KR102654459B1 - 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치 및 그 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량의 자동화 변속기에 적용된 크러치의 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치는, 모터의 회전에 따른 캠의 직선운동으로 회전되는 작동 레버에 의해 크러치의 포크와 연결된 풀 로드부를 후퇴시켜 클러치의 압력판을 클러치 디스크에 접합시키는 클러치 액추에이터; 상기 클러치 액추에이터의 하우징 내부에 적용되며, 상기 풀 로드부의 후단부에 형성된 이송 스크류에 나사 결합된 마모보상 너트와 상기 풀 로드부의 후방 동축상에 위치하여 마모보상 작동 시 통과되는 상기 마모보상 너트를 물리적 상호작용에 의해 회전시키는 마모보상 링을 포함하는 마모 보상부; 및 일반적인 주행상태에서 상기 캠의 직선방향 운동범위를 상기 마모보상 너트가 마모보상 링을 통과하지 않는 기준이동범위로 일정하게 제어하되, 마모보상 시 상기 마모보상 너트가 마모보상 링을 통과하도록 상기 캠이 초기위치로부터 최전방의 물리 벽을 터치한 것을 감지한 후 복귀시키는 제어기를 포함한다.

Description

마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치 및 그 제어 방법{CLUTCH ACTUATOR CONTROL DEVICE WITH WEAR COMPENSATION DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 자동변속기에 적용된 마찰 클러치의 마모를 보상하는 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

최근 자동차 산업간 연비규제 대응을 위해 수동변속기(Manual Transmission, MT) 구조의 변속기 적용차종이 확대되는 추세에 있다.

일반적으로 MT의 경우 엔진동력을 차체로 전달하기 위해 클러치 세트 부품이 적용되기 때문에 높은 동력전달 효율과 동력의 직결성으로 반응속도가 빠른 장점이 있다. 반면에 MT는 클러치 페달조작의 필요로 운전효율 측면에서 불리하고 변속 시 주 동력원의 해제 필요로 인하여 자동변속기(Automatic Transmission, AT) 대비 운전자로 하여금 이질적인 변속감을 느끼게 하는 단점이 있다.

이러한 MT의 단점을 극복하기 위한 대안으로 종래에는 듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission, DCT)나 자동화 수동변속기(Automated Manual Transmission, AMT)와 같이 마찰 클러치를 사용하는 자동화 변속기(이하, DCT 및 AMT를 통칭함)가 개발되어 있다.

이들 자동화 변속기는 한 개 이상의 인풋 샤프트(Input shaft)에 연결된 마찰 클러치가 엔진의 출력 요소와 선택적으로 결합된 구조를 갖는다. 가령 DCT의 경우 액추에이터를 통한 자동 변속 및 2 Pair의 클러치 적용을 통해 AT 수준의 변속감 확보를 가능케 함으로써, AT의 운전효율, MT의 동력 직결성 및 연비절감의 장점만을 취할 수 있는 특징이 있다.

다만, 자동화 변속기는 MT 기반의 구조를 취하고 있기 때문에 반복되는 변속 시 마찰로 인해 클러치 디스크가 마모되는 것이 단점으로 지적되고 있다. 예컨대, 마모로 인해 압력판과 클러치 디스크 사이의 자유 간격(Free travel)이 증가되면 액추에이터의 정밀한 제어가 어려워져 변속 시 충격이나 슬립감 등의 클러치 작동불량이 발생되는 문제가 있다.

이러한 문제를 이유로 최근 자동화 변속기에는 클러치 디스크의 마모를 보상하여 클러치 디스크의 자유간격을 유지시키는 마모 보상 장치가 적용되고 있으며, 차량의 내구성능 확보를 위한 주요 핵심 부품으로 자리 잡으면서 그 중요도가 날로 커지고 있다.

하지만, 마모보상장치를 기계적으로 작동시키는 액추에이터의 제어 오류로 기기의 오작동이나 작동 오인식이 발생되어 마모보상이 제대로 되지 않는 경우 차량의 내구성 및 제품 신뢰도가 저하되는 바 액추에이터의 제어 강건성 확보가 요구되고 있다.

본 발명의 실시 예는 클러치의 반력에 따른 시스템 하중을 고려하여 가변된 듀티의 설정을 통해 클러치 액추에이터를 제어하는 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 차량의 자동화 변속기에 적용된 크러치의 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치는, 모터의 회전에 따른 캠의 직선운동으로 회전되는 작동 레버에 의해 크러치의 포크와 연결된 풀 로드부를 후퇴시켜 클러치의 압력판을 클러치 디스크에 접합시키는 클러치 액추에이터; 상기 클러치 액추에이터의 하우징 내부에 적용되며, 상기 풀 로드부의 후단부에 형성된 이송 스크류에 나사 결합된 마모보상 너트와 상기 풀 로드부의 후방 동축상에 위치하여 마모보상 작동 시 통과되는 상기 마모보상 너트를 물리적 상호작용에 의해 회전시키는 마모보상 링을 포함하는 마모 보상부; 및 일반적인 주행상태에서 상기 캠의 직선방향 운동범위를 상기 마모보상 너트가 마모보상 링을 통과하지 않는 기준이동범위로 일정하게 제어하되, 마모보상 시 상기 마모보상 너트가 마모보상 링을 통과하도록 상기 캠이 초기위치로부터 최전방의 물리 벽을 터치한 것을 감지한 후 복귀시키는 제어기;를 포함한다.

또한, 상기 풀 로드부는 상기 하우징의 안내관 내부에 축 방향으로 이동 가능하게 장착된 스크류 이송관; 상기 스크류 이송관의 후단부와 링크부재로 연결된 작동축; 상기 스크류 이송관의 내부에 삽입된 이송 스크류; 및 상기 이송 스크류의 내부에 길이방향으로 삽입되어 선단부가 상기 클러치의 포크와 연결되고 방사형 끝단부가 상기 이송 스크류의 끝단에 걸리는 풀 로드;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 링크부재는 상기 스크류 이송관의 양측에 길이방향으로 연결되어 후방에 상기 작동 레버에 의해 끌리는 작동축이 회동 가능하게 장착될 수 있다.

또한, 상기 마모보상 너트는 외주면에 일정 간격으로 돌기가 형성되고, 상기 마모보상 링은 내주면에 상기 돌기와 상응하는 일정 간격의 가이드 레일이 형성되어 상기 마모보상 너트의 통과 시 물리적으로 상호 작용될 수 있다.

또한, 상기 마모보상 링은 설치된 위치로 상기 마모보상 너트가 후퇴 통과 시 상기 돌기와 가이드 레일의 간섭에 의해 제1 회전방향으로 일정각도 회전되어 통과시킨 후 복귀될 수 있도록 설치된 복귀 스프링; 및 상기 마모보상 너트가 전진 통과 시 상기 간섭에 의해 제2 회전방향으로 회전되지 않도록 고정하는 고정체;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 마모보상 링은 상기 마모보상 너트가 통과 시 일정 위상 회전되어 상기 풀 로드부의 세팅 포지션을 조정하도록 할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 모터에 적용된 모터 센서에서 측정된 모터 회전수에 따른 직선방향 이동량을 파악하고, 듀티(Duty) 설정에 따라 상기 모터에 인가되는 구동 전류를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 캠을 직선방향으로 이동시켜 1차 타겟 지점 도달한 것을 파악하고, 1차 타겟에 도달한 시점으로부터 상기 모터를 일정시간 동안 일정한 기준 듀티로 제어하고 그에 따른 상기 캠의 직선방향 이동 기울기를 측정하여 상기 기준 듀티로 제어한 것에 따른 기준 기울기 대비 시스템 하중 수준을 판단할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 시스템 하중 수준의 판단 결과가 기준과 다르게 나타나면, 상기 시스템 하중이 작거나 큰 편차에 상응하여 가변된 피드백 듀티(F/Back Duty)를 설정하여 상기 모터를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 캠을 상기 1차 타겟 지점으로부터 상기 물리 벽까지 이동시키는 물리 벽 감지 시점에서 수집되는 물리 벽 판단 변수에 기초하여 물리 벽 터치를 감지할 수 있다.

또한, 상기 물리 벽 판단 변수는 상기 캠의 물리 벽 터치 상태를 판단하기 위한 최소 모터전류 값, 위치 변화량 및 터치 조건 유지 시간을 포함한 조건을 모두 충족하는 조건일 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 물리 벽 터치를 감지한 시점으로부터 소정 유지시간 동안 상기 캠의 위치가 유지되면 마모 보상이 완료된 것으로 판단하고 상기 캠을 복귀시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 차량의 자동화 변속기에 적용된 크러치의 마모 보상 시 모터의 회전에 따른 캠의 직선운동으로 풀 로드부를 후퇴시켜 후단부에 형성된 이송 스크류와 나사 결합된 마모보상 너트를 후방 동축상에 위치한 마모보상 너트에 통과시켜 풀 로드부의 세팅 포지션을 보상하는 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치의 제어 방법은, a) 모터에 작동신호를 인가하여 볼스크류를 통해 직선운동을 하는 캠을 소정 1차 타겟 지점까지 이동시키는 단계; b) 상기 1차 타겟 지점에 도달한 시점으로부터 모터를 일정한 기준 듀티로 제어하여 상기 캠이 물리 벽을 터치하는 것을 감지하는 단계; c) 상기 물리 벽 터치를 감지한 시점으로부터 소정 유지시간 동안 상기 캠의 위치가 유지되는지 판단하는 단계; 및 d) 상기 소정 유지시간 동안 상기 캠의 위치가 유지되면 마모 보상이 완료된 것으로 판단하고 복귀시키는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 b) 단계는, 상기 1차 타겟 지점에 도달한 시점으로부터 상기 캠의 직선방향 이동 기울기를 측정하고, 측정된 상기 이동 기울기를 기준 기울기와 비교하여 상기 모터에 걸리는 시스템 하중 수준을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 b) 단계는, 상기 시스템 하중 수준이 기준에 비해 작거나 큰 편차에 상응하여 가변된 피드백 듀티를 설정하여 상기 모터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 b) 단계는, 상기 캠의 직선방향 이동 기울기가 상기 기준 듀티 제어에 따른 기준 기울기에 비해 크면 시스템 하중이 작은 것으로 판단하여 상기 기준 듀티를 상향 설정하는 단계; 또는 상기 캠의 직선방향 이동 기울기가 상기 기준 기울기에 비해 작으면 상기 시스템 하중이 큰 것으로 판단하여 상기 기준 듀티를 하향 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 b) 단계는, 최소 모터전류 값, 위치 변화량 및 터치 조건 유지 시간을 포함한 모든 조건이 충족되면 상기 캠이 물리 벽을 터치한 상태로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 클러치 액추에이터의 마모보상 제어를 통한 마모 보상장치의 작동으로 클러치 디스크의 자유 간격(F)을 일정하게 유지시킴으로써 클러치의 작동불량을 예방할 수 있다.

또한, 차량에 적용된 클러치의 반력에 따른 모터의 시스템 하중을 측정하고 이에 적응하여 가변된 듀티로 모터를 제어함으로써 마모보상장치의 오작동 및 작동 오인식을 예방할 수 있다.

또한, 시스템 하중에 적응된 클러치 액추에이터 제어를 통해 클러치 디스크의 제어 성능과 마모보상 성능을 향상시킴으로써 차량의 내구 성능 및 작동 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 액추에이터의 클러치 마모 전 초기상태와 마모 후 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 액추에이터의 클러치 마모보상 후 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 액추에이터에 적용된 마모 보상장치 부분을 확대하여 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 마모보상 시 이상적인 물리 벽 감지 제어 로직을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 마모보상 시의 물리 벽 감지 제어로직의 한계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 하중을 고려한 피드백 듀티 설정 방법을 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있지만 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치 및 그 제어 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 액추에이터 제어 장치는 자동화 변속기에 적용된 클러치(10), 클러치(10)의 결합(접합)을 위해 구동력을 전달하는 클러치 액추에이터(100) 및 차량의 운행조건에 따른 클러치(10) 작동과 마모보상 동작을 위해 클러치 액추에이터(100)를 제어하는 제어기(200)를 포함한다.

클러치(10)는 자동화 변속기에 적용된 마찰 클러치로써, DCT 또는 AMT 적용 사양에 따라 하나 이상의 클러치 디스크(11)와 압력판(12)을 포함한다.

클러치(10)에는 클러치 작동(결합) 시 클러치 디스크(11)를 가압하는 압력판(12)에 클러치 액추에이터(100)의 구동력을 전달하는 링크 부품으로써 풀링 커버(13), 클러치 스프링(14), 베어링 유닛(15) 및 포크(16)가 구비된다.

이하, 클러치(10)는 편의상 한 쌍의 클러치 디스크(11)와 압력판(12)을 가정하여 설명하겠으나 DCT의 경우 상기 한 쌍의 클러치가 더블로 구성되어 동일한 동작으로 작동될 수 있음은 자명하다.

클러치 액추에이터(100)는 모터(110), 볼스크류(120), 캠(130), 작동 레버(140), 풀 로드부(150), 마모 보상부(160) 및 하우징(170)를 포함한다.

이러한 클러치 액추에이터(100)의 구동에 따른 클러치(10)의 작동 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

클러치 액추에이터(100)의 모터(110)가 인가되는 작동신호에 따라 회전되면, 그 회전축에 형성된 볼스크류(120)가 모터(110)의 회전수에 맞춰 회전되고, 볼스크류(120)에 장착된 캠(130)이 직선운동으로 전진한다.

상기 캠(130)의 직선운동에 따라 작동 레버(140)가 회전축(R)을 중심으로 회동하여 그 선단에 접촉된 작동축(153)을 끌어당기고 이로 인해 클러치(10)의 포크(16)와 연결된 풀 로드부(150)가 후퇴되는 제1축방향으로 끌려 이동된다. 포크(16)는 풀 로드부(150)의 상기 제1축방향 이동에 의해 피봇을 중심으로 회전되어 타측에 접하는 베어링 유닛(15)과 클러치 스프링(14)이 반대측의 제2축방향으로 이동된다.

이때, 클러치 스프링(14)은 소정 힌지점을 따라 레버운동을 하여 타단부에 연결된 풀링 커버(13)를 제1축방향으로 이동시킨다. 이에, 풀링 커버(13)는 링크되어 있는 압력판(12)을 클러치 디스크(11)의 페이싱(11a)이 위치한 제1축방향으로 이동시킨다. 이러한 과정을 거쳐, 최종적으로 압력판(12)이 클러치 디스크(11)의 페이싱(11a)을 압착하는 클러치 접합에 따른 엔진(미도시)의 동력이 변속기(미도시)의 입력축으로 전달된다.

반면에, 클러치 분리(단락) 과정은 클러치 액추에이터(100)의 클러치 분리 작동에 따라 클러치 스프링(14)의 복원력에 의해 풀 로드부(150)가 제2축 방향으로 전진하게 되며, 이러한 과정은 상기 클러치 접합 과정과 반대되는 동작으로 이루어질 수 있다.

제어기(200)는 본 발명의 실시 예에 따른 자동화 변속기(DCT/AMT)를 제어하는 TCU(Transmission Control Unit)로 구성될 수 있다.

제어기(200)는 차량의 운행조건에 따른 변속 시 클러치 액추에이터(100)에 작동신호를 인가하여 클러치 디스크(11)와 압력판(12)이 접합되거나 분리되도록 제어한다.

제어기(200)는 일반적인 주행상태에서는 캠(130)의 직선방향 운동범위를 압력판(12)의 자유 간격(Free travel, F) 이동량 충족하면서 풀 로드부(150)의 후단부에 위치한 마모보상 너트(161)가 마모보상 링(162)을 통과하지 않는 기준이동범위로 일정하게 제어한다. 예컨대, 도 1을 참조할 때 상기 기준 이동범위는 캠(130)의 선단이 초기위치인 P0로부터 P1까지의 범위일 수 있다.

또한, 제어기(200)는 마모보상 제어 시 캠(130)의 마모보상 이동범위를 캠(130)의 선단이 초기위치인 P0로부터 P1을 지나 물리 벽(P3)을 터치할 때까지 제어한다. 이러한 마모 보상 제어는 풀 로드부(150)의 후단부에 위치한 마모보상 너트(161)가 마모보상 링(13)을 통과하도록 하는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 액추에이터의 클러치 마모 전 초기상태와 마모 후 상태를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 액추에이터의 클러치 마모보상 후 상태를 나타낸다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 클러치(10)는 마모 전 초기 상태에서 클러치 디스크(11)의 페이싱(11a)과 압력판(12)에 자유 간격(Free travel, F)을 갖도록 설정된다.

이후 차량 운행에 따라 반복된 클러치(10)의 작동으로 압력판(12)과의 마찰로 인해 클러치 디스크(11)의 페이싱(11a)이 마모되면 상기 자유 간격(F)이 증가되어 유격이 발생되며, 이는 클러치 작동불량을 유발한다.

이에, 도 3에서와 같이, 제어기(200)는 상기 클러치 작동불량을 방지하기 위하여 상기 자유 간격(F)을 일정하게 유지시키기 위한 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터(100)를 작동하여 마모 보상량(ΔS)을 보상하는 동작을 제어한다.

이때, 클러치 액추에이터(100)의 작동으로 마모보상 너트(161)를 회전시켜 상기 자유 간격(F)의 증가로 인한 터치 포인트의 증가량(ΔS)만큼 풀 로드(155)의 끝단 위치를 제1축방향으로 이동시킨다. 이를 통해, 자유 간격(F)이 항상 일정한 간격을 유지하도록 하여 클러치의 작동불량을 예방한다.

한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 클러치 액추에이터에 적용된 마모 보상장치 부분을 확대하여 나타낸다.

도 4를 참조하면, 클러치 액추에이터(100)는 하우징(170) 내부에서 클러치(10)의 작동을 위해 축운동을 하는 풀 로드부(150)와 클러치 디스크(11)의 마모로 인한 자유 간격(F)이 일정하게 유지되도록 풀 로드부(150)의 스트로크 세팅 포지션을 보상하는 마모 보상부(160)를 포함하며, 이들을 통칭할 때 마모 보상장치라 명명할 수 있다.

풀 로드부(150)는 하우징(170)의 안내관(171) 내부에 축 방향으로 이동 가능하게 장착된 스크류 이송관(151), 스크류 이송관(151)의 후단부와 링크부재(152)로 연결된 작동축(153), 스크류 이송관(151)의 내부에 삽입된 이송 스크류(154), 이송 스크류(154)의 내부에 길이방향으로 삽입되어 선단부(155a)가 포크(16)와 연결되고 방사형 끝단부(155b)가 이송 스크류(154)의 끝단에 걸리는 풀 로드(155)를 포함한다.

스크류 이송관(151)은 링크부재(152)를 통해 클러치 액추에이터(100)의 구동력이 최초로 전달되며, 중공의 원통형태로 안내관(171)의 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 설치된다.

링크부재(152)는 스크류 이송관(151)의 양측에 길이방향으로 연결되어 후방에 작동 레버(140)에 의해 끌리는 작동축(153)이 회동 가능하게 장착된다.

마모 보상부(160)는 풀 로드부(150)의 후단부에 형성된 이송 스크류(154)에 나사 결합된 마모보상 너트(161)와 풀 로드부(150)의 후방 동축상에 위치하는 마모보상 링(162)을 포함한다.

마모보상 너트(161)는 외주면에 일정 간격으로 돌기(161a)가 형성되고 이에 상응하여 마모보상 링(162)은 내주면에 일정 간격으로 가이드 레일(162a)이 형성되어 마모보상 너트(161)의 통과 시 물리적으로 상호 작용된다.

마모보상 링(162)은 설치된 위치로 마모보상 너트(161)가 후퇴 통과 시 돌기(161a)와 가이드 레일(162a)의 간섭에 의해 제1 회전방향으로 일정각도 회전되어 통과시킨 후 복귀될 수 있도록 설치된 복귀 스프링(163) 및 마모보상 너트(161)의 전진 통과 시 간섭에 의해 제2 회전방향으로 회전되지 않도록 고정하는 고정체(164)를 포함한다.

즉, 마모보상 링(162)은 마모보상 너트(161)의 후퇴 시에는 제1 회전방향으로 회전되어 그대로 통과시키고, 이후 마모보상 너트(161)의 전진 시에는 고정되어 가이드 레일(162a)에 간섭되는 돌기(161a)의 이동방향을 유도하여 상대 회전시킨다. 이를 통해, 마모보상 링(162)은 마모보상 너트(161)가 일정 위상 회전되어 풀 로드(155)의 세팅 포지션을 조정하는 마모보상 동작을 수행하도록 할 수 있다.

이를 다르게 설명하면, 마모보상 너트(161)가 마모보상 링(162)을 통과 시의 물리적 상호작용을 통해 회전하여 풀 로드(155)의 세팅 포지션을 조정할 수 있다고 설명할 수 있다.

한편, 다음의 도 5 및 도 6을 통하여 전술한 클러치 액추에이터(100)의 마모 보상장치를 활용한 마모 보상시의 물리 벽 감지 제어와 그 한계점에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 마모보상 시 이상적인 물리 벽 감지 제어 로직을 나타낸 그래프이다.

도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이 제어기(200)는 마모보상 제어 시 클러치 액추에이터(100)의 캠(130)을 초기위치인 P0로부터 물리 벽(P3)을 터치할 때까지 제어하여 풀 로드부(150)의 후단부에 위치한 마모보상 너트(161)가 마모보상 링(13)을 통과하도록 한다.

이상적인 클러치(10)의 물리 벽 감지 상황에 있어서 마모보상 제어는 다음과 같은 과정으로 이루어질 수 있다.

제어기(200)는 모터(110)에 일정한 제1 듀티(Duty)의 작동신호를 인가하여 볼스크류(120)에서 직선운동을 하는 캠(130)을 1차 타겟 지점까지 이동시킨다(S1). 이때, 제어기(200)는 모터 센서(111)에서 측정된 모터 회전수에 따른 직선방향 이동량으로 캠(130)의 상기 1차 타겟 지점까지 이동되는 것을 파악할 수 있고, 듀티(Duty)는 설정에 따라 모터(110)에 인가되는 구동 전류/전압을 제어할 수 있다.

제어기(200)는 캠(130)이 상기 1차 타겟 지점까지 이동되면, 모터(110)에 일정한 제2 듀티(Duty)의 작동신호를 인가하여 완만한 기울기로 제어되는 캠(130)이 물리 벽(P2)을 터치하는 것을 감지한다(S2). 이때, 제어기(200)는 캠(130)을 1차 타겟 지점으로부터 물리 벽(P2)까지 이동시키는 물리 벽 감지 시점에서 수집되는 물리 벽 판단 변수에 기초하여 물리 벽 터치를 감지한다. 즉, 제어기(200)는 별도의 센서 없이 수집된 정보를 토대로 소프트웨어적인 물 벽 터치를 감지한다. 상기 물리 벽 판단 변수는 캠(130)의 물리 벽 터치 상태가 유지되고 있는지 판단하기 위한 조건으로 최소 모터전류 값, 위치 변화량 및 터치 조건 유지 시간을 포함한 모든 조건이 충족되어야 한다.

이후, 제어기(200)는 상기 물리 벽 판단 변수가 모두 충족되는 물리 벽 감지 시점으로부터 소정 유지시간(예; 50ms) 동안 캠(130)의 위치가 유지되면 마모 보상이 완료된 것으로 판단하고 캠(130)의 위치를 초기 위치(PO)로 리턴 한다(S4).

이와 같이, 제어기(200)는 마모보상 제어를 통해 클러치 액추에이터(100)의 마모 보상장치를 작동하여 클러치 디스크(11)의 자유 간격(F)을 일정하게 유지시킴으로써 클러치의 작동불량을 방지할 수 있다.

한편, 상술한 제어기(200)의 마모보상 제어에 있어서, 캠(130)의 물리 벽(P2) 터치를 판단하는 것은 마모보상을 위해 풀 로드부(150)가 충분히 후퇴되어 마모보상 너트(161)가 마모보상 링(13)을 통과한 것을 감지하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 즉, 클러치 액추에이터(100)의 마모보상 제어 관점에서 캠(130)의 물리 벽 터치의 판단은 마모보상이 정상적으로 이루어진 것을 판단하는 중요한 의미를 갖는다.

따라서, 제어기(200)가 마모보상 제어 시 캠(130)의 물리 벽(P2) 터치를 감지하고 그 터치의 유지조건 충족을 판단하는 것은 마모 보상장치의 정상적인 작동성능 및 작동 신뢰성을 결정하는 중요한 요소가 된다.

한편, 차량에 장착되는 클러치(10)는 소재/부품 및 조립상태에 따라 클러치 접합에 필요한 반력이 다르게 나타나거나 시간이 지남에 따라 변동될 수 있다. 이는 마모보상을 위해 클러치 액추에이터(100)의 모터(110)가 이겨내야 하는 시스템 하중도 다를 수 있음을 의미한다. 예컨대, 클러치(10)에 구비된 클러치 스프링(14)의 반력이 기준보다 크면 캠(130)의 물리 벽(P2) 터치를 위해 모터(110)에 걸리는 시스템 하중이 증가되거나 상기 반력이 기준보다 작으면 시스템 하중이 감소될 수 있다.

그러나, 제어기(200)는 1차 타겟 지점에서 물리 벽(P2)까지의 벽 감지시점 동안 일정한 제2 듀티 값으로 모터(110)를 제어하면서 별도의 센서 없이 소프트웨어적으로 물리 벽 터치를 감지하고 있으므로 상기 시스템 하중의 변수에 적응하기 어려운 한계가 있다.

가령, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 마모보상 시의 물리 벽 감지 제어로직의 한계를 나타낸 그래프이다.

앞서 설명된 도 5와 같은 마모보상 제어 과정에서, 제어기(200)가 물리 벽 터치를 감지하기 위해 모터(110)를 동일한 제2 듀티의 작동신호로 제어 시 시스템 하중이 기준치 보다 큰 경우와 작은 경우의 예시를 보여준다.

먼저, 도 6(A)를 참조하면, 모터(110)에 걸리는 시스템 하중이 설정된 기준보다 높으면 캠(130)의 직선방향 이동량의 변동 기울기가 완만하게 나타나고 물리 벽을 터지 하지 못하지만 제어기(200)는 물리 벽을 터치한 것으로 오인식 할 수 있다. 즉, 실제로는 캠(130)이 물리 벽을 터치하지 못하여 마모보상 너트(161)가 마모보상 링(13)을 통과하지 못하는 마모 보상장치의 오동작을 유발한다. 또한, 제어기(200)는 상기 마모 보상장치의 오작동에도 정상적인 마모보상 제어가 이루어진 것으로 오인식 될 수 있는 문제가 있다.

또한, 도 6(B)를 참조하면, 모터(110)에 걸리는 시스템 하중이 설정된 기준보다 낮으면 캠(130)의 직선방향 이동량의 변동 기울기가 가파르게 나타나 물리 벽 도달 시점이 빨라지고 물리 벽을 들이받아 밀리는(튕기는) 현상이 발생된다. 이로 인해, 소정 유지시간(예; 50ms) 동안 캠(130)의 위치가 유지되지 못하므로 제어기(200)가 물리 벽 터치를 판단하지 못하는 단점이 있으며, 캠(130)이 물리 벽을 반복적으로 터치하게 되어 마모 보상장치의 과다작동을 유발하는 문제가 있다.

이에, 이러한 문제를 개선하여 클러치 액추에이터(100) 내 적용된 마모 보상장치의 제어 강건성 확보하기 위한 방안을 제시한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 하중을 고려한 피드백 듀티 설정 방법을 나타낸다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(200)는 클러치(10)의 마모로 클러치 디스크(11)의 자유 간격(F)이 증가되면, 차량의 시동 오프 시 일정시간 전원을 유지하고 클러치 액추에이터(100)의 마모 보상장치를 작동할 수 있다.

제어기(200)는 모터(110)에 일정한 제1 듀티(Duty)의 작동신호를 인가하여 볼스크류(120)를 통해 직선운동을 하는 캠(130)을 소정 1차 타겟 지점까지 이동시킨다(S1). 이때, 제어기(200)는 모터 센서(111)에서 측정된 모터 회전수에 따른 직선방향 이동량으로 캠(130)의 상기 1차 타겟 지점까지 이동되는 것을 파악할 수 있다.

제어기(200)는 캠(130)이 상기 1차 타겟 지점까지 이동되면, 모터(110)에 일정한 제2 듀티(Duty)의 작동신호를 인가하여 완만한 기울기로 제어되는 캠(130)이 물리 벽(P2)을 터치하는 것을 감지한다(S2).

여기서, 상기 S2 단계는 도 7 및 도 8에 나타낸 것과 같이 시스템 하중을 고려한 피드백 듀티 설정 및 그에 따른 제어 과정을 포함한다.

제어기(200)는 캠(130)의 상기 1차 타겟 지점에 도달한 시점으로부터 소정 구간 모터(110)를 일정시간 동안 일정한 기준 듀티(예; 상기 제2 듀티)로 제어하고 그에 따른 캠(130)의 직선방향 이동 기울기를 측정하여 시스템 하중 수준을 판단한다(S21).

이때, 제어기(200)는 측정된 캠(130)의 직선방향 이동 기울기가 상기 기준 듀티 제어에 따른 기준 기울기에 비해 크면 시스템 하중이 작은 것으로 판단하고, 반대로 상기 기준 기울기에 비해 작으면 시스템 하중이 큰 것으로 판단할 수 있다. 또한, 상기 일정한 기준 듀티는 상기 제2 듀티(Duty)와 동일한 값으로 설정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

제어기(200)는 시스템 하중 수준의 판단 결과가 기준과 다르게 나타나면, 시스템 하중이 작거나 큰 편차에 상응하여 가변된 피드백 듀티(F/Back Duty)를 설정하여 모터(110)를 제어한다(S22). 예컨대, 제어기(200)는 상기 판단결과 시스템 하중이 기준치보다 작으면 상기 제2 듀티를 하향 설정하고, 상기 시스템 하중이 기준치보다 크면 상기 제2 듀티를 상향 설정하여 모터(110)를 제어할 수 있다.

또한, 제어기(200)는 캠(130)을 1차 타겟 지점으로부터 물리 벽(P2)까지 이동시키는 물리 벽 감지 시점에서 수집되는 물리 벽 판단 변수에 기초하여 물리 벽 터치를 감지한 시점으로부터 소정 유지시간(예; 50ms) 캠(130)의 위치가 유지되는지 판단한다(S3).

제어기(200)는 소정 유지시간(예; 50ms) 동안 캠(130)의 위치가 유지되면 마모 보상이 완료된 것으로 판단하고 캠(130)의 위치를 초기 위치(PO)로 리턴 한다(S4).

이후, 제어기(200)는 반력에 적응하여 가변된 상기 피드백 듀티(F/Back Duty)를 기준 듀티로 갱신하여 저장하고, 이를 다음 마모보상 제어 시 기준 듀티로 활용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 클러치 액추에이터의 마모보상 제어를 통한 마모 보상장치의 작동으로 클러치 디스크의 자유 간격(F)을 일정하게 유지시킴으로써 클러치의 작동불량을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 차량에 적용된 클러치의 반력에 따른 모터의 시스템 하중을 측정하고 이에 적응하여 가변된 듀티로 모터를 제어함으로써 마모보상장치의 오작동 및 작동 오인식을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 시스템 하중에 적응된 클러치 액추에이터 제어를 통해 클러치 디스크의 제어 성능과 마모보상 성능을 향상시킴으로써 차량의 내구 성능 및 작동 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 클러치 11: 클러치 디스크
12: 압력판 13: 풀링 커버
14: 클러치 스프링 15: 베어링 유닛
16: 포크 100: 클러치 액추에이터
110: 모터 120: 볼스크류
130: 캠 140: 작동 레버
150: 풀 로드부 151: 스크류 이송관
152: 링크부재 153: 작동축
154: 이송 스크류 155: 풀 로드
160: 마모 보상부 161: 마모보상 너트
161a: 돌기 162: 마모보상 링
162a: 가이드 레일 163: 복귀 스프링
164: 고정체 170: 하우징
171: 안내관 200: 제어기

Claims (17)

1. 차량 자동화 변속기에 적용된 크러치의 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치에 있어서,
   모터의 회전에 따른 캠의 직선운동으로 회전되는 작동 레버에 의해 크러치의 포크와 연결된 풀 로드부를 후퇴시켜 클러치의 압력판을 클러치 디스크에 접합시키는 클러치 액추에이터;
   상기 클러치 액추에이터의 하우징 내부에 적용되며, 상기 풀 로드부의 후단부에 형성된 이송 스크류에 나사 결합된 마모보상 너트와 상기 풀 로드부의 후방 동축상에 위치하여 마모보상 작동 시 통과되는 상기 마모보상 너트를 물리적 상호작용에 의해 회전시키는 마모보상 링을 포함하는 마모 보상부; 및
   일반적인 주행상태에서 상기 캠의 직선방향 운동범위를 상기 마모보상 너트가 마모보상 링을 통과하지 않는 기준이동범위로 일정하게 제어하되, 마모보상 시 상기 마모보상 너트가 마모보상 링을 통과하도록 상기 캠이 초기위치로부터 최전방의 물리 벽을 터치한 것을 감지한 후 복귀시키는 제어기;
   를 포함하는 클러치 액추에이터 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 풀 로드부는
   상기 하우징의 안내관 내부에 축 방향으로 이동 가능하게 장착된 스크류 이송관;
   상기 스크류 이송관의 후단부와 링크부재로 연결된 작동축;
   상기 스크류 이송관의 내부에 삽입된 이송 스크류; 및
   상기 이송 스크류의 내부에 길이방향으로 삽입되어 선단부가 상기 클러치의 포크와 연결되고 방사형 끝단부가 상기 이송 스크류의 끝단에 걸리는 풀 로드;
   를 포함하는 클러치 액추에이터 제어 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 링크부재는
   상기 스크류 이송관의 양측에 길이방향으로 연결되어 후방에 상기 작동 레버에 의해 끌리는 작동축이 회동 가능하게 장착되는 클러치 액추에이터 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 마모보상 너트는 외주면에 일정 간격으로 돌기가 형성되고,
   상기 마모보상 링은 내주면에 상기 돌기와 상응하는 일정 간격의 가이드 레일이 형성되어 상기 마모보상 너트의 통과 시 물리적으로 상호 작용되는 클러치 액추에이터 제어 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 마모보상 링은
   설치된 위치로 상기 마모보상 너트가 후퇴 통과 시 상기 돌기와 가이드 레일의 간섭에 의해 제1 회전방향으로 일정각도 회전되어 통과시킨 후 복귀될 수 있도록 설치된 복귀 스프링; 및
   상기 마모보상 너트가 전진 통과 시 상기 간섭에 의해 제2 회전방향으로 회전되지 않도록 고정하는 고정체;
   를 포함하는 클러치 액추에이터 제어 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 마모보상 링은
   상기 마모보상 너트가 통과 시 일정 위상 회전되어 상기 풀 로드부의 세팅 포지션을 조정하도록 하는 클러치 액추에이터 제어 장치.
7. 제1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 모터에 적용된 모터 센서에서 측정된 모터 회전수에 따른 직선방향 이동량을 파악하고, 듀티(Duty) 설정에 따라 상기 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하는 클러치 액추에이터 제어 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 캠을 직선방향으로 이동시켜 1차 타겟 지점 도달한 것을 파악하고, 1차 타겟에 도달한 시점으로부터 상기 모터를 일정시간 동안 일정한 기준 듀티로 제어하고 그에 따른 상기 캠의 직선방향 이동 기울기를 측정하여 상기 기준 듀티로 제어한 것에 따른 기준 기울기 대비 시스템 하중 수준을 판단하는 클러치 액추에이터 제어 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 시스템 하중 수준의 판단 결과가 기준과 다르게 나타나면, 상기 시스템 하중이 작거나 큰 편차에 상응하여 가변된 피드백 듀티(F/Back Duty)를 설정하여 상기 모터를 제어하는 클러치 액추에이터 제어 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 캠을 상기 1차 타겟 지점으로부터 상기 물리 벽까지 이동시키는 물리 벽 감지 시점에서 수집되는 물리 벽 판단 변수에 기초하여 물리 벽 터치를 감지하는 클러치 액추에이터 제어 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 물리 벽 판단 변수는
    상기 캠의 물리 벽 터치 상태를 판단하기 위한 최소 모터전류 값, 위치 변화량 및 터치 조건 유지 시간을 포함한 조건을 모두 충족하는 조건인 클러치 액추에이터 제어 장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 물리 벽 터치를 감지한 시점으로부터 소정 유지시간 동안 상기 캠의 위치가 유지되면 마모 보상이 완료된 것으로 판단하고 상기 캠을 복귀시키는 클러치 액추에이터 제어 장치.
13. 차량의 자동화 변속기에 적용된 크러치의 마모 보상 시 모터의 회전에 따른 캠의 직선운동으로 풀 로드부를 후퇴시켜 후단부에 형성된 이송 스크류와 나사 결합된 마모보상 너트를 후방 동축상에 위치한 마모보상 너트에 통과시켜 풀 로드부의 세팅 포지션을 보상하는 마모 보상장치가 구비된 클러치 액추에이터 제어 장치의 제어 방법에 있어서,
    a) 모터에 작동신호를 인가하여 볼스크류를 통해 직선운동을 하는 캠을 소정 1차 타겟 지점까지 이동시키는 단계;
    b) 상기 1차 타겟 지점에 도달한 시점으로부터 모터를 일정한 기준 듀티로 제어하여 상기 캠이 물리 벽을 터치하는 것을 감지하는 단계;
    c) 상기 물리 벽 터치를 감지한 시점으로부터 소정 유지시간 동안 상기 캠의 위치가 유지되는지 판단하는 단계; 및
    d) 상기 소정 유지시간 동안 상기 캠의 위치가 유지되면 마모 보상이 완료된 것으로 판단하고 복귀시키는 단계;
    를 포함하는 클러치 액추에이터 제어 장치의 제어 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 1차 타겟 지점에 도달한 시점으로부터 상기 캠의 직선방향 이동 기울기를 측정하고, 측정된 상기 이동 기울기를 기준 기울기와 비교하여 상기 모터에 걸리는 시스템 하중 수준을 판단하는 단계를 포함하는 클러치 액추에이터 제어 장치의 제어 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 시스템 하중 수준이 기준에 비해 작거나 큰 편차에 상응하여 가변된 피드백 듀티를 설정하여 상기 모터를 제어하는 단계를 포함하는 클러치 액추에이터 제어 장치의 제어 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 캠의 직선방향 이동 기울기가 상기 기준 듀티 제어에 따른 기준 기울기에 비해 크면 시스템 하중이 작은 것으로 판단하여 상기 기준 듀티를 상향 설정하는 단계; 또는
    상기 캠의 직선방향 이동 기울기가 상기 기준 기울기에 비해 작으면 상기 시스템 하중이 큰 것으로 판단하여 상기 기준 듀티를 하향 설정하는 단계;
    를 포함하는 클러치 액추에이터 제어 장치의 제어 방법.
17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    최소 모터전류 값, 위치 변화량 및 터치 조건 유지 시간을 포함한 모든 조건이 충족되면 상기 캠이 물리 벽을 터치한 상태로 판단하는 단계를 포함하는 클러치 액추에이터 제어 장치의 제어 방법.
    

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