KR20200067093A

KR20200067093A - 액츄에이터, 바람직하게는 클러치 액츄에이터의 자기 유지 특성을 검출하고 정량화하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20200067093A
Application number: KR1020190155009A
Authority: KR
Inventors: 에르하르트 호드루스
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2039-11-28
Also published as: DE102018130681A1; KR102796003B1

Abstract

본 발명은 액츄에이터, 바람직하게는 클러치 액츄에이터의 자기 유지 특성을 검출하고 정량화하기 위한 방법에 관한 것이며, 이러한 방법에서는 액츄에이터를 작동시키는 서보 모터의 자기 유지 특성이 액츄에이터의 특성 곡선으로부터 결정된다. 자기 유지 특성이 충분히 정량화될 수 있는 방법에서는 서보 모터의 작동 중에 서보 모터의 자기 유지 특성을 특성화하는 매개변수가 액츄에이터 경로(s)를 통해 검출되어 임계값(S)과 비교되며, 임계값(S)의 초과 시에는 서보 모터의 자기 유지 특성의 감소가 추론된다.

Description

액츄에이터, 바람직하게는 클러치 액츄에이터의 자기 유지 특성을 검출하고 정량화하기 위한 방법{METHOD FOR DETECTING AND QUANTIFYING A SELF-HOLDING PROPERTY OF AN ACTUATOR, PREFERABLY A CLUTCH ACTUATOR}

본 발명은 액츄에이터, 바람직하게는 클러치 액츄에이터의 자기 유지 특성을 검출하고 정량화하기 위한 방법에 관한 것이며, 이러한 방법에서는 액츄에이터를 작동시키는 서보 모터의 자기 유지 특성이 액츄에이터의 특성 곡선으로부터 결정된다.

액츄에이터들은 액츄에이터로 하여금 액츄에이터를 작동시키는 서보 모터의 전력 입력을 정지 상태 단계 동안 최소화할 수 있도록 하고 서보 모터의 무전류 상태에서 원하지 않는 토크 변화를 방지할 수 있도록 하는 자기 유지 특성을 갖는다. 파일럿 제어 전압을 서보 모터에 인가함으로써 액츄에이터를 구동할 때, 액츄에이터에 의해 한번 취해진 위치는 유지된다. 액츄에이터가 자체적으로 이동되어 나옴으로써 가능한 떨림 그리고 액츄에이터를 구동하는 위치 조정기를 통한 액츄에이터의 설정 위치의 반복 조정이 이와 같이 방지될 수 있다.

그러나, 클러치 액츄에이터가 유압 매체를 통해 클러치의 제어 기능을 수행하는 유체 정역학적 클러치 액츄에이터(hydrostatic clutch actuator)에서, 파일럿 제어는 제로로 감소될 수 없으며, 이는 클러치 시스템 내 유압 매체의 압력이 이를 방지하기 때문이다. 따라서, 이러한 액츄에이터는 자기 유지되지 않는 것으로 간주된다.

클러치 액츄에이터가 자기 유지되는 것으로 규정될 정도로 마찰을 증가시킬 수 있는 기계적 마찰 부재, 소위 랩 스프링(wrap spring)이 클러치 액츄에이터 내에 제공되어 있으므로, 모듈형 클러치 액츄에이터는 자기 유지되는 것으로 간주된다. 이러한 자기 유지 특성은 전체 클러치 시스템의 기능 안전에 대한 요건 충족을 용이하게 한다. 모듈형 클러치 액츄에이터가 자기 유지되는 경우, 전력 입력과 이로 인한 서보 모터의 자기 가열(self-heating)은 서보 모터를 구동하는 출력단의 차단을 통해 상당히 감소될 수 있다.

그러나, 액츄에이터의 생산에는 액츄에이터가 자기 유지되는지 아닌지 여부를 결정하는 기계적 구성 요소들 내 허용 오차가 있다. 추가로, 차량 내에 클러치 액츄에이터가 사용될 때, 자기 유지 특성은 차량의 진동 여기 및 환경의 영향을 받는다.

본 발명의 과제는 액츄에이터 작동 중의 자기 유지 특성의 변화가 신뢰 가능하게 검출될 수 있도록 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성을 검출하고 정량화하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 상기 과제는 서보 모터의 작동 중에 서보 모터의 자기 유지 특성을 특성화하는 매개변수가 액츄에이터 경로를 통해 검출되어 임계값과 비교됨으로써 달성되며, 임계값의 초과 시에는 서보 모터의 자기 유지 특성의 감소가 추론된다. 따라서, 서보 모터의 자기 유지 특성을 특성화하는 매개변수는 액츄에이터 경로에 따라 결정되거나, 유체 정역학적 클러치 액츄에이터들의 경우 클러치 시스템 내 유압 매체의 압력에 따라 결정된다. 따라서, 전체 액츄에이터 시스템의 기능 안전에 대한 요건이 고려되며, 클러치 시스템 내의 장애가 적시에 검출될 수 있다.

바람직하게, 임계값은 상호 이격된 복수의 부분 임계값들로 구성되며, 이때 부분 임계값의 각각의 초과 시에는 서보 모터의 자기 유지 특성의 강도의 정량화가 실행된다. 따라서, 액츄에이터의 자기 유지 특성은 다양한 매개변수 간격들로 분류될 수 있다. 부분 임계값들의 초과에 따라, 액츄에이터 시스템의 안전을 유지하기 위한 조치들이 취해질 수 있다.

일 실시예에서, 가장 낮은 부분 임계값의 미달 시에는 서보 모터의 충분한 자기 유지 특성이 추론된다. 이러한 상태에서는 액츄에이터 시스템의 안전에 대한 우려가 없다.

일 변형 실시예에서, 서보 모터의 자기 유지 특성을 특성화하는 매개변수는 서보 모터를 구동하는 위치 조정기의 전압 파일럿 제어값을 통해 나타난다. 서보 모터의 이러한 전압 파일럿 제어값의 크기에 따라, 유체 정역학적 액츄에이터 시스템의 자기 유지 특성이 제공되는지 아닌지 여부가 평가될 수 있다. 따라서, 액츄에이터를 원하는 위치에 유지하기에 충분한 최소 전압을 소프트웨어가 계산할 수 있다. 이러한 전압 파일럿 제어값이 상승하면, 자기 유지 특성은 제한된다.

일 대안 실시예에서, 서보 모터의 자기 유지 특성을 특성화하는 매개변수는, 위치 조정기가 차단될 때 사전 결정된 위치가 취해진 이후에 액츄에이터가 실행하는 액츄에이터 이동을 통해 결정되는 액츄에이터 경로의 편차를 통해 나타난다. 이 경우, 위치 조정기의 차단 이후에 측정된 액츄에이터의 경로 편차는 액츄에이터의 자기 유지 특성을 평가하기 위해 상응하는 임계값과 비교된다.

일 실시예에서, 비 자기 유지 상태의 검출을 위해 위치 조정기의 히스테리시스가 증가된다. 히스테리시스의 증가를 통해서는, 위치 조정기의 차단 이후에 액츄에이터를 통해 진행되는 경로가 확대되며, 이로 인해 액츄에이터의 자기 유지 특성에 대한 정보의 정확도가 향상된다.

일 개선예에서, 하나의 부분 임계값의 초과 시에는 자기 유지 특성의 강도에 상응하는 각각의 경고 기능이 활성화된다. 각각의 부분 임계값에는 다른 강도의 자기 유지 특성이 할당된다. 따라서, 자기 유지 특성의 편차 형성에 상응하게 차량 내 안전 요건의 충족을 위한 상이한 조치들이 릴리즈된다.

바람직하게, 경고 기능은 진단 기능으로서 액츄에이터 시스템 내에 저장된다. 이러한 저장은 유지 보수 중에, 변화된 자기 유지 특성이 액츄에이터 시스템 내에 존재하는지 여부의 후속 검사를 가능하게 한다.

대안적으로, 경고 기능은 경고 신호로서 주변에 송출된다. 따라서, 차량 운전자에게는 안전상 문제가 되는 상황이 차량 내에 존재하고 정비소로 이동해야 한다는 사실이 전달된다.

추가의 일 대안 실시예에서, 경고 기능으로서 액츄에이터의 자동 구동이 실행된다. 따라서, 계속 주행 시의 충분한 안전이 이러한 액츄에이터 시스템에 의해 가능하도록 보장된다. 따라서, 예를 들어 슬립하는 클러치 대신에 체결 또는 개방되는 클러치에 의한 주행이 가능한 경우, 클러치의 구동을 통해 더 적은 출력이 흡수될 수 있다.

본 발명은 수많은 실시예들을 가능하게 한다. 이러한 실시예들 중 하나가, 도시된 도면을 사용하여 더 상세하게 설명될 것이다.

도 1에는 본 발명에 따른 방법의 기본 도식이 도시되어 있다.

자동차에서는 유체 정역학적 클러치 액츄에이터로서 형성된 클러치 액츄에이터들이 통상적으로 사용된다. 이는 자기 유지되지 않는 클러치 액츄에이터이며, 이는 클러치 액츄에이터를 구동하는 서보 모터에 전류가 공급되지 않을 때 클러치가 기계적으로 스스로 개방되거나 체결될 수 있음을 의미한다. 이를 방지하기 위해, 클러치 액츄에이터가 사전 결정된 액츄에이터 위치에서 이동없이 유지되도록, 클러치 액츄에이터의 서보 모터는 유지 전압으로도 불리는 전압에 의해 전류 공급된다. 클러치 액츄에이터의 작동 개시 시에, 이러한 전압 값들은 적절히 초기화되어야 한다.

도 1에는 유체 정역학적 클러치 시스템 내의 압력(p) 또는 액츄에이터 경로(s)에 걸쳐 자기 유지 전압(U_H)이 도시되어 있는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예가 도시되어 있다. 그 내용이 본 권리 보호 출원의 구성 요소인 DE 10 2014 223 554 A1호로부터 공지되어 있는 바와 같이, 서보 모터와 연결된 클러치 액츄에이터가 서보 모터의 전압 파일럿 제어를 통해 다양한 액츄에이터 위치들이 되는 서보 모터의 유지 전압 특성 곡선이 결정되며, 이때 각각의 액츄에이터 위치에서 클러치 액츄에이터의 유지 전압(U_H)이 측정된다.

이 경우, 곡선 "I"는 상부 유지 전압 특성 곡선을 나타내는 반면, 곡선 "II"는 하부 유지 전압 특성 곡선을 나타낸다. 두 곡선들 사이의 영역은 마찰 밴드이다. 최소 에너지 입력을 위하여, 곡선 "II" 바로 아래의 전압이 클러치 액츄에이터를 유지하기 위해 사용된다. 이 경우, 유지 전압(U_H)의 결정은 상부 유지 전압 특성 곡선에 대해서 뿐만 아니라 하부 유지 전압 특성 곡선에 대해서도 서보 모터의 위치 조정기의 지속적인 스위치 온 또는 스위치 오프를 통해 실행되며, 이때 유지 전압(U_H)은 의도한 대로 변화한다.

도 1에 따라, 임계값(S_U)이 도시되며, 유지 전압 특성 곡선(II)은 임계값(S_U)과 비교된다. 임계값(S_U)은 부분 임계값들(S_U1, S_U2)로 세분될 수 있으며, 사전 결정된 클러치 위치에 가해지는 유지 전압(U_H)에 의해 어느 부분 임계값(S_U1, S_U2)이 초과되는지에 따라, 경고 기능이 릴리즈된다. 이 경우, 각각의 부분 임계값들(S_U1, S_U2)의 초과는 서보 모터의 자기 유지 특성 감소의 상이한 강도에 상응한다.

가장 낮은 부분 임계값(S_U1)은 기계적 자기 유지가 아직 충족됨을 나타낸다. 그 위에 놓인 부분 임계값(S_U2)은 "기계적 자기 유지가 취약하다"는 정보에 의한 경고 기능을 릴리즈한다. 그 위에 놓인, 바로 그 다음 부분 임계값(S_U)은 "기계적 자기 유지가 매우 취약하다"는 경고 기능을 릴리즈한다.

특히, "기계적 자기 유지가 매우 취약하다"는 경고 기능이 릴리즈되면, 운전자에게 경고 신호가 송출된다. 이는 특히, 기계적 자기 유지가 매우 취약한 것으로 분류되는 사전 결정된 시간 범위가 초과될 때 항상 실행될 수 있다. 그러나, 경고 기능은 음향적으로 송출되어야 할 뿐만 아니라, 액츄에이터 시스템의 제어 유닛 내에 진단 메시지의 형태로 저장될 수도 있다. 마찬가지로, 더 적은 출력을 흡수하기 위해 클러치의 구동이 클러치 액츄에이터에 의해 의도한 대로 변경될 수 있다. 이러한 조치들은 개별적으로 결정되어야 한다.

추가의 일 실시예에서, 액츄에이터의 서보 모터의 자기 유지 특성은, 서보 모터를 구동하는 위치 조정기가 차단되고 클러치 액츄에이터의 이동이 위치 조정기를 통한 구동과는 무관하게 검출됨으로써도 정량화될 수 있다. 이로부터 얻어진, 사전 결정된 액츄에이터 위치로부터의 액츄에이터 경로의 편차는 마찬가지로 매우 다양한 부분 임계값들과 비교될 수 있고, 이때 도 1과 관련하여 설명된 방법과 유사한 처리 방식이 가능하다. 이러한 적용예는 위치 조정기의 조정기 히스테리시스가 더 크게 선택될 때, 서보 모터의 비 자기 유지 상태를 검출하고 평가하는 데에 도움이 될 수 있다. 대개, 각각의 목표 위치에 대하여 다른 실제값-설정값 편차가 얻어지고, 이러한 실제값-설정값 편차는 마찬가지로 간단하게 임계값들에 의해 평가될 수 있다. 실제값-설정값 편차가 히스테리시스보다 크면, 추가로 유지 전압 매칭이 실행될 수 있고, 자기 유지 특성은 도 1에 도시된 특성 곡선에 의해 평가될 수 있다. 이러한 절차는 특히, 자기 유지되는 것으로 간주되는 모듈형 클러치 액츄에이터들에 적합하다.

s 액츄에이터 경로
p 압력
U_H 유지 전압
S_U 임계값
S_U1 임계값
S_U2 임계값

Claims

액츄에이터, 바람직하게는 클러치 액츄에이터의 자기 유지 특성을 검출하고 정량화하기 위한 방법이며, 액츄에이터를 작동시키는 서보 모터의 자기 유지 특성이 액츄에이터의 특성 곡선으로부터 결정되는, 상기 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법에 있어서,
서보 모터의 작동 중에 서보 모터의 자기 유지 특성을 특성화하는 매개변수가 액츄에이터 경로(s)를 통해 검출되어 임계값(S)과 비교되며, 임계값(S)의 초과 시에는 서보 모터의 자기 유지 특성의 감소가 추론되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제1항에 있어서, 임계값(S)은 상호 이격된 복수의 부분 임계값들(S_U1, S_U2)로 구성되며, 부분 임계값(S_U1, S_U2)의 각각의 초과 시에는 서보 모터의 자기 유지 특성의 강도의 사전 결정된 정량화가 실행되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제2항에 있어서, 가장 낮은 부분 임계값(S_U1; S_U2)의 미달 시에는 서보 모터의 충분한 자기 유지 특성이 추론되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 서보 모터의 자기 유지 특성을 특성화하는 매개변수는 서보 모터를 구동하는 위치 조정기의 전압 파일럿 제어값을 통해 나타나는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 서보 모터의 자기 유지 특성을 특성화하는 매개변수는, 위치 조정기가 차단될 때 사전 결정된 위치가 취해진 이후에 액츄에이터가 실행하는 액츄에이터 이동을 통해 결정되는 액츄에이터 경로(s)의 편차를 통해 특성화되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제5항에 있어서, 비 자기 유지 상태의 검출을 위해 위치 조정기의 히스테리시스가 증가되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제1항 내지 제6항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 부분 임계값들(S_U1, S_U2)의 초과 시에는 자기 유지 특성의 강도에 상응하는 각각의 경고 기능이 활성화되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제7항에 있어서, 경고 기능은 진단 기능으로서 액츄에이터 시스템 내에 저장되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제7항에 있어서, 경고 기능은 경고 신호로서 주변에 송출되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.
제7항에 있어서, 경고 기능으로서 액츄에이터의 자동 구동이 실행되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터의 자기 유지 특성의 검출 및 정량화 방법.