KR100343059B1 - 전자기 밸브의 제어방법과 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 예를 들면 휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부를 구비한 브레이크 장치 등의 전자기 밸브를 제어하는 제어 방법과 제어 장치에 관한 것이다. 통류 상태로 전환할 경우에, 미리 설정 가능한 기간 DT 사이의 제 1 상태에 있어서, 전류는 제 1 함수에 따라서 제 1 전류값 I1로부터 제 3 전류값 I2로 하강하고, 또한 상기 전류는 제 2 상태에 있어서 이 기간에 걸쳐서 거의 일정한 상태로 되도록 제어된다.

Description

전자기 밸브의 제어 방법과 제어 장치
이러한 제어 방법과 제어 장치는 독일 특허 제 4 141 354 호 공보에 공지되어 있다. 이 공보에서는 주파수, 펄스폭 또는 온/오프비를 변화시킴으로써, 밸브들이 완전 개방 상태도 완전 폐쇄 상태도 아닌 중간 상태가 되도록 밸브를 제어하는 제어 방법과 제어 장치가 기술되어 있다.
또한, 상기 제어 방법과 제어 장치는 독일 특허 제 4 110 254 호 공보에도 공지되어 있다. 이 공보에서는 자기 밸브를 보다 느슨하게 닫고 유압계의 노이즈를 방지하기 위해서, 밸브 제어시 제어 전류가 일회 또는 복수회 중단된다.
휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부를 구비한 유압 브레이크 장치에서는 자기 밸브의 개폐시에 노이즈가 발생한다. 이 노이즈는 종래기술에 따른 장치에서는 방지할 수 없었다.
본 발명의 과제는 서두에 언급한 타입의 전자기 밸브를 제어하기 위한 제어 방법과 제어 장치에 있어서, 밸브를 전환할 때 발생하는 노이즈를 최소한으로 줄이는 것이다. 이 과제는 독립항의 특징에 의해서 해결된다.
본 발명은, 특히 휠 로크(wheel lock) 방지 제어부나 구동 슬립 제어부를 구비한 브레이크 장치 등과 같은 전자기 밸브를 제어하는 제어 방법과 제어 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 기본 부품을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 여러 가지 시간에 따른 신호를 나타내는 다이어그램.
본 발명에 따른 제어 전류 과정의 실시 형태에 의하면, 변위가 보다 작게 되고 이 변위가 보다 천천히 이루어지기 때문에, 밸브 니들이 스토퍼에 강하게 충돌하는 현상을 방지할 수 있다. 또한 밸브를 개방할 때 생성되는 기타 유압에 의한 진동이 발생하지 않으므로 노이즈의 발생을 확실하게 줄일 수 있다.
본 발명의 유리한 실시 형태와 개선된 구조는 종속항에 기록한다.
이하에서, 도면에 도시한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부를 구비한 차량에서 개개의 휠 브레이크의 압력을 조절하기 위해서는, 전자식으로 작동하는 입력 밸브와 출력 밸브를 사용하는 것으로 알려져 있다. 이를 위해서, 주로 2방향 밸브, 특히 단지 2개의 전환 위치(개방 또는 폐쇄)만을 갖는 유압 밸브가 사용된다. 원하는 증압 구배나 감압 구배는 펄스열에 의한 밸브의 제어 및 온/오프비를 변화시키는 것에 따라 달성된다.
브레이크 압력 발생기, 혹은 마스터 브레이크 실린더와 휠 브레이크의 사이의 브레이크 관로에 설치된 입력 밸브는 일반적으로 그 정지 상태에 있어서 통류방향으로 전환되며, 한편, 감압에 사용되는 출력 밸브는 그 정지 상태에 있어서 재순환 펌프 또는 압력 보상 조정 탱크에 통하는 압력 매체 통로를 차단한다.
입력 밸브/출력 밸브 쌍 대신에, 3개의 전환 위치(증압, 압력 일정 유지 및 감압)를 갖는 밸브 장치를 사용할 수도 있다.
또한, 제어 신호에 비례하여 통류 개방을 수행하는 이른바 비례 밸브도 공지되어 있다. 그러나, 이 비례 밸브는 고가이고, 제어에 있어서 많은 비용을 필요로 한다.
신속하게 전환되는 밸브를 통한 공지의 제어에서는 급속한 플런저 운동과, 국부적인 지연과, 유압 매체의 가속에 의해서 상당한 노이즈가 발생하는 불리한 점이 있다. 휠 로크 방지 제어나 구동 슬립 제어의 경우에서 이러한 노이즈는 시끄럽게 느껴진다. 예를 들면, 주행 속도를 억제하거나 주행 속도를 제어하기 위해서, 특히 구동 슬립 제어를 사용하여 액티브한 브레이크 작동을 행하는 경우에, 이 노이즈는 대단히 불쾌하게 느껴진다.
도 1은 휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부의 입력 밸브의 일실시예를 개략적으로 도시한다. 여기서 도시한 제어는 휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부를 구비한 브레이크 장치에서의 입력 밸브 제어만을 나타내는 것은 아니다. 그러나, 이 입력 밸브는 노이즈 발생 문제에 관련해서, 최대한 개선될 수 있다. 또한, 브레이크 장치에 속하는 다른 밸브나 상술한 문제가 발생될 수 있는 다른 분야에서도 여기서 설명하는 방법을 사용할 수 있다.
입력 밸브(100)는 제 1 접속부의 제 1 도관(105)을 통해 마스터 브레이크 실린더(110)에 접속되어 있다. 제 1 도관내의 압력은 P1이다. 자기 밸브(100)의 제 2 접속부는 제 2 도관(115)을 통해 휠 브레이크(120)에 접속되어 있다. 제 2 도관내의 압력은 P2이다.
여기에 도시한 자기 밸브는 2개의 최종 상태를 취할 수 있는, 이른바 2/2-자기 밸브이다. 정지 상태인 경우에, 전류가 흐르고 있지 않는 한(제 2 값), 자기 밸브(100)는 제 1 도관(105)과 제 2 도관(115) 사이에서 통류를 허락한다. 이 상태에서 자기 밸브의 플런저는 스프링(125)에 의해서 붙들려 있다. 코일(130)에 제 1 값(11)이 통전되면, 스프링의 힘 FF에 대항하여, 밸브를 폐쇄 상태로 유도하는 힘이 작용한다. 본 발명에 따른 방법은 통전 상태일 때 통류를 허용하는 자기 밸브에도 사용할 수 있다.
코일(130)은 제 1 전기 접속 단자에 의해서 공급 전압 Ubat에 접속되어 있고, 제 2 접속 단자에 의해서 스위치 수단(140)에 접속되어 있다. 바람직하게는 스위치 수단으로서 전계 효과 트랜지스터가 사용된다. 이 스위치 수단의 제어 접속 단자 혹은 전계 효과 트랜지스터(140)의 게이트 단자는 제어 유닛(150)에 접속되어 있다. 스위치 수단을 폐쇄함으로써, 전류는 공급 전압으로부터 코일(130)과 스위치(140)를 통과하여 접지 단자로 흐른다.
코일(130)의 제 1 접속 단자와 제 2 접속 단자 사이에는 프리휠링 다이오드(160)가 접속되어 있다. 이 경우, 다이오드의 캐소드측은 공급 전압에, 그리고 애노드측은 스위치 수단에 접속되어 있다.
제어 유닛(150)은 휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부인 것이 양호하다. 이 제어 유닛(150)은 주행 속도 제어기나 속도 제한기와 같은 여러 가지 센서 혹은 다른 제어 유닛의 여러 가지 신호를 처리한다.
여기에는 도시하지 않은 신호를 바탕으로, 제어 유닛(150)은 전자기 밸브(100)의 코일(130)을 제어하기 위한 신호를 결정한다. 코일(130)에 전류가 가해지면 코일은 힘 FM을 발생한다. 이 힘 FM에 의해서, 자기 밸브는 이 밸브의 제 2 상태, 즉 폐쇄 상태로 전환된다. 이 경우, 제 1 도관(105)과 제 2 도관(115) 사이의 압력 보상 조정은 불가능하다.
압력값 P1, P2 사이의 차이에 상응하는 압력차이가 형성된다. 이 경우, 압력 P2는 압력 P1보다 작다. 유리하게는 스위치 수단(140)에는 제어 유닛(150)으로부터 펄스폭 변조 신호가 가해진다. 그러나, 다른 제어 방법을 이용하는 것도 가능하다. 이 펄스 폭 변조 신호의 듀티비 PWM에 따라서, 코일(130)에는 상응하는 전류 I가 통전한다. 코일에 의해서 발생되는 힘 FM은 다음 수학식 1에 의해서 주어진다.
[수학식 1]
FM = A * 1 + B
여기서 A와 B는 상수이다.
스프링의 힘 FF에 대항하여 자기 밸브를 움직이기 위해서는 최종적인 힘 FZ가 필요하다. 또한, 자기 밸브의 플런저를 움직이기 위한 최종적인 힘 FZ를 발생시키기 위해서는 제 3 전류값 I2가 필요하다. 제 3 전류값 I2는 다음 수학식 2에 의해 얻어진다.
[수학식 2]
I2 = (FF + FD - FZ - B)/A
여기서 힘 FD는 제 1 도관(105)의 압력 P1과 제 2 도관(115)의 압력 P2 사이의 압력차이에 의존한다.
자기 밸브는 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 완전하게 진행하는 것은 아니고, 중간 위치를 취하도록 제어된다. 이 중간 상태는 최종적인 힘 FZ에 의존한다. 압력차이를 알고 있는 경우에는, 즉 힘 FD를 알고 있는 경우에는 전류를 값 I2로 조정하므로써, 소정의 최종적인 힘 FZ, 즉 소정의 개구 단면적과 압력 구배가 얻어진다.
값 I2는 제 1 전류값 I1과 제 2 전류값 사이에 존재하도록 선택된다. 제 1 전류값 I1은 자기 밸브를 폐쇄 위치에 유지한다. 제 2 전류값은 자기 밸브를 개방 위치에 유지한다. 여기에 도시한 실시 형태에서는 제 2 전류값은 제로(0)이다.
따라서, 전류 I2는 소정의 감압을 달성하기 위해서, 제 1 도관의 압력 P1과 제 2 도관(115)의 압력 P2 사이의 압력차이에 따라서 설정된다. 유리한 실시예에서는, 이것은 펄스폭 변조 신호의 소정의 듀티비로 스위치 수단(140)을 제어하므로써 행하여진다. 이 듀티비는 펄스폭 변조 제어 신호의 작동 시간과 주기 사이의 비율에 상응한다.
펄스폭 변조 신호에 의한 제어 대신에, 적당한 스위치 수단, 예를 들면 트랜지스터를 사용하여, 그리고 상응하는 제어 전압을 설정하므로써, 전류가 상응하게 진행하도록 구성할 수도 있다.
도 2에서는 펄스폭 변조 신호의 듀티비 PWM, 자기 밸브를 통하는 전류 I의시간 경과를 나타내고, 그리고 압력 P1, P2의 시간 경과를 나타낸다.
도 2a에서는 펄스폭 변조 신호의 듀티비 PWM을 실선으로 나타내고 있다. 최종적인 전류 I는 파선으로 나타내고 있다. 도 2b에서는 압력 P1을 파선으로 나타내고, 압력 P2를 실선으로 나타내고 있다.
압력 P1은 제 1 차 근사로서는 일정한 값을 취한다. 압력 P2는 자기 밸브가 폐쇄된 상태에서는 낮은 값이고, 자기 밸브를 개방하면 거의 직선적으로 상승하여 압력 P1의 값보다 약간 낮은 제 2 값이 된다. 소정의 시간 내에 압력이 상승하는 값을 압력 구배라고 부른다. 예를 들면, 시점 T2, T3 사이에서 압력은 시간에 관하여 별도의 경로를 거쳐갈 수도 있다.
시점 T1까지는 결과적으로 제 1 전류값 I1을 갖는 듀티비가 설정된다. 유리하게는 여기서 듀티비는 1이다. 이것은, 즉 스위치 수단(140)은 항상 닫혀져 있는 것을 뜻하고 있다. 전류 I1은 자기 밸브를 폐쇄 상태로 유지하기 위해서 필요한 전류값이다.
자기 밸브는 시점 T1까지 폐쇄 상태에 있다. 시점 T1, T2 사이에서 자기 밸브는 개방된다. 도 2에는 자기 밸브가 시점 T2의 직전에 겨우 개방되는 일례를 도시한다.
시점 T1에서, 제어 유닛(150)은 휠 브레이크의 압력 P2를 증압시키는 신호를 설정한다. 따라서, 시점 T1에서는 듀티비는 비교적 작은 값으로 제어된다. 도시한 일례에서는 시점 T1 이후, 듀티비는 0으로 설정된다. 이것은, 즉 스위치 수단(140)이 열리고 있는 것을 의미한다. 프리휠링 다이오드(160)의 원인으로, 코일(130)에흐르는 전류 I가 시간 t에 관하여 지수 함수적으로 하강하여, 제 3 값 I2가 된다. 이 제 3 값 I2는 제 2 값의 상방으로 향하고, 이 제 2 값에 있어서 자기 코일은 통류 상태에 있다.
시점 T2에서, 전류는 희망하는 제 3 값 I2에 도달한다. 이 시점이후, 전류 I2를 유지하기 위해서 필요한 듀티비가 설정된다. 이 듀티비 PWM은 상응하게 선택된다.
프리휠링 다이오드 및 펄스폭 변조 제어부를 갖는, 여기에 도시한 장치에 있어서는 시점 T1, T2 사이의 시간 간격 DT는 다음 수학식 3으로 주어진다.
[수학식 3]
DT = -T * ln(PWM)
PWM의 값은 듀티비이고, 이 듀티비는 다음의 수학식 4로 정의된다.
[수학식 4]
PWM = I2/I1
T의 값은 실질적으로는 코일의 인덕턴스와 오옴 저항에 의존하는 상수이다.
시점 T2 이후, 스위치(140)는 다시 펄스폭 변조 신호에 의해서 제어된다. 듀티비는 전류 I2가 발생하도록 선택된다. 시점 T1, T2 사이의 기간 DT는 소정의 제 2 전류치 I2가 발생하도록, 즉 소정의 통유량이 발생하도록 선택된다.
이 결과, 압력 P2는 시간이 경과함에 따라서 상승한다. 기간 DT는 다음 수학식 5로 주어진다.
[수학식 5]
DT = -T * ln((FF + FD - FZ - B)/A * I2)
소정의 최종적인 힘 F2를 얻기 위해서, 즉 소정의 압력 구배 E를 얻기 위해서는 제 1 도관과 제 2 도관 사이의 압력차이 FD를 계산 또는 측정하지 않으면 않된다. 그 밖의 값은 상수이고, 미리 확실하게 설정할 수 있다. 압력차이를 알고 있는 경우에는 기간 DT를 설정함으로써, 임의의 전류치 I2를, 결국 임의의 최종적인 힘을, 결과적으로 소정의 압력 구배를 얻을 수 있다.
스위치 수단(140)이 열려져 있는 상태의 기간 DT를 설정하므로써, 소정의 전류치 I2가 얻어진다. 이 전류치 I2는 자기 밸브를 적절한 상태로 유지하기 위해서, 혹은 원하는 압력 구배를 얻기 위해서 필요한 전류값이다.
시점 T2, T3 사이에서, 상기 자기 밸브는 폐쇄 상태와 개방 상태 사이의 중간 상태에 있다. 이 시간의 사이에서, 압력 P2는 일정한 구배로 시간 t에 따라서 상승하여 간다. 이 구배를 압력 구배라고 부른다. 압력 상승의 구배는 전류치 I2에 따라서, 기간 DT를 설정하므로써 또는 듀티비를 설정하므로써 조정할 수 있다. 시점 T2, T3의 사이의 시간 간격은 압력 P2의 값을, 즉 브레이크 압력을 결정한다. 기간 DT에 따라서, 전류는 다른 값 I2로 하강한다. 이에 따라, 다른 압력 구배가 얻어지고, 압력 P2를 다른 여러 가지 속도로 증압할 수 있다. 상기 기간 DT가 길게되면, 전류는 크게 하강하여, 결과적으로 자기 밸브는 더욱 더 크게 개방된다. 이 상태에 있어서, 2/2-자기 밸브는 비례 밸브와 동일하게 동작하도록 제어된다.
시점 T3에서는 듀티비가 다시 값 1로 상승한다. 그 결과, 코일(130)을 흐르는 전류는 지수 함수적으로 다시 원래의 값 I1까지 상승한다. 그리고 자기 밸브는다시 그 폐쇄 상태로 진행한다. 그 결과, 압력 P2는 일정한 레벨에 머무른다. 전류 I는 이 상태에서 지수 함수적으로 상승하여, 다시 그 초기값이 된다.
유리한 실시예에서는 실선으로 나타나고 있는 듀티비가 시점 T2, T3 사이의 시간 경과에 따라서 다소 저하된다. 이 결과, 자기 밸브를 흐르는 전류도 마찬가지로 다소 저하된다. 이것은 압력차이, 즉 압력 P1, P2 사이의 차이가 이 시간에서 감소하기 때문에 발생한다. 이에 따라, 압력차에 의존하는 힘 FD도 감소한다. 따라서, 자기 밸브를 그 도달 위치에 유지하기 위해서, 코일(130)은 보다 작은 자력 FM을 발생시키는 것만으로 충분하다. 이것은 시점 T2, T3 사이의 제 2 상태에 있어서, 전류가 이 기간에서 형성되는 압력 변화에 따른다는 것을 의미한다. 시점 T2, T3 사이의 전류의 감소는 기간 DT에서의 전류 감소보다도 작다.
본 발명에 따른 제어 전류 과정의 실시 형태에 의하면, 변위가 보다 작게 되고 보다 천천히 발생하기 때문에, 밸브들이 스토퍼에 강하게 충돌하는 것을 피할 수 있다. 또한, 밸브를 열 때 발생하는 그 밖의 유압에 의한 진동을 억제할 수 있으므로 노이즈의 발생이 감소한다.

Claims (5)

  1. 휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부를 구비하며, 제 1 전류값 I1을 공급하면 제 1 상태를 취하고 제 2 전류값 0을 공급하면 제 2 상태를 취하는 브레이크 장치의 전자기 밸브를 제어하기 위한 제어 방법에 있어서,
    전환시, 소정의 기간 DT 사이의 제 1 상태에서 전류는 제 1 함수에 따라서 제 1 전류값 I1로부터 제 3 전류값 12로 진행하고, 제 2 상태에서 전류는 거의 일정하게 유지되도록 또는 이 기간에 걸친 압력 변화에 따르도록 제어하고, 이때, 제 3 전류값 I2는 제 1 전류값 11과 제 2 전류값 0 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 함수는 전류가 소정의 기간 DT 후에 미리 설정 가능한 제 3 전류값 I2로 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 전류값 I2나 소정 시간 DT는 하나 이상의 압력차이 또는 원하는 압력 구배에서 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브는 휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부를 구비한 브레이크 장치의 입력 밸브인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  5. 휠 로크 방지 제어부나 구동 슬립 제어부를 가지며, 제 1 전류값 I1을 공급하면 제 1 상태를 취하고 제 2 전류값 0을 공급하면 제 2 상태를 취하는 브레이크 장치의 전자기 밸브의 제어 장치에 있어서,
    전환시, 소정 시간 DT 사이의 제 1 상태에서 전류는 제 1 함수에 따라서 제 1 전류값 I1로부터 제 3 전류값 I2로 진행하고, 제 2 상태에서 전류는 거의 일정하게 유지되도록 또는 이 기간에 걸친 압력 변화에 따르도록 제어하기 위한 제어 수단이 설치되고, 이때, 제 3 전류값 I2는 제 1 전류값 11과 제 2 전류값 0 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
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