KR20100007788A - 클러치 유닛 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 파워 트레인용 클러치 유닛을 제어하는 방법에 관한 것으로, 상기 클러치 유닛은 입력 요소로부터 출력 요소로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 마찰 클러치와, 상기 마찰 클러치를 구동하기 위한 액츄에이터를 포함한다. 클러치 유닛의 제어를 위해 클러치 유닛의 마모도가 산출되고, 상기 산출된 마모도를 토대로 마찰 클러치의 특성곡선이 적응되며, 액츄에이터를 이용하여 상기 특성곡선에 따라 클러치 유닛이 제어된다.

클러치 유닛, 마찰 클러치, 액츄에이터, 클러치 유닛 마모도, 특성곡선

Description

클러치 유닛 제어 방법 {METHOD FOR CONTROLLING CLUTCH UNIT}

본 발명은 차량 파워 트레인용 클러치 유닛을 제어하는 방법에 관한 것이다. 클러치 유닛은 클러치 유닛의 입력 요소로부터 출력 요소로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 마찰 클러치와, 마찰 클러치를 구동하기 위한 액츄에이터를 포함한다.

이러한 클러치 유닛은 예컨대 차량의 1차축 및/또는 2차축으로 구동 토크를 제어 가능하게 전달하기 위한 전륜 구동기가 장착된 차량의 트랜스퍼 케이스(transfer case) 내에 사용된다. 이른바 '토크 온 디맨드(torque-on-demand)' 트랜스퍼 케이스의 경우, 1차축의 휠들은 상시 구동되는 반면, 2차축의 휠들로는 전술한 클러치 유닛을 이용하여 구동 토크의 가변 부분이 선택적으로 전달될 수 있다. 트랜스퍼 케이스는, 차량 종방향으로의 구동 토크의 분배를 설정하기 위해 클러치 유닛이 디퍼렌셜 록(differential lock)에 할당되는 제어 가능 센터 디퍼렌셜(center differential)로도 설계될 수 있다. 전술한 유형의 클러치 유닛은, 상시 구동 앞차축을 구비한 차량에서 구동 토크의 일부가 뒷차축으로 전달되게 하는 토크 전달 장치에도 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 유닛은 앞차축 디퍼렌셜 또는 뒷차축 디퍼렌셜에 배치된다. 이러한 상이한 적용예들 및 구성들이 US 7,111,716 B2로부터 공지되어 있다.

도입부에 언급한 유형의 클러치 유닛은 예컨대 차축 디퍼렌셜의 디퍼렌셜 록을 위해 또는 차축 디퍼렌셜의 토크 전달 장치[이른바 토크 벡터링(torque vectoring)]에서 차량 횡방향으로도 작용할 수 있다. 전술한 모든 경우, 클러치 유닛은 회전성 입력 요소(예: 입력 샤프트)와 회전성 출력 요소(예: 출력 샤프트)를, 특히 구동 토크의 전달을 위해, 마찰 결합식으로 서로 연결할 수 있다. 그 대안으로, 특히 제동 토크를 전달하기 위해, 고정형 입력 요소 또는 고정형 출력 요소를 구비한 브레이크로서 클러치 유닛이 구성될 수 있다.

전술한 클러치 유닛의 적용에들에서는 클러치 유닛이 동력 흐름 방향을 기준으로 파워 트레인의 주 변속기 뒤에 (즉, 수동 또는 자동 변속기 또는 CVT 변속기 뒤에) 배치된다. 클러치 토크, 즉 마찰 클러치로부터 전달되는 토크는 일반적으로 각각의 주행 상황에 따라 가변적으로 조정된다. 즉, 예컨대 주행 상황 또는 주변 영향(예: 구동 휠들의 슬립을 야기하는 미끄러운 도로면)에 좌우될 수 있는 주행 다이내믹 요건에 따라 클러치 유닛으로부터 전달될 토크가 변동한다. 이를 위해서는 마찰 클러치의 맞물림 제어뿐 아니라 정확히 조정된 클러치 토크를 이용한 더 느린 구동도 종종 요구된다.

따라서 마찰 클러치는 특히, 교호식으로 배치된 1차 클러치 디스크와 2차 클러치 디스크 및 클러치 유닛을 냉각하고 윤활하기 위한 오일을 포함하는 습식 다판 클러치로서 형성될 수 있다.

클러치 유닛은 또한 상기 마찰 클러치를 구동하기 위한 액츄에이터를 포함한다. 액츄에이터는 종종 클러치 유닛의 하우징에 고정된 전동기를 포함하며, 클러치 유닛의 입력 요소와 출력 요소 사이에서 전달될 요구 토크에 반응하여 클러치 디스크들을 사전 설정된 맞물림 위치로 이동시키는 데 사용된다.

도입부에 언급한 유형의 클러치 유닛 및 그러한 클러치 유닛을 보정하기 위한 방법이 WO 2003/025422 A1(US 7,032,733 B2에 대응됨)으로부터 공지되어 있으며, 그 내용은 본 출원서의 공개 내용에 포함된다. WO 2003/025422 A1에 정확하게 기술되어 있듯이, 특정 요구 클러치 토크의 조정을 위해 반드시 (측정된 실제 클러치 토크를 제어 변수로 하여) 직접 토크 제어 제어가 제공될 필요가 없으며, 클러치 유닛의 적절한 보정에 의해, 액츄에이터의 위치 제어를 거쳐 마찰 클러치의 제어가 구현될 수 있다. 즉, 전달될 요구 토크의 조정을 위해 예컨대 전동기의 회전각 또는 그 밖의 액츄에이터 위치 변수가 제어 변수로서 사용되고, 요구 클러치 토크에 상응하는 값으로 조정된다. 이를 위해, 경험적 방법으로(empirically) 클러치 토크/액츄에이터 위치 의존도가 산출되어, 특성곡선으로서 예컨대 테이블(룩업 테이블, LUT) 또는 함수(즉, 계산 규칙)의 형태로 저장된다. 상기 의존도에 따라 특정 토크 요구에 대해 액츄에이터의 관련 위치 변수(예: 회전각)의 상응하는 설정값이 결정되고 조정된다.

마찰 클러치가 구동되는 동안 클러치 유닛의 부품들에서 마모가 발생한다. 예컨대 클러치 디스크 두께가 감소하고, 클러치 디스크 재료의 경화가 나타날 수 있다. 또한, 습식 마찰 클러치의 경우 마모 입자들이 오일 내에 축적될 수 있다. 상기 마모에 의해, 시간이 경과함에 따라 마찰 표면에서의 마찰값이 변동하고, 그에 따라 특정 액츄에이터 위치에서 상기 마찰값에 의존하는 실제로 전달된 토크도 변동한다. 노후화로 인한 특성곡선 경직이라고도 지칭되는 이러한 변동은, 전술한 토크 요구와 액츄에이터 위치 사이의 정적 할당을 통해서는 고려될 수 없다. 따라서 지정된 클러치 토크(설정값)와 실제로 전달된 클러치 토크(실제값) 사이의 바람직하지 않은 편차가 발생할 수 있다.

마모도는 무엇보다 마찰 클러치로 도입된 총 손실일에 좌우되므로, 손실일 또는 손실 출력의 연속 산출을 통해 검출되어 적절하게 고려될 수 있다. 물론 클러치 부품들의 부하 및 그에 따른 마모는 손실일의 전체값뿐 아니라 시간에 따른 에너지 소비 거동에도 좌우됨이 밝혀졌다. 예컨대 상대적으로 오랜 기간에 걸쳐 낮은 손실 출력이 지속된 경우와 짧은 기간에 걸쳐 높은 손실 출력이 지속된 경우를 비교해 보면, 결과적으로 마찰 클러치로 도입되는 (물리적) 일은 동일하여도, 서로 상이한 마모 작용이 전개된다. 마찬가지로, 손실 출력이 동일하여도, 낮은 클러치 슬립에서 높은 클러치 토크가 발생하느냐 아니면 높은 클러치 슬립에서 낮은 클러치 토크가 발생하느냐에 따라 마모 작용이 상이할 수 있다. 즉, 클러치 부품들의 부하 및 그에 따른 마모 진행은 현재 주행 상황에 따라, 특히 차량 운전자의 운전 스타일에 따라 변한다. 상술한 작용들은 오직 손실일에 기반한 제어 보상에 의해서는 고려될 수 없으며, 장기간에 걸친 클러치 특성의 변동을 예측하기 어렵게 만든다.

따라서 본 발명의 과제는, 특성곡선 제어식 클러치 유닛에서 클러치 토크의 설정값과 실제값 사이의 편차가 장시간에 걸쳐 가급적 작게 유지되도록 그리고 상이한 주행 조건 하에서 클러치 유닛의 높은 조정 정확도가 보장되도록 하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제1항의 특징들을 갖는 클러치 유닛 제어 방법에 의해, 그리고 특히 하기의 단계들을 통해 해결된다.

- 클러치 유닛의 입력 요소와 출력 요소 사이의 회전수 차에 클러치 토크를 곱하여 마찰 클러치의 손실 출력을 산출하는 단계;

- 마찰 클러치의 순간 부하 상태를 나타내는 적어도 하나의 가중 계수를 이용하여 마찰 클러치의 손실 출력을 가중함으로써 클러치 유닛의 마모도를 산출하는 단계; - 이 경우 클러치 유닛의 구동 중에 마찰 클러치의 손실 출력에 대해 적어도 하나의 시간 적분치가 생성됨 -,

- 상기 산출된 마모도를 토대로, 액츄에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존도를 기술하는 마찰 클러치 특성곡선을 적응시키는 단계; 및

- 액츄에이터를 이용하여 상기 특성곡선에 따라 클러치 유닛을 제어하는 단계.

본 발명에 따르면, 액츄에이터 제어 변수와 전달된 토크 사이의 상관관계와 관련한 중요 영향 변수인 클러치 유닛의 마모도 또는 노후화 정도를 토대로 클러치 제어의 다이내믹한 적응이 실시된다. 마모도의 고려는 통상 비휘발성 메모리에 저 장되어 있는 마찰 클러치 특성곡선의 상응하는 적응을 토해 간단하고 신뢰성 있게 달성될 수 있다. 이러한 방식의 적응을 통해, 마모에 기인한 클러치 특성곡선과 표준 거동의 편차가 보상됨으로써 클러치 유닛의 조정 정확도가 증가한다. 클러치 마모도와 보상될 토크 편차 사이의 상관관계는 계산되거나 경험적으로 산출될 수 있고, 예컨대 룩업 테이블의 형태로 존재할 수 있다. 특성곡선의 적응은 특히 차량 구동이 개시될 때마다 수행될 수 있다. 액츄에이터 제어 변수는 특히 상술한 것처럼, 예컨대 전동기의 샤프트 또는 피니언의 회전각과 같은 위치 변수일 수 있다. 액츄에이터의 구현에 따라 상기 제어 변수는 유압 또는 그와 유사한 것이 될 수도 있다.

클러치 유닛의 마모도를 산출하기 위해, 클러치 유닛의 입력 요소와 출력 요소 사이의 회전수 편차와 클러치 토크로부터 간단하게 계산될 수 있는 마찰 클러치 손실 출력이 산출된다. 관련 회전수들은 적합한 센서들에 의해 용이하게 검출될 수 있고, 차량 제어의 다양한 목적을 위해 표준에 따라 이용된다. 클러치 토크는 요구 토크(설정값)이거나, 특정되거나 계산될 수 있는 실제 전달된 토크(실제값)일 수 있다. 클러치 토크는 클러치 디스크에 작용하는 압착력과 상관관계가 있다. 입력 요소와 출력 요소 사이의 회전수 차는 마찰 클러치에서 발생하는 슬립을 나타낸다. 그럼으로써 압착력과 슬립의 곱을 통해 클러치 디스크의 마찰 손실이 추론될 수 있다.

용이하게 산출 가능한 손실 출력으로부터 최종적으로 마모와 직접적인 상관관계가 있는 손실일을 추론하기 위해, 클러치 유닛의 구동 중에 마찰 클러치의 손 실 출력에 대한 시간 적분치를 생성한다. 이 경우, 손실 출력은 직접 가중되거나, 마찰 클러치의 순간 하중 상태를 나타내는 하나 이상의 가중 계수를 이용하여 간접적으로 가중된다. 그로 인해 운전자 고유의 하중 상태가 더 정확하게 고려될 수 있다. 상기 가중 계수는 예컨대 회전수 차, 클러치 토크 또는 상기 두 변수 모두를 토대로 선택된다.

상기 가중을 통해, 상황에 따라 변하는 마찰 클러치의 하중 유형이 마모도 산출 시 고려될 수 있으며, 그 결과 실제 마모 상태가 더 정확하게 맵핑되어 보다 정확한 특성곡선 적응이 가능해진다. 따라서 더욱 광범위한 주행 조건들에서 보다 긴 수명에 걸쳐서 클러치 유닛의 요구되는 조정 정확도가 유지될 수 있다.

가중을 실행하기 위해, 특히 클러치 토크 및/또는 회전수 차를 토대로 가중 계수를 선택할 수 있고, 손실 출력과 가중 계수의 곱에 대해 시간 적분치를 생성할 수 있다. 가중 계수는 예컨대 경험적으로 산출될 수 있고, 비휘발성 메모리 내에 저장된 룩업 테이블로부터 호출될 수 있다. 이러한 계수에 의해, 수행될 가중이 매우 신속하고 간단하게 실행될 수 있다.

상기 클러치 토크는 요구 토크로부터, 또는 마찰 클러치로부터 전달된 계산된 토크로부터, 또는 마찰 클러치로부터 전달된 측정된 토크로부터 산출될 수 있다. 이 변수들 중 어느 것이 클러치 토크의 산출에 사용될지는 각각의 애플리케이션에 따라 좌우된다.

산출된 클러치 유닛 마모도는, 차량 구동이 다시 개시되면 클러치 유닛 마모도를 계속 산출하기 위한 시작값으로 사용되도록, 차량 정차 시 비휘발성 메모리 내에 저장되는 것이 바람직하다. 즉, 클러치 유닛의 전체 마모도는 연속적으로 외삽되며, 이는 클러치 유닛의 마모가 예컨대 차량 정차 시 퇴행하는 것이 아니라 지속적으로 진행되기 때문이다. 산출된 마모도의 리셋은 항상 사전 설정된 조건 하에서, 예컨대 클러치 부품의 교체 시 실시될 수 있다. 예컨대 오일 교체시에는 부분적인 리셋도 가능하다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라, 특성곡선의 적응을 위해 특성곡선의 기울기 및/또는 오프셋이 변경된다. 특히 특성곡선의 적응을 위해 기울기 보정값 및 오프셋 보정값이 클러치 유닛의 산출된 마모도를 토대로 결정될 수 있으며, 이때 클러치 토크의 변경된 설정값을 산출하기 위해 클러치 토크의 설정값에 기울기 보정값을 곱하며, 이때 특성곡선에 따라 클러치 토크의 변경된 설정값의 함수로서 액츄에이터 제어 변수의 임시 설정값이 산출되고, 액츄에이터 제어 변수의 임시 설정값에 오프셋 보정값이 가산되어 액츄에이터 제어 변수의 설정값이 산출된다. 이러한 과정에서, 저장되어있던 특성곡선 자체는 변하지 않고 유지되는데, 이는 특성곡선에 할당된 2개의 매개변수만 업데이트되기 때문이다. 이러한 방식으로, 상응하는 계산 비용 및 메모리 비용을 수반하는 특성곡선의 완전한 재작성이 방지된다. 상기 기울기 보정값 및 상기 오프셋 보정값은 경험적으로 산출되어 간단한 룩업 테이블에 저장될 수 있다.

본 발명은 클러치 유닛 및 제어 장치를 구비한 토크 전달 장치와도 관련되며, 상기 클러치 유닛은 입력 요소로부터 출력 요소로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 마찰 클러치와, 상기 마찰 클러치를 구동하기 위한 액츄에이터를 포함하며, 상기 제어 장치는,

- 클러치 유닛의 입력 요소와 출력 요소 사이의 회전수 차에 클러치 토크를 곱하여 마찰 클러치의 손실 출력을 산출하고;

- 마찰 클러치의 순간 부하 상태를 나타내는 적어도 하나의 가중 계수를 이용하여 마찰 클러치의 손실 출력을 가중함으로써 클러치 유닛의 마모도를 산출하고; - 이 경우 클러치 유닛의 구동 중에 마찰 클러치의 손실 출력에 대해 적어도 하나의 시간 적분치가 생성됨 -,

- 상기 산출된 마모도를 토대로, 액츄에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존도를 기술하는 마찰 클러치 특성곡선을 적응시키고;

- 액츄에이터를 이용하여 상기 특성곡선에 따라 클러치 유닛을 제어하도록 설계된다.

본 발명에 따른 클러치 유닛 및 토크 전달 장치는, 전술한 것처럼 차량 파워 트레인을 따라 토크를 전달하기 위해 상이한 구성으로 사용될 수 있다. 하기에서는 도면들을 참고로 "토크 온 디맨드" 트랜스퍼 케이스와 관련한 예시로만 본 발명을 설명한다.

본 발명을 통해, 특성곡선 제어식 클러치 유닛에서 클러치 토크의 설정값과 실제값 사이의 편차가 장시간에 걸쳐 가급적 작게 유지될 수 있고, 상이한 주행 조건 하에서 클러치 유닛의 높은 조정 정확도가 보장될 수 있다.

도 1에는 시프터블 전륜구동 차량의 파워 트레인이 개략적으로 도시되어 있 다. 엔진(11)에 의해 발생한 구동 토크는 주 변속기(13)(수동 변속기 또는 자동 변속기)를 통해 트랜스퍼 케이스(15)에 전달된다. 트랜스퍼 케이스(15)의 제1 출력측은 카르단샤프트(17)를 통해 뒷차축 디퍼렌셜 기어(19)와 연결된다. 그로 인해 뒷차축(23)의 휠들(21)이 상시 구동된다. 따라서 뒷차축(23)은 차량의 1차축을 형성한다. 트랜스퍼 케이스의 제2 출력측은 카르단샤프트(25)를 통해 앞차축 디퍼렌셜 기어(27)와 연결된다. 그로 인해 엔진(11) 구동 토크의 일부가 선택적으로 앞차축(31)의 휠들(29)로 전달될 수 있다. 따라서 앞차축(31)은 차량의 2차축을 형성한다.

또한, 도 1에는 차량 다이내믹 제어 유닛(33)이 도시되어 있다. 이 유닛은 뒷차축(23)의 휠들(21)과 앞차축(31)의 휠들(29)에 할당된 휠 회전수 센서들(35, 37)과 연결된다. 차량 다이내믹 제어 유닛(33)은 예컨대 요 센서(yaw sensor)와 같은 추가 센서들(39)과도 연결된다. 센서들(35, 37, 39)의 신호들에 따라 차량 다이내믹 제어 유닛(33)이 제어 신호를 발생시키고, 이 제어 신호는 차량의 양 차축(23, 31) 간의 소정의 구동 토크 분할비의 세팅을 위해 트랜스퍼 케이스(15)의 (도 1에는 도시되지 않은) 제어 장치에 공급된다. 상기 제어 신호는 특히 클러치 토크의 설정값, 즉 트랜스퍼 케이스(15)의 클러치 유닛을 위한 요구 토크량이다.

도 2는 도 1에 따른 트랜스퍼 케이스의 개략적 횡단면도이다. 트랜스퍼 케이스(15)는 입력 샤프트(41)와, 제1 출력 샤프트(43)와, 제2 출력 샤프트(45)를 포함한다. 제1 출력 샤프트(43)는 입력 샤프트(41)에 동축으로 놓이고 상기 입력 샤프트와 회전 불가능하게 - 바람직하게는 일체로 - 형성된다. 제2 출력 샤프트(45) 는 입력 샤프트(41)에 대해 평행하게 오프셋되어 배치된다.

트랜스퍼 케이스(15)는 마찰 클러치(49) 및 액츄에이터(51)를 구비한 클러치 유닛(47)을 포함한다. 마찰 클러치(49)는, 입력 샤프트(41) 및 제1 출력 샤프트(43)와 회전 불가능하게 연결되며 복수의 클러치 디스크를 갖는 클러치 하우징(53)을 포함한다. 마찰 클러치(49)는 또한, 클러치 하우징(53) 내 디스크들에 서로 교호식으로 맞물리는 복수의 클러치 디스크들을 가진, 회전 가능하게 지지된 클러치 허브(55)를 포함한다. 클러치 허브(55)는 체인 드라이브(59)의 구동 기어휠(57)과 회전 불가능하게 연결된다. 체인 드라이브(59)의 피동 기어휠(61)은 제2 출력 샤프트(45)와 회전 불가능하게 연결된다. 체인 드라이브(59) 대신, 예컨대 전술한 기어휠들(57, 61) 사이에 중간 기어휠을 구비한 휠 드라이브가 제공될 수 있다.

마찰 클러치(49)의 맞물림 방향으로 액츄에이터(51)가 작동함으로써, 입력 샤프트(41)를 통해 트랜스퍼 케이스(15)로 유도된 구동 토크의 증가분이 제2 출력 샤프트(45)로 전달될 수 있다.

도 3에는 도 2에 따른 트랜스퍼 케이스(15)의 횡단면도가 세부적으로 도시되어 있다. 특히 액츄에이터(51)는 입력 샤프트(41) 및 제1 출력 샤프트(43)의 회전축(A)을 기준으로 회전 가능하게 장착된 서포트 링(63)과 조정 링(65)을 포함한다. 서포트 링(63)은 축 베어링을 통해 구동 기어휠(57)에 축방향으로 지지된다. 그에 반해 조정 링(65)은 축방향으로 변위 가능하게 지지된다. 서포트 링(63)과 조정 링(65)은 서로 대면해 있는 측면에 각각 복수의 볼 그루브(67 및 69)를 포함한다. 상기 볼 그루브들은 축(A)을 기준으로 원주 방향으로, 그리고 법 평면(normal plane)을 기준으로 축(A)에 대해 원주 방향으로 램프 형태로 기울어지도록 연장된다. 즉, 볼 그루브들(67, 69)은 원주 방향으로 변동하는 깊이를 갖는다. 서포트 링(63)의 볼 그루브(67)와 조정 링(65)의 볼 그루브(69)는 각각 서로 마주보도록 놓이며, 관련 볼(71)을 둘러싼다. 서포트 링(63)과 조정 링(65)이 서로에 대해 상대 회전을 함으로써 조정 링(65)이 축방향으로 변위되는데, 이때 조정 링(65)은 축 베어링을 통해 마찰 클러치(49)의 압착 링(73)과 상호작용한다. 압착 링(73)은 디스크 스프링 장치(75)를 이용하여 마찰 클러치(49)의 맞물림 해제 방향으로 예압된다.

서포트 링(63)과 조정 링(65)에는 개별 작동 레버(77 및 79)가 형성되어 있다. 각 레버(77, 79)의 자유 단부에는 개별 롤(81 및 83)이 회전 가능하게 장착된다. 이 롤들(81, 83)을 통해 작동 레버(77, 79)가 축(C)을 기준으로 회전할 수 있는 제어 디스크(89)의 양 단부면(85, 87)과 상호작용한다. 상기 단부면들(85, 87)은 축(C)에 대한 법 평면을 기준으로 원주방향으로 기울어진 연장부를 갖는다. 즉, 제어 디스크(89)의 횡단면이 쐐기형으로 형성된다. 따라서 제어 디스크(89)가 회전하면 작동 레버(77, 79)가 가위 형태로 움직일 수 있으며, 그 결과 서포트 링(63)과 조정 링(65)이 상대 회전을 하게 된다. 제어 디스크(89)는 일체로 형성된 스플라인 부속물(91)을 갖는다. 이를 통해 제어 디스크(89)는 전동기 및 상기 전동기에 할당된 감속기어와 구동 연결 상태에 놓일 수 있다(도 3에는 도시되지 않음).

그럼으로써 전술한 전동기의 적절한 제어를 통해 제어 디스크(89)가 회전 운동을 하도록 구동될 수 있으며, 그 결과 작동 레버들(77, 79)이 상대 스윙 운동을 한다. 그로 인해 유발된 서포트 링(63)과 조정 링(65)의 상대 회전은 조정 링(65)의 축방향 운동을 야기한다. 그럼으로써 압착 링(73)이 마찰 클러치(49)의 맞물림을 또는 - 디스크 스프링 장치(75)의 지원 하에 - 마찰 클러치(49)의 맞물림 해제를 야기한다.

도 4에는 도 2 및 도 3에 따른 액츄에이터(51)의 개략도가 도시되어 있다. 액츄에이터(51)는 전기자 축(95)을 구비한 제어 가능 전동기(93)와, 웜기어(99) 및 웜휠(101)을 구비한 감속 기어(97)와, 전환 장치(103)를 포함한다. 전환 장치(103)에 의해서는 감속 기어(97)의 출력 샤프트(105)의 회전 운동이 압착 링(73)(도 3)의 병진 운동, 즉 직선 운동으로 전환된다. 상기 전환 장치(103)는 제어 디스크(89)와, 서포트 링(63)과, 작동 레버들(77, 79)을 구비한 조정 링(65)과, 도 3에 따른 볼들(71)을 포함한다. 전동기(93)의 전기자 축(95)에는 예컨대 증분 센서로서 설계된 센서(197)가 배치된다. 도 4에 도시된 것처럼, 상기 센서(107)는 선택적으로 출력 샤프트(105)에 센서(107')로서 배치될 수도 있다.

상기 센서(107)는 액츄에이터 위치값에 상응하는 신호를 발생시킨다. 이는 도시된 실시예에서 전기자 축(95)의 회전각 실제값(α')에 해당한다. 이 신호(α')는 트랜스퍼 케이스(15)의 제어 장치(109)에 공급된다. 제어 장치(109)는 차량 주행 다이내믹 제어 유닛(33)(도 1)으로부터 토크 요구(M), 즉 클러치 토크의 설정값도 공급받는다. 제어 장치(109)는 제어 장치(109)의 비휘발성 메모리(113) 내에 저장되어 있는 클러치 토크/회전각 특성곡선(111)으로부터 토크 요구(M)에 따라 회전각 설정값(α)을 산출한다. 회전각 설정값(α)과 회전각 실제값(α') 사이의 편차에 따라, 제어 장치(109)는 전동기(93)용 제어 신호를 발생시켜 마찰 클러치(49)(도 2 및 도 3)가 상응하게 조정되도록 한다. 따라서 제어 장치(109)는 위치 제어기로서 작용한다.

제어 장치(109)는 클러치 유닛(47)의 마모도를 산출하여 제어 시 고려하도록 설계되며, 이 경우 마찰 클러치(49)의 특성곡선(111)이 상응하게 적응된다. 마모도의 산출은 클러치 유닛(47)의 손실 출력의 산출을 통해 이루어지고, 이때 클러치 토크 및 회전수 차에 따른 가중이 실시된다. 손실 출력은 클러치 유닛(47)의 구동 시간에 걸쳐 적분된다.

이제 도 5 및 도 6을 참고로 특성곡선(111)을 이용한 클러치 유닛(47)의 제어를 더 상세히 설명한다. 도 5에는 회전각 설정값(α)의 함수로서 요구 토크(클러치 토크 설정값)(M)가 임의의 단위 및 임의의 영교차점으로써 기입되어 있는 그래프가 도시되어 있다. 예를 들어, 제어 장치(109)의 메모리(113) 내에 본래 저장되어 있던 특성곡선(111) 및 마모의 보상을 위해 적응된 2개의 특성곡선(111', 111")이 도시되어 있다. 제어 장치(109)가 요구 토크(M)를 수신하면, 특성곡선(111)을 이용하여 전동기(93)의 관련 회전각 설정값(α)이 산출될 수 있다. 계산된 마모도의 결과 클러치 제어의 보정이 수행되어야 하면, 이제 본래 저장되어 있던 특성곡선(111) 대신 그 기울기가 변경된 적응된 특성곡선(111')이 사용될 수 있다. 특성곡선(111')을 사용하면, 도시된 예에서 변경되지 않은 회전각 설정값 (α)보다 작은 변경된 회전각 설정값(α_mod)이 생성된다. 즉, 이 경우 마찰 클러치(49)는 예컨대 증가한 마찰값을 고려하기 위해, 본래 저장된 특성곡선(111)에 의해 제시되는 것보다 다소 약하게 맞물리게 된다. 도시된 특성곡선(111")은 본래 저장된 특성곡선(111)의 오프셋이 변경되는 또 다른 적응 변형을 설명하며, 이는 액츄에이터 위치/클러치 토크 그래프에서의 평행 이동에 상응한다.

특성곡선(111)의 적응을 위해 반드시 저장된 전체 곡선 또는 그의 관련 테이블이 오버라이트될 필요는 없다. 예컨대 각각의 요구 토크(M)에 마모도에 따른 보정값을 곱한 다음, 본래 저장된 특성곡선(111)을 토대로 회전각 설정값(α)을 산출하는 것으로 충분하다. 이러한 과정은 특성곡선 기울기의 변동과 대등한 것이다. 즉, 결과적으로 예컨대 적응된 특성곡선(111')을 사용한 경우에 상응한다. 그 대안으로, 먼저 변경되지 않은 요구 토크(M) 및 특성곡선(111)에 따라 회전각 설정값(α)을 산출하고, 그렇게 얻은 회전각 설정값(α)을 마모도에 따른 보정값만큼 증감시킬 수도 있다. 이러한 과정은 특성곡선 오프셋의 변동과 대등한 것이다. 즉, 결과적으로 예컨대 평행 이동된 특성곡선(111")을 사용한 경우에 상응한다. 애플리케이션에 따라서, 오프셋 변동과 기울기 변동을 서로 조합하는 것도 바람직할 수 있다. 클러치 구동이 진행중인 동안 각각 기울기 및/또는 오프셋에 대한 각각 단 1개의 수치만 업데이트됨으로써 계산 비용이 최소로 줄어든다.

따라서 특성곡선 적응은 실제로, 도 6에 도시된 것처럼, 한 번 저장된 특성곡선(111)이 항상 변하지 않고 유지되도록 구현될 수 있다. 적응을 위해 현재 요 구 토크(M)에 기울기 보정값(K₁)이 곱해짐으로써 변경된 요구 토크(M_mod)가 생성된다. 이제 특성곡선(111)을 토대로, 변경된 요구 토크(M_mod)에 상응하는 임시 회전각 설정값(α_temp)이 산출된다. 이어서 적응에 상응하는 원하는 회전각 설정값(α)을 구하기 위해, 상기 산출된 회전각 설정값(α_temp)에 오프셋 보정값(K₂)이 가산된다. 클러치 유닛의 현재 마모도에 할당된 기울기 보정값(K₁) 및 오프셋 보정값(K₂)은 예컨대 이전에 경험적으로 산출되어 저장된 각각의 간단한 룩업 테이블로부터 호출될 수 있다. 이 경우, 제어 장치(109)의 메모리(113)에 저장된 특성곡선(111)은 계속 변하지 않고 유지된다. 기울기 보정값(K₁)은 1보다 더 작을 수도 있으며, 따라서 곱셈이 나눗셈과 등가 개념이 된다. 마찬가지로, 오프셋 보정값(K₂)이 음수일 수 있으므로 가산이 감산과 등가 개념이 된다.

도 7과 관련해서는 마모도를 고려하여 클러치 유닛을 제어하는 방법의 일례가 기술된다. 단계 S1에서 차량 가동이 시작되었는지가 확인되면(도 4에 따른 제어 장치(109)가 신호 "엔진 점화장치 ON"를 수신하면), 단계 S2에서 클러치 유닛의 마모도에 대해 마지막으로 저장된 값이 호출된다. 차량의 최초 가동 시 공장측에서 사전 설정된 상응하는 시작값이 호출될 수 있다(예: 시작값 0).

이어서 단계 S3에서는, 예컨대 도 5에 따른 적응된 특성곡선(111')을 얻기 위해, 호출된 마모도 값 및 경우에 따라 추가 매개변수를 토대로 도 5에 따른 특성곡선(111)의 기울기가 변경된다. 도 6과 관련하여 기술한 것처럼, 특성곡선(111) 의 적응이 보정값들을 사용하여 실시되는 한, 단계 S3에서 클러치 유닛의 마모도를 토대로 기울기 보정값(K₁) 및 오프셋 보정값(K₂)이 판독될 수 있다.

이어서 단계 S4에서는, 변경된 특성곡선(111')에 따라 클러치 유닛(47)이 제어된다. 이 경우, 요구 토크(M)를 토대로 최종적으로 적응된 회전각 설정값(α)을 산출하기 위해 보정값들(K₁, K₂)이 사용된다. 또한, 클러치 유닛(47)의 구동 동안 제어 장치(109)는 계속해서 클러치 유닛(47)의 마모도를 산출하며(단계 S5), 이는 하기에서 도 8을 참고로 더 상세히 기술된다.

단계 S6에서는 계속해서, 차량 엔진(11)이 멈추었는지의 여부가 검사된다. 제어 장치(109)가 상응하는 신호("엔진 점화장치 OFF")를 수신하면, 단계 S7에서 클러치 유닛의 마모도가 업데이트된다. 이러한 목적으로, 단계 S5에서는 계속해서 산출된 클러치 유닛(47)의 마모도가 단계 S2에서 호출된 이전의 마모도에 가산된다. 그런 다음, 업데이트된 마모도 값은 단계 S8에서 저장되어, 다음번 차량 가동 시 시작값으로서 이용된다.

도 7의 단계 S5에 따른 클러치 유닛(47) 마모도의 산출이 도 8에서 흐름도를 토대로 설명된다. 단계 S11에서 제어 장치(109)가, 예컨대 휠 회전수 센서들(35, 37)에 의해 제공되는 신호들을 토대로 입력 요소(41)와 출력 요소(45) 사이의 회전수 차에 대한 현재값을 검출한다. 요구된 클러치 토크(M)에 대한 현재값도 검출된다. 단계 S12에서는 회전수 차와 요구 토크(M)를 토대로, 예컨대 회전수 차 값 및 클러치 토크 값에 의해 참조화된 2차원 룩업 테이블이 판독됨으로써 가중 계수가 선택된다. 단계 S13에서는 가중된 손실 출력을 얻기 위해 회전수 차, 클러치 토크 및 가중 계수가 서로 곱해진다. 클러치 유닛(47)의 마모도를 구하기 위해, 클러치 유닛(47)의 구동 동안 각각의 가중된 손실 출력에 대해 시간 적분치가 생성된다(단계 S14). 그 대안으로, 먼저 가중되지 않은 손실 출력에 대해 시간 적분치가 생성된 다음, 상기 적분값에 가중 계수가 곱해질 수도 있다.

본원에 기술한 실시예에서는 가중된 손실 출력에 대한 시간 적분치가 클러치 유닛(47)의 마모도로서 바로 쓰인다. 선택적으로, 적응된 마모도 값을 얻기 위해 상기 시간 적분의 값에 사전설정된 비례 상수가 추가로 곱해질 수도 있다.

기술한 방식으로, 클러치 유닛(47)의 마모도가 점차 높아짐에 따라 클러치 특성곡선이 변한다는 사실이 고려될 수 있다. 클러치 부품들의 상이한 부하를 고려하여, 클러치 토크와 회전수 차에 대해 상이한 크기의 값에 의해 클러치 유닛(47)의 조정 정확도가 훨씬 더 증가할 수 있으며, 전술한 가중은 다양한 하중 유형을 고려한다.

본 발명이 마찰 클러치를 전동기계식으로 구동하는 트랜스퍼 케이스에서 특히 바람직하게 사용되긴 하나, 전술한 실시예에만 제한되는 것은 아니다. 도입부에서 언급했듯이, 차량 파워 트레인 내에 존재하는 다른 장치들도 가능하다. 또한, 액츄에이터(51)는 앞에서 도면들과 관련하여 설명한 것과 다르게 설계될 수 있다. 예컨대 다른 유형의 감속 기어(97) 또는 다른 유형의 전환 장치(103)가 제공될 수 있다. 도시한 마찰 클러치(49)의 전동기계식 구동 대신 예컨대 전자기식, 유압식 또는 전동유압식 구동도 제공될 수 있다. 이 경우, 전술한 회전각/클러치 토크 특성곡선(111) 대신 예컨대 압력/클러치 토크 특성곡선이 클러치 유닛의 마모도에 따라 적응된다.

도 1은 차량 파워 트레인의 개략도이다.

도 2는 트랜스퍼 케이스의 개략도이다.

도 3은 도 2에 따른 트랜스퍼 케이스의 횡단면도이다.

도 4는 클러치 액츄에이터의 개략도이다.

도 5는 액츄에이터 위치에 대한 클러치 토크의 의존도를 기술하기 위한, 1개의 보정되지 않은 특성곡선과 2개의 보정된 특성곡선의 예를 도시한 그래프이다.

도 6은 기울기 보정값과 오프셋 보정값을 이용한 특성곡선의 적응의 예시를 도시한 그래프이다.

도 7은 클러치 유닛을 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.

도 8은 클러치 유닛의 마모도를 산출하기 위한 단계들의 예를 설명하는 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 엔진, 13: 주 변속기, 15: 트랜스퍼 케이스, 17: 카르단샤프트, 19: 뒷차축 디퍼렌셜 기어, 21: 휠, 23: 뒷차축, 25: 카르단샤프트, 27: 앞차축 디퍼렌셜 기어, 29: 휠, 31: 앞차축, 33: 주행 다이내믹 제어 유닛, 35: 휠 회전수 센서, 37: 휠 회전수 센서, 39: 센서, 41: 입력 샤프트, 43: 출력 샤프트, 45: 제2 출력 샤프트, 47: 클러치 유닛, 49: 마찰 클러치, 51: 액츄에이터, 53: 클러치 하우징, 55: 클러치 허브, 57: 구동 기어휠, 59: 체인 드라이브, 61: 피동 기어휠, 63: 서포트 링, 65: 조정 링, 67: 볼 그루브, 69: 볼 그루브, 71: 볼, 73: 압착 링, 75: 디스크 스프링 장치, 77: 작동 레버, 79: 작동 레버, 81: 롤, 83: 롤, 85: 단부면, 87: 단부면, 89: 제어 디스크, 91: 스플라인 부속물, 93: 전동기, 95: 전기자 축, 97: 감속 기어, 99: 웜기어, 101: 웜휠, 103: 전환 장치, 105: 출력 샤프트, 107: 위치 센서, 107': 위치 센서, 109: 제어 장치, 111: 클러치 토크/회전각 특성곡선, 111': 기울기가 변경된 특성곡선, 111": 오프셋이 변경된 특성곡선, 113: 메모리, A: 회전축, B: 회전축, C: 회전축, α: 회전각 설정값, α': 회전각 실제값, α_mod: 변경된 회전각 설정값, α_temp: 임시 회전각 설정값, M: 요구 토크, M_mod: 변경된 요구 토크, K₁: 기울기 보정값, K₂: 오프셋 보정값

Claims (8)

1. 차량 파워 트레인용 클러치 유닛(47)을 제어하는 방법으로서,

   클러치 유닛(47)은 상기 클러치 유닛(47)의 입력 요소(41)로부터 출력 요소(45)로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 마찰 클러치(49)와, 상기 마찰 클러치(49)를 구동하기 위한 액츄에이터(51)를 포함하며, 상기 방법은,

   - 클러치 유닛(47)의 입력 요소(41)와 출력 요소(45) 사이의 회전수 차에 클러치 토크를 곱하여 마찰 클러치(49)의 손실 출력을 산출하는 단계;

   - 마찰 클러치(49)의 순간 부하 상태를 나타내는 적어도 하나의 가중 계수를 이용하여 마찰 클러치(49)의 손실 출력을 가중함으로써 클러치 유닛(47)의 마모도를 산출하는 단계; - 이 경우 클러치 유닛(47)의 구동 중에 마찰 클러치(49)의 손실 출력에 대해 적어도 하나의 시간 적분치가 생성됨 -

   - 상기 산출된 마모도를 토대로, 액츄에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존도를 기술하는 마찰 클러치(49) 특성곡선(111)을 적응시키는 단계; 및

   - 액츄에이터(51)를 이용하여 상기 특성곡선(111)에 따라 클러치 유닛(47)을 제어하는 단계를 포함하는 차량 파워 트레인용 클러치 유닛의 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가중 계수는 적어도 회전수 차 및/또는 클러치 토크를 토대로 선택되는 것을 특징으로 하는 차량 파워 트레인용 클러치 유닛의 제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마모도의 산출을 위해 클러치 토크 및/또는 회전수 차를 토대로 가중 계수가 선택되고, 손실 출력과 가중 계수의 곱에 대해 시간 적분치가 생성되는 것을 특징으로 하는 차량 파워 트레인용 클러치 유닛의 제어 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 가중 계수는 비휘발성 메모리 내에 저장된 룩업 테이블로부터 호출되는 것을 특징으로 하는 차량 파워 트레인용 클러치 유닛의 제어 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클러치 토크는 요구 토크로부터, 또는 마찰 클러치(49)로부터 전달된 계산된 토크로부터, 또는 마찰 클러치(49)로부터 전달된 측정된 토크로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 차량 파워 트레인용 클러치 유닛의 제어 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산출된 클러치 유닛(47) 마모도는, 차량 구동이 다시 개시되면 클러치 유닛(47) 마모도를 계속 산출하기 위한 시작값으로 사용되도록, 차량 정차 시 비휘발성 메모리 내에 저장되는 것을 특징으로 하는 차량 파워 트레인용 클러치 유닛의 제어 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특성곡선(111)의 적응을 위해 특성곡선(111)의 기울기 및/또는 오프셋이 변경되는 것을 특징으로 하는 차량 파워 트레인용 클러치 유닛의 제어 방법.
8. 클러치 유닛(47) 및 제어 장치(109)를 구비한 토크 전달 장치(15)로서,

   상기 클러치 유닛(47)은 상기 클러치 유닛(47)의 입력 요소(41)로부터 출력 요소(45)로의 제어 가능한 토크 전달을 위한 하나 이상의 마찰 클러치(49)와, 상기 마찰 클러치(49)를 구동하기 위한 액츄에이터(51)를 포함하며, 상기 제어 장치(109)는,

   - 클러치 유닛(47)의 입력 요소(41)와 출력 요소(45) 사이의 회전수 차에 클러치 토크를 곱하여 마찰 클러치(49)의 손실 출력을 산출하고;

   - 마찰 클러치(49)의 순간 부하 상태를 나타내는 적어도 하나의 가중 계수를 이용하여 마찰 클러치(49)의 손실 출력을 가중함으로써 클러치 유닛(47)의 마모도를 산출하고; - 이 경우 클러치 유닛(47)의 구동 중에 마찰 클러치(49)의 손실 출력에 대해 적어도 하나의 시간 적분치가 생성됨 -

   - 상기 산출된 마모도를 토대로, 액츄에이터 제어 변수에 대한 클러치 토크의 의존도를 기술하는 마찰 클러치(49) 특성곡선(111)을 적응시키고;

   - 액츄에이터(51)를 이용하여 상기 특성곡선(111)에 따라 클러치 유닛(47)을 제어하도록 설계되는 토크 전달 장치.

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