KR101438601B1 - 차량의 클러치 제어장치 - Google Patents

Abstract

엔진 동력으로 유압을 발생시켜 이의 유압에 의하여 클러치를 제어할 수 있도록 함으로써, 액큐에이터인 전기 모터의 생략으로 원가를 절감하고, 컴팩트화 하여 엔진 룸의 이용 공간을 크게 확보할 수 있도록 한 차량의 클러치 제어장치를 제공할 목적으로;

액츄에이터를 필요로 하는 자동 제어형 클러치 제어장치에 있어서, 플라이 휠의 링기어와 치합되는 피니언에 의하여 구동되면서 유압을 생성하는 오일펌프와, 상기 피니언과 오일펌프를 연결하는 회전축상에 배치되어 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어되면서 회전 동력을 단속하는 전자 클러치와, 상기 오일펌프로부터 공급되는 유압을 일시적으로 저장하는 어큐믈레이터와, 상기 어큐믈레이터의 하류측에 배치되어 트랜스밋션 제어유닛에 의하여 제어되면서 유로를 변환하는 클러치 컨트롤 밸브와, 클러치 어셈블리의 릴리스 베어링 후측 변속기 케이스에 형성되어 상기 클러치 컨트롤 밸브로부터 전달되는 유압에 의하여 작동되면서 상기 릴리스 베어링을 진퇴 동작시키는 컨센트릭 실린더를 포함하여 이루어지는 차량의 클러치 제어장치를 제공한다.

오일펌프, 전자 클러치, 어큐믈레이터, 컨센트릭 실린더

Description

차량의 클러치 제어장치{APPARATUS FOR OPERATING CLUTCHES IN MOTOR VEHICLES}

본 발명은 자동차의 클러치 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액츄에이터를 필요로 하는 자동 제어형 클러치 제어장치에 관한 것이다.

최근 하이브리드 전기 자동차에 적용되는 변속기는 엔진의 속도를 변속비 범위 내에서 차량의 속도에 관계없이 제어할 수 있는 금속 벨트식 무단 변속기(CVT)가 주로 적용되고 있다.

그러나 금속벨트가 적용되는 무단 변속기(CVT)는 다른 자동 변속기에 비하여 상대적으로 큰 유압을 사용하기 때문에 무단 변속기(CVT)의 우수한 기능적 장점에도 불구하고, 그 효율적인 면에서 볼 때에는 많은 불리함이 있다.

이에 따라 최근에는 엔진으로부터 입력되는 회전력을 2개의 클러치를 이용하여 2개의 입력축에 선택적으로 전달하고, 이 2개의 입력축 상에 배치되어 있는 기어들의 기어비에 따라 변속이 이루어질 수 있도록 구성된 기존의 수동 변속기에 2개의 클러치 및 변속 자동화 기구를 장착하여 수동 변속기의 우수한 효율을 거의 유지하면서 자동 변속기의 편리함을 추구할 수 있는 듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission; 이하 DCT라고 칭함)를 채용하고 있다.

상기 DCT와 같은 경우에는 액츄에이터에 의하여 자동으로 제어되는 클러치가 적용되는데, 이러한 클러치 자동 제어시스템의 종래 기술로서는 미국 특허 제7,124,871호(Disengaging System)를 일 예로 들 수 있다.

상기 특허는 액츄에이터로서 전기모터를 사용하며, 양측단에 각각 클러치 압축스프링과 릴리스 베어링이 연결되는 릴리스 레버의 후측에 레버의 지지점을 형성하는 롤러가 액츄에이터인 전기 모터에 의하여 회전하는 볼 스크류축에 배치된다.

이에 따라 상기 볼 스크류축의 회전 방향에 따라 상기 롤러가 반경방향으로 이동하면서 상기 릴리스 베이링에 가해지는 힘을 제어하여 클러치의 단속 작동이 이루어지게 되는 것이다.

따라서 릴리스 베어링을 작동시키는 힘은 예압축된 클러치 압축스프링의 힘을 이용하고, 전기 모터는 힘의 흐름을 바꾸어 주는 레버 지지점(롤러)을 이동시키는 힘만 필요하므로 에너지 효율성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다.

그러나 홀수용과 짝수용인 2개의 클러치용 전기모터가 반경방향으로 배치됨으로써, 팩키지상으로 대단히 불리하며, 클러치 디스크의 마모시 릴리스 베어링의 스크로크가 늘어나게 되는데, 이때 예압 스프링(클러치 압축스프링)의 길이도 길어지면서 작동력이 약해진다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 클러치 액츄에이터로 전기모터를 사용하게 되는 바, 변속용 싱크로 액츄에이터까지 전기모터를 사용하여야 하는데, 이 경우 변속을 위한 액츄에이터가 변속기 하우징 밖으로 지나치게 돌출되어 엔진 룸 레이아웃을 변경하여야 한다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진 동력으로 유압을 발생시켜 이의 유압에 의하여 클러치를 제어할 수 있도록 함으로써, 액큐에이터인 전기 모터의 생략으로 원가를 절감하고, 컴팩트화 하여 엔진 룸의 이용 공간을 크게 확보할 수 있도록 한 차량의 클러치 제어장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 액츄에이터를 필요로 하는 자동 제어형 클러치 제어장치에 있어서,

플라이 휠(10)의 링기어(22)와 치합되는 피니언(24)에 의하여 구동되면서 유압을 생성하는 오일펌프(20)와;

상기 피니언(24)과 오일펌프(20)를 연결하는 회전축상에 배치되어 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에 의하여 제어되면서 회전 동력을 단속하는 전자 클러치(28)와;

상기 오일펌프(20)로부터 공급되는 유압을 일시적으로 저장하는 어큐믈레이터(30)와;

상기 어큐믈레이터(30)의 하류측에 배치되어 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에 의하여 제어되면서 유로를 변환하는 클러치 컨트롤 밸브(32)와;

클러치 어셈블리(2)의 릴리스 베어링(4) 후측 변속기 케이스(36)에 형성되어 상기 클러치 컨트롤 밸브(32)로부터 전달되는 유압에 의하여 작동되면서 상기 릴리스 베어링(4)을 진퇴 동작시키는 컨센트릭 실린더(38)를 포함하여 이루어지는 차량의 클러치 제어장치를 제공한다.

상기에서 전자 클러치(28)는 어큐믈레이터(30)의 압력과, 엔진 제어유닛(ECU)으로부터 연료 컷 제어 상태를 검출하여 제어할 수 있도록 트랜스밋션 제어유닛(TCU)와 전기적으로 연결됨을 특징으로 한다.

상기 어큐믈레이터(30)에는 내압을 검출하여 트랜스밋션 제어유닛(TCU)으로 보낼 수 있도록 압력 게이지(34)가 배치됨을 특징으로 한다.

상기 클러치 컨트롤 밸브(32)는 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에 의하여 제어되는 솔레노이드(40)에 의하여 작동됨을 특징으로 한다.

상기에서 클러치 컨트롤 밸브(32)는 어큐믈레이터(30)로부터 유압이 유입되는 제1포트(44)와, 상기 제1포트(44)로 유입된 유압을 컨센트릭 실린더(38)로 공급하는 제2포트(46)와, 상기 제2포트(46)로 공급된 유압을 선택적으로 배출하는 배출 포트(EX)를 보유하는 밸브보디와;

솔레노이드(40)의 플런저와 일체로 형성되는 형태로서, 자유단부에 상기 제1포트(44)를 선택적으로 개폐하는 제1랜드(48)와, 솔레노이드(40)측으로 일정 간격을 두고 형성되어 상기 제1랜드(48)와 함께 제1,2 포트(44)(46)를 선택적으로 연통시켜 주는 제2랜드(50)와, 상기 제1랜드(48)와 밸브보디 사이에 탄성부재(52)가 배치되는 밸브스풀을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 컨센트릭 실린더(38)는 릴리스 베어링(4)측으로 개구되는 환형 홈으로 형성되어 전면부가 상기 릴리스 베어링(4)과 접촉되면서 유압에 의하여 전,후 이동하는 피스톤(54)이 배치됨을 특징으로 한다.

상기에서와 같이 본 발명은 액츄에이터인 전기 모터를 삭제하고 유압에 의하여 제어되도록 함으로써, 원가를 절감하고, 컴팩트화 하여 엔진 룸의 이용 공간을 크게 확보할 수 있게 된다.

그리고 엔진 동력으로부터 직접 유압을 발생시킴으로써, 전기 모터 사용시 발생되는 에너지 변환으로 인한 효율 저하를 방지할 수 있으며, 엔진의 연료 컷 제어 상태에서 어큐믈레이터의 유압을 채울 수 있도록 함으로써, 연료 소모를 줄일 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에의 클러치 제어장치의 구성도로서, 부호 2는 실질전인 동력 단속을 실시하는 클러치 어셈블리를 지칭한다.

상기 클러치 어셈블리는 공지와 같이 전,후진 동작되는 릴리스 베어링(4)과, 상기 릴리스 베어링(4)에 의하여 중앙 부분이 가압되는 다이어프렘(6)과, 상기 다이어프렘(6)의 가압 정도에 따라 전,후진 작동하는 프레셔 플레이트(8)와, 상기 프레셔 플레이트(8)의 전,후진 동작에 따라 플라이 휠(10)에 압착되거나 이격되면서 플라이 휠(10)의 회전 동력을 선택적으로 변속기 입력축(12)에 전달하는 클러치 디스크(14)를 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 클러치 어셈블리에 있어서, 상기 다이어프렘(6)과 프레셔 플레이트(8)는 플라이 휠(10)에 고정되어 있는 클러치 커버(16)에 고정 배치되어 엔진이 시동되면 항시 회전하게 된다.

이러한 클러치 어셈블리에 있어서, 본 발명은 트랜스밋션 제어유닛(TCU)의 제어에 따라 상기 릴리스 베어링(4)을 전,후진시켜 자동으로 클러치 단속 작동이 이루어질 수 있도록 하는 제어장치를 제공한다.

본 발명에서 의도하는 클러치 제어장치를 유압을 이용하는 것으로서, 유압을 생성하는 오일펌프(20)는 플라이 휠(10)의 회전 동력에 동력원으로 사용하게 되는데, 이를 위하여 상기 플라이 휠(10)의 외주연에 장착된 링기어(22)에 피니언(24)을 기어 결합하고, 상기 피니언(24)과 연결되어 동력을 전달하는 회전축(26)상에 동력을 단속할 수 있는 전자 클러치(28)를 배치하며, 상기 전자 클러치(28)로부터 전달되는 회전동력에 의하여 오일펌프(20)가 구동될 수 있도록 하였다.

상기에서 전자 클러치(28)는 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에 의하여 제어될 수 있도록 트랜스밋션 제어유닛(TCU)과 전기적으로 연결되어 트랜스밋션 제어유닛(TCU)으로부터 오프(OFF) 신호가 전달되면 동력전달을 차단하고, 온(ON) 신호가 입력되면 피니언(24)의 회전동력을 오일펌프(20)로 전달하는 역할을 수행하게 된다.

그리고 상기 오일펌프(20)에서 생성된 유압은 관로를 따라 어큐믈레이터(30)로 유입되어 일정한 압력으로 일시로 저장되며, 이의 유압은 항상 유압 게이지(34)에 의해 검출되어 트랜스밋션 제어유닛(TCU)으로 전달된다.

상기 어큐믈레이터(30)로 공급된 유압은 클러치 컨트롤 밸브(32)를 경유하여 상기 릴리스 베어링(4)의 후방 변속기 케이스(36)내에 환형으로 형성된 컨센트릭 실리더(Concentric Cylinder; 38)로 유입되어 유압 정도에 따라 릴리스 베어링(4)을 작동시키게 된다.

상기에서 클러치 컨트롤 밸브(32)는 트랜스밋션 제어유닛(TCU)의 제어에 따라 제어되는 솔레노이드(40)에 의하여 동작되는 솔레노이드형 제어밸브로서, 상기 솔레노이드(40)의 온/오프 작동에 따라 밸브보디내의 밸브스풀(42)이 수평 이동하면서 유로를 전환하게 된다.

이를 위하여 밸브보디는 상기 어큐믈레이터(32)로부터 유압이 공급되는 제1포트(44)와, 상기 제1포트(44)로 공급된 유압을 컨센트릭 실린더(38)로 공급하는 제2포트(46)와, 상기 제2 포트(46)로 공급되었던 유압을 배출하는 배출포트(EX)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 밸브보디내에 내장되는 밸브스풀(42)은 상기 솔레노이드(40)의 플런저와 일체로 형성되는 형태로서, 단부에 상기 제1포트(44)를 선택적으로 개폐하는 제1랜드(48)가 형성되고, 솔레노이드(40)측으로 일정 간격을 두고 상기 제1랜드(48)와 함께 제1,2 포트(44)(46)를 선택적으로 연통시켜 주는 제2랜드(50)가 형성되며, 상기 제1랜드(48)와 밸브보디 사이에는 탄성부재(52)가 배치된다.

상기 구성에 의하여 솔레노이드(40)가 오프 상태일 때에는 상기 탄성부재(52)의 탄성력에 의하여 밸브스풀이 도면에서 좌측으로 이동하여 제1랜드(48)가 제1포트(44)를 폐쇄하고, 솔레노이드(4)가 온 상태일 때에는 밸브스풀이 탄성부재(52)의 탄성력을 극복하면서 도면에서 우측으로 이동하여 제1,2 포트(44)(46)를 연통시켜 유압이 컨센트릭 실린더(38)로 공급될 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 컨센트릭 실린더(38)는 릴리스 베어링(4)측을 향하여 개구되는 환형 형태의 홈으로 이루어지며, 이의 내부에는 피스톤(54)이 전후 이동 가능하게 배치되고, 상기 피스톤(54)은 항시 릴리스 베어링(4)과 접촉된 상태를 유지하게 된다.

이에 따라 상기 컨센트릭 실린더(38)로 유압이 공급되면 피스톤(54)이 전진하면서 릴리스 베어링(4)을 전진시켜 동력 전달을 차단시키고, 공급되었던 유압이 배출되면 피스톤(54)이 후진하면서 릴리스 베어링(4)을 후퇴시켜 동력 전달이 이루어지도록 하는 역할을 수행하게 되는 것이다.

이러한 동작과정에서 피스톤(54)이 환형으로 형성되어 있는 바, 릴리스 베어링(4)과 균일한 접촉이 이루어짐으로써, 릴리스 베어링(4) 또한 다이어프렘(6)과 균일한 접촉이 이루어지게 되어 프레셔 플레이트(8) 및 디스크(14)의 편마모를 방지할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 클러치 제어장치를 운용하기 위한 시스템의 블록도로서, 트랜스밋션 제어유닛(TCU)는 어큐믈레이터 압력 게이지(34)로부터 어큐믈레이터(30)의 압력과, 엔진제어유닛(ECU)로부터 연료계통의 연료 컷 제어의 정보를 전달받아 전자 클러치(28)와 클러치 컨트롤 밸브(32)를 제어하게 된다.

도 3은 본 발명에 의한 클러치 제어장치의 전자 클러치(28)에 대한 제어 흐름도로서, 자동차가 주행을 시작하면, 먼저 유압 게이지(34)로부터 어큐믈레이터(30)의 유압 압력을 검출하게 된다(S100).

상기 S100 단계에서 어큐믈레이터 압력이 검출되면, 이의 압력이 미리 설정하여 놓은 최대값(Max)과 비교하여 최대값(Max) 보다 작은지를 판단하게 된다(S110).

상기 S110 단계에서 어큐믈레이터의 압력이 최대값(Max) 보다 크다고 판단되면 전자 클러치를 오프 작동시키고(S111), 작다고 판단되면 기준값(Min1) 보다 작은지와 최저값(Min2) 보다 작은지를 판단하게 된다(S120)(S121).

상기 S120 단계에서 어큐믈레이터의 압력이 기준값(Min1) 보다 작다고 판단되면 엔진제어유닛(ECU)으로부터 연료 계통의 정보를 전달받아 연료 컷 제어가 이루어지고 있는지를 판단하게 된다(S130).

상기 S130 단계에서 연료 컷 제어가 이루어지고 있다고 판단되면, 전자 클러치의 온 제어가 이루어진다(S140),

그리고 상기 S121 단계에서 어큐믈레이터의 압력이 최저값(Min2) 보다 작다고 판단되면 그 즉시 전자 클러치의 온 제어를 실시하게 되는 것이다.

상기에서 최대값(Max)은 유압의 과잉 공급을 방지하여 오일펌프(20)의 구동에 따른 동력 손실을 방지하기 위하여 설정한 값이며, 기준값(Min1)은 가장 적정한 유압을 설정한 값이고, 최저값(Min2)은 클러치를 조작하는데에 최소한으로 필요한 압력을 설정한 값으로서, 개발 과정에서 적용 차량에 대한 많은 실험 결과를 통하여 설정된다.

상기와 같은 제어과정에서의 전자 클러치(28)에 대한 작동을 종합하여 보면, 도 4에서와 같이 차량이 가속 상태일 때에는 충분한 엔진 동력이 요구되는 바, 클러치 작동에 필요한 최저값(Min2)이 유지되는 한 전자 클러치(28)를 오프 동작시켜 오일펌프(20) 구동에 따른 엔진 동력의 손실을 방지하고, 엔진 동력이 크게 필요치 않은 연료 컷 제어 상태에서는 유압이 기준값(Min1)으로 유지되더라도 전자 클러치(28)를 온 동작시켜 잉여 동력으로 클러치의 작동유압을 최대값(Max)까지 보충할 수 있도록 한 것이다.

즉, 오일펌프(20)로 전달되는 동력을 단속하는 전자 클러치(28)를 제어함에 있어서, 어큐믈레이터(30)의 압력 상태 뿐만 아니라 엔진의 연료 분사 상태를 파악하여 연료를 사용하지 연료 컷 상태에서 최대한 어큐믈레이터(30)의 압력을 상승시킴으로써, 실제 엔진 동력을 사용하여 어큐믈레이터(30)의 압력을 채우는 조건을 최소화하여 연료 소모를 줄일 수 있도록 한 것이다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명에 의한 클러치 제어장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 클러치 제어장치를 운용하기 위한 블록도.

도 3은 본 발명에 적용되는 전자 클러치의 제어 흐름도.

도 4는 본 발명에 적용되는 전자 클러치의 작동 상태를 가시적으로 설명하기 위한 그래프선도.

Claims (6)

1. 액츄에이터를 필요로 하는 자동 제어형 클러치 제어장치에 있어서,

   플라이 휠(10)의 링기어(22)와 치합되는 피니언(24)에 의하여 구동되면서 유압을 생성하는 오일펌프(20)와;

   상기 피니언(24)과 오일펌프(20)를 연결하는 회전축상에 배치되어 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에 의하여 제어되면서 회전 동력을 단속하는 전자 클러치(28)와;

   상기 오일펌프(20)로부터 공급되는 유압을 일시적으로 저장하는 어큐믈레이터(30)와;

   상기 어큐믈레이터(30)의 하류측에 배치되어 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에 의하여 제어되면서 유로를 변환하는 클러치 컨트롤 밸브(32)와;

   클러치 어셈블리(2)의 릴리스 베어링(4) 후측 변속기 케이스(36)에 형성되어 상기 클러치 컨트롤 밸브(32)로부터 전달되는 유압에 의하여 작동되면서 상기 릴리스 베어링(4)을 진퇴 동작시키는 컨센트릭 실린더(38)를 포함하여 이루어지는 차량의 클러치 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 전자 클러치(28)는 어큐믈레이터(30)의 압력과, 엔진 제어유닛(ECU)으로부터 연료 컷 제어 상태를 검출하여 제어할 수 있도록 트랜스밋션 제어유닛(TCU)와 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 어큐믈레이터(30)에는 내압을 검출하여 트랜스밋션 제어유닛(TCU)으로 보낼 수 있도록 압력 게이지(34)가 배치됨을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 클러치 컨트롤 밸브(32)는 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에 의하여 제어되는 솔레노이드(40)에 의하여 작동됨을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 클러치 컨트롤 밸브(32)는 어큐믈레이터(30)로부터 유압이 유입되는 제1포트(44)와, 상기 제1포트(44)로 유입된 유압을 컨센트릭 실린더(38)로 공급하는 제2포트(46)와, 상기 제2포트(46)로 공급된 유압을 선택적으로 배출하는 배출포트(EX)를 보유하는 밸브보디와;

   솔레노이드(40)의 플런저와 일체로 형성되는 형태로서, 자유단부에 상기 제1포트(44)를 선택적으로 개폐하는 제1랜드(48)와, 솔레노이드(40)측으로 일정 간격을 두고 형성되어 상기 제1랜드(48)와 함께 제1,2 포트(44)(46)를 선택적으로 연통시켜 주는 제2랜드(50)와, 상기 제1랜드(48)와 밸브보디 사이에 탄성부재(52)가 배치되는 밸브스풀을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.
6. 제1항에 있어서, 컨센트릭 실린더(38)는 릴리스 베어링(4)측으로 개구되는 환형 홈으로 형성되어 전면부가 상기 릴리스 베어링(4)과 접촉되면서 유압에 의하 여 전,후 이동하는 피스톤(54)이 배치됨을 특징으로 하는 차량의 클러치 제어장치.

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