KR20020053855A - 클러치 작동을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
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Abstract

본 발명은 자동차의 내연 기관 및 적어도 하나의 구동 휠 사이의 클러치를 작동시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 상기 클러치가 압착력 또는 압착 압력으로 프레스됨으로써 모멘트는 내연 기관과 구동 휠 사이에 전달되고, 상기 압착력 또는 압착 압력은 내연 기관과 구동 휠 및 목표 클러치 슬립 사이에 모멘트가 전달될 경우 클러치 내의 클러치 슬립에 따라 조절된다.

Description

클러치 작동을 위한 방법 및 장치{Method and device for operating a clutch}
하나의 클러치가 슬립되게 작동되면, 공지된 클러치 라이닝의 마찰 계수의 경우 전달된 커플링 모멘트를 추론할 수 있다. 상기 모멘트 정보는 변속기 입력 모멘트를 결정하기 위해 사용된다. 변속기 입력 모멘트의 정확한 측정은 특히 무단의 자동 변속기(CVT)의 경우 중요하며, 이로써 무단 변속기의 벨트 인장을 조절할 시에 안전 압력이 감소되고 변속기 효율은 높아질 수 있다.
본 발명의 과제는 클러치의 작동을 개선하는 데에 있다.
본 발명은 자동차의 내연 기관 및 적어도 하나의 구동 휠 사이의 클러치를 작동시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 클러치가 압착력 또는 압착 압력으로 프레스됨으로써 내연 기관 및 구동 휠 사이에 모멘트가 전달된다.
도 1은 자동차용 구동 장치를 도시한 도면.
도 2는 클러치 제어부를 도시한 도면.
도 3은 슬립 조절기를 도시한 도면.
도 4는 순서도.
도 5는 마찰 계수-슬립-특성 곡선을 도시한 그래프.
도 6은 순서도.
도 7은 도 4에 따른 순서도를 설명한 도면.
도 8은 도 6에 따른 순서도를 설명한 도면.
도 9는 클러치 제어의 바람직한 실시예를 도시한 도면.
도 10은 슬립 조절기에 대한 대체 실시예를 도시한 도면.
도 11은 시간에 따른 슬립을 도시한 그래프.
도 12는 시간에 따른 슬립을 도시한 그래프.
도 13은 클러치를 도시한 도면.
상기 과제는 청구항 제 1 항 또는 제 5 항에 따라, 자동차 내연 기관 및 적어도 하나의 구동 휠 사이의 클러치를 작동시키기 위한 방법 및 장치를 통해 해결되며, 자동차의 내연 기관 및 적어도 하나의 구동 휠 사이의 클러치를 작동시키기 위해, 상기 클러치가 압착력 또는 압착 압력으로 프레스됨으로써 모멘트는 내연 기관 및 구동 휠 사이에 전달되며, 압착력 또는 압착 압력은, 내연 기관과 구동 휠 및 목표 클러치 슬립 사이에 모멘트가 전달될 경우 클러치 내의 클러치 슬립에 따라 조절된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 압착력 또는 압착 압력은 클러치 슬립 및 목표 클러치 슬립 사이의 차이에 따라 조절된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 압착력 또는 압착 압력은 슬립 조절기에 의해 조절된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 압착력 또는 압착 압력은 역 클러치 모델에 의해 조절되며, 상기 역 클러치 모델은 클러치에 의해 전달되는 모멘트에 따라 압착력 또는 압착 압력을 계산한다.
클러치가 압착력 또는 압착 압력으로 프레스됨으로써 내연 기관 및 구동 휠 사이에 모멘트가 전달되는, 자동차의 내연 기관 및 적어도 하나의 구동 휠 사이의 클러치를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 장치는, 내연 기관과 구동 휠 및 목표 클러치 슬립 사이에 모멘트가 전달될 경우 클러치 내의 클러치 슬립에 따라 압착력 또는 압착 압력을 조절하기 위한 슬립 조절기를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 슬립 조절기는 클러치에 의해 전달된 모멘트에 따라 압착력 또는 압착 압력을 계산하기 위한 역 클러치 모델을 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 슬립 조절기는 클러치 슬립 및 목표 클러치 슬립에 따라 차이 모멘트를 계산하기 위한 조절기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서 상기 역 클러치 모델의 입력값은 차이 모멘트에 따라 좌우된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 차이 모멘트 및 내연 기관에 의해 발생된 모터 모멘트의 합은 역 클러치 모델의 입력값이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 클러치의 마찰 계수는 역 클러치 모델의 파라미터이다.
본 발명의 또 다른 실시예의 경우 상기 클러치의 마찰 계수의 순응을 위한 어댑터가 제공된다.
또 다른 세부 사항 및 장점은 하기의 실시예의 상세한 설명에서 제시된다.
도 1은 자동차용 구동 장치를 도시한다. 내연 기관(1)이 도시되며, 상기 내연 기관은 샤프트(4)를 통해 자동 변속기(2)와 연결된다. 자동 변속기(2)는 바람직하게는, 무단 변속기로서 형성된다. 자동 변속기(2)는 클러치 입력 샤프트(5), 클러치(3), 클러치 출력 샤프트(6), 차동(7)을 통해, 자동차를 구동하기 위한 구동 휠(8, 9)과 연결된다. 상기 클러치(3)가 압착 압력(p)으로 프레스됨으로써 클러치(3)에 의해 전달된 모멘트는 세팅될 수 있다. 상기 클러치(3)에 의해 전달된 모멘트를 세팅하기 위해 클러치 제어부(12)가 제공되며, 상기 클러치 제어부는 목표 압착 압력(p*)을 프리세팅함으로써 클러치(3) 내의 압착 압력을 세팅한다. 압착 압력은, 클러치(3)가 프레스되는 압착력과 같다.
클러치 제어부(12)로의 입력값은 회전수 센서(10)에 의해서 측정되는 클러치 입력 샤프트(5)의 회전수(nE), 회전수 센서(11)에 의해서 측정되는 클러치 출력 샤프트(6)의 회전수(nA), 자동 변속기(2)의 변속비(i) 및 클러치(3)의 클러치 슬립에 대한 목표값(Δn*)(목표 클러치 슬립) 및 선택적으로는 내연 기관(1)의 모멘트(TM)와 내연 기관(1)의 모멘트(TM)에 대한 정보의 부정확성에 대한 정보(ΔTM)이다. 상기 클러치 슬립(Δn)은 하기의 수학식으로 정의된다.
상기 내연 기관(1)의 모멘트(TM) 및, 상기 내연 기관(1)의 모멘트(TM)에 대한 정보의 정확도에 대한 정보(ΔTM)는 예컨대 도시되지 않은 엔진 제어부에 의해 제공된다.
도 2는 클러치 제어부(12)를 도시한다. 상기 클러치 제어부는 차이 형성기(20), 슬립 조절기(21) 및 어댑터(21)를 포함한다. 상기 슬립 조절기(21)는 도 3에, 어댑터는 도 4에 자세히 설명된다. 상기 차이 형성기는 슬립 조절기(21)로의 입력값인 클러치 슬립(Δn)을 검출한다. 또한 상기 슬립 조절기(21)의 또 다른 입력값은 목표 클러치 슬립(Δn*), 엔진 모멘트(TM), 자동 변속기(2)의 변속비(i) 및 마찰 계수(μ)이다. 상기 마찰 계수(μ)는 어댑터(22)에 의해 형성된다. 상기 어댑터(22)로의 입력값은 목표 클러치 슬립(Δn*), 자동 변속기(2)의 변속비(i), 내연 기관(1)의 모멘트(TM), 상기 내연 기관(1)의 모멘트(TM)에 대한 정보의 정확도에 대한 정보(ΔTM) 및, 슬립 조절기(21)에 의해 형성된 차이 모멘트(TR)이다. 상기 마찰 계수(μ)외에도 보정된 엔진 모멘트(TMX)는 어댑터(22)의 또 다른 참조값이다. 상기 슬립 조절기(21)는 또한 목표 압착 압력(p*)을 형성한다.
도 3은 슬립 조절기(21)의 내부 구조를 도시한다. 슬립 조절기(21)는 클러치 슬립(Δn)을 필터링하기 위한 필터(31)를 포함한다. 합산기(36)에 의해 목표 클러치 슬립(Δn*) 및, 필터(31)에 의해 필터링된 클러치 슬립(Δn) 사이에 차이가 형성된다. 상기 차이는 부정 연산 소자(32)에 의해서 부정되며, 바람직한 실시예에서 PID-조절기로서 실시되는 조절기(33)로의 입력값이다. 상기 조절기(33)의 출력값은 차이 모멘트(TR)이다.
필터(34)에 의해, 엔진 모멘트(TM)는 필터링된다. 필터링된 엔진 모멘트(TM)는 승산기(70)에 의해서 자동 변속기(2)의 변속비(i)와 곱해지며 합산기(37)에 의해서 차이 모멘트(TR)와 더해진다. 차이 모멘트(TR)와, 필터링되어 자동 변속기(2)의 변속비(i)와 곱해진 엔진 모멘트와의 합은 클러치(3)로부터 전달된 클러치 모멘트(TK)이며 상기 클러치 모멘트는 마찰 계수(μ)와 함께 역 클러치 모델(35)로의 입력값이다. 역 클러치 모델(35)에서는 바람직하게는 하기의 수학식이 실행된다.
이때 A는 클러치(3)의 피스톤면, r은 클러치(3)의 효과적인 마찰 반경, ZR은 클러치(3)의 마찰면의 수이며 F0은 클러치(3)를 이용하여 회전 모멘트를 전달하기 위해 필요한 최소한의 힘이다.
도 4는 어댑터(22)를 구현하는 순서도를 도시한다. (40)은 순서의 시작을 나타내며 (49)는 순서의 종료를 나타낸다. 단계 (41)에는 엔진 모멘트에 대한 정보(TM), 상기 엔진 모멘트(TM)에 대한 정보의 부정확도에 대한 정보(ΔTM), 차이 모멘트(TR) , 목표 클러치 슬립(Δn*) 및 압착 압력(p)이 입력된다.
다음 단계(42)에서는 마찰 계수(μ)가 목표 클러치 슬립(Δn*) 및 압착 압력(p)으로부터 형성된다. 이는 바람직한 실시예에서, 압착 압력(p)에 따라 좌우되는 마찰 계수 슬립 특성 곡선에 의해 이뤄진다. 상기와 같은 특성 곡선은 예컨대 도 5에 도시되며 도면 부호 (50)으로 도시된다.
단계(42)에 이어 ΔTM≤ T1여부에 대한 대한 질문(43)이 실시되며 T1은 제 1 공차값이다. ΔTM≤ T1이면, 단계(44)에서 클러치의 새로운 마찰 계수(μ)가 하기의 수학식에 따라 형성되고,
이때, 보정된 엔진 모멘트(TMK)는 TMK= TM에 따라 형성된다.
단계(44)에 이어 단계(45)에서, 압착 압력에 따르는 마찰 계수 슬립 특성 곡선(50)은, 마찰 계수(μ)에 대한 새로운 값 및 목표 클러치 슬립(Δn*)이 변경된 마찰 계수 슬립 특성 곡선(51)에 대한 한 쌍의 값을 형성하도록 변형된다.단계(45)는 도 5에 도시된다. (μ1)은 단계(45)를 실시하기 전에 유효한 압착 압력에 대한 마찰 계수(μ)에 대한 값이며, (μ2)는 단계(45)를 실시한 후의 유효한 압착 압력에 대한 마찰 계수(μ)의 값이다. 상기 마찰 계수(μ1)는 목표 클러치 슬립(Δn*)에 따라 특성 곡선(50)을 이용하여 형성된다(단계 42 참고). 단계(45)에서 마찰 계수 클러치 슬립 특성 곡선(50)은, 값(μ2) 및 목표 클러치 슬립(Δn*)이 한 쌍의 값인 마찰 계수 클러치 슬립 특성 곡선(51)이 얻어지도록 변형된다.
ΔTM≤ T1이 충족되지 않으면, 단계(44) 대신에 단계(48)이 일어나며, 상기 단계에서, 보정된 엔진 모멘트(TMK)는 내연 기관(1)을 통해 발생된 엔진 모멘트(TM)와, 자동 변속기(2)의 변속비(i)로 나눠진 차이 모멘트(TR)와의 합과 동일하다:
단계(46) 또는 단계(48)에 이어, 선행된 순서가 재생되어야 하는지 여부에 대한 질문(47)이 이뤄진다. 재생되어야 하면, 단계(41)이 이뤄진다. 재생되지 않아도 되면, 상기 순서는 종료된다.
도 6은 도 4의 순서도의 변형예를 도시한다. 질문(43)에 이어 단계(48)이 아닌 질문(60)이 실시된다. 질문(60)으로써 ΔTM＞ T2가 충족되는지의 여부가 문의되며, 이때 T2는 제 2 공차값이다. 상기 조건이 충족되면 단계(48)가 실시된다. 반대로 상기 조건이 충족되지 않으면, 단계(46)이 실시된다.
도 7 및 도 8은 도 4 및 도 6에 따른 순서도 사이의 차이점을 도시한다. 이때 횡좌표 상에는 내연 기관(1)의 엔진 모멘트(TM)에 대한 정보의 부정확도에 대한 정보(ΔTM)가 도시된다. 도 7 및 도 8의 종좌표는 어떤 단계가 실시되는지를 제시한다. 이때 상기 값 -1은 단계(44, 45)의 실현을 나타내며 값 1은 단계(48)의 실현을, 값 O은 단계(44, 45)가 실현되지 않고 단계(48)도 실현되지 않는 것을 나타낸다. 도 4의 질문(43)은 바이너리 스위치에 상응한다. 도 6에서 질문(43, 60)의 결합은 3점 스위치에 상응한다. 상기의 단순한 양 스위치 타입 대신에, 예컨대 퍼지 기술로써 구현될 수 있는 유연한 전환과 같은 더 복잡한 스위칭 과정도 물론 고려할 수 있다.
도 9는 도 1의 클러치 제어부(12)의 대체로 사용되는 클러치 제어부(79)의 바람직한 실시예를 도시한다. 도 9의 상기 클러치 제어부(79)는 구동 장치의 보호, 특히 회전 모멘트 충격에 대해 자동 변속기(2)를 보호하기 위해 슬립 조절기(80)와 보호 장치(81)를 포함한다. 상기 보호 장치(81)의 출력값은 충격 모멘트(TS)이다. 상기 충격 모멘트(TS)는 바람직한 실시예에서 하기의 수학식에 따라 계산된다.
이때 J1은 내연 기관(1)이 배열된 클러치(3)의 측면 상에 있는 구동 장치의 제 1 부품의 관성 모멘트이고,
Δnmax는 최대 허용 클러치 슬립이며,
TC는 일정한 모멘트이고,
Δt는 모멘트 충격이 슬립을 증가시키는 시구간이다.
소위 회전 모멘트 충격, 특히 구동 휠(8, 9)을 통해 구동 장치로 도입되는 회전 모멘트 충격이 도입될 경우, 자동 변속기(2)는 손상될 수 있다. 특히 CVT(벨트식 무단 변속기)의 베리에이터의 보호가 중요하다. 회전 모멘트 충격에 의해 상기와 같은 무단 변속기를 단시간 내에 슬립하는 것은 무단 변속기에 손상을 줄 수 있다. 상기와 같은 회전 모멘트 충격은 예컨대 낮은 마찰 계수를 갖는 노면에서 높은 마찰 계수를 갖는 노면으로 전환될 경우 생긴다. 예를 들어 얼음이 덮인 노면으로부터 건조한 노면으로의 전환 또는 철도를 넘어갈 때가 그런 경우이다.
슬립 지속 시간(Δt)이 중요하지 않으면, 충격 모멘트(Ts)는 일정한 모멘트(Tc)와 동일하게 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 충격 모멘트(Ts)는 변속기 제어부에 전달되므로, 예컨대 무단 변속기의 압착 압력은 상응되게 높아질 수 있다. 무단 변속기에 필요한 압착 압력은 충격 모멘트(Ts)에 따라 높아진다.
도 10은 슬립 조절기(80)를 상세하게 도시한다. 슬립 조절기(21)에 비해, 상기 슬립 조절기(80)는 최소값 형성기(82)가 구별된다. 최소값 형성기(82)는 차이 모멘트(TR)와 충격 모멘트(TS)를 비교하며 출력값보다 작은 모멘트를 제공한다.
도 11은 도 9에 따른 클러치 제어부(79)를 사용할 시에 시간에 대한 슬립(Δn)을 도시한다. 시점(t1)은 최대 허용 슬립(Δnmax)이 도달되는 시점을 나타내며 시점(t2)은 모멘트 충격에 의해 슬립이 감소하는 시점을 나타낸다. 상기 시점(t1, t2) 사이의 시구간은 슬립 시간(Δt)이다. 도 11은 목표 클러치 슬립(Δn*)이 균일하게 0일 때 클러치 슬립(Δn)의 그래프를 도시한다. 목표 클러치 슬립(Δn*)이 균일하지 않게 0일 경우, 도 12는 클러치 슬립(Δn)의 그래프를 도시한다. 상기의 경우 클러치 슬립(Δn)은 시점(T2)까지 목표 클러치 슬립(Δn*)과 동일하다.
상기 클러치(3)를 과열에 대해 보호하기 위해, 상기 슬립 시간(Δt)은 바람직하게는 클러치(3)의 열 부하에 따라 세팅된다. 이를 위해 상기 클러치(3)의 온도는 열역학적 모델에 의해 평가된다. 클러치(3)의 평가된 온도가 임계 온도를 넘어서면, 목표 클러치 슬립(Δn*)은 0으로 감소된다. 또한 바람직한 실시예에서 소위 리저브 압착 압력은 증가된다. 이는 예컨대, 값(F0)이 증가됨으로써, 이뤄질 수 있다. 대안으로서, 또한 소위 리저브 모멘트도 증가될 수 있다. 이는 예를 들어값(TC)가 증가됨으로써 이뤄진다.
도 13은 바람직한 실시예의 클러치(3)를 도시한다. 상기 도면에는 유압 오일을 위한 윤활유 공급부(83), 외부 캐리어(84), 내부 캐리어(85), 외부 블레이드(86), 내부 블레이드(87), 복구 스프링(88), 실린더(93), 피스톤(94), 압력 플레이트(95), 압력 매체 공급부(96)가 도시된다. 클러치 입력 샤프트(5)와 연결된 외부 캐리어(84)에는 외부 블레이드(86), 즉 바람직한 실시예에서 마찰 라이닝이 없는 강철 블레이드가 배열된다. 클러치 출력 샤프트(6)와 연결된 내부 캐리어(85)는 내부 블레이드(87)를 수납하며, 상기 내부 블레이드는 마찰 라이닝으로 코팅된다. 일정한 압력 레벨을 갖는 유압 오일을 압력 매체 공급부(96)를 통해 실린더(93) 내로 유입할 경우, 피스톤(94)은 복구 스프링(88)의 힘에 대항해 압력 플레이트(95)의 방향으로 움직이며, 내부 및 외부 블레이드(87, 86)로 구성된 블레이드 패킷을 함께 누른다. 상기 블레이드 패킷을 냉각시키기 위해, 윤활유 공급부(83)를 통해 유압 오일이 상기 내부 및 외부 블레이드(87, 86)에까지 유입된다.

Claims (11)

  1. 자동차 내연 기관(1) 및 적어도 하나의 구동 휠(8, 9) 사이의 클러치(3)를 작동시키기 위한 방법으로서, 상기 클러치(3)가 압착력 또는 압착 압력(p)으로 프레스됨으로써 내연 기관(1) 및 구동 휠(8, 9) 사이에 모멘트가 전달되는 방법에 있어서,
    상기 압착력 또는 압착 압력(p)은, 내연 기관(1), 구동 휠(8, 9) 및 목표 클러치 슬립 사이에 모멘트가 전달될 경우, 클러치(3)의 클러치 슬립에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압착력 또는 압착 압력(p)은 클러치 슬립 및 목표 클러치 슬립 사이의 차이에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압착력 또는 압착 압력(p)은 슬립 조절기(21, 80)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 압착력 또는 압착 압력(p)은 역 클러치 모델에 의해 조절되며, 상기 역 클러치 모델은 클러치(3)를 통해 전달된 모멘트에 따라 압착력 또는 압착 압력(p)을 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따른, 자동차 내연 기관(1) 및 적어도 하나의 구동 휠(8, 9) 사이의 클러치(3)를 작동시키기 위한 장치로서, 상기 클러치(3)가 압착력 또는 압착 압력(p)으로 프레스됨으로써 내연 기관(1)과 구동 휠(8, 9) 사이에 모멘트가 전달되는 장치에 있어서,
    상기 압착력 또는 압착 압력(p)을 조절하기 위한 슬립 조절기(21, 80)는, 내연 기관(1), 구동 휠(8, 9) 및 목표 클러치 슬립 사이에 모멘트가 전달될 경우, 클러치(3)의 클러치 슬립에 따라 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 슬립 조절기(21, 80)는 클러치(3)를 통해 전달된 모멘트에 따라 압착력 또는 압착 압력(p)을 계산하기 위한 역 클러치 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 슬립 조절기(21, 80)는 클러치 슬립 및 목표 클러치 슬립에 따라 차이 모멘트를 계산하기 위한 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 역 클러치 모델의 입력값은 상기 차이 모멘트에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 차이 모멘트 및, 내연 기관(1)에 의해발생된 엔진 모멘트의 합은 역 클러치 모델의 입력값인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 6 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 클러치(3)의 마찰 계수는 역 클러치 모델의 파라미터인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 장치는 클러치(3)의 마찰 계수의 순응을 위한 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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