KR101315782B1 - 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법 - Google Patents

전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 흐르는 전류의 리플 개수를 검출하고, 검출된 모터 전류의 리플 개수를 이용하여 모터의 회전수를 추정하고, 추정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 제어하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법으로 별도의 측정 장치를 사용하지 않고도 모터에 흐르는 전류의 리플 개수를 이용하여 모터의 회전수를 추정함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 효율적으로 제어할 수 있다.

Description

전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법{FORCE CONTROL METHOD OF ELECTRONIC PARKING BRAKE SYSTEM}
본 발명은 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 제어하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자식 주차 브레이크 시스템은 수동식 전자식 주차 브레이크 시스템을 그대로 유지하면서 모터가 장착된 별도의 엑츄에이터를 구동시켜 전자식 주차 브레이크와 연결된 주차케이블을 당겨주는 케이블 풀러 방식(Cable Puller Method)을 사용하여 운전자가 수동으로 전자식 주차 브레이크를 작동시키지 않더라도 간단한 스위치 조작을 통해 자동으로 전자식 주차 브레이크를 작동(Apply) 또는 해제(Release)시키는 시스템을 말한다.
이러한 전자식 주차 브레이크 시스템은 주차케이블을 당기거나 이완시키는 동작을 통해 제동 시에는 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이의 간격을 줄이고, 해제 시에는 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이의 간격을 일정하게 유지시킴으로써 제동력을 조절한다.
한편, 종래에는 제동력을 적절히 조절하기 위하여 홀 센서(Hall Sensor) 및 엔코더(Encoder) 등과 같은 측정 장치를 이용하여 모터의 회전량을 검출한 후, 검출된 모터의 회전량을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 상태를 파악하고, 그 상태에 맞는 제동력을 발생시켜 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어하였다.
그러나, 이러한 방식은 홀 센서 및 엔코더 등과 같은 측정 장치를 이용해야 하므로 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성이 복잡해지고 비용이 많이 드는 문제점이 있었다.
또한, 측정 장치를 이용하여 모터의 회전량과 제동력을 검출할 경우, 모터의 파라미터 정보가 필요하기 때문에 모터의 파라미터 변화에 많은 영향을 받게 된다. 따라서, 전자식 주차 브레이크 시스템의 오랜 사용으로 구성요소들의 특성이 변할 경우, 모터의 파라미터에 많은 변화가 발생하여 모터의 회전량을 검출하는 데 있어서 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 별도의 측정 장치를 사용하지 않고도 모터에 흐르는 전류의 리플 개수로 모터의 회전수를 추정하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 제어할 수 있는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전자식 주차 브레이크 시스템 의 모터에 흐르는 전류의 리플 개수를 검출하고, 검출된 모터 전류의 리플 개수를 이용하여 모터의 회전수를 추정하고, 추정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 제어한다.
이때, 모터의 회전수는 아래의 [식 1]에 의하여 추정된다.
[식 1]
Rev = N × 1/NT
여기서, Rev는 추정되는 모터의 회전수, N은 모터의 전류 리플 개수, NT는 모터 회전자의 슬롯 수이다.
또한, 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 흐르는 전류의 리플 개수를 검출하기 전에 상기 모터의 전류를 측정하고, 측정된 모터의 전류를 필터링하고, 필터링된 모터의 전류 크기를 증폭시키고, 증폭된 모터의 전류 파형을 구형파 형태로 변환시키는 것을 더 포함한다.
그리고, 홀 센서 또는 엔코더를 이용하여 모터의 회전수를 검출하고, 검출된 모터의 회전수와 추정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 판단하는 것을 더 포함한다.
여기서, 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 판단하는 것은 검출된 모터의 회전수와 추정된 모터의 회전수를 비교하여 두 차이가 미리 정해진 기준 값 이상이면, 전자식 주차 브레이크 시스템에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법에 따르면, 별도의 측정 장치를 사용하지 않고도 모터에 흐르는 전류의 리플 개수를 이용하여 모터의 회전수를 추정함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 효율적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 별도의 측정 장치를 사용하지 않기 때문에 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성을 단순화시킬 수 있으며, 이로 인한 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 전자식 주차 브레이크 시스템의 특성 변화에 영향을 받지 않으면서 모터의 회전수를 추정할 수 있기 때문에 특성 변화에 따른 오차의 발생을 줄일 수 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), 전류센서(14), 제어부(20), 저장부(30) 및 표시부(40)를 포함하여 구성된다.
스위치(12)는 전자식 주차 브레이크의 작동 또는 해제를 위해 운전자가 조작한다.
전류센서(14)는 전자식 주차 브레이크의 작동 또는 해제를 위해 구동하는 모터(1)에 흐르는 전류를 측정한다. 또한, 전류센서(14)는 모터(1)의 회전수를 추정하기 위해 모터(1)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
제어부(20)는 전자식 주차 브레이크 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 마이컴으로, 필터(22), 증폭기(24), 변환기(26) 및 제어기(28)를 포함하여 구성된다.
필터(22)는 전류센서(14)에서 측정된 모터(1)의 전류를 필터링하여 모터(1) 전류에 존재하는 DC 성분과 잡음 성분을 제거한다.
증폭기(24)는 DC 성분과 잡음 성분이 제거된 모터(1)의 전류 크기를 증폭시킨다. 즉, 증폭기(24)는 모터(1)에 흐르는 전류의 리플 크기를 증폭시킨다.
변환기(26)는 디지털 펄스 변환기로서, 사인파 형태의 모터 전류의 리플 파형을 구형파 형태의 모터 전류의 리플 파형으로 변환시킨다.
제어기(28)는 변환기(26)에서 변환된 구형파 형태의 모터 전류의 리플 파형에서 모터 전류의 리플 개수를 검출하고, 검출된 모터 전류의 리플 개수와 저장부(30)에 미리 저장된 모터 회전자의 슬롯 수를 이용하여 모터의 회전수를 추정한다.
보다 구체적으로 설명하면, 제어기(28)는 아래의 [식 1]에 의하여 모터의 회전수를 추정한다.
[식 1]
Rev = N × 1/NT
여기서, Rev는 추정되는 모터의 회전수, N은 모터 전류의 리플 개수, NT는 모터 회전자의 슬롯 수이다.
이하에서는 모터 회전자의 슬롯 수와 모터 전류의 리플 개수를 이용하여 모터의 회전수를 추정할 수 있는 이유를 상세히 설명하도록 한다.
도 3a는 모터 회전자의 슬롯 구조를 나타내는 도면이고, 도 3b는 모터의 위치에 따른 투자율을 나타내는 도면이다.
모터의 회전자는 도 3a에서와 같은 슬롯 구조를 가지며, 이러한 구조는 도 3b와 같이 회전 시 자속의 주기적인 변화를 일으킨다. 즉, 슬롯 부분에는 자속이 존재하지만 슬롯과 슬롯 사이의 공간에서는 투자율이 0이기 때문에 이로 인한 코깅 토크가 발생하고, 이러한 코깅 토크는 회전자의 슬롯 수와 부하, 모터의 속도 차이에 따라 달라지게 된다.
도 4a는 모터에 흐르는 전류의 파형이고, 도 4b는 도 4a의 A부분을 확대한 도면으로 모터에 흐르는 전류의 리플 파형을 나타낸다.
모터(1)에 흐르는 유도 전류는 도 4a와 같은 특성을 가지며, 그 중 A부분을 확대하면, 회전자의 자속 투과율이 변화됨에 따라 도 4b와 같이, 사인파의 형태를 갖는 전류 리플이 발생함을 확인할 수 있다.
이때, 모터의 1회전마다 발생하는 모터 전류의 리플 개수는 모터 회전자의 슬롯 수와 동일하므로 모터 전류의 리플 개수를 모터 회전자의 슬롯 수로 나누어주면 모터의 회전수를 추정할 수 있게 된다.
그리고, 모터 전류의 리플 개수를 이용하여 모터의 회전수를 추정할 경우, 추정되는 모터의 회전수는 모터 회전자의 슬롯 수에만 영향을 받게 되므로 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성요소에 대한 정보와 특성 변화에 영향을 받지 않으면서 모터의 회전수를 추정할 수 있게 된다.
이처럼, 제어기(28)는 추정된 모터의 회전수를 이용하여 주차케이블(6)이 당겨지거나 밀려진 길이를 확인할 수 있으며, 이를 통해 제동 또는 해제 시 브레이크 디스크와 브레이크 패드 사이의 거리를 제어하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 제어할 수 있게 한다. 또한, 제어기(28)는 주차케이블(6)의 변위 대비 제동력 관계를 통해 목표 제동력에 도달하기 위한 힘 제어를 할 수 있게 한다.
한편, 엔코더의 극 수가 모터 회전자의 슬롯 수보다 적을 경우, 모터 전류의 리플 개수를 검출함으로써 모터의 회전각 정보의 정확도를 높일 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 모터의 위치에 따른 전류, 전압 및 엔코더의 출력을 각각 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 엔코더의 극 수가 1개이고, 모터 회전자의 슬롯 수가 10개일 때의 예이다. 도 5a는 모터의 전류에서 DC 성분과 잡음 성분이 제거된 후의 파형이고, 도 5b는 증폭기(24) 및 변환기(26)를 거친 후의 파형이다. 도 5c는 엔코더의 극 수가 1개인 경우, 모터가 한 바퀴 회전한 후의 파형이다. 모터가 한 바퀴 회전하는 동안 모터 전류의 리플 개수가 엔코더에서 출력되는 펄스의 개수보다 많기 때문에 보다 정밀하게 모터의 회전각 정보를 얻을 수 있게 되는 것이다.
한편, 제어기(28)는 위에서 추정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 검출할 수 있다.
즉, 종래의 전자식 주차 브레이크 시스템은 홀 센서 및 엔코더 등과 같은 부가적인 측정 장치를 통하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 상태를 파악하고 제동력을 제어하기 때문에 홀 센서 및 엔코더에 고장이 발생할 경우, 사고가 발생할 수 있었다. 그래서, 이러한 사고를 사전에 방지하기 위해 아래와 같은 방법으로 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 검출한다.
제어기(28)는 홀 센서에서 검출된 모터의 회전수, 엔코더에서 검출된 모터의 회전수와 모터의 추정 회전수 중 적어도 두 개를 비교하여 그 차이가 일정 수준 즉, 미리 설정된 기준 값 이상이면 고장이라고 판단하고, 표시부(40)를 통해 운전자에게 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 안내한다.
이는 시스템이 정확하게 동작한다면 적어도 두 개의 모터 회전수 사이에 발생하는 오차가 작을 것이기 때문이다. 여기서 기준 값은 설계자가 실험에 의해 가장 적합한 값을 구할 수 있다. 또한, 설계자의 경험에 근거하여 적어도 두 개의 모터 회전수 사이에 일정 수준 이상의 차이가 나면, 주차 브레이크 시스템에 현격한 오류가 있다고 판단되는 값을 기준 값으로 정할 수도 있다.
저장부(30)는 모터 회전자의 슬롯 수 및 기준 값을 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 제동력 제어과정에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어과정을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
도 6에서, 전류센서(14)는 모터(1)에 흐르는 전류를 측정한다(600).
다음으로, 필터(22)는 전류센서(14)에서 측정된 모터(1)의 전류를 필터링(610)하여 전류에 있는 DC 성분과 잡음 성분을 제거하고, 증폭기(24)는 DC 성분 과 잡음 성분이 제거된 모터(1)의 전류 크기를 증폭시킨다(620).
그리고, 변환기(26)에서는 사인파 형태의 모터 전류의 리플 파형을 구형파 형태의 모터 전류의 리플 파형으로 변환(630)시키고, 제어기(28)는 변환기(26)에서 변환된 구형파 형태의 모터 전류의 리플 파형에서 모터 전류의 리플 개수를 검출(640)하고, 검출된 전류 리플의 개수와 저장부(30)에 미리 저장된 모터 회전자의 슬롯 수를 이용하여 모터의 회전수를 추정한다(650).
보다 구체적으로 설명하면, 제어기(28)는 아래의 [식 1]에 의하여 모터의 회전수를 추정한다.
[식 1]
Rev = N × 1/NT
여기서, Rev는 추정되는 모터의 회전수, N은 모터 전류의 리플 개수, NT는 모터 회전자의 슬롯 수이다.
다음으로, 제어기(28)는 추정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 제어한다(660). 즉, 제어기(28)는 추정된 모터의 회전수를 이용하여 주차케이블(6)이 당겨지거나 밀려진 길이를 확인할 수 있으며, 이를 통해 제동 시 또는 해제 시 브레이크 디스크와 브레이크 패드 사이의 거리를 제어하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(28)는 주차케이블(6)의 변위 대비 제동력 관계를 통해 목표 제동력에 도달하기 위한 힘 제어를 할 수 있게 된다.
그리고, 제어기(28)는 추정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 검출할 수 있다.
즉, 홀 센서 또는 엔코더를 이용하여 모터의 회전수를 검출하고, 검출된 모터의 회전수와 추정된 모터의 회전수를 비교하여 두 차이가 미리 정해진 기준 값 이상이면, 전자식 주차 브레이크 시스템에 고장이 발생한 것으로 판단하여 표시부(40)를 통해 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 표시한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 블록도이다.
도 3a는 모터 회전자의 슬롯 구조를 나타내는 도면이다.
도 3b는 모터의 위치에 따른 투자율을 나타내는 도면이다.
도 4a는 모터에 흐르는 전류의 파형이다.
도 4b는 도 4b는 도 4a의 A부분을 확대한 도면으로 모터에 흐르는 전류의 리플 파형이다.
도 5a 내지 도 5c는 모터의 위치에 따른 전류, 전압 및 엔코더의 출력을 각각 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어과정을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
＊도면의 주요부분에 대한 부호 설명＊
12...스위치 14...전류센서
20...제어부 30...저장부
40...표시부

Claims (5)

  1. 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 흐르는 모터 전류의 리플 파형에서 상기 모터 전류의 리플 개수를 검출하고,
    상기 검출된 모터 전류의 리플 개수와 미리 저장된 모터 회전자의 슬롯 수를 이용하여 모터의 회전수를 추정할 때에, 상기 모터의 회전수는 아래의 [식 1]에 의하여 추정하고,
    상기 추정된 모터의 회전수를 이용하여 상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 제어할 때에, 주차케이블이 당겨지거나 밀려진 길이를 확인할 수 있도록 상기 모터의 회전수를 이용하고 상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동 또는 해제 시 상기 모터의 회전수를 기초로 하여 브레이크 디스크와 브레이크 패드 사이의 거리에 대한 제동력을 제어하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법.
    [식 1]
    Rev = N × 1/NT
    여기서, Rev는 추정되는 모터의 회전수, N은 모터의 전류 리플 개수, NT는 모터 회전자의 슬롯 수이다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 모터에 흐르는 상기 모터 전류의 리플 개수를 검출하기 전에 상기 모터의 전류를 측정하고,
    상기 측정된 모터의 전류를 필터링하고,
    상기 필터링된 모터의 전류 크기를 증폭시키고,
    상기 증폭된 모터의 전류 파형을 구형파 형태로 변환시키는 것을 더 포함하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    홀 센서 또는 엔코더를 이용하여 모터의 회전수를 검출하고,
    상기 검출된 모터의 회전수와 상기 추정된 모터의 회전수를 이용하여 상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 고장을 판단할 때에, 상기 검출된 모터의 회전수와 상기 추정된 모터의 회전수를 비교하여 두 차이가 미리 정해진 기준 값 이상이면, 상기 전자식 주차 브레이크 시스템에 고장이 발생한 것으로 판단하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법.
  5. 삭제
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