KR20010098914A - 유압으로 작동되는 장치를 제어하기 위한 자체 교정시스템 및 방법 - Google Patents

유압으로 작동되는 장치를 제어하기 위한 자체 교정시스템 및 방법 Download PDF

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존 씨. 메티유
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Abstract

자동 파워 변속기에서의 클러치 액추에이터(24)와 같은 유압 작동 장치를 제어하기 위한 자체 교정 방법 및 시스템(10)은 유압이 세트 포인트 레벨에 이르는 경우 제어기(32)에 대하여 피드 백을 제공하는 유압 회로에 압력 스위치(30)를 제공한다. 압력 스위치(30)는 제어기(32)에 대하여 교정 커브를 조절하기 위해서 그 제어기가 압력 세트 포인트 레벨에서의 제어 신호를 교정된 커브의 제어 신호와 비교하도록 허용하는 신호를 제공한다.

Description

유압으로 작동되는 장치를 제어하기 위한 자체 교정 시스템 및 방법{A SELF-CALIBRATING SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING A HYDRAULICALLY OPERATED DEVICE}
본 발명은 일반적으로 유압 작동 장치를 제어하기 위한 자체 교정(self-calibrating) 시스템 및 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 자동 파워 변속기(automatic power transmission)에서 이용되는 액추에이터를 제어하는 자체 교정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
유압 작동 장치 또는 액추에이터는 차량 애플리케이션을 포함하는, 그러나 이에 제한되지는 않는, 광범위한 애플리케이션에서 이용된다. 예컨대, 유압 액추에이터는 자동 파워 변속 시스템 및 다양한 파워 스티어링 시스템에서 이용된다. 최근에 제조된 차량은 종종 변속기의 변속을 제어하는 변속기 제어 모듈(TCM)과 같은 부가적 전자 제어 모듈과 함께 동작하는 전자 제어 모듈(ECM)을 이용한다. TCM은 ECM으로 통합될 수 있고, 또는 차량의 변속기 외부에 배치된 분리 유닛으로 될 수도 있다. 일부 제조자는 TCM을 변속기 내부에 배치하고자 한다.
ECM 및 TCM은 프로그램 가능 제어 논리를 갖는 마이크로 프로세서를 포함하고, 유압 작동 장치와 함께 동작하며 당해 기술 분야에서 다양한 차량 애플리케이션 시스템 또는 부시스템을 제어하는 것으로 알려진 하드웨어 및/또는 소프트웨어회로 소자의 다양한 결합으로 구현될 수 있다. TCM이 액추에이터의 유압을 조절하도록 하는 명령 신호를 수신하는 경우, TCM은 전기적으로 동작하는 유압 밸브로 전류 신호를 전송한다. 그에 응답하여 유압 밸브는 클러치 피스톤과 같은 장치를 유압으로 제어하기 위하여 압력을 조절한다.
현재, TCM은 제어를 위하여 설계된 유압 소자와 독립적으로 제조된다. TCM은 전류 출력에 대하여 엄격한 허용 오차(tight tolerances)를 가지도록 설계되고 유압 소자는 주어진 전류 입력에 대하여 바람직한 유압 출력 대역(허용 오차)을 성취하도록 교정된다. 협소한 허용 오차에도 불구하고, 출력 유압은 변속기마다 크게 다르다. 전류 신호 허용 오차가 장치의 유압 허용 오차에 더해지는 경우에는, 지시된 압력과 실제 압력 출력간에 큰 차이가 야기될 수 있다. 두 개의 서로 다른 TCM에 대하여 주어진 바람직한 압력에 관한 동일한 전기적 명령은 서로 다른 유압 츌력을 산출할 수 있다.
결과적으로, 자동으로 자체 교정을 하는 유압 장치를 제어하는 시스템 및 방법에 대한 필요가 있다. 자체 교정 시스템 및 방법은 바람직하게 일정한 피드백을 제공하여 허용 오차 및 마모 효과(wear effects)를 줄이고 나아가 제거하도록 유압 회로를 조절한다. 이러한 방식으로, 본 시스템 및 방법은 실제 압력이 바람직한 압력에 매우 근접함을 검증할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 유압 제어 시스템을 자동으로 교정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유압으로 작동하는 장치를 제어하기 위한 자체 교정 시스템을 제공하는 것이다.
나아가 본 발명의 또 다른 목적은 자동 파워 변속기에서 이용하는 유압 작동 장치를 제어하기 위한 자체 교정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 전술한 목적 및 기타 목적은 자동으로 유압 제어 시스템을 교정하는 방법으로 성취된다. 본 발명의 방법은 유압의 소스를 제공하고 전기적으로 동작되는 압력 제어 밸브의 입구에 대하여 유압을 공급하는 단계와, 압력 제어 밸브의 출구를 유압 액추에이터로 연결하는 단계와, 제어기에게 제어 논리 및 메모리를 제공하는 단계와, 제어기를 압력 제어 밸브로 연결하는 단계와, 제어기로부터의 제어 신호로 압력 제어 밸브를 전기적으로 활성화(energize)하고 밸브 출구를 통하여 액추에이터로 제어된 유압을 제공하는 단계와, 유압을 감지하고 세트 포인트 레벨(set point level)에서 그 지시 신호를 제어기의 메모리로 제공하고 메모리에 동일한 것을 저장하는 단계와, 유압이 세트 포인트 레벨에 이르도록 하는데 필요로 되는 압력 제어 밸브에 대한 전류의 양을 측정하는 단계와, 압력 신호의 함수로서 측정된 전류를 전류의 사전 조정 값과 비교하는 단계와, 유압 제어 시스템을 자동으로 교정하기 위하여 앞서의 전류 비교에 기초해서 제어 신호를 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라 유압으로 작동하는 장치를 제어하기 위한 자체 교정 시스템은 유압으로 작동하는 액추에이터와, 액추에이터에 연결되어 가압된 유압의 소스를제공하는 펌프와, 펌프와 액추에이터 사이에 배치되고 그 사이에 유동적으로 연결되어 전기적으로 작동되는 압력 제어 밸브를 포함하되 그 제어 밸브는 그 밸브 출구에서 공급 압력에서는 유압를 수신하고 제어 압력에서는 유압을 제공하도록 동작하며, 압력 제어 밸브와 통신하는 제어 논리 및 메모리를 가지는 제어기를 포함하되 그 제어기는 압력 제어 밸브를 동작시키는 제어 신호를 제공하도록 동작하고, 압력 제어 밸브의 출구와 유압 액추에이터간에 배치되어 유압을 감지하는 압력 감지기를 포함하되 그 압력 감지기는 제어기와 통신하여 감지된 압력이 사전 결정된 레벨에 이르는 때 제어기에 대하여 신호를 제공하도록 동작하며 제어기는 그 신호를 메모리에 저장하고 그 제어 신호로부터 야기되는 압력 제어 밸브에 대한 전류의 양을 측정하며 압력의 함수로서 측정된 전류를 전류의 교정 값과 비교하도록 동작하고, 제어기는 그 비교에 기초하여 제어 신호를 조절하도록 동작한다.
본 발명을 특징짓는 여러 신규한 특징은 특히 본 명세서에 부가되어 일부를 이루는 청구항에서 구체적으로 지적된다. 본 발명 및 본 발명을 이용하여 얻어지는 이점 및 특정 목적을 더 잘 이해하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1 은 본 발명에 따르는 유압 제어 시스템을 도시하는 도면,
도 2 는 본 발명에 따르는 시스템의 다수의 주요 소자를 도시하는 블록도,
도 3 은 밀리암페어(mA) 단위의 변속기 제어 모듈 출력 전류에 대하여 역비례하는 킬로파스칼 단위(kPa)의 가변력 솔레노이드 밸브에 대한 전형적인 일군의 압력 커브의 그래프를 도시하는 도면,
도 4 는 밀리암페어(mA) 단위의 변속기 제어 모듈 출력 전류에 대하여 정비례하는 킬로파스칼 단위(kPa)의 가변력 솔레노이드 밸브에 대한 전형적인 일군의 압력 커브의 그래프를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 시스템 12 : 펌프
14 : 저장장치 16,26 : 도관
18 : 입구 22 : 출구
28 : 압력 조절 밸브 30 : 압력 스위치
44 : 메모리 46 : 마이크로프로세서
도면을 참조하면, 이들 도면은 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니고, 또한 다수의 도면을 통하여 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 특징을 나타낸다. 도 1에서 본 발명에 따라 유압으로 작동하는 장치를 제어하기 위한 자체 교정 시스템(일반적으로 10으로 지시됨)이 개략적으로 도시되고 있다. 차량 엔진에 의하여 직접적으로 구동될 수 있는 펌프(12)는 저장장치(14)로부터 유압액을 수신하여 가압 상태의 유압액을 도관(16)을 통하여 가변력 솔레노이드 작동 밸브(variable force solenoid operated valve)와 같은 전기적으로 작동하는 압력 제어 밸브(20)의 입구(18)로 공급한다. 제어 밸브(20)로부터의 출구(22)는 도관(26)을 통하여 예컨대 유압으로 작동하는 액추에이터(24)와 같은 유압 동작 장치로 연결된다. 압력 조절 밸브(28)는 바람직하게 도관(16)으로 연결되어 펌프(12)로부터의 유압을 조절하고 제어 밸브(20)의 입구(18)에 대하여 일정한 유압을 공급한다. 압력 스위치(30)는 제어 밸브(20) 및 유압 액추에이터(24) 간의 도관(26)에 배치된다. 압력 스위치(30)는 라인(34)을 통하여 제어기(32)로 연결되고, 유압이 세트 포인트 또는 사전 결정된 레벨에 도달하는 때 제어기(32)와 통신한다. 제어기(32)는 제어 밸브(20)와 라인(36)을 통하여 통신하여 제어 밸브(20)에게 출구(22)로부터 제어된 유압이 요구되는 때를 알려준다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 시스템(10)은 차량 자동 파워 변속기에서 이용되도록 구성된다. 펌프(12)는 전형적으로 자동 변속기에 배치되고 다양한 엔진 속도(RPM)에서 동작하는 엔진에 의하여 구동된다, 저장장치(14)는 펌프(12)에 대해서 자동 변속 유액을 공급한다. 압력 조절기(pressure regulator)(28)는 유압을 조절하여 유액이 유압 제어 밸브(20)의 입구(18)에 대해서 거의 일정한 압력으로 공급되도록 한다. 조절기(28)는 전형적으로 변속기 내부에 위치한다. 제어 밸브(20)는 가변력 솔레노이드 밸브(역비례 가변력 솔레노이드 밸브이거나 또는 정비례 가변력 솔레노이드 밸부일 수 있음)와 같이 전기적으로 작동하는 압력 제어 밸브(20)이다. 본 발명에서 이용되기에 적합한 가변력 솔레노이드 밸브는 본 발명의 양수인에게 또한 양도된 미국 특허 제 5,853,028호, 제 5,513,832호 및 제 4,947,893호에 나타나 있으며 본 명세서에서 참조로 인용된다. 미국 특허 제 5,513,673호 또한 본 발명의 양수인에게 양도된 것으로서 본 명세서에서 참조를 위하여 인용되며, 본 발명에서 이용하기에 적합한 가변력 솔레노이드 밸브를 갖는 전기적으로 조절된 압력 조절기 밸브를 설명하고 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 차량 제어 시스템은 엔진 제어 모듈(ECM)과 같이 전자 제어 모듈을 포함하며, 보통은 변속기 제어 모듈(TCM)을 제어하기 위하여 부가적 전자 제어 모듈을 포함한다. 엔진(ECM) 및 변속기 제어 모듈은 단일 전자 제어 모듈로 통합될 수 있으나 보다 일반적으로는 분리된 장치이다. 본 발명에서, 제어기(32)는 바람직하게 TCM이며 전형적으로 자동 변속기 하우징(housing)의 외부에 배치된다. 그러나, 원한다면 TCM(32)을 변속기 하우징 안에 배치할 수도 있다.
다음으로 도 2를 참조하면, TCM(32)이 시프트 명령 또는 가압 명령(오퍼레이터로부터 수동으로 가압하게 하는 명령이거나 또는 ECM(도시되지 않음)으로부터 자동으로 가압하게 하는 명령)을 수신하는 때, 제어 신호가 라인(38)을 통하여 TCM(32)내에 포함된 전류 구동기(40)로 전송된다. 구동기(40)는 라인(42)을 통하여 전기적으로 작동하는 압력 제어 밸브(20)에 대하여 구동기 전류 신호를 전송한다. 앞서 언급한 바와 같이, 제어 밸브(20)는 바람직하게 3방향 가변력 솔레노이드 밸브이다. 구동기 전류 신호에 응답하여 제어 밸브(20)는 바람직한 또는 제어된 유압을 생성한다. 현재의 기술 레벨의 전기적 작동 유압 제어 밸브에서, 제어 밸브(20)는 제어기(32)로부터 전류 신호를 수신하여 유압을 전류에 정비례하거나 또는 역비례하여 기대치(expected amount)까지 조절한다.
도관(26)속의 유압이 사전 결정된 또는 세트 포인트 레벨까지 도달하면, 압력 스위치(30)는 압력 및 상태 변화를 감지하여 TCM(32)에 대해서 이러한 정보를 전달한다. 도 2는 TCM(32)으로 송신되고 있는 신호를 점선(34)에 의하여 도시하고 있다. 압력 스위치(30)는 바람직하게 미국 특허 제 5,728,986호에 설명된 바와 같이 구성된다. 이 특허는 본 발명의 양수인에 대하여 양수되었으며 본 명세서에서 참조 목적으로 인용된다. TCM(32)은 압력 스위치(30)로부터의 신호를 메모리(44)에 저장한다. TCM(32)은 압력 스위치(30)가 제동(trip)되도록 하는데 필요한 구동기 전류를 측정하거나 계산하여, 측정된 전류를 압력의 함수로서 이전에 교정된 전류 값과 비교한다. 그런 다음 TCM(32)은 마이크로프로세서(46)의 프로그램 가능 논리를 이용해서 본 비교를 기초로 하여 그 제어 신호를 조절한다. 그런 다음 조절된 제어 신호는 메모리(44)에 저장된다.
도 3은 다수의 역비례 제어 밸브에 대한 다수의 압력 커브에 관한 그래프이다. 밀리암페어 단위의 변속기 제어 모듈 출력 전류에 대한 킬로 파스칼 단위의 출력 전류가 주어진다. 점선은 압력 스위치(30)가 상태를 바꾸거나 제동될 곳을 나타낸다. 분명히 도시된 바와 같이, 압력 스위치 세트 포인트는 커브의 선형 부분에 위치하고 있다. 도 4는 유사한 그래프이나, 다수의 정비례 유압 제어 밸브의 그래프라는 점이 다르다. 유사한 방식으로, 점선은 압력 스위치가 상태를 바꾸는 곳을보여준다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 시스템이 광범위하게 다양한 유형의 제어 밸브로 동작할 것임을 도시하고 있다.
압력 스위치가 제동되면, TCM(32)은 그 포인트에서 제어 밸브(20)로 전송된 전류를 기록한다. 이 전류 값은 메모리에 저장되고 가압 명령을 위하여 요구되는 이전에 교정된 전류를 조절하는데 이용된다. 교정 커브는 도 3 및 도 4에 도시된 일군의 커브에 기초하여 일정한 경사가 된다.
교정에 대하여 수학적 조절이 다음의 방정식과 같이 이루어진다.
압력 경사(Pressure Slope)=
여기서, Imax= 최대 전류, Iswitch= 압력 스위치가 상태를 변화시키는 곳에서의 전류, Pmax= 최대 압력, Pswitch= 압력 스위치가 상태를 변화시키는 곳에서의 압력이다.
자체 교정 유압 제어 시스템에 더하여, 본 발명은 또한 유압 제어 시스템을 자동으로 교정하는 방법을 제시한다.
본 발명은 유익하게 바람직한 압력 또는 세트 포인트 압력, 예컨대 자동 변속기 애플리케이션에서는 18psi(pound/inch2 )에서 제동되는 정확하고 정밀한 압력 스위치(30)를 이용한다. 압력 스위치를 이용하는 기타 알려진 차량 보드상 진단 애플리케이션과는 달리, 본 발명은 정밀한 압력 스위치를 이용하여 변속기 제어 모듈(32)에 대해서 피드 백을 제공한다. 이는 이전의 보드상 진단 애플리케이션과는 다르다. 본 발명의 변속기 제어 모듈은 제동 또는 세트 포인트에서 전달된 전류를 기록한다. 메모리(44)는 그 포인트에서 전류를 저장하고 그 포인트를 그 압력 및 온도에 관련되는 사전 교정된 전류에 비교한다. TCM의 프로그램 가능 논리는 특정 압력을 얻기 위하여 요구되는 전류를 조절하고 교정한다. 본 발명은 미국 특허 제 5,728,986호에 설명되고 있는 압력 스위치로 유압을 거의 정확하게 감지하고, 교정 커브를 갱신하기 위하여 제어기에 대해서 피드 백을 제공한다.
본 발명은 유압 제어 밸브로 거의 정확하게 기능하도록 제어기를 자체 교정한다. 이는 변속기와 같은 최종 산물에서의 결합이전에 이러한 소자들을 "튜닝"할 필요성을 없앤다. 나아가, 부소자가 시간이 경과함에 따라 마모됨에 따라서, 제어기는 계속하여 마모에 대해서 조절 및 보상을 한다. 또 다른 이점은 본 발명의 자체 교정 특성이 허용 오차를 보상할 것이므로 소자에 대해서 더 넓은 허용 오차를 허락한다는 점이다.
본 발명의 특정 실시예가 상세히 도시되고 설명되어 본 발명의 주요 원리에 관한 애플리케이션이 설명되고 있지만, 본 발명은 그러한 원리를 벗어나지 않고 또 다르게 구현될 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (15)

  1. 유압(hydraulic) 제어 시스템을 자동으로 교정하는(calibrating) 방법으로서,
    (a)유압의 소스를 제공하는 단계와,
    (b)상기 유압을 전기적으로 작동되는 압력 제어 밸브의 입구로 공급하는 단계와,
    (c)상기 압력 제어 밸브의 출구를 유압으로 작동되는 액추에이터로 연결하는 단계와,
    (d)제어기에 제어 논리 및 메모리를 제공하는 단계와,
    (e)상기 제어기를 상기 압력 제어 밸브로 연결하는 단계와,
    (f)상기 압력 제어 밸브를 상기 제어기로부터의 제어 신호로 활성화(energize)하고 상기 밸브 출구를 통하여 상기 유압으로 작동되는 액추에이터로 제어된 유압을 제공하는 단계와,
    (g)상기 제어된 유압을 감지하여 세트 포인트 레벨(a set point level)에서 이를 지시하는 신호를 상기 제어기의 상기 메모리로 제공하며 또한 메모리에 저장하는 단계와,
    (h)상기 유압이 상기 세트 포인트 레벨에 이르는데 요구되는 상기 압력 제어 밸브에 대한 전류의 양을 측정하는 단계와,
    (i)압력의 함수로서 상기 측정된 전류를 상기 전류의 사전 설정된 값과 비교하는 단계와,
    (j)자동으로 상기 유압 제어 시스템을 교정하기 위하여 상기 측정된 전류를 전류의 사전 설정된 값과 비교함에 기초하여 상기 제어 신호를 조절하는 단계를 포함하는
    유압 제어 시스템 교정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력을 감지하는 상기 단계는 상기 압력 제어 밸브의 상기 출구와 상기 유압으로 작동되는 액추에이터 사이에 있는 도관에 압력 스위치를 배치하는 단계를 포함하는
    유압 제어 시스템 교정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 제어 밸브를 활성화하는 상기 단계는 상기 압력 제어 밸브를 전자기적으로 작동시키는 단계를 포함하는
    유압 제어 시스템 교정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압 소스를 전기적으로 작동되는 압력 제어 밸브로 연결하는 상기 단계는 상기 소스를 압력 균형 스풀(spool) 밸브의 입구로 연결하는 단계를 포함하는
    유압 제어 시스템 교정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압 소스를 전기적으로 작동되는 압력 제어 밸브의 입구로 연결하는 상기 단계는 상기 입구를 압력 조절 밸브로 연결하는 단계를 포함하는
    유압 제어 시스템 교정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 제어 밸브의 상기 출구를 연결하는 상기 단계는 상기 출구를 자동 파워 변속기에서의 유압 액추에이터로 연결하는 단계를 포함하는
    유압 제어 시스템 교정 방법.
  7. 유압으로 작동되는 장치를 제어하는 자체 교정 시스템으로서,
    (a)유압으로 작동되는 액추에이터와,
    (b)가압된 유압액의 소스를 제공하기 위하여 상기 액추에이터에 연결된 펌프와,
    (c)상기 펌프와 상기 액추에이터 사이에 배치되고 그 사이에 유동적으로 연결된 전기적으로 작동되는 압력 제어 밸브로서 상기 제어 밸브는 공급 압력에서 유압액을 수신하고 제어 압력에서 상기 제어 밸브 출구로 유압액을 제공하도록 동작하는 제어 밸브와,
    (d)상기 압력 제어 밸브와 통신하는 제어 논리 및 메모리를 가지는 제어기로서 바람직한 유압을 성취하기 위하여 상기 압력 제어 밸브를 작동시키는 제어 신호를 제공하도록 동작하는 제어기와,
    (e)유압을 감지하는 압력 감지기로서 상기 압력 제어 밸브 출구 및 상기 유압으로 작동되는 액추에이터 사이에 배치되고 상기 제어기와 통신하여 상기 감지된 압력이 사전 결정된 레벨에 이르는 때 상기 제어기에 대해 신호를 제공하도록 동작하는 압력 감지기와,
    (f)상기 신호를 상기 메모리에 저장하는 수단 및 바람직한 유압에서 유압액을 공급하기 위하여 상기 압력 제어 밸브에 의하여 요구되는 전류의 양을 측정하는 수단을 가지는 상기 제어기와,
    (g)상기 측정된 전류를 압력의 함수로서 교정된 전류 값과 비교하는 수단을 더 가지는 상기 제어기이되 상기 제어기는 상기 측정 전류와 상기 교정 전류를 비교함에 기초하여 상기 제어 신호를 조절하도록 작동하는 상기 제어기를 포함하는
    자체 교정 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 압력 감지기는 압력 스위치를 포함하는
    자체 교정 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 압력 제어 밸브는 압력 균형 스풀을 포함하는
    자체 교정 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 클러치 액추에이터를 포함하는
    자체 교정 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 유압으로 작동되는 장치는 자동 파워 변속기를 포함하는
    자체 교정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는 변속기 제어 모듈을 포함하는
    자체 교정 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 압력 제어 밸브는 가변력 솔레노이드 밸브(a variable force solenoid valve)를 포함하는
    자체 교정 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가변력 솔레노이드 밸브는 3방향 밸브를 포함하는
    자체 교정 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 펌프로 연결되어 그로부터의 유압을 조절하는 압력 조절 밸브를 더 포함하는
    자체 교정 시스템.
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