KR101205874B1 - 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로 - Google Patents

변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로에 관한 것으로, 브레이크 변속 시프트 록 장치의 변속 레버에 적용되는 솔레노이드 전류지연회로에 있어서, 상기 솔레노이드에 흐르는 전류를 스위칭하는 제 1트랜지스터, 상기 솔레노이드에 인가되는 구동전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하고 비교결과에 기초하여 상기 제 1트랜지스터를 온/오프 구동하는 비교기 및 양 전위라인과 음 전위라인 사이에 직렬로 연결되고 상기 비교기의 반전 입력단자에 상기 기준전압을 인가하는 제 1커패시터와 제 1저항을 포함하고, 상기 제 1트랜지스터의 컬렉터 단자에서 출력되는 구동전압은 상기 비교기의 비반전 입력단자로 피드백되고, 상기 기준전압은 상기 제 1커패시터와 제 1저항에 의한 시정수만큼 지연되어 입력되는 구성을 마련한다.
상기와 같은 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로를 이용하는 것에 의해, 본 발명은 솔레노이드에 인가되는 전류의 상승시간을 지연시켜 플런저의 동작속도를 감소시킴으로써 솔레노이드 동작시 발생하는 충격진동 및 소음을 최소화할 수 있다.

Description

변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로{CURRENT DELAY CIRCUIT FOR SOLENOID OF SHIFT LEVER}
본 발명은 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량이 주차된 상태에서 출발하는 경우 브레이크 페달을 밟아야만 차량이 이동 가능하게 하여 급발진을 방지하는 브레이크 변속 시프트 인터록(Brake Transmission Shift Interlock, 이하 'BTSI'라 함) 장치에 적용된 변속 레버의 솔레노이드를 제어하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로에 관한 것이다.
일반적으로, 자동변속기 차량에는 변속레버 위치와 점화스위치 및 브레이크 페달의 조작 여부에 따라 변속레버를 주차 모드에서 후진 모드로 이동 가능하게 하는 BTSI 장치와 변속레버가 주차 모드에 있을 때에만 시동키를 키홀더로부터 제거할 수 있게 하는 키 인터록(Key Interlock) 장치를 구비한다.
종래의 BTSI 장치는 변속 레버의 몸체에 선택적으로 걸려져서 변속 레버의 시프트를 제한하는 록킹 캠, 록킹 캠을 동작시키기 위해 록킹 캠에 연결된 솔레노이드 및 운전자가 브레이크 페달을 조작한 경우에만 솔레노이드를 동작시키는 브레이크 스위치를 포함한다.
이러한 종래의 BTSI 장치는 도심지의 저속 주행시 브레이크 페달을 밟을 때마다 작동함에 따라 솔레노이드의 플런저가 빈번하게 전후 혹은 좌우로 이동하면서 스토퍼와 부딪히게 된다.
따라서 종래의 BTSI 장치는 플런저와 스토퍼의 충격은 변속 레버를 통해 운전자에게 그대로 전달되어 운전 피로감을 가중시키고, 불쾌한 소음을 유발시키는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일 예가 대한민국 특허 공개번호 제10-2005-0120941호(2005년 12월 26일 공개, 이하 '특허문헌 1'이라 함)에 개시되어 있다.
도 1은 특허문헌 1에 따른 변속 레버의 쉬프트 록 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 솔레노이드가 쉬프트 록 해제시의 작동상태를 보인 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 특허문헌 1에 따른 변속 레버의 쉬프트 록 장치용 솔레노이드(S)는 변속 레버(1)의 쉬프트를 제한하기 위해 설치되는 록 캠(2)에 일단이 연동되게 연결되면서 하우징(3) 속에 전후 혹은 상하로 이동 가능하게 삽입되는 플런저(4), 플런저(4)의 전후 혹은 상하 이동량을 제한하기 위해 플런저(4)의 이동경로 상에 소정 간격을 두고 설치된 2개의 스톱퍼(5,6) 및 플런저(4)에 자력을 가하기 위해 하우징(3) 속에 설치된 코일(7)을 포함한다.
이러한 특허문헌 1은 솔레노이드(S)의 하우징(3) 속에 들어 있는 공기가 플런저(4)에 댐퍼 역할을 하도록 하여 플런저(4)와 스토퍼(5,6)의 충격 속도를 줄여 충격진동이나 소음이 운전자에게 전달되는 것을 방지한다.
하지만, 특허문헌 1에 따른 솔레노이드(S)는 작동횟수 및 동작시간이 증가하면서 플런저(4)와 스토퍼(6) 사이에 기계적인 마모가 발생하여 하우징(3) 내부의 공기가 외부로 누설되어 공기압력이 저하됨에 따라 장시간 사용시 충격진동 및 소음이 다시 심해지는 문제점이 있었다.
결국, 특허문헌 1과 같이 기구적인 개선작업에 의해 BTSI 장치에 적용되는 솔레노이드의 플런저와 스토퍼 사이의 소음을 줄이는 데 한계가 있었다.
이에 따라, 변속 레버의 솔레노이드 동작을 지연하는 전기회로를 추가하여 전기적인 방식으로 솔레노이드의 작동소음을 감소시킬 수 있는 방법이 필요하게 되었다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2005-0120941호(2005년 12월 26일 공개)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전기적인 회로를 이용하여 솔레노이드의 동작속도를 감소시키는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 솔레노이드 작동시 발생되는 충격진동 및 소음을 저감하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 브레이크 변속 시프트 록 장치의 변속 레버에 적용되는 솔레노이드 전류지연회로에 있어서, 상기 솔레노이드에 흐르는 전류를 스위칭하는 제 1트랜지스터, 상기 솔레노이드에 인가되는 구동전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하고 비교결과에 기초하여 상기 제 1트랜지스터를 온/오프 구동하는 비교기 및 양 전위라인과 음 전위라인 사이에 직렬로 연결되고 상기 비교기의 반전 입력단자에 상기 기준전압을 인가하는 제 1커패시터와 제 1저항을 포함하고, 상기 제 1트랜지스터의 컬렉터 단자에서 출력되는 구동전압은 상기 비교기의 비반전 입력단자로 피드백되고, 상기 기준전압은 상기 제 1커패시터와 제 1저항에 의한 시정수만큼 지연되어 입력된다.
상기 비교기는 상기 기준전압과 구동전압의 비교결과, 상기 구동전압이 기준전압보다 높으면, 상기 제 1트랜지스터를 온 동작시키도록 온 구동신호를 출력하고, 상기 구동전압이 기준전압보다 낮으면, 상기 제 1트랜지스터를 오프 동작시키도록 오프 구동신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 양 전위라인과 제 1트랜지스터의 베이스 단자 사이에 구비되고 상기 제 1트랜지스터의 베이스 단자에 흐르는 전류와 상기 비교기로 흐르는 전류값을 결정하는 제 2저항과 제3저항 및 상기 제 3저항과 제 1트랜지스터의 베이스 단자 사이의 제 1노드와 상기 음 전위라인 사이에 구비되는 제 2커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1트랜지스터(Q1)는 상기 솔레노이드 구동에 필요한 전류를 출력하기 위해 2개의 트랜지스터를 직접 접속하여 전류 증폭율을 배가시키는 달링턴 회로(dalington circuit)인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 양 전위라인과 비교기의 제 1전원핀 사이에 구비되고 상기 비교기에 바이어스 전류를 공급하는 제 4저항, 상기 제 4저항과 기저전위라인 사이에 구비되고 상기 비교기의 제 1전원핀에 입력되는 공급전압을 제한하는 제너다이오드 및 상기 제너다이오드에 병렬로 연결되고 상기 비교기의 제 1전원핀에 입력되는 공급전압의 노이즈 성분을 제거하는 제 3커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 커패시터와 저항으로 구성되는 전류지연회로를 이용하여 솔레노이드에 흐르는 전류를 스위칭하는 스위칭 소자의 동작을 지연시킴으로써 솔레노이드에 인가되는 전류의 상승시간을 지연시킨다.
이에 따라, 본 발명은 전류의 상승시간이 지연되는 전류지연시간 동안 플런저가 전후 또는 상하 방향으로 이동함에 따라 플런저의 동작속도를 감소시킬 수 있다.
결국, 본 발명은 플런저의 동작속도를 감소시킴으로써 솔레노이드 동작시 발생하는 충격진동 및 소음을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 변속 레버의 쉬프트 록 장치의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 솔레노이드가 쉬프트 록 해제시의 작동상태를 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로의 회로도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드에 공급되는 공급전압과 지연전류를 도시한 그래프.
도 5는 구동전압과 지연전류를 도시한 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서 BTSI 장치의 구성은 도 1에 도시된 BTSI 장치의 구성을 원용하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로의 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 BTSI 장치는 스위칭소자의 동작을 지연시켜 변속 레버의 솔레노이드(10)에 흐르는 전류를 일정 시간 동안 지연하는 전류지연회로(20)를 구비한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전류지연회로(20)는 솔레노이드(10)에 흐르는 전류를 스위칭하는 제 1트랜지스터(Q1), 솔레노이드(10)에 인가되는 구동전압(Vc)과 미리 설정된 기준전압(Vref)의 비교결과에 기초하여 제 1트랜지스터(Q1)를 온/오프 구동하는 비교기(OP), 양 전위라인(+)과 음 전위라인(-) 사이에 직렬로 연결되어 비교기(OP)에 기준전압(Vref)을 인가하는 제 1커패시터(C1)와 제 1저항(R1), 양 전위라인(+)과 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B) 사이에 구비되는 제 2저항(R2)과 제 3저항(R3) 및 제 3저항(R3)과 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B) 사이의 제 1노드(N1)와 음 전위라인(-) 사이에 구비되는 제 2커패시터(C2)를 포함한다.
제 1트랜지스터(Q1)는 솔레노이드(10)에 흐르는 전류를 스위칭하는 스위칭 소자로서, 비교기(OP)의 온/오프 구동신호에 따라 온/오프 동작한다.
제 1트랜지스터(Q1)는 솔레노이드(10) 구동에 필요한 전류를 출력하기 위해 2개의 트랜지스터를 직접 접속하여 전류 증폭율을 배가시키는 달링턴 회로(dalington circuit)로 구비되는 것이 바람직하다.
비교기(OP)의 비반전 입력단자(+)에는 제 1트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)로부터 피드백된 솔레노이드(10)의 구동전압(Vc)이 입력되고, 반전 입력단자(-)에는 제 1커패시터(C1)와 제 1저항(R1)에 의한 시정수에 따라 결정된 기준전압이 입력된다.
이에 따라, 비교기(OP)는 구동전압(Vc)과 기준전압(Vref)을 비교하고, 비교결과에 따라 제 1트랜지스터(Q1)에 온/오프 구동신호를 출력한다.
만약, 구동전압(Vc)이 기준전압(Vref)보다 높으면, 비교기(OP)는 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)에 온 구동신호를 출력한다.
그러면, 제 1트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)와 이미터 단자(E) 사이에 전류 통로가 형성됨에 따라 솔레노이드(10)가 구동되어 구동전압(Vc)이 낮아진다.
반면, 구동전압(Vc)이 기준전압(Ref)보다 낮으면, 비교기(OP)는 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)에 오프 구동신호를 출력한다.
그러면, 제 1트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)와 이미터 단자(E) 사이의 전류 통로가 개방되어 솔레노이드(10)의 구동이 중지됨에 따라 구동전압이 높아진다.
제 1커패시터(C1)와 제 1저항(R1)은 제 1커패시터(C1)에 충전되는 충전전압을 기준전압(Vref)으로 하여 비교기(OP)의 반전 입력단자(-)에 입력한다.
이때, 제 1커패시터(C1)의 충전시간은 제 1커패시터(C1)와 제 1저항(R)에 의한 시정수에 의해 결정된다.
그래서 제 1커패시터(C1)와 제 1저항(R1)에 의해 출력되는 기준전압(Vref)은 제 1커패시터(C1)의 충전시간, 즉 제1커패시터(C1)와 제 1저항(R1)에 의한 시정수만큼 지연되어 비교기(OP)의 반전 입력단자(-)에 입력된다.
이에 따라, 비교기(OP)의 온/오프 구동신호가 상기 시정수만큼 지연됨에 따라 제 1트랜지스터(Q1)의 온/오프 구동동작도 지연되므로, 결국 솔레노이드(10)에 흐르는 전류도 지연된다.
솔레노이드(10)의 전류지연시간은 솔레노이드(10) 내부에 구비된 플런저(도면 미도시)의 동작속도를 감소시켜 충격진동 및 소음을 최소화할 수 있도록 약 50~700㎳, 바람직하게는 약 200~400ms로 설정된다.
제 2저항(R2)과 제3저항(R3)은 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)에 흐르는 전류와 비교기(OP)로 흐르는 전류값을 결정한다.
제 2커패시터(C1)는 일정 충전시간 동안 제 1트랜지스터(Q1)의 반응시간을 지연시킨다.
그리고 본 발명에 따른 전류지연회로(20)는 양 전위라인(+)과 비교기(OP)의 제 1전원핀(P1) 사이에 구비되는 제 4저항(R4), 제 4저항(R4)과 기저전위라인(GND) 사이에 구비되는 제너다이오드(ZD) 및 제너다이오드(ZD)에 병렬로 연결되는 제 3커패시터(C3)를 더 포함한다.
제 4저항(R4)은 비교기(OP)에 바이어스(bias) 전류를 공급하고, 제너다이오드(ZD)는 비교기(OP)의 제 1전원핀(P1)에 입력되는 공급전압(Vcc)을 제한하며, 제 3커패시터(C3)는 비교기(OP)의 제 1전원핀(P1)에 입력되는 공급전압(Vcc)의 노이즈 성분을 제거하는 역할을 한다.
한편, 비교기(OP)의 제 2전원핀(P2)은 음 전위라인(-)에 연결된다.
다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로의 동작을 설명한다.
비교기(OP)는 기준전압(Vref)과 제 1트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)로부터 피드백 받은 구동전압(Vc)을 비교하고, 비교결과에 따라 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)에 온/오프 구동신호를 출력한다.
만약, 구동전압(Vc)이 기준전압(Vref)보다 높으면, 비교기(OP)는 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)에 온 구동신호를 출력하여 솔레노이드(10)를 온 구동시킴으로써 구동전압(Vc)이 낮아지게 한다.
반면, 구동전압(Vc)이 기준전압(Ref)보다 낮으면, 비교기(OP)는 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)에 오프 구동신호를 출력하여 솔레노이드(10)의 구동을 중지시킴에 따라 구동전압(Vc)이 높아지게 한다.
이와 같은 방법에 의해 낮아지거나 높아진 구동전압(Vc)은 다시 비교기(OP)의 비반전 입력단자(+)로 피드백된다.
상기한 바와 같은 피드백 동작에 의해, 구동전압(Vc)은 기준전압(Vref)과 거의 동일한 전압을 유지하게 된다.
특히, 기준전압(Vref)이 제 1커패시터(C1)와 제 1저항(R1)에 의한 시정수만큼 지연되어 비교기(OP)의 반전 입력단자(-)에 입력되므로, 구동전압(Vc)도 기준전압(Vref)과 동일하게 지연된다.
이에 따라, 솔레노이드(10) 양단에 걸리는 전압도 지연되고, 솔레노이드(10)에 흐르는 전류의 상승시간도 지연된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드에 공급되는 공급전압과 지연전류를 도시한 그래프이며, 도 5는 구동전압과 지연전류를 도시한 그래프이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 1㎌의 제 1커패시터(C1)와 300㏀의 제 1저항(R1)를 이용해 전류지연회로(10)를 구성하여 솔레노이드(10)의 공급전압(Vcc)과 전류(IL)를 측정하는 실험을 수행하였다.
실험 결과에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 공급전압(Vcc)은 일정하게 공급되더라도, 전류지연회로의 지연동작에 의해 솔레노이드(10)에 흐르는 전류(IL)는 전류지연시간, 약 700ms만큼 상승시간이 지연됨을 알 수 있다.
한편, 1㎌의 제 1커패시터(C1)와 100㏀의 제 1저항(R1)로 구성된 전류지연회로(10)의 실험결과에 따르면, 솔레노이드(10)에 흐르는 전류(IL)는 약 240ms의 전류지연시간만큼 상승시간이 지연됨을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 제 1커패시터와 제 1저항의 용량을 변경함으로써 전류지연시간을 약 50~700ms, 바람직하게는 약 200~400ms로 설정할 수 있다.
또 제 1트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)로부터 비교기(OP)로 피드백되는 솔레노이드(20)의 구동전압(Vc)은 도 5에 도시된 바와 같이, 초기에는 공급전압(Vcc)과 동일한 전압레벨이지만 솔레노이드(10)의 온 구동에 의해 점차 낮아져서 기준전압과 동일한 전압레벨을 유지하게 된다.
결국, 솔레노이드(10)의 플런저는 상승시간이 지연된 전류에 의해 동작하게 되므로, 플런저의 동작속도가 저하됨에 따라 플런저와 스토퍼 사이의 충격진동 및 소음이 저감된다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 솔레노이드에 인가되는 전류를 지연시켜 플런저의 동작속도를 감소시킴으로써 솔레노이드 동작시 발생하는 충격진동 및 소음을 최소화할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 솔레노이드 20: 전류지연회로
Q1: 제 1트랜지스터 OP: 비교기
R1,R2,R3,R4: 저항 C1,C2,C3: 커패시터
ZD: 제너다이오드

Claims (5)

  1. 브레이크 변속 시프트 록 장치의 변속 레버에 적용되는 솔레노이드 전류지연회로에 있어서,
    상기 솔레노이드에 흐르는 전류를 스위칭하는 제 1트랜지스터,
    상기 솔레노이드에 인가되는 구동전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하고 비교결과에 기초하여 상기 제 1트랜지스터를 온/오프 구동하는 비교기 및
    양 전위라인과 음 전위라인 사이에 직렬로 연결되고 상기 비교기의 반전 입력단자에 상기 기준전압을 인가하는 제 1커패시터와 제 1저항을 포함하고,
    상기 제 1트랜지스터의 컬렉터 단자에서 출력되는 구동전압은 상기 비교기의 비반전 입력단자로 피드백되고,
    상기 기준전압은 상기 제 1커패시터와 제 1저항에 의한 시정수만큼 지연되어 입력되는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 비교기는
    상기 기준전압과 구동전압의 비교결과, 상기 구동전압이 기준전압보다 높으면, 상기 제 1트랜지스터를 온 동작시키도록 온 구동신호를 출력하고,
    상기 구동전압이 기준전압보다 낮으면, 상기 제 1트랜지스터를 오프 동작시키도록 오프 구동신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 양 전위라인과 제 1트랜지스터의 베이스 단자 사이에 구비되고 상기 제 1트랜지스터의 베이스 단자에 흐르는 전류와 상기 비교기로 흐르는 전류값을 결정하는 제 2저항과 제3저항 및
    상기 제 3저항과 제 1트랜지스터의 베이스 단자 사이의 제 1노드와 상기 음 전위라인 사이에 구비되는 제 2커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1트랜지스터(Q1)는
    상기 솔레노이드 구동에 필요한 전류를 출력하기 위해 2개의 트랜지스터를 직접 접속하여 전류 증폭율을 배가시키는 달링턴 회로(dalington circuit)인 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 양 전위라인과 비교기의 제 1전원핀 사이에 구비되고 상기 비교기에 바이어스 전류를 공급하는 제 4저항,
    상기 제 4저항과 기저전위라인 사이에 구비되고 상기 비교기의 제 1전원핀에 입력되는 공급전압을 제한하는 제너다이오드 및
    상기 제너다이오드에 병렬로 연결되고 상기 비교기의 제 1전원핀에 입력되는 공급전압의 노이즈 성분을 제거하는 제 3커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연회로.

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