KR100236235B1 - Braking force control device by er fluid - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 제동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현재 사용하는 페달의 답력을 유압의 힘으로 변환시켜 제동력을 얻는 방식이 아닌 페달 작동 신호를 받은 ECU(Electronic Control Unit)가 페달 스트로크에 해당하는 힘을 ER(Electro-Rheological)유체에 전기를 가하여 전압을 조절하는 방식을 통해 디스크 휠을 구속하는 제동력을 얻을 수 있게 함으로서 기존 유압 제동장치의 단점인 유지보수, 배선, 환경오염과 제어 성능 등을 개선한 ER유체를 이용한 차량의 제동력 조절장치를 제공함에 있는 것이다.The present invention relates to a braking device for a vehicle, and more particularly, an ECU (Electronic Control Unit) receiving a pedal operation signal corresponds to a pedal stroke, not a method of obtaining a braking force by converting the pedaling force of a currently used pedal into a hydraulic force. By applying electric force to the ER (Electro-Rheological) fluid, it is possible to obtain the braking force to restrain the disc wheel by regulating the voltage to maintain the maintenance, wiring, environmental pollution and control performance, which are disadvantages of the existing hydraulic brake system. It is to provide a braking force control device of the vehicle using the improved ER fluid.

Description

ER(Electro-Rheological)유체를 이용한 제동력 조절장치Braking force control device using ER (Electro-Rheological) fluid

본 발명은 차량의 제동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현재 사용하는 페달의 답력을 유압의 힘으로 변환시켜 제동력을 얻는 방식이 아닌 페달 작동 신호를 받은 ECU(Electronic Control Unit)가 페달 스트로크에 해당하는 힘을 ER(Electro-Rheological)유체에 전기를 가하여 전압을 조절하는 방식을 통해 디스크 휠을 구속하는 제동력을 얻을 수 있게 함으로서 기존 유압 제동장치의 단점인 유지보수, 배선, 환경오염과 제어 성능 등을 개선한 ER유체를 이용한 차량의 제동력 조절장치를 제공함에 있는 것이다.The present invention relates to a braking device for a vehicle, and more particularly, an ECU (Electronic Control Unit) receiving a pedal operation signal corresponds to a pedal stroke, not a method of obtaining a braking force by converting the pedaling force of a currently used pedal into a hydraulic force. By applying electric force to the ER (Electro-Rheological) fluid, it is possible to obtain the braking force to restrain the disc wheel by regulating the voltage to maintain the maintenance, wiring, environmental pollution and control performance, which are disadvantages of the existing hydraulic brake system. It is to provide a braking force control device of the vehicle using the improved ER fluid.

잘 알려진 바와 같이 이상적인 페달 특성을 얻기 위한 시스템 즉, 유압 제동장치에는 CBS(Conventional Brake System)나, ABS(Anti-lock Brake System), TCS(Traction Control System) 등이 있으며, 이러한 지능형 제동장치는 회전하는 디스크 휠을 정지시키기 위해서 브레이크 페달 답력을 유압의 힘(에너지)으로 변환시켜 제동력을 얻는 방식으로 이루어지고 있다.As is well known, a system for achieving ideal pedal characteristics, that is, a hydraulic brake system includes a CBS (Conventional Brake System), an ABS (Anti-lock Brake System), and a TCS (Traction Control System). In order to stop the disc wheel, the brake pedal effort is converted into hydraulic force (energy) to obtain a braking force.

종래에는 도1에서와 같이 주행중인 자동차를 제동시키기 위하여 운전자에 의한 답력을 발생시키는 페달(1), 답력을 증폭하여 지원하는 진공부스터(2), 답력에 의한 힘을 유압에너지로 변환하는 마스터실린더(3), 유압라인(4) (4-1, …, 4-6) 미끄러짐을 방지하는 유압장치인 하이드로릭유니트(5), 후륜의 압력을 감압하여 제동력을 조절하는 PCRV(6), 회전 중인 디스크 휠(10)과 이것을 유압으로 잡는 휠실린더(11), 피스톤(12), 패드(13)와 자동차의 휠의 잠김을 감지하는 휠스피드센서(14)와, 이 신호로부터 차체의 미끄러짐을 판단하고 하이드로릭유니트(5)를 동작케하는 ECU(7)로 구성되고 있다.Conventionally, as shown in FIG. 1, a pedal (1) for generating a step force by a driver, a vacuum booster (2) for amplifying a step force, and a master cylinder for converting a force caused by a step force to hydraulic energy to brake a driving car as shown in FIG. (3), hydraulic line (4) (4-1, ..., 4-6) hydraulic unit (5), which is a hydraulic device that prevents slipping, PCRV (6), which controls the braking force by reducing the pressure of the rear wheel, rotation The disk wheel 10 in operation, the wheel cylinder 11 holding the hydraulic pressure, the piston 12, the pad 13 and the wheel speed sensor 14 for detecting the locking of the wheel of the vehicle, and the slip of the vehicle body from this signal It is comprised by the ECU 7 which judges and makes the hydraulic unit 5 operate.

운전자의 의지에 의하여 정지 또는 감속시키기 위하여 운전자가 페달을 밟으면, 이 힘이 진공부스터(2)의 밸브를 개폐시키고, 진공과 대기압과의 차압에 의한 것이 힘으로 작용하여 마스터실린더(3)를 전진시키면 마스터실린더(3)내의 브레이크 오일이 압력을 받아 각 유압라인(4)을 통하여 휠 실린더(11)에 전달된다. 이때 휠 실린더(11)에 작용하는 압력이 피스톤(12)을 밀게 되고, 이힘이 디스크(10)의 회전면에 작용하여 회전력을 줄여 자동차를 제동시키게 된다. 이때 PCRV(6)는 앞바퀴와 뒷바퀴의 제동력 분배를 달리하며 조절하게 된다.When the driver presses the pedal to stop or decelerate at the driver's will, this force opens and closes the valve of the vacuum booster 2, and the pressure caused by the differential pressure between the vacuum and atmospheric pressure acts as a force to advance the master cylinder 3. Then, the brake oil in the master cylinder 3 is delivered to the wheel cylinder 11 through each hydraulic line 4 under pressure. At this time, the pressure acting on the wheel cylinder 11 pushes the piston 12, and this force acts on the rotating surface of the disk 10 to reduce the rotational force to brake the vehicle. At this time, the PCRV (6) is adjusted by varying the braking force distribution of the front wheel and the rear wheel.

그리고 하이드로릭유니트(5)는 차체의 미끄러짐을 방지하기 위한 부가적인 장치로 휠스피드센서(14)의 신호에 따라 휠의 잠김 현상이 일어나면 ECU(7)가 미끄러짐을 판단하고 휠의 압력을 조절을 위한 장치로 유압을 감압, 증압, 유지시키면서 휠이 잠기지 않게 (Anti-Locking) 유압을 조절하게 된다.In addition, the hydraulic unit 5 is an additional device for preventing slippage of the vehicle body. When the wheel locking occurs according to the signal of the wheel speed sensor 14, the ECU 7 determines that the wheel slips and adjusts the pressure of the wheel. It is an anti-locking device that controls the hydraulic pressure while reducing, increasing and maintaining the hydraulic pressure.

이와 같은 종래의 장치는 페달의 답력에 의한 힘을 유압으로 변환시켜 제동함으로 인하여 답력을 증폭시키는 진공부스터(2), 유압으로 변화시키는 마스터실린더(3), 유압라인(4), 압력을 조절하는 하이드로릭유니트(5), 제동력 분배를 위한 PCRV(6) 등의 장치를 필요로 하고 있다.Such a conventional device is to adjust the pressure by the pedal force of the pedal to the hydraulic pressure booster by boosting the vacuum booster (2), the hydraulic cylinder to change the master cylinder (3), the hydraulic line (4) to adjust the pressure A device such as a hydraulic unit 5 and a PCRV 6 for distributing braking force are required.

더욱이 종래의 유압장치는 작동유의 오염과 교환에 의하여 정기적인 점검이 필요하며, 부품 수가 많고, 가격이 고가일 뿐만 아니라 자동차의 길이가 길어짐에 따라 유압 배선의 처리가 곤란해지며, 온도에 따라 제동 특성에 차이를 나타내는 등의 단점을 안고 있다.Moreover, the conventional hydraulic system requires regular inspection due to the contamination and replacement of the working oil, the number of parts, the price is high, and the length of the car becomes difficult, and the handling of the hydraulic wiring becomes difficult. It has disadvantages such as showing a difference in characteristics.

또한 디스크와 패드의 마찰에 의한 소음 및 열 발생이 심하여 계속적인 제동시에는 성능이 저하되는 등의 많은 문제점이 있었다.In addition, the noise and heat generated by the friction between the disk and the pad is severe, there are a number of problems such as deterioration during continuous braking.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해서, ER 유체의 전기적 특성중 전단응력이 인가하는 전압에 따라 달라지는 특성을 이용하므로서 기존 유압장치의 단점인 유지, 보수, 배선, 환경오염과 제어 성능을 개선함에 있는 것이다.Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses the characteristics of the electrical stress of the ER fluid depending on the voltage applied to the shear stress, the maintenance, repair, wiring, environmental pollution and control of the conventional hydraulic system It's about improving performance.

도1은 종래의 제동력 조절장치의 예시도.1 is an illustration of a conventional braking force control device.

도2는 본 발명에 의한 제동력 조절장치의 예시도.Figure 2 is an illustration of the braking force control device according to the present invention.

도3은 본 발명에 이용되는 ER유체의 전압에 대한 전단응력 특성도.Figure 3 is a shear stress characteristic diagram for the voltage of the ER fluid used in the present invention.

도4는 본 발명에 의한 제동력 조절장치의 요부상세도.Figure 4 is a main portion of the braking force control device according to the present invention.

도5는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 예시도.5 is an exemplary view showing another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 페달 2 : 진공부스터1: pedal 2: vacuum booster

3 : 마스터실린더 4 : 유압라인3: master cylinder 4: hydraulic line

5 : 하이드로릭유니트 6 : PCRV5: hydrolic unit 6: PCRV

7 : ECU 10 : 디스크휠7: ECU 10: Disk Wheel

11 : 휠 실린더 12 : 피스톤11: wheel cylinder 12: piston

13 : 패드(Pad) 14 : 휠스피드센서13: Pad 14: Wheel Speed Sensor

21 : 챔버 22 : ER(Electro-Rheological)유체21: chamber 22: ER (Electro-Rheological) fluid

24 : 전원공급장치 25 : 전압분배장치24: power supply device 25: voltage divider

26 : 가속도센서 27 : 스트로크부재26: acceleration sensor 27: stroke member

28 : 전압증폭장치 29 : 누설 방지용 시일(seal)28: voltage amplifier 29: seal to prevent leakage

본 발명은 도2에 나타낸 바와 같이 전기적인 신호에 의하여 회전축과 연결되어 회전하는 디스크(10)와, 디스크(10)의 회전을 구속할 수 있도록 ER유체(22)가 충진되는 챔버(21)와, 전기배선(23)과 휠 잠김을 감지하는 휠스피드센서(14)와 이를 판단하고 전원을 공급하도록 하는 ECU(7) 및 전원공급장치(24)와, 각 휠에 전압을 배분하는 전압배분장치(25), 차량의 감속도를 조절하기 위해 붙이는 가속도센서(26)와, 페달의 작용력을 스트로크로 변환시키는 스트로크부재(27)와, 상기 스트로크를 전압으로 증폭시키는 전압증폭장치(28)와, ER유체(22)의 누설을 방지하는 한 쌍의 시일(seal)(29)로 이루어지는 구성으로 되어 있다.As shown in FIG. 2, the present invention relates to a disk 10 that is connected to a rotating shaft by an electrical signal and to a chamber 21 in which an ER fluid 22 is filled to restrain the rotation of the disk 10. , The electric wiring 23 and the wheel speed sensor 14 for detecting the wheel lock, the ECU 7 and the power supply device 24 for determining and supplying the power, and the voltage distribution device for allocating voltage to each wheel. (25), an acceleration sensor (26) attached to adjust the deceleration of the vehicle, a stroke member (27) for converting the action force of the pedal into a stroke, a voltage amplifier (28) for amplifying the stroke with voltage, It consists of a pair of seals 29 which prevent the leakage of the ER fluid 22.

도3은 ER유체의 전기적 인가 전압에 대한 전단응력 특성을 나타낸 선도로서, 상기 챔버(21)에 충진된 ER유체(22)는 전기장 무부하시에는 유체 중에 분산된 입자가 자유 운동을 하여 동방향성(isotropic)의 특성을 보이지만, 전기장을 ER유체에 가하면 유체 중에 분산된 입자가 유도 분극을 일으켜 전극을 향하는 다수의 섬유상 조직을 형성함으로써 이 방향성(anisotropic)의 거동을 갖게 되어 유체의 유동이나 외부에서 가해지는 전단력에 대하여 저항을 나타내게 된다.3 is a diagram showing the shear stress characteristics with respect to the electrical applied voltage of the ER fluid, the ER fluid 22 filled in the chamber 21 is free to move the particles dispersed in the fluid during the electric field is not directional ( isotropic, but when the electric field is applied to the ER fluid, particles dispersed in the fluid generate induced polarization, forming a large number of fibrous tissues towards the electrode, which have an anisotropic behavior, which is applied from the fluid flow or externally. Loss of resistance results in shear forces.

이러한 특성을 이용하여 전기적인 부하로써 전단력을 조절하여 제동력을 조절함을 그 특징으로 하고 있다.This characteristic is characterized by controlling the braking force by controlling the shear force as an electrical load.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.

도2 및 도4와 같은 구성에서 주행중인 자동차를 정지시킬 필요가 있어 운전자가 페달(1)을 발로 밟게 되면, 페달 스트로크에 비례하여 발생된 전압이 각 휠에 전달된다. 이때 전달된 전기는 챔버(21)내의 ER유체(22)의 전단응력을 증가시켜 디스크(10)의 회전을 구속하여 회전력을 감소시킨다.In the configuration as shown in Figs. 2 and 4, it is necessary to stop the driving vehicle, and when the driver steps on the pedal 1, the voltage generated in proportion to the pedal stroke is transmitted to each wheel. At this time, the transferred electricity increases the shear stress of the ER fluid 22 in the chamber 21 to restrain the rotation of the disk 10 to reduce the rotational force.

계속적인 전압 상승에 의하여 완전히 자동차를 정지시킬 수 있다.It is possible to stop the vehicle completely by continuous voltage rise.

그리고 원하는 제동 감속도를 내기 위하여 페달에 붙어 있는 가속도센서(26)를 이용하면 제동감속도를 조절할 수 있다.And the braking deceleration can be adjusted by using the acceleration sensor 26 attached to the pedal to produce the desired braking deceleration.

또한, 휠의 잠김에 의하여 제동력 조절이 필요한 경우 센서에서 들어온 신호를In addition, if the braking force needs to be adjusted by locking the wheel, the signal from the sensor

ECU가 판단하여 전압을 단속, 조절함으로 현재의 ABS장치와 같은 효과를 낼 수 있다.By judging and regulating the voltage by ECU, it can produce the same effect as the current ABS device.

도5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있는 것이다.Figure 5 illustrates another embodiment of the present invention.

이처럼 본 발명은 전기적인 신호에 의하여 각 휠의 제동력을 조절함으로서 종래와 같은 진공부스터, 마스터실린더, 유압라인, PCRV, 하이드로릭유니트 등과 같은 여타의 부품 수가 줄어들어 가격적인 측면에서도 매우 유리할 뿐만 아니라 유압 방식에 의한 오일누유, 정기적인 오일 보충, 배선의 어려움 등이 없다는 장점이 있는 것이다.As such, the present invention reduces the number of other components such as vacuum boosters, master cylinders, hydraulic lines, PCRVs, hydraulic units, and the like, by controlling the braking force of each wheel by an electric signal, which is very advantageous in terms of cost as well as hydraulic method. By oil leakage, regular oil replenishment, there is no advantage of wiring difficulties.

또한 제동력 조절이 디스크와 패드의 마찰에 의한 방식 대신 ER유체의 전기적인 특성에 의하여 전단력이 제동력으로 작용함으로서 응답성이 빠르고, 작동이 정숙하여 제동에 의한 소음이 없고, 장치 및 점검이 간단하여 유지 관리에 어려움이 없어 반영구적으로 사용될 수 있는 것이며, 브레이크액의 충진이나 기타의 부품들이 소모되지 않으므로 환경적인 측면에서도 유리하다.In addition, the braking force is controlled by the electric characteristics of the ER fluid instead of the friction between the disk and the pad, so that the shear force acts as the braking force. It can be used semi-permanently because there is no difficulty in management, and it is advantageous in terms of environment since the filling of brake fluid and other parts are not consumed.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전기적인 신호에 의하여 제동력을 조절함으로 인하여 구조가 아주 간단하고, 응답성이 빠르고, 작동이 정숙하여 제동에 의한 소음이 없다는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the braking force is controlled by the electric signal, and thus the structure is very simple, the response is fast, and the operation is quiet, and there is no noise due to the braking.

Claims (3)

전기적인 신호에 의하여 회전축과 연결되어 회전하는 디스크(10)와, 디스크(10)의 회전을 구속할 수 있도록 ER유체(22)가 충진되는 챔버(21)와, 전기배선(23)과 휠 잠김을 감지하는 휠스피드센서(14)와, 이를 판단하고 전원을 공급하는 ECU(7)와, 각 휠에 전압을 배분하기 위한 전압배분장치(25) 및 전원공급장치(24)로 구성한 것을 특징으로 하는 ER유체를 이용한 차량의 제동력 조절장치.The disk 10 is connected to the rotating shaft by the electrical signal, the chamber 21 is filled with the ER fluid 22 to restrain the rotation of the disk 10, the electric wiring 23 and the wheel is locked Wheel speed sensor 14 for detecting the detection, ECU 7 for determining and supplying power, and a voltage distribution device 25 and power supply device 24 for allocating voltage to each wheel, characterized in that Brake force control device of the vehicle using the ER fluid. 제1항에 있어서, 상기의 전압배분장치(25)는, 차량의 감속도를 조절하는 가속도센서(26)와, 페달의 작용력을 스트로크로 변환시키는 스트로크부재(27)와, 상기 스트로크를 전압으로 증폭시키는 전압증폭장치(28)가 연결되도록 구성한 것을 특징으로 하는 ER유체를 이용한 차량의 제동력 조절장치.The voltage distribution device (25) according to claim 1, wherein the voltage distribution device (25) includes an acceleration sensor (26) for adjusting the deceleration of the vehicle, a stroke member (27) for converting the action force of the pedal into a stroke, and the stroke as a voltage. Braking force control device for a vehicle using an ER fluid, characterized in that configured to be amplified voltage amplification device 28 is connected. 제1항에 있어서, 상기 챔버(21)에는 ER유체(22)의 누설을 방지하는 한 쌍의 시일(seal)이 삽입됨을 특징으로 하는 ER유체를 이용한 차량의 제동력 조절장치.The apparatus of claim 1, wherein a pair of seals are inserted into the chamber 21 to prevent leakage of the ER fluid 22.
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