KR100360510B1 - 페일세이프회로 - Google Patents

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KR100360510B1
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사사키카즈히로
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Abstract

압유의 공급원이 하나라도 메인회로에 이상이 발생했을 때에는 서브회로가 확실하게 기능할 수 있도록 한 페일세이프회로를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
이를 해결하기 위한 수단으로 액튜에이터(1)와 병렬로 접속한 여러개의 전자식 제어밸브(3)(6)는 센터링 스프링을 구비하여, 노멀상태에서 중립위치를 유지하는 한편, 상기 제어밸브에는 공급포트 및 복귀포트와, 2개의 액튜에이터 포트를 배치하고, 중립위치에 있어서 상기 공급포트와 복귀포트가 연통함과 동시에 상기 공급포트 및 복귀포트는 각 액튜에이터 포트와의 연통을 차단하는 구성으로 하며 또한 최 상류의 제어밸브(3)의 공급포트(3a)를 공급원(P)에 접속하고, 최 하류의 제어밸브(6)의 복귀포트(6b)를 탱크(T)에 접속하면서 각 제어밸브의 복귀포트(3b)를 자신보다 1단 하류의 제어밸브(6)의 공급포트(6a)에 접속했다.

Description

페일세이프회로{FAIL-SAFE CIRCUIT}
본 발명은 제어밸브를 구비한 여러개의 유압계통을 배치하여 메인의 유압계통이 고장난 경우에 다른 유압계통을 이용하여 액튜에이터를 제어할 수 있는 4륜조타장치에 관한 것이다.
종래의 4륜조타장치 등의 액튜에이터에 제어밸브를 통해 유압펌프를 접속하고, 상기 액튜에이터를 구동제어하는 시스템이 있다. 이 경우 상기 제어밸브를 제어장치로 제어함으로써 유압방향이나 양을 조절하여 상기 액튜에이터에 공급하고 있다.
이와같은 장치에서 제어장치가 고장나 제어밸브를 정확하게 제어할 수 없게된 경우에는 제어장치와 제어밸브 사이의 회로를 차단하여 제어장치로부터 출력되는 틀린 제어신호로 액튜에이터가 제어되지 않도록 하고 있다.
그러나 제어장치에 어떠한 이상이 발생한 경우에 바로 액튜에이터가 구동되지 않으면 불편한 점이 많다. 그 때문에 도 2와 같이 2중의 제어시스템을 구비한 시스템을 생각 할 수 있다.
이 시스템은 하나의 액튜에이터(1)에 대해 2개의 제어회로를 접속한 것이다. 즉 메인펌프(2)로부터 액튜에이터(1) 사이에 제 1제어밸브(3)를 통해 접속한 메인회로와, 서브펌프(5)와 액튜에이터(1) 사이에 제 2제어밸브(6)를 통해 접속한 서브 회로로 이루어진다.
상기 제 1제어밸브(3)는 메인펌프(2)에 접속한 공급포트(3a)와, 탱크(T)에 접속한 복귀포트(3b)를 구비함과 동시에 액튜에이터(1)로의 공급 또는 복귀포트가 되는 액튜에이터포트(3c) 및 (3d)를 구비한 비례 솔레노이드 밸브이다. 그리고 이 제 1제어 밸브(3)는 메인 CPU(4)에 의해 그 변환위치가 제어된다.
상기 제 2제어밸브(6)도 서브 CPU(7)에 의해 제어되는 비례전자밸브로서 상기 제 1제어밸브(3)와 마찬가지로 공급포트(6a), 복귀포트(6b), 액튜에이터 포트(6c)(6d)를 구비하고 있다.
통상은 제 2제어밸브(6)를 중립위치에 고정하고, 제 1제어밸브(3)를 변환하여 액튜에이터를 제어한다. 그리고 메인 CPU(4)가 고장나거나 하여 제 1제어밸브(3)를 정확하게 제어할 수 없게 된 경우에는 제 1제어밸브를 중립위치로 되돌려 서브 CPU(7)에 의해 제 2제어밸브(6)를 제어하고, 액튜에이터(1)를 구동제어한다.
상기 도 2에 도시하는 종래의 시스템에서는 메인의 유압시스템에 이상이 발생했을 때에 서브의 유압회로에 대응하기 위해 2개의 유압펌프를 구비하고 있다. 2개의 펌프를 배치하면 스페이스도 필요한 데다가 원가도 많이 든다.
그렇다고 유압펌프를 하나로 하여 메인과 서브의 회로에 유압을 변환하는 변환밸브를 배치하는 것은 회로가 복잡하게 된다. 또 변환밸브가 고장인 경우에는 서브회로를 배치하고 있어도 그것을 이용할 수 없게 되는 경우도 있다.
그래서 본 발명의 목적은 유압의 공급원이 하나라도 메인 회로에 이상이 발생했을 때에는 서브회로가 확실하게 기능하도록 한 페일세이프회로를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명 실시예의 회로도.
도 2는 종래예의 회로도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1: 액튜에이터 3: 제 1제어밸브
3a: 공급포트 3b: 복귀포트
3c: 액튜에이터 포트 3d: 액튜에이터 포트
3e: 솔레노이드 3f: 솔레노이드
3g: 스프링 3h: 스프링
4: 메인 CPU 6: 제 2제어밸브
6a: 공급포트 6b: 복귀포트
6c: 액튜에이터 포트 6d: 액튜에이터 포트
6e: 솔레노이드 6f: 솔레노이드
6g: 스프링 6h: 스프링
7: 서브 CPU 14: 컷트 오프 밸브
15: 컷트 오프 밸브 P: 펌프
T: 탱크
제 1발명은 유압의 공급원과, 하나의 액튜에이터와, 이들 공급원과 액튜에이터 사이에 있어 상기 액튜에이터와 병렬로 접속한 여러개의 전자식 제어밸브를 구비하고, 상기 제어밸브는 센터링 스프링을 구비하며, 노멀상태에서 중립위치를 유지하는 한편 상기 제어밸브에는 공급포트 및 복귀포트와, 2개의 액튜에이터 포트를 배치하고, 중립위치에 있어 상기 공급포트와 복귀포트가 연통함과 동시에 상기 공급포트 및 복귀포트는 각 액튜에이터 포트와의 연통을 차단하도록 구성하며 또한 최 상류의 제어밸브의 공급포트를 공급원에 접속하고, 최 하류의 제어밸브의 복귀포트를 탱크에 접속하면서 각 제어밸브의 복귀포트를 자신보다 1단 하류의 제어밸브의 공급포트에 접속하며, 상기 여러개의 제어밸브 중 특정의 하나만을 변환함과 동시에 다른 제어밸브를 중립위치에 고정한 상태에서 상기 액튜에이터를 구동제어하는 점에 특징을 갖는다.
제 2의 발명은 제 1발명을 전제로 하여 여러개의 베어밸브가 제 1, 제 2제어밸브로 이루어지고, 상기 제 1제어밸브를 제어하는 메인 CPU와, 상기 제 2제어밸브를 제어하는 서브 CPU를 구비하며, 상기 메인 CPU는 메인 CPU자체에 이상이 발생하면 제 1제어밸브의 제어를 정지함과 동시에 서브 CPU는 상기 메인 CPU의 이상을 검출하고, 제 2제어밸브를 구동제어하는 점에 특징을 갖는다.
제 3의 발명은 상기 제 1, 제 2발명을 전제로 하여 여러개의 제어밸브가 제 1, 제 2밸브로 이루어지고, 상기 제 1제어밸브를 제어하는 메인 CPU와, 상기 제 2제어밸브를 제어하는 서브 CPU를 구비하며, 상기 메인 CPU는 제 1제어밸브의 이상을 검출하면 제 1제어밸브의 제어를 정지함과 동시에 서브 CPU는 상기 메인 CPU의 제어정지를 검출하고 제 2제어밸브를 구동제어하는 점에 특징을 갖는다.
제 4의 발명은 컷트 오프 밸브를 제어밸브의 상류 또는 하류측에 접속한 점에 특징을 갖는다.
도 1에 도시하는 실시예는 본 발명의 페일세이프회로를 구비한 4륜조타장치의 회로도이다.
이 장치는 엔진(E)의 회전에 의해 구동되는 펌프(P)에 의해 후륜조타용의 액튜에이터(1) 및 파워스티어링장치(8)를 구동하는 것이다.
유압원인 펌프(P)로부터의 토출유는 플라이올리티 밸브(9)에 의해 액튜에이터(1)측과 파워스티어링장치(8)측으로 나누어 진다. 단 여기서는 상기 파워스티어링장치(8)쪽으로 공급되는 유량이 우선적으로 확보되도록 하고 있다.
또한 도면 중 부호 10은 필터이며, 부호 11,12는 릴리프 밸브이다. 또 부호 (H)는 파워스티어링장치(8)에 연계한 핸들이다.
또 상기 펌프(P)로부터의 토출유를 공급하는 펌프라인(17) 및 압유를탱크(T)로 되돌리는 탱크라인(18)과 액튜에이터(1) 사이는 밸브 유닛(13)을 통해 접속하고 있다. 이 밸브유닛(13)은 제 1제어밸브(3), 제 2제어밸브(6), 제 1컷트 오프 밸브(14), 제 2컷트 오프 밸브(15), 페일세이프 밸브(16)를 구비하고 있다.
상기 밸브 유닛(13)을 구성하는 각 밸브는 뒤에 설명하는 메인 CPU(4) 및 서브 CPU(7)에 의해 제어된다.
상기 제 1, 제 2제어밸브(3)(6)는 액튜에이터(1)로 공급하는 유압 방향이나 유량을 조정하기 위한 밸브로서, 종래예의 제어밸브와 같은 구조이다. 단 그 접속방법이 종래예와 다르다.
제 1제어밸브(3)는 그 공급포트(3a)를 상기 펌프라인(17)에 접속함과 동시에 복귀포트(3b)를 제 2제어밸브(6)의 공급포트(6a)에 접속하고 있다. 그리고 제 2제어밸브(6)의 복귀포트(6b)는 상기 탱크라인(18)에 접속하고 있다.
또한 상기 제 1, 제 2제어밸브(3)(6)는 모두 센터스프링(3g)(3h)과 (6g)(6h)를 구비한 솔레노이드 밸브로서, 솔레노이드(3e)(3f)(6e)(6f)가 여자되지 않은 노멀상태에서는 상기 센터스프링의 작용에 의해 도시한 중립위치로 복귀하도록 되어있다.
또 제 1제어밸브(3)의 액튜에이터 포트(3c)(3d)를 제 1컷트 오프 밸브(14)를 통해 라인(19)(20)에 접속하고 있다. 이 라인(19)(20)은 액튜에이터(1)로의 유압의 공급 또는 배출유로가 되는 라인이다.
또한 제 2제어밸브(6)의 액튜에이터 포트(6c)(6d)를 제 2컷트 오프 밸브(15)를 통해 라인(19)(20)에 접속하고 있다. 즉 상기 액튜에이터(1)에 대해 상기 제1, 제 2제어밸브(3)(6)는 병렬로 접속되고 있다.
또 상기 제 1, 제 2컷트 오프 밸브(14)(15)는 솔레노이드(14a)(15a)가 여자상태일 때 연통위치로 변환되고, 비여자 시에는 스프링(14b)(15b)의 스프링력에 의해 도시한 차단위치를 유지하는 밸브이다.
또한 상기 라인(19)(20) 사이에는 페일세이프 밸브(16)를 접속하고 있다. 이 페일세이프 밸브(16)는 장치가 정상적으로 제어되고 있을 때에는 솔레노이드(16a)를 여자하여 차단상태를 유지하고 있지만 액튜에이터(1)측이나 밸브유닛(13)에 이상이 발생한 경우에는 도시한 연통상태로 한다. 상기 페일세이프 밸브(16)가 연통위치를 유지하고, 라인(19)과 라인(20)이 연통하면 액튜에이터(1)는 비제어상태가 된다.
상기 페일세이프 밸브(16)는 솔레노이드(16a)가 비여자 시에 스프링(16b)에 의해 도시한 연통위치를 유지하고, 여자상태에서 차단위치로 변환되는 밸브로서, 메인 CPU(4) 또는 서브 CPU(7)에 의해 제어된다.
또 도 1의 회로에는 메인 CPU(4) 및 서브 CPU(7)가 배치되고, 이들에 따라 상기 밸브유닛(13)을 제어한다.
상기 메인 CPU(4), 서브 CPU(7)에는 도시하지 않은 전원과, 차속센서(V)와, 전(前)륜타각 센서(F)와, 후(後)륜타각 센서(R)가 각각 접속되고, 각 센서로부터의 입력신호에 따라 각 밸브를 제어하도록 하고 있다.
메인 CPU(4)는 솔레노이드(3e) 또는 (3f)를 여자함으로써 제 1제어밸브(3)를 도시한 중립상태로부터 상하 어느 한 쪽의 밸브위치로 변환함과 동시에솔레노이드(3e)(3f)에 공급하는 전류치에 의해 밸브의 개방각도를 조정할 수 있다. 또한 메인 CPU(4)는 제 1컷트 오프 밸브(14)나 페일세이프 밸브(16)를 변환할 수도 있다.
또 서브 CPU(7)는 제 2제어밸브(6)와 제 2컷트 오프 밸브(15)외에 페일세이프 밸브(16)를 제어하는 CPU이다. 그리고 그 제어방법은 메인 CPU(4)와 같다.
단 상기 메인 CPU(4), 서브 CPU(7)는 서로 각 CPU가 정상적으로 동작하고 있는 지 여부를 알 수 있도록 신호를 주고 받고 있다.
다음에 이 실시예의 작용을 설명한다.
통상은 제 2제어밸브(6) 및 제 2컷트 오프 밸브(15)를 도시한 중립위치로 유지한 채로 메인 CPU(4)에 의해 제어밸브(3)만을 변환제어하고, 압유를 액튜에이터(1)로 공급하도록 한다. 즉 제 1제어밸브(3)가 본 발명의 특정 밸브에 해당한다. 그리고 제 1제어밸브(3)를 변환하여 액튜에이터(1)를 제어할 때에는 메인 CPU(4)는 컷트 오프 밸브(14)의 솔레노이드(14a)를 여자하고, 컷트 오프 밸브(14)를 도시한 위치로부터 연통위치로 변환함과 동시에 솔레노이드(16a)도 여자하며, 페일세이프 밸브(16)를 도시한 위치로부터 변환하고, 라인(19)과 라인(20) 사이의 연통을 차단한다.
예를들면 제 1제어밸브(3)를 도면 중 상측의 밸브위치로 변환한 경우에는 펌프유로(17)로부터의 유압은 제 1제어밸브(3)의 공급포트(3a) -> 액튜에이터 포트(3c) -> 제 1 컷트 오프 밸브(14) -> 라인(20) -> 액튜에이터(1)와 같이 공급된다.
한편 액튜에이터(1)로부터의 복귀 유는 라인(19) -> 제 1컷트 오프 밸브(14) -> 제 1제어밸브(3)의 액튜에이터 포트(3d) -> 복귀포트(3b) -> 제 2제어밸브(6)의 공급포트(6a) -> 동 복귀포트(6b) -> 복귀유로(18)와 같이 하여 탱크(T)로 복귀된다.
상기 메인 CPU(4)는 각 센서 V,R,F로부터의 신호에 따라 제 1제어밸브(3)의 개방각도나 변환위치를 제어하고, 액튜에이터(1)로 공급하는 압유의 양이나 방향을 제어할 수 있다.
상기 상태로부터 메인 CPU(4)에 이상이 발생한 경우 제어밸브(3)가 정확하게 제어되지 않게 된다. 이와같을 때에는 메인 CPU(4)가 밸브 유닛(13)의 각 밸브로 출력하는 제어신호를 정지한다. 예를들면 메인 CPU(4)의 제어프로그램이 정상적으로 동작하고 있을 때에만 각 밸브의 솔레노이드로 여자전류를 공급할 수 있는 회로를 구비하고 있으면 된다.
이와같이 하여 메인 CPU(4)가 정지하면 제 1제어밸브(3) 및 컷트 오프 밸브(14), 페일 세이프 밸브(16)의 솔레노드가 비여자로 되며 어느 쪽의 밸브도 스프링의 작용에 의해 차단위치로 되돌아 간다.
한편 서브 CPU(7)는 메인 CPU(4)가 이상발생에 의해 다운된 것을 검출하면 밸브유닛(13)을 제어하기 시작한다. 즉 서브 CPU(7)가 제 2제어밸브(6) 및 컷트 오프 밸브(15), 페일 세이프 밸브(16)의 솔레노이드를 여자한다. 솔레노이드(15)가 여자되고, 컷트 오프 밸브(15)를 연통위치로 변환함과 동시에 솔레노이드(6e) 또는 (6f)를 여자하여 제 2제어밸브(6)를 제어한다.
이에 따라 펌프유로(17)로부터의 유압은 제 1제어밸브(3)의 공급포트(3a) -> 제 1제어밸브(3)의 복귀포트(3b) -> 제 2제어밸브(6)의 공급포트(6a) -> 액튜에이터포트(6c) 또는 (6d) -> 제 2컷트 오프 밸브(15) -> 라인(19) 또는 (20)-> 액튜에이터(1)와 같이 공급된다.
또 액튜에이터(1)로부터의 복귀유는 라인(19) 또는 (20) -> 제 2컷트 오프 밸브(15) -> 제 2제어밸브(6)의 포트(6d) -> 복귀포트(6b) -> 복귀유로(18)와 같이 하여 탱크(T)로 복귀된다.
상기와 같이 메인 CPU(4)로 제어하는 메인의 경로를 사용할 수 없게 된 경우에는 신속하게 서브 CPU(7)가 제 2제어밸브(6)를 제어하고 액튜에이터(1)를 제어할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는 메인 CPU(4)에 이상이 발생한 경우를 설명했지만 메인 CPU(4)는 정상이므로 제 1제어밸브(3)의 전기계통이 고장난 경우에는 메인 CPU(4)가 이를 검지하고, 스스로 제어를 중지한다. 메인 CPU(4)의 제어가 정지하면 상기와 마찬가지로 서브 CPU(7)가 제 2제어밸브(6)를 제어한다.
또 제 1제어밸브(3)가 기계적으로 고장나고 솔레노이드가 비여자에서도 중립위치로 복귀하지 않게 된 경우에도 메인 CPU(4)가 꺼지면 제 1컷트 오프 밸브(14)가 차단위치가 되므로 서브 CPU(7)가 제 2제어밸브(6)를 제어하여 액튜에이터(1)의 제어를 계속할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 2개의 유압제어시스템을 형성하여 한쪽에 이상이 발생한 경우에는 다른쪽이 대신에 작동하여 제어를 계속한다. 또한 유압원은 한 대의 펌프(P)이므로 종래예와 같이 2대의 펌프를 구비하는 데 비해 원가를 낮게할 수 있다.
또 종래와 같이 여러개의 유압계통에 대해 변환밸브로 어떤 유압계통으로 유압을 공급할 지의 변환을 행할 경우에는 이 하나의 변환밸브가 망가지게 되면 예비회로도 사용할 수 없게 될 경우가 있지만 본 발명에서는 고장난 계통의 제어밸브 또는 컷트 오프 밸브의 제어만을 끊는 것으로 그 밸브가 차단위치가 되어 새로운 회로로 변환할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는 2개의 제어밸브를 이용하고 있지만 제어밸브를 3개이상으로 하여 상류측에서 순서대로 자신의 복귀포트를 바로 하류측의 밸브의 공급포트에 접속하여 이용할 수 있다. 이 경우에는 제어밸브의 수 만큼 유압제어시스템이 생기고 그 만큼 예비회로가 많아진다. 이 경우에도 유압원은 하나면 된다.
단 다수의 제어밸브나 CPU를 배치하는 것 보다도 메인과 서브 2계통 만으로 서브측이 기능하고 있는 동안에 메인측의 이상원인을 조사하거나 다음의 대응을 준비하거나 하는 쪽이 현실적이다.
또 상기 실시예에서는 각 제어밸브의 하류에 직렬로 컷트 오프 밸브를 배치했지만 이 컷트 오프 밸브는 제어밸브의 상류측에 배치해도 좋으며 반드시 필요한 것은 아니다.
또한 모든 밸브를 CPU에 의해 전기적으로 제어하고 있지만 컷트 오프 밸브나 페일세이프 밸브는 수동으로 변환하는 것으로 할 수도 있다.
제 1발명에 의하면 하나의 제어계통에 이상이 발생한 경우에 그 제어계통만을 끊는 것으로 다른 제어계통을 기능시킬 수 있다.
또한 하나의 유압원에 의해 여러개의 제어계통을 구성할 수 있기 때문에 경제적이다.
제 2발명에 의하면 메인 CPU에 이상이 발생한 경우에는 서브 CPU가 제 2제어밸브를 제어함으로써 액튜에이터의 구동제어를 계속할 수 있다.
제 3발명에 의하면 메인 CPU는 정상이라도 제 1제어밸브에 이상이 발생한 경우에는 메인 CPU가 제어를 정지하고, 서브 CPU가 제 2제어밸브를 제어함으로써 액튜에이터의 구동제어를 계속할 수 있다.
제 4발명에 의하면 제어밸브가 기계적으로 고장나게 되어 중립위치로 복귀될 수 없게 된 경우에도 컷트 오프 밸브에 의해 고장난 제어밸브의 액튜에이터 포트와 액튜에이터 사이의 연통을 차단할 수 있다.

Claims (4)

  1. 유압의 공급원과, 하나의 액튜에이터와, 이들 공급원과 액튜에이터 사이에 있어 상기 액튜에이터와 병렬로 접속한 여러개의 전자식 제어밸브를 구비하고, 상기 제어밸브는 센터링 스프링을 구비하며, 노멀상태에서 중립위치를 유지하는 한편 상기 제어밸브에는 공급포트 및 복귀포트와, 2개의 액튜에이터 포트를 배치하고, 중립위치에 있어 상기 공급포트와 복귀포트가 연통함과 동시에 상기 공급포트 및 복귀포트는 각 액튜에이터 포트와의 연통을 차단하는 구성으로 하며 또한 최 상류의 제어밸브의 공급포트를 공급원에 접속하고, 최 하류의 제어밸브의 복귀포트를 탱크에 접속하면서 각 제어밸브의 복귀포트를 자신보다 1단 하류의 제어밸브의 공급포트에 접속하며, 상기 여러개의 제어밸브 중 특정의 하나 만을 변환함과 동시에 다른 제어밸브를 중립위치로 유지한 상태에서 상기 액튜에이터를 구동제어하는 것을 특징으로 하는 페일세이프 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    여러개의 제어밸브는 제 1, 제 2제어밸브로 이루어지고, 상기 제 1제어밸브를 제어하는 메인 CPU와, 상기 제 2제어밸브를 제어하는 서브 CPU를 구비하며, 상기 메인 CPU는 메인 CPU자체에 이상이 발생하면 제 1제어밸브의 제어를 정지함과 동시에 서브 CPU는 상기 메인 CPU의 이상을 검출하고, 제 2제어밸브를 구동제어하는 것을 특징으로 하는 페일세이프 회로.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    여러개의 제어밸브는 제 1, 제 2제어밸브로 이루어지고, 상기 제 1제어밸브를 제어하는 메인 CPU와, 상기 제 2제어밸브를 제어하는 서브 CPU를 구비하며, 상기 메인 CPU는 제 1제어밸브의 이상을 검출하면 제 1제어밸브의 제어를 정지함과 동시에 서브 CPU는 상기 메인 CPU의 제어정지를 검출하고, 제 2제어밸브를 구동제어하는 것을 특징으로 하는 페일세이프 회로.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    컷트 오프 밸브를 제어밸브의 상류 또는 하류측에 접속한 것을 특징으로 하는 페일세이프 회로.
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