KR100642595B1 - 4륜구동차량의 액티브 컨트롤 커플링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4륜구동차량의 액티브 컨트롤 커플링(active control coupling)에 관한 것으로, 종래 파일럿클러치를 단일몸체의 테이퍼플레이트(50)로 대체하고, 입력축(10)에 일체 형성되던 드럼(40)을 개별 부품으로 제작하여 출력축(30)에 스플라인결합하는 구조로 이루어진다.

따라서, 테이퍼플레이트(50)의 사용으로 인해 비용이 절감되고 조립성이 향상됨은 물론, 작동 응답성이 향상되며, 입력축(10)의 형상이 단순해져 이의 제작이 용이해지는 장점이 있다.

Description

4륜구동차량의 액티브 컨트롤 커플링{active control coupling for 4WD}

도 1은 종래 기술에 따른 액티브 컨트롤 커플링의 구성을 나타내는 단면도,

도 2는 캠과 압력판 사이의 구조 및 캠이 스틸볼을 매개로 압력판에 가압력을 발생시키는 작용을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 액티브 컨트롤 커플링의 구성을 나타내는 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 따른 부호의 설명*

10 : 입력축, 20 : 전자석,

30 : 출력축, 40 : 드럼,

50 : 테이퍼플레이트, 60 : 캠,

51,61 : 경사면, 70 : 압력판,

80 : 스틸볼, 90 : 마찰클러치,

100 : 리턴스프링, 110 : 스러스트베어링,

본 발명은 4륜구동차량에서 엔진의 구동력을 후륜에 전달하거나 차단하는 액티브 컨트롤 커플링에 관한 것으로, 특히 내부 구조를 단순화시키고 응답성을 향상시킬 수 있도록 된 4륜구동차량의 액티브 컨트롤 커플링에 관한 것이다.

액티브 컨트롤 커플링 시스템(active control coupling system)은 차량의 주행 조건에 따라서 전/후륜에 자동으로 토오크를 분배하여 주행 성능을 향상시키는 장치이다.

그 중 리어액슬하우징의 전방에 일체로 장착되어 프로펠러샤프트를 통해 전달된 엔진의 동력을 후륜쪽으로 연결시키거나 차단하는 기계장치 부분이 액티브 컨트롤 커플링으로서, 전용의 전자제어유니트(TCCU)가 전/후륜 회전수 감지 센서, 차속센서, 스로틀포지션센서, 브레이크스위치 등 각동 센서로부터 측정된 차량 주행 상태에 따라서 후륜에 동력을 전달 및 차단하면서 필요에 따라 후륜을 구동시킴과 더불어 그 회전수를 제어하여 차량의 주행성능을 향상을 도모하고 있다.

상기와 같이, 전자제어유니트에 의한 전자적 제어에 의하여 동력의 기계적 단속을 실시하는 액티브 컨트롤 커플링의 종래 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 드럼(1a)이 일체 형성된 입력축(1), 상기 드럼(1a)의 중앙으로 삽입되는 출력축(2), 이 출력축(2)상에 회전 및 슬라이딩가능하게 장착된 캠(3), 이 캠(3)과 상기 드럼(1a)을 연결하는 파일럿클러치(4), 이 파일럿클러치(4)를 작동시키는 전자석(5)과 아마추어(6), 상기 캠(3)과의 사이에 스틸볼(7)을 구비하는 압력판(8), 이 압력판(8)의 측부에서 상기 드럼(1a)과 출력축(2)을 연결하는 다판클러치(9)를 포함하여 구성된다.

따라서, 전자제어유니트가 각종 센서로부터 입력된 정보에 의해 엔진동력을 후륜쪽으로 연결해야 하는 상황으로 판단하여 상기 전자석(5)을 on시키면, 발생되는 자력에 의해 아마추어(6)가 당겨져 파일럿클러치(4)를 가압함으로써 입력축(1)과 일체로 캠(3)이 회전되고, 이로써 상기 스틸볼(7)에 의해 발생한 축방향 힘이 압력판(8)을 밀어 다판클러치(9)를 연결시킴으로써 입력축(1)과 일체로 출력축(2)이 회전되게 된다.

따라서, 출력축(2)에 연결된 종감속기어(도시하지 않았으나 출력축(2)의 후단에 형성된 스플라인부(2a)에 삽입되어 스플라인결합된다.)가 리어액슬하우징에 내장된 차동장치의 링기어를 돌려 후륜쪽으로 동력이 전달될 수 있게 된다.

여기서, 상기 스틸볼(7)은 도 2에 도시된 바와 같이, 캠(3)과 압력판(8)의 접촉면들에 형성된 곡선홈(3a,8a; 홈의 중앙은 깊고 양측 단부로 갈수록 깊이가 낮아지는 형상의 홈)에 삽입되는 상태로 설치되어, 파일럿클러치(4)가 작동되어 캠(3)이 입력축(1)과 함께 회전되기 시작하면, 이 회전력(F1)에 의해 접촉한 면의 접선에 수직한 방향으로 작용력(Fr)을 가하게 되고, 이 작용력(Fr)의 수평방향 분력(F2)이 압력판(8)을 축방향으로 밀게 되어 다판클러치(9)를 작동시키게 된다.

그런데, 상기와 같은 구조의 액티브 컨트롤 커플링에서는 입력축(1)과 출력축(2)의 사이에 파일럿클러치(4)와 다판클러치(9)를 설치하기 위해 드럼(1a)을 입력축(1)에 일체로 형성하므로 입력축(1)의 형상이 복잡해져 제작이 난해해지고, 상기 파일럿클러치(4)가 다수의 마찰디스크와 마찰플레이트들로 구성되어 있어 가격 이 고가이며, 이 디스크 및 플레이트들의 간극에 의하여 작동시 응답성이 떨어지는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 입력축의 형상이 단순해져 제작이 용이하고, 전자석에 의해 작동되어 캠을 연동시키는 수단의 구조가 단순해지고 비용이 절감되며, 전자석 작동시 보다 빠른 응답성을 가질 수 있도록 된 4륜구동차량의 액티브 컨트롤 커플링을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프로펠라샤프트에 연결되는 입력축과; 상기 입력축 주변의 케이스에 설치된 전자석과; 상기 입력축의 중앙으로 삽입된 출력축과; 상기 출력축에 스플라인결합되고 입력축의 단부를 원통형으로 둘러싸는 드럼과; 상기 전자석과 마주보는 위치에 설치되고 그 외측단부가 상기 드럼에 스플라인결합되며 내경이 전자석쪽으로 확장된 경사면으로 형성된 테이퍼플레이트; 상기 입력축상에 회전 및 슬라이딩이동이 자유로운 상태로 설치되고, 외경이 전자석쪽으로 확장된 경사면으로 형성되어 상기 테이퍼플레이트의 내경에 삽입된 상태로 설치되어 전자석 작동시 테이퍼플레이트에 의해 회전구속되는 캠; 상기 캠의 측부에 위치되고 입력축상에 스플라인체결되는 압력판; 상기 캠과 압력판 각각에 형성된 곡선홈의 사이에 삽입되어 고정된 캠에 대해 압력판이 회전됨에 의해 압력판쪽으로 축방향 힘을 발생시키는 스틸볼 및; 상기 입력축에 스플라인체결된 마찰디스크와 상기 드럼에 스플라인체결된 마찰플레이트들로 이루어져 상기 압력판에 의해 가압되어 입력축과 드럼을 연결하는 마찰클러치를 포함하여 구성된 다.

그리고, 상기 전자석과 테이퍼플레이트의 사이에는 리턴스프링이 구비된다.

또한, 상기 캠과 케이스의 사이에는 스러스트베어링(thrust bearing)이 설치된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 액티브 컨트롤 커플링의 구성을 나타내는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 입력축(10)에 드럼(40)이 일체로 형성되지 않고, 별개의 부품으로 형성됨으로써 입력축(10)이 종래의 형상에 비하여 단순한 형상으로 이루어짐으로써 제작이 용이하도록 된 것에 그 한 특징이 있다.

물론, 드럼(40)을 개별적으로 제작하여야만 하는 단점이 있으나, 이 드럼(40)은 단순한 원통형상의 부품이므로 이 역시 제작과 조립이 단순하여 문제될 것이 없다.

상기와 같이 별개의 부품으로 제작된 드럼(40)은 전술한 바와 같이, 입력축(10)쪽 방향으로 열려진 원통형상으로서 그 내경측 단부는 출력축(30)의 외경에 스플라인 결합되어 있다.

상기 출력축(30)은 입력축(10)의 단부에 삽입되어 있고, 그 사이에 니들베어링(N)이 설치되어 입력축(10)과 출력축(30)이 상호 지지되도록 되어 있으며, 각각 케이스(C)에 대하여 볼베어링(B)과 시일부재(S)에 의해 지지되고 밀폐되어 있다. 또한, 출력축(30)의 후단에 형성된 삽입공에는 스플라인(31)이 형성되어 리어액슬 의 차동장치를 구동하는 종감속기어가 스플라인결합된다.

한편, 상기 케이스(C)에는 전자석(20)이 내장되고, 이 전자석(20)과 마주보는 위치에 입력축(10)을 둘러싸는 형식으로 환형의 테이퍼플레이트(50)가 설치된다.

상기 테이퍼플레이트(50)는 그 외측단부의 일부가 상기 드럼(40)에 스플라인결합되어 있으며, 그 내경은 전자석(20)쪽으로 확장되는 형상의 경사면(51)으로 형성된다.

그리고, 테이퍼플레이트(50)의 전자석(20)과 대응되는 면에는 홈이 형성되어 있고, 여기에 일단이 삽입되는 상태로 리턴스프링(100)이 설치된다. 물론, 리턴스프링(100)의 타단은 전자석(20)쪽에 지지된다.

상기 테이퍼플레이트(50)의 반경방향 내측에는 캠(60)이 설치된다. 이 캠(60)은 입력축(10)의 외경에 단순히 접촉하고 있는 상태로 설치되어 입력축(10)에 대해 회전방향 및 축방향으로의 거동이 자유롭다. 즉, 입력축(10)에 구속되지 않는다.

그리고, 상기 캠(60)의 외경 역시 전자석(20)쪽으로 확장되는 상기 테이퍼플레이트(50)의 경사면(51)과 동일한 각도의 경사면(61)으로 형성된다.

따라서, 상기 경사면(51,61) 들이 강하게 밀착되면 테이퍼플레이트(50)와 캠(60)은 일체가 된다. 이때 양자의 표면을 보호하고 보다 효과적으로 마찰력이 발생되도록 하기 위해 둘 중 어느 한 쪽에 마찰재(브레이크패드나 라이닝과 같은)가 부착될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 캠(60)의 측부(출력축쪽)에는 압력판(70)이 설치되는데, 이 압력판(70)은 내경이 입력축(10)의 외경에 스플라인결합되어 있어서 회전방향으로는 구속되되 축방향으로는 소정 거리 이동이 가능하도록 되어 있다.

그리고, 상기 캠(60)과 압력판(70)의 사이에는 다수의 스틸볼(80)이 구비되는데, 이 스틸볼(80)들은 종래와 같이, 캠(60)과 압력판(70)의 대응면에 상호 마주보도록 설치된 곡선홈의 사이에 삽입되어, 캠(60)과 압력판(70) 간에 상대적인 회전이 발생할 때 곡선홈의 일측 단부로 이동하면서 상호간에 대해 축방향 힘을 발생시키는 역할을 한다.

본 발명에서는 캠(60)의 타측면이 스러스트베어링(110)에 의해 케이스(C)에 지지되어 있기 때문에 스틸볼(80)에 의해 발생되는 축방향 힘은 상기 압력판(70)을 출력축(30) 쪽 방향으로 밀어주는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 압력판(70)의 측부 즉, 드럼(40) 내측 부분에는 마찰클러치(90)가 설치된다.

상기 마찰클러치(90)는 입력축(10)의 단부 외경에 스플라인결합되는 마찰디스크(91)들과, 이들의 사이마다 위치되고 상기 드럼(40)의 내경에 스플라인결합되는 마찰플레이트(92)들로 이루어지며, 외력에 의해 상기 마찰디스크(91)들과 마찰플레이트(92)들이 밀착되면 입력축(10)과 드럼(40)을 일체 회동시키는 역할을 한다.

이제 본 발명의 작동을 설명한다.

전륜만 구동되는 전자석(20) 비 작동상태의 경우, 전륜속도로 회전되는 입력 축(10)과 이에 스플라인결합된 압력판(70)과 마찰디스크(91)가 일체로 회전된다.

그리고, 드럼(40)에 스플라인결합된 테이퍼플레이트(50)와 마찰플레이트(92)는 출력축(30)과 함께 후륜속도로 회전된다.

이때, 캠(60)은 입력축(10)과 스플라인결합되어 있지는 않지만, 다판클러치(90)의 초기 조립압 때문에 입력축(10)쪽 방향으로 밀려지는 압력판(70)에 의해 입력축(10)과 함께 회전된다.

상기와 같은 상태에서 전자제어유니트에 의해 전자석(20)이 작동되면, 발생된 자력에 의해 테이퍼플레이트(50)가 리턴스프링(100)을 압축시키면서 당겨지고, 이에 의해 두 경사면(51,61)이 강력하게 밀착됨에 따라 캠(60)은 테이퍼플레이트(50)와 일체로 회전된다.

따라서, 상기 캠(60)이 압력판(70)과 상이한 회전수로 회전하게 됨으로써 전술한 바와 같은 상기 스틸볼(80)의 작용에 의하여 압력판(70)을 밀어내는 축방향 힘이 발생하게 된다. 이때 스틸볼(80)의 반대쪽 면은 스러스트베어링(110)에 의해 지지되어 있으므로 스틸볼(80)에 의한 축방향 힘이 압력판(70)을 밀어낼 수 있게 된다.

따라서, 압력판(70)의 가압작용에 의해 마찰디스크(91)와 마찰플레이트(92)들이 상호 밀착됨으로써 입력축(10)에 드럼(40)이 연동되고, 이로써 드럼(40)이 스플라인결합되어 있는 출력축(30)이 입력축(10)과 같은 회전수로 회전하게 된다.

따라서, 엔진의 동력이 후륜으로 전달되어져 4륜구동 상태가 되는 것이다.

이후, 전자제어유니트에 의해 전자석(20)이 off 되면 자력이 소멸되어 리턴 스프링(100)에 의해 테이퍼플레이트(50)가 스냅링(120)이 설치된 초기위치로 복귀된다.

이에 테이퍼플레이트(50)와 캠(60)간의 결합력이 소멸되어 전술한 바와 같은 작용에 의해 압력판(70)이 마찰클러치(90)를 작동시키지 못하게 되고, 따라서 마찰클러치(90)의 마찰디스크(91)와 마찰플레이트(92)도 원래의 간격으로 이격되어 후륜으로 동력이 전달되지 않는 상태가 되며, 이때 마찰클러치(90)의 압력에 의해 압력판(70)이 초기위치로 후퇴하면서 캠(60)을 가압하여, 캠(60)은 압력판(70)과 일체로 입력축(10)을 따라 회전하는 상태가 된다.

이상과 같이 본 발명은 전자제어유니트의 전자석(20) 제어에 따라 후륜의 동력전달을 단속하는 기능을 정상적으로 수행한다.

그런데, 종래 입력축(10)에 일체로 형성되어 있던 드럼(40)이 출력축(30)에 스플라인결합되는 구조로 변경되어 입력축(10)의 형상이 단순해지고, 이에 의해 그 제작이 용이하게 되었다.

또한, 종래 6매의 마찰디스크와 마찰플레이트로 구성되던 파일럿클러치와 아마추어 대신에 단일몸체로 이루어진 테이퍼플레이트(50)만을 사용하게 됨으로써 비용이 절감되고, 조립이 용이하게 되었다.

특히, 종래에는 마찰디스크와 마찰플레이트들을 다수 겹 겹쳐진 상태로 먼저 마찰플레이트의 외경이 드럼에 스프라인결합되도록 조립하고, 그 후 마찰디스크의 내경으로 캠을 삽입하여 스플라인결합시켰는데, 다수겹의 마찰디스크의 홈과 돌기부분이 일치된 상태를 유지하는 것이 쉽지 않아 캡을 삽입체결하는 것에 숙련도가 필요하였으나, 본 발명은 단순 경사면으로 이루어진 캠과 테이퍼플레이트를 상호 결합하면 되므로 그 조립작업이 매우 용이해지는 장점이 있다.

또한, 전자석(20) 작동시 단일체인 테이퍼플레이트(50)가 짧은 하나의 이격거리만을 이동하여 캠(60)과 일체 회전됨으로써 목적하는 바 소정의 작동이 이루어질 수 있게 됨으로써 종래에 아마추어에 의해 다수의 디스크와 플레이트들이 상호 접촉되던 파일럿클러치에 비하여 캠을 연동시키는 시간이 짧아 전제적으로 작동이 신속하게 이루어지게 된다. 이는 전자석 off 시에도 마찬가지로서 즉, 작동 응답성이 향상된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 입력축의 형상이 단순해져 제작이 용이하게 된다.

또한, 파일럿클러치 대신 테이퍼플레이트를 사용함으로써 비용이 절감되고, 작동시 응답성이 향상되며, 조립성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 프로펠라샤프트에 연결되는 입력축(10)과;

   상기 입력축(10) 주변의 케이스(C)에 설치된 전자석(20)과;

   상기 입력축(10)의 중앙으로 삽입된 출력축(30)과;

   상기 출력축(30)에 스플라인결합되고 입력축(10)의 단부를 원통형으로 둘러싸는 드럼(40)과;

   상기 전자석(20)과 마주보는 위치에 설치되고 그 외측단부가 상기 드럼(40)에 스플라인결합되며 내경이 전자석(20)쪽으로 확장된 경사면(51)으로 형성된 테이퍼플레이트(50);

   상기 입력축(10)상에 회전 및 슬라이딩이동이 자유로운 상태로 설치되고, 외경이 전자석(20)쪽으로 확장된 경사면(61)으로 형성되어 상기 테이퍼플레이트(50)의 내경에 삽입된 상태로 설치되어 전자석(20) 작동시 테이퍼플레이트(50)에 의해 회전구속되는 캠(60);

   상기 캠(60)의 측부에 위치되고 입력축(10)상에 스플라인체결되는 압력판(70);

   상기 캠(60)과 압력판(70) 각각에 형성된 곡선홈의 사이에 삽입되어 고정된 캠(60)에 대해 압력판(70)이 회전됨에 의해 압력판(70)쪽으로 축방향 힘을 발생시키는 스틸볼(80) 및;

   상기 입력축(10)에 스플라인체결된 마찰디스크(91)와 상기 드럼(40)에 스플 라인체결된 마찰플레이트(92)들로 이루어져 상기 압력판(70)에 의해 가압되어 입력축(10)과 드럼(40)을 연결하는 마찰클러치(90)를 포함하여 구성되는 4륜구동차량의 액티브 컨트롤 커플링.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전자석(20)과 테이퍼플레이트(50)의 사이에는 리턴스프링(100)이 구비되는 것을 특징으로 하는 4륜구동차량의 액티브 컨트롤 커플링.
3. 제 1항에 있어서, 상기 캠(60)과 케이스(C)의 사이에는 스러스트베어링(110)이 설치되는 것을 특징으로 하는 4륜구동차량의 액티브 컨트롤 커플링.

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