KR101216798B1 - 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템 - Google Patents

전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동모터로 클러치 제어를 통해 관성운전모드로 차량이 주행 됨으로써 연료를 절감할 수 있도록 한 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템은, 차량의 ECU에서 출력되는 신호를 분석한 후 RPM, 차속, 가속페달, 제동브레이크, 엔진브레이크, 클러치, 기어노브 등의 필요 신호를 추출하는 제어부와; 상기 제어부의 출력신호를 전달받아 차량의 클러치를 기구적으로 분리 및 연결시키도록 전동모터를 갖는 클러치 구동부를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템{Motor utilizing clutch control and fuel reduction system}
본 발명은 차량의 연료절감 시스템에 관한 것으로, 특히 전동모터로 클러치 제어를 통해 관성운전모드로 차량이 주행 됨으로써 연료를 절감할 수 있도록 한 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 주행 중 엔진을 계속적으로 구동시키기 위해 연료가 지속적으로 소모된다. 이같이 소모되는 연료를 절감하는 방법 중 하나는 연료를 효율적으로 공급하는 방법을 생각해 볼 수 있다. 예를 들어 국내 등록특허 등록번호 제10-0806742호(차량용 엔진의 연료절감장치)의 경우, 엔진과 연료탱크 사이에 장착되어 연료공급관을 통해 공급되는 연료가 연료정화부재를 통과하면서 1차적으로 정화되고, 정화된 연료는 연료활성부재에 공급되어 나선형으로 와류가 형성됨과 동시에 개별적으로 회전하는 회전구에 의해 입자가 분해된 연료가 엔진으로 공급되어 연료소모를 절감시키는 연료절감부가 구성되는 것으로, 연료탱크에서 유입되는 연료가 연료필터와 자성체를 통과하면서 불순물을 필터링함과 동시에 연료입자를 이온화시키고, 나선형으로 회전하는 연료는 유입관 내부의 비산돌기에 부딪히면서 체적팽창효율을 증가시킴과 동시에 회전구의 회전에 의해 연료입자가 활성화되어 엔진 내부로 공급되므로 엔진 구동시 산소함유량의 증대 및 공기의 혼합이 원활하게 이루어지도록 하여 연료의 소비를 절감시키고 있다.
다른 한 방법은 한국 등록특허 등록번호 제10-1080214호(차량의 연료 절감 장치)로서, 공회전이 발생할 것으로 예상되는 상황을 미리 판단하고, 공회전의 종료를 판단하는 공회전 예상부; 차량의 에어 브레이크에 대한 에어압을 공급하는 에어탱크의 에어압을 감지하기 위한 에어압 감지 장치; 및 상기 공회전 예상부에서 공회전이 예상된다고 판단하면, 연료를 절감하기 위해 차량의 엔진의 가동을 정지시키고, 상기 공회전 예상부에서 공회전의 종료를 판단하거나, 또는 상기 에어압이 기준치보다 적으면, 차량의 엔진을 재가동시키는 연료 절감 제어부를 포함하여 연료절감을 꾀하고 있다.
이같이 본 발명의 배경이 되는 기술들은 엔진에 공급되는 연료에 산소함유량을 증대시키거나 공회전시 엔진을 정지시켜서 연료를 절감하는 방안을 제시하고 있다.
그러나 본 발명은 차량의 주행중 가속이 필요없는 경우 클러치를 차단하여 관성운전모드로 주행이 이루어지도록 함으로써 연료소모를 절감할 수 있도록 함에 있다.
한국 등록실용 등록번호 제20-0426602호 한국 등록실용 등록번호 제20-0204261호
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 전동모터로 클러치 제어를 통해 관성운전모드로 차량이 주행 됨으로써 연료를 절감할 수 있도록 한 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템은, 차량의 ECU 등에서 출력되는 신호를 분석한 후 RPM, 차속, 가속페달, 제동브레이크, 엔진브레이크, 클러치, 기어노브 등의 필요 신호를 추출하는 제어부와;
상기 제어부의 출력신호를 전달받아 차량의 클러치를 기구적으로 분리 및 연결시키도록 전동모터를 갖는 클러치 구동부를 포함하고;
상기 제어부는 브레이크페달 신호, 엔진브레이크 신호, 가속페달 신호, 클러치 페달 신호, 기어노브 신호를 활용하여 상기 전동모터를 제어하고;
상기 클러치 구동부는,
차량의 클러치 측 유압라인에 출력포트가 연결되어 있는 마스터 실린더와;
상기 마스터 실린더 내에 미끄럼 가능하게 설치되고 스프링에 의해 복귀하는 마스터 실린더 피스톤과;
상기 마스터 실린더 피스톤에 선단이 접촉되어 있는 푸시로드와;
상기 푸시로드의 후단에 결합되어 고정되어 있는 푸시로드 캡과;
상기 푸시로드 캡에 로드 암을 매개로 연결된 랙 기어와;
상기 랙 기어에 이맞물림된 된 피니언 기어와;
상기 피니언 기어에 축결되어 상기 제어부로부터 구동,정지 및 방향의 제어를 받고 피니언 기어를 정역회전 구동시키는 전동모터를 포함하고;
상기 푸시로드 캡의 중심구멍에 센터링되고 푸시로드 단부에 형성된 가이드구멍에 안내되는 가이드핀을 통해 클러치 페달과 연결되는 작동축이 고정되고;
상기 제어부는,
가속페달 신호의 온/오프 신호를 판단하여 오프 신호일 경우, 전동모터를 정회전시켜 마스터 실린더의 전진으로 클러치 판 분리가 이루어져 엔진 동력을 차단하여 관성운전모드로 전환되고;
차량 주행 중 가속페달 신호의 온 신호가 확인되면, 전동모터가 역회전하도록 제어하여 클러치 판의 연결로 차량 가속의 제어를 수행하고;
관성운전모드 중 브레이크 페달 및 엔진브레이크의 온 신호시 전동모터가 역회전하여 클러치 판을 연결시킴으로써 엔진브레이크 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 제어부는 차량 주행 중 기어노브의 온/오프 신호를 확인하여, 온 신호일 경우, 전동모터가 정회전 하여 마스터 실린더의 전진으로 클러치 판 분리가 이루어져 엔진 동력을 차단하여 기어 변속 및 관성운전 모드로 전환되고, 오프 신호일 경우, 전동모터가 역회전하여 클러치 판의 연결로 차량 가속의 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템에 따르면, 전동모터로 클러치 제어를 통해 관성운전모드로 차량이 주행 됨으로써 연료를 절감할 수 있다.
또한, 관성운전모드에서는 브레이크 페달 및 엔진 브레이크 작동시 클러치가 연결되어 엔진브레이크가 걸려 제동력이 향상된다.
또한, 패스워드의 확인에 따른 불일치시 클러치 판이 분리되어 차량을 안전하게 관리할 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 연료절감 시스템의 전체적인 구성도.
도 2는 본 발명에 적용되는 클러치 구동부의 정면도.
도 3은 도 2의 평면도.
도 4a는 도 3의 A-A선 단면도로서 클러치가 연결된 작동상태도.
도 4b는 도 3의 A-A선 단면도로서 클러치가 해제된 작동상태도.
도 5a 및 도 5b는 도 3의 B-B선 단면도로서 클러치 연결 및 해제에 따른 작동상태도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 적용되는 연료절감 시스템의 제어흐름도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1에서와 같이 본 발명에 따른 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템은, 차량의 ECU(Engine Control units; 엔진제어장치) 등에서 출력되는 신호와 기어노브(Knob)(15)에서 나오는 신호를 활용하여, 그 신호를 분석한 후 RPM, 차속, 가속페달, 제동브레이크, 엔진브레이크, 클러치 등의 필요 신호를 추출하는 제어부(20)를 구성한다.
이들 브레이크 페달 신호(11), 가속페달 신호(12), 클러치 신호(13), 기어노브 신호(14)는 클러치 구동부(30)의 동작을 전기적으로 제어하는 제어부(20)에 연결되어 있다. 따라서 브레이크 페달의 동작 여부에 따라 브레이크 페달 신호(11)가 온(on)/오프(off)되어 제어부(20)에 입력되고, 가속페달의 동작 여부에 따라 가속페달 신호(12)가 온/오프 되어 제어부(20)에 입력되고, 클러치 페달의 동작 여부에 따라 클러치 페달 신호(13)가 온/오프되어 제어부(20)에 입력되고, 기어노브 신호(14)가 온/오프되어 제어부(20)에 입력된다.
제어부(20)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 제어 흐름도를 따라 클러치 구동부(30)를 제어한다. 즉, 제어부(20)는 도 2의 클러치 구동부(30)에 포함된 전동모터(38)의 구동과 관련된 모든 사항을 제어하여 클러치 페달과 별도로 차량 클러치(40)판의 분리 및 연결의 제어를 수행한다.
클러치 구동부(30)는 도 2 내지 도 5에서와 같이 제어부(20)의 출력신호를 전달받아 차량의 클러치를 기구적으로 분리 및 연결시키도록 하는 기능을 수행한다. 클러치 구동부(30)는 차량의 클러치(40)를 동작시키는 유압라인(1)에 출력포트(31a)가 연결되어 있는 마스터 실린더(31)와, 마스터 실린더(31) 내에 미끄럼 가능하게 설치되고 스프링(32)에 의해 복귀하는 마스터 실린더 피스톤(33)과, 마스터 실린더 피스톤(33)에 선단이 접촉되어 있는 푸시로드(34)와, 푸시로드(34)의 후단에 결합 고정되어 있는 푸시로드 캡(35)과, 푸시로드 캡(35)에 로드 암(36a)을 매개로 연결된 랙 기어(36)와, 랙 기어(36)에 이맞물림된 된 피니언 기어(37)와, 피니언 기어(37)에 축결되어 상기 제어부(20)로부터 구동,정지 및 방향 제어를 받고 피니언 기어(37)를 정역회전 구동시키는 전동모터(38)를 포함하여 구성된다. 이때 랙 기어(36)는 마스터 실린더(31)에 결합되어 있는 기어박스(39) 내 랙기어 가이드(40)에 미끄럼 운동가능하게 설치되어져 있다.
따라서 도 4a와 같이 스프링(32)에 의해 마스터 실린더 피스톤(33)이 후방에 위치되어 있는 경우 클러치(40)는 연결되어 있는 상태가 된다. 이후 전동모터(38)가 정회전을 하여 푸시로드(34)가 전진 동작하여 마스터 실린더 피스톤(33)을 밀게 되면 도 4b와 같이 스프링(32)은 압축되고 유압라인(1)에 압력이 형성되어 클러치(40)의 분리가 이루어지게 되어 있다. 이때 랙 기어(36)는 피니언 기어(37)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 푸시로드 캡(35)을 매개로 푸시로드(34)를 전진 이동시킨다. 그러므로 전동모터(38)에 제어부(20)로부터 온(on) 신호가 입력되면 클러치(40)는 분리되고, 만일 오프(off) 신호가 전동모터(38)에 입력되면 클러치(40)는 연결되게 되어 있다.
도 4b에 도시된 미설명부호 '134'는 '클러치 페달'에 연결되는 '작동축'이고, '135'는 작동축(134)의 진퇴 운동시 흔들림 없는 이동 운동을 안내하는 '가이드핀'이다.
즉, 상기 작동축(134)에 고정된 가이드핀(135)이 푸시로드 캡(35)의 중심구멍(35a)에 센터링되고 푸시로드(34)의 단부로부터 형성된 가이드구멍(34a)에 안내되어 상기 클러치 페달과 연결되는 작동축(134)의 진퇴 운동시 가이드핀(135)이 푸시로드 캡(35)의 중심구멍(35a)과 푸시로드(34)의 가이드구멍(34a)에 센터링 안내되어 작동축(134)이 흔들림 없이 이동이 이루어진다.
이와 같이 구성된 본 실시 예의 작용을 도 6a 및 도 6b의 제어흐름도를 함께 참조하여 설명한다.
먼저, 최초 전원이 공급(S1)되면 제어부(20) 및 전동모터(38)를 포함한 시스템의 동작 유무가 첵킹(checking)(S2)된 후 이상이 없으면 전동모터(38)는 정회전후 대기(S10) 상태가 된다. 이때 클러치 판은 분리상태가 된다. 또한 시스템 체크 확인이 이루어지지 않으면 수동운전(S3) 모드로 차량이 운행된다.
이같이 차량 출발 전 클러치 판이 분리된 후 다음으로 패스워드(Password) 입력에 따른 패스워드 일치 여부의 확인(S11)과정을 거친다. 패스워드가 일치되지 않을 경우 운전을 하지 못하게 하므로 차량을 안전하게 관리할 수 있다.
그 다음, 기어를 변속(S21) 한 후 가속페달을 밟게 되면, 가속페달의 온 신호가 발생되어 제어부(20)가 이를 감지 판단(S22)하여 전동모터(38)가 역회전(S23)하고, 이에 의해 클러치(40)가 연결(S24)되어 차량 주행(S25)이 이루어진다. 여기서 전동모터(38)가 역회전하게 되면 전동모터(38)의 출력축에 연결된 피니언 기어(37)의 회전을 매개로 랙 기어(36)가 직선 후퇴운동을 하며, 랙 기어(36)에 고정되어 있는 로드 암(36a)을 통해 푸시로드 캡(35) 및 푸시로드(34)가 후방으로 직진운동을 하게 되고, 차량에 장착되어 있는 마스터 실린더 피스톤(33)이 후퇴하여 도 4a와 같이 클러치(40)가 연결되어 엔진 동력을 전달한다. 이에 의해 차량 주행이 이루어진다.
한편, 차량의 주행 중 운전자가 가속페달에서 발을 떼게 되면 오프(off) 신호가 발생되고 이를 제어부(20)가 감지 판단(S26)하여 전동모터(38)를 정회전(S28)시켜 클러치 판을 분리(S29)시킨다. 즉, 전동모터(38)의 출력축에 연결된 피니언 기어(37)의 정회전을 매개로 랙 기어(36)가 직선 운동을 하며 랙 기어(36)에 고정되어 있는 로드 암(36a)을 통해 푸시로드 캡(35) 및 푸시로드(34)가 전진 방향으로 직진운동을 하게 되고, 차량에 장착되어 있는 마스터 실린더 피스톤(33)이 도 4b와 같이 전진하여 클러치(40)를 분리하여 동력을 차단한다. 따라서 차량은 관성운전모드가 되어 주행이 이루어지게 된다.
또한, 차량의 주행중 운전자가 기어노브(15)의 스위치를 누르면 온(ON) 신호가 발생되고 이를 제어부(20)가 감지 판단(S26a)하여 전동모터(38)를 정회전(S28)시켜 클러치 판을 분리(S29)시킨다. 즉, 전동모터(38)의 출력축에 연결된 도 5b의 피니언 기어(37)의 정회전을 매개로 랙 기어(36)가 직선 운동을 하며 랙 기어(36)에 고정되어 있는 로드 암(36a)을 통해 푸시로드 캡(35) 및 푸시로드(34)가 전진 방향으로 직진운동을 하게 되고, 차량에 장착되어 있는 마스터 실린더 피스톤(33)이 도 4b와 같이 전진하여 클러치(40)를 분리하여 동력을 차단한다. 따라서 기어변속과 관성주행을 수행할 수 있다.
또한, 운전자가 기어노브(15)의 스위치를 떼면 오프(OFF) 신호가 발생되고, 이를 제어부(20)가 감지 판단(S26a)하여 전동모터(38)를 역회전(S31)시켜 클러치 판을 연결(S32)시킨다. 즉, 전동모터(38)의 출력축에 연결된 도 5a의 피니언 기어(37)의 역회전을 매개로 랙 기어(36)가 직선 운동을 하며 랙 기어(36)에 고정되어 있는 로드 암(36a)을 통해 푸시로드 캡(35) 및 푸시로드(34)가 후진 방향으로 직진운동을 하게 되고, 차량에 장착되어 있는 마스터 실린더 피스톤(33)이 도 4a와 같이 후진하여 클러치(40)를 연결하여 동력을 전달한다. 기어노브를 활용한 시스템은 본 시스템의 보조기능을 수행한다.
이같이 주행 중 운전자가 가속페달에서 발을 떼고 있는 동안에는 클러치 판이 분리되어져 엔진 동력이 변속기로 전달되는 것이 차단되어진다. 따라서 관성운전모드시에는 S28단계에서 S29단계를 반복하여 차량의 관성에 의해 주행이 지속되므로 연료절감이 이루어진다.
한편, 관성운전모드시 제동브레이크, 엔진브레이크 및 가속페달의 작동이 판단(S30)되면, 즉 브레이크 페달을 밟을 경우 제동력이 작동함과 동시에 전동모터(38)가 역회전(S31)하고 클러치 판이 연결(S32)되어 엔진브레이크가 동작하게 되어 차량의 제동을 안전하게 할 수 있다. 엔진브레이크가 해지되면 클러치 판 분리(S29)가 이루어져 관성운전모드로 자동 전환된다.
다른 한편, 관성운전모드와 가속운전모드(가속페달을 밟고 있는 경우)에서 본 시스템의 고장 등 비상상황의 발생이 판단(S33)되면, 운전자는 클러치 페달을 수동으로 작동(S34)시킴으로써 클러치의 분리가 진행되고 본 시스템이 정지(S35)됨으로써 수동으로 기어를 변속시켜 주행을 속행할 수 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 브레이크페달 신호, 엔진브레이크 신호
12: 가속페달 신호
13: 클러치페달 신호
14: 기어노브 신호
20: 제어부
30: 클러치 구동부
31: 마스터 실린더
32: 마스터 실린더 피스톤
34: 푸시로드
35: 푸시로드 캡
36: 랙 기어
37: 피니언 기어
38: 전동모터
40: 클러치

Claims (9)

  1. 차량의 ECU 등에서 출력되는 신호를 분석한 후 RPM, 차속, 가속페달, 제동브레이크, 엔진브레이크, 클러치, 기어노브 등의 필요 신호를 추출하는 제어부와;
    상기 제어부의 출력신호를 전달받아 차량의 클러치를 기구적으로 분리 및 연결시키도록 전동모터를 갖는 클러치 구동부를 포함하고;
    상기 제어부는 브레이크페달 신호, 엔진브레이크 신호, 가속페달 신호, 클러치 페달 신호, 기어노브 신호를 활용하여 상기 전동모터를 제어하고;
    상기 클러치 구동부는,
    차량의 클러치 측 유압라인에 출력포트가 연결되어 있는 마스터 실린더와;
    상기 마스터 실린더 내에 미끄럼 가능하게 설치되고 스프링에 의해 복귀하는 마스터 실린더 피스톤과;
    상기 마스터 실린더 피스톤에 선단이 접촉되어 있는 푸시로드와;
    상기 푸시로드의 후단에 결합되어 고정되어 있는 푸시로드 캡과;
    상기 푸시로드 캡에 로드 암을 매개로 연결된 랙 기어와;
    상기 랙 기어에 이맞물림된 된 피니언 기어와;
    상기 피니언 기어에 축결되어 상기 제어부로부터 구동,정지 및 방향의 제어를 받고 피니언 기어를 정역회전 구동시키는 전동모터를 포함하고;
    상기 푸시로드 캡의 중심구멍에 센터링되고 푸시로드 단부에 형성된 가이드구멍에 안내되는 가이드핀을 통해 클러치 페달과 연결되는 작동축이 고정되고;
    상기 제어부는,
    가속페달 신호의 온/오프 신호를 판단하여 오프 신호일 경우, 전동모터를 정회전시켜 마스터 실린더의 전진으로 클러치 판 분리가 이루어져 엔진 동력을 차단하여 관성운전모드로 전환되고;
    차량 주행 중 가속페달 신호의 온 신호가 확인되면, 전동모터가 역회전하도록 제어하여 클러치 판의 연결로 차량 가속의 제어를 수행하고;
    관성운전모드 중 브레이크 페달 및 엔진브레이크의 온 신호시 전동모터가 역회전하여 클러치 판을 연결시킴으로써 엔진브레이크 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 차량 주행 중 기어노브의 온/오프 신호를 확인하여, 온 신호일 경우, 전동모터가 정회전 하여 마스터 실린더의 전진으로 클러치 판 분리가 이루어져 엔진 동력을 차단하여 기어 변속 및 관성운전 모드로 전환되고, 오프 신호일 경우, 전동모터가 역회전하여 클러치 판의 연결로 차량 가속의 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전동모터를 활용한 클러치 제어 및 연료절감 시스템.
  9. 삭제
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