KR20090010037A - 자동 마찰 클러치의 가동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 마찰 클러치의 가동 방법에 관한 것으로서, 이 방법에서는 에너지 입력에 상응하는 클러치 부하가 산출되며 클러치의 가동 모드가 산출된 클러치 부하에 따라 제어된다. 본 발명에서는 낮은 에너지 입력으로 인한 클러치 라이닝의 글레이징이 클러치의 슬립 가동 시간을 기준으로 클러치 부하의 선별적 증가를 통해 보상되고 조기 마모가 클러치 부하의 선별적 감소를 통해 보상된다.

Description

자동 마찰 클러치의 가동 방법{METHOD FOR OPERATING AN AUTOMATIC FRICTION CLUTCH}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 자동 마찰 클러치의 가동 방법에 관한 것이다.

조작자에 의해 직접 작동되지 않는 마찰 원리로 작동하는 자동 마찰 클러치는 이미 오래 전부터 특히 차량에 사용되어 왔다. 따라서 본 발명은 하기에서 차량 클러치를 예시로 설명되지만 차량 클러치로 한정되지 않으며 원칙적으로 다양한 클러치 작동과정에서 각각 서로 다른 클러치 부하가 가해지는 모든 클러치에 적용될 수 있다.

특히 자동화 수동변속기가 탑재된 차량에서는 자동 마찰 클러치가 기어 변속 및 기동 과정에서 정기적으로 활성화된다. 이외에도 이 클러치는 점차 수동 변속이 가능한 변속기에도 적용되고 있는 실정이다. 이러한 클러치에서는 기어 변속 요구가 직접 운전자에 의해 대개 전기 또는 전자 신호의 형태로 인식 가능하게 되며 이러한 신호는 제어 장치에 의해 상응하게 처리되며 최종적으로 본래의 클러치 작동과정 및 변속 과정을 제어하는 액추에이터에 의해 구동으로 이어진다.

운전자에 의해 작동되는 클러치 페달이 제공되는 경우에도, 운전자에 의해 가해져야 할 힘, 페달 이송거리, 클러치 조절의 정확성 및 특히 차량, 변속기 또는 클러치의 상태 자체와 관련하여 액추에이터를 통한 클러치 위치의 제어는 다양한 이점을 제공한다. 일반적으로 자동 마찰 클러치의 제어 시스템은 가능한 한 차량의 바람직한 주행 특성이 달성되도록 설계된다. 여기에는 예시적으로, 기동 과정에서 마찰 클러치의 상대적으로 넓은 슬립 범위가 제공되는 것이 포함되는데, 이러한 넓은 슬립 범위는 운전자에게 차량 속도 증가의 정확한 조절 및 편리한 조정을 가능하게 하며 또한 비교적 가파른 오름 경사 구간에서도 브레이크를 작동시키지 않으면서 운전자가 가속 페달의 작동을 통하여 단기간 동안 차량을 정지 상태로 유지할 수 있도록 한다.

일반적으로 자동 클러치의 제어 시스템은 평균적으로 기대되는 기동 상황 또는 클러치 작동과정이 최적화되도록 설계된다.

특히 중형 및 대형 상용차에서는 기동 상황이 예를 들어 현재 적재 상태 및 노면 경사에 따라서 가변적일 수 있으므로, 클러치가 그 설계 범위를 초과하는 또는 그에 미달되는 범위에서, 즉 제공된 클러치 부하에 미달되는 범위 또는 그를 초과하는 범위에서 가동된다.

클러치가 제공된 클러치 부하에 미달되는 조건에서 장기간에 걸쳐 가동되는 경우에는, 그로 인하여 소위 클러치 라이닝의 "글레이징"이 발생된다. 또한 글레이징은 그 결과로서 마이너스 마찰계수 특성을 나타낸다. 즉 클러치의 마찰계수가 미끄럼 속도의 증가와 함께 감소한다. 마이너스 마찰계수 특성은 파워트레인에서의 진동을 통해 인식할 수 있는 소위 클러치 저더(clutch judder)의 원인이다. 특히 주행 편의성의 이유에서 클러치 저더는 방지되어야 한다.

이와 달리 클러치가 그 설계 범위를 초과하여 또는 제공된 클러치 부하를 초과하는 조건에서 장기간에 걸쳐 가동되는 경우에는, 그로 인해 마찬가지로 방지해야 할 클러치의 조기 마모가 발생된다.

클러치 부하는 알려진 바와 같이 클러치 작동과정의 슬립 단계에서 클러치에 전달되는 에너지에 대한 함수에 해당한다. 이 에너지는 구동 토크, 슬립 속도 및 슬립 가동 시간의 곱에서 산출될 수 있다. 슬립 속도는 클러치 입력 속도와 클러치 출력 속도 사이의 편차에 해당한다. 따라서 입력되는 에너지는 다음 방정식을 통하여 계산할 수 있다.

E = M * (n_ein - n_aus) * t

이 방정식에서

E는 클러치가 마찰 손실로서 수용하는 에너지를,

M은 입력 토크를,

n_ein은 입력 속도를,

n_aus는 클러치의 출력 속도를

t는 슬립 가동 시간을 의미한다.

따라서 클러치로 입력된 에너지가 입력 토크, 입력 속도와 출력 속도 사이의 편차 및 슬립 가동 시간을 통해 영향을 받을 수 있다는 것을 알 수 있다. 원칙적으로 이러한 배경에서 클러치 부하 또는 클러치로의 에너지 입력을 모니터링하고 산 출된 클러치 부하에 따라 클러치 가동을 제어하는 것이 알려져 있다.

독일 공개 특허 공보 DE 33 34 725 A1에는 클러치를 과열로부터 보호하기 위한 장치가 공개되어 있다. 이 장치에서는 클러치로부터 전달되는 또는 구동 엔진을 통해 클러치로 입력된 토크 및 클러치 입력 속도와 클러치 출력 속도 사이의 편차가 산출되고, 그의 곱이 형성되며 표의 도움으로 경고 휴지 시간이 이 곱에 할당된다. 각각의 현재 슬립 가동 시간은 경고 휴지 시간과 비교되고 경고 휴지 시간의 초과 시 경고 신호가 발생된다. 이러한 방식으로 클러치의 과열이 방지된다.

DE 103 12 088 A1에는 차량 파워트레인의 가동 방법이 공개되어 있다. 이 방법에서는 클러치의 온도 또는 에너지 입력이 모니터링되며 한계값의 초과 시 클러치의 입력 토크가 감소된다. 이 방법도 마찰 클러치의 손상 및 과열을 방지하는 기능을 한다.

전술된 양측 문헌에서는 이러한 현재 클러치 작동과정 중에 클러치의 손상을 방지하기 위하여 각각의 현재 클러치 작동과정이 모니터링된다. 클러치 부하로 인해 나타나는 클러치 글레이징 또는 과도한 클러치 마모에 대한 척도로서 예를 들어 장기간의 가동 시간에 걸쳐 조절되는 평균 클러치 부하의 측정은 전술한 문헌에 설명된 장치 및 방법에서는 제공되지 않으며 또한 가능하지 않다.

이러한 배경에서 본 발명의 목적은, 예를 들어 장기간의 가동 시간에 걸쳐 조절되는 클러치 라이닝의 글레이징 또는 그 과도한 마모의 방지를 가능하게 하는 자동 마찰 클러치의 가동 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 독립항의 특징을 통해 달성되며, 본 발명의 다른 바람직한 형태 및 개선된 형태는 종속항에 명시된다. "평균적 클러치 부하"의 개념은, 어느 한 클러치 작동과정 또는 이어지는 복수의 클러치 작동과정에서 또는 상황에 따라서는 클러치의 작동 위치 이후의 모든 클러치 작동과정에서 에너지 입력에 상응하는 전체 클러치 부하가 전체 슬립 가동 시간을 기준으로 산출되는 것으로 이해되어야 한다. 이 클러치 부하는 제공된 평균 클러치 부하와 비교되고 제공된 클러치 부하에 대한 산출된 클러치 부하의 편차 시 본 발명에 따른 방식으로 후속 클러치 작동과정에서 반응이 나타난다.

본 발명은, 서로 다른 또는 평균을 초과하는 에너지 입력에 의해 발생할 수도 있는 클러치 손상이 클러치로의 에너지 입력의 선별적 증가 또는 감소를 통하여 감소되거나 또는 방지된다는 인식에 근거한다.

그에 따라 본 발명은 에너지 입력에 상응하는 클러치 부하가 산출되며 클러치의 가동이 산출된 클러치 부하에 따라 제어되는 자동 마찰 클러치의 가동 방법에 관한 것이다.

제시된 목적의 달성을 위하여, 클러치의 슬립 가동 시간을 기준으로 한 평균 클러치 부하가 산출되며, 클러치 부하가 지정된 한계값 범위에 미달되는 경우에는 증가된 클러치 부하로 가동이 이루어지고 한계값 범위를 초과하는 경우에는 감소된 클러치 부하로 가동이 이루어지는데, 이러한 가동은 각각 한계값 범위에 다시 도달할 때까지 수행된다.

본 발명에서 평균 클러치 부하의 미달 또는 초과는 선별적 에너지 입력을 통하여 보상되는데, 이는 이를 통해 클러치 부하를 지정된 한계값 범위로 유지하기 위해서이다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 평균 클러치 부하가 평균 에너지 입력을 통해 산출된다. 이를 위하여 각 클러치 작동과정에서 에너지 입력이 전술된 다른 방식으로 계산되거나 측정되며 장기간에 걸쳐 나타나는 에너지 입력이 해당 슬립 가동 시간을 기준으로 산출된다. 산출되는 값은 평균 클러치 부하에 대한 척도에 해당한다. 이 값이 지정된 한계값 범위에 미달되거나 또는 초과되는 경우에는, 에너지 입력을 결정하는 매개변수의 적합한 조절을 통하여 한계값 범위에 다시 도달할 때까지 증가되거나 또는 감소된다.

클러치 부하를 산출하는 다른 방식은 클러치의 운전 거동을 관찰하고 이 운전 거동을 근거로 클러치 상태를 유추하는 것이다. 이러한 방식으로 특히 한계값 범위 아래에 존재하는 평균 클러치 부하가 클러치 저더 거동을 통해 산출될 수 있다. 이미 상세히 전술된 바와 같이, 장기간의 가동 기간에 걸쳐 나타나는 서로 다른 에너지 입력은 클러치 라이닝의 "글레이징"을 발생시키며 이로 인해 클러치 저더의 원인이 되는 마이너스 마찰계수 특성이 나타난다. 예를 들어 파워트레인 진동의 측정을 통해 클러치 저더 거동을 유추할 수 있다.

본 발명의 다른 형태에서는 한계값 범위를 초과하는 평균 클러치 부하가 클러치 마모를 통해 산출되는데, 이러한 클러치 마모는 알려진 방식에 따라서 예를 들어 완전히 닫힌 클러치의 최종 위치를 통해 확인할 수 있다.

이미 전술된 바와 같이, 에너지 입력은 원칙적으로 에너지 입력을 결정하는 다음과 같은 매개변수에 따라 영향을 받을 수 있다. 즉 입력 토크, 클러치의 입력 속도와 출력 속도 사이의 편차 및 슬립 가동 시간.

또한 전술된 바와 같이, 자동 마찰 클러치는 주로 자동화 수동변속기 또는 자동화 변속기에 사용되며, 이런 경우에는 클러치 및 변속기가 상위 제어 시스템을 통해 구동된다. 특히 최대 12단 기어 또는 18단 기어를 구비한 대형 상용차에서는 일반적으로 복수의 기어가 스타팅 기어로서 사용될 수 있다. 각 스타팅 기어의 선택은 현재 주행 상황, 즉 예를 들어 차량의 적재 상태, 정차 장소의 경사 등에 따라 결정된다. 상위 제어 시스템은 주행 상황에 특징적인 조건을 산출하며 정상 모드에서 이 조건에 대한 최적의 스타팅 기어를 결정한다.

이러한 유형의 차량에서는 본 발명의 바람직한 형태에 따라서, 현재 주행 상황에 대한 최적의 스타팅 기어를 초과하는 스타팅 기어의 선택을 통한 증가된 클러치 부하로의 가동 및 현재 주행 상황에 대한 최적의 스타팅 기어에 미달되는 스타팅 기어의 선택을 통한 상응하게 감소된 클러치 부하로의 가동이 수행된다. 그에 따라서 서로 다른 클러치 부하로 인해 클러치 라이닝이 글레이징되는 경우에는, 의도적으로 더 높은, 즉 최적의 스타팅 기어를 초과하는 스타팅 기어의 선택을 통하여 클러치로의 에너지 입력이 증가될 수 있으며, 그 결과로서 글레이징 코팅이 소실되고 이로써 글레이징 상태가 제거된다.

그와 달리 평균 이상의 클러치 부하가 측정되는 경우에는 상응하는 방식으로 최적의 스타팅 기어에 미달되는 스타팅 기어의 선택을 통하여, 지정된 한계값 범위 에 다시 도달될 때까지 클러치로의 에너지 입력이 감소된다.

일반적으로 비교적 짧은 기간에 걸친 에너지 입력의 증가 또는 감소로도(적은 수의 기동 과정) 다시 지정된 한계값 범위에 도달하기에 충분한 것으로 입증되었다.

본 발명은 자동 마찰 클러치의 가동 방법에 이용될 수 있다.

Claims (6)

1. 에너지 입력에 상응하는 클러치 부하가 산출되며 클러치의 가동이 산출된 클러치 부하에 따라 제어되는 자동 마찰 클러치의 가동 방법에 있어서,

   클러치의 슬립 가동 시간을 기준으로 한 평균 클러치 부하가 산출되며, 클러치 부하가 지정된 한계값 범위에 미달되는 것이 확인되는 경우에는 이어서 증가된 클러치 부하로 가동이 이루어지고 클러치 부하가 한계값 범위를 초과하는 것으로 확인되는 경우에는 감소된 클러치 부하로 가동이 이루어지는데, 이러한 가동은 각각 한계값 범위에 다시 도달할 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 평균 클러치 부하가 클러치로의 평균 에너지 입력을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 평균 클러치 부하가 클러치의 운전 거동을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 한계값 범위에 미달하는 평균 클러치 부하가 클러치 저더 거동을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 한계값 범위를 초과하는 평균 클 러치 부하가 클러치 마모를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 현재 주행 상황에 따라서 자동으로 선택 가능한 복수의 스타팅 기어를 구비한 자동 변속기 또는 자동화 수동변속기와 연동하는 마찰 클러치를 위한, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,

   현재 주행 상황에 대한 최적의 스타팅 기어를 초과하는 스타팅 기어의 선택을 통한 증가된 클러치 부하로의 가동 및 현재 주행 상황에 대한 최적의 스타팅 기어에 미달되는 스타팅 기어의 선택을 통한 감소된 클러치 부하로의 가동이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.