KR100867829B1 - 차량의 무(無) 모터 ｅｓｐ 모듈 - Google Patents

차량의 무(無) 모터 ｅｓｐ 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 안정성을 유지하기 위해 순간적으로 네 바퀴를 독립적으로 제어하여 주행안정성을 강화해 주는 차량의 ESP 모듈에 관한 것으로,
종래 기술에 있어서는 캘리퍼의 압력을 조절하는 과정에서 고출력(high power)의 모터를 사용하는데, 이 고출력 모터는 가격이 비쌀 뿐 아니라 부피도 크기 때문에 ESP 장착 차량의 경우 엔진룸의 일부를 ESP 모듈이 차지하는 형태를 갖게 되는 문제가 있었고, ESP 모듈에 문제가 생길 경우 거의 대부분 ESP 모듈 전체를 교체하여 하며, 교체방법도 쉽지가 않게 되는 문제가 있었던 바,
차량의 각 휠의 브레이크 디스크 일측에 마련되는 캘리퍼에 장착되어 작동되며, 밸브, 펌프, 어큐물레이터의 유압 부품들을 제어하는 유압유니트(hydraulic unit)와; 브레이크 디스크의 회전력을 이용하여 유압유니트에 내장되는 유압 펌프를 구동하는 펌프 구동부;로 구성되는 것과,
펌프 구동부는 브레이크 유압라인과 연결되는 유압실린더와; 유압실린더의 내부 전방에 전후방향으로 인출 가능하게 설치되는 지지프레임과; 지지프레임의 내부 전방에 설치되어 디스크와 접촉 또는 분리되고, 유압유니트의 유압 펌프와 접속되는 회전체;로 이루어지는 것과,
유압유니트는 펌프 구동부의 회전체와 접속되는 유압 펌프와; 브레이크 마스터 실린더의 압력이 캘리퍼로 전달되는 경로에 설치되는 USV 밸브; 마스터 실린더와 유압 펌프의 흡입측 사이에 설치되는 HSV 밸브와; 마스터 실린더의 압력을 캘리 퍼로 전달하는 경로에 설치되는 입구 밸브와; 캘리퍼와 유압 펌프 흡입측 사이에 설치되는 출구 밸브와; 고압 어큐뮬레이터와 유압 펌프 토출측 사이에 설치되는 프리차지 밸브와; 유압 펌프 토출측에 설치되는 펌프 크로즈 밸브와; 출구 밸브와 유압 펌프 흡입측에 접속되는 저압 어큐뮬레이터와; 유압 펌프 토출측과 프리차지 밸브에 접속되는 고압 어큐뮬레이터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 모터가 없기 때문에 부피를 크게 차지하지 않고, 모터의 작동소음 등이 유발되지 않게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
ESP 모듈, 유압유니트, 펌프 구동부

Description

차량의 무(無) 모터 ＥＳＰ 모듈 {an Electronic Stability Program Moudule without motor}
본 발명은 차량의 안정성을 유지하기 위해 순간적으로 네 바퀴를 독립적으로 제어하여 주행안정성을 강화해 주는 차량의 ESP 모듈에 관한 것으로, 더 자세하게는 유압 부품들을 제어하는 유압유니트(hydraulic unit)와 브레이크 디스크의 회전력을 이용하여 유압유니트에 내장되는 유압 펌프를 구동하는 펌프 구동부로 구성한 무(無) 모터 ESP 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 눈, 비로 인한 미끄러운 노면에서 급제동 또는 급선회시 차량이 미끄러지려고 할 때 차량의 안정성을 유지하기 위해 순간적으로 네 바퀴를 독립적으로 제어하여 주행안정성을 강화해 주는 시스템이 ESP(Electronic Stability Program)이다.
상기 ESP의 제어방식은 휠속 센서, 요레이트(yaw rate) 센서, 횡가속도 센서, 조향각 센서 등을 통해 차량이 불안정 영역으로 진입하는 것으로 판단될 경우 모터, 펌프, 솔레노이드 밸브 등을 이용하여 캘리퍼의 압력을 조절하고, CAN 통신으로 엔진 토크 지령을 내리는 제어방식을 주로 사용된다.
즉, 엔진제어와 브레이크 제어의 조합으로 차량의 주행안정성을 확보하는 제어방식이 사용된다.
종래 기술에 있어서는 캘리퍼의 압력을 조절하는 과정에서 고출력(high power)의 모터를 사용하는데, 이 고출력 모터는 가격이 비쌀 뿐 아니라 부피도 크기 때문에 ESP 장착 차량의 경우 엔진룸의 일부를 ESP 모듈이 차지하는 형태를 갖게 되는 문제가 있었다.
또한 ESP 모듈에 문제가 생길 경우 거의 대부분 ESP 모듈 전체를 교체하여 하며, 교체방법도 쉽지가 않게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 실정을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 모터를 사용하지 않고, ESP의 성능을 구현할 수 있도록 하는 차량의 무(無) 모터 ESP 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 차량의 무(無) 모터 ESP 모듈은 차량의 각 휠의 브레이크 디스크 일측에 마련되는 캘리퍼에 장착되어 작동되며, 밸브, 펌프, 어큐물레이터의 유압 부품들을 제어하는 유압유니트(hydraulic unit)와; 브레이크 디스크의 회전력을 이용하여 유압유니트에 내장되는 유압 펌프를 구동하는 펌프 구동부;로 구성된다.
그리고 펌프 구동부는 브레이크 유압라인과 연결되는 유압실린더와; 유압실린더의 내부 전방에 전후방향으로 인출 가능하게 설치되는 지지프레임과; 지지프레임의 내부 전방에 설치되어 디스크와 접촉 또는 분리되고, 유압유니트의 유압 펌프와 접속되는 회전체;로 이루어지며,
유압유니트는 펌프 구동부의 회전체와 접속되는 유압 펌프와; 브레이크 마스터 실린더의 압력이 캘리퍼로 전달되는 경로에 설치되는 USV 밸브; 마스터 실린더와 유압 펌프의 흡입측 사이에 설치되는 HSV 밸브와; 마스터 실린더의 압력을 캘리퍼로 전달하는 경로에 설치되는 입구 밸브와; 캘리퍼와 유압 펌프 흡입측 사이에 설치되는 출구 밸브와; 고압 어큐뮬레이터와 유압 펌프 토출측 사이에 설치되는 프리차지 밸브와; 유압 펌프 토출측에 설치되는 펌프 크로즈 밸브와; 출구 밸브와 유압 펌프 흡입측에 접속되는 저압 어큐뮬레이터와; 유압 펌프 토출측과 프리차지 밸브에 접속되는 고압 어큐뮬레이터;를 구비한다.
본 발명은 모터를 사용하지 않고, ESP의 성능을 구현할 수 있게 되는 것으로, 본 발명의 무(無) 모터 ESP 모듈은 모터가 없기 때문에 부피를 크게 차지하지 않고, 모터의 작동소음 등이 유발되지 않게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이하 본 발명의 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명의 한 실시예의 장착상태의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 동 실시예의 요부 평면도가 도시되어 있는 바, 본 발명의 무(無) 모터 ESP 모듈은 도 1 및 도 2와 같이 차량의 각 휠의 브레이크 디스크(10) 일측에 마련되는 캘리퍼(20)에 장착되어 작동되며, 유압유니트(30;hydraulic unit)와 유압 펌프를 구동하는 펌프 구동부(40)로 구성된다.
본 발명에 있어서 유압유니트(30; Hydraulic unit)는 밸브, 펌프, 어큐물레이터 등 유압 부품들을 제어하며, 펌프 구동부(40)는 차량 브레이크 디스크(10)의 회전력을 이용하여 유압유니트(30)에 내장되는 유압 펌프(31)를 구동시킨다.
도 3에는 동 실시예의 펌프 구동부의 사시도가 도시되어 있다.
펌프 구동부(40)는 브레이크 유압라인(50)과 연결되는 유압실린더(41)와; 유압실린더(41)의 내부 전방에 전후방향으로 인출 가능하게 설치되는 지지프레임(42)과; 지지프레임(42)의 내부 전방에 설치되어 디스크(10)와 접촉 또는 분리되는 회전체(43);로 이루어지며, 회전체(43)는 그 일측의 펌프 구동축(43a)을 통해 유압유니트(30)의 내부 전방에 설치되는 유압 펌프(31)와 접속된다.
운전자가 브레이크 페달을 밟음으로서 제동 압력이 발생하게 되면 파스칼의 원리에 따라 전체 유압 배관 내부에 같은 압력이 발생하는데, 이 압력은 펌프 구동부(40)의 유압실린더(41)를 작동시켜 지지프레임(42)과 회전체(43)를 디스크(10) 방향으로 밀고, 디스크(10)와 회전체(43)는 '마스터 실린더의 압력 × 실린더 로드 단면적'의 힘으로 접촉을 유지하게 된다.
즉, 사용자가 브레이크 페달을 밟으면 디스크(10)에 접속되는 회전체(43)가 회전하게 되면서 그에 접속된 유압 펌프(31)를 구동시키게 된다.
도 4에는 동 실시예의 유압유니트의 내부 구조를 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 동 실시예의 유압유니트의 유압 회로도가 도시되어 있다.
유압유니트(30)는 펌프 구동부(40)의 회전체(43)와 접속되는 유압 펌프(31)와; 브레이크 마스터 실린더(60)의 압력이 캘리퍼(20)로 전달되는 경로에 설치되는 USV 밸브(32); 마스터 실린더(60)와 유압 펌프(31)의 흡입측 사이에 설치되는 HSV 밸브(33)와; 마스터 실린더(60)의 압력을 캘리퍼(20)로 전달하는 경로에 설치되는 입구 밸브(34)와; 캘리퍼(20)와 유압 펌프(31) 흡입측 사이에 설치되는 출구 밸브(35)와; 고압 어큐뮬레이터(39)와 유압 펌프(31) 토출측 사이에 설치되는 프리차지 밸브(36)와; 유압 펌프(31) 토출측에 설치되는 펌프 크로즈 밸브(37)와; 출구 밸브(35)와 유압 펌프(31) 흡입측에 접속되는 저압 어큐뮬레이터(38)와; 유압 펌프(31) 토출측과 프리차지 밸브(36)에 접속되는 고압 어큐뮬레이터(39);를 구비한다.
USV 밸브(32)는 브레이크 마스터 실린더(60)의 압력이 캘리퍼(20)로 전달되는 경로에 설치되며, 평상시에 열림(open) 상태로 유지하고 증압 모드시에만 닫힘(close) 상태가 된다.
또한 USV 밸브(32)는 릴리프 밸브 역할을 수행하며, USV 밸브(32)를 통해 내부 압력을 조절할 수 있다.
HSV 밸브(33)는 마스터 실린더(60)와 유압 펌프(31)의 흡입측 사이에 설치되고, 석션 밸브의 역할을 수행하며, 평상시에 닫혀 있게 되고, 증압 모드시에만 마스터 실린더(60)의 압력이 유압 펌프(31)로 흘러들어갈 수 있는 통로를 열어주어 유입된 유체로 캘리퍼(20)의 압력이 올라갈 수 있도록 한다.
입구 밸브(34; Inlet valve)는 마스터 실린더(60)의 압력을 캘리퍼(20)로 전달하는 유압 배관에 설치되며, 평상시에 열림 상태로 유지하고 있다가 유지모드와 감압모드에서 캘리퍼(20)로 유입되는 유체를 막아주고, 증압모드에서 유입통로를 열어준다.
출구 밸브(35; Outlet valve)는 캘리퍼(20)와 유압 펌프(31) 흡입측 사이에 설치되고, 캘리퍼(20)의 압력을 빼주는 역할을 하며, 평상시에 닫힘 상태를 유지하다가 감압모드에서 열어줌으로써 유압 펌프(31)가 캘리퍼(20)의 유체를 흡입하여 캘리퍼(20)의 압력을 저하시키도록 한다.
프리차지 밸브(36; Precharge valve)는 고압 어큐뮬레이터(39)와 유압 펌프(31) 토출측 사이에 설치되어 고압 어큐뮬레이트(39)의 통로를 열고 닫는 역할을 수행하며, 감압모드를 수행하고자할 때 프리차지 밸브(36)는 닫는다.
즉, 감압 모드에서 고압 어큐뮬레이터(39)는 유체의 흐름에 영향을 주지 않고 바로 마스터 실린더(60)로 유체가 빠져나가도록 하며, 또한 평상시에 개방되어 유체가 충전된다.
펌프 크로즈 밸브(37; Pump close valve)는 유압 펌프(31)의 토출측에 설치 되어 제동시 항상 가동되는 유압 펌프(31)가 캘리퍼(20)와 마스터 실린더(60)에 영향을 주지 않도록 하기 위한 밸브이며, 평상시에 닫혀있게 되어 캘리퍼(20)와 마스터 실린더(60)에 영향을 주지 않고, ESP 제어시에만 작동하여 통로를 열거나 닫는 역할을 하며, 주로 감압 모드와 증압 모드에서 작동을 한다.
저압 어큐뮬레이터(38)는 출구 밸브(35)와 유압 펌프(31) 흡입측에 접속되며, 순간적으로 캘리퍼(20)의 압력이 유압 펌프(31)로 모두 흡입되지 못하기 때문에 이를 보완하기 위하여 존재한다.
상기 저압 어큐뮬레이터(38)는 평상시에 유압 펌프(31)의 작동에 의해 비워진 상태로 유지하고, 출구 밸브(35)가 열리는 순간 캘리퍼(20)의 압력이 공급되며, 그에 따라 캘리퍼(20)가 빠른 감압을 수행할 수 있게 된다.
고압 어큐뮬레이터(39)는 유압 펌프(31) 토출측과 프리차지 밸브(36)에 접속되며, 감압과 마찬가지로 증압에서도 순간적으로 압력을 증가시키는 것이 쉽지 않기 때문에 미리 고압을 저장하는 탱크로써 항상 고압을 유지하다가 증압 명령이 떨어지면 고압을 방출하여 캘리퍼(20)에 압력을 순간적으로 올려주는 역할을 수행한다.
본 발명에 있어서 유압 펌프(31)는 각 밸브의 작동상태에 따라 유체의 유로가 바뀌고, 이에 따라 흡입되는 곳과 토출되는 부분이 다르게 된다.
즉, 경우에 따라 캘리퍼(20)의 압력을 흡입하여 마스터 실린더(60)로 보내기도하고, 마스터 실린더(60)의 압력을 흡입하여 캘리퍼(20)로 보내기도 한다.
또한 차량 내부에 각종 센서들과 ESP ECU를 마련하여 차량의 안정도를 체크 한다.
ESP ECU는 각 밸브의 열림/ 닫힘 상태 등을 판단하여 각 밸브의 구동 전류를 전달한다.
ESP ECU의 부피는 모터가 없기 때문에 양산 ESP HECU와 비교시 아주 작은 크기가 될 것으로 예상된다.
본 발명의 무(無) 모터 ESP 모듈은 저압/고압 어큐물레이터(38)(39)가 현재 양산되는 것보다 용량이 크고, 유압 펌프(31)가 더 작은 형태로 구성될 수 있다.
평상시 운전자가 브레이크 페달(70)을 밟으면 도 6a, b와 같이 유압 펌프(31)가 작동하여 저압 어큐물레이터(38)는 비운 상태를 유지하고 고압 어큐뮬레이터(39)는 고압을 충전한 상태를 유지한다.
이 상태에서 차량이 불안정 영역으로 진입할 경우 증압 모드, 감압모드, 유지모드를 수행한다.
휠의 적정 슬립률을 유지하기 위하여 휠의 슬립률이 낮으면 증압모드 수행하고, 슬립률이 높으면 감압모드를 수행하며, 또한 설정(Threshold) 영역안에 있으면 유지모드를 수행한다.
증압 모드 수행시에는 너무 많은 유체를 캘리퍼(20)로 유입시키면 슬립률 제어가 수월하지 않기 때문에 입구 밸브(34)를 PWM제어로 소량의 유체를 캘리퍼(20)로 전달한다.
이러한 과정을 반복함으로서 본 발명의 無모터 ESP모듈이 작동을 하게 된다.
도 6a와 같이 일반 제동시 고압 저장중인 경우 저압 어큐뮬레이터(38)와 캘 리퍼(20)의 유체를 빼내서 고압 어큐뮬레이터(39)로 유체를 공급하게 되면 캘리퍼(20)의 압력이 떨어져 제동성능이 나빠질 수 있다.
이 때 마스터 실린더(60)를 이용하면 제동 성능에 큰 문제없이 고압 어큐뮬레이터(39)로 유체를 공급할 수 있다.
즉, HSV 밸브(33)를 통해 마스터 실린더(60)의 유체가 유압 펌프(31)로 흡입되고, 고압 어큐뮬레이터(39)로 유체를 송출하여 고압을 충전하는 형태를 취한다.(USV 밸브, HSV 밸브, 프리차지 밸브, 입구 밸브 - 열림, 펌프 크로즈 밸브, 출구 밸브- 닫힘)
도 6b와 같이 일반 제동시 고압을 저장한 경우 저압 어큐뮬레이터(38)를 비우고, 고압 어큐뮬레이터(39)를 지속적으로 충전하는 형태를 취한다. (HSV 밸브, 프리차지 밸브, 입구 밸브 - 열림, USV 밸브, 펌프 크로즈 밸브, 출구밸브 - 닫힘)
도 7a와 같이 처음 압력을 상승하고자 하는 경우 유압 펌프(31)만으로는 순간적으로 고압을 만들어내기가 쉽지 않다.
그러므로 이미 고압으로 충전된 고압 어큐뮬레이터(39)의 압력을 이용하면 보다 수월하게 압력을 증압시킬 수 있다.
즉, 펌프 크로즈 밸브(37), 프리차지 밸브(36), HSV 밸브(33), 입구 밸브(34)를 열고, USV 밸브(32)와 출구 밸브(35)를 닫음으로써 고압 어큐뮬레이터(39)의 압력이 바로 캘리퍼(20)로 공급하도록 하여 증압을 유도한다.
도 7b와 같이 처음 이외에 압력을 상승하고자 하는 경우 즉, 고압 어큐뮬레 이터(39)의 압력이 모두 소진되어 더 이상 고압 어큐뮬레이터(39)의 압력이 회로내의 압력보다 높지 않을 경우 프리차지 밸브(36)를 닫는다.
이전까지 고압 어큐뮬레이터(39)의 공급으로 회로내의 압력이 상승하였고, 이후부터는 유압 펌프(31)의 구동에 의한 압력상승을 한다.
도 6a 및 도 6b, 도 8a 및 도 8b, 도 9a와 같이 일반제동, 감압모드, 유지 모드에서 고압이 충전되지 않은 상태일 경우 펌프 크로즈 밸브(37)를 닫고, 프리차지 밸브(36)를 연다.
유압 펌프(31)는 지속적으로 돌기 때문에 저압 어큐뮬레이터(38)에서의 유체가 유압 펌프(31)를 통해 흡입되고, 고압 어큐뮬레이터(39)에 압력을 송출하여 고압 어큐뮬레이터(39)에 압력이 충전되는 형태를 유지한다.
도 8b와 같이 감압모드 충전이 완료된 상태에서는 펌프 크로즈 밸브(37)를 열고, 프리차지 밸브(36)를 닫는다.
상기 상태는 USV 밸브(32) 열림, HSV 밸브(33) 열림, 입구 밸브(34) 닫힘, 출구 밸브(35) 열림으로 캘리퍼(20)의 압력이 빠져나와 유압 펌프(31)를 통해 마스터 실린더(60)로 공급되는 형태이다.
도 9b와 같이 유지모드, 고압이 충전된 상태의 경우, 입구 밸브(34)와 출구 밸브(35)를 모두 닫아 캘리퍼(20)에는 일정 압력을 유지하는 형태를 취한다.
본 발명의 무(無) 모터 ESP 모듈은 상기와 같은 과정으로 동작하며, 본 발명의 모듈의 유압 제동이외에 ESP ECU와 엔진 ECU와의 CAN 통신을 통해 엔진 토크 제어를 수행함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예의 장착상태의 사시도
도 2는 동 실시예의 요부 평면도
도 3은 동 실시예의 펌프 구동부의 사시도
도 4는 동 실시예의 유압유니트의 내부 구조를 나타낸 사시도
도 5는 동 실시예의 유압유니트의 유압 회로도
도 6a 및 도 6b는 동 실시예의 일반 제동시의 유압 회로도
도 7a 및 도 7b는 동 실시예의 증압모드시 유압 회로도
도 8a 및 도 8b는 동 실시예의 감압모드시 유압 회로도
도 9a 및 도 9b는 동 실시예의 유지모드시 유압 회로도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
10 : 디스크 20 : 캘리퍼
30 : 유압유니트 31 : 유압 펌프
32 : USV 밸브 33 : HSV 밸브
34 : 입구 밸브 35 : 출구 밸브
36 : 프리차지 밸브 37 : 펌프 크로즈 밸브
38 : 저압 어큐뮬레이터 39 : 고압 어큐뮬레이터
40 : 펌프 구동부 41 : 유압실린더
42 : 지지프레임 43 : 회전체
50 : 유압라인 60 : 마스터 실린더

Claims (3)

  1. 차량의 각 휠의 브레이크 디스크(10) 일측에 마련되는 캘리퍼(20)에 장착되어 작동되며, 밸브, 펌프, 어큐물레이터의 유압 부품들을 제어하는 유압유니트(30;hydraulic unit)와; 브레이크 디스크(10)의 회전력을 이용하여 유압유니트(30)에 내장되는 유압 펌프(31)를 구동하는 펌프 구동부(40);로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 무(無) 모터 ESP 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 펌프 구동부(40)는 브레이크 유압라인(50)과 연결되는 유압실린더(41)와; 유압실린더(41)의 내부 전방에 전후방향으로 인출 가능하게 설치되는 지지프레임(42)과; 지지프레임(42)의 내부 전방에 설치되어 디스크(10)와 접촉 또는 분리되고, 유압유니트(30)의 유압 펌프(31)와 접속되는 회전체(43);로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 무(無) 모터 ESP 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유압유니트(30)는 펌프 구동부(40)의 회전체(43)와 접속되는 유압 펌프(31)와; 브레이크 마스터 실린더(60)의 압력이 캘리퍼(20)로 전달되는 경로에 설치되는 USV 밸브(32); 마스터 실린더(60)와 유압 펌프(31)의 흡입측 사이에 설치되는 HSV 밸브(33)와; 마스터 실린더(60)의 압력을 캘리퍼(20)로 전달하는 경로에 설치되는 입구 밸브(34)와; 캘리퍼(20)와 유압 펌프(31) 흡입측 사이에 설치되는 출구 밸브(35)와; 고압 어큐뮬레이터(39)와 유압 펌프(31) 토출측 사이에 설치되는 프리차지 밸브(36)와; 유압 펌프(31) 토출측에 설치되는 펌프 크로즈 밸브(37)와; 출구 밸브(35)와 유압 펌프(31) 흡입측에 접속되는 저압 어큐뮬레이터(38)와; 유압 펌프(31) 토출측과 프리차지 밸브(36)에 접속되는 고압 어큐뮬레이터(39);를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량의 무(無) 모터 ESP 모듈.
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