KR101657075B1 - 스마트 제동시스템 - Google Patents

Abstract

스마트 제동시스템은 센서부, 정보 입력부, 제동 신호 입력부, 로직부 및 제동부를 포함한다. 상기 센서부는 차량의 충돌 위험도를 계측한다. 상기 정보 입력부는 차량의 제동압력 생성 시간에 관한 정보가 입력된다. 상기 제동 신호 입력부는 운전자의 제동 신호가 입력된다. 상기 로직부는 상기 충돌 위험도 및 상기 제동압력 생성 시간에 관한 정보를 바탕으로 최적 제동 프로파일을 생성하는 최적 프로파일 생성부, 상기 최적 제동 프로파일과 상기 운전자의 제동 신호를 비교하는 비교부, 및 상기 최적 제동 프로파일과 상기 운전자 제동 신호를 비교하여 제동 입력값을 생성하는 제동입력 생성부를 포함한다. 상기 제동부는 상기 제동 입력값을 바탕으로 차량의 제동을 수행한다.

Description

스마트 제동시스템{SMART BRAKING SYSTEM}

본 발명은 스마트 제동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압식 제동 시스템 또는 Brake-by-wire 시스템을 통해 제동을 수행하는 차량에 사용되는 스마트 제동시스템에 관한 것이다.

차량의 제동력의 제어와 관련하여 다수의 연구개발이 진행되어 왔으며, 관련하여 대한민국 특허출원 제10-2013-0053016호는 차량의 실내온도 측정값을 바탕으로 운전자의 컨디션을 추정하여 제동력을 제어하는 기술을 개시하고 있으며, 대한민국 특허출원 제10-2012-0002076호는 제동시 응답성의 빠른 유도를 위해 페달압력 센서 및 EWB 압력센서의 신호를 바탕으로 제동력을 발생시키는 기술을 개시하고 있고, 일본국 특허출원 특개2004-224262호는 화물의 적재 또는 차량의 물리적 상태를 바탕으로 제동을 제어하는 기술을 개시하고 있다.

이와 같이, 다양한 조건을 고려하여 제동력을 제어하는 기술이 개발되고 있으나, 아직까지 차량이나 적재화물 등 주변 상황을 고려하여 제동력을 제어하는 기술이 중점적으로 개발되고 있을 뿐, 제동 및 안전에 가장 큰 영향을 미치는 운전자의 운전 성향이 직접적으로 고려된 제동 제어 시스템에 대한 개발은 미진한 상태이다.

특히, 최근에는 Euro NCAP 등 차량 충돌 안전의 기준이 강화됨에 따라, 레이더나 카메라 등 전방 센서를 사용한 자동 제동과 관련된 기술 개발의 필요성도 증가하고 있는 상황이다.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 운전자의 반응 속도 또는 제동 습관에 따른 제동 거리의 상이함을 개선하여 일정하고 효과적인 제동을 유도하여 충돌 방지 및 안전성 향상이 가능한 스마트 제동시스템에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 스마트 제동시스템은 센서부, 정보 입력부, 제동 신호 입력부, 로직부 및 제동부를 포함한다. 상기 센서부는 차량의 충돌 위험도를 계측한다. 상기 정보 입력부는 차량의 제동압력 생성 시간에 관한 정보가 입력된다. 상기 제동 신호 입력부는 운전자의 제동 신호가 입력된다. 상기 로직부는 상기 충돌 위험도 및 상기 제동압력 생성 시간에 관한 정보를 바탕으로 최적 제동 프로파일을 생성하는 최적 프로파일 생성부, 상기 최적 제동 프로파일과 상기 운전자의 제동 신호를 비교하는 비교부, 및 상기 최적 제동 프로파일과 상기 운전자 제동 신호를 비교하여 제동 입력값을 생성하는 제동입력 생성부를 포함한다. 상기 제동부는 상기 제동 입력값을 바탕으로 차량의 제동을 수행한다.

일 실시예에서, 상기 센서부는 전방 차량 또는 장애물과의 상대 거리 및 상대 속도를 측정하여 차량의 충돌 위험도를 계측할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 최적 제동 프로파일은, 상기 차량의 제동압력 생성 시간에 관한 정보를 바탕으로 전방 차량 또는 장애물과의 충돌을 방지하기 위해 최적의 제동압이 형성되는 곡선일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 비교부에서 상기 최적 제동 프로파일과 비교하여 상기 제동신호가 빠르거나 늦다고 판단되면, 상기 제동입력 생성부에서는 상기 제동신호가 상기 최적 제동 프로파일을 추종하도록 상기 제동 입력값의 생성을 지연시키거나 가속시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제동부는, 유압식 제동 시스템을 포함하는 차량에서는, 페달과 피스톤 사이에 위치하여 상기 제동 입력값을 바탕으로 피스톤의 강성을 제어하는 가변강성구동기를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제동부는, Brake-by-wire 제동 시스템을 포함하는 차량에서는, 차량의 전자제어장치(ECU)의 제어 설계를 변경할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 생성된 최적 제동 프로파일과 운전자의 제동 신호를 비교하여 제동 입력값을 최적 제동 프로파일을 추종하도록 생성함으로써, 고령자나 여성 운전자 등과 같이 반응속도가 늦은 운전자의 제동 신호에 대하여는 응답을 빠르게 하고, 반응속도가 빠른 운전자의 제동 신호에 대하여는 응답을 지연시킬 수 있어, 보다 효과적이고 안정적인 제동 보조가 가능하여, 충돌 방지 또는 제동의 편의성을 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 최적 제동 프로파일은 해당 차량의 제동 성능을 고려하는 것은 물론, 차량 충돌 위험도를 계측하여 형성되는 것으로, 차량의 종류 및 운전 상황에 따라 갱신되므로 운전자의 제동 신호의 추종 신호로써 적합성이 우수하고 제동 보조시 충돌 방지 및 제동 편의성 향상이 효과적이다.

나아가, 유압식 제동 시스템에서는 가변강성구동기를 통해, Brake-by-wire 제동 시스템에서는 제어 설계의 변경을 통해 제동 입력값의 생성 지연 또는 가속이 수행되므로, 현재 생산되고 있는 다양한 형태의 제동 시스템에 효과적으로 적용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 운전자에 따른 제동압력 생성 프로파일과 속도별 제동거리에 관한 그래프들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 스마트 제동시스템을 도시한 블록도이다.
도 3a는 도 2의 스마트 제동시스템의 가변강성구동부가 포함된 유압식 제동 시스템을 도시한 모식도이다.
도 3b는 도 2의 스마트 제동시스템의 제어기 설계부가 포함된 Brake-by-wire 시스템을 도시한 모식도이다.
도 4는 도 2의 스마트 제동시스템을 통해 운전자에 따른 제동프로파일의 변화를 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1a 및 도 1b는 운전자에 따른 제동압력 생성 프로파일과 속도별 제동거리에 관한 그래프들이다.

도 1a는 운전자가 제동 페달을 밟는 경우, 제동압력이 생성되는 상태를 도시한 제동 프로파일에 관한 그래프이며, 도 1b는 속도에 따른 제동거리를 나타낸 그래프이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 정상적인 제동압력 생성 프로파일 또는 정상적인 속도별 제동거리 그래프와 비교하여(normal), 운전자의 반응 속도나 제동 습관 상 제동을 빨리 수행하는 경우(fast) 또는 제동을 늦게 수행하는 경우(slow), 실제 제동 거리는 큰 차이가 발생하게 된다. 또한, 이러한 제동 거리의 차이는 곧 사고와 직결될 수 있으므로 이에 대한 보완이 필요하게 된다.

특히, 고령의 운전자 등과 같이 반응 속도가 느린 경우, 제동 거리가 길어지는 문제가 발생하여 사고가 발생할 가능성이 높아지므로, 이에 대한 제동 보조가 필요하며, 본 실시예는 이를 구현하기 위한 것으로, 하기에서 상술한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 스마트 제동시스템을 도시한 블록도이다. 도 3a는 도 2의 스마트 제동시스템의 가변강성구동부가 포함된 유압식 제동 시스템을 도시한 모식도이다. 도 3b는 도 2의 스마트 제동시스템의 제어기 설계부가 포함된 Brake-by-wire 시스템을 도시한 모식도이다. 도 4는 도 2의 스마트 제동시스템을 통해 운전자에 따른 제동프로파일의 변화를 도시한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 스마트 제동시스템은 센서부(110), 정보 입력부(120), 제동신호 입력부(130), 로직부(140) 및 제동부(150)를 포함한다.

상기 센서부(110)는 전방이나 측방에서 진행 중인 다른 차량 또는 전방이나 측방에 위치한 장애물을 센싱한다. 구체적으로, 상기 센서부(110)는 차량에 장착된 카메라나 레이더 등과 같은 센서일 수 있으며, 센서의 종류에 제한되지는 않는다.

상기 센서부(110)는 다른 차량이나 장애물을 센싱하여 다른 차량 또는 장애물과 해당 차량 사이의 상대 거리 및 상대 속도를 센싱한다.

또한, 상기 센서부(110)는 상기 다른 차량(즉, 전방 차량) 또는 장애물과의 상대 거리 및 상대 속도를 측정하여, 차량의 충돌 위험도를 계측한다.

이와 같이, 상기 센서부(110)에서 계측된 차량의 충돌 위험도에 관한 정보는 상기 로직부(140)로 제공된다.

상기 정보 입력부(120)는 운전자가 운행하고 있는 해당 차량의 정보, 특히 제동 성능에 관한 정보를 상기 로직부(140)로 제공한다.

이 경우, 상기 제동 성능에 관한 정보는, 구체적으로 차량의 제동압력 생성 시간(build-up time)에 관한 정보로서, 도 1a에 도시된 바와 같이 운전자가 페달을 밟아 제동을 명령한 때부터 제동을 위한 안정적인 제동력이 발생할 때까지의 시간을 의미한다. 특히, 상기 제동압력 생성 시간은 차량의 종류 등에 따라 가변적이므로, 해당 차량의 제동압력 생성 시간에 관한 정보가 필요하게 된다.

상기 제동신호 입력부(130)는 운전자로부터 입력되는 제동 신호를 상기 로직부(140)로 제공한다. 이미 설명한 바와 같이, 상기 운전자로부터 입력되는 제동 신호는 운전자의 반응 속도의 차이 또는 운전자의 운전 성향 등에 따라 서로 다를 수 있으며, 운전자가 페달부(101, 102)를 밟는 경우 제동 신호가 발생되어 상기 제동신호 입력부(130)를 통해 상기 로직부(140)로 제공된다.

상기 로직부(140)는 최적 프로파일 생성부(141), 비교부(142) 및 제동입력 생성부(143)를 포함하여, 상기 센서부(110), 상기 정보 입력부(120) 및 상기 제동신호 입력부(130)로부터 제공받은 정보를 바탕으로 제동 입력값을 생성하여 상기 제동부(140)로 제공한다.

구체적으로, 상기 최적 프로파일 생성부(141)는 상기 센서부(110)로부터 제공된 차량 충돌 위험도에 관한 정보, 및 상기 정보 입력부(120)로부터 제공된 차량의 제동압력 생성 시간에 관한 정보를 바탕으로, 최적 제동 프로파일을 생성한다.

이 경우, 최적 제동 프로파일이란, 도 4를 참조하면, 전방 차량 또는 장애물과의 충돌 방지를 위해서 차량의 제동 성능을 고려할 때, 최적의 제동압이 형성되는 최적의 곡선을 의미하며, 제동이 상기 최적 제동 프로파일을 따를 때, 운전자 또는 탑승자가 최소한의 감속도 변화를 느끼면서 안정적인 제동이 가능하게 된다.

즉, 상기 최적 제동 프로파일은, 도 4에 도시된 바와 같이 제동의 초기에는 제동압의 증가율이 크게 유지되다가 제동 시간이 경과함에 따라 제동압의 증가율이 감소하여 일정 값으로 수렴하는 곡선으로 형성된다.

이와 같이 생성된 최적 제동 프로파일은 상기 비교부(142)로 제공된다.

상기 비교부(142)는 상기 최적 제동 프로파일 생성부(141)에서 생성된 최적 제동 프로파일과, 상기 제동 신호 입력부(130)에서 제공된 운전자의 제동 신호를 비교한다.

일반적으로, 제동 프로파일은 제동시작 시간, 제동페달을 밟는 힘, 제동페달을 밟는 속도 등의 인자에 의해 형성되며, 운전자의 운전 성향이나 반응 속도 등에 의해 직접적으로 영향을 받게 된다.

이에 따라, 상기 비교부(142)는 상기 운전자의 제동 신호에 대한 정보를 바탕으로 해당 운전자의 제동 프로파일을 생성하고, 이렇게 생성된 제동 프로파일을 해당 차량의 최적의 제동 프로파일과 비교한다.

상기 제동입력 생성부(143)는 상기 비교부(142)에서 비교한 최적 제동 프로파일과 운전자의 제동 신호에 대한 비교 정보를 제공받아, 최적의 제동 입력값을 생성한다.

즉, 운전자의 성향이나 운전자의 반응 속도의 영향으로 상기 운전자의 제동 신호가 늦은 경우라면, 상기 비교부(142)는 상기 운전자의 제동 신호에 의해 생성되는 제동 프로파일과 상기 최적 제동 프로파일을 비교한 결과를 제공하고, 이를 바탕으로 상기 제동입력 생성부(143)는 제동 응답속도를 빨리 제어하여 제동 입력값이 상기 최적 제동 프로파일을 추적하도록 제어하며, 이는 도 4에 slow response인 경우로 도시된다.

이와 달리, 운전자의 성향이나 운전자의 반응 속도의 영향으로 상기 운전자의 제동 신호가 빠른 경우라면, 상기 비교부(142)는 상기 운전자의 제동 신호에 의해 생성되는 제동 프로파일과 상기 최적 제동 프로파일을 비교한 결과를 제공하고, 이를 바탕으로 상기 제동입력 생성부(143)는 제동 응답속도를 늦게 제어하여 제동 입력값이 상기 최적 제동 프로파일을 추적하도록 제어하며, 이는 도 4에 fast repsonse인 경우로 도시된다.

이와 같이, 상기 제동입력 생성부(143)는 운전자의 제동 신호를 고려하여 해당 운전자의 제동 신호로부터 예상되는 제동 프로파일이 최적 제동 프로파일을 추종하도록 제동 입력값을 생성한다.

이와 같이 생성된 제동 입력값은 상기 제동부(150)로 제공되어, 상기 제동부(150)는 차량의 제동을 수행하게 된다.

한편, 본 실시예에 의한 스마트 제동시스템(100)은 도 3a에 도시된 바와 같은 유압식 제동 시스템 및 도 3b에 도시된 바와 같은 Brake-by-wire 시스템에 모두 적용될 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같은 유압식 제동 시스템에서는, 상기 스마트 제동시스템(100)에 의해 제동 입력값의 생성이 지연되거나 가속되는 경우, 이렇게 지연 또는 가속된 제동 입력값은 가변강성구동부(151)를 통해 구현된다. 즉, 상기 가변강성구동부(151)는 페달(101) 및 피스톤(103) 또는 마스터실린더(104)의 사이에 위치하여, 상기 제공된 제동 입력값을 바탕으로 상기 피스톤(103)의 강성을 제어하여, 바퀴부(105, 106)의 제동을 제어하게 된다.

이와 달리, 도 3b에 도시된 바와 같은 Brake-by-wire 시스템에서는, 상기 스마트 제동시스템(100)에 의해 제동 입력값의 생성이 지연되거나 가속되는 경우, 이렇게 지연 또는 가속된 제동 입력값은 차량의 전자제어장치(ECU)의 제어 설계를 변경함으로써 상기 바퀴부(105, 106)로 제동 신호가 전달되어 제동이 수행되게 된다.

즉, 상기 지연 또는 가속된 제동 입력값을 바탕으로 상기 전자제어장치(ECU)의 지능 제어 방법을 이용하여 모터의 속도 또는 토크를 제어하는 제어 설계의 변경을 통해 상기 바퀴부(105, 106)로 제공되는 제동 신호를 제어하게 된다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 생성된 최적 제동 프로파일과 운전자의 제동 신호를 비교하여 제동 입력값을 최적 제동 프로파일을 추종하도록 생성함으로써, 고령자나 여성 운전자 등과 같이 반응속도가 늦은 운전자의 제동 신호에 대하여는 응답을 빠르게 하고, 반응속도가 빠른 운전자의 제동 신호에 대하여는 응답을 지연시킬 수 있어, 보다 효과적이고 안정적인 제동 보조가 가능하여, 충돌 방지 또는 제동의 편의성을 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 최적 제동 프로파일은 해당 차량의 제동 성능을 고려하는 것은 물론, 차량 충돌 위험도를 계측하여 형성되는 것으로, 차량의 종류 및 운전 상황에 따라 갱신되므로 운전자의 제동 신호의 추종 신호로써 적합성이 우수하고 제동 보조시 충돌 방지 및 제동 편의성 향상이 효과적이다.

나아가, 유압식 제동 시스템에서는 가변강성구동기를 통해, Brake-by-wire 제동 시스템에서는 제어 설계의 변경을 통해 제동 입력값의 생성 지연 또는 가속이 수행되므로, 현재 생산되고 있는 다양한 형태의 제동 시스템에 효과적으로 적용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 스마트 제동시스템은 유압 제동 시스템 또는 Brake-by-wire 제동시스템을 포함한 차량에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

100 : 스마트 제동시스템 110 : 센서부
120 : 로직부 130 : 제동부
131 : 가변강성구동부 132 : 제어기설계부

Claims (6)

1. 차량의 충돌 위험도를 계측하는 센서부;
   운전자가 페달을 밟아 제동을 명령한 때부터 제동을 위한 안정적인 제동력이 발생할 때까지의 시간인 차량의 제동압력 생성 시간에 관한 정보가 입력되는 정보 입력부;
   운전자의 제동 신호가 입력되는 제동 신호 입력부;
   상기 충돌 위험도 및 상기 제동압력 생성 시간에 관한 정보를 바탕으로 최적 제동 프로파일을 생성하는 최적 프로파일 생성부, 상기 최적 제동 프로파일과 상기 운전자의 제동 신호를 바탕으로 생성된 운전자 제동 프로파일을 비교하는 비교부, 및 상기 최적 제동 프로파일과 상기 운전자 제동 신호를 비교하여 제동 입력값을 생성하는 제동입력 생성부를 포함하는 로직부; 및
   상기 제동 입력값을 바탕으로 차량의 제동을 수행하는 제동부를 포함하고,
   상기 최적 제동 프로파일은 전방 차량 또는 장애물과 충돌 방지를 위해 차량의 제동 성능을 고려하여 최적의 제동압이 형성되는 곡선으로, 제동의 초기에는 제동압의 증가율이 크게 유지되고 제동 시간의 경과에 따라 제동압의 증가율이 감소하는 곡선이며,
   상기 운전자 제동 프로파일이 상기 최적 제동 프로파일보다 빠르거나 늦다고 판단되면, 상기 제동입력 생성부에서는 상기 제동신호가 상기 최적 제동 프로파일을 추종하도록 상기 제동 입력값의 생성을 지연시키거나 가속시키는 것을 특징으로 하는 스마트 제동시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서부는,
   전방 차량 또는 장애물과의 상대 거리 및 상대 속도를 측정하여 차량의 충돌 위험도를 계측하는 것을 특징으로 하는 스마트 제동시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 제동부는,
   유압식 제동 시스템을 포함하는 차량에서는, 페달과 피스톤 사이에 위치하여 상기 제동 입력값을 바탕으로 피스톤의 강성을 제어하는 가변강성구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 제동시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제동부는,
   Brake-by-wire 제동 시스템을 포함하는 차량에서는, 차량의 전자제어장치(ECU)의 제어 설계를 변경하는 것을 특징으로 하는 스마트 제동시스템.

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