KR100384725B1

KR100384725B1 - 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하기 위한 전자밸브구동제어방법

Info

Publication number: KR100384725B1
Application number: KR10-2000-0003285A
Authority: KR
Inventors: 박경일
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2003-05-22
Also published as: KR20010076032A

Abstract

본 발명은 ABS 제동시 휠실린더에 공급되는 브레이크 액압을 선형적으로 증가시킬 수 있도록 한 전자밸브 구동제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 휠실린더에 공급되는 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하여 운전자가 불쾌감을 느끼지 않으며 양호한 조정안정성을 확보할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 구동전류의 크기를 줄이거나 혹은 펄스폭변조하여 전자밸브에 인가하여 스트로크를 조절하는 방식을 채택하고 있으며, 이를 위해 액압회로상에 마련된 기존의 구성요소를 변형하거나 교체하지 않으므로 경제성이 높은 이점이 있다.

Description

브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하기 위한 전자밸브 구동제어방법{Method for driving solenoid valve to remove oil pressure noise}

본 발명은 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하기 위한 전자밸브 구동제어방법에 관한 것으로, 특히 ABS 제동시 휠실린더에 공급되는 브레이크 액압을 선형적으로 증가시킬 수 있도록 한 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하기 위한 전자밸브 구동제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 안티록 브레이크 시스템(antilock brake system ; ABS)을 장착한 차량에서는 각 차륜의 휠실린더에 가해지는 브레이크 액압을 감압 또는 증압함으로 적당한 코너링 포스를 확보하고 조향안정성을 유지하면서 동시에 차량이 최단거리로 정지할 수 있도록 제어하게 된다.

이를 위해 전자제어장치(ECU)는 차륜속도센서로부터 검출되는 신호에 의해 각 차륜의 속도를 검출하고 이로부터 슬립률을 연산한 다음 이 슬립률에 기초하여 휠실린더에 인가되는 브레이크 액압을 증압 또는 감압하여 적정한 제동력이 발휘되도록 한다.

도 1은 일반적인 ABS의 작동을 설명하기 위한 액압회로도로서, 제동시 운전자에 의해 조작되는 브레이크 페달(1)과, 페달(1)로부터 전달된 힘을 증폭시켜 브레이크 액압을 생성시키기 위한 배력장치(1a) 및 마스터실린더(1b)가 마련된다. 그리고, 생성된 브레이크 액압을 휠실린더(2)에 공급하기 위한 다수의 전자밸브(3)(4)와, 휠실린더(2)에서 토출된 브레이크 액이 일시적으로 저장되는 저압 어큐뮬레이터(LPA; 5)와, 그 저압 어큐뮬레이터(5)에 저장된 브레이크 액을 펌핑하여 마스터실린더(1b) 또는 휠실린더(2)로 환류시키기 위한 모타(6) 및 펌프(7), 펌프(7)의 구동시 환류되는 브레이크 액압의 맥동을 감쇄시키기 위한 고압 어큐뮬레이터(HPA; 8)가 마련되며, 이들은 모듈레이터 블록(9)에 콤팩트하게 설치된다.

전자밸브(3)(4)는 마스터실린더(1b)에서 발생되여 휠실린더(2)로 공급된 브레이크 액압을 유입 또는 유출하기 위해 휠실린더(2)의 입구측과 출구측에 각각 배설되는데, 전자밸브(3)는 평상시(off) 개방상태를 유지하는 노말오픈형(NO) 솔레노이드밸브이고 전자밸브(4)는 평상시(off) 폐쇄상태를 유지하는 노말클로즈형(NC) 솔레노이드밸브이다.

종래기술에서는 ABS 제동시 브레이크 액압의 맥동노이즈가 발생되게 되며, 이를 도 2에 따라 설명한다.

도 2의 (A)는 휠실린더의 브레이크 액압을 제어하는 동작을 나타내는 도면이고, 도 2의 (B)는 휠실린더의 입구측에 설치된 전자밸브(3)의 개폐상태를 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 운전자가 브레이크 페달(1)을 밟아서 차량을 제동하는 경우 전자밸브(3)와 전자밸브(4)는 모두 "오프"되어 있어서 각각 개방상태와 폐쇄상태를 유지하므로 휠실린더(2)에 브레이크 액압이 가압되게 된다.

이때, 과도한 슬립률이 발생되면 감압모드-유지모드-증압모드로 구분되는 ABS 제어모드에 따라 ABS 제동을 수행하게 된다. 즉, 감압모드에서 전자제어장치는 전자밸브(3)를 "온"시켜 폐쇄상태로 하고 전자밸브(4)를 "온"시켜 개방상태로하여 휠실린더(2)에 유입된 브레이크 액압을 저압 어큐뮬레이터(5)로 토출되게 한다. 이 감압상태에서 유지모드로 전환하게 되면 전자제어장치는 전자밸브(3)를 "온"시켜 폐쇄하고 전자밸브(4)를 "오프"시켜 폐쇄함으로써 휠실린더(2)에 공급된 브레이크 액압을 유지하게 된다. 이 유지모드에서 증압모드로 전환할 경우 전자제어장치는 전자밸브(3)와 전자밸브(4)를 모두 "오프"시켜 각각 개방상태와 폐쇄상태로 하여 브레이크 액압이 휠실린더(2)에 가압되도록 한다.

이와 같이, 유지모드에서 증압모드로 변환할때 전자밸브(3)는 "온"->"오프"로 전환되면서 폐쇄상태에서 개방상태로 바뀌게 되며, 이때 브레이크 액압의 맥동노이즈가 발생하게 된다. 이를 구체적으로 살펴보면, 유지모드에서 증압모드로 전환되면서 전자밸브(3)에 인가되는 구동전류(Io)는 차단됨에 따라 휠실린더(2)와 연통된 유로가 개방되여 마스터실린더(1b)에서 형성된 브레이크 액압이 유로를 통해 휠실린더(2)측으로 유입되게 된다. 이때, 마스터실린더(1b)측이 고압이고 휠실린더(2)측은 상대적으로 저압으로 형성되여 압력차가 발생하고 이 압력차에 의하여 브레이크 액압이 급격하게 휠실린더(2)로 유입되는 과정에서 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이 휠실린더(2)의 브레이크 액압에 맥동노이즈가 나타나게 되는데, 이러한 맥동노이즈의 발생은 쿨럭거림 현상을 초래하여 제동작용을 불안정하게 하고 운전자에게 불쾌감을 유발시키는 문제점이 있었다.

이와 같이 종래에는 전자제어장치가 구동전류를 공급 또는 차단하여 온,오프시키는 방식으로 전자밸브를 구동하였기 때문에 압력차에 의한 맥동노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.

여기서, 맥동노이즈가 발생되지 않도록 하기 위해서는 유지모드에서 증압모드로 전환시 전자밸브가 유로를 점진적으로 개방하도록 구동전류를 정밀하게 제어하는 것이 요구된다. 그런데, 전자밸브에 인가되는 구동전류를 온도변화나 공급전압의 변화에 의해 변동되지 않고 정밀하게 조절하기 위해서는 고가의 부품과 전자제어장치를 사용하여야 하므로 경제적인 부담이 따르게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 휠실린더에 공급되는 브레이크 액압을 선형적으로 증가시키며 동시에 저렴하게 구현할 수 있도록 한 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하기 위한 전자밸브 구동제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 안티록 브레이크 시스템을 설명하기 위한 액압회로도,

도 2는 종래기술에 따라 브레이크 액압을 제어하는 동작을 나타내는 도면,

도 3a는 본 발명이 적용되는 브레이크 액압 제어장치의 블록구성도,

도 3b는 본 발명이 적용되는 ABS 액압회로에 사용된 노말오픈형 솔레노이드밸브의 단면도,

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따라 전자밸브를 구동제어하는 동작을 설명하기 위한 도면,

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따라 브레이크 액압을 제어하는 동작을 나타내는 도면,

도 6은 본 발명에 따른 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하기 위한 전자밸브의 구동제어방법을 나타내는 동작흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

51 : 차륜속도검출부 52 : 브레이크 스위치

53 : 제어부 54 : 전자밸브구동부

55 : 모터구동부

상기와 같은 본 발명의 목적은 마스터실린더에서 발생되여 휠실린더로 공급된 브레이크 액압을 유입 또는 유출하기 위해 온,오프되는 전자밸브의 구동제어방법에 있어서, 차량제동시 차속으로부터 연산된 슬립률에 근거하여 ABS 제동의 개시조건을 판단하는 단계; 상기 판단결과에 의해 ABS 제동의 개시조건을 만족하면 상기 휠실린더의 브레이크 액압을 조절하여 ABS 제동을 수행하는 단계; 및 상기 휠실린더와 연통된 유로를 개방시키는 상기 전자밸브에 대한 스트로크를 조절하여 상기 브레이크 액압이 선형적으로 증가되도록 상기 전자밸브에 소정의 구동전류를 인가하는 단계에 의하여 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 전자밸브를 구동하는 단계는 ABS 제동을 수행하는 도중 ABS 제어모드가 유지모드에서 증압모드로 변환될 때 수행하게 된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 전자밸브를 구동하는 단계는 상기 전자밸브에 대한 스트로크를 조절할 수 있도록 구동전류의 크기를 가변하게 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자밸브를 구동하는 단계는 상기 전자밸브에 대한 스트로크를 조절할 수 있도록 구동전류의 펄스폭을 가변하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명이 적용되는 브레이크 액압 제어장치의 블록구성도이며, 도 3b는 본 발명이 적용되는 ABS 액압회로에 사용된 노말오픈형 솔레노이드밸브의 단면도로서, 본 발명이 적용되는 ABS 액압회로는 기존의 도 1를 인용하고 동일 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여하기로 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명은 각 차륜에 설치되여 차륜속도를 검출하여 신호를 출력하는 센서(S1-S4)들로 이루어진 차륜속도검출부(51)와, 브레이크 페달(1)을 작동시 온,오프되여 신호를 출력하는 브레이크 스위치(52)와, 상기 차륜속도검출부(51)로부터 신호를 입력받아 차륜속도로부터 차속을 검출하고 이로부터 슬립률을 연산하여 ABS 제동을 수행하는 동작을 제어하는 제어부(53)과, 상기 제어부(53)의 제어하에 액압회로상에 마련된 전자밸브들을 개폐구동하는 전자밸브구동부(54)와, 상기 제어부(53)의 제어하에 액압회로상에 마련된 모터를 구동하는 모터구동부(55)를 구비한다.

상기 제어부(53)는 ABS 제동을 수행하는 경우 전자밸브구동부(54)를 제어하여 전자밸브(3)(4)를 개폐구동하는데, 특히 상기 제어부(53)는 ABS 제어모드에 따라 전자밸브(3)를 완전폐쇄-중간개방-완전개방으로 구분되는 3가지 형태로 작동시킴으로써 휠실린더(2)의 브레이크 액압이 선형적으로 증가되도록 한다.

이 전자밸브(3)는 평상시(off) 개방상태를 유지하는 노말오픈형 솔레노이드밸브로서, 도 3b에 도시한 바와 같이 모듈레이터블럭(9)에 단부가 결합되는 밸브하우징(31)과, 전원인가시 자기력을 형성하는 솔레노이드(32)와, 자기력과 상호작용하여 상하로 왕복운동하며 플런저(34)가 마련된 아마추어(33)와, 밸브하우징(31)의 단부에 설치되며 오리피스(36)가 마련된 밸브시트(37)와, 밸브하우징(31)의 하측 외주에 브레이크 액의 누설을 방지하기 위한 립씰(38)이 마련되어 있다. 그리고, 마스터실린더(1b)측으로부터 공급되는 브레이크 액을 내부로 안내하는 액압안내부재(39)에는 이물질 유입을 방지하기 위한 필터(39a)가 구비되어 있다.

솔레노이드(32)는 보빈(32b)에 코일(32a)이 권선되어 슬리브(35) 주변부를 감싸도록 배치되며, 제어부(53)에 의하여 전원이 인가되어 구동전류가 흐르면 아마추어(33)를 작동시키기 위한 자기력을 형성한다. 이 아마추어(33)는 슬리브(35)의 내부에 상하로 왕복운동 가능하게 설치되며, 봉형상의 플런저(34)가 하측방향으로 연장 밸브시트(36)의 오리피스(36)에 인접되게 구성된다. 그리고, 플런저(34)의 선단에는 오리피스(36)의 입구를 개폐하도록 볼(34a)이 마련되며, 평상시 오리피스(36)가 개방상태를 유지하도록 코일스프링(34b)이 설치된다.

도 4a에 도시된 바와 같이 전자밸브(3)의 스트로크(stroke)에 대해 코일스프링(34b)의 스프링력(F_spring)은 반비례하고, 플런저(34)가 받는 유체력(F_hyd)은 오리피스(36)를 폐쇄시 가장 크고 소정 거리 일예로 약 0.025㎜ 이동시 급격히 떨어지게 된다. 이 전자밸브(3)를 작동시키기 위해서는 도 4b에서와 같이, 코일스프링(34b)의 스프링력(spring force; F_spring)과 플런저(34)가 받는 유체력(hydraulic force; F_hyd)의 합력(F_mag)을 이기면서 움직이도록 구동전류를 인가하게 된다. 이 구동전류를 인가받는 솔레노이드(32)는 아무추어(33)와 플런저(34)를 작동시키기 위한 자기력을 형성하는데, 구동전류가 클수록 자기력곡선은 상승하게 된다. 강한 전류를 인가받을 때의 자기력곡선(F_mag,_max)은 전자밸브(3)를 작동시키기 위한 합력(F_mag) 보다 휠씬 크므로 전자밸브(3)를 완전폐쇄할때 인가하는데 적합하며, 약한 전류를 인가받을 때의 자기력 곡선(F_mag,_mid)은 합력(F_mag)에 근접하므로 전자밸브(3)를 스트로크의 도중에 위치시켜 개방하는데 적합하다.

도 4c와 같이 상기 제어부(53)는 ABS 제어모드에 따라 3가지 형태로 작동시킬 수 있도록 전자밸브구동부(54)를 제어하게 된다. 먼저, 도 4c의 (A)는 전자밸브(3)에 소정 크기의 구동전류(Io)를 인가한 경우 솔레노이드(32)에 의해 형성된 자기력에 의해 플런저(34)가 하향이동하여 볼(34a)이 오리피스(36)를 완전히 폐쇄하는 상태이며 이때, 전자밸브(3)의 스트로크(So)는 하사점에 대응하게 된다.

도 4c의 (B)는 전자밸브(3)에 소정 크기를 갖고 상대적으로 약한 구동전류(I1)를 인가한 경우 플런저(34)가 일정 거리만큼 움직이어서 오리피스(36)에 틈이 형성되어 휠실린더(2)로의 유로가 형성되는 상태이며 이때, 전자밸브(3)의 스트로크(S1)는 플런저(34)가 받는 유체력(F_hyd)이 급격히 떨어지는 위치에 대응하게 된다.

도 4c의 (C)는 전자밸브(3)에 인가되는 구동전류를 차단하여 솔레노이드(32)에 의해 형성된 자기력이 소실됨에 따라 코일스프링(34b)의 탄성력에 의해 플런저(34)가 상향이동하여 볼(34a)이 오리피스(36)를 완전히 개방하는 상태로 유로가 가장 크게 확대되게 되며 이때, 전자밸브(3)의 스트로크(S2)는 상사점에 대응하게 된다.

도 5a에 도시한 바와 같이, ABS 제어모드가 유지모드에서 증압모드로 전환하게 되면 상기 제어부(53)는 전자밸브구동부(54)를 제어하여 소정 시간 동안 전자밸브(3)의 솔레노이드(32)에 약한 구동전류(I1)를 인가하여 상사점의 스트로크(S2)와 하사점의 스트로크(S1) 사이에 위치하는 스트로크(S1)에 이동시키고, 이에 따라 오리피스(36)를 통해 브레이크 액압이 선형적으로 증가되도록 한다.

한편, 상기 제어부(53)는 전자밸브(3)의 솔레노이드(32)에 약한 구동전류(I1)를 인가하는 하나의 방식 대신에 소정의 펄스폭(d)을 갖는 구동전류(Io)를 펄스폭변조하여 인가하는 또 다른 방식을 사용할 수 있다. 도 5a의 (B)에서 솔레노이드(32)에 소정 시간 동안 인가되는 구동전류(Io)의 총에너지에 대응하는 빗금친 부분과 도 5b에서 솔레노이드(32)에 펄스폭변조하여 인가하는 구동전류(I1)의 총에너지에 대응하는 빗금친 부분이 일치하게 되는데, 구동전류를 인가받아 작동하는 전자밸브(3)는 동일한 스트로크를 가지게 된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하기 위한 전자밸브 구동제어방법을 도 6에 따라 설명한다.

먼저, 시동이 온되여 전원이 공급되면 제어부(53)는 차량운행에 대한 전반적인 동작을 제어하기 위해 초기화를 수행한다(S101).

이어, 운전자가 브레이크 페달(1)을 밟아서 차량을 제동하는 경우 제어부(53)는 브레이크스위치(52)가 온되었는는 판단한다(S102). 그 판단결과 브레이크스위치(52)가 운전자에 의해 온되지 않은 경우에는 리턴하는 반면에, 브레이크스위치(52)가 운전자에 의해 온된 경우 마스터실린더(1b)에서 발생된 브레이크 액압은 전자밸브(3)와 전자밸브(4)가 모두 "오프"되어 있어서 각각 개방상태와 폐쇄상태를 유지하므로 휠실린더(2)에 공급되여 가압되고 차량은 제동상태에 돌입하게 된다(S103).

이러한 차량제동시 상기 제어부(53)는 차륜속도검출부(51)의 센서로부터 입력되는 신호에 의해 차속과 슬립률을 연산한다(S104). 이어, 상기 제어부(53)는 연산된 슬립률에 근거하여 ABS 제동의 개시조건을 판단한다(S105). 단계 S105의 판단결과 차량제동에 돌입한 상태에서 적정한 슬립률(약 10∼20%)에 속하는 경우에는 정상적인 제동을 계속하여 수행할 수 있도록 단계 S104로 회귀한다.

반면에, 단계 S105의 판단결과 과도한 슬립률이 발생되면 감압모드-유지모드-증압모드로 구분되는 ABS 제어모드에 따라 ABS 제동을 수행하게 된다. 즉, 상기 제어부(53)는 ABS 제어모드가 감압모드인지를 판단한다(S106).단계 S106의 판단결과 슬립률이 적정값(약 10∼20%)을 초과하여 감압모드에 해당하는 경우 상기 제어부(53)는 전자밸브구동부(54)를 제어하여 평상시 개방되는 전자밸브(3)를 완전폐쇄시키고 평상시 폐쇄되는 전자밸브(4)를 완전개방시켜서 휠실린더(2)에 유입된 브레이크 액압을 저압 어큐뮬레이터(5)로 토출되게 하여 감압시키게 된다(S107). 이 감압상태에서 유지모드로 전환하게 되는 경우 즉, 단계 S106의 판단결과 감압모드에 해당하지 않으면 유지모드인지를 판단한다(S108). 이 판단결과 브레이크 액압이 낮아져 적정한 슬립률이 발생되는 경우에 상기 제어부(53)는 전자밸브(3)를 "온"시켜 완전폐쇄하고 전자밸브(4)를 "오프"시켜 완전폐쇄함으로써 휠실린더(2)에 공급된 브레이크 액압이 유지되게 한다(S109).

단계 S108의 판단결과 휠실린더(2)에 브레이크 액압을 증압하기 위한 증압모드인지를 판단하고(S110), 이 판단결과 유지모드에서 증압모드로 전환할 경우 제어부(53)는 전자밸브(4)는 완전폐쇄하고 전자밸브(3)에는 도 5a의 (B)에 도시한 바와 같이 구동전류(Io) 보다 상대적으로 크기가 작은 약한 구동전류(I1)를 인가함으로써 전자밸브(3)의 스트로크를 조절하게 되며, 이때 전자밸브(3)의 스트로크는 도 4c의 (C)와 같이 플런저(34)의 볼(34a)이 오리피스(36)에서 떨어져 횔실린더(2)와 연통하는 유로를 개방하는 상태가 되며, 도 4b에서의 스트로크(S1)에 대응하므로 휠실린더(2)에 공급되는 브레이크 액압은 도 5a의 (A)에 도시한 바와 같이 맥동노이즈가 제거된 상태에서 선형적으로 증가하게 된다. 여기서, 제어부(53)는 구동전류(I1)를 전자밸브(3)에 인가하는 방식 대신에 도 5b에 도시된 바와 같이 소정 펄스폭(d)의 펄스폭변조된 구동전류를 인가하여 전자밸브(3)의 스트로크를 조절할 수있으며, 펄스폭변조구간은 휠실린더(2)에 공급되는 브레이크 액압이 선형적으로 증가되는 구간에 해당한다(S111).

한편, 단계 S110의 판단결과 증압모드가 아닌 경우 일예로, ABS 제어모드에 따라 ABS 제동을 수행하는 도중에 가속하기 위해 브레이크 스위치(51)를 오프시킨 경우에는 단계 S104로 회귀하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 차량 제동시 슬립률이 과도하게 발생하게 되면 휠실린더의 입구측과 출구측에 배설된 전자밸브들을 온,오프하여 브레이크 액압을 증압 또는 감압시키는 ABS 제동을 수행하게 되며, 이러한 ABS 제동을 수행하는 도중에 유지모드에서 증압모드로 변환되면 전자밸브의 구동전류를 제어하여 휠실린더로 유입되는 브레이크 액압을 선형적으로 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 휠실린더에 공급되는 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하여 운전자가 불쾌감을 느끼지 않으며 양호한 조정안정성을 확보할 수 있게 된다.

Claims

마스터실린더에서 발생되어 휠실린더로 공급된 브레이크 액압을 유입 또는 유출하기 위해 온,오프되는 전자밸브의 구동제어방법에 있어서,

차량제동시 차속으로부터 연산된 슬립률에 근거하여 ABS 제동의 개시조건을 판단하는 단계;

상기 판단결과에 의해 ABS 제동의 개시조건을 만족하면 상기 휠실린더의 브레이크 액압을 조절하여 ABS 제동을 수행하는 단계;

상기 ABS 제동을 수행하는 도중 ABS 제어모드가 유지모드에서 증압모드로 변환될 때 상기 휠실린더로 공급되는 상기 브레이크 액압을 선형적으로 증가시키기 위해 상기 전자밸브에 인가하는 구동전류의 펄스폭을 가변하여 상기 전자밸브에 대한 스트로크를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 브레이크 액압의 맥동노이즈를 제거하기 위한 전자밸브 구동제어방법.
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