KR101303218B1 - 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치에 관한 것으로, 구동전원을 인가받아 제 1커패시터에 전류를 충전하는 시간을 지연시켜 솔레노이드에 구동전압을 인가하는 속도를 1차 지연하는 1차 지연부, 상기 1차 지연부로부터 출력되는 전류를 제어하여 상기 솔레노이드에 구동전압을 인가하는 속도를 2차적으로 지연하는 2차 지연부 및 상기 2차 지연부로부터 출력된 구동전압에 의해 스위칭 동작하여 솔레노이드에 흐르는 전류를 지연하는 스위칭부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치를 이용하는 것에 의해, 본 발명은 솔레노이드에 인가되는 전압의 증가 속도를 감소시켜 플런저의 동작속도를 감소시킴으로써 솔레노이드 동작시 발생하는 충격진동 및 소음을 최소화할 수 있다.

Description

변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치{CURRENT DELAY APPARATUS FOR SOLENOID OF SHIFT LEVER}
본 발명은 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치에 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 전류지연장치에 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 전류지연장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 솔레노이드 작동시 발생하는 충격진동 및 소음을 저감하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 구동전원을 인가받아 제 1커패시터에 전류를 충전하는 시간을 지연시켜 솔레노이드에 구동전압을 인가하는 속도를 1차 지연하는 1차 지연부, 상기 1차 지연부로부터 출력되는 전류를 제어하여 상기 솔레노이드에 구동전압을 인가하는 속도를 2차적으로 지연하는 2차 지연부 및 상기 2차 지연부로부터 출력된 구동전압에 의해 스위칭 동작하여 솔레노이드에 흐르는 전류를 지연하는 스위칭부를 포함한다.
본 발명은 상기 구동전원의 과전압을 차단하고 구동전원의 전압레벨을 미리 설정된 전압레벨로 일정하게 유지하여 출력하는 회로 보호부 및 상기 구동전원 오프 시 상기 제 1커패시터에 충전된 전류를 급속 방전시키는 방전부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회로 보호부는 양 전위라인과 음 전위라인 사이에 직렬로 연결되어 상기 구동전원의 전압레벨이 미리 설정된 전압값을 초과하는 경우 전압을 제한하는 제 1저항과 상기 제 1저항을 통해 인가되는 구동전원을 미리 설정된 전압레벨로 일정하게 유지하는 제너다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1지연부는 상기 제 1저항과 제너다이오드 사이의 제 1노드와 기저전위라인 사이에 직렬로 연결되는 제 2저항과 제 1커패시터를 포함하고, 상기 제 2저항과 제 1커패시터는 시정수만큼 상기 제 1커패시터의 충전시간을 지연하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2지연부는 상기 제 2저항과 제 1커패시터 사이의 제 2노드와 양 전위라인 사이에 직렬로 연결되는 제 3 및 제 4저항을 포함하고, 상기 제 3 및 제 4저항은 상기 스위칭부에 구비되는 스위칭 소자의 게이트 단자와 드레인 단자 사이에 피드백 라인을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 방전부는 상기 제 1커패시터에 병렬로 연결되는 제 5저항을 포함하거나, 상기 제 5저항 및 상기 제 2저항과 제 1커패시터 사이의 제 2노드와 양 전위라인 사이에 연결되는 제 2다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 양 전위라인과 음 전위라인 사이에 설치되어 상기 구동전원에 포함된 노이즈를 제거하는 제 2커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 1차 지연부를 이용해 커패시터의 충전 동작을 지연하고, 2차 지연부를 이용해 솔레노이드에 인가되는 전압의 증가속도를 감소시킨다.
이와 같이, 본 발명은 1차 및 2차 지연부를 이용하여 솔레노이드에 인가되는 전압의 증가 속도를 감소시켜 플런저의 동작속도를 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 플런저의 동작속도를 감소시킴으로써 솔레노이드 동작시 발생하는 충격진동 및 소음을 최소화하는 효과를 가진다.
또한 본 발명은 구동전원의 전압레벨을 미리 설정된 전압값을 초과하는 경우 회로 보호부 및 노이즈 제거부를 이용해서 전압을 제한하고, 구동전원에 포함된 노이즈를 제거하여 회로 소자의 방지할 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 전류지연장치의 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 솔레노이드 전류지연장치의 회로도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치에 의해 솔레노이드에 공급되는 전류 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치의 회로도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 지연회로를 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 전류지연장치의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 솔레노이드 전류지연장치의 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치가 적용되는 BTSI 장치는 스위칭소자의 동작을 지연시켜 변속 레버의 솔레노이드(10)에 흐르는 전류를 일정 시간 동안 지연하는 전류지연장치(20)를 구비한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치(이하 '전류지연장치'라 약칭함)(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 구동전원을 인가받아 과전압을 차단하고 구동전원의 전압레벨을 일정한 전압레벨로 출력하는 회로 보호부(21), 회로 보호부(21)로부터 출력되는 구동전원을 인가받아 제 1커패시터(C1)에 전류를 충전하는 시간을 지연시켜 솔레노이드(10)에 구동전압을 인가하는 속도를 1차적으로 지연하는 1차 지연부(22), 1차 지연부(22)로부터 출력되는 전류를 제어하여 솔레노이드(10)에 구동전압을 인가하는 속도를 2차적으로 지연하는 2차 지연부(23), 2차 지연부(23)로부터 출력된 구동전압에 의해 스위칭 동작하여 솔레노이드(10)에 흐르는 전류를 지연하는 스위칭부(24) 및 구동전원 오프(off) 시 제 1커패시터(C1)에 충전된 전류를 급속 방전시키는 방전부(25)를 포함한다.
이어서, 도 4를 참조하여 솔레노이드 전류지연장치의 회로구성을 상세하게 설명한다.
솔레노이드 전류지연장치(20)의 일측에는 상대 커넥터(도면 미도시)와 결합되어 구동전원을 인가받는 커넥터(CON)가 구비된다.
회로 보호부(21)는 커넥터(CON)의 양 단자 및 음 단자에 각각 연결된 양 전위라인(+)과 음 전위라인(-) 사이에 직렬로 연결되는 제 1저항(R1)과 제너다이오드(D1)를 포함한다.
제 1저항(R1)은 구동전원의 전압 레벨이 미리 설정된 전압값을 초과하는 경우 전압을 제한하여 제너다이오드(D1)의 손상을 방지하고 보호하는 역할을 한다.
제너다이오드(D1)는 구동전원을 인가받아 미리 설정된 값, 예컨대 5.6V의 전압레벨로 일정하게 출력한다.
이와 같이, 제너다이오드(D1)가 구동전원을 일정한 전압레벨로 출력함에 따라 커패시터를 충전하는데 소요되는 시간(이하 '충전시간'이라 함)은 항상 일정하게 된다.
1차 지연부(22)는 제 1저항(R1)과 제너다이오드(D1) 사이의 제 1노드(N1)와 기저전위라인(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제 2저항(R2)과 제 1커패시터(C1)를 포함한다.
제 2저항(R2)과 제 1커패시터(C1)는 시정수만큼 제 1커패시터(C1)의 충전시간을 지연한다.
즉, 제 1차 지연부(22)에 구동전원이 인가된 후, 제 2저항(R2)과 제 1커패시터(C1)의 시정수만큼 지연된 후 제 1커패시터(C1)가 충전됨에 따라, 2차 지연부(23)로 인가되는 구동전원의 지연으로 인해 솔레노이드 밸브(10)에 흐르는 전류도 1차적으로 지연된다.
2차 지연부(23)는 제 2저항(R2)과 제 1커패시터(C1) 사이의 제 2노드(N2)와 양 전위라인(+) 사이에 직렬로 연결되는 제 3 및 제 4저항(R3,R4)을 포함한다.
제 3 및 제 4저항(R3,R4)은 스위칭부(24)에 구비된 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자(G)와 드레인 단자(D) 사이에 피드백을 걸어 이득(gain)을 조절하고 안정화시키는 역할을 한다.
여기서, 이득은 대략 제 4저항(R4)을 제 3저항(R3)으로 나눈 값이고, 증폭도는 요구되는 지연시간에 따라 결정된다.
스위칭부(24)는 게이트 단자(G)에 인가되는 전압에 따라 스위칭 동작하여 솔레노이드(10)에 흐르는 전류를 제어하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 스위칭부(24)는 N형 금속 산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 이하 'MOSFET'라 함)와 다이오드로 이루어진 스위칭 소자(Q1)로 구비된다.
여기서, 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자(G)는 제 3저항(R3)과 제 4저항(R4) 사이의 제 3노드(N3)에 연결되고, 드레인 단자(D)는 양 전위라인(+)과 연결되며, 소오스 단자(S)는 음 전하라인(-)에 연결된다. 이에 따라, 제 4저항(R4)은 MOSFET(Q1)의 게이트 단자(G) 및 드레인 단자(D)를 연결하는 라인 상에 위치하게 된다.
물론, 본 발명은 N형 MOSFET 뿐만 아니라, P형 MOSFET나 트랜지스터와 같은 다양한 스위칭 소자로 변경될 수 있다.
본 발명은 솔레노이드에 흐르는 전류를 스위칭하는 스위칭 소자의 게이트 단자에 인가되는 전압의 증가속도를 지연시켜 솔레노이드에 인가되는 전류의 상승시간을 지연시킨다.
즉, 본 발명은 1차 및 2차 지연부(22,23)를 이용하여 솔레노이드에 인가되는 전류의 상승시간을 2차에 걸쳐 지연시킴으로써 플런저의 동작속도를 감소시켜 솔레노이드 동작시 발생하는 충격진동 및 소음을 최소화한다.
다시 도 4에서 방전부(25)는 제 1커패시터(C1)에 병렬로 연결되는 제 5저항(R5)과 제 2노드(N2)와 양 전위라인(+) 사이에 연결되는 제 2다이오드(D2)를 포함한다.
제 5저항(R5)과 제 2다이오드(D2)는 구동전원 오프 시 제 1커패시터(C1)에 충전된 전기에너지를 신속하게 방전시키는 역할을 한다.
다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연 장치의 동작을 설명한다.
커넥터(CON)를 통해 구동전원이 인가되면, 전류지연장치(20)의 제 1저항(R1)은 구동전원의 전압레벨이 미리 설정된 전압값을 초과하지 않도록 전압을 제한한다.
그리고 제너다이오드(D1)는 구동전원을 인가받아 미리 설정된 5.6V의 전압레벨로 일정하게 유지된 전압을 출력한다.
그러면, 1차 지연부(22)의 제 2저항(R2)과 제 1커패시터(C1)는 시정수만큼 제 1커패시터(C1)의 충전시간을 지연하고, 2차 지연부(23)의 제 3 및 제 4저항(R3,R4)은 스위칭 소자(Q1)로 흐르는 전류를 지연한다.
이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자(G)에 인가되는 전압의 증가 속도가 느려져서 스위칭 소자(Q1)에서 출력되는 전압의 증가속도도 함께 느려진다.
즉, 본 발명은 1차 지연부를 이용해 커패시터의 충전 동작을 지연하고, 2차 지연부를 이용해 솔레노이드에 인가되는 전압의 증가속도를 감소시켜 솔레노이드의 동작시 발생하는 충격진동 및 소음을 최소화한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치에 의해 솔레노이드에 공급되는 전류 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 솔레노이드에 흐르는 전류를 일정 전류지연시간만큼 지연시켜 상승시킴을 알 수 있다.
즉, 본 발명은 제 2저항과 커패시터의 용량을 변경함으로써, 전류지연시간을 약 100~400ms, 바람직하게는 약 150~200ms로 설정할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치의 회로도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 실시 예에서 설명한 각 구성과 함께, 양 전위라인(+)과 음 전위라인(-) 사이에 설치되는 제 2커패시터(C2)와 솔레노이드(10)에 병렬로 연결되는 제 3다이오드(D3)를 더 구비하도록 변경될 수 있다.
제 2커패시터(C2)는 정전기와 같이 구동전원에 포함된 노이즈를 제거하고, 제 3다이오드(D3)는 솔레노이드(10)에서 발생하는 역기전력을 제거하여 스위칭 소자(Q1)의 스트레스를 줄여주는 역할을 한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 솔레노이드에 인가되는 전압의 증가 속도를 감소시켜 플런저의 동작속도를 감소시킴으로써 솔레노이드 동작시 발생하는 충격진동 및 소음을 최소화할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 자동차의 브레이크 변속 시프트 인터록 장치에 적용된 변속 레버의 솔레노이드와 같이, 전자기력을 이용해 플런저를 승강 동작시키는 다양한 액츄에이터의 충격진동 및 소음을 최소화하는데 이용된다.
10: 솔레노이드 20,20': 전류지연장치
21: 회로 보호부 22: 1차 지연부
23: 2차 지연부 24: 스위칭부
25: 방전부 D1,D2,D3: 다이오드
R1 내지 R5: 저항 C1,C2: 커패시터
Q1: 스위칭 소자

Claims (7)

  1. 구동전원을 인가받아 제 1커패시터에 전류를 충전하는 시간을 지연시켜 솔레노이드에 구동전압을 인가하는 속도를 1차 지연하는 1차 지연부,
    상기 1차 지연부로부터 출력되는 전류를 제어하여 상기 솔레노이드에 구동전압을 인가하는 속도를 2차적으로 지연하는 2차 지연부 및
    상기 2차 지연부로부터 출력된 구동전압에 의해 스위칭 동작하여 솔레노이드에 흐르는 전류를 지연하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동전원의 과전압을 차단하고 구동전원의 전압레벨을 미리 설정된 전압레벨로 일정하게 유지하여 출력하는 회로 보호부 및
    상기 구동전원 오프 시 상기 제 1커패시터에 충전된 전류를 급속 방전시키는 방전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 회로 보호부는 양 전위라인과 음 전위라인 사이에 직렬로 연결되어 상기 구동전원의 전압레벨이 미리 설정된 전압값을 초과하는 경우 전압을 제한하는 제 1저항과
    상기 제 1저항을 통해 인가되는 구동전원을 미리 설정된 전압레벨로 일정하게 유지하는 제너다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1지연부는
    상기 제 1저항과 제너다이오드 사이의 제 1노드와 기저전위라인 사이에 직렬로 연결되는 제 2저항과 제 1커패시터를 포함하고,
    상기 제 2저항과 제 1커패시터는 시정수만큼 상기 제 1커패시터의 충전시간을 지연하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 2지연부는
    상기 제 2저항과 제 1커패시터 사이의 제 2노드와 양 전위라인 사이에 직렬로 연결되는 제 3 및 제 4저항을 포함하고,
    상기 제 3 및 제 4저항은 상기 스위칭부에 구비되는 스위칭 소자의 게이트 단자와 드레인 단자 사이에 피드백 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 방전부는
    상기 제 1커패시터에 병렬로 연결되는 제 5저항을 포함하거나,
    상기 제 5저항 및 상기 제 2저항과 제 1커패시터 사이의 제 2노드와 양 전위라인 사이에 연결되는 제 2다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양 전위라인과 음 전위라인 사이에 설치되어 상기 구동전원에 포함된 노이즈를 제거하는 제 2커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 레버의 솔레노이드 전류지연장치.
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