KR101105152B1 - 전자식 유압 브레이크 장치의 밸브 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 제동 시 유압 라인의 밸브에 대한 제어 방식을 개선하여 휠 실린더의 제동 압력을 정밀하게 조절할 수 있도록 한 전자식 유압 브레이크 장치의 밸브 제어장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 운전자의 페달압력을 감지한 후 각 휠의 제동압력을 제어하기 위한 전자식 유압 브레이크 제어장치에 있어서, 고압측 어큐뮬레이터와 각 휠 실린더를 연결하는 유압 회로; 상기 유압 회로에 설치되어 상기 휠 실린더의 제동압력을 조절하기 위한 밸브; 및 상기 어큐뮬레이터의 압력과 상기 휠 실린더의 압력차에 따른 상기 밸브의 제어 특성을 고려하여 상기 밸브의 개폐 동작을 제어하는 상기 밸브 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자식 유압 브레이크 장치의 밸브 제어장치{Control Apparatus For Valve In Electro-Hydraulic Brake System}

도 1은 전자식 유압 브레이크 장치의 유압 회로도이다.

도 2는 모듈레이터 블록에 설치된 입구밸브와 출구밸브의 구성을 보인 단면도이다.

도 3은 입구밸브에서 작용하는 힘의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 입구밸브에 있어 어큐뮬레이터의 압력과 휠 실린더의 압력 및 밸브구동신호의 듀티를 시험한 경우의 그래프이다.

도 5는 도 4에 따른 어큐뮬레이터의 압력과 휠 실린더의 압력차이와 밸브구동신호의 듀티가 1차 함수로 나타나는 것을 보인 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 밸브 제어기의 구성을 나타낸 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 브레이크 페달 2 : 마스터실린더

2a : 레저버 3 : 휠 실린더

4, 5 : 컷 오프 밸브 6 : 어큐뮬레이터

7 : 입구밸브 8 : 출구밸브

본 발명은 전자식 유압 브레이크 장치의 밸브 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압 라인에 설치한 밸브의 동작을 제어하여 휠 실린더의 제동 압력을 정밀하게 제어할 수 있도록 한 전자식 유압 브레이크 장치의 밸브 제어장치에 관한 것이다.

운전자의 페달압력을 센서를 통해 감지한 후 유압식 모듈레이터를 이용하여 각 휠의 제동압력을 조절하는 전자식 유압 브레이크 장치(EHB; Electro-Hydraulic Brake System)가 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전자식 유압 브레이크 장치는 운전자가 원하는 제동압력을 알 수 있도록 페달의 행정거리를 감지하는 센서(18)와 운전자가 일반 유압식 브레이크 장치에서와 같은 페달압력을 느낄 수 있도록 하는 페달 트래블 시뮬레이터(17)(pedal travel simulator)를 구비하고 있다.

운전자가 브레이크 페달(1)을 밟으면 마스터실린더(2)와 휠 실린더(3)의 유압라인을 분리하기 위하여 마스터실린더(2)와 휠 실린더(3) 사이에 설치한 컷 오프 밸브(4)(5)를 닫는다(close). 이때 센서(18)를 통해 감지된 페달의 행정거리에 기초하여 운전자가 원하는 제동 압력을 산출한다. 이 제동압력에 상응하여 펌프(11)의 작동과 각 휠의 입구밸브(7) 및 출구밸브(8)를 제어함으로써 어큐뮬레이터(6)에 미리 충전되어 있는 압력이 각 휠 실린더(3)에 공급되도록 하여 원하는 목표압력을 얻을 수 있다. 여기서 각 휠 실린더(3)의 압력을 독립적으로 제어할 필요가 있는 경우에는 밸런스밸브(Balance Valve)(9)(10)를 선택적으로 개폐하여 좌/우 바퀴 사이의 압력을 조절하기도 한다.

이와 같은 종래의 전자식 유압 브레이크 장치에서는 제동 시 휠 실린더의 가해지는 압력이 운전자가 원하는 제동 압력에 도달할 수 있도록 제어부에 의하여 입구밸브와 출구밸브의 개폐 동작을 제어하도록 되어 있다.

그러나 입구밸브와 출구밸브에 대하여 단순히 개방 또는 폐쇄시키는 동작에 의존하여서는 휠 실린더의 제동 압력을 정밀하게 제어하기 어렵다. 예를 들어 휠 실린더의 압력이 45 bar 이고 운전자가 요구하는 목표 압력이 50 bar 인 경우, 먼저 입구밸브를 개방하여 휠 실린더에 가해지는 제동 압력이 증가시키고 그런 다음 목표 압력에 도달하면 입구밸브를 폐쇄하도록 하고 있다. 그런데 휠 실린더의 압력 증가가 급격하게 발생하는 경우에는 미처 입구밸브를 폐쇄하기 전에 휠 실린더의 압력이 목표 압력을 넘어서게 되고, 이럴 경우 휠 실린더의 압력을 줄이기 위해 출구밸브를 열어야 하기 때문에 휠 실린더의 제동 압력을 제어하는 동작이 번거롭고 제어 장치의 응답성이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 고려하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 제동 시 유압 라인의 밸브에 대한 제어 방식을 개선하여 휠 실린더의 제동 압력을 정밀하게 조절할 수 있도록 한 전자식 유압 브레이크 장치의 밸브 제어장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 운전자의 페달압력을 감지한 후 각 휠의 제동압력을 제어하기 위한 전자식 유압 브레이크 제어장치에 있어서, 고압측 어큐뮬레이터와 각 휠 실린더를 연결하는 유압 회로; 상기 유압 회로에 설치되어 상기 휠 실린더의 제동압력을 조절하기 위한 밸브; 및 상기 어큐뮬레이터의 압력과 상기 휠 실린더의 압력차에 따른 상기 밸브의 제어 특성을 고려하여 상기 밸브의 개폐 동작을 제어하는 상기 밸브 제어기를 포함하되, 상기 밸브의 제어 특성은 상기 압력차와 상기 밸브 구동신호의 듀티가 1차 함수의 관계를 가지는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 밸브제어기는 상기 압력차가 클수록 상기 밸브 구동 신호의 듀티를 작게 설정하여 상기 밸브의 동작을 제어한다.

상기 밸브제어기는 피드 포워드 제어를 위한 제1감산기 및 피드 포워드 연산기; 피드백 제어를 위한 제2감산기 및 피드백 연산기; 그리고 피드 포워드 연산기에 의해 연산된 제어 게인과 피드 백 연산기에 의해 연산된 제어 게인를 더하여 최종적으로 밸브 제어에 적용하기 위한 제어 게인을 출력하는 가산기를 포함한다.

상기 제1감산기는 상기 압력차를 상기 피드포워드 연산기에 제공하고, 상기 피드포워드 연산기는 압력차에 상응하는 제어 게인을 상기 가산기에 출력하며, 상기 제2감산기는 목표 압력과 휠 실린더의 압력의 압력차를 피드백 연산기에 제공하고, 상기 피드백 연산기는 상기 제2감산기로부터 입력받은 압력차를 에러 보정한 보정 제어 게인 상기 가산기에 출력한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한 다.

본 발명에 따른 전자식 유압 브레이크 장치는 도 1의 유압회로를 적용하며, 일반적인 유압회로의 작용에 대한 설명은 잘 알려진 내용이므로 간략하게 하고, 본 발명의 특징적 구성에 중점을 두어 설명하기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 모듈레이터 블록(20)에 설치한 입구밸브(7)와 출구밸브(8)를 통하여 휠 실린더(3)에 가해지는 제동 압력을 조절하는 구성은 종전과 같다. 여기서 전자식 유압 브레이크 장치에 있어서 입구밸브와 출구밸브로서 일반적으로 적용하는 노말 클로즈 솔레노이드 밸브(Normal Close Solenoid Valve)의 작동 구조를 살펴보기로 한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 어큐뮬레이터와 휠 실린더 사이에 위치하는 입구밸브(7)에서는 여자코일(7-1)에 의해 발생되어 플런저(7-2)를 진퇴시키기 위한 전자력(Fm; Electromagnetic Force)과, 복귀 스프링(7-3)에 의해 발생되는 힘으로서 플런저(7-2)를 매개로 하여 오리피스(7-5)를 개폐하기 위한 볼(7-4)을 누르는 스프링력(Fs)과, 그리고 어큐뮬레이터측 높은 압력(P1)과 휠실린더측 낮은 압력(P2)의 압력차(P1-P2)에 의한 유압력(Fp)이 존재한다. 또한 휠실린더와 마스터실린더의 레저버(오일탱크) 사이를 연결하는 복귀 라인에 위치하는 출구밸브(8)에 있어서도 전자력(Fm)과, 스프링력(Fs), 그리고 유압력(Fp)이 존재한다. 다만 휠실더측이 고압이 되고 레저버측이 저압이 되는 관계로 압력차에 의해 발생하는 유압력(Fp)이 작용하는 방향이 다르다.

입구밸브 또는 출구밸브에 작용하는 힘 중에서 휠 실린더의 압력 조절을 위 한 제어 인자는 전자력(Fm)이 실질적인 역할을 한다. 왜냐하면, 여자코일(7-1)에 흐르는 전류를 제어하면 전자력(Fm)의 크기를 변화시킬 수 있어 플런저(7-2)의 이동으로 볼(7-4)과 오리피스(7-5)의 간격을 통해 유출되는 유압의 조절이 용이하기 때문이다.

본 발명자는 전자력의 크기에 상응하는 밸브 구동신호의 듀티(duty)를 가변하면 밸브를 통해 출입하는 유압이 변화하는 점에 주목하고, 밸브 제어 특성을 파악하기 위한 시험을 하였다.

도 4에서의 시험 조건은 어큐뮬레이터에 소정 압력(Gacc; 일례로 100 bar)를 채운 상태에서 소정 주기(200msec)마다 입구밸브(7)에 인가하는 밸브 구동신호(Gdt)의 듀티를 1%씩 증가시키면서 휠 실린더의 압력(Gw)이 변화하는 것을 확인하였다. 여기서 밸브 구동신호(Gdt)의 듀티 증가에 따라 휠 실린더의 압력(Gw)이 급격하게 증가하기 시작하는 시기(A1)(A2)부터는 정상 상태(steady state)까지 도달하도록 당시의 듀티를 소정 시간(1.4sec) 동안 유지하였다.

이러한 시험을 토대로 얻은 도 5의 그래프에 따르면, 밸브의 오리피스를 열기 위한 최소의 밸브 구동신호의 듀티(Gdt)는 어큐뮬레이터의 압력(Gacc)과 휠 실린더의 압력(Gw)의 압력 차(Gacc-Gw)와 1차 함수의 관계를 가진다는 것을 확인할 수 있었다. 도 5에서는 RMS(Root Mean Square)를 이용하여 *(시험 측정값)을 직선으로 변환(Curve Fitting)한 것으로 압력 차가 클수록 요구되는 밸브 구동신호의 최소 듀티는 작다.

이와 같은 밸브 제어 특성을 고려하여, 본 발명은 유압 회로의 입구밸브와 출구밸브의 동작을 제어하기 위하여 도 6에 도시한 바와 같은 밸브 제어기(30)를 도출하였다.

밸브 제어기(30)는 피드 포워드(feedforward) 제어를 위한 제1감산기(31) 및 피드 포워드 연산기(32)를 구비하며, 피드백(feedback) 제어를 위한 제2감산기(33) 및 피드백 연산기(34)를 구비하고, 그리고 피드 포워드 연산기에 의해 연산된 제어 게인(Gd)과 피드 백 연산기에 의해 연산된 제어 게인(ed)를 더하여 최종적으로 밸브 제어에 적용하기 위한 제어 게인(Vd)를 출력하는 가산기(35)를 포함한다. 피드백 제어는 피드 포워드 제어에 의한 오차를 줄이기 위하여 도입한 것이다.

제1감산기(31)는 어큐뮬레이터의 압력(Gacc)과 현재 밸브(7) 동작 상태에 상응하는 휠 실린더의 압력(Gw)의 압력차(Gaa-Gw)를 피드포워드 연산기(32)에 제공한다. 피드포워드 연산기(32)는 압력차(Gaa-Gw)를 입력받고 도 5의 그래프를 바탕으로 미리 작성해 둔 테이블을 이용하여 압력차에 상응하는 제어 게인(Gd)을 연산하고 이를 가산기(35)에 출력한다.

제2감산기(33)는 제동 시 요구되는 제동 압력에 상응하는 목표 압력(WPt)과 휠 실린더의 압력(Gw)의 압력차(e=WPt-Gw)를 피드백 연산기(34)에 제공한다. 피드백 연산기(34)는 입력받은 압력차(e)를 에러 보정을 위한 식(1)에 적용하여 보정 제어 게인(ed)을 연산하고 이를 가산기(35)에 출력한다.

ed = (kp*e) + (Kd*e') + (ki*∫e) -- 식(1)

여기서 kp, Kd, ki는 상수이고, e'는 e의 미분 값이다.

가산기(35)는 피드포워드 연산기(32)에 의해 연산된 제어 게인(Gd)과 피드백 연산기(34)에 의해 연산된 제어 게인(ed)을 더하여 밸브 제어 게인(Vd)을 연산하고, 이 밸브 제어 게인(Vd)에 기초하여 밸브 구동신호를 만들어 입구밸브(7)를 동작시킨다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 피드 포워드 연산기를 이용하여 연산한 제어 게인을 이용하여 유압 라인의 밸브의 동작을 제어하므로 제동 시 휠 실린더에서 요구되는 제동 압력을 정밀하게 조절한다.

본 발명은 피드 포워드 제어와 피드백 제어를 병행함으로서 피드 포워드 제어에 의한 오차를 제거할 수 있어 밸브 제어의 신뢰성을 더욱 향상한다.

Claims (6)

1. 운전자의 페달압력을 감지한 후 각 휠의 제동압력을 제어하기 위한 전자식 유압 브레이크 제어장치에 있어서,

   고압측 어큐뮬레이터와 각 휠 실린더를 연결하는 유압 회로;

   상기 유압 회로에 설치되어 상기 휠 실린더의 제동압력을 조절하기 위한 밸브; 및

   상기 어큐뮬레이터의 압력과 상기 휠 실린더의 압력차에 따른 상기 밸브의 제어 특성을 고려하여 상기 밸브의 개폐 동작을 제어하는 상기 밸브 제어기를 포함하되,

   상기 밸브의 제어 특성은 상기 압력차와 상기 밸브 구동신호의 듀티가 1차 함수의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 전자식 유압 브레이크 제어장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 밸브제어기는 상기 압력차가 클수록 상기 밸브 구동 신호의 듀티를 작게 설정하여 상기 밸브의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자식 유압 브레이크 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 밸브제어기는 피드 포워드 제어를 위한 제1감산기 및 피드 포워드 연산기; 피드백 제어를 위한 제2감산기 및 피드백 연산기; 그리고 피드 포워드 연산기에 의해 연산된 제어 게인과 피드 백 연산기에 의해 연산된 제어 게인를 더하여 최종적으로 밸브 제어에 적용하기 위한 제어 게인을 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 유압 브레이크 제어장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1감산기는 상기 압력차를 상기 피드포워드 연산기에 제공하고, 상기 피드포워드 연산기는 압력차에 상응하는 제어 게인을 상기 가산기에 출력하며,

   상기 제2감산기는 목표 압력과 휠 실린더의 압력의 압력차를 피드백 연산기에 제공하고, 상기 피드백 연산기는 상기 제2감산기로부터 입력받은 압력차를 에러 보정한 보정 제어 게인 상기 가산기에 출력하는 것을 특징으로 하는 전자식 유압 브레이크 제어장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 에러 보정은 다음 식(1)에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 전자식 유압 브레이크 제어장치.

   ed = (kp*e) + (Kd*e') + (ki*∫e) -- 식(1)

   여기서 kp, Kd, ki는 상수이고, e는 상기 제2감산기로부터 입력받은 압력차, e'는 e의 미분 값이며, ed는 에러 보정 게인이다.

Images