KR101638345B1 - 전자식 브레이크 시스템 - Google Patents

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Abstract

전자식 브레이크 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 오일이 저장되는 리저버와, 제1 및 제2 유압포트를 가지며 오일을 공급받도록 리저버와 결합된 마스터실린더와, 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달변위센서 및 상기 마스터실린더와 연결되어 상기 브레이크 페달의 답력에 따른 반력을 제공하도록 마련된 시뮬레이션장치를 포함하는 전자식 브레이크 시스템에 있어서, 브레이크 페달을 작동시킬 경우 이를 페달변위센서를 통해 전기적 신호로 출력하여 작동하는 모터와, 상기 모터의 회전력에 따라 액압을 토출하거나 흡입하는 기어펌프와, 상기 모터의 회전력을 기어펌프로 전달하는 동력전달부를 구비하는 액압공급장치; 상기 액압공급장치에 의해 발생된 힘으로 액압을 공급받아 각 차륜에 마련되는 휠 실린더로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 제1 및 제2 유압서킷을 갖는 유압제어유닛; 및 액압 정보 및 페달 변위 정보를 기반으로 모터 및 밸브들을 제어하는 전자제어유닛;을 포함하고, 상기 기어펌프는 제1 유압유로를 통해 상기 제1 유압서킷과 연결되는 제1 기어펌프와, 제2 유압유로를 통해 상기 제2 유압서킷과 연결되는 제2 기어펌프로 이루어진 전자식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.

Description

전자식 브레이크 시스템{Electric brake system}
본 발명은 전자식 브레이크 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조를 단순화시키며 정밀한 압력 제어가 가능한 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 전자식 브레이크 시스템은 차량의 차륜에 장착된 휠 실린더 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 체크밸브와, 솔레노이드밸브와 모터의 구동을 제어하기 위한 전자제어유닛(ECU)을 포함하고 있으며, 이러한 구성요소들은 알루미늄으로 제작된 유압 블록에 콤팩트하게 내장되어 있다. 또한, 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달변위센서로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 휠 실린더로 압력을 공급하는 액압 공급장치가 마련되어 사용되고 있다.
상기와 같은 액압 공급장치가 마련된 전자식 브레이크 시스템은 미국 공개특허 US 2012/0091787호에 개시되어 있다. 개시된 문헌에 따르면, 액압 공급장치는 브레이크 페달의 답력에 따라 모터가 작동하여 제동압을 발생시키도록 이루어진다. 이때, 제동압은 모터의 회전력을 직선운동으로 변환하여 피스톤을 가압함으로써 발생하게 된다.
그러나, 상기와 같은 구조의 전자식 브레이크 시스템은 압력을 생성하는 액압공급장치가 단동식 구조로 이루어져 압력 재생성 또는 생성압력에 대한 부스팅(boosting)시 가압된 피스톤을 다시 원래의 위치로 복귀시킨 후 다시 작동시켜야 함으로 신속한 압력 생성 및 정밀 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 브레이크 시스템을 전자적으로 제어함은 물론, 다양한 기능을 수행하기 위하여, 복수의 밸브와 유로의 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.
미국 공개특허 US 2012/0091787 (HITACHI, LTD) 2012. 4. 19.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 액압공급장치에 마련된 기어펌프를 통하여 필요한 액압을 지속적이고 일정하게 공급함은 물론, 정밀한 압력 제어가 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 유압의 흐름을 제어하는 밸브의 개수를 최소화하여 구성이 단순화되도록 하며, 브레이크 시스템이 비정상으로 작동되더라도 운전자의 답력에 의해 제동이 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 오일이 저장되는 리저버와, 제1 및 제2 유압포트를 가지며 오일을 공급받도록 리저버와 결합된 마스터실린더와, 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달변위센서 및 상기 마스터실린더와 연결되어 상기 브레이크 페달의 답력에 따른 반력을 제공하도록 마련된 시뮬레이션장치를 포함하는 전자식 브레이크 시스템에 있어서, 브레이크 페달을 작동시킬 경우 이를 페달변위센서를 통해 전기적 신호로 출력하여 작동하는 모터와, 상기 모터의 회전력에 따라 액압을 토출하거나 흡입하는 기어펌프와, 상기 모터의 회전력을 기어펌프로 전달하는 동력전달부를 구비하는 액압공급장치; 상기 액압공급장치에 의해 발생된 힘으로 액압을 공급받아 각 차륜에 마련되는 휠 실린더로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 제1 및 제2 유압서킷을 갖는 유압제어유닛; 및 액압 정보 및 페달 변위 정보를 기반으로 모터 및 밸브들을 제어하는 전자제어유닛;을 포함하고, 상기 기어펌프는 제1 유압유로를 통해 상기 제1 유압서킷과 연결되는 제1 기어펌프와, 제2 유압유로를 통해 상기 제2 유압서킷과 연결되는 제2 기어펌프로 이루어진 전자식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 기어펌프는 각각 리저버와 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 유압유로 사이에 배치되어 두 유압유로를 연결 및 차단하는 밸런스밸브를 구비할 수 있다.
또한, 상기 밸런스밸브는 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1 유압유로와 리저버를 연결하는 유로에 마련되는 제1 덤프밸브와, 상기 제2 유압유로와 리저버를 연결하는 유로에 마련되는 제2 덤프밸브를 구비할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 덤프밸브는 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다.
또한, 전자식 브레이크 시스템이 비정상적으로 작동하는 경우 오일을 직접 휠 실린더로 공급하도록 상기 제1 유압포트와 제1 유압서킷을 연결하는 제1 백업유로와, 상기 제2 유압포트와 제2 유압서킷을 연결하는 제2 백업유로와, 제1 백업유로에 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제1 컷밸브 및 제2 백업유로에 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제2 컷밸브를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 컷밸브는 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다.
또한, 상기 유압제어유닛은 각 차륜에 설치된 휠 실린더로 흐르는 액압을 제어하도록 휠 실린더의 상류측에 각각 마련되는 인렛밸브를 구비할 수 있다.
또한, 상기 유압제어유닛은 상기 휠 실린더로부터 배출되는 액압의 흐름을 각각 제어하는 복수의 아웃렛밸브를 더 구비하고, 상기 각 아웃렛밸브는 상기 리저버와 연결될 수 있다.
또한, 상기 인렛밸브는 평상시 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다.
또한, 상기 아웃렛밸브는 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 액압공급장치에 마련된 기어펌프를 통하여 필요한 액압을 지속적이고 일정하게 공급함은 물론, 정밀한 압력 제어가 가능하도록 할 수 있다.
또한, 유압의 흐름을 제어하는 밸브의 개수를 최소화함으로써 종래에 비하여 구조를 단순화시킬 수 있는 장점이 있다. 이에, 브레이크 시스템의 크기 즉, 밸브들이 설치되는 모듈레이터블럭의 크기를 줄일 수 있어 저가형으로 구현할 수 있게 된다.
아울러, 모터와 밸브들을 연동하여 제어함으로써 정밀한 압력 제어가 가능하다는 효과가 있다. 이와 더불어, 각각 두 개의 차륜과 연결되도록 두 개의 유압서킷으로 구성하여 독립적으로 제어하고, 각 휠에 요구되는 압력 및 우선순위 결정 로직(logic)에 따라 액압공급장치를 연동 제어함으로써 제어 범위를 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
더욱이, 브레이크 시스템의 고장시 운전자의 답력이 직접 마스터실린더로 전달되도록 하여 차량의 제동을 가능하도록 함으로써 안정적인 제동력을 제공할 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 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템에 구비된 액압공급장치를 나타내는 부분 발췌 사시도이다.
도 3은 도 2의 액압공급장치에 마련된 기어펌프의 동작상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 제동 작동되는 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 제동 해제되는 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템을 통하여 ABS 작동되는 상태를 설명하기 위한 유압회로도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 비정상으로 작동하는 상태를 나타내는 유압회로도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 1을 참조하면, 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, 액압이 전달되어 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동을 수행하는 휠 실린더(40)와, 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달변위센서(11) 및 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 반력을 제공하는 시뮬레이션장치(50)를 구비한다.
이때, 마스터실린더(20)는 적어도 하나의 챔버로 구성되어 액압을 발생시킬 수 있도록 이루어질 수 있으나, 도시되 바에 따르면, 두 개의 챔버를 갖도록 제1 피스톤(21a)과 제2 피스톤(22a)이 형성되고, 제1 피스톤(21a)은 인풋로드(12)와 접촉된다. 상기 마스터실린더(20)가 두 개의 챔버를 갖는 것은 고장시 안전을 확보하기 위함이다. 예컨대, 두 개의 챔버 중 첫 번째 챔버는 차량의 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)에 연결되고 나머지 챔버는 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)에 연결된다. 또는 이와 달리 두 개의 챔버 중 첫 번째 챔버를 두 개의 전륜(FR, FL) 그리고 나머지 챔버를 두 개의 후륜(RR, RL)에 연결할 수도 있다. 이와 같이, 두 개의 챔버를 독립적으로 구성하는 것은, 한쪽 챔버의 고장 시에도 차량의 제동이 가능하도록 하기 위함이다. 이러한 마스터실린더(20)에는 두 개의 챔버로부터 액압이 배출되는 제1 및 제2 유압포트(24a, 24b)가 형성된다.
또한, 마스터실린더(20)의 제1 피스톤(21a)과 제2 피스톤(22a) 사이에는 제1 스프링(21b)이 배치되고, 제2 피스톤(22a)과 마스터실린더(20)의 끝단 사이에는 제2 스프링(22b)이 마련되어 있다. 즉, 제1 스프링(21b)과 제2 스프링(22b)은 두 챔버에 각각 마련되어 제1 피스톤(21a)과 제2 피스톤(22a)이 압축됨에 따라 탄성력이 저장된다. 이 탄성력은 제1 피스톤(21a)을 미는 힘이 탄성력보다 작아질 때 제1 및 제2 피스톤(21a, 22a)을 밀어서 원상복귀시킨다.
한편, 마스터실린더(20)의 제1 피스톤(21a)을 가압하는 인풋로드(12)는 제1 피스톤(21a)과 밀착되게 접촉됨에 따라 마스터실린더(20)와 인풋로드(12) 사이의 갭(gap)이 존재하지 않는다. 즉, 브레이크 페달(10)을 밞으면 페달 무효 스트로크 구간 없이 직접적으로 마스터실린더(20)를 가압하도록 이루어진다.
상기 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 반력을 제공하도록 마련된 시뮬레이션장치(50)는 후술할 제1 백업유로(251)와 연결된다. 도시되 바에 따르면, 시뮬레이션장치(50)는 마스터실린더(20)의 제1 유압포트(24a)에서 유출되는 오일을 저장할 수 있도록 마련된 시뮬레이션 챔버(51)와, 시뮬레이션 챔버(51) 내에 마련된 반력피스톤(52)과, 이를 탄성 지지하는 반력스프링(53)을 구비하는 페달시뮬레이터 및 시뮬레이션 챔버(51)의 후단부에 연결된 시뮬레이션 밸브(54)를 포함한다. 이때, 시뮬레이션 챔버(51)는 반력피스톤(52)과 반력스프링(53)에 의해 시뮬레이션 챔버(51)로 유입되는 오일에 의해 일정 범위의 변위를 갖도록 설치된다.
시뮬레이션 밸브(54)는 시뮬레이션 챔버(51)의 후단과 리저버(30)를 연결하도록 이루어진다. 즉, 시뮬레이션 챔버(51)의 입구는 마스터실린더(20)와 연결되고, 시뮬레이션 챔버(51)의 후단은 시뮬레이션 밸브(54)와 연결되며, 시뮬레이션 밸브(54)는 리저버(30)와 연결됨에 따라 페달시뮬레이터 즉, 시뮬레이션 챔버(51) 내부 전체가 오일로 채워진다.
이러한 시뮬레이션 밸브(54)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 평시 폐쇄형 솔레노이드 밸브로 구성되어 운전자가 브레이크 페달(10)을 밟는 경우 개방되어 제동오일을 시뮬레이션 챔버(51)에 전달한다.
또한, 시뮬레이션 밸브(54)에 병렬로 시뮬레이션 체크밸브(55)가 설치된다. 이 시뮬레이션 체크밸브(55)는 리저버(30)로부터 오일이 시뮬레이션 챔버(51)로만 흐르도록 이루어진다. 즉, 페달시뮬레이터의 반력피스톤(52)이 반력스프링(53)을 압축하며 시뮬레이션 챔버(51) 내의 오일이 시뮬레이션 밸브(54)를 통해 리저버(30)로 전달된다. 이에, 시뮬레이션 챔버(51) 내에 오일이 채워진 상태이기 때문에 시뮬레이션장치(50)의 작동시 반력피스톤(52)의 마찰이 최소화되어 시뮬레이션장치(50)의 내구성이 향상됨은 물론, 외부로부터의 이물질 유입이 차단된 구조를 갖는다.
아울러, 브레이크 페달(10)의 답력의 해제시 시뮬레이션 체크밸브(55)를 통해 오일이 시뮬레이션 챔버(51)로 공급됨에 따라 페달시뮬레이터 압력의 빠른 리턴이 보장되게 된다.
본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템은 상기 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달변위센서(11)로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 기계적으로 작동하는 액압공급장치(100)와, 각각 두개의 차륜을 갖추고 각 차륜(RR, RL, FR, FL)에 마련되는 휠 실린더(40)로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)으로 구성된 유압제어유닛(200)과, 상기 제1 유압포트(24a)와 제1 유압서킷(201)을 연결하는 제1 백업유로(251)에 마련되어 액압의 흐름을 제어하는 제1 컷밸브(261)와, 제2 유압포트(24b)와 제2 유압서킷(202)을 연결하는 제2 백업유로(252)에 마련되어 액압의 흐름을 제어하는 제2 컷밸브(262) 및 액압 정보와 페달 변위 정보를 기반으로 액압공급장치(100)와 밸브들(54, 221, 222, 230, 241, 242, 261, 262)을 제어하는 전자제어유닛(미도시)을 포함한다.
액압공급장치(100)는 페달변위센서(11)의 전기적 신호에 의해 회전력을 발생시키는 모터(140)와, 모터(140)의 회전력에 따라 액압을 토출하거나 흡입하는 기어펌프(110, 120) 및 모터(140)의 회전력을 기어펌프(110, 120)로 전달하는 동력전달부(130)를 구비한다.
모터(140)는 전자제어유닛(미도시)으로부터 출력된 신호를 통하여 회전력을 발생시키는 전기모터로서, 스테이터(141)와 로터(142) 및 로터(142)와 결합된 회전축(143)을 갖추어 전자제어유닛에 의하여 정방향 또는 역방향으로 회전력을 발생한다. 이러한 모터(140)는 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기어펌프(110, 120)는 후술할 유압제어유닛(200)의 각 유압서킷(201, 202)과 연결되어 각 유압서킷(201, 202)으로 액압을 공급하거나 액압을 흡입하는 역할을 수행한다. 즉, 기어펌프(110, 120)는 제1 유압서킷(201)과 연결되는 제1 기어펌프(110)와, 제2 유압서킷(202)과 연결되는 제2 기어펌프(120)로 이루어진다. 보다 구체적으로 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 기어펌프(110, 120)는 각각 내부에 수용공간이 마련된 케이싱(113, 123)과, 케이싱(113, 123) 내에 배치되며 동력전달부(130)에 의해 회전력을 전달받아 회전하는 구동기어(115, 125) 및 상기 구동기어(115, 125)와 맞물려 회전하는 피동기어(116, 126)를 구비한다. 이때, 제1 및 제2 기어펌프의 구조는 동일하도록 이루어진다.
케이싱(113, 123)에는 액압을 흡입하거나 액압을 토출하는 제1 포트(111, 121)와 제2 포트(112, 122)가 마련된다. 제1 포트(111, 121)는 리저버(30)와 연결되고, 제2 포트(112, 122)는 제1 및 제2 유압유로(211, 212)를 통해 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)과 연결된다. 즉, 제1 포트(111, 121)와 제2 포트(112, 122)는 모터(140)의 회전력에 의해 회전하는 구동기어(115, 125)와 피동기어(116, 126)의 회전방향에 따라 액압을 흡입하거나 토출하도록 한다. 예컨대, 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)으로 액압을 전달시 제1 포트(111, 121)는 흡입구의 역할을 수행하고, 제2 포트(112, 122)는 토출구의 역할을 수행한다. 또한, 각 유압서킷(201, 202)으로 전달된 액압을 흡입시 제2 포트(112, 122)는 흡입구의 역할을 수행하고, 제1 포트(111, 121)는 토출구의 역할을 수행하게 된다.
이러한 케이싱(113, 123) 내에 마련되는 구동기어(115, 125)와 피동기어(116, 126)는 도시된 바와 같이, 내접기어 결합구조를 갖는다. 즉, 동력전달부(130)에 의해 회전력을 전달받아 회전하는 구동기어(115, 125)는 피동기어(116, 126)의 내측에 마련된 기어이와 맞물려 회전하게 된다. 이때, 구동기어(115, 125)와 피동기어(116, 126)의 기어잇수 차이로 인한 간격 및 틈을 통하여 케이싱(113, 123) 내로 유입된 오일을 토출하게 된다. 이에, 필요한 유량을 지속적이고 일정하게 공급할 수 있게 된다.
동력전달부(130)는 상기 회전축(143)과 일체로 형성되며 외주면에 웜(131)이 형성된 웜샤프트(133)와, 웜(131)과 맞물리는 웜휠(134) 및 웜휠(134)의 중심에 결합된 구동축(135)을 구비한다.
도시된 바와 같이, 웜샤프트(133)는 회전축(143)과 일체로 형성된다. 즉, 회전축(143)이 회전함에 따라 웜샤프트(133)가 회전하여 웜(131)과 맞물린 웜휠(134)이 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 이때, 웜휠(134)은 한 쌍으로 이루어져 각각 제1 및 제2 기어펌프(110, 120)로 회전력을 전달하도록 이루어진다. 즉, 웜휠(134)의 중심에 설치되는 구동축(135)은 각 기어펌프(110, 120)의 구동기어(115, 125)의 중심에 설치되어 웜휠(134)이 회전함에 따라 구동기어(115, 125)가 함께 회전하게 된다.
상기와 같은 액압공급장치(100)는 모터(140)로부터 발생된 회전력의 회전방향에 따라 액압을 휠 실린더(40)로 전달하거나 액압을 흡입하여 리저버(30)로 전달하는 역할을 수행하게 된다.
한편, 상기 기어펌프(110, 120)가 내접기어 구조를 갖는 것으로 도시하고 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 회전력을 전달받아 액압을 흡입하거나 토출할 수 있다면 외접기어 구조 등 어떠한 기어조립 구조를 갖더라도 채용 가능한 것으로 이해되어야 한다.
다시 도 1을 참조하면, 유압제어유닛(200)은 액압을 공급받아 각각 두 개의 차륜을 제어하는 제1 유압서킷(201)과, 제2 유압서킷(202)으로 이루어진다. 도시된 바에 따르면, 제1 유압서킷(201)에 의해 제어되는 차륜은 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)으로 이루어지고, 제2 유압서킷(202)에 의해 제어되는 차륜은 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)으로 이루어질 수 있다. 이러한 각 차륜(FR, FL, RR, RL)에는 휠 실린더(40)가 설치되어 액압을 공급받아 제동이 이루어진다. 즉, 유압제어유닛(200)은 제1 유압서킷(201)과 제1 기어펌프(110)를 연결하는 제1 유압유로(211)와, 제2 유압서킷(202)과 제2 기어펌프(120)를 연결하는 제2 유압유로(212)를 통해 액압공급장치(100)로부터 액압을 전달받고, 각 유압서킷(201, 202)은 액압의 흐름을 제어하도록 복수의 인렛밸브(221)를 구비한다.
제1 유압서킷(201)에는 제1 유압유로(210)와 연결되어 두 개의 휠 실린더(40)로 전달되는 액압을 각각 제어하는 두 개의 인렛밸브(221)가 마련된다. 또한, 제2 유압서킷(202)에는 제2 유압유로(212)와 연결되어 휠 실린더(40)로 전달되는 액압을 각각 제어하는 두 개의 인렛밸브(221)가 마련된다. 이러한 복수의 인렛밸브(221)는 휠 실린더(40)의 상류측에 배치되며 평상시 열려있다가 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 평시 개방형(Normally Open type) 솔레노이드밸브로 마련된다.
또한, 유압제어유닛(200)은 제동해제 시 성능향상을 위하여 리저버(30)와 연결되는 복수의 아웃렛밸브(222)를 더 구비할 수 있다. 이웃렛밸브(222)는 각각 휠 실린더(40)와 연결되어 각 차륜(RR, RL, FR, FL)으로부터 액압이 빠져나가는 것을 제어한다. 즉, 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동압력을 감지하여 감압제동이 필요한 경우 선택적으로 개방되어 압력을 제어하는 역할을 수행한다. 이 아웃렛밸브(222)는 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입(Normal Cloesd type)의 솔레노이드밸브로 마련된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 액압공급장치(100)의 각 기어펌프(110, 120)의 조립공차나 치수의 차이에 따른 압력 불평형이 존재하는 경우 또는 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)으로 전달되는 액압에 편차가 발생하는 경우에 두 유압서킷(201, 202)으로 제공되는 압력을 동일하도록 제어하는 밸런스밸브(230)를 구비한다. 밸런스밸브(230)는 제1 유압유로(211)와 제2 유압유로(212)를 연결하는 유로에 마련되어 개폐동작에 따라 제1 및 제2 유압유로(211, 212)를 연결하거나 차단하는 역할을 수행한다. 이러한 밸런스밸브(230)는 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입(Normal Cloesd type)의 솔레노이드밸브로 마련된다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전자식 브레이크 시스템은 제1 유압유로(211)와 리저버(30)를 연결하는 유로에 마련되는 제1 덤프밸브(241)와, 상기 제2 유압유로(212)와 리저버(30)를 연결하는 유로에 마련되는 제2 덤프밸브(242)를 구비한다. 제1 및 제2 덤프밸브(241, 242)는 각각 독립적으로 제어되며, 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입(Normal Cloesd type)의 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 덤프밸브(241, 242)는 요구되는 압력에 따라 선택적으로 개폐되어 휠 실린더(40)로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 역할을 수행한다. 예컨대, 제2 유압서킷(202)에 마련된 휠 실린더(40)로만 액압을 제공해야 하는 경우 제1 덤프밸브(241)를 개방하여 제1 기어펌프(110)를 통해 토출되는 액압이 제1 유압서킷(201)으로 전달되지 않고 리저버(30)로 전달되도록 한다. 이와 같은 제1 및 제2 덤프밸브(241, 242)의 작동구조에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전자식 브레이크 시스템이 비정상적으로 작동하는 경우 마스터실린더(20)로부터 발생된 오일을 직접 휠 실린더(40)로 공급하도록 제1 및 제2 백업유로(251, 252)가 마련된다. 보다 구체적으로, 제1 백업유로(251)에는 오일의 흐름을 제어하는 제1 컷밸브(261)가 마련되고, 제2 백업유로(252)에는 오일의 흐름을 제어하는 제2 컷밸브(262)가 마련된다. 또한, 제1 백업유로(251)는 제1 유압포트(24a)와 제1 유압서킷(201)을 연결하고, 제2 백업유로(252)는 제2 유압포트(25b)와 제2 유압서킷(202)을 연결한다. 도시된 바에 따르면, 제1 및 제2 백업유로(251, 252)는 각 유압서킷(201, 202)의 유압유로(211, 212)와 연결되는 밸런스밸브(230) 양단 즉, 입/출구와 연결된다. 상기 제1 및 제2 컷밸브(261, 262)의 작동구조에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
상기 제1 및 제2 컷밸브(261, 262)는 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입(Normal open type)의 솔레노이드밸브로 마련된다.
한편, 미설명된 참조부호 'PS1'은 제1 유압서킷(201)의 액압을 감지하는 제1 압력센서이고, 'PS2'는 제2 유압서킷(202)의 액압을 감지하는 제2 압력센서이며, 'PS3'은 마스터실린더(20)의 오일압력을 측정하는 제3 압력센서이고 'MPS'는 모터(140)의 회전각 또는 모터의 전류를 제어하는 모터제어센서이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 동작에 대해서 자세히 설명한다.
도 4는 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하는 경우의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 4를 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(140)를 구동하게 된다. 또한, 전자제어유닛은 마스터실린더(20)의 출구측에 마련된 제3 압력센서(PS3)와 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)에 마련된 제1 및 제2 압력센서(PS1, PS2)를 통하여 회생 제동량의 크기를 입력받을 수 있고, 운전자의 요구 제동량과 회생 제동량의 차이에 따라 마찰 제동량의 크기를 계산할 수 있고, 이에 따라 차륜 측의 압력의 증압 또는 감압의 크기를 파악할 수 있다.
구체적으로, 제동 초기에 운전자가 브레이크 페달(10)을 밟으면 모터(140)가 작동하고, 이 모터(140)의 회전력이 동력전달부(130)에 의해 각 기어펌프(110, 120)로 전달되면, 제1 포트(111, 121)를 통해 리저버(30)로부터 흡입되는 오일을 제2 포트(112, 122)로 토출하게 된다. 즉, 제1 및 제2 기어펌프(110, 120)는 동력전달부(130)의 웜휠(134)과 함께 회전하는 구동기어(115, 125)와, 상기 구동기어(115, 125)와 맞물려 회전하는 피동기어(116, 126)의 기어이 사이의 간격 및 틈으로 오일을 수용하여 제1 포트(111, 121)에서 제2 포트(112, 122) 방향으로 이동시키게 된다. 이때, 휠 실린더(40)로 전달되는 오일은 페달 스트로크에 해당하는 만큼 모터(140)의 회전력을 발생함에 따라 제1 및 제2 기어펌프(110, 120)가 압력을 형성함은 물론, 또한 요구되는 오일의 유량을 지속적이고 일정하게 공급할 수 있게 된다.
상기와 같은 액압공급장치(100)를 통하여 액압을 발생시 마스터실린더(20)의 제1 및 제2 유압포트(24a, 24b)와 연결된 제1 및 제2 백업유로(251, 252)에 설치된 제1 및 제2 컷밸브(261, 262)가 폐쇄되어 마스터실린더(20)에서 생긴 유압이 휠 실린더(40)로 전달되지 않게 된다.
또한, 제1 및 제2 기어펌프(110, 120)로부터 발생된 액압은 인렛밸브(221)가 개방됨에 따라 각 차륜(RR, RL, FR, FL)에 설치된 휠 실린더(40)로 전달되어 제동력을 발생시키게 된다. 이때, 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)으로 전달되는 압력에 편차가 발생할 경우 밸런스밸브(230)를 개방시켜 두 유압서킷(201, 202)의 압력을 동일하도록 제어할 수도 있다.
한편, 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 마스터실린더(20)의 가압에 따라 발생된 압력은 마스터실린더(20)와 연결된 시뮬레이션장치(50)로 전달된다. 이때, 시뮬레이션 챔버(51)의 후단에 배치된 평시 폐쇄형 시뮬레이션 밸브(54)가 개방되어 시뮬레이션 밸브(54)를 통해 시뮬레이션 챔버(51) 내에 채워진 오일이 리저버(30)로 전달된다. 또한, 반력피스톤(52)이 움직이고 반력피스톤(52)을 지지하는 반력스프링(53) 하중에 상응하는 압력이 시뮬레이션 챔버(51) 내에 형성되어 운전자에게 적절한 페달감을 제공하게 된다.
다음으로, 상기와 같이 전자식 브레이크 시스템의 정상작동시 제동된 상태에서 제동력을 해제하는 경우에 대해 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다. 도 5에 도시된 바와 같이 브레이크 페달(10)에 가해진 답력이 해제되면 모터(140)가 제동시의 반대방향으로 회전력을 발생하여 각 기어펌프(110, 120)로 회전력을 전달하게 된다. 이때, 각 기어펌프(110, 120)에 마련되 구동기어(115, 125)와 피동기어(116, 126)는 제동시의 반대방향으로 회전됨에 따라 휠 실린더(40)로부터 배출되는 액압을 제1 및 제2 유압유로(211, 212)를 통해 전달받아 리저버(30)로 전달하게 된다. 여기서 인렛밸브(221)와, 아웃렛밸브(222)와, 제1 및 제2 덤프밸브(241, 242)와, 밸런스밸브(230)는 제동시와 동일한 개폐동작 상태로 제어된다. 즉, 아웃렛밸브(222)와, 제1 및 제2 덤프밸브(241, 242)와, 밸런스밸브(230)는 폐쇄된 상태로 마련되고, 인렛밸브(221)는 개방된다. 이에, 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)의 휠 실린더(40)로부터 배출되는 액압은 제1 및 제2 유압유로(211, 212)와 연결된 각 기어펌프(110, 120)를 통해 리저버(30)로 전달된다.
상기 시뮬레이션 장치(50)는 반력피스톤(52)이 반력스프링(53)에 의해 원위치로 복귀됨에 따라 시뮬레이션 챔버(51) 내의 오일이 마스터실린더(20)로 전달되고, 리저버(30)와 연결되는 시뮬레이션 밸브(54) 및 시뮬레이션 체크밸브(55)를 통해 오일이 시뮬레이션 챔버(51) 내로 다시 채워짐으로써 페달 시뮬레이터 압력의 빠른 리턴이 보장된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 두 유압서킷(201, 202)의 각 차륜(RR, RL, FR, FL)에 마련된 휠 실린더(40)의 요구되는 압력에 따라 브레이크 시스템에 마련된 밸브들(54, 221, 222, 230, 241, 242, 261, 262)을 제어함으로써 제어범위를 특정하여 제어할 수 있다. 예컨대, 도 6에는 ABS 작동 중 해당 휠 실린더만 제동하고자 할 경우를 나타낸 것으로서, 제1 유압서킷(201)의 차륜만을 제동시키는 상태가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 브레이크 페달(10)의 답력에 따라 모터(140)가 작동하고, 이 모터(140)의 회전력이 동력전달부(130)를 통해 제1 및 제2 기어펌프(110, 120)로 전달됨에 따라 액압을 발생시킨다. 이때, 제1 및 제2 컷밸브(261, 262)가 폐쇄되어 마스터실린더(20)에서 생긴 유압이 휠 실린더(40)로 전달되지 않게 된다. 또한, 제2 덤프밸브(242)가 개방되어 제2 기어펌프(120)로부터 토출되는 액압은 제2 유압서킷(202)으로 전달되지 않고 제2 덤프밸브(242)를 통하여 리저버(30)로 전달된다. 이에, 제1 기어펌프(110)로부터 토출되는 액압은 제1 유압유로(211)를 통해 제1 유압서킷(201)에 마련된 우측 전류(FR)과 좌측 후륜(RL)의 휠 실린더(40)로만 액압이 전달된다.
상기와 같이 제1 및 제2 덤프밸브(241, 242)의 개폐동작을 통하여 휠 실린더(40)로 전달되는 액압을 제어하는 구조는 일 실시예로서, 본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템은 인렛밸브(221)와 아웃렛밸브(222), 제1 및 제2 덤프밸브(241, 242)와 밸런스밸브(230)를 각각 독립적으로 개폐함으로써 각 차륜(RL, RR, FL, FR)에 전달되는 액압을 증압 또는 감압시킬 수 있는 다양한 제어모듈을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템은 모터(140)와, 각 밸브들(54, 221, 222, 230, 241, 242)을 독립적으로 제어함으로써, 요구되는 압력에 따라 선택적으로 각 차륜(RL, RR, FL, FR)의 휠 실린더(40)에 액압을 전달하거나 배출시킬 수 있어 정밀한 압력제어가 가능하게 된다.
상기와 같은 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하지 않을 경우 에 대해 설명하기로 한다. 도 7을 참조하면, 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하지 않을 경우 각 밸브들(54, 221, 222, 230, 241, 242, 261, 262)은 비작동 상태인 제동초기 상태로 마련된다. 이에, 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)및 제1피스톤(21a)에 의해 제2피스톤(22a)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(251, 252)를 통하여 휠 실린더(40)로 전달되어 제동력을 구현하게 된다. 이때, 제1 및 제2 백업유로(251, 252)에 설치된 제1 및 제2 컷밸브(261, 262)와, 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 상류에 마련된 인렛밸브(221)는 평시 개방형 솔레노이드밸브로 구성되고, 시뮬레이션 밸브(54)와, 제1 및 제2 덤프밸브(241, 242)와, 밸런스밸브(230)가 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브로 구성됨에 따라 액압이 곧바로 휠 실린더(40)로 전달된다. 이에 안정된 제동을 수행할 수 있어 제동 안정성을 향상시킬 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
20 : 마스터실린더 30 : 리저버
40 : 캘리퍼 브레이크 50 : 시뮬레이션 장치
54 : 시뮬레이션 밸브 100 : 액압공급장치
110 : 제1 기어펌프 120 : 제2 기어펌프
130 : 동력전달부 140 : 모터
200 : 유압제어유닛 201 : 제1 유압서킷
202 : 제2 유압서킷 211 : 제1 유압유로
212 : 제2 유압유로 221 : 인렛밸브
222 : 아웃렛밸브 230 : 밸런스밸브
241 : 제1 덤프밸브 242 : 제2 덤프밸브
251 : 제1 백업유로 252 : 제2 백업유로
261 : 제1 컷밸브 262 : 제1 컷밸브

Claims (13)

  1. 오일이 저장되는 리저버와, 제1 및 제2 유압포트를 가지며 오일을 공급받도록 리저버와 결합된 마스터실린더와, 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달변위센서 및 상기 마스터실린더와 연결되어 상기 브레이크 페달의 답력에 따른 반력을 제공하도록 마련된 시뮬레이션장치를 포함하는 전자식 브레이크 시스템에 있어서,
    브레이크 페달을 작동시킬 경우 이를 페달변위센서를 통해 전기적 신호로 출력하여 작동하는 모터와, 상기 모터의 회전력에 따라 액압을 토출하거나 흡입하는 기어펌프와, 상기 모터의 회전력을 기어펌프로 전달하는 동력전달부를 구비하는 액압공급장치;
    상기 액압공급장치에 의해 발생된 힘으로 액압을 공급받아 각 차륜에 마련되는 휠 실린더로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 제1 및 제2 유압서킷을 갖는 유압제어유닛; 및
    액압 정보 및 페달 변위 정보를 기반으로 모터 및 밸브들을 제어하는 전자제어유닛;을 포함하고,
    상기 기어펌프는 일측이 제1 유압유로를 통해 상기 제1 유압서킷과 연결되고 타측이 상기 리저버와 연결되는 제1 기어펌프와, 일측이 제2 유압유로를 통해 상기 제2 유압서킷과 연결되고, 타측이 상기 리저버와 연결되는 제2 기어펌프를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 유압유로 사이에 배치되어 두 유압유로를 연결 및 차단하는 밸런스밸브를 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 기어펌프를 통하여 각각 제1 및 제2 유압서킷으로 전달되는 액압들 사이에 편차가 발생하는 경우 상기 밸런스밸브가 개방되어 두 유압서킷으로 전달되는 액압이 동일하도록 제어하는 전자식 브레이크 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸런스밸브는 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유압유로와 리저버를 연결하는 유로에 마련되는 제1 덤프밸브와, 상기 제2 유압유로와 리저버를 연결하는 유로에 마련되는 제2 덤프밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 및 제2 덤프밸브는 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    전자식 브레이크 시스템이 비정상적으로 작동하는 경우 오일을 직접 휠 실린더로 공급하도록 상기 제1 유압포트와 제1 유압서킷을 연결하는 제1 백업유로와, 상기 제2 유압포트와 제2 유압서킷을 연결하는 제2 백업유로와, 제1 백업유로에 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제1 컷밸브 및 제2 백업유로에 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제2 컷밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 컷밸브는 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유압제어유닛은 각 차륜에 설치된 휠 실린더로 흐르는 액압을 제어하도록 휠 실린더의 상류측에 각각 마련되는 인렛밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유압제어유닛은 상기 휠 실린더로부터 배출되는 액압의 흐름을 각각 제어하는 복수의 아웃렛밸브를 더 구비하고,
    상기 각 아웃렛밸브는 상기 리저버와 연결된 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 인렛밸브는 평상시 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 아웃렛밸브는 평상시 닫혀있다가 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 전자식 브레이크 시스템.

  13. 제1항에 있어서,
    운전자가 상기 브레이크 페달을 가압하면 상기 페달변위센서를 통해 제동을 위한 전기적 신호가 입력되어 상기 모터가 일 방향으로 회전하고, 상기 제1 기어펌프는 상기 리저버로부터 오일을 제공받아 상기 제1 유압유로로 액압을 토출하고, 상기 제2 기어펌프는 상기 리저버로부터 오일을 제공받아 상기 제2 유압유로로 액압을 토출하도록 제어하고,
    운전자가 상기 브레이크 페달을 가압 해제하면 상기 페달변위센서를 통해 제동 해제를 위한 전기적 신호가 입력되어 상기 모터가 반대 방향으로 회전하고, 상기 제1 기어펌프는 상기 제1 유압유로로부터 상기 리저버로 오일을 전달하고, 상기 제2 기어펌프는 상기 제2 유압유로로부터 상기 리저버로 오일을 전달하도록 제어하는 전자식 브레이크 시스템.
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