KR20000010542A - 기어박스용 제어 시스템의 전자 제어_ - Google Patents

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보이트 투르보 게엠베하 운드 체오 카게
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Abstract

본 발명은 기어 박스용 전자유압 제어 시스템의 전자제어에 관한 것이다. 상기 전자유압 제어 시스템은 적어도 하나의 액추에이터 요소(1), 액추에이터 요소(1)로부터 아날로그 측정신호를 수신하는 수단(52, 54), 상기 액추에이터 요소(들)(1)의 조정을 위해 아날로그 측정신호로부터 액추에이터 실제값을 형성하는 수단(60), 메모리와 출력 구동기(43)를 갖는 연산수단으로 이루어진다. 상기 전자 제어는 적어도 하나의 A/D 컨버터를 제공하여 아날로그 액추에이터 요소의 실제값 및/또는 아날로그 액추에이터 요소의 측정값을 디지털 값으로 변환하고, 디지털 2단 제어기는 주기적으로 소위 이론값/실제값 비교로써 상기 액추에이터 요소(들)을 제어한다.

Description

기어박스용 제어 시스템의 전자 제어
유압 및 기계적 기어장치로 전동장치를 제어하는 것은 유용한 것으로서, 특히 변하는 주행조건에서도 최적의 엔진작동상태와 주행성능을 얻을 수 있도록 하기 위해 선택된 기어에 따라서 차량의 속도와 엔진에 걸리는 부하를 조절하는, 상용차에 사용되는 전동장치에 특히 유용하다.
더욱이, 모든 기어변속은 적용되는 차동 전동장치 혹은 엔진의 형태에 관계없이, 부하조건에서 부드러워야 한다. 전동 제어장치에 대한 이러한 요구조건들은 전자유압제어 시스템으로 가장 잘 제시된다. 예를 들면 이의 작동원리는 J.M. Voith GmbH, Vereinte Fachverlage Krauskopf-Ingenieur Digest, Mainz, 1987, 독일문헌 DE3607329에서 개시되어 있는 기술 서적 "Hydrodynamik in der Antriebstechnik" 또는 M. Bek의 논문"Electronisches Steuerungssystem fuer Automatgetriebe" Voith 연구 및 설계, 논문33(1989), Voith print G 1225(3.89)에 설명되어 있다.
독일문헌 DE3607329에서 알려진 제어시스템은 자동차용 다중 기어 동력 변화 트랜스미션(multigear power shift transmission)을 위해 설계되고, 각각의 기어들을 물리고 바꾸는 클러치 혹은 브레이크의 형태로 압력구동형 클러치 요소를 구비하고 있다. 상기 클러치 요소 각각에 압력공급은 제어밸브에 의해 제어된다. 더욱이, 제어시스템은 전동장치의 회전 입력속도 및/또는 회전 출력속도 및 연료시스템의 트로틀(throttle)과 같은 다양한 작동조건들에 영향받는 전동장치의 변속패턴(shift pattern)을 결정하도록 제공된다. 독일문헌 DE3607329호로 알려진 전자유압 제어시스템은 전자기 시프트밸브와 압력조절밸브의 기능을 결합하도록 고안된 제어밸브에 특징이 있다. 전자석 아마추어(armature)에 의해 밸브몸체에 발생되고, 동시에 구동되도록 하는 힘은 자기장에 의한 힘의 변화에 의해 조절된다. 순시자기유도 및 그에 따른 자기력 형성을 위해 요구되는 측정 변수(실제값을 설정하기 위한)를 결정하기 위해 상기 전자석은 측정전압을 형성하는 장치에 제공되는데, 시간에 기초한 유도변화에 비례한다. 상기 장치에는 적어도 단일 적분요소가 연결되어 상기 유도에 비례하는 측정 변수로 측정 전압을 변환한다. 또한, 제어요소는 제어시스템이 제공하는 설정값과 적분 요소로부터 얻어지는 실제값을 비교함으로써 전자석의 여기전류에 대한 조작값(manipulated value)을 형성하도록 제공되어 자기력과 클러치 요소들에 작용하는 유체에 대한 후속압력이 설정값에 상당하는 값으로 조정된다. 결국, 전동장치의 변속동작의 초기에 제어과정에서의 시간기준 제한을 설정하는 시간요소가 제공되어 후속적으로 실제값 및/또는 설정값이 최소값 또는 최대값을 갖는다.
솔레노이드 밸브들이 전자유압 응용예에 적용된 것과 같이, 액추에이터에 대한 전자 제어 시스템은 M. Bek의 "Elektronisches Steuerungssystem", Voith 연구와 설계, 논문33(1989), Voith Druck G 1225(3. 89), 에 상세하게 설명되어 있고 상기 적용에 충분히 관련된다. 상기 간행물에 기재된 상기 전자유압 제어시스템은 다음의 식에 기재된 것처럼 유압시스템의 제어압력(p)과 전자기력(Fm) 사이의 관계를 이용한다.
p = Fmk
여기에서 Αk는 제어피스톤의 유효 영역이다. 반대로, 작은 공기간격을 가정할 때의 전자석에 의한 힘은 다음 식에 의해 근사화된다.
m= 1/2μ0 2
여기에서; μ0: 공기의 유전율
A : 공기간격의 크기
Φ : 여기전류에 의해 형성된 자속
자기력, 따라서 제어압력(p)의 전자제어를 위해서 요구되는 자기력(Fm)의 실제값을 결정하기 위해서는 자속이 반드시 결정되어야 한다. 이 문제에 관해서 간행물(M. Bek의 "Elektronisches Steuerungssystem", Voith 연구와 설계, 논문33(1989), Voith print G 1225(3. 89))은 측정코일을 필드코일(field coil)이 제공하는 자기장으로 유도하는 것을 제시한다. 유도법칙에 의하면, (자기)플럭스는 시간에 대해 유기전압을 적분하여 얻을 수 있다. 자기력과 유도전압과의 관계는 다음 식으로 표현된다.
m(t) = (∫0 tm(t)dt )2
따라서, 자기력 Fm의 실제값을 얻기 위해서는 측정 코일에 의해 흡수된 유기된 측정값을 적분해야 한다.
현재까지 자기력의 제어는 하드웨어 기초의 아날로그 제어기에 의해 수행되었다. 아날로그 제어기는 이산 2단 제어기(참고. Dubbel, 기계공학 참고서, Springer Verlag, 베를린, 하이델베르그, 뉴욕, 1995, 페이지 X8에서 X9)로서 설계되었다. M. Bek, Elektronisches Steuerungssystem"...,에서 발간된 바와 같이, 그 제어 비교기는 연산 증폭기의 형태로 적용되는 아날로그 제어기의 결점은 다음과 같다.
·Fm의 개별적인 결정에 사용되는 적분기의 결과로써 배치-투-배치 (Batch-to-batch) 가변성은 예를들면, 적절한 적분기로 저항을 납땜하여 아날로그 2단 제어기의 회로의 균형을 잡을 필요가 있다.
·하나 혹은 동일한 전자 제어기가 있는 몇 개의 솔레노이드 밸브의 순차적 제어인 다중화(Multiplex) 동작을 적용할 때, 제어기는 단일 적분기에만 균형이 잡힌다.
·자기력에 전압 +Ub를 공급할 때의 영향은 고려될 수 없다.
아날로그 제어의 또 다른 결점은 히스테리시스의 설정인데, 2단 제어기(참고, Dubbel, 상술한 나머지부분, 페이지 X8)의 안정적인 동작에 요구된다.
상기 회로내의 상기 히스테리시스는 설계회로에 저항을 적용하므로써 조정되며, 이로써 히스테리시스 값에 후속적인 변화가 더 이상 일어나지 않는다.
또한, 하드웨어 회로는 각각의 실제 입력값에 대한 이산 처리된 출력값을 할당한다. 상기 엄격한 규칙은 단일 및 동일한 제어기를 가진 솔레노이드 밸브의 제어가 허용되지 않는다.
도1은 아날로그 측정신호는 코일을 통과하는 전류i(t)인, 본 발명에 따른 전자유압 제어 시스템의 전자회로도이다.
도2는 아날로그 측정신호는 측정코일에 유기된 전압(U(t))인, 본 발명에 따른 전자회로도이다.
도3은 현 기술 상태에 따른 자기력의 제어를 설명하는 블럭도이다.
도4는 현 기술 상태에 따른 전자 유압 제어 시스템의 전자회로도이다.
도5는 기능이 비교평가원리에 기초하는, 본 발명에 제시된 디지털 2단 제어기의 흐름도이다.
도6은 본 발명에서 제시된 히스테리시스부가 부가된 디지털 2단 제어기의 흐름도이다.
그러므로, 본 발명은 동력 전환 전동장치의 전자유압 제어기에 대한 전자 제어 시스템을 설계하고 상기 전동장치의 제어 프로세스를 설정하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라서, 청구항 1항에서 처럼 적어도 단일 액추에이터를 가지는 전동장치의 전자유압 제어 시스템을 전자적으로 제어하고 청구항 10에서 12항 중의 어느 한 항에 의하여 전동장치에 대한 전자유압 제어 시스템의 적어도 단일 액추에이터 요소의 디지털 2단 제어 프로세스에 의해서 달성된다.
본 발명의 또 다른 진전은 종속항에 따른다. 독립항 10에서 13항의 내용은 상술한 목적의 해결책이라 할 수 있다.
청구항 제 1 항에 따르면, 전동장치의 전자유압 제어시스템의 전자제어가 이루어 진다. 전자유압 제어 시스템은 적어도 단일 액추에이터 요소, 단일 액추에이터 요소에서부터 측정신호를 받아들이는 수단 혹은 단일 및 동일한 전자제어 시스템이 몇 개의 액추에이터 요소의 역할을 할 때, 다 수의 측정신호를 받아들이는 수단을 구비한다. 또한 전자제어 시스템은 수신된 아날로그 측정 신호로부터 액추에이터 요소(들)의 실제값을 형성하는 수단을 구비한다. 본 발명의 요지에 따르면, 전자제어 시스템은 제 1 실시예에서 아날로그 실제값 발신기와 프로세서 사이에 연결되고 액추에이터 요소의 아날로그 실제값을 디지털 실제값으로 전환하는 역할을 한다. 상기 디지털 실제값은 계속해서 컴퓨터 시스템, 바람직하게는 마이크로 프로세서로 공급된다. 다르게는, 상기 A/D 컨버터는 디지털 실제값 발신기에 앞서 배치된다. 상기 배치에서, 아날로그 측정값은 디지털 측정값으로 변환된다. 다음에 디지털 측정값은 디지털 실제값 발신기에서 디지털 측정값으로부터 형성된다. 디지털 측정값은 계속해서 컴퓨터 시스템으로 공급된다. 디지털 실제값 발신기가 예를들어 적분기라면, 마이크로 프로세서와 같은 컴퓨터 시스템으로 소프트 웨어 방식으로 적분되면 특히 유리하다.
컴퓨터 시스템에 저장된 컴퓨터 프로그램의 도움으로, 디지털 2단 제어는 디지털 실제값으로 변환된 전류와 주기적으로 명령된 인터럽트(Interrupt)-설정값/실제값 비교에 의해 마이크로 프로세서로 공급되고 저장되는 디지털 설정값과 비교함으로써 수행된다. 상기 제어논리로 얻어진 처리된 신호는 액추에이터 요소의 제어를 위해서 출력 구동기로 계속적으로 공급된다. 특정 실시예에서, 디지털-아날로그 컨버터에 의해 디지털에서 아날로그 신호로 처리된 신호를 다시 변환하도록 되어 있다. 본 발명에 따른 디지털 신호 프로세싱의 특별한 이점은, 현재 사용 가능한, 전자유압 전동장치의 아날로그 기초의 전자제어 시스템에 비교하면, 실제값 발신기의 성분과 관련된 허용오차가 용이하게 균형을 이룰 수 있으며 전자 제어 시스템의 기준화가 수행될 수 있다는 사실이 강조된다. 상기 사실은 예를들면, 다중화 동작에서 흔한 일이지만, 몇 개의 액추에이터 요소가 단일 및 동일한 제어 시스템에 의해 제어될 필요가 있을 때, 특히 유리하다. 상기 경우에, 2단 제어 시스템은 단 한 채널의 성분의 허용오차를 보상하고 기준화 할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 나머지 채널은 비균형 상태로 남게된다.
디지털 2단 제어기의 기준화는 기준 측정의 도움으로 아주 간단하게 수행될 수 있다. 기준 측정에서, 전자 제어에 수신된 값은 기준값과 비교되며, 상기 비교평가에 기초하여, 보정률이 설정된다. 상기 보정률은 개개의 성분의 허용오차를 고려하기 때문에, 상기 실시예에서 일단 한번 설정되면 전자제어 시스템에 대해서는 일정하다. 보정률의 갱신은 실제값 발신기의 교체와 같은, 수리가 제어시스템에 행해져야 할 때만 필요하다.
설정값에 상기 정정을 행하는 것이 더 바람직한데 설정값이 실제값보다 실질적으로 더욱 느린 속도로 변하기 때문이다. 이렇게 함으로써, 계산 능력을 절약할 수 있다.
전자유압 제어 시스템의 본 발명에 기초한 전자 제어 적용은 전동장치에 대하여 이루어진 것이므로 액추에이터 요소는 소위 솔레노이드 밸브로 언급되며 전자 제어 시스템에서 나오는 신호에 기초하여 전동장치에서 유압 변화를 일으킨다. 유압 경로를 자유로이 조정하기 위해서, 유압 제어 피스톤과 상단부에 연결된 전자석을 구비하여 압력 조절 특징을 포함하도록 설계된다. 전자기력 조정을 통하여, 유압 피스톤의 위치를 바꿀 수 있으며, 따라서 압력을 조정할 수 있다. 상기 압력 조정 솔레노이드 밸브는 "Voith 연구 및 설계, 논문 33(1989), Voith print G 1225, 페이지 5.6-5.7에 발간된 M. Bek "Electronisches Steuerungssystem fuer Automatgetriebe"에 공개되어 있다. 상기 서류의 개시 내용은 상기 적용에 충분히 관련된다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 측정코일의 유기된 전압 신호는 솔레노이드 밸브의 자기력에 대한 아날로그 측정 신호로 사용된다. 이로써, 측정코일은 전자석의 필드 코일의 여기 전류에 의해서 형성된 자기장에 의해서 포화된다. 측정 코일 대신에, 홀 효과 센서나 당업자에게 알려진 다른 수단을 사용하는 것도 가능하다. 제 1 실시예에서, 자기력의 실제값을 추측하기 위해 자기 코일에 의해 유도되는 전압 신호를 사용할 필요가 있는데, 상기 아날로그 신호(참고, M. Bek "Electronisches Steuerungssystem fuer Automatgetriebe", 상술한 나머지 부분)를 적분할 필요가 있다. 상기 전자 제어 시스템에서, 상기 아날로그 신호는 적분기로 지정된 실제값 발신기로 공급된다. 대개는, 연산 증폭기가 적분기로 적용된다.
회로에 사용된 성분의 허용오차에 따라, 실제값 발신기는 동일한 유기 전압 신호에서 상이한 자기력 값을 얻는다. 상이한 성분에서 같은 제어 특성을 얻기 위해서는, 본 발명의 의도에 따라 수행되는 기준 측정을 행함으로써 상기 성분들의 허용오차를 고려할 필요가 있다.
상기 장치 외에, 본 발명은 전동장치의 전자유압 제어 시스템의 적어도 단일 액추에이터 요소의 디지털 2단 제어 프로세스를 전자제어 시스템으로써 설명한다. 이로써, 기준 측정은 액추에이터 요소(들)의 전자제어에 대한 보정률을 결정하기 위해 수행된다. 상기 기준값(들)은 프로세서의 메모리의 제 1 저장 영역에 저장된다. 상기 제어 프로세스는 다음 단계를 구비한다.
·액추에이터로부터 아날로그 신호가 수신된다.
·실제값은 액추에이터 요소에 대하여 아날로그 신호로부터 형성된다.
·상기 아날로그 실제값은 A/D 컨버터에 의해 디지털 실제값으로 변환되고 프로세서 메모리의 제 1 저장 영역으로 공급된다.
청구항 8항의 프로세스에 따라서, 처음 설명에서 마이크로프로세서로의 디지털 실제값이 역시 프로세서에 저장되는 실제 정정값과 비교되도록 디지털 2단 제어가 일어난다. 상기 비교 평가는 후속 단계에 대한 시작점으로 역할을 한다. 청구항 9항에 기술된 프로세스의 내용과 일치하는 다음 접근 방법으로, 디지털 실제값은 정정된 디지털 설정값에서 감산되고 차이의 산술적 부호에 따라 프로세스는 다음 단계로 진행한다. 다른 해결책에서는, 본 발명 및 청구항 10항에 개시된 것에 따라서, 상기 제어기의 특성인 디지털 히스테리시스값은 정정된 디지털 설정값에 가산된다. 이것은 2단 제어기의 히스테리시스를 조정하는 기초를 형성한다. 액추에이터 요소가 솔레노이드 밸브 형태로 적용되는 경우에 소프트 웨어 기초로 히스테리시스의 적절한 조정을 통해서 제어 프로세스 중에 불리한 정적 마찰효과를 제거하는 이점이 있는 미소 운동(Micro-motion)의 연속 상태에 솔레노이드 밸브 피스톤을 위치하는 것이 가능하다.
0.1에서 10밀리초의 영역의 샘플링 시간이 유리해 보인다. 1 밀리초의 샘플링 시간에서 작업하는 것이 특히 유리하다. 대략 1밀리초의 샘플링 시간이 디지털 2단 제어기로 액추에이터를 충분히 빠르게 제어할 수 있다. 아주 낮은 측정 신호 강도에서는, 증폭회로가 사용되어 프로세서에 상기 아날로그 신호를 처리한다. 솔레노이드 밸브의 자화 코일이 액추에이터 요소로 사용되면, 전동장치의 전자유압 제어 시스템의 부분으로서, 본 발명의 바람직한 실시예로 간주될 수 있다. 상기 전동 장치들은 바람직하게는 소위 토크 분할 전동장치이다.
전동장치( M. Bek "Elektronisches Steuerungssystem for Automatgetriebe",상술한 나머지)의 전자유압 제어 시스템에 적용되는 바와 같이 도3은 솔레노이드 밸브의 자기력의 현재 기술 상태에서 제어의 블록도를 설명한다.
상기 실시예에서, 필드 코일(Field Coil)(1)과 함께 하나로 모이는 측정 코일(3)의 자속을 측정함으로써, 자기력을 결정한다. 측정 코일(3)의 아날로그 측정 신호는 아날로그 측정값에서 자기력 설정값을 형성하는 실제값 발신기(5)가 된다. 상기 경우에 실제값 발신기(5)는 적분기를 말한다. 제어 시스템의 설정값은 프로세서(7)에 저장되고, 같은 곳에서 빼내자 마자 D/A 컨버터(9)의 도움으로 아날로그 신호로 변환된다.
설정값/실제값의 비교가 되고 상기 비교에 따라 2단 제어기는 필드 코일을 통과하는 전류를 제어하고 따라서, 처리된 값의 출력을 통해서 솔레노이드 밸브의 자기력을 제어한다.
도4는 도3에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(도시안됨)의 자화 코일(1)에 대한 현 기술 상태의 회로도를 도시한다. 솔레노이드 밸브의 바람직한 적용은 전동장치(도시안됨)의 전자유압 제어 시스템을 포함한다. 이런 도표에 도시된 바와 같이, 필드 코일(1)의 자기장의 변화의 결과로 측정 코일(3)에 유기되는 전압 Uind는 자기력의 제어에 대한 실제값을 발생시키기 위하여 사용된다. 측정 신호 Uind(t)는 실제값 발신기(5)에 공급된다. 실제값 발신기는, 도시된 바와 같이, 각각 연결된 연산 증폭기(20)를 포함하는 적분기이다. 현 기술 상태(참조. 두벨(Dubbel), 기계공학 참고서, Springer Verlag, 1995, 페이지 W23-W31)에 공지되어 있듯이, 적분기로써 연결된, 연산 증폭기(20)는 콘덴서(22)와 저항(24)과 같은 성분을 포함한다. 사용된 성분에 따라, 적분기의 출력은 자기력에 대응하여 전압 신호 UI를 측정한다. 상기 신호는 비교기로써 연결된 연산 증폭기(30)로 아날로그 형태로 공급된다. 제공된 회로에 따라서 비교기(30)의 양입력은 실제값 UI에서 저항(R1) 양단에서 전압강하를 뺀 값인 전압 U+로 측정된다. 연산 증폭기의 양입력과 출력측 사이에 연결된 저항(R2)은, 도시된 제어기의 히스테리시스를 결정한다. 전압 U+는 연산 증폭기(비교기(7)로써 연결된)의 아날로그 설정값 전압과 비교되고, 상기 아날로그 신호들에 의한 비교에 기초하여, 논리 1 또는 논리적 0을 나타내는 디지털 신호가 형성된다. 도표(40)와 같이, 반전된 전압신호가 인버터의 출력에서 나타내도록 상기 이진 신호는 인버터(32)로 공급된다. 상기 출력신호(40)는 전압 +UB을 공급받는 출력 구동기(42)를 구동한다. 출력 구동기(42)는 제어될 자화 코일을 구동시킨다. 실제값 발신기 성분들의 제조공차 보상은 저항(24)에 의해 이루어진다. 현재 기술 상태에 의하면, 제어기의 히스테리시스 값은 저항(R2)으로 조정되어야 하고, 실제값 발진의 공차는 저항(24)으로 조정된다.
도1은 본 발명의 의도를 만족하는 바람직한 제 1 실시예를 나타내는 회로이다. 현재 기술의 2단 제어기는 도1에 도시된 솔레노이드 밸브의 자화 코일에 의해 제어된다. 도1에 도시된 회로의 설정점에 인접하는 자화 코일 이외에 다른 작동요소들을 제어하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에서는, 자기력의 실제값을 형성하는 측정신호로 사용되는, 회로의 노드(50) 전류 i(t)가 구해지고, 측정 저항(52) 양단에서 전압값으로 변환된다.
다이오드(54)는 병렬로 측정저항(52)과 연결되어 있다. 측정신호는 실제값을 얻기 위해 적어도 단일 연산 증폭기(62)와 저항(64, 66)을 구비하는 증폭회로(60)에 의해 증폭되고, 이 경우에서는 마이크로프로세서인 연산장치(70)에 아날로그 실제값 UI으로 제공된다. 상기 아날로그 전압 신호값은 아날로그 신호를 디지털 신호로 A/D 컨버터(72)에 의해 변환되고, 연산장치(70)의 디지털 저장영역에 저장된다. 연산증폭기(증폭기로써 연결된)의 저항(62, 64)의 전단에 연결된 실제값 발신기의 성분 공차의 보상 또는 평형은 기준측정을 통해서 얻어지고, 여기에서 보정률 k가 결정되며, 상기 목적을 위해 할당된, 프로세서(70)의 저장영역 내에 저장된다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서, 도5의 흐름도에 제시되어 있듯이 디지털 실제값은, 특정 회로로부터 얻어지는 보정률에 의해 수정되어야 하는 설정값과 비교된다. 상기 보정률은 연산장치/제어부(70)의 제 2 저장영역에 저장된다. 만약 실제값이 연산장치에 저장되어 있는 보정된 설정값에 비해 훨씬 크거나 같으면 연산장치의 출력(74)은 턴오프(Turn Off) 되는데, 이는 출력이 논리 0임을 의미한다. 반대로, 만약 실제값이 보정된 설정값 보다 작으면, 그때의 출력(74)은 턴온(Turn On)되는데, 이는 논리 1을 의미한다. 항상 아날로그 신호가 부수되는 A/D 컨버터를 통해 샘플링 주기(Δt)가 지나면 새로운 실제값이 입력되고, 이전에 수행된 상기 실제값과 상기 설정값 사이의 비교평가는 갱신된다. 요약하면, 출력(74)의 전압추이는 그림(76)에 제시되어 있다. 개개의 제어기에 적용되는 것에 따라, 샘플링 주기는 0.1 내지 10 밀리초(miliseconds)까지 가변된다. 1 밀리초의 샘플링 주기가 빠르고 만족할 만한 제어특성을 얻는데 특히 적당한 것을 실험을 통해 알 수 있다. 주기적으로 명령된 인터럽트에 의해 아날로그를 디지털로 변환하기 위해서 실제값들을 A/D 컨버터에 입력하는 것이 상당히 유용한 것으로 증명되었다.
도4에 나타난 실시예에 의하면, 출력신호 Ut는 자화코일(1)에 연결된 출력 구동기(43)를 구동시킨다.
도2는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 나타내는 회로도이다. 도1에 도시된 소자들은 도2에서 같은 번호로 사용되어 있다. 도1의 회로와 같이, 도2에 도시된 회로 역시 솔레노이드 밸브의 자화 코일을 제어한다. 필드코일(field coil)의 자기장 내에 있는 측정코일(3)의 자기장 상태를 변화시키는 결과로써 유기되는 전압 Uind은, 솔레노이드 밸브의 자기력을 제어하는 실제값을 발생하기 위한 측정신호로써 사용된다. 유도법칙은 다음 식과 같고,
m(t) = dΦ / dt
반대로, 자기력은 다음과 같으므로
m= Φ
적분기는 도3의 블럭도에 도시된 - 수신된 아날로그 측정 신호로부터 - 자기력 실제값을 발생하기 위한 실제값 발신기로써 사용되어야 한다. 바람직하게는 상기 적분기는 도4에 도시된 연산 증폭기로써 연결된다. 단일 및 동일 제어 시스템에 제어되는 다수의 솔레노이드 밸브들인 경우에 있어서, 각각 개별적인 솔레노이드 밸브를 연속제어하는 다중제어가 이루어져야 한다. 결국, 제어되는 솔레노이드 밸브(1)들의 개별 측정코일(3)의 측정 리드선은 적분기의 전단에 설치된 멀티플렉서(90)에 연결되어 있다. 멀티플렉서에 의해, 개별 채널들은 연속방식으로 판단(Interrogate)되고, 실제값 발신기(5)로 연결된다. 적분기(5)에 의해 해당 측정코일의 전압신호를 통합한 후에, 아날로그 실제값 신호는 자기력을 나타내는 실제값 발신기의 출력에서 제공된다. A/D 컨버터(72)에 의해 상기 실제값 신호는 아날로그에서 디지털 신호로 변환되고, 연산장치(70)의 제 1 저장영역에 저장된다.
실제값 발신기의 - 연산 증폭기의 콘덴서와 저항의 전단에 설치된 - 소자 허용차에 대한 보상 또는 평형과, 여러개의 채널에 지정된 측정 코일들에 대한 평형은 각각의 개별 채널의 기준을 측정함으로써 얻어진다. 기준을 측정함에 있어서, 보정률 K1… Kn은 각각의 개별 채널에 대해 결정되고, 연산장치(70)에 저장된다.
도면에는 도시하지 않은 다른 실시예에서는, 아날로그 적분기는, 예를 들면, 마이크로프로세서 또는 연산장치(70)에 있는 소프트웨어 방식으로 구현될 수 있는 디지털 적분기로 교체될 수 있다. 이와 같은 실시예에서는, A/D 컨버터는 멀티플렉서(90)의 후단과 디지털 적분기의 전단에 설치될 수 있다.
도5에 도시된 흐름도에 따른 디지털 2단 제어기의 제 1 실시예에 의하면, 디지털 실제값은 연산장치의 제 2 영역에 저장되어 있는 설정값과 비교된다. 설정값이 기준측정으로부터 얻어진 보정률을 각각의 채널에 할당하는 것이 상당히 유용한데, 그 이유는, 설정값은 실제값에 비교되면서 더 늦은 비율로 변하기 때문이다. 만약 각각의 채널에 대해 보정되고 메모리에 저장된 실제값이 설정값에 비해 같거나 훨씬 크다면 연산장치의 출력(74)은 턴오프되며, 이는 논리 0으로 설정됨을 의미한다. 이와 반대로, 실제값이 각 채널의 보정된 설정값에 비해 더 작다면, 출력(74)은 턴온되는데, 이는 논리 1로 설정됨을 의미한다. 항상 아날로그 신호가 입력되는 A/D 컨버터를 통해 새로 입력된 실제값은 대응하는 채널에 대한 샘플링 주기(Δt)가 지나면 입력되고, 이전에 수행된 실제값과 보정된 설정값간의 비교평가는 갱신된다. 요약하면, 출력(74)의 최종 전압추이는 그림(76)에 도시되어 있다. 개별적인 제어기의 적용에 따라서 샘플링 주기는 0.1 내지 10밀리초(㎳)로 가변된다. 실험을 통해 1밀리초(㎳)의 샘플링 주기가 빠르고 만족할 만한 제어특성을 얻는데 특히 적당한 것을 알 수 있다. 아날로그를 디지털로 변환하기 위한 실제값들을 A/D 컨버터에 입력하는 것과, 주기적으로 명령된 인터럽트에 의해 실제값들을 연산장치(70)에 입력하는 것이 상당히 유용한 것으로 실험을 통해 보여주었다. 도1 및 도4에 도시된 실시예에 의하면, 출력단(74)에서의 출력신호 Ut는 자화 코일(1)에 연결되어 있는 출력 구동기(43)를 구동시킨다.
제어과정으로 제공되는 공급전압 +UB이 유용한 것으로 증명되어 왔다. 결국, 실제 전압값 +UB이 결정되고, 증폭기(92)로 증폭된 후에, D/A 컨버터(72)로 공급되며, 연산장치(70)의 제 3 저장영역에 저장된다. 이와 같이 부가적인 보정률의 도움으로 결과 자기력에 대해 공급전압(+UB) 효과를 배제하는 것이 가능하다.
도1 및 도2에 도시된 회로와 같이, 본 발명에 따라서, 연산장치 또는 마이크로프로세서(70)에 다른 제어개념을 실현시키는 것도 물론 가능하다. 예를 들면, 보정된 디지털 실제값과 설정값을 직접 비교수행하는 대신에 이들간의 차이를 계산하는 것이 가능하며, 주로 0보다 큰 값인지 작은 값인지에 따라, 상기 차이는 출력(74)을 활성화하거나 감쇄하는 것으로 사용된다.
본 발명을 확장함에 있어서, 도6에 도시된 바와 같이 2단 제어기의 안정 동작에 요구되는 히스테리시스의 가변 조정이 또한 가능하다. 솔레노이드 밸브 피스톤의 미세동작이 발생되도록 하거나, 유지되도록 할 때 특히 유용하다. 동작의 진행과 연산장치의 출력(74) 제어는 다음과 같다:
만약 디지털 실제값(변환전의 앞의 아날로그 값)이 제어장치의 제 2 영역에 저장되어 있는 보정된 설정값 및 제어장치의 제 3 영역에 저장되어 있는 히스테리시스값의 합보다 크거나 같을 때에는 출력(74)이 턴오프되며, 이는 논리 0으로 설정됨을 의미한다. 만약 상기와 다른 경우에는, 후속판단(Subsequent Interrogation)은 디지털 실제값이 보정된 디지털 설정값보다 작은지를 결정한다. 이 경우에는 출력(74)이 턴온되거나 논리 1이 된다. 만약 디지털 실제값이 디지털 설정값보다 더 크거나 보정된 디지털 설정값과 같다면, 출력은 연산기에 실제값이 입력되기 전과 같이 동일 위치에 남겨진다. 샘플링 주기(Δt)가 지난 후에, 새로운 값이 제어장치로 공급되고, 이전에 표시된 판단은 다시 한 번 초기화된다.
이러한 결과에 의해, 출력은 턴오프, 턴온 또는 입력이 있기 전처럼 같은 위치에 남게 된다.
본 발명에 의하면, 최초로 전동제어장치를 위한 솔레노이드 밸브와 같은 액추에이터를, 소자 허용차를 완전하게 계산하는 동안 디지털로 제어하는 것이 가능하다. 이는 매우 간단한 회로로 구현될 수 있다. 더욱이, 회로는 다양한 작동조건에 문제없이 적용될 수 있다. 정적마찰에 의한 문제도 피할 수 있고, 표준재고(Off-The-Shelf) 요소가 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 전동장치의 전자유압 제어 시스템의 전자 제어에서 상기 전자유압 제어 시스템은, 적어도 단일 액추에이터 요소, 하나 이상의 액추에이터 요소(1)로부터 아날로그 측정신호를 수신하는 수단, 상기 액추에이터 요소(들)(1)의 제어를 위한 아날로그 측정신호로부터 액추에이터 실제값을 형성하는 수단, 메모리와 출력 구동기를 갖는 연산장치(70)로 이루어지며, 상기 전자 제어 시스템은 아날로그 액추에이터 요소의 실제값 및/또는 아날로그 액추에이터 요소의 측정값을 디지털 값으로 변환하는 적어도 하나의 A/D 컨버터를 구비하고, 또한 주기적으로 명명된 설정값/실제값을 비교함으로써 상기 액추에이터 요소(들)을 제어하는 디지털 2단 제어기를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    실제값 발신기의 성분 허용오차에 관계없이 액추에이터 요소에 대해 동일한 제어거동이 일관되게 얻어지도록 상기 디지털 2단 제어기를 균형잡고 기준화하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 상기 전자 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    기준 측정을 수행하는 상기 디지털 2단 제어기의 균형을 잡거나 기준화하는 수단과, 상기 디지털 2단 제어기의 설정값을 위한 보정률을 결정하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 상기 전자 제어 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터 요소(들)은 솔레노이드 밸브(들)임을 특징으로 하는 상기 전자 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브들의 상기 아날로그 측정신호를 수신하는 수단은 유기된 전압신호를 수신하는 측정코일을 구비함을 특징으로 하는 상기 전자 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 아날로그 액추에이터 요소의 실제값 발신기는, 수신된 전압신호들로부터 상기 솔로노이드 밸브(들)에 대한 자기력의 실제값 발신기를 형성하기 위한 적분기임을 특징으로 하는 상기 전자 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    측정된 상기 아날로그 액추에이터 요소 측정값을 변환하는 상기 A/D 컨버터는 상기 실제값 발신기의 전단에 설치되고, 상기 액추에이터 요소의 실제값은 디지털임을 특징으로 하는 상기 전자 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 디지털 액추에이터 요소의 실제값 발신기는 연산장치로 구성되는 디지털 적분기임을 특징으로 하는 상기 전자 제어 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 시스템은 다수의 액추에이터 요소들의 순서를 제어하는 멀티플렉서를 구비함을 특징으로 하는 상기 전자 제어 시스템.
  10. 전자 제어 시스템으로 전동장치를 위한 전자유압 제어 시스템의 적어도 하나의 액추에이터 요소의 디지털 2단 제어기를 위한 프로세스에서, 상기 액추에이터 요소(들)의 전자 제어를 위한 보정률을 결정하는 기준 측정이 이루어지고, 상기 기준값(들)은 기준값들을 위해 지정된 저장영역에 저장되며, 상기 액추에이터 요소들중 하나의 제어는;
    10.1 하나의 액추에이터(1)의 전자 측정신호가 수신되는 단계;
    10.2 상기 액추에이터 요소의 실제값이 상기 아날로그 측정신호로부터 형성되는 단계;
    10.3 상기 아날로그 실제값이 A/D 컨버터에 의해 디지털 실제값으로 변환되고, 연산장치의 메모리의 제 1 저장영역에 저장되는 단계;
    10.4 상기 메모리의 상기 제 1 저장영역에 저장된 상기 디지털 실제값이 상기 메모리의 제 2 저장영역에 저장된 상기 액추에이터용 디지털 설정값과 비교되고, 상기 설정값은 보정률에 대해 지정된 메모리의 저장영역에 저장된 상기 액추에이터의 상기 보정률로 기준화되거나 증가되는 단계;
    10.5 상기 디지털 실제값이 상기 디지털 설정값 보다 크거나 같으면, 상기 액추에이터용 출력 구동기로 상기 연산장치의 출력이 논리 0으로 설정되는 단계;
    10.6 만약 상기 디지털 실제값이 상기 디지털 설정값 보다 작으면, 상기 출력 구동기로 상기 연산장치의 출력이 논리적1로 설정되는 단계; 및
    10.7 상기 액추에이터는 샘플링 시간 Δt 후 상기 액추에이터의 새로운 아날로그 실제값을 수신하고 상기 샘플링 주기에 대응하여 단계 10.1 내지 10.5가 주기적으로 명령된 인터럽트로 반복되는 단계;
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 디지털 2단 제어를 위한 프로세스.
  11. 전자 제어 시스템으로 전동장치를 위한 전자유압 제어 시스템의 적어도 하나의 액추에이터 요소의 디지털 2단 제어기를 위한 프로세스에서, 상기 액추에이터 요소(들)의 전자 제어를 위한 보정률을 결정하는 기준 측정이 이루어지고, 상기 기준값(들)은 기준값들을 위해 지정된 저장영역에 저장되며, 상기 액추에이터 요소들중 하나의 제어는;
    11.1 하나의 액추에이터(1)의 전자 측정신호가 수신되는 단계;
    11.2 상기 액추에이터 요소의 실제값이 상기 아날로그 측정신호로부터 형성되는 단계;
    11.3 상기 아날로그 실제값이 A/D 컨버터에 의해 디지털 실제값으로 변환되고, 연산장치의 메모리의 제 1 저장영역에 저장되는 단계;
    11.4 상기 메모리의 상기 제 1 저장영역에 저장된 상기 디지털 실제값과, 상기 메모리의 상기 제 2 저장영역에 저장된 상기 액추에이터용 상기 디지털 설정값의 차이가 결정되는 단계;
    11.5 단계 9.4에서 결정된 차이가 0 보다 크거나 같으면, 상기 액추에이터용 출력 구동기로 상기 연산장치의 출력이 논리 0으로 설정되는 단계;
    11.6 단계 11.4에서 결정된 차이가 0 보다 작으면, 상기 출력 구동기로 상기 연산장치의 출력이 논리 1로 설정되는 단계; 및
    11.7 상기 액추에이터는 샘플링 시간 Δt 후 상기 액추에이터의 새로운 아날로그 실제값을 수신하고 상기 샘플링 주기에 대응하여 단계 11.3 내지 11.6이 주기적으로 명령된 인터럽트로 반복되는 단계;
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 디지털 2단 제어를 위한 프로세스.
  12. 전자 제어 시스템으로 전동장치를 위한 전자유압 제어 시스템의 적어도 하나의 액추에이터 요소의 디지털 2단 제어기를 위한 프로세스에서, 상기 액추에이터 요소(들)의 전자 제어를 위한 보정률을 결정하는 기준 측정이 이루어지고, 상기 기준값(들)은 기준값들을 위해 지정된 저장영역에 저장되며, 상기 액추에이터 요소들중 하나의 제어는;
    12.1 하나의 액추에이터(1)의 전자 측정신호가 수신되는 단계;
    12.2 상기 액추에이터 요소의 실제값이 상기 아날로그 측정신호로부터 형성되는 단계;
    12.3 상기 아날로그 실제값이 A/D 컨버터에 의해 디지털 실제값으로 변환되고, 연산장치의 메모리의 제 1 저장영역에 저장되는 단계;
    12.4 상기 메모리의 제 1 영역에 저장된 디지털 실제값이, 상기 액추에이터에 대한 보정된 디지털 설정값과 상기 액추에이터용 조정가능한 디지털 히스테리시스값의 디지털 합계와 비교되고, 상기 합계는 상기 메모리의 제 2 영역에 저장되는 단계;
    12.5 디지털 실제값이 상기 디지털 합계보다 크거나 같으면, 상기 액추에이터용 출력 구동기로 상기 연산장치의 출력이 논리 0으로 설정되는 단계;
    12.6 상기 디지털 실제값이 상기 디지털 합계보다 작으면, 상기 디지털 실제값이 상기 제어장치의 제 3 저장영역에 저장되어 있는 상기 액추에이터용 상기 디지털 설정값과 비교되는 단계; 및
    12.6.1 상기 디지털 실제값이 상기 액추에이터의 상기 디지털 설정값 보다 작으면, 출력 구동기로 상기 제어장치의 출력이 1 로 설정되는 단계; 및
    12.6.2 상기 디지털 실제값이 상기 디지털 설정값 보다 크거나 같으면, 상기 출력 구동기로의 출력설정이 발생되지 않는 단계; 및
    12.7 상기 액추에이터는 샘플링 시간 Δt 후 상기 액추에이터의 새로운 아날로그 실제값을 수신하고 상기 샘플링 주기에 대응하여 단계 12.3 내지 12.6이 주기적으로 명령된 인터럽트로 반복되는 단계;
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 디지털 2단 제어를 위한 프로세스.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플링 시간은 0.1 밀리초와 10 밀리초 사이에 있음을 특징으로 하는 상기 디지털 2단 제어를 위한 프로세스.
  14. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플링 시간은 가장 바람직하게는 1 밀리초에 있음을 특징으로 하는 상기 디지털 2단 제어를 위한 프로세스.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터 요소는 솔레노이드 밸브임을 특징으로 하는 상기 디지털 2단 제어를 위한 프로세스.
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