KR20070076667A - 솔레노이드 밸브의 제어장치 - Google Patents

솔레노이드 밸브의 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔레노이드 밸브의 제어장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 솔레노이드 저항 측정시 솔레노이드 밸브의 발열량을 줄일 수 있는 솔레노이드 밸브의 제어장치를 제공함에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 역전류에 대비한 별도의 보호회로를 필요로 하지 않는 솔레노이드 밸브의 제어장치를 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명은 솔레노이드 밸브, 상기 솔레노이드 밸브를 온 또는 오프시키는 스위치, 상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압을 증폭시키는 증폭기, 상기 증폭기의 출력을 이용하여 상기 솔레노이드 밸브의 저항을 구하는 제어부를 포함한다.

Description

솔레노이드 밸브의 제어장치{A control apparatus of solenoid valve}
도 1은 종래의 솔레노이드 밸브 제어장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 제어장치를 도시한 회로도이다.
도 3은 도2의 솔레노이드 밸브 제어장치에서 솔레노이드 저항을 구하는 과정을 도시한 흐름도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
30:솔레노이드 밸브의 코일 31:정전압원
32:제1스위치 34:제2스위치
35:마이컴 37:솔레노이드 저항
40:증폭기 41:OP-AMP
본 발명은 솔레노이드 밸브의 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 솔레노이드 밸브의 저항을 구할 수 있는 솔레노이드 밸브의 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 솔레노이드 밸브는 전자석의 원리를 이용하여 유체의 흐름을 제어하는 밸브로, 통상 안티록 브레이크 시스템(Anti-lock Brake System ; 이하 ABS라 칭함)을 장착한 차량은 4바퀴에 각각 솔레노이드 밸브가 설치된다. 솔레노이드 밸브가 설치된 ABS 차량에서는 제동력이 차량의 바퀴와 노면사이의 마찰력을 초과하여 미끄러지기 시작하면 해당 바퀴의 솔레노이드 밸브를 작동하여 바퀴에 가해지는 압력을 감소시켜 주고, 차량의 바퀴가 굴러가기 시작하면 솔레노이드 밸브를 작동하여 바퀴에 가해지는 압력을 증가시키는 동작이 연속적으로 일어난다. 이러한 ABS 동작에 의해 차량이 미끄러지지 않고, 안정적으로 제동이 이루어진다.
종래에는 솔레노이드 밸브의 개도를 제어하기 위해 통상 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 이용하였는데 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 이용하여 솔레노이드 밸브의 개도를 제어하기 위해서는 솔레노이드 밸브에 설치되는 코일의 저항성분크기를 감지할 필요가 있었다. 이하에서 도1을 참조하여 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 제어하기 위한 종래의 제어회로 및 제어방법을 설명한다.
도1에 도시된 바와 같이 종래 솔레노이드 밸브의 제어장치는 솔레노이드 밸브의 코일(10)과, 정전압원(11)과, 정전압원(11)에 순차적으로 연결된 풀업저항(18) 및 역전압 방지 다이오드(19)와, 솔레노이드 밸브를 온 또는 오프시 키기 위한 제1FET(Field effect transistor:전계효과트랜지스터-이하에서 FET라 한다)(12)와, 솔레노이드 밸브의 코일(10)과 배터리(13)를 전기적으로 차단하거나 연결하는 제2FEET(14)와, PWM(pulse-width modulation:펄스폭 변조)제어신호를 발생시켜 제1 및 제2FET(12,13)의 개폐를 제어하는 마이컴(15)을 구비한다.
이하에서 종래 솔레노이드 밸브 제어장치의 동작(특히, 전류제어를 위해 솔레노이드 저항(17)을 측정하는 동작)을 설명한다. 솔레노이드 밸브를 제어하고자 할 시점에서 마이컴(15)은 제1FET(12)에 온 신호, 제2FET(14)에 오프신호를 전송하여 제1FET(12)는 온 시키고 제2FET(14)는 오프시킨다. 따라서 배터리(13)는 솔레노이드 밸브의 코일(10)와 전기적으로 차단된다. 다음으로 마이컴(15)은 V1과 V2의 측정값을 입력받는다. V1과 V2가 입력되면 마이컴(15)은 미리 저장된 계산식에 의해 솔레노이드 저항(17)을 계산한다. 솔레노이드 저항(17)의 계산식은
(정전압-V1)/풀업저항=V2/솔레노이드 저항(단, V1은 역전압 방지 다이오드(19)와 풀업저항(18) 사이에서 측정된 전압, V2는 역전압 방지 다이오드(19)와 솔레노이드 밸브의 코일(30) 사이에서 측정된 전압이고, 제1FET의 저항은 0으로 가정함.)
이다. 위 식에서 정전압, 풀업저항, V1, V2의 크기는 알 수 있으므로 이 값들을 식에 대입하여 솔레노이드 저항(17)의 값을 얻을 수 있다.
마이컴(15)은 솔레노이드 저항(17)의 크기가 구해지면 솔레노이드 저항(17)의 크기를 고려하여 제1FET(12)에 인가되는 PWM제어신호를 조절함으로써 솔레노이드 밸브를 흐르는 전류의 크기를 조절한다. 또한, 솔레노이드 밸브의 전류가 조절 될 경우 솔레노이드 밸브의 코일(10)에 의해 발생되는 자기장의 세기 및 자기코어의 이동정도가 조절되어 솔레노이드 밸브의 개도가 조절된다.
그러나, 이와 같은 종래의 솔레노이드 밸브의 제어장치는 솔레노이드 저항(17) 측정시 측정의 정확성을 높이기 위해 풀업저항(18)의 크기를 솔레노이드 저항(17)의 크기와 유사한 범위의 값으로 설정하였다. 따라서 솔레노이드 저항(17) 측정시 정전압원(11)에 의해 솔레노이드 밸브에 흐르는 전류의 크기가 커짐으로써 솔레노이드 밸브의 코일(10)에서 많은 양의 열이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 배터리(13)에서 정전압원(11)으로 흐르는 역전류로부터 정전압원(11)을 보호하기 위해 보호회로가 필요한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 솔레노이드 저항 측정시 솔레노이드 밸브의 발열량을 줄일 수 있는 솔레노이드 밸브의 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 역전류에 대비한 별도의 보호회로를 필요로 하지 않는 솔레노이드 밸브의 제어장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 솔레노이드 밸브, 상기 솔레노이드 밸브를 온 또는 오프시키는 스위치, 상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압을 증폭시키는 증폭기, 상기 증폭기의 출력을 이용하여 상기 솔레노이드 밸브의 저항을 구하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는 상기 증폭기의 출력에서 상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압을 계산하고, 상기 계산된 전압을 이용하여 제1솔레노이드 저항을 계산하고, 상기 제1솔레노이드 저항에 대응하는 솔레노이드 저항 오프셋을 계산하고, 상기 솔레노이드 저항 오프셋을 반영하여 상기 제1솔레노이드 저항의 크기를 보정함으로써 제2솔레노이드 저항을 구하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압은 상기 증폭기의 출력을 상기 증폭기의 증폭비로 나누어 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1솔레노이드 저항의 계산은 상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압을 상기 솔레노이드 밸브에 흐르는 전류로 나눈 값에서 미리 설정된 상기 스위치의 저항값을 감산하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 솔레노이드 저항 오프셋은 상기 제1솔레노이드 저항의 크기에서 상기 솔레노이드 밸브의 온도를 추정하고, 상기 추정된 온도에서의 상기 스위치의 저항과 미리 설정된 스위치의 저항간의 차이를 상기 증폭기의 증폭비로 곱하여 구한 값인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 증폭기는 차동증폭기인 것을 특징으로 한다.
또한 솔레노이드 밸브, 상기 솔레노이드 밸브를 온 또는 오프시키는 스위치,
상기 솔레노이드 밸브에 인가되는 전압을 증폭시키는 증폭기, 상기 증폭기의 출력을 이용하여 상기 솔레노이드 밸브의 저항을 구하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는 상기 증폭기의 출력에서 상기 솔레노이드 밸브에 인가되 는 전압을 계산하고, 상기 계산된 전압을 이용하여 제1솔레노이드 저항을 계산하고, 상기 제1솔레노이드 저항에 대응하는 솔레노이드 저항 오프셋을 계산하고, 상기 솔레노이드저항 오프셋을 반영하여 상기 제1솔레노이드 저항의 크기를 보정함으로써 제2솔레노이드 저항을 구하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 제어장치는 솔레노이드 밸브의 코일(30)과, 정전압원(31)과, 솔레노이드 밸브를 온 또는 오프시키기 위한 제1스위치(32)와, 솔레노이드 밸브의 코일(30)과 배터리(33)를 전기적으로 차단하거나 연결하는 제2스위치(34)와, 솔레노이드 밸브의 코일(30) 및 제1스위치(32)에 인가되는 전압의 크기를 증폭하는 증폭기(40)와, 제1 및 제2스위치(32,34)의 개폐를 제어하고 솔레노이드 저항(37)을 추정하는 마이컴(35)을 구비한다.
솔레노이드 밸브의 코일(30)은 인덕턴스 성분(36)과 저항성분(37)으로 나눠지는데 코일(30)에 전류가 흘러 자기장이 발생됨으로써 코일내부에 위치하는 자기코어를 이동시키고, 자기코어의 이동정도에 따라 유체의 흐름이 조절된다. 따라서 솔레노이드 밸브의 코일(30)에 흐르는 전류의 크기를 조절하면 유체의 흐름이 조절된다.
정전압원(31)은 약 5V의 크기를 가지는데 정전압원(31)에는 풀업저항(38)이 연결되고, 풀업저항(38)의 일단은 제2스위치(34)와 솔레노이드 밸브의 코일(30) 사이에 연결된다. 풀업저항(38)은 제1스위치의 저항에 비해 상대적으로 크기가 큰 저 항을 선택함이 바람직하며, 따라서 종래와 같이 배터리(33)에 의한 역전류로부터 정전압원(31)을 보호하기 위한 별도의 보호회로를 필요로 하지 않는다. 또한, 풀업저항(38)의 크기가 커짐에 따라 솔레노이드 저항(37)의 추정과정 수행시 정전압원(31)에서 솔레노이드 밸브의 코일(30)로 흐르는 전류의 크기가 감소되어 솔레노이드 밸브의 코일(30)에서 열의 발생이 감소한다.
제1스위치(32)는 MOSFET(Metal-Oxide semiconductor field effect transistor:금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터:이하에서 MOSFET이라 한다)으로 구성되며, MOSFET의 게이트 단자는 마이컴(358)과 연결되어 마이컴(35)의 제어신호에 의해 MOSFET이 온 되거나 오프된다. MOSFET이 온 되면 전류가 흐를 수 있는 루프가 형성되므로 솔레노이드 밸브가 온되어 솔레노이드 밸브의 코일(30)로 전류가 흐르게 되고, MOSFET이 오프되면 전류가 흐를 수 있는 루프가 차단되어 솔레노이드 밸브도 오프된다.
제2스위치(34)도 MOSFET으로 이루어지며, 제1스위치(32)와 마찬가지로 MOSFET의 게이트 단자가 마이컴(35)에 연결되어 마이컴(35)의 제어신호에 의해 MOSFET이 온 되거나 오프된다. 제2스위치(34)는 배터리(33)에서 솔레노이드 밸브로 전원을 공급하고자 할 경우에는 온 되고, 솔레노이드 저항(37)을 추정하고자 할 때에는 오프된다. 따라서 솔레노이드 저항(37)을 구할 때 배터리(33)는 솔레노이드 밸브와 전기적으로 차단되며, 단지 정전압원(31)만이 솔레노이드 밸브에 연결된 상태가 된다.
증폭기(40)는 반전단자와 비반전단자의 입력차를 증폭시키는 차동증폭기이다. 여기에서 차동이란 두 입력의 차이에 반응하여 증폭하는 것을 의미한다. 차동증폭기는 OP-AMP(41)와 OP-AMP(41)에 연결되는 다수의 저항들(42,43,44)로 구성된다. 차동증폭기에 동상신호가 입력되면 동상신호는 제거되지만, 양 단자에 입력되는 신호의 상이 다를 경우 입력차만큼 증폭된다. 따라서 통상 입력되는 신호는 증폭되지만 잡음(또는 노이즈)은 제거된다.
마이컴(35)은 다양한 입력정보(예를 들면 휠 스피드 등)를 기초로 하여 제1 및 제2스위치(32,34)에 PWM(pulse-width modulaton:펄스폭 변조)제어신호를 전송함으로써 솔레노이드 밸브의 동작을 제어한다. 또한, 마이컴(35)에는 온도에 대응하는 솔레노이드 저항(37)의 크기-제1스위치(32)의 저항의 크기에 대한 정보가 테이블로 저장되어 있다.
예를 들면 25℃에서 제1스위치(32)의 저항은 50mΩ, 솔레노이드 저항(37)은 5Ω이고,80℃에서 제1스위치(32)의 저항은 60mΩ, 솔레노이드 저항(37)은 7Ω이며,
120℃에서 제1스위치(32)의 저항은 80mΩ, 솔레노이드 저항(37)은 9Ω로 저장되어 있다. 각 온도에서 솔레노이드 저항(37)과 제1스위치(32)의 저항의 크기는 실험 또는 제조사에서 제공된 값을 사용하며, 이 값들은 솔레노이드 저항(37)의 추정단계에서 솔레노이드 저항(37)의 오프셋을 계산하기 위해 사용된다.
도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 솔레노이드 밸브 제어장치의 동작을 설명한다. 솔레노이드 밸브의 개도를 조절하기 위해 마이컴(35)은 솔레노이드 밸브의 코일(30)에 흐르는 전류를 조절하는데 솔레노이드 밸브의 코일(30)에 흐르는 전류의 조절을 위해 마이컴(35)은 먼저 솔레노이드 저항(37)의 크기를 추정하는 동작을 수행한다.
솔레노이드 저항(37)의 크기를 추정하는 동작의 수행시 마이컴(35)은 PWM제어신호를 전송하여 제1스위치(32)는 온 시키고, 제2스위치(34)는 오프시킨다(50). 따라서 정전압원(31)만 솔레노이드 밸브에 전원을 공급한다.
정전압원(31)이 솔레노이드 밸브에 전원을 공급하는 상태에서 마이컴(35)은 증폭기(40)의 출력을 입력받는다(52). 증폭기(40)의 출력단과 마이컴(35) 사이에는 A/D(Analog to digital)변환기(미도시)가 연결되어 증폭기에서 출력되는 전압의 크기에 비례하는 디지털 신호를 마이컴(35)으로 전송한다.
증폭기(40)의 출력이 입력되면 마이컴(35)은 증폭기(40)의 출력을 이용하여 솔레노이드 밸브의 코일(30) 및 제1스위치(32)에 인가되는 전압을 계산한다(54). 증폭기의 출력 = 증폭기의 입력차 * 증폭기의 이득
에서 증폭기(40)의 출력은 측정값으로 알 수 있고 증폭기(40)의 이득(A)은 미리 알고 있는 값이므로 증폭기(40)의 입력차(또는 솔레노이드 밸브의 코일(30) 및 제1스위치(32)에 인가되는 전압의 크기)를 알 수 있게 된다.
솔레노이드 밸브의 코일(30) 및 제1스위치(32)에 인가된 전압의 크기를 구한 후 마이컴(35)은
(정전압-V3)/풀업저항=V3/(솔레노이드 저항+Rfet)(단, Rfet는 제1스위치의 저항이며 특정값으로 설정함, V3는 솔레노이드 밸브의 코일과 제1스위치에 인가되는 전압임)
를 이용하여 제1솔레노이드 저항을 구한다(56). 여기에서 정전압, 풀업저항(38), Rfet는 미리 정해진 값이고, V3는 측정값이므로 제1솔레노이드 저항을 계산할 수 있게 된다.
제1솔레노이드 저항의 크기가 구해지면 마이컴(35)은 제1솔레노이드 저항(37)의 정확성을 높이기 위해 솔레노이드 저항의 오프셋을 보정하는 과정을 수행한다. 솔레노이드 저항의 오프셋은 주로 온도에 따라 솔레노이드 저항(37) 및 제1스위치(32)의 저항이 변화하고, 변화된 부분이 반영되지 않은 상태에서 솔레노이드 저항이 구해지기 때문에 발생한다. 솔레노이드 저항의 오프셋을 구하기 위해 마이컴(35)은 온도에 대응하는 솔레노이드 저항의 크기-제1스위치의 저항의 크기에 대한 테이블을 참고하여 제1솔레노이드 저항의 크기에 대응하는 온도를 확인한다. 그리고 해당 온도에서의 제1스위치 저항의 크기를 확인한다.
해당 온도에서의 제1스위치 저항의 크기가 확인되면 확인된 제1스위치 저항(Rfet)의 크기와 최초 특정값으로 설정된 제1스위치 저항(Rfet)의 크기차를 계산한다. 저항의 크기차가 계산되면
제1솔레노이드 저항의 오프셋 = 제1스위치 저항의 크기차이 * 증폭기의 증폭비
를 이용하여 제1솔레노이드 저항의 오프셋을 결정한다(58).
최초 설정된 제1스위치 저항(Rfet)의 특정값과 제1솔레노이드 저항의 크기에 대응하여 추정된 제1스위치 저항(Rfet)의 크기 차이가 없다면 솔레노이드 저항(37)을 추정하는 과정을 종료하고, 양자의 크기차이가 있다면 제1솔레노이드 저항의 오프셋을 구하여 보정하는 과정을 수행한다(60).
제1솔레노이드 저항의 오프셋을 보정하기 위해 제1솔레노이드 저항의 오프셋을 제1솔레노이드 저항에서 가감하고, 그에 따라 제1솔레노이드 저항 보다 정확도가 높아진 제2솔레노이드 저항을 구한다(62).
제2솔레노이드 저항이 구해지면 마이컴(35)은 솔레노이드 밸브에 적절한 전류가 흐를 수 있도록 제2솔레노이드 저항의 크기와 배터리(33)의 크기를 고려하여 제1 및 제2 스위치(32,34)에 PWM제어신호를 전송한다.
본 명세서에서는 솔레노이드 저항(37)의 오프셋 보정과정을 1회만 실시하는 것으로 예시하였으나 오프셋 보정의 횟수는 반드시 이에 한정되지 않고 복수회 수행할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 증폭기(40)가 솔레노이드 밸브와 제1스위치(32)에 인가되는 전압을 증폭하는 것으로 설정하였지만, 증폭기(40)의 반전단자와 비반전단자가 각각 솔레노이드 밸브의 코일(30) 양 단자에 연결되도록 할 수도 있다. 이와 같이 구성될 경우 제1솔레노이드 저항을 계산하기 위한 식은 다음과 같다.
(정전압-Vsol)/(풀업저항+Rfet)=Vsol/솔레노이드 저항
(단, Rfet는 제1스위치의 저항이며 특정값으로 설정됨, Vsol은 솔레노이드 밸브의 코일에 인가되는 전압임)
그리고, 솔레노이드 저항(37)의 크기를 추정하기 위한 나머지 과정은 상기한 과정과 동일하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 솔레노이드 밸브의 열 발생량이 감소된다. 또한, 정전압원을 보호하기 위한 별도의 보호회로를 필요로 하지 않는다. 또한, 신호 대 잡음(S/N)비를 크게 개선할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 솔레노이드 밸브,
    상기 솔레노이드 밸브를 온 또는 오프시키는 스위치,
    상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압을 증폭시키는 증폭기,
    상기 증폭기의 출력을 이용하여 상기 솔레노이드 밸브의 저항을 구하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브의 제어장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 증폭기의 출력에서 상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압을 계산하고, 상기 계산된 전압을 이용하여 제1솔레노이드 저항을 계산하고, 상기 제1솔레노이드 저항에 대응하는 솔레노이드 저항 오프셋을 계산하고, 상기 솔레노이드 저항 오프셋을 반영하여 상기 제1솔레노이드 저항의 크기를 보정함으로써 제2솔레노이드 저항을 구하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브의 제어장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압은 상기 증폭기의 출력을 상기 증폭기의 증폭비로 나누어 계산하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸 브의 제어장치
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1솔레노이드 저항의 계산은 상기 솔레노이드 밸브 및 상기 스위치에 인가되는 전압을 상기 솔레노이드 밸브에 흐르는 전류로 나눈 값에서 미리 설정된 상기 스위치의 저항값을 감산하여 수행하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브의 제어장치
  5. 제2항에 있어서,
    상기 솔레노이드 저항 오프셋은 상기 제1솔레노이드 저항의 크기에서 상기 솔레노이드 밸브의 온도를 추정하고, 상기 추정된 온도에서의 상기 스위치의 저항과 미리 설정된 스위치의 저항간의 차이를 상기 증폭기의 증폭비로 곱하여 구한 값인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브의 제어장치
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기는 차동증폭기인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브의 제어장치
  7. 솔레노이드 밸브,
    상기 솔레노이드 밸브를 온 또는 오프시키는 스위치,
    상기 솔레노이드 밸브에 인가되는 전압을 증폭시키는 증폭기,
    상기 증폭기의 출력을 이용하여 상기 솔레노이드 밸브의 저항을 구하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브의 제어장치
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 증폭기의 출력에서 상기 솔레노이드 밸브에 인가되는 전압을 계산하고, 상기 계산된 전압을 이용하여 제1솔레노이드 저항을 계산하고, 상기 제1솔레노이드 저항에 대응하는 솔레노이드 저항 오프셋을 계산하고, 상기 솔레노이드저항 오프셋을 반영하여 상기 제1솔레노이드 저항의 크기를 보정함으로써 제2솔레노이드 저항을 구하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브의 제어장치
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