KR100326137B1 - 자동 클러치 - Google Patents

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KR100326137B1
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미카엘 살렉커
토마스 그라스
프란츠 코지크
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그라우엘 안드레아스
루크 게트리에베-시스템 게엠베하
다임러크라이슬러 아크티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 자동차 구동 트레인의 자동 클러치에 관련된다. 주행하는 동안, 클러치는 과다 접촉 압력으로 제어되어서 클러치의 전달가능한 모우멘트는 설정된 양만큼 엔진 토크를 초과한다. 저속으로 또는 낮은 기어에서 또는 느리게 움직일 때, 초과 접촉 압력 크기는 상당히 감소된다. 고속으로 또는 높은 기어에서 또는 빠르게 움직일 때, 클러치는 최대 전달 가능한 모우멘트로 설정된다.

Description

자동 클러치{AUTOMATIC CLUTCH}
종래의 내연 기관을 가지는 자동차인 경우에, 자동차 엔진 속도 및 구동휠 속도 사이의 변속비가 자동차의 하중 및 이동 속도에 따라 변화되도록, 구동 트레인에 변속기가 구성되어야 한다. 종래의 수동 변속기인 경우에, 기어 변속 또는 구동 위치의 변환 중 엔진 및 구동휠 사이의 동력 흐름은 클러치를 분리시킴으로써 중지된다.
자동 클러치는 상기 목적에 대한 기준으로서 사용되고, 즉 클러치는 기어 변속시 또는 구동 위치의 변환시 자동으로 분리된 후 다시 연결된다.
또한, 자동차 시동시 클러치는 자동으로 제어된다. 만일 시동에 적합한 구동 위치가 선택된다면, 자동차의 전진 서행 운동에 적합한 작은 토크가 전달되도록 클러치는 자동으로 연결될 수 있다. 가스 페달(pedal) 등을 작동시킴으로써 엔진 동력 및 엔진 속도가 증가될 때, 클러치는 전달 토크를 증가시키도록 자동으로 연결된다.
상기의 공지된 자동 클러치는 마찰 클러치와 동일한 방법으로 작동되고, 자동 클러치의 마찰 연결은 클러치의 조정 유닛에 의해 제어된다. 상기 경우에, 클러치가 연결되도록 클러치에 작용하는 스프링에 대하여 조정 유닛이 작동된다. 즉, 클러치의 마찰 연결 및 전달 모멘트를 감소시키고자 한다면, 조정 유닛은 스프링에 대하여 가변 반력을 발생시켜야 한다. 클러치의 최대 마찰 연결 또는 최대 전달 모멘트가 형성될 때, 조정 유닛은 어떠한 힘도 가하지 않는다. 클러치의 전달 모멘트 또는 마찰 연결이 감소될 때, 조정 유닛은 가변 거리를 이동한다. 클러치의 최대 마찰 연결 또는 최대 전달 모멘트가 형성되는 상태에서, 조정 유닛은 종위치(end position)에 구성된다.DE-A 1 505 469에 서두에 기술한 유형의 전자기 작동 클러치가 기술되어 있다.
본 발명은 변속기를 가지는 자동차 구동 트레인(train)의 자동 클러치에 관한 것이고, 상기 변속기는 엔진 및 구동휠(drive wheel) 사이에 구성되며, 상이한 변속비를 가진 기어(gear) 또는 구동 위치 사이에서 이동될 수 있고, 상기 자동 클러치는 조정 유닛(unit) 및 센서 시스템을 가지며, 상기 조정 유닛은 클러치를 작동시키고, 사전설정 매개변수를 감지하는 센서 시스템에 의해 제어되며, 상기 센서 시스템은 엔진 토크(torque) 및 클러치의 전달 모멘트(moment)와 관련된 매개변수를 감지하고, 구동 중 매개변수 종속성 초과 접촉 압력으로 클러치를 제어한다.
도 1 은 본 발명에 따른 클러치 제어용 필수 구성요소 및 자동차의 구동 트레인에 대한 개략도.
도 2 는 유압 작동 클러치에 대한 개략도.
*부호 설명
1 ... 내연 기관 2 ... 자동 클러치
3 ... 변속기 4 ... 시프트 레버
5 ... 구동축 6 ... 구동휠
7 ... 조정 유닛 8,9 ... 센서
10 ... 스로틀 밸브 11 ...변위 픽업
12 ... 제어 회로 13 ... 엔진 제어장치
14 ... 속도 픽업 16 ... 플라이휠
17 ... 클러치 하우징 18 ... 입력축
19 ... 피동판 20 ... 마찰 라이닝
21 ... 베어링 링 22 ... 다이아프램 스프링
24 ... 릴리스 베어링 25 ... 릴리스 포크
26 ... 유압 종실린더 27 ... 유압 라인
28 ... 유압 주실린더 29 ... 전기 모터
따라서, 본 발명의 목적은 자동 클러치를 제어하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
엔진 속도와 구동휠 속도 사이의 고변속비 및/또는 저속 주행속도의 기어나 구동 위치에 구성될 때, 저변속비 및/또는 고속 주행속도의 기어나 구동 위치에 구성될 때보다, 전달 클러치 모멘트는 각 엔진 토크를 소량 초과하는 것에 의해, 상기 목적은 본 발명에 따라 이루어진다.각각 엔진에 의해 발생된 토크와 유사한 방법으로 클러치에 의해 전달될 수 있는 모멘트를 제어하여, 자동차의 각 작동 상태에 적합한 클러치의 가변 초과 접촉 압력으로 작동되는 기술적 사상에, 본 발명은 기초를 두고 있고, 즉 클러치에 의해 전달될 수 있는 모멘트는 각각 엔진에 의해 발생된 토크를 초과하며, 상기 초과량은 변화된다. 저속 주행시 및/또는 엔진 속도와 구동휠 속도 사이의 고변속비를 가진 기어나 구동 위치에서 주행시, 예를 들어 부하 사이클 충격과 같은 구동 트레인의 충격 위험이 매우 클 때, 초과 접촉 압력을 현저하게 감소시킨다. 동시에 상기 구동 상태에서 기어 변속 또는 구동 위치 변환이 비교적 빈번하게 이루어진다는 사실이 고려된다. 낮은 초과 접촉 압력 때문에, 조정 유닛은 클러치를 매우 신속하게 분리시킬 수 있고, 그 이유는, 낮은 초과 접촉 압력을 가지는 상태가, 클러치의 최대 전달 모멘트가 형성될 때 구성되는 조정 유닛의 종위치로부터 가변 이동거리와 동일한 거리에 상기 조정 유닛이 구성되는 것과 유사하기 때문이다.
만일 엔진 속도 및 구동휠 속도 사이의 저변속비를 가진 기어나 구동 위치, 또는 고속의 주행 상태로 변속기가 변속된다면, 본 발명은 클러치에 의해 전달될 수 있는 최대 모멘트까지 초과 접촉 압력이 증가될 수 있도록 한다. 상기 작동 상태에서, 구동 트레인에 인지될 만한 충격은 발생되지 않는다. 따라서, 충격이 발생되는 경우에 상기 충격을 흡수하기 위해서 클러치가 단기간 동안 미끄럼 작동할 수 있는 레벨로 클러치의 마찰 연결 또는 클러치 모멘트를 감소시킬 필요가 없다. 클러치의 최대 전달 모멘트 또는 마찰 연결을 설정함으로써, 바람직한 방법으로 조정 유닛의 작동부하가 감소되고, 특히 조정 유닛은 고속 도로에서 장시간 주행되는 동안 상기 방법으로 작동부하가 현저히 감소될 수 있다.
본 발명의 선호되는 특징에 대해, 청구범위 및 도면을 참고로 본 발명의 선호되는 실시예가 기술된다.
도 1 에 도시된 바에 따르면, 내연 기관(1)은 자동 클러치(2)를 통하여 변속기(3)와 구동 연결되고, 상기 변속기(3)의 구동 위치 및 기어는 시프트 레버(shift lever)(4)의 수동 작동에 의해 변환되며, 상기 변속기(3)는 예를 들어 카르단축(cardan shaft)인 구동축(5)에 의해 자동차의 구동휠(6)로 연결된다.클러치(2)는 조정 유닛(7)에 의해 자동으로 작동되고, 상기 조정 유닛(7)을 제어하기 위해 센서 시스템이 구비되며, 상기 센서 시스템은 구동 작동의 여러 매개 변수를 감시한다.
상기 센서 시스템은 센서(8)로 구성되고, 상기 센서(8)는 변속기(3) 또는 시프트 레버(4)에 구성되며, 상기 시프트 레버(4)의 위치 및 이동을 감지하고, 상기 센서 시스템은 각각 선택된 구동 위치 또는 각각 연결된 기어를 인지하거나, 운전자가 변속을 하고자 할 때 위치를 조절하며, 선택된 기어 또는 선택된 구동 위치가 구성되도록 한다.
운전자에 의해 작동되고 또한 엔진(1)의 동력을 제어하는 요소의 위치, 예를 들어 엔진(1) 흡기 시스템의 스로틀 밸브(throttle valve)(10)의 위치는 센서(9)에 의해 위치조절된다.
또한, 센서 시스템은 변위 픽업(pickup)(11)으로 구성되고, 상기 변위 픽업(11)은 조정 유닛(7)에 구성되며, 상기 조정 유닛(7)의 위치를 감지하여, 상기 센서 시스템은 자동 클러치에 의해 전달될 수 있는 모멘트 값과 유사한 매개변수를 감지한다.
제어 회로(12)는 엔진 제어장치(13)와 연결되고, 상기 엔진 제어장치(13)는 엔진의 부하에 관계없이 최대 범위까지 엔진 속도를 예를 들어 아이들링 속도(idling speed)인 최저 속도로 유지하는 역할을 한다. 상기 엔진 제어장치(13)는 엔진(1)의 속도 및/또는 엔진(1)에 의해 발생되는 토크를 재생하는 신호를 발생시킨다.
제어 회로(12)는 속도 픽업(14)과 연결되고, 상기 속도 픽업(14)은 구동휠(6)에 구성된다.
엔진 제어장치(13)와 교환한 정보를 기초로, 제어 회로(12)는 각각의 경우에 클러치(2)에 의해 실제로 전달되는 모멘트를 결정할 수 있다. 만일, 엔진 제어장치(13)에 의해 결정된 엔진 토크를 MM으로 표기하고, 엔진(1) 설계에 의해 결정된 엔진(1)의 관성 모멘트를 JM으로 표기하며, 엔진 제어장치(13)에 의해 전달된 엔진의 시간에 대한 속도 변화를 dω/dt로 표기한다면, 클러치에 의해 실제로 전달되는 모멘트 MK는 다음식에 의해 구할 수 있다.
또한, 제어 회로(12)는 엔진 속도에 대한 엔진 제어장치(13)의 신호와 속도 픽업(14)의 신호를 기초로, 클러치(2)가 미끄럼 작동하는지 여부, 즉 클러치(2)의 입력부 및 출력부에서의 속도에 서로 편차가 발생되는지를 나타낸다. 클러치 입력부에서의 속도는 엔진 속도에 의해 명확하게 사전설정된다. 클러치 출력부에서의 속도는 변속기(3)의 선택된 구동 위치 또는 선택된 기어, 즉 각각의 변속비와 함께 구동휠(6)의 속도에 의해 결정된다. 상기 구동 위치 또는 기어와 변속비는 센서(8)에 의해 감지된다.
클러치가 미끄럼 작동되는 경우에, 조정 유닛(7)의 각 위치는(상기 위치는 변위 픽업(11)에 의해 감지된다) 각각 클러치(2)에 의해 전달된 모멘트에 상응하고, 그 이유는 미끄럼 클러치(2)인 경우에, 클러치(2)에 의해 각 경우에 실제로 전달된 모멘트는 조정 유닛(7)의 각 위치에서 전달될 수 있는 모멘트와 일치하기 때문이다.
결과적으로, 제어 회로(12)는 조정 유닛의 이동거리 및 클러치(2)에 의해 전달될 수 있는 모멘트 사이의 상호 상응값을 결정하고 저장할 수 있으며, 클러치가 미끄럼없이 작동되는 조정 유닛(7)의 위치에 대해 클러치(2)에 의해 전달될 수 있는 모멘트를 상기 정보로부터 외삽법(extrapolation)에 의해 추정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제어 회로(12)는 조정 유닛(7)을 제어하여, 클러치(2)는 구동 중 가변 초과 접촉 압력으로 작동되고, 즉 클러치(2)에 의해 전달될 수 있는 모멘트는 사전설정량만큼 엔진(1)의 토크를 초과하며, 상기 사전설정량은 본 발명에 따라 매개변수에 종속적으로 제어된다.
저속 기어 또는 저속 구동 위치가 선택되었다면, 즉 엔진(1) 속도 및 구동휠(6) 속도 사이의 변속비가 크다면, 엔진 속도는 휠 속도에 대해 상대적으로 고속이고, 그리고/또는 자동차가 저속으로 운행된다면(상기 속도는 속도 픽업(14)에 의해 감지된다), 단지 작은 초과 접촉 압력만이 설정된다. 상기는, 예를 들어 강한 부하 사이클로 인해 구동 트레인에 충격이 가해질 때, 클러치(2)가 단기간동안 미끄럼 작동하여, 충격-흡수 효과를 가진다는 결론에 도달된다. 동시에, 상기 작동 상태에서 기어 변속 또는 구동 위치 변환이 비교적 빈번하게 이루어질 필요가 있고 또한 상기 변화에 따라 클러치도 빈번하게 분리되어야 한다는 사실이, 상기 클러치(2)의 설정에 고려되어야 한다. 낮은 초과 접촉 압력 때문에, 조정 유닛(7)은 상대적으로 단거리의 추가 분리 거리만 이동한다.
만일 고속 구동 위치 또는 고속 기어가 선택되었고 따라서 엔진 속도 및 휠 속도 사이에 저변속비가 형성된다면, 그리고/또는 자동차가 고속으로 주행된다면, 본 발명에 따라 자동차는 최대 초과 접촉 압력으로 구동될 수 있고, 즉 클러치(2)는 최대 전달 토크로 설정된다. 상기는, 조정 유닛(7)에 의해 발생되는 조정력과 조정 유닛(7)에 의한 이동 거리가 감소될 때, 즉 어떠한 힘도 작용하지 않는 종위치에 조정 유닛(7)이 구성될 때와 유사하다.
결과적으로, 고속 도로에서 비교적 장시간 주행하는 동안 조정 유닛(7)에 가해지는 작동부하가 현저히 감소될 수 있고, 즉 만일 구동 트레인에 인지할 만한 어떠한 충격도 존재하지 않는다면, 기어 또는 구동 위치의 어떠한 변화도 필요하지 않다.
엔진(1)(도 2 에는 도시되지 않음(도 1 참조))은 크랭크축(crankshaft)의 출력부에서 플라이휠(flywheel)(16)을 지지하고, 상기 플라이휠(16)은 회전가능하도록 크랭크축에 고정되어 연결되며, 벨(bell) 형상의 환형 클러치 하우징(housing)(17)에 견고하게 연결된다. 변속기(3)의 입력축(18)은 플라이휠(16)에 대해 동축으로 구성된다. 클러치(2)의 피동판(driven plate)(19)은 회전가능하도록 상기 입력축에 고정되어 연결된다. 상기 피동판(19)은 축방향으로 유연성을 가지도록 제작되어, 피동판(19)의 외주에 구성된 마찰 라이닝(lining)(20)은 상기 피동판(19)의 두 면에서 플라이휠(16)에 대해 축방향으로 가압될 수 있다. 다이아프램 스프링(diaphragm spring)(22)은 베어링 링(bearing ring)(21)에 의해 클러치 하우징(17)에 고정되고, 상기 다이아프램 스프링(22)의 오목면은 플라이휠(16)과 마주하며 구성된다. 다이아프램 스프링(22)은 외주에서 환형 압력판(23)을 지지하고, 상기 압력판(23)은 피동판(19)의 마찰 라이닝(20)을 반경방향으로 완전히 덮으며 구성된다. 내주에서 다이아프램 스프링(22)은 릴리스 베어링(release bearing)(24)에 회전가능하도록 지지되고, 상기 릴리스 베어링(24)은 축방향으로 이동가능하도록 입력축(18)에 회전가능하게 장착된다.
릴리스 베어링(24)은 릴리스 포크(release fork)(25)에 의해 구속되고, 상기 릴리스 포크(25)는 입력축(18)의 축(axis)에 수직인 회전축에 해해 이동가능한 레버를 형성한다. 상기 릴리스 포크(25)는 유압 종실린더(slave cylinder)(26)에 의해 작동되고, 상기 유압 종실린더(26)는 유압 라인(27)을 통해 유압 주실린더(master cylinder)(28)와 연결되며, 상기 유압 주실린더(28)의 피스톤은 전기 모터(29)에 의해 이동될 수 있다. 상기 전기 모터(29)는 종실린더(26), 유압 라인(27) 및 주실린더(28)와 함께 도 1 의 조정 유닛(7)을 형성하고, 도 1 의 제어 회로(12)에 의해 작동된다.
도시된 클러치(2)는 다음과 같이 작동된다:
다이아프램 스프링(22)은 릴리스 베어링(24)을 종위치를 향해 우측으로 가압시키고, 압력판(23)을 도 2 의 좌측으로 가압시키어, 마찰 라이닝(20)과 피동판(19)은 플라이휠(16) 및 압력판(23)의 대향면 사이에서 축방향으로 가압되며, 한편으로는 플라이휠(16) 및 압력판(23) 사이의 다른 한편으로는 피동판(19) 및 마찰 라이닝(20) 사이의 견고한 부착이 이루어진다. 만일 주실린더(28)의 피스톤이 전기 모터(29)에 의해 주실린더(28) 내로 가압됨으로써, 릴리스 베어링(24)이 플라이휠(16)의 방향으로 이동된다면, 전술된 접착력은 초기에 점차 감소된다. 릴리스 베어링(24)이 좌측으로 더 이동될 때, 마찰 라이닝(20)과 피동판(19)은 플라이휠(16) 및 압력판(23) 사이에서 축방향으로 분리되고, 즉 클러치(2)는 완전히 분리된다.
만일 클러치가 최대 전달 모멘트로 설정된다면, 전기 모터는 자동 구속기능이 해제된 상태에 구성되므로, 다이아프램 스프링(22)은 릴리스 베어링(24)을 도면에 도시된 종위치로 후방으로 가압시킬 수 있고, 피동판(19) 및 플라이휠(16)에 대해 최대힘으로 압력판(23)을 압착시키는 상태에 구성된다. 만일 전술된 조건이 존재한다면, 각각의 경우에 최종 기어 변속 후 일정 지연 시간이 경과된 후에만 최대 클러치 모멘트가 설정될 수 있다.

Claims (3)

  1. 엔진 및 구동휠 사이에 구성되며 상이한 변속비를 가진 기어 또는 구동 위치 사이에서 이동될 수 있는 변속기를 가지고, 조정 유닛 및 센서 시스템으로 구성되며, 상기 조정 유닛은 클러치를 작동시키고, 사전설정 매개변수를 감지하는 센서 시스템에 의해 제어되며, 상기 센서 시스템은 엔진 토크 및 클러치의 전달 모멘트와 관련된 매개변수를 감지하고, 구동 중 매개변수 종속성 초과 접촉 압력으로 클러치를 제어하는, 자동차 구동 트레인의 자동 클러치에 있어서,
    엔진속도 및 구동휠속도 사이의 고변속비와 저속 주행속도 중 하나 이상의 조건일 때, 저변속비와 고속 주행속도 중 하나 이상의 조건일 때보다, 전달 클러치 모멘트는 각 엔진 토크를 소량 초과하는 것을 특징으로 하는 자동 클러치.
  2. 제 1 항에 있어서, 엔진속도 및 구동휠속도 사이의 저변속비와 고속 주행속도 중 하나 이상의 조건일 때, 클러치는 최대 전달 모멘트로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
  3. 제 2 항에 있어서, 각 경우 최종 기어 변속 또는 구동 위치 변환 다음에 사전설정 지연 시간이 경과된 후에만, 최대 전달 모멘트가 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 클러치.
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