KR20080037701A - 차량용 다이어프램 스프링 클러치의 작동을 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공압식, 유압식 또는 전동식 액추에이터(24)를 통해 차량용 다이어프램 스프링 클러치(20)을 작동하기 위한 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 그 출력 제어 변수를 통해 액추에이터(24)가 구동되는, 액추에이터(24) 전단에 설치된 조절기를 포함한다. 해제 경로에서 다이어프램 스프링에 전형적인 해제력의 강한 비선형성(nonlinearity)을 보상하기 위해 조절기가 사용되는데, 해제력의 이러한 비선형 진행이 액추에이터(24)의 상응하게 조정된 구동을 통해 최소한 거의 보상되도록 조절기의 특성곡선 진행이 설계되므로 해제력이 전체 해제 경로에 걸쳐 거의 일정하게 유지된다.

액추에이터, 다이어프램 스프링 클러치, 제어 변수, 비선형성, 특성곡선

Description

차량용 다이어프램 스프링 클러치의 작동을 위한 장치{DEVICE FOR ACTUATING A DIAPHRAGM SPRING CLUTCH FOR VEHICLES}

본 발명은 청구항 1항의 전제부에 설명한 차량용 다이어프램 스프링 클러치의 작동을 위한 장치에 관한 것이다.

다이어프램 스프링 클러치는 스타트 클러치로서 차량의 자동화 변속기와 함께 자주 사용된다. 다이어프램 스프링은 압력판 및 마찰 라이닝을 구비한 클러치 디스크를 마찰 체결을 통해 서로 결합시키는 압박 압력을 제공하는 기능을 한다. 클러치를 해제시키기 위해서는, 압력판을 해당 클러치 디스크에서 올려야 하므로, 압력판을 가압하는 다이어프램 스프링이 가해진 이 압박력에 대해 조절되어야 한다. 실제로 액추에이터에 의해 동작된 클러치 해제 부재가 적합한 레버 아암을 통해 다이어프램 스프링을 압박하므로, 해제 부재를 통해 가해야 하는 해제력이 항상 다이어프램 스프링에 의해 가해진 압박력보다 적다.

액추에이터는 액추에이터에 대해 제어 변수(control variable)를 제공하는 전단에 설치된 조절기에 의해 구동된다. 건식 단판 클러치와 건식 다판 클러치 및 당겨진 클러치와 압박된 클러치의 차이점에 대해서는 상세히 설명되지 않는데, 그 이유는 모든 이런 클러치 유형의 작동 방식은 동일하며 그와 관련하여 아래에서 설 명되는 단점이 대부분 발생하기 때문이다. 차량 기술 분야에서는 주로 공압식 또는 유압식 액추에이터가 사용되지만, 원칙적으로 액추에이터로는 공압식, 유압식 또는 전동식 구동장치를 사용할 수 있다.

차량 클러치와 관련된 다이어프램 스프링의 기본적인 단점은 그 강한 비선형적 해제력 특성, 즉 해제 경로(release path)에 대한 해제력(releasing force)의 진행에 있다. 해제력 특성곡선(characteristic curve)의 특징은 다음과 같다. 매우 가파른 진행에서는 특정한 해제 경로에서 해제력이 매우 강하게 변하며 평평한 진행에서는 큰 해제 경로에 걸쳐 거의 힘의 변화가 발생하지 않는다.

해제력은 이런 해제력 특성곡선에 상응하게 비선형적으로 해제 경로에 따라 결정된다. 이러한 비선형적 해제력의 결과로서, 제어 증폭이 해제 경로 또는 해제 부재 및 액추에이터의 해제 위치에 따라 변한다. 제어 증폭의 개념은 액추에이터의 설정된 제어 변수에 대한 제어 대상의 반응을 의미한다. 제어 반응은 예를 들어 다이어프램 스프링, 해제 베어링(release bearing), 릴리즈 포크(release fork) 및 액추에이터를 포함한다. 설정된 조절 변수에 대한 제어 대상의 반응은 위치에 따라 변한다.

이러한 사실이 예를 들어 조절기 설계 시 고려되지 않을 경우, 이로 인해 낮은 제어 증폭 구간에서 매우 느린 조절기 거동이 발생하거나(목표 위치에 도달하는 시간이 매우 김) 또는 조절기가 높은 제어 증폭 위치에서 진동하는 경향이 나타난다.

이러한 배경에서 본 발명의 목적은, 제어 증폭이 전체 해제 경로(release path)에서 적어도 거의 일정하게 유지되며 조절기 거동이 너무 느리지 않거나 또는 진동 경향이 나타나지 않는 값을 갖는, 차량용 다이어프램 스프링 클러치 작동 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 독립항의 특징을 통해 달성되며, 본 발명의 다른 바람직한 형태 및 개선된 형태는 종속항에 명시된다.

본 발명은 다음과 같은 인식에 근거한다. 제어 증폭, 즉 제어 변수에 대한 제어 대상의 반응이 한편으로는 해제 경로의 특정한 점에서 해제력에 따라 변하지만 다른 한편으로는 이 점에 작용하는 액추에이터 제어 변수(control variable)에 따라서도 변하므로, 전술한 목적과 관련하여 상응하는 작동력 변경을 통해 제어 증폭을 변화시키거나 또는 목적에 맞게 선택하는 것이 가능해야 한다.

따라서 본 발명은, 공압식, 유압식 또는 전동식 액추에이터를 통해 차량용 다이어프램 스프링 클러치을 작동하기 위한 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 그 출력 제어 변수를 통해 액추에이터가 구동되는, 액추에이터 전단에 설치된 조절기를 포함한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 조절기가 제공되는데, 그 특성곡선 진행(입력 목표값에 대한 출력 제어 변수(output control variable))은 다음과 같이 설계된다. 제어 증폭이 적어도 거의 동일하게 유지되고 조절기 거동이 너무 느리거나 진동 경향을 나타내지 않도록 해제력(해제 경로(release path)에 대한 해제력(releasing force))과 관련된 다이어프램 스프링 자체의 비선형적 진행이 보상된다.

기술적 관점에서 볼 때 이러한 조절기가 원하는 특성곡선 진행을 갖도록 설계하는 것이 가능하므로, 다이어프램 스프링의 해제력 특성곡선과 조절기의 적합한 특성곡선을 중첩함으로써 해제력 특성곡선의 비선형적 진행을 보상하고 제어 증폭에 원하는 특성을 부여하는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이, 일반적으로 다이어프램 스프링 클러치의 작동을 위한 장치는 공압식 또는 유압식 액추에이터를 포함하며, 이러한 액추에이터는 제어되는 흡기 밸브 장치 및 배기 밸브 장치를 통해 구동된다. 이러한 유형의 장치의 경우 본 발명의 바람직한 실시 형태에서는, 설정된 특성곡선에 상응하게 클러치의 각 해제 위치에 따라서 조절기가 액추에이터의 밸브 장치로 제어 변수를 출력하도록, 조절기가 설계된다.

따라서 해제 경로의 각 점에서 조절기의 제어 변수 및 이로써 그에 의해 구동되는 액추에이터의 제어 변수가, 그로 인해 나타나는 제어 증폭이 해제 경로(release path) 전체에 걸쳐 적어도 거의 일정하게 유지되고 원하는 크기를 갖는 특성을 나타낸다.

제어되는 흡기 밸브 장치 및 배기 밸브 장치를 통해 구동되는 공압식 또는 유압식 액추에이터를 구비한 장치에서 액체 유량을 위한 최대한 큰 구역을 제공하기 위하여, 액체 유량의 증가를 위해 단계적으로 작동시킬 수 있는 두 개 또는 이 이상의 평행하게 배치되고, 개별적으로 구동 가능한 밸브를 구비한 밸브 장치를 사용하는 것이 이미 알려져 있다. 액체 유량의 급격한 변화 및 이로써 전환점에서 조절 장치의 제어 변수의 급격한 변화를 방지하기 위하여, 본 발명의 다른 실시 형태에서는, 밸브 장치의 개별 밸브를 켜거나 끌 때 각각의 활성화된 밸브가, 즉 그 유량이 상응하게 설계된 조절기 특성곡선을 통해 제어되므로 그로 인해 나타나는 제어 증폭이 전환점에서 변하지 않는다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 각 밸브 장치가 더 큰 개구 직경을 갖는 제1 밸브 및 더 작은 밸브 직경을 갖는 제2 밸브를 포함하며, 조절기의 설정된 제어 변수를 상회할 경우 양측 밸브가 활성화되고 이 제어 변수를 하회할 경우 단지 제2 밸브만 활성화된다. 전환 시 밸브 구동이 변해야 하는 만큼의 값은 물리적 밸브 파라미터(개구 직경 등)에서 계산할 수 있다. 작은 제어 변수에서는(조절기의 설정된 제어 변수에 미달되는 경우) 단지 작은 개구 직경을 갖는 밸브만 구동됨으로 인해, 조절기 제어에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 현저하게 더 정확한 위치 결정이 가능하다.

또한 본 발명의 바람직한 형태에서는, 어느 한 밸브 장치의 밸브들이 제어 가능한 펄스 주파수를 갖는 2위치 밸브이다. 이에 따라 밸브의 유량은 밸브 통로 횡단면의 변경을 통해서가 아니라 시간 단위의 개폐 사이클의 수에 따라 제어된다. 이러한 유형의 밸브는 설계적으로 간단한 구조 및 제어 기술적 측면에서 용이한 취급성 뿐 아니라 우수한 기능 안정성 및 작동 정확성을 갖는다.

그 결과로 나타나는 시스템의 제어 증폭은 흡기 밸브 장치의 변화하는 공급 압력을 통해서도 조절이 가능하다. 이러한 경우 본 발명에 따른 다른 실시 형태에서는, 클러치의 해제 경로에 따라 변하는 흡기 밸브 장치의 공급 압력도 일정하게 유지되는 제어 증폭과 관련하여 보상되도록, 즉 조절기의 제어 변수가 공급 압력에 따라 변경되도록 조절기의 특성곡선 진행이 설계된다.

본 발명의 다른 실시 형태에서는 다이어프램 스프링의 비선형성(nonlinearity)의 보상(compensation)을 위한 특성곡선이 조절기 파라미터에 직접 작용하며 클러치의 해제 경로에 대해 일정하게 유지되는 제어 증폭을 위하여 이런 파라미터를 변경할 수 있다.

본 발명은 실시예를 통해 상세히 설명된다. 설명을 위해 하나의 도면이 첨부되었다. 도면은 다음과 같다.

도 1은 체결된 상태에 있는 종래 방식의 차량용 다이어프램 스프링 클러치를 나타낸다.

도 2는 해제된 상태에 있는 도 1의 다이어프램 스프링 클러치를 나타낸다.

도 3은 도 1 및 도 2에 따른 다이어프램 스프링 클러치의 해제력 특성곡선 그래프를 나타낸다.

도 4는 공압식 액추에이터를 통한 다이어프램 스프링 클러치의 작동을 위한 장치의 개략적 회로도를 나타낸다.

도 1은 종래 방식의 다이어프램 스프링 클러치(2)의 종단면도를 나타낸다. 다이어프램 스프링 클러치(2)는 크랭크 샤프트(3)와 결합된 플라이휠(4)을 포함하는데, 이 플라이휠은 케이지 형태의 연결 부재(6)를 통해 다이어프램 스프링(8)을 지지한다. 다이어프램 스프링(8)은 거의 원형으로 형성된다. 다이어프램 스프링은 그 외측 둘레에서 연결 부재(6)와 결합한다. 외측 둘레에서 방사상 외측으로 다이어프램 스프링(8)에 압력 링(pressure ring)(10)이 고정되어 있는데, 이 압력 링은 도 1에 도시한 클러치의 체결된 위치에서 클러치 디스크(12)에 접하며 그를 플라이휠(4)에 압박하고 플라이휠(4)과 결합된 압력 링(10)과 클러치 디스크(12) 사이에서 마찰 체결을 형성한다. 클러치 디스크(12)는 변속기 입력축(14)과 견고학 결합되어 있으므로, 도 1에 도시한 클러치(2)의 체결된 위치에서는 변속기 입력축(14)이 크랭크 샤프트(3)와 회전 결합된다.

다이어프램 스프링(8)은 중앙 개구(16)를 포함하며, 도면에 도시하지 않은 액추에이터와 결합된 해제 부재(18)가 이 개구에 맞물리는데, 이 해제 부재는 도 2에 도시한 바와 같이 클러치를 해제시키는 기능을 한다.

도 2는 해제된 상태의 다이어프램 스프링 클러치(2)를 나타낸다. 해제 부재(18)는 해제 경로(a)만큼 우측으로 이동되어 있고 다이어프램 스프링(8) 및 그와 결합된 압력 링(10)이 이동되므로 압력 링(10)과 클러치 디스크(12) 사이에 더 이상 마찰 체결이 존재하지 않으며, 즉 클러치가 해제된 상태이다.

도 1에 도시한 위치에서부터 도 2에 도시한 위치로 해제 부재(18)를 이동시키기 위해, 도면에 도시하지 않은 액추에이터에 의해 해제력(F)이 가해진다.

도 3은 해제 경로(a)에 대한 해제력(F)의 변화를 나타내며 이 해제력은 클러치(2)의 체결 시 해제 부재(18)의 좌측에서 우측으로의 동작에 따라 변하는 힘에 해당한다. 여기에서 점(P1)은 도 1에 도시한 상태, 즉 체결된 상태에 해당하는데, 이 상태에서는 해제 부재(18)가 다이어프램 스프링(8)에 힘을 전달하지 않는 반면, 진행 곡선(k)의 점(P2)은 도 2에 도시한 상태에 해당하며, 이 상태에서는 해제 부재(18)가 큰 해제력을 갖는다.

진행 곡선(k)은 다이어프램 스프링에 전형적인 강한 비선형성(nonlinearity)을 나타낸다. 상세히 전술한 바와 같이, 적합한 보상이 없을 경우 그 결과로서 이러한 곡선 진행에서는 제어 증폭, 즉 액추에이터의 일정하게 유지되는 제어 변수(control variable)에 대한 제어 대상의 반응이 해제 경로에 대해 변한다.

해제 경로에 대해 일정하게 유지되는 제어 증폭에 대한 보상은 액추에이터 전단에 설치된 조절기를 통해 이루어진다.

도 4는 도 1 및 도 2를 통해 이미 설명한 바와 유사한, 공압식 액추에이터(24)를 통해 작동 가능한 다이어프램 스프링(22)을 구비한 다이어프램 스프링 클러치(20)에 대한 개략도를 나타낸다. 공압식 액추에이터(24)는 제어 가능한 흡기 밸브 장치(26) 및 제어 가능한 배기 밸브 장치(28)를 통해 구동된다.

흡기 밸브 장치(26)는 두 개의 2위치 밸브(30, 32)를 포함하며, 그 개폐 주파수는 제어가 가능하다. 밸브(30)는 더 작은 개구 단면적을 가지며 밸브(32)는 더 큰 개구 단면적으로 갖는다.

이와 유사하게도 밸브 장치(28)는 두 개의 2위치 밸브(34, 36)를 포함하는데, 밸브(34)는 더 작은 개구 횡단면적으로 가지며 밸브(36)는 더 큰 개구 단면적으로 갖는다.

흡기 밸브 장치(26)는 압축 공기원(38)과 연결된다. 이 압축 공기원은 공압 식 액추에이터(24)의 조절에 필요한 특정한 공급 압력의 공급 공기를 공급한다.

전술한 바와 같이, 다이어프램 스프링 클러치(20)의 해제를 위해 액추에이터(24)가 다이어프램 스프링(22)의 힘에 대항하여 조절된다. 즉 압축 공기가 흡기 밸브 장치(26)를 통해 액추에이터(24)의 실린더에 공급된다. 조절기의 제어 변수(control variable)가 설정된 한계를 초과하는 경우, 양측 밸브(30, 32)가 구동된다. 조절기의 제어 변수가 설정된 한계에 미달되는 경우, 더 작은 개구 단면적을 갖는 밸브(30) 만 구동된다.

이 단계에서 제어 증폭이 급격하게 변하지 않도록 하기 위해, 밸브 구동 변수, 즉 이 경우에는 밸브(30)의 밸브 주파수가 하강하는 밸브(32)의 유량에 상응하게 변하므로, 유량이 그 전에 양측 밸브를 통해 달성된 유량으로 연속적으로 연결된다. 전환 시 밸브 구동이 변해야 하는 만큼의 값은 물리적 밸브 파라미터(개구 직경 등)에서 계산할 수 있다.

작은 제어 변수에서는(설정된 한계에 미달되는 제어 변수) 단지 작은 개구 단면적의 밸브만 구동됨으로 인해, 조절기 제어에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 현저하게 더 정확한 위치 결정이 가능하다.

다이어프램 스프링 클러치(20)의 체결을 위해, 공압식 액추에이터(24)의 실린더에 존재하는 압축 공기가 배기 밸브 장치(28)를 통해 유사한 방식으로 방출된다.

본 발명은 차량용 다이어프램 스프링 클러치의 작동을 위한 장치에 이용될 수 있다.

[도면부호의 설명]

2 다이어프램 스프링 클러치, 클러치

3 크랭크 샤프트

4 플라이휠

6 연결 부재

9 다이어프램 스프링

10 압력 링

12 클러치 디스크

14 변속기 입력축

16 중앙 개구

18 해제 부재

20 다이어프램 스프링 클러치

22 다이어프램 스프링

24 공압식 액추에이터

26 흡기 밸브 장치

28 배기 밸브 장치

30 2위치 밸브

32 2위치 밸브

34 2위치 밸브

36 2위치 밸브

38 압축 공기원

a 해제 경로

F 해제력

k 진행 곡선

P1 k 상의 점

P2 k 상의 점

Claims (7)

1. 그 출력 제어 변수를 통해 액추에이터가 구동되는, 액추에이터 전단에 설치된 조절기를 포함하는, 공압식, 유압식 또는 전기식 액추에이터를 통해 차량용 다이어프램 스프링 클러치(2)을 작동하기 위한 장치에 있어서,

   액추에이터의 상응하는 조정된 구동을 통하여 해제력(F)(해제 경로에 대한 해제력)과 관련된 다이어프램 스프링(8) 자체의 비선형적 진행(k)이 최소한 거의 보상되도록, 그 특성곡선 진행(입력 목표값을 통한 출력 제어 변수)이 설계된 조절기가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제어되는 흡기 밸브 장치 및 배기 밸브 장치를 통해 구동되는 공압식 또는 유압식 액추에이터를 구비한, 제1항에 따른 장치에 있어서,

   설정된 특성곡선에 상응하게 클러치(2)의 각 해제 위치에 따라서 조절기가 액추에이터(24)의 밸브 장치(26, 28)로 제어 변수를 출력하도록, 조절기가 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 밸브 장치가 평행하게 배치되며, 개별적으로 구동 가능한 각각 두 개 또는 그 이상의 밸브를 포함하는 제2항에 따른 장치에 있어서,

   어느 한 밸브 장치(26; 28)의 개별 밸브(30, 32; 34, 36)를 켜거나 끌 때 이로 인해 전환점에서 제어 증폭이 변하지 않도록 각각의 활성화된 밸브가 구동되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 각 밸브 장치(28; 30)가 더 큰 개구 횡단면을 갖는 제1 밸브(32; 36) 및 더 작은 밸브 횡단면을 갖는 제2 밸브(30; 34)를 포함하며, 조절기의 설정된 제어 변수를 상회할 경우 양측 밸브(30, 32; 34, 36)가 활성화되고 이 제어 변수를 하회할 경우 단지 제2 밸브(30; 34)만 활성화되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브(30, 32; 34, 36)가 각각 제어 가능한 개폐 주파수를 갖는 2위치 밸브인 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 일정하게 유지되는 제어 증폭과 관련하여 클러치(20)의 해제 경로에 대해 변화하는 흡기 밸브 장치(26)의 공급 압력이 보상되도록 조절기의 특성곡선 진행이 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 조절기의 특성곡선이 직접 조절기 파라미터에 작용하는 것을 특징으로 하는 장치.

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