KR101546859B1 - 유압 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전륜 구동 차량에서 앞 차축과 뒤 차축(3, 5) 사이로 토오크를 분배하고 그리고/또는 이륜 또는 사륜 구동 차량에서 좌륜 및 우륜 사이로 토오크를 분배하기 위한 분배 시스템의 하나 이상의 리미티드 슬립 커플링(7, 37)을 제어하는 유압 액추에이터 또는 펌프 커플링에 관한 것이다. 유압 액추에이터는 전기 모터(16), 전기 모터(16)의 구동 샤프트(18)에 의해 구동되는 유압 펌프(17), 및 하나 이상의 리미티드 슬립 커플링(7, 37)을 포함한다. 각 리미티드 슬립 커플링(7, 37)은 디스크 패키지(15, 40)와 디스크 패키지(15, 40)상에 작용하며, 유압 펌프(17)에 의해 작동되는 피스톤(13, 38)을 포함한다. 원심 조절기(23, 31)는 전기 모터 또는 유압 펌프(17)의 회전부에 연결되는데, 이 원심 조절기(23, 31)는 유압 펌프(17)의 오일 출구(21)에 연결된 압력 오버플로 밸브를 제어한다. 압력은 전기 모토(16)로의 전류에 의해 또는 모터 속도의 제어에 의해 제어된다.

Description

유압 액추에이터{HYDRAULIC ACTUATOR}
본 발명은 전륜(all wheel) 구동 차량에서 앞 차축과 뒤 차축 사이로 토오크(torque)를 분배하고 그리고/또는 이륜 또는 사륜 구동 차량에서 좌륜 및 우륜 사이로 토오크를 분배하기 위한 분배 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 분배 시스템의 하나 이상의 리미티드 슬립 커플링을 제어하는 유압 액추에이터 또는 펌프 커플링에 관한 것이다.
전륜 구동 차량에는 종종 앞 차축과 뒤 차축 사이로 토오크를 분배하기 위해 작동되는 다중 디스크 클러치가 있다. 그러한 다중 디스크 클러치는 좌륜 및 우륜 사이로 토오크를 분배하는데 사용될 수도 있다. 다중 디스크 클러치는 종종 일종의 유압식 구동에 의해 작동된다. EP 1 256 478에는 그러한 유압식 구동의 일례가 도시되어 있다. 이것은 속도의 반대 방향으로 작용하는 유압 펌프, 유압(oil pressure) 센서, 두 개의 우회 오리피스 밸브, 역류방지 밸브, 릴리프 밸브 및 급속 개방 밸브(quick open valve)를 갖는다.
발명의 요약
비용을 절감하기 위한 변함없는 노력이 있다. 이것은 종종 기존 시스템을 단순화하므로서 달성되고, 특정 시스템에 필요한 공간을 감소시키므로서도 달성된다. 차지하는 공간이 적으면 여러 차량에 시스템을 장착하는 것이 단순화된다.
따라서, 본 발명의 목적은 로버스트 설계, 보다 콤팩트한 설치, 저중량 및 저 제조비용을 위하여 유압 부품의 수를 감소(우회 오리피스 밸브 없음)시키는 것이다. 또한, 본 발명에서는 압력 센서가 필요 없다. 또 다른 목적은 예를 들면 전륜 구동 차량용 토오크 분배 시스템에 있는 다중 클러치 시스템을 위한, 단순하지만 신뢰할만한 구동 시스템을 배치하는 것이다. 또 다른 목적은 구동 시스템이 조절 신호에 즉시 반응하게 하는 것이다.
본 발명에 따라서, 이러한 목적은 전기 모터, 유압 펌프 및 리미티드 슬립 커플링을 포함하는 유압 액추에이터를 갖는 토오크 분배 시스템으로 달성된다. 유압 펌프는 전기 모터의 구동 축에 의해 구동된다. 리미티드 슬립 커플링은 디스크 패키지 및 디스크 패키지 상에서 작용하는 피스톤을 포함한다. 이 피스톤은 유압 펌프에 의해 작동된다. 또한, 원심 조절기(centrifugal regulator)는 전기 모터 또는 유압 펌프의 회전부에 연결된다. 회전부는 종종 전기 모터의 구동축이다. 원심 조절기는 유압 펌프의 오일 출구에 연결된 압력 오버플로 밸브를 제어한다. 릴리프 밸브는 리미티드 슬립 커플링의 피스톤을 감싸고 있는 실린더실에 연결된다.
본 발명의 목적 및 이점들은 하기 본 발명의 구현예의 상세한 설명을 읽으면 본 기술 분야에서 숙련된 자들에게 명백할 것이다.
본 발명은 하기에서 첨부된 도면을 참고로 실시예에 의거하여 설명된다. 도면에서,
도 1-5는선행 기술에 따른 차량용의 여러 구동 시스템의 예를 도시한 것으로서 본 발명이 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 유압 액추에이터의 하나의 예이다.
도 7은 도 6에 도시된 유압 액추에이터의 원심 조절기의 하나의 대안 구현예의 개략도이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 유압 액추에이터 축의 회전 속도와 유압 압력의 관계를 설명하는 다이어그램이다.
도 9는 도 6 및 도 7에 도시된 유압 액추에이터의 회전 속도, DC 모터 전압 및 전류 사이의 관계를 설명하는 다이어그램이다.
도 10은 두 개의 리미티드 슬립 커플링을 포함하는, 본 발명 유압 액추에이터의 하나의 예이다.
도 1-5에는 차량용 구동 시스템의 다섯 개의 다른 일반적인 실시예가 도시되어 있다. 모든 실시예에서, 차량은 엔진(1) 및 트랜스미션(2)에 의해 구동된다. 모든 실시예의 차량은 또한 앞 차축(3) 뒤 차축(5), 하나 이상의 차동장치(6) 및 하나 이상의 리미티드 슬립 커플링(7)을 갖는다. 리미티드 슬립 커플링(7)은 전륜 구동 차량의 앞 및 뒤 차축(3, 5)들 사이로 토오크를 분배하고 그리고/또는 이륜 또는 사륜 구동 차량의 좌륜 및 우륜 사이로 토오크를 분배하기 위한 장치에 사용될 수있다. 리미티드 슬립 커플링(7)은 실린더 실(14)에 수용된 피스톤(13)에 의해 작동되는 디스크 패키지(15)를 포함한다. 피스톤(13)이 작동될 때 디스크 패키지(15)의 디스크는 서로 접촉하게 된다.
도 1 및 도 2의 실시예는 일반적인 사륜 구동을 도시한 것으로서, 도 2의 사륜 구동은 후륜들 사이로 토오크가 분배되는 것이다. 도 3의 실시예는 일반적으로 전륜 구동도 가능한 후륜 구동이다. 도 4에는 중앙 차동장치를 갖는 하나의 실시예가 도시되어 있다. 마지막으로, 도 5에는 전륜들 사이로 토오크의 분배를 갖는 전륜 구동의 하나의 실시예가 도시되어 있다. 본 기술에서 숙련된 자들은 본 발명이 사용될 수 있는 구동 시스템의 예가 더 있다는 것을 알 것이다. 도 1의 예에서는 중간 축(4)이 앞 차축(3) 및 뒤 차축(5) 사이에 연결되어 있다. 리미티드 슬립 커플링(7)은 중간 축(4)과 뒤 차축(5)의 차동장치(6) 사이에 위치된다. 도 2의 예는 도 1의 예와 리미티드 슬립 커플링(7)이 뒤 차축(5) 상에 더 위치된다는 것만 다르다. 도 3의 예에서는 리미티드 슬립 커플링(7)이 엔진(1)의 트랜스미션(2)과 중간 축(8) 사이에 위치되고 그 중간 축(8)의 타단은 뒤 차축(5)의 차동장치(6)에 연결된다. 트랜스미션(9)은 리미티드 슬립 커플링(7)과 더 먼 중간 차축(10) 사이에 위치되며, 그 중간 차축(10)의 타단은 앞 차축(3)의 차동장치(6)에 연결된다.
도 4의 예에서는 엔진(1)의 트랜스미션(2)이 차동장치(6)에 연결되는데, 이 차동장치는 제 1 중간 차축(11) 및 제 2 중간 차축(12)에 연결된다. 리미티드 슬립 커플링(7)은 차동장치(6)와 제 2 중간 차축(12)을 연결한다.
제 1 중간 차축(11)의 타탄은 뒤 차축(5)의 차동장치(6)에 연결된다. 제 2 중간 차축(12)의 일단은 앞 차축(3)의 차동장치에 연결된다. 도 5의 예에서는 차동장치(6)가 앞 차축(3)에 연결된다. 차동장치(6)는 앞 차축(3)을 형성하는 두 차축 절반에 연결된다. 리미티드 슬립 커플링(7)은 차동장치(6)와 앞 차축(3)의 차축 절반 중 하나를 연결하도록 배치된다. 이러한 예에서는 뒤 차축(5)이 구동되지 않는다.
도 6에 도시된 리미티드 슬립 커플링(7)의 피스톤(13)은 유압 액추에이터 시스템의 유압 펌프에 의해 작동된다. 리미티드 슬립 커플링(7)과 유압 펌프(17) 이외에, 유압 액추에이터 시스템은 또한 전기 모터(16), 릴리프 밸브(19) 및 원심 조절기(23)에 의해 제어되는 압력 오버플로 밸브도 포함한다.
전기 모터(16)는 일반적으로 브러시 DC 모터이다. 전기 모터(16)의 구동 샤프트(18)는 유압 펌프(17)에 연결되어 유압 펌프를 구동시킨다. 유압 펌프(17)는 기어 펌프, 밴 펌프, 방사상 피스톤 펌프 또는 축상 피스톤 펌프와 같이 어떤 펌프라도 될 수 있다. 원심 조절기(23)는 유압 펌프(17)와 일체로 되어 압력 오버플로 밸브를 제어한다. 또한, 원심 조절기(23)는 전기 모터(16)의 구동 샤프트(18)에 연결되어 그것에 의해 구동된다. 다른 구현예에서, 원심 조절기(23)는 전기 모터(16)의 구동 샤프트(18) 대신에 유압 펌프(17)의 회전부에 연결된다.
유압 펌프(17)는 오일 입구(20) 및 오일 출구(21)를 갖는다. 오일 출구(21)는 피스톤(13)을 둘러싸고 있는 실린더 실(14)에 연결된다. 릴리프 밸브(19)도 피스톤(13)을 둘러싸고 있는 상기 실린더 실(14)에 연결된다. 유압 펌프(17)의 오일 출구(21) 및 릴리프 밸브(19)는 피스톤(13)의 동일 측에 연결된다. 또한, 압력 오버플로 밸브의 오버플로 출구(28)는 유압 펌프(17)의 오일 출구(21)에 연결된다.
압력 오버플로 밸브의 한가지 추가적인 기능은 전기 모터(16)가 일정하게 작동하도록 시스템에서 유출을 갖는다는 것이다(작동하지 않는 DC 모터에서는 브러시 방전이 없다). 전기 모터(16)는 시스템에서 압력을 축적하는데 매우 짧은 반응시간을 갖는데 이는 전기 모터(16)가 이미 작동 중이고 따라서, 회전부를 가속시키는데 보다 적은 에너지가 소비되기 때문이다.
압력 오버플로 밸브는 유압 펌프(17)의 오버플로 출구(28)를 폐쇄하는 워셔(27)를 갖는다. 하나 이상의 스프링(29)이 오버플로 출구(28)로부터 워셔를 들어올리기 위하여 워셔(27)의 일측 상에 작동한다. 하나 이상의 스프링(29)은 유압 펌프(17)의 하나 이상의 리세스(30)에 위치된다. 원심 조절기(23)는 오버플로 출구(28)에 대하여 워셔(27)를 누르기 위하여 워셔(27)의 반대 측 상에 작용한다.워셔(27) 상에 작용하는 원심 조절기(23)의 힘은 원심 조절기(23)의 회전 속도에 좌우되는데, 다시 말하면, 전기 모터(16)의 구동 샤프트(18) 또는 원심 조절기(23)에 연결되는 유압 펌프(17)의 회전부의 회전 속도에 좌우된다. 회전 속도가 빠르면 빠를수록 원심 조절기(23)에 의해 발생되는 힘은 더 커진다.
압력 오버플로 밸브의 워셔(27)는 몇몇 다른 방법으로 지지될 수 있다. 하나의 구현예에서는 축 베어링이 워셔(27)를 지지하고, 다른 구현예에서는 와셔(27)가 오일 막 상으로 활주하는 글라이드 와셔이다.
일체화된 원심 조절기(23)는 펌프(17)의 오일 출구에서의 압력을 조절한다. 도 6의 구현예에는 원심 조절기(23)가 원심 레버(24)의 형태를 갖는 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 원심 레버(24)는 일반적인 L-자 형태를 갖도록 각이 형성되어 있다. 원심 레버(24)는 전기 모터(16)의 구동 샤프트(18)에 연결되는데, 그러한 방법에서는 원심 레버(24)가 각진 원심 레버(24)의 정점에서 구동 샤프트(18)와 관련하여 축상으로 회전할 때와 동시에 원심 레버(24)는 구동 샤프트(18)와 함께 회전한다. 일단에서는 원심 레버(24)가 도 6에서 참고 표시(25)로 표시된 바와 같이 와셔(27)와 접촉하여 위치된다. 원심 레버(24)의 타 단에는 웨이트(weight, 26)가 위치된다. 또한, 정점에서, 즉 구동 샤프트에서 웨이트(26)까지의 각 원심 레버(24)의 부분은 정점에서 와셔(27)까지의 각 원심 레버(24)의 부분보다 더 길다. 어떤 구현예에서는 보다 긴 부분의 웨이트가 그 단부에서 웨이트를 없애는 것이 가능하도록 다른 부분의 웨이트보다 충분히 더 크다. 구동 샤프트(18)의 회전 속도가 증가하면, 원심 레버(24)는 웨이트(26)가 구동 샤프트(18)로부터 멀리 이동하도록 하여 와셔(27)에 대하여 원심 레버(24)를 누르도록 하는 방법으로 정점 둘레를 회전한다. 원심 레버(24)의 그러한 이동은 압력 오버플로 밸브를 폐쇄시킨다. 오버 플로우 밸브의 폐쇄는 리미티드 슬립 커플링(7)의 피스톤(13)의 챔버에서의 압력에 영향을 미친다. 도 8에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(18)의 회전 속도는 유압이 축적되기 전에 특정 수준에 도달해야 한다.
원심 조절기의 또 다른 구현예는 도 7에 도시되어 있다. 이 구현예에서, 원심 조절기(31)는 압력 오버플로 밸브의 와셔(27)와 구동 샤프트(18)의 볼 지지체(33) 사이에 배치된 볼(32)을 포함한다. 볼(32)과 접하는 볼 지지체(33)의 표면(34)은 경사져 있다. 볼 지지체(33)의 접촉 표면의 경사는 접촉면(33)과 와셔(27) 사이의 거리가 구동 샤프트(18)로부터의 방사거리와 함께 감소되도록 되어 있다.
압력 오버플로 밸브의 출구 포트에 연결하는 대신에 피스톤 펌프의 각 피스톤에 연결될 수도 있다.
릴리프 밸브(19)의 기능은 조립 공정에서 시스템에 있는 공기를 제거하고, 시스템에세 최대 압력을 제어하기 위한 제 2 방법을 가지며, 그 수명 동안 시스템을 검정(calibrate)할 기회를 갖는 것이다.
유압 펌프(17)는 펌프(17)로의 입력 토오크 및 특정 온도에서의 압력 사이에 우수한 관계를 갖는 디자인으로 이루어져야 한다. 리미티드 슬립 커플링(7)에 일체화된 온도 센서를 갖는 전기 컨트롤러에서 제어시스템은 압력/입력 펌프 토오크 사이의 변화 및 다른 온도에서의 전류/DC-모터 토오크의 변화를 처리한다. 바람직한 적용으로서 압력은 기본적으로 전류에 의해 제어된다. DC 모터(16)의 전압은 원심 조절기(23)에 의해서 조절된다. 도 9 참조. 구체적으로 조절/제어를 설명하면, 제어(설정점으로 있는)는 전압과 전류의 조합으로 수행될 수 있지만 DC 모터(16)로의 전류는 시스템에 있는 압력의 값과 관련있다.
시스템에서 압력을 제어하기 위한 또 다른 방법은 원심 조절기(23)로부터의 정보를 사용하여 DC 모터(16) 속도를 제어하는 것이다. 도 8 참조.이것은 어떤 형태로든지의 여분의 속도 센서를 갖는 보다 진보된 전기 컨트롤러에 의해 또는 브러시 없는 모터를 사용하여 수행될 수 있다.
DC 모터(16)는 차량이 주행중일 경우 항상 작동한다. 클러치가 개방 모드(예를 들면, ABS 상황)일 경우 모터는 압력 오버 플로 밸브가 개방된 상태를 유지하는 속도로 작동한다. 도 8에서 면적 A, 도 9에서 로드 포인트(load point) A. 클러치에서의 높은 토오크/피스톤(13)에서 압력의 요구가 있는 경우 고 전류/전압이 DC 모터(16)로 들어간다. 구동 샤프트(18)의 속도는 상승하고, 이에 의해 압력 오버 플로 밸브는 원심 조절기(23)에 의해 폐쇄된다. 소정의 압력에 도달했을 때 압력 오버 플로 밸브는 제 1 단계에서 균형잡힌 위치(balanced position)(도 9에서 로드 포인트 C)로 조금 개방된다(도 9에서 로드 포인트 C). 피스톤(13)에서의 압력이 보다 낮은 수준으로 저하되면, 전류/전압이 저하되고, 오버플로 밸브는 제 1 단계에서 원심 조절기(23)에 의해 더 개방된 후 소정의 압력 수준에서 균형잡힌 위치로 폐쇄된다.
선행기술 시스템과 비교했을 때, 모터가 제로로 저하된 후 역으로 되어 빠른 개방 밸브를 개방할 필요가 없으므로 개방 시간(ABS 모드로 가는)이 더 짧다. 압력은 DC 모터가 감속을 시작할 때 저하한다.
도 10에는 본 발명의 펌프 커플링이 도 6의 리미티드 슬립 커플링(7) 이외에 추가적인 리미티드 슬립 커플링(37)을 제어하는데 사용되는 경우의 예가 도시되어 있다. 도 10의 예는 예를 들면, 도 2에 예시화된 구동 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 추가적인 리미티드 슬립 커플링(37)은 실린더 실(39)에 수용된 피스톤(38) 및 피스톤(38)이 상부에서 작용하는 디스크 패키지(40)를 포함한다. 압력 감소 밸브(35)는 유압 펌프(17)의 오일 출구(21) 및 추가적인 리미티드 슬립 커플링(37)의 실린더 실(39)사이의 라인(36)에 위치된다. 압력 감소 밸브(35)는 그 압력에서 추가적인 리미티드 슬립 커플링(37)의 피스톤이 활성화되도록 제어한다.

Claims (15)

  1. 전기 모터(16), 전기 모터(16)의 구동 샤프트(18)에 의해 구동되는 유압 펌프(17), 및 디스크 패키지(15, 40)와 디스크 패키지(15, 40)상에 작용하며, 유압 펌프(17)에 의해 작동되는 피스톤(13, 38)을 포함하는 하나 이상의 리미티드 슬립 커플링(7, 37)을 포함하는, 전륜 구동 차량에서 앞 차축과 뒤 차축 사이로 토오크를 분배하거나 이륜 또는 사륜 구동 차량에서 좌륜 및 우륜 사이로 토오크를 분배하기 위한 분배 시스템의 유압 액추에이터에 있어서, 원심 조절기(23, 31)가 전기 모터 또는 유압 펌프(17)의 회전부에 연결되는데, 이 원심 조절기(23, 31)는 유압 펌프(17)의 오일 출구(21)에 연결된 압력 오버 플로 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  2. 제 1항에 있어서, 회전부가 전기 모터(16)의 구동 샤프트(18)인 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  3. 제1항에 있어서, 릴리프 밸브(19)가 유압 펌프(17)와 리미티드 슬립 커플링(7)의 피스톤(13) 동일 측에 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  4. 제1항에 있어서, 압력 오버플로 밸브가 와셔(27) 및 스프링(29) 배열을 포함하며, 와셔(27)는 한 위치에서 오버플로 출구(28)를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  5. 제 4항에 있어서, 와셔(27)가 축상 베어링에서 지지되는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  6. 제 4항에 있어서, 와셔(27)가 오일 막 상에서 활주하는 글라이드 와셔인 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  7. 제4항에 있어서, 원심 조절기(23)가 압력 오버플로 밸브의 와셔(27) 상에 직접적으로 작용하며, 와셔(27)의 스프링 또는 스프링들(29) 및 스프링 배열들에 역으로 작용하는 원심 레버(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  8. 제4항에 있어서, 원심 조절기(31)가 압력 오버플로 밸브의 와셔(27)와 구동 샤프트(18) 또는 유압 펌프(17)의 다른 회전부 상의 볼 지지체 사이에 배치된 볼(32)을 포함하며, 볼(32)과 접해 있는, 볼 지지체(33)의 표면(34)은 경사져 있는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  9. 제1항에 있어서, 전기 모터(16)가 브러시 DC 모터인 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  10. 제 3항에 있어서, 압력 오버플로 밸브가 유압 피스톤 펌프의 각 피스톤에 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  11. 제1항에 있어서, 제어 시스템이 리미티드 슬립 커플링에 일체화된 온도 센서 및 전기 컨트롤러를 포함하고, 유압은 전기 모터(16)로의 전류에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  12. 제11항에 있어서, 전기 컨트롤러가 전기 모터(16)로의 전류의 변화를 측정하고, 속도 센서는 구동 샤프트(18)의 속도를 감지하도록 배치되며, 전기 모터(16)는 브러시리스 모터인 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  13. 제1항에 있어서, 전기 모터(16)가 일정하게 작동하는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  14. 제 1항에 있어서, 압력 감소 밸브(35)가 유압 펌프(17)의 오일 출구(21) 및 추가적인 리미티드 슬립 커플링(37) 사이에 위치되는데 추가적인 리미티드 슬립 커플링(37)이 실린더 실(39), 실린더 실(39)에 둘러싸인 피스톤 및 디스크 패키지(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 유압 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
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