KR101315779B1 - 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법 - Google Patents

전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자식 주차 브레이크의 작동 중에 주차케이블에 작용하는 제동력을 측정하고, 전자식 주차 브레이크에 인가되는 전기에너지에 의해 발생할 수 있는 추정 제동력을 검출하고, 측정된 제동력과 추정 제동력을 비교하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 검출하되, 추정 제동력은 온도를 추정하여 검출하는 것인 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법으로 다양한 온도조건에서도 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 효과적으로 검출할 수 있다.

Description

전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법{FAULT DETECTING METHOD OF ELECTRONIC PARKING BRAKE SYSTEM}
본 발명은 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자식 주차 브레이크(Electronic Parking Brake : EPB) 시스템이란 주차 브레이크의 작동을 전자적으로 제어하는 시스템으로, 수동식 주차 브레이크 시스템을 그대로 유지하면서 모터가 장착된 별도의 엑츄에이터를 구동시켜 주차 브레이크와 연결된 케이블을 당겨주는 케이블 풀러 방식(Cable Puller System)을 사용하여 운전자가 수동으로 주차 브레이크를 작동시키지 않더라도 간단한 스위치 조작을 통해 자동으로 주차 브레이크를 작동(Apply) 또는 해제(Release)시키는 시스템을 말한다.
이러한 전자식 주차 브레이크 시스템에 충분한 제동력을 공급하기 위해서는 제동력(Force)을 측정하여 제동력 제어에 사용하는 제동력 감지센서(Force Sensor)의 역할이 중요하다.
제동력 감지센서에 고장이 발생하면, 충분한 제동력이 공급되지 않아서 차량의 안전에 심각한 위험을 야기할 수 있으므로 제동력 감지센서의 고장을 검출하기 위한 방법들이 개발되었다.
그러나, 종래의 방법들은 온도변화에 대한 제동력 감지센서의 오차를 감안하지 않고, 상온의 온도조건만을 고려하여 검출하는 방식이기 때문에 저온이나 고온의 조건에서는 제동력 감지센서의 고장을 제대로 검출할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 다양한 온도조건에서도 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 효과적으로 검출하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 동작 안정성을 확보할 수 있는 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전자식 주차 브레이크의 작동 중에 주차케이블에 작용하는 제동력을 측정하고, 전자식 주차 브레이크에 인가되는 전기에너지에 의해 발생할 수 있는 추정 제동력을 검출하고, 측정된 제동력과 추정 제동력을 비교하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 검출하되, 추정 제동력은 온도를 추정하여 검출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 온도를 추정하는 것은 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 흐르는 전류 값을 검출하고, 전류 값을 합산하여 전류 값의 합을 산출하고, 전류 값의 합과 미리 정해진 온도별 전류 값의 합에 대한 룩 업 테이블을 이용하여 온도를 추정하는 것이다.
또한, 추정 제동력을 검출하는 것은 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 걸리는 전압에 대한 정보 및 모터에 흐르는 전류에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보들과 추정된 온도를 이용하여 추정 제동력을 검출하는 것이다.
그리고, 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 검출하는 것은 측정된 제동력과 추정 제동력을 비교하여 두 제동력의 차이가 미리 정해진 기준 값 이상이면, 전자식 주차 브레이크 시스템에 고장이 발생한 것으로 판단한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법에 따르면, 다양한 온도조건에서도 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 효과적으로 검출할 수 있으므로 전자식 주차 브레이크 시스템의 동작 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
즉, 온도변화에 따라 제동력 감지센서의 출력이 달라지는 현상을 고려하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 검출하기 때문에 저온 또는 고온의 조건에서도 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 정확하게 검출할 수 있게 된다.
이로 인해, 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 주차케이블에 작용하는 제동력과 추정 제동력이 일정 수준 이상으로 차이가 나면, 전자식 주차 브레이크 시스템에 고장이 발생한 것으로 판단하여 운전자에게 경고함으로써 사고의 발생을 사전에 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 전자식 주차 브레이크 시스템은 전자식 주차 브레이크의 작동 또는 해제를 위해 구동하는 모터(1)와, 모터(1)에 연결된 다단의 기어(2)와, 다단의 기어(2)에 기계적으로 링크된 기어휠(3)과, 기어휠(3)의 내주면에 일체로 고정되어 있는 중공 형태의 스크류 너트(4)와, 스크류 너트(4)의 내주면에 기어 결합되어 기어휠(3)의 회전에 따라 축 방향으로 이동하는 스핀들(5)과, 기어휠(3)을 중심으로 스핀들(5)의 아웃렛 방향(주차케이블의 작동 방향)에 연결된 주차케이블(6)과, 주차케이블(6)이 연결된 스핀들(5)의 외주면에 고정되어 브레이크 작동 시 잡아 당겨질 때 스핀들(5)이 과도하게 잡아당겨서 회전하는 것을 방지하는 스토퍼부재(7)를 포함한다.
또한, 기어휠(3)과 스토퍼부재(7) 사이에는 모터(1)의 구동으로 기어휠(3) 및 스크류 너트(4)의 회전에 의해 주차케이블(6)을 당기거나 이완시켜 주는 힘을 조절하는 제1 및 제2 스프링(8,9)을 더 설치한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자식 주차 브레이크 시스템은 스위치(12), 전압센서(14), 전류센서(16), 제동력 감지센서(18), 제어부(20), 저장부(30) 및 표시부(40)를 포함하여 구성된다.
스위치(12)는 전자식 주차 브레이크의 작동 또는 해제를 위해 운전자가 조작 한다.
전압센서(14)는 전자식 주차 브레이크를 구동시키는 배터리의 양단에 걸리는 전압을 측정한다.
전류센서(16)는 전자식 주차 브레이크의 작동 또는 해제를 위해 구동하는 모터(1)에 흐르는 전류 값을 측정한다. 또한, 전류센서(16)는 전자식 주차 브레이크 시스템의 온도를 추정하기 위해 모터(1)에 흐르는 전류 값을 측정할 수 있다.
제동력 감지센서(18)는 스핀들(5)에 의해 주차케이블(6)에 작용하는 제동력을 측정한다. 여기서, 제동력이란 기어휠(3)과 스토퍼부재(7) 사이에 모터(1)의 구동으로 기어휠(3) 및 스크류 너트(4)의 회전에 의해 주차케이블(6)이 당겨지거나 이완되는 힘을 의미한다.
제어부(20)는 전자식 주차 브레이크 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 마이컴으로, 스위치(11)의 조작을 통해 전자식 주차 브레이크를 작동시키기 위한 작동신호를 모터(1)에 전송하여 전자식 주차 브레이크가 작동되도록 제어하며, 전자식 주차 브레이크를 해제시키기 위한 해제신호를 모터(1)에 전송하여 전자식 주차 브레이크가 해제되도록 제어한다.
또한, 제어부(20)는 전류센서(16)에서 측정한 전류 값을 이용하여 온도를 추정한다.
보다 구체적으로 설명하면, 전자식 주차 브레이크 시스템에는 온도센서가 장착되지 않아 온도를 측정할 수 없으므로 제어부(20)는 옴의 법칙(Ohm's Law)인 V=IR(전압=전류×저항)를 이용하여 온도를 추정한다. 이와 같이, 옴의 법칙을 이용 하여 온도를 추정하는 이유는 저온에서는 모터(1)의 저항 및 각 부품들의 저항이 작아져서 많은 전류가 흐르고, 반대로 고온에서는 모터(1)의 저항 및 각 부품들의 저항이 커져서 적은 전류가 흐르는 현상이 발생하기 때문이다.
따라서, 제어부(20)는 전류센서(16)에서 측정된 전류 값을 합산하여 전류 값의 합을 산출하고, 저장부(30)에 미리 저장된 온도별 전류 값의 합(모터(1)에 흐르는 전류 값의 합)에 대한 룩 업 테이블(Look Up Table)을 이용하여 온도를 추정한다.
그리고, 제어부(20)는 스위치(12)로부터 전자식 주차 브레이크를 작동시키기 위한 작동신호가 입력되면, 전압센서(14)로부터 전송되는 배터리 양단의 전압정보 및 전류센서(16)로부터 전송되는 모터(1)의 전류정보를 수신하고, 추정된 온도정보를 이용하여 추정 제동력을 검출한다.
이하, 제어부(20)가 추정 제동력을 검출하는 과정에 대하여 보다 상세하게 살펴본다.
전자식 주차 브레이크 시스템에 인가되는 전기에너지(=전력량)는 모터(1), 기어휠(3), 스크류 너트(4)등을 통해 주차 케이블(6)에 장력을 발생시킴으로써 탄성 에너지로 변화된다. 이를 식으로 정리하여 추정 제동력(F)을 계산하면,
E = (1/2)*K*X2----------------------------------------------------①
W = V*I*T---------------------------------------------------------②
F = K*X-----------------------------------------------------------③
위의 식에서, ①식의 분자, 분모에 K를 곱하면,
E = (1/2)*K*X2 = (K2*X2)/2K ---------------------------------------④
④식에서 전기에너지(=전력량)가 모두 탄성 에너지로 변화된다고 가정하면,
E = (1/2)*K*X2 = (K2*X2)/(2K) = W---------------------------------⑤
⑤식에 ③식을 대입하면,
E = (1/2)*K*X2 = (K2*X2)/2K = F2/(2K) = W--------------------------⑥
F에 관해 정리하면,
Figure 112009016339364-pat00001
--------------------------------------------------⑦
상기 ⑦식에서 전기에너지가 탄성 에너지 외에 마찰에 의한 열에너지 등으로 변화되는 것까지 고려하여 상수를 대입하면,
Figure 112009016339364-pat00002
--------------------------------------------------------⑧
E : 탄성 에너지 W : 전력량, 전체 전기에너지
K : 탄성계수 X : 늘어난 길이
V : 전압 I : 전류
T : 작동시간 F : 탄성력 = 추정 제동력
α : 임의의 계수(
Figure 112009016339364-pat00003
포함)
상술한 α는 열이나 마찰에 의한 오차 등을 고려한 값으로 실험으로 결정될 수 있는 값이며 제작자에 의해, 가장 오차가 적은 값으로 정해질 수 있다.
상기 ⑧식에서 제어부(20)에서 추정한 온도를 이용하여 온도계수(γ)를 추가하면,
Figure 112009016339364-pat00004
--------------------------------------------------⑨
온도변화에 강인한 제동력을 추정할 수 있게 된다.
더욱 자세히 설명하면, 모터(1)의 구동으로 동작하는 기어휠(3) 및 스크류 너트(4)를 통해 주차케이블(6)에 장력을 발생시킬 때의 전기에너지(W)가 탄성 에너지(E) 외에 마찰에 의한 열에너지로 변화될 때의 온도를 추정할 때에, 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터(1)에 흐르는 전류 값을 검출하고, 검출된 전류 값을 미리 정해진 온도별 전류 값에 대한 룩 업 테이블을 기초로 하여 전기에너지(W)가 탄성 에너지(E) 외에 마찰에 의한 열에너지로 변화될 때의 온도를 추정할 수가 있게 된다.
이때, 추정된 온도에 해당하는 추정 온도 계수(γ)를 전기에너지(W)에 곱하여 온도의 변화에 따른 추정 제동력(F)을 검출하게 된다.
일예로, 모터(1)의 구동으로 동작하는 기어휠(3) 및 스크류 너트(4)를 통해 주차케이블(6)에 장력을 발생시킬 때의 전기에너지(W)가 탄성 에너지(E) 외에 마찰에 의한 열에너지로 변화될 때의 온도를 추정할 때에, 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터(1)에 흐르는 전류 값을 검출하고, 검출된 전류 값을 합산하여 전류 값의 합을 산출하고, 전류 값의 합과 미리 정해진 온도별 전류 값의 합에 대한 룩 업 테이블을 이용하여 온도를 추정할 수가 있다.
이때, 추정된 온도에 해당하는 추정 온도 계수(γ)를 수신된 모터(1)에 걸리는 전압에 대한 정보 및 모터(1)에 흐르는 전류에 대한 정보를 통해 계산되는 전기에너지(W)에 곱하여 온도의 변화에 따른 추정 제동력(F)을 검출할 수가 있다.
즉, 상술한 과정으로 구한 F의 값이 본 발명에서 언급하는 추정 제동력이다.
한편, 제어부(20)는 위에서 구한 추정 제동력과, 제동력 감지센서(18)에 의해 실제 측정된 제동력과 비교하여 그 차이가 일정 수준 즉, 미리 설정된 기준 값 이상이면 전자식 주차 브레이크 시스템이 고장이라고 판단하고, 표시부(40)를 통해 운전자에게 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 안내한다.
이는 시스템이 정확하게 동작한다면 추정 제동력과 실제로 측정된 제동력 사이에 오차가 작을 것이기 때문이다. 여기서 기준 값은 제동력 감지센서(18)의 오차와 Control Dead Zone, 엑츄에이터의 오차 등을 감안한 결과이며, 설계자가 실험에 의해 가장 적합한 값을 구할 수 있다. 또한, 설계자의 경험에 근거하여 추정 제동력과 실제 측정된 제동력 사이에 일정 수준 이상의 차이가 나면, 주차 브레이크 시스템에 현격한 오류가 있다고 판단되는 값을 기준 값으로 정할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제어부(20)는 추정 제동력과 실제로 측정된 제동력의 차이로 인한 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 여부를 검출하기 위해 Adaptive Threshold 방식을 사용한다.
상술하면, 저온영역으로 갈수록 소모되는 전기 에너지의 표준 편차가 커지 고, 고온영역에서는 추정 제동력의 정밀도가 높아지고, 저온 영역에서는 추정 제동력의 정밀도가 낮아지므로 정밀도가 높은 온도영역에서는 낮은 기준 값(Threshold Value)을 사용하고, 정밀도가 낮은 온도영역에서는 높은 기준 값을 사용하여 온도변화에 강인한 고장 검출 방식을 사용하게 되는 것이다.
저장부(30)는 온도별 전류 값의 합에 대한 룩 업 테이블을 저장하며, 이러한 저장부(30)는 디램(Dynamic Random Access Memory: DRAM), 에스디램(Synchronous DRAM: SDRAM), 알디램(Rambus DRAM: RDRAM), 디디알램(Double date rate DRAM: DDRAM), 에스램(Static Random Access Memory: SRAM)과 같은 저장매체로 구성된다.
표시부(40)는 운전자에게 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 여부를 안내하며, 제어부(20)에서 전자식 주차 브레이크 시스템에 고장이 발생한 것으로 판단하면, 부저를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 청각적으로 알리거나 LED를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 시각적으로 알린다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 3에서, 차량에 시동이 걸리면, 제어부(20)는 스위치(11)로부터 전자식 주차 브레이크의 작동신호가 입력되는지 확인한다(300).
제어부(20)는 스위치(12)로부터 전자식 주차 브레이크의 작동신호가 입력되면(300단계의 '예'), 전압센서(14)로부터 배터리 양단의 전압에 대한 정보, 전류센서(16)로부터 모터(1)에 흐르는 전류에 대한 정보를 전송받는다(310).
그리고, 제어부(20)는 전류센서(16)에서 전송된 전류에 대한 정보와 저장 부(30)에 미리 저장된 온도별 전류 값의 합에 대한 룩 업 테이블을 이용하여 온도를 추정한다(320).
다음으로, 제어부(20)는 전송된 전압에 대한 정보 및 전류에 대한 정보와 추정된 온도에 대한 정보에 근거하여 추정 제동력을 검출한다(330).
이후, 제어부(20)는 제동력 감지센서(18)를 이용하여 실제 주차케이블(6)에 인가되는 제동력을 측정(340)하고, 실제 검출된 제동력과 추정 제동력을 비교한다(350).
만약, 실제 측정된 제동력과 추정 제동력의 차이가 일정 수준 즉, 미리 설정된 기준 값 이상이면(350단계의 '예'), 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장으로 판단하여 표시부(40)를 통해 운전자에게 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 안내한다(360).
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 과정을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
＊도면의 주요부분에 대한 부호 설명＊
12...스위치 14...전압센서
16...전류센서 18...제동력 감지센서
20...제어부 30...저장부
40...표시부

Claims (4)

  1. 전자식 주차 브레이크 시스템의 작동 중에 주차케이블에 작용하는 제동력을 측정하고,
    상기 주차케이블에 장력을 발생시킬 때의 전기에너지가 탄성 에너지 외에 마찰에 의한 열에너지로 변화될 때의 온도를 추정할 때에, 상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 흐르는 전류 값을 검출하고, 검출된 전류 값을 미리 정해진 온도별 전류 값에 대한 룩 업 테이블을 기초로 하여 상기 전기에너지가 탄성 에너지 외에 마찰에 의한 열에너지로 변화될 때의 온도를 추정하며,
    상기 추정된 온도에 해당하는 추정 온도 계수를 상기 전기에너지에 곱하여 상기 온도의 변화에 따른 추정 제동력을 검출하고,
    상기 측정된 제동력과 상기 추정 제동력을 비교하여 두 제동력의 차이가 미리 정해진 기준 값 이상이면, 상기 전자식 주차 브레이크 시스템에 고장이 발생한 것으로 판단하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도를 추정하는 것은,
    상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 흐르는 전류 값을 검출하고,
    상기 전류 값을 합산하여 상기 전류 값의 합을 산출하고,
    상기 전류 값의 합과 미리 정해진 온도별 전류 값의 합에 대한 룩 업 테이블을 이용하여 상기 온도를 추정하는 것인 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 추정 제동력을 검출하는 것은,
    상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 걸리는 전압에 대한 정보 및 상기 모터에 흐르는 전류에 대한 정보를 수신하고,
    상기 추정된 온도에 해당하는 추정 온도 계수를 상기 수신된 모터에 걸리는 전압에 대한 정보 및 모터에 흐르는 전류에 대한 정보를 통해 계산되는 상기 전기에너지에 곱하여 상기 온도의 변화에 따른 상기 추정 제동력을 검출하는 것인 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법.
  4. 삭제
KR1020090023033A 2009-03-18 2009-03-18 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장 검출 방법 KR101315779B1 (ko)

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