KR101581870B1 - 클러치 유닛 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛을 모니터링하는 방법에 관한 것으로, 상기 클러치 유닛은 입력 요소로부터 출력 요소로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 습식 마찰 클러치와, 토크 변환을 위한 변속기 부품들과, 마찰 클러치를 냉각하고 변속기 부품들을 윤활하기 위한 오일을 포함한다. 클러치 유닛의 모니터링을 위해, 클러치 디스크의 손실일(loss work)을 산출하고, 변속기 부품들의 손실일을 산출하고, 클러치 디스크 손실일과 변속기 부품 손실일을 합산하여 전체 손실일을 산출하고, 전체 손실일을 토대로 오일의 열화도를 산출한다.

클러치 유닛, 습식 마찰 클러치, 변속기 부품, 오일, 오일 열화도

Description

클러치 유닛 모니터링 방법 {METHOD FOR MONITORING CLUTCH UNIT}

본 발명은 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛을 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 클러치 유닛은 클러치 유닛의 입력 요소로부터 출력 요소로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 습식 마찰 클러치와, 토크 변환을 위한 변속기 부품들과, 마찰 클러치를 냉각하고 변속기 부품들을 윤활하기 위한 오일을 포함한다. 마찰 클러치는 교호식으로 배치된 제1 클러치 디스크와 제2 클러치 디스크를 포함한다. 본 발명은 또한 입력 요소와, 출력 요소와, 제어 장치와 전술한 유형의 클러치 유닛을 포함하는 토크 전달 장치와도 관련된다.

이러한 클러치 유닛은 예컨대 차량의 1차축 및/또는 2차축으로 구동 토크를 제어 가능하게 전달하기 위한 전륜 구동기가 장착된 차량의 트랜스퍼 케이스(transfer case) 내에 사용된다. 이른바 '토크 온 디맨드(torque-on-demand)' 트랜스퍼 케이스의 경우, 1차축의 휠들은 상시 구동되는 반면, 2차축의 휠들로는 전술한 클러치 유닛을 이용하여 구동 토크의 가변 부분이 선택적으로 전달될 수 있다. 트랜스퍼 케이스는, 차량 종방향으로의 구동 토크의 분배를 설정하기 위해 클러치 유닛이 디퍼렌셜 록(differential lock)에 할당되는 제어 가능 센터 디퍼렌 셜(center differential)로도 설계될 수 있다. 전술한 유형의 클러치 유닛은, 상시 구동 앞차축을 구비한 차량에서 구동 토크의 일부가 뒷차축으로 전달되게 하는 토크 전달 장치에도 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 유닛은 앞차축 디퍼렌셜 또는 뒷차축 디퍼렌셜에 배치된다. 이러한 상이한 적용예들 및 구성들이 US 7,111,716 B2로부터 공지되어 있다.

도입부에 언급한 유형의 클러치 유닛은 예컨대 차축 디퍼렌셜의 디퍼렌셜 록을 위해 또는 차축 디퍼렌셜의 토크 전달 장치[이른바 토크 벡터링(torque vectoring)]에서 차량 횡방향으로도 작용할 수 있다. 전술한 모든 경우, 클러치 유닛은 회전성 입력 요소(예: 입력 샤프트)와 회전성 출력 요소(예: 출력 샤프트)를, 특히 구동 토크의 전달을 위해, 마찰 결합식으로 서로 연결할 수 있다. 그 대안으로, 특히 제동 토크를 전달하기 위해, 고정형 입력 요소 또는 고정형 출력 요소를 구비한 브레이크로서 클러치 유닛이 구성될 수 있다.

전술한 클러치 유닛의 적용에들에서는 클러치 유닛이 동력 흐름 방향을 기준으로 파워 트레인의 주 변속기 뒤에 (즉, 수동 또는 자동 변속기 또는 CVT 변속기 뒤에) 배치된다. 클러치 토크, 즉 마찰 클러치로부터 전달되는 토크는 일반적으로 각각의 주행 상황에 따라 가변적으로 조정된다. 즉, 예컨대 주행 상황 또는 주변 영향(예: 구동 휠들의 슬립을 야기하는 미끄러운 도로면)에 좌우될 수 있는 주행 다이내믹 요건에 따라 클러치 유닛으로부터 전달될 토크가 변동한다. 이를 위해서는 마찰 클러치의 맞물림 제어뿐 아니라 정확히 조정된 클러치 토크를 이용한 더 느린 구동도 종종 요구된다.

따라서 전술한 적용예들에서는 마찰 클러치가 통상 습식 다판 클러치로서 설계된다. 마찰 클러치는 보통 클러치 부품들의 냉각 및 윤활을 위한 오일이 들어 있는 하우징 내에 통합된다. 예컨대 하우징 바닥에는 오일 섬프가 제공되며, 이 오일 섬프로부터 오일 펌프가 클러치 작동 중에 항시 오일을 운반하여 마찰 표면 상에 떨어뜨린다. 오일은 마찰 표면으로부터 다시 오일 섬프로 되돌아간다.

상기 클러치 유닛은 또한 마찰 클러치로부터 전달된 토크의 변환을 위한 변속기 부품을 포함한다. 변속기 부품은 예컨대 입력 샤프트와 관련하여 평행하게 오프셋된 출력 샤프트로 토크를 전달하고 이를 적용 기준에 따라 수치적으로 변환하는 데 사용된다. 이러한 목적으로, 마찰 클러치를 클러치 유닛의 출력 요소와 연결하는 전륜 체결 시스템 또는 체인 구동 시스템이 필요하다. 오일 섬프 내 오일은 파워 트레인의 윤활에 사용될 수 있다. 윤활 효과의 최적화를 위해 오일 섬프로부터 멀리 떨어져 있는 부가 저장소 내에 소정량의 오일이 준비될 수도 있다.

마찰 클러치 및 변속기 부품들의 작동과 함께, 클러치 유닛 내에 존재하는 오일의 열화(degradation)가 나타나며, 이는 오일의 냉각 및 윤활 효과를 악화시키고 어느 정도부터는 오일 교체가 요구된다. 따라서 전술한 유형의 클러치 유닛에서는 정비-주행 거리 주기가 정해지고, 이 주기가 되면 각각 오일 교체가 실시되어야 한다. 주기는 평균 마모와 관련한 선험값에 기초하며, 추가로 사전 설정된 사용자 정보에 따라 좌우될 수도 있다. 클러치 유닛의 마모 및 그로 인한 오일의 열화는 높은 클러치 토크로써 구동이 보다 오래 지속되는 경우에 특히 높게 나타난다. 그러나 구체적인 주행 다이내믹 조건들에 따라 오일 열화 정도는 상대적으로 크게 변동할 수 있다. 따라서 오일 교체 주기가 규칙적이고 고정적인 경우, 오일 교체 시점의 오일 마모는 아직은 실제로 오일 교체가 필요할 정도로 진행되지 않았을 수 있다. 즉, 이러한 경우 불필요한 오일 교체가 실행된다면 환경 측면에서 바람직하지 않다. 매우 불리한 작동 조건 하에서의 오일의 열화도도 마찬가지로, 주기에 따르면 아직 오일을 교체할 필요가 없는 데도, 이미 허용할 수 없을 정도로 높아졌을 수 있다. 이러한 경우, 열화된 오일의 불충분한 냉각 및 윤활 효과로 인해 클러치 작동에 악영향이 미칠 수 있고, 심지어 클러치 유닛의 기계 부품들에도 손상을 일으킬 수 있다.

따라서 본 발명의 과제는, 불필요한 오일 교체를 방지하는 동시에 허용 불가능한 정도의 과도한 오일 열화를 수반하는 클러치 작동을 간단하고 확실하게 저지하기 위해, 전술한 유형의 클러치 유닛을 적절하게 모니터링하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제1항의 특징들을 갖는 클러치 유닛의 모니터링 방법에 의해, 그리고 특히 하기의 단계들을 통해 해결된다.

- 클러치 디스크의 손실일(loss work)을 산출하는 단계,

- 변속기 부품들의 손실일을 산출하는 단계,

- 적어도 클러치 디스크 손실일과 변속기 부품 손실일을 합산하여 전체 손실일을 산출하는 단계, 및

- 전체 손실일을 토대로 오일의 열화도를 산출하는 단계.

즉, 본 발명에 따르면 정해진 시간 사전 설정 또는 주행 거리 사전 설정과 무관하게 클러치 유닛 내 오일의 실제 열화도가 산출된다. 열화도는 최적의 오일 교체 시점을 결정하기 위한 확실한 근거를 제공한다. 오일 열화도의 산출은 간단하게 측정할 수 있는 에너지량을 토대로 산술적으로 이루어지므로, 오일 상태를 검출하기 위한 별도의 센서가 필요 없다. 본 발명에 따라 특히, 클러치 디스크 손실일 및 변속기 부품 손실일을 나타내는 클러치 유닛 내 마모에 대한 특성값들을 제시함으로써 오일 열화도의 추정을 위해 바람직하게 사용할 수 있다는 사실을 발견하였다. 클러치 디스크 손실일 및 변속기 부품 손실일은 예컨대 토크량 또는 회전수와 같이 획득이 용이한 매개변수들을 토대로 산출될 수 있다. 복잡한 추가 측정 이 회피되므로, 본 발명에 따른 클러치 모니터링은 매우 경제적으로 구현될 수 있다.

오일 열화도는 예컨대 산출된 전체 손실일에 실험을 통해 결정된 상수를 곱하여 산출될 수 있다. 그 대안으로, 오일 열화도를 전체 손실일과 균등화함으로써 오일 열화도를 산출할 수 있는데, 다시 말해 이 경우 적절한 확산 계수는 이미 전체 손실일에 대한 개별 기여도의 산출 시 고려된다.

본 발명에 따른 방법의 실행 단계들을 반드시 본원에 제시된 순서로 실시할 필요는 없다. 또한, 상기 단계들을 반드시 시간 순서에 따라 실행할 필요도 없다. 즉, 상기 단계들은 적어도 부분적으로 서로 동시에 실행될 수 있다.

바람직하게는 클러치 디스크 손실일 및 변속기 부품 손실일의 산출을 위해 각각의 손실 출력이 산출되고, 이 손실 출력에 대한 시간 적분치가 생성된다. 일반적으로 손실 출력은 비교적 간단하게 산출될 수 있으므로, 궁극적으로 마모와 연관되는 관련 에너지값은 시간 적분에 의해 매우 간단하게 검출될 수 있다.

바람직하게는 클러치 디스크 손실 출력의 산출을 위해 클러치 토크에 입력 요소의 회전수와 출력 요소의 회전수 간 편차를 곱한다. 관련 회전수들은 적절한 센서에 의해 간단하게 검출될 수 있고, 다양한 차량 제어의 목적으로 관례적으로 자주 이용된다. 클러치 토크는 측정되거나 산출될 수 있는, 요구 토크(설정값) 또는 마찰 클러치로부터 실제로 전달된 토크(실제값)일 수 있다. 클러치 토크는 클러치 디스크에 작용하는 압착력과 상호 연관된다. 입력 요소와 출력 요소 간 회전수 편차는 마찰 클러치에서 발생하는 슬립을 나타낸다. 따라서 압착력과 슬립의 곱을 통해 클러치 디스크의 마찰 손실이 추론될 수 있다.

클러치 디스크 손실 출력의 매우 정확한 산출을 위해, 클러치 토크와 회전수 편차의 곱에 가중 계수를 곱하며, 이 가중 계수는 클러치 토크, 회전수 편차 또는 클러치 토크와 회전수 편차의 곱에 따라 선택된다. 말하자면 오일 열화는 오직 클러치 디스크 손실일, 즉 클러치 디스크를 통해 흡수된 전체 에너지에 좌우될 뿐 아니라, 시간에 따른 에너지 소비 거동, 즉 기초 손실 출력에 의해서도 좌우된다. 예를 들어, 짧은 기간에 걸쳐 높은 손실 출력이 지속된 경우보다 상대적으로 오랜 기간에 걸쳐 낮은 손실 출력이 지속된 경우에 보다 적은 마모 및 그에 따른 보다 적은 오일 열화가 나타난다. 이러한 상황은 가중 계수와의 곱을 통해 간단하게 참작될 수 있다. 가중 계수는 예컨대 실험을 통해 산출될 수 있다. 특히 이를 통해 상이한 출력 범위가 고려될 수 있다.

바람직하게는 변속기 부품 손실 출력의 산출을 위해 클러치 토크에 변속기 부품의 효율 손실 계수 및 입력 요소 또는 출력 요소의 회전수를 곱한다. 클러치 토크는 역시 설정값이거나 실제값일 수 있다. 변속기 부품의 효율 손실 계수는 실험을 통해 산출된 상수일 수 있으며, 예컨대 전륜 체결 시스템 또는 체인 구동 시스템에서 마찰 클러치와 출력 요소 사이에 발생하는 기계적 손실을 반영한다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 클러치 유닛은 또한 오일 펌프를 포함하는데, 이 경우 전체 손실일의 산출을 위해 오일 펌프의 손실일이 산출되어 클러치 디스크 손실일 및 변속기 부품 손실일에 합산된다. 클러치 유닛의 실시예에 따라서는 클러치 디스크의 충분한 습윤 또는 기계 부품들의 충분한 윤활을 보증 하기 위해 고유 오일 펌프가 필요하다. 그러한 오일 펌프는 클러치 유닛의 전체 손실일에 대한 상당한 기여도를 제공하며, 이는 다른 기여도에 가산됨으로써 고려될 수 있다.

바람직하게는 오일 펌프 손실일의 산출을 위해 오일 펌프의 손실 모멘트에 입력 요소의 회전수 및/또는 출력 요소의 회전수가 곱해지며, 손실 모멘트와 회전수의 곱에 대해 시간 적분치가 생성된다. 오일 펌프의 손실 모멘트는 다시 자체적으로 입력 요소의 회전수 및/또는 출력 요소의 회전수에 좌우될 수 있다. 상응하는 상관관계는 실험을 통해 산출될 수 있고, 예컨대 사전에 저장된 룩업 테이블로부터 검색될 수 있다. 그럼으로써 오일 펌프에 할당된 손실일이 간단한 방식으로 정확하게 검출될 수 있다.

바람직하게는 손실일들의 합산 단계에서 손실일들에 각각의 가중 계수가 곱해지며, 상기 가중 계수는 오일 열화에 대한 각 손실일의 상이한 기여도를 고려한다. 그럼으로써 오일 열화도의 산출 정확도가 더욱 증가하는데, 이는 각각의 마모 유발 인자들의 상이한 오일 열화 작용이 고려되기 때문이다.

바람직하게는 전술한 클러치 디스크들, 변속기 부품들 및/또는 오일 펌프들의 각 손실 출력에 따라 가중 계수들이 선택된다. 그럼으로써, 전체 손실일의 상이한 기여도에 의한 상이한 열화 작용과 더불어 클러치 디스크 손실 출력과 관련하여 논의된, 에너지 소비의 시간에 따른 거동에 대한 열화 작용의 의존도도 상응하게 고려될 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 산출된 손실일 값들은 차량의 정차 시 저장되 었다가, 다시 작동이 개시되면 시작값으로서 사용된다. 즉, 전체 손실일은 연속적으로 외삽되며, 이는 전체 손실일에 의해 유발된 오일 열화가 비가역적이기 때문이다. 즉, 오일 열화는 지속적으로 진행되며, 예컨대 차량 정차시에 퇴행하지 않는다.

바람직하게는, 시기적절한 오일 교체를 유도하기 위해 산출된 오일 열화도에 따라 경고 신호를 발생시킨다. 경고 신호는 운전자에게 직접 표시되는 광학 신호나 음향 신호일 수 있다. 그 대안으로 또는 추가로, 경고 신호가 메모리 내에 저장될 수 있는데, 이 경우 예컨대 다음번 차량 정비시 메모리로부터 경고 신호가 판독됨에 따라 상기 시점에 오일 교체가 수행될 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 산출된 오일 열화도가 사전 설정된 임계값에 도달하거나 상기 임계값을 초과하면 전술한 경고 신호가 발생한다. 임계값은 예컨대 제한된 주행 거리 또는 제한된 시간 동안에만 규정에 따른 클러치 작동을 보증하는 오일 열화도의 한계값을 정의한다. 임계값 역시 실험을 통해 산출될 수 있다. 경고 신호는 예컨대 제어 장치 내에서 사전 설정된 에러 코드가 세팅됨으로써 발생할 수 있다. 차량 내에 설치된, 예컨대 차량 계기판의 경고등과 같은 경고 디스플레이가 작동될 수도 있다. 그럼으로써 차량 조작자는 오일 교체의 필요성을 즉각 인지하게 된다. 보호 효과를 더욱 증대시키기 위해, 오일 교체가 수행되지 않는 동안에는 경고 신호가 클러치 유닛의 비활성화를 유발할 수도 있다.

그 대안으로 또는 추가로, 산출된 오일 열화도 및 최종 오일 교체 이후 차량이 이동한 거리를 토대로, 오일 열화도 임계값에 도달하거나 임계값을 초과할 것으 로 예상되는 예상 주행 거리가 계산되며, 이때 계산된 예상 주행 거리는 사전 설정된 제1 정비 주행 거리 및 상기 제1 정비 주행 거리보다 더 큰 제2 정비 주행 거리와 비교된다. 최종 오일 교체 이후 차량이 이동한 거리가 제1 정비 주행 거리보다 작은 경우 그리고 계산된 예상 주행 거리가 제1 정비 주행 거리보다는 크고 제2 정비 주행거리보다는 작은 경우, 전술한 경고 신호가 송출된다.

전술한 이동한 주행 거리는 (최초 운전 시작을 포함하여) 최종 오일 교체 이후 차량이 이동한 거리와 관련된다. 전술한 각각의 정비 주행 거리는 예컨대 차량 제조 업체에서 사전 설정한 값으로서, 클러치 유닛 또는 차량의 다음번 권장 점검 시기와 관련된다. 본원에서는 (차량의 주행 거리 디스플레이에 따른) 절대 거리값 이거나, (선행된 차량 점검과 관련한) 상대 거리값일 수 있다. 경제적 관점에서는, 정비소 추가 방문을 피하기 위해 정기 점검 중에 클러치 유닛의 오일 교체를 실시하는 것이 유리하다. 그러므로 클러치의 기계 부품들의 손상을 방지하기 위해, 산출된 오일 열화도 및 이에 기반한, 과도한 오일 열화가 나타날 것으로 기대되는 주행 거리의 예측을 토대로, 오일 교체를 실시하기 위해 다다음번 정기 점검시까지 기다리지 않고 다음번 정기 점검 시 미리 오일 교체를 실행할 것을 미리 예측할 수 있는 경우, 적시에 경고 신호가 송출된다. 즉, 불필요한 정비소 방문을 회피하기 위해, 산출된 오일 열화도에 기반한 예상 주행 거리는 예정된 정비 주기에 맞추어 조정된다. 전술한 경고 신호는 광학 신호 또는 음향 신호로서 운전자에게 직접 표시될 수 있고, 그리고/또는 에러 코드의 형태로 차량 제어 장치에 전달되며, 그리고/또는 에러 메모리 내에 저장된다.

한 바람직한 개선예에 따르면, 경고 신호는 차량이 이동한 주행 거리가 사전 설정된 주기 내에서 전술한 제1 정비 주행 거리 이전에 놓이는 경우에만 송출된다. 그럼으로써 다음번 정기 점검 이전에 불필요하게 일찍 경고 신호가 송출되는 일이 방지된다.

본 발명은 입력 요소, 출력 요소, 클러치 유닛 및 제어 장치를 구비한 토크 전달 장치와 관련되며, 상기 클러치 유닛은 입력 요소로부터 출력 요소로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 습식 마찰 클러치와, 토크 변환을 위한 변속기 부품과, 마찰 클러치를 냉각하고 변속기 부품을 윤활하기 위한 오일을 포함하며, 마찰 클러치는 교호식으로 배치된 제1 클러치 디스크와 제2 클러치 디스크를 포함한다. 상기 제어 장치는, 클러치 디스크들의 손실일 및 변속기 부품의 손실일을 산출하고, 클러치 디스크 손실일과 변속기 부품 손실일을 합산하여 전체 손실일을 산출하고, 상기 전체 손실일을 토대로 오일 열화도를 산출하도록 설계된다.

본 발명에 따른 클러치 유닛 및 토크 전달 장치는, 도입부에서 설명한 것처럼 차량 파워 트레인을 따라 토크를 전달하기 위해 상이한 구성으로 사용될 수 있다. 하기에서는 도면들을 참고로 "토크 온 디맨드" 트랜스퍼 케이스와 관련한 예시로만 본 발명을 설명한다.

본 발명을 통해, 불필요한 오일 교체를 방지하는 동시에 허용 불가능한 정도로 과도한 오일 열화를 수반하는 클러치 작동을 간단하고 확실하게 저지하기 위해, 전술한 유형의 클러치 유닛을 적절하게 모니터링할 수 있다.

도 1에는 시프터블 전륜구동 차량의 파워 트레인이 개략적으로 도시되어 있다. 엔진(11)에 의해 발생한 구동 토크는 주 변속기(13)(수동 변속기 또는 자동 변속기)를 통해 트랜스퍼 케이스(15)에 전달된다. 트랜스퍼 케이스(15)의 제1 출력측은 카르단샤프트(17)를 통해 뒷차축 디퍼렌셜 기어(19)와 연결된다. 그로 인해 뒷차축(23)의 휠들(21)이 상시 구동된다. 따라서 뒷차축(23)은 차량의 1차축을 형성한다. 트랜스퍼 케이스의 제2 출력측은 카르단샤프트(25)를 통해 앞차축 디퍼렌셜 기어(27)와 연결된다. 그로 인해 엔진(11) 구동 토크의 일부가 선택적으로 앞차축(31)의 휠들(29)로 전달될 수 있다. 따라서 앞차축(31)은 차량의 2차축을 형성한다.

또한, 도 1에는 차량 다이내믹 제어 유닛(33)이 도시되어 있다. 이 유닛은 뒷차축(23)의 휠들(21)과 앞차축(31)의 휠들(29)에 할당된 휠 회전수 센서들(35, 37)과 연결된다. 차량 다이내믹 제어 유닛(33)은 예컨대 요 센서(yaw sensor)와 같은 추가 센서들(39)과도 연결된다. 센서들(35, 37, 39)의 신호들에 따라 차량 다이내믹 제어 유닛(33)이 제어 신호를 발생시키고, 이 제어 신호는 차량의 양 차축(23, 31) 간의 소정의 구동 토크 분할비의 세팅을 위해 트랜스퍼 케이스(15)의 (도 1에는 도시되지 않은) 제어 장치에 공급된다. 상기 제어 신호는 특히 클러치 토크의 설정값, 즉 트랜스퍼 케이스(15)의 클러치 유닛을 위한 요구 토크량이다.

도 2는 도 1에 따른 트랜스퍼 케이스의 개략적 횡단면도이다. 트랜스퍼 케이스(15)는 입력 샤프트(41)와, 제1 출력 샤프트(43)와, 제2 출력 샤프트(45)를 포함한다. 제1 출력 샤프트(43)는 입력 샤프트(41)에 동축으로 놓이고 상기 입력 샤 프트와 회전 불가능하게 - 바람직하게는 일체로 - 형성된다. 제2 출력 샤프트(45)는 입력 샤프트(41)에 대해 평행하게 오프셋되어 배치된다.

트랜스퍼 케이스(15)는 마찰 클러치(49) 및 액츄에이터(51)를 구비한 클러치 유닛(47)을 포함한다. 마찰 클러치(49)는, 입력 샤프트(41) 및 제1 출력 샤프트(43)와 회전 불가능하게 연결되며 복수의 클러치 디스크를 갖는 클러치 하우징(53)을 포함한다. 마찰 클러치(49)는 또한, 클러치 하우징(53) 내 디스크들에 서로 교호식으로 맞물리는 복수의 클러치 디스크들을 가진, 회전 가능하게 지지된 클러치 허브(55)를 포함한다. 클러치 허브(55)는 체인 드라이브(59)의 구동 기어휠(57)과 회전 불가능하게 연결된다. 체인 드라이브(59)의 피동 기어휠(61)은 제2 출력 샤프트(45)와 회전 불가능하게 연결된다. 체인 드라이브(59) 대신, 예컨대 전술한 기어휠들(57, 61) 사이에 중간 기어휠을 구비한 휠 드라이브가 제공될 수 있다.

마찰 클러치(49)의 맞물림 방향으로 액츄에이터(51)가 작동함으로써, 입력 샤프트(41)를 통해 트랜스퍼 케이스(15)로 유도된 구동 토크의 증가분이 제2 출력 샤프트(45)로 전달될 수 있다.

도 3에는 도 2에 따른 트랜스퍼 케이스(15)의 횡단면도가 세부적으로 도시되어 있다. 특히 액츄에이터(51)는 입력 샤프트(41) 및 제1 출력 샤프트(43)의 회전축(A)을 기준으로 회전 가능하게 장착된 서포트 링(63)과 조정 링(65)을 포함한다. 서포트 링(63)은 축 베어링을 통해 구동 기어휠(57)에 축방향으로 지지된다. 그에 반해 조정 링(65)은 축방향으로 변위 가능하게 지지된다. 서포트 링(63)과 조정 링(65)은 서로 대면해 있는 측면에 각각 복수의 볼 그루브(67 및 69)를 포함한다. 상기 볼 그루브들은 축(A)을 기준으로 원주 방향으로, 그리고 법 평면(normal plane)을 기준으로 축(A)에 대해 원주 방향으로 램프 형태로 기울어지도록 연장된다. 즉, 볼 그루브들(67, 69)은 원주 방향으로 변동하는 깊이를 갖는다. 서포트 링(63)의 볼 그루브(67)와 조정 링(65)의 볼 그루브(69)는 각각 서로 마주보도록 놓이며, 관련 볼(71)을 둘러싼다. 서포트 링(63)과 조정 링(65)이 서로에 대해 상대 회전을 함으로써 조정 링(65)이 축방향으로 변위되는데, 이때 조정 링(65)은 축 베어링을 통해 마찰 클러치(49)의 압착 링(73)과 상호작용한다. 압착 링(73)은 디스크 스프링 장치(75)를 이용하여 마찰 클러치(49)의 맞물림 해제 방향으로 예압된다.

서포트 링(63)과 조정 링(65)에는 개별 작동 레버(77 및 79)가 형성되어 있다. 각 레버(77, 79)의 자유 단부에는 개별 롤(81 및 83)이 회전 가능하게 장착된다. 이 롤들(81, 83)을 통해 작동 레버(77, 79)가 축(C)을 기준으로 회전할 수 있는 제어 디스크(89)의 양 단부면(85, 87)과 상호작용한다. 상기 단부면들(85, 87)은 축(C)에 대한 법 평면을 기준으로 원주방향으로 기울어진 연장부를 갖는다. 즉, 제어 디스크(89)의 횡단면이 쐐기형으로 형성된다. 따라서 제어 디스크(89)가 회전하면 작동 레버(77, 79)가 가위 형태로 움직일 수 있으며, 그 결과 서포트 링(63)과 조정 링(65)이 상대 회전을 하게 된다. 제어 디스크(89)는 일체로 형성된 스플라인 부속물(91)을 갖는다. 이를 통해 제어 디스크(89)는 전동기 및 상기 전동기에 할당된 감속기어와 구동 연결 상태에 놓일 수 있다(도 3에는 도시되지 않 음).

그럼으로써 전술한 전동기의 적절한 제어를 통해 제어 디스크(89)가 회전 운동을 하도록 구동될 수 있으며, 그 결과 작동 레버들(77, 79)이 상대 스윙 운동을 한다. 그로 인해 유발된 서포트 링(63)과 조정 링(65)의 상대 회전은 조정 링(65)의 축방향 운동을 야기한다. 그럼으로써 압착 링(73)이 마찰 클러치(49)의 맞물림을 또는 - 디스크 스프링 장치(75)의 지원 하에 - 마찰 클러치(49)의 맞물림 해제를 야기한다.

도 3에는 구동 중에 클러치 유닛(47)의 개별 부품들로 변속기 오일을 연속으로 공급하는 오일 섬프(93)도 도시되어 있다.

이제 도 4를 토대로, 매우 간단한 실시예에 따라 클러치 유닛(47)에 할당된 제어 장치(도 2 및 도 3에는 도시되지 않음)를 이용하여 클러치 유닛(47) 내 오일의 열화도가 어떻게 산출되어 고려될 수 있는지를 설명한다.

단계 S1에서는 클러치 디스크 손실 출력(P₁)과, 파워 트레인 손실 출력(P₂)과, 오일 펌프 손실 출력(P₃)이 산출된다. 한 바람직한 실시예에서는, 클러치 토크에 입력 샤프트(41) 또는 제1 출력 샤프트(43)와 제2 출력 샤프트(45) 사이의 회전수 차가 곱해짐으로써 클러치 디스크 손실 출력(P₁)이 계산된다. 클러치 유닛(47)의 파워 트레인은 도 3에 따라 구동 기어휠(57)과, 체인 드라이브(59)와 피동 기어휠(61)로 형성된다. 체인 드라이브(59)의 손실 출력(P₂)은 바람직하게 클러치 토크와, 입력 샤프트(41)의 회전수와, 실험을 통해 검출된 상수의 곱을 통해 계산되며, 상기 상수는 체인 드라이브(59)의 효율과 상관관계가 있다. 오일 펌프(도 2 및 도 3에는 도시되지 않음)의 손실 출력(P₃)은, 입력 샤프트(41)의 회전수 또는 제1 출력 샤프트(43)의 회전수에 실험을 통해 검출된 상수가 곱해짐으로써 산출된다. 상기 상수는 특히 자체적으로 입력 샤프트(41)의 회전수에 좌우되며, 저장된 룩업 테이블로부터 검색된다. 입력 샤프트(41)와, 제1 출력 샤프트(43)와 제2 출력 샤프트(45)의 각각의 회전수는 뒷차축(21) 및 앞차축(29)의 휠 회전수 센서들(35, 37)의 신호로부터 간단하게 산출될 수 있으며(도 1), 상기 휠 회전수 센서들은 차량 데이터 버스를 통해 통상적으로 제공된다.

손실 출력값(P₁, P₂, P₃)은 단계 S2에서 그들에 할당된 오일 열화도 작용에 상응하게 서로 가중된다. 이 가중은 바람직하게 상기 손실 출력값에 (도시되지 않은) 메모리 장치로부터 검색된 가중 계수가 곱해짐으로써 수행된다. 이어서 가중된 3개의 손실 출력값은 단계 S3에서 합산되고, 이 합산에 대해 클러치 유닛(47)의 전체 손실일(W_GES)을 구하기 위해 시간 적분치가 생성된다. 출력값들의 합산에 대한 적분치 생성 대신, 개별 손실 출력들에 대해 각각 적분을 한 다음, 얻어진 각각의 손실일들을 합산할 수도 있다. 그 결과로 구해진 전체 손실일(W_GES)은 전술한 실시예에서 바로 클러치 유닛(47) 내 오일의 열화도로서, 예컨대 kWh 단위로 쓰인다. 그 대안으로, 오일 열화도에 대한 알맞은 척도를 구하기 위해, 전체 손실일(W_GES)에 비례 계수가 추가로 곱해질 수도 있다.

적분치 생성시, 전체 손실일(W_GES)은 누적값으로 처리된다는 점, 즉 연속적으로 외삽된다는 점에 주의한다. 그에 따라, 차량 정차시 전체 손실일(W_GES)의 현재 값이 비휘발성 메모리에 저장된다. 재가동 시 상기 값이 호출되어 추가 적분을 위한 시작값으로서 이용된다. 본원에서 기술하는 모니터링은 정해진 특정 시점, 예컨대 차량의 매 시동 시 또는 차량 작동 중 규칙적으로 또는 연속적으로 실시된다. 따라서 전체 손실일(W_GES)이 새로 산출될 때마다 마지막으로 산출된 값이 출발값으로서 고려된다.

단계 S4에서는, 계산된 전체 손실일(W_GES)이 사전 설정된 임계값(W_LIMIT)에 도달하는지 또는 상기 임계값을 초과하는지가 검사된다. W_LIMIT는 아직 허용 가능한 오일 열화도에 상응하는데, 이 경우 적절한 안전 여유값이 고려된다. W_GES가 W_LIMIT보다 작으면, 오일 열화도는 허용 범위 내에 있는 것이며, 단계 S1에서 프로세스가 새로 시작된다. W_GES가 W_LIMIT보다 크거나 같으면, 오일 열화도는 임계값에 도달한 것이므로 오일 교체가 필요하다. 따라서 단계 S5에서 경고 신호가 발생한다. 예컨대 차량 계기판에 설치된 디스플레이 상에 "오일 교체 필요"라는 경고 메시지가 송출된다. 따라서 운전자는 즉각 오일 교체를 수행해야 한다.

클러치 유닛(47)의 오일 교체를 위한 최적의 시점을 결정하기 위해, 차량 정비 주기에 대한 현재 오일 열화도의 비율이 세팅될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 현재 오일 열화도 및 현재까지의 차량 이동 거리를 토대로, 다음번 정해진 정비 주 행 거리와 관련한 예측 오일 열화도가 계산된다. 즉, 임계값(W_LIMIT)이 초과될 수 있을 것으로 예상되는 마지막 정기 점검 시기를 산출하기 위해, 지금까지의 오일 열화도 거동을 차후 전개 거동과 관련하여 외삽법으로 추정한다. 그러면 상기 정기 점검 시기가 도래하기 전 적시에 경고 신호가 발생한다. 물론 때 이른 오일 교체 또는 너무 길게 지속되는 경고 메시지 표시를 방지하기 위해, 차량이 이동한 주행 거리가 해당 정비 주행 거리에 도달하기 이전의 사전 설정된 범위 이내에 놓이는 경우, 즉 정비소 방문이 임박한 시점이 되어야 비로소 경고 신호가 발생하거나 전달된다. 경고 신호는 에러 코드의 형태로 차량 제어 장치로 직접 전송되거나, 운전자에게 오일 교체가 필요함이 명백히 통지되지 않는 상태에서 메모리 내에 저장될 수 있다.

종합해볼 때 본 발명은, 오일 교체 예정 횟수를 줄이거나, 추가 오일 교체 시점을 결정하여 클러치 유닛의 기계 부품들을 보호하는 것을 가능케 하는 클러치 유닛의 오일 열화도 진단법을 제공한다.

본 발명이 트랜스퍼 케이스에서 특히 바람직하게 사용되긴 하나, 전술한 실시예에만 제한되는 것은 아니다. 도입부에서 언급했듯이, 차량 파워 트레인 내에 존재하는 다른 장치들도 가능하다. 전술한 마찰 클러치(49)의 전동기계식 구동 대신 예컨대 전자기식, 유압식 또는 전동유압식 구동도 제공될 수 있다.

도 1은 차량 파워 트레인의 개략도이다.

도 2는 트랜스퍼 케이스의 개략도이다.

도 3은 도 2에 따른 트랜스퍼 케이스의 횡단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른, 클러치 유닛을 모니터링 하기 위한 방법의 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 엔진, 13: 주 변속기, 15: 트랜스퍼 케이스, 17: 카르단샤프트, 19: 뒷차축 디퍼렌셜 기어, 21: 휠, 23: 뒷차축, 25: 카르단샤프트, 27: 앞차축 디퍼렌셜 기어, 29: 휠, 31: 앞차축, 33: 주행 다이내믹 제어 유닛, 35: 휠 회전수 센서, 37: 휠 회전수 센서, 39: 센서, 41: 입력 샤프트, 43: 출력 샤프트, 45: 제2 출력 샤프트, 47: 클러치 유닛, 49: 마찰 클러치, 51: 액츄에이터, 53: 클러치 하우징, 55: 클러치 허브, 57: 구동 기어휠, 59: 체인 드라이브, 61: 피동 기어휠, 63: 서포트 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: 롤, 83: 롤, 85: 단부면, 87: 단부면, 89: 제어 디스크, 91: 스플라인 부속물, 93: 오일 섬프, A: 회전축, B: 회전축, C: 회전축, P₁: 클러치 디스크의 손실 출력, P₂: 변속기 부품의 손실 출력, P₃: 오일 펌프의 손실 출력, W_GES: 전체 손실일, W_LIMIT: 오일 열화도 임계값

Claims (15)

1. 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛(47)을 모니터링하는 방법으로서,

   상기 클러치 유닛(47)은 적어도

   - 클러치 유닛(47)의 입력 요소(41)로부터 출력 요소(45)로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 습식 마찰 클러치(49)와, -상기 마찰 클러치(49)는 교호식으로 배치된 제1 클러치 디스크와 제2 클러치 디스크를 포함함-

   - 토크 변환을 위한 변속기 부품들과,

   - 마찰 클러치(49)를 냉각하고 변속기 부품들을 윤활하기 위한 오일을 포함하며,

   상기 방법은,

   - 클러치 디스크의 손실일(loss work)을 산출하는 단계,

   - 변속기 부품들의 손실일을 산출하는 단계,

   - 적어도 클러치 디스크 손실일과 변속기 부품 손실일을 합산하여 전체 손실일(W_GES)을 산출하는 단계, 및

   - 전체 손실일(W_GES)을 토대로 오일의 열화도를 산출하는 단계를 포함하고,

   클러치 디스크 손실일 및 변속기 부품 손실일의 산출을 위해 각각의 손실 출력을 산출하고, 이 손실 출력에 대한 시간 적분치를 생성하고,

   클러치 디스크 손실 출력(P₁)의 산출을 위해 클러치 토크에 입력 요소(41)의 회전수와 출력 요소(45)의 회전수 간 편차를 곱하는,

   차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
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4. 제1항에 있어서, 클러치 토크와 회전수 편차의 곱에 가중 계수를 곱하며, 이 가중 계수는 클러치 토크, 회전수 편차 또는 클러치 토크와 회전수 편차의 곱에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
5. 제1항에 있어서, 변속기 부품 손실 출력(P₂)의 산출을 위해 클러치 토크에 변속기 부품의 효율 손실 계수 및 입력 요소(41) 또는 출력 요소(45)의 회전수를 곱하는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
6. 제1항에 있어서, 클러치 유닛은 또한 오일 펌프를 포함하며, 전체 손실일의 산출을 위해 오일 펌프의 손실일을 산출하여 클러치 디스크 손실일 및 변속기 부품 손실일에 합산하는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
7. 제6항에 있어서, 오일 펌프 손실일의 산출을 위해 오일 펌프의 손실 모멘트에 입력 요소(41)의 회전수 또는 출력 요소(45)의 회전수를 곱하며, 손실 모멘트와 회전수의 곱에 대해 시간 적분치를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
8. 제1항에 있어서, 손실일들의 합산 단계에서 손실일들에 각각의 가중 계수를 곱하며, 상기 가중 계수는 오일 열화에 대한 각 손실일의 기여도를 고려하는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
9. 제8항에 있어서, 가중 계수들은 각 손실 출력에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
10. 제1항에 있어서, 산출된 손실일 값들은 차량의 정차 시 저장되었다가, 차량이 다시 구동되면 시작값으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
11. 제1항에 있어서, 산출된 오일 열화도에 따라 경고 신호가 발생하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
12. 제11항에 있어서, 경고 신호는 산출된 오일 열화도가 사전 설정된 임계값(W_LIMIT)에 도달하거나 상기 임계값을 초과하는 경우에 발생하는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
13. 제11항에 있어서, 산출된 오일 열화도 및 최종 오일 교체 이후 차량이 이동한 거리를 토대로, 오일 열화도 임계값에 도달하거나 임계값을 초과할 것으로 예상되는 예상 주행 거리가 계산되며,

    계산된 예상 주행 거리는 사전 설정된 제1 정비 주행 거리 및 상기 제1 정비 주행 거리보다 더 큰 제2 정비 주행 거리와 비교되며,

    최종 오일 교체 이후 차량이 이동한 거리가 제1 정비 주행 거리보다 작은 경우 그리고 계산된 예상 주행 거리가 제1 정비 주행 거리보다는 크고 제2 정비 주행거리보다는 작은 경우, 경고 신호가 송출되는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
14. 제13항에 있어서, 경고 신호는 최종 오일 교체 이후 차량이 이동한 주행 거리가 사전 설정된 주기 내에서 전술한 제1 정비 주행 거리 이전에 놓일 경우에 비 로소 송출되는 것을 특징으로 하는 차량의 파워 트레인용 클러치 유닛의 모니터링 방법.
15. 입력 요소(41), 출력 요소(45), 클러치 유닛 (47) 및 제어 장치를 구비한 토크 전달 장치로서,

    상기 클러치 유닛(47)은 입력 요소(41)로부터 출력 요소(45)로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 습식 마찰 클러치(49)와, 토크 변환을 위한 변속기 부품과, 마찰 클러치(49)를 냉각하고 변속기 부품을 윤활하기 위한 오일을 포함하며, 마찰 클러치(49)는 교호식으로 배치된 제1 클러치 디스크와 제2 클러치 디스크를 포함하며, 상기 제어 장치는,

    - 클러치 디스크들의 손실일을 산출하고,

    - 변속기 부품의 손실일을 산출하고,

    - 적어도 클러치 디스크 손실일과 변속기 부품 손실일을 합산하여 전체 손실일(W_GES)을 산출하고,

    - 상기 전체 손실일(W_GES)을 토대로 오일 열화도를 산출하고,

    - 클러치 디스크 손실일 및 변속기 부품 손실일의 산출을 위해 각각의 손실 출력을 산출하고, 이 손실 출력에 대한 시간 적분치를 생성하고,

    - 클러치 디스크 손실 출력(P₁)의 산출을 위해 클러치 토크에 입력 요소(41)의 회전수와 출력 요소(45)의 회전수 간 편차를 곱하도록 설계되는,

    토크 전달 장치.

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