KR200212662Y1 - 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 수동 변속기 차량의 클러치 페달 조작을 자동으로 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.

본 고안의 클러치 자동 제어 시스템은 피엘씨(PLC)로 구성되는 신호 감지 및 구동 제어부와, 구동 모터부와, 클러치 페달 구동부와, 가속 감지기로 구성되며, 신호 감지 및 구동 제어부는 가속 페달에 연결되는 가속 감지기에서 출력되는 다단계의 가속 페달 동작 신호와, 인코더를 통해 입력되는 차속 신호와, 브레이크 작동 신호와, 클러치 페달 구동부 하우징 저면에 부착되어 클러치 페달 작동 상태를 감지하는 각종 스위치들로부터의 신호 등이 입력되면, 입력된 신호를 근거로 하여 차량의 상태 즉, 변속하고자 하는 시점인지 아닌지를 판단하게 되고, 그 판단 결과에 적합한 클러치 페달의 위치를 제어하기 위하여 구동 모터부의 구동 모터를 정/역회전 및 정지시키며, 따라서 구동 모터의 축에 연결된 클러치 페달 구동 드럼이 회전하여 클러치 페달의 위치를 제어하게 된다.

특히, 본 고안 시스템을 구성하는 가속 감지기는 적어도 두 개 이상이 구비되는 가속 감촉자에 의하여 가속 페달이 조작되는 정도를 다단계로 감지하여 클러치 페달이 완전히 밟힌 상태와 밟히지 않은 상태 뿐 아니라 반 클러치의 수준까지도 제어 하며, 클러치 페달 위치의 감지가 클러치 페달 구동 드럼과 함께 조립되어 회전하는 세 개의 캠에 의하여 감지되고 제어됨에 기술적 특징이 있다.

본 고안 수동 변속기 차량의 클러치 자동제어 시스템은 가속 페달이 조작되는 단계를 다단계로 구분 감지 하여 반 클러치 상태를 적절히 제어함으로써 변속 후 부드러운 출발이 가능할 뿐 아니라, 클러치 페달의 작동 상태를 감지하는 스위치를 활성화시키는 세 개의 캠 중에서 상·중단 캠의 위치를 차량에 따라 손쉽게 조절 가능하고, 전원과 차속 및 브레이크 신호만을 차량으로부터 입력 받으면 되는 바, 본 고안 시스템은 차량의 종류에 관계 없이 손쉽게 장착 가능하여 운전자의 운전 부담을 덜어 줄 수가 있다.

Description

수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템{Automatic clutch control system for cars with manual transmission}

본 고안은 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템에 관한 것으로서, 더 자세하게는 수동 변속기 차량에서 시동시나 출발시 또는 가감속 운행시와 같이 기어 변속이 필요할 경우 운전자가 직접 밟아 주어야 하는 클러치 페달에 클러치 구동 모터를 연결하고, 초기 가속시 가속 페달의 다단계 위치별 신호와 브레이크 페달 및 차량 속도 신호 발생기로부터 출력되는 전기 신호를 감지하여 상기 구동모터의 정회전 또는 역회전과 그 회전량을 결정해주는 구동 제어부가 상기 구동 모터를 작동시키도록 함으로써, 수동 기어 변속에 필요한 클러치 페달의 작동을 상기 가속 페달의 다단계 위치와 연계하여 가속 페달을 밟는 정도에 따라 클러치 페달의 작동 정도를, 클러치 페달이 완전히 밟힌 상태와 밟히지 않은 상태 및 반 클러치의 수준까지도 정확히 자동 제어하여 기어 변속 후 차량이 항상 부드럽게 출발하거나 운행될 수 있도록 한 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템에 관한 것이다.

엔진의 회전력에 의하여 움직이는 차량은 엔진의 회전력을 효과적으로 사용하기 위하여 엔진의 회전력을 다단 기어 시스템을 통하여 차량 즉, 휠(wheel)에서 필요로 하는 적정 속도와 힘으로 변환시켜준다.

상기 다단 기어 시스템은 승용차의 경우 현재 1단에서 5단의 다섯 단계 전진 기어와 하나의 후진 기어, 총 6단으로 구성된 기어 시스템이 주종을 이루고 있으며, 전진 기어 다섯 개 각각의 엔진 회전수에 대한 기어 비는 저단 기어에서 고단 기어로 갈 수록 작아지고 통상적으로 오버 드라이브(over drive) 기어라고도 불리는 5단 기어의 기어비는 1.0 미만이다.

즉, 5단 기어로 주행시 승용차 휠의 회전 속도는 엔진 회전수보다 빠르기 때문에 연료는 적게 소모되나 회전력이 부족하게 되어 언덕을 오르는 것과 같이 회전력이 필요한 경우에는 언덕을 오르기 어렵기 때문에 저단 기어로 변환하여야 한다.

상기와 같이 저단 기어에서 고단 기어로 변환됨에 따라 기어의 회전 즉, 휠의 회전 속도는 빨라지고 회전력은 회전 속도에 반비례하여 작아지게 된다. 따라서, 차량의 운행 조건에 따라 기어를 변환시켜야 하고, 기어를 변환하기 위해서는 엔진으로부터 전달되는 동력을 일시 차단하여 기어의 회전을 멈추게 하여야 한다.

상기와 같이 기어의 회전을 일시적으로 멈추기 위하여 엔진과 기어 시스템 사이에는 동력 전달/차단 장치가 장착되는데, 동력 전달/차단과 기어 변속 방법에 따라 크게 수동 변속기와 자동 변속기로 대별된다.

자동 변속기는 대략 토크 컨버터(torque converter)와, 유성기어부와, 기어부와, 유압 회로부로 구성되며, 토크 컨버터는 일종의 밀폐된 챔버(chamber)로서 그 내부에는 근접하여 상호 대향하는 두 개의 임펠러(impeller)가 오일이 채워진 상태로 밀폐되어 있고, 상기 임펠러 중의 하나(이하 '구동 임펠러')는 엔진의 출력측에, 다른 하나(이하 '수동 임펠러')는 유성기어부 측에 연결된다.

자동 변속기에 의한 엔진 동력의 전달은, 엔진의 회전과 함께 회전하는 상기 구동 임펠라에 의하여 토크 컨버터 내부를 채우고 있는 오일에 회전력이 발생하고, 이 오일의 회전력이 수동 임펠러를 회전시킴으로써 동력의 전달이 이루어지는 간접 전달 방식이다.

그리고, 상기 수동 임펠러의 축은 유성기어부와 유압회로부의 유압 펌프를 작동시키게 되는 바, 유압 펌프에 의해 움직이는 자동 기어 오일이 흐르게 되는 가변 회로에 따라 필요한 기어가 선택되고, 유성기어부는 기어의 토크와 속도 등을 변화시키고 휠 측에 동력을 전달하는 역할을 한다.

상기와 같이 작동하는 자동 변속기는 운전자의 편의성을 최대한 보장하여 주지만 가격이 고가일 뿐 아니라, 그 구조가 각종 센서 및 유압 시스템과 함께 각종 정밀 기어들을 포함하여 매우 복잡하게 되기 때문에 이상 발생시 수리 비용 또한 무시할 수 없으며, 오일에 의한 간접 동력 전달 방식으로 차량 정지시에도 엔진 동력 이 항상 전달되는 상태인 바, 이를 브레이크로서 억제하고 있는 것이다.

즉, 차량 정지시에도 엔진으로부터 전달되는 동력이 강제로 억제되고, 운행시에도 유체에 의한 간접적 동력 전달에 기인한 동력 전달 손실을 방지할 수 없슴에 따라 연비 저하가 불가피하는 등 구입 및 유지 보수 비용이 많이 드는 단점이 있다.

특히, 운전 조작의 편리함에도 불구하고 오일에 의한 간접 동력 전달 방식이기 때문에 클러치 디스크에 의한 수동식 직접 동력 전달 방식에 비하여 가속 능력이 떨어지게 되고 따라서, 속도감과 가속감을 즐기는 젊은 층이 구입하는 차량이나 스포츠 카 등에는 여전히 수동 변속기가 주로 적용되고 있다.

자동 변속기와 달리 구조가 비교적 간단하고 직접 동력 전달 방식으로서 구입 및 유지 보수 비용이 적게 소요될 뿐 아니라 연비가 좋은 수동 변속기는 크게 클러치부와 기어부의 두 부분으로 구성되며, 클러치부를 구성하는 클러치 디스크가 엔진의 크랭크 샤프트에 직결된 원판형 플라이 휠(fly wheel)의 일측면에 직접 면접촉함으로써 동력을 전달받는 직접 동력 전달 방식으로서, 기어를 변환하기 위해서는 상기의 클러치 디스크를 플라이 휠의 접촉면으로부터 분리하여 엔진으로부터 전달되는 동력을 일시 차단시켜야 하고, 그렇게 하기 위하여서는 운전자가 클러치부에 연결되는 클러치 페달을 밟아 주어야 한다.

그리고, 상기 클러치 디스크가 플라이 휠로부터 손실 없이 동력을 전달 받기 위해서는 클러치 디스크와 플라이 휠의 상호 접촉면에서 발생할 수 있는 슬립이 방지되어야 하는 바, 클러치 디스크와 플라이 휠 사이의 상호 접촉 면압이 매우 커야하기 때문에 플라이 휠로부터 클러치 디스크를 분리하기 위해서는 부드럽게 작동되는 가속 페달과 달리 클러치 페달을 움직이기 위해서는 어느 정도의 힘을 가해 주어야 한다.

따라서, 차량의 운행중 가다 서다를 계속적으로 반복해야 할 때에는 발과 다리에 무리가 따르기도 하는 등 운전자에 부담을 줄 뿐 아니라 클러치 페달 조작이 미숙한 운전자의 경우는 변속시 차량의 시동이 꺼지거나 차량에 변속 충격을 가하게 되어 차량이 부드럽게 진행할 수 없게 된다.

그리고, 클러치 디스크와 플라이 휠의 빈번한 접촉/분리와 미숙한 클러치 페달 조작에 의한 반 클러치의 과도한 사용은 클러치 디스크와 플라이 휠의 상호 접촉면 사이의 과도한 슬립을 발생시켜 클러치 디스크의 빠른 마모를 초래하게 되고, 이는 동력 전달 손실로 연결되어 차량의 가속 능력이 떨어지거나 심할 경우에는 클러치 디스크를 조기 교환하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 각기 장단점을 가지고 있는 자동 및 수동 변속기의 장점만을 통합하고자 수동 변속기 시스템에 클러치 페달 조작의 자동화 시스템을 부착하여 수동 변속기 특유의 고연비와 저 유지 비용 및 가속 성능을 유지하면서 자동 변속기와 같이 클러치 페달을 사용하지 않고 수동 기어 변환이 가능한 수동 변속기 클러치의 자동제어 시스템이 다양한 형태로 개발되었다.

국내 실용신안 제 250268호에는 자동 변속기와 같이 클러치 페달을 제거하고 기어 변속을 위한 쉬프트 레버(shift lever)의 각 단별 이동 경로상에 제 1내지 제 3의 위치 감지 센서를 부착하여 쉬프트 레버의 이동 위치에 따라 클러치 디스크가 자동 작동되도록 하는 장치가 개시되어 있으나, 이 장치는 자동차 제작시 설계에서부터 적용되어야 할 뿐 아니라 필요시에도 수동 변속을 전혀 할 수 없는 문제가 있다.

그리고, 국내 실용신안 제 148338호 및 제 148352호에 개시되어 있는 수동 변속기 클러치의 자동 제어 장치는 클러치 시스템을 구성하는 유압 시스템에 연계시킴으로써 그 설치가 복잡하고 설치 비용이 상승할 뿐 아니라 유압식 클러치 시스템이 아닌 기계식 즉, 와이어식 클러치 시스템에는 적용할 수 없는 문제가 있다.

국내 실용신안 제 209496호에는 기계식으로 클러치 시스템을 구동시키는 장치가 개시되어 있으나, 이 방식은 가속 페달의 작동을 감지하는 스위치가 1단으로 되어 있어 가속 페달을 밟았는지 밟지 않았는지만을 감지 할 수 있기 때문에 가속 페달이 작동되는 정도에 따른 제어가 불가하다.

그리고, 상기 시스템은 핸드 스위치를 먼저 조작하여 온(on)시켜 클러치 페달을 자동 동작시킨 후 기어를 변속하여야 하며, 이 때는 동력이 전달되지 않는 상태이기 때문에 기어 변속 후에는 핸드 스위치를 다시 조작하여 오프(off) 상태로 해야 하는 번거러움이 있을 뿐 아니라, 상기 핸드 스위치가 오프 상태 하에서는 가속 페달의 작동 여부에 관계 없이 클러치 페달을 밟지 않은 상태 즉, 동력이 전달되고 있는 상태가 되어 항상 엔진 브레이크가 작동되는 상태가 되기 때문에 다음과 같은 문제가 있다.

변속을 위하여 핸드 스위치를 온(on)시키고 변속 후, 핸드 스위치를 오프시키면 클러치 페달은 동력 전달이 안되는 밟힌 상태에서 동력 전달이 되는 밟히지 않은 상태가 되기 위하여 움직이게 되는데, 이러한 과정에는 일정한 시간이 소요된 다.

즉, 클러치 페달의 복귀 속도는 가속 페달을 밟는 속도와 양에 상관 없이 항상 일정하게 복귀되기 때문에 오르막 길에서는 차가 뒤로 밀리게 될 뿐 아니라, 가속 페달을 밟은 양이 많으면 차가 변속 충격을 받으며 급격히 출발하게 됨과 동시에 클러치 디스크와 플라이 휠과의 접촉면 사이에서 과도한 슬립이 발생되어 클러치 디스크의 마모가 촉진되고, 가속 페달을 밟은 정도가 적으면 시동이 꺼지거나 힘이 부족하여 차가 떠는 현상이 발생한다. 따라서, 운전자는 클러치 페달의 복귀 속도 특성을 파악하여 가속 페달을 클러치 페달의 복귀 속도에 알맞게 조작하여야만 한다.

그리고, 클러치 시스템 구동을 위한 체인 권취 드럼의 정/역회전 및 정지 제어가 체인 권취 드럼의 외경보다 작고 동심원을 이루면서 체인 권취 드럼에 부착되어 있는 원형 기어에 의해 전후 수평 방향으로 작동되는 랙(rack) 기어에 의하여 접촉되는 스위치에 의하여 이루어지기 때문에, 각각에 해당되는 스위치들이 랙 기어의 이동 경로상 전후 및 상하에 분산, 배치되는 복잡한 구조이며, 장시간 사용에 따라 랙 기어의 이동 경로에 편차가 발생하여 스위치와의 접촉이 불안정하게 될 수가 있다.

상기외에도, 차량의 진공 배력을 클러치 작동의 동력으로 이용하고 엔진의 회전수 또는 차량의 주행 속도를 감지하여 클러치를 제어하는 방식도 있으나, 클러치 작동력이 엔진의 진공 배력으로부터 취해지기 때문에 그 구조가 상당히 복잡할 뿐 아니라 엔진 출력에 따라 상기 배력도 변화하는 바, 클러치의 정확한 제어가 어려우며 그러한 제어 장치의 장착도 매우 까다롭고 장착 시간도 많이 소요된다.

수동 변속기 차량의 클러치 시스템은 유압식과 와이어를 이용한 기계식이 있는 바, 상기 두 방식 모두에 적용할 수 있도록 자체적인 구동 시스템을 갖추고, 가속 페달의 압하(壓下) 수준을 다단계로 감지하여 그에 연계된 각 단계별 클러치 페달의 작동 상태를 제어할 수 있으며, 클러치 페달을 직접 작동시키는 클러치 구동 드럼의 회전을 직선 운동으로 변환시키지 않고 직접 그 회전 운동을 이용함으로써, 운동 변환에 따른 동작 불안정을 최소화 할 수 있는 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템을 제공함에 본 고안의 목적이 있다.

도 1은 본 고안 시스템의 개략 구성도.

도 2는 본 고안 시스템의 제어 블록도.

도 3은 본 고안 시스템을 구성하는 가속 감지기의 분해도.

도 4는 본 고안 시스템을 구성하는 가속 감지기를 보인 것으로,

(가)는 가속 페달을 충분히 밟았을 때의 가속 접촉자 위치를 보인 사시도이고,

(나)는 가속 페달을 밟지 않았을 때의 가속 접촉자 위치를 보인 사시도이다.

도 5는 구동 모터부와 클러치 페달 구동부를 보인 것으로,

(가)는 구동 모터부 및 클러치 페달 구동부의 일부 단면도이고,

(나)는 클러치 페달 구동부의 구조도이다.

도 6은 클러치 페달 구동부 하우징과 구동 드럼 및 캠의 분해도.

도 7은 클러치 페달 구동부 캠의 움직임을 보이는 모식도로,

(가)는 클러치 오프 상태의 캠 위치이고,

(나)는 클러치 온 상태의 캠 위치이며,

(다)는 반 클러치 상태의 캠 위치이다.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

1. 가속 페달 2. 가속 감지기

3. 신호 감지 및 구동 제어부 4. 구동 모터부

5. 클러치 페달 구동부 6. 클러치 페달

7. 차량 전원부

상기 본 고안의 목적은 가속 페달의 초기 가속 작동 단계를 적어도 두 단계 이상으로 구분하여 가속 신호를 감지하는 가속 감지기와, 가속 페달의 작동 단계에 따라 연계되는 다섯 개의 클러치 페달 위치 감지 스위치와, 다섯 개의 클러치 페달 위치 감지 스위치를 작동시키는 세 개의 캠과, 이 캠과 동축 상에 조립되는 클러치 페달 구동 드럼으로 구성되는 클러치 페달 구동부와, 메인 전원 스위치가 구비되는 각종 신호 감지 및 구동 제어부와, 구동 모터부에 의하여 달성된다.

본 고안 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템을 크게 나누면 신호 감지 및 구동 제어부와, 구동 모터부와, 클러치 페달 구동부와, 가속 감지기의 네부분으로 나눌 수 있으며, 각 구성부의 역할은 다음과 같다.

신호 감지 및 구동 제어부는 클러치 페달의 작동을 수동 또는 자동으로 선택할 수 있는 클러치 자동/수동 모드 선택 스위치의 역할을 하는 메인 전원 스위치가 구비되어 있으며, 가속 페달에 연결된 가속 감지기가 출력하는 다단계의 가속 페달 동작 신호와, 인코더를 통해 입력되는 차속 신호와, 브레이크 작동 신호와, 클러치 페달 구동부 하우징 저면에 부착되어 클러치 페달 작동 상태를 감지하는 각종 스위치들로부터의 신호 등이 입력되면, 입력된 신호를 근거로 하여 차량의 상태 즉, 변속이 필요한 시점인지 아닌지를 판단하게 되고, 그 판단 결과에 적절한 클러치 페달의 작동 위치를 확보하기 위하여 구동 모터부의 구동 모터를 정/역회전 및 정지시키며, 따라서 구동 모터에 연결된 클러치 페달 구동부가 작동하여 클러치 페달을 제어하게 된다.

구동 모터부의 정/역회전이 가능한 구동 모터로부터 동력을 전달 받아 클러치 페달을 작동시키는 클러치 페달 구동부의 클러치 페달 구동 드럼에는 세 개의 캠이 중심이 일치하도록 구동 모터 축에 함께 조립되며, 가속 페달 위치별 클러치 페달의 위치를 감지하는 다섯 개의 스위치는 상기 구동 드럼의 외주면 부근에서 캠과 접촉되도록 클러치 페달 구동부 하우징 저면 상에서 상기 구동 드럼의 외주면과 동심원을 이루는 형태로 고정되는 바, 상기 클러치 구동 드럼의 회전에 따라 상기 세 개의 캠에 의하여 접촉되어 클러치 페달의 위치가 감지되는 구조이다.

본 고안의 클러치 자동제어 시스템은 특히, 가속 페달이 초기 가속을 위하여 압하되는 단계를 적어도 두 단계 이상으로 구분하여 감지하고, 감지된 각 단계별 가속 페달의 위치에 따라 클러치 페달이 압하되는 양을 상호 연계시켜 엔진 동력이 완전히 분리되는 단계(이하 '클러치 온')와, 적어도 두 단계 이상의 반 클러치 상태와, 엔진 동력이 완전히 전달되는 단계(이하 '클러치 오프')의 즉, 클러치 온/오프 두 단계 + 적어도 두 단계 이상의 반 클러치 단계의 합에 해당하는 다단계 클러치 페달 위치를 설정하고, 기어 변속 후 가속 페달을 밟는 정도에 따라 그에 해당되는 클러치 페달의 조작 위치를 제어함으로써 오르막 길에서도 차량이 뒤로 밀리는 현상을 최소화 할 수 있으며, 항상 부드러운 출발이 가능하다.

상기 본 고안의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 본 고안 수동 변속기 차량의 클러치 자동제어 시스템을 구성하는 개략적인 구성도를, 도 2에 각종 감지 신호 및 제어 신호의 흐름을 보인 블록도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 가속 페달(1)에 가속 감지기(2)가 기계적으로 연결되고, 이 감지기(2)는 신호 감지 및 구동 제어부(3)에 전기적으로 연결되며, 차량의 전원부(7)에 연결되어 본 고안 장치의 작동시킬 것인지 수동으로 기어 변속할 것인지를 결정하는 클러치 작동 모드 선택 스위치가 구비된 신호 감지 및 구동 제어부(3)는 구동 모터부(4)에 전기적으로 연결되어 구동 모터를 제어하고, 상기 구동 모터에 의하여 동작되는 클러치 페달 구동부(5)는 클러치 페달과 기계적으로 연결된다.

상기 도 2의 구성도에는 신호 감지 및 구동 제어부(3)에 전기적으로 연결되는 브레이크 신호부와 차속 신호부는 생략되었다.

본 고안 시스템은 도 2의 블록도와 같이 가속 페달 조작 상태에 대한 신호와, 클러치 페달 구동부로부터 출력되는 클러치 페달 위치 신호와, 차속 신호와, 브레이크 신호 등 네 종의 신호가 신호 감지 및 구동 제어부의 피엘씨(PLC)에 입력되면, 사전에 프로그램된 피엘씨의 출력단으로부터 출력되는 제어 신호가 구동 모터의 정/역회전 및 정지를 제어함으로써 클러치 페달 구동부를 작동시켜 적절한 클러치 페달의 조작이 이루어지도록 되어 있으며, 차량의 전원부에서 인가된 전원에 의하여 상기 피엘씨의 작동 여부를 결정한다.

상기와 같이 동작하는 본 고안 시스템을 구성하는 각 구성품을 자세히 살펴보면 다음과 같다.

운전자가 행하는 가속 페달의 조작 상태를 세 단계로 구분하여 감지 가능한 가속 감지기(2)의 분해 사시도와 덮개를 제외한 결합 사시도를 도 2와 도 3에 도시하였다.

도시된 바와 같이, 가속 감지기(2)는 조립 볼트(21)와, 덮개(22)와, 접속자(23)와, 본체(24)로 구성된다.

접속자(23)는 직육면체 형상의 몸체(231)와, 몸체의 일측 단면에 수직하게 볼트 결합되고 적어도 두 개 이상의 가속 접촉자(233)를 각각 관통하는 가속 접촉자와 동 수의 가속 조정 볼트(232)와, 가속 페달과 상기 몸체(231)에 연결되어 가속 페달의 움직임에 따라 몸체(231)가 본체(24) 내벽면(241)을 따라 전후 직진 운동을 할 수 있도록 해주는 가속 감지 와이어(236)와, 몸체(231)의 상하 운동을 가이드 해주는 한 쌍의 가이드 로드(234)와, 가이드 로드(234)에 외삽되어 외부 힘이 작용되지 않았을 때 몸체(231)를 최초의 위치로 유지시키기 위한 스프링(235)으로 구성된다.

본체(24)의 일측면에는 길이 방향으로 상기 몸체(231)의 전후 직진 운동이 가능한 내벽면(241)이 형성되어 있으며, 상기 가속 조정 볼트(232)의 머리부 및 가속 접촉자(233)와 접촉하여 가속 페달이 조작된 정도를 감지하는 가속 접촉자와 동 수의 접점(242A)이 구비되는 가속 감지 스위치(242)를 부착할 수 있도록 관통구가 구비되어 있다.

상기 가속 감지기(2)는 가속 페달을 조작하지 않았을 경우, 도 4의 (가)에 도시한 바와 같이 몸체(231)가 당겨져 가속 조정 볼트(232)의 머리부와 가속 접촉자(233)가 가속 감지 스위치(242)에 구비된 가속 감지 접점(242A)으로부터 모두 떨어져 있는 상태가 되며, 가속 페달을 밟음에 따라 가강 길게 조정된 가속 접촉자부터 차례로 가속 감지 접점(242A)과 접촉하여 결국은 도 4의 (나)와 같이 모두 접촉하게 된다.

즉, 가속 감지기(2)는 가속 페달을 밟는 정도를 적어도 두 단계 이상으로 감지할 수 있으며, 또한 상기 가속 조정 볼트(232)의 길이를 조정하여 각 단계에 해당하는 엔진 회전수를 적절히 선택함으로써 반 클러치 상태를 최적으로 조정 가능하도록 이루어진 구조이다.

구동 모터부(4)는 정/역회전이 가능한 구동 모터와, 구동 모터의 회전력과 방향을 변환시켜주는 기어들과, 클러치 페달 구동 드럼에 연결되는 축으로 구성되고 신호 감지 및 구동 제어부(3)로부터 출력되는 제어 신호에 의하여 동작하게 되는 구동 모터의 정/역회전 운동을 클러치 페달 구동 드럼에 전달한다.

클러치 페달 구동부(5)는 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이 하우징(51)과, 클러치 페달 구동 드럼(52)과, 이 드럼(52)의 외주면 상에 고정되어 드럼(52)의 회전 운동을 클러치 페달(6)에 전달 하는 체인(53)과, 이 체인(53)과 클러치 페달을 연결하는 와이어(54)와, 상기 드럼(52)의 저면에서 상기 구동 모터의 축에 상기 드럼(52)과 함께 조립되는 세 개의 캠(55)과, 클러치 페달이 완전히 눌려 동력 전달이 불가한 상태를 감지하는 클러치 온 스위치(57)와, 클러치 페달이 전혀 작동되지 않은 상태를 감지하는 클러치 오프 스위치(58)와, 가속 감지기(2)에서 감지되는 가속 페달의 초기 가속시 각 가속 단계별 필요한 반 클러치 수준을 감지하는 상기 가속 감지 접점(242A)과 동 수, 즉 적어도 두 개 이상의 반 클러치 감지 스위치(56)로 구성된다.

상기 하우징(51)의 저면은 3단의 층을 이루게 되며, 클러치 오프 스위치(58)가 부착된 저면(5C) - 클러치 온 스위치(57)가 부착된 저면(5B) - 반 클러치 감지 스위치(56)가 부착된 저면(5A)의 순으로 그 깊이가 얕아 진다.

따라서, 클러치 오프 스위치(58)는 가장 하단에 조립되는 하단 캠(553)에 의하여, 클러치 온 스위치(57)는 중단 캠(552)에 의하여, 적어도 두 개 이상의 반 클러치 감지 스위치(56)는 상단 캠(551)에 의하여 작동되며, 하단 캠(553)은 클러치 오프를 감지하는 역할을 하기 때문에 클러치 구동 드럼(52)에 조립되는 위치가 고정된다.

그러나, 상·중단 캠(551)(552)은 클러치 페달의 유격과 가속 페달의 민감성이 차량마다 차이가 나기 때문에 차량 특성에 맞도록 캠의 접촉 위치를 조정해야 하는 바, 원형의 고정 홈(553A)이 있는 하단 캠(553)과 달리, 상·중단 캠(551)(552)은 반 클러치 감지 스위치와의 접촉 부위를 조정할 수 있도록 원형 말굽 형태의 조절공(551A)(552A)이 캠의 두 단면을 관통하면서 형성되어 있다.

본 고안 시스템에 의하여 작동되는 클러치 페달의 움직임은 클러치 페달이 완전히 눌려 클러치 디스크가 플라이 휠에서 완전 분리됨으로써 엔진 동력이 전달되지 않는 클러치 온 상태와, 클러치 페달이 어느 정도만 눌려 클러치 디스크가 플라이 휠에 슬립되는 상태로 접촉됨으로써 엔진 동력의 일부분만이 전달되는 반 클러치 상태와, 클러치 페달이 전혀 눌리지 않아 클러치 디스크가 플라이 휠에 완전 접촉됨으로써 엔진 동력이 전달되는 클러치 오프 상태로 구분된다.

그리고, 상기 반 클러치 상태는 적어도 두 단계 이상의 다단계로 구분되며, 첫 단계는 클러치 디스크가 플라이 휠에서 분리되기 시작하는 단계로서 슬립 마찰력의 정도가 강한 상태이며, 최종 단계는 클러치 디스크가 플라이 휠에서 완전히 분리되기 직전의 슬립 마찰력이 매우 약한 상태이고, 그 중간 단계는 상기 첫 단계와 최종 단계에서 발생하는 슬립과 동력 전달 손실의 중간 단계이다.

상기와 같이 다단계로 구분되는 클러치 페달의 작동 상태를 제어하는 방법이 본 고안의 핵심이 되며, 클러치 페달의 작동과 제어 신호와의 관계는 다음의 표 1과 같다.

클러치 온	반 클러치	클러치 오프
* 주 전윈 인가시.*가속 페달 비가동시.*20km/hr 이하에서 브레이크작동시.	*반 클러치 감지 스위치와상단 캠이 접촉될정도로 가속 페달을작동시 킬 때.	*클러치 온 스위치와중단 캠이 접촉될정도로 가속 페달을충분히 작동시킬 때.*20km/hr 초과시 브레이크를작동할 때.

* 상기 표에서 기준 차속 20km/hr은 안전, 운전 습관, 차종에 따라

조정 가능함.

이상에서 살펴본 클러치 작동 단계와 그에 필요한 제어 신호와의 연관성을 근거로 본 고안 시스템을 장착한 수동 변속기 차량의 작동 원리를 살펴보면 다음과 같다.

본 고안 시스템의 메인 스위치인 자동/수동 설정 스위치를 자동으로 설정하고 차량의 시동을 걸면 클러치 구동 드럼(52)이 정회전하게 되고, 이 드럼(52)의 저면에 조립되는 하단 캠(553)이 회전하여 클러치 오프 스위치(58)와의 접촉이 끊어짐과 동시에 함께 회전하는 중단 캠(552)이 클러치 온 스위치(57)와 접촉하는 위치에서 클러치 구동 드럼(52)이 정지하여 클러치 온 상태가 된다.

그리고, 이때 상단 캠(551)의 볼록한 접촉부는 3번과 2번 및 1번 반 클러치 감지 스위치(563)(562)(561)를 벗어난 곳에 위치하게 된다.

상기 클러치 온 상태에서 기어를 변속한 후, 가속 페달을 밟으면 상기 드럼(52)이 역회전 하면서 클러치 페달이 완전히 눌린 상태에서 상승하게 되고, 가속 페달을 작동시킨 정도에 따라 상단 캠(551)이 그에 해당하는 반 클러치 감지 스위치(56)와 접촉하면서 반 클러치 상태를 유지하게 되며, 더욱 가속 페달을 누르게 되면 하단 캠(552)이 클러치 오프 스위치(57)를 접촉하여 활성화 되도록 상기 구동 드럼(52)이 역회전 하여 클러치 오프 상태가 된다.

상기 세개의 캠과 모두 더섯개의 스위치의 접촉 과정을 간단히 도식화 한 것이 도 8의 (가) 내지 (다)이다.

도 8의 (가)는 시동전 각 캠의 위치로서, 본 고안 시스템의 메인 스위치를 수동으로 선택시 항상 클러치 오프 스위치(58)와 하단 캠(553)이 접촉된 상태가 된다.

시동을 걸면 도 8의 (나)와 같이 클러치 오프 스위치(58)와 하단 캠(553)의 접촉이 단절되면서 중단 캠(552)과 클러치 온 스위치(57)가 접촉하도록 클러치 구동 드럼이 정회전하게 되며, 이때 상단 캠(551)의 접촉부는 반 클러치 감지 스위치(56)를 벗어난 상태가 된다.

클러치 온 상태에서 기어 변속 후, 가속 페달을 누르기 시작하면 도 8의 (다)와 같이 상단 캠(551)이 반 클러치 감지 스위치(56)와 접촉하면서 반 클러치 상태가 유지되고, 더욱 가속 페달을 누르면 도 8의 (가) 상태와 같이 하단 캠(553)과 클러치 오프 스위치(58)가 접촉되는 클러치 오프 상태가 되어 엔진의 동력이 전달된다.

그리고, 본 고안의 시스템은 20km/hr를 초과하는 속도로 운행 중에 가속 페달에서 발을 떼면 클러치 온 상태가 되도록 클러치 구동 드럼이 작동하여 엔진 브레이크가 필요할 때는 브레이크를 작동시켜야 한다. 즉, 가속 페달이 조작되지 않아도 브레이크를 작동시키면 클러치 구동 드럼이 재작동하여 클러치 오프 상태가 되어 엔진 브레이크를 사용할 수 있게 된다.

그러나, 20km/hr 이하의 속도에서는 브레이크를 작동하여도 가속 페달을 조작하지 않으면 클러치 온 상태가 되도록 제어되어 시동이 꺼지지 않게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안 수동 변속기 차량의 클러치 자동제어 시스템은 가속 페달이 조작되는 단계를 다단계로 구분 감지 하여 반 클러치 상태를 적절히 제어함으로써 변속 후 부드러운 출발이 가능할 뿐 아니라, 클러치 페달의 작동 상태를 감지하는 스위치를 활성화시키는 세 개의 캠 중에서 상·중단 캠의 위치를 차량에 따라 손쉽게 조절 가능하고, 전원과 차속 및 브레이크 신호만을 차량으로부터 입력 받으면 되는 바, 본 고안 시스템은 차량의 종류에 관계 없이 손쉽게 장착 가능하여 운전자의 운전 부담을 덜어 줄 수가 있다.

Claims (4)

1. 수동 변속기 차량의 클러치 조작을 자동화 하는 시스템으로, 피엘씨로 구성되며 차량 전원부(7)에 연결되어 클러치 조작의 자동/수동을 선택할 수 있는 모드 선택 스위치가 구비되고 가속 페달에 연결되는 가속 감지기(2)가 출력하는 가속 페달 동작 신호와 인코더를 통해 입력되는 차속 신호와 브레이크 작동 신호와 클러치 온/오프 및 반 클러치 상태 감지 스위치들로부터 출력되는 신호들을 입력 받아 클러치 페달(6)의 위치가 확보되도록 구동 모터부(4)를 제어하는 신호 감지 및 구동 제어부(3)와, 신호 감지 및 구동 제어부(3)로부터 신호를 입력 받아 클러치 페달 구동부(5)를 동작시키는 구동 모터부(4)와, 구동 모터부(4)의 구동 모터 회전축에 조립되는 클러치 페달 구동 드럼(52)의 회전력으로 클러치 페달 구동 드럼(52)의 외주면과 클러치 페달(6)을 연결하는 체인(53)과 와이어(54)를 통하여 클러치 페달(6)을 작동시키는 클러치 페달 구동부(5)와, 가속 페달(1)과 기계적으로 연결되어 가속 상태를 감지하고 상기 신호 감지 및 구동 제어부(3)로 가속 상태 신호를 전달하는 가속 감지기(2)로 구성됨을 특징으로 하는 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 피엘씨로 구성되는 신호 감지 및 구동 제어부(3)에는 차량 전원이 연결되어 클러치 조작의 자동/수동을 선택할 수 있는 모드 선택 스위치가 구비되며, 가속 페달에 연결되는 가속 감지기(2)가 출력하는 적어도 두 단계 이상의 가속 페달 동작 신호와, 인코더를 통해 입력되는 차속 신호와, 브레이크 작동 신호와, 클러치 페달 구동부 하우징(51) 저면에 부착되어 클러치 페달(6) 작동 상태를 감지하는 클러치 온/오프(57)(58) 및 적어도 두 개 이상의 반 클러치(56) 상태 감지 스위치들로부터 출력되는 신호들을 입력 받고, 이 신호들을 분석하여 최적의 클러치 페달 위치가 확보되도록 구동 모터부(4)를 제어함을 특징으로 하는 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 클러치 페달 구동부(5)는 하우징(51)과, 클러치 페달 구동 드럼(52)과, 클러치 페달 구동 드럼의 외주면 상에 고정되어 클러치 페달 구동 드럼의 회전 운동을 클러치 페달에 전달 하는 체인(53)과, 체인과 클러치 페달을 연결하는 와이어(54)와, 클러치 페달 구동 드럼의 저면에서 구동 모터의 회전축에 클러치 페달 구동 드럼과 함께 조립되는 세 개의 캠(55)과, 클러치 페달이 완전히 눌려 동력 전달이 불가한 상태를 감지하는 클러치 온 스위치(57)와, 클러치 페달이 전혀 작동되지 않은 상태를 감지하는 클러치 오프 스위치(58)와, 가속 감지기(2)에서 감지되는 가속 페달의 초기 가속시 각 가속 단계별 필요한 반 클러치 수준을 감지하는 적어도 두 개 이상의 반 클러치 감지 스위치(56)로 구성되며, 상기 하우징(51)의 저면은 3단의 층을 이루고 상기 클러치 오프 스위치(58)가 부착된 하우징 저면 - 클러치 온 스위치(57)가 부착된 하우징 저면 - 반 클러치 감지 스위치(56)가 부착된 하우징 저면의 순으로 그 깊이가 얕아 짐을 특징으로 하는 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 가속 감지기(2)는 다수의 조립 볼트(21)와, 덮개(22)와, 접속자(23)와, 본체(24)로 구성되며, 접속자(23)는 직육면체 형상의 몸체(231)와, 몸체의 일측 단면에 수직하게 볼트 결합되고 적어도 두 개 이상의 가속 접촉자(233)를 관통하는 가속 접촉자와 동 수의 가속 조정 볼트(232)와, 가속 페달(1)과 상기 몸체(231)에 연결되어 가속 페달의 움직임에 따라 몸체(231)가 본체 내벽면(241)을 따라 전후 직진 운동을 할 수 있도록 해주는 가속 감지 와이어(236)와, 몸체(231)의 전후 직진 운동을 가이드 해주는 한 쌍의 가이드 로드(234)와, 가이드 로드(234)에 외삽되어 외부 힘이 작용되지 않았을 때 몸체(231)를 최초의 위치로 유지시키기 위한 스프링(235)으로 구성되고, 본체(24)의 일측면 길이 방향으로는 상기 몸체(231)의 전후 직진 운동이 가능한 내벽면이 형성됨과 함께 상기 가속 조정 볼트(232)의 머리부 및 가속 접촉자(233)와 접촉하여 가속 상태를 감지하는 가속 접촉자와 동 수의 접촉 접점(232A)이 구비되는 가속 감지 스위치(242)가 부착됨을 특징으로 하는 수동 변속기 차량의 클러치 자동 제어 시스템.