KR20110006717A - 전기유압식 토크 전달 장치 - Google Patents

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KR20110006717A
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러셀 티. 캐피토
찰스 쥐. 스튜어트
폴 제이. 밸런트
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아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
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Abstract

동력 전달 장치는 회전가능한 입력 부재와 회전가능한 출력 부재 사이에 토크를 전달하기 위해 마찰 클러치에 작용하는 피스톤에 압축 유체를 공급하는 펌프를 구동하는 전기 모터를 구비하는 액추에이터를 포함한다. 일 경우에, 펌프 출구와 피스톤 사이에 밸브가 전기 모터의 연속적인 활성화 없이 피스톤에 작용하는 압축 유체를 선택적으로 트랩한다. 제로터는 제 1 열팽창 계수를 가지는 물질과, 이보다 더 낮은 제 2 열팽창 계수를 가지는 물질로 형성된 하우징으로 형성되어 펌핑되는 유체의 점성이 온도 변화에 따라 펌프 부품 유극을 변화하게 한다. 동력 전달 장치를 제어하는 방법은 펌프 속도, 유체 온도 및 유체 압력 사이의 상관 관계를 한정하는 단계와, 유체 온도를 결정하는 단계와, 펌프 속도를 결정하는 단계와, 펌프를 회전시켜 미리 결정된 양의 토크를 전달하는 단계를 포함한다.

Description

전기유압식 토크 전달 장치{ELECTROHYDRAULIC TORQUE TRANSFER DEVICE}
본 출원은 2008년 5월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 12/119,747호에 대한 우선권을 주장하며, 2005년 8월 11일에 출원된 미국 특허 출원 번호 11/201,468호의 부분 계속 출원이다. 상기 출원들의 개시 내용은 본 명세서에 참고 문헌으로 병합된다.
본 발명은 일반적으로 차량의 제 1 및 제 2 세트의 구동 가능한 휠들 사이에 토크를 선택적으로 전달하도록 동작가능한 동력 전달 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 마찰 클러치에 작용하는 피스톤에 압축 유체를 제공하기 위해 제로터(gerotor)에 구동가능하게 연결된 전기 모터를 구비하는 액추에이터를 가지는 모터 차량 구동 라인 적용부에 사용하도록 적응된 동력 전달 장치에 관한 것이다.
4휠 구동 차량에 대한 요구가 증가하는 것으로 인해, 많은 동력 전달 시스템이 일반적으로 휠에 구동 토크를 전달하기 위해 차량 구동 적용부에 병합되고 있다. 많은 차량은 제 1 및 제 2 구동 라인 사이에 동작가능하게 설치된 동력 전달 장치를 포함한다. 그러한 동력 전달 장치는 일반적으로 제 1 구동 라인으로부터 구동 토크를 제 2 구동 라인으로 선택적으로 전달하여 4휠 구동 동작 모드를 수립하기 위한 토크 전달 메커니즘을 구비한다. 적어도 하나의 알려진 토크 전달 메커니즘은 차량이 4휠 구동 모드에서 동작될 때 제 2 구동 라인을 제 1 구동 라인에 강직하게 연결하도록 선택적으로 맞물릴 수 있는 도그 타입 로크 업 클러치(dog-type lock-up clutch)를 포함한다. 구동 토크는 로크 업 클러치가 해제되고 차량이 2휠 구동 모드에서 동작할 때에는 제 1 구동 라인에만 전달된다.
다른 유형의 동력 전달 장치는 차량 운전자의 부분에의 입력이나 액션 없이 구동 토크를 제 2 차 휠들로 자동적으로 전달하도록 동작가능하다. 제 1 차 휠들에서 견인이 상실될 때 4휠 구동 모드가 맞물린다. 일부 전달 케이스는 차량 속도, 쓰로틀 위치 및 조향 각도와 같은 차량 동작 특성의 변화에 따라 제 2 출력 샤프트로 전달되는 구동 토크 양을 조절하도록 동작가능한 전기적으로 제어되는 클러치 액추에이터를 구비한다.
많은 동력 전달 장치가 현재 4휠 구동 차량에 사용되고 있으나, 기술을 개선시키고 시스템 제한사항을 인식해야 하는 요구가 존재한다. 예를 들어, 동력 전달 장치의 사이즈, 무게 및 패키징 요구조건은 일부 4휠 구동 응용에서 그러한 시스템의 비용을 과도하게 비싸게 만들 수 있다.
본 발명은 입력 부재와 출력 부재 사이에 토크를 선택적으로 전달하도록 동작가능한 마찰 클러치를 포함하는 동력 전달 장치를 제공한다. 액추에이터는 마찰 클러치에 작동력을 제공하도록 동작가능하다. 액추에이터는 제로터(gerotor)에 구동가능하게 연결된 출력 샤프트를 구비하는 전기 모터를 포함한다. 제로터는 마찰 클러치에 작용하는 피스톤에 압축 유체를 제공하도록 동작가능하다. 제로터는 마찰 클러치의 작용 동안 실질적으로 데드-헤드(dead-head)된다.
동력 전달 장치는 전달되는 토크의 크기를 결정하도록 동작가능한 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 토크의 요청된 크기를 생성하기 위해 마찰 클러치에 작용하는 피스톤을 포함하는 폐 공동(closed cavity) 내 유체를 가압하도록 액추에이터를 제어한다. 제어기는 양의 변위 펌프의 출력을 변화시키고 마찰 클러치의 출력 토크를 변화시키기 위해 펄스 폭 변조를 통해 모터에 전기 에너지의 공급을 변화시키도록 동작가능하다. 모터는 토크가 마찰 클러치에 의해 전달되는 동안 연속적으로 회전하도록 동작가능하다.
나아가, 동력 전달 장치는 전기 모터의 연속적인 활성화 없이 피스톤에 작용하는 압축 유체를 선택적으로 트랩하는 피스톤과 펌프 출구 사이에 밸브를 포함할 수 있다. 제로터는 온도 변화에 따라 펌핑되는 유체의 점성이 변할 때 펌프 부품의 유극을 변화시키기 위해 제 1 열팽창 계수를 가지는 물질과, 이보다 더 낮은 제 2 열팽창 계수를 가지는 물질로 형성된 하우징으로 형성될 수 있다. 동력 전달 장치를 제어하는 방법은 펌프 속도, 유체 온도 및 유체 압력 사이에 상관 관계를 한정하는 단계와, 유체 온도를 결정하는 단계와, 펌프 속도를 결정하는 단계와, 미리 결정된 토크 양을 전달하기 위해 펌프를 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 동력 전달 장치를 구비한 4휠 구동 차량의 개략도;
도 2는 예시적인 동력 전달 장치의 분해 사시도;
도 3은 도 2의 동력 전달 장치의 측단면도;
도 4는 도 2의 동력 전달 장치의 다른 측단면도;
도 5는 본 발명의 동력 전달 장치를 포함하는 토크 전달 시스템의 부품들을 도시하는 개략도;
도 6은 본 발명의 동력 전달 장치를 제어하는 유압 시스템의 개략도;
도 7은 동력 전달 장치를 위한 다른 제어 시스템을 도시하는 개략도;
도 8은 다른 동력 전달 장치의 측단면도;
도 9는 고장난 브레이크 회로를 위한 동력 전달 장치의 제어 방법에 관한 흐름도이다.
바람직한 실시예(들)의 이하 상세한 설명은 단지 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 내용, 그 응용 또는 용도를 제한하고자 의도한 것이 전혀 아니다.
본 발명은 회전가능한 입력 부재와 회전가능한 출력 부재 사이에 전달되는 토크를 조절하기 위해 적응적으로 제어될 수 있는 동력 전달 장치에 관한 것이다. 토크 전달 메커니즘은, 구동 액슬 조립체에 직접 연결된 프로펠러 샤프트의 부분들 사이 또는 다른 인라인 토크 연결 적용부들 사이에 용이하게 병합될 수 있는 독립 장치로서 모터 차량 구동 라인 내에 사용될 수 있다. 특히 토크 전달 메커니즘은 전자적으로 제어되는 제한된 슬립 차동장치를 구비하는 액슬의 부분을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이후 구동 라인 적용부에 사용하기 위해 특정 구조의 실시예와 연관하여 기술되지만, 도시되고 개시된 배열은 단지 본 발명의 예시적인 실시예를 예하고자 의도한 것일 뿐이라는 것을 이해하여야 할 것이다.
도면들 중 도 1을 참조하면, 4휠 차량용 구동 트레인(drive train)(10)이 도시된다. 구동 트레인(10)은 제 1 액슬 조립체(12), 제 2 액슬 조립체(14) 및 구동 토크를 액슬 조립체들에 전달하는 동력 전달 장치(16)를 포함한다. 도시된 특정 배열에서, 제 1 액슬(12)은 전방 구동 라인인 반면, 제 2 액슬(14)은 후방 구동 라인이다. 동력 전달 장치(16)는 엔진(18)과, 액슬 샤프트(26)들을 통해 전방 휠(24)을 구동하기 위해 통합된 전방 차동 유닛(22)을 구비하는 복수 속도 전달 장치(20)를 포함한다. 전달 유닛(28)은 또한 구동 샤프트(32)를 통해 연결부(30)의 입력 부재(29)에 토크를 전달하기 위해 전달 장치(20)에 의해 구동된다. 연결부(30)의 입력 부재(29)는 구동 샤프트(32)에 연결되는 한편, 그 출력 부재는 후방 차동 장치(36)의 구동 부품에 연결된다. 제 2 액슬 조립체(14)는 또한 후방 액슬 샤프트(40)를 통해 후방 차동 장치(36)에 연결된 한 쌍의 후방 휠(38)을 포함한다.
구동 트레인(10)은 연결부(30)를 포함하는 전자적으로 제어되는 동력 전달 시스템(42)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 동력 전달 시스템(42)은 2휠 구동 모드 또는 4휠 구동 모드에서 구동 토크를 선택적으로 제공하도록 동작가능하다. 2휠 구동 모드에서 토크는 연결부(30)를 통하여 전달되지 않는다. 따라서, 전달 장치(20)에 의해 전달되는 구동 토크는 100% 전방 휠(24)에 제공된다. 4휠 구동 모드에서 동력은 토크를 후방 휠(38)에 제공하기 위해 연결부(30)를 통해 전달된다. 동력 전달 시스템(42)은 모터 차량의 동적 및 동작 특성을 검출하기 위한 차량 센서(52)와 통신하는 제어기(50)를 더 포함한다. 제어기는 차량 센서(52)로부터 오는 신호에 응답하여 연결부(30)의 작동을 제어하도록 동작가능하다. 제어기(50)는 제 1 및 제 2 세트의 휠 사이에 미리 결정된 타깃 토크 분할을 갖게 프로그래밍될 수 있다. 대안적으로, 제어기는 다른 방법으로 연결부(30)를 통해 원하는 토크를 전달하도록 결정하는 기능을 할 수 있다. 전달할 토크의 크기를 결정하는데 사용되는 방법에 상관없이, 제어기(50)는 원하는 토크 크기를 유지하기 위해 연결부(30)를 동작시킨다.
도 2 내지 도 4는 연결부(30)를 보다 상세히 도시한다. 연결부(30)는 마찰 클러치(74)를 통해 출력 샤프트(72)에 선택적으로 구동가능하게 연결된 입력 샤프트(70)를 포함한다. 구동 플랜지(75)는 입력 샤프트(70)의 일 단부에 장착되어 구동 샤프트(32)와 같은 구동 라인 부품을 위한 장착 부를 제공한다.
연결부(30)는 실질적으로 원통형 형상의 측벽(78)과 단부 벽(80)을 가지는 실질적으로 컵 형상의 하우징(76)을 포함한다. 측벽(78)은 하우징(76)의 개방 단부 근처에 내부에 나사산이 형성된 부분(81)을 포함한다. 단부 캡(82)은 나사산이 형성된 부분(81)과 나사산이 맞물려 공동(84)을 형성한다. 단부 캡(82)은 이 캡을 관통하여 연장하는 개구(86)를 구비한다. 출력 샤프트(72)의 부분은 개구(86)를 통해 연장한다. 하우징(76)은 단부 벽(80)을 통해 연장하는 개구(88)를 구비한다. 입력 샤프트(70)의 부분은 개구(88)를 통해 연장한다. 베어링(90)은 입력 샤프트(70)를 회전가능하게 지지하기 위해 개구(88) 내에 위치된다. 베어링(91,92)은 출력 스핀들(93)을 회전가능하게 지지한다. 입력 샤프트(70)는 허브(94)에 구동가능하게 연결된 스플라인 형성된 부분(95)(도 2)을 구비한다. 내부 마찰 판(96)의 세트는 스플라인이 맞물려서 허브(94)에 구동가능하게 연결된다. 내부 마찰 판(96)은 복수의 외부 마찰 판(98)과 교대로 배치된다. 외부 마찰 판(98)은 드럼(100)과 스플라인이 맞물린다. 드럼(100)은 출력 스핀들(93)에 구동가능하게 연결된다. 출력 스핀들(93)은 다른 스플라인 경계를 통해 출력 샤프트(72)에 연결된다. 도시된 실시예에서, 마찰 클러치(74)는 습식 클러치이다. 따라서, 클러치 유체는 마찰 판(96,98)과 연통하는 공동(84) 내에 포함된다.
피스톤(104)은 하우징(76) 내에 형성된 공동(106) 내에 슬라이딩가능하게 위치된다. 피스톤(104)은 쓰러스트 베어링(108)과 어플라이 판(110)과 맞물려 축방향으로 이동가능하다. 피스톤(104)의 면(112)에 압축 유체가 작용할 때, 피스톤(104)은 병진 이동하며 쓰러스트 베어링(108)과 어플라이 판(110)을 통해 힘을 교대로 배치된 복수의 클러치 판(96,98)에 가한다. 마찰 판(96,98)이 서로 접촉하며 압박될 때 전술된 부품들을 통해 입력 샤프트(70)와 출력 샤프트(72) 사이에 토크가 전달된다.
액추에이터(120)는 하우징(76)에 장착되어 압축 유체를 공동(106)에 선택적으로 공급하고 어플라이 힘을 마찰 클러치(74)에 제공한다. 액추에이터(120)는 전기 모터(122)와 펌프(124)와 저장소(126)를 포함한다. 전기 모터(122)는 펌프(124)와 구동가능하게 맞물린 출력 샤프트(127)를 포함하여 전기 모터의 출력 샤프트의 회전시 저장소(126) 내에 있는 유체가 가압되어 공동(106)으로 들어가게 한다. 배출 나사(128)는 공동(106)과 연통하게 하우징(76)에 연결된다. 배출 나사(128)는 운전자로 하여금 폐(closed) 유압 시스템으로부터 트랩된 공기를 제거할 수 있게 하는 기능을 한다. 이것은 트랩된 공기를 압축하는데 필요한 동력을 최소화시킨다.
펌프(124)는 제 1 절반부(130)와 제 2 절반부(132)와 제로터(gerotor)(134)를 가지는 하우징을 포함한다. 제로터(134)는 서로 맞물리는 내부 기어(136)와 외부 로터(rotor)(138)를 포함한다. 내부 기어(136)는 전기 모터(122)의 출력 샤프트에 구동가능하게 연결된다. 동작시, 낮은 압력의 유체가 하우징 절반부(130)에 형성된 입구 포트(140)를 통해 들어간다. 입구 포트(140)는 저장소(126)와 유체 연통가능하게 연결된다. 외부 로터(138)에 대해 내부 기어(136)가 회전하면 펌핑 작용으로 하우징 절반부(130)에 형성된 출구 포트(142)를 통해 매우 가압된 유체를 배출하게 된다. 출구 포트(142)는 펌프 하우징 절반부(130)에 형성된 통로(144)와 유체 연통가능하게 연결된다. 통로(144)는 하우징(76)에 형성된 개구(146)와 유체 연통가능하게 위치된다. 이런 방식으로, 제로터(134)로부터 출력된 유체는 공동(106)에 제공되어 피스톤(104)에 작용한다.
이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 제로터(134)는 통로(144)와 공동(106) 내에 위치된 유체의 폐(closed) 볼륨에 작용한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 제로터는 유체의 폐 볼륨에 작용하므로, 전기 모터(122)는 피스톤(104), 쓰러스트 베어링(108), 어플라이 판(110) 및 교대로 배치된 마찰 판(96,98) 사이에 유극이 제거되는 상대적으로 짧은 시간 동안만 상대적으로 높은 rpm으로 회전한다. 유극이 수축(taken up)된 이후 피스톤(104)은 힘을 어플라이 판(110)에 전달하여 마찰 클러치(74)에 토크를 생성하게 한다. 이때 피스톤(104)은 축방향으로 이동하지 않으며 제로터(134)는 거의 데드-헤드 모드(dead-head mode)로 들어간다. 제로터(134)의 내부 기어(136)와 외부 로터(138) 사이에 유극 뿐만 아니라 제로터(134)와 펌프 하우징 사이에 유극이 존재하는 것으로 인해, 전기 모터(122)의 출력 샤프트는 내부 기어(136)를 계속 회전시켜 피스톤(104)에 작용하는 압력을 원하는 압력으로 유지한다. 통로(144)와 공동(106) 내에 트랩된 유체의 일부는 내부 기어(136)와 외부 로터(138)에 의해 역방향으로 들어가서 전기 모터의 출력 샤프트가 계속 회전하게 한다. 제로터가 완전히 밀봉되고 역방향 흐름이나 측방향 흐름을 허용하지 않는다면, 전기 모터는 제로터(134)에 의해 펌핑되는 유체의 비압축성으로 인해 정지하게 될 것이다. 이와 유사한 방식으로, 배출 나사(128)는 자가 배출 시스템을 한정하기 위해 저장소로 다시 가는 통로에 연결된 작은 오리피스로 대체될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(50)는 압력 트랜스듀서(150) 뿐만 아니라 전기 모터(122)와 통신한다. 압력 트랜스듀서(150)는 공동(106) 내 유체의 압력을 나타내는 신호를 출력하도록 동작가능하다. 제어기(50)는 폐 루프 피드백 제어를 사용하여 전기 모터(122)를 작동시켜 피스톤(104)에 작용하는 타깃의 압력을 유지하도록 동작한다. 제어기(50)는 펄스 폭 변조된 신호를 전기 모터(122)에 제공하여 펌프(124)에 의해 발생된 출력 압력과 모터의 출력 속도를 변화시키도록 동작가능하다. 공동(106) 내 압력은 마찰 클러치(74)에 의해 출력된 토크의 크기에 비례하여야 한다. 공동(106) 내에 유지되는 압력을 제어함으로써 연결부(30)를 통해 전달되는 토크가 제어된다. 나아가, 온도 센서(152)는 연결부(30)에 연결되고 공동(84) 내에 포함된 클러치 유체의 온도를 나타내는 신호를 제어기(50)에 제공하도록 동작가능하다. 제어기(50)는 클러치 판의 온도에 기초하여 연결부의 제어 전략을 변화시키도록 프로그래밍된다. 제어 전략은 클러치 유체가 과열되는 것을 방지하기 위한 것이다.
대안적인 실시예에서, 압력 경감 밸브(200)(도 4 및 도 5)가 고압 통로(144)와 연통되게 부설(plumbed)된다. 압력 경감 밸브(200)는 펌프(124)의 고압 측으로부터 저장소(126)의 저압 측으로 압축 유체가 통과하게 동작가능하다. 압력 경감 밸브(200)는 전술된 폐(closed) 볼륨 내 유체가 탈출하는 경로를 제공한다. 압력 경감 밸브(200)가 이를 통해 흐를 때 전기 모터(122)는 펌프의 거의 데드-헤드 동작 모드에서의 전술된 회전 속도보다 더 높은 회전 속도로 동작될 수 있다. 연결부(30)에 장착된 전기 모터의 유형에 따라, 연결부(30)로 압력 경감 밸브(200)를 병합하는 것이 다소 바람직할 수 있다. 구체적으로, 전기 모터가 연장된 기간 동안 동작될 수 있다면, 압력 경감 밸브를 포함할 필요가 없을 수 있다. 이와 반대로, 전기 모터 설계가 더 높은 회전 속도로 동작하여야 하도록 선택된다면, 유체에 흐름 경로를 제공하기 위하여 압력 경감 밸브를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 또한 전기 모터(122)의 출력 샤프트와 제로터(134)의 내부 기어(136) 사이에 임의의 개수의 기어 배열이 삽입될 수 있으며, 이에 의해 모터로 하여금 낮은 회전 속도로 펌프 부품들을 회전시키면서 더 높은 회전 속도로 동작하게 할 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 속도를 감소시키는 기어셋이 사용되는 경우 압력 경감 밸브는 필요치 않을 수 있다.
도 6은 모터(122), 펌프(124) 및 피스톤(104)을 포함하는 유압 시스템(300)의 개략도를 도시한다. 유압 시스템(300)은 펌프(124)와 피스톤(104) 사이에 일렬로 위치된 2개의 위치 밸브(302)를 더 포함한다. 밸브(302)가 개방 위치에 있을 때, 모터(122), 펌프(124) 및 피스톤(104)은 전술된 바와 같이 마찰 클러치(7)에 압축력을 가하고 해제하는 작용을 한다. 특정 동작 모드 동안, 로크 업 모드(locked-up mode)에서 최대 힘을 마찰 클러치에 제공하여 연결부(30)를 동작시키는 것이 바람직할 수 있다. 배치된 밸브(302)가 없다면, 모터(122)는 피스톤(104)에 작용하는 펌프(124)로부터 고출력 유체 압력을 제공하기 위해 상대적으로 높은 부하에서 실질적으로 연속적으로 동작된다.
모터(122)가 활성화될 필요가 있는 시간을 감소시키기 위해 유압 시스템(300)이 수행된다. 보다 구체적으로, 모터(122)는 펌프(124)를 구동하여 피스톤(104)을 마찰 클러치(74)로 구동하고 연결부(30)를 최대 토크 전달 값으로 작용하기에 충분한 크기의 압력을 생성한다. 이 점에서, 2개의 위치 값(302)은 통로(304)와 공동(106) 내에 압축 유체를 트랩시키도록 이동된다. 2개의 위치 값(302)이 피스톤(104)에 작용하는 압력을 제어하는 것이 아니라 모터(122)와 펌프(124)에 의해 제공되는 전술된 압력을 단지 유지하는 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그리하여, 연결부(30)는 전술된 방식으로 계속적으로 제어될 것이다. 예를 들어, 연결부(30)가 개방되어 있으나 토크를 전달하지는 않는 모드에 있어야 한다고 제어가 지시하는 경우, 밸브(302)는 개방 위치로 이동되고 모터(122)는 역방향으로 동작되어 피스톤(104)에 작용하는 압력을 감소시키고 이에 의해 연결부(30)에 의해 전달되는 토크를 감소시킨다.
도 7은 연결부(30)의 동작을 제어하는 다른 유압 시스템(350)을 도시한다. 유압 시스템(350)은 모터(122), 펌프(124) 및 피스톤(104)을 포함한다. 유압 시스템(350)은 펌프(124)에 의해 출력되는 유체의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 동작가능한 열전쌍(352)을 더 포함한다. 펌프(124)에 의해 펌핑되는 주어진 유체에서 유체의 점성은 온도에 따라 변한다. 그리하여, 펌프(124)에 의해 출력되는 유체의 압력은 유체의 온도와 펌프 속도에 따라 변한다. 나아가, 주어진 유체 온도에서 펌프(124)에 의해 출력되는 유체의 압력은 모터 펌프 속도에 따라 변한다.
제어기(50')는 펌프 속도와 유체 온도가 변할 때 펌프 출력 압력을 나타내는 룩업 테이블(354)을 포함한다. 제어기(50')는 연결부(30)에 의해 생성되는 극단적인 토크와 피스톤(104)에 의해 작용하는 힘과 펌프 출력 압력을 상관시키는 다른 관계를 갖게 프로그래밍될 수 있다. 따라서, 연결부(30)를 통해 전달될 요청된 토크의 크기가 주어질 때 제어기(50')는 펌프(124)에 의해 펌핑되는 유체의 현재 온도를 판독하며 원하는 회전 속도로 펌프(124)를 회전시키는데 필요한 모터 속도를 계산하며 피스톤(104)으로부터 필수적인 어플라이 힘을 제공한다. 유압 시스템(350)은 공동(106) 내에 위치되는 유체와 연통하는 압력 센서를 사용함이 없이 연결부(30)의 제어를 가능하게 한다. 유압 시스템(350)은 열전쌍(352)의 비용이 압력 트랜스듀서의 비용보다 실질적으로 더 작기 때문에 감소된 비용의 배열로 볼 수 있다. 동작시, 펌핑되는 유체의 점성이 변할 때 모터(122)와 펌프(124)의 속도는 원하는 압력 출력을 유지하도록 변할 수 있다.
도 8은 제공되는 펌프(124')와는 다른 연결부(30)와 실질적으로 유사한 다른 연결부(30')를 도시한다. 펌프(124')는 보다 상세히 후술되는 온도 보상 특징을 제공한다. 연결부(30)와 펌프(124)에 대하여 전술된 바와 같이, 모터(122)는 전력을 받아 펌프(124)를 회전시켜 타깃 출력 압력으로 유체의 볼륨을 변위시키며 이에 의해 피스톤(104)이 타깃 힘을 마찰 클러치(74)에 인가하게 하며 미리 결정된 토크 출력을 발생시킨다. 일단 원하는 압력이 달성되고 토크 요청이 여전히 작용하고 있으면, 모터(122)는 제로터(134)를 통해 역방향 유체 흐름을 보상하는 속도로 계속 회전한다.
펌핑 방향과는 반대 방향으로 제로터(134)를 통해 지나가는 유체는 누출을 특징으로 할 수 있다. 제로터의 누출은 제로터(134)의 내부 기어(136)와 외부 로터(138) 사이에 유극, 제로터(134) 대 펌프 하우징의 유극, 유압 유체 점성 및 펌프 동작 압력의 함수이다. 펌프 부품 유극과 펌프 사이즈는 모터(122)가 원하는 연결부의 토크 전달 응답 시간을 달성하면서 효율적인 영역의 회전 토크 출력에서 동작하도록 한정된다. 연결부(30)는 여러 동작 온도에서 기능하므로, 펌핑되는 유체의 점성이 변한다.
주어진 양의 펌프 부품 유극에서 차가운 온도에서 펌프 동작은 펌프(124) 내에 증가된 점성 드래그(drag)를 초래하는 증가된 점성의 유체를 이동시키는 것을 포함한다. 모터(122)에 대한 부하가 증가한다. 모터(122)의 동작 속도를 낮추는 것은 효율에 악영향을 미칠 수 있다. 상대적으로 높은 동작 온도로 연결부(30)를 동작시킬 때 펌핑되는 유체 점성은 감소된다. 펌프(124)를 통한 누출이나 역방향 흐름이 증가한다. 추가적인 누출이 원하는 동작 모터 속도 범위보다 큰 필요한 모터 속도를 초래할 수 있다. 모터(122)는 펌프(124)로부터 요청된 출력 압력을 생성하는데 필요한 모터 토크를 제공할 수 없을 수 있다.
펌프(124')를 구비하는 연결부(30')는 온도 범위에 걸쳐 제로터 펌프 동작을 처리한다. 펌프(124')는 제 1 물질로 구성된 내부 기어(136')와, 또한 제 1 물질로 구성된 외부 로터(138')를 포함한다. 펌프(124)의 하우징 제 1 절반부(130)와 제 2 절반부(132)는 제 1 물질과는 다른 제 2 물질로 구성된다. 제 1 물질은 제 1 열팽창 계수를 포함한다. 제 2 물질은 다른 열팽창 계수이다. 특히, 내부 기어(136)와 외부 로터(138)는 펌프 하우징의 제 1 및 제 2 절반부(130,132)보다 더 높은 열팽창 계수를 가지는 것으로 상정된다. 적절한 다른 열팽창 계수를 선택함으로써 온도 동작 범위와 펌핑되는 유체 점성의 대응하는 변화를 통해 일관된 성능 개선을 위해 펌프(124)를 조절하는 것이 가능하다.
예를 들어, 전술된 구성에서, 제로터(134')는 차가운 온도에서 동작하는 동안 펌프 하우징보다 사이즈 감소한다. 제로터(134)와 펌프 하우징 사이에 증가된 유극은 증가된 유체 점성으로 인해 펌프에 의해 나타나는 점성 드래그를 감소시킨다.
높은 온도에서 동작하는 동안, 내부 기어(136)와 외부 로터(138)는 제 1 절반부(130)와 제 2 절반부(132)의 사이즈의 증가보다 더 큰 비율로 사이즈 증가한다. 제로터(134)와 펌프 하우징 사이에 감소된 유극이 나타난다. 감소된 유극은 펌프(124)를 통해 역방향으로 누출을 감소시키며 모터(122)로 하여금 효과적인 속도로 동작하게 한다.
참조 번호 400으로 표시된 고장난 브레이크 회로에서 연결부(30)를 제어하는 방법이 이제 기술된다. 본 제어 방법을 나타내는 흐름도는 도 9에 도시된다.
많은 현대식 생산 차량은 2개의 별도의 유압 회로를 갖는 브레이크 시스템을 구비한다. 제 1 회로는 일반적으로 차량의 브레이크의 절반을 작동시키도록 동작가능하며, 제 2 회로는 차량 브레이크의 다른 절반을 작동시키도록 동작가능하다. 브레이크 시스템은 서로 차량에 걸쳐 대각선으로 위치된 브레이크 또는 서로 측방으로 정렬된 크레이크를 작동시키는 회로를 가지는 것으로 구성될 수 있으며 이에 따라 제 1 브레이크 회로는 전방 차량 브레이크를 작동시키고 제 2 유압 회로는 후방 차량 브레이크를 작동시킨다.
2개의 유압 회로는 이들 유압 회로들 중 하나가 고장나는 경우 여분의 시스템을 제공하는데 사용된다. 대각선 시스템에서, 브레이크 회로들 중 하나가 고장나면, 차량은 하나의 전방 브레이크와 하나의 대각선으로 대향하는 후방 브레이크가 동작하여 감속될 수 있다. 대안적으로, 전방-후방이 분리된 경우에 하나의 액슬은 차량을 감속시키기 위해 모든 브레이크 힘을 제공하도록 유지될 수 있다. 단 하나의 브레이크 회로만이 기능할 때에는 차량 안전성에 우려가 존재한다. 대각선 회로가 고장난 경우에, 요우 모멘트(yaw moment)가 차량에 걸쳐 브레이크 힘에 불균형이 생겨 유발될 수 있다. 그리하여, 운전자는 요우 모멘트를 상쇄시키기 위해 조향 정정을 입력하는 것을 필요할 수 있다. 전방 액슬 유압 회로가 고장난 경우에 전방-후방 분리 구성에서 모든 브레이크 힘이 후방 액슬에 제공되는 경우 과도 조향 상태(over-steer condition)가 발생할 수 있다. 나머지 브레이크 회로가 능동 회로의 휠을 고정할 수 있는 압력 레벨을 제공할 수 있는 경우 정지 거리가 증가할 수 있다. 브레이크 토크는 추가적인 타이어에 공유된다.
연결부 제어 방법(400)은 고장난 유압 회로와 연관된 휠들 중 적어도 하나에 토크를 전달하기 위해 연결부(30)를 제어하는 단계를 수반한다. 하나의 구성에서, 고장난 브레이크 회로는 브레이크 시스템이나 차량 제어기에 의해 인식되고 고장 모드 정보는 차량 통신 버스에 제공된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 고장난 브레이크 회로에서 연결부를 제어하는 제어 방법은 블록(402)에서 차량 점화가 턴온되는 단계를 포함한다. 블록(404)에서, 표준 토크 전달 장치의 진단 및 제어 로직이 전술된 바와 같이 이식된다. 블록(406)에서, 브레이크 회로의 고장이 제어기(50)에 의해 검출되었는지 여부가 결정된다. 브레이크 회로의 고장이 검출되지 않은 경우, 제어는 블록(404)으로 복귀한다. 브레이크 회로의 고장이 검출된 경우에는 블록(408)은 브레이크 동작이 현재 작용하는지 여부를 결정한다. 브레이크 동작이 현재 일어나고 있지 않으면 제어는 블록(404)으로 복귀한다. 브레이크 회로의 고장이 검출되고 현재 브레이크 동작이 일어나고 있으면 제어는 블록(412)에서 표시된 다른 차량 제어 유닛으로 계속된다. 블록(412)은 연결부(30)를 통해 전달되는 토크의 양을 계산한다. 블록(414)은 가능하게는 브레이크 압력 신호, 조향 각도 신호 및 차량 속도 신호를 포함하는 사용되는 여러 정보를 포함한다. 블록(416)에서 연결부(30)는 블록(412)에서 요청되는 토크를 전달하기 위해 작동된다. 연결부(30)가 브레이크 동작 동안 토크를 전달하면, 작용하는 브레이크 회로와 연관된 휠은 토크를 구동 라인을 거쳐 고장난 브레이크 회로와 연관된 휠로 전달한다. 그리하여, 브레이크가 동작치 않는 휠에 지연 힘이 제공된다.
연결부(30)는 대안적으로 또는 동시에 블록(410)에 도시된 바와 같이 다른 차량 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 블록(410)은 안티로크 브레이크 시스템(anti-lock braking system) 제어와 같이 제어기(50) 외부에서 발생할 수 있는 추가적인 차량 제어를 나타낸다. 안티로크 브레이크 시스템의 제어는 추가 브레이크 작용을 요청할 수 있다.
나아가, 전술된 설명은 본 발명의 단지 예시적인 실시예만을 개시하고 기술하는 것이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 설명과, 첨부하는 도면과 청구범위로부터 여러 변경, 변형 및 변동이 첨부하는 청구범위에 한정된 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 인식할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 회전가능한 입력 부재와;
    회전가능한 출력 부재와;
    상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에 토크를 선택적으로 전달하는 마찰 클러치와;
    상기 마찰 클러치에 작동력을 제공하는 액추에이터로서, 상기 액추에이터는 펌프에 연결된 전기 모터를 포함하며, 상기 펌프는 폐(closed) 볼륨에 위치된 피스톤에 압축 유체를 공급하는 출구를 구비하며, 상기 피스톤은 마찰 클러치에 작용하여 미리 결정된 토크를 생성하는, 액추에이터와;
    상기 펌프 출구와 상기 피스톤 사이에 일렬로 위치되는 밸브로서, 상기 밸브는, 전기 모터의 연속적인 활성화 없이 마찰 클러치의 미리 결정된 토크 출력을 유지하기 위하여, 펌프 출구와 피스톤 사이에 유체 이동을 가능하게 하는 제 1 위치와 피스톤과 밸브 사이에 피스톤에 작용하는 압축 유체가 트랩되는 제 2 위치 사이에서 이동가능한, 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    마찰 클러치가 최소 임계값보다 큰 미리 결정된 시간 동안 로크 모드에서 동작하는지 여부를 결정하는 제어기를 더 포함하며, 상기 제어기는 로크 모드에 마찰 클러치를 두기 위해 제 2 위치로 밸브를 이동시키는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브는 2-위치 밸브인 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  4. 회전가능한 입력 부재와 회전가능한 출력 부재 사이에서 토크를 전달하는 방법으로서,
    펌프를 구동하는 전기 모터를 활성화시켜 압축 유체를 펌프의 출구로부터 피스톤을 포함하는 챔버 내로 선택적으로 공급하는 단계와;
    상기 피스톤을 마찰 클러치에 접촉하게 이동시켜 유체의 압력에 비례하는 작용력을 클러치에 적용하는 단계와;
    상기 전기 모터의 속도를 변경시켜 마찰 클러치에 의해 전달되는 토크의 크기를 제어하는 단계와;
    상기 펌프의 출구와 상기 피스톤 사이에 밸브를 위치시키는 단계와;
    클러치 슬립을 제한하기 위해 상기 피스톤에 작용하는 압력의 크기를 증가시킴으로써 상기 마찰 클러치를 로크 모드에 배치하는 단계와;
    상기 밸브를 닫힌 위치로 이동시켜 상기 마찰 클러치를 로크 모드에 유지하는 단계와;
    상기 밸브와 피스톤 사이에 압축 유체를 트랩시켜 상기 전기 모터를 더 활성화시키지 않고 상기 피스톤에 작용하는 압력을 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 전달 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 밸브를 열린 위치로 이동시키는 단계와, 상기 전기 모터의 방향을 역전시켜 상기 피스톤으로부터 멀어지게 유체를 펌핑하여 상기 마찰 클러치에 의해 전달되는 토크를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 전달 방법.
  6. 회전가능한 입력 부재와 회전가능한 출력 부재를 구동가능하게 연결하는 동력 전달 장치를 제어하는 방법으로서,
    펌프를 구동하는 전기 모터를 활성화시켜 펌프의 출구로부터 압축 유체를 피스톤을 포함하는 챔버로 선택적으로 공급하는 단계와;
    펌프 속도, 유체 온도 및 상기 펌프로부터 출력되는 유체의 압력 사이의 관계를 결정하는 단계와;
    펌핑되는 유체의 온도를 결정하는 단계와;
    미리 결정된 유체의 압력을 제공하기 위해 펌프 속도를 결정하는 단계와;
    유체의 압력과 클러치 토크 사이의 상관 관계를 한정하는 단계와;
    상기 회전가능한 입력 부재와 회전가능한 출력 부재 사이에 미리 결정된 토크 양의 전달하기 위해 상기 클러치에 작용하는 피스톤에 미리 결정된 유체의 압력을 제공하도록 미리 결정된 속도로 상기 펌프를 회전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상관 관계를 한정하는 단계는 룩업 테이블을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 룩업 테이블은 상기 펌프를 실험적으로 테스트하여 내장되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 유체의 온도를 결정하는 단계는 펌핑되는 유체와 연통하는 열전쌍으로부터 신호를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 클러치와 접촉하는 펌핑되는 유체와는 분리된 다른 유체를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
  11. 회전가능한 입력 부재와;
    회전가능한 출력 부재와;
    상기 회전가능한 입력 부재와 상기 회전가능한 출력 부재 사이에 토크를 전달하는 마찰 클러치와;
    상기 마찰 클러치에 작동력을 제공하는 액추에이터로서, 상기 액추에이터는 하우징 내에 회전가능하게 위치된 펌프에 구동가능하게 연결된 출력 샤프트를 구비하는 전기 모터를 포함하며, 상기 펌프는 마찰 클러치에 작용하는 피스톤에 압축 유체를 공급하도록 동작가능하며, 상기 펌프는 내부 기어와 외부 로터를 구비하는 제로터를 포함하며, 상기 내부 기어와 외부 로터 각각은 제 1 물질로 형성되고 제 1 열팽창 계수를 가지며, 상기 하우징은 제 1 열팽창 계수보다 낮은 제 2 열팽창 계수를 가지는 제 2 물질로 형성되어 펌핑되는 유체의 점성이 온도 변화에 따라 변할 때 펌프 부품 유극을 변화시키는, 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 피스톤은 상기 제로터의 출구 포트와 연통하는 폐 공동 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 폐 공동 내 압축 유체는 피스톤에 힘이 가해질 때 펌핑되는 방향과는 반대 방향으로 제로터를 통해 지나도록 가압되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제로터와 상기 하우징 사이의 유극은 온도가 감소할 때 증가하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 증가된 유극은, 상기 전기 모터가 실질적으로 동일한 속도로 증가된 점성 유체를 펌핑하도록 하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제로터와 상기 하우징 사이의 유극은 온도가 증가할 때 감소하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치.
  17. 회전가능한 입력 부재와 회전가능한 출력 부재를 구동가능하게 연결하는 동력 전달 장치를 제어하는 방법으로서,
    브레이크 회로의 고장이 검출되었는지 여부를 결정하는 단계와;
    브레이크 동작이 작용하는지 여부를 결정하는 단계와;
    동력 전달 장치에 의해 전달되는 토크의 양을 계산하는 단계와;
    작용하는 차량 브레이크로부터 상기 동력 전달 장치를 통해 작용하지 않는 차량 브레이크와 연관된 휠로 토크를 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 동력 전달 장치를 통해 토크를 전달하는 단계는, 펌프를 구동하는 전기 모터를 활성화시켜서 피스톤을 포함하는 챔버로 압축 유체를 선택적으로 공급하는 단계와, 상기 피스톤으로부터 동력 전달 장치의 클러치로 작동력을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    브레이크 동작이 작용하지 않을 때 상기 동력 전달 장치를 모든 휠 구동 클러치로 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 동력 전달 장치에 의해 전달되는 토크의 양을 계산하는 단계는 동력 전달 장치의 제어기와 차량 제어기 중 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 장치 제어 방법.
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