KR20090028780A - 자동차의 액추에이터의 작동을 위한 전기유압식 제어 시스템 - Google Patents

자동차의 액추에이터의 작동을 위한 전기유압식 제어 시스템 Download PDF

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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은, 자동차에서 적어도 하나의 액추에이터(2 내지 5), 특히 피스톤-실린더 조립체를 작동시키기 위한 전기유압식 제어 시스템(1)으로서, 조립체(7)를 포함하며, 이 조립체(7)는 전자 제어 유닛(ECU)과, 이 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 작동되어 고압 펌프(9)를 구동하는 전동 모터(8)와, 수납체(receiving body)를 구비하고, 이 수납체는 전기유압식 밸브(10 내지 17), 채널 및 제어 가능한 고압 펌프(9)를 수용하며, 고압 펌프(9)는 유압 연결구(30, 31; 32, 33)를 통해 압력 변환기(27) 및/또는 용기(34)에 연결되는 한편, 액추에이터(2 내지 5), 특히 피스톤-실린더 조립체의 압력 공간에도 연결될 수 있으며, 전기유압식 밸브(10 내지 17)와 전동 모터(8)는 전기 제어 유닛(ECU)에 네트워킹되어 있으며, 전기유압식 밸브(10, 11; 10, 12; 13, 14; 13, 15)가 고압 펌프(9)를 배기시킴은 물론, 액추에이터(2 내지 5)의 체적 흐름 및/또는 압력을 제어하도록 제공되는 것인 전기유압식 제어 시스템(1)에 관한 것이다.
본 발명의 핵심은, 전기유압식 제어 시스템(1)에서 고압 펌프(9)를 배기시키는 데에는 물론, 액추에이터(2 내지 5)에서의 압력을 제어하는 데에 동일한 전기유압식 밸브(10 내지 17)의 쌍을 이용하는 것이라 하겠다.
Figure P1020097001302
전기유압식 제어 시스템, 자동차, 브레이크 제어 시스템, 솔레노이드 전환 밸브

Description

자동차의 액추에이터의 작동을 위한 전기유압식 제어 시스템{ELECTROHYDRAULIC CONTROL SYSTEM FOR THE ACTUATION OF AN ACTUATOR IN A MOTOR VEHICLE}
본 발명은, 자동차의 액추에이터의 작동을 위한 전기유압식 제어 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템의 일반적인 형태는 전기유압식 제어 유닛[조립체(7)]을 구비하는 것으로, 전기 에너지를 기계적 일로 또는 그 반대로 전환한다.
일반적인 형태의 차량 브레이크 시스템은 고압 펌프를 구비하고, 이 펌프의 배제 공간을 배기(ventilation)시키기 위한 체크 밸브(유입 및 유출 밸브)를 구비하고 있다. 전자기 작동식 유입 밸브 및 전자기 작동식 유출 밸브가 각각의 휘일 브레이크에 마련된다. 고압 펌프의 흡입 및 압력 경로에서 잠금 방지 제동 모드(피드백 기능)와 자발적 압력 축적 모드(주행 안정화 기능) 간의 전환 프로세스가 이루어지도록 하기 위해, 브레이크 회로마다 2개의 추가적인 전자기 작동식 밸브가 마련된다[차단 밸브(TV) 및 솔레노이드 전환 밸브(EUV)]. 차단 밸브는 압력 변환기(마스터 브레이크 실린더)의 압력 챔버와 액추에이터(휘일 브레이크) 간의 직접적인 유압 연결을 분리시키는 데에 이용된다. 전환 밸브는 압력 변환기의 압력 챔버(또는 탱크, 용기 혹은 저장조)로부터 하나 이상의 액추에이터 쪽으로 무관계 작 동(extraneous actuation)에 의해, 즉 사람의 조작에 관계없이 압력 매체를 공급할 수 있게 한다. 브레이크 시스템에서 브레이크 회로의 체제(예를 들면, 대각선 또는 흑/백 분할)에 따라, 그리고 다양한 차량 구동 트레인(총륜 구동, 전륜 구동 또는 후륜 구동)에 따라, 총 12개 내지 14개의 솔레노이드 밸브가 수납체에서의 상응하는 개수의 보어와 함께 마련되어야 한다. 이는 보어 및 전자기 작동식 밸브에 대한 비용을 증가시킨다. 전동 모터에 의해 부분적으로 수행되는 회전 속도 제어를 제외하면, 차량에 탑재된 전기 시스템에서 에너지 소모 또는 부하는 고려되고 있지 않다. 이러한 방식은, 예를 들면 차간 거리 제어기와 같은 운전자의 운전 편리성과 관련된 추가적인 기능들의 경우에, 제공된 부족한 자원을 소모시킬 수 있고 게다가 그러한 조립체에는 수많은 부하 상황에서 불필요하게 과도한 부하가 걸릴 수 있어 부하의 필요한 상호 작용을 따를 수 없기 때문에, 유지될 수 없다.
매우 일반적인 측면에서, 유압 시스템에서는 압력 제어, 체적 흐름 제어, 및 파워 제어 간에 구분이 이루어진다. 고압 펌프에서 급송된 체적 또는 제공된 압력의 구체적인 제어에 있어서, 4가지의 기본적인 작동 방법을 확인할 수 있다.[예를 들면, J. Ivantsyn의 "Hydrostatische Pumpen und Motoren(정압형 펌프 및 모터)"(제1 판, 1993년, Vogel Fachbuch Verlag) 참조].
공지된 첫 번째의 제어 원리에서, 전동 구동식 고압 펌프의 급송 용량은 전기 모터의 회전 속도를 제어함으로써 제어된다. 이러한 시스템에서, 전동 모터는 유압 펌프에 대한 기계적 작동 연결부를 갖고 있다. 급송되는 체적 흐름은 전동 모터의 회전 속도에 좌우된다. 유압 펌프 자체는 급송 흐름이나 압력에 영향을 미 칠 수 있는 제어 시스템을 갖지 않는다. 전동 모터에 대한 요구 조건은 엄격하다. 이는 낮은 부하측 시스템 압력으로 큰 체적 흐름을 처리함은 물론 높은 시스템 압력으로 적은 체적 흐름을 처리할 수 있어야 하기 때문이다. 급송 체적 흐름은 전동 모터의 회전 속도에 비례하는 반면, 부하측 시스템 압력은 전동 모터에 의해 가해지는 토크에 비례한다. 따라서, 전기유압식 시스템의 전동 모터는 높은 회전 속도는 물론 높은 토크를 위해 구성되어야 한다. 이는 전동 모터의 비용을 증가시킨다.
이러한 이유로, 전동 모터가 일정한 속도로 작동하고 바이패스에 바이패스 밸브가 마련되어 있는 전기유압식 시스템이 종래에 제안되었다. 고압 펌프의 급송 체적 흐름은 바이패스 밸브를 조절함으로써 제어된다. 이러한 원리에서는 고압 펌프가 원하는 체적 흐름을 지속적으로 생성할 필요가 있는 데, 이 경우 어떠한 유압적 작동이 수행되지 않은 경우에도 체적 흐름이 제공될 수 있다. 따라서, 차량에 탑재된 전기 시스템의 과부화 상황(strained situation)을 고려하여 피해야 하는 파워 손실이 증가하여 자동차에서 에너지 비용을 증가시킨다.
세 번째 해법으로서, 고압 펌프가 자동차의 구동 모터에 기계적으로 연결된 시스템이 제안되어 있다. 고압 펌프의 구동 회전 속도는 결국 자동차의 구동 회전 속도에 좌우된다. 이로 인해, 고압 펌프 자체가 낮은 구동 회전 속도에서 요구되는 유압 파워를 항시 제공할 수 있도록 상응하는 조치가 취해져야 한다. 비교적 높은 구동 모터 회전 속도에서의 상황은 이에 대응하여 반대로 된다. 이러한 단점들을 보상하기 위해, 고압 펌프의 포괄적인 기계적 조절 능력이 예를 들면 공조 압 축기에서의 요동판(swash plate)에 의한 것과 같이 이용될 수 있어야 한다.
마지막으로, 예를 들면 조절 가능한 오리피스에 의한 흡입 체적 흐름에서의 조절 가능한 교축(throttle)에 의해 급송 흐름을 제어하는 시스템이 공지되어 있다. 이와 관련하여, 소음 공해나 케비테이션(cavitation)과 같은 유압적 역효과가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 전술한 단점을 해소하고자 하는 것으로, 조절 가능한 고압 펌프를 구비하는 한편, 경제적이고 컴팩트한 구조를 갖고 자원을 절약할 수 있는 소모 수준을 가지며, 또한 차량의 브레이크 제어 시스템 외의 용례에도 보편적으로 적합한 간단한 전기유압식 제어 시스템을 이용할 수 있게 하는 데에 있다.
전술한 목적은 청구항 1의 전체 특징을 갖는 전기유압식 제어 시스템에 의해 달성된다. 고압 펌프는 자흡식(self-priming)으로서, 흡입 밸브 및 압력 밸브가 전기유압식으로 작동할 수 있는 제어 밸브로서 구현된다는 점에 의해 제어 가능하고 가역적일 수 있다. 이와 관련하여, 압력 센서가 (고압 펌프를 기준으로 할 때) 유압 밸브의 하류측의 흡입측 및 압력측에 각각 마련되어, 원하는 압력 값을 설정값/실제값의 비교 및 해당 밸브 작동에 기초하여 설정될 수 있다.
종속 청구항들의 특징의 전체 조합은 먼저 제어 밸브가 펌프의 배제 공간의 배기를 담당하게 할 뿐만 아니라, 급송 흐름의 압력 및 방향 제어를 담당할 수 있게 한다. 본 발명은 2개의 밸브에 기초한 간단한 제어를 가능하게 한다. 이러한 방식은 수납체에서의 보어의 형성을 간단하게 한다. 필요한 솔레노이드 밸브의 개수는 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 특징, 개선점, 및 세부 사항은 종속 청구항은 물론 도면을 참조한 상세한 설명에서 드러날 것이다.
도 1은 개방형 듀얼 서킷 브레이크 제어 시스템(dual-circuit brake control system)의 예를 이용하는 유압 제어 시스템의 유압 회로도이고,
도 2는 도 1에 따른 회로도에 기초하여, 마스터 실린더-시뮬레이터 유닛이 통합되어 있는 브레이크 제어 시스템용 수납체를 구비한 조립체의 개략적 단면도이며(8개의 밸브),
도 3은 도 2에 따른 조립체를 나타내는 도면이고,
도 4는 폐쇄형 듀얼 써킷 브레이크 제어 시스템의 예를 이용하는 실시예의 유압 회로도이며,
도 5는 도 4에 따른 브레이크 제어 시스템의 휘일 브레이크 브랜치의 개략적 부분 단면도이고,
도 6은 도 5에 따른 브레이크 제어 시스템용 수납체의 보어 구상을 갖는 조립체의 개략도이며(6개의 밸브),
도 7은 도 6에 따른 조립체를 나타내는 도면이고,
도 8은 액추에이터를 구비한 폐쇄형 전기유압식 제어 시스템의 개략적 부분 단면도이며,
도 9는 도 8에 따른 제어 시스템을 위한 조립체를 나타내는 도면이고,
도 10은 도 9에 따른 통합 액추에이터를 갖는 제어 시스템을 위한 조립체를 통해 취한 부분 단면도이며,
도 11은 제어 시스템을 위한 컴팩트형 조립체를 통해 취한 단면도이고,
도 12는 고압 펌프를 갖는 제어 시스템에서 상이한 작동 스트로크 및 작동 조건을 명시하는 도면이고,
도 13 및 도 14는 듀얼 써킷 제어 시스템을 위한 조립체의 수납체를 반투명 상태로 도시한 사시도이며,
도 15는 듀얼 써킷 제어 시스템을 위한 제어 가능한 가역 고압 펌프의 단면도이다.
자동차에서 유압 부스터로서 효과적이고 특히 적어도 하나의 액추에이터(2, 3, 4, 5)의 바이와이어(by-wire)식 작동을 위해 이용하는 다중 회로형 전기유압식 제어 시스템(1)에 대해 설명한다. 전체 조립체에서의 시스템의 범위는 도면에서 파선으로 표시되어 있다. 전기적 요소와 마이크로제어기 간의 전기 신호 흐름은 1점 쇄선으로 도시되어 있다(명료화를 유지하기 위해 단지 하나의 유압 회로에 대해서만 나타냄). 기본적으로, 도시한 전기유압식 제어 시스템은 공지의 공압식, 전기기계식 또는 유압식 부스터, 특히 브레이크 부스터(6)를 대체할 수 있다. 예를 들면, 특히 휘일 브레이크(R1 내지 R4)와 같은 피스톤-실린더 조립체가 액추에이터(2, 3, 4, 5)로서 이용된다. 휘일 브레이크(R1 내지 R4)는 기본적으로 공압식 브레이크 부스터(6)에 의한 부분 진공 부스팅과는 별도로 작동될 것이다.
도 1의 회로도에 따른 브레이크 제어 시스템의 예를 이용하는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 전기유압식 제어 시스템(1)은 특히 마이크로프로세서와 같은 전자적 요소 및 이에 연결된 밸브 코일을 수용한 전자 제어 유닛(ECU), 유압 제어 유닛(HCU), 및 유압 제어 유닛(HCU)에 부착되고 ECU에 전기적으로 연결되어 유압 제어 유닛(HCU)의 고압 펌프(9)를 구동시키도록 ECU에 의해 작동되는 전기 모터(8)를 갖는 블록형 조립체(7)를 포함한다. 유압 제어 유닛(HCU)은 하우징으로서, 가역적 급송 흐름을 갖는 고압 펌프(9), 전자기적으로 작동될 수 있고 무전류 상태에서 개방되어 있는 6개의 제어 가능 밸브(10 내지 15), 및 무전류 상태에서 폐쇄되어 있는 2개의 제어 가능 밸브(16, 17)뿐만 아니라, 2개의 브레이크 회로 전체를 위한 채널을 수용하고 있다. 또한, HCU 상에 또는 그 내에 바람직하게는 5개의 압력 감지 수단(18, 22)을 배치하여, 흡입 압력(admission pressure) 및 휘일 브레이크 압력을 감지하도록 하는 것이 적합하다. 따라서, 휘일 회전 센서(23, 24, 25, 26)의 회전 정보와 함께, 슬립 제어식 개별 휘일 브레이크 압력 제어를 수행할 수 있게 된다.
제어 시스템(1)에 대한 더 상세한 설명은 대응하는 다른 브레이크 회로가 아주 무시할 만한 예외 사항을 제외하면 동일하기 때문에 하나의 브레이크 회로를 기준으로 만 할 것이며, 이에 따라 아래에서 설명하는 특징들은 두 브레이크 회로 모두에 대해 동일한 방식으로 제공된다.
무전류 응급 제동 모드(currentless emergency braking mode)의 경우, 압력 변환기(마스터 실린더)(27)의 압력 챔버(28, 29)는 분기점(P1)에서 분기되는 라 인(30)을 통해 브레이크 회로 내에 구성된 2개의 휘일 브레이크(R1, R2) 각각에 직접 연결된다. 이는 압력 변환기(27)와 액추에이터(2, 3) 사이의 유압 작용이 직접적인 방식으로 수행되게 한다. 도 1에서와 같이 압력 변환기(27)가 통상의 공압 작동식 브레이크 부스터(6)에 배정된 경우, 서보 부스터(무전류)가 무전류 응급 제동 모드의 경우에도 이용될 수 있다. 그러나, 브레이크 부스터(6)가 고장시에만 액추에이터(2, 3)에 작용할 수 있도록 보장할 필요가 있다. 이는 예를 들면 작동 트레인에서 걸쳐있어야 하는 갭(gap)에 의해 달성될 수 있다.
특히 휘일 브레이크(R1 내지 R4)로서 구현될 수 있는 하나 이상의 액추에이터(2 내지 5)의 전기유압식 바이와이어식 작동을 위한 수단 및 방법에 대해 아래에서 설명한다.
아주 일반적으로, 액추에이터(2 내지 5)의 임의의 작동 프로세스 또는 해제 프로세스(제동 프로세스)를 바이와이어식으로 실시하는 것을, 즉 압력 변환기(27)에 대한 직접적인 유압적 반작용 없이 이를테면 이용 가능한 유압 부스터를 사용하여 실시하는 것이 고려될 수 있고 가능하다. 한편, 그러한 가능성을 예를 들면 선택된 제어 개입(예컨대, 트랙션 제어 개입, 주행 안정화 제어 개입)에 대해서 제한된 정도로만 이용하는 것을 고려할 수 있다. 예를 들면, 공압식 브레이크 부스터(6)를 무슨 이유(설치 공간의 부족, 진공 공급의 부족)에서든지 완전히 없애야 하는 경우, 전술한 압력원은 센서 수단(변위 센서 및/또는 힘 센서)에 의해 압력 변환기에서 감지되는 제동 요청에 따라 액추에이터(2)를 위해 이용할 수 있는 임의의 작동력을 생성할 수 있다. 그러나, 공압식 브레이크 부스터(6)가 구현될 수 있 는 경우, 여분의 해법의 측면에서 전술한 서보 보조를 유압 부스터에서 고장이 있는 경우에도 가능하게 할 수 있다.
도 1에 있어서, 각각의 액추에이터(2 내지 5)의 압력을 개별적으로 제어하기 위해, 무전류 상태에서 개방되어 있는 밸브(11 내지 15)가 각각의 휘일 브레이크(R1 내지 R4)의 상류측에 각각 연결된다. 고압 펌프(9)는 분기점(P1)과 다른 분기점(P2) 사이에서 라인(30)에 연결된다. 고압 펌프(9)는 기본적으로 일정한 회전 속도, 바람직하게는 가변적으로 제어되는 회전 속도를 갖는 전동 모터(8)에 의해 작동한다. 아래에서도 설명하는 바와 같이, 고압 펌프(9)는 제어될 수 있고 가역적일 수 있는 데, 여기서 가역적이란 용도에 따라 입구와 출구가 반대로 될 수 있음(방향이 바뀔 수 있음)을 의미한다.
고압 펌프(9)는 분기점(P2)에서부터 시작하여, 라인(30, 31)에 의해 압력 변환기(27)의 압력 챔버에, 그리고 다른 라인 섹션(32, 33)에 의해 무압력 용기(34)(저장조 또는 탱크)에 연결된다. 압력 챔버에 이르는 라인(30, 31)에는 각각 무전류 상태에서 개방되어 있는 제어 가능한 밸브(10, 13)뿐만 아니라 압력 센서(18)가 배치되어 있다. 무전류 상태에서 개방되어 있는 밸브(10, 13)는 잠금 상태에서 액추에이터(2 내지 5)로부터 압력 챔버를 분리시킴으로써 라인(30, 31)이 차단될 수 있게 한다. 압력 센서(18)는 라인(30)에서 작동 측에서 가해지는 흡입 압력을 감지할 수 있게 한다. 무전류 상태에서 폐쇄되어 있는 제어 가능한 밸브(16, 17)는 용기(34)에 이르는 각각의 라인 섹션(32, 33)에 각각 배치된다. 오작동의 발생시에 안전성을 개선시키기 위해, 무전류 상태에서 폐쇄되어 있는 밸 브(16, 17)는 잠금 상태에서 용기(34) 쪽에서의 압력에 따라 자동적으로 개방되어 용기(34) 쪽에서의 고압 펌프(9)의 과도하게 높은 압력을 감소시킬 수 있는 바이패스(35, 36)를 갖는다. 이 바이패스(35, 36)는 편의상 체크 밸브(37, 38)가 마련되고, 무전류 상태에서 폐쇄되어 있는 밸브(16, 17)에 통합되어 있다.
도시한 회로도는 자흡식(self-priming) 고압 펌프(9) 및 무전류 상태에서 개방되어 있는 3개의 밸브(10, 11, 12)를 브레이크 회로에 이용하여 전기유압적으로 부스팅하고 잠금에 대해 보호되고 있는 개별 휘일 브레이크 압력 제어를 가능하게 한다. 이와 관련하여, 밸브(10, 11, 12)는 고압 펌프(9)의 배기는 물론, 휘일 브레이크의 압력 제어도 담당하는 데, 이를 위해서는 그들 간의 상응하는 동기화뿐만 아니라, 고압 펌프(4)[익스펠러 펌프(expeller pump), 바람직하게는 레디얼 피스톤 펌프)의 편심 구동부의 회전각과는 물론 필요하다면 전동 모터(8)의 회전 속도와도 적절한 동기화도 필요하다. 밸브(10, 17)의 작동 위치는 전자 제어 유닛(ECU) 내에서 알고 있는 것이며, 이에 따라 그 정보가 추가적인 센서 또는 감지 수단 없이 동기화에 이용될 수 있다. 전동 모터(8)는 주어진 회전 방향을 갖고 있고, 모터(5)의 회전 정보[예를 들면, 편심 구동부(39)의 상사점 또는 하사점을 검출하기 위한 회전 속도/각속도, 순간 위치/회전각 위치]는 적절한 수단[회전 속도 센서 및/또는 위치 센서(40, 41)]을 이용하여 직접 측정 또는 결정된다.
특별한 맥동 감쇠 수단은 필요하지 않다. 이는 압력 변환기(27)가 분리되고 고압 펌프(9)의 흡입 프로세스가 용기(34)로부터 이루어지는 경우, 통상 제동 모드에서는 압력 변환기(27) 또는 사람/기계 인터페이스(man/machine interface : MMS) 에서 어떠한 인지 가능한 반작용도 필요로 하지 않기 때문이다. 종래의 제동 시스템과 달리, 고압 펌프(9)와 휘일 브레이크(R1, R2, R3, R4) 사이의 유압 라인(30, 31)에서의 저압 축압기 형태의 체적 신축성(volumetric elasticity)을 각각 브레이크 회로에서 없앨 수 있다. 이는 과잉의 유체가 용기(34)로 배출될 수 있기 때문이다. 저압 축압기의 제거를 통해 HCU의 전체 크기가 감소된다.
운전자에 의존하지 않은 압력 상승 프로세스(트랙션 제어 및 주행 안정화 제어)를 위해, 무전류 상태에서 폐쇄되어 있고 라인(32, 33)에서 용기(34) 쪽에 배치되어 있는 밸브(16, 17)는 고압 펌프(9)가 익스펠러 피스톤의 흡입 모드로 작동하는 동안에 흡입하도록 개방되는 반면, 무전류 상태에서 개방되어 있고 라인(30, 31)에서 압력 챔버쪽에 배치된 밸브(10, 13)는 폐쇄된다. 압력 변환기(27)의 분리로 인해, 차량의 운전자는 그러한 작동의 경우에 운전 편리성을 감소시키는 어떠한 반응도 받지 않는다. 액추에이터(2 내지 5)[휘일 브레이크(R1 내지 R4)]에서 특정 압력 수준은 무전류 상태에서 개방되어 있고 휘일 브레이크 쪽에 배치되어 있는 제어 가능한 밸브(11 내지 14)를 제어함으로써 제어된다.
고압 펌프의 전환은 다음과 같이 이루어진다. 모든 밸브(10 내지 17)는 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 작동되며, 전기유압식 제어 밸브로서 구현된다. 이러한 방식은 종래의 차압 제어식(즉, 포지티브 제어식) 펌프 체크 밸브와 달리, 편심 구동부(39)의 위상 위치 및 전동 모터(8)의 회전 속도에 따라 고압 펌프(9)의 급송에 있어서 흡입 프로세스 및 압력 프로세스에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다. 다시 말해, 급송 흐름, 유압 압력, 및 구동 회전 속도 간의 분리가 일정한 구동 파워에 의해 가능하다. 배제 스트로크(하사점 이후)에서, 바람직한 압력측에 있는 밸브는 개방 상태로 유지되고, 그 반대쪽의 흡입측에 있는 밸브는 폐쇄된다. 흡입 스트로크의 경우, 정반대의 방식으로 이루어진다. 따라서, 주어진 구동 파워에 있어서 임의의 바람직한 전기적 제어에 의해 급송 흐름을 반대로 할 수 있고, 이에 따라 모터(8)의 회전 방향을 바꾸지 않고 급송 흐름에 양 및 압력에 관해 영향을 미칠 수 있게 된다. 광범위한 전자적 개입의 가능성 또한 예를 들면 진행 중인 프로세스에서 작동된 액추에이터(2 내지 5)의 작동 거동 및 작동 특성에 영향을 미칠 수 있다. 이는 차량 브레이크 용례에 있어서, 고압 펌프(9)가 작동의 시작시에는 휘일 브레이크(R1 내지 R4)를 예비 충전(pre-fill)하도록 저압 고체적 흐름을 제공하여 작동 프로세스가 진행됨에 따라 체적 흐름을 감소시키면서 고압 범위로 연속적으로 변화하는 경우에 특히 적합하다. 이러한 기능성은 편리한 브레이크 제어를 위해 차량의 운전자에 의한 특정 작동 특성에 무관하게 연속적으로 재현가능하고 부드러운 제동 프로세스를 자동적으로 설정할 수 있게 하는 데, 하지만 이 경우 압력은 매우 다이나믹한 방식으로 증가될 수 있다. 이러한 기능성은 바람직하게는 자동적인 차간 거리 제어(ICC)에 이용될 수 있다. 밸브(10 내지 17)는 다기능적으로 유효하여, 공지의 조립체(7)에 비해 복잡성을 감소시킨다. 이는 밸브들이 고압 펌프(9)의 흡입 프로세스와 배제 프로세스를 조정하는 데에는 물론 액추에이터(2 내지 5)에서의 특정 압력 제어에 이용되기 때문이다. 따라서, 감소된 개수의 구성 요소를 갖고 액추에이터의 개선되고 편리한 작동이 달성된다.
점진적 전화(electrification)는 조립체(7)가 자동차 제어 시스템에 대체로 통합될 수 있게 하며, 이 경우, 전자 제어 유닛(ECU)은 예를 들면 압력의 자동 자발적 증가, 즉 운전자에 의존하지 않는 증가를 통해 충돌을 피하는 데에 기여하도록 차량의 다른 전자 제어 유닛과 전자적으로 네트워킹하게 된다.
게다가, ECU에는 저전압 직류 전류 또는 3상 전류를 전동 모터(8)에 공급하도록 전력 출력단이 마련되며, 이 경우 전력 출력단은 밸브(10 내지 17)를 위한 제어기와 함께 회로 보드 상에 마련될 수 있다. ECU는 특히 전동 모터(8)를 위한 전자적 전환 장치를 구비할 수 있으며, 이 전자적 전환 장치는 전자 제어 유닛(ECU) 내에 통합되게 마련 수 있다.
ECU는 적어도 휘일 회전 센서(23 내지 26), 압력 센서(18 내지 22), 전동 모터(8) 및 밸브(10 내지 17)의 코일에 전기적으로 연결되며, 하나 이상의 센서(42)(페달 이동 센서 또는 페달 압력 센서)를 갖는 적어도 하나의 사람/기계 인터페이스(페달)가 바이와이어 기능을 위해 운전자의 요청을 감지하도록 마련될 수도 있다.
전동 모터(8)와 고압 펌프(9) 사이에는 운동 변환기(kinematic transducer), 특히 편심 구동부(39) 형태의 회전/병진 변환기가 마련된다. 고압 펌프(9)는 가역적 급송 흐름을 갖는 익스펠러 펌프로서 구현되는 것으로, 본 실시예에 따르면 서로 독립된 2개의 유압 회로를 갖는다. 흡입 경로와 압력 경로의 유압적 전환을 가능하게 하는 전자 소프트웨어 제어식 동기화 수단이 마련된다.
하나의 전동 모터(8)에 대해 전술하고 있지만, 모든 브레이크 회로는 전용 전동 모터(8)를 갖는 별개의 고압 펌프(9)를 포함하고 있을 수 있다. 이러한 점에 서, 항시 하나의 모터가 두 브레이크 회로 모두에 에너지를 공급하도록 마련되는 종래의 브레이크 조립체와는 상당한 차이가 있다. 따라서, 2개의 전동 모터(8)와, 이들 2개의 전동 모터(8)를 위한 ECU 내의 2개의 전기 공급 회로가 마련되어야 할 것이며, 필요하다면 2개의 전동 모터(8)들 간의 동기화를 위한 동기화 수단이 마련되어야 할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 구성에 있어서, 동기화 수단은 폐루프 또는 개루프식에 유사하게 제어될 수 있는 밸브(10 내지 17)용 소프트웨어 형태로 구현된다. 밸브들은 각각 근본적으로 공지된 형태로 밸브 시트 및 폐쇄 바디(closing body)(도 1에 픽토그램으로서 도시함)를 구비하며, 이러한 시트 밸브는 개방 위치 및 폐쇄 위치 외에도 제어성의 개선을 가능하게 하는 적어도 하나의 부분 개방 위치를 가질 수 있고, 따라서 많은 경우에 폐루프식에 유사하게 제어될 수 있는 제어 밸브라고 할 것이다. 따라서, 동기화 수단은 가변적 배기, 특히 밸브(10 내지 17)의 시차(offset timing) 제어를 가능하게 한다. 밸브(10 내지 17)의 동기화 및 제어 빈도(control frequency)는 전동 모터(8)로부터의 회전 정보를 이용하여 이루어진다. 이러한 정보는 바람직하게는 발전기 전압을 판독함으로서 센서 없이 얻어지거나, 센서(40, 41)에 의해 센서와 연계한 방식으로 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 조립체(7)는, 차량의 주행 안정화 제어, 브레이크 제어, 핸드 브레이크 제어, 조향 제어, 라이드 레벨(ride level) 제어, 수동 또는 자동 변속 제어, 섀시 요소들의 상대적 조정, 및/또는 이들 기능들의 결합된 네트워킹 제 어를 위해 액추에이터(2 내지 5)를 작동시키는 데에 특히 적합하다. 자동차 분야에서 또 다른 용도를 예상할 수 있을 것이다.
도 2는 도 1의 회로도를 따라 보어를 갖는 조립체(7)를 통해 취한 부분 단면도로서, 압력 로드를 포함한 압력 변환기(마스터 실린더)(27)가 유압 제어 유닛(HCU) 내에 통합되게 배치되어 있는 것을 도시하고 있다. 압력 변환기(27)는 2개의 브레이크 회로를 개별적으로 작동시키기 위해 2개의 압력 챔버(28, 29)와 2개의 피스톤을 구비하고 있다. 휘일 브레이크측뿐만 아니라 압력 챔버(28, 29)의 연결에 관하여 보어는 도 6에 따른 실시예와 동일한 구조를 갖는다. 이러한 점에서 불필요한 반복을 피하기 위해, 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다. 개방형 시스템의 특징을 나타내는 용기(34)를 향한 별개의 라인 섹션(32, 33)은 압력 변환기(27)의 후위 공간(run-on space)(45, 46)에 이르는 블라인드 보어(43, 44)에 의해 구현된다. 후위 공간(45, 46)은 용기(34)에 유압적으로 연결된다. 도 3에는 도 2에 따른 조립체(7)를 도시하고 있다.
도 4는 용기(34)에 대한 별개의 라인 섹션(32, 33) 및 이 라인 섹션(32, 33) 각각에 있는 무전류 상태에서 폐쇄되어 있는 별개의 밸브(16, 17)(EUV)가 각각의 브레이크 회로로부터 제거되어 있는 폐쇄형 시스템을 제공하고 있다는 점에서만 도 1과 다르다. 운전자에 의존하지 않는 자발적 압력 증가가 발생하는 경우, 흡입 프로세스는 항시 압력 변환기(27)의 압력 챔버(28, 29)로부터 발생한다. 밸브(15 -16)의 동기화 작동의 결과, 차량의 운전자에게는 차량 제어 프로세스에 관한 인지 가능한 반작용(진동, 소음)이 전혀 제공되지 않거나 단지 작은 반작용만이 제공된 다. 그러나, 어떠한 실뮬레이터형 분리가 사람/기계 인터페이스(MMS)와 액추에이터(2 내지 5) 사이에 마련되진 않는 한에 있어서, 사람/기계 인터페이스(MMS)(페달)에서의 변위는 인지할 수 있다. 이러한 시스템은 전술한 바와 같은 구성 요소들이 제거된다는 점에서 도 1에 비해 특히 비용면에서 효율적이고 소형화된다.
도 5는 도 4에 따른 폐쇄형 시스템에서 휘일 브레이크(R1)가 있는 단지 일부부분만을 매우 개략적으로 도시한 것으로, 압력 변환기(27)(마스터 실린더)의 압력 챔버(28)(도시 생략)가 액추에이터(2)[휘일 브레이크(R1)]에 연결되어 있다. 라인(30)은 밸브(10)의 하류측에서 HCU에 통합되게 마련된 고압 펌프(9)의 배제 공간(47)으로 개방된다. 부분 단면도로 도시하고 있는 조립체(7)는 또한 전자 제어 유닛(ECU)뿐만 아니라, 배제 공간(47, 48) 내에 담긴 펌프 피스톤(48, 49)을 위해 편심 구동부(39)를 갖는 전동 모터(8)와 밸브(11)를 포함하며, 선택적으로는 전술한 실시예에 상응하여 동일한 도면 부호로 나타낸 구성 요소들이 더 마련된다.
도 6에는 기본적으로 도 4와도 관련이 있는 HCU(6개의 밸브) 내에 본 발명에 따른 보어 및 안내 채널을 매우 단순화하여 비교적 개략적으로 나타내고 있다. 이와 관련하여, 각각의 브레이크 회로마다 제어 가능 밸브를 통과한 후에 해당 고압 펌프(9)의 배제 공간(47, 48) 내로 개방되는 압력 변환기 연결부(51, 52)가 존재하는 것을 명확히 하고 있다. 또한, 휘일 브레이크(R1 내지 R4)에 대해서는 밸브(19 내지 22)를 통과한 후에 해당 배제 공간(47, 48) 내로 각각 개방되는 쌍으로 구성된 휘일 브레이크 연결부(53 내지 56)가 도시되어 있다. 도 7에서는 전술한 휘일 브레이크 연결부(53 내지 56)를 갖는 도 6에 다른 HCU의 연결부측의 평면도를 도시 하고 있다.
도 8에서는 도 5와 비교할 수 있도록 피스톤-실린더 조립체 형태의 간단한 액추에이터(2)에 에너지를 공급하는 조립체(7)의 단일 회로 용례(2개의 밸브)를 도시하는 것으로, 조작자에 의한 유압적 개입을 위한 어떠한 압력 변환기도 마련되어 있지 않으며 솔레노이드 전환 밸브(EUV)도 마련되어 있지 않다. 조립체(7)의 더 개략적으로 도시한 고압 펌프는 다른 액추에이터를 구동하는 데에 이용될 수 있는 데, 이는 본 실시예에서는 무시되고 있다. 액추에이터(2)는 피스톤 로드(27)를 갖는 가역 피스톤-실린더 유닛으로 도시되어 있다. 도 1 내지 도 7과 달리, 용기, 탱크, 또는 저장조가 마련되지 않으며 압력 매체 순환이 이루어지다. 다시 말해, 한편으로는 액추에이터(2)의 압력 챔버로부터 추출된 압력 매체가 피스톤에 의해 분리된 다른 압력 챔버로 주입된다. 이를 위해, 액추에이터(2)는 2개의 라인(58, 59)에 의해 고압 펌프(9)의 배제 공간(47)에 연결된다. 전동 모터(8) 상의 회전 속도 및/또는 회전 위치 센서(40) 외에, 액추에이터(2)에 이동 감지 장치(6)가 또한 마련될 수 있다. 압력 센서 시스템 및 휘일 회전 센서 시스템은 제거될 수 있다.
도 8에서는 동기화식으로 제어될 수 있는 단지 적어도 한쌍의 전기유압식 밸브(10, 11)[밸브 듀오(valve duo)]가 임의의 고압 펌프(9)(용적형)를 배기시킴은 물론 액추에이터(2)의 압력을 제어하도록 각 유압 회로에 마련되어, 고압 펌프(9)의 배기를 위한 차압 제어식 체크 밸브를 없앨 수 있는 기본적인 구성을 특히 명료하게 도시하고 있다. 개방형 시스템(도 1 참조)에서 추가적인 기능성(브레이크 시 스템의 무관계 작동)을 필요로 하는 한에 있어서는, 각 유압 회로에서 이른바 밸브 콰르텟(valve quartet)(10, 11, 12, 16; 13, 14, 15, 17)을 구성할 수 있다. 폐쇄형 시스템(도 4 참조)의 경우에는 밸브 트리오(10, 11, 12; 13, 14, 15)로 감소된다.
도 9는 하나의 피스로 구현된 컴팩트한 조립체(7)를 도시하는 것으로, 전기 및 유압 라인과 액추에이터(2)를 비롯한 모든 유압적 유효 요소들은 조립체(7) 내에 통합되게 마련되어 있고 모든 전자 요소들은 전자 제어 유닛(ECU) 내에 마련되어 있다.
도 10은 도 9에 따른 조립체(7)를 단면도로 도시하는 것으로, 유압 라인(58, 59) 또한 액추에이터(2)에 대한 공급을 위해 마련되고 액추에이터(2) 자체는 HCU 상에 또는 그 내에 통합되게 마련된다.
도 11에서는 조립체(7)의 특히 컴팩트하게 통합된 구조를 단면도로 도시하고 있다. 유압 제어 유닛(HCU)은 고압 펌프(9) 및 전기유압식 밸브(10)를 수용하고 있고, 이 밸브의 밸브 돔(dome) 및 코일은 전동 모터(8) 측에 위치한다. 전자 제어 유닛(ECU)의 하우징(61)은 전동 모터(8) 및 밸브(10) 위에 결합된다. ECU의 전자 요소는 하우징(61)에 부착된 회로 보드(62) 상에 배치된다. 모터(8), 밸브(10) 및 ECU 간의 공급은 통합된 공급 라인(63, 66)을 통해 제공된다.
도 12에서는 복수의 크랭크 회전 각도(단계)에 대한 가변적으로 동기화에 의한 고압 펌프(9)의 급송 흐름(V)을 개략적으로 도시하고 있다. 밸브의 작동은 상이한 출력 레벨을 고려하여 압력(p) 및 체적 흐름(V)을 제어하도록 가변적으로 동 기화하면서 수행된다. 이를 위해, 무전류 상태에서 개방되어 있고 흡입 밸브 또는 압력 밸브로서 작동하는 2개의 제어 밸브(SO1, SO2)(10, 11)의 작동은 편심 구동부(39)의 상사점(OT) 및 하사점(UT)을 비롯한 상이한 크랭크 회전 각도(Ⅰ내지 Ⅳ)에 대해 분류되어 있다. 이와 관련하여, 제어 시스템(1)의 경우에 압력에 따른 급송 체적 흐름을 나타내는 직선형 급송 선도가 도시되어 있다. 선도 Ⅰ에 따라 액추에이터(2)[휘일 브레이크(R1 내지 R4)]를 충전하기 위해, 저압 고체적 흐름이 밸브(10, 11)들의 동기화에 의해 달성된다. 압력 수준이 상승하는 경우, 급송 체적은 선도 Ⅱ 및 선도 Ⅲ에 따라 최초의 체적 흐름(V)의 2/3 또는 1/3로 감소한다. 단계 Ⅳ에서는 더욱 개선된 연속 제어를 나타내는 것으로, 다양한 직선형 선도들이 이를테면 곡선 형상으로 되어 있다.
도 13 및 도 14는 도 15의 단면도에서 보다 상세하게 확인할 수 있는 바와 같이 고압 펌프(9)를 위한 유압 제어 유닛(HCU)의 수납체 내의 특정 보어를 예로서 도시하는 것으로, 전술한 설명에 상응하는 구성 요소 및 구조는 동일한 도면 부호로 확인할 수 있다.
<도면 부호>
1 : 제어 시스템
2 내지 5 : 액추에이터
6 : 브레이크 부스터
7 : 조립체
8 : 전동 모터
9 : 고압 펌프
10 내지 17 : 밸브
18 내지 22 : 압력 센서
23 내지 26 : 휘일 회전 센서
27 : 압력 변환기
28, 29 : 압력 챔버
30, 31 : 라인
32, 33 : 라인 섹션
34 : 용기
35, 36 : 바이패스
37, 38 : 체크 밸브
39 : 편심 구동부
40, 41 : 회전(속도) 센서
42 : 센서
43, 44 : 블라인드 보어
45, 46 : 후위 공간
47, 48 : 배제 공간
49, 50 : 펌프 피스톤
51, 52 : 압력 변환기 연결부
53 내지 56 : 휘일 브레이크 연결부
57 : 피스톤 로드
58, 59 : 라인
60 : 이동 감지 수단
61 : 하우징
62 : 회로 기판
63 내지 66 : 공급 라인
ECU : 전자 제어 유닛
HCU : 유압 제어 유닛
R1 내지 R4 : 휘일 브레이크
P1, P2 : 분기점
MMS : 사람/기계 인터페이스
TV : 차단 밸브
EUV : 솔레노이드 전환 밸브

Claims (19)

  1. 자동차에서 적어도 하나의 액추에이터(2 내지 5), 특히 피스톤-실린더 조립체를 작동시키기 위한 전기유압식 제어 시스템(1)으로서,
    조립체(7)를 포함하며, 이 조립체(7)는 전자 제어 유닛(ECU)과, 이 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 작동되어 고압 펌프(9)를 구동하는 전동 모터(8)와, 수납체(receiving body)를 구비하고, 이 수납체는 전기유압식 밸브(10 내지 17), 채널 및 제어 가능한 고압 펌프(9)를 수용하며, 고압 펌프(9)는 유압 연결구(30, 31; 32, 33)를 통해 압력 변환기(27) 및/또는 용기(34)에 연결되는 한편, 액추에이터(2 내지 5), 특히 피스톤-실린더 조립체의 압력 공간에도 연결될 수 있으며, 전기유압식 밸브(10 내지 17)와 전동 모터(8)는 전기 제어 유닛(ECU)에 네트워킹되어 있는 것인 전기유압식 제어 시스템(1)에 있어서,
    적어도 한쌍의 전기유압식 밸브(10, 11; 10, 12; 13, 14; 13, 15)가 고압 펌프(9)를 배기시킴은 물론, 액추에이터(2 내지 5)의 체적 흐름 및/또는 압력을 제어하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유압 연결구[라인(30, 31); 라인 섹션(32, 33)]와, 라인(30, 31) 및 라인 섹션(32, 33)에 배치된 전기유압식 밸브(10 내지 17)는 고압 펌프(9)의 방향 전환을 위해 번갈아가면서 흡입 경로 또는 압력 경로로서 기능을 하게 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기유압식 밸브(10 내지 17)는 고압 펌프(9)의 흡입 및 압력 밸브로서 마련되고, 상기 전기유압식 밸브(10 내지 17)는 밸브 시트 및 밸브 바디를 갖는 제어 밸브로서 구현되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기유압식 밸브(10 내지 17)는 개방 위치 및 폐쇄 위치에 추가로, 감소된 개방 단면적을 갖는 적어도 하나의 부분 개방 위치를 갖는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고압 펌프의 흡입 경로와 압력 경로의 전기유압식 전환을 가능하게 하는 전자제어식 동기화 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 동기화 수단은 가변적 배기, 특히 위상 제어기의 방식으로 서로 동기화되는 전기유압식 밸브(10 내지 17)의 시차 제어를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(ECU)은 전동 모터(8)에 변조 직류 전류를 공급하거나 3상 전류를 공급하도록 통합된 전력 출력단을 구비하는 것을 특징 으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(ECU)은 전기유압식 밸브(10 내지 17)에 전기를 공급하도록 통합된 전력 출력단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  9. 제7항 및 제8항에 있어서, 상기 고압 펌프(9)의 제어를 위해, 적어도 하나의 압력 센서(18 내지 22)를 이용하여 상기 전력 출력단들의 전기적으로 조정된 작동을 제공하도록 조정 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전동 모터(8)를 위한 전자적 전환 장치가 마련되며, 이 전자적 전환 장치는 전자 제어 유닛(ECU) 내에 통합되게 마련되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 회전 방향 전환 장치 및/또는 화전 속도 제어 장치 및/또는 회전 속도 감지 장치(40, 41)가 전동 모터(8)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전기유압식 제어 시스템(1)이 전자적 자동차 제어 시스템에 통합되고, 상기 전기유압식 제어 시스템(1)의 전자 제어 유닛(ECU)은 자동 차의 전자 제어 유닛에도 전자적으로 네트워킹되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전기유압식 제어 시스템(1)은 하나 이상의 센서, 특히 압력 센서 및/또는 회전 센서(18 내지 22; 23 내지 26)에 연결되어, 자동화된 무관계 작동(extraneous actuation)을 가능하게 하고, 상기 조립체(7)는 적어도 하나의 사람/기계 인터페이스(MMS) 및 압력 변환기(27)를 구비하여 사용자 의존 작동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전동 모터(8)와 고압 펌프(9) 사이에 운동 변환기, 특히 회전/병진 운동 변환기가 마련되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전기유압식 제어 시스템(1)은 서로 독립된 복수의 유압 회로, 특히 2개의 유압 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 고압 펌프(9)는 적어도 하나의 배제 공간(47, 48)을 갖는 익스펠러 펌프, 특히 레디얼 피스톤 펌프로서 구현되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 상기 전기유압식 제어 시스템(1)은 무전류 고장 완화 모드(currentless fail soft mode)를 갖고 있고, 이 무전류 고장 완화 모드에서, 구동되는 액추에이터(2 내지 5)는 압력 변환기(27)에 유압적으로 연결되며, 이러한 연결을 위해, 무전류 상태에서 개방되어 있는 전환 밸브가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 압력 변환기(27) 및/또는 액추에이터(2 내지 5)는 유압 제어 유닛(HCU)에 대한 부속물로서 제공되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 전기유압식 제어 시스템(1)은, 차량의 주행 안정화 제어, 브레이크 제어, 핸드 브레이크 제어, 조향 제어, 라이드 레벨(ride level) 제어, 수동 또는 자동 변속 제어, 섀시 요소들의 상대적 조정, 및/또는 이들 기능 중 적어도 2개의 기능들의 결합된 네트워킹 제어를 위한 시스템 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 제어 시스템.
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