KR100598813B1 - 전자 제어식 가변 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 엔진의 동력을 변속기로 전달하는 동력 전달계에 구성되어 솔레노이드를 이용하여 댐퍼의 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque) 값을 능동적으로 가변 제어하여 차량의 주행조건에 따라 엔진으로부터의 진동을 효과적으로 저감할 수 있도록 하는 전자 제어식 가변 댐퍼에 관한 것이다.

전자 제어식 가변 댐퍼, 히스테리시스 토크, 감쇠력, 수직항력

Description

전자 제어식 가변 댐퍼{AN ELECTRONIC VARIABLE HYSTERESIS DAMPER}

도 1은 일반적인 수동변속기용 클러치 디스크의 부분 절개 사시도,

도 2는 종래 수동 변속기용 댐퍼의 특성 곡선,

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어식 가변 댐퍼의 구성도 및 주요부 확대도,

도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어식 가변 댐퍼의 작동 상태도 및 그 주요부 확대도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어식 가변 댐퍼의 일례에 의한 특성 곡선이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11; 피동축 13; 댐퍼 커버

17; 댐퍼 하우징 19; 리테이닝 플레이트

23; 댐퍼 디스크 27; 댐퍼 스프링

29; 마찰 디스크 31; 압력 플레이트

33; 웨지(Wedge) 37; 프리 로드 스프링

39; 솔레노이드 코일 43; 솔레노이드 폴

본 발명은 전자 제어식 가변 댐퍼에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 차량용 엔진의 동력을 변속기로 전달하는 동력 전달계에 구성되어 솔레노이드를 이용하여 댐퍼의 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque) 값을 능동 제어함으로써 차량의 주행조건에 따라 엔진으로부터의 진동을 효과적으로 저감할 수 있도록 하는 전자 제어식 가변 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 수동변속기에 적용되는 클러치 디스크의 구조를 보면, 도 1에서 도시한 바와 같이, 리테이닝 플레이트(1)와 드리븐 플레이트(3) 사이에 마찰장치(Friction Device)인 쿨롱 댐퍼(5)(Coulomb Damper)가 구비된다.

상기 쿨롱 댐퍼(5)는 1매 혹은 2매의 마찰판(friction disc)과 마찰판에 수직하중을 가해주는 프리 로드 스프링(pre-load Spring)으로 이루어져 있으며, 도 2에서 도시한 바와 같이, 댐퍼의 비틀림 각에 관계없이 일정한 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque)를 발생한다.

즉, 이러한 클러치 디스크에 적용되는 쿨롱 댐퍼(5)의 경우, 상기 도 2의 댐퍼 특성 곡선에서와 같이, 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque) 값은 입력되는 가진 주파수나 구동계의 진동 특성에 관계없이 일정한 값을 갖게 된다.

상기 도 2에 따른 종래 댐퍼 특성 곡선을 보다 구체적으로 해석해 보면, 굵은 실선은 스프링 곡선(L1)으로 엔진과 변속기 사이의 댐퍼 스프링(7)에 의한 전달 토크를 나타낸다.

즉, 상기 댐퍼 특성 곡선은 회전각-토크의 곡선으로써, 회전각(Angle)이 양의 값인 경우는 엔진이 차체를 구동하는 주행 및 가속구간(Driving)의 토크를 의미하며, 회전각(Angle)이 음인 경우는 엔진 브레이크가 작동되는 상황으로 차체가 엔진을 역으로 구동시키는 타성 주행구간(Coasting)의 토크를 의미한다.

그리고 상기 스프링 곡선(L1)은 일정구간이 경사각이 다르게 꺽여서 형성되는데, 이는 상기 댐퍼 스프링(7)으로 2개의 선형 스프링을 겹쳐서 구간별로 나누어 동작하도록 설치한 때문이다.

여기서, 상기 히스테리시스((Hysteresis)는 기본적인 전달 토크를 나타내는 스프링 곡선(L1)에 마찰력에 의한 감쇠현상이 나타나는 것으로서, 쿨롱 댐핑(Coulomb Damping)현상으로 볼 수 있으며, 상기 댐퍼 특성 곡선에서는 상기 스프링 곡선(L1) 주위의 가는 실선(L2,L3)으로 표시된다.

즉, 감쇠 작용이 없는 경우라면 하나의 스프링 곡선(L1)으로만 나타나겠지만, 감쇠 작용이 있는 경우 회전각이 양의 방향으로 증가할 때, 양의 마찰력에 의하여 전달되는 토크가 감소하므로 스프링 곡선(L1) 아래의 가는 실선(L2)으로 표시된다.

반대로, 상기 회전각이 음의 방향으로 감소하는 경우에는 감쇠의 방향이 반대가 되어 마찰력이 스프링력에 더해지는 결과가 되므로 상기 스프링 곡선(L1) 위의 가는 실선(L3)으로 표시된다.

이러한 감쇠 현상에 의하여 방향성이 있는 감쇠 곡선이 나타나게 되고, 댐퍼 스프링(7)에 따른 토크 곡선인 스프링 곡선(L1)에서 벗어난 값을 히스테리시스 값 이라고 하며, 상기 도 2에서 화살표(A)는 그 회전 각도가 증가했다가 감소하는 경우의 감쇠 현상의 경로를 나타낸다.

또한, 도 2에서 상기 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque)로 표시된 28Nm/4deg. 23Nm/7deg.의 값은 스프링 곡선(L1)을 중심으로 위아래의 폭을 의미한다. 즉, 양과 음의 방향으로 이 값의 1/2이 각각 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque) 값으로 나타내게 된다.

여기서, 상기 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque) 값이 2가지인 것은, 댐퍼를 설계할 때 2개의 선형 스프링을 사용하여 곡선의 특성을 조절하면서, 작동 각도에 따라 작용하는 마찰요소를 달리 설정하였기 때문이다.

이러한 종래 댐퍼 특성 곡선에서는 수동요소에 의한 2가지의 히스테리시스 토크 값을 설정할 수 있는 것을 알 수 있는데, 상기 댐퍼의 히스테리시스 토크의 값이 작으면 구동계의 공진 현상이 크게 발생하고, 히스테리시스 토크의 값이 크면 높은 회전수 영역에서 전달율이 증가하여 승차감이 저하된다는 문제점을 내포하고 있다.

즉, 상기 히스테리시스는 차량의 진동에 영향을 주게 되는데, 한 예로 엔진에 의한 가진 주파수가 공진 영역을 통과하는 경우, 차량은 심한 부밍 소음을 겪게 된다.

이러한 경우에, 상기 히스테리시스가 높으면 이러한 공진 영역을 부드럽게 통과할 수 있다.

그러나, 정상 주행상태에서, 상기 히스테리시스가 높은 경우에는 효율이 저 하되는 것과 같이, 차량의 주행 상태에 따라서 상반되는 히스테리시스의 요구가 발생하게 되며, 현재는 적당한 고정 히스테리시스 값을 선택하여 댐퍼를 설계하고 있다.

이와 같이, 종래 댐퍼의 구성에는 상기의 상충되는 요구에 대하여 적절하게 대응할 수 있는 기술이 적용되지 못하였다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 댐퍼의 히스테리시스 값을 능동적으로 조절할 수 있도록 하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은 차량용 엔진의 동력을 변속기로 전달하는 동력 전달계에 구성되어 솔레노이드를 이용하여 댐퍼의 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque) 값을 능동적으로 가변 제어하여 차량의 주행조건에 따라 엔진으로부터의 진동을 효과적으로 저감할 수 있도록 하는 전자 제어식 가변 댐퍼를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 전자 제어식 가변 댐퍼는 동력 전달계의 피동축 상에 회전하지 않도록 설치되는 댐퍼 커버; 상기 댐퍼 커버의 내부에서, 구동축 상의 플라이 휠에 체결되어 구동축과 함께 회전하며, 내측으로 공간부를 형성하여 그 공간부 내 일측에는 다수개의 스프링 장착홈을 갖는 리테이닝 플레이트를 구성하는 댐퍼 하우징; 상기 댐퍼 하우징의 공간부 내에서 상기 리테이닝 플레이트에 대응하여 상기 피동축에 스플라인 결합되며, 단면상의 둘레에는 일정간격으로 상기 리테이닝 플레이트의 스프링 장착홈에 대응하는 스프링 장착홈을 형성하는 댐퍼 디스크; 상기 리테이닝 플레이트와 댐퍼 디스크 상의 각 스프링 장착홈에 끼워져 설치되는 댐퍼 스프링; 상기 댐퍼 하우징과 상기 댐퍼 디스크 사이의 상기 리테이닝 플레이트 하부에서, 상기 댐퍼 디스크에 접촉되는 마찰 디스크; 상기 마찰 디스크의 배면에 대하여 일면을 통하여 접촉되며, 그 배면은 경사면으로 형성되는 압력 플레이트; 일면을 상기 압력 플레이트의 경사면에 대응하는 경사면으로 형성하여 상호 접촉되며, 상기 리테이닝 플레이트의 내측단에 형성되는 끼움홈을 통하여 외측단이 끼워지는 웨지; 상기 웨지의 배면과 상기 댐퍼 하우징의 내측 일면 사이에 개재되는 프리 로드 스프링; 상기 댐퍼 커버의 일측에 설치되는 솔레노이드 코일; 상기 댐퍼 커버의 내부에서, 상기 웨지의 내측단에 대응하여 솔레노이드 코일의 연장된 코어에 장착되며, 상기 솔레노이드 코일과 전기적으로 연결되어 자기력을 이용한 상기 웨지에 대한 당김력을 발생시키는 솔레노이드 폴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어식 가변 댐퍼의 구성도 및 주요부 확대도로써, 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어식 가변 댐퍼의 구성은 먼저, 동력 전달계의 피동축(11) 상에 회전하지 않도록 댐퍼 커버(13)가 구비된다.

상기 댐퍼 커버(13)의 내부에는 구동축(미도시) 상의 플라이 휠(15)에 댐퍼 하우징(17)이 체결되어 구동축과 함께 회전하도록 구성된다.

상기 댐퍼 하우징(17)은 내측으로 공간부를 형성하는데, 상기 공간부 내에는 댐퍼 하우징(17)의 내부 일면의 둘레를 따라 리테이닝 플레이트(19)를 일체로 구성하며, 상기 리테이닝 플레이트(19)에는 그 둘레를 따라 다수개의 스프링 장착홈(21)을 형성한다.

상기 댐퍼 하우징(17)의 공간부 내에서 상기 리테이닝 플레이트(19)에 대응하여 댐퍼 디스크(23)가 상기 피동축(11)에 스플라인 결합된다.

상기 댐퍼 디스크(23)의 단면상의 둘레에는 일정간격으로 상기 리테이닝 플레이트(19)의 스프링 장착홈(21)에 대응하는 스프링 장착홈(25)을 형성한다.

그리고 상기 리테이닝 플레이트(19)와 댐퍼 디스크(23) 상의 각 스프링 장착홈(21,25)에는 댐퍼 스프링(27)이 1/2씩 걸치도록 끼워져 설치된다.

또한, 상기 리테이닝 플레이트(19)에 대하여 그 하부에는 상기 댐퍼 하우징(17)과 상기 댐퍼 디스크(23) 사이에서 상기 댐퍼 디스크(23)에 마찰 디스크(29)가 접촉되어 설치된다.

상기 마찰 디스크(29)의 배면에는 압력 플레이트(31)가 그 일면을 통하여 접촉되도록 설치되는데, 상기 압력 플레이트(31)의 배면은 외향하는 경사면(C1)으로 형성된다.

그리고 상기 압력 플레이트(31)의 경사면(C1)에는 웨지(33)가 그 일면을 통하여 접촉되어 설치되는데, 상기 웨지(33)의 접촉되는 일면은 상기 압력 플레이트(31)의 경사면(C1)에 대응하여 내향하는 경사면(C2)으로 형성된다.

또한, 상기 웨지(33)는 리테이닝 플레이트(19)의 내측단에 형성되는 끼움홈(35)을 통하여 그 외측단이 끼워져 상기 리테이닝 플레이트(19) 및 댐퍼 하우징 (17)과 함께, 회전하게 된다.

상기 웨지(33)의 배면과 상기 댐퍼 하우징(17)의 내측 일면 사이에는 프리 로드 스프링(37)이 개재되는데, 상기 프리 로드 스프링(37)은 웨이브 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 댐퍼 커버(13)의 내부에는 일측에서 그 둘레를 따라 솔레노이드 코일(39)이 그 둘레를 따라 구성되는데, 상기 솔레노이드 코일(39)은 제어기의 제어신호에 따라 자화된다.

또한, 상기 댐퍼 커버(13)의 내부에서, 상기 웨지(33)의 내측단에 대응하여 솔레노이드 코일(39)의 연장된 코어(41)에 솔레노이드 폴(43)이 장착되는데, 상기 솔레노이드 폴(43)은 솔레노이드 코일(39)과 전기적으로 연결되어 솔레노이드 코일(39)이 자화되면 자기력을 생성하여 상기 웨지(33)에 대한 당김력을 발생시키도록 구성된다.

이러한 솔레노이드 폴(43)은 상기 댐퍼 커버(13)의 내측에서 축선을 따라 연장된 솔레노이드 코일(39)의 코어(41)에 스플라인 체결되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 솔레노이드 폴(43)은 솔레노이드 코일(39)에 의하여 직접 자기력이 전달되는 부분으로서 솔레노이드 코일(39)과 함께 회전하지 않는 부분이며, 이에 대응하는 상기 웨지(33)는 상기 솔레노이드 폴(43)과 일정 간격이 떨어져서 비접촉으로 회전하는 부분이다.

그리고 상기 댐퍼 커버(13)와 댐퍼 하우징(17) 사이에는 일측에서 오일시일(45)을 설치하여 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 전자 제어식 가변 댐퍼의 작동을, 도 7의 이상적인 댐퍼 특성 곡선을 통하여 주행 및 가속구간(Driving)에서만 살펴본다.

즉, 엔진의 공전(아이들)이나 저속 주행 영역(S1)에서는 적은 히스테리시스 토크(HT1)가 요구되며, 가속이나 풀 트로틀 주행 및 급 감속 주행 영역(S2)에서는 큰 히스테리시스 토크(HT2)가 요구된다.

상기에서 적은 히스테리시스 토크(HT1)가 요구되는 상기 엔진의 공전(아이들)이나 저속 주행 영역(S1)에서는, 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 솔레노이드 코일(39)에 제어신호를 차단(off)하여 자화시키지 않도록 한다.

그러면, 상기 솔레노이드 폴(43)은 자기력을 발생시키지 않게 되며, 상기 댐퍼 스프링(27)을 통하여 댐퍼 하우징(17)으로부터의 동력이 댐퍼 디스크(23)로 전달되는 과정에서 상기 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque)의 크기를 결정하는 감쇠력은 프리 로드 스프링(37)의 스프링력이 마찰 디스크(29)에 작용하는 수직항력만큼으로 한정되어 요구하는 정도의 적은 히스테리시스 토크(HT1)를 얻을 수 있게 되는 것이다.

그리고 큰 히스테리시스 토크(HT2)가 요구되는 상기 가속이나 풀 트로틀 주행 및 급 감속 주행 영역(S2)에서는, 도 5와 도 6에서 도시한 바와 같이, 솔레노이드 코일(39)에 제어신호를 입력(on)하여 자화시키게 된다.

그러면, 상기 솔레노이드 폴(43)은 자기력을 발생시켜 상기 웨지(33)를, 도 6에서와 같이, 아래로 당기게 되며, 동시에 상기 압력 플레이트(31)에는 그 경사면 (C1)에 대하여 경사방향으로 힘을 가하게 된다.

이와 같이, 상기 웨지(33)의 작동에 의해 압력 플레이트(31)에 가해지는 힘이 상기 마찰 디스크(29)(friction disk)에 수직항력으로 작용하게 된다.

상기 마찰 디스크(29)에 작용하는 수직항력은 상기 솔레노이드 코일(39)의 자화를 통하여 가변적으로 작용하도록 함으로써 가변적인 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque)를 얻을 수 있는 것이다.

즉, 상기 댐퍼 스프링(27)을 통하여 댐퍼 하우징(17)으로부터의 동력이 댐퍼 디스크(23)로 전달되는 과정에서, 상기 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque)의 크기를 결정하는 감쇠력은 프리 로드 스프링(37)의 스프링력이 마찰 디스크(29)에 작용하는 수직항력과 상기 솔레노이드 코일(39)의 자화로 발생되는 자기력에 의해 웨지(33)가 당겨져 압력 플레이트(31)에서 증폭되는 수직항력만큼 더 적용되어 요구하는 정도의 큰 히스테리시스 토크(HT2)를 얻을 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 마찰 디스크(29)에 작용하는 수직항력의 정도는 수동요소인 프리 로드 스프링(37)의 스프링력을 고려하여 시험에 의해 설정되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자 제어식 가변 댐퍼에 의하면, 엔진의 동력을 변속기로 전달하는 동력 전달계에 구성되어 솔레노이드를 이용하여 댐퍼의 히스테리시스 토크(Hysteresis Torque) 값을 능동적으로 가변 제어함으로서 엔진의 운전 중, 가진 주파수가 공진 영역을 통과하는 영역에서 상기 히스테리시스 토크 (Hysteresis Torque) 값을 높여 부밍 소음의 발생을 방지하는 등, 차량의 주행조건에 따라 엔진으로부터의 진동을 효과적으로 저감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 동력 전달계의 피동축 상에 회전하지 않도록 설치되는 댐퍼 커버;

   상기 댐퍼 커버의 내부에서, 구동축 상의 플라이 휠에 체결되어 구동축과 함께 회전하며, 내측으로 공간부를 형성하여 그 공간부 내 일측에는 다수개의 스프링 장착홈을 갖는 리테이닝 플레이트를 구성하는 댐퍼 하우징;

   상기 댐퍼 하우징의 공간부 내에서 상기 리테이닝 플레이트에 대응하여 상기 피동축에 스플라인 결합되며, 단면상의 둘레에는 일정간격으로 상기 리테이닝 플레이트의 스프링 장착홈에 대응하는 스프링 장착홈을 형성하는 댐퍼 디스크;

   상기 리테이닝 플레이트와 댐퍼 디스크 상의 각 스프링 장착홈에 끼워져 설치되는 댐퍼 스프링;

   상기 댐퍼 하우징과 상기 댐퍼 디스크 사이의 상기 리테이닝 플레이트 하부에서, 상기 댐퍼 디스크에 접촉되는 마찰 디스크;

   상기 마찰 디스크의 배면에 대하여 일면을 통하여 접촉되며, 그 배면은 경사면으로 형성되는 압력 플레이트;

   일면을 상기 압력 플레이트의 경사면에 대응하는 경사면으로 형성하여 상호 접촉되며, 상기 리테이닝 플레이트의 내측단에 형성되는 끼움홈을 통하여 외측단이 끼워지는 웨지;

   상기 웨지의 배면과 상기 댐퍼 하우징의 내측 일면 사이에 개재되는 프리 로드 스프링;

   상기 댐퍼 커버의 일측에 설치되는 솔레노이드 코일;

   상기 댐퍼 커버의 내부에서, 상기 웨지의 내측단에 대응하여 솔레노이드 코일의 연장된 코어에 장착되며, 상기 솔레노이드 코일과 전기적으로 연결되어 자기력을 이용한 상기 웨지에 대한 당김력을 발생시키는 솔레노이드 폴;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 제어식 가변 댐퍼.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 프리 로드 스프링은

   웨이브 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 제어식 가변 댐퍼.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 솔레노이드 폴은

   상기 댐퍼 커버의 내측에서 축선을 따라 연장된 솔레노이드 코일의 코어부에 스플라인 체결되는 것을 특징으로 하는 전자 제어식 가변 댐퍼.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 댐퍼 커버와 댐퍼 하우징 사이에는

   일측에 오일시일을 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 제어식 가변 댐퍼.

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