KR101159506B1 - 전동식 제동장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터를 이용하여 제동력을 발생시키는 전동식 제동장치의 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 운전자의 브레이크 페달 조작 등을 통해 운전자의 제동 의지가 감지되었을 때 모터를 이용하여 제동력을 발생시키는 전동식 제동장치에서 정차 중과 같이 비교적 적은 제동력만이 요구되는 상황에서 모터 전류를 제한하거나 차륜에 설치된 EMB를 교대로 또는 순차적으로 작동 중지시켜 모터에 휴지기를 줌으로써 모터에 인가되는 부하를 최대한으로 줄여 전기 에너지의 낭비를 방지하고, 모터의 수명을 연장하며 모터의 성능을 극대화할 수 있도록 한다.

Description

전동식 제동장치의 제어방법{CONTROL METHOD OF ELECTRO-MECHANICAL BRAKE}

본 발명은 모터를 이용하여 제동력을 발생시키는 전동식 제동장치의 제어방법에 관한 것이다.

차량의 제동장치(Brake System)는 주행하는 차량을 감속 또는 정지시킴과 동시에, 주차 상태를 유지하기 위한 장치이다.

이러한 제동장치는 통상적으로 운동 에너지를 마찰력을 이용해 열에너지로 바꾸어, 그것을 대기 속으로 방출시켜 제동력을 발생한다. 이는 차륜과 함께 회전하는 브레이크 디스크를 그 양쪽에서 브레이크 패드가 유압에 의하여 압착되면서 제동이 이루어진다.

그러나 기존의 유압식 제동장치는 제동 시 유압을 이용하여 브레이크 패드를 강하게 브레이크 디스크 쪽으로 밀어 주는 방식으로 구현됨에 따라, 페달 조작력을 배력하는 부스터를 통해 작동되어 유압을 발생하는 마스터 실린더와, 휠 실린더 쪽으로 이어지는 유압 라인은 물론, 이들을 제어하고 보조하는 각종 장치들로 복잡한 구성이 이루어질 수밖에 없고, 이러한 구성의 복잡함과 유압 사용에 따른 제동 성능의 신뢰성과 안정성 강화 등에 어느 정도 한계성이 있을 수밖에 없는 취약성이 존재한다.

이에 따라, 유압식 제동장치가 갖지 못하는 구성의 단순함을 구현하고, 제동 성능의 신뢰성을 강화시킬 수 있는 전동식 제동장치(Electro-Mechanical Brake; EMB)가 개발되고 있다.

이러한 전동식 제동장치는 운전자가 브레이크 페달을 조작하면, 브레이크 페달의 조작에 따른 운전자의 제동 의지를 감지하여 전자 제어 유닛(ECU)이 모터를 구동시킨다. 따라서 모터의 구동력이 모터에 결합된 감속기를 거쳐 축 방향으로 이동되면서 브레이크 패드로 브레이크 디스크를 가압해 제동력을 발생시킨다.

그러나, 유압 대신 모터로 구동되는 전동식 제동장치는 정차 중과 같이 비교적 작은 제동력만이 요구되는 상황에서도 운전자가 브레이크 페달을 놓지 않으면 모터를 구동시켜 필요 이상의 제동력을 발생시킨다. 이는 불필요한 전기 에너지의 낭비일뿐만 아니라 모터에 스트레스를 가하여 수명을 단축시킬 수 있으며, 모터의 온도 상승으로 인한 성능 열화로 실제 제동력이 필요한 경우에 모터의 성능 발휘에 지장을 주는 등의 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명은 정차 중과 같이 비교적 적은 제동력만이 요구되는 상황에서 모터에 인가되는 부하를 줄여 전기 에너지의 낭비를 방지하고, 모터의 수명을 연장하며 모터의 성능을 극대화할 수 있는 전동식 제동장치의 제어방법을 제시하고자 한다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치의 제어방법은, 모터를 이용하여 제동력을 발생시키는 전동식 제동장치의 제어방법에 있어서, 차륜 속도 센서와 종가속도 센서의 측정값을 이용하여 차량이 정차 중인가를 판단하는 단계; 차량이 정차 중인 경우, 브레이크 페달 센서를 통해 검출된 브레이크 페달 조작량이 기준치보다 작은가를 판단하는 단계; 브레이크 페달 조작량이 기준치보다 작은 경우, 종가속도 센서의 측정값을 이용하여 정차 중인 노면의 경사도가 기준치보다 작은가를 판단하는 단계; 노면 경사도가 기준치보다 작은 경우, 차량의 정차 시간이 일정시간을 경과하였는가를 판단하는 단계; 차량의 정차 시간이 일정시간을 경과한 경우, 모터의 부하를 줄이기 위한 모터 휴지 기능을 수행하는 단계를 포함한다.

모터 휴지 기능은, 4개의 차륜에 모터가 장착된 경우, 4개의 모터를 한 번에 1개씩 순차적으로 작동 중지시키거나, 한 번에 2개씩 교대로 작동 중지시켜 모터에 휴지기를 주는 것을 특징으로 한다.

모터 휴지 기능은, 2개의 차륜에 상기 모터가 장착된 경우, 2개의 모터를 한 번에 1개씩 순차적으로 작동 중지시켜 모터에 휴지기를 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치의 제어방법은, 모터 휴지 기능의 수행 중에 브레이크 페달을 해제한 경우, 모터 휴지 기능을 중지하고 정상 제어 모드로 복귀하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치의 제어방법은, 모터 휴지 기능의 수행 중에 브레이크 페달 조작량이 기준치 이상인 경우, 모터 휴지 기능을 중지하고 정상 제어 모드로 복귀하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치의 제어방법은, 모터 휴지 기능의 수행 중에 차량이 움직이기 시작한 경우, 모터 휴지 기능을 중지하고 정상 제어 모드로 복귀하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 운전자의 브레이크 페달 조작 등을 통해 제동 의지가 감지되었을 때 모터를 이용하여 제동력을 발생시키는 전동식 제동장치에서 정차 중과 같이 비교적 적은 제동력만이 요구되는 상황에서 모터에 인가되는 부하를 줄여 전기 에너지의 낭비를 방지하고, 모터의 수명을 연장하며 모터의 성능을 극대화할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치의 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치의 제어 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치에서 차량의 정차 제동 중 모터 부하를 줄이기 위한 모터 휴지 기능의 진입 제어방법을 나타낸 동작 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치에서 차량의 정차 제동 중 모터 부하를 줄이기 위한 모터 휴지 기능의 동작 제어방법을 나타낸 동작 순서도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치의 구성 블록도이다.

도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치(100)는 중앙 ECU(110), 센서부(120), EMB ECU(130) 및 EMB 액츄에이터(140)를 포함한다.

중앙 ECU(110)는 센서부(120)를 통해 입력된 운전자의 제동 의지 등의 각종 센싱 정보에 따라 EMB 제동을 위한 제어신호를 EMB ECU(130)에 전달한다.

EMB ECU(130)는 중앙 ECU(110)의 제어신호에 따라 EMB 제동을 한다. 이때, EMB ECU(130)의 수는 1개일 수 있고, 각 차륜(FR, FL, RR, RL)의 수만큼 구비할 수도 있다.

EMB 액츄에이터(140)는 모터, 디스크 및 브레이크 패드 등을 포함하며, EMB ECU(130)에 의해 차륜(FR, FL, RR, RL)을 각각 EMB 제동한다. 이때, EMB 액츄에이터(140)의 수는 1개일 수 있고, 각 차륜(FR, FL, RR, RL)의 수만큼 구비할 수도 있다.

또한, 중앙 ECU(110)는 운전자의 제동 의지, 차량의 주행상태, 모터 특성 등 차량의 상태를 제공받아 EMB 제동력을 결정한다. 특히 본 발명의 일 실시예에서는 차량이 정차 중과 같이 제동력이 크게 요구되지 않는 상황일 때에는 모터 전류를 제한하거나 4개 또는 2개의 차륜(FR, FL, RR, RL 중 적어도 2개 이상)에 설치된 EMB 액츄에이터(140)를 교대로 또는 순차적으로 작동 중지시켜 모터에 휴지기를 줌으로써 모터에 인가되는 부하를 줄인다. 이를 통해 불필요한 전기 에너지의 낭비를 방지하고 모터를 보호할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 차량의 정차 중 모터 전류를 제한하거나 모터를 교대로 또는 순차적으로 작동 중지시켜 모터에 휴지기를 주는 기능(모터 휴지 기능)에 진입하는 조건은 ①차량 정차 중이며 정차 시간이 일정시간 경과한 경우, ②운전자가 브레이크 페달을 지속적으로 밟고 있는 경우, ③운전자의 브레이크 페달 조작량이 "휴지 기능 진입 기준치"보다 작은 경우, ④노면 경사도가 기준치보다 작은 경우를 모두 만족할 때이다.

여기서, ①의 경우는, 차량이 정차 중이며 정차 시간이 일정시간 경과하면 필요 이상의 제동력이 요구되지 않으므로 모터에 휴지기를 주는 조건으로 판단한다. ②③의 경우는, 운전자가 브레이크 페달을 지속적으로 밟고 있는 상태에서 브레이크 페달 조작량이 기준치보다 작으면 강력한 제동력이 요구되지 않으므로 모터에 휴지기를 주는 조건으로 판단한다. ④의 경우는, 정차중인 노면의 경사도가 기준치보다 작으면 ①의 경우와 마찬가지로 필요 이상의 제동력이 요구되지 않으므로 모터에 휴지기를 주는 조건으로 판단한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치의 제어 블록도이다.

도 2에서, 중앙 ECU(110)는 센서부(120)로부터 전달되는 다양한 차량 상태 정보에 근거하여 EMB 액츄에이터(140)의 제어를 위한 정보를 EMB ECU(130)에 전달함으로써 EMB ECU(130)로 하여금 모터에 인가되는 부하를 줄이기 위한 모터 휴지 기능을 수행하도록 한다.

도 2에서 센서부(120)는, 브레이크 페달의 조작량 즉, 운전자의 요구 제동량을 검출하는 브레이크 페달 센서(121)와, 차륜(FR, FL, RR, RL)에 각각 설치되어 차륜(FR, FL, RR, RL)의 속도를 검출하는 차륜 속도 센서(122)와, 차량의 종방향 기울기나 쏠림 등을 검출하는 종가속도 센서(123) 등을 포함한다.

중앙 ECU(110)는 차륜 속도 센서(122)와 종가속도 센서(123)의 측정값을 이용하여 차량의 정차 여부를 판단한다. 판단 결과 차량이 정차 중이며 정차 시간이 일정시간 경과 후 운전자가 브레이크 페달을 지속적으로 밟고 있는 상태에서 브레이크 페달 센서(121)를 통해 검출된 운전자의 브레이크 페달 조작량이 미리 정해진 기준치보다 작은가를 판단한다. 판단 결과 브레이크 페달 조작량이 기준치보다 작으면 종가속도 센서(123)의 측정값을 이용하여 정차 중인 노면의 경사도를 판단한다. 판단 결과 노면 경사도가 미리 정해진 기준치보다 작으면 모터에 인가되는 부하를 줄이기 위한 모터 휴지 기능을 수행한다.

또한, 중앙 ECU(110)는 정차 시간을 측정하는 타이머(111)를 구비하여 타이머(111)에서 측정한 정차 시간이 일정시간을 경과하면 모터 휴지 기능을 수행하도록 EMB 액츄에이터(140)의 제어를 위한 정보를 EMB ECU(130)에 전달한다.

이하, 상기와 같이 구성된 전동식 제동장치의 제어방법의 동작 과정 및 작용 효과를 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치에서 차량의 정차 제동 중 모터 부하를 줄이기 위한 모터 휴지 기능의 진입 제어방법을 나타낸 동작 순서도이다.

도 3에서, 차량의 정차 시간을 측정하는 타이머(111)를 초기화하고(200), 차륜 속도 센서(122)와 종가속도 센서(123)의 측정값을 이용하여 차량이 정차 중인가를 판단한다(202).

단계 202의 판단 결과, 차량이 정차 중인 경우 타이머(111)에서 정차 시간을 측정하기 시작하고, 운전자가 브레이크 페달을 조작하였는가를 판단한다(204).

단계 204의 판단 결과, 운전자가 브레이크 페달을 조작한 경우 운전자가 브레이크 페달을 지속적으로 밟는 상태에서 브레이크 페달 센서(121)를 통해 검출된 운전자의 브레이크 페달 조작량이 미리 정해진 기준치보다 작은가를 판단한다(206).

단계 206의 판단 결과, 브레이크 페달 조작량이 기준치보다 작은 경우 종가속도 센서(123)의 측정값을 이용하여 정차 중인 노면의 경사도가 미리 정해진 기준치보다 작은가를 판단한다(208).

단계 208의 판단 결과, 노면 경사도가 기준치보다 작은 경우 타이머(111)에서 측정한 차량의 정차 시간이 일정시간을 경과하였는가를 판단하여(210), 차량의 정차 시간이 일정시간을 경과하지 않은 경우 차량의 정차 시간이 일정시간을 경과할 때까지 타이머(111)에서 차량의 정차 시간을 측정한다.

단계 210의 판단 결과, 차량의 정차 시간이 일정시간을 경과한 경우 EMB 액츄에이터(140)의 모터 전류를 제한하거나 모터를 교대로 또는 순차적으로 작동 중지시켜 모터에 인가되는 부하를 줄이는 모터 휴지 기능을 수행한다(212). 모터 휴지 기능의 구체적인 동작 방법은 도 4를 참조하여 이후에 설명하기로 한다.

이와 같이, 차량이 정차 중인 경우 운전자가 브레이크 페달을 지속적으로 밟고 있는 상태에서 브레이크 페달 조작량이 기준치보다 작고, 정차중인 노면의 경사도가 기준치보다 작은 경우에서 정차 시간이 일정시간을 경과하면 필요 이상의 제동력을 발생시키지 않기 위해 모터에 휴지기를 주는 모터 휴지 기능으로 진입한다.

모터 휴지 기능으로 진입한 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 해제하였는가를 판단하여(214), 운전자가 브레이크 페달을 해제한 경우 제동 상황이 해제되므로 모터 휴지 기능을 중지하고, 정상 제어 모드로 복귀한다(220).

단계 214의 판단 결과, 운전자가 브레이크 페달을 해제하지 않은 경우 브레이크 페달 조작량이 미리 정해진 기준치 이상인가를 판단하여(216), 브레이크 페달 조작량이 미리 정해진 기준치 이상인 경우 강력한 제동력을 요구하는 상황이므로 모터 휴지 기능을 중지하고, 정상 제어 모드로 복귀한다(220).

단계 216의 판단 결과, 브레이크 페달 조작량이 미리 정해진 기준치보다 작은 경우 차량이 움직이기(주행) 시작하였는가를 판단하여(218), 차량이 움직이지 않은 경우에는 단계 212로 피드백하여 이후의 동작을 진행한다.

단계 218의 판단 결과, 차량이 움직이기 시작한 경우 차량의 주행을 제어하기 위한 상황이므로 모터 휴지 기능을 중지하고, 정상 제어 모드로 복귀한다(220).

한편, 단계 202의 판단 결과 차량이 정차 중이 아닌 경우와, 단계 204의 판단 결과 운전자가 브레이크 페달을 조작하지 않은 경우와, 단계 206의 판단 결과 브레이크 페달 조작량이 기준치 이상인 경우와, 단계 208의 판단 결과 노면 경사도가 기준치 이상인 경우에도 모터 휴지 기능으로 진입하지 않고, 정상 제어 모드로 복귀한다(220).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전동식 제동장치에서 차량의 정차 제동 중 모터 부하를 줄이기 위한 모터 휴지 기능의 동작 제어방법을 나타낸 동작 순서도이다.

도 4에서, 차량에 설치된 4개의 차륜(FR, FL, RR, RL)에 EMB가 장착되었는가를 판단하여(300), 4개의 차륜(FR, FL, RR, RL)에 EMB가 장착되지 않은 경우에는 2개의 차륜에 EMB가 장착된 상태이므로 2개의 차륜에 설치된 2개의 EMB 액츄에이터(140)를 일정시간 주기로 한 번에 1개씩 순차적으로 작동 중지(오프)시켜 모터에 휴지기를 주는 모터 휴지 기능을 수행한다(302).

단계 300의 판단 결과, 4개의 차륜(FR, FL, RR, RL)에 EMB가 장착된 경우 2개의 차륜을 교대로 작동 중지시키는 2륜 휴지 모드인가를 판단하여(304), 2륜 휴지 모드가 아닌 경우에는 4개의 차륜(FR, FL, RR, RL)에 설치된 4개의 EMB 액츄에이터(140)를 일정시간 주기로 한 번에 1개씩 순차적으로 작동 중지(오프)시켜 모터에 휴지기를 주는 모터 휴지 기능을 수행한다(306).

단계 304의 판단 결과, 2륜 휴지 모드인 경우 전륜(FR, FL)과 후륜(RR, RL)을 교대로 작동 중지시키는 전륜/후륜 교대 모드인가를 판단하여(308), 전륜/후륜 교대 모드인 경우에는 전륜(FR, FL)과 후륜(RR, RL)에 설치된 EMB 액츄에이터(140)를 일정시간 주기로 한 번에 2개씩 순차적으로 작동 중지(오프)시켜 모터에 휴지기를 주는 모터 휴지 기능을 수행한다(310).

단계 308의 판단 결과, 전륜/후륜 교대 모드가 아닌 경우에는 좌측 전륜(FL) 및 우측 후륜(RR)과, 우측 전륜(FR) 및 좌측 후륜(RL)에 설치된 EMB 액츄에이터(140)를 일정시간 주기로 한 번에 2개씩 순차적으로 작동 중지(오프)시켜 모터에 휴지기를 주는 모터 휴지 기능을 수행한다(312).

이때, 모터 온 및 오프 시 소음 발생이나 운전자가 이질감을 느끼지 않도록 모터를 저속으로 작동한다.

이와 같이, 차륜(FR, FL, RR, RL)에 설치된 EMB 액츄에이터(140)의 모터를 교대로 또는 순차적으로 작동 중지(오프)시키는 방법으로 모터 휴지 기능을 수행할 수 있으나, 이외에도 모터 전류를 제한하는 방법을 이용하여 모터 휴지 기능을 수행할 수 있다.

모터 전류를 제한하는 방법은, 모터 휴지 기능의 진입 조건이 만족되면 모터의 전류를 운전자 요구와 무관하게 낮은 값으로 유지되도록 한다. Self-locking 구조를 가진 전동식 제동장치(100)의 경우에는 전류 차단까지 가능하나, 그렇지 않은 경우에는 브레이크 패드와 브레이크 디스크 간의 반발력을 이길 수 있는 정도이 모터 출력이 유지되는 선까지 모터 전류를 낮춤으로써 모터에 인가되는 부하를 줄일 수 있다.

100 : 전동식 제동장치 110 : 중앙 ECU
120 : 센서부 121 : 브레이크 페달 센서
122 : 차륜 속도 센서 123 : 종가속도 센서
130 : EMB ECU 140 : EMB 액츄에이터

Claims (6)

1. 모터를 이용하여 제동력을 발생시키는 전동식 제동장치의 제어방법에 있어서,
   차륜 속도 센서와 종가속도 센서의 측정값을 이용하여 차량이 정차 중인가를 판단하는 단계;
   상기 차량이 정차 중인 경우, 브레이크 페달 센서를 통해 검출된 브레이크 페달 조작량이 기준치보다 작은가를 판단하는 단계;
   상기 브레이크 페달 조작량이 기준치보다 작은 경우, 상기 종가속도 센서의 측정값을 이용하여 상기 정차 중인 노면의 경사도가 기준치보다 작은가를 판단하는 단계;
   상기 노면 경사도가 기준치보다 작은 경우, 상기 차량의 정차 시간이 일정시간을 경과하였는가를 판단하는 단계;
   상기 차량의 정차 시간이 일정시간을 경과한 경우, 상기 모터의 부하를 줄이기 위한 모터 휴지 기능을 수행하는 단계를 포함하는 전동식 제동장치의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모터 휴지 기능은,
   4개의 차륜에 상기 모터가 장착된 경우, 상기 4개의 모터를 한 번에 1개씩 순차적으로 작동 중지시키거나, 한 번에 2개씩 교대로 작동 중지시켜 상기 모터에 휴지기를 주는 전동식 제동장치의 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 모터 휴지 기능은,
   2개의 차륜에 상기 모터가 장착된 경우, 상기 2개의 모터를 한 번에 1개씩 순차적으로 작동 중지시켜 상기 모터에 휴지기를 주는 전동식 제동장치의 제어방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 모터 휴지 기능의 수행 중에 상기 브레이크 페달을 해제한 경우, 상기 모터 휴지 기능을 중지하고 정상 제어 모드로 복귀하는 전동식 제동장치의 제어방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 모터 휴지 기능의 수행 중에 상기 브레이크 페달 조작량이 기준치 이상인 경우, 상기 모터 휴지 기능을 중지하고 정상 제어 모드로 복귀하는 전동식 제동장치의 제어방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 모터 휴지 기능의 수행 중에 상기 차량이 움직이기 시작한 경우, 상기 모터 휴지 기능을 중지하고 정상 제어 모드로 복귀하는 전동식 제동장치의 제어방법.

Images