KR100683163B1 - Pump operation control apparatus and thereof control method for hydraulic brake system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 브레이크 액압을 생성하는 유압펌프의 구동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 유압펌프의 구동소음을 최소화하면서도 유압모터가 정지되는 것을 방지할 수 있도록 어큐뮬레이터의 압력에 따라 유압모터를 구동시키기 위한 PWM 신호의 듀티비를 가변시키는 데 있다.The present invention relates to a drive control apparatus for a hydraulic pump for generating brake hydraulic pressure and a method of controlling the same, and an object of the present invention is to minimize the driving noise of a hydraulic pump while preventing the hydraulic motor from being stopped. The duty ratio of the PWM signal for driving the hydraulic motor is variable.
본 발명에 따른 유압펌프의 구동제어장치는 어큐뮬레이터에서의 브레이크 유압을 감지하기 위한 유압감지수단, 유압감지수단에서 감지된 어큐뮬레이터에서의 브레이크유압에 근거하여 유압모터의 최소의 구동전류를 산출하고, 브레이크유압과 미리 설정된 목표 브레이크유압과의 압력차에 기초하여 유압모터에 공급되는 목표전류를 상기 최소구동전류보다 크게 결정하는 목표전류결정수단, 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 미리 설정된 목표압력이하이면 목표전류결정수단에서 결정된 목표전류와 유압모터의 현재 구동전류에 기초하여 유압모터를 구동시키고, 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 미리 설정된 목표압력이상이면, 유압모터를 정지시키는 유압모터제어수단을 포함한다.The driving control apparatus of the hydraulic pump according to the present invention calculates the minimum driving current of the hydraulic motor based on the hydraulic pressure sensing means for detecting the brake hydraulic pressure in the accumulator, the brake hydraulic pressure in the accumulator sensed by the hydraulic pressure sensing means, and the brake Target current determination means for determining a target current supplied to the hydraulic motor larger than the minimum driving current based on the pressure difference between the hydraulic pressure and the preset target brake hydraulic pressure; and determining the target current if the brake fluid pressure in the accumulator is less than or equal to the predetermined target pressure. And a hydraulic motor control means for driving the hydraulic motor based on the target current determined by the means and the current driving current of the hydraulic motor, and stopping the hydraulic motor if the brake fluid pressure in the accumulator is equal to or greater than a predetermined target pressure.
Description
도 1은 종래의 유압펌프 구동제어장치에 대한 제어블록도이다.1 is a control block diagram of a conventional hydraulic pump drive control apparatus.
도 2는 본 발명에 따른 유압 브레이크 시스템을 위한 유압펌프 구동제어장치에 대한 제어블록도이다.2 is a control block diagram of a hydraulic pump drive control apparatus for a hydraulic brake system according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 유압펌프의 구동제어방법에 대한 논리도이다.3 is a logic diagram of a driving control method of a hydraulic pump according to the present invention.
도 4는 본 발명에서의 유압펌프의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a hydraulic pump in the present invention.
도 5는 본 발명에서의 유압모터의 전류와 토오크 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the current and torque characteristics of the hydraulic motor in the present invention.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main functions of the drawings *
20 : 저압어큐뮬레이터 21 : 고압어큐뮬레이터20: low pressure accumulator 21: high pressure accumulator
22 : 유압펌프 23 : 압력센서22: hydraulic pump 23: pressure sensor
24 : 유압모터 25 : 전류센서24: hydraulic motor 25: current sensor
26 : 스위칭소자 27 : 구동부26: switching element 27: drive unit
28 : 제어부28: control unit
본 발명은 브레이크 액압을 생성하는 유압펌프의 구동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 유압펌프의 구동소음을 최소화하기 위한 유압펌프의 구동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive control apparatus for a hydraulic pump for generating brake hydraulic pressure and a control method thereof, and more particularly, to a drive control apparatus and a control method for a hydraulic pump for minimizing drive noise of a hydraulic pump.
일반적으로, 전자 유압 브레이크 제어, 앤티록 브레이크 제어, 트랙션 컨트롤 제어등과 같은 유압 브레이크 시스템에서의 유압펌프는 유압모터와 기계적으로 연결되어 유압모터의 회전운동에 의해서 유압펌프의 피스톤이 왕복운동을 하게 된다. 이 왕복운동에 의해 펌프 흡입구에 대기압보다 낮은 진공 부분이 생성되고, 이 진공부분에 의해 브레이크액 저장소의 브레이크액이 빨아 올려져 어큐뮬레이터로 토출된다. 어큐뮬레이터에서의 브레이크액은 필요한 시점에 휠 실린더에 공급되게 된다.In general, hydraulic pumps in hydraulic brake systems such as electrohydraulic brake control, anti-lock brake control and traction control control are mechanically connected to the hydraulic motor so that the piston of the hydraulic pump reciprocates by the rotational movement of the hydraulic motor. do. This reciprocating motion generates a vacuum portion lower than atmospheric pressure at the pump inlet, and the vacuum liquid sucks up the brake fluid in the brake fluid reservoir and discharges it to the accumulator. The brake fluid in the accumulator is supplied to the wheel cylinder when necessary.
이와 같은 유압펌프가 마련된 종래의 유압 브레이크 시스템에서의 유압펌프 구동장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 브레이크액 저장소(1), 유압펌프(2), 어큐뮬레이터(3), 유압모터(4), 압력센서(5), 전자제어장치(6)를 포함하고 있다.As shown in FIG. 1, the hydraulic pump driving device in the conventional hydraulic brake system provided with such a hydraulic pump includes a brake fluid reservoir 1, a hydraulic pump 2, an accumulator 3, a hydraulic motor 4, The
브레이크액 저장소(1)는 유압펌프(2)의 흡입측에 연결되며 브레이크액을 저장하고 있다. 유압펌프(2)의 토출측에는 어큐뮬레이터(3)가 연결되어 있다. 유압펌프(2)는 브레이크액 저장소(1)로부터 브레이크액을 펌핑하여 어큐뮬레이터(3)에서의 브레이크액압을 증가시킨다. 유압모터(4)는 유압펌프(2)를 구동시키기 위해 유압펌프(2)에 연결된다.The brake fluid reservoir 1 is connected to the suction side of the hydraulic pump 2 and stores brake fluid. The accumulator 3 is connected to the discharge side of the hydraulic pump 2. The hydraulic pump 2 pumps the brake fluid from the brake fluid reservoir 1 to increase the brake fluid pressure in the accumulator 3. The hydraulic motor 4 is connected to the hydraulic pump 2 to drive the hydraulic pump 2.
압력센서(5)는 어큐뮬레이터(3)에 연결되어 어큐뮬레이터(3)에서의 브레이크 액압을 감지한다.The
전자제어장치(6)는 유압모터를 구동하기 위한 제어신호를 출력하며, 압력센서(5)에서 감지된 브레이크액압을 입력받아 어큐뮬레이터의 현재 압력이 미리 설정된 목표압력에 도달하는 경우, 유압모터(4)를 정지시키기 위한 제어신호를 출력한다.The electronic controller 6 outputs a control signal for driving the hydraulic motor. When the brake pressure is detected by the
스위칭소자(7)는 전자제어장치(6)의 제어신호에 따라 유압모터(4)에 배터리전압(Vbat)의 공급을 단속한다.The switching element 7 interrupts the supply of the battery voltage Vbat to the hydraulic motor 4 according to the control signal of the electronic controller 6.
종래의 유압펌프 구동제어장치에서는 유압모터를 구동시키기 위해 미리 정해진 일정한 듀티비의 펄스폭 변조(Pulse width Modulation ; 이하 PWM 라 칭함)신호를 출력하여 유압모터를 구동한다.In the conventional hydraulic pump drive control apparatus, the hydraulic motor is driven by outputting a pulse width modulation (PWM) signal having a predetermined duty ratio to drive the hydraulic motor.
그러나, PWM 신호의 듀티비를 과도하게 높게 설정한 경우에는 유압펌프의 구동소음이 많이 발생하는 반면에, PWM 신호의 듀티비를 과도하게 낮게 설정한 경우에는 어큐뮬레이터의 압력이 증가함에 따라 유압펌프의 피스톤 양단의 압력차에 의해 피스톤이 왕복운동을 하지 못하게 되고, 이로 인해, 유압모터의 회전이 강제로 정지하게 됨으로서 유압모터에 정격구동전압보다 높은 과전압이 인가되어 유압모터와 유압모터를 구동시키는 구동회로가 손상될 우려가 있다.However, when the duty ratio of the PWM signal is set too high, the driving noise of the hydraulic pump is generated a lot. On the other hand, when the duty ratio of the PWM signal is set too low, the pressure of the accumulator increases as the pressure of the accumulator increases. The piston is prevented from reciprocating due to the pressure difference between the two ends of the piston. As a result, the rotation of the hydraulic motor is forcibly stopped so that an overvoltage higher than the rated driving voltage is applied to the hydraulic motor to drive the hydraulic motor and the hydraulic motor. The furnace may be damaged.
보통 유압모터는 설계시 모터의 회전에 따라 발생되는 역기전력을 감안하여 정격구동전압이 설정된다. 예를 들면, 배터리 전압이 12V 이고, 모터의 회전시 발생되는 역기전력이 4V 이라면, 모터는 8V(12V - 4V)의 정격구동전압에 의해서 구동될 수 있도록 설계되는데 유압모터의 회전이 정지하게 되면, 유압모터에 역기전력 이 발생되지 않는 상태에서도 모터의 정격구동전압 8V 보다 높은 12V 의 과전압이 공급되어 유압모터와 유압모터를 구동시키는 구동회로가 손상될 수 있다.Usually, the rated motor voltage is set in consideration of the counter electromotive force generated by the rotation of the motor when designing a hydraulic motor. For example, if the battery voltage is 12V and the counter electromotive force generated during the rotation of the motor is 4V, the motor is designed to be driven by the rated driving voltage of 8V (12V-4V). When the rotation of the hydraulic motor is stopped, Even when no back EMF is generated in the hydraulic motor, the overvoltage of 12V higher than the rated driving voltage of 8V is supplied, which may damage the hydraulic motor and the driving circuit for driving the hydraulic motor.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유압펌프의 구동소음을 최소화하면서도 유압모터가 정지되는 것을 방지할 수 있도록 어큐뮬레이터의 압력에 따라 유압모터를 구동시키기 위한 PWM 신호의 듀티비를 가변시키는 데 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a duty of the PWM signal for driving the hydraulic motor in accordance with the pressure of the accumulator to prevent the hydraulic motor is stopped while minimizing the drive noise of the hydraulic pump To vary the ratio.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유압모터의 구동에 의해 브레이크 저장소에 저장된 브레이크액을 어큐뮬레이터로 펌핑하는 유압펌프의 구동제어장치에 있어서, 상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압을 감지하기 위한 유압감지수단; 상기 유압감지수단에서 감지된 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압과 미리 설정된 목표 브레이크액압과의 압력차에 기초하여 상기 유압모터에 공급되는 목표전류를 결정하는 목표전류결정수단; 상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 상기 목표 브레이크액압이하이면 유압모터의 현재구동전류가 상기 목표전류결정수단에서 결정된 목표전류를 추종하도록 상기 유압모터를 구동시키고, 상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 상기 목표 브레이크액압이상이면, 상기 유압모터를 정지시키는 유압모터제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a drive control apparatus for a hydraulic pump for pumping the brake fluid stored in the brake reservoir by the drive of the hydraulic motor to the accumulator, comprising: hydraulic pressure sensing means for detecting the brake fluid pressure in the accumulator; Target current determining means for determining a target current supplied to the hydraulic motor based on a pressure difference between the brake fluid pressure in the accumulator sensed by the hydraulic pressure sensing means and a predetermined target brake fluid pressure; If the brake hydraulic pressure in the accumulator is less than or equal to the target brake hydraulic pressure, the hydraulic motor is driven so that the current driving current of the hydraulic motor follows the target current determined by the target current determining means, and the brake hydraulic pressure in the accumulator is the target brake hydraulic pressure. If it is above, it is characterized by including a hydraulic motor control means for stopping the hydraulic motor.
또한, 본 발명은 유압모터의 구동에 의해 브레이크 저장소에 저장된 브레이크액을 어큐뮬레이터로 펌핑하는 유압펌프의 구동제어방법에 있어서, 상기 유압펌 프의 현재 토출압력을 감지하여 상기 토출압력에서의 유압모터의 구동에 필요한 최소 구동전류를 산출하고; 상기 감지된 현재압력과 미리 설정된 목표압력과의 압력차에 대하여 비례제어에 의해 출력전류를 산출한 후 상기 산출된 출력전류와 상기 산출된 최소구동전류를 합산하여 목표전류를 산출하고; 상기 유압모터의 현재 구동전류를 감지하여 상기 산출된 목표전류와의 전류편차에 대하여 비례적분 제어에 의해 상기 현재구동전류가 상기 목표전류를 추종하도록 PWM 신호를 가변시켜 상기 유압모터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a drive control method of a hydraulic pump for pumping the brake fluid stored in the brake reservoir to the accumulator by the operation of the hydraulic motor, the current discharge pressure of the hydraulic pump to sense the current of the hydraulic motor at the discharge pressure Calculating a minimum driving current required for driving; Calculating an output current by proportional control with respect to a pressure difference between the detected current pressure and a preset target pressure, and then calculating a target current by adding the calculated output current and the calculated minimum driving current; Sensing the current driving current of the hydraulic motor and driving the hydraulic motor by varying a PWM signal so that the current driving current follows the target current by proportional integral control with respect to the current deviation from the calculated target current. It is done.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명에 따른 유압 브레이크 시스템을 위한 유압펌프 구동제어장치에 대한 제어블록도이다.2 is a control block diagram of a hydraulic pump drive control apparatus for a hydraulic brake system according to the present invention.
도 2에서와 같이, 본 발명에 따른 유압펌프 구동제어장치는 브레이크액이 저장된 브레이크액 저장소(20)에서 브레이크액을 펌핑하여 어큐뮬레이터(21)에 공급하는 유압펌프(22), 유압펌프(22)에 의해 어큐뮬레이터(21)에 공급되는 브레이크액압을 검출하기 위한 압력센서(23), 배터리전압(Vbat)를 인가받아 유압펌프(22)를 구동시키기 위한 유압모터(24), 유압모터(24)에 공급되는 전류를 검출하기 위한 전류센서(25), 유압모터(24)에 배터리전압(Vbat)의 공급을 단속하는 스위칭소자(FET)(26), 소정의 제어신호에 따라 스위칭소자(26)를 구동시키기 위한 구동부(27), 압력센서(23)와 전류센서(25)로부터 감지된 값을 읽어 들여 소정의 연산을 수행하며, 연산결과에 따라 구동부(27)를 제어하기 위한 소정 듀티비의 PWM 제어신호를 출력하는 제어부(28)를 포함하고 있다.As shown in FIG. 2, the hydraulic pump driving control apparatus according to the present invention pumps the brake fluid from the
브레이크액 저장소(20)는 유압펌프(22)의 흡입측에 연결되며 브레이크액을 저장하고 있다. 유압펌프(22)의 토출측에는 어큐뮬레이터(21)가 연결되어 있다. 유압펌프(22)는 브레이크액 저장소(20)로부터 브레이크액을 펌핑하여 어큐뮬레이터(21)에서의 브레이크액압을 증가시킨다. 유압모터(24)는 유압펌프(22)를 구동시키기 위해 유압펌프(22)에 연결된다.The
압력센서(23)는 어큐뮬레이터(21)에 연결되어 어큐뮬레이터(21)에서의 브레이크액압을 감지한다.The
제어부(28)는 유압모터를 구동하기 위한 PWM 제어신호를 출력하며, 압력센서(23)에서 감지된 브레이크액압을 입력받아 어큐뮬레이터(21)의 현재압력과 미리 설정된 목표압력사이의 압력차에 근거하여 유압모터(24)의 구동에 필요한 목표전류를 산출한다. 이 목표전류가 산출되면, 제어부(28)는 기계적 원인에 기인한 유압모터(24)의 온도특성변화를 보상하기 위해 전류센서(25)에서 감지된 유압모터(24)의 현재전류를 감지하여 현재전류가 목표전류를 추종하도록 PWM 신호의 듀티비를 변화시킨다.The
전류센서(25)는 션트저항(Shunt resistor)으로 대체가능하며, 단방향 다이오드(D)는 역방향 전류로부터 유압모터(24)를 보호한다.The current sensor 25 is replaceable with a shunt resistor, and the unidirectional diode D protects the hydraulic motor 24 from reverse current.
이하에서는 본 발명에 따른 유압펌프의 구동제어방법을 바람직한 실시예를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a drive control method of a hydraulic pump according to the present invention will be described with reference to a preferred embodiment.
도 3은 본 발명에 따른 유압펌프의 구동제어방법에 대한 논리도이다. 3 is a logic diagram of a driving control method of a hydraulic pump according to the present invention.
도 3에 도시된바와 같이, 먼저, 제어부(28)는 압력센서(23)에서 검출된 어큐뮬레이터(21)의 현재압력(P0)을 후술하는 식 4에 대입하여 유압모터(24)의 초기값으로서 유압모터의 구동이 정지되지 않도록 하기 위한 최소의 구동전류(I)를 구한다.As shown in FIG. 3, first, the
도 4와 도 5를 참조하여 유압모터의 최소구동전류를 구하는 방법을 살펴보면, 도 4에서 도시된바와 같이, 유압펌프(22)는 유압모터(24)축에 편심되어 모터의 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 원형 캠(22a)이 피스톤(22b)을 미는 구조로 이루어져 있다.Looking at the method for obtaining the minimum drive current of the hydraulic motor with reference to Figures 4 and 5, as shown in Figure 4, the
여기서, 피스톤(20b)에 작용하는 힘(F)은 어큐뮬레이터(21)의 압력(P)과 피스톤 단면적(S)의 곱이므로, 다음 식 1과 같이 표현할 수 있다.Here, since the force F acting on the piston 20b is the product of the pressure P of the
F = P ×S --------(식 1)F = P × S -------- (Equation 1)
유압모터(24)에 최대토오크가 발생되는 시점은 축중심과 원중심이 피스톤(8b) 운동방향과 90°를 이룰 때이다. 이때의 토오크(T)는 피스톤(8b)에 작용하는 힘(F)과 편심양(d)의 곱이므로, 다음 식2와 같이 표현할 수 있다.The point at which the maximum torque is generated in the hydraulic motor 24 is when the shaft center and the center are 90 ° with the movement direction of the piston 8b. At this time, the torque (T) is a product of the force (F) acting on the piston (8b) and the eccentric amount (d), it can be expressed by the following equation (2).
T = F ×d -------(식 2)T = F × d ------- (Equation 2)
식(1)을 이용하여 식 2를 다시 정리하면,If you rearrange Equation 2 using Eq. (1),
T = P ×S ×dT = P × S × d
일반적으로 유압모터(24)로는 DC모터가 사용되며, DC모터의 전류와 토오크 특성은 도 5에 도시된바와 같이, 비례관계에 있다.In general, a DC motor is used as the hydraulic motor 24, and the current and torque characteristics of the DC motor are in a proportional relationship as shown in FIG.
이를 식으로 정리하면, 식 3과 같이 정리할 수 있다. This can be summarized as in Equation 3.
I = K0 + K1 ×T --------(식 3)I = K0 + K1 × T -------- (Equation 3)
(여기서 K0, K1은 모터에 따른 상수이다)(Where K0 and K1 are constants depending on the motor)
식 2를 식 3에 대입하여 정리하면,By substituting Equation 2 into Equation 3,
I = K0 + K1 ×(P ×S ×d)------(식 4)I = K0 + K1 × (P × S × d) ------ (Equation 4)
여기서 피스톤 단면적(S), 편심양(d), K0 및 K1은 미리 정해져 있으므로, 어큐뮬레이터(21)의 압력(P)을 알 수 있으면, 어큐뮬레이터(21)의 특정압력에서 유압모터의 회전을 지속시키기 위한 최소의 구동전류를 구할 수 있다.Since the piston cross-sectional area (S), the eccentricity (d), K0 and K1 are predetermined, if the pressure (P) of the
한편, 유압모터(24)의 최소구동전류를 구한 후, 제어부(28)는 압력센서(23)에서 검출된 현재압력(P0)이 미리 설정된 목표압력(P1)을 추종하도록 비례제어(Proportion control)를 수행한다.On the other hand, after obtaining the minimum driving current of the hydraulic motor 24, the
제어부(28)는 이 비례제어에 의한 출력전류(ΔI)와 위에서 구한 최소구동전류(I)를 더하여 목표전류(I1)(I+ΔI)를 산출한다. 현재압력(P0)과 목표압력(P1)의 압력차이가 처음에는 크기 때문에 비례제어에 의한 출력전류 또한, 초기에는 크다가 현재압력이 목표압력에 도달함에 따라 점차 작아지게 된다.The
목표전류가 결정되면, 제어부(28)는 전류센서(23)로부터 유압모터(24)의 현재전류(I0)를 읽어 들여 현재전류(I0)가 목표전류(I1)를 추종하도록 비례적분 제어(Proportion Integral control)를 수행한다. 이때, 비례적분 제어의 주요 목적은 목표전류명령과 현재전류명령의 차이인 전류편차 Δi 을 없애는 데 있다. 비례적분 제어시 제어부(28)는 목표전류명령신호에서 현재전류명령신호를 감산한 전류편차 Δi 의 부호와 전 단계의 전류편차와 비교할 때 부호가 반전되는 시점부터 누 적된 전류편차의 합이 0이 될 때 까지 유압모터(24)의 PWM 신호의 듀티비를 가변시켜 유압모터를 구동시킨다.When the target current is determined, the
이때, 목표전류로부터 유압모터의 PWM 신호의 듀티비를 직접 설정하지 않고, 전류센서를 더 구비하여 현재전류와 목표전류에 대한 비례적분 제어를 수행하여 듀티비를 가변시키는 이유는 유압모터의 실제 전류를 검출하여 이를 이용함으로서 유압모터의 코일의 온도변화에 따른 특성변화와 유압모터의 회전에 따른 역기전력을 반영할 수 있기 때문이다.At this time, the duty ratio of the PWM motor of the hydraulic motor is not directly set from the target current, and a current sensor is further provided to perform the proportional integral control of the current and the target current to change the duty ratio. This is because by detecting and using it, it is possible to reflect the characteristic change according to the temperature change of the coil of the hydraulic motor and the counter electromotive force according to the rotation of the hydraulic motor.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 어큐뮬레이터의 압력이 목표압력 도달이전에는 유압모터의 정지를 방지하여 유압모터와 유압모터의 구동회로의 손상을 미연에 방지하는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention has an effect of preventing the hydraulic motor from stopping before the pressure of the accumulator reaches the target pressure, thereby preventing damage to the hydraulic motor and the driving circuit of the hydraulic motor.
본 발명은 유압모터를 불필요하게 큰 전류로 구동하지 않아 유압펌프의 구동소음을 최대한 줄이는 효과가 있다.The present invention does not drive the hydraulic motor with unnecessary large current has the effect of reducing the driving noise of the hydraulic pump as much as possible.
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