KR101531076B1 - 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법 및 이러한 방법을 실행하기 위한 수단을 포함하는 제어 장치 - Google Patents

유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법 및 이러한 방법을 실행하기 위한 수단을 포함하는 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공 브레이크 부스터(8)를 갖는 유압 브레이크 시스템을 포함하는 자동차의 브레이크 회로 내의 공기를 인식하기 위한 방법에 관한 것이다. 진공 브레이크 부스터(8)의 진공 챔버(1) 내 압력(pFC)이 브레이크의 작동 상태 또는 미작동 상태에서 측정되고, 브레이크 거동에 대해 특성화된 매개 변수(s, VMC, Δp)가 측정된 압력에 대한 함수로서 산출되며, 상기의 특성화된 매개 변수(s, VMC, Δp)가 기준값과 비교되는 방법에 의해 공기 버블들이 간단하고 확실하게 인식될 수 있다.

Description

유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법 및 이러한 방법을 실행하기 위한 수단을 포함하는 제어 장치{METHOD FOR DETECTING CHANGES IN THE RIGIDITY OF A HYDRAULIC BRAKE SYSTEM AND A CONTROL DEVICE COMPRISING MEAN FOR PERFORMING THE SAME}
본 발명은 유압 자동차 브레이크 시스템의 강도 변동을 인식하기 위한 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 알고리즘을 갖는 제어 장치에 관한 것이다.
공지된 유압 자동차 브레이크 시스템의 경우 특히 브레이크액 내 공기 버블들에 의해 브레이크 특성이 변동할 수 있다. 통상 운전자는 브레이크 페달의 작동 시 브레이크 거동의 변동을 인식할 수 있는데, 그 이유는 동일한 차량 감속에 도달하기 위해 더 큰 페달 경로를 이동해야 하기 때문이다. 그러나 이는 브레이크 페달과 브레이크 캘리퍼 사이가 기계적으로 연결된 종래의 유압 브레이크 시스템에 대해서만 적용된다. 이에 반해, 브레이크 페달이 나머지 브레이크 시스템으로부터 기계적으로 분리된 브레이크 시스템은 브레이크 페달에 대한 피드백을 제공하지 않는다.
본 발명의 목적은 (유압 뿐만 아니라 분리식) 브레이크 시스템 내 강도 변동이 자동으로 인식될 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 상기 목적은 청구범위 제1항 및 제11항에 기재된 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 또 다른 실시예들은 종속항들의 대상이다.
본 발명의 실질적인 양상은 브레이크의 작동 상태 및 미작동 상태에서 진공 브레이크 부스터의 진공 챔버 내 압력을 측정하고 측정된 상기 압력을 토대로, 예컨대 부스터막 또는 마스터 브레이크 실린더가 이동한 경로, 마스터 브레이크 실린더에 의해 변위된 체적 또는 간단하게는 단지 상기 두 상태에서의 압력 차이와 같이 브레이크 거동에 대해 특성화된 매개 변수를 계산하거나 상기 매개 변수를 기준값과 비교하는 데 있다. 따라서, 측정된 진공 챔버 압력만으로 브레이크 시스템의 강도 변동을 인식할 수 있다.
기준값은 바람직하게 유압 제동 압력(예컨대 잠재 압력)의 함수로서 계산되거나 특성 곡선을 기초로 결정된다.
본 발명의 제1 실시예에 따라, 작동 상태 및 미작동 상태에서 진공 챔버 압력 사이의 압력 차이가 특성화된 변수로서 계산되어 기준값과 비교된다. 기준값(Δp)은 예컨대 이하의 관계식에 의해 유압 제동 압력(
Figure 112010059042027-pct00001
)의 함수로서 계산되거나 상응하는 특성 곡선을 토대로 산출될 수 있다(상기 식에 대한 설명은 개별 도면 설명을 참조할 것).
Figure 112010059042027-pct00002
제1 실시예에 따른 방법의 경우, 진공 챔버 압력은 바람직하게 우선 브레이크의 작동 상태에서 측정된 다음 미작동 상태에서 측정된다.
본 발명의 제2 실시예에 따라 브레이크 부스터의 막이 이동한 경로 또는 이에 대해 비례하는 변수는 작동 상태 및 미작동 상태에서 측정된 진공 챔버 압력의 함수로서 결정된다. 막이 이동한 경로(s)는 예컨대 이하의 관계식에 따라 산출될 수 있다(상기 식에 대한 설명은 개별 도면 설명을 참조할 것).
Figure 112010059042027-pct00003
이와 같이 계산된 경로(s)를 토대로 바람직하게 마스터 브레이크 실린더에 의해 변위된 체적이 계산된다. 이러한 체적(VMC)은 예컨대 이하의 관계식에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112010059042027-pct00004
진공 챔버 압력을 토대로 결정된 체적(VMC)은 바람직하게 시스템 내에 저장된 p/V 특성 곡선을 토대로 산출된 체적과 비교된다. 사전 설정된 임계값보다 편차가 더 큰 경우에 한해서, 브레이크 시스템의 강도 변동이 인식된다. 상기 변동은 예컨대 지시등(indicator lamp) 또는 다른 장치에 의해 운전자에게 지시될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 기초로 본 발명을 예시적으로 더 자세히 설명하고자 한다.
도 1은 진공 브레이크 부스터의 개략도이다.
도 2는 브레이크 시스템의 강도 변동을 인식하기 위한 방법의 실질적인 방법 단계를 나타내기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따라 브레이크 시스템의 강도 변동을 인식하기 위한 방법의 실질적인 방법 단계를 나타내기 위한 흐름도이다.
도 1은 종래 기술에 공지된 바와 같이, 통상적인 진공 브레이크 부스터(UBKV)의 개략도를 도시하고 있다. 실질적으로 UBKV는 작업 챔버(2)와, 진공 포트(3)를 구비한 진공 챔버(1)와, 상기 두 챔버들(1, 2) 사이에 배치된 막(7)을 포함한다. 진공 포트(3)에는 예컨대 내연 기관에 의해 구동되는 (도시되지 않은) 진공원이 연결되며, 진공 챔버(1) 내에는 사전 설정된 진공이 형성된다. UBKV(8)의 중앙 영역에는 이중 밸브(4)가 배치되며, 이중 밸브는 두 가지 기능을 수행하는데 즉, a) 진공 챔버(1)로부터 작업 챔버(2)를 분리하거나 두 챔버들(1, 2)을 서로 연결하고 b) 작업 챔버(2)를 환기시키거나 주변 공기로부터 분리한다.
제동되지 않은 상태일 때, 진공 챔버(1)와 작업 챔버(2) 사이의 연결부는 개방된다. 따라서 상기 두 챔버들(1, 2) 내에는 동일하게 진공이 형성된다. 풋 브레이크 페달의 작동 시 두 챔버들(1, 2)은 서로 분리되며 작업 챔버(2)는 환기된다.
피스톤 로드(6)에 의해 세팅된 경로에 따라 진공 챔버(1) 내 압력과 주변 압력 사이에 압력 차이가 형성된다. 이 경우 압력 차이로 인해 작업 막(7) 상에 발생한 힘은 피스톤 로드(6)가 가하는 제동력을 부스팅한다. 힘(F)이 릴리스된 이후, 주변 공기에 의한 환기는 중단되며 챔버 밸브는 다시 개방된다. 이로써 두 챔버들(1, 2)은 진공원으로부터 진공을 제공받는다.
공지된 UBKV들과 달리, 도시된 UBKV(8)는 브레이크 부스터의 힘-경로-특성의 변동을 측정할 수 있는 센서 장치(9, 10, 11)를 포함한다. 본원에서 센서 장치는 진공 챔버(1) 내에 배치되고 제어 장치(11)에 의해 출력 신호가 평가되는 압력 센서(9)와, 마찬가지로 제어 장치(11)에 연결되고 유압 제동 압력(잠재 압력)을 측정하기 위한 압력 센서(10)를 포함한다.
변형예 1 : 브레이크 페달의 릴리스 시 강도 결정
본 발명의 제1 실시예에 따라 진공 챔버(1) 내의 압력은 우선 브레이크의 작동 상태에서 측정된 다음 브레이크의 릴리스 상태에서 측정되며, 이를 토대로 압력 차이가 형성된다. 마지막으로 상기 압력 차이는 기준값과 비교된다.
도 2는 상기 방법에서의 실질적인 방법 단계를 도시한다.
단계(15)에서는 풋 브레이크 페달이 작동되어 사전 설정된 짧은 기간, 예컨대 적어도 500ms 동안 일정하게 유지되었는지의 여부가 우선적으로 모니터링된다. 또한, 진공 챔버(1) 내의 진공이 일정한지의 여부도 검사된다. 상기 두 조건들이 충족되면, 단계(16)에서는 진공 챔버(1) 내의 진공[(
Figure 112010059042027-pct00005
) appl : 적용 또는 작동, FC : 전방 챔버 또는 진공 챔버) 측정과, 유압 제동 압력[(
Figure 112010059042027-pct00006
) MC : 마스터 실린더 또는 마스터 브레이크 실린더]의 측정이 실행된다.
후속 단계(17)에서는 페달의 이동 방향이 변동하는지 그리고 브레이크가 릴리스되는지의 여부가 모니터링된다. 풋 브레이크 페달이 사전 설정된 짧은 시간 동안 릴리스되고 진공 챔버(1) 내 압력이 사전 설정된 기간 동안 일정하면, 단계(18)에는 이하의 계산을 기초로 하는 압력 측정값[(
Figure 112010059042027-pct00007
) Rel: 릴리스 또는 해제]이 도입된다.
이후, 단계(19)에서는 상기 두 측정값들을 토대로 압력 차이 Δp =
Figure 112010059042027-pct00008
가 형성된다.
기준값에는 이하의 수학식이 적용된다.
Figure 112010059042027-pct00009
(1)
이 경우 α는 브레이크 실린더 내 밀봉부의 압력에 따른 마찰을, D는 스프링의 힘과 압력에 따른 마찰을, F0은 막이 상기 막의 정지 위치로부터 나와서 이동하기 전에 압력 차이에 의해 막(7)에 인가되어야 하는 초기 힘을 나타낸다. 또한, AMC는 마스터 브레이크 실린더의 작용면을, sB는 막 또는 마스터 브레이크 실린더가 이동한 경로이다.
상기 식(1)은 이하의 사항들을 고려하여 유도될 수 있다. 브레이크 부스터(8) 내 전체 공기량(VB)에 대해서는 이하의 수학식이 적용된다.
Figure 112010059042027-pct00010
Figure 112010059042027-pct00011
수학식(4)에서는 진공 공급부에 대한 진공 챔버(1)의 연결이 릴리스 중에 중단되었는지가 추정되었다. 상기 연결이 릴리스 중에 중단되지 않는다면, 브레이크 부스터가 작동하지 않는 동안 진공 챔버(1) 내 압력이 측정됨으로써, 진공 공급부(pvac)의 압력이 우선적으로 결정된다. 릴리스 동안 진공 챔버(1) 내 압력은 지속적으로 측정된다. 챔버 압력(pRC)과 진공 압력의 차이를 토대로 릴리스 중 배출된 공기량은
Figure 112010059042027-pct00012
인 경우
Figure 112010059042027-pct00013
의 함수로
Figure 112010059042027-pct00014
인 경우
Figure 112010059042027-pct00015
함수로 이하의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112010059042027-pct00016
수학식(5)을 토대로 막(7)의 변위(sB)를 계산할 수 있도록, 작동 상태에서 작업 챔버(RC : 후방 챔버) 내 압력(
Figure 112010059042027-pct00017
)이 결정되어야 한다. 이를 위해 작동 상태에서 마스터 브레이크 실린더와 막(7) 사이의 힘 평형이 관찰된다.
Figure 112010059042027-pct00018
이 경우 α는 브레이크 실린더 내 밀봉부의 압력에 따른 마찰을, D는 스프링(막과 마스터 브레이크 실린더)의 힘과 경로에 따른 마찰을, F0은 막이 상기 막의 정지 위치를 벗어나서 이동하기 전에 압력 차이에 의해 막(7)에 인가되어야 하는 초기 힘을 나타낸다.
수학식(6)은 기계적 커플링을 갖지 않는 시스템에만 적용된다. 통상적인 진공 브레이크 부스터의 경우 상기 수학식은 입력 힘(F in )이 고려되는 만큼 이하의 식과 같이 변형된다.
Figure 112010059042027-pct00019
브레이크 부스터의 출력점에 아직 도달하지 않은 한(이는 pMC에서 인식될 수 있다), 부스팅은 하기 식에 따라 선형에 근접할 수 있다.
Figure 112010059042027-pct00020
상기 식에서 β는 부스팅 계수이다. 변수 AB가
Figure 112010059042027-pct00021
로 치환되면, 수학식(6)은 종래의 진공 브레이크 부스터의 경우에도 유효하다.
이제 수학식(5) 및 수학식(6)을 토대로 페달의 릴리스 시 막(7)의 경로(sB)가 계산된다.
Figure 112010059042027-pct00022
Figure 112010059042027-pct00023
수학식(7) 및 수학식(8)을 토대로 계산된 경로(SB)는 바로[또는 경로(SB)가 체적(V)으로 변환된 이후] 브레이크 시스템에 대해 특성화된 pV 특성 곡선과 비교된다. 따라서 상기 두 값들의 편차를 토대로 공기 버블들의 존재 여부가 검출될 수 있다.
그러나 이 경우 수학식(7)은 높은 비용을 들여서만 제어 장치에서 계산될 수 있으며, 이러한 적용 시 브레이크 시스템 내 체적 도입이 소정의 한계를 언제 초과하는 지만이 주시되기 때문에, 이하의 방법을 제안하고자 한다.
우선, 작동 상태와 릴리스 상태에서 압력 차이 Δp =
Figure 112010059042027-pct00024
에 따라 수학식(7) 및 수학식(8)을 풀면 이하의 수학식을 얻는다.
Figure 112010059042027-pct00025
상기 수학식에서는 마스터 실린더가 이동한 경로(sB)만이 미지수이다. 상기 변수는 유압 잠재 압력(pMC)의 함수인 후속 수학식에 의해, 그리고 환기된 브레이크 시스템
Figure 112010059042027-pct00026
의 pV 특성 곡선을 토대로 결정될 수 있다.
이로써 상기 식(9)은 단지 유압 압력(pMC)의 함수이며, 예상되는 압력 차이(Δp)에 대한 해당 값을 측정된 각각의 유압 압력(
Figure 112010059042027-pct00027
)에 제공한다. 따라서 측정된 압력 차이(Δp)는 특성 곡선(9)을 토대로 산출된 압력 차이와만 비교되어야 한다. 상기 두 값들이 사전 설정된 임계값과 서로 많이 상이하다면, 임계 상태가 인식되며 상응하는 경고 신호가 송출된다.
변형예 2 : 브레이크 페달의 작동 시 강도 결정
본 발명의 제2 실시예에 따라 풋 브레이크 페달의 작동 시 마스터 브레이크 실린더에 의해 변위된 체적(VMC)이 산출되어 시스템의 pV 특성 곡선과 비교된다. 작동 상태(지수 Appl.)에서 진공 챔버(1)의 체적(지수 FC)에 대해서는 이하의 수학식이 적용된다.
Figure 112010059042027-pct00028
이때 다시 상기 수학식으로부터는, 진공 공급이 중단되었는지가 추정되었다. 차이량은 이전의 경우와 유사하게 계산되어 고려될 수 있다.
이 경우
Figure 112010059042027-pct00029
또는
Figure 112010059042027-pct00030
은 미작동 상태 또는 작동 상태에서 진공 챔버(1) 내의 압력이며, 상태 변동이 등온(isothermal)일 때 k = 1이다. 막(7)이 이동한 경로(
Figure 112010059042027-pct00031
)에 대해서는 이하의 수학식이 적용된다.
Figure 112010059042027-pct00032
이 경우 AB는 막(7)의 유효 면적이다. 마스터 브레이크 실린더에 의해 변위된 체적(VMC)은 이제 마스터 브레이크 실린더의 횡단면(AMC)과 경로(
Figure 112010059042027-pct00033
)를 토대로 계산될 수 있는데, 이는 마스터 브레이크 실린더(MC) 내에 압력이 형성될 때까지 마스터 브레이크 실린더(8)가 이동한 경로가 아이들 경로[(s0) : idle travel]를 제하고 막(7)의 경로와 동일하기 때문이다. 이 경우 이하의 수학식이 적용된다.
Figure 112010059042027-pct00034
환기된 브레이크 시스템의 pV 특성 곡선과 VMC를 비교함으로써[
Figure 112010059042027-pct00035
], 브레이크 시스템에 공기 버블이 있는지의 여부가 검출될 수 있다.

Claims (12)

  1. 진공 브레이크 부스터(8)를 구비한 유압 브레이크 시스템의 강도 변동을 인식하기 위한 방법에 있어서,
    브레이크의 작동 상태를 규정하기 위해서 제1 미리 설정된 기간의 시간 동안 브레이크를 작동시키고 브레이크를 일정하게 유지하는 단계,
    브레이크의 미작동 상태를 규정하기 위해서 제2 미리 설정된 기간의 시간 동안 브레이크를 해제하는 단계,
    일련의 브레이크의 작동 상태 및 미작동 상태의 각각에서, 진공 브레이크 부스터(8)의 막을 포함한 진공 챔버(1) 내 압력(pFC)을 측정하는 단계,
    상기 일련의 브레이크의 작동 상태 및 미작동 상태의 각각에서 측정된 진공 챔버 압력의 함수로서, 브레이크 거동에 대해 특성화된 매개 변수(sB, VMC, Δp)를 산출하는 단계 및
    특성화된 매개 변수를 기준값과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
  2. 제1항에 있어서, 작동 상태 및 미작동 상태에서 측정된 진공 챔버 압력 사이의 압력 차이(Δp)가 특성화된 변수로서 계산되어 상응하는 기준값과 비교되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
  3. 제2항에 있어서, 기준값은 유압 제동 압력(pMC)의 함수로서 산출되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
  4. 제3항에 있어서, 기준값은 이하의 관계식에 따라 산출되거나 상응하는 특성 곡선을 토대로 산출되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
    Figure 112010059042027-pct00036
  5. 제4항에 있어서, 막(7)이 이동한 경로(sB)는 시스템에 저장된 pV 특성 곡선을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 진공 챔버 압력(
    Figure 112010059042027-pct00037
    )은 우선 브레이크의 작동 상태에서 측정된 다음 미작동 상태(
    Figure 112010059042027-pct00038
    )에서 측정되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
  7. 제1항에 있어서, 막(7)이 이동한 경로(sB) 또는 이에 대해 비례하는 변수는 측정된 진공 챔버 압력의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 경로(sB)는 이하의 관계식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
    Figure 112010059042027-pct00039
  9. 제8항에 있어서, 막(7)이 이동한 경로(sB)로부터 마스터 브레이크 실린더에 의해 변위된 체적(VMC)이 결정되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
  10. 제9항에 있어서, 마스터 브레이크 실린더에 의해 변위된 체적은 이하의 관계식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
    Figure 112010059042027-pct00040
  11. 제10항에 있어서, 진공 챔버 압력을 토대로 결정된 체적(VMC)은 p/V 특성 곡선을 토대로 산출된 체적과 비교되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동 인식 방법.
  12. 진공 브레이크 부스터를 구비한 유압 브레이크 시스템의 강도 변동을 인식하기 위한 제어 장치로서,
    일련의 브레이크의 작동 상태 및 미작동 상태의 각각에서, 진공 브레이크 부스터의 막을 포함한 진공 챔버 내 압력을 측정하는 측정 기기,
    상기 일련의 브레이크의 작동 상태 및 미작동 상태의 각각에서 측정된 진공 챔버 압력의 함수로서, 브레이크 거동에 대해 특성화된 매개 변수를 산출하는 산출 기기 및
    특성화된 매개 변수를 기준값과 비교하는 비교 장치를 포함하고,
    상기 작동 상태는 제1 미리 설정된 기간의 시간 동안 브레이크가 작동되고 유지될 때 규정되고, 상기 미작동 상태는 제2 미리 설정된 기간의 시간 동안 브레이크가 해제될 때 규정되는 것을 특징으로 하는, 유압 브레이크 시스템의 강도 변동을 인식하기 위한 제어 장치.
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