KR101359338B1 - 통합 전자제어 유압제동 시스템 - Google Patents

통합 전자제어 유압제동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스터실린더와 페달 시뮬레이터 등으로 구성된 액추에이터, ESC(Electronic Stability Control) 및 HPU(Hydaulic Power Unit)를 단일의 유닛으로 제공하는 통합 전자제어 유압제동 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템은, 브레이크 페달의 답력에 의해 유압을 발생시키는 마스터실린더와, 상기 마스터실린더의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버와, 각각 두 개의 차륜과 연결된 두 개의 유압회로와, 일정 수준의 압력을 저장하는 어큐뮬레이터와, 상기 어큐뮬레이터에 압력 형성을 위하여 리저버와 연결된 유압배관을 통해 오일을 흡입하여 상기 어큐뮬레이터로 토출하는 펌프와, 상기 펌프의 구동을 위한 모터와, 상기 두 개의 유압회로 중 어느 하나에 연결되어 상기 어큐뮬레이터로부터 각 차륜에 설치된 휠 실린더로 전달되는 압력을 제어하는 유량제어밸브 및 감압밸브와, 상기 두 개의 유압회로 사이에 마련되어 두 유압회로의 연결을 제어하는 밸런스밸브와, 상기 마스터실린더와 두 개의 유압회로 사이에 장착되어 운전자의 답력에 따른 유압을 차단하는 제1 및 제2 차단밸브와, 상기 마스터실린더와 연결되어 브레이크 페달의 반력을 제공하도록 마련되는 페달 시뮬레이터 및, 상기 페달 시뮬레이터의 후단에 설치된 시뮬레이션 밸브를 구비하고, 상기 시뮬레이션 밸브는 리저버와 연결되어 상기 시뮬레이션 밸브를 통해 상기 페달 시뮬레이터의 내부에 오일이 채워지는 것을 특징으로 한다.

Description

통합 전자제어 유압제동 시스템{Integrated Electronic Hydraulic Brake System}
본 발명은 전자제어 유압제동 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스터실린더와 페달 시뮬레이터 등으로 구성된 액추에이터, ESC(Electronic Stability Control) 및 HPU(Hydaulic Power Unit)를 단일의 유닛으로 제공하는 통합 전자제어 유압제동 시스템에 관한 것이다.
최근 연비 향상 및 배기가스 저감을 위하여 하이브리드 자동차, 연료 전지 자동차, 전기 자동차 등의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 차량에는 필수적으로 제동장치 즉, 차량용 브레이크시스템의 제동장치가 설치되는데, 여기서 차량용 브레이크 제동장치는 달리고 있는 차량의 속도를 줄이거나 정지시키는 기능을 하는 장치를 말한다.
통상적인 차량용 브레이크시스템의 제동장치에는 엔진의 흡입압을 사용해서 제동력을 발생하는 진공 브레이크와, 유압을 사용해서 제동력을 발생하는 유압 브레이크가 있다.
진공 브레이크는 진공 부스터에서 차량 엔진의 흡입압과 대기압의 압력차를 이용하여 작은 힘으로 큰 제동력을 발휘할 수 있도록 하는 장치이다. 즉, 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 페달에 가해진 힘보다 훨씬 큰 출력을 발생시키는 장치이다.
이러한 종래의 진공 브레이크는 진공 형성을 위해서 진공 부스터에 차량 엔진의 흡입압이 공급되어야 하고, 이에 따라 연비 효율이 저감되는 문제점이 있었다. 그리고 차량의 정차 시에도 진공 형성을 위해서 엔진을 상시 구동해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 연료 전지 자동차 및 전기 자동차의 경우 엔진이 없기 때문에 제동 간 운전자의 답력을 증폭시켜주는 기존의 진공 브레이크의 적용이 불가능하고, 하이브리드 자동차의 경우 연비 향상을 위하여 정차 시 공회전 정지 기능을 구현하여야 하므로 유압 브레이크의 도입이 필요하다.
즉, 상기한 바와 같이 모든 차량에서 연비 향상을 위해 회생 제동 구현이 필요한바, 유압 브레이크의 도입시 그 기능의 구현이 용이하다.
한편, 유압 브레이크의 한 종류인 전자제어 유압 브레이크 시스템(Electro-hydraulic brake system)은 운전자가 페달을 밟으면 전자제어유닛이 이를 감지하고 유압을 마스터실린더에 공급함으로써, 각 바퀴의 휠 실린더(미도시)에 제동유압을 전달하여 제동력을 발생하는 브레이크 시스템이다.
이러한 전자제어 유압제동 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 휠 실린더(20)로 전달되는 제동유압을 제어하기 위하여 마스터실린더(1a), 배력부(1b), 리저버(1c) 및 페달 시뮬레이터(1d) 등으로 구성된 액추에이터(1)와, 각 휠의 제동력을 독립적으로 제어하는 ESC(2)(차량자세제어 시스템) 및 모터와 펌프, 어큐뮬레이터, 제어밸브 등으로 구성된 HPU(3)는 각각의 유닛으로 구성되어 진다.
그러나, 전자제어 유압제동 시스템을 구성하는 각 유닛(1,2,3)이 별도로 마련되어 설치되기 때문에 차량의 장착공간의 한정성에 의하여 장착 공간의 확보가 요구됨은 물론, 중량이 증가되는 문제가 있다. 이에, 전자제어 유압제동 시스템은 제동시 차량의 안전성 확보, 연비 효율의 향상, 적절한 페달감 등은 물론, 진보된 전자제어 유압제동 시스템이 요구되고 있다.
또한, 페달 시뮬레이터(1d)는 브레이크 페달(미도시)의 답력에 의해 발생된 압력을 공급받아 시뮬레이션 챔버(미도시) 내부에 구성된 피스톤(미도시) 및 스프링(미도시)을 가압함으로써 스프링의 압착에 따른 반력을 제공받아 페달감을 제공하는 장치로서, 종래의 페달 시뮬레이터(1d)는 드라이 타입(dry type)으로 이루어진다. 이때, 드라이 타입은 피스톤 및 스프링이 내장된 시뮬레이션 챔버가 공기에 노출된 공압을 이용한 구조로서, 이에 의하여 피스톤의 이동에 따른 마찰에 의해 장시간 사용시 내구성이 감소함은 물론, 이물질이 유입될 가능성이 있다는 문제점이 있다.
이에, 상기 필요에 의하여 그 구성이 단순하고 제어가 용이하며, 고장 발생시에도 원활히 제동력을 구현할 수 있음은 물론, 페달 시뮬레이터의 내구성 향상 및 이물질의 유입을 방지하기 위한 전자제어 유압제동 시스템을 개발하기 위한 연구가 진행되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 제동의 안전성 및 차량의 장착성이 향상되도록 구성을 단순화하며, 제동시 안정된 페달감을 제공함은 물론, 회생 제동을 지원하여 연비 효율을 향상시킬 수 있는 통합 전자제어 유압제동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 통합 전자제어 유압제동 시스템은, 브레이크 페달의 답력에 의해 유압을 발생시키는 마스터실린더와, 상기 마스터실린더의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버와, 각각 두 개의 차륜과 연결된 두 개의 유압회로와, 일정 수준의 압력을 저장하는 어큐뮬레이터와, 상기 어큐뮬레이터에 압력 형성을 위하여 리저버와 연결된 유압배관을 통해 오일을 흡입하여 상기 어큐뮬레이터로 토출하는 펌프와, 상기 펌프의 구동을 위한 모터와, 상기 두 개의 유압회로 중 어느 하나에 연결되어 상기 어큐뮬레이터로부터 각 차륜에 설치된 휠 실린더로 전달되는 압력을 제어하는 유량제어밸브 및 감압밸브와, 상기 두 개의 유압회로 사이에 마련되어 두 유압회로의 연결을 제어하는 밸런스밸브와, 상기 마스터실린더와 두 개의 유압회로 사이에 장착되어 운전자의 답력에 따른 유압을 차단하는 제1 및 제2 차단밸브와, 상기 마스터실린더와 연결되어 브레이크 페달의 반력을 제공하도록 마련되는 페달 시뮬레이터 및, 상기 페달 시뮬레이터의 후단에 설치된 시뮬레이션 밸브를 구비하고, 상기 시뮬레이션 밸브는 리저버와 연결되어 상기 시뮬레이션 밸브를 통해 상기 페달 시뮬레이터의 내부에 오일이 채워지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 유량제어밸브 및 감압밸브는 단일의 고용량 밸브로 구성되며, 평상시 닫힌 상태를 유지하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
바람직하게, 상기 밸런스밸브는 평상시 닫혀있다가 제동작용시 압력정보를 기반으로 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
바람직하게, 상기 페달 시뮬레이터와 시뮬레이션 밸브 사이에는 시뮬레이션 체크밸브가 더 구비되되, 브레이크 페달의 답력에 따른 시뮬레이션 밸브의 후단 압력이 상기 시뮬레이션 밸브를 통해서만 전달되고, 상기 브레이크 페달의 답력의 해제시 상기 시뮬레이션 체크밸브를 통해 상기 시뮬레이터 내에 오일이 흡입되어 저장되도록 이루어진다.
바람직하게, 상기 시뮬레이션 체크밸브는 상기 브레이크 페달의 답력의 해제시 상기 페달 시뮬레이터의 잔류압이 복귀되도록 스프링이 없는 배관용 체크밸브이다.
바람직하게, 상기 각 유압회로는, 상기 휠 실린더의 상류측에 배치되어 액압이 휠 실린더로 전달되는 것을 제어하는 평시 개방형 솔레노이드밸브; 상기 휠 실린더의 하류측에 배치되어 상기 휠 실린더에서 액압이 빠져나가는 것을 제어하는 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브; 및 상기 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브와 유압배관을 연결하는 리턴유로;를 구비한다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 차단밸브는 평상시 개방된 상태를 유지하다가 정상상태에서의 제동작용시 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
바람직하게, 상기 유량제어밸브 및 감압밸브와 상기 두 개의 유압회로 중 어느 하나와 연결하는 유로에는 압력 맥동을 최소화하기 위한 맥동 감쇠 장치가 마련된다.
본 발명에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 마스터실린더와 페달 시뮬레이터 등으로 구성된 액추에이터와, ESC 및 HPU의 기능을 수행하도록 각종 밸브 및 센서를 단일의 블록 형태로 구비함으로써 장착 공간의 확보가 용이함은 물론 중량 증가에 따른 문제를 해결할 수 있게 된다. 또한, 조립의 용이성을 확보할 수 있다.
둘째, 두 유압회로에 압력 공급 및 해제시 두 유압회로를 밸런스밸브로 연결하고 단일의 유량제어밸브와 감압밸브를 통하여 압력을 제어함으로써 제어가 용이함은 물론, 제어 특성이 우수해진다.
셋째, 페달 시뮬레이터를 리저버와 연결하고, 이를 제어하는 시뮬레이션 밸브를 마련함으로써 페달 시뮬레이터 내에 오일을 저장시켜 페달 시뮬레이터의 내구성을 향상시킴은 물론, 외부로부터의 이물질 유입을 방지할 수 있다. 또한, 스프링이 없는 시뮬레이션 체크밸브에 의해 잔류압이 최소화도록 함과 더불어, 제동시 압력을 임의로 조정하더라도 운전자에게 전달되는 페달감을 안정되도록 유지할 수 있다.
넷째, 브레이크 시스템의 고장시 차량의 제동을 가능하도록 함으로써 전기 자동차, 연료전지 차량 및 하이브리드 차량에 그 적용이 용이하다.
다섯째, 엔진의 존재 여부 및 동작 여부에 상관없이 운전자의 요구 제동력을 구현할 수 있어 연비 효율 향상을 기여할 수 있는 효과가 있다.
여섯째, 종래의 부압식 부스터에 비하여 구성이 간단함은 물론, 진공 브레이크와 달리 엔진의 흡입압을 사용하지 않기 때문에 차량의 연비 효율을 향상시킬 수 있으며, 구성이 간단하여 소형 차량에 적용이 용이하다.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 전자제어 유압제동 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템이 정상적으로 작동하는 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템이 비정상적으로 작동하는 상태를 나타내는 유압회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템을 나타내는 유압회로도이다.
도면을 참조하면, 통합 전자제어 유압제동 시스템은 제동 시 운전자에 의해 조작되는 브레이크 페달(10)과, 브레이크 페달(10)로부터 힘이 전달되는 마스터실린더(110)와, 마스터실린더(110)의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버(115)와, 각각 두 개의 차륜(RR, RL, FR, FL)과 연결된 두 개의 유압회로(HC1, HC2)와, 일정 수준의 압력을 저장하는 어큐뮬레이터(120)와, 어큐뮬레이터(120)에 압력 형성을 위하여 리저버(115)와 연결된 유압배관(119)을 통해 오일을 흡입하여 어큐뮬레이터(120)로 토출하는 펌프(121) 및 이의 구동을 위한 모터(122)와, 두 개의 유압회로(HC1, HC2) 중 어느 하나에 연결되어 어큐뮬레이터(120)로부터 각 차륜(FL, FR, RL, RR)에 설치된 휠 실린더(20)로 전달되는 압력을 제어하는 유량제어밸브(131) 및 감압밸브(132)와, 두 개의 유압회로(HC1, HC2) 사이에 마련되어 두 유압회로(HC1, HC2)의 연결을 제어하는 밸런스밸브(150)와, 마스터실린더(110)와 두 개의 유압회로(HC1, HC2) 사이에 장착되어 운전자의 답력에 따른 유압을 차단하는 제1 및 제2 차단밸브(163, 164)와, 마스터실린더(110)와 연결되어 브레이크 페달(10)의 반력을 제공하도록 마련되는 페달 시뮬레이터(170) 및, 페달 시뮬레이터(170)와 상기 리저버(115)를 연결하는 오일유로(179)에 설치된 시뮬레이션 밸브(176)를 구비한다.
또한, 통합 전자제어 유압제동 시스템은 제동작용시 발생되는 압력을 측정하도록 시스템을 구성하는 유로의 적소에 배치된 압력센서들(101, 102, 103)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같이 마스터실린더(110), 리저버(115), 페달 시뮬레이터(170)를 단일품으로 묶고 ESC 및 HPU의 기능을 포함시킴으로써, 본 발명에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템은 종래의 전자제어 유압제동 시스템의 장작 공간 확보 및 중량 증가에 따른 문제점을 해결할 수 있게 된다.
이와 같은 통합 전자제어 유압제동 시스템을 구성하는 각 구성요소의 구조 및 기능에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 먼저, 마스터실린더(110)는 적어도 하나의 챔버로 구성되어 액압을 발생시킬 수 있도록 이루어질 수 있으나, 도시된 바에 따르면, 마스터실린더(110)는 두 개의 챔버로 구성되어 그 내부에 제1피스톤(111)과 제2피스톤(112)이 형성된다. 이에, 브레이크 페달(10)의 답력에 의해 유압을 발생시키도록 이루어지며, 각각 두 개의 유압회로(HC1, HC2)와 연결된다. 이러한 마스터실린더(110)는 상부 측에 오일을 저장하고 있는 리저버(115)가 설치되고, 하부에는 출구를 통해 유출된 오일이 후술할 제1 및 제2 백업유로(161, 162)를 통해 각 차륜(RR, RL, FR, FL)에 설치된 휠 실린더(20)로 유입되도록 한다.
한편, 상기 마스터실린더(110)가 두 개의 챔버를 갖추어 두 유압회로(HC1, HC2)와 연결된 것은 고장시 안전성을 확보하기 위함이다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 두 개의 유압회로(HC1, HC2) 중 제1 유압회로(HC1)는 차량의 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)에 연결되고, 제2 유압회로(HC2)는 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)에 연결된다. 또는 이와 달리 두 개의 유압회로(HC1, HC2) 중 제1 유압회로(HC1)를 두 개의 전륜(FL, FR) 그리고 제2 유압회로(HC2)를 두 개의 후륜(RL, RR)에 연결할 수 있다. 이와 같이, 두 개의 유압회로(HC1, HC2)를 독립적으로 구성하는 것은, 한쪽 회로의 고장 시에도 차량의 제동이 가능하도록 하기 위함이다.
한편, 각 유압회로(HC1, HC2)에는 휠 실린더(20)로 연결되는 유로를 포함하고, 이 유로에는 액압을 제어하는 복수의 밸브(141, 142)가 설치된다. 도시된 바에 따르면, 복수의 밸브(141, 142)는 휠 실린더(20)의 상류측에 배치되어 액압이 휠 실린더로 전달되는 것을 제어하는 평시 개방형(Normally Open type, 이하 'NO 타입'이라 한다) 솔레노이드밸브(141)와, 휠 실린더(20)의 하류측에 배치되어 휠 실린더(20)에서 액압이 빠져나가는 것을 제어하는 평시 폐쇄형(Normally Cloesd type, 이하 'NC 타입'이라 한다) 솔레노이드밸브(142)로 구별된다. 이러한 솔레노이드밸브(141, 142)의 개폐동작은 통상적으로 사용되는 전자제어유닛(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 각 유압회로(HC1, HC2)는 NC 타입 솔레노이드밸브(142)와 유압배관(119)을 연결하는 리턴유로(149)를 포함하여 구성된다. 또한 리턴유로(149)는 유압배관(119) 및 후술할 오일유로(179)와 연결된다. 이에, 리턴유로(149)는 휠 실린더(20)로 전달된 액압을 배출하여 리저버(115) 또는 펌프(121)의 펌핑에 의하여 어큐뮬레이터(120)로 전달하도록 이루어진다.
이러한 두 유압회로(HC1, HC2) 사이에는 밸런스밸브(150)가 설치되어 두 유압회로(HC1, HC2)의 접속을 제어한다. 상기 밸런스밸브(150)는 평상시 닫혀있다가 압력정보를 기반으로 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다. 이 밸런스밸브(150)는 두 유압회로(HC1, HC2)를 연결하여 각 유압회로(HC1, HC2)에 마련된 휠 실린더(20)로 유압이 공급되도록 이루어진 것으로서, 그 작동구조에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
한편, 미설명된 참조부호 '11'는 마스터실린더(110)로 답력을 전달하기 위한 브레이크 페달(10)에 설치된 인풋로드이다.
펌프(121)는 리저버(115)로부터 유입되는 오일을 고압으로 펌핑하여 제동압을 형성하기 위해 적어도 하나 이상 마련되며, 이 펌프(121)의 일측에는 펌프(121)에 구동력을 제공하기 위한 모터(122)가 마련된다. 모터(122)는 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 운전자의 제동의지를 후술할 제1 압력센서(101) 또는 페달변위센서로부터 전달받아 구동될 수 있다.
어큐뮬레이터(120)는 펌프(121)의 출구 측에 마련되어 펌프(121)의 구동에 의해 생성된 고압의 오일을 임시 저장한다. 도시된 바에 따르면 어큐뮬레이터(120)는 펌프(121)와 유량제어밸브(131)를 연결하는 연결유로(130) 상에 배치되어 펌프(121)로부터 토출된 고압의 오일을 임시 저장한다. 이때, 비록 도시되지는 않았으나, 펌프(121)와 어큐뮬레이터(120) 사이에는 어큐뮬레이터(120)에 저장된 고압의 오일이 역류되는 것을 방지하지 위한 체크밸브가 설치될 수 있다.
어큐뮬레이터(120)의 출구 측에는 제2 압력센서(102)를 마련하여 어큐뮬레이터(120)의 오일 압력을 측정한다. 이때, 제2 압력센서(102)로부터 측정된 오일압력은 전자제어유닛(미도시)에 의해 설정압력과 비교되어 측정 압력이 낮은 경우 펌프(121)를 구동하여 리저버(115)의 오일을 흡입하여 어큐뮬레이터(120)에 충진시키게 된다.
이러한 펌프(121)와 모터(122)에 의해 어큐률레이터(120)에 저장된 제동오일을 휠 실린더(20)로 전달하기 위하여 두 개의 유압회로(HC1, HC2) 중 어느 하나의 유압회로와 연결된 연결유로(130)를 갖춘다. 도시된 바에 따르면 연결유로(130)는 제1 유압회로(HC1)와 연결된다. 또한 연결유로(130)에는 어큐뮬레이터(120)에 저장된 제동오일을 제어하기 위한 유량제어밸브(131)와 갑압밸브(132)가 마련된다.
유량제어밸브(131)와 감압밸브(132)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드 밸브로 구성된다. 이에, 운전자가 브레이크 페달(10)을 밟는 경우 유량제어밸브(131)가 개방되어 어큐뮬레이터(120)에 저장된 제동오일을 휠 실린더(20)에 전달한다. 이때, 유량제어밸브(131)를 통하여 전달되는 제동오일은 연결유로(130)와 연결된 제1 유압회로(HC1)로 전달됨과 동시에, 두 유압회로(HC1, HC2)를 연결하는 밸런스밸브(150)가 개방되어 제2 유압회로(HC2)로도 제동오일이 전달되게 된다. 즉, 어큐뮬레이터(120)의 제동오일이 유량제어밸브(131)와 밸런스밸브(150)가 개방됨에 따라 각 휠 실린더(20)로 전달되게 된다.
이러한 유량제어밸브(131) 및 감압밸브(132)는 단일의 밸브로 구성되어 제동유압을 공급하는 구조로 이루어지기 때문에 고용량의 밸브로 구성된다. 또한, 유량제어밸브(131)와 감압밸브(132)가 단일의 밸브로 구성된 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않으며, 용량이 부족할 경우 둘 이상의 밸브 조합으로 구성될 수 있다.
한편, 유량제어밸브(131)와 제1 유압회로(HC1)를 연결하는 연결유로(130)에는 압력 맥동을 최소화하기 위한 맥동 감쇠 장치(135)가 설치된다. 맥동 감쇠 장치(135)는 각각 유량제어밸브(131) 및 감압밸브(132)와 NO 타입 솔레노이드밸브(141) 사이에서 발생되는 맥동을 감쇠하기 위하여 오일을 임시 저장할 수 있는 장치로서, 이 기술분야에서 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 연결유로(130)에는 유압회로(HC1)로 전달되는 압력을 감지하기 위한 제3 압력센서(103)가 마련된다. 이에, 제3 압력센서(103)로부터 감지된 제동오일의 압력에 따라 맥동이 저하되도록 맥동 감쇠 장치(135)를 제어할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 통합 전자제어 유압제동 시스템이 고장일 경우 마스터실린더(110)와 두 개의 유압회로(HC1, HC2)를 연결하는 제1 백업유로(161) 및 제2 백업유로(162)가 마련될 수 있다. 이 제1 백업유로(161)의 중도에는 마스터실린더(110)의 운전자의 답력에 따른 압력을 차단하는 제1 차단밸브(163)가 설치되고, 제2 백업유로(162)의 중동에는 제2 차단밸브(164)가 설치된다. 이러한 제1 및 제2 차단밸브(163, 164)는 평상시 개방되어 있다가 정상상태의 제동작용시 밸브가 닫히도록 작동하는 NC 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다. 또한, 제1 백업유로(161)는 제1 차단밸브(163)를 통해 제1 유압회로(HC1) 및 연결유로(130)와 연결되고, 제2 백업유로(162)는 제2 차단밸브(164)를 통해 제2 유압회로(HC2)와 연결된다. 특히, 제1 백업유로(161)에는 마스터실린더(110)의 오일압력을 측정하는 제1 압력센서(101)가 마련될 수 있다. 이에 따라 정상상태의 제동 시 제1 차단밸브(163) 및 제2 차단밸브(164)에 의해서 백업유로(161, 162)가 차단되고, 제1 압력센서(101)에 의해서 운전자가 요구하는 제동의지를 판단할 수 있으며, 비정상상태의 경우 제1 및 제2 차단밸브(163, 164)가 개방된 상태이므로 마스터실린더(110)로부터 발생된 제동압력이 휠 실린더(20)로 직접 전달된다.
본 발명에 따르면, 제1 압력센서(101)와 마스터실린더(110) 사이에는 브레이크 페달(10)의 답력을 형성하기 위한 페달 시뮬레이터(170)가 구비된다.
페달 시뮬레이터(170)는 마스터 실린더(110)의 출구 측에서 유출되는 오일을 저장할 수 있도록 마련된 시뮬레이션 챔버(172)와, 시뮬레이션 챔버(172)의 후단부에 연결된 시뮬레이션 밸브(176)를 포함한다. 시뮬레이션 챔버(172)는 피스톤(173)과 탄성부재(174)를 포함하여 시뮬레이션 챔버(172)로 유입되는 오일에 의해 일정 범위의 변위를 갖도록 형성된다.
시뮬레이션 밸브(176)는 페달 시뮬레이터(170)의 후단과 리저버(115)를 연결하는 오일유로(179)에 연결된다. 이때, 오일유로(179)는 리턴유로(149)와 연결되어 리저버(115)와 연결된다. 도시된 바와 같이, 페달 시뮬레이터(170)의 입구는 마스터 실린더(110)와 연결되고, 페달 시뮬레이터(170)의 후단에 시뮬레이션 밸브(176)가 장착되고, 시뮬레이션 밸브(176)의 출구는 오일유로(179)를 통해 리저버(115)와 연결된 리턴유로(149)와 연결됨에 따라 페달 시뮬레이터(170) 즉, 시뮬레이션 챔버(172) 내부 전체가 오일로 채워진다.
이러한, 시뮬레이션 밸브(176)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드 밸브로 구성되어 운전자가 브레이크 페달(10)을 밟는 경우 개방된다.
또한, 페달 시뮬레이터(170)와 마스터 실린더(110) 사이에는 즉, 페달 시뮬레이터(170)와 시뮬레이션 밸브(176) 사이에는 시뮬레이션 체크밸브(175)가 마련되고, 이 시뮬레이션 체크밸브(175)는 리저버(115)로부터 오일이 시뮬레이션 챔버(172)로 흐르도록 이루어진다. 상기 시뮬레이션 체크밸브(175)는 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 페달 시뮬레이터(170)의 후단 압력이 시뮬레이션 밸브(176)를 통해서만 전달되도록 이루어진다. 즉, 페달 시뮬레이터(170)의 피스톤(173)이 스프링(174)을 압축하며 시뮬레이션 챔버(172) 내의 오일이 시뮬레이션 밸브(176)와 오일유로(179)를 통해 리저버(115)로 전달된다. 이에, 시뮬레이션 챔버(172) 내에 오일이 채워진 상태이기 때문에 페달 시뮬레이터(170)의 작동시 피스톤(173)의 마찰이 최소화되어 페달 시뮬레이터(170)의 내구성이 향상됨은 물론, 외부로부터의 이물질 유입이 차단된 구조를 갖는다.
아울러, 브레이크 페달(10)의 답력의 해제시 시뮬레이션 체크밸브(175)를 통해 오일이 시뮬레이션 챔버(172)로 공급됨에 따라 페달 시뮬레이터(170) 압력의 빠른 리턴이 보장되게 된다. 이러한 시뮬레이션 체크밸브(175)는 브레이크 페달(10)의 답력의 해제시 페달 시뮬레이터(170)의 잔류압이 복귀되도록 스프링이 없는 배관용 체크밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 통합 전자제어 유압제동 시스템은 각 밸브 및 센서와 전기적으로 연결되어 제어하는 전자제어유닛(ECU : 미도시)을 포함하는 하나의 블록으로 마련되어 콤팩트화를 도모할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템은 모터(122)와 펌프(121)를 포함하며 어큐뮬레이터(120), 각종 밸브 및 센서와 더불어 브레이크 페달(10)의 답력을 형성하기 위한 페달 시뮬레이터(170)를 단일의 블록 형태로 구비함으로써 장착 공간의 확보가 용이함은 물론 중량 증가에 따른 문제를 해결할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 전자제어 유압제동 시스템의 동작에 대해서 자세히 설명한다.
도 3은 통합 전자제어 유압제동 시스템이 정상적으로 작동하는 경우의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 3을 참조하면, 운전자에 의한 제동이 시작되면 제1 압력센서(101) 또는 페달 변위센서 등을 통하여 운전자가 밟는 브레이크 페달(10)의 압력 정보를 통해 운전자의 요구 제동량을 감지할 수 있다. 전자제어유닛(미도시)은 회생 제동량의 크기를 입력받을 수 있고, 운전자의 요구 제동량과 회생 제동량의 차이에 따라 마찰 제동량의 크기를 계산할 수 있고, 이에 따라 휠 측의 압력의 증압 또는 감압의 크기를 파악할 수 있다.
구체적으로, 제동 초기에 운전자가 브레이크 페달(10)을 밟으면 차량의 제동은 회생제동으로 충분하여 마찰에 의한 제동량은 발생하지 않도록 제어될 수 있다. 따라서 브레이크 페달(10)에서 전달되어 마스터실린더(110)에 생긴 유압이 휠 실린더(20)로 전달되지 않도록 브레이크 제동오일의 감압이 필요하다. 이때 감압밸브(132)를 개방하여 연결유로(130)에 형성된 유압을 리턴유로(149)를 통해 리저버(115)로 배출함으로써 차륜(RR, RL, FR, FL)에 압력이 생기지 않도록 하고, 브레이크 페달압은 그대로 유지할 수 있게 된다.
이후 회생 제동량의 변화에 따라 마찰 제동량을 조절하는 과정이 이루어지게 될 수 있다. 회생 제동량은 배터리의 충전상태나 차량의 속도에 따라 달라지게 되는데 일정차속 이하에서는 회생 제동량은 급속히 작아지게 된다. 이러한 상황에 대처하기 위하여 휠 실린더(20)의 유압을 제어하기 위하여 유량제어밸브(131)는 어큐뮬레이터(120)로부터 연결유로(130)를 통해 전달되는 제동 오일의 유량을 제어할 수 있다.
이후 회생 제동량이 없으므로 통상의 제동상황에 따라 제동될 수 있다.
한편, 연결유로(130)는 제1 유압회로(HC1)와만 연결됨에 따라 제동시 두 유압회로(HC1, HC2)를 연결을 제어하는 NC 타입의 밸런스밸브(150)를 개방하여 두 유압회로(HC1, HC2)로 압력이 전달되도록 한다.
또한, 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 마스터실린더(110)의 가압에 따라 발생된 압력은 마스터실린더(110)와 연결된 페달 시뮬레이터(170)로 전달된다. 이때, 페달 시큘레이터(170)의 후단과 리저버(115)를 연결하는 오일유로(179)에 설치된 시뮬레이션 밸브(176)가 개방되어 시뮬레이션 밸브(176)를 통해 시뮬레이션 챔버(172) 내에 채워진 오일이 리저버(115)로 전달된다. 또한, 피스톤(173) 및 피스톤(173)을 지지하는 스프링(174) 하중에 상응하는 압력이 시뮬레이션 챔버(172)를 통해 운전자에게 적절한 페달감을 제공하게 된다. 아울러, 브레이크 페달(10)의 답력 해제시 시뮬레이션 체크밸브(175)를 통해 오일이 시뮬레이션 챔버(172) 내로 다시 채워짐으로써 페달 시뮬레이터(170) 압력의 빠른 리턴이 보장된다.
도 4는 통합 전자제어 유압제동 시스템이 비정상적으로 작동하는 경우의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 4를 참조하면, 통합 전자제어 유압제동 시스템이 정상적으로 작동하지 않을 경우 백업 제동을 위하여 제1 및 제2 백업유로(161, 162)를 통하여 휠 실린더(20)로 전달되어 제동력을 구현하게 된다. 이때, 제1 및 제2 백업유로(161, 162)에 설치된 제1 및 제2 차단밸브(163, 164)와 두 유압회로(HC1, HC2)의 솔레노이드밸브(141)가 개방된 상태의 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 구성되고, 유량제어밸브(131)와 감압밸브(132) 및 밸런스밸브(150)가 폐쇄된 상태의 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 구성됨에 따라 액압이 곧바로 휠 실린더(20)로 전달된다. 이에 안정된 제동을 수행할 수 있어 제동 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 마스터실린더(110)는 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 기계적 제동 성능을 최대화하도록 종래에 비하여 내경이 감소되도록 형성된 것이 바람직하다. 즉, 기존의 마스터실린더의 내경에 비하여 감소된 내경을 갖도록 이루어지되, 내경이 감소하더라도 감소된 내경에 저장되는 제동 오일을 통해 충분한 제동력을 발휘할 수 있는 정도인 것으로 이해되어야 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110 : 마스터실린더 115 : 리저버
119 : 유압배관 120 : 어큐뮬레이터
121 : 펌프 122 : 모터
130 : 연결유로 131 : 유량제어밸브
132 : 감압밸브 149 : 리턴유로
150 : 밸런스밸브 161 : 제1 백업유로
162 : 제2 백업유로 163 : 제1 차단밸브
164 : 제2 차단밸브 170 : 페달 시뮬레이터
175 : 시뮬레이션 체크밸브 176 : 시뮬레이션 밸브
179 : 오일유로

Claims (8)

  1. 브레이크 페달의 답력에 의해 유압을 발생시키는 마스터실린더와,
    상기 마스터실린더의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버와,
    각각 두 개의 차륜과 연결된 두 개의 유압회로와,
    일정 수준의 압력을 저장하는 어큐뮬레이터와,
    상기 어큐뮬레이터에 압력 형성을 위하여 리저버와 연결된 유압배관을 통해 오일을 흡입하여 상기 어큐뮬레이터로 토출하는 펌프와,
    상기 펌프의 구동을 위한 모터와,
    상기 두 개의 유압회로 중 어느 하나에 연결되어 상기 어큐뮬레이터로부터 각 차륜에 설치된 휠 실린더로 전달되는 압력을 제어하는 유량제어밸브 및 감압밸브와,
    상기 어큐뮬레이터에 저장된 제동오일이 두 유압회로에 마련된 각 휠 실린더로 전달되도록 상기 두 개의 유압회로 사이에 마련되어 두 유압회로의 연결을 제어하는 밸런스밸브와,
    상기 마스터실린더와 두 개의 유압회로 사이에 장착되어 운전자의 답력에 따른 유압을 차단하는 제1 및 제2 차단밸브와,
    상기 마스터실린더와 연결되어 브레이크 페달의 반력을 제공하도록 마련되는 페달 시뮬레이터 및
    상기 페달 시뮬레이터의 후단에 설치된 시뮬레이션 밸브를 구비하고,
    상기 밸런스밸브는 평상시 닫혀있다가 제동작용시 압력정보를 기반으로 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되어 시스템의 비정상 작동시 상기 마스터 실린더로부터 발생되는 유압이 두 유압회로로 각각 전달되며,
    상기 시뮬레이션 밸브는 리저버와 연결되어 상기 시뮬레이션 밸브를 통해 상기 페달 시뮬레이터의 내부에 오일이 채워지도록 이루어지고,
    상기 페달 시뮬레이터와 시뮬레이션 밸브 사이에는 시뮬레이션 체크밸브가 더 구비되어, 브레이크 페달의 답력에 따른 페달 시뮬레이터의 압력이 상기 시뮬레이션 밸브를 통해서만 전달되고, 상기 브레이크 페달의 답력의 해제시 상기 시뮬레이션 체크밸브를 통해 상기 페달 시뮬레이터 내에 오일이 흡입되어 저장되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 통합 전자제어 유압제동 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유량제어밸브 및 감압밸브는 단일의 고용량 밸브로 구성되며, 평상시 닫힌 상태를 유지하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 통합 전자제어 유압제동 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 체크밸브는 상기 브레이크 페달의 답력의 해제시 상기 페달 시뮬레이터의 잔류압이 복귀되도록 스프링이 없는 배관용 체크밸브인 것을 특징으로 하는 통합 전자제어 유압제동 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각 유압회로는,
    상기 휠 실린더의 상류측에 배치되어 액압이 휠 실린더로 전달되는 것을 제어하는 평시 개방형 솔레노이드밸브;
    상기 휠 실린더의 하류측에 배치되어 상기 휠 실린더에서 액압이 빠져나가는 것을 제어하는 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브; 및
    상기 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브와 유압배관을 연결하는 리턴유로;를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 차단밸브는 평상시 개방된 상태를 유지하다가 정상상태에서의 제동작용시 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 통합 전자제어 유압제동 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유량제어밸브 및 감압밸브와 상기 두 개의 유압회로 중 어느 하나와 연결하는 유로에는 압력 맥동을 최소화하기 위한 맥동 감쇠 장치가 마련된 것을 특징으로 하는 통합 전자제어 유압제동 시스템.
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