 클러치판속도신호
Vc: 클러치연결위치신호 Vg: 기어위치신호
Vem: 최대엔진속도신호
본 발명은 반자동변속기 또는 완전자동변속기를 가진 차량내에서 이루어지는 클러치제어와 관련된다.
영국특허 제GB 2 088 007호 및 제GB 2 079 888호에 따르면, 폐루프제어(closed loop control)개념을 이용하고 정지상태로부터 작동될 때, 차량클러치를 제어하기 위한 수단이 제공되며, 클러치의 연결정도를 변화시키는 것에 의해 정해진 목표속도를 동일하게 형성하도록 엔진속도가 제어된다. 상기 수단에 의하여, 차량이 평지에 있거나 경사길에 있는가에 상관없이 운전자의 의도에 따라 차량은 정지상태로부터 매끄럽게, 부드럽게 또는 힘차게 운동하게된다.
특허출원 제WO 89/10282호에 따르면, 기어변속이 이루어지는 동안 클러치제어가 이루어지는 제어시스템이 제공되고, 특허출원 제WO89/03318호에 따르면, 정상주행이 이루어지는 동안 갑작스런 스로틀(throttle)변화에 기인한 구동라인충격(driveline shock)을 제거하도록, 클러치가 제어되는 것이 설명된다. 상기 특허출원들에 따라, 최적슬립토크(slip torque)를 제공하기 위해 클러치의 연결정도를 결정하는 시스템들이 제공되더라도, 클러치면(clutch facing)의 마찰재료성능이 가지는 고유의 가변성에 기인하여, 결과적으로 약간은 너무 세거나 너무 약하게 형성될 수 있다. 기어변속, 갑작스런 스로틀조정작용 및 다른 교란작용이 발생하는 동안, 기어변속, 갑작스런 스로틀조정작용 및 다른 교란작용이 발생하는 동안, 주행과 관련한 정숙도를 향상시키기 위하여, 상기 제1특허들의 폐루프제어개념을 논 테이크업(non-takeup)방식의 변속기들로 구동되는 클러치의 제어작용으로 확대하는 것이 본 발명의 목적이다.
엔진속도가 클러치판속도와 직접 비교되고, 다음에 상기 비교차이를 150rpm과 같이 정해진 값에 설정하려고 하는 다른 시스템들이 공지되어 있다. 상기 시스템들의 장점을 보면, 정확히 선택된 기준값과 엔진속도를 비교하여, 비교차이가 영에 근사하고 즉, 비교차이를 나타내는 매개변수의 조정이 더욱 유리하게 선택되어, 제어시스템이 더욱 정확하게 작동가능하다. 만약 제어시스템에서 마이크로프로쎄서(microprocessor)를 이용한다면, 속도제어루프내의 계산작용들은 다른 계산작용들보다 더욱 빈번하게 반복될 필요가 있다. 추가의 계산작용없이 오차가 거의 영이 되도록 제어루프를 설계하면, 제어루프내에서 실행되어야 하는 계산작용이 용이하게 최소화된다.
본 발명에 따르면, 클러치작동수단, 변속기 및 엔진으로 구성된 차량용클러치제어시스템에 있어서, 엔진속도에 따라 변화가능한 엔진속도신호를 발생하기 위한 엔진속도센서 및 클러치의 연결상태에 따라 변화가능한 클러치연결위치신호를 발생하기 위한 클러치연결위치센서를 포함한 센서수단으로 구성되고, 기준신호를 발생하기 위한 기준신호발생수단으로 구성되며, 제1모드 및 제2모드에서 작동가능한 제어수단으로 구성되고, 상기 제1모드에서 제어수단은 기준신호와 엔진속도신호를 비교하고, 엔진속도신호가 기준신호에 접근하도록 클러치작동수단을 작동하며, 상기 제2모드에서 클러치작동수단이 기준신호에 의해 제어되지 않고, 센서수단으로부터 전달된 신호들에 응답하여 상기 제어수단은 상기 제1모드 및 제2모드사이에서 변환되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템이 제공된다.
본 발명의 선호되는 실시예들이 첨부된 도면들을 참고하여 예로써 설명된다.
제1도를 참고할 때, 차량의 클러치시스템(clutch system)은 엔진(10) 및 변속기입력축(15)을 통해 마찰클러치(friction clutch)(14)와 연결된 변속기(12)로 구성된다. 가속페달(19)에 의해 작동되는 스로틀밸브(18)를 포함하는 스로틀(throttle)장치(16)에 의하여 연료가 엔진(10)에 공급된다. 마찰클러치(14)가 분리포크(release fork)(20)에 의해 작동되고, 상기 분리포크가 종동실린더(22)에 의해 작동된다. 기어레버(gear lever)(24)에 의해 변속기(12)가 작동된다. 엔진신호발생기로서 구성되는 센서수단은 변환기(transducer)를 포함하고 엔진속도에 비례하는 엔진속도신호(Ve)를 발생하는 엔진속도센서(26)와, 스로틀장치의 개방크기에 비례하는 스로틀개방량신호(Vt)를 발생하는 스로틀밸브위치센서(throttle valve position sensor)(30)와, 운전자의 토크요구량과 같은 가속페달(19)의 위치에 따라 가변되는 신호를 발생하는 폐달위치센서 또는 토크요구량센서(39)와, 연결되는 기어에 해당하는 기어위치신호(Vg)를 발생하는 기어위치센서(32)와, 기어변속의도를 나타내는 기어변속신호(Vs)를 발생하고 운전자에 의해 기어레버(24)에 가해지는 하중을 감지하는 기어레버(24)상의 노브스위치(knobswitch)(33)와, 종동실린더의 위치에 따라 가변되는 클러치연결위치신호(Vc)를 발생하는 클러치연결센서(34)와, 마찰클러치(14)의 클러치판(40)의 속도와 동일한 변속기입력축(15)의 속도에 비례하는 클러치판속도신호(Vdp)를 발생하는 클러치판속도센서(42)로 구성된다. 차량속도는 클러치판속도 및 연결된 기어에 의존하기 때문에, 사실상 클러치판속도센서(42)는 차량속도센서로서 작동한다. 센서들로부터 발생된 신호들이 제어유니트(control unit)(36)로 전달되고, 상기 제어유니트(36)는 유압제어기(38)를 통해 마찰클러치(14)의 작동을 제어한다. 기준신호(Vr)를 발생하기 위한 기준신호발생기가 제어유니트(36)에 포함된다. 제2도에서 이상적으로 도시된 엔진속도신호(Ve)는 운전자작동식 스로틀장치에 대한 전형적인 신호를 나타낸다. 제어유니트(36)에 의해 작동되는 자동스로틀제어기(37)의 작동이 필요하다면, 상기 엔진속도신호(Ve)가 이용될 수 있다. 가속페달(19)과 무관하게, 자동스로틀제어기(37)가 스로틀장치(16)를 개폐가능하도록, 제어유니트(36)에 의해 자동스로틀제어기(37)가 작동된다.
제2도를 참고할 때, 예를들어 차량이 제2기어상태로 운전되고 가속될 때, 제어시스템은 정상 또는 주행모드(drive mode)상태에 있고, 상기 주행모드에서 클러치는 이동하지 않는다. 시간 t=0에서 운전자가 제3기어로 변속하는 것을 나타내는 노브스위치(33)가 운전자에 의해 작동된다. 다음에 제어시스템은 자동모드(automatic mode)로 전환된다. 운전자로부터 스로틀장치(16)가 제어되고, 2단계에 걸쳐서 상기 스로틀장치가 자동스로틀제어기(37)에 의해 폐쇄되고, 이때 클러치가 유압제어기(38)에 의해 분리된다. 또한 스로틀장치가 폐쇄됨에 따라, 엔진속도는 점차적으로 강하된다. 시간 t1에서, 제2기어가 분리된다. 다음에 클러치판의 속도는 싱크로메쉬(synchromesh)에 의해 급격히 감소되고 엔진속도가 점차적으로 감소된다. 시간 t2에서, 제3기어가 연결되고 클러치연결이 개시된다. 시간 t3에서, 클러치가 클러치의 최소연결한계점에 도달할때까지, 클러치가 설정율에 따라 연결된다. 다음에 제어시스템은 기준모드(reference mode)로 전환되고, 기준신호(Vr)는 엔진속도신호(Ve)와 동일한 초기치로 설정된다. 다음에 기준신호(Vr)는 초기 클러치연결작동시 정해진 모양의 곡선을 따라 초기 클러치연결작동시 강하하고, 다음에 클러치연결이 완성됨에 따라 상승한다. 하기 설명과 같이, 엔진속도는 기준속도를 추종한다. 운전자가 신속하게 가속하려 한다면, 클러치가 신속하게 연결되도록 기준신호(vr)의 정확한 모양은 가속페달(19)의 가압상태에 의존한다.
제3기어가 연결된후 지연(delay)이 이루어지면, 시간(t4)에서 스로틀밸브(18)의 위치가 가속페달(19)의 위치와 일치할때가지, 상기 스로틀밸브(18)는 정상속도로 개방된다. 다음에 운전자에 의해 스로틀장치가 제어된다. 엔진속도 및 클러치판속도가 동일한 시간(t5)에서, 제어루프(control loop)의 제어기능은 정지되고, 클러치는 점진적인 고정율에 따라 완전하게 연결되어 시간(t6)에 도달한다. 클러치제어기능이 다시 필요하다는 것을 나타내는 또다른 신호를 기다리면서, 다음에 제어시스템은 정상모드 또는 주행모드로 변환된다.
엔진속도신호(Ve)를 기준신호(Vr)와 동일하게 유지하도록, 기준모드에서 제어유니트(36)에 의해 클러치연결이 제어된다. 엔진속도신호(Ve)가 기준신호(Vr)와 비교되고 양(positive)의 값 또는 음(negative)의 값을 갖는 오차신호가 발생되는 폐루프제어작용에 의해 클러치연결이 제어된다. 다음에 상기 오차신호를 영으로 만들기 위하여, 클러치가 연결 또는 분리된다. 상기 제어작용이 계속적으로 반복된다. 이 경우에 있어서, 엔진이 클러치판을 구동하고 있기 때문에, 만약 엔진속도신호(Ve)가 기준신호(Vr)보다 크다면, 즉 오차신호가 음의 값을 가진다면, 엔진속도를 감소시키기 위하여 클러치가 경미하게 연결된다. 기준신호(Vr)가 엔진속도신호(Ve)보다 크다면, 엔진속도를 증가시키기 위하여 클러치가 분리된다.
기어의 고속변환(up-change)을 위한 상기 제어작용이 원리적으로 기어의 저속변환(down-change)을 위해 이용된다.
제3도를 참고할 때, 시간 t=0에서, 스로틀개방량신호(Vr)가 설정값(Vn)아래로 강하될 때, 클러치가 부분적으로 분리되고, 클러치의 토크전달능력이 감소되도록, 클러치연결위치신호(Vc)가 감소된다. 스로틀개방량신호(Vt)가 작게 유지되거나 점차로 증가하는 동안, 클러치슬립(clutch slip)은 발생하지 않는다. 그러나 시간 t1에서 가속페달이 스로틀개방량신호(Vt)를 증가시키는 설정값이상으로 갑작스럽게 가압되면, 제어시스템은 기준모드로 전환되고, 기준신호(Vr)는 클러치판속도신호(Vdp)보다 큰 초기값으로 설정된다. 그결과 클러치는 분리되고 클러치연결위치신호(Vc)가 감소하며, 엔진속도가 기준값을 향해 증가하도록, 갑작스런 스로틀개방작용에 의해 구동라인내에서 발생하는 토크서지(torque surge)가 상기 클러치슬립에 의해 방지된다. 다음에 전형적으로 400ms의 짧은 시간후에, 클러치판속도신호(Vdp)로 복귀하면서, 기준신호(Vr)가 정해진 곡선을 따르도록 설정된다. 그결과 상기 짧은 시간동안, 클러치는 거의 완전히 결합된 상태로 복귀한다. 시간(t3)에서 엔진속도 및 클러치판속도가 거의 동일하면, 시간(t4)에서 완전히 연결될때까지, 클러치는 정상율에 따라 연결된다. 초기에 클러치가 부분적으로 연결되는 조건은, 제1기어 또는 제2기어와 같은 저속기어가 연결되는 요구조건을 포함할 수 있다.
제4도의 또다른 실시예에 있어서, 최대엔진브레이크작용이 유지되는 동안, 최대안전속도이상으로 엔진이 회전하는 것을 방지하기 위해 제어시스템이 이용된다. 클러치가 완전히 연결된 상태에서 차량이 가속됨에 따라, 시간(t0) 및 시간(t1)사이에서 엔진속도 및 클러치판속도는 동일하다. 제4도에서 명확한 이해를 위하여 엔진속도신호(Ve) 및 클러치판속도신호(Vdp)가 분리된 것으로 도시될지라도, 사실상 엔진속도신호(Ve) 및 클러치판속도신호(Vdp)는 동일하다. 시간(t1)의 클러치판속도신호(Vdp) 및 엔진속도신호(Ve)가 최대안전엔진속도에 해당하는 최대엔진속도신호(Vem)에 도달한다. 예를들어 차량제동장치가 하향경사면에서 고장나고,주차를 위해 저속기어가 연결되어 있다면, 상기 작용이 발생할 수 있다. 최대엔진속도신호(Vem)와 동일하도록 설정된 기준신호에 의하여 제어유니트는 기준모드(reference mode)로 변환된다. 이 경우 기준모드에서 클러치판이 엔진을 구동하기 때문에, 만약 엔진속도신호(Ve)가 최대엔진속도신호(Vem)보다 크면, 엔진속도가 감소될 수 있도록 클러치는 경미하게 분리되고, 만약 엔진속도신호(Ve)가 최대엔진속도신호(Vem)보다 크면, 추가의 제동작용을 형성하도록 클러치가 경미하게 연결된다. 시간(t2)에서 클러치판속도신호(Vdp)가 최대엔진속도신호(Vem)이하로 강하할 때 클러치는 완전히 연결되고, 제어신호는 기준모드로부터 벗어나게된다. 클러치판속도신호(Vdp)가 최대엔진속도신호(Vem)보다 크게 지속되는 동안, 클러치판속도가 엔진속도를 상당히 초과한 상태이기 때문에, 클러치가 엔진과 연결되지 않아야 한다는 사실이 경고장치에 의해 운전자에게 전달될 수 있다. 고속일 때 돌발적으로 운전자에 의해 제1기어가 연결되면, 상기 작동이 이루어질 수 있다.
제5도를 참고할 때, 구동라인의 진동을 감소시키기 위해 제어유니트가 이용될 수 있다. 엔진이 느리게 작동할 때, 예를들어 실린더들의 점화에 의해 야기되는 엔진회전속도의 불규칙성들이 현저해진다. 엔진회전속도의 불규칙성들이 변속기에 전달되는 것을 방지하기 위하여, 엔진속도신호(Ve)가 제어되고, 시간(t1)에서 설정값이하로 강하될 때, 제어유니트는 기준모드로 전환되며, 기준신호가 클러치판속도신호(Vdp)보다 큰 정해진 값을 유지하도록 설정된다. 그결과 클러치는 계속해서 경미한 클러치슬립상태를 유지하고, 엔진회전속도의 불규칙성들이 클러치판 및 기어박스에 전달되지 않거나 단지 부분적으로 전달될 뿐이다.

Claims (13)

  1. 클러치작동수단, 변속기 및 엔진으로 구성된 차량용클러치제어시스템에 있어서, 엔진속도에 따라 변화가능한 엔진속도신호를 발생하기 위한 엔진속도센서 및 클러치의 연결상태에 따라 변화가능한 클러치연결위치신호를 발생하기 위한 클러치연결위치센서를 포함한 센서수단으로 구성되고, 기준신호를 발생하기 위한 기준신호발생수단으로 구성되며, 제1모드 및 제2모드에서 작동가능한 제어수단으로 구성되고, 상기 제1모드에서 제어수단은 기준신호와 엔진속도신호를 비교하고, 엔진속도신호가 기준신호에 접근하도록 클러치작동수단을 작동하며, 상기 제2모드에서 클러치작동수단이 기준신호에 의해 제어되지 않고, 센서수단으로부터 전달된 신호들에 응답하여 상기 제어수단은 상기 제1모드 및 제2모드사이에서 변환되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 센서수단으로부터 전달된 신호들에 응답하여 상기 제어수단은 제2모드로부터 제1모드로 변환되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  3. 제2항에 있어서, 제어수단이 제1모드로 변환될 때, 가변적인 차량매개변수의 순간값에 의존하는 초기값으로 기준값이 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  4. 제3항에 있어서, 기준신호의 초기값이 가변적인 복수개의 차량매개변수들의 순간값에 의존하는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  5. 제1항 내지 제4항중 한 항에 있어서, 기준신호가 가변적인 한 개이상의 차량매개변수의 값에 의해 시간에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  6. 제1항 내지 제4항중 한 항에 있어서, 기준신호가 정해진 패턴에 의해 시간에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  7. 제1항에 있어서, 변속기의 기어변속을 나타내는 신호를 발행하기 위한 기어위치센서가 상기 센서수단에 포함되고, 기어변속이 이루어지기 전에 클러치가 분리되고, 클러치가 다시 연결되는 동안 제1모드로 변환하도록 제어수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  8. 제7항에 있어서, 제어수단에 의해 클러치가 설정율에 따라 분리되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  9. 제8항에 있어서, 클러치의 최소연결한계점까지 클러치가 다시 연결될 때, 제어수단이 제1모드로 변환되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  10. 제1항에 있어서, 토크요구에 따라 변화가능한 토크요구신호를 발생시키기 위한 토크요구량센서가 추가로 구성되고, 토크요구신호가 갑작스럽게 증가할 때 제1모드로 변환되도록 제어수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  11. 제10항에 있어서, 기준신호의 초기값은 엔진속도신호보다 크게 정해진 값인 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  12. 제1항 내지 제4항중 한 항에 있어서, 엔진속도가 최대설정값을 초과한 것이 제어수단에 의해 감지되고 기준신호가 허용가능한 최대엔진속도를 나타낼 때, 제어수단이 제1모드로 변환되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
  13. 제1항 내지 제4항중 한 항에 있어서, 엔진속도가 정해진 값이하로 강하할 때, 제어유니트가 기준모드로 변환되는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치제어시스템.
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