KR100334736B1 - 전기모터액츄에이터와가압유체오버라이드를가지는차량자동클러치용액츄에이터시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 자동 마스터 클러치(C)의 맞물림과 분리를 제어하는데 사용되는 액츄에이터 시스템(31)에 관한 것이다. 이 시스템은 클러치를 정밀하게 위치 설정하는데 사용되는 전기 모터(86) 제어식 액츄에이터(62)와 전기 모터 제어식 액츄에이터의 위치 설정과 상관없이 클러치를 급속히 분리시키는데 사용되는 공기압으로 제어되는 오버라이드 액츄에이터(54)를 포함한다. 전기 모터 제어식 액츄에이터와 공기압 제어식 오버라이드 액츄에이터는 시스템 제어 장치(31)로부터의 명령 출력 신호들에 따라 작동된다.

Description

전기 모터 액츄에이터와 가압 유체 오버라이드를 가지는 차량 자동 클러치용 액츄에이터 시스템{ACTUATOR SYSTEM FOR VEHICULAR AUTOMATED CLUTCHES WITH ELECTRIC MOTOR ACTUATOR AND PRESSURIZED FLUID OVERRIDE}

본 발명은 차량용 자동 클러치를 제어하는데 사용되는 액츄에이터 시스템(actuator system)에 관한 것으로, 특히 전기 모터 제어식 액츄에이터를 사용하고 정밀한 제어를 필요로 하지 않는 신속한 클러치 이동에 사용되는 가압 유체 작동식 오버라이드 기구(override mechanism)를 가지는 액츄에이터 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예는 차량 발진(發進) 상태 동안 필요한 클러치의 정밀 위치 조정을 위한 전기 모터 제어식 볼 스크류 기구를 가지며, 클러치를 신속하게 분리하고/분리하거나 클러치를 완전 분리 위치에서 접촉 위치(touch point) 또는 초기 맞물림 위치로 이동시키는데 사용되는 솔레노이드 제어식 공기압식 오버라이드 액츄에이터(solenoid-controlled pneumatic override actuator)를 가지는 차량용 건판(dry plate) 마스터 클러치용 액츄에이터 시스템에 관한 것이다.

차량용 자동 마스터 클러치와 이를 위한 제어 장치 및 액츄에이터는, 여기에서 참조로 하는 미합중국 특허 제4,650,056호, 제4,638,898호, 제4,671,394호, 제4,712,658호, 제4,852,419호, 제4,874,070호, 제5,293,316호, 제5,314,050호, 제5,337,868호 및 제5,337,874호에서 알 수 있는 바와 같이 종래 기술로 공지되어 있다. 자동 클러치는 수동 및/또는 완전 또는 부분적으로 자동화된 변속기와 함께 사용될 수 있고, 여기서 참조로 활용되는 미합중국 특허 제4,081,065호제4,361,060호 및 제4,648,290호로부터 알 수 있는 바와 같이 주행중 변속(dynamic shifting) 및/또는 차량 발진(즉, 정지 상태에서 출발) 동작을 위해 사용될 수 있다. 알려진 바와 같이, 차량의 발진 및 서행 조작은 보통 주행중 변속 조작 동안 요구되는 것보다 더 정밀한 클러치 제어를 요구한다.

일반적으로 종래 장치는 한 방향으로 이동하여 결합되게 하고 반대 방향으로 이동하여 제어된 클러치가 분리되도록 하는 클러치 제어 부재를 포함하였다.

종래 클러치 액츄에이터 기구는 대체로 만족할 만하지만, 주행중 분리 및/또는 접촉 위치로 이동시키기 위한 신속한 액츄에이터 이동과 서행 및 발진 동작을 위해 필요한 정밀 제어를 모두 달성하기 어려웠기 때문에 종래 클러치 액츄에이터 기구는 개선이 필요했다. 전기 모터 제어식 액츄에이터가 종종 볼 스크류(ball screw) 또는 볼 램프(ball ramp) 기구와 함께 사용되어 정밀 제어를 제공하였지만, 이들은 분리와 접촉 위치로의 신속한 이동에서는 다소 느린 경항이 있었고, 비록 정밀한 그리고 거친(coarse) 밸브 조절을 모두 사용할 때의 공기압 제어는 만족스런 속도를 제공하지만 특정 상황에서 원하는 대로 제어할 수 없었다.

종래 기술의 단점들은 건판 마찰 클러치와 같은 차량용 자동 마스터 클러치에 사용되며 본 발명에 따르는 액츄에이터 시스템에 의해 최소화 또는 극복되는데, 이 액츄에이터 시스템은 클러치 제어 부재의 연결 및 분리를 모두 제어하기 위한 전기 모터 작동식 액츄에이터와 전기 모터 작동식 액츄에이터를 오버라이드하고 전기 모터 작동식 액츄에이터에 의해 설정된 위치에 대해 분리 방향으로만 클러치 제어 부재의 이동을 제어하는 유체 작동식 오버라이드를 포함한다.

따라서, 본 발명의 목적은 차량용 자동 마스터 클러치에 사용되는 새롭고 개선된 액츄에이터 조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적과 그 외 다른 목적들은 첨부한 도면을 참조하여 기술된 바람직한 실시예의 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 클러치 액츄에이터 시스템을 사용하는 기계식 자동 변속기 시스템의 개략도,

도 2는 본 발명의 자동 클러치 액츄에이터 시스템의 개략도,

도 3은 도 1에 도시한 시스템에서 전기 모터 작동식 액츄에이터와 가압 유체 작동식 오버라이드 액츄에이터 작동 기구의 결합을 도시한 개략도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 변속기 시스템 11 : 자동 변속기

12 : 출력축 16 : 입력축

18 : 구동판 20 : 크랭크축

21 : 스로틀 개구 감시 어셈블리 23 : 연료 제어장치

25 : 엔진 속도센서 27 : 클러치 조작기

28 : 입력축 속도센서 29 : 변속기 조작기

30 : 출력축 속도센서 31 : 중앙 처리 장치

33 : 변속 제어 어셈블리 34 : 수동 조작 변속 레버

본 발명의 클러치 액츄에이터 시스템을 사용하기에 특히 적합한 유형의 차량용 자동 기계식 변속기 시스템(10)이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 여기에 참조로 활용되는 미합중국 특허 제4,361,060호, 제4,648,290호 및 제5,136,897호에서 알 수 있는 바와 같이, 완전 자동 그리고 부분 자동 기계식 변속기 시스템은 당업계에 잘 알려져 있다.

차량용 자동 기계식 변속기 시스템(10)은 마찰 마스터 클러치(C)와 같은 커풀링을 통해 잘 알려진 디젤 엔진과 같은 연료-제어식 엔진(E)으로 구동되는 자동화된 다단 속도 변속 기어 변속기(automated multiple-speed change-gear transmission)(11)를 포함한다. 당업계에 잘 알려진 바와 같이 자동 변속기(11)의 출력은 출력축(12)이며, 이 축은 구동축의 차동 장치, 동력 분배 장치(transfer case) 등과 같은 적절한 차량 부품에 대해 구동 연결하는데 적용된다.

엔진(E)의 크랭크축(20)은 마스터 마찰 클러치(C)의 구동판(driving plate)(18)을 구동시킬 것이며, 이 구동판(18)은 변속기(11)의 입력축(16)을 구동시키는데 사용되는 피동판(driven plate)(22)에 마찰 맞물림될 수 있다.

상기 언급된 동력 전달 계통(powertrain) 부품들은 아래에서 각기 간략하게 설명되는 여러 장치에 의해 작동되거나 또는 감시된다. 이들 장치에는 운전자 제어식 스로틀 장치(THL)의 운전자 설정 위치를 감지하는 스로틀 페달 위치 또는 스로틀 개방 감시 어셈블리(21), 엔진(E)에 공급되는 연료의 양을 제어하는 연료 제어(23), 엔진의 회전 속도(ES)를 감지하는 엔진 속도 센서(25), 마스터 클러치(C)를 연결·분리시키며 클러치의 상태에 대한 정보를 제공할 수도 있는 클러치 조작기(clutch operator)(27), 입력축(16)의 회전 속도(IS)를 감지하기 위한 입력축 속도 센서(28), 기어의 중립 및/또는 현재 맞물려 있는 기어 비율(gearratio)을 나타내는 신호를 제공하거나 변속기(11)를 선택된 목표 기어 비율로 변속 시키기에 적합한 변속기 조작기(transmission operator)(29) 및 출력축(12)의 회전 속도(OS)를 감지하기 위한 출력축 속도 센서(30)를 포함한다.

상기 장치들은 중앙 처리 장치 또는 전자 처리 유닛(31)에 정보를 공급하거나 이 중앙 처리 장치 또는 전자 처리 유닛으로부터 명령 신호를 받는다. 중앙 처리 장치(31)는 아날로그 및/또는 디지털 전기적 계산 및 논리 회로를 포함할 수 있다. 바람직하게는 중앙 처리 장치가 마이크로프로세서일 수 있는데, 그 예는 여기에서 참조로 활용되는 미합중국 특허 제4,595,986호에 개시되어 있다. 중앙 처리 장치(31)는 현재 결합되어 있는 기어 비율로부터 단일 또는 다단 저단 변속(downshift; DS)을 선택하기 위해 상단 변속(upshift; US) 또는 하단 변속(DS)방향으로 선택적으로 이동될 수 있는 수동 조작식 변속 레버(34)를 포함하는 변속 제어 어셈블리(33)로부터 정보를 수신하게 된다, 다른 방법으로서, 변속 제어 어셈블리(33)는 보다 표준적인 "P-R-N-D-L" 타입 등이 될 수 있다.

상술한 유형의 동력 전달 계통과 이의 제어기들은 당업계에 잘 알려진 것이며, 여기에서 참조로 활용되는 미합중국 특허 제4,595,786호, 제4,576,065호 및 제4,445,393호를 참조하면 보다 자세히 이해할 수 있을 것이다. 센서들은 센서에 의해 탐지된 파라미터들에 비례하여 아날로그 또는 디지털 신호를 발생시키기 위한 알려진 어떠한 구성으로도 될 수 있다. 마찬가지로, 조작기(23, 29)는 중앙 처리 장치(31)로부터의 명령 출력 신호에 응답하여 작동하는 공지의 전기, 유압(油壓), 공기압 또는 전자-공기압 유형으로 될 수 있다.

본 발명의 클러치 액츄에이터 시스템(27)은 도 2와 3에 개략적으로 도시되어 있다. 간략하게, 클러치 액츄에이터 시스템(27)은 ECU(31)로부터 명령 출력 신호를 수신하여 마스터 마찰 클러치(C)의 맞물림과 분리를 제어한다, 클러치 액츄에이터 시스템(27)은 클러치(C)를 분리시키기 위해 왼쪽(D)으로 이동할 수 있고 클러치(C)를 결합시키기 위해 오른쪽(E)으로 이동할 수 있는 클러치 제어 부재(42)를 가지는 클러치 액츄에이터 기구(40)를 포함한다. 간략하게, 제어 부재(42)는 피벗식 클러치 해제 레버(44)를 통해 작동하는데, 이 레버는 잘 알려진 방법으로 피벗점(pivot point)(46)에 피벗되어 있고 클러치 해제 베어링(48)을 맞물린다. 비록 본 발명이 소위 "푸시(push)" 유형의 클러치와 관련하여 설명되었지만, 적절하게 재구성하면 "풀(pull)" 유형의 클러치에 똑같이 적용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 클러치 제어 기구(40)는 클러치 제어 부재(42)에 축방향으로 고정된 대직경 피스톤(54)을 미끄럼 가능하게 그리고 밀봉되게 수용하는 대구경부(52)를 가지는 하우징(50) 안에 수용된다. 대직경 피스톤(54)은 피스톤면(56)을 포함하는데, 이 피스톤면은 대구경부(52)와 피스톤면(56)에 의해 형성되는 챔버(58) 내 유체 압력(fluid Pressure)에 노출된다. 하우징은 또한 소직경의 피스톤(62)을 미끄럼 가능하게 그리고 밀봉되게 수용하는 소구경부(60)를 포함한다. 소직경 피스톤(62)은 오른쪽으로 향한 면(64)을 가지는데, 이 면은 소구경부(60)와 피스톤면(64)에 의해 형성되는 챔버(66) 내 유체 압력에 노출된다. 소직경 피스톤(62)은 대직경 피스톤(54)의 우측면과 접촉 결합을 하도록 좌측으로 향하는 면(67)을 가진다. 피스톤들(54, 62)은 하우징(50) 안에서 축방향으로 독립적으로 이동할 수 있다. 압축 스프링(68)은 소직경 피스톤(62)과 접촉하게 하는 오른쪽 방향으로 피스톤(54)과 제어 부재(42)를 탄성적으로 치우치게 한다.

피스톤 챔버(58)는 선택적으로 가압 및 배기되는 공기압 도관(pneumatic conduit)(70)에 연결되는 반면, 피스톤 챔버(55)는 가압된 유압 유체 소스(source of pressurized fluid)에 도관(72)으로 연결된다, 도면에서 알 수 있듯이, 피스톤(62)이 왼쪽으로 이동하면 피스톤(54)과 제어 부재(42)가 이에 대응하여 이동하게 된다. 유압 유체의 비압축성으로 인해, 피스톤(54)과 제어 부재(42)는 오른쪽으로의 이동이 소직경 피스톤(62)의 면(67)과의 접촉부에 의해 허용되는 위치로 제한된다. 그러나, 챔버(58)를 가압하여 오른쪽으로 치우치게 하는 스프링(68)의 편향력을 극복하기에 충분한 힘이 생기면, 피스톤(54)과 제어 부재(42)는 피스톤(62)에 대해 좌측으로 이동하게 되고, 챔버(58)가 배기되면 스프링(68)의 편향에 의해 우측으로 복귀하여 피스톤(62)과 접촉하게 된다.

도 2에서 설명되고, 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 챔버(66)의 가압과, 이에 따른 피스톤(62)의 위치는 전기 모터의 제어된 회전에 의해 제어되는 반면, 챔버(58)의 가압과 이에 따른 피스톤(54)과 제어 부재(42)의 좌측 축방향 위치는 하나 이상의 솔레노이드 제어식 공기압 밸브에 의해 제어된다. 유압 도관(70)은 상대적으로 표준인 유압 마스터 실린더(74)에 연결되는데, 이 실린더는 유압 저수통(76)에 연결되어 있고 피벗되어 있는 유압 피스톤 레버(80)에 의해 축방향으로 위치 결정되는 유압 피스톤(78)을 포함하며, 또한 이 유압 피스톤 레버는 DC 전기 모터(86)에 의해 시계 및 반시계 방향으로 선택적으로 회전하는 볼 스크류(84)에 나사 결합되어 있는 볼 너트(82)에 의해 피벗되어 있다. DC 전기 모터는 ECU(31)로 부터의 출력 신호의 명령에 따라 선택적으로 작동된다. 볼 스크류와 볼 램프 기구는 당업계에 잘 알려져 있으며, 볼 스크류의 회전에 대해 축방향으로 이동할 수 있는 볼 너트를 포함한다. 마찰을 최소화하면서 부하를 전달하기 위해, 베어링 볼들이 상호 연결된 나사에 사용된다. 볼 스크류와 볼 램프 기구는 여기에서 참조로 활용되는 미합중국 특허 제4,981,202호, 제4,966,267호 및 제5,528,950호로부터 보다 상세히 알 수 있을 것이다. 따라서, 볼 스크류 기구는 클러치 제어 부재(42)의 분리 위치(D) 및 맞물림 위치(E)로 소직경 피스톤(62)의 축방향 위치의 미세 제어를 할 수 있게 하는데, 이는 차량이 발진 및/또는 서행하는 동안 바람직하다.

피스톤 챔버(58)를 선택적으로 가압 및/또는 배기하기 위한 도관(72)의 가압 및/또는 배기는 차량에 탑재된 압축기 등으로부터의 여과되고 조절된 공기와 같은 가압 기체 원(gas source)(92)에 연결된, 솔레노이드 제어식 밸브 어셈블리(90)에의해 제어된다. 솔레노이드-제어식 밸브 어셈블리(90)도 ECU(31)로부터의 명령 출력 신호에 응답하여 동작한다.

전기 모터 볼 스크류 기구가 유압 액츄에이터를 통해 피스톤(62)을 위치 결정하는 것으로 설명되었지만, 피스톤(62)은 직접 볼 너트에 의하거나 기계적인 링크 기구를 통한 볼 너트에 의해 축방향으로 선택적으로 위치 결정되는 부재로 대체 될 수 있다.

따라서, 클러치의 정밀한 위치 결정이 모터(86)의 제어와 볼 나사 기구를 통해 유압으로 작동하는 실린더(62)에 의해 이루어지는 반면, 클러치의 신속한 분리가 필요할 경우에는 솔레노이드 밸브 어셈블리(90)의 제어 하에서 도관(72)의 가압과 이에 따른 피스톤 챔버(58)의 가압은 소직경 실린더(62)의 위치와 관계없이 클러치의 신속한 분리를 달성할 것이다. 바람직하게는, 챔버(58)를 가압하여 클러치를 분리하자마자, ECU는 챔버(66) 안에 있는 유압 유체의 공급을 조절하도록 DC 모터와 볼 스크류 기구에게 명령하여 클러치(C)를 다시 맞물릴 필요가 있을 때 피스톤(62)이 접촉 위치 또는 초기 맞물림 위치로 오른쪽으로 이동할 수 있도록 허용될 것이며, 피스톤(54)이 초기 맞물림 위치에서 피스톤(62)과 접촉할 때까지 챔버(72)의 배기는 스프링(68)이 피스톤(54)을 오른쪽으로 이동시키도록 할 것이며, 이때 전기 모터와 볼 스크류 기구는 마스터 클러치(C)를 정확하게 다시 맞물림시키는데 이용될 것이다.

따라서, 자동 마스터 클러치에 사용되는 마스터 클러치 액츄에이터 시스템이제시되었는데, 이 시스템은 차량 발진 및 서행 작동이 필요할 때 마스터 클러치를 정밀하게 제어할 수 있게 하고 필요시 마스터 클러치를 신속하게 분리할 수 있게 하며 마스터 클러치가 다시 맞물리도록 동작하는 동안 초기 맞물림 위치로 마스터 클러치가 신속하게 되돌아 갈 수 있게 한다.

비록 본 발명이 특정하여 기술되었지만, 바람직한 실시예의 설명은 단지 예에 불과하며 다양한 변경과 수정이 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한도에서 이루어질 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (12)

1. 차량용 자동 마스터 클러치에 사용되는 클러치 액츄에이터 시스템에 있어서;

   상기 클러치가 결합되는 제1축방향 및 상기 제1축방향에 반대이며 상기 클러치가 분리되는 제2축방향으로 이동될 수 있는 클러치 제어 부재;

   상기 제어 부재와 함께 축방향으로 이동할 수 있는 제1 피스톤을 미끄러지게 그리고 밀폐되게 수용하는 제1보어가 형성되어 있으며, 상기 제1보어와 상기 제1피스톤은 선택적으로 가압 또는 배출되는 제1챔버를 형성하며, 상기 제1챔버의 가압은 상기 제1피스톤을 상기 제2축방향으로 밀어내는데 효과적인 액츄에이터 하우징;

   상기 제2축방향으로 이동할 때 상기 제1피스톤과 인접할 수 있고, 상기 제1피스톤에 독립하여 상기 하우징 안에서 축방향으로 이동할 수 있는 전기 모터 작동식 장치;

   상기 제1피스톤을 상기 제1방향으로 탄성적으로 치우치도록 하여 상기 전기 모터 작동식 장치와 인접하도록 하기 위한 바이어스 수단;

   상기 제1챔버를 선택적으로 가압하고 배출하는데 사용되는 가압 유체 소스에 연결되어 있는 제어 밸브 어셈블리;

   상기 전기 모터 작동식 장치를 선택적으로 축방향 배치하는데 사용되는 전기 모터; 및

   상기 제어 밸브 어셈블리와 상기 전기 모터를 제어하는 제어 장치를 포함하며,

   상기 전기 모터 작동식 장치는 상기 하우징에 형성되어 있는 제2보어에 미끄럼 가능하게 그리고 밀봉되게 수용되는 제2피스톤이고, 상기 제2피스톤과 상기 제2보어는 제2챔버를 형성하며, 상기 제2챔버의 가압은 상기 제2피스톤을 상기 제2축 방향으로 밀어내는데 효과적이며, 상기 제2챔버는 상기 전기 모터에 의해 제어되는 가압 액체 소스에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 가압 유체는 압축 공기인 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어 장치는 마이크로프로세서를 기초로 하는 제어기인 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 액체는 유압 작동유인 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터 시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 전기 모터는 볼 나사와 볼 너트를 포함하는 기구에 의해 상기 유압 작동유 소스를 제어하는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2보어는 상기 제1보어와 동축으로 교차하며, 상기제2보어는 상기 제1보어보다 작은 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 바이어스 수단은 압축 스프링인 것을 특징으로 하는 클러치 액츄에이터 시스템.
8. 클러치를 정확하게 위치시키는데 사용되는 전기 모터(86) 제어식 기구(80, 82, 78, 62)와, 상기 전기 모터 제어식 기구의 위치 설정과는 상관없이 클러치를 급속하게 분리시키는데 사용되는 솔레노이드 밸브(90) 제어식 오버라이드 기구(70, 58, 54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 자동식 마스터 클러치(C)용 액츄에이터 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 전기 모터 제어식 기구는 전기 모터(86)에 의해 회전되는 볼 나사(84)를 구비하는 볼 나사 기구(82, 84)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 볼 나사 기구는 상기 클러치의 위치 설정을 제어하기 위해 유압 피스톤(62)을 구동시키는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 오버라이드 기구는 선택적으로 가압 및 배출된챔버(58) 안의 유체 압력에 노출되어 있는 공기압으로 작동되는 피스톤(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 액츄에이터 시스템은 상기 전기 모터 및 상기 챔버의 가압을 제어하는데 사용되는 마이크로프로세서를 기초로 하는 제어기(31)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 시스템.

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