KR20010039921A - 솔레노이드 밸브 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 힘의 균형이 안정된 양정 영역과 힘의 균형이 불안정한 양정 영역을 가지는 솔레노이드 밸브의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 솔레노이드 밸브에서 설정된 차압을 조정하기 위해 제어 신호값이 형성되고, 상기 신호값은 상기 힘의 균형이 불안정한 양정 영역내에서 상기 솔레노이드 밸브가 체류하게되는 시간을 감소 또는 회피할 수 있도록 선택된다.

Description

솔레노이드 밸브 제어 방법 및 장치{Method and device for controling a solenoid valve}

본 발명은 솔레노이드 밸브의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

전기 제어식 솔레노이드 밸브는 다양한 기술 분야에서 압력 제어 밸브로서 다양하게 이용되고 있다. 이런 솔레노이드 밸브의 적용 분야는 솔레노이드 밸브의 가동을 통해 휘일 브레이크 실린더에서의 압력이 제어되는 자동차의 브레이크 장치등이 있다. 이런 솔레노이드 밸브를 제어하는 예는 DE 195 01 760 A1(미국 특허 제 5,727,852 호)에 공지되어 있다. 상기 공보에는 설정값에 의거한 하나 이상의 솔레노이드 밸브의 제어를 통해 상기 휘일 브레이크 실린더에서 제어 압력이 조정되는 유압 브레이크 장치가 개시되어 있다. 상기 솔레노이드 밸브의 가동을 통해 하나 이상의 휘일 브레이크에서 압력이 형성되고 유지되고 제거된다. 이 때 상기 솔레노이드 밸브에 대한 제어는 상기 휘일 브레이크의 압력을 위한 설정 목표값을 조정하는 압력 제어 회로에서 이루어진다.

브레이크 장치에서 압력 제어 밸브의 제어를 위한 또 다른 방법 또는 또 다른 장치가 DE 196 54 427 A1에 공지되어 있다. 상기 공보에는 하나 이상의 휘일 브레이크의 압력을 제어하기 위해 압력 제어 회로에서 스위칭 밸브가 제어되고, 따라서, 상기 밸브가 비례하여 동작하게 된다. 이 때 압력 제어 장치가 제공되어 상기 밸브를 위한 펄스폭변조된 제어 신호에 따라서, 또는, 설정된 목표값으로부터 휘일 브레이크의 영역에서 측정되는 압력의 편차에 따라서 밸브 와인딩에 통전되는전류를 위한 전류 목표값을 설정하게 된다. 상기 밸브의 개방 면적 및 상기 개방 면적에 따라 상기 밸브내에서 유동하는 유동 체적은 상기 제어 신호값에 상응하게 조정된다. 상기 제어를 통해 설정된 압력차가 상기 밸브에 의해 조정된다. 이 때 상기 펄스폭변조된 제어 신호는 상기 개방 면적에 상응하는 평균 전류가 상기 밸브 와인딩을 통해 조정되도록 선택된다.

몇가지 적용예의 경우에, 특정 동작 조건하에서 상기 솔레노이드 밸브가 갑작스럽게 개방되는 현상이 발생되었기 때문에, 상술한 종류의 밸브 제어를 이용하여 매우 작은 압력차를 조정하는 것에는 문제가 있는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 목적은 솔레노이드 밸브로 매우 작은 압력차를 조정할 수 있는 밸브 제어 방식을 제공하는데 있다.

압력차가 작은 경우에 적어도 특정 동작 조건하에서 갑작스럽게 개방되어 버리는 밸브에서도 매우 작은 압력차를 조정할 수 있다. 상기 제어 방법을 통해 평균 전류가 조정되는 것이 아니라, 작은 압력차를 조정하기 위해 밸브의 교대적인 개폐를 야기하는 전류가 설정 주파수의 범위에서 조정되므로써, 상기 밸브의 갑작스런 개방에 대한 저항이 발생하게 된다. 상기 솔레노이드 밸브가 갑자기 개방되는 경우에, 상기 밸브에서는 제어 주파수에 비례하여 전류 공급이 증대됨으로써 다시 닫히게 되고, 이와 같은 방식으로 원하는 압력차가 유지될 수 있다.

본 발명에서는 밸브의 갑작스런 개방이 예상되는 밸브의 개방 영역(양정 영역)이 회피되도록, 또는, 상기 제어를 통해 항상 상기 밸브가 갑작스런 개방이 예상되는 양정 영역 밖에서 운동하도록, 상기 솔레노이드 밸브가 상기 갑작스런 밸브 개방 영역내에서 체류하는 시간이 감소되도록, 제어가 이루어지는 것이 장점이다.

특히 유리한 점은, 예를 들어 자동식 제동 과정과 관련하여 상기 솔레노이드 밸브가 유용한 것처럼, 브레이크 장치의 전기 제어와 관련하여, 특히, 매우 작은 제동 압력값의 형성과 관련하여 이용되는 솔레노이드 밸브에 상기 제어 방법을 적용할 수 있다는 것이다.

또 다른 장점은 하기의 상세한 설명으로부터 또는 종속항으로부터 도출된다.

본 발명은 하기에서 도면에 도시된 실시예를 이용해 상술된다.

도 1은 솔레노이드 밸브의 기본적인 구성을 도시하는 도면.

도 2는 솔레노이드 밸브의 상이한 설정 차압에 대한 전형적인 특성 곡선을 도시하는 도면.

도 3은 보다 작은 차압을 조정하기 위한 제어의 시간 다이어그램.

도 4는 펄스폭변조된 종래의 제어와 비교하여 상기 밸브에서 보다 작은 차압을 조정하기 위한 제어의 작용 방식을 도시하는 시간 다이어그램.

도 5는 상기 제어의 실시예를 도시하는 흐름도.

*도면의 주요부분에 대한 간단한 부호의 설명*

10 : 하우징 12 : 밸브 니들

14 : 밸브 시트 16 : 스프링

18 : 밸브 아마추어

도 1에는 하우징(10), 밸브 니들(12), 밸브 시트(14), 상기 밸브의 개방 방향으로 예비 응력을 받은 제 1 스프링(16) 및 도 1에 도시된 X-방향으로 전자기적 가동을 통해 상기 아마추어를 가동하는 밸브 아마추어(18)로 이루어지는 솔레노이드 밸브가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 아마추어에 작용하는 힘은 상기 밸브 출력측(22)에서의 압력(F_DRUCK), 개방 방향을 향한 탄성력(F_F) 및 폐쇄 방향을 향한 자력(F_mag)이다. 상기 자력(F_mag)은 안정된 균형 상태에서 상기 압력(F_DRUCK)과 F_F의 합으로부터 도출된다. 상기 자력(F_mag) 자체는 상기 아마추어(18)의 제어 코일을 통과하는 전류에 의해 결정되고, 예를 들어, 압력 제어 회로에서 원하는 F_DRUCK에 상응하게 설정된다. 상기 압력은 상기 밸브 입력측(24)에서의 입력 압력과 관련한 상기 밸브에서의 차압을 나타낸다. 이것이 실제 대기압에 일치하면(일반적으로 브레이크 장치의 페달의 가동시에서처럼), 출력측 압력(F_DRUCK)은 차압을 나타내게 된다.

그러한 밸브의 양정에 걸친 상기 개방력과 폐쇄력을 위한 특성 곡선이 도 2에서 다양한 압력차(Δp)에 대해 도시되어 있다. 상기 폐쇄력(F_mag)이 개방력(F_DRUCK+ F_F)보다 크면, 밸브 코일을 통해 평균 전류를 조정하고 그 결과 상기 아마추어를 중간 지점에 있게 하는 밸브의 펄스폭변조된 종래의 제어를 통해, 힘의 균형이 안정되어진다. 반대가 되면, 즉, 상기 개방력이 상기 폐쇄력보다 크면, 힘의 균형이 불안정해지고, 이는 적어도 장애 발생시에, 상기 밸브가 원하지 않지만 개방되는 결과를 가져온다. 그 때문에, 상기 밸브에서 원하는 차압이 붕괴된다. 도 2에는 상기 양정(X)에 대해 3개의 다른 차압값(Δp1, Δp2, Δp3)이 개방력(실선으로) 및 상기 폐쇄력(파선으로)의 그래프로 그려져 있다. 이 때, 상기 양정 영역을 불안정 영역과 안정 영역으로 분할하는 개별 선의 교차점(X1, X1', X2, X2', X3, X3')이 확인된다. 차압이 작은 경우(Δp1 ＜ Δp3 ), 상기 안정 영역과 불안정 영역을 분리하는 교차점이 더 작은 양정 쪽으로 이동되므로 상기 교차점들이 근접하게 된다. 이와 같이, 차압이 작아질 수록, 솔레노이드 밸브에 작용하는 작은 장애가 발생하였을때도 상기 솔레노이드 밸브의 니들이 상기 양정의 안정 영역을 지나 불안정 영역으로 이동되고 충격에 의해 개방될 위험이 커진다.

상기 밸브가 이미 언급한 종래 기술에 따라 펄스폭변조된 신호를 이용해 압력 제어의 범위에서 제어되므로, 일반적으로 상기 밸브 코일을 위한 제어 주파수는 이용되는 밸브의 자체 주파수보다 작게 선택되고 펄스폭이 조정되므로, 상기 밸브의 적절한 위치를 중간에 있게 조정하는 평균 전류가 밸브 코일을 통해 도출된다. 그러나 상기 밸브는 상대적으로 큰 양정 영역에 대한 제어하에 운동하므로 불안정 영역에 도달하게 된다. 그 결과, 상기 밸브의 갑작스런 개방과 상기 밸브에 의한 상기 압력차의 붕괴가 발생한다. 상기 밸브 다이나믹의 고려는 이루어지지 않는다. 이미 조정된 자력은 이 경우에는 폐쇄 동작에 충분하지 않다.

그러한 상태에 대한 예가 도 4a의 시간 다이어그램을 이용해 도시되어 있다. 거기에서, 설정된 압력(P; 상기 밸브에서의 차압)이 조정되어 상기 시점(T₀)에서 시작한다. 상기 압력 제어 장치는 시점(T₁)에서 상기 밸브가 불안정 영역으로 갈때까지, 상기 차압을 선형으로 제어한다. 그 결과, 시점(T₁)에서 상기 밸브의 갑작스런 개방과 상기 밸브에서의 차압의 붕괴가 발생하고, 이는 매우 작은 차압의 조정을 불가능하게 만든다.

이런 상태를 피하기 위해, 상기 밸브는 상기 밸브의 양정 영역이 제어 동안 적어도 위험한 상태의 양정 영역에 위치되는 것이 제한되며, 그 결과 안정 영역에 있게 되도록 제어된다. 이 때 상기 제어에서는 밸브 다이나믹이 고려된다.

상기 조건을 충족시키는 상기 제어 신호를 위한 예는 도 3의 시간 다이어그램으로서 도시되어 있다. 이에는 상기 시간에 대한 상기 밸브 코일에서의 목표 전류와 실제 전류의 시간 그래프가 도시되어 있다. 이 때 T_zyklusbeginn내지 T_zyklusende의 주기가 그려져 있다. 상기 제어 신호는 2개의 단계로부터, 즉 강하 시간과 관류 시간으로 형성된다. 상기 목표 전류는 펄스폭변조된 상태를 나타내며, 이 경우 조정하려는 압력차에 따라서 상기 단계의 기간이 변하게 된다. 상기 제어 사이클의 일부 동안 상기 밸브에서 원하는 압력차에 대한 목표 전류가 설정된다(강하 시간 + 관류 시간). 상기 실제 전류는 인덕턴스에 따라서 커진 값으로부터 원하는 값으로 강하하고 상기 밸브는 균형 상태에 도달하게 된다. 거기에서 잠시 동안 그 상태가 유지되고 그 후 상기 관류 시간의 종료 후에 다시 더 높은 전류가 공급되고 그 결과 닫힌다. 그러므로, 상기 밸브는 설정된 시간(관류 시간) 동안만 차압 제어의 영역에 있게되고 이어서 다시 더 작은 양정 쪽으로 이동되어, 불안정한 양정 영역을 피하게 된다. 그와 같이 하여, 상기 밸브의 갑작스런 점프가 회피된다. 원하는 압력차에 맞춰지는 전류를 가지는 제어 시간이 충분히 커야 한다. 이 때 상기 강하 단계가 커질 수 밖에 없어, 상기 전류는 목표값으로 강하하는 반면, 그에 이어지는 관류 시간이 충분히 커야 하므로 상기 밸브를 지나는 흐름 체적을 충분히 크게 할 수 있다. 그 다음에, 상기 밸브는 가능한 한 너무 커지는 밸브 양정을 한정하기 위해 더 강한 전류를 공급받는다.

다시 말해서, 원하는 압력차의 조정을 위해 설정되는 목표 전류는 상기 밸브 제어를 위한 기본 전류로서 설정된다. 펄스폭변조되는 신호의 범위에서 설정된 시간 동안 (= 사이클 시간 - (관류 시간 + 강하 시간)) 더 큰 전류가 설정되고, 이것은 상기 밸브를 폐쇄 방향으로 운동시킨다. 그런 경우 상기 압력차는 상기 관류 시간 동안 또는 그에 상응하는 길이의 개별 제어 시간 동안 상기 목표 전류의 크기에 상응하게 조정된다. 상기 밸브가 갑자기 개방되면, 상기 목표 전류의 그 다음의 증대를 통해 상기 밸브의 새로운 폐쇄가 야기되므로, 작은 압력차 역시 상기 밸브 제어를 통해 조정될 수 있다.

상기 조치의 장점은 도 4b의 시간 다이어그램에 도시되어 있다. 거기에는 상기 압력차의 시간에 대한 경사면 형상의 감소 그래프가 도시되어 있으며, 이 경우 상기 밸브가 갑자기 개방되지 않으며 매우 작은 차압이 조정될 수 있음을 확인할 수 있다.

양호한 실시예에서 상기 밸브는 상기 브레이크 장치의 제어를 위한 제어 유니트의 일부인 마이크로컴퓨터의 프로그램에 의해 제어된다. 그런 종류의 프로그램에 대한 예는 흐름도로서 도 5에 도시되어 있다. 도 5 의 흐름도와 관련이 있는 선호되는 실시예에서 상기 밸브는 자동적인 제동 과정 동안 브레이크 장치에서 제동압을 형성하기 위한 제어 밸브로서 이용되며, 바람직하게는 메인 실린더와 휘일 브레이크 사이의 제동 라인(Bremsleistung)의 개방을 제어하는 제어 밸브로서 이용된다. 이 때 상기 제동의 초기에 또는 그에 상응하는 조건에서 매우 작은 차압이 조정되는, 즉 매우 작은 제동압이 제어되는 것이 중요하다.

도 5의 프로그램은 적어도, 작은 차압이 상기 제어 장치를 통해 조정되어야 할 경우에, 시작된다. 설정된 시점에서 상기 프로그램 일부의 시작 후에 제 1 의 단계(100)에서 설정된 목표 차압값(Δp_Soll)이 입력된다. 그후, 단계(102)에서 상기 차압 값의 조정을 위해 필요한 목표 전류값(I_Soll)이 정해지고, 예를 들어 표(table), 연산 단계, 특성 곡선을 기초로, 경우에 따라서는 실제 압력의 고려하에서 정해진다. 상기 단계(104)에서 상기 제어 신호는 상기 밸브에 전송되고, 이 경우 상기 제어 신호의 펄스폭 반복율은 목표 전류를 가지는 일정 시간 동안 제어되는 밸브가 설정된 관류 시간 동안 개방되어 원하는 차압이 조정될 수 있다. 상기 제어 주기 동안에 일정한 시간에 대해 상기 목표 전류를 넘는 증대 전류를 통해 상기 밸브는 다시 폐쇄 방향으로 제어된다.

본 발명의 밸브 제어 방법 및 장치에 따르면, 차압이 작은 경우에 적어도 특정 동작 조건하에서 갑작스럽게 개방되어 버리는 밸브에서도 매우 작은 압력차를 조정할 수 있다. 상기 제어 방법을 통해 평균 전류가 조정되는 것이 아니라, 작은 압력차를 조정하기 위해 밸브의 교대적인 개폐를 야기하는 전류가 설정 주파수의 범위에서 조정되므로써, 상기 밸브의 갑작스런 개방에 대한 저항이 발생하게 된다. 상기 솔레노이드 밸브가 갑자기 개방되는 경우에, 상기 밸브에서는 제어 주파수에 비례하여 전류 공급이 증대됨으로써 다시 닫히게 되고, 이와 같은 방식으로 원하는 압력차가 유지될 수 있다.

Claims (8)

1. 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 하나 이상의 가변값을 갖는 설정된 제어 신호가 조정하려는 압력에 따라서 만들어지는, 힘의 균형이 불안정한 양정 영역과, 힘의 균형이 안정한 양정 영역을 가지는 솔레노이드 밸브를 제어하는 방법에 있어서,

   상기 가변값은 상기 솔레노이드 밸브의 양정이 힘의 균형이 불안정한 영역 외측에 존재하도록 선택되는 것을 특징으로하는 솔레노이드 밸브 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 신호값은 상기 밸브 코일을 통해 전류를 변조하는 펄스폭변조된 신호인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 신호값은 전류의 강하 단계가 제공되어 그 강하 단계 내에서 상기 전류가 설정된 압력의 조정을 위한 목표 전류로 하강하고, 또한, 관류 단계가 제공되어 상기 단계에서 상기 밸브가 목표 전류를 공급받도록 제공되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 제어 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강하 시간과 관류 시간을 위한 상기 제어 신호가 설정된 압력의 조정을 위한 목표 전류를 설정하며, 나머지 제어 주기 동안 상기 밸브를 폐쇄 방향으로 제어하는 증대된 전류를 설정하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 제어 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 신호값은 관류 시간 동안 상기 밸브가 개방되고 그 후에 다시 닫히도록 설정되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 제어 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 신호값은 작은 차압의 조정을 위해서만 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 제어 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 제동장치의 솔레노이드 밸브이며, 하나 이상의 휘일 브레이크의 제동압을 조정하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 제어 방법.
8. 원하는 압력에 의존하여 상기 솔레노이드 밸브의 조정을 위한 제어 신호를 형성하는, 프로그램을 포함하고 있는 연산 장치를 가지고, 상기 솔레노이드 밸브가 힘의 균형이 안정된 양정 영역과 힘의 균형이 불안정한 양정 영역을 가지는 솔레노이드 밸브의 제어를 위한 장치에 있어서,

   상기 제어 신호의 하나 이상의 가변값은 상기 솔레노이드 밸브의 힘의 균형이 불안정한 양정 영역이 회피되거나, 상기 솔레노이드 밸브가 상기 힘의 균형이 불안정한 양정 영역에서 체류하는 시간이 감소되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 제어 장치.