KR100863544B1

KR100863544B1 - 차량용 복합제동장치

Info

Publication number: KR100863544B1
Application number: KR1020070030411A
Authority: KR
Inventors: 황용석; 윤팔주
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-15
Also published as: KR20080088059A

Abstract

본 발명은 차량의 제동장치에 관한 것으로서, 특히 유압에 의한 제동장치와 전기에 의한 제동장치를 복합적으로 구현한 차량용 복합제동장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 차량용 복합제동장치는 리저버에 저장되어 있는 브레이크액을 이용하여 액압(掖壓)을 형성하는 마스터실린더와, 상기 마스터실린더의 입력단과 연결되어 운전자의 답력(踏力)을 증폭시켜 상기 마스터실린더로 전달하는 브레이크페달과, 상기 브레이크페달에 설치되어 상기 브레이크페달의 변위를 측정하는 변위센서와, 차량의 전륜에 설치되어 액압(掖壓)에 의해 제동력을 발생시키는 유압식 제동장치와, 상기 마스터실린더와 상기 유압식 제동장치 사이에 설치되어 상기 유압식 제동장치에 공급되는 액압(掖壓)을 조절하는 유압조절장치와, 차량의 후륜에 설치되어 전기모터에 의해 제동력을 발생시키는 전기식 제동장치와, 상기 전기식 제동장치를 제어하는 제1제어유닛과, 상기 유압조절장치를 제어하고 상기 제1제어유닛과 통신가능한 제2제어유닛으로 이루어진다.

복합제동장치, 유압식 제동장치, 전기식 제동장치, 유압조절장치, 센서, 페달감 형성장치

Description

차량용 복합제동장치{Hybrid Brake System for Vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 차량용 복합제동장치의 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1; 마스터실린더 2; 브레이크페달

3; 유압식 제동장치 4; 유압조절장치

5; 전기식 제동장치 6; 제1제어유닛

7; 제2제어유닛 11; 리저버

21; 변위센서 41; 유압원

42; 유입밸브 43; 유출밸브

44; 차단밸브 45; 페달감 형성장치

411; 전기모터 412; 펌프

413; 어큐뮬레이터

일반적으로 차량의 제동을 위한 종래의 제동장치는 주로 유압(油壓)을 이용해 왔다. 운전자가 차량의 운전석에 설치된 브레이크페달을 밟게 되면 지렛대의 원리에 의해 운전자의 페달 답력(踏力)을 증폭시켜 브레이크 부스터에 전달하게 된다. 브레이크 부스터는 운전자의 페달 답력(踏力)을 일정 배율로 증폭시켜 액압(掖壓)을 형성하는 마스터실린더로 전달하는 역할을 수행하는 것으로, 통상적으로 진공과 대기와의 차압을 이용한 진공배력식 브레이크 부스터가 사용된다. 마스터실린더는 리저버 탱크로부터 브레이크액을 공급받아 브레이크 부스터에서 전달된 힘을 압력의 단위인 액압(掖壓)으로 변환시켜서 차량의 휠(Wheel)에 장착된 휠실린더에 배관을 통해 공급시켜 준다. 휠실린더에 공급된 액압은 휠실린더 내부에 설치된 피스톤에 작용하여 다시 힘의 단위로 변환되며, 피스톤에 연결된 마찰재를 휠과 함께 회전하는 디스크나 드럼에 접촉시킴으로써 마찰력을 발생시켜 차량을 감속시키거나 정지시키는 역할을 한다.

이와 같은 유압을 이용한 제동장치는 제동장치의 고장시에도 차량의 안전을 확보하기 위해 독립적인 두 개의 유압회로로 구성되는 것이 일반적이며, 이를 위해 액압을 형성하는 마스터실린더가 두 개의 액압발생챔버로 이루어져 있다. 따라서, 첫번째 회로는 차량의 오른쪽 전륜과 왼쪽 후륜에 각각 장착된 휠실린더가 구비된 유압식 제동장치에 연결되며, 두번째 회로는 차량의 왼쪽 전륜과 오른쪽 후륜에 각각 장착된 휠실린더가 구비된 유압식 제동장치에 연결된다. 다른 방법으로는 첫번째 회로가 차량의 전륜 측에 연결되며, 두번째 회로가 차량의 후륜 측에 연결되기도 한다.

근래에는 차량의 안전성 확보 및 차량 성능의 최적화를 위하여 차륜 잠김 방지장치(ABS; Anti-lock Brake System), 미끌림 제어장치(TCS; Traction Control System) 및 차량 자세 제어장치(ESC; Electronic Stability Control) 등이 개발되어 브레이크 시스템에 적용되고 있다.

이러한 부가적인 기능을 구현하기 위하여는 다수의 솔레노이드 타입의 유압제어밸브와 유압펌프가 구비되어야 하고, 또한 운전자의 제동의지나 차량의 운전상태를 파악하기 위하여 각종 센서들이 필요하게 되었으며, 각종 센서로부터 수집된 정보를 바탕으로 정확한 제어를 위해 전자제어수단이 요구된다.

따라서, 기존의 유압식 제동장치는 정확한 제어를 위하여 많은 수의 부품들이 필요하기 때문에 원가 상승의 원인이 되며, 전체 시스템의 구조가 복잡해 지는 문제점이 있다. 또한, 기존의 유압식 제동장치는 차량의 전륜과 후륜에 각각 장착된 휠실린더에 액압을 공급하기 위한 별도의 배관이 필요하며 각 유압 라인에 존재하는 공기를 제거하고 브레이크액을 채우는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 유압에 의해 작동하는 제동장치와 전기에 의해 작동하는 제동장치를 복합적으로 구현함으로써, 전체 시스템의 구조를 단순화하여 제조 원가를 절감하고 또한 차량에 장착시에 필요한 공기빼기 작업을 전륜에만 한정함으로써 제조시간의 단축을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 차량의 전륜과 후륜을 독립적으로 제어함으로써 보다 우수 한 제동성능을 확보하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 차량용 복합제동장치는 리저버에 저장되어 있는 브레이크액을 이용하여 액압(掖壓)을 형성하는 마스터실린더와, 상기 마스터실린더의 입력단과 연결되어 운전자의 답력(踏力)을 증폭시켜 상기 마스터실린더로 전달하는 브레이크페달과, 상기 브레이크페달에 설치되어 상기 브레이크페달의 변위를 측정하는 변위센서와, 차량의 전륜에 설치되어 액압(掖壓)에 의해 제동력을 발생시키는 유압식 제동장치와, 상기 마스터실린더와 상기 유압식 제동장치 사이에 설치되어 상기 유압식 제동장치에 공급되는 액압(掖壓)을 조절하는 유압조절장치와, 차량의 후륜에 설치되어 전기모터에 의해 제동력을 발생시키는 전기식 제동장치와, 상기 전기식 제동장치를 제어하는 제1제어유닛과, 상기 유압조절장치를 제어하고 상기 제1제어유닛과 통신가능한 제2제어유닛으로 이루어진다.

또한, 상기 유압조절장치는 상기 유압식 제동장치에 별도의 액압을 공급할 수 있는 유압원과, 상기 유압원에서 공급되는 액압을 상기 유압식 제동장치로 유입시키는 유입밸브와, 상기 유압식 제동장치의 액압을 상기 마스터실린더의 리저버로 귀환시키는 유출밸브와, 상기 마스터실린더와 상기 유압식 제동장치 사이의 유로를 개폐시키는 차단밸브와, 상기 마스터실린더와 상기 차단밸브 사이의 유로에 마련되어 상기 브레이크페달의 답력을 형성하는 페달감 형성장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유압원은 전기모터와, 상기 전기모터에 의해 구동되고 상기 마스터실린더의 리저버에 저장된 브레이크액을 공급받아 고압으로 토출시키는 적어도 하나 이상의 펌프와, 상기 펌프에 의해 토출된 고압의 브레이크액을 저장할 수 있는 어큐뮬레이터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차단밸브는 노멀 오픈형 솔레노이드 밸브로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마스터실린더와 상기 페달감 형성장치 사이에 노멀 클로즈드형 솔레노이드 밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 복합제동장치의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 차량용 복합제동장치는 리저버(11)에 저장되어 있는 브레이크액을 이용하여 액압(掖壓)을 형성하는 마스터실린더(1)와, 마스터실린더(1)의 입력단과 연결되어 운전자의 답력(踏力)을 증폭시켜 마스터실린더(1)로 전달하는 브레이크페달(2)과, 브레이크페달(2)에 설치되어 브레이크페달(2)의 변위를 측정하는 변위센서(21)와, 차량의 전륜에 설치되어 마스터실린더(1)에서 형성된 액압(掖壓)을 공급받아 제동력을 발생시키는 휠실린더가 마련된 유압식 제동장치(3)와, 마스터실린더(1)와 유압식 제동장치(3) 사이에 설치되어 유압식 제동장치(3)에 공급되는 액압(掖壓)을 조절하는 유압조절장치(4)와, 차량의 후륜에 설치되어 전기모터에 의해 제동력을 발생시키는 전기식 제동장치(5)와, 전기식 제동장치(5)를 제어하는 제1제어유닛(6)과, 유압조절장치(4)를 제어하고 제1제어유닛(6)과 CAN(Controller Area Network)통신이 가능한 제2제어유닛(7)을 구비한다.

마스터실린더(1)는 상부측에 브레이크액을 저장하고 있는 리저버(11)가 설치된다. 이 리저버(11)는 마스터실린더(1)에 직접 브레이크액을 공급하도록 마스터실린터에 일체로 조립될 수도 있고 다른 한편으로는 마스터실린더(1)와 별도로 차량의 엔진룸 내부에 고정설치되어 마스터실린더(1)와 호스 또는 배관으로 연결될 수도 있다. 또한 리저버(11)는 유압조절장치(4)의 별도의 유압원(41)에 브레이크액을 공급하거나 유압조절장치(4)의 유출밸브(43)를 통해 배출되는 브레이크액이 귀환될 수 있도록 유압조절장치(4)와 별도의 배관이나 호스로 연통되어 있다.

일반적으로 마스터실린더(1)는 고장시에도 차량의 최소한의 안전을 보장하기 위해 2개의 독립적인 압력발생챔버로 이루어져 있으며, 각 압력발생챔버의 출구를 통해 유출된 액압은 배관을 거쳐 유압조절장치(4)로 유입된다.

브레이크페달(2)에는 그 작동여부를 감지하기 위한 브레이크램프 스위치(BLS; Brake Lamp Switch)(22)가 장착되고, 또한 운전자의 제동의지를 파악하기 위하여 브레이크페달 변위센서(21)가 마련된다. 브레이크페달 변위센서(21)는 가변저항 타입의 스트로크센서나 회전각 센서로 구성될 수 있다.

유압식 제동장치(3)는 차량의 전륜에 설치되며, 차량의 휠과 함께 회전하는 디스크와, 디스크와 접촉하여 마찰력을 발생하는 마찰재와, 마찰재를 디스크로 전 진시키는 피스톤과, 피스톤을 수용하고 유압조절장치(4)로부터 액압을 공급받는 휠실린더를 포함하는 디스크 브레이크로 구성된다.

유압조절장치(4)는 다수의 밸브, 압력센서(8), 유압원(41) 및 페달감 형성장치(45)가 다수의 유로가 형성되어 있는 알루미늄 블록에 조립되어 있으며, 마스터실린더(1)와 유압식 제동장치(3) 사이에서 배관에 의해 연결되며 차량의 엔진룸 내부 일측에 고정설치된다.

유압조절장치(4)는 유압식 제동장치(3)에 마스터실린더(1)와 별도의 액압을 공급할 수 있는 유압원(41)을 구비하며, 유압원(41)과 유압식 제동장치(3) 사이의 유로에는 노멀 클로즈드형 솔레노이드 밸브로 구성된 유입밸브(42)가 마련된다. 유압식 제동장치(3)와 마스터실린더(1)의 리저버(11) 사이의 유로에는 유압식 제동장치(3)의 압력을 해제시켜 리저버(11)로 귀환시키도록 하는 노멀 클로즈드형 솔레노이드 밸브로 구성된 유출밸브(43)가 마련된다. 또한 마스터실린더(1)에서 형성된 액압이 직접 유압식 제동장치(3)에 전달되는 것을 차단할 수 있도록 마스터실린더(1)의 출구와 유압식 제동장치(3) 사이의 유로에는 노멀 오픈형 솔레노이드 밸브로 구성된 차단밸브(44)가 마련된다.

이러한 유입밸브(42), 유출밸브(43) 및 차단밸브(44)가 하나씩 한 조를 이루어 마스터실린더(1)의 두 개의 액압발생챔버 중 어느 하나와 연결되어 있다.

또한, 유압조절장치(4)는 마스터실린더(1)의 전방 액압발생챔버의 출구와 노멀 클로즈드형 솔레노이드 밸브를 매개로 하여 연결되고, 마스터실린더(1)와 차단밸브(44) 사이의 유로에 마련되는 페달감 형성장치(45)를 구비한다.

페달감 형성장치(45)는 차단밸브(44)에 의해 마스터실린더(1)로부터 유압식 제동장치(3)로의 액압이 공급되는 것이 차단되었을 때 운전자의 페달감을 형성시키기 위하여 마스터실린더(1)에서 형성된 액압을 수용하도록 진퇴가능한 피스톤과 탄성부재를 구비하여 형성한다.

유압원(41)은 마스터실린더(1)의 리저버(11)에 저장된 브레이크액을 공급받아 고압으로 토출시키는 펌프(412)와, 펌프(412)를 구동시키는 전기모터(411)와, 펌프(412)에 의해 토출된 브레이크액을 고압으로 저장할 수 있는 어큐뮬레이터(413)로 구성된다. 펌프(412)는 모터(411)의 회전축과 연동되는 편심캠에 의해 모터(411)의 출력축과 수직으로 배치된 피스톤이 직선왕복 운동할 수 있는 구조이다.

또한, 어큐뮬레이터(413)에 저장되는 브레이크액의 압력이 지나치게 높아지는 것을 방지하기 위하여 어큐뮬레이터(413)와 리저버(11)사이의 유로에 릴리프밸브(46)를 추가적으로 마련한다.

또한, 마스터실린더(1)의 액압발생챔버의 출구단, 유압식 제동장치(3)의 입구단 및 어큐뮬레이터(413)의 출구단에는 액압을 측정할 수 있는 압력센서(8)가 각각 구비된다.

전기식 제동장치(5)는 전기모터와, 전기모터의 회전속도를 감속시키는 한편 전달되는 힘을 증폭시키기 위한 감속기와, 전기모터의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 변환장치와, 디스크를 가압하여 마찰력을 발생시키는 마찰재를 포함하여 구성된다.

제1제어유닛(6)은 전기식 제동장치(5)의 동작을 제어하며, 제2제어유닛(7)과 CAN(Controller Area Network)로 연결되어 있다.

제2제어유닛(7)은 유압조절장치(4)를 제어하며, 차량의 상태와 운전자의 제동의지를 파악하기 위한 휠스피드 센서(9), 횡방향 가속도 센서(12), 종방향 가속도 센서(13), 요레이트(Yaw rate) 센서(14), 조향각 센서(15), 브레이크페달 변위센서(21) 및 브레이크 램프 스위치(22)와 전기적으로 연결되어 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동작을 설명하기로 한다.

운전자가 브레이크페달(2)을 밟게 되면 지렛대의 원리에 의해 페달 답력이 일정 배율로 증폭되어 마스터실린더(1)에 전달된다.

이때 브레이크페달(2)에 장착되어 있는 브레이크램프 스위치(22)에 의해 운전자의 제동의지가 1차적으로 제2제어유닛(7)으로 전달되며, 노멀 오픈형 솔레노이드 밸브로 구성된 차단밸브(44)가 닫힘으로써 마스터실린더(1)의 액압발생챔버에서 발생한 액압이 유압식 제동장치(3)로 전달되지 않고 페달감 형성장치(45)로 전달된다. 페달감 형성장치(45)는 마스터실린더(1)로부터 공급된 액압으로 인해 피스톤이 후방으로 밀리게 됨으로써 브레이크페달(2)이 더욱 눌려지게 된다. 브레이크페달(2)이 눌려짐으로써 운전자는 페달감을 느낄 수 있다.

제2제어유닛(7)은 브레이크페달(2)에 장착되어 있는 브레이크페달 변위센서(21)와 마스터실린더(1)의 출구단에 연결된 압력센서(8)로부터 변위와 압력 신호를 전달받아 운전자의 제동의지를 파악하게 된다. 또한, 휠스피드 센서(9), 횡방향 가속도 센서(12), 종방향 가속도 센서(13), 요레이트 센서(14), 조향각 센서(15) 및 압력센서(8)의 신호를 전달받아 차량의 진행속도와 거동을 파악하게 된다.

운전자의 제동의지와 차량의 현상태를 파악한 후에 최적의 제동상황을 구현하도록 제2제어유닛(7)은 어큐뮬레이터(413)에 미리 고압으로 저장된 액압을 차량의 전륜에 장착된 유압식 제동장치(3)에 필요한 공급하도록 노멀 클로즈드형 솔레노이드로 구성된 유입밸브(42)를 구동시킨다.

또한, 제2제어유닛(7)과 CAN(Controller Area Network) 통신이 가능한 제1제어유닛(6)은 차량의 후륜에 장착된 전기식 제동장치(5)의 모터를 구동시킨다.

실시간으로 차량의 상태를 모니터링함으로써 차량의 전륜에 장착된 유압식 제동장치(3)에 인가되는 액압과, 후륜에 장착된 전기식 제동장치(5)의 모터에 인가되는 전압을 제어함으로써 전륜과 후륜 모두에 제동력이 가해지게 된다.

본 발명은 차량의 전륜에는 유압식 제동장치(3)를, 후륜에는 전기식 제동장치(5)를 복합적으로 구현함으로써, 후륜측에 별도의 배관 작업이 필요없으며 또한 공기빼기 작업을 전륜에만 한정하게 되어 제조시간이 단축되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차량의 전륜과 후륜을 독립적으로 제어함으로써 보다 우수한 제동성능을 확보할 수 있다.

Claims

리저버에 저장되어 있는 브레이크액을 이용하여 액압(掖壓)을 형성하는 마스터실린더와; 상기 마스터실린더의 입력단과 연결되어 운전자의 답력(踏力)을 증폭시켜 상기 마스터실린더로 전달하는 브레이크페달과; 상기 브레이크페달에 설치되어 상기 브레이크페달의 변위를 측정하는 변위센서와; 차량의 전륜에 설치되어 액압(掖壓)에 의해 제동력을 발생시키는 유압식 제동장치와; 상기 마스터실린더와 상기 유압식 제동장치 사이에 설치되어 상기 유압식 제동장치에 공급되는 액압(掖壓)을 조절하는 유압조절장치와; 차량의 후륜에 설치되어 전기모터에 의해 제동력을 발생시키는 전기식 제동장치와; 상기 전기식 제동장치를 제어하는 제1제어유닛과; 상기 유압조절장치를 제어하고 상기 제1제어유닛과 통신가능한 제2제어유닛;으로 이루어진 차량용 복합제동장치.
제1항에 있어서,

상기 유압조절장치는 상기 유압식 제동장치에 별도의 액압을 공급할 수 있는 유압원과, 상기 유압원에서 공급되는 액압을 상기 유압식 제동장치로 유입시키는 유입밸브와, 상기 유압식 제동장치의 액압을 상기 마스터실린더의 리저버로 귀환시키는 유출밸브와, 상기 마스터실린더와 상기 유압식 제동장치 사이의 유로를 개폐시키는 차단밸브와, 상기 마스터실린더와 상기 차단밸브 사이의 유로에 마련되어 상기 브레이크페달의 답력을 형성하는 페달감 형성장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 복합제동장치.
제 2항에 있어서,

상기 유압원은 전기모터와, 상기 전기모터에 의해 구동되고 상기 마스터실린더의 리저버에 저장된 브레이크액을 공급받아 고압으로 토출시키는 적어도 하나 이상의 펌프와, 상기 펌프에 의해 토출된 고압의 브레이크액을 저장할 수 있는 어큐뮬레이터로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 복합 제동장치.
제 2항에 있어서,

상기 차단밸브는 노멀 오픈형 솔레노이드 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합 제동장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 마스터실린더와 상기 페달감 형성장치 사이에 노멀 클로즈드형 솔레노이드 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합 제동장치.