KR20140148440A - 센서가 달린 솔레노이드 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 솔레노이드 디바이스의 출력 압력을 변경하기 위한 압력변경수단; 및 상기 압력변경수단에 작동신호를 제공하기 위한 액츄에이터를 구비하는 솔레노이드 디바이스로서, 솔레노이드 디바이스는 상기 솔레노이드 디바이스의 제어값을 감지하도록 배열된 센서와, 요청을 수신하고 상기 제어값이 요청을 충족할 때까지 센서로부터의 피드백에 따라 액츄에이터에 전력 전달을 제어하도록 배열된 컨트롤러를 더 포함하는 솔레노이드 디바이스에 관한 것이다.

Description

센서가 달린 솔레노이드 디바이스{SOLENOID DEVICE WITH SENSOR}
본 발명은 솔레노이드 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔레노이드 스풀밸브가 차량 또는 시스템의 통신망에 사용될 때 향상된 성능 특성을 제공하는 집적형 압력센서를 갖는 솔레노이드 스풀밸브에 관한 것이나 이에 배타적이지는 않다.
현대식 차량은 일반적으로 다양한 시스템용의 매우 많은 전자제어장치들(ECU)이 있다. 가장 큰 프로세서는 통상 엔진제어장치이나, 변속장치, 에어백, 미끄럼방지장치(ABS), 크루즈 컨트롤, 전자제어 파워 스티어링(electric power steering), 오디오 시스템, 윈도우, 도어, 미러 조절, 하이브리드/전기 자동차용 배터리 및 충전 시스템 등와 같은 차량내 다른 디바이스들을 제어하는데 다른 ECU들이 사용된다. 이런 형태들 중 일부는 별개의 시스템들이나 서로 간에 통신이 기본이다. 서브시스템은 액츄에이터를 제어하거나 센서로부터 피드백을 수신하는 것이 필요할 수 있다. CAN(Controller-Area Network)은 이 필요를 충족하기 위해 고안된 표준 차량버스 또는 통신망이다.
본 출원인은 기존의 시스템이 솔레노이드 밸브에 의해 전달된 압력을 감지하기 위한 유압식 서킷 상의 다른 곳에 센서들을 갖는 것을 알았다. 본 출원인은 적어도 성능과 유지보수에 관한 한 이런 시스템들이 향상될 수 있다고 판단했다.
본 출원인은 또한 현재 디자인의 대유량 솔레노이드가 동일 면적의 스풀을 갖는, 즉, 스풀의 랜드들이 동일한 외부 치수, 주로 외직경을 가지므로, 랜드에 대한 유체 압력에 응답해 스풀을 구동하기 위한 랜드들의 표면적이 같아지는 것을 알았다. 현재 디자인의 솔레노이드 스풀밸브들에서 얻은 압력을 높이려면 스풀 직경이 증가될 필요가 있다.
스풀에 대한 랜드들 각각의 직경이 증가됨에 따라, 솔레노이드 스풀밸브의 다이어프램에 대한 압력도 증가되어, 전자기 액츄에이터의 자석(코일) 크기도 증가되는 것이 필요하다. 본 출원인은 솔레노이드 스풀밸브의 압력 용량에 따라 자석(코일) 크기를 늘려야 하는 필요성을 없애는 것이 바람직할 것이라 판단했다.
더욱이, 본 출원인은 또한 현재 실시에 따른 스풀 상의 모든 랜드들의 증가된 직경으로 인해 대표적으로 솔레노이드 스풀밸브의 배기포트로의 누출이 증가되어, 누출을 보상하기 위해 더 큰 펌프가 필요한 것을 알았다.
본 발명의 실시예들은 이전 솔레노이드 스풀밸브의 하나 이상의 단점들을 해결하거나 적어도 완화시키려고 한다.
본 발명에 따르면, 솔레노이드 디바이스의 출력 압력을 변경하기 위한 압력변경수단; 및 상기 압력변경수단에 작동신호를 제공하기 위한 액츄에이터를 구비하는 솔레노이드 디바이스로서, 상솔레노이드 디바이스는 상기 솔레노이드 디바이스의 제어값을 감지하도록 배열된 센서와, 요청을 수신하고 상기 제어값이 요청을 충족할 때까지 센서로부터의 피드백에 따라 액츄에이터에 전력 전달을 제어하도록 배열된 컨트롤러를 더 포함하는 솔레노이드 디바이스가 제공된다.
바람직하기로, 솔레노이드 디바이스는 공급포트가 제공된 슬리브, 컨트롤 포트, 및 슬리브내에서 축방향 변위에 대해 슬리브에 지지되는 스풀을 포함한 스풀밸브; 및 제 1 축방향으로 상기 스풀에 축방향 구동력을 제공하기 위한 전자기 액츄에이터를 포함하는 솔레노이드 스풀밸브이며, 솔레노이드 스풀밸브는 스풀밸브의 제어값을 감지하도록 배열된 센서와, 요청을 수신하고 제어값이 요청을 충족할 때까지 센서로부터 피드백에 따라 전자기 액츄에이터에 전력 전달을 제어하도록 배열된 컨트롤러를 더 포함한다.
보다 바람직하기로, 센서는 압력센서이고, 공급포트는 공급압력포트이며, 제어포트는 제어압력포트이고, 제어값은 제어압력이며, 요청은 압력요청의 형태이고, 컨트롤러는 제어압력이 압력요청을 충족할 때까지 압력센서로부터 피드백에 따라 전자기 액츄에이터에 전력 전달을 제어한다.
바람직하기로, 컨트롤러는 제어회로의 형태이다. 보다 바람직하기로, 제어회로는 통신망으로부터의 압력요청을 수신하도록 배열된다. 더욱더 바람직하기로, 통신망은 CAN(Controller-Area Network)이다.
바람직하기로, 압력센서는 슬리브 안쪽 위치에서 스풀밸브의 제어압력을 감지하도록 배열된다.
바람직한 형태로, 컨트롤러는 감지된 압력에 대해 전자기 액츄에이터에 제공된 전류를 적응해 학습하도록 배열되어 솔레노이드 스풀밸브가 자체보상한다.
바람직하기로, 컨트롤러는 슬리브에 장착된다.
압력센서와 컨트롤러를 포함한 솔레노이드 스풀밸브가 단일 모듈로 제공되는 것이 바람직하다.
바람직하기로, 솔레노이드 스풀밸브는 배기포트를 더 포함하고, 스풀은 공급압력포트를 개폐하기 위한 제 1 랜드가 있는 제 1 위치와 배기포트를 개폐하기 위한 제 2 랜드가 있는 제 2 위치를 가지며, 제 1 위치는 제 2 위치보다 제어압력포트와 유체 소통하는 피스톤면 표면적이 더 크다.
바람직하기로, 제 1 피스튼은 상기 한 피스톤면에 대한 유체압력이 전자기 액츄에이터로부터 축방향으로 멀리 스풀에 작용하도록 배열된 제어압력포트와 유체소통하는 한 피스톤면(b)과, 상기 맞은편 피스톤면에 대한 유체압력이 전자기 액츄에이터를 향해 축방향으로 스풀에 작용하도록 배열된 피드백 오리피스와 유체소통하는 대향 피스톤면(a)을 갖는다.
더 바람직하기로, 피드백 오리피스는 제어압력포트로서 동일한 제어압력으로 유체를 공급한다. 더욱더 바람직하기로, 피드백 오리피스는 제어압력포트와 유체 소통한다. 일예로, 오리피스는 제어압력포트와 소통하도록 제 1 피스톤 위치를 통해 뻗어 있는 덕트로 형성된다.
바람직하기로, 전자기 액츄에이터를 향해 축방향으로 상기 면에 대한 유체압력이 스풀에 작용하도록 제어압력포트와 유체 소통하는 제 2 피스톤 면(c)이 배열된다.
바람직하기로, 스풀의 피스톤면에 대해 유체로부터 스풀에 작용하는 합성력은 제 1 피스톤의 동일 및 대향면 표면적으로 인해 제 1 피스톤의 가로 범위에 무관하도록 스풀이 배열되는 스풀이 배열된다. 더 바람직하기로, 스풀의 피스톤면에 대해 유체로부터 스풀에 작용하는 합성력은 제 1 피스톤의 외직경에 관계없다.
바람직하기로, 스풀의 피스톤면에 대해 유체로부터 스풀에 작용하는 합성력은 하기의 식:
합성력 = A + C - B
로 주어지며, 여기서, A, B, 및 C는 a, b, 및 c에 각각 작용하는 유체힘들이다.
바람직한 형태로, 제 1 피스톤은 제 2 피스톤보다 직경이 더 크다. 더 바람직하기로, 제 1 피스톤의 직경이 더 크기 때문에, 밸브는 공급압력포트로부터 제어압력포트로 상대적으로 대유량과 제어압력포트로부터 배기포트로 상대적으로 소유량을 갖는다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 각각이 상술한 바와 같은 일련의 솔레노이드 스풀밸브가 제공되고, 각각의 솔레노이드 스풀밸브는 다른 압력 용량을 제공하기 위해 제 1 피스톤 직경 대 제 2 피스톤 직경 비가 다르고, 각각의 솔레노이드 스풀밸브는 동일한 전자기 액츄에이터를 갖는다.
한가지 특별한 예로, 각각의 솔레노이드 스풀밸브는 제 1 피스톤 직경 및 제 2 피스톤 직경이 다르다.
그러나, 당업자는 본 명세서에 설명된 기술이 가령 컨트롤 챔버로부터 오일의 배출을 제어하고, 제어된 소스, 즉, 제어되는 식으로 오리피스에 의해 공급됨으로써, 압력제어를 달성하는 다른 제어수단을 통해 압력을 변경할 수 있는 다른 솔레노이드 타입들에 포함될 수 있음을 이해할 수 있다. 이 경우 압력센서 및 컨트롤의 통합은 이전 비자체 조절 시스템/솔레노이드로부터 반복가능한 압력출력에 핵심일 것이다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명은 첨부도면을 참조로 단지 예로써 기술되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서가 달린 솔레노이드 스풀밸브이다.
도 2a는 제 1 실시예에 따른 솔레노이드 스풀밸브의 도식적 횡단면도이다.
도 2b는 제 2 실시예에 따른 솔레노이드 스풀밸브의 도식적 횡단면도이다.
도 2c는 제 3 실시예에 따른 솔레노이드 스풀밸브의 도식적 횡단면도이다.
도 2d는 제 4 실시예에 따른 솔레노이드 스풀밸브의 도식적 횡단면도이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 것들과 같거나 유사한 솔레노이드 스풀밸브의 스풀의 상세도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 솔레노이드 스풀밸브를 포함한 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 복수의 솔레노이드 스풀밸브를 포함한 또 다른 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 6은 일련의 가능한 CAN 노드들을 갖는 온보드 컨트롤러를 도시한 도면이다.
도면의 도 1을 참조로, 시스템 공급압력으로부터의 가변 압력을 (가령, 마찰 클러치와 같은) 대상물에 제공하기 위해 사용된 솔레노이드 스풀밸브(10)가 제공되어 있다. 솔레노이드 스풀밸브(10)에는 CAN(Controller-Area Network)과 같은 통신망에 사용될 경우 향상된 성능/편의를 달성하기 위해 압력센서(46) 및 컨트롤러(48)가 이점적으로 제공된다.
보다 상세하게, 본 출원인은 기존 시스템들은 대표적으로 솔레노이드 스풀밸브와 별개로 유압서킷 상의 다른 곳에 센서를 사용하는 것을 알았다. 본 출원인은 이런 배열들은 특히 개축 및 유지보수시 단점이 있는 것을 알았다. 구체적으로, 기존 시스템들은 솔레노이드 밸브에 전류를 공급하고 외부 압력센서를 이용해 솔레노이드 스풀밸브에 의해 달성된 압력을 감지하기 때문에, 솔레노이드 스풀밸브와 별개의 시스템 구성요소들은 솔레노이드 스풀밸브의 사용에 적합해야 하는데, 이는 상기 밸브가 시간이 지남에 따라 악화되고 시스템 특성을 변화시킬 수 있기 때문이다. 그런 후, 솔레노이드 밸브가 새 솔레노이드로 교체될 때, 시스템의 나머지는 교체된 솔레노이드 스풀밸브와 다른 특성을 갖는 새 솔레노이드 스풀밸브를 적응시키기 위해 재학습되어야 한다. 본 출원인은 기존 시스템에 일반적인 전류보다 압력요청이 솔레노이드 스풀밸브에 보내지도록 자신의 압력센서와 컨트롤러를 갖는 솔레노이드 스풀밸브가 거기에 제공되는 것이 이점적이라 판단했다. 이런 식으로, 솔레노이드 밸브 외부의 시스템 구성요소들은 자체보상되는 능력 덕분에 솔레노이드 스풀밸브의 특성 변화를 보상할 필요가 없다. 압력센서(46)는 솔레노이드 스풀밸브(10)의 제어압력회로에 있고, 입력 압력이 요청되고 신호 소스에서(즉, 솔레노이드 내에서) 제어될 수 있도록 CAN으로부터의 피드가 있다. 압력신호는 다시 압력센서(46)로부터 솔레노이드 컨트롤러(48)로 공급된다.
보다 상세하게, 솔레노이드 스풀밸브(10)는 공급압력포트(16)가 제공된 슬리브(14), 제어압력포트(18) 및 슬리브(14) 내 축변위에 대해 슬리브(14)에 지지된 스풀(22)을 갖는 스풀밸브(12)를 포함한다. 솔레노이드 스풀밸브(10)는 또한 전자기 액츄에이터(24)로부터 제 1 축방향으로 멀리 스풀(22)에 축방향 구동력을 제공하기 위한 전자기 액츄에이터(24)를 포함해 스풀밸브(12)를 동작시킨다. 솔레노이드 스풀밸브(10)는 스풀밸브(12)의 제어압력을 감지하도록 배열된 압력센서(46)와 압력요청을 수신하고 상기 압력요청을 충족시키기 위해 압력센서(46)로부터의 피드백에 따라 전자기 액츄에이터(24)에 전력 전달을 제어하도록 배열된 컨트롤러(48)를 더 포함한다.
컨트롤러(48)는 가령, 통신와이어(50)와 같은 통신수단에 의해 통신망으로부터 압력요청을 수신할 수 있다.
마찬가지로, 압력센서(46)는 통신와이어(52)에 의해 컨트롤러(48)와 통신하게 결합될 수 있다. 도 1에 도시된 컨트롤러(48)는 파워라인(54)에 의해 전자기 액츄에이터(24)에 전력을 공급한다. 그러나, 이 수단에 대한 대안은 CAN 신호가 전력 와이어들의 상단에 "끼워져" 2개의 와이더들이 솔레노이드 어셈블리에 연결될 필요가 있는 점에서 전력과 CAN 와이어의 결합일 수 있다.
도시된 예에서, 압력센서(46)는 스풀밸브(12)의 구멍 부근에 있는 슬리브(14)의 공동에 위치되어 컨트롤 압력포트(18)와 소통하는 컨트롤 압력서킷에 유체(가스 또는 액체)의 압력을 감지한다. 컨트롤러(48)는 슬리브(14)에 대해 장착되고 압력센서(46)에 의해 감지된 압력에 대한 전자기 액츄에이터(24)에 공급된 전류를 알도록 적응하게 배열될 수 있어, 솔레노이드 스풀밸브(10)가 자체보상된다.
이점적으로, 압력센서(46)와 컨트롤러(48)를 포함한 솔레노이드 스풀밸브(10)가 하나의 모듈로 제공되기 때문에, 전체 모듈이 전자기 액츄에이터(24)의 전력 요건들에 자신의 소정 압력변환을 수행함에 따라 새 유닛에 맞게 외부 컨트롤러를 전혀 필요로 함이 없이 수명이 다하면 교체될 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 솔레노이드 스풀밸브(12)는 대응적으로 더 큰 전자기 액츄에이터를 필요함이 없이 더 큰 제어압력이 이용될 수 있는 2개의 랜드 대유량 솔레이드 스풀밸브이다. 도 2a에 유사한 솔레노이드 스풀밸브(12)가 도시되어 있고 하기에 설명되어 있다. 연이은 도면들에서, 본 발명의 다른 구성을 구현하기 위해 도 1에 도시된 방식으로 압력센서(46)와 컨트롤러(48)를 포함하도록 또한 적응될 수 있는 다른 솔레노이드 스풀밸브(12)의 예가 도시되어 있다.
도 2a를 참조로, 시스템 공급압력으로부터의 가변 압력을 (가령 마찰 클러치와 같은) 대상물에 공급하는데 사용된 솔레노이드 스풀밸브(10)가 도시되어 있다. 도시된 솔레노이드 스풀밸브(10)는 원래 직경의 규정된 스풀의 압력단부를 나가면서 스풀의 증가된 공급압력 직경을 갖는다. 이런 구성으로 인해, 밸브(10)의 다이어프램에 대한 합력(合力)은 증가된 공급압력 직경에 무관하다.
보다 상세하게, 솔레노이드 스풀밸브(10)는 공급압력포트(16)가 제공된 슬리브(14), 제어압력포트(18). 배기포트(20) 및 슬리브(14) 내 축변위에 대해 슬리브(14)에 지지된 스풀(22)을 갖는 스풀밸브(12)를 포함한다. 솔레노이드 스풀밸브(10)는 또한 전자기 액츄에이터로부터 제 1 축방향으로 멀리 스풀(22)에 축방향 구동력을 제공하기 위한 전자기 액츄에이터(24)를 포함해 스풀밸브(12)를 동작시킨다. 스풀(22)은 공급압력포트(16)를 개폐하기 위한 제 1 랜드(28)가 있는 제 1 피스톤(26), 및 배기포트(20)를 개폐하기 위한 제 2 랜드(32)가 있는 제 2 피스톤(30)이 있다. 제 1 피스톤(26)은 제 2 피스톤(30)이 하는 것보다 제어압력포트(18)와의 유체 소통에 있어 피스톤면 표면적(34)이 더 크다.
제 1 피스톤(26)은 피스톤면(b)에 대한 유체압력이 전자기 액츄에이터(24)로부터 축방향으로 멀리 스풀(22)에 작용하도록 배열된, 제어압력포트(18)와 유체 소통하는 하나의 피스톤면(b)이 있다. 제 1 피스톤(26)은 또한 대향 피스톤면(a)에 대한 유체압력이 전자기 액츄에이터(24)를 향해 스풀(22)에 작용하도록 배열된, 피드백 오리피스(36)와 유체 소통하는 대향 피스톤면(a)이 있다. 피드백 오리피스(36)는 제어압력포트(18)와 동일한 제어압력의 유체를 공급한다. 도 2a에 도시된 예에서, 피드백 오리피스(36)는 슬리브(14) 내에 형성되어 제 1 피스톤(26)의 피스톤면(a)에 제어압력의 유체를 제공한다.
도 2b 내지 도 2d는 본 발명의 다른 예에 따른 솔레노이드 스풀밸브(10)의 다른 구성들을 도시한 것이다. 보다 상세하게, 도 2b를 참조로, 이 예에 도시된 솔레노이드 스풀밸브(10)는 피드백 오리피스(36)가 슬리브(14)의 측벽에 보다는 스풀밸브(12)의 단부에 위치된 것을 제외하고는 도 2a에 도시된 예와 유사하다. 도 2c에 도시된 예를 참조로, 피드백 오리피스(36)가 (도 2a에서와 유시한 방식으로) 슬리브(14)의 측벽에 제공되나, 이 예는 도 2a, 2b 및 2d에서의 예와는 대조적으로 슬리브(14)가 원형이 아닌 점이 다르다. 이는 도 2c에서 슬리브(14)의 횡단면도에 의해 명백해지며, 슬리브(14)는 스풀(22) 위에서 보다 스풀(22) 아래가 더 큰 각도로 확장된다.
도 2d에 도시된 솔레노이드 스풀밸브(10)는 피드백 오리피스(36)가 제어압력포트(18)와 소통하도록 제 1 피스톤(26)을 통해 뻗어 있는 덕트(38)로 형성된다. 또한, 도 2d에 도시된 예들은 솔레노이드 스풀밸브(10)의 일부로서 댐퍼(40)를 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 자석(42)의 크기는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 솔레노이드 스풀밸브(10)의 총 4개의 버전에 공통인데, 이는 총 4개의 버전들이 동일한 전자기 액츄에이터(24)를 사용하기 때문이다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 각각의 솔레노이드 스풀밸브(10)에서, 제어압력포트(18)와 소통하는 제 2 피스톤(30)의 면(c)은 상기 면(c)에 대한 유체압력이 전자기 액츄에이터(24)를 향해 축방향으로 스풀(22)에 작용하도록 배열된다.
도 3을 참조로, 스풀(22)은 (솔레노이드 스풀밸브(10)의 공급압력포트(16)가 도시된 바와 같이 닫힐 때를 포함한) 스풀밸브의 임의의 고정 위치에 대해, 스풀(22)의 피스톤면에 대해 유체로부터 스풀(22)에 가해진 합성력이 제 1 피스톤(26)의 가로 범위에 무관하도록 배열된다. 이 독립성은 제 1 피스톤(26)의 동일한 대향면 표면적 때문인데, 이는 서로를 유효하게 상쇄시킨다. 제 1 피스톤(26)이 원통형이면, 스풀(22)의 피스톤면에 대한 유체로부터 스풀(22)에 가해진 합성력은 제 1 피스톤(26)의 외직경에 관계없다. 도 3에 있는 글을 참자로, 스풀(22)의 피스톤면에 대해 유체로부터 스폴(22)에 가해진 합성력은 하기의 식으로 주어진다:
합성력 = A + C - B,
여기서, A, B, 및 C는 면에 작용한 각각의 유체압력 (a), (b) 및 (c)이다,
이런 식으로, 힘 A의 6개 최외각 화살표로 표시된 면(a)의 환형부 상에 가해진 힘은 힘 B의 6개의 화살표로 표시된 면(b)에 가해진 힘을 상쇄시키므로, 합성력은 실제로 제 1 피스톤(26)의 외직경에 관계없다.
스풀이 원통형이면, 제 1 피스톤(26)은 제 2 피스톤(30)보다 직경이 더 크므로 제 1 피스톤(26)은 제 2 피스톤(30)보다 제어압력포트(18)와 유체 소통하는 피스톤면 표면적이 더 크다. 제 1 피스톤(26)의 직경이 더 큰 결과로, 밸브(10)는 공급압력포트(16)로부터 제어압력포트(18)로 상대적으로 유량이 더 많고 제어압력포트(18)로부터 배기포트(20)로 상대적으로 유량이 더 작다. 이는 제어압력포트(18)로부터 배기포트(20)로 상대적으로 적은 유량이 더 작은 펌프가 사용될 수 있도록 누수를 최소화시키기 때문에 바람직하다.
이점적으로, 제 1 피스톤(26)의 직경을 늘리는 능력으로 인해 더 높은 제어압력이 사용되게 해, 더 높은 압력의 제어를 돕고 솔레노이드 밸브(10)의 빠른 동작을 용이하게 한다. 또한, 자석(42)의 크기는 유량 면적 설계에 무관하기 때문에, 압력/유량 변수들 간의 공통 코일/코어 크기를 유지하면서 제 1 피스톤(26)의 직경을 바꿈으로써 압력이 조절될 수 있다. 이는 다른 대유량 솔레노이드에 비해 전체적으로 짧은 길이를 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 공통 자석 코일/코어 및 바디를 이용해 솔레노이드 설계 군(群)의 제공을 용이하게 할 수 있다.
동조형 피드백 오리피스(36)는 스풀(22)의 최대 면적과 협력하도록 위치됨으로써 최대효과를 가질 수 있다.
솔레노이드 스풀밸브(10)는 충진 캐니스터가 있을 수 있어 솔레노이드 스풀밸브(10)의 본래 주파수를 변경하도록 전자기 액츄에이터 내부에 오일이 제공된다. 또한, 트리밍 스크류(44)가 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이 장착될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 솔레노이드 스풀밸브(10)를 포함한 예시적인 시스템의 개략도가 도시되어 있다. 도시된 예에서, 솔레노이드 스풀밸브(10)는 시트 베이스/쿠션의 동작을 제어하기 위해 시트 베이스/쿠션(56)과 결합해 사용된다. 특히, 솔레노이드 스풀밸브(10)는 온보드 컨트롤러(OBC)(48)를 통해 센서(46)로부터 정보를 수신한다. OBC는 마스터 컨트롤러(58)에 와이어로 연결되어 있다.
도 5는 각각에 별도의 OBC(48)가 제공된 복수의 솔레노이드 스풀밸브(10)와, 개별 솔레노이드 스풀밸브(10)가 별개로 동작할 수 있도록 개별 식별자를 포함한 예시적인 시스템을 도시한 것이다. 솔레노이드 스풀밸브(10)는 통신 와이어(50)에 의해 연결된다. 통신 와이어(50)는 CAN 신호가 전력 와이어의 상단에 "끼워져" 단 2개의 와이어들만이 각 솔레노이드 어셈블리에 연결되는 것이 필요하도록 전력와이어 CAN 와이어의 조합일 수 있다. 통신 와이어(50)가 무한루프에서 마스터 컨트롤러(58)에 연결되기 때문에, 이는 와이어 또는 연결이 고장인 경우 어느 한 방향으로 계속된 전력 및 CAN 통신을 가능하게 해, 시스템을 더 강건하고 절대 안전하게 한다.
도 6은 OBC(48)가 사용될 수 있는 일련의 가능한 CAN 노드들을 갖는 솔레노이드 스풀밸브(10)의 OBC(48)를 도시한 것이다. 보다 상세하게, 도면은 OBC(48)에 수신된 요청 수량 타입의 특성에 따라 응답을 측정하도록 OBC(48)에 이용될 수 있는 다른 센서들(46)의 범위를 나타낸다. 각 경우, 센서(46)는 스풀밸브의 제어값을 감지하도록 배열되고, OBC(48)는 요청을 수신하며 제어값이 요청을 충족할 때까지 센서(46)로부터의 피드백에 따라 솔레노이드 스풀밸브(10)의 전자기 액츄에이터에 전력전달을 제어하도록 배열된다.
본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였으나, 이들은 제한이 아니라 단지 예로 나타낸 것임을 알아야 한다. 형태 및 세부내용에 있어 다양한 변경들이 본 발명의 기술사상과 범위 내에서 이루어질 수 있음이 당업자에 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 상술한 예시적인 실시예들 중 어느 하나에 국한되지 않아야 한다.
본 발명의 예의 CAN 솔레노이드 스풀밸브(CS)는 하나의 디바이스에 여러 기술들의 조합으로서, 상기 디바이스가:
- 마스터 컨트롤로부터의 CAN 신호를 기초로 자신의 압력출력을 자체제어하게 하고;
- 마모에 대해 자체 보상되게 하며;
- 주변 조건의 변화(즉, 온도, 압력, 유체 점성, 누수)에 대해 자체 보상되게 하고,
- 간단한 프로그래밍에 의해 맞춤식 요건에 따라 커머나이즈 및 캘리브레이션될 수 있다.
설계의 한가지 변형으로, CS는 압력센서를 제어포트에 집적함으로써 가변 압력출력을 발생하는 능력을 갖는 솔레노이드 스풀밸브와, 마스터 컨트롤러로부터 전력 및 CAN 신호가 제공되고 소정의 결과를 달성하도록 마모, 누수, 온도, 유입구 압력에 무관한 소정의 압력출력을 달성하게 솔레노이드 스풀을 구동할 수 있는 스몰 온보드 컨트롤러를 포함한다.
설계의 또 다른 변형으로, CS는 유량센서를 제어포트에 집적함으로써 가변 유량 출력을 발생하는 능력을 갖는 솔레노이드 스풀밸브와, 마스터 컨트롤러로부터 전력 및 CAN 신호가 제공되고 소정의 결과를 달성하도록 마모, 누수, 온도, 유입구 압력에 무관한 소정의 유량출력을 달성하게 솔레노이드 스풀을 구동할 수 있는 스몰 온보드 컨트롤러를 포함한다.
설계의 또 다른 변형으로, CS는 온도센서를 제어포트에 집적함으로써 가변 유량 출력을 발생하는 능력을 갖는 솔레노이드 스풀밸브와, 마스터 컨트롤러로부터 전력 및 CAN 신호가 제공되고 소정의 결과를 달성하도록 마모, 누수, 온도, 유입구 압력에 무관한 소정의 온도를 달성하게 솔레노이드 스풀을 구동할 수 있는 작은 온보드 컨트롤러, 즉, 냉각수 제어밸브를 포함한다.
설계의 또 다른 변형으로, CS는 속도센서를 제어포트에 집적함으로써 가변 유량 출력을 발생하는 능력을 갖는 솔레노이드 스풀밸브와, 마스터 컨트롤러로부터 전력 및 CAN 신호가 제공되고 소정의 결과를 달성하도록 마모, 누수, 온도, 및 유입구 압력에 무관한 소정의 속도 출력을 달성하게 솔레노이드 스풀을 구동할 수 있는 스몰 온보드 컨트롤러를 포함한다.
설계의 또 다른 변형으로, CS는 위치센서를 출력부에 집적함으로써 위치제어를 하는 능력을 갖는 액츄에이터 모터와, 마스터 컨트롤러로부터 전력 및 CAN 신호가 제공되고 소정의 결과를 달성하도록 마모, 누수, 온도 및 전압 전원에 무관한 소정의 위치를 달성하게 액츄에이터를 구동할 수 있는 스몰 온보드 컨트롤러를 포함한다.
CS 컨트롤러는 전력에 연결되고 별개의 와이어로서 CAN을 통해 마스터 컨트롤러에 상호연결될 수 있거나, 예로서 CAN-Over-Power, 무선링크, 블루투스 또는 기타를 통해 링크될 수 있다. CS는 또한 소정의 결과들을 달성하고 그 성능을 모니터하도록 CAN에 이미 있는 기타 센서들을 이용할 수 있다.
CS는 그 자체로 수명이 지난 마모를 조정하고 그 자체로 환경에 맞게 조정할 수 있다.
CS는 CAN이 압력변화를 요청할 때 각 솔레노이드가 요청받은 대로 그리고 요청시 변화를 개별적으로 수행하게 할 수 있도록 각 솔레노이드가 자신의 고유 ID 어드레스를 갖게 식별자만이 다른, 동일한 타입의 많은 솔레노이드들이 동일한 CAN 라인에 사용될 수 있도록 식별번호 또는 식별자를 갖게 "라벨" 붙일 수 있다.
CS 제어압력의 예를 이용해, 다음이 제공된다:
(i) 차량에 점화장치가 켜지고 엔진이 시동된다.
(ii) 드라이버가 드라이버 기어에 맞물린다.
(iii) 마스터 컨트롤러는 변속장치에서 드라이버 기어의 부드러운 결합을 달성하기 위해 시간에 걸쳐 압력의 상승구간을 요청하며 CAN을 통해 솔레노이드에 신호를 보낸다.
(iv) 솔레노이드 자체는 소정의 압력 변화율을 달성하기 위해 마모, 누수 및 온도를 보상하며 명령받은 대로 소정의 증가속도로 압력을 제어한다.
(v) 기능을 마치고 나서, 솔레노이드는 CAN을 통해 다시 신호를 마스터 컨트롤러에 보내어 요청된 기능을 마쳤는지 혹은 솔레노이드가 그 일을 마칠 수 없는지 그리고 가령, 압력이 너무 낮거나, 압력이 너무 높거나, 등 그 이유(마스터 컨트롤러가 안전모드를 채택함으로 인한 에러 메시지)가 뭔지 확인한다.
본 발명의 변형은:
(a) CAN을 통해 엔진(ECU)의 요청시 공전속도를 제어하기 위해 공전상태에서 엔진에 에어 블리드 바이패스를 조절하는 집적된 속도센서 및 컨트롤러가 있는 내연기관용 유휴 에어 컨트롤 솔레노이드. 유휴 에어 컨트롤 솔레노이드는 자신의 집적된 속도센서를 기초로 소정의 엔진 공전속도를 달성하도록 기류를 자동으로 조절할 것이다;
(b) 집적센서(들) 및 컨트롤러가 (좌 또는 우) CAN을 통해 보내진 정확한 압력포트에 제어압력을 제공하기 위한 이중목적을 수행하고, 부정확한 압력이 획득되거나 솔레노이드 컨트롤러가 요청하지 않은 제어회로로의 누출에 의해 야기된 압력이 있다면 메인장치 컨트롤 유닛에 정보를 다시 보내어, 이로써 계획에 없는/명령되지 않은 동작으로 인한 기계의 안전장치를 가능하게 하는 산업/채광장치의 유압오일을 제어하는 중앙 중립식 논리제어 솔레노이드;
(c) 최종 발생한 피드백이 집적 센서들 및 로컬 컨트롤의 사용에 의해 디바이스 그자체에 모니터 및 수정되지 않는 제어를 하기 위해 디바이스에 전류 또는 전압의 공급을 통해 통상 제어되는유량제어, 속도제어 또는 위치제어를 필요로 하는 임의의 디바이스를 포함하나 이에 국한되지 않는다.
임의의 종래 간행물(또는 이로부터 도출된 정보) 또는 알려져 있는 임의의 내용에 대한 본 명세서의 참조는 종래 간행물(또는 이로부터 도출된 정보) 또는 공지 내용이 본 명세서와 관련된 노력 분야의 통상의 일반지식의 일부를 형성하는 인식이나 허가 또는 임의 형태의 제안이 아니며 그렇게 해석하지 않아야 한다.
본 명세서 및 특허청구범위 전체에서, 문맥이 다르게 요구하지 않는 한, 용어 "구비하다" 및 "구비하고" 및 "구비하는"과 같은 변형은 임의의 다른 정수 또는 단계 또는 정수들이나 단계들의 그룹의 배제가 아니라 정수나 단계 또는 정수들이나 단계들의 그룹의 포함을 의미하는 것으로 이해될 것이다.

Claims (28)

  1. 솔레노이드 디바이스의 출력 압력을 변경하기 위한 압력변경수단; 및
    상기 압력변경수단에 작동신호를 제공하기 위한 액츄에이터를 구비하는 솔레노이드 디바이스로서,
    솔레노이드 디바이스는 상기 솔레노이드 디바이스의 제어값을 감지하도록 배열된 센서와, 요청을 수신하고 상기 제어값이 요청을 충족할 때까지 센서로부터의 피드백에 따라 액츄에이터에 전력 전달을 제어하도록 배열된 컨트롤러를 더 포함하는 솔레노이드 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    솔레노이드 디바이스는 공급포트가 제공된 슬리브, 컨트롤 포트, 및 슬리브내에서 축방향 변위에 대해 슬리브에 지지되는 스풀을 포함한 스풀밸브; 및 제 1 축방향으로 상기 스풀에 축방향 구동력을 제공하기 위한 전자기 액츄에이터를 포함하는 솔레노이드 스풀밸브이며,
    솔레노이드 스풀밸브는 스풀밸브의 제어값을 감지하도록 배열된 센서와, 요청을 수신하고 제어값이 요청을 충족할 때까지 센서로부터 피드백에 따라 전자기 액츄에이터에 전력 전달을 제어하도록 배열된 컨트롤러를 더 포함하는 솔레노이드 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    센서는 압력센서이고, 공급포트는 공급압력포트이며, 제어포트는 제어압력포트이고, 제어값은 제어압력이며, 요청은 압력요청의 형태이고, 컨트롤러는 제어압력이 압력요청을 충족할 때까지 압력센서로부터 피드백에 따라 전자기 액츄에이터에 전력 전달을 제어하는 솔레노이드 스풀밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    컨트롤러는 제어회로의 형태인 솔레노이드 스풀밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제어회로는 통신망으로부터의 압력요청을 수신하도록 배열되는 솔레노이드 스풀밸브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    통신망은 CAN(Controller-Area Network)인 솔레노이드 스풀밸브.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력센서는 슬리브 안쪽 위치에서 스풀밸브의 제어압력을 감지하도록 배열된 솔레노이드 스풀밸브.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러는 감지된 압력에 대해 전자기 액츄에이터에 제공된 전류를 적응해 학습하도록 배열되어 솔레노이드 스풀밸브가 자체보상하는 솔레노이드 스풀밸브.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러가 슬리브에 장착되는 솔레노이드 스풀밸브.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력센서와 컨트롤러를 포함한 솔레노이드 스풀밸브가 단일 모듈로 제공되는 솔레노이드 스풀밸브.
  11. 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    솔레노이드 스풀밸브는 배기포트를 더 포함하고, 스풀은 공급압력포트를 개폐하기 위한 제 1 랜드가 있는 제 1 피스톤과 배기포트를 개폐하기 위한 제 2 랜드가 있는 제 2 피스톤를 가지며, 제 1 피스톤은 제 2 피스톤보다 제어압력포트와 유체 소통하는 피스톤면 표면적이 더 큰 솔레노이드 스풀밸브.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 1 피스톤은 상기 한 피스톤면에 대한 유체압력이 전자기 액츄에이터로부터 축방향으로 멀리 스풀에 작용하도록 배열된 제어압력포트와 유체소통하는 한 피스톤면(b)과, 상기 맞은편 피스톤면에 대한 유체압력이 전자기 액츄에이터를 향해 축방향으로 스풀에 작용하도록 배열된 피드백 오리피스와 유체소통하는 대향 피스톤면(a)을 갖는 솔레노이드 스풀밸브.
  13. 제 12 항에 있어서,
    피드백 오리피스는 제어압력포트로서 동일한 제어압력으로 유체를 공급하는 솔레노이드 스풀밸브.
  14. 제 13 항에 있어서,
    피드백 오리피스는 제어압력포트와 유체 소통하는 솔레노이드 스풀밸브.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자기 액츄에이터를 향해 축방향으로 상기 면에 대한 유체압력이 스풀에 작용하도록 제어압력포트와 유체 소통하는 제 2 피스톤 면(c)이 배열되는 솔레노이드 스풀밸브.
  16. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스풀의 피스톤면에 대해 유체로부터 스풀에 작용하는 합성력은 제 1 피스톤의 동일 및 대향면 표면적으로 인해 제 1 피스톤의 가로 범위에 무관하도록 스풀이 배열되는 스풀이 배열되는 솔레노이드 스풀밸브.
  17. 제 14 항에 있어서,
    제 1 피스톤은 원통형이고 스풀의 피스톤면에 대해 유체로부터 스풀에 작용하는 합성력은 제 1 피스톤의 외직경에 관계없는 솔레노이드 스풀밸브.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    스풀의 피스톤면에 대해 유체로부터 스풀에 작용하는 합성력은 하기의 식:
    합성력 = A + C - B
    로 주어지도록 스풀이 배열되며, 여기서, A, B, 및 C는 a, b, 및 c에 각각 작용하는 유체힘들인 솔레노이드 스풀밸브.
  19. 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 피스톤은 제 2 피스톤보다 직경이 더 큰 솔레노이드 스풀밸브.
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 1 피스톤의 직경이 더 크기 때문에, 밸브는 공급압력포트로부터 제어압력포트로 상대적으로 대유량과 제어압력포트로부터 배기포트로 상대적으로 소유량을 갖는 솔레노이드 스풀밸브.
  21. 제 14 항 또는 제 14 항에 따른 제 15 항 내지 제 20 항 중에 어느 한 항에 있어서,
    오리피스는 제어압력포트와 소통하도록 제 1 피스톤을 통해 뻗어 있는 덕트로 형성되는 솔레노이드 스풀밸브.
  22. 제 11 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 솔레노이드 밸브는 다른 압력 용량을 제공하기 위해 제 1 피스톤 직경 대 제 2 피스톤 직경 비가 다르며, 각각의 솔레노이드 밸브는 동일한 전자기 액츄에이터를 가지는 일련의 솔레노이드 스풀밸브.
  23. 제 22 항에 있어서,
    각각의 솔레노이드 스풀밸브는 제 1 피스톤 직경이 다르고 제 2 피스톤 직경이 동일한 일련의 솔레노이드 스풀밸브.
  24. 제 1 항에 있어서,
    센서는 다음 센서 타입들:
    제어유량값 형태의 제어값 및 유량 요청 형태의 요청을 갖는 유량 센서;
    제어온도값 형태의 제어값 및 온도요청 형태의 요청을 갖는 온도 센서;
    제어속도값 형태의 제어값 및 속도요청 형태의 요청을 갖는 속도 센서; 및
    제어위치값 형태의 제어값 및 위치요청 형태의 요청을 갖는 위치 센서 중 하나 이상을 포함하는 솔레노이드 디바이스.
  25. 제 1 항에 있어서,
    컨트롤러는 CAN, CAN-Over-Power, 무선링크, 또는 블루투스 중 하나 이상의 통신타입으로부터 압력 요청을 수신하도록 배열되는 솔레노이드 디바이스.
  26. 제 6 항에 있어서,
    솔레노이드 스풀밸브는 통신망에 기존에 있는 다른 센서들을 이용하도록 배열된 일련의 솔레노이드 스풀밸브.
  27. 제 6 항에 있어서,
    통신망에 솔레노이드 스풀밸브들이 여러 개 있고, 각 솔레노이드 스풀밸브는 상기 솔레노이드 스풀밸브가 개별적으로 동작될 수 있도록 고유 식별자를 갖는 일련의 솔레노이드 스풀밸브.
  28. 실질적으로 첨부도면을 참조로 앞서 기술된 바와 같은 솔레노이드 스풀밸브.
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