KR20120016100A - 언더대쉬 제어시스템을 가지는 전자제어 차동잠금장치 - Google Patents

언더대쉬 제어시스템을 가지는 전자제어 차동잠금장치 Download PDF

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KR20120016100A
KR20120016100A KR1020117027377A KR20117027377A KR20120016100A KR 20120016100 A KR20120016100 A KR 20120016100A KR 1020117027377 A KR1020117027377 A KR 1020117027377A KR 20117027377 A KR20117027377 A KR 20117027377A KR 20120016100 A KR20120016100 A KR 20120016100A
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latching
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KR1020117027377A
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테리 에이. 데이톤
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이턴 코포레이션
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Abstract

전자제어 차동잠금장치(10)는 전자석 코일(50)과 그리고 차동장치(10)의 동작을 제어하기에 적합한 제어시스템(56)을 포함한다. 상기 제어시스템(56)은 차량의 대쉬보드 아래에 설치되기에 적합한 모듈(58)과 상기 모듈(58)과 전기적으로 인터페이싱하는 회로(78)를 포함한다. 상기 회로(78)는 제1 및/또는 제2전원에 전기적으로 연결되고 또한 차동장치(10)에 래칭전력을 공급하기에 적합한 래칭스위치(64)를 포함한다. 래칭요소(84)가 상기 래칭스위치(64)에 전기적으로 연결되고 또한 차동장치(10)에 래칭전력을 제공하기에 적합하다. 제어시스템(56)에 대한 전력이 턴오프되면 회로(78)는 작동이 중지하고 그리고 제어시스템(56)에 대한 전력이 턴온되면 회로는 "대기"모드에 있게 된다. 래칭스위치(64)가 활성화되면, 회로(78)를 통해 전류가 흘러 래칭요소(84)를 활성화시키고, 그리고 차동장치(10)가 활성화된다.

Description

언더대쉬 제어시스템을 가지는 전자제어 차동잠금장치{ELECTRONICALLY CONTROLLED LOCKING DIFFERENTIAL HAVING UNDER-DASH CONTROL SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 전자제어 차동잠금장치에 관한 것으로서, 특히 차동동작을 제어하기에 적합합 언더대쉬 시스템을 가지는 전자제어 차동잠금장치에 관한 것이다.
자동차 응용에 있어서, 관련기술의 전자제어 차동잠금장치는 수동으로 작동될 수 있고 또한 필요할 때 차동장치가 잠기게 하거나 또는 잠금해제가 되도록 하는 사륜구동(4WD)차량을 위해 설계된다. 구동장치는 차량의 대쉬보드 또는 콘솔에 설치되는 스위치 또는 버튼을 수동으로 활성화시킴으로써 전류 및/또는 후륜을 잠글 수 있다. 이러한 유형의 토크-제어장치는 부품시장에 잘 공지되어 있다. 상세히 설명하면, 차동장치를 포함하는 부품시장 시스템은 큰 누름-버튼 스위치를 사용하여 설치될 수 있는데, 이는 대쉬보드, 와이어 하네스(wire harness), 계전기(relay) 및 라우팅 라인(routing wires)에 설치되기에 적합하다.
그러나, 이러한 유형의 차동장치를 4WD 차량에 설치하는 것은 전형적으로 계전기, 라우팅 라인을 설치하기 위해 대쉬보드를 관통하는 구멍을 드릴링 또는 보링(boring)하는 것을 필요로 하고, 또한 차동장치를 활성화 또는 비활성화시키는 스위치를 설치한다. 이러한 설치와 관련해 여러 단점들이 관련된다. 특히, 이러한 설치는 시간을 소모하고 또한 대쉬보드의 수정과 복잡한 배선을 필요로 하므로 복잡하다. 이외에도, 부적절한 드릴링 또는 보링은 대쉬보드에 손상을 줄 수 있고, 미려한 차량의 인테리어에 악영향을 미치고, 또한 설치비용과 시간을 증가시킨다.
그러므로, 관련기술분야에, 4WD 차량에 제어장치, 전력(power), 견인(traction) 및 오프-로드(off-road) 성능을 제공하는 전자제어 차동잠금장치가 필요하다. 또한, 관련기술분야에, 설치시에 4WD 차량의 대쉬보드를 관통하는 구멍을 드릴링하거나 또는 보링할 필요가 없는 차동장치가 필요하다. 또한, 관련기술분야에, 제어장치의 설치가 시간을 소비하지 않고, 복잡하지 않으며 또한 비용이 많이 들지 않으며 그리고 대쉬보드에 손상을 주지 않는 차동장치가 필요하다. 또한, 4WD 기능이 필요하지 않을 때 활성화를 방지하는 차동장치가 관련기술분야에 필요하다. 또한, 차량의 배터리에 긴 수명을 제공하도록 도와주는 차동장치가 관련기술분야에 필요하다. 특히, 이들 특징들을 가지는 부품시장의 전자제어 차동잠금장치가 관련기술분야에 필요하다.
본 발명의 목적은 전자석코일과 차동동작을 제어하기에 적합한 제어시스템을 포함하는 전자제어 차동잠금장치에서의 단점들을 극복하는 것이다.
제어시스템은 차량의 대쉬보드 아래에 설치하기에 적합한 모듈과 상기 모듈과 전기적으로 접속되는 회로를 가진다. 이 회로는 제1 및/또는 제2전원들에 전기적으로 연결되고 또한 차동장치에 래칭출력(latching power)을 제공하기에 적합한 래칭스위치(latching switch)를 가진다. 래칭부품이 래칭스위치에 전기적으로 연결되고 또한 차동장치에 래칭출력을 제공하기에 적합하다. 제어시스템에 대한 전력이 턴오프되면 회로는 비활성화되고 그리고 제어시스템에 대한 전원이 턴온되면 "대기모드(standby)" 모드에 들어간다. 래칭스위치가 활성되면, 회로를 통해 흐르는 전류가 래칭부품을 활성화시키고, 그리고 차동장치가 작동한다.
본 발명의 전자제어 차동잠금장치는 4WD 차량에 제어, 전력, 견인 및 오프-로드 성능을 제공한다. 제어시스템의 설치는 4WD 차량의 대쉬보드를 관통하는 구멍을 드릴링 또는 보링하는 작업을 필요로 하지 않고; 시간을 소비하지 않고, 복잡하지 않거나 또는 비용이 비싸지 않으며; 그리고 대쉬보드에 손상을 주지 않는다. 제어시스템은 또한 다양한 제어를 효율적인 패키지로 통합시키고 또한 관련기술의 시스템들에 관해 차동장치 상태의 보다 나은 제어와 피드백을 제공하고 또한 보다 나은 안정성을 제공한다. 게다가, 차동장치의 순간적인 "온/오프" 래칭과 전력공급 중단이 제어된다. 이외에도, 차량의 4WD 기능이 필요하지 않으면 차동장치의 동작이 방지된다. 이러한 방식에서, 4WD 차량의 차동장치와 관련부품과 액슬과 대응하는 타이어의 이른 마모(premature wear)를 피한다. 게다가, 4WD 차량에 대한 전원이 턴오프되면 차동장치가 리셋되기 때문에, 차동장치는 차량의 배터리에 보다 긴 수명을 가지도록 도와준다. 제어시스템은 부품시장의 전자제어 차동잠금장치의 일부일 수 있고 또한 OEM응용에 마찬가지로 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 첨부도면과 함께 이루어진 다음의 상세한 설명을 판독함으로써 훨씬 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 제어시스템을 사용하면, 4WD 차량의 대쉬보드를 통한 구멍의 드릴링 또는 보링을 필요로 하지 않고; 시간을 소비하지 않고, 복잡하지 않고, 또는 비용이 들지 않으며; 그리고 대쉬보드에 손상을 주지 않는 효과가 있다.
도 1은 작동하여, 잠금모드에 있는 차동장치를 보여주는 본 발명에 따른 전자제어 차동잠금장치의 축방향 단면도.
도 2는 작동하지 않아, 비잠금모드에 있는 차동장치를 보여주는 본 발명에 따른 전자제어 차동잠금장치의 축방향 부분 확대 단면도.
도 3은 도 1과 2에 설명된 전자제어 차동잠금장치를 제어하는 본 발명의 제어시스템의 모듈의 부분 사시도.
도 4는 도 1과 2에 설명된 전자제어 차동잠금장치의 제어시스템의 회로 개략도.
동일한 구조에 동일한 참조부호가 사용되는 도면을 참조하여 보면, 본 발명의 언더대쉬 제어시스템을 가지는 전자제어 차동잠금장치의 한 실시예가 참조번호 10으로 표시되어 있다. 본 기술분야의 당업자라면, 차동장치(10)는 특히 4WD 차량에 채용될 수 있고, 일반적으로는 다른 적절한 차량에 적용될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 본 발명의 제어시스템은 다른 적절한 전자제어 차동잠금장치에 채용될 수 있다는 것을 알 것이다. 아래에서 설명하고 도 1과 2에 도시된 것은 단지 예이고, 제어시스템은 이와는 구조적 및 기능적으로 상이한 전자제어 차동잠금장치에 채용될 수 있다. 또한, 제어시스템은 OEM으로 채용될 수 있거나 또는 부품시장에서 채용할 수 있다는 것을 알 것이다. 후자의 경우에 있어서, 제어시스템은 4WD 차량의 대쉬보드 아래에 설치되기에 적합하고 또한 와이어 하네스, 중계기 및 라우팅 라인을 포함하고 또한 관련기술분야에서 잘 공지된 설치 키트의 일부이다. 본 기술분야의 당업자라면, 단지 상기 키트와 필요한 공구를 사용하여 4WD 차량에 차동장치를 설치할 수 있을 것이다.
도 1과 2에 도시된 바와 같이, 차동장치(10)는 기어케이스(12)와, 그리고 다수의 볼트(미도시)와 같은 적절한 고정수단에 의해 상기 기어케이스(12)에 고정될 수 있는 단부캡(end cap)(14)을 포함한다. 기어케이스(12)와 단부캡(14)은 서로 협동하여 기어챔버(16)를 형성한다. 차동장치(10)에 대한 토크 입력은 전형적으로, 관련기술분야에서 공지된 바와 같이 플랜지(18)에 부착될 수 있는 입력 링기어(미도시)에 의해 이루어진다. 기어챔버(16) 내에 기어세트가 지지되고 그리고 기어세트는 적어도 한 쌍의 입력 피니언기어(20)(이들 중 하나만 도시됨)를 가진다. 피니언기어(20)들은 적절한 소정의 수단에 의해 기어케이스(12)에 대해 고정된 피니언축(22)에 대해 회전가능하게 설치된다. 피니언기어(20)들은 상기 기어세트의 입력 기어들이고 또한 좌측 및 우측 사이드기어 쌍(24, 26) 각각과 맞물림 결합하도록 배치된다. 상기 사이드기어(24, 26)들은, 좌측 및 우측 액슬 샤프트(미도시) 쌍 각각 상의 외부 스플라인과 정합(mating)으로 스플라인 결합하기에 적합한 내부의 직서 스플라인(28, 30) 세트를 각각 규정한다. 기어케이스(12)는 환형 허브부(hub portion)(32, 34)들을 규정하는데, 관련기술분야에 공지되어 있듯이 외측 하우징 또는 캐리어에 대해 회전하는 차동장치(10)를 위한 회전지지를 제공하는데 사용되는 베어링 세트 쌍이 상기 허브부 위에 설치된다.
회전-방지 매카니즘(36)은 환형 칼라부재(collar member)(38)를 가지고 또한 기어케이스(12)에 완전히 배치되어 사이드 기어(24)(제1출력기어)와 동작적으로 결합한다. 액츄에이터(40)가 기어케이스(12)의 외부에 주로 배치된다. 보다 상세히 설명하면, 액츄에이터(40)는 사이드 기어(26)(제2출력기어)에 인접한 기어케이스(12)의 단부 주변에 배치되고 또한 다수의 경사면(ramp surface)(44)을 규정하는 단일의 경사 플레이트(42)를 가진다. 기어케이스(12)는 다수의 원통형 개구(46)들을 규정하고, 세장된 원통형 작동부재(actuation member)(48)가 원통형 개구들 각각 내에 활주가능하게 배치된다. 작동부재(48) 각각에 대해 하나의 경사면(44)이 있다. 차동장치(10)의 잠금매카니즘은 칼라부재(38)와 작동부재(48)를 포함한다. 액츄에이터(40)는 또한, 경사플레이트(42)에 필요한 제동토크(retarding torque)를 가하여 작동부재(48)의 램프-업(ramp-up)를 개시시키는 전자석 코일(50)을 가진다. 칼라부재(38)는 파형스프링(wave spring)(52)에 의해 비-작동, "비잠금(unlocked)"모드로 바이어스된다. 전자석 코일(50)은 한 쌍의 전기 리드(lead)(54)들에 의해 에너지를 받는다.
차량의 정상적인, 직진 동작 동안에, 좌측 및 우측 액슬 샤프트 또는 사이드 기어(24, 26)들 사이에 차동이 발생하지 않는다. 따라서, 피니언기어(20)들은 피니언축(22)에 관해 회전하지 않는다. 따라서, 기어케이스(12)와, 피니언기어(20)들과 그리고 사이드 기어(24, 26)들은, 기어케이스(12)와, 피니언기어(20)들과 사이드 기어(14, 26)들이 하나의 고형유닛(solid unit)인 것처럼 회전축"A"에 대해 모두 회전한다.
차동장치(10)는 수동으로 제어할 수 있는데, 여기서 차량의 운전자는 차동장치(10)를 동작시키기 위하여 ("비잠금"모드 보다는) "잠금" 모드를 수동으로 선택한다. 예컨대, 차량이 정지상태에 있으면, 차량의 대쉬보드 또는 콘솔에 설치되는 단순한 순시형(momentary-type) "온/오프" 토글 또는 로커 스위치(rocker switch) 또는 누름버튼과 같은 스위치 또는 버튼을 운전자가 수동으로 활성화시킨다. 이러한 방식에서, (아래에서 설명하는) 전자회로가 폐쇄되어, 차동장치가 활성화되었다는 것을 운전자에게 표시하기 위하여 토글 스위치 또는 누름 버튼에 위치하는 또는 근처에 위치하는 회로 또는 램프에 전류를 제공한다. 전류를 회로를 흘러, 궁극적으로 차동장치(10)의 전자석 코일(50)로 흐른다. 그런 다음, 예컨대 차량이 제1기어 또는 후진기어(reverse)에 있으면, 차동장치(10)는 "잠금"모드에서 동작한다. 이 방식에서, 제1출력기어(24)는 기어케이스(12)에 대해 잠기어지게 되어, 제1출력기어(24)와 기어케이스(12) 간에 더 이상의 차동을 방지한다. 도 1은 차동장치(10)가 "잠금"모드에 있는 활성상태를 보여주고, 도 2는 차동장치(10)가 "비잠금"모드에 있는 비활성상태를 보여준다.
도 3은 차동장치(10)의 동작을 제어하기에 적합한 제어시스템(56)의 일부를 보여준다. 보다 상세히 설명하면, 도면은 대쉬보드 아래에 설치되기 적합한 모듈(58)의 한 실시예를 보여준다. 특히, 모듈(58)은 전면 패널(60)과, 후면 패널(62)을 포함한다. 모듈(58)의 설치시에, 전면 패널(60)은 4WD 차량의 차안을 향하게 된다. 차량의 운전자 및/또는 앞좌석의 다른 승객은 전면 패널(60)을 볼 수 있고 또한 전면 및 후면 패널(60, 62) 둘 다에 수동적으로 접근할 수 있다. 모듈(58)의 한 실시예에서, 단단한 알루미늄에 모듈(58)을 실장된다.
전면 패널(60)은 차동장치(10)에 래칭 전력(latching power)을 제공하기 위하여 차동장치(10)를 일시적으로 활성화("온")/비활성화("오프")시키기 위해 수동으로 눌려지기에 적합한 소프트-터치 "온/오프" 또는 래칭스위치(64)를 포함한다. 전면 패널(60)은, 차동장치(10)가 잠기었다는 것을 센서가 감지하고("록(lock)"), 차동장치(10)가 잠기었다는 것을 센서가 감지하지 못하고("언록"), 그리고 외부오류(아래에서 기술) 또는 차동장치(10)의 전자석 코일(50)의 지속성의 손실("오류")을 검출하는 때를 각각 표시하기에 적합한 다수의 LED(66)를 더 포함한다. 각각의 경우에 있어서, 대응하는 LED(66)가 조명된다. 전면 패널(60)은 차동장치(10)의 잠금매카니즘(칼라부재(38) 및 활성부재(48))의 이동량과 전자석 코일(50)에 인가되는 가변전압의 양을 각각 나타내는 한 쌍의 다단 바-그래프 디스플레이(68, 70)를 더 포함한다. 도시된 모듈(58)의 실시예에서, 바-그래프 디스플레이(68)는 다섯 개의 단들을 포함하는데, 한 단당 1볼트의 크기이다. 바-그래프 디스플레이(70)는 일곱 개의 단들을 포함하는데, 한 단당 2볼트의 크기이다.
후면 패널(62)은 차동장치(10)에 대해 특정 레벨의 전압을 유지하기에 적합하고 또한 다양한 레벨의 전위로 조정이 될 수 있는 전위차계(72)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 전위차계는 다이얼(72)의 형태이다. 후면 패널(62)은 제어시스템(56)과 4WD 차량 간의 인터페이스로서 작동하기에 적합한 다중-핀 커넥터(74)를 더 포함한다. 이 방식에서, 차량의 과도한 배선이 제거된다. 모듈(58)의 한 실시예에서, 커넥터(74)는 "몰렉스 타입(Molex type)" 커넥터일 수 있다. 도시된 모듈(58)의 실시예에서, 커넥터(74)는 9개의 핀들로 구성되고, 핀들 각각 또는 핀들의 다수는 특정 움직임(activity)을 감시하도록 설계된다. 예컨대, 핀, "1", "2" 및 "3"은 차동장치(10)가 잠겨져 있는지 또는 잠겨져 있지 않은지("록"/"언록")를 검출하는 센서로서 집단적으로 기능할 수 있고, 핀 "4" 및 "5"는 전자석 코일(50)을 검출하는 센서로서 집단적으로 기능할 수 있고, 핀 "6"은 4WD 차량의 배터리의 양전하를 검출하는 센서로서 기능할 수 있고, 핀 "7"은 4WD 차량의 점화스위치의 전력을 검출하는 센서로서 기능하고(아래에서 기술), 핀 "8"은 배터리의 음전하를 검출하는 센서로서 기능하고, 핀 "9"는 전자석 코일(50)의 외부적인 오류 또는 연속성의 손실("오류")을 검출하는 센서로서 기능할 수 있다. 차동장치(10)의 잠금을 검출하기 위해 필요한 차동장치(10)의 센서는 "홀 효과(Hall effect)" 센서 또는 단순한 건식-접촉(dry-contact) 스위치일 수 있다. 후면 패널(62)은, 아래에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이 제어시스템(56)의 회로에서 누전의 경우에 제어시스템(56)의 배선을 영구보호할 수 있도록 해주는 퓨즈(76)를 더 포함한다. 한 실시예에서, 퓨즈는 스페이트 타입(spade style) 퓨즈(76)이다.
전자석 코일(50)의 외부적 오류 또는 연속성의 손실의 검출에 대해 보다 상세히 참조하면, 오류입력은 다이얼(72)에 의해 제어되고 그리고 속도신호, 압력변환기 차량의 변속스위치와 같은 소정의 적절한 직류원(direct-current source), 또는 차량의 전자제어유닛(ECU)로부터의 디지털 출력일 수 있다. 오류가 검출되면, 모듈(58)은 "대기(standby)"모드로 전환하고, 그리고 "오류"LED(66)가 점등한다. 예컨대, 0 내지 5볼트의 직류가 4WD 차량의 시간당 0 내지 50마일의 속도와 같도록 미리 설정할 수 있고, 그리고 차량의 속도가 시간당 20마일을 초과하면 차동장치(10)가 분리되도록 설정될 수 있다. 따라서, 차동장치(10)가 활성화되고 그리고 차량의 속도가 미리 설정된 속도를 초과한다면, 모듈(58)은 자동적으로 정지되어, 차량의 속도가 시간당 20마일 또는 이보다 늦은 속도로 복귀하기 전까지 자동적으로 재활성화되지 않는다. 이 방식에서, 약 직류 5볼트까지의 외부-오류 입력이 외부센서를 사용하는 차동장치(10)를 원격적으로 턴오프시키는데 사용될 수 이Te 또한, 예컨대 오류입력이 차량의 컴퓨터로부터의 신호이고 또한 차동장치(10)가 활성화되지 말아야 할 이유를 ECU가 검출한다면, "오류"LED(66)가 조명된 상태로 남아있고 또한 차동장치(10)의 활성을 허용하지 않는다. 본 기술분야의 당업자라면, 오류입력은 선택적이고 또한 오류입력이 누락되었다면 모듈(58)의 동작은 영향을 받지 않을 것이라는 것을 이해할 것이다.
본 기술분야의 당업자라면, 모듈(58)은 특히 대쉬보드 아래 소정의 적절한 위치에 설치되고 또한 일반적으로는 차 안 소정 위치에 설치될 수 있고 그리고 소정의 적절한 재료로 에워싸일 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 전면 패널(60)은 차동장치(10)를 활성화/비활성화시키기에 적합한 소정의 적합한 형태의 매카니즘과 소정의 적합한 종류의 다수의 표시기 및/또는 디스플레이를 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 바-그래프 디스플레이(68, 70) 각각은 적절한 수의 단(세그먼트)로 구성될 수 있고 또한 적절한 눈금자를 규정할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 표시기(66) 및/또는 디스플레이(68, 70)는 서로에 대해 또한 전면 패널(60)에 대해 소정의 적절한 구조를 가질 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 후면 패널(62)은 차동장치(10)에 대한 특정 레벨으 전압을 유지하기에 적합하고 또한 다양한 레벨의 전위로 조정되기에 적합하고 또한 제어시스템(56)과 4WD 차량 간의 인터페이스로서 작용하는 소정의 적절한 매카니즘을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 커넥터(74)는 소정의 적절한 유형의 커넥터일 수 있고 또한 각각이 e호는 다수가 소정의 특정한 적절 움직임을 감지하도록 설계되는 소정의 적절한 수의 핀들로 구성될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 퓨즈(76)는 소정의 적절한 유형의 퓨즈일 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 후면 패널(62)의 다이얼(72)과, 커넥터(74)와, 퓨즈는 각각에 대해 또한 후면 패널(62)에 대해 소정의 적절한 구조를 가질 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 4는 모듈(58)과 전기적으로 인터페이스하는 제어시스템(56)의 회로(78)를 보여준다. 보다 상세히 설명하면, 회로(78)는 일반적으로 커넥터(74)를 나타내고 또한 "시험유닛(unit under test)" 스위치라인으로서 차동장치(10)의 전자석 코일(50)을 나타낸다. 이 방식에서, 차동장치(10)는 제어시스템(56)에 전기적으로 연결된다. 회로(78)는 또한 전력원으로서 4WD 차량의 직류 12볼트 배터리선(79)과 차량의 점화스위치로부터의 12볼트 점화스위치 선을 나타낸다. 회로(78)는 또한 접지선(81)과, "시험유닛" 접지선(82)과 그리고 오류선(fault line)(83)을 나타낸다. 회로(78)는 펄스-폭 변조(PWM) 출력을 전달한다. 회로(78)의 상측은 활성을 위한 댐핑(damping)과 스위칭을 제어하는 반면 회로(78)의 하측은 오류에 대한 구동(driving)과 스위칭을 제어한다. 도면은 회로(78)의 각 라인에 대한 상이한 패턴을 보여주고, 각 라인은 아래에서 보다 상세히 설명한다.
"시험유닛" 스위치라인(50)은 2극, 쌍투 제어 계전기(double-pole, double-throw control relay)(84)의 형태인 래칭요소(84)에 전기적으로 연결된다. 보다 상세히 설명하면, "시험유닛" 스위치라인(50)은 고전류를 위한 접점(87) 세트를 포함하는 계전기(84)의 제1스위치(86)에 전기적으로 연결된다. "시험유닛" 스위치라인(50)은 또한 자체진단 코일 표시기/"오프" 스위치(88)와 저항(90)에 전기적으로 연결된다. 자체진단 코일 표시기/"오프" 스위치(88)는 전자석 코일(50)이 존재하는 것을 보장하고, 제어시스템(56)은, 전자석 코일(50)이 존재하는 것을 보장하기 위하여 주기적 시험을 수행할 수 있다. "시험유닛" 스위치라인(50)은 궁극적으로 "잠금(Lock)" LED(66)와 결합하게 된다.
배터리선(79)은 퓨즈(76)와 저항(92)에 전기적으로 연결된다. 점화스위치라인(80)은 트랜지스터(94)와 계전기(84)에 전기적으로 연결된다. 보다 상세히 설명하면, 점화스위치라인(80)은 저전류용 접점(97) 세트를 포함하는 계전기(84)의 제2스위치(96)에 전기적으로 연결된다. 점화스위치라인(80)은 또한 저항(8)과 "온" 스위치(100)에 전기적으로 연결된다.
접지선(81)은, 인라인 다이오드(in-line diode)(102)와, "시험유닛" 스위치라인(50)과 그리고 다른 접지선(104)에 전기적으로 연결되는 "시험유닛" 접지선(82)에 전기적으로 연결된다. 다이오드(102)는 계전기(84)로 전류를 전도시키기에 적합하고 또한 역바이어스 전압 스파이크를 약화시키며, 접지선(104)은 커패시터(106)에 전기적으로 연결된다.
오류라인(fault line)(83)은 접지선(104)과, 그리고 필터를 조정하는 역할을 하는 저항(110)에 전기적으로 연결되는 또 다른 접지선(108)에 전기적으로 연결딘다. 오류라인(83)은 또한 저항(112)과, 트랜지스터(94)와, 다른 트랜지스터(114)와 그리고 다른 저항(116)에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터(114)는 접지선(118)에 전기적으로 연결된다. 접지선(120)은 트랜지스터(122)와, 접지선(118)과, 저항(98)과 그리고 트랜지스터(94)에 전기적으로 연결되는 다른 저항(124)에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터(94)는 저항(124)을 가로질러 회로를 통해 흐르는 전류를 전송하고, "오류" LED(66)를 토글(toggle)하고, 그리고 신호를 반전(invert)시키기에 적합하다. 트랜지스터(114)가 전환되면, 트랜지스터(114)는 전류를 저항(112)을 가로질러 접지로 전달하고, 또한 트랜지스터(122)는 저항(98)을 가로질러 전류를 전달한다.
접지선(120)은 또한 인라인 다이오드(128)와, 그리고 계전기(84)의 일부이고 또한 전류가 변하면 역-EMF(counter-EMF)를 회로(78)에 도입시키기에 적합한 "래칭"코일(130)에 전기적으로 연결된다. 다이오드(128)는 계전기(84)로 전류를 전도시키기에 적합하고 또한 역바이어스 전압스파이크를 약화시킨다. 접지선(120)은 또한 계전기(84)의 제2스위치(96)와, "온" 스위치(100)와, 자기진단 코일 표시기/"오프" 스위치(88)와, (저항(92)에 전기적으로 연결되는) 시험 다이오드(132)와, 다른 저항(134)과, 그리고 점화스위치라인(80)에 전기적으로 연결되는 대기(standby) 다이오드(136)에 전기적으로 연결된다. 저항(90 92, 134)들은 회로(78)에서 전류의 흐름량을 강하시켜 LED(66)들 각각을 보호하기에 적합하다. 접지선(138)은 오류라인(83)에 전기적으로 연결되는 오류 다이오드(140)와, 그리고 저항(90)에 전기적으로 연결되는 결합 다이오드(engage diode)(142)에 전기적으로 연결된다. 다이오드(132, 136, 140, 142)들은 대응하는 LED(66)들에 전기적으로 연결되기에 적합하다.
도시된 회로(78)의 실시예에서, 저항(90, 92, 134)들 각각은 1.2 킬로-오옴 저항일 수 있고, 저항(98, 110)들 각각은 1.0 킬로-오옴 저항일 수 있고, 그리고 저항(112, 116, 124)들 각각은 470 오옴 저항일 수 있다. 다이오드(102, 128)들 각각은 "IN4004" 다이오드일 수 있다. 저항(94)은 "NTE123A" 트랜지스터일 수 있고, 트랜지스터(114)는 "2N3904" 트랜지스터일 수 있고, 그리고 트랜지스터(122)는 "2SD669A" 트랜지스터일 수 있다. 커패시터(106)는 0.01 마이크로패럿의 용량을 가질 수 있고, 그리고 계전기(84)는 'W92S7012-12" 계전기일 수 있다.
본 기술분야의 당업자라면, 회로(78)는 차동장치(10)와, 배터리와, 그리고 점화스위치 각각에 적절한 수단을 통해 전기적으로 연결될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 제1 및 제2스위치(86, 96)들은 서로에 대해 소정의 적절한 관계를 가질 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 저항(90, 92, 98, 110. 112, 116, 124, 134)들 각각은 소정의 적절한 유형의 저항일 수 있고 또한 소정의 적절한 저항량을 제공할 수 있으며; 다이오드(102, 128)들 각각은 소정의 적절한 유형의 다이오드일 수 있고; 트랜지스터(94, 114, 122)들 각각은 소정의 적절한 유형의 트랜지스터일 수 있고; 커패시터(106)는 소정의 적절한 량의 용량을 규정할 수 있고; 그리고 계전기(84)는 소정의 적절한 유형의 계전기일 수 있다는 것을 알아야만 한다. 또한, 회로(78)를 통한 전류흐름의 경로는 회로(78)의 소정의 적절한 지점에서 시작할 수 있다는 것을 알아야 한다.
작동시에, 점화 또는 키-스위치 전력이 오프되면, 차동장치(10)의 전자석 코일(50)의 시험(테스트)를 제외하고는, 제어시스템(56)의 모든 기능들이 중단된다. 전자석 코일(50)을 시험하기 위하여 스위치(64)를 눌러 차동장치(10)를 비활성화시켜야 한다. 따라서, 전자석 코일(50)이 존재한다는 것을 검증하기 위하여 약 10 밀리암페아의 전류에서 루프가 폐쇄된다. 다음에, 이러한 존재를 보여주기 위해 바-그래프 디스플레이(68, 70)들 중 적어도 하나가 조명되거나, 또는 개별적인 시험 램프가 조명될 수 있다. 점화 또는 키-스위치 전력이 온되면, 모듈(58)은 "대기"모드에 있게 된다. 모듈(58)이 이 모드에 있다는 것을 보여주기 위하여 배면광(backlit) 버튼이 특정 색상으로 조명될 수 있다.
모듈(58)이 "대기"모드에 있을 때 차동장치(10)를 턴온하거나 또는 래칭전력을 제공하기 위해, 전면 패널(60)의 스위치(64)를 누른다. 따라서, 4WD 차량의 배터리에 의해 최대(full) 전압이 제어시스템(56)에 인가되고, 모듈(58)은 "결합(engage)"모드에 있게 된다. 다음에, "잠금"LED(66)가 조명된다(또는 모듈(58)이 이 모드에 있다는 것을 보여주기 위해 배면광 버튼이 특정 색상으로 조명될 수 있다). 바-그래프 디스플레이(68)는 차동장치(10)의 잠금 매카니즘의 이동량을 보여주고, 그리고 바-그래프 디스플레이(70)는 전자석 코일(50)에 인가되는 "최대" 전압의 양을 보여준다. 차동장치(10)가 잠겨져 있다는 것을 커넥터(74)가 검지하면, 다양한 레벨의 전위로 조절될 수 있는, 다이얼(72)에 의해 유지되는 차동장치(10)에 대한 특정 레벨의 전압으로 전압이 강하한다. 이 레벨의 전압은 제어시스템(56)이 채용되는 특정 차동장치에 따라 변하여야 하고 또한 예컨대 배터리에 의해 제어시스템(56)에 인가되는 최대 전압의 약 1/3 또는 약 4볼트의 직류일 수 있다. 택일적으로, 다이얼(72)에 의해 유지되는 차동장치(10)에 대한 특정 레벨의 전압은 미리 프로그램될 수 있다. 어느 쪽이던, 배터리로부터 인출되는 전류가 줄어든다. 다음에, 바-그래프 디스플레이(70)는 전자석 코일(50)에 인가되고 있는 감소된 "유지"전압의 양을 보여준다. 모듈(58)이 "대기"에서, 전자석 코일(50)에 전압을 인가하고 또한 차동장치(10)를 결합하고 래칭하는 "결합"모드로 토글하면, "언록" 및 "록" LED(66)들이 서로에 대해 토글한다.
차동장치(10)을 턴오프시키기 위해 스위치(64)를 다시 누른다. 따라서, 점화스위치라인(80)이 모듈(58)을 대기모드로 위치시켜, 4WD 차량이 사용되지 않을 때 차동장치(10)의 활성화와 배터리의 방출을 방지한다. 다음에, "언록" LED(66)가 조명되고, 또한 바-그래프 디스플레이(68, 70)들은, 잠금 매카니즘의 이동 또는 전자석 코일(50)에 인가되는 전압 어느 것도 없다는 것을 보여준다.
만일 핀 "9"가 전자석 코일(50)의 외부오류 또는 지속성의 손실을 검출한다면, "오류"LED(66)가 조명되어, 오류 또는 손실이 해결되기 전까지 차동장치(10)의 활성화가 허용되지 않는다. 만일 점화전력이 순환한다면, 예컨대 차량이 턴오프된 다음 나중에 다시 턴온된다면, 차량이 턴오프되었을 때 모듈(58)은 차동장치(10)에 대한 전력을 강하시키고, 그리고 차동장치(10)가 재활성화되기 전까지 차동장치(10)는 전력을 공급받지 않는다. 제어시스템(560의 상측의 강하회로(drop-out circuit)(78)를 포함한다. 이 방식에서, 소정의 인라인 스위치가 외부 안전 매카니즘이 될 수 있어서, 이에 의해 점화전력의 중단이 모듈(58)을 자동적으로 차단시킨다. 제한하고자 하는 것은 아니지만 예컨대, 변속기의 리미트 스위치(limit switch)가 이러한 매카니즘으로 역할 수 있어서, 차량이 제1기어 또는 후진기어에서 동작하는 것으로 검출하면 모듈(58)을 자동적으로 차단시킨다.
제어시스템(56)으 모듈(58)이 4WD 차량의 대쉬보드 아래에 설치되기 때문에, 차량의 대쉬보드의 면을 통해 구멍을 형성할 필요가 없고, 그리고 "차량 설계 및 제조"분야의 당업자라면, 제어시스템(56)이 상기에서 기술한 관련기술분야의 이러한 시스템의 단점들을 극복한다는 것을 잘 알아야 한다. 제어시스템(56)은 또한 차동장치(10)를 제어하는 한편 차동장치(10)의 상태의 안전한 특성과 업데이트를 제공한다. 제어시스템(56)의 동작은 차동장치(10)의 잠금을 검출하기 위해 피드백을 가지는 전자 순시-스위치-래칭-계전 시스템(electronic momentary-switch-latching-relay system)을 기반으로 하고 그리고 전력소비를 제어한다. 제어시스템(56)은 또한 차동장치(10)와 그리고 상측 및 하측 강하회로(78)를 활성화시키기 위해 PWM신호를 포함한다. 제어시스템(56)은 또한 차동장치(10)의 돌발적인 동작을 방지하고 또한 점화스위치라인(80)에 안전한 외부입력을 제공한다. 제어시스템(56)은 또한 12볼트 30암페아 최대 스위칭(12볼트 10암페아 최대 PWM 스위칭)과, 점화스위치 상측 오류 강하(switched-ignition high-side-fault drop-out), (10밀리암페아 인출 미만인) 가변 직류 오류입력(variable direct-current-fault input)과, 그리고 가변 직류 잠금-유지 레벨(variable direct-current lock-hold level)을 특징으로 한다.
차동장치(10)는 4WD 차량에 제어와, 전력과, 견인력과 그리고 오프-로드 성능을 제공한다. 또한, 제어시스템(56)의 설치는 4WD 차량의 대쉬보드를 통한 구멍의 드릴링 또는 보링을 필요로 하지 않고; 시간을 소비하지 않고, 복잡하지 않고, 또는 비용이 들지 않으며; 그리고 대쉬보드에 손상을 주지 않는다. 제어시스템(56)은 다양한 제어들을 유용한 패키지로 통합하고 또한 선행기술의 시스템에 비해 차동장치(10)의 보다 안전하고, 보다 나은 제어와 피드백을 제공한다. 게다가, 차동장치(10)의 일시적인 "온/오프" 래칭과 강하 전력이 제어된다. 이외에도, 차량의 4WD 기능이 필요하지 않을 때 차동장치(10)의 활성이 방지된다. 이 방식에서, 4WD 차량의 차동장치(10)와 관련부품과 차죽과 대응하는 타이어의 예상보다 빠른 마모를 피할 수 있다. 게다가, 4WD 차량에 대한 전력이 턴오프될 때 차동장치(10)가 리셋되기 때문에, 차동장치(10)는 차량 배터리의 수명이 길어지는 것을 도와준다. 제어시스템(56)은 부품시장의 전자제어 차동잠금시스템의 일부일 수 있고 또한 OEM응용에 채용될 수 있다.
본 발명을 설명적인 방식으로 기술하였다. 여기에서 사용되는 용어는 제한보다는 설명을 위한 것이라는 알아야 한다. 본 발명의 많은 수정과 변형들이 상기의 지침 내에서 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위 내에서, 본 발명은 여기에서 기술한 것과 달리 수행될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자제어 차동잠금장치(10)는:
    전자석 코일(50)과; 그리고
    상기 차동장치(10)의 동작을 제어하기에 적합한 제어시스템(56)을 포함하고, 상기 제어시스템은:
    차량의 대쉬보드 아래에 설치되기에 적합한 모듈(58)과; 그리고
    상기 모듈(58)과 전기적으로 인터페이싱하는 회로(78)를 포함하고, 회로는:
    제1 및 제2전원들 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되고 또한 상기 차동장치(10)에 래칭전력을 제공하기에 적합한 래칭스위치(64)와; 그리고
    상기 래칭스위치(64)에 전기적으로 연결되고 또한 상기 차동장치(10)에 래칭전력을 제공하기에 적합한 래칭요소(84)를 포함하고,
    상기 제어시스템(52)에 대한 전력이 턴오프되면 상기 회로(78)는 작동중지가 되고 또한 상기 제어시스템(52)에 대한 전력이 턴오프되면 상기 회로가 "대기"모드에 들어가고, 그리고 래칭스위치(64)가 활성화되면, 상기 회로(78)를 통해 전류가 흘러 상기 래칭요소(84)를 활성화시키고 그리고 상기 차동장치(10)가 활성화되는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 모듈(58)은, 상기 모듈(58)이 대쉬보드 아래에 설치될 때 차량의 차 안을 향하는 전면 패널(60)과 후면 패널(62)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 모듈(58)의 상기 전면 패널(60)은 상기 차동장치(10)에 래칭전력을 제공하기 위하여 상기 차동장치(10)를 일시적으로 활성화/비활성화하기 위해 수동으로 눌려지기게 적합한 "온/오프" 스위치(64)와; 상기 차동장치(10)가 잠기어졌다는 것을 센서가 감지할 때와, 상기 차동장치(10)가 잠기어졌다는 것을 상기 센서가 검출하지 않을 때와 그리고 상기 제어시스템(56)이 상기 차동장치(10)의 상기 전자석 코일(50)의 외부오류 또는 지속성의 손실을 검출할 때를 나타내기에 적합한 다수의 LED(66)들과; 그리고 적어도 상기 차동장치(10)의 이동량과 상기 전자석 코일(50)에 인가되는 가변 전압의 양을 나타내는 다수의 디스플레이(68, 70)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 모듈(58)의 상기 후면 패널(62)은 상기 차동장치(10)에 대해 특정 레벨의 전압을 유지하기에 적합하고 또한 다양한 레벨의 전위로 조정되는 전위차계(72)와 그리고 상기 제어시스템(56)과 차량 간의 인터페이스로서 작용하기에 적합하고 또한 차량의 특정한 전기적 움직임을 감지하도록 각각 설계되는 다수의 핀들을 가지는 커넥터(74)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 래칭요소(84)는 제1스위치(86)와, 제2스위치(96)와 코일(130)을 포함하는 2극 쌍투 제어 계전기(84)를 포함하고, 그리고 상기 래칭스위치(64)가 활성화되면, 상기 회로(78)를 통해 전류가 흘러 상기 계전기(84)를 활성화시키고, 상기 제2스위치(96)가 폐쇄되고, 그리고 상기 차동장치(10)가 활성화되는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1스위치(86)는 고전류용 접점(87) 세트를 포함하고, 상기 제2스위치(96)는 저전류용 접점(97) 세트를 포함하고, 그리고 상기 코일(130)은 전류가 변할 때 역-EMF를 상기 회로(78)에 도입하기에 적합한 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 래칭스위치(64)는 "온" 스위치(100)와 "오프" 스위치(88)를 포함하고, 상기 "온" 스위치(100)가 활성화되면, 전류가 상기 회로(78)를 통해 흘러 상기 계전기(84)를 활성화시키고, 상기 제2스위치(96)가 폐쇄되고, 그리고 상기 차동장치(10)가 활성화되는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어시스템(56)은 상기 계전기(84)로 전류를 도전시키기에 적합하고 또한 역바이어스 전압 스파이크를 약화시키는 인라인 다이오드(128)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어시스템(56)은 상기 회로(78)에서 전류의 흐름량을 강하시키기에 적합한 적어도 하나의 저항(90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어시스템(56)은 상기 저항(90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134)들 중 적어도 하나를 가로질러 전류를 전송하기에 적합한 적어도 하나의 트랜지스터(94, 114, 122)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어 차동잠금장치.
  11. 전자제어 차동잠금장치의 동작을 제어하기에 적합한 제어시스템(56)에 있어서, 상기 제어시스템(56)은:
    차량의 대쉬보드 아래에 설치되기에 적합한 모듈(58)과; 그리고
    상기 모듈(58)과 전기적으로 인터페이싱하는 회로(78)을 포함하고, 상기 회로는:
    제1 및 제2전원들 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되고 또한 차동장치에 래칭전력을 제공하기에 적합한 래칭스위치(64)와; 그리고
    상기 래칭스위치(64)에 전기적으로 연결되고 또한 상기 차동장치(10)에 래칭전력을 제공하기에 적합한 래칭요소(84)를 포함하고,
    상기 제어시스템(52)에 대한 전력이 턴오프되면 상기 회로(78)는 작동중지가 되고 또한 상기 제어시스템(52)에 대한 전력이 턴오프되면 상기 회로가 "대기"모드에 들어가고, 그리고 래칭스위치(64)가 활성화되면, 상기 회로(78)를 통해 전류가 흘러 상기 래칭요소(84)를 활성화시키고 그리고 상기 차동장치(10)가 활성화되는 것을 특징으로 하는 제어시스템(56).
  12. 제11항에 있어서, 상기 모듈(58)은, 상기 모듈(58)이 대쉬보드 아래에 설치될 때 차량의 차 안을 향하는 전면 패널(60)과 후면 패널(62)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 모듈(58)의 상기 전면 패널(60)은 상기 차동장치에 래칭전력을 제공하기 위하여 상기 차동장치를 일시적으로 활성화/비활성화하기 위해 수동으로 눌려지기게 적합한 "온/오프" 스위치(64)와; 상기 차동장치가 잠기어졌다는 것을 센서가 감지할 때와, 상기 차동장치가 잠기어졌다는 것을 상기 센서가 검출하지 않을 때와 그리고 상기 제어시스템(56)이 상기 차동장치의 외부오류 또는 지속성의 손실을 검출할 때를 나타내기에 적합한 다수의 LED(66)들과; 그리고 적어도 상기 차동장치의 이동량과 상기 차동장치에 인가되는 가변 전압의 양을 나타내는 다수의 디스플레이(68, 70)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 모듈(58)의 상기 후면 패널(62)은 상기 차동장치에 대해 특정 레벨의 전압을 유지하기에 적합하고 또한 다양한 레벨의 전위로 조정되는 전위차계(72)와 그리고 상기 제어시스템(56)과 차량 간의 인터페이스로서 작용하기에 적합하고 또한 차량의 특정한 전기적 움직임을 감지하도록 각각 설계되는 다수의 핀들을 가지는 커넥터(74)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  15. 제11항에 있어서, 상기 래칭요소(84)는 제1스위치(86)와, 제2스위치(96)와 코일(130)을 포함하는 2극 쌍투 제어 계전기(84)를 포함하고, 그리고 상기 래칭스위치(64)가 활성화되면, 상기 회로(78)를 통해 전류가 흘러 상기 계전기(84)를 활성화시키고, 상기 제2스위치(96)가 폐쇄되고, 그리고 상기 차동장치가 활성화되는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1스위치(86)는 고전류용 접점(87) 세트를 포함하고, 상기 제2스위치(96)는 저전류용 접점(97) 세트를 포함하고, 그리고 상기 코일(130)은 전류가 변할 때 역-EMF를 상기 회로(78)에 도입하기에 적합한 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 래칭스위치(64)는 "온" 스위치(100)와 "오프" 스위치(88)를 포함하고, 상기 "온" 스위치(100)가 활성화되면, 전류가 상기 회로(78)를 통해 흘러 상기 계전기(84)를 활성화시키고, 상기 제2스위치(96)가 폐쇄되고, 그리고 상기 차동장치가 활성화되는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  18. 제11항에 있어서, 상기 제어시스템(56)은 상기 계전기(84)로 전류를 도전시키기에 적합하고 또한 역바이어스 전압 스파이크를 약화시키는 인라인 다이오드(128)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제어시스템(56)은 상기 회로(78)에서 전류의 흐름량을 강하시키기에 적합한 적어도 하나의 저항(90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어시스템(56)은 상기 저항(90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134)들 중 적어도 하나를 가로질러 전류를 전송하기에 적합한 적어도 하나의 트랜지스터(94, 114, 122)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
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