차량용 마스터 클러치의 터치 포인트 확인 방법

차량용 마스터 클러치의 터치 포인트 확인 방법{TOUCH POINT IDENTIFICATION FOR VEHICLE MASTER CLUTCH}

우선, 본 특허출원은, 그 양수인인 이턴사(EATON CORPORATION)에 모두 양도되어 동일자로 출원된 '차량 발진(launch) 자동 마스터 클러치(master clutch) 제어 방법'라는 명칭의 특허출원, 및 '차량용 마스터 클러치의 공전 구동 토오크 제어'라는 명칭의 특허출원과 관련된 것이다.

본 발명은, 부분자동 또는 전자동 기계식 변속 시스템에 이용되는 차량용 마스터 클러치, 바람직하게는 습식 마찰 클러치용 제어방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 전자 데이터 링크(electronic data link)를 이용한 터치 포인트(touch point) 확인 방법/시스템에 관한 것이다.

본 명세서상에서 참고문헌으로 인용되는 바의 미합중국 특허 4,361,060호, 4,595,986호, 4,850,236호, 4,648,290호, 5,389,053호, 5,487,004호, 5,487,005호 및 5,509,867호를 통해 알 수 있듯이, 마찰식 마스터 클러치를 이용한 부분자동 및 전자동의 차량용 기계식 변속 시스템은 종래 잘 알려져 있다.

역시 본 명세서상에서 참고문헌으로 인용되는 바의 미합중국 특허 4,081,065호, 4,646,891호, 4,860,861호, 5,275,267호, 5,293,316호, 5,314,050호, 5,337,868호, 5,337,874호, 5,383,823호, 5,393,274호, 5,411,124호, 5,404,301호, 5,630,773호, 5,624,350호 및 5,738,609호를 통해 알 수 있듯이, 건식 마찰 클러치가 보통인 자동 마스터 마찰 클러치용 제어 방법은 잘 알려져 있다.

본 발명은, SAE J1922, SAE J1939 및/또는 ISO 11898 프로토콜(protocol) 등에 맞는 업계 표준 차량용 데이터 링크를 통한 정보를 이용함으로써 종래기술에 비해 향상된 클러치 제어 및 성능 특성을 나타내는, 습식 마찰 클러치 등의 자동 마스터 마찰 클러치용 제어 방법을 제공한다. 특히, 초기 연결점(point of incipient engagement)으로도 불리는 클러치 터치 포인트는, 업계 표준 데이터 링크(본 명세서상에서 참고문헌으로 인용되는 바의 미합중국 특허 5,509,867호 참조)에 연결된 전자 제어식 엔진을 이용하여 엔진 속도 및 플라이휠 토오크를 감지 및/또는 제어함으로써 결정된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 전자 데이터 링크를 통한 제어 및 정보를 이용함으로써, 클러치 터치 포인트에 상응하는 클러치 제어 파라미터 값을 결정하는 개선형 클러치 제어 방법/시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 기타 목적 및 특징은, 첨부도면에 참조로 한 바람직한 실시예의 설명을 통해 명확히 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 터치 포인트 확인방법을 이용한 차량용 자동 기계식 변속 시스템을 나타낸 개략도,

도 2는 연결 상태의 차량용 마스터 클러치를 제어하기 위한 가압 유체 작동식 제어 메커니즘을 나타낸 개략도,

도 3은 상기 도 1의 시스템에 이용되는 형태의 차량용 습식 마스터 마찰 클러치를 나타낸 부분 단면도,

도 4a는 하드웨어 및 소프트웨어 모두를 포함한, 터치 포인트 확인 제어 시스템을 나타낸 개략도,

도4b는 클러치 토오크 전달 능력과 클러치 제어 파라미터 값들 사이의 상관관계를 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명의 터치 포인트 확인 제어 로직을 나타낸 개략적 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 시스템 12 : 엔진

14 : 클러치 16 : 변속기

30 : 클러치 엑츄에이터 32 : 변속기 엑츄에이터

본 발명의 터치 포인트 확인 제어를 이용한 차량용 자동 기계식 변속 시스템(10)을 도 1에 개략적으로 나타낸다.

시스템(10)은 연료 제어식 엔진(12), 습식 마스터 마찰 클러치(14) 및 다중속도 기계식 변속기(16)를 포함한다. 엔진(12)은 전형적으로 디젤 또는 가솔린 엔진으로서, 클러치(14)의 마찰 디스크(14A)를 구동시키는 출력 부재 또는 크랭크축(18)을 가지며, 이들 마찰 디스크(14A)는, 상기 변속기(16)의 입력축(20)에 고정된 또 다른 마찰 디스크(14B)와 깍지끼듯 중첩되어 있다.

변속기(16)는, 본 명세서상에서 참고문헌으로 인용되는 바의 미합중국 특허 5,370,561호에 기재된 바와 같이, 단순형 또는 복합형일 수도 있다. 변속기(16)는 출력축(22)을 갖는 바, 이 축은, 차량 구동 액슬 메커니즘(27)측 입력축(26)에 연결된 구동축(24)을 구동시킨다.

엔진 연료 공급을 제어하고, 또한 바람직하게는 업계 표준 SAE J1939 또는 호환성 있는 프로토콜에 맞는 전자 데이터 링크(DL)로 출력 정보를 제공하기 위한, 전자식이면서 마이크로 프로세스에 의해 제어됨이 바람직한 엔진 제어기(28)가 구비되어 있다. 시스템(10)은, 클러치(14)의 작동을 제어하기 위한 클러치 엑츄에이터(30), 및 변속기(16)의 작동을 제어하기 위한 변속기 엑츄에이터(32)를 또한 포함하고 있다. 스로틀(throttle) 위치를 감지하고 이를 나타내는 신호(THL)를 제공하기 위한 센서(33)가 구비된다. 스로틀 위치 정보는 상기 데이터 링크로부터 입수할 수도 있다.

SAE J1939 또는 유사 데이터 링크를 통해 제어되는 전자식 엔진은 전형적으로, (i) 스로틀 위치에 따른 연료 공급, (ii) 소요 엔진 속도에 따른 연료 공급, (iii) 소요 총 엔진 토오크에 따른 연료 공급 및 (iv) 소요 엔진 속도 및 총 엔진 토오크에 따른 연료 공급이라는 4가지 작동 모드(mode)를 갖는다.

입력 신호(36)를 접수하고, 제어 로직(control logic)에 따라 이를 처리하여 시스템 엑츄에이터로의 명령 출력 신호(38)를 발생시키기 위하여, 마이크로 프로세스 베이스의(microprocessor-based) 제어 유닛(34)이 구비되어 있다. ECU는 별도일 수도 있고, 또는 엔진 제어기와 일체화될 수도 있다. 상기 다양한 제어기들, 센서들 및/또는 엑츄에이터들은, SAE J1939 등의 업계 표준 프로토콜에 맞는 데이터 링크와 통신할 수도 있다.

엔진 속도(ES), 입력축 속도(IS) 및/또는 출력축 속도(OS) 및 엑츄에이터들을 감지하기 위한 적정 센서들은 당업자들에게 잘 알려져 있으며, 이들 센서에 대한 어떤 한정이 아니라 단순한 예를 들자면, 미합중국 특허 4,361,060호, 4,873,881호, 4,974,468호, 5,135,218호, 5,279,172호, 5,305,240호, 5,323,669호, 5,408,898호, 5,441,137호, 5,445,126호, 5,448,483호 및 5,481,170호를 참고할 수 있다.

클러치(14)의 경우, 열전달 및/또는 윤활 목적상 그 마찰 부재들이 덱스트론(Dextron) III 등의 합성유와 같은 액체 속으로 노출된 형태의 "습식 클러치"인 것으로 한다. 도시된 바의 실시예에 있어서, 클러치 팩(14C)은 하우징(14D)내에 수용된 바, 이 하우징(14D)에는 유입관(14E) 및 배출관(14F)이 연결되어 있다. 강제 냉각 시스템을 예로 하여 설명하고 있으나, 본 발명은, 마찰 부재들이 상대적으로 정지된 오일 저장실 등에 담겨있는 형태의 습식 클러치에도 적용할 수 있다. 도시된 실시예의 경우 다중 디스크 습식 클러치(14)를 이용하고 있으나, 단판 습식 클러치 및/또는 건식 클러치에도 또한 본 발명을 적용할 수 있다.

알려진 바와 같이(앞서의 미합중국 특허 5,509,867호 참조), SAE J1939 또는 호환성 있는 프로토콜에 맞는 데이터 링크는, 엔진 출력 토오크("플라이휠 토오크"라고도 함)의 판독 또는 결정을 가능케 하는 정보를 전달한다. 데이터 링크들은 또한, 특정의 엔진 속도 및/또는 특정의 엔진 토오크가 얻어지도록, 엔진에 명령을 보내 그 연료 공급을 조절하기도 한다. 이들 정보 및 엔진 제어 능력을 이용하여 상기 마스터 클러치(14)를 제어함으로써, 향상된 시스템 성능을 얻을 수 있다.

도 2에는, 유체압 작동 클러치 엑츄에이터(30) 어셈블리를 개략적으로 나타낸다. 실린더(44)내에는 클러치 작동 피스톤(42)이 수용되어 있는 바, 이 클러치 작동 피스톤(42)은, 스프링(46)에 의하여, 그 분리되는 방향으로 추력을 받는 상태로 있다. 챔버(48)로 유입된 유압유 또는 고압공기 등의 가압 유체는, 피스톤 면(50)상에 작용함으로써, 상기 피스톤(42)을 스프링의 추력에 대항하는 그 연결 방향으로 이동시키게 된다. 상기 챔버(48)에 대해 선택적으로 압력을 가하고 또한 압력을 해제하기 위하여, 2-위치, 3-방향 솔레노이드 제어식 밸브(52)가 구비되어 있다. 시스템 제어기(34)로부터의 신호에 응답하는 밸브 제어기(54)는, 상기 밸브(52)내 솔레노이드(52A)에의 전력 인가 상태를 제어하는 바, 펄스폭 변조(PWM)에 의하는 것이 바람직하다.

가압 유체형 엑츄에이터 어셈블리(30)를 예시하고 있으나, 본 발명은 또한, 볼 램프(ramp) 엑츄에이터 등(본 명세서상에서 참고문헌으로 인용하는 바의 미합중국 특허 5,441,137호 및 5,485,903호 참조) 기타 형태의 클러치 엑츄에이터를 이용한 클러치 제어에도 적용할 수 있다.

상기 클러치 디스크(14A, 14B)의 마찰재는 표준 재질, 또는 미합중국 특허 4,700,823호 등에 공개된 파이로리틱 카본(pyrolytic carbon)일 수도 있다.

전형적 습식 마스터 마찰 클러치(14)의 구조에 관해서는 도 3을 참조하면 된다. 간단히 말해서, 완충 플라이휠로 도시된 엔진 출력축(18)은, 상기 연결 및 분리 가능한 마찰 디스크 팩(14C)을 통해 변속기 입력축(20)과 연결되어 있다. 클러치는 하우징(14D)내에 수용되어 있는 바, 하우징(14D)은, 덱스트론 III 등의 윤활 및 냉각 유체를 담아두는 역할을 한다. 원형 피스톤(42)은, 슬라이딩 가능 및 기밀 유지 상태로 실린더(44)내에 수용된 바, 스프링(46)에 의해 그 분리 방향으로 추력을 받고 있다.

시스템(10)은 또한, 입력축 브레이크 또는 상향 변속 브레이크(upshift brake)(60)로도 알려진, 보다 빠른 상향 변속을 위해 상기 입력축(20)을 감속 또는 정지시키기 위한 관성 브레이크를 포함할 수도 있다. 관성 브레이크 역시, 참고문헌으로서의 미합중국 특허 5,086,659호 및 5,713,445호에서도 보듯이, 잘 알려져 있다.

클러치 터치 포인트(초기 연결점으로도 알려짐) 확인 기술을 포함한 클러치 제어에 관해서는, 앞서의 미합중국 특허 4,646,891호, 5,337,868호, 5,337,874호 5,393,274호 및 5,411,124호에서 보듯이, 또한 알려져 있다.

본 발명은, 전자 데이터 링크를 이용함으로써, 상기 클러치 터치 포인트에 상응하는 제어 파라미터(제어 밸브로 향하는, 펄스폭 변조된 신호 값 등)를 확인하기 위한 방법을 제공한다.

도 4a는 터치 포인트 확인 제어 시스템 전반을 나타내는 바, 시스템은, 하드웨어 및 소프트웨어(검은 부분으로 표시함) 모두를 포함하여 구성된다. 그 엔진 제어 루프(loop)의 기능은 엔진 속도(ES)를 희망 엔진 속도로 유지(또는 제어)하는 것이다. 상기 관성 브레이크(60)는, 변속기측 입력축(20)의 회전을 감속 또는 정지시키도록 설계된 장치이다. 상기 클러치(14)를 연결 상태로 하고자 하면, 압력 제어기가 상기 솔레노이드 작동식 유압 시스템으로 PWM 명령을 보내며, 그에 따라, 상기 클러치 피스톤(42)에 압력이 가해짐으로써 클러치가 연결된다. 어떤 값 범위내에서, 연결 상태의 클러치 토오크 능력은 상기 PWM 명령에 비례 또는 실질적으로 비례한다.

잘 알려진 바와 같이, 엔진 출력 또는 플라이휠 토오크(T _FW )는, 총 엔진 토오크(T _EG )에서, 엔진 마찰 토오크 및 부속 토오크(accessory torque) 등의 엔진 토오크 손실 합계(T _L )를 뺀 값과 같다. 엔진 토오크 손실의 합계는, 공전 속도하에서, 클러치가 완전 분리(즉, 플라이휠 토오크는 제로(0))되는 동시에 엔진 속도가 안정되었을 때(T _FW = 0이면 T _EG = T _L ), 총 엔진 토오크를 확정함으로써 알 수 있다. 공전 속도하의 토오크 손실(T _L )을 앎으로써, 안정 상태의 공전 속도에 있어서, 출력 토오크 값은, 총 엔진 토오크에서 상기 기지(旣知)의 토오크 손실을 뺀 값과 같다(즉, T _FW = T _EG - T _L ). 따라서, 주어진 엔진 속도하에서, 기지의 토오크 손실을 초과하는 총 엔진 토오크를 제어함으로써 특정 엔진 출력 토오크(T _FW )를 자유로이 확보할 수 있다.

상기 터치 포인트 확인 시스템을 운용함에 있어서, 엔진 제어기는, 우선, 엔진 속도를, 상기 SAE J1939 통신 링크(DL)를 통하여 적정 엔진 토오크 요구량을 엔진으로 보냄으로써, 클러치(14)를 완전 분리시킨 상태의 소요 공전 RPM(약 850 내지 900 RPM)으로 유지시킨다. 상기 엔진 제어 루프가 균형을 이루면, 토오크 요구량은 엔진 토오크 손실값과 같아지게 된다(소요 공전 RPM하에서). 이어서, 시스템은, 상기 관성 브레이크(60)를 작동시켜 입력축을 잠금으로써 상기 클러치의 피동측(14B)을 해제시키게 된다. 시스템은, 다음으로, 엔진 토오크 손실에 10 파운드-피트(pound-feet)를 더한 값의 엔진 토오크를 요구함에 이어, 상기 클러치를 10 파운트-피트 레벨(level)(즉, 공전 속도하에서 엔진이 안정되는 때)로 점차 연결시킨다. 이를 위하여, 시스템은 상기 토오크 요구량 및 엔진 속도를 피드백 기준으로 이용하게 된다. 클러치가 점차 연결됨에 따라, 엔진에 대한 부하(load)가 증대되어 엔진 속도를 감소시킨다. 토오크 요구량이 상기 엔진 토오크 손실보다 10 파운드-피트 큰 값이기 때문에, 공전 속도하에서 엔진이 안정되는 경우, 상기 연결 상태의 클러치 토오크는 10 파운드-피트와 같아지게 된다. 시스템은, 10 파운드-피트 클러치 토오크를 연결시킨 상기 PWM 레벨을 기록하고, 이어서, 상기 과정을 반복함으로써 클러치를 기타 레벨, 즉 20 파운드-피트 등으로 연결시킨다. 다음으로, 이들 두개의 클러치 연결값을 그래프로 나타냄으로써(도 4b) 상기 클러치의 터치 포인트를 간단히 구할 수 있다. 이는, 비교적 작은 증분(0 내지 40 파운드-피트) 범위내에 있어 상기 클러치(14)의 토오크 능력은, 솔레노이드(52A)에 인가된 PWM 제어 신호와 실질적으로 선형적 관계를 이루기 때문에 가능하다.

엔진에 의해 생성된 총 엔진 토오크 값이 상기 데이터 링크에 주어지는 한, 바람직한 실시예의 경우라면, 총 엔진 토오크를 그 요구량과 동일한 것으로 가정함으로써 보다 감응성 좋은 제어를 이룰 수 있다.

도 5는, 본 발명의 터치 포인트 확인 제어 로직(logic)을 나타내는 플로우 챠트이다. 선택적 과정으로서, 클러치를 상기 제어 파라미터의 제1 및 제2 값으로 작동시키며, 제어 파라미터의 제1 및 제2 값을 클러치에 인가하고, 공전 속도하에서 엔진이 안정될 때까지 엔진 출력 토오크를 증대시킨 다음, 클러치 토오크 능력을 공전 속도하의 상기 엔진 출력 토오크와 동일하게 하는 경우도 있다.

따라서, 새로운 개선형 터치 포인트 확인 제어 시스템/방법을 제공할 수도 있다.

이상, 어느 정도의 특정성을 갖고서 본 발명을 상세히 설명했으나, 상기 바람직한 예에 관한 설명은 어디까지나 예를 든 것일 뿐, 첨부 특허청구범위의 취지를 벗어나지 않는 한의 다양한 변화가 가능함을 마땅히 이해해야 한다.

본 발명의 차량용 마스터 클러치 제어 방법에 따르면, 클러치 터치 포인트에 상응하는 적정 클러치 제어 파라미터 값을 결정할 수 있다.