KR101392840B1 - 차량용 전자식 브레이크 시스템 - Google Patents

차량용 전자식 브레이크 시스템 Download PDF

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양이진
최성호
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 구조를 단순화시키며 정밀한 압력 제어가 가능한 차량용 전자식 브레이크 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템은, 오일이 저장되는 리저버와, 두 개의 유압회로를 가지며 상기 리저버에 저장되어 있는 오일을 이용하여 액압을 발생시키는 마스터실린더와, 상기 마스터실린더와 접촉하여 운전자의 답력에 의해 전진하도록 배치된 인풋로드 및, 상기 인풋로드와 연결된 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달변위센서를 포함하는 전자식 브레이크 시스템으로서, 오일을 공급받도록 리저버와 유압유로에 의해 연결되고, 운전자가 브레이크 페달을 작동시킬 경우 이를 페달변위센서를 통해 전기적 신호로 출력하여 모터가 작동하고 상기 모터의 회전력을 직선운동으로 변환하는 압력 공급장치; 상기 압력 공급장치에 의해 발생된 힘으로 액압을 공급받아 휠의 제동을 수행하는 유압제어유닛; 상기 압력 공급장치와 유압제어유닛을 연결하는 유로에 직렬로 연결되어 개폐동작에 의해 휠 실린더로 액압의 전달을 제어하는 제1 및 제2 전환밸브; 상기 마스터실린더와 연결되어 상기 브레이크 페달의 답력에 따른 반력을 제공하도록 마련된 시뮬레이션장치; 및 압력 정보 및 페달 변위 정보를 기반으로 모터 및 밸브들을 제어하는 전자제어유닛;을 포함한다.

Description

차량용 전자식 브레이크 시스템{Electric brake system for vehicle}
본 발명은 차량용 전자식 브레이크 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조를 단순화시키며 정밀한 압력 제어가 가능한 차량용 전자식 브레이크 시스템에 관한 것이다.
차량에는 제동을 위한 브레이크 시스템이 필수적으로 장착되는데, 최근에 보다 강력하고 안정된 제동력을 얻기 위한 여러 종류의 시스템이 제안되고 있다. 브레이크 시스템의 일례로는 제동 시 휠의 미끄러짐을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(ABS:Anti-Lock Brake System)과, 차량의 급발진 또는 급가속시 구동륜의 슬립을 방지하는 브레이크 트랙션 제어 시스템(BTCS:Brake Traction Control System)과, 안티록브레이크 시스템과 트랙션 제어를 조합하여 브레이크 액압을 제어함으로써 차량의 주행상태를 안정적으로 유지시키는 차량자세제어 시스템(VDC:Vehicle Dynamic Control System) 등이 있다.
이러한 전자제어식 브레이크 시스템은 차량의 휠에 장착된 휠 실린더(유압브레이크) 측으로 전달되는 제동 유압을 제어하기 위한 다수개의 솔레노이드밸브와, 휠 실린더로부터 빠져나온 오일을 일시 저장하기 위한 한 쌍의 저압어큐뮬레이터 및 고압어큐뮬레이터와, 저압어큐뮬레이터의 오일을 강제 펌핑하기 위한 모터 및 펌프와, 오일의 역방향 흐름을 방지하기 위한 복수의 체크 밸브와, 솔레노이드밸브와 모터의 구동을 제어하기 위한 ECU를 포함하고 있으며, 이러한 구성요소들은 알루미늄으로 제작된 유압 블록에 콤팩트하게 내장되어 있다.
이러한 브레이크 시스템의 구조가 등록특허 제10-1090910호에 개시되어 있다. 개시된 문헌에 따르면, 브레이크 시스템은 고압 및/또는 저압 어큐뮬레이터에 모터 및 펌프를 구동하여 액압을 충진하고, 이 액압을 전자식 솔레노이드밸브의 개폐에 의해 증압, 감압, 유지 제어하도록 이루어지기 때문에 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.
또한, 브레이크 페달의 답력에 따라 마스터실린더를 가압하는 인풋로드와 마스터실린더 사이에 소정의 갭(gap)이 존재하기 때문에 시스템의 비작동시 갭 만큼의 페달 스트로크 무효구간이 발생함으로 운전자가 제동하지 않는 것처럼 느껴 불만을 제기하거나 안전사고가 발생할 수 있는 문제가 있다. 또한, 페달감이 저하되는 문제점이 있다.
등록특허 KR 10-1090910호 (2011. 12. 1.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 구성이 단순화되도록 하며, 제동시 안정된 페달감을 제공함은 물론, 정밀한 압력 제어가 가능하도록 할 수 있는 차량용 전자식 브레이크 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 브레이크 시스템이 비정상으로 작동되더라도 운전자의 답력에 의해 제동이 이루어지도록 하며, 브레이크 페달의 답력에 따른 무효 스트로크 구간 없이 바로 압력 형성이 가능하도록 할 수 있는 차량용 전자식 브레이크 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 차량용 전자식 브레이크 시스템은, 오일이 저장되는 리저버와, 두 개의 유압회로를 가지며 상기 리저버에 저장되어 있는 오일을 이용하여 액압을 발생시키는 마스터실린더와, 상기 마스터실린더와 접촉하여 운전자의 답력에 의해 전진하도록 배치된 인풋로드 및, 상기 인풋로드와 연결된 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달변위센서를 포함하는 전자식 브레이크 시스템으로서, 오일을 공급받도록 리저버와 유압유로에 의해 연결되고, 운전자가 브레이크 페달을 작동시킬 경우 이를 페달변위센서를 통해 전기적 신호로 출력하여 모터가 작동하고 상기 모터의 회전력을 직선운동으로 변환하는 압력 공급장치; 상기 압력 공급장치에 의해 발생된 힘으로 액압을 공급받아 휠의 제동을 수행하는 유압제어유닛; 상기 압력 공급장치와 유압제어유닛을 연결하는 유로에 직렬로 연결되어 개폐동작에 의해 휠 실린더로 액압의 전달을 제어하는 제1 및 제2 전환밸브; 상기 마스터실린더와 연결되어 상기 브레이크 페달의 답력에 따른 반력을 제공하도록 마련된 시뮬레이션장치; 및 압력 정보 및 페달 변위 정보를 기반으로 모터 및 밸브들을 제어하는 전자제어유닛;을 포함하고, 상기 압력 공급장치는, 상기 유압유로와 연결되어 오일을 공급받는 압력챔버; 상기 압력챔버 내에 마련된 유압피스톤; 상기 압력챔버 내에 마련되어 유압피스톤을 탄성 지지하는 유압스프링; 상기 페달변위센서의 전기적 신호에 의해 회전력을 발생시키는 모터; 및 상기 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 전환시키기 위해 스크류와 볼너트로 이루어지는 볼스크류부재;를 구비하고, 상기 유압피스톤은 직선 운동하는 스크류와 연결되어 스크류에 의해 압력챔버 내의 오일을 가압하도록 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 유압유로에는 상기 압력챔버의 압력이 역류되는 것을 방지하며 유압피스톤의 복귀시 압력챔버 내에 오일이 흡입되어 저장되도록 체크밸브가 설치된다.
바람직하게, 상기 압력챔버 및 마스터실린더와 연결된 유로에는 압력을 감지하는 압력센서가 마련된다.
바람직하게, 상기 유압제어유닛은, 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 유압유로를 연결하는 리턴유로;를 구비한다.
바람직하게, 상기 유압제어유닛은 액압을 공급받아 제동이 이루어지는 적어도 하나의 제1차륜으로 구성된 제1서킷과 적어도 하나의 제2차륜으로 구성된 제2서킷을 갖추어 두 개의 휠 제동회로로 이루어진다.
바람직하게, 차량용 전자식 브레이크 시스템이 비정상적으로 작동하는 경우 오일을 제어하도록 상기 마스터실린더의 두 개의 유압회로와 휠 실린더를 연결하는 제1 및 제2 백업유로와, 상기 제1 백업유로와 마스터실린더의 접속을 제어하는 제1 차단밸브 및, 상기 제2 백업유로와 마스터실린더의 접속을 제어하는 제2 차단밸브를 더 구비한다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 차단밸브는 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
바람직하게, 상기 시뮬레이션장치는, 상기 마스터실린더에서 유출되는 오일을 저장하는 시뮬레이션 챔버; 상기 시뮬레이션 챔버 내에 마련된 반력피스톤; 상기 반력피스톤을 탄성 지지하는 반력스프링; 및 상기 시뮬레이션 챔버의 입구측에 마련된 시뮬레이션 밸브;를 구비한다.
바람직하게, 상기 시뮬레이션 밸브는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
바람직하게, 상기 제1 전환밸브는 평시 개방형 솔레노이드밸브로 마련되고, 상기 제2 전환밸브는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 전환밸브는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
바람직하게, 상기 제1 전환밸브와 제2 전환밸브가 연결된 유로에 배치되어 액압에 의해 체적이 변화되어 소정의 오일을 저장하는 컴플라이언스유닛을 더 구비한다.
바람직하게, 상기 컴플라이언스유닛은, 미리 정해진 체적을 갖는 컴플라이언스 챔버; 상기 컴플라이언스 챔버 내에 마련된 피스톤과 탄성부재; 및 상기 컴플라이언스 챔버의 입구측에 마련된 컴플라이언스 밸브;를 구비한다.
바람직하게, 상기 컴플라이언스 밸브는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
본 발명에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 모터의 회전력을 직선운동으로 변환하여 액압을 발생시키도록 구성함으로써 정밀한 압력 제어가 가능함은 물론, 종래에 비해 구조를 단순화시킬 수 있다.
둘째, 브레이크 시스템의 고장시 운전자의 답력이 직접 마스터실린더로 전달되도록 하여 차량의 제동을 가능하도록 함으로써 안정적인 제동력을 제공할 수 있다.
셋째, 제동시 압력을 임의로 조정하여도 운전자에게 전달되는 페달감을 안정되도록 유지할 수 있다.
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 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하는 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템을 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 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도면을 참조하면, 차량용 전자식 브레이크 시스템은 통상적으로, 액압을 발생시키는 마스터실린더(20)와, 마스터실린더(20)의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버(30)와, 브레이크 페달(10)의 답력에 따라 마스터실린더(20)를 가압하는 인풋로드(12)와, 리저버(20)의 오일이 전달되어 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동을 수행하는 휠 실린더(40) 및, 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달변위센서(11)를 구비한다.
이때, 마스터실린더(20)는 적어도 하나의 챔버로 구성되어 액압을 발생시킬 수 있도록 이루어질 수 있으나, 도시되 바에 따르면, 두 개의 유압회로를 갖도록 제1피스톤(21a)과 제2피스톤(22a)이 형성되어 인풋로드(12)와 접촉된다. 상기 마스터실린더(20)가 두 개의 유압회로를 갖는 것은 고장시 안전을 확보하기 위함이다. 예컨대, 두 개의 유압회로 중 첫 번째 회로는 차량의 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)에 연결되고 나머지 회로는 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)에 연결된다. 또는 이와 달리 두 개의 유압회로 중 첫 번째 회로를 두 개의 전륜(FR, FL) 그리고 나머지 회로를 두 개의 후륜(RR, RL)에 연결하는 것이 일반적이다. 이와 같이, 두 개의 회로를 독립적으로 구성하는 것은, 한쪽 회로의 고장 시에도 차량의 제동이 가능하도록 하기 위함이다.
이러한 마스터실린더(20)의 제1피스톤(21a)과 제2피스톤(22a)에는 제1스프링(21b)과 제2스프링(22b)이 구비되어 있다. 제1스프링(21b)과 제2스프링(22b)은 제1피스톤(21a)과 제2피스톤(22a)이 압축되면서 탄성력이 저장된다. 이 탄성력은 제1피스톤(21a)을 미는 힘이 탄성력보다 작아질 때 제1 및 제2피스톤(21a,22a)을 밀어서 원상복귀시킨다.
한편, 마스터실린더(20)의 제1피스톤(21a)을 가압하는 인풋로드(12)는 제1피스톤(21a)과 밀착되게 접촉됨에 따라 마스터실린더(20)와 인풋로드(12) 사이의 갭이 존재하지 않는다. 즉, 브레이크 페달(10)을 밞으면 페달 무효 스트로크 구간 없이 직접적으로 마스터실린더(20)를 가압하도록 이루어진다.
본 발명에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템은 상기 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달변위센서(11)로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 작동하는 압력 공급장치(110)와, 압력 공급장치(110)에 의해 발생된 힘으로 휠의 제동을 수행하는 유압제어유닛(120)과, 압력 공급장치(110)와 유압제어유닛(120)을 연결하는 유로에 직렬로 연결된 제1 및 제2 전환밸브(131,132)와, 마스터실린더(20)와 연결되어 브레이크 페달(10)에 반력을 제공하는 시뮬레이션장치(150)를 포함한다.
압력 공급장치(110)는 오일을 공급받아 저장되도록 소정 공간이 형성된 압력챔버(111)와, 압력챔버(111) 내에 마련된 유압피스톤(112) 및 유압스프링(113)과, 페달변위센서(11)의 전기적 신호에 의해 회전력을 발생시키는 모터(114)와, 모터(114)의 회전운동을 직선 운동으로 전환시키기 위해 스크류(115a)와 볼너트(115b)로 이루어지는 볼스크류부재(115) 및, 압력챔버(111)에 오일을 공급하도록 리저버(20)와 압력챔버(111)를 연결하는 유압유로(116)를 구비한다. 여기서, 페달변위센서(11)에 의해 감지된 신호는 전자제어유닛(ECU, 미도시)에 전달되고, 전자제어유닛은 모터(114) 및 후술할 본 발명의 브레이크 시스템에 구비된 밸브들을 제어한다. 상기 브레이크 페달(10)의 변위에 따라 복수의 밸브가 제어되는 동작에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.
압력챔버(111)는 전술한 바와 같이 유압유로(116)에 의해 리버저(20)와 연결되어 오일을 공급받아 저장한다. 이러한 압력챔버(111)에는 유압피스톤(112)과 이를 탄성 지지하는 유압스프링(113)이 마련된다. 유압피스톤(112)은 볼스크류부재(115)의 스크류(115a)와 연결되어 스크류(115a)의 직선운동에 의해 압력챔버(111)를 가압하고, 유압스프링(113)은 유압피스톤(112)을 원래의 위치로 복귀시키는 역할을 한다.
모터(114)는 전자제어유닛으로부터 출력된 신호를 통하여 회전력을 발생시키는 전기모터로서, 전자제어유닛에 의하여 정방향 또는 역방향으로 회전력을 발생한다. 이때 회전력을 직선운동으로 변환하는 볼스크류부재(115)의 볼너트(115b)는 모터(114)의 회전축의 역할과 함께 스크류(115a)를 직선운동시키는 역할을 수행한다. 비록 도시되지는 않았으나, 스크류(115a)의 외주면에 나선홈이 형성되어 이 나선홈과 다수의 볼을 통해 볼너트(115b)가 회전 가능하게 결합된다. 즉, 전술한 바와 같이, 스크류(115a)의 직선운동에 의해 유압피스톤(112)이 가압되어 액압을 발생시키게 된다.
본 발명에 따르면, 유압유로(116)에는 압력챔버(111)의 압력이 역류되는 것을 방지하도록 체크밸브(117)가 설치된다. 이 체크밸브(117)는 압력챔버(111)의 압력이 역류되는 것을 방지하는 역할과 함께 유압피스톤(112)이 복귀시 압력챔버(111) 내에 오일이 흡입되어 저장되도록 한다.
한편, 미설명된 참조부호 '118'은 압력챔버(111)의 액압을 감지하는 제1 압력센서이다.
유압제어유닛(120)은, 액압을 공급받아 제동이 이루어지는 적어도 하나의 제1차륜을 제어하는 제1서킷(121)과, 적어도 하나의 제2차륜을 제어하는 제2서킷(122)을 갖추어 두 개의 휠 제동회로로 이루어진다. 이때, 제1차륜은 전방차륜(FR,FL)으로 이루어지고, 제2차륜은 후방차륜(RR,RL)으로 이루어질 수 있다. 이러한 각 차륜(FR,FL,RR,RL)에는 휠 실린더(40)가 설치되어 액압을 공급받아 제동이 이루어진다. 즉, 각 서킷들(121,122)은 휠 실린더(40)로 연결되는 유로를 포함하고, 이 유로에는 액압을 제어하는 복수의 밸브(123,124)가 설치된다.
도시된 바에 따르면, 복수의 밸브(123,124)는 휠 실린더(40)의 상류측에 배치되어 액압이 휠 실린더로 전달되는 것을 제어하는 평시 개방형(Normally Open type, 이하 'NO 타입'이라 한다) 솔레노이드밸브(123)와, 휠 실린더(40)의 하류측에 배치되어 휠 실린더(40)에서 액압이 빠져나가는 것을 제어하는 평시 폐쇄형(Normally Cloesd type, 이하 'NC 타입'이라 한다) 솔레노이드밸브(124)로 구별된다. 이러한 솔레노이드밸브(123,124)의 개폐동작은 전자제어유닛에 의해 제어된다.
또한, 유압제어유닛(120)은 NC 타입 솔레노이드밸브(124)와 유압유로(116)를 연결하는 리턴유로(126)를 포함하여 구성된다. 리턴유로(126)는 휠 실린더(40)로 전달된 액압을 배출하여 리저버(30) 또는 압력 공급장치(110)로 전달하도록 이루어진다.
본 발명에 따르면, 압력 공급장치(110)와 유압제어유닛(120)을 연결하는 유로에는 직렬로 연결되어 개폐동작에 의해 휠 실린더(40)로 액압의 전달을 제어하는 제1 및 제2 전환밸브(131,132)가 설치된다. 제1 및 제2 전환밸브(131,132)는 개폐동작이 전자제어유닛에 의하여 제어되며, 두 개의 휠 제동회로 즉, 제1 및 제2서킷(121,122)과 연결되어 압력 공급장치(110)로부터 발생된 액압을 직접 휠 실린더(40)로 전달하도록 이루어진다. 즉, 제1 전환밸브(131)는 제1서킷(121)으로 공급되는 액압을 제어하고, 제2 전환밸브(132)는 제2서킷(122)으로 공급되는 액압을 제어하도록 이루어진다.
이러한 제1 및 제2 전환밸브(131,132)는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 NC 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다. 이때, 비록 도시되지는 않았으나, 제1 전환밸브(131)는 정상상태에서는 열여 있다가 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 NO 타입의 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다. 즉, 제1 전환밸브(131)가 NO 타입으로 구성될 경우 전원의 인가 없이 개방되어 작동이 용이하게 된다.
본 발명에 따르면, 차량용 전자식 브레이크 시스템이 고장일 경우 두 개의 유압회로를 갖는 마스터실린더(20)와 휠 실린더(40) 사이에는 유로를 형성하는 제1 백업유로(141)와 제2 백업유로(142)가 마련될 수 있다. 제1 백업유로(141)의 중도에는 제1 백업유로(141)를 개폐하는 제1 차단밸브(143)가 마련되고, 제2 백업유로(142)의 중도에는 제2 백업유로(142)를 개폐하는 제2 차단밸브(144)가 마련된다. 이러한 제1 백업유로(141)는 제1 차단밸브(143)를 통해 제1서킷(121)과 연결되고, 제2 백업유로(142)는 제2 차단밸브(144)를 통해 제2서킷(122)과 연결된다. 특히, 제1 차단밸브(143)와 마스터 실린더(20) 사이에 마스터실린더(20)의 오일압력을 측정하는 제2 압력센서(148)가 마련될 수 있다. 이는 운전자 제동 시 제1 차단밸브(143) 및 제2 차단밸브(144)에 의해서 백업유로(141,142)가 차단되고, 압력센서(148)에 의해서 운전자가 요구하는 제동의지를 판단할 수 있다.
상기 제1 및 제2 차단밸브(143,144)는 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 NC 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다.
또한 마스터실린더(20)와 연결되어 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 반력을 제공하도록 마련된 시뮬레이션장치(150)가 구비된다. 도시된 바에 따르면, 마스터실린더(20)와 시뮬레이션장치(150)를 연결하는 유로는 제1 백업유로(141)와 연결된다. 이러한 시뮬레이션장치(150)는 마스터실린더(20)의 출구 측에서 유출되는 오일을 저장할 수 있도록 마련된 시뮬레이션 챔버(151)와, 시뮬레이션 챔버(151)의 입구측에 마련된 시뮬레이션 밸브(155)를 포함한다. 시뮬레이션 챔버(151) 내에는 반력피스톤(152)과 이를 탄성 지지하는 반력스프링(153)이 마련되어 시뮬레이션 챔버(151)로 유입되는 오일에 의해 일정 범위의 변위를 갖도록 형성된다. 시뮬레이터 밸브(155)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 NC 타입의 솔레노이드 밸브로 구성되어 운전자가 브레이크 페달(10)을 밟는 경우 개방되어 제동오일을 시뮬레이션 챔버(151)에 전달한다.
또한, 시뮬레이션장치(150)와 마스터실린더(20) 사이에는 즉, 시뮬레이션 챔버(151)와 시뮬레이션 밸브(155) 사이에는 시뮬레이션 체크밸브(157)가 마련되고, 이 시뮬레이션 체크밸브(157)는 마스터실린더(20)와 연결된다. 상기 시뮬레이션 체크밸브(157)는 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 압력이 시뮬레이션 밸브(155)를 통해서만 시뮬레이션 챔버(151)로 전달되도록 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템의 동작에 대해서 자세히 설명한다.
도 2는 차량용 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하는 경우의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 2를 참조하면, 운전자에 의한 제동이 시작되면 페달변위센서(11)를 통하여 운전자가 밟는 브레이크 페달(10)의 압력 등의 정보를 통해 운전자의 요구 제동량을 감지할 수 있다. 전자제어유닛(미도시)은 페달변위센서(11)로부터 출력된 전기적 신호를 입력받아 모터(114)를 구동하게 된다. 또한, 전자제어유닛은 마스터실린더(20)의 출구측에 마련된 제2 압력센서(148)와 압력 공급장치(110)의 출구측에 마련된 제1 압력센서(118)를 통하여 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 모터(114)가 작동하고, 이 모터(114)의 회전력을 직선운동으로 변환하여 압력챔버(111)를 가압하게 된다. 이때, 압력챔버(111)는 유압유로(116)에 의해 리저버(30)와 연결되어 오일이 저장된 상태로 마련되고, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 볼스크류부재(115)의 직선운동에 따라 액압을 발생시킨다. 또한, 마스터실린더(20)의 출구와 연결된 제1 및 제2 백업유로(141,142)에 설치된 제1 및 제2 차단밸브(143,144)가 폐쇄되어 마스터실린더(20)에 생긴 유압이 휠 실린더(40)로 전달되지 않게 된다. 이에, 압력챔버(111)로부터 발생된 액압이 제1 및 제2 전환밸브(131,132)를 통하여 각 휠 실린더(40)로 전달된다. 상기 제1 및 제2 전환밸브(131,132)는 직렬로 배치되어 각각 제1 및 제2서킷(121,122)으로 공급되는 액압을 제어하게 된다. 즉, 제1 및 제2 전환밸브(131,132)는 전자제어유닛에 의해 개방된다.
한편, 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 마스터실린더(20)의 가압에 따라 발생된 압력은 마스터실린더(20)와 연결된 시뮬레이션장치(150)로 전달된다. 이때, 마스터실린더(20)와 시뮬레이션 챔버(151) 사이에 배치된 NC 타입의 시뮬레이션 밸브(155)가 개방되어 시뮬레이션 챔버(151)로 액압이 공급됨에 따라 반력피스톤(152)이 움직이고 반력피스톤(152)을 지지하는 반력스프링(153) 하중에 상응하는 압력이 시뮬레이션 챔버(151) 내에 형성되어 운전자에게 적적한 페달감을 제공한다.
다음으로, 차량용 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하지 않을 경우 에 대해 설명하기로 한다. 도 1을 참조하면, 운전자가 브레이크 페달(10)을 가압하면 이 브레이크 페달(10)과 연결된 인풋로드(12)는 좌측으로 전진하고, 이와 동시에 인풋로드(12)와 접하는 제1피스톤(21a)도 좌측으로 전진하게 된다. 이때, 인풋로드(12)와 제1피스톤(21a) 사이의 갭이 존재하지 않음으로 신속하게 제동을 수행할 수 있게 된다. 즉, 마스터실린더(20)가 가압되어 발생된 액압이 백업 제동을 위하여 연결된 제1 및 제2 백업유로(141,142)를 통하여 휠 실린더(40)로 전달되어 제동력을 구현하게 된다. 이때, 제1 및 제2 백업유로(141,142)에 설치된 제1 및 제2 차단밸브(143,144)는 NO 타입의 솔레노이드밸브로 구성되고, 시뮬레이션 밸브(155), 제1 및 제2 전환밸브(131,132)가 NC 타입의 솔레노이드밸브로 구성됨에 따라 액압이 곧바로 휠 실린더(40)로 전달된다. 이에 안정된 제동을 수행할 수 있어 제동 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같은 차량용 전자식 브레이크 시스템은 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 운전자의 제동의지를 감지하여 전기적 신호의 출력에 의해 모터(114)를 제어하고, 모터(114)의 회전운동을 직선운동을 변환시켜 액압을 발생시키도록 구성됨에 따라 정밀한 액압제어가 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 브레이크 시스템의 고장시 운전자의 답력에 의해 발생된 제동유압이 백업유로(141,142)를 통해 직접 휠 실린더(40)로 공급되도록 이루어짐에 따라 제동 안정성을 향상시킬 수 있다. 이러한 차량용 전자식 브레이크 시스템을 사용시, 보다 안정적인 제동을 위하여 소정의 압력을 저장시켜 휠 실린더(40)로 액압을 공급하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템이 도시되어 있다. 여기서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조번호는 동일한 기능을 하는 부재를 가리킨다.
본 실시예에 따른 차량용 전자식 브레이크 시스템은 컴플라이언스유닛(160)을 더 구비한다. 도시된 바에 따르면, 컴플라이언스유닛(160)은 제1 전환밸브(131)와 제2 전환밸브(132)가 연결된 유로에 배치되어 압력 공급장치(110)로부터 발생된 액압을 저장할 수 있도록 마련된다. 이러한 컴플라이언스유닛(160)은 액압을 저장할 수 있도록 미리 정해진 체적을 갖는 컵플라이언스 챔버(161)와, 컴플라이언스 챔버(161) 내에 마련된 피스톤(162) 및 탄성부재(163)를 포함하여 컴플라이언스 챔버(161)로 유입되는 액압에 의해 일정 범위 체적이 변화되도록 형성된다. 이러한 컴플라이언스유닛(160)의 입구측에는 컴플라이언스 밸브(165)가 마련되고, 컴플라이언스 밸브(165)는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 NC 타입의 솔레노이드밸브로 구성된다.
이러한 컴플라이언스유닛(160)은 제동시 예컨대, ABS 모드가 장시간 동안 지속될 겨우 압력 공급장치(110)로부터 제동압력 생성이 불가하기 때문에, 이를 전자제어유닛(미도시)에서 감지하여 컴플라이언스유닛(160)에 저장된 액압을 휠 실린더(40)로 공급하는 역할을 수행하게 된다. 구체적으로, 압력 공급장치(110)로부터 제동압력 생성이 불가피한 경우 제1 전환밸브(131)를 폐쇄하고 압력챔버(111) 내의 압력피스톤(112)을 빠르게 후퇴하여 유압유로(116)를 통하여 리저버(20)에서 오일을 흡수한 후 다시 전진하여 액압을 형성하도록 한다. 이러한 압력챔버(111)가 오일을 흡입하여 압축하는 시간동안 컴플라이언스유닛(116)으로부터 액압을 휠 실린더(40)로 전달함으로써 공급 압력의 급격한 하락을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라 ABS 모드시 공급압 하락에 따른 ABS 모드 제어 및 차량 제동에 대한 문제를 해결할 수 있게 된다.
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.
10 : 브레이크 페달 11 : 페달변위센서
12 : 인풋로드 20 : 마스터실린더
30 : 리저버 40 : 휠 실린더
110 : 액압 공급장치 111 : 압력챔버
112 : 압력피스톤 113 : 압력스프링
114 : 모터 115 : 볼스크류부재
116 : 유압유로 117 : 체크밸브
120 : 유압제어유닛 121 : 제1서킷
122 : 제2서킷 126 : 리턴유로
131 : 제1 전환밸브 132 : 제2 전환밸브
141 : 제1 백업유로 142 : 제2 백업유로
143 : 제1 차단밸브 144 : 제2 차단밸브
150 : 시뮬레이션장치 155 : 시뮬레이션 밸브
160 : 컴플라이언스유닛 165 : 컴플라이언스 밸브

Claims (14)

  1. 오일이 저장되는 리저버와, 두 개의 유압회로를 가지며 상기 리저버에 저장되어 있는 오일을 이용하여 액압을 발생시키는 마스터실린더와, 상기 마스터실린더와 접촉하여 운전자의 답력에 의해 전진하도록 배치된 인풋로드 및, 상기 인풋로드와 연결된 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달변위센서를 포함하는 전자식 브레이크 시스템에 있어서,
    오일을 공급받도록 리저버와 유압유로에 의해 연결되고, 운전자가 브레이크 페달을 작동시킬 경우 이를 페달변위센서를 통해 전기적 신호로 출력하여 모터가 작동하고 상기 모터의 회전력을 직선운동으로 변환하는 압력 공급장치;
    상기 압력 공급장치에 의해 발생된 힘으로 액압을 공급받아 제동을 수행하도록 적어도 하나의 제1차륜으로 구성된 제1서킷과 적어도 하나의 제2차륜으로 구성된 제2서킷을 갖춘 유압제어유닛;
    상기 압력 공급장치와 유압제어유닛을 연결하는 유로에 직렬로 연결되어 개폐동작에 의해 제1서킷의 휠 실린더로 전달되는 액압을 제어하는 제1 전환밸브 및 제2서킷의 휠 실린더로 전달되는 액압을 제어하는 제2 전환밸브;
    상기 마스터실린더와 연결되어 상기 브레이크 페달의 답력에 따른 반력을 제공하도록 마련된 시뮬레이션장치; 및
    압력 정보 및 페달 변위 정보를 기반으로 모터 및 밸브들을 제어하는 전자제어유닛;을 포함하고,
    상기 압력 공급장치는,
    상기 유압유로와 연결되어 오일을 공급받는 압력챔버;
    상기 압력챔버 내에 마련된 유압피스톤;
    상기 압력챔버 내에 마련되어 유압피스톤을 탄성 지지하는 유압스프링;
    상기 페달변위센서의 전기적 신호에 의해 회전력을 발생시키는 모터; 및
    상기 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 전환시키기 위해 스크류와 볼너트로 이루어지는 볼스크류부재;를 구비하고,
    상기 유압피스톤은 직선 운동하는 스크류와 연결되어 스크류에 의해 압력챔버 내의 오일을 가압하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압유로에는 상기 압력챔버의 압력이 역류되는 것을 방지하며 유압피스톤의 복귀시 압력챔버 내에 오일이 흡입되어 저장되도록 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력챔버 및 마스터실린더와 연결된 유로에는 압력을 감지하는 압력센서가 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유압제어유닛은,
    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 유압유로를 연결하는 리턴유로;를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    차량용 전자식 브레이크 시스템이 비정상적으로 작동하는 경우 오일을 제어하도록 상기 마스터실린더의 두 개의 유압회로와 휠 실린더를 연결하는 제1 및 제2 백업유로와, 상기 제1 백업유로와 마스터실린더의 접속을 제어하는 제1 차단밸브 및, 상기 제2 백업유로와 마스터실린더의 접속을 제어하는 제2 차단밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 차단밸브는 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션장치는,
    상기 마스터실린더에서 유출되는 오일을 저장하는 시뮬레이션 챔버;
    상기 시뮬레이션 챔버 내에 마련된 반력피스톤;
    상기 반력피스톤을 탄성 지지하는 반력스프링; 및
    상기 시뮬레이션 챔버의 입구측에 마련된 시뮬레이션 밸브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 밸브는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전환밸브는 평시 개방형 솔레노이드밸브로 마련되고, 상기 제2 전환밸브는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전환밸브는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전환밸브와 제2 전환밸브가 연결된 유로에 배치되어 액압에 의해 체적이 변화되어 소정의 오일을 저장하는 컴플라이언스유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 컴플라이언스유닛은,
    미리 정해진 체적을 갖는 컴플라이언스 챔버;
    상기 컴플라이언스 챔버 내에 마련된 피스톤과 탄성부재; 및
    상기 컴플라이언스 챔버의 입구측에 마련된 컴플라이언스 밸브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 컴플라이언스 밸브는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 브레이크 시스템.
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