KR20140007878A - 전기 진공 펌프를 제어하는 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 전기 진공 펌프 (1) 를 제어하는 어셈블리에 관한 것이며, 상기 어셈블리는, 전자 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 적어도 하나의 스위치 (4, 7, 10, 13) 에 의해 공급 전압 (2) 에 접속가능하다. 진공 펌프 (1) 의 시동 페이즈에서, 전자 제어 유닛은 공급 전압 (2) 과 진공 펌프 (1) 사이에 추가적인 전기 저항기 (6; 9, 12) 를 접속시킨다.

Description

전기 진공 펌프를 제어하는 어셈블리{ASSEMBLY FOR CONTROLLING AN ELECTRIC VACUUM PUMP}

본 발명은 차량용 전기 진공 펌프를 제어하는 어셈블리에 관한 것이다.

차량들 (바람직하게는 승용차들) 에 있어서 부압 (가솔린 엔진들의 경우에 엔진 흡입 또는 디젤 엔진들의 경우에 기계적 진공 펌프들에 의한 진공) 을 발생시키는 종래의 방법들을 대체하는 전기 진공 펌프들이 선행 기술로부터 알려져 있다. 이 진공 또는 부압은 특히 제동력 (braking power) 을 보조하거나 또는 부스트하기 위해 차량들에서 필요로 된다.

이 타입의 펌프들은, 펌프들을 각각의 온보드 전력 공급 시스템에 접속시키는 릴레이들 또는 별도의 제어 유닛 (ECU) 에 의해 제어될 수 있다. 12V 온보드 전력 공급 시스템에 의하면, 특정한 상황들에서 여기에 100A 까지의 피크들을 갖는 돌입 전류들이 발생할 수도 있다. 현대의 차량 아키텍처들에 있어서, 병렬로 동작하는 시스템들을 손상시키지 않도록 하기 위해 이 전력 피크를 현저하게 감소시키기 위한 시도들이 이루어지고 있다. 그리하여, 특히 액추에이터들 또는 펌프들을 시작시킬 경우, 돌입 전류를 허용가능한 값 (20A ~ 30A) 으로 제한하는 것이 요구되고 있다.

이러한 문제를 극복하거나 또는 경감시키기 위한 공지된 해결책들은 종종, 전력 전자기기들을 제어하기 위해 펄스폭 변조 (PWM; Pulse-Width Modulation) 로서 알려져 있는 것을 이용한다. 여기서, 제어될 전자기기 시스템의 전력 스테이지들 또는 렐리이는 더 높은 주파수 및 가변 펄스/휴지 비율 (pulse/pause ratio) 을 이용하여 제어된다. 대응하는 전자기기 시스템들이 접속되면, 모터에 의해 사용되는 전압 및 그에 따른 전류가 이와 같이 제한된다. 하지만, 펄싱에 기인하여, 이 크기의 전류들에 대해 상당히 악화된 EMC (Electromagnetic Compatibility; 전자파 적합성) 거동이 예상되고, 일반적으로 자동차 분야에서 유효한 제한치들을 상당히 초과한다. 이러한 문제점은 매우 복잡하고 비싼 추가적인 회로들에 의해서만 극복될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 가장 간단한 가능한 구조를 이용하여, 종래의 해결책에 비해서 시동 페이즈 (start-up phase) 에 발생하는 시작 전류를 감소시키고 그리고 공급 네트워크로 가능한 한 적은 전압 및/또는 전류 펄스들을 유발하는, 도입부에서 언급된 타입의 어셈블리를 특정하는 것이다.

이 목적은 독립청구항에서의 특징부들에 의해 달성된다.

펌프의 시동 지속기간 (100~200 ms 정도) 동안, 적어도 하나의 추가적인 저항기가 전기 진공 펌프의 모터와 공급 전압 사이에 접속된다는 점에서 돌입 전류가 제한된다. 그리하여 전류는 추가로 정전기적으로 저항력 있게 제어된다. 일단 시동 페이즈가 경과되면 (펌프가 정규 파라미터들 내에서 구동하자 마자), 유사 (quasi) 저항-프리 경로로의 전환이 구현되어, 펌프의 전출력이 이용가능하게 된다.

시작 전류의 지속기간은 각각의 시스템에 의존하며, 미리 정의될 수 있다. PWM 과는 대조적으로, 전기 회로에 집적된 저항성 부하는 임의의 지속적인 부정적 EMC 교란들을 야기하지 않는다. 전환 프로세스에 의해서만 저항 부하들의 접속에 기인한 낮은 간섭 펄스가 발생할 수 있는데, 이 경우에 항상 2개의 전환 스테이지들의 저항 값들 사이에 현저한 차이가 있고 그리하여 유효 전류의 현저한 차이가 있기 때문이다.

전환가능한 저항 경로들의 사용은 펌프 모터의 시작 전류를 제한하는 것을 가능하게 한다. 흔히 사용되는 PWM 방법과는 대조적으로, 서술된 기법은 추가적으로 시동 제한 동안 EMC 교란들의 문제를 해결한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 저항성 부하와 부하-프리 모드 사이의 전환 프로세스 동안 어쩌면 발생하는 피크 펄스들은, 순차적으로 접속가능한 복수의 병렬 경로들 및 저항성 부하들을 갖는 실시형태에 의해 감소될 수 있다. 이들은 추가적으로 개별 부품들의 치수 (전력) 가 감소될 수 있다는 이점을 가지며, 그리하여 필요한 경우에 더욱 비용-효율적인 해결책을 구성한다.

추가적인 저항기들을 갖는 이들 저항 경로들은 또한 그룹을 지어 병렬로 접속될 수 있고, 여기서 상이한 순간에 접속 저항기들의 각각의 적합한 선택에 의해, 점점 더 감소된 전체 저항이 접속될 수 있다. 그리하여, 비교적 적은 추가적인 저항 경로들을 이용하여 접속 저항 값들의 양호한 점차적인 변화 (gradation) 가 달성될 수 있다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 공급 전압의 음극과 진공 펌프 모터 사이의 펌프의 로우-사이드 (low-side) 경로에 저항 경로 또는 저항 경로들을 배열함으로써 추가적인 부품들의 전력의 감소가 달성될 수 있다.

유효 전류 및 이에 따른 특히 돌입 (시작) 전류는 상이한 파라미터들 (예를 들어, 온보드 전압, 회로 및/또는 펌프 온도) 에 의존하기 때문에, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 추가적인 저항 경로들의 접속 시간은 각각의 파라미터들에 의존하는 방식으로 선택될 수 있다. 이것은, 전류의 돌입 부하들의 예상된 확대 또는 증가에 따라, 저항 경로가 더 오래 동안 활성화된 채로 남아 있는 방식으로 발생해야 한다. 즉, 활성화 시간은 예를 들어 온보드 전압에 대해 선형으로 상승한다. 더 낮은 온도에서는, 펌프 모터의 오믹 저항이 또한 감소되기 때문에, 그리하여 시동 페이즈 및 이에 따른 저항 경로(들)의 턴온 시간이 연장되게 된다.

두 경우에, 선형 의존성은 또한 제어 디바이스에 저장된 특성 맵에 의해 대체될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 모터의 전류 흡수는 또한 저항 브랜치 양단의 전압 강하에 의해 측정될 수 있다. 전류의 측정은 저항 브랜치의 접속해제를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 여기서, 저항 브랜치는 유효 전류가 최대 제한치 (예를 들어 30 A) 미만으로 떨어지는 순간에 접속해제된다. 그 값은 이 경우에 다시 구성가능해야 되며, 변동 영향들을 배제하기 위해 정의가능한 지연을 통해 적절히 디바운스된다.

각각의 경우에 저항 브랜치 또는 저항 경로의 접속해제란, 정규 회로 경로의 동시 접속에 대한 저항 경로의 접속해제를 의미하며, 이는 실질적으로 저항-프리 (유사 단락 내지 GND) 이다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 저항 경로가 이미 로우-사이드 스위치에 의해 브릿지되어 있고 그리하여 더 이상 활성이 아니더라도, 로우-사이드 스위치를 간단히 비활성화시키고 저항 브랜치에서 전압을 동시에 재측정함으로써, 모터의 전류 흡수는 주기적으로 확립될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 구동하는 펌프 모터의 표시는 또한 저항 경로(들)의 전환에 대해 사용될 수 있다. 여기서, 펌프의 정확한 시동이 (예를 들어 펌프 속도를 통해) 식별될 때까지 저항 경로는 활성화된 채로 남아 있다. 여기서 공칭 속도에 대한 제한 값이 구성가능할 수 있다.

어떤 주변 조건들 (예를 들어, 부족전압, 저온) 하에서 추가적인 저항성 부하에 의해 펌프의 시동을 방해하지 않기 위해서, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 정의된 시간 조건에 선택적으로 의존하여, 시작하지 않은 (non-starting) 펌프의 검출시에, 추가적인 저항 경로들이 적절히 순차적으로 접속될 수 있다 (전체 저항의 저하).

상기 언급된 실시형태들에서 직면하는 일 기술적 도전과제는, 전자기기 시스템의 전력 회로에서의 반도체 소자들의 가열을, 상기 소자들의 서비스 수명이 손상되거나 또는 심지어 훼손되지 않는 정도로 감소시키는 것이다. 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 전자 보드의 온도 또는 반도체 소자들의 온도가 또한 이용될 수 있다. 반도체 소자의 온도 또는 전자 보드의 온도를 통해 (가능하면 모델을 통해) 결정되는 그 소자의 모델링된 온도 또는 전력 전자기기의 온도가 정의된 제한 값을 초과하는 경우, 저항 경로는 보호 목적을 위해 접속해제된다. 이 경우에, 가능한 증가된 시작 전류가 허용된다.

본 발명의 몇몇 예시적인 실시형태들에 대해 도면들을 참조하여 이후 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 추가적인 저항 경로를 갖는 어셈블리의 제 1 예시적인 실시형태를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 2개 이상의 추가적인 저항 경로들을 갖는 어셈블리의 다른 예시적인 실시형태를 나타낸다.

본 발명에 따른 어셈블리의 제 1 예시적인 실시형태의 회로도가 도 1 에 도시된다.

진공 펌프의 전기 모터 (1) (더욱 상세하게 도시되지 않음) 가 나타나 있고, 예를 들어 제동력을 보조하거나 또는 부스트하기 위해 차량에서 사용될 수 있다.

전기 진공 펌프 또는 그 모터 (1) 에는 DC 전압 소스 (2) 로부터 전기 에너지가 공급된다. 이를 위해, DC 전압 소스 (2) 의 음극과 모터 (1) 사이에 전자 스위치 (4) 에 의해 유사 저항-프리 경로 (3) 가 제공된다.

전자 스위치 (4) 는 전자 제어 유닛 (도면에 나타내지 않음) 에 의해 작동가능하고, 즉 상기 스위치는 상기 제어 유닛에 의해 전자적으로 제어되는 방식으로 폐쇄 또는 개방될 수 있다.

스위치 (4) 가 폐쇄되면, 그리하여 전압 소스 (2), 스위치 (4) 를 가진 경로 (3), 및 또한 모터 (1) 를 갖는 폐쇄된 전기 회로가 생성되어, 모터 (1) 는 전압 소스 (2) 에 의해 유사 저항-프리 방식으로 전기 에너지를 공급받고 동작 중이 되고, 그리하여 진공 펌프는 원하는 방식으로 진공 또는 부압을 발생시키게 된다.

이 전기 회로가 폐쇄되는 경우 및 그리하여 모터 (1) 또는 진공 펌프가 접속되는 경우, 모터 (1) 가 아직 모터의 공칭 속도에 도달하지 않은 시동 페이즈에서 추가의 조치 없이 전기 회로에, 증가된 전류들, 또는 시작 전류들로서 알려진 것이 발생한다. 이들 전류들은 바람직하지 않으며, 이들 전류들은 전압 소스 (2) 에 대해 그 전압이 떨어질 수도 있을 정도로 비정상적으로 높은 정도로 부하를 가하여, 그에 의해 전압 소스 (2) 에 의해 전기 에너지가 마찬가지로 공급되는 차량용 다른 부품들의 기능이 결국 손상될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이들 시작 전류들을 감소시키거나 또는 심지어 회피하는 것이다.

이를 위해, 도 1 에 따른 본 발명에 따른 어셈블리는, 전자 제어 유닛에 의해 마찬가지로 작동가능한 전자 스위치 (7) 와 오믹 저항기 (6) 를 가진 저항 경로 (5) 를 갖는다.

2개의 경로들 (3 및 5) 은 병렬로 배열되며, 스위치들 (4 및 7) 에 의해 전기 회로에 택일적으로 접속될 수 있다. 경로 (3) 는 유사 저항-프리이고, 반면에 저항 경로 (5) 는 오믹 저항기 (6) 를 갖는다.

그리하여, 전압 소스 (2) 의 음극 및 모터 (1) 의 단자로부터의 유사 저항-프리 접속 또는 대안으로 오믹 저항기 (7) 를 통한 동일한 접속은, 스위치들 (4 및 7) 의 대응하는 반대 작동에 의해 접속될 수 있다.

모터 (1) 의 시동 페이즈에서 상술한 증가된 시작 전류들을 저항력 있게 제한하기 위해서, 전자 제어 유닛은 시동 페이즈에서 스위치 (4) 를 개방하고 스위치 (7) 를 폐쇄한다. 그리하여 오믹 저항기 (6) 가 전기 회로에 접속되어, 시작 전류를 저항력 있게 제한한다.

일단 시동 페이즈가 경과되면, 즉, 예를 들어 미리 정의가능한 (predefinable) 기간 (100 내지 200 ms) 이후에 또는 일단 시작 전류가 충분히 감소되면, 스위치 (4) 가 폐쇄되고, 스위치 (7) 가 개방된다. 그 후, 어셈블리는 정규 동작 모드에 있고, 모터 (1) 는 유사 저항-프리 방식으로 전압 소스 (2) 에 커플링된다.

요약하자면, 저항기 (6) 는 이와 같이 시작 전류를 저항력 있게 제한하는 목적을 위해 시동 페이즈에서만 전기 회로에 접속된다.

2개의 스위치들 (4 및 7) 을 간단히 전환함으로써, 진공 펌프의 모터 (1) 의 시작 전류의 극히 효과적인 오믹 제한이 이와 같이 달성되며, 이 전류 제한의 정도는 오믹 저항기 (6) 의 사이즈의 적절한 선택에 의해 조절될 수 있다.

제 2 비상 접속해제의 가능성을 제공하기 위해 전압 소스 (2) 의 양극과 모터 (1) 의 제 2 단자 사이에 비상 스위치 (14) 가 제공될 수 있다.

도 2 는 마찬가지로 회로도의 형태로 본 발명에 따른 어셈블리의 다른 예시적인 실시형태를 나타낸다.

도 1 에 따른 예시적인 실시형태와 유사하게, 이 어셈블리는 진공 펌프의 모터 (1), 스위치 (4) 를 갖는 유사 저항-프리 경로 (3), 및 또한 전압 소스 (2) 를 갖는다.

대조적으로, 저항-프리 경로 (3) 에 병렬로 이제 2개의 경로들 (8 및 14) 이 제공되며, 여기서 경로 (8) 는 오믹 저항기 (9) 및 전자 스위치 (10) 를 가지며, 경로 (11) 는 오믹 저항기 (12) 및 전자 스위치 (13) 를 갖는다.

2개의 저항기들 (9 및 12) 의 오믹 값들은 상이하게 되도록 선택된다. 이후, 저항기 (12) 가 저항기 (9) 보다 더 높은 오믹 저항 값을 갖는 것으로 가정될 것이다.

시동 페이즈 동안 및 시동 페이즈의 말단에서 전기 회로에서의 휠씬 더 작은 전류 변동 및 시작 전류의 또한 더욱 개선된 제한을 달성하기 위해서, 전자 제어 유닛은 초기에 활성적으로 시동 페이즈의 시작시에 스위치 (13) 를 폐쇄함으로써 더 높은 저항기 (12) 를 접속시킨다. 이 페이즈에서, 스위치들 (10 및 4) 은 개방된다.

(여전히 시동 페이즈 내에서) 일단 다른 조건이 만족되면 또는 미리 정의가능한 기간 이후에, 스위치 (13) 가 개방되고 스위치 (10) 가 폐쇄되어, 더 작은 저항기 (9) 가 이제 전기 회로에 접속되게 된다. 일단 시동 페이즈가 경과되면, 스위치 (10) 가 개방되고 스위치 (4) 가 폐쇄된다.

스위치들 (13, 10 및 4) 을 순차적으로 폐쇄함으로써, 시작 전류의 더욱 개선된 제한이 이와 같이 달성되며, 여기서 스위치들 사이를 전환하더라도, 오믹의 점차적인 변화의 결과로서 감소된 전류 펄스들이 발생한다.

경로들 (n-1 및 n) 로 도 2 에 나타낸 바와 같이, 경로들 (8 및 14) 에 더하여 추가적 저항 경로들을 제공함으로써 이러한 거동은 개량되고 증대될 수 있다.

이들 경로들 (8, 14, n-1 및 n) 은 상술한 프로세스에 따라 잇달아 활성적으로 접속될 수 있다. 단지 하나의 경로를 활성적으로 접속시키는 것이 아니라, 2개 이상의 경로들을 동시에 활성적으로 접속시키는 것, 즉, 이들 경로들을 병렬로 접속시키는 것이 또한 가능하다.

두 경우에, 시동 페이즈에서 전체적으로 효과적인 오믹 저항 값의 미세한 점차적인 변화 및 그에 따라 미세하게 점차적으로 변화된 강하가 시동 페이즈의 과정 동안 저항 값들의 적합한 선택에 의해 달성될 수 있어, 한편으로 시작 전류의 원하는 저항 제한이 달성되며, 각각의 활성 저항 값들에서의 점프들이 작게 유지될 수 있기 때문에, 스위치들 사이를 전환시킬 때에 발생하는 펄스들이 또한 적절히 최소화된다.

1 : 진공 펌프 모터
2 : 전압 소스
3 : 저항-프리 경로
4 : 저항-프리 경로에서의 전자 스위치
5 : 저항 경로
6 : 저항기
7 : 저항 경로에서의 전자 스위치
8,11 : 저항 경로들
9,12 : 저항 경로들에서의 저항기들
10,13 : 저항 경로들에서의 전자 스위치들
14 : 비상 스위치
n-1, n : 저항 경로들

Claims (13)

1. 차량용 진공 펌프의 전기 모터 (1) 를 제어하는 어셈블리로서,
   전자 제어 유닛은, 시동 페이즈 (start-up phase) 에서, 상기 전자 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 전자 스위치들 (4, 7, 10, 13) 에 의해, 전기 모터 (1) 를, 추가적인 저항기 (6; 9, 12) 를 구비한 적어도 하나의 저항 경로 (5; 8, 11) 를 통해 공급 전압 (2) 에 접속시키고, 일단 상기 시동 페이즈가 경과되면, 실질적으로 저항-프리 방식으로 상기 전기 모터를 상기 공급 전압에 접속시키는, 전기 모터 제어 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,
   적어도 2개의 저항 경로들 (8, 11, n-1, n) 이 제공되고,
   상기 저항 경로들 (8, 11, n-1, n) 은 상이하거나 또는 동일한 사이즈의 전기 저항기들 (9; 12) 의 스태거드 그리팅들 (staggered greetings) 을 가지며,
   상기 저항기들은 상기 저항 경로들 (8, 11, n-1, n) 에 제공된 전기 스위치들 (10, 13) 에 의해 상기 시동 페이즈에서 그룹을 지어 또는 순차적으로 활성적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   증가된 시작 (starting) 전류가 발생하며 상기 시동 제어 유닛에 의해 고려되는 상기 시동 페이즈는 대략 100 내지 200 ms 의 지속 기간을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 하나의 상기 추가적인 전기 저항기 (6; 9, 12) 및 상기 전자 스위치들 (4, 7, 10, 13) 은 전압 소스 (2) 의 음극과 진공 펌프 (1) 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시동 페이즈의 지속기간은 상기 전자 제어 유닛에 저장되고, 상기 전자 제어 유닛은 그에 따라 상기 전자 스위치들 (4, 7, 10, 13) 을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전자 제어 유닛은, 온도가 미리 정의가능한 (predefinable) 온도 값 미만으로 떨어지는 경우 및/또는 미리 정의가능한 최대 공급 전압이 초과되는 경우에 상기 시동 페이즈를 연장하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전자 제어 유닛은 상기 추가적인 저항기(들) (6; 9, 12) 을 통해 상기 전기 모터 (1) 의 전류 흡수 (uptake) 를 측정하고, 그 후 측정된 전류가 미리 정의가능한 기간 (t) 동안 정의가능한 최대 값을 초과하는 경우에 상기 시동 페이즈를 종료하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전자 제어 유닛은 상기 저항 경로 (5; 8, 11) 에서의 동시 활성화 및 전압의 측정을 이용하여 상기 공급 전압을 일시적으로 분리시킴으로써 상기 전기 모터의 전류 흡수를 결정하고, 그 후 측정된 전압이 미리 정의가능한 최대 값을 초과하는 경우에 상기 전류 흡수를 종료하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 전자 제어 유닛은 또한 상기 시동 페이즈 이후에 주기적으로 상기 전압 측정을 실시하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 진공 펌프의 모터 (1) 의 속도에 따라서 상기 시동 페이즈를 종료하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
11. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은, 미리 정의가능한 시간 이후에 시작하지 않은 (non-starting) 펌프 모터 (1) 의 검출시에, 추가적인 저항 경로들 (8, 11, n-1, n) 을 병렬로 접속시키는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 어셈블리의 하나 이상의 전자 부품들이 미리 정의가능한 최대 온도를 초과하였다고 결정하는 경우에, 저항기 또는 추가적인 저항기들 (6; 9, 12) 을 접속해제시키는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 어셈블리.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 어셈블리를 갖는, 차량.

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