KR102544576B1 - 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법 - Google Patents

유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법 Download PDF

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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법에 관한 것으로서, 이 경우 체적 유동 공급원(3)이 압력 라인(4)을 통해 유압 실린더(5)에 연결되고, 상기 압력 라인은 유압액으로 충전되어 있고, 유압액의 체적(V)은 체적 유동 공급원(3)에 의해 제어되고, 상기 작동점은 액추에이터 장치(1)에 의해 작동하게 될 디바이스(2)의 사전 설정된 파라미터에서 액추에이터 장치(1)의 위치에 상응한다. 연산기 성능이 감소된 방법에서, 작동점의 조절을 위해 필요한 유압액의 체적(V실제 신규)은 체적 유동 공급원 모터(9) 및/또는 체적 유동 공급원(3)의 회전 위치(φ)로부터 도출된다.

Description

유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법
본 발명은 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법에 관한 것으로서, 유압액으로 충전된 압력 라인을 통해 체적 유동 공급원이 유압 실린더에 연결되고, 유압액의 체적이 체적 유동 공급원에 의해 제어되며, 작동점은 액추에이터 장치에 의해 작동하게 될 디바이스의 사전 설정된 파라미터에서 액추에이터 장치의 위치에 상응한다. 또한, 제8항에 따른 자동차 구동 트레인의 클러치 작동 방법 및 제10항에 따른 유압 액추에이터 장치가 제공된다.
유압 액추에이터 장치는 특히 자동차에서 다양하게 사용된다. 따라서, 유압 액추에이터 장치는 마찰 클러치의 작동을 위해 또는 자동 변속기에서 기어단의 자동 체결을 위해 사용될 수 있다. 이러한 유압 액추에이터 장치는, 클러치가 첫 번째 토크를 전달하기 시작하거나 기어단이 체결되는 위치의 형태로 결정된 작동점을 갖는다. 그러나, 이러한 유압 액추에이터 장치의 마모 및 마멸로 인해 작동점은 작동 중에 보상되어야 하는 변동이 일어나기 쉽다.
문헌 DE 10 2012 021 211 A1에는 자동차의 구동 트레인에서 유압 액추에이터 장치를 위한 조절 파라미터의 검출 방법이 공지되어 있다. 유압 액추에이터 장치는 펌프 및 유압 실린더를 포함하고, 이때 펌프의 압력 포트는 유압 실린더의 포트와 연결되어 있다. 이 경우, 조절 파라미터는 액추에이터 장치의 사전 결정된 작동점의 조절을 위해 펌프에 의해 이송된 유체의 체적의 함수이다. 작동점은 펌프의 작동점 회전속도 값과 펌프의 작동점 구동값의 값 쌍에 의해 규정된다. 이는 펌프가 작동점 회전속도 값으로 제어됨으로써 이루어지며, 그 결과 펌프는 작동점 회전속도 값에 상응하는 유체 체적 유동을 이송시킨다. 이어서, 이 유체 체적은 펌프의 구동값이 작동점 구동값보다 작은 액추에이터 장치의 작동 종결 상태까지의 시간에 대해 적분된다. 이러한 장치의 경우, 작동점의 조절을 위해 필요한 연산 성능이 크다는 단점이 있다.
본 발명의 과제는 작동점이 신속하면서도 정확하게 결정될 수 있는 작동점의 조절을 위한 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제는 본 발명에 따라, 작동점의 조절을 위해 필요한 유압액의 체적은 체적 유동 공급원 모터 및/또는 체적 유동 공급원의 회전 위치로부터 도출됨으로써 해결된다. 이는, 체적 유동 공급원에 의해, 예컨대 펌프 또는 정유압 마스터 피스톤에 의해 이송되는 체적과, 체적 유동 공급원의 각도 위치 사이의 비례성이 활용되는 장점을 갖는데, 그 이유는 사전 설정된 체적 행정이 체적 유동 공급원의 회전 당 이루어지기 때문이다. 체적 유동 공급원 또는 모터의 회전각 및 회전각과 이송된 체적 사이의 고정된 종속성을 이용함으로써, 바람직하게는 저압 영역에서 유압 액추에이터 장치의 특성 곡선을 신뢰성 있게 형성할 수 있다. 체적 유동 공급원의 회전각이 직접 측정되기 때문에, 유압액의 체적 유동의 적분이 생략될 수 있다.
유리한 방식으로, 회전 위치를 결정하기 위해 체적 유동 공급원 모터 및/또는 체적 유동 공급원의 실제 회전각이 측정되고, 상기 회전각은 회전각 제어의 선행된 회전각 제어 사이클의 목표 회전각으로 제어된다. 각각의 회전각 제어 사이클에서 조절할 작동점에 상응하게, 회전각 제어 사이클의 출력을 나타내면서 목표 회전각의 조절을 위한 파일럿 제어로 안내되는 특정 체적이 계산된다. 이는, 변경되는 목표 회전 각도에 의해 원하는 작동점이 항상 신뢰성 있게 조절될 수 있도록 유도한다.
일 구성예에서, 유압액의 체적은 측정된 회전각을 각도 당 체적 유동 공급원의 체적과 곱하여 산출된다. 각도 당 체적 유동 공급원의 체적이 체적 유동 공급원의 고정된 작동 변수이기 때문에, 체적 유동 공급원 또는 체적 유동 공급원 모터의 회전각과 이송된 체적 사이에 비례 관계가 간단하게 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 측정된 실제 압력 또는 측정된 실제 회전각으로부터의 신규 체적은 작동점 조절을 위해 적응된다. 바람직하게, 실제 회전각은 우선 실제 체적으로 환산된다.
일 구성예에서, 작동점은 사전 설정된 압력에 의해 규정되고, 이때 사전 설정된 이러한 압력에 도달하면 측정된 실제 회전각으로부터 도출된 실제 체적은 작동점의 신규 체적으로서 결정되며, 이 신규 체적은 목표 회전각 및/또는 목표 압력의 결정을 위한 제어에 제공된다.
일 변형예에서, 작동점의 조절을 위해 필요한 유압액의 체적은 사전 설정된 작동점 하부에서 회전각 제어에 의해 그리고 사전 설전된 작동점 상부에서 압력 제어에 의해 조절된다. 이로써, 유압 액추에이터 장치의 가장 다양한 위치들에서 정확한 특성 곡선이 검출될 수 있는 것이 보장되는데, 그 이유는 압력값이 단지 충분하지 않게만 측정될 수 있는 영역에서 압력 제어가 회전각 제어에 의해 대체되기 때문이다.
일 실시예에서, 회전각 제어 및 압력 제어는 사전 설정된 작동점의 영역에서 중첩된다. 압력 제어 또는 회전각 제어에 의해 결정된 결과들의 비교를 통해 작동점은 특히 간단하게 확인된다.
일 구성예에서, 사전 설정된 작동점으로서 클러치의 접촉점이 사용된다. 접촉점이라 함은 10 N 미만의 힘에서 클러치가 파지를 시작하여 토크를 전달하는, 유압 액추에이터 장치의 위치를 의미한다.
유압 클러치 액추에이터 장치에서 단지 낮은 누출만이 예측되기 때문에, 유압액의 체적을 결정하는 경우, 산출된 누출이 고려된다. 이 경우, 누출은 단지 임의의 압력 이상에서만 적응되는 것이 중요하다. 누출 파라미터는 체적 유동 공급원 각도 및 실제 각도로부터 결정된다. 누출 비율은 이들 파라미터를 사용하면서 압력으로부터 결정된다. 시간에 대한 누출 비율의 적분을 통해 누출 체적이 계산된다.
본 발명의 일 개선예는 유압 액추에이터 장치를 포함하는 자동차 구동 트레인의 클러치 작동 방법에 관한 것으로서, 이때 유압액으로 충전된 압력 라인을 통해 체적 유동 공급원이 유압 실린더에 연결되고, 유압액의 체적이 체적 유동 공급원에 의해 제어된다. 이러한 방법의 경우, 유압액의 체적은 본 출원에서 설명된 하나 이상의 특징에 따라 결정된다. 이로써, 액추에이터 특성 곡선의 매우 정확한 조절에 도달하고, 이에 의해 정확한 작동점 결정이 가능하다.
일 구성예에서, 유압액의 체적은, 클러치의 위치 및/또는 압력을 유압 액추에이터 장치에 의해 제어하는 제어 회로에서 파일럿 제어값으로서 사용된다. 액추에이터 장치의 작동점의 정확한 조절로 인해 클러치의 작동점도 고도로 정확하게 재형성된다.
본 발명의 다른 일 개선예는 모터에 의해 구동되는 체적 유동 공급원을 포함하는, 바람직하게 자동차 구동 트레인을 위한 유압 액추에이터 장치에 관한 것으로서, 체적 유동 공급원은 압력 라인을 통해 유압 실린더에 연결되어 있다. 이러한 유압 액추에이터 장치의 경우, 연산 성능이 감소되는데, 그 이유는 모터 및/또는 체적 유동 공급원에서 모터 또는 체적 유동 공급원의 회전각을 측정하기 위한 각도 센서가 액추에이터 장치의 작동점 결정을 위한 입력 변수를 제공하기 위해 배치되어 있기 때문이다. 이러한 각도 센서를 사용하면, 측정된 회전각과 이송된 유압액의 체적 사이의 비례 관계에 근거하여, 공급할 체적을 간단하게 결정할 수 있다.
유리한 방식으로, 특히 멀티턴(multiturn) 센서로서 형성된 압력 센서가 유압 실린더 내에 위치하며, 이때 회전각은 모터 또는 체적 유동 공급원의 복수의 회전에 의해 카운트될 수 있다.
본 발명은 복수의 실시예를 허용한다. 이들 중 하나가 도면에 도시된 도해를 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 유압 액추에이터 장치의 실시예를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 방법에 의해 직접 작동되는 클러치의 폐쇄 시 유압 액추에이터 장치의 작동 파라미터의 그래프이며,
도 3은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 도시한 도면이다.
도 1에는, 예컨대 자동차의 구동 트레인에 사용되는 바와 같은, 본 발명에 따른 유압 클러치 액추에이터 장치(1)가 도시되어 있으며, 이때 유압 클러치 액추에이터 장치(1)는 클러치(2)의 작동을 위해 사용된다. 예컨대 펌프(3)로서 형성된 체적 유동 공급원은 고압 유압 라인(4)을 통해 유압 실린더(5)에 연결되고, 이 유압 실린더는 맞물림 베어링(6)을 통해 클러치(2)에 작용한다. 펌프(3)에 의해 유압 저장기(7)로부터 저압 유압 라인(8)을 거쳐 유압액이 펌프(3)를 통해 흡인되고 고압 유압 라인(4)을 거쳐 유압 실린더(5)에 공급된다. 유압액을 통해 유압 실린더(5)의 피스톤이 변위되고, 이에 의해 맞물림 베어링(6)이 이동하여 마찬가지로 클러치(2)가 변위된다.
펌프(3)는 각도 센서(10)가 위치하고 있는 전기 모터(9)에 의해 구동되며, 이 각도 센서는 전기 모터(9)의 회전 위치를 회전각(φ)의 형태로 결정한다. 유압 실린더(5) 내에는 고압 유압 라인(4) 내에서 조절되는 유압액의 압력(p)을 측정하기 위해 압력 센서(11)가 위치한다. 이 경우, 각도 센서(10)는 바람직하게 회전 각을 360°에 걸쳐 검출하는 멀티턴 센서로서 형성될 수 있다.
펌프(3)가 충분히 신속하게 회전하면, 누출은 무시할 수 있거나 재현될 수 있어서, 결과적으로 클러치 토크(M)를 회전각(φ)에 대해 나타내는 클러치 특성 곡선이 형성될 수 있다. 이러한 클러치 특성 곡선은 도 2a에 도시되어 있다. 마찬가지로, 회전각(φ) 대신에 체적(V)에 대한 클러치 특성 곡선이 결정되며, 이때 체적(V)은 회전각(φ)을 각도 당 펌프 체적과 곱함으로써 해당 적분 단계 없이 결정될 수 있다.
도 2b에는 유압 액추에이터 장치(1) 내에 작용하는 유압액의 압력(p)이 전기 모터(9) 또는 펌프의 회전각(φ)에 대해 도시되어 있는 액추에이터 특성 곡선이 도시되어 있다. 도 2c에는 이송된 체적(V)이 시간(t)에 대해 도시되어 있다. 이 경우, 누출 비율을 고려하지 않는 이상적으로 이송된 체적(V)은 선형 관계로 나타나는 반면, 누출이 발생하면 체적 곡선(V누출)은 시간에 걸쳐 감소하는데, 이러한 감소는 이미 접촉점 이전에 시작된다. 특성 곡선을 위해 중요한 접촉점(TP)은 도 2의 모든 그래프에 표시되어 있고, 이때 접촉접(TP)은 클러치(2)가 토크를 전달하기 시작하는 클러치 액추에이터 장치(1)의 위치를 의미한다.
펌프(3)가 임의의 누출을 갖기 때문에, 회전각(φ)은 더 긴 기간(t)에 걸쳐, 특히 더 높은 압력(p)에서 또는 압력(p)의 유지 시에는 사용될 수 없거나 배타적으로 사용될 수 없다. 따라서, 예컨대 접촉점(TP)의 형태로, 회전각(φ)에 의해 개시된 작동점에 도달하면, 도 2d로부터 알 수 있는 바와 같이, 클러치 액추에이터 장치(1)의 구동 전략이 변경될 수 있다. 이 경우, 회전각 제어로부터 압력 제어로 전환된다. 도 2d의 y-축에는 제어 모델이 적용되어 있다. 압력 제어는 예컨대 PID 제어기 또는 상태 제어기에서 실행된다. 회전각 제어로부터 압력 제어(P)로의 전환은, 바람직하게 접촉점(TP)의 근처 또는 바로 접촉점에서 이루어진다. 이러한 바람직한 영역은 점선의 직선으로 표시되어 있다.
도 3에는 제어 회로로서 형성된 본 발명에 따른 방법의 실시예가 도시되어 있다. 조합된 압력/각도-제어부(12)를 구비한 실시예가 도시되어 있고, 이때 제어 유형은 펌프의 압력(p)과 회전각(φ) 사이에서 전환될 수 있다. 이 경우, 압력 제어는 큰 압력 구배를 갖는 작동 영역에서 사용된다. 펌프 각도 제어는 작은 압력 구배를 갖는 작동 영역에서 이루어진다. 이는, 클러치 장치(1)에서 유압액을 통해 어느 압력(p)이 이용되는 지에 따라 이루어진다. 전환은 가압 폐쇄된 클러치의 작동 중에 압력-한계에 의해 이루어진다. 각각의 제어 방법의 선택은 제어부에 의해 이루어진다. 제어부는 목표 압력(p목표) 및/또는 목표 체적(V목표)을 사전 설정한다.
이 경우, 압력 제어(P)는 전통적으로 목표 압력값(p목표)과 실제 압력값(p실제) 사이의 제어 편차를 고려하여 이루어진다. 블록 200에서 제어부에 의해 출력되는 선택에 따라, 상응하는 압력 제어 또는 회전각 제어의 출력 신호가 펌프(3)에 전달된다. 목표 체적(V목표)은 펌프 특성값에 의해, 즉 각도 당 체적에 의해 목표 각도(φ목표)로 환산된다. 새로 산출된 목표 각도(φ목표)를 갖는, 각도 센서(10)에 의해 특정된 실제의 회전각(φ실제)으로부터의 편차는 회전각 제어의 입력값을 형성한다.
펌프(3)에서 결정된 회전각(φ실제)과, 압력 센서(11)에 의해 유압 실린더(5) 내에서 결정된 압력(p)의 실제 압력(p실제)에 의해, 체적(VBP신규)이 신규 작동점의 조절을 위해 적응된다(블록 210). 이러한 목적을 위해 우선 실제 회전각(φ실제)은 실제 체적(V실제)으로 환산된다(블록 220). 이러한 유압액의 신규 체적(VBP신규)은 블록 200에서 제어부에 공급되고, 이 제어부는 신규 작동점에 상응하는 이 신규 체적(VBP 신규)으로부터 체적(V)의 목표값(V목표)을 결정한다. 체적(V)과 회전각(φ) 사이의 선형 관계에 의해 여기서도 목표 체적(V목표)으로부터 목표 회전각(φ목표)이 계산된다(블록 230). 이 목표 회전각(φ목표) 및 실제 회전각(φ실제)으로부터 편차가 결정되고, 이 편차는 실제 회전각(φ실제)을 목표 회전각(φ목표)으로 제어하는 회전각 제어에 공급된다.
이 경우, 적응할 작동점은 압력(pBP)에 의해 규정된다(블록 240). 이 압력(pBP)에 도달하면, 실제 회전각(φ실제)으로부터 도출되었던 실제 체적(V실제)은 이 시점에서 작동점의 신규 체적(VBP신규)으로서 규정되어 제어부(블록 200)에 출력된다.
이 경우, 회전각 제어는, 회전각 제어의 결과를 개선시키기 위해, 계산된 누출(L누출)을 임의로 고려할 수 있다. 누출(L누출)의 적응을 위해, 마찬가지로 실제 회전각(φ실제) 및 실제 압력(p실제)이 사용된다. 이때 누출의 적응을 위해(블록 250) 실제 압력(p실제)은, 단지 실제 압력(p실제)이 사전 설정된 임계값(pmin)보다 더 크거나/같은 경우에만(블록 260) 사용된다. 블록 270에서 실제 회전각(φ실제) 및 실제 압력(p실제)으로부터 계산된 누출 비율(Q누출 (t))은 블록 280에서 적분된다. 시간에 대한 이러한 적분의 결과는, 실제 체적값(V실제)의 결정 시(블록 290)뿐만 아니라 목표 체적값(V목표)의 결정 시(블록 300)에도 고려되는 누출 체적(V누출)을 나타낸다. 이 경우, 누출 파일럿 제어의 경로는 도 3에 접선으로 도시되어 있다.
개시된 작동점과 저장된 목표값(V목표 또는 p목표)의 조정은 압력에 의해 이루어지거나, 개시된 작동점이 접촉접 상부에 위치하는 경우 클러치 토크에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 제어 전환에도 불구하고 회전각은 추가로 소프트웨어에서 추적될 수 있고 해당 파라미터는 조정될 수 있다.
1 유압 클러치 액추에이터
2 클러치
3 펌프
4 고압 유압 라인
5 유압 실린더
6 맞물림 베어링
7 유압 저장기
8 저압 유압 라인
9 전기 모터
10 각도 센서
11 압력 센서
12 P-/φ-제어부
φ실제 실제 회전각
φ목표 목표 회전각
V목표 목표 체적
V실제 실제 체적
V실제 신규 실제 신규 체적
p실제 실제 압력
p목표 목표 압력

Claims (10)

  1. 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법으로서, 유압액으로 충전된 압력 라인(4)을 통해 체적 유동 공급원(3)이 유압 실린더(5)에 연결되고, 유압액의 체적(V)이 체적 유동 공급원(3)에 의해 제어되며, 상기 작동점은 액추에이터 장치(1)에 의해 작동하게 될 디바이스(2)의 사전 설정된 파라미터에서 액추에이터 장치(1)의 위치에 상응하는, 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법에 있어서,
    작동점의 조절을 위해 필요한 유압액의 체적(V실제 신규)은 적어도 체적 유동 공급원 모터(9) 및 체적 유동 공급원(3) 중 어느 하나의 회전 위치(φ)로부터 도출되고,
    작동점의 조절을 위해 필요한 유압액의 체적(V실제 신규)은 사전 설정된 작동점 하부에서 회전각 제어에 의해 그리고 사전 설정된 작동점 상부에서 압력/각도 제어기(12)에 의해 실행된 압력 제어에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는, 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법.
  2. 제1항에 있어서, 회전 위치를 결정하기 위해 적어도 체적 유동 공급원 모터(9) 및 체적 유동 공급원(3) 중 어느 하나의 실제 회전각(φ실제)이 측정되고, 상기 회전각은 압력/각도 제어기(12)에 포함된 회전각 제어의 선행된 회전각 제어 사이클의 목표 회전각(φ목표)으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유압액의 체적(V)은 측정된 회전각(φ실제)을 회전각 당 체적 유동 공급원의 체적과 곱함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는, 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 회전각 제어 및 압력 제어는 사전 설정된 작동점의 영역에서 중첩되는 것을 특징으로 하는, 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사전 설정된 작동점으로서 클러치(2)의 접촉점(TP)이 사용되는 것을 특징으로 하는, 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유압액의 체적(V)을 결정하는 경우, 산출된 누출(V누출)이 고려되는 것을 특징으로 하는, 유압 액추에이터 장치의 작동점 조절 및 적응 방법.
  8. 유압 액추에이터 장치(1)를 포함하는 자동차 구동 트레인의 클러치 작동 방법으로서, 유압액으로 충전된 압력 라인(4)을 통해 체적 유동 공급원(3)이 유압 실린더(5)에 연결되고, 유압액의 체적(V)이 체적 유동 공급원(3)에 의해 제어되는, 자동차 구동 트레인의 클러치 작동 방법에 있어서,
    유압액의 체적(V실제 신규)은 제1항 또는 제2항에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는, 자동차 구동 트레인의 클러치 작동 방법.
  9. 제8항에 있어서, 유압액의 체적(V실제 신규)은, 적어도 클러치(2)의 위치 및 압력 중 어느 하나를 유압 액추에이터 장치(1)에 의해 제어하는 제어 회로에서 파일럿 제어값으로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 자동차 구동 트레인의 클러치 작동 방법.
  10. 모터(9)에 의해 구동되는 체적 유동 공급원(3)을 포함하는 자동차 구동 트레인을 위한 유압 액추에이터 장치로서, 상기 체적 유동 공급원이 압력 라인(4)을 통해 유압 실린더(5)에 연결되고, 유압액의 체적(V)이 체적 유동 공급원(3)에 의해 제어되는, 유압 액추에이터 장치에 있어서,
    적어도 모터(9) 및 체적 유동 공급원(3) 중 어느 하나에서 모터(9) 또는 체적 유동 공급원(3)의 회전각(φ실제)을 측정하기 위한 각도 센서(10)가 액추에이터 장치(1)의 작동점 적응을 위한 입력 변수를 제공하기 위해 배치되며, 상기 센서는 작동점 적응 유닛(210)에 연결되고,
    유압액의 체적(V실제 신규)은 제1항 또는 제2항에 따라 조절되는, 유압 액추에이터 장치.
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