KR101276527B1

KR101276527B1 - 클러치 유닛의 제어 방법

Info

Publication number: KR101276527B1
Application number: KR1020107026875A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 키쓰너-하이덴
Original assignee: 마그나 파워트레인 아게 운트 코 카게
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2013-06-18
Also published as: WO2009146815A1; DE102008026554B4; US8645036B2; JP5474057B2; JP2011522191A; US20110166760A1; KR20110031416A; DE102008026554A1

Abstract

본 발명은 입력 요소로부터 출력 요소로 토크를 제어 가능하게 전달하기 위한 습식 작동(wet-running) 마찰 클러치, 이 마찰 클러치를 냉각하기 위한 오일 그리고 상기 마찰 클러치를 작동시키기 위한 액추에이터를 포함하는 클러치 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 따른 클러치 유닛을 제어하기 위하여 마찰 클러치 내부의 온도가 결정된다. 상기 결정된 온도에 따라서 액추에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존성을 기술하는 상기 마찰 클러치의 특성 곡선이 적응된다. 이와 같은 클러치 유닛은 액추에이터에 의해서 상기 특성 곡선에 따라 제어된다.

Description

클러치 유닛의 제어 방법 {METHOD FOR CONTROLLING A CLUTCH UNIT}

본 발명은 자동차 파워 트랜스미션(power transmission)용 클러치 유닛의 제어 방법에 관한 것이며, 이 경우 클러치 유닛은 상기 클러치 유닛의 입력 요소로부터 출력 요소로 토크를 제어 가능하게 전달하기 위한 습식 작동(wet-running) 마찰 클러치, 상기 마찰 클러치를 냉각하기 위한 오일 그리고 상기 마찰 클러치를 작동시키기 위한 액추에이터를 포함한다. 본 발명은 또한 입력 요소, 출력 요소, 제어 장치, 및 전술한 유형의 클러치 유닛을 포함하는 토크 전달 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 클러치 유닛은 예를 들어 전륜 구동 장치(all wheel drive)를 구비한 자동차의 트랜스퍼 기어 박스(transfer gear-box) 내에서 자동차의 1차 축 및/또는 2차 축으로 구동 토크(driving torque)를 제어 가능하게 전달하는 데에 이용된다. 소위 "주문형 토크(torque on demand)" 트랜스퍼 기어 박스의 경우에는 1차 축의 휠들이 영구적으로 구동되는 한편, 전술한 클러치 유닛에 의해 구동 토크의 일부분이 2차 축의 휠들로 선택적으로 전달될 수 있다. 트랜스퍼 기어 박스는 차량의 세로 방향으로 구동 토크의 분배를 설정하기 위해 클러치 유닛이 차동제한장치(differential lock)에 할당되어 있는 제어 가능한 중간 차동 기어로 형성될 수도 있다.전술된 유형의 클러치 유닛은 영구적으로 구동되는 전방 축을 구비한 자동차에서 구동 토크의 일부분이 후방 축으로 전달되는 것을 허용하는 토크 전달장치에도 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 클러치 유닛은 예를 들어 전방 축 차동기어에 배치되어 있거나 또는 후방 축 차동 기어에 배치되어 있다. 이와 같은 상이한 적용 예들 그리고 장치들은 US 7,111,716 B2호에 공지되어 있다.

서문에 언급된 유형의 클러치 유닛은 예를 들어 축 차동 기어의 차동제한장치를 위해서 또는 축 차동 기어의 토크 전달 장치[소위 "토크 벡터링(torque vectoring)"] 내에서 자동차의 가로 방향으로도 작용을 할 수 있다. 전술된 모든 경우들에서 클러치 유닛은 특별히 구동 토크를 전달하기 위하여 회전하는 입력 요소(예컨대 입력 샤프트)와 회전하는 출력 요소(예컨대 출력 샤프트)를 마찰 결합 방식으로 서로 연결한다. 그 대안으로서 클러치 유닛은 특별히 브레이크 토크(brake torque)를 전달하기 위하여 고정된 입력 요소 또는 고정된 출력 요소를 구비한 브레이크로서의 기능을 할 수 있다.

클러치 유닛의 전술된 적용 예들에서는 클러치 유닛이 파워 흐름 방향을 기준으로 파워 트랜스미션의 메인 기어 뒤에(즉, 수동 방식의 혹은 자동 방식의 스위칭 기어 또는 CVT-기어 뒤에) 배치되어 있다. 클러치 토크 - 다시 말해 마찰 클러치로부터 전달되는 토크 - 는 통상적으로 개별 주행 상황에 따라 가변적으로 설정된다. 상세하게 말하자면, 예를 들어 주행 상황 또는 주변 영향(예컨대 구동 휠에서 미끄럼 현상을 발생시키는 미끄러운 차도 표면)에 따라 변경될 수 있는 주행 역학적 요구 조건들에 따라서 클러치 유닛으로부터 전달될 토크가 변경된다. 이와 같은 변경을 위해서는 마찰 클러치를 제어된 상태에서 삽입시킬 필요도 있을 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 정확하게 설정된 클러치 모멘트로 더 오랜 시간 작동시킬 필요도 있는데, 그 이유는 전술된 적용 예들에서는 마찰 클러치가 통상적으로 습식 다판 클러치(multi-disk clutch)로 형성되었기 때문이다. 통상적으로 마찰 클러치는 회전하는 요소들을 냉각 및 윤활하기 위한 오일을 포함하는 하우징 안에 통합되어 있다. 예를 들어 상기 하우징의 바닥에는 오일 섬프(oil sump)가 제공되어 있으며, 이 오일 섬프로부터 오일 펌프가 클러치 작동 중에 계속해서 오일을 송출하여 마찰 표면에 오일을 떨어뜨린다. 오일은 마찰 표면으로부터 재차 오일 섬프 안으로 역류한다.

클러치 유닛은 또한 마찰 클러치를 작동시키기 위한 액추에이터도 포함한다. 액추에이터는 대부분 클러치 유닛의 하우징에 고정된 전동기를 구비하고, 클러치 유닛의 입력 요소와 출력 요소 사이에서 전달될 요구되는 토크에 대한 응답으로서 클러치 다판을 예정된 삽입 위치로 이동시키기 위하여 이용된다.

서문에 언급된 유형의 클러치 유닛 그리고 이와 같은 클러치 유닛을 개선하기 위한 방법은 WO2003/025422 A1호(이에 상응하는 US 7,032,733 B2호)에 공지되어 있으며, 상기 출원서에 개시된 내용은 본 출원서의 공개 내용 안에 분명하게 포함된다. WO2003/025422 A1호에 더 정확하게 기술되어 있는 바와 같이, 특정의 원하는 클러치 토크를 설정하기 위해서는 반드시 (측정된 실제 클러치 토크를 조절 변수로서 갖는) 직접적인 토크 조절 방식을 제공할 필요는 없다. 오히려 클러치 유닛을 상응하게 개선함으로써 액추에이터의 위치 조절을 통해 우회로 상에서 마찰 클러치를 제어할 수 있다. 다시 말해, 원하는 전달 토크를 설정하기 위하여 예를들어 전동기의 회전각 또는 액추에이터의 기타의 위치 변수가 조절 변수로서 이용되어 원하는 클러치 토크에 상응하는 값으로 설정된다. 이를 위하여 클러치 토크/액추에이터 위치-의존성은 경험적으로 결정되는데, 이와 같은 의존성은 예를 들어 표[검사표(LUT; look up table)] 혹은 함수(다시 말해 계산 명령)의 형태로 작성된 특성 곡선으로서 정리된다. 따라서, 상기와 같은 의존성을 참조하여 특정한 토크 요청을 위해 액추에이터의 관련 위치 변수에 상응하는 목표 값(예컨대 회전각)이 결정되고 조절된다.

상기와 같은 경우에는, 특정한 액추에이터 위치에서 실제로 전달된 토크가 클러치 다판의 마찰 값에 의존하고, 이 마찰 값이 차량 작동 중에 변동될 수 있다는 문제점이 존재한다. 이와 같은 마찰 값의 변동은 토크 요청과 액추에이터 위치 사이에서 전술한 방식의 정적인 할당이 이루어지는 경우에는 고려될 수 없는 것이다. 클러치 유닛의 입력 요소와 출력 요소 간의 회전수 차이 외에 특히 클러치 다판의 온도 또는 상기 클러치 다판 상에 존재하는 오일의 온도도 마찰 값에 영향을 미친다. 마찰 클러치 내부의 온도 상황이 작동 조건들에 따라 변경되기 때문에, 지정된 클러치 토크(목표-값)와 실제로 전달된 클러치 토크(실제-값) 간에는 원치 않는 편차가 발생할 수 있다. 온도가 낮은 경우에는 마찰 값의 크기가 커질 수 있기 때문에, 결국에는 과도하게 증가한 토크로 인해 기어 요소들을 손상시킬 수 있는 하중이 발생하거나, 파워 트랜스미션 내부에서 변형(뒤틀림)이 나타나거나 혹은 과도한 오일 손실이 야기된다.

본 발명의 과제는 클러치 토크의 목표-값과 실제-값 간의 차이를 줄임으로써 클러치 제어의 정확성을 높이는 데 있다. 또한, 클러치 유닛 요소들에 가해지는 허용되지 않는 높은 부하도 피해야만 한다.

상기 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는, 특히 다음과 같은 단계들을 포함하는 클러치 유닛 제어 방법에 의해서 해결된다:

- 마찰 클러치 내부의 온도를 결정하는 단계;

- 액추에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존성을 기술하는 마찰 클러치의 특성 곡선을 상기 결정된 온도에 따라 적응시키는 단계; 그리고- 액추에이터를 이용해서 상기 특성 곡선에 따라 클러치 유닛을 제어하는 단계.

본 발명에 따르면, 액추에이터 제어 변수와 전달된 토크 간의 관계를 토대로 하여 주요 영향 변수를 보여주는 클러치 제어의 다이내믹한 적응 과정은 클러치 온도에 따라서 이루어진다. 이와 같은 적응 과정은 클러치 유닛에 할당된 온도가 연속적으로 결정됨으로써 그리고 통상적으로 비휘발성 메모리 안에 저장된 마찰 클러치의 특성 곡선이 상응하게 적응됨으로써 간단한 방식으로 실현될 수 있다. 이와 같은 적응에 의해서는 온도로부터 야기되는 클러치 특성과 정상적인 특성 간의 편차가 보상될 수 있으며, 그로 인해 클러치 유닛의 조절 정확도가 높아지게 된다. 클러치 온도와 보상할 토크 편차 간의 관계는 계산에 의해서 산출되거나 또는 경험적으로 결정될 수 있고, 예를 들면 검사표(look-up table)의 형태로 제시될 수 있다. 특성 곡선을 적응시킴으로써 클러치 제어는 신속하게 그리고 신뢰할만한 정도로 보정될 수 있다. 복잡한 산술 방식 또는 추가의 조절 메커니즘이 필요치 않다. 특성 곡선의 적응은 특히 주기적인 혹은 연속적인 방식을 토대로 하여 클러치 작동 중에 실행될 수 있다.

마찰 클러치 내부의 온도를 결정하기 위해서는 오일의 온도를 결정하는 것이 바람직하다. 마찰 클러치의 작동 중에는 오일이 연속으로 순환하면서 다판들로 유도되고, 상기 다판들과의 열 교체 후에는 오일이 재차 오일 섬프의 저장기 안으로 역류하기 때문에, 오일 섬프의 온도는 마찰 클러치의 대표적이고 접근이 용이한 열역학적 파라미터가 된다. 오일의 온도는 마찰 값에 영향을 미치는 오일의 점성을 직접 추론할 수 있도록 해줄 뿐만 아니라, 예를 들어 클러치 다판의 온도와 같은 마찰 클러치의 추가적인 온도 값들을 추정 또는 산출하기 위한 출발점으로서도 이용될 수 있다.

오일의 온도는 예를 들어 클러치 유닛의 오일 섬프 안에 배치되어 있는 온도 센서에 의해서 직접적이고 신뢰할만한 방식으로 검출될 수 있다. 이와 같은 조치는 특별히 예를 들어 마찰 클러치의 과열이 임박한 경우에 경고 신호를 발생시키기 위해서 어쩔 수 없이 상기와 같은 온도 센서가 제공되는 클러치 유닛들에서 이루어진다. 마찰 작용을 하는 클러치 다판들은 일반적으로 직접적인 온도 측정을 위해서 이용될 수 없는 한편, 오일 섬프 안에 있는 온도 센서는 간단한 방식으로 설치될 수 있다.

오일의 온도는 열 흐름 모델에 기초하여 산출될 수 있다. 이와 같은 열 흐름 모델은 예를 들어 클러치 유닛의 열 입력 파워와 열 출력 파워 간의 차이를 산출하는 방식을 토대로 할 수 있으며, 이 경우에는 클러치 토크 그리고 입력 요소 및/또는 출력 요소의 회전수가 고려될 수 있다. 이와 같이 산술적인 방식을 토대로 해서 이루어지는 온도 결정 방식의 장점은 추가의 센서 메커니즘이 전혀 필요치 않다는 것이다. 또한, 예컨대 입력 요소 및 출력 요소의 회전수와 같이 어떤 경우에도 차량 제어의 틀 안에서 제공되는 다양한 측정 변수도 바람직하게는 열 흐름 모델을 위한 입력 파라미터로서 이용될 수 있다.

오일 온도의 결정 방식 또는 산출 방식과 별도로, 마찰 클러치 내부의 온도를 결정하기 위해서는 마찰 클러치 내에서 발생하는 파워 손실에 상응하는 열 엔트리(heat entry)가 추가로 고려될 수 있다. 달리 말하자면, 오일 온도로부터 출발해서 마찰 클러치 내부로의 열 엔트리를 통하여 마찰 클러치 내부의 온도가 추론된다. 그럼으로써, 더욱 높은 정확도를 갖는 원하는 온도 보상에 도달할 수 있게 되며, 특별히 예를 들어 강철 다판를 구비한 다판 클러치가 사용되는지 아니면 종이 다판를 구비한 다판 클러치가 사용되는지를 분별하기 위하여 사용된 마찰 클러치의 독특한 성질도 고려될 수 있다.

전술한 방식으로 열 엔트리가 부가된 오일 온도를 산출하기 위하여 예를 들어 오일 온도에 상응하는 값에 열 엔트리에 상응하는 값이 더해지거나 또는 곱해질 수 있다. 전술한 열 엔트리는 예를 들어 클러치 토크(전달될 토크의 목표-값 또는 전달된 토크의 실제-값)에 따라서 그리고 클러치 유닛의 입력 요소와 출력 요소 간의 회전수 차이에 따라서 결정될 수 있다. 특히 상기 열 엔트리는 클러치 토크와 회전수 차이의 곱으로부터 결정될 수 있으며, 이 경우 추가의 팩터(factor)로서는 경험적으로 결정된 그리고 결국에는 열전도 계수에 상응하게 되는 상수가 고려될 수 있다. 추가적으로는, 입력 요소와 출력 요소 간 회전수 차이와 클러치 토크의 전술한 곱에 대한 시간 적분(time integral)이 형성될 수 있다.

클러치 특성 곡선을 적응시키기 위하여 바람직하게는 기울기 및/또는 오프셋이 변형된다. 특별히 특성 곡선을 적응시키기 위하여 기울기-보정 값 및 오프셋-보정 값이 검출된 온도에 따라 결정될 수 있는데, 이 경우에는 클러치 토크의 변형된 목표 값을 결정하기 위하여 상기 클러치 토크의 목표 값에 기울기-보정 값이 곱해지며, 이 경우에는 상기 특성 곡선을 참조해서 클러치 토크의 변형된 목표 값에 따라 관련 액추에이터 제어 변수의 잠정적인 목표 값이 결정되며, 그리고 이 경우에는 액추에이터 제어 변수의 목표 값을 결정하기 위하여 상기 액추에이터 제어 변수의 잠정적인 목표 값에 오프셋-보정 값이 더해진다. 이와 같은 조치에서는 저장된 특성 곡선 자체는 변경 없이 그대로 유지되는데, 그 이유는 특성 곡선에 할당된 단 두 개의 파라미터만이 갱신되기 때문이다. 이와 같은 방법에 의해서는 상응하는 산술- 및 저장 비용을 들여서 특성 곡선을 완전히 재생(regeneration)시키는 작업이 회피된다. 전술한 기울기-보정 값 및 전술한 오프셋-보정 값은 경험적으로 결정될 수 있고, 간단한 검사표에 저장될 수 있다.

클러치 유닛을 제어하기 위해서는 바람직하게 관련 액추에이터 제어 변수의 목표 값이 클러치 토크의 목표 값에 따라 결정되고, 액추에이터 제어 변수의 결정된 목표 값이 조절되며, 이때 액추에이터 제어 변수의 실제 값이 검출되어 목표 값과 비교된다. 일반적으로는 클러치 토크보다는 액추에이터 제어 변수가 측정 기술적인 검출에 대한 접근이 더 우수함으로써, 결과적으로 선택된 액추에이터 제어 변수에 대한 목표 값 및 실제 값과 관련된 조절은 더 용이하게 이루어질 수 있다. 액추에이터 제어 변수로서는 예를 들어 액추에이터 위치(특히 회전각) 또는 수압이 이용될 수 있다.

본 발명은 또한 입력 요소, 출력 요소, 클러치 유닛 및 제어 장치를 구비한 토크 전달 장치와도 관련이 있으며, 이 경우 클러치 유닛은 입력 요소로부터 출력 요소로 토크를 제어 가능하게 전달하기 위한 적어도 하나의 습식작동(wet-running) 마찰 클러치, 상기 마찰 클러치를 냉각하기 위한 오일 그리고 상기 마찰 클러치를 작동시키기 위한 액추에이터를 포함하며, 이 경우 상기 제어 장치는 마찰 클러치 내부의 온도를 결정하도록, 액추에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존성을 기술해주는 마찰 클러치 특성 곡선을 상기 결정된 온도에 따라 적응시키도록, 그리고 액추에이터를 이용해서 상기 특성 곡선에 따라 클러치 유닛을 제어하도록 형성되었다.

본 발명에 따른 클러치 유닛 또는 토크 전달 장치는 서문에 언급된 바와 같이 자동차의 파워 트랜스미션을 따라 토크를 전달하기 위하여 상이한 장치들에 사용될 수 있다. 본 발명은 예로 도시된 도면을 참조해서 "주문형 토크(torque on demand)" 트랜스퍼 기어 박스와 연관지어 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1은 자동차 파워 트랜스미션의 개략도이고,
도 2는 트랜스퍼 기어 박스의 개략도이며,
도 3은 도 2에 따른 트랜스퍼 기어 박스의 횡단면도이고,
도 4는 클러치 액추에이터의 개략도이며,
도 5는 액추에이터 위치에 대한 클러치 토크의 의존성을 설명하기 위한 하나의 보정되지 않은 특성 곡선 및 두 개의 보정된 특성 곡선을 예로 보여주고 있고,
도 6은 하나의 기울기-보정 값 및 하나의 오프셋-보정 값을 이용해서 하나의 특성 곡선을 적응시키는 과정을 예로 보여주고 있으며,
도 7은 클러치 유닛을 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.

(실시예)

도 1은 스위칭 가능한 전륜 구동 장치를 구비한 자동차의 파워 트랜스미션을 개략적으로 보여주고 있다. 연소 엔진(11)에 의해서 발생하는 구동 토크는 메인 기어(13)(수동의 변속 기어 또는 자동 조작 기어)를 통해 트랜스퍼 기어 박스(15)에 전달된다. 트랜스퍼 기어 박스(15)의 제 1 출력부는 카르단 샤프트(17)(cardan shaft)를 통해 후방 축-차동 기어(19)에 결합되어 있다. 그럼으로써 후방 축(23)의 휠(21)이 영구적으로 구동된다. 따라서, 후방 축(23)은 차량의 1차 축을 형성하게 된다. 트랜스퍼 기어 박스(15)의 제 2 출력부는 카르단 샤프트(25)를 통해 전방 축-차동 기어(27)에 결합되어 있다. 그럼으로써 연소 엔진(11)의 구동 토크의 일부분이 선택적으로 전방 축(31)의 휠(29)로 전달될 수 있다. 따라서, 전방 축(31)은 차량의 2차 축을 형성하게 된다.

도 1에는 또한 주행 다이내믹-조절 유닛(33)이 도시되어 있다. 상기 조절 유닛은 휠 회전수-센서(35, 37)에 연결되어 있으며, 상기 센서들은 후방 축(23)의 휠(21)에 할당되어 있거나 또는 전방 축(31)의 휠(29)에 할당되어 있다. 상기 주행 다이내믹-조절 유닛(33)은 또한 예를 들어 요 센서(yaw sensor)와 같은 추가의 센서(39)와도 연결되어 있다. 주행 다이내믹-조절 유닛(33)은 상기 센서(35, 37, 39)의 신호에 따라 제어 신호를 발생시키며, 상기 제어 신호는 차량의 두 개 축(23, 31) 사이에 구동 토크를 특정한 방식으로 분배하기 위하여 트랜스퍼 기어 박스(15)의 제어 장치(도 1에는 도시되어 있지 않음)에 제공된다. 이와 같은 제어신호로서는 특히 클러치 토크의 목표 값이 이용될 수 있는데, 다시 말하자면 트랜스퍼 기어 박스(15)의 클러치 유닛을 위하여 토크를 요구하는 경우이다.

도 2는 도 1에 따른 트랜스퍼 기어 박스(15)의 개략적인 횡단면도를 보여주고 있다. 트랜스퍼 기어 박스(15)는 입력 샤프트(41), 제 1 출력 샤프트(43) 및 제 2 출력 샤프트(45)를 포함한다. 제 1 출력 샤프트(43)는 입력 샤프트(41)에 대하여 동축으로 그리고 상기 입력 샤프트와 일체로 회전하도록 고정된 상태로 - 바람직하게는 일체형으로 - 형성되어 있다. 제 2 출력 샤프트(45)는 입력샤프트(41)에 대하여 평행하게 어긋나서 배치되어 있다.

트랜스퍼 기어 박스(15)는 마찰 클러치(49) 및 액추에이터(51)를 구비한 클러치 유닛(47)을 포함한다. 마찰 클러치(49)는 클러치 바스켓(53)을 포함하며, 상기 클러치 바스켓은 입력 샤프트(41) 및 제 1 출력 샤프트(43)에 연결되어 있고, 다수의 클러치 다판를 구비하고 있다. 또한, 마찰 클러치(49)는 회전 가능하게 지지가 된 클러치 허브(55)(clutch hub)를 포함하고, 상기 클러치 허브도 마찬가지로 다수의 클러치 다판를 구비하고 있으며, 상기 클러치 다판들은 한 대안적인 배열 상태에서는 클러치 바스켓(53)의 다판 안으로 삽입된다. 클러치 허브(55)는 체인 드라이브(59)의 구동 톱니 휠(57)과 일체로 회전하도록 고정적으로 연결되어 있다.

체인 드라이브(59)의 피동 톱니 휠(61)은 제 2 출력 샤프트(45)와 일체로 회전하도록 고정적으로 연결되어 있다. 체인 드라이브(59) 대신에 예를 들어 전술한 톱니 휠(57, 61) 사이에 중간 톱니 휠을 구비한 휠 드라이브가 제공될 수 있다.

액추에이터(51)가 마찰 클러치(49)의 삽입 방향으로 작동됨으로써, 입력 샤프트(41)를 통해 트랜스퍼 기어 박스(15) 안으로 유입되는 구동 토크의 증가 성분이 제 2 출력 샤프트(45)로 전송될 수 있다.

도 3은 도 2에 따른 트랜스퍼 기어 박스(15)의 세부 사항을 횡단면도로 보여주고 있다. 특별히 액추에이터(51)가 입력 샤프트(41) 및 제 1 출력 샤프트(43)의회전 축(A)을 기준으로 회전 가능하게 지지가 된 지지 링(63) 및 조정 링(65)을 포함한다는 것을 알 수 있다. 지지 링(63)은 스러스트 베어링(thrust bearing))을 통해 구동 톱니 휠(57)에 축 방향으로 지지가 되어 있다. 그와 달리 조정 링(65)은 축 방향으로 이동할 수 있도록 지지가 되어 있다. 지지 링(63) 및 조정 링(65)은 서로 마주보고 있는 면에 각각 다수의 볼 그루브(67 또는 69)(ball groove)를 구비하고 있다. 상기 볼 그루브는 축(A)을 기준으로 할 경우에는 원주 방향으로 진행하고, 축(A)에 대한 수직 평면을 기준으로 할 경우에는 원주 방향으로 램프(ramp) 형태로 기울어져 있는데, 다시 말하자면 볼 그루브(67, 69)의 깊이는 원주 방향으로 가면서 점차 변한다. 지지 링(63)의 볼 그루브(67) 및 조정 링(65)의 볼 그루브(69)는 각각 서로 마주보고 있으며, 본 경우에는 해당 볼(71)을 둘러싸고 있다. 지지 링(63) 및 조정 링(65)이 서로 상대적으로 회전함으로써 조정 링(65)의 축 방향 이동이 야기될 수 있으며, 이 경우 조정 링(65)은 스러스트 베어링을 통해서 마찰 클러치(49)의 압착 링(73)과 상호 작용을 한다. 압착 링(73)은 디스크 스프링 장치(75)에 의해서 마찰 클러치(49)의 삽입 방향으로 압축 응력을 받는다.

지지 링(63) 및 조정 링(65) 상에는 각각의 작동 레버(77 및 79)가 일체로형성되어 있다. 각 레버(77, 79)의 자유 단부에는 개별 롤러(81 및 83)가 회전 가능하게 지지가 되어 있다. 상기 롤러(81, 83)를 통해서는 축(C)을 기준으로 회전할 수 있는 제어 디스크(89)의 두 개의 정면(85, 87)이 작동 레버(77, 79)와 상호 작용을 한다. 상기 정면(85, 87)은 축(C)에 대한 수직 평면을 기준으로 할 때 원주 방향으로 기울어진 상태로 진행하는데, 다시 말하자면 제어 디스크(89)는 횡단면 상으로 볼 때 쐐기 모양으로 형성되었다. 따라서, 제어 디스크(89)의 회전에 의해서는 지지 링(63) 및 조정 링(65)을 서로 상대적으로 회전시키기 위하여 작동 레버(77, 79)가 가위 모양으로 작동될 수 있다. 제어 디스크(89)는 일체로 형성된 삽입 맞물림 부착물(91)을 구비하고 있다. 상기 부착물을 통하여 제어 디스크(89)는 전동기 및 해당 감속 기어와 구동 효과를 발생시키도록 연결될 수 있다(도 3에는 도시되어 있지 않음).

따라서, 상기 전동기를 상응하게 트리거링 함으로써 제어 디스크(89)는 작동 레버(77, 79)를 서로 상대적으로 선회시키기 위하여 회전 동작으로 구동될 수 있다. 이로 인해 야기되는 지지 링(63)과 조정 링(65)의 상호 상대적인 회전 동작은 조정 링(65)의 축 방향 동작을 야기한다. 따라서, 압착 링(73)은 마찰클러치(49)의 삽입 동작 또는 - 디스크 스프링 장치(75)에 의해서 지원되는 - 마찰 클러치(49)의 인출 동작을 야기하게 된다.

도 3에서는 또한 트랜스퍼 기어 박스(15)의 하우징의 하부가 마찰 클러치(47) 및 트랜스퍼 기어 박스(15)의 추가 요소들을 냉각 및 윤활하기 위한 오일을 수용하는 오일 섬프(120)를 형성한다는 것도 알 수 있다. 오일 섬프(120) 안에는 오일 온도를 나타내는 신호(T)를 송출하는 온도-센서(122)가 배치되어 있다.

도 4는 도 2 및 도 3에 따른 액추에이터(51)를 개략도로 보여주고 있다. 액추에이터(51)는 앵커 샤프트(95)(anchor shaft)를 구비한 제어 가능한 전동기(93), 스크루(99) 및 스크루 휠(101)을 구비한 감속 기어(97), 그리고 편향 장치(103)를 포함하고 있다. 편향 장치(103)에 의해서는 감속 기어(97)의 출력 샤프트(105)의회전 동작이 병진 동작으로, 다시 말해 압착 링(73)의 직선 동작으로(도 3 참조) 변환된다. 편향 장치(103)는 도 3에 따라 제어 디스크(89) 그리고 작동 레버(77, 79) 및 볼(71)을 구비한 지지 링(63) 및 조정 링(65)을 포함한다. 전동기(93)의 앵커 샤프트(95)에는 예를 들어 증분 검출기로 형성된 센서(107)가 배치되어 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 센서(107)는 대안적으로 센서(107')로서 출력 샤프트(105)에 배치될 수도 있다.

센서(107)는 액추에이터 위치 값에 상응하는 신호를 발생시킨다. 도시된 실시 예에서 상기 신호는 앵커 샤프트(95)의 회전각-실제 값(α')이다. 상기 신호(α')는 트랜스퍼 기어 박스(15)의 제어 장치(109)에 제공된다. 제어 장치(109)는 자동차의 주행 다이내믹-조절 유닛(33)(도 1 참조)으로부터 토크 요청(M), 다시 말해 클러치 토크의 목표 값을 얻게 된다. 상기 제어 장치(109)는 이 제어장치(109)의 비휘발성 메모리(113) 안에 저장된 클러치 토크/회전각-특성 곡선(111)으로부터 상기 토크 요청(M)을 참조하여 회전각-목표 값(α)을 결정한다. 제어 장치(109)는 상기 회전각-목표 값(α)과 회전각-실제 값(α') 간의 차이에 따라서,마찰클러치 (49)(도 2 및 도 3)를 상응하게 조정하기 위하여 전동기(93)를 위한 제어 신호를 발생시킨다. 따라서, 제어 장치(109)는 위치 조절기로서의 작용을 하게 된다.

특성 곡선(111)을 사용해서 클러치 유닛(47)을 제어하는 방식은 도 5 및 도 6을 참조해서 상세하게 설명된다. 토크 요청(클러치 토크-목표 값)(M)이 회전각-목표 값(α)에 대한 함수로 도시되어 있는 도 5의 다이어그램은 원래 제어 장치 (109)의 메모리(113) 안에 저장된 하나의 특성 곡선(111) 그리고 온도 영향을 보상하기 위해서 적응된 두 개의 특성 곡선(111', 111")을 예로 보여주고 있다. 제어 장치(109)가 토크 요청(M)을 수신하면, 특성 곡선(111)을 이용해서 전동기(93)의 해당 회전각-목표 값(α)이 결정될 수 있다. 온도 센서(122)(도 3)에 의해서 발생하거나 또는 열 흐름 모델을 이용해서 산출되는 오일 온도(T)의 값 때문에 클러치 제어시에 온도 보상이 실행되어야만 하는 경우에는, 원래 저장된 특성 곡선(111) 대신에 변형된 기울기를 갖는 적응된 특성 곡선(111')이 사용될 수 있다.

상기 특성 곡선(111')을 사용하는 경우에는, 도시된 실시 예에서 변형되지 않은 회전각-목표 값(α)보다 더 작은 변형된 회전각-목표 값(α_mod)이 얻어지게 된다. 다시 말해 이 경우에 마찰 클러치(49)는 예를 들어 낮은 클러치 온도를 고려하기 위하여 원래 저장된 특성 곡선(111)에 의해서 묘사된 것보다 덜 강하게 삽입된다. 마찬가지로 도시된 특성 곡선(111")은 원래 저장된 특성 곡선(111)의 오프셋 변형이 실행되는 다른 한 가지 적응 변형 예를 도시하고 있으며, 이와 같은 오프셋 변형은 액추에이터 위치/클러치 토크-다이어그램에 도시되어 있는 평행 이동에 상응한다.

특성 곡선(111)의 적응을 위해서는 저장된 전체 곡선 또는 이 곡선의 해당 표에 반드시 겹쳐 쓰기(overwriting)를 할 필요는 없다. 예를 들면 각각의 토크 요청(M)에 온도에 의존하는 보정 값을 곱한 후에 원래 저장된 특선 곡선(111)을 참조해서 회전각-목표 값(α)을 결정하는 것으로 충분하다. 이와 같은 조치가 특성 곡선 기울기의 변동과 동일한 효과를 나타내기 때문에, 결과적으로 상기와 같은 조치는 예를 들어 적응된 특성 곡선(111')에 상응하게 된다. 대안적으로는, 우선 회전각-목표 값(α)을 변경되지 않은 토크 요청(M) 및 변형되지 않은 특성 곡선(111)에 따라 결정하고, 이와 같은 방식으로 얻어진 회전각-목표 값(α)을 온도에 의존하는 보정 값만큼 증가시키거나 줄이는 것도 또한 가능하다. 이와 같은 조치가 특성 곡선-오프셋의 변경과 동일한 효과를 나타내기 때문에, 결과적으로 상기와 같은 조치는 예를 들어 평행 이동된 특성 곡선(111")에 상응하게 된다. 도 5에 도시된 실시 예에서 변형된 기울기를 갖는 특성 곡선(111')은 예를 들어 온도가 낮은 경우에 실제로 전송된 토크의 과도한 상승을 방지하기 위하여 회전각-목표 값을 아래로 보정하는 것에 상응한다. 변형된 오프셋을 갖는 특성 곡선(111")은 예를 들어 온도가 높은 경우에 오일의 감소된 점도를 보상하기 위해서 필요한 경우와 같이 회전각-목표 값을 위로 보정하는 것에 상응한다. 적용 예에 따라서는 오프셋및 기울기의 변동을 서로 조합시키는 것도 바람직할 수 있다. 클러치 동작이 진행되는 동안에는 기울기를 위한 그리고/또는 오프셋을 위하여 각각 단 하나의 숫자 값만이 갱신됨으로써 산술 비용이 최소로 줄어들었다.

특성 곡선의 적응은 실제로 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 한 번 저장된 특성 곡선(111)이 계속 변동 없이 유지되도록 형성될 수 있다. 적응을 위하여 현재의 토크 요청(M)에 기울기-보정 값(K₁)이 곱해짐으로써, 결과적으로 변형된 토크 요청(M_mod)이 얻어진다. 이때 특성 곡선(111)을 참조하는 경우에는 상기 변형된 토크 요청(M_mod)에 상응하는 잠정적인 회전각-목표 값(α_temp)이 결정된다. 그 다음에상기 적응에 상응하는 원하는 회전각-목표 값(α)을 얻기 위하여 상기 결정된 회전각-목표 값(α_temp)에 오프셋-보정 값(K₂)이 더해진다. 오일의 현재 온도(T)에 할당된 기울기-보정 값(K₁) 및 오프셋-보정 값(K₂)은 예를 들어 이전에 저장된 간단한 개별 룩-업-테이블로부터 호출될 수 있으며, 상기 룩-업-테이블은 관련 트랜스퍼 기어 박스(15)를 한 번 교정함으로써 형성된 것이다. 이 경우 제어 장치(109)의 메모리(113) 안에 저장된 특성 곡선(111)은 계속 변동 없이 유지된다. 또한, 기울기-보정 값(K₁)이 1보다 작을 수 있음으로써, 결과적으로 곱셈은 나눗셈과 값이 같아진다. 그와 마찬가지로 오프셋-보정 값(K₂)도 음(-; 마이너스)의 값이 될 수 있음으로써, 결과적으로 덧셈은 뺄셈과 값이 같아진다.

한 바람직한 개선 예에 따르면 원하는 온도 보상은 추가로 마찰 클러치(49) 안에서 발생하는 파워 손실에 상응하는 열 엔트리를 토대로 하여 이루어질 수 있다. 이 경우에는 보정된 온도 값을 참조해서 전술한 특성 곡선 적응이 실시되고 특히 전술한 기울기-보정 값(K₁) 및 전술한 오프셋-보정 값(K₂)이 개별 룩-업-테이블로부터 판독 출력되기 전에, 온도 센서(122)(도 3)에 의해서 결정된 오일 온도(T)가 먼저 상기 열 엔트리와 관련해서 보정된다. 상기 열 엔트리는 특히 입력 샤프트(41)의 회전수와 제 2 출력 샤프트(45)의 회전수 간의 차(도 2 및 도 3 참조)와 토크 요청(M)의 곱에 따라서 산출될 수 있다. 상기 회전수들은 추가 센서 없이도 언제나 휠 회전수-센서(35, 37)(도 1)의 신호에 의해서 나타난다.

도 7을 참조해서는 온도(T)를 고려한 상태에서 클러치 유닛을 제어하기 위한 방법이 예로서 설명된다. 제 1 단계(S1)에서는 제어 장치(109)가 현재의 토크 요청(M)을 수신한다. 제 2 단계(S2)에서는 마찰 클러치의 오일 섬프의 온도(T)가 결정된다. 제 3 단계(S3)에서는 상기 오일 섬프의 온도(T)에 따라서 관련 기울기가 룩-업-테이블로부터 호출되고, 이 호출된 기울기에 따라 특성 곡선(111)이 변형된다. 제 4 단계(S4)에서는 변형된 기울기를 갖는 특성 곡선(111')이 요청된 토크(M)에 할당된 보정된 회전각-목표 값(α_mod)을 결정하기 위해서 사용된다. 상기 보정된 회전각-목표 값은 조절될 새로운 액추에이터 위치 값으로서 간주되며, 전동기(93)는 제 5 단계(S5)에서 상응하는 위치에 설치된다.

보정 값을 이용한 특성 곡선(111)의 적응 과정이 도 6과 관련하여 기술된 바와 같이 이루어지는 한, 제 3 단계(S3)에서는 오일 섬프의 온도(T)에 따라서 기울기-보정 값(K₁) 및 오프셋-보정값(K₂)이 판독 출력될 수 있으며, 이 경우 상기 값(K₁, K₂)은 제 4 단계(S4)에서 토크 요청(M)을 참조하여 최종적으로 적응된 회전각-목표 값(α)을 결정하기 위해서 사용될 수 있다.

상기와 같은 방식에 의해서는 예를 들어 클러치 유닛(47)의 작동 온도가 상승함에 따라 윤활유의 점도가 감소하여 클러치 특성이 변경된다는 사실이 고려될 수 있다. 온도 영향을 보상함으로써 클러치 토크 제어의 정확성이 높아질 수 있다. 오일 섬프의 결정된 온도는 추가로 차량 작동의 틀 안에 있는 다른 제어 과제들을 위해서도 사용될 수 있다. 상기 결정된 온도는 다른 제어 장치들에 사용하기 위한 목적으로 예를 들어 CAN-버스로 출력될 수 있다.

본 발명은 마찰 클러치가 전기 기계식으로 작동되는 트랜스퍼 기어 박스에 특히 바람직하게 사용되기는 하지만, 본 발명은 전술한 실시 예에만 한정되지 않는다. 서문에 언급된 바와 같은 자동차 파워 트랜스미션 내부에 있는 다른 장치들도 가능하다. 또한, 액추에이터(51)는 도면들을 참조하여 앞에서 설명된 바와 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들면 다른 형태의 감속 기어(79) 또는 다른 방식의 편향장치(103)가 제공될 수 있다. 도시된 바와 같은 마찰 클러치(49)의 전기 기계식 작동 대신에 예를 들면 전자기식, 유압식 또는 전자 유압식의 작동 방식도 제공될 수 있다. 이 경우에는 앞에서 설명된 회전각/클러치 토크-특성 곡선(111) 대신에 예를 들어 압력/클러치 토크-특성 곡선이 온도에 따라서 적응된다.

(* 도면 부호 리스트)
11: 연소 엔진
13: 메인 기어
15: 트랜스퍼 기어 박스
17: 카르단 샤프트
19: 후방 축-차동 기어
21: 휠
23: 후방 축
25: 카르단 샤프트
27: 전방 축-차동 기어
29: 휠
31: 전방 축
33: 주행 다이내믹-조절 유닛
35: 휠 회전수-센서
37: 휠 회전수-센서
39: 센서
41: 입력 샤프트
43: 제 1 출력 샤프트
45: 제 2 출력 샤프트
47: 클러치 유닛
49: 마찰 클러치
51: 액추에이터
53: 클러치 바스켓
55: 클러치 허브
57: 구동 톱니 휠
59: 체인 드라이브
61: 피동 톱니 휠
63: 지지 링
65: 조정 링
67: 볼 그루브
69: 볼 그루브
71: 볼
73: 압착 링
75: 디스크 스프링 장치
77: 작동 레버
79: 작동 레버
81: 롤러
83: 롤러
85: 정면
87: 정면
89: 제어 디스크
91: 삽입 맞물림 부착물
93: 전동기
95: 앵커 샤프트
97: 감속 기어
99: 스크루
101: 스크루 휠
103: 편향 장치
105: 출력 샤프트
107: 위치 센서
107': 위치 센서
109: 제어 장치
111: 클러치 토크/회전각-특성 곡선
111': 기울기가 변형된 특성 곡선
111": 오프셋이 변형된 특성 곡선
113: 메모리
120: 오일 섬프
122: 온도 센서
A: 회전 축
B: 회전 축
C: 회전 축
α: 회전각-목표 값
α': 회전각-실제 값
α_mod: 변형된 회전각-목표 값
α_temp: 잠정적인 회전각-목표 값
M: 토크 요청
M_mod: 변형된 토크 요청
K₁: 기울기-보정 값
K₂: 오프셋-보정 값
T: 오일 온도

Claims

자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛(47)을 제어하기 위한 방법으로서,
상기 클러치 유닛(47)은 적어도
- 상기 클러치 유닛(47)의 입력 요소(41)로부터 출력 요소(45)로 토크를 제어 가능하게 전달하기 위한 습식 작동(wet-running) 마찰 클러치(49);
- 상기 마찰 클러치(49)를 냉각하기 위한 오일; 그리고
- 상기 마찰 클러치(49)를 작동시키기 위한 액추에이터(51)를 포함하며;
이때 상기 제어 방법은
- 마찰 클러치(49) 내부의 온도를 결정하는 단계;
- 액추에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존성을 기술하는 마찰 클러치(49)의 특성 곡선(111)을 상기 결정된 온도에 따라 적응시키는 단계; 그리고
- 액추에이터(51)를 이용해서 상기 특성 곡선(111)에 따라 클러치 유닛(47)을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 마찰 클러치(49)의 특성 곡선(111)을 상기 결정된 온도에 따라 적응시키는 단계는
상기 특성 곡선(111)을 적응시키기 위하여 상기 결정된 온도(T)에 따라서 기울기-보정 값(K₁) 및 오프셋-보정 값(K₂)을 결정하고,
클러치 토크의 변형된 목표 값(M_mod)을 결정하기 위하여 상기 클러치 토크의 목표 값(M)에 기울기-보정 값(K₁)을 곱하며,
상기 특성 곡선(111)에 기초하여 클러치 토크의 변형된 목표값(M_mod)에 따라 액추에이터 제어 변수의 잠정적인 목표 값(α_temp)을 결정하며, 그리고
액추에이터 제어 변수의 목표 값(α)을 결정하기 위하여 상기 액추에이터 제어 변수의 잠정적인 목표 값(α_temp)에 오프셋-보정 값(K₂)을 더하는,
자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 마찰 클러치(49) 내부의 온도를 결정하기 위하여 오일의 온도(T)를 결정하는, 자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어 방법.
제 2 항에 있어서,
온도 센서(122)를 이용해서 오일의 온도(T)를 검출하는, 자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 온도 센서(122)를 상기 클러치 유닛(47)의 오일 섬프(120) 안에 배치하는, 자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어 방법.
제 2 항에 있어서,
열 흐름 모델에 기초하여 오일의 온도를 산출하는, 자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어 방법.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마찰 클러치(49) 내부의 온도를 결정하기 위하여 상기 마찰 클러치(49) 내부에서 발생하는 파워 손실에 상응하는 열 엔트리와 상기 결정된 오일 온도(T)를 비교하는, 자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 클러치 유닛(47)의 입력 요소(41)의 회전수와 출력 요소(45)의 회전수 간의 차이 및 클러치 토크에 따라서 상기 열 엔트리를 결정하는, 자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 열 엔트리를 결정하기 위하여 클러치 토크와 회전수 차이의 곱에 대한 시간 적분을 형성하는, 자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어 방법.
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제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클러치 유닛(47)을 제어하기 위하여 클러치 토크의 목표 값(M)에 따라서 액추에이터 제어 변수의 목표 값(α)을 결정하고, 상기 액추에이터 제어 변수의 결정된 목표 값(α)을 조절하며,
이때에는 상기 액추에이터 제어 변수의 실제 값(α')을 검출하여 상기 액추에이터 제어 변수의 목표 값(α)과 비교하는, 자동차 파워 트랜스미션용 클러치 유닛의 제어 방법.
입력 요소(41), 출력 요소(45), 클러치 유닛(47) 및 제어 장치(109)를 구비한 토크 전달 장치(15)로서,
상기 클러치 유닛(47)은 상기 입력 요소(41)로부터 상기 출력 요소(45)로 토크를 제어 가능하게 전달하기 위한 적어도 하나의 습식 작동(wet-running) 마찰 클러치(49), 상기 마찰 클러치(49)를 냉각하기 위한 오일, 그리고 상기 마찰 클러치(49)를 작동시키기 위한 액추에이터(51)를 포함하며,
이때 상기 제어 장치(109)는
- 상기 마찰 클러치(49) 내부의 온도를 결정하도록;
- 액추에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존성을 기술해주는 상기 마찰 클러치(49)의 특성 곡선(111)을 상기 결정된 온도에 따라 적응시키도록; 그리고
- 액추에이터(51)를 이용해서 상기 특성 곡선(111)에 따라 클러치 유닛(47)을 제어하도록 형성되고,
상기 마찰 클러치(49)의 특성 곡선(111)을 상기 결정된 온도에 따라 적응시키는 것은
상기 특성 곡선(111)을 적응시키기 위하여 상기 결정된 온도(T)에 따라서 기울기-보정 값(K₁) 및 오프셋-보정 값(K₂)을 결정하고,
클러치 토크의 변형된 목표 값(M_mod)을 결정하기 위하여 상기 클러치 토크의 목표 값(M)에 기울기-보정 값(K₁)을 곱하며,
상기 특성 곡선(111)에 기초하여 클러치 토크의 변형된 목표값(M_mod)에 따라 액추에이터 제어 변수의 잠정적인 목표 값(α_temp)을 결정하며, 그리고
액추에이터 제어 변수의 목표 값(α)을 결정하기 위하여 상기 액추에이터 제어 변수의 잠정적인 목표 값(α_temp)에 오프셋-보정 값(K₂)을 더하는 것에 의해 이루어지는
토크 전달 장치.