KR20160030458A - 솔레노이드 작동체를 제어하는 방법 및 디바이스 - Google Patents

Abstract

분사 밸브 또는 흡입 밸브용 솔레노이드 작동체는 폐루프 제어 단계 동안 전류 제어로 구동된다. 폐루프 전류 제어 중간에, 작동체는 반대 전압으로 클램핑되어야 솔레노이드를 통과하는 전류를 신속히 감소시킬 수 있다. 클램핑 단계 직후에 전류를 측정하여, 클램핑 단계가 정확한 전류 레벨을 초래하는지 여부를 결정한다. 측정된 전류가 전류의 외부 감소를 나타내는 경우, 클램핑 단계 지속시간이 이 클램핑 단계의 그 다음 활성화를 위해 단축된다. 측정된 전류가 불충분한 감소를 나타내는 경우, 클램핑 단계 지속시간은 그 다음 후속 활성화 사이클 동안 연장된다.

Description

솔레노이드 작동체를 제어하는 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A SOLENOID ACTUATOR}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2014년 9월 10일자로 출원된 미국 가출원 제62/048,446호의 우선권을 주장한다.

기술 분야

본 발명은 자동차 기술 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 분사 밸브, 흡입 밸브 등을 동작시키는데 사용되는 솔레노이드 작동체를 제어하는 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 특히 전류 프로파일의 제어에 의해 작동체를 구동하는 전류-기반 솔레노이드 작동체 제어 시스템에 관한 것이다.

(직접) 분사 밸브 또는 흡입 밸브를 위한 솔레노이드 작동체는 그 코일(예를 들어, 유도 부하)을 통해 지정된 전류 프로파일에 따라 전류를 구동하는 것에 의해 동작된다. 예로서, 도 1은 상이한 전류 레벨이 적용되는 상이한 순차 위상으로 구성되는 일반적인 전류 프로파일을 도시한다. 예시적인 시퀀스는 위상(프리차지(Pre-charge), 피크(Peak), 홀드(Hold)0, 및 홀드1)을 도시한다. 도시된 시퀀스뿐만 아니라 위상의 이름은 임의로 선택된 것이므로 적용 시에 변할 수 있는 것으로 이해된다. 미리 설정된 전류 레벨은 유압 시스템의 타깃 성능을 보장하기 위해 정밀하게 제어되는 것이 필요하다.

주어진 위상 동안 전류를 제어하는 하나의 방법은 상부 설정점과 하부 전류 설정점 간을 스위칭하는 간단한 폐루프 전류 제어 방법을 사용하는 것이다. 도 2에 도시된 대응하는 전기적 구성에서, 코일의 노드는 고압측 스위치(high side switch)(24)와 저압측 스위치(low side switch)(25)에 연결된다.

이 구성에서 고압측 스위치를 사용하여, 코일 내 전류가 하부 설정점 미만일 때 턴온하고, 코일 내 전류가 상부 설정점을 초과할 때 턴오프하는 것에 의해 코일을 통과하는 전류(I_INJ)를 제어한다. 코일 내 전류에 관해 필요한 정보는 저압측 스위치(25)와 접지(GND) 사이에, 전류 센서로 작용하는 분로(shunt)(26)에 의해 획득된다. 이런 방식으로 분로 저항기를 GND에 연결하면 실제적으로 획득될 수 있는 감지 정밀도뿐만 아니라 전류 감지 증폭기를 구현하는 것에 관한 특정 장점(예를 들어, 높은 CMRR 요구조건을 갖는 "플로팅(floating)" 전류 측정이 없어서, 설계가 간단해지고 성능이 더 좋아진다)을 제공할 수 있다.

그러나, 도시된 구성에서, 저압측 스위치(25)를 턴온하여야 분로 저항기 내 전류가 코일 내 전류와 같아질 수 있다는 단점이 있다. 그러나, 일반적인 전류 프로파일에서, 이것이 항상 보장되는 것은 아니다. 매우 빠른 전류 감쇠(decay)가 요구되는 3개의 소위 "클램프(clamp)"-위상(클램프0, 클램프1, 클램프2)이 도 1에 도시되어 있다. 이 빠른 전류 감쇠는 고압측 스위치와 저압측 스위치를 동시에 턴오프하여, 역 DC/DC-전압(예를 들어 -V_DC)을 코일에 인가하는 것에 의해 획득된다.

저압측 스위치(25)가 턴오프되는 것으로 인해, 코일 전류에 관한 정보가 이들 클램프-위상 동안 이용가능하지 않다(도 3에서 클램프-위상 동안 전류 흐름 경로 참조). 그리하여, 클램프-위상의 지속시간은 미리 설정된 위상 지속시간에만 기초할 수 있다. 그러나, 코일에서 저항과 인덕턴스의 전기적 파라미터는 시간과 또한 온도에 따라 변하기 때문에 -- 전류 감쇠 속력에 직접 영향을 미치는 파라미터 -- 클램핑 위상을 위한 고정된 미리 설정된 지속시간은 원하는 전류 프로파일에 편차를 야기할 수 있다. 이 결함 상태는 도 4a와 도 4b에 도시되어 있는데, 도 4a에는 클램핑 시간이 너무 짧아서 적절한 전류 감쇠에 도달할 수 없는 것이 도시되어 있고, 도 4b에는 클램핑 시간이 너무 길어서 원하는 전류가 언더슈트(undershoot)되어 있는 것이 도시되어 있다.

클램프-위상 동안 전류 거동에 영향을 미치는 다른 인자는 DC/DC-컨버터의 전압 또는 분사 시스템의 유압 레일 압력이다.

도 4b에 도시된 "언더슈트" 경우는, 특별히, 인젝터를 폐쇄시킬 수 있고, 따라서, 이 상황은 어떠한 경우에도 방지되어야 한다. 원하는 전류 프로파일에서 도시된 편차를 회피하기 위해, 클램핑 시간은 고정된 미리 설정된 값이 아니라 경험적 방법을 사용하거나 또는 광범위한 측정을 요구하여 획득되어야 하는 여러 파라미터의 함수이다.

대응하는 종래 기술의 해법은 전류 온도, 레일 압력 등에 종속하는 경험적 클램프-위상 시간 값을 갖는 룩업 테이블(look-up table)을 구현하는 것을 특징으로 한다. 이들 특성 테이블 또는 룩업 테이블은 다소 복잡하고 이를 제어 시스템에 통합하는 것은 상당한 시스템 자원을 요구한다.

이에 따라 본 발명의 목적은 이런 일반적인 유형의 지금까지-알려진 디바이스의 단점을 극복하고 상기 문제에 정밀하고 저렴한 해법을 제공하는 솔레노이드 작동체를 제어하는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 특히 바람직한 목적은 클램프-위상 시간을 위한 적절한 시작 값만(예를 들어 제한된 세트의 필요한 주위 상태만)을 포함한다는 점에서 종래 기술의 테이블을 대체하는 보다 간단하고 보다 작은 룩업 테이블을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 목적을 감안하여, 본 발명에 따라, 솔레노이드 작동체를 구동하는 방법이 제공되고, 상기 방법은,

전압 신호를 상기 작동체에 인가하고, 주어진 활성화 사이클 동안 작동체 동작의 시간적으로 오프셋된 위상 동안 상호 상이한 전류 세기를 가지는 전기 전류를 상기 작동체를 통해 흐르게 하는 단계;

상기 전류가 하부 전류 설정점과 상부 전류 설정점 사이에 한정된 주어진 타깃 창 내에 유지되는 (주어진 활성화 사이클의) 복수의 시간적으로 후속하는 폐루프 전류 제어 위상 동안 상기 작동체를 선택적으로 동작시키는 단계로서, 상기 작동체를 통과하는 전류가 측정되고 상기 전류가 상기 주어진 타깃 창 내에 유지되도록 상기 전압 신호가 조절되는, 상기 복수의 시간적으로 후속하는 폐루프 전류 제어 위상 동안 동작시키는 단계;

2개의 각 폐루프 전류 제어 위상들 사이에 클램핑 위상에서 상기 작동체를 선택적으로 동작시키는 단계로서, 상기 클램핑 위상 동안 상기 작동체를 통과하는 전류는 반전된 전압 신호를 주어진 클램핑 시간 기간 동안 상기 작동체에 인가하는 것에 의해 감소되는, 상기 클램핑 위상에서 동작시키는 단계;

상기 클램핑 위상 직후 상기 작동체를 통과하는 전류를 측정하여 상기 전류 세기가 상기 후속하는 폐루프 전류 제어 위상의 상기 타깃 창보다 오버슈트(overshoot)하는지 또는 언더슈트하는지의 여부를 결정하는 단계; 및

다음 단계들:

상기 전류 세기가 상기 타깃 창의 하부 전류 설정점보다 언더슈트하는 경우, 한정된 시간 단위만큼 주어진 클램핑 시간 기간을 감소시키는 단계; 또는

상기 전류 세기가 상기 타깃 창의 상부 전류 설정점보다 오버슈트하는 경우, 한정된 시간 단위만큼 주어진 클램핑 시간 기간을 증가시키는 단계; 또는

상기 클램핑 위상 직후 측정된 전류 세기가 상기 타깃 창 내에 있는 경우, 상기 주어진 클램핑 시간을 상기 재한정된 클램핑 시간 기간으로 유지하는 단계

중 하나에 의해 그 다음 후속 활성화 사이클을 위한 재한정된 클램핑 시간 기간을 생성하는 단계; 및

상기 재한정된 클램핑 시간 기간을 갖는 그 다음 후속 활성화 사이클에서 상기 작동체를 동작시키는 단계를 포함한다.

상기 클램프-위상(즉, 저압측 스위치가 한번 더 턴온될 때) 직후 코일 전류의 정보를 사용하고, 그 다음 활성화를 위한 미리 설정된 클램프-위상 지속시간을 자동적으로 조절하는 것에 의해, 본 발명은 작동되고 구현될 클램프-위상 지속시간에 대한 경험적 모델을 구비하는 요구를 제거한다.

본 발명은 클램프-위상 동안 전류 감쇠의 변동을 야기하는 이 사이드 상태(예를 들어 온도, 수명, 레일 압력 등)가 활성화 시마다 급격히 변하지 않는다는 가정에 기초한다. 따라서 클램프 위상 지속시간을 위한 주어진 설정점에서 상기 전류 프로파일은 타깃 파형으로부터 단지 천천히 벗어난다.

본 발명의 추가된 특징에 따라, 상기 한정된 시간 양은 작동체 제어 시스템의 시간 해상도만큼 이용가능한 최소 시간 양으로 한정되고, 상기 재한정된 클램핑 시간을 생성하기 위해 단일 최소 시간 양만큼 주어진 시간 양을 선택적으로 증가 또는 감소시킨다.

본 발명의 추가적인 특징에 따라, 오버슈트 또는 언더슈트를 결정하는 것에 더하여, 상기 각 설정점 신호로부터 전류 신호의 편차의 양이 측정되고, 상기 재한정된 클램핑 시간은 상기 편차에 비례하는 양만큼 주어진 시간 양을 선택적으로 감소 또는 증가시키는 것에 의해 생성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 작동체는 펄스-폭 변조된 전압 신호를 상기 작동체에 인가하는 것에 의해 상기 폐루프 전류 제어 위상 동안 구동된다.

상기 목적 및 다른 목적을 감안하여, 본 발명에 따라, 솔레노이드 작동체를 구동하는 회로 조립체가 제공되고,

상기 작동체를 전압 공급원의 양의 전위에 연결하는 고압측 스위치와, 상기 작동체를 접지 전위에 연결하는 저압측 스위치로서, 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치가 턴온될 때, 전기 전류는 상기 양의 전압 전위로부터 접지 전위로 상기 작동체를 통해 흐르는, 상기 고압측 스위치와 저압측 스위치;

상기 작동체를 통해 흐르는 전기 전류의 전류 세기를 결정하는 센서;

상기 센서에 의해 측정된 전류 세기에 따라 상기 전류 세기를 구동하는 폐루프 제어 구조에서 폐루프 전류 제어 위상 동안 상기 작동체를 통해 흐르는 전류를 제어하는 폐루프 제어 시스템;

상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치가 분리되고 전기 전류가 상기 인젝터 양단에 역 전압이 인가된 상태에서 상기 작동체를 통해 흐르는 클램핑 위상 동안 상기 작동체를 통해 흐르는 전류를 감소시키는 클램핑 제어부; 및

상기 센서로부터 오는 신호에 응답하고 상기 센서로부터 오는 신호가 클램핑 위상 직후 상기 작동체를 통해 흐르는 전기 전류의 전류 세기가 미리 결정된 타깃 창 밖에 있는 것을 나타내는 경우 클램핑 위상을 위한 시간 기간을 조절하도록 구성된 회로를 포함한다.

본 발명의 추가적인 특징에 따라, 상기 회로는 상기 클램핑 위상을 위한 시간 기간을 각각 조절하기 위해 한정된 시간 단위를 가산하거나 감산하는 것에 의해 상기 시간 기간을 조절하도록 구성된 적분 회로이다.

본 발명의 더 추가적인 특징에 따라, 상기 회로는 상기 클램핑 위상을 위한 시간 기간을 각각 조절하기 위해 상기 센서에 의해 측정된 편차에 비례하는 시간의 양을 가산하거나 감산하도록 구성된 비례 적분 회로이다.

본 발명의 다시 추가된 특징에 따라, 상기 회로는, 다음 단계, 즉:

상기 센서에 의해 측정된 전류 세기가 상기 타깃 창의 하부 전류 설정점보다 언더슈트하는 경우, 한정된 시간 단위만큼 주어진 클램핑 시간 기간을 감소시키는 단계; 또는

상기 센서에 의해 측정된 전류 세기가 상기 타깃 창의 상부 전류 설정점보다 오버슈트하는 경우, 한정된 시간 단위에 의해 주어진 클램핑 시간 기간을 증가시키는 단계; 또는

상기 클램핑 위상 직후 측정된 전류 세기가 상기 타깃 창 내에 있는 경우, 상기 주어진 클램핑 시간을 상기 재한정된 클램핑 시간 기간으로 유지하는 단계;

중 하나에 의해 그 다음 후속 클램핑 위상을 위한 재한정된 클램핑 시간 기간을 생성하도록 구성된다.

본 발명의 부수적인 특징에 따라, 상기 전류 센서는 상기 저압측 스위치와 접지 전위 사이에 연결된 분로 저항기이다.

일반적인 개념은, 상기 저압측 스위치가 다시 턴온될 때(즉, 상기 분로 저항기 내 전류가 코일 내 전류를 한번 더 반영할 때) 상기 클램프-위상 직후 코일 내 전류를 모니터링하고, 이 정보를 사용하여 그 다음 활성화를 위한 클램프-위상 시간을 자동적으로 교정/조절하는 것이다. 상기 코일 내 전류의 값이 상기 상부 전류 설정점을 초과하는 경우, 상기 클램프-위상을 위한 지속시간이 증가되어야 한다. 이에 비해, 상기 코일 내 전류의 값이 상기 하부 전류 설정점 미만인 경우 상기 클램프-위상 지속시간이 이에 따라 감소된다. 그 다음 활성시에 상기 코일 전류는 위상 클램프 후 상기 하부 전류 설정점과 상기 상부 전류 설정점 사이에 있어야 한다. 그렇지 않은 경우, 상기 시간 설정점은 상기 전류가 상기 타깃 창으로 이동될 때까지 교정된/조절된다.

본 발명의 개념의 간단한 구현에서, 상기 코일 전류의 편차가 다음 3개의 등급 중 어느 하나의 등급으로 분류된다. 상기 코일 전류는,

(i) 상기 하부 전류 설정점 미만이거나; 또는

(ii) 상기 상부 전류 설정점을 초과하거나; 또는

(iii) 상기 하부 전류 설정점과 상부 전류 설정점 사이에 있다.

이 결과에 기초하여, 상기 클램프-위상 지속시간 설정점은,

(i) 1 시간 해상도 단계만큼 감소되거나; 또는

(ii) 1 시간 해상도 단계만큼 증가되거나; 또는

(iii) 일정하게 유지된다.

그 동작 원리에서, 이것은 연속된-근사(successive-approximation) A/D-컨버터와 필적한다.

보다 복잡한 구현에서, 상기 타깃된 전류 설정점과 상기 코일 내 측정된 전류 사이의 실제 편차를 사용하여 특정 양만큼(예를 들어, 주어진 시간 해상도에서 최소 시간 단위의 배수만큼) 클램프-위상 지속시간을 조절한다. 일반적으로, 이 접근법은 편차에 더 빠른 응답을 허용하지만 이러한 설계는 폐루프 제어를 안정적으로 설계하는 것을 더 곤란하게 한다.

대응하는 교정 알고리즘은 전류 레벨과 타이밍을 위한 유저 설정점에 기초하여 전류 프로파일을 생성하는데 사용되는 이미 이용가능한 ASIC에 구현될 수 있다.

본 발명의 특성인 것으로 고려되는 다른 특징은 첨부된 청구범위에 제시된다.

본 발명은 솔레노이드 작동체를 위한 전류 제어에 구현된 것으로 본 명세서에 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 그리고 균등한 범위 내에 있는 여러 변형과 구조적 변경이 이루어질 수 있으므로 도시된 상세로 제한되는 것으로 의도된 것이 전혀 아니다.

그러나, 추가적인 목적 및 장점과 함께 본 발명의 구성과 동작 방법은 첨부 도면과 함께 판독될 때 특정 실시예의 이하 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 솔레노이드 작동체를 위한 일반적인 전류 프로파일을 도시하는 신호/시간도;
도 2는 PWM 위상 동안 작동체의 솔레노이드를 통한 전류 경로를 도시하는 간략화된 회로도;
도 3은 클램핑 위상 동안 전류를 도시하는 유사한 도면;
도 4a는 클램프-위상 시간 기간이 너무 짧을 때의 전류를 도시하는 신호도;
도 4b는 클램프-위상 시간 기간이 너무 길 때의 전류를 도시하는 신호도;
도 5는 본 발명에 따른 회로의 예시적인 실시예의 개략 회로도;
도 6은 도 5의 회로의 실시예의 추가적인 개선을 나타내는 개략 회로도; 및
도 7은 일반화된 용어로 교정 및 조절 원리를 도시하는 도 6의 회로의 변형 블록도.

이제 도면, 특히 제일 먼저, 도 1을 상세히 참조하면, 솔레노이드 인젝터를 위한 예시적인 전류 프로파일을 예시하는 다이아그램이 도시되어 있다. 이 프로파일은 시간적으로 여러 상이한 위상으로 분할된다. 예시된 실시예에서 이들 위상은 프리차지, 피크, 클램프0, 홀드0, 클램프1, 홀드1 및 클램프2를 포함한다. 시퀀스와 이름은 임의로 선택된 것이므로 적용시에 변할 수 있다. 이들 위상은 전류 레벨, 타이밍 및 동작 모드가 상이하다.

활성화 또는 활성화 사이클은 로우 레벨(low level)(L) 또는 하이 레벨(high level)(H)을 취하는 제어 신호(CTRL)(10)에 의해 명령된다. 따라서, 활성화 사이클은 도 1에 도시된 바와 같이, 작동체 전압(21)을 구동하는 것에 의해 제어된다. 작동체 전압(21)은 그래프의 하부를 따라 도시된다.

위상(11)(프리차지), 위상(12)(피크), 위상(13)(홀드0) 및 위상(14)(홀드1)은 전류-제어된 위상이다. 위상(11, 12, 13 및 14)은 "전류 조절된 위상" 또는 "폐루프 제어된 위상"이다. 이들 위상은 하부(lower) 전류 레벨과 상부(upper) 전류 레벨뿐만 아니라 지속시간에 의해 한정된다. 전류-조절된 위상 동안 코일 내 작동체 전류(21)는 폐루프 제어 구조의 도움으로 하부 전류 레벨과 상부 전류 레벨(I_{위 상(min)}, I_위상(max)) 사이에 유지된다. 여기서, 코일 전류에 관한 정보가 요구된다.

이하 테이블은 4개의 위상(11, 12, 13 및 14)에 관한 예시적인 파라미터를 포함한다:

전류 제어 구조는 PWM 전압 구동 신호에 의해 특징지어진다. 프리차지 위상과 홀드 위상 동안 전류 세기는 작동체 전압의 듀티 인자(duty factor)에 의해 조절된다.

중간 위상(15 및 16)(클램프0, 클램프1)과 최종 위상(17)(클램프2)은 타이밍된 "오프"-위상이다. 이들 위상은 지속시간에 의해서만 한정된다. 전류 정보가 이용가능하지 않으므로(즉, 저압측 스위치(25)가 분리되어 있으므로), 전류는 이들 위상 동안 폐루프 제어에 의해 제어될 수 없다.

예로서, 클램프 위상(클램프0 및 클램프1)은 시간 기간 t_CL0 = t_CL1 = 0 내지 40 μs 동안 지속할 수 있다. 그러나, 전술된 바와 같이, 여러 인자로 인해 클램프 위상을 위한 시간은 고정된 지속시간으로 설정될 수 없다. 본 발명에 따른 클램프 시간 조절은 다음 내용으로부터 명백하게 될 것이다.

도 2는 고압측 스위치(24), 저압측 스위치(25), 전류 센서로도 작용하는 분로 저항기(26)의 일반적인 전기적 구성을 도시한다. 이 회로는 직접 분사 솔레노이드 제어 드라이버 애플리케이션에서 솔레노이드 인젝터(INJ)를 구동한다. 인젝터는, 회로 용어로, 인덕턴스(28)와 저항(29)을 포함하는 솔레노이드 작동체(27)에 의해 제어된다. 이런 상황에서 작동체 전류 정보는 저압측 경로에서 분로 저항기 양단의 전압으로 이용가능하다. 이 경우에, 전류-제어된 동작이 가능하다.

도 2는 고압측 스위치(24)가 턴온될 때 초래되는 전류 경로(30)를 도시한다. 전류 경로(31)는 고압측 스위치(24)가 턴오프되는 경우와 관련된다. 두 경우에, 전류는 저압측 스위치(25)를 통해 그리고 분로 저항기(26)를 통해 흐른다. 이들 경우에, 분로 저항기(26)는, 전류의 세기를 감지하고 대응하는 정보를 제어 시스템에 제공하여, 폐루프 전류를 제어할 수 있다.

추가적으로 연결된 다이오드(33 및 34)를 통해 고압측 스위치(24) 및/또는 저압측 스위치(25)가 턴오프될 때 유도 부하를 통해 중단 없는 전류 흐름이 가능하다.

도 3은 동일한 전기적 회로 구성을 도시하고 클램프-위상 동안 전류 경로(32)를 도시한다. 여기서, 고압측 스위치(24)와 저압측 스위치(25)는 턴오프된다. 이에 따라 분로 저항기(26)를 통과하는 전류는 0이다. 분로 저항기는 전류 감지 정보를 제어 시스템에 전혀 제공할 수 없다. 따라서, 시간으로-제어되는 동작만이 가능하다.

도 4a 및 도 4b는 시간(t)에 따라 인젝터 전류(I_INJ)를 도시하는 그래프이다. 톱니 신호(21)는 정확한 클램프 시간(t_클램프)을 도시한다. 즉, 시스템이 위상(13)과 위상(14) 사이에 정확한 시간의 양 동안 클램핑되면, 전류 세기는 홀드 위상(홀드1) 동안 I_홀드1(max)로 다시 상승하기 전에 지정된 전류(I_홀드1(min))로 적절히 감소할 수 있다.

그러나, 클램프 시간이 너무 짧은 경우, 전류(21)는 지정된 시간 프레임 내에서 적절히 감소하지 않는다. 이것은 도 4a에 도시된다. 신호(22)는 단축된 클램프 시간 지속시간으로부터 초래되고 이는 타깃 전류 프로파일로부터 코일 전류의 허용가능하지 않은 편차인 것으로 고려된다. 이 상황은 오버슈트라고 언급된다. 즉, 클램프-위상의 종단에서 코일 내 전류(22)는 후속하는 홀드-위상을 위한 상부 전류 설정점(I_홀드n(max))보다 여전히 더 높다. 선행하는 클램프-위상의 지속시간은 너무 짧아서 코일 전류가 타깃된 상부 전류 설정점 미만으로 감소할 수 없다. 이것은 전력 손실 면에서 특정 컴포넌트에 영향을 미친다.

도 4b는 언더슈트 상황을 도시한다. 클램프-위상의 종단에서 코일 내 전류(23)는 후속하는 홀드-위상을 위한 하부 전류 설정점보다 이미 더 작다. 선행하는 클램프 위상의 지속시간은 너무 길어서 코일 전류를 타깃된 하부 전류 설정점(I_홀드n(min))을 초과하여 유지할 수 없다. 이것은 유압 시스템의 성능에 영향을 미친다(예를 들어 인젝터가 폐쇄될 수 있다). 특별히 언더슈트는 회피되어야 한다.

이제 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 교정/조절 개념을 예시하는 등가 회로의 간단한 블록도가 도시된다. 이것은 전류 판별기(current discriminator)와 클램프-위상 시간 오프셋 생성으로 달성된다.

원래의 문제는 코일 전류 정보가 항상 이용가능한 것은 아니어서 폐루프 제어 구조를 연속적으로 실행할 수 있는 것은 아니라는 것이다. 이 문제에 대한 하나의 해법은 전류 감지 디바이스(예를 들어, 분로 저항기)를 부하 경로에 직접 배치하는 것이다. 이후 - 저압측 스위치가 턴오프되는 경우에도 정확한 코일 전류 정보가 임의의 주어진 시간에 이용가능하다. 그러나, 이것은, 고정밀도로 구현되어야 하는 "플로팅" 전류 감지 문제를 야기한다. 구현 비용에 대한 영향이, 예를 들어, 상당하다.

또한 분로 저항기는 코일 전류가 획득된 전류 정보로부터 재구성될 수 있는 방식으로 배치될 수 있다. 도통된 컴포넌트가 어느 것인지에 따라, 코일 전류는 대응하는 전류로 재구성된다. 이 해법은 전류가 항상 이용가능한 것이 아니라는 원래의 문제를 회피하지만, 상당한 수의 추가적인 컴포넌트가 요구된다. 다시, 컴포넌트 비용과 필요한 PCB 공간에 대한 영향이 상당하다.

본 발명은 이들 문제에 대한 정밀한 해법을 제공한다. 여기서, 추가적인 분로 저항기와 전력 컴포넌트가 필요치 않고, 따라서, 전력 컴포넌트에 대한 구현 비용이 영향을 받지 않는다.

이제 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 신규한 해법이 이미 존재하는 드라이버 ASIC의 디지털 도메인(예를 들어 VHDL 코드)에 구현될 수 있다. 이들 ASIC에 대한 오늘날의 ASIC 기술과 게이트 밀도를 통해 비용 영향이 상당히 무시될 수 있다.

도 5는 본 발명의 가장 일반화된 경우를 도시한다. 여기서, 시스템은 적분 경로와 비례 경로를 구비한다. 타깃 창으로부터 편차는 또한 값으로 측정된다. 편차가 결정되면, 클램프 시간이 적분 부분(연산 증폭기(k_i))과 또한 비례 부분(연산 증폭기(k_p))에 의해 적응된다. 클램프 시간 지속시간은 작동체 전류가 타깃 창 내에 올 때까지 조절된다. 아래에 도시된 도 6의 상대적으로 간단한 적분과 대조적으로, 도 5의 해법은 더 빠른 클램프 시간에 적응한다.

본 발명은 전류로-제어되는 추가적인 위상이 시작하자마자 전류 정보가 클램프 위상 직후 이용가능하다는 개념에 기초한다. 타깃 창으로부터 편차(I_{홀드n (min)} - I_{홀드n (max)})를 사용하여 그 다음 활성화 사이클(예를 들어, 클램프0_n --> 클램프0_{n +1})을 위한 클램프 시간을 조절한다. 신호가 타깃 창 아래에 있는지 또는 타깃 창 위에 있는지에 따라, 클램프 시간은 적분 단계에서 1 시간 단위만큼 증가되거나 감소된다(+1, -1). 이 신호가 창 내에 있는 것으로 측정되면, 클램프 시간은 조절되지 않는다(0). 도 6의 회로에서 이 조절은 클램프 시간 지속시간이 한번에 1 단일 시간 양(해상도에 따라 최소 시간 단위)만큼 조절되기 때문에 점진적인 조절이 된다. 이 해법은 상대적으로 천천히 변하는 파라미터를 가지는 환경에 선호된다.

도 7은 도 6의 블록 회로에서 유도된 구현에서 본 발명에 따른 교정 원리를 도시하는 블록도이다.

Claims (9)

1. 솔레노이드 작동체를 구동하는 방법으로서,
   전압 신호를 상기 작동체에 인가하고, 작동체 동작의 시간적으로 오프셋된 위상 동안 상호 상이한 전류 세기를 가지는 전기 전류를 상기 작동체를 통해 흐르게 하는 단계;
   상기 전류가 하부 전류 설정점과 상부 전류 설정점 사이에 한정된 주어진 타깃 창 내에 유지되는 복수의 시간적으로 후속하는 폐루프 전류 제어 위상 동안 상기 작동체를 선택적으로 동작시키는 단계로서, 상기 작동체를 통과하는 전류가 측정되고, 상기 전류가 상기 주어진 타깃 창 내에 유지되도록 상기 전압 신호가 조절되는, 상기 복수의 시간적으로 후속하는 폐루프 전류 제어 위상 동안 동작시키는 단계;
   2개의 각 폐루프 전류 제어 위상들 사이에 클램핑 위상에서 상기 작동체를 선택적으로 동작시키는 단계로서, 클램핑 위상 동안 상기 작동체를 통과하는 전류가 주어진 클램핑 시간 기간 동안 반전된 전압 신호를 상기 작동체에 인가하는 것에 의해 감소되는, 상기 클램핑 위상에서 동작시키는 단계;
   상기 클램핑 위상 직후 상기 작동체를 통과하는 전류를 측정하여 상기 전류 세기가 상기 후속하는 폐루프 전류 제어 위상의 상기 타깃 창보다 언더슈트(undershoot)하는지 또는 오버슈트(overshoot)하는지의 여부를 결정하는 단계; 및
   다음 단계들:
   상기 전류 세기가 상기 타깃 창의 하부 전류 설정점보다 언더슈트한 경우, 한정된 시간 단위만큼 주어진 클램핑 시간 기간을 감소시키는 단계; 또는
   상기 전류 세기가 상기 타깃 창의 상부 전류 설정점보다 오버슈트한 경우, 한정된 시간 단위만큼 주어진 클램핑 시간 기간을 증가시키는 단계; 또는
   상기 클램핑 위상 직후 측정된 전류 세기가 상기 타깃 창 내에 있는 경우, 상기 주어진 클램핑 시간을 상기 재한정된 클램핑 시간 기간으로 유지하는 단계;
   중 하나에 의해 그 다음 후속 활성화 사이클을 위한 재한정된 클램핑 시간 기간을 생성하는 단계; 및
   상기 재한정된 클램핑 시간 기간을 갖는 그 다음 후속 활성화 사이클에서 상기 작동체를 동작시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 한정된 시간 양을, 작동체 제어 시스템의 시간 해상도에 의해 이용가능한 최소 시간 양으로 한정하는 단계, 및 상기 재한정된 클램핑 시간을 생성하기 위해 단일 최소 시간 양만큼 상기 주어진 시간 양을 선택적으로 증가시키거나 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 언더슈트 또는 오버슈트를 결정하는 것에 더하여, 상기 각 설정점 신호로부터 상기 전류 신호의 편차의 양을 측정하는 단계, 및 상기 재한정된 클램핑 시간을 생성하는 단계에서, 상기 편차에 비례하는 양만큼 상기 주어진 시간 양을 선택적으로 증가시키거나 또는 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 펄스-폭 변조된(PWM) 전압 신호를 상기 작동체에 인가하는 것에 의해 상기 폐루프 전류 제어 위상 동안 상기 작동체를 구동하는 단계를 포함하는 방법.
5. 솔레노이드 작동체를 구동하는 회로 조립체로서,
   상기 작동체를 전압 공급원의 양의 전위에 연결하는 고압측 스위치와, 상기 작동체를 접지 전위에 연결하는 저압측 스위치로서, 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치가 턴온될 때, 전기 전류는 상기 양의 전압 전위로부터 접지 전위로 상기 작동체를 통해 흐르는, 상기 고압측 스위치와 저압측 스위치;
   상기 작동체를 통해 흐르는 전기 전류의 전류 세기를 결정하는 센서;
   상기 센서에 의해 측정된 전류 세기에 따라 상기 전류 세기를 구동하는 폐루프 제어 구조에서 폐루프 전류 제어 위상 동안 상기 작동체를 통과하여 흐르는 전류를 제어하는 폐루프 제어 시스템;
   상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치가 분리되고 전기 전류가 상기 부하 양단에 음의 전압으로 상기 작동체를 통해 흐르는 클램핑 위상 동안 상기 작동체를 통해 흐르는 전류를 감소시키는 클램핑 제어부; 및
   상기 센서로부터 오는 신호에 응답하고, 상기 센서로부터 오는 신호가 상기 클램핑 위상 직후 상기 작동체를 통해 흐르는 전기 전류의 전류 세기가 미리 결정된 타깃 창 밖에 있는 것을 나타내는 경우 클램핑 위상을 위한 시간 기간을 조절하도록 구성된 회로를 포함하는 회로 조립체.
6. 제5항에 있어서, 상기 회로는 상기 클램핑 위상을 위한 시간 기간을 각각 조절하기 위해 한정된 시간 단위를 가산하거나 감산하는 것에 의해 상기 시간 기간을 조절하도록 구성된 적분 회로인, 회로 조립체.
7. 제5항에 있어서, 상기 회로는 상기 클램핑 위상을 위한 시간 기간을 각각 조절하기 위해 상기 센서에 의해 측정된 편차에 비례하는 시간의 양을 가산하거나 감산하도록 구성된 비례 적분 회로인, 회로 조립체.
8. 제5항에 있어서, 상기 회로는, 다음 단계들:
   상기 센서에 의해 측정된 전류 세기가 상기 타깃 창의 하부 전류 설정점보다 언더슈트한 경우, 한정된 시간 단위만큼 주어진 클램핑 시간 기간을 감소시키는 단계; 또는
   상기 센서에 의해 측정된 전류 세기가 상기 타깃 창의 상부 전류 설정점보다 오버슈트한 경우, 한정된 시간 단위만큼 주어진 클램핑 시간 기간을 증가시키는 단계; 또는
   상기 클램핑 위상 직후 측정된 전류 세기가 상기 타깃 창 내에 있는 경우, 주어진 클램핑 시간을 재한정된 클램핑 시간 기간으로 유지하는 단계
   중 하나에 의해 그 다음 후속 클램핑 위상을 위한 재한정된 클램핑 시간 기간을 생성하도록 구성된, 회로 조립체.
9. 제5항에 있어서, 상기 전류 센서는 상기 저압측 스위치와 접지 전위 사이에 연결된 분로 저항기인, 회로 조립체.

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