KR20160147288A - 연료 저감형 클러치 제어 장치 및 이를 이용한 연료 저감 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클러치 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 클러치 유격을 위치감지센서를 사용한 비접촉식 방식의 변위검출계를 이용하여 기구부의 소형화 및 동작시 오차를 감소시키고, 복수개의 솔레노이드 밸브를 이용하여 액추에이터 작동을 조절함으로써 결과적으로 클러치를 동작시키는 공압 실린더의 정확한 위치 제어를 가능하게 하여 연비 향상과 연료 저감을 가능하게 하는 동시에 이산화탄소의 발생을 저감하게 하는 클러치 제어 장치에 관한 것이다.

Description

연료 저감형 클러치 제어 장치 및 이를 이용한 연료 저감 방법{A clutch control apparatus for fuel reduction and method for fuel reduction using the same}

본 발명은 연료 저감형 클러치 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 클러치 유격을 위치감지센서를 사용한 비접촉식 방식의 변위검출계를 이용하여 기구부의 소형화 및 동작시 오차를 감소시키고, 복수개의 솔레노이드 밸브를 이용하여 액추에이터 작동을 조절함으로써 결과적으로 클러치를 동작시키는 공압 실린더의 정확한 위치 제어를 가능하게 하여 소요되는 연료를 저감하는 동시에 이산화탄소의 배출을 저감하게 하는 클러치 제어 장치에 관한 것이다.

클러치는 한쌍의 동심 회전축을 쉽고 빠르게 연결 및 차단시켜주는 장치를 의미한다. 이는 보통 원동기와 기계로 전달되는 입력축 사이에 있어 기계를 작동 또는 정지시켜주며, 자동차에서처럼 무부하 상태에서 기관을 작동할 수 있게 한다.

상용차에 사용되는 클러치는 기관의 회전력을 변속기에 전달하는 동력전달기능과 기관과 변속기 사이의 동력흐름을 필요할 때마다 일시 차단하는 동력차단기능을 수행하고, 부드러우면서도 진동이 없는 발진을 가능하게 하며, 기관과 동력전달장치를 과부하로부터 보호함은 물론 플라이휠과 함께 기관의 회전진동을 감소시키게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 클러치 장치의 구조에 대해 도시한 것이다. 도 1에서 보는 바와 같이 크게, 운전자의 조작력을 받는 클러치 페달(1)과 상기 클러치 페달(1)의 힘을 전달시키는 마스터 실린더(3)와 상기 마스터 실린더(3)와 연결되어 공압을 공급시키는 공기펌프(5)와 상기 공기펌프(5)에서 공급된 공압을 받아 작동되는 피스톤로드(7a)를 가진 부스터실린더(7)와 상기 부스터실린더(7)에서 제공된 공압으로 클러치(11)를 작동시키는 릴리즈실린더(9)와 힌지고정되어 상기 릴리즈 실린더(9)와 상기 클러치(11)를 연결시키는 시프트레버(13)를 포함하여 구성된다. 상기 릴리즈실린더(9)의 푸시로드(9a)는 스프링(9b)에 의해 복귀력을 가진다.

이와 같이 구성된 클러치는 운전자가 상기 클러치 페달(1)을 밟으면, 그 힘이 상기 마스터실린더(3)의 피스톤로드(3a)를 작동시켜 상기 공기펌프(5)에서 공급되고 있는 공압이 공압 유도부(51)를 거쳐 상기 부스터 실린더(7)로 유입되고, 유입된 공압은 상기 부스터실린더(7)의 피스톤로드(7a)를 이동시켜 상기 릴리즈실린더(9)의 푸시로드(9a)를 이동시키며, 상기 푸시로드(9a)의 이동에 의해 상기 시프트레버(13)가 상기 클러치(11)의 클러치 디스크가 엔진의 구동판에서 분리되어 휠로의 전달되는 동력이 차단된다.

그러나, 상기 클러치는 장시간 정체와 서행이 반복되는 구간이나 시내 주행시 상기 클러치페달을 수없이 작동시켜야 하기 때문에 운전자의 피로도가 가중될 뿐만 아니라 무릎과 허리 등에 무리를 주는 문제점이 있다.

또한, 자동차의 시동이 꺼지지 않게 하기 위해서는 상기 클러치 페달을 뗄때 반클러치 구간에서는 발동작을 미세하게 움직이면서 엑셀레이터 페달을 밟아야 하는데, 이때 운전자가 상기 클러치페달을 밟고 있는 발을 빨리 떼게 되면 자동차가 덜컹거리거나 엔진의 시동이 꺼지게 되고, 반면에 발을 늦게 떼게 되면 자동차에 동력이 제대로 전달되지 않아 차량의 운전제어가 여의치 않은 문제점이 있다.

이러한 불편함을 해소하기 위해 변속이 자동으로 이루어지는 자동 변속기를 장착할 경우에는 운전 중 편리하고 승차감이 우수한 장점이 있으나, 초기 구입 비용이 증가하고, 주행 중 수동변속기에 비해 20~30 퍼센트 정도의 연료소비가 많게 되는 단점이 있다.

기존 수동 상용차량의 경우 주행 중 가속 페달을 떼면 운행 속도(RPM)에 맞추어 엔진에 연료가 공급되어 소비되고 있는 실정이며, 연료 절감을 위한 방식으로 경사진 도로에서 기어를 중립 상태로 변경하여 탄력 주행을 하고 있으나 엔진브레이크의 미적용, 제동거리 등 사고 발생에 대한 문제를 내포하고 있다.

종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해 세미오토 클러치의 개념들이 다수 제시되고 있으나, 그 구조가 복잡하여 사후 수리 및 관리의 문제가 있으며, 기존의 차량에 부착하는 방식이 복잡한 문제가 있다. 따라서 기존의 차량에 간단한 탈, 부착이 가능한 구조 및 유지보수가 편리한 구조의 클러치 제어장치가 요구되고 있다.

특히, 종래의 세미오토 클러치의 경우에는 클러치 동작을 모터를 이용하여 제어하는 방식으로 그 회전값을 포텐시오메터로 읽어 직선 변위값으로 변환하여 클러치 유격을 계산하여 변속을 제어하는 방식으로, 이를 위해 기구부의 대형화 및 차량장착의 어려움이 있다.

또한, 회전값을 변위로 변환하는 과정에서 기구적인 SLIP 등을 통한 오차로 인해 불필요한 변속충격이 발생하는 문제점이 발생하고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 클러치 유격을 위치감지센서를 사용한 비접촉식 방식의 변위검출계를 이용하여 기구부의 소형화 및 동작시 오차를 감소시키고, 복수개의 솔레노이드 밸브를 이용하여 액추에이터 작동을 조절함으로써 결과적으로 클러치를 동작시키는 공압 실린더의 정확한 위치 제어를 가능하게 하여 연비 향상과 연료 저감을 가능하게 하는 동시에 이산화탄소의 발생을 저감하게 하는 클러치 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 전자식 스위치를 통해 클러치의 단속이 이루어져 기어변속의 편의성을 증대시키는 것을 기본으로 하되, 기존의 차량에 간단한 탈부착이 이루어지며 제품의 유지보수가 편리할 뿐만 아니라, 초보 운전자들도 손쉽게 조작할 수 있는 클러치 제어장치를 제공하고자 한다.

특히, 반클러치 상태의 자동 구현으로 다양한 운전조건에서도 손쉬운 운전이 가능하며, 악조건시 강한 반클러치를 임의로 조작할 수 있어 초보자도 쉽게 운전할 수 있는 클러치 제어장치를 제공하고자 한다.

또한, 종래의 기술과는 달리 클러치 유격을 PSD 센서 등과 같은 직선 거리 센서를 이용하여 비접촉식 방식의 변위검출계를 이용하여 기구부의 소형화 및 동작시 오차를 감소시키는 클러치 제어장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.

본 발명은 클러치(11)를 작동시키는 부스터 실린더(7)에 연결되어 클러치를 제어하는 클러치 제어 장치이고,

중공의 제1 하우징(35); 상기 제1 하우징(35)의 후방에 제공되는 제2하우징(31); 상기 제1 하우징(35)과 제2 하우징(31) 내부에 걸쳐 이동 가능하게 배치되는 액츄에이터 모듈(40); 상기 부스터 실린더(7)에 연결된 유압라인(83)에 연결되고, 상기 액츄에이터 모듈(40)의 일부가 삽입되어 상기 액츄에이터 모듈(40)의 이동에 따라 상기 유압라인으로 유압을 공급하는 실린더(82); 상기 액츄에이터 모듈(40)이 상기 제1 하우징(35) 내에서 이동하는 직선 거리를 측정하는 위치센서(71); 상기 제1 하우징(35) 내에 제공되어 압력을 조절하는 압력 조절 유닛(20); 및 상기 위치센서(71)에 의해 측정된 거리에 따라 상기 압력 조절 유닛(20)의 압력을 제어하는 제어부(39);를 포함하며,

상기 제어부(39)는 차량의 ECU와 CAN(Controller Area Network) 통신으로 연결해 브레이크 페달, 가속 페달, 클러치 페달, 엔진 브레이크의 유격, 차량 속도, 엔진 회전수 등에 대한 정보를 수집하고, 상기 위치센서(71)를 통해 액추에이터 모듈(40)의 위치신호를 입력으로 받으며, 상기 액추에이터 모듈(40)의 동작을 위해 상기 압력 조절 유닛(20)을 구성하는 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)을 제어한다.

상기 액츄에이터 모듈(40)은,

상기 제1 하우징(35) 내에서 직선 방향으로 이동이 가능하고, 전방에 유압조절 로드부(46)가 제공되는 몸체부(44), 상기 부스터 실린더(7)에 연결된 유압라인(83)에 연결되고, 상기 유압조절 로드부(46)의 일부가 삽입되어 상기 몸체부(44)의 이동에 따라 상기 유압라인으로 유압을 공급하는 실린더(82), 상기 제2 하우징(31)이 각각 밀폐된 제1 챔버(32) 및 제2 챔버(33)로 구분된 상태에서, 상기 제1 챔버(32) 및 제2 챔버(33)의 압력차에 의해 상기 제2 하우징(31) 내에서 직선 방향으로 이동이 가능한 피스톤 헤드부(41), 및 상기 피스톤 헤드부(41)와 상기 몸체부(44)를 연결시켜주는 피스톤 로드(43)를 포함한다.

상기 압력 조절 유닛(20)은,

외부에 위치하는 압축 펌프와 공기통로관(201)을 통해 연결되어 있고, 상기 공기통로관(201)과 상기 제2 하우징(31) 사이에 공기가 유출입되는 복수의 오리피스들과, 상기 제어부(39)의 신호에 따라 제어되고, 상기 복수의 오리피스들의 개폐를 조절하는 상기 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)을 포함한다.

이때, 상기 몸체부(44)와 함께 이동되는 반사판(72)을 더 포함하고, 상기 센서부(21)는 상기 제1 하우징(35)에 고정되어, 상기 반사판(72)과의 직선 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 챔버(33) 내에는 상기 피스톤 헤드부(41)를 상기 제1 챔버(32) 측으로 밀어내도록 복원력을 가지는 탄성부재(75)가 더 제공될 수 있다.

특히, 상기 실린더(82)와 클러치 페달(1)의 조작에 의하여 유압을 공급하는 마스터 실린더(3)를 연결하는 밸브(85)와, 상기 클러치 페달(1)의 누름 여부를 인식하는 센서를 더 포함하고, 상기 센서를 통해 상기 클러치 페달(1)의 누름이 인식되는 경우, 상기 밸브는 개방되고, 상기 제어부(39)에 의해 상기 압축 펌프의 동작을 중지하고, 상기 솔레노이드 밸브(63)들을 개방하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 클러치 유격을 위치감지센서를 사용한 비접촉식 방식의 변위검출계를 이용하여 기구부의 소형화 및 동작시 오차를 감소시키고, 복수개의 솔레노이드 밸브를 이용하여 액추에이터 작동을 조절함으로써 결과적으로 클러치를 동작시키는 공압 실린더의 정확한 위치 제어를 가능하게 하여 차량의 연비를 향상하게 하는 동시에 연료 저감을 가능하게 한다.

본 발명은 차량의 ECU와 CAN 통신을 통해 차량 속도, 엔진 회전수, 연료 공급량, 클러치 페달에 대한 관련 데이터를 송수신하며, 클러치 스위치, 클러치 페달 동작센서, 액추에이터의 위치센서 등을 통해 정확한 위치 정보를 수집하여 실시간으로 운전 모드를 조절함으로써 연비 향상을 위한 최적의 주행 환경을 제공한다.

또한, 기존의 차량에 간단한 탈부착이 이루어지며 제품의 유지보수가 편리할 뿐만 아니라, 초보 운전자들도 손쉽게 조작할 수 있는 클러치 제어장치를 제공하는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 종래의 기술과는 달리 클러치 유격을 PSD 센서 등과 같은 직선 거리 센서를 이용하여 비접촉식 방식의 변위검출계를 이용하여 기구부의 소형화 및 동작시 오차를 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 클러치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 클러치 제어 장치의 장착 구성도,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 클러치 제어 장치에 사용되는 압력 조절 유닛의 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 클러치 제어 장치의 장착 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 클러치 제어 장치의 블록도,
도 8 내지 도 13은 일반 주행 조건의 다양한 모드를 나타낸 타이밍 차트, 및
도 14 내지 도 18은 탄력 및 타력 주행 조건의 다양한 모드를 나타낸 타이밍 차트이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 클러치 제어 장치가 기존의 클러치 구성에 결합한 도면을 도시하고 있다. 다만, 본 발명의 핵심적 사항이 부각되도록 다소 간략하게 표현하였다.

본 발명은 클러치(11)를 작동시키는 부스터 실린더(7)에 연결되어 클러치를 제어하는 클러치 제어 장치이고, 클러치 페달(1)과는 마스터 실린더(3)를 통해 연결되어 있다.

본 발명에 의한 클러치 제어 장치는 크게 제1 하우징(35)과, 상기 제1 하우징(35)의 후방에 위치하는 제2 하우징(31)으로 구분된다. 본 명세서 상에서 "후방"이라 함은 도 2를 기준으로 하였을 때에, 실린더(82)에서 멀어지는 방향을 의미하고, "전방"이라 함은 실린더(82) 측으로의 방향을 의미한다.

또한 본 발명에서의 핵심은 후술할 제1 챔버(32) 내의 압력 조절 유닛(20)에 있는데, 압력 조절 유닛(20)에 압축 공기를 공급하는 압축 펌프는 도면에 도시되어 있지 않고, 공기통로관(201)을 통해서 연결되어 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의한 클러치 제어 장치는, 제1 하우징(35)과, 상기 제1 하우징(35) 내에서 직선 방향으로 이동이 가능하고, 전방에 유압조절 로드부(46)가 제공되는 몸체부(44)와, 상기 부스터 실린더(7)에 연결된 유압라인(83)에 연결되고, 상기 유압조절 로드부(46)의 일부가 삽입되어 상기 몸체부(44)의 이동에 따라 상기 유압라인으로 유압을 공급하는 실린더(82)를 포함한다.

본 발명의 특징은 몸체부(44)가 직선 운동을 수행하게 되는데, 몸체부(44)의 직선 이동 거리를 직접 측정하여 클러치를 제어하는 것에 있다. 종래의 기술로는, 스테핑 모터를 사용하고 회전센서에 의해서 위치 제어를 하였던 기술이 공개되었으나, 이는 직선값을 회전값으로 측정한 후 다시 직선값으로 변환하는 과정을 거치게 되므로 응답성능이 매우 불안정하고, 특히 스테핑 모터가 마모되는 경우 위치제어의 오차가 발생할 위험성을 내재하고 있는 문제가 있었다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고자, 스테핑모터를 제외하고 PSD 센서와 같은 직선 거리 측정 센서를 통해서 위치제어하도록 하여 선형값이 정확하고, 비접촉식으로 마모의 위험성을 원천적으로 제거하여 내구성이 높다는 이점이 있다.

또한, 종래에 사용하던 스테핑 모터의 경우에는 습기에 매우 약한 성질을 가지고 있는데, 클러치 제어 장치의 장착위치는 그 특성상 차량의 하부가 되어야 하므로 방습과 관련한 여러 문제가 발생하였다. 따라서 본 발명에서는 방습 성능이 매우 좋은 솔레노이드 밸브를 사용하여 위치 제어를 하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 상기 몸체부(44)가 상기 제1 하우징(35) 내에서 이동하는 직선 거리를 측정하는 센서부(71)를 포함한다. 센서부(71)는 위에서 설명한 바와 같이 몸체부(44)의 상대적인 직선 이동 거리를 측정하는 것을 목적으로 한다. 따라서, PSD 센서, 초음파 센서, 적외선 센서 등 직선 거리를 측정할 수 있는 센서라면 어느 것이라도 가능하다.

거리 측정의 성능을 높이기 위해, 상기 몸체부(44)와 함께 이동되는 반사판(72)을 더 포함할 수 있다. 상기 센서부(21)는 상기 제1 하우징(35)에 고정되어 있고, 상기 반사판(72)은 상기 몸체부(44)의 이동에 따라 함께 이동되는 바, 그 이동한 직선 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.

센서부(21)와 반사판(72)사이의 측정된 거리는 통신을 통하여 제어부(39)로 전송되어, 솔레노이드 밸브의 제어 근거로 활용된다.

이하 몸체부(44)의 작동 원리를 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 제1 하우징(35)의 후방에 제공되는 제2 하우징(31)이 더 제공되는데, 상기 제2 하우징(31)을 각각 밀폐된 제1 챔버(32) 및 제2 챔버(33)로 구분하고 상기 제1 챔버(32) 및 제2 챔버(33)의 압력차에 의해 상기 제2 하우징(31) 내에서 직선 방향으로 이동이 가능한 피스톤 헤드부(41)를 더 포함한다.

상기 피스톤 헤드부(41)는 피스톤 로드(43)에 의해 상기 몸체부(44)와 연결된다.

본 발명에서 피스톤 헤드부(41), 피스톤 로드(43), 몸체부(44), 유압조절 로드부(46)를 포함한 상태의 모듈을 액츄에이터 모듈(40)로 설정할 수 있다.

상기 피스톤 헤드부(41)는 상기 제1 챔버(32) 내의 압력에 따라 상기 제2 하우징(31)을 따라 이동하게 된다. 피스톤 헤드부(41)는 제1 챔버(32) 및 제2 챔버를 밀폐시키기 위해 피스톤 링(42)을 더 포함할 수 있다.

다만, 좀더 바람직하게는 제1 챔버(32) 내의 압력은 변화가 가능하고, 제2 챔버(33) 내의 압력은 대기압 또는 진공상태 등 일정한 값으로 유지된다. 즉, 압력의 조절은 제1 챔버(32) 내에서만 하는 구조가 경제적일 수 있다.

이를 위해, 상기 제2 챔버(33) 내에는 상기 피스톤 헤드부(41)를 상기 제1 챔버(32) 측으로 밀어내도록 복원력을 가지는 탄성부재(75)가 더 제공될 수 있다. 도면에서 도시된 바와 같이 탄성부재는 피스톤 로드(43)를 감싸는 스프링 형상으로 제공되며, 일단은 피스톤 헤드부(41)에 고정되고, 타단은 제1 하우징(35)과 제2 하우징(31)의 경계 벽면에 고정된다.

제1 챔버(32) 내의 압력이 낮은 경우에는 탄성부재(75)의 복원력에 의해 피스톤 헤드부(41)는 제1 챔버(32) 측으로 이동하려하고, 제1 챔버(32) 내의 압력에 의한 미는 힘이 탄성부재(75)의 복원력보다 큰 경우에는 피스톤 헤드부(41)는 제2 챔버(33) 측으로 이동하게 된다.

즉, 본 발명의 특징은 제1 챔버(32) 내의 압력을 조절하여 피스톤 헤드부(41)의 이동을 제어하고, 이에 연결되어 있는 몸체부(44)의 이동을 제어하는 것임을 이해하여야 한다.

이를 위해 본 발명에서는, 상기 제1 챔버(32) 내에 제공되어 압력을 조절하는 압력 조절 유닛(20)과, 상기 센서부(71)에 의해 측정된 거리에 따라 상기 압력 조절 유닛(20)의 압력을 제어하는 제어부(39)를 포함한다. 압력 조절 유닛(20)을 통해 제1 챔버(32) 내의 압력을 조절하여 액츄에이터 모듈(40)의 실린더(82) 측 방향으로의 이동을 조절하게 된다.

상기 압력 조절 유닛(20)은, 외부에 위치하는 압축 펌프(도면 미도시)와 공기통로관(201)을 통해 연결되어 있다. 압축 펌프 역시 제어부(39)의 신호에 따라 압축 공기를 압력 조절 유닛(20)에 공급하거나, 반대로 압력 조절 유닛(20)을 통하여 제1 챔버(32)내의 공기가 외부로 유출될 수 있도록 제공된다.

압력 조절 유닛(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 공기통로관(201)과 연결된 내부의 관(25)을 가지는 몸체를 가진다. 내부의 관(25)에는 복수 개의 오리피스(21,22,23)가 형성되어 있다.

본 발명의 특징은 복수 개의 오리피스(21,22,23) 및 공기통로관(201) 상에 각각의 솔레노이드 밸브(61,62,63,65)를 장착시키고, 미리 설정된 프로그램에 따라서 솔레노이드 밸브를 이용하여 공기통로관(201) 또는 오리피스를 개폐시키는 것을 특징으로 한다. 이를 통해서 압력 펌프로부터 제1 챔버(32)로 유입되는 공기의 량을 조절하거나, 압력 펌프가 오프된 상태에서 제1 챔버(32)로부터 외부로 유출되는 공기의 량을 조절하여 제1 챔버(32)의 압력을 조절하는 것이다.

이를 위해, 상기 공기통로관(201)과 상기 제1 챔버(32) 사이에 공기가 유출입되는 복수의 오리피스들(21,22,23)과, 상기 제어부(39)의 신호에 따라 제어되고, 상기 복수의 오리피스들(21,22,23)의 개폐를 조절하는 복수의 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)을 포함한다. 여기에서, 상기 솔레노이드 밸브의 개수는 적절히 증감가능하다. 또한, 복수의 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)은 3개의 배출 솔레노이드 밸브(61,62,63) 및 1개의 입력 솔레노이드 밸브(65)로 구성이 가능하다.

솔레노이드 밸브들은 센서부(71)에 의해 측정되는 액츄에이터 모듈(40) 내지 몸체부(44)의 이동거리의 값에 따라 그 온/오프가 미리 프로그래밍 되어 저장되고, 이에 따라 제어부(39)는 솔레노이드 밸브들에 동작 신호값을 전송하게 된다. 각각의 솔레노이드 밸브들은 온/오프를 각각 개별적으로 진행하게 되며, 열려진 모든 솔레노이드 밸브에 의한 오리피스의 합이 전체 개방된 면적이 된다.

이러한 압력 조절을 더욱 정밀하게 하기 위해 오리피스는 복수 개를 사용하고, 특히 각각의 오리피스의 직경은 서로 다르게 형성하는 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 본 발명의 경우 상기 복수의 오리피스들은 각각의 직경이 다르게 제공되는 제1 오리피스(21), 제2 오리피스(22) 및 제3 오리피스(23)이고, 상기 복수의 솔레노이드 밸브들은, 제1 솔레노이드 밸브(61), 제2 솔레노이드 밸브(62), 및 제3 솔레노이드 밸브(63), 및 제4 솔레노이드 밸브(65)인 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 제1 오리피스(21)의 면적이 1㎟, 제2 오리피스(22)의 면적이 0.5㎟, 제3 오리피스(23)의 면적이 0.1㎟로 가정한다. 이 경우, 각 솔레노이드 밸브의 온/오프의 조합에 의해 개방된 오리피스의 면적은, 0.1, 0.5, 0.6, 1.0, 1.1, 1.5, 1.6 등 다양한 조합이 가능하다.

만일, 모든 오리피스의 면적이 0.5㎟로 동일하다고 가정하면, 각 솔레노이드 밸브의 온/오프의 조합에 의해 개방된 오리피스의 면적은 0.5, 1.0, 1.5 단 세가지에 불과하여 정밀한 위치 제어에 불리하게 된다.

도 4 및 도 5는 이러한 솔레노이드 밸브의 조작에 따른 오리피스의 개폐여부에 따른 클러치 제어 장치의 동작 원리를 설명하고 있다.

도 4는 외부의 압력 펌프가 동작하는 상황에서, 각 오리피스가 개방되도록 솔레노이드 밸브가 작동하고 있는 것을 도시하고 있다. 이 경우, 오리피스를 통해 압축 공기가 제1 챔버(32)에 유입되고, 제1 챔버(32)의 압력은 상승하게 된다.

이 경우, 피스톤 헤드부(41)가 제2 챔버(33)측으로(전방으로) 이동하게 되고, 몸체부(44)의 전방에 위치한 유압조절 로드부(46)가 실린더(82)의 유압을 유압라인(83)으로 공급하게 된다.

일반적으로 본 발명은 피스톤 헤드부(41)를 전방으로 이동시킨 후에, 피스톤 헤드부(41)가 탄성부재(75)에 따라 제1 챔버(32) 측으로 이동하는 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

이는 도 5에 도시된 바와 같이, 외부의 압축 펌프의 동작을 오프시킨 상태에서, 개방된 오리피스를 통해 제1 챔버(32) 내의 공기가 외부로 빠져나가게 되는 원리이다. 본 발명에서는 이 경우, 각각의 오리피스를 각각의 솔레노이드 밸브를 통해 개방 또는 폐쇄의 조합을 통하여 개방된 면적을 조절하는 것을 특징으로 한다.

이러한 개방 면적을 조절함으로써 피스톤 헤드부(41)가 후방으로 밀리는 속도를 조절하게 되고, 이는 궁극적으로 클러치 장치의 접속 및 이탈 속도를 조절하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기 실린더(82)와 클러치 페달(1)의 조작에 의하여 유압을 공급하는 마스터 실린더(3)를 연결하는 밸브(85)와, 상기 클러치 페달(1)의 누름 여부를 인식하는 센서를 더 포함하고, 상기 센서를 통해 상기 클러치 페달(1)의 누름이 인식되는 경우, 상기 밸브는 개방되고, 상기 제어부(39)에 의해 상기 압축 펌프의 동작을 중지하고, 상기 솔레노이드 밸브(63)들을 개방하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 밸브(85)로는 2-WAY 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 밸브는 평상시에는 폐쇄되어 있다가, 운전자가 수동을 클러치를 밟는 순간에 이를 측정하는 센서에 의해 밸브가 개방되고, 유압라인에 유체가 흐르는 구조로 되어 있다. 밸브가 개방되는 경우에는, 즉시 압축 펌프는 오프상태로 전환되고, 모든 솔레노이드 밸브는 개방되어 몸체부(44)는 후방으로 후퇴하는 구조로 된다.

다만, 이러한 수동 동작은 클러치의 조작 이외에 브레이크 및 엑셀레이터의 조작에도 연결되어야 한다. 즉, 클러치 이외에도 브레이크 및 엑셀레이터에도 누름을 감지하는 센서가 각각 제공되고, 누름 감지시에는 동일한 기능을 수행할 수 있도록 제공될 수 있다.

또한, 도 3에서 도시된 바와 같이 내부의 관(25)에 보조 밸브(24)를 더 제공하여, 이러한 상황시에는 보조 밸브(24) 역시 즉각적으로 개방되도록 하여 제1 챔버(32) 내의 압력을 최대한 빠른 시간 내에 낮출 수 있도록 하는 것도 가능하다.

도 7은 본 발명에 따른 제어부에 의해 각 솔레노이드 밸브의 동작 관계를 보여주는 블럭도이다. 제어부는 각각의 센서와 연결되어 있어, 이에 따라 밸브의 동작을 수행하게 된다.

제어부는 차량의 ECU와 CAN(Controller Area Network) 통신으로 연결해 차량의 정보를 수집하고, 액추에이터 모듈(40)의 동작을 확인하기 위하여 거리센서를 통해 위치신호를 입력으로 받으며, 액추에이터 모듈(40)의 동작을 위해 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)을 제어하도록 구성한다. 또한, 패달 동작 센서 등을 통해서 운전자의 패달 작동 상태를 추가적으로 확인할 수 있다. CAN 통신은 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 콘트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격으로서, 메시지 기반 프로토콜이다.

CAN 통신 관련 데이터는 차량 속도, 엔진 회전수, 브레이크 페달, 가속 페달, 클러치 페달, 엔진 브레이크 등에 대한 정보이며, 센서는 클러치 스위치, 클러치 페달 동작센서, 연료공급 유량센서, 액추에이터 모듈(40)의 위치센서 등을 포함한다.

본 발명은 차량의 연비 절감을 위해 기존 수동 클러치 장치에 본 발명에 따른 장치를 부착하여 자동 제어를 통한 프로그램의 최적화를 도모하는데, 구체적으로는 일반주행 조건과 탄력 및 타력주행 조건으로 분리된 동작모드를 설계하여 적용한다. 동작 모드는 상기 일반주행 조건과 탄력 및 타력주행 조건에서 발생할 수 있는 상황을 미리 설정한 것으로서, CAN 통신을 통해 수집하여야 할 차량 정보와 센서를 선정하고, 그에 대한 출력을 타이밍 차트로 설계할 수 있다.

화물차는 승용차와는 달리 무거운 화물을 싣고 주행하는 특징이 있어 화물차의 연비를 높이기 위해서는 화물의 종류와 크기, 무게 등의 특성을 감안해서 운전을 해야 하며, 대부분 차량이 차량 자체 무게 이상의 화물을 싣고 주행하므로 정속 주행을 유지하기보다는 도로의 특성에 따라 탄력 및 타력 주행을 선택하는 것이 연비 향상에 효과적일 수 있다.

탄력 및 타력주행은 주행 중 동력 전달을 일시적으로 분리시켜 연료 공급을 최소화시키는 원리로서 퓨얼 컷 운전 방식과 유사한 개념을 가지고 있다. 수동 변속기에서 일정 RPM 이상으로 주행할 때 가속 페달로부터 발을 떼면 자동적으로 클러치에서 동력전달을 분리시켜 엔진으로부터 동력을 차단시키고 최소한의 연료 공급으로 운행하게 되는데 이는 즉, 기본 RPM(정지 상태에서의 시동이 걸려 있는 800-900RPM 상태) 유지에 따른 연료만 공급되는 상태에서 차량의 관성으로 운행하여 연료를 절감하는 방법이다.

차량의 자동 퓨얼 컷 기능은 차종마다 차이가 있을 수 있으나 대략적으로 주행 중 브레이크 및 가속 페달을 밟지 않은 상태에서 약 1,600rpm 이상일 때 적용된다. 예를 들어 퓨얼 컷 운전 방식은 주행 중 가속 페달을 밟고 3,000rpm으로 주행하다가 가속페달에서 발을 떼게 되면 ECU(Engine Control Unit)는 운전자가 가속하지 않을 것으로 판단해 연료공급을 차단하게 되며, 연료공급이 중단된 상태에서 차량의 관성으로 계속 주행을 하게 된다. 또한, 내리막길에서 저단기어를 넣고 클러치를 연결한 상태로 주행하면 차량이 내리막길을 내려가는 힘에 의하여 높은 엔진회전수로 유지가 되기 때문에 퓨얼 컷이 되고, 이를 통해 연비가 절감될 수 있다.

반면에, 본 발명에 따른 연료저감형 클러치 제어장치는 주행 중 가속 페달을 밟고 3,000 rpm으로 주행을 하다가 가속페달에서 발을 떼게 되면, 자동적으로 클러치를 분리시켜 엔진으로부터 동력을 차단시키고 엔진의 회전속도를 기본 RPM(800-900rpm)으로 낮추어 연료 공급을 최소화시키고 이를 통해 연비가 절감되는 방식이다. 이는 결국은 사용되는 연료 절감을 통해 이산화탄소의 배출량을 저감하게 할 수 있는 것이다.

본 발명에서는 부스터 실린더와 클러치 제어장치의 공급유압라인을 공용으로 사용할 수 있게 설치함으로서 장착된 클러치 자동제어장치를 사용할 때는 기존 부스터 실린더의 라인이 폐쇄되고, 기존의 클러치 페달을 작동시키면 본 클러치 제어장치가 해제되어 운전자가 선택하여 사용할 수 있다. 본 클러치 제어장치의 작동 상에 에러가 발생할 경우에도 기존 클러치 작동이 최우선적으로 사용될 수 있는 구조이기 때문에 운행에 지장을 주지 않을 뿐더러 차량 구조 변경도 필요 없다는 장점이 있다.

본 발명을 적용하여 일반주행 조건을 설명하면 다음과 같다. 일반주행 조건은 차량의 주행 상태에서 변속 및 정지 과정의 반자동화 클러치 동작을 규정한다.

도 8을 참조하면, 10km/h 미만의 저속주행에서 변속할 때의 클러치 동작 제어를 보이는 것으로서, 저속주행에서는 클러치를 결합할 때 마찰토크가 크게 발생하므로 클러치를 한 번에 결합하지 않고 반클러치를 유지한 후에 클러치를 결합한다.

도 9를 참조하면, 차속 10km/h 이상의 주행에서 변속할 때의 클러치 동작제어를 보이는 것으로서, 이때는 주행마찰토크가 구동토크보다 작아 클러치를 한 번에 결합해도 큰 충격이 발생하지 않기 때문에 반클러치 동작 없이 결합한다.

도 10을 참조하면, 차속 10km/h 미만 엔진회전수 900rpm 이하에서 브레이크 페달을 밟았을 경우에 클러치는 분리되고, 브레이크 페달을 떼면 클러치는 다시 결합된다. 이때 저속상태이므로 반클러치 상태를 유지한 뒤 결합한다.

도 11을 참조하면, 10km/h 이상 30km/h 이하이고, 엔진회전수 900rpm 이하에서 브레이크 페달을 밟았다가 떼었을 경우에 브레이크 페달을 밟는 경우 클러치를 분리시키고, 브레이크 페달을 떼면 클러치를 결합시킨다. 이때 중속주행이므로 반클러치를 유지하지 않고 한번에 클러치를 결합한다.

도 12을 참조하면, 클러치가 결합상태로 주행할 때 운전자가 클러치 페달을 밟는 경우, 반자동화 클러치는 동작하지 않도록 한다. 이는 클러치 페달과 반자동화 클러치가 동시에 동작되는 경우에 발생하는 제어의 불확실성에 대한 문제를 없애기 위해 클러치 페달에 의한 동작을 우선순위에 두었기 때문이다.

도 13을 참조하면, 클러치가 분리상태로 주행할 때 운전자가 클러치 페달을 밟으면 클러치 페달 동작이 제어의 우선순위이므로 반자동화 클러치는 결합상태로 이동하여 초기상태를 유지하고, 클러치 페달의 제어를 받도록 한다.

본 발명을 적용하여 일반주행 조건에서 탄력 및 타력주행 조건으로 변환된 경우를 보면 다음과 같다.

도 14를 참조하면, 기설정 속도 이상에서 가속 페달에 대한 동작 없이 클러치를 분리하여 차량의 관성으로 주행하는 것으로서, 이를 위해 주행상태에서 탄력 및 타력모드를 위한 기설정속도 이상으로 주행하면 제어부는 클러치를 분리한다.

본 발명에서는 50km/hr의 차량 속도 및 900rpm의 엔진 회전수를 제어부(39)에 기설정된 기준값으로 한 상태에서, 실제 측정된 차량 속도 및 엔진 회전수 값이 상기 기준값을 넘는 경우에 탄력 및 타력주행 조건으로 전환하게 한다.

제어부(39)는 액추에이터 모듈(40)의 동작을 위해 압력 조절 유닛(20)을 구성하는 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)을 제어한다. 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)은 도표 상에서 sol0,sol1,sol2,sol3 으로 표시된다.

제어부(39)는 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)에 동작 신호값을 전송하고, 각각의 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)은 온/오프를 0.01초 내에 각각 개별적으로 진행함으로써 클러치를 결합 상태에서 분리 상태로 전환한다. 이에 따라 액추에이터 모듈(40)이 전체적으로 이동함으로써 센서부(71)에서 위치 감지를 시행할 수 있다.

도 15를 참조하면, 탄력 및 타력주행 중 2초 정도 가속 페달을 밟았을 경우에는, 차량의 가속을 위해 클러치를 결합시켜 구동력을 전달해 주고, 가속 페달을 떼면 클러치를 다시 분리시키게 한다.

도 16을 참조하면, 탄력 및 타력주행 상태에서 엔진브레이크가 2초 정도 작동하는 경우에는, 클러치를 결합시켜 구동력에 의한 제동력을 전달하고, 엔진브레이크가 해제되면 클러치를 분리시켜 탄력 및 타력주행상태를 다시 유지시키게 한다.

도 17을 참조하면, 탄력 및 타력주행 상태에서 2초 정도 클러치 페달을 밟는 경우에는, 상기 2초 동안에는 반자동화 클러치를 초기상태로 유지하고 클러치 페달에 의해 동작되며, 클러치 페달을 떼는 경우에는 반자동화 클러치를 동작시켜 클러치를 분리하게 한다.

도 18을 참조하면, 10km/h 이하의 저속 및 엔진회전수 900rpm 이하로 탄력 및 타력 주행할 때, 2초 정도로 브레이크 페달을 밟았다 떼는 경우에서, 저속으로 탄력 및 타력주행할 때 브레이크 페달을 밟으면 클러치 페달을 분리시키고, 브레이크 페달을 떼면 반클러치를 유지한 후 결합시키게 한다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.

Claims (8)

1. 클러치(11)를 작동시키는 부스터 실린더(7)에 연결되어 클러치를 제어하는 클러치 제어 장치에 있어서,
   중공의 제1 하우징(35);
   상기 제1 하우징(35)의 후방에 제공되는 제2 하우징(31);
   상기 제1 하우징(35)과 제2 하우징(31) 내부에 걸쳐 이동 가능하게 배치되는 액츄에이터 모듈(40);
   상기 부스터 실린더(7)에 연결된 유압라인(83)에 연결되고, 상기 액츄에이터 모듈(40)의 일부가 삽입되어 상기 액츄에이터 모듈(40)의 이동에 따라 상기 유압라인으로 유압을 공급하는 실린더(82);
   상기 액츄에이터 모듈(40)이 상기 제1 하우징(35) 내에서 이동하는 직선 거리를 측정하는 위치센서(71);
   상기 제1 하우징(35) 내에 제공되어 압력을 조절하는 압력 조절 유닛(20); 및
   상기 위치센서(71)에 의해 측정된 거리에 따라 상기 압력 조절 유닛(20)의 압력을 제어하는 제어부(39);를 포함하며,
   상기 제어부(39)는 차량의 ECU와 CAN(Controller Area Network) 통신으로 연결해 브레이크 페달, 가속 페달, 클러치 페달, 엔진 브레이크의 유격, 차량 속도, 엔진 회전수, 연료 공급량 등에 대한 정보를 수집하고, 상기 위치센서(71)를 통해 액추에이터 모듈(40)의 위치신호를 입력으로 받으며, 상기 액추에이터 모듈(40)의 동작을 위해 상기 압력 조절 유닛(20)을 구성하는 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)을 제어하는,
   연료 저감형 클러치 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 액츄에이터 모듈(40)은,
   상기 제1 하우징(35) 내에서 직선 방향으로 이동이 가능하고, 전방에 유압조절 로드부(46)가 제공되는 몸체부(44),
   상기 부스터 실린더(7)에 연결된 유압라인(83)에 연결되고, 상기 유압조절 로드부(46)의 일부가 삽입되어 상기 몸체부(44)의 이동에 따라 상기 유압라인으로 유압을 공급하는 실린더(82),
   상기 제2 하우징(31)이 각각 밀폐된 제1 챔버(32) 및 제2 챔버(33)로 구분된 상태에서, 상기 제1 챔버(32) 및 제2 챔버(33)의 압력차에 의해 상기 제2 하우징(31) 내에서 직선 방향으로 이동이 가능한 피스톤 헤드부(41), 및
   상기 피스톤 헤드부(41)와 상기 몸체부(44)를 연결시켜주는 피스톤 로드(43)를 포함하는,
   연료 저감형 클러치 제어 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 압력 조절 유닛(20)은,
   외부에 위치하는 압축 펌프와 공기통로관(201)을 통해 연결되어 있고,
   상기 공기통로관(201)과 상기 제2 하우징(31) 사이에 공기가 유출입되는 복수의 오리피스들과,
   상기 제어부(39)의 신호에 따라 제어되고, 상기 복수의 오리피스들의 개폐를 조절하는 상기 솔레노이드 밸브들(61,62,63,65)을 포함하는,
   연료 저감형 클러치 제어 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 몸체부(44)와 함께 이동되는 반사판(72)을 더 포함하고,
   상기 센서부(21)는 상기 제1 하우징(35)에 고정되어, 상기 반사판(72)과의 직선 거리를 측정하는,
   연료 저감형 클러치 제어 장치.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 챔버(33) 내에는 상기 피스톤 헤드부(41)를 상기 제1 챔버(32) 측으로 밀어내도록 복원력을 가지는 탄성부재(75)가 더 제공되는,
   연료 저감형 클러치 제어 장치.
   
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 실린더(82)와 클러치 페달(1)의 조작에 의하여 유압을 공급하는 마스터 실린더(3)를 연결하는 밸브(85)와,
   상기 클러치 페달(1)의 누름 여부를 인식하는 센서를 더 포함하고,
   상기 센서를 통해 상기 클러치 페달(1)의 누름이 인식되는 경우, 상기 밸브는 개방되고, 상기 제어부(39)에 의해 상기 압축 펌프의 동작을 중지하고, 상기 솔레노이드 밸브(63)들을 개방하는 것을 특징으로 하는,
   연료 저감형 클러치 제어 장치.
   
7. 제 1 항에 따른 연료 저감형 클러치 제어 장치를 이용한 차량의 연료 저감 방법에 있어서,
   자동 제어를 통한 차량의 연비 절감을 위해 클러치 상에 상기 연료 저감형 클러치 제어 장치를 부착하여 일반주행 조건과 탄력 및 타력주행 조건으로 분리된 동작 모드를 제어부(39) 상에 설정하는 단계;
   상기 제어부(39)는 차량의 ECU로부터 측정된 차량 속도 및 엔진 회전수 정보를 CAN 통신으로 수신하는 단계; 및
   측정된 차량 속도 및 엔진 회전수가 상기 제어부(39)에 기설정된 기준값 이상인지 판단하는 단계;를 포함하며,
   상기 측정된 차량 속도 및 엔진 회전수가 상기 기준값 이상으로 판단되어 탄력 및 타력주행 조건을 수행하는 경우에,
   상기 탄력 및 타력 주행 조건은,
   탄력 및 타력 주행 중 가속 페달을 밟았을 경우에, 차량의 가속을 위해 클러치를 결합시켜 구동력을 전달해 주고, 가속 페달을 떼면 클러치를 다시 분리시키는 제 1 모드, 탄력 및 타력 주행 중 엔진브레이크가 작동하는 경우에, 클러치를 결합시켜 구동력에 의한 제동력을 전달하고, 엔진브레이크가 해제되면 클러치를 분리시켜 탄력 및 타력주행상태를 다시 유지시키는 제 2 모드, 및 탄력 및 타력주행 중 클러치 페달을 밟는 경우에, 반자동화 클러치를 초기상태로 유지하고 클러치 페달에 의해 동작되며, 클러치 페달을 떼는 경우에는 반자동화 클러치를 동작시켜 클러치를 분리하는 제 3 모드를 포함하는,
   차량의 연료 저감 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제어부(39)에 기설정된 기준값은 주행 중 가속 페달을 떼는 경우에, 기본 RPM(정지 상태에서의 시동이 걸려 있는 800 내지 900RPM 상태)의 엔진 회전수에 해당되는 연료만 공급하여 탄력 및 타력 운행 거리 만큼의 연료를 절감하는,
   차량의 연료 저감 방법.

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