KR101914302B1 - 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치 - Google Patents

페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전동부스터 제동장치는 페달(2)을 통해 직접 유압을 발생시키는 서브마스터실린더(5)의 액압실과 상기 페달(2)의 답입 스트로트를 검출하는 ECU(1)로 제어되는 전동부스터(7를 통해 유압을 발생시키는 메인마스터실린더(8)의 액압실을 서로 연결하는 액압연동라인(11)과, 상기 액압연동라인(11)에 설치되어 상기 ECU(1)를 통해 상기 서브마스터실린더(5)의 액압을 상기 메인마스터실린더(8)로 공급하는 솔레노이드밸브(12)로 구성됨으로써, 후륜에서 최소 0.4G 이상의 제동력 형성으로 보다 안정화된 페일-세이프(Fail-Safe)구현은 물론 극히 단순화된 페일-세이프(Fail-Safe)구성으로 비용과 중량을 크게 낮출 수 있는 특징을 갖는다.

Description

페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치{Electric Booster type Brake System Including Fail - Safe Valve}
본 발명은 전동부스터 제동장치에 관한 것으로, 특히 1개의 솔레노이드 밸브를 적용해 페일세이프를 구현할 수 있는 전동부스터 제동장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량이나 연료 전지 차량 또는 전기 자동차는 회생 제동이 가능한 차량으로서, 연비를 높여 주도록 회생제동(Regenerative Brake)을 구현한다.
상기와 같은 회생제동용 제동장치는 전동부스터(모터)로 유압을 형성하는 메인 마스터실린더와 페달로 작동되어 유압을 형성하는 서브 마스터실린더가 구비되고, 상기 2개의 마스터실린더간 협조제어 방식으로 회생제동을 구현하게 된다.
또한, 이러한 방식에선 전동부스터(모터)의 고장(Fail)발생에 대비해 제동을 구현할 수 있는 페일-세이프(Fail-Safe)기능이 필수적으로 요구되어진다.
통상, 전동부스터 제동장치에서 페일-세이프(Fail-Safe)를 안정적으로 구현하기 위해선 후륜쪽에 0.3G 정도의 제동력을 확보해 주여야 하지만, 특히 운전자의 페달답력에 따라 후륜만으로 제동을 수행하는 전륜방식 전동부스터 제동장치에서는 0.3g 이상 제동력을 발생시키기가 어려운 한계가 있을 수밖에 없다.
그러므로, 전동부스터 제동장치에는 페일-세이프(Fail-Safe)를 구현하기 위한 별도의 기구적 장치가 필수적으로 요구되어 비용을 상승시키게 되고, 특히 모든 제동장치가 페달과는 분리됨으로써 페달감 저하 방지를 위해 제동력과 페달력을 분리하는 장치를 필요로 하는 EHB(Electro-Hydraulic Brake)타입 회생제동용 제동장치에선 더욱 큰 비용상승을 가져올 수밖에 없다.
상기와 달리 유압흐름을 형성하는 제동라인에 솔레노이드밸브를 설치해 페일-세이프(Fail-Safe)를 구현하는 방식은 전기적 페일(Fail)이나 유로 연결부의 페일(Fail)시 페일-세이프(Fail-Safe)를 보다 안정적으로 구현할 수 있으면서 비용측면에서도 유리하다.
도 4와 도 5는 상기와 같이 적어도 1개 이상의 밸브들을 이용해 페일세이프를 구현하는 전동부스터 제동장치를 나타낸다.
도 4에 도시된 페일세이프 장치는 페달(111)을 통해 직접 유압을 발생시키는 서브마스터실린더(112)에 연결된 답력라인(117)과, 페달(111)의 답입 스트로트를 검출하는 ECU(100)로 제어되는 전동부스터(114)를 통해 유압을 발생시키는 메인마스터실린더(113)에 연결된 제동라인(116)에 설치되어 유압흐름을 제어하는 밸브유닛(120)으로 구성되어진다.
상기 제동라인(116)은 메인마스터실린더(113)와 ESC로 분배되는 제동유압을 공급받는 전후륜 제동부사이를 연결하며, 상기 답력라인(117)은 페달(111)을 통해 직접 유압을 발생시켜 페달(11)에 반력을 전달하는 페달시뮬레이터(115)와 서브마스터실린더(112)를 이어주면서 밸브유닛(120)을 통해 제동라인(116)에 연결되어진다.
상기 밸브유닛(120)은 제동라인(116)에 설치된 한쌍의 솔레노이드밸브(121,122)와, 답력라인(117)에 설치된 1개의 솔레노이드밸브(123)와, 상기 답력라인(117)에서 분기되어 상기 제동라인(116)으로 이어지는 분기라인에 설치된 1개의 솔레노이드밸브(124)로 구성되어진다.
하지만, 다수의 솔레노이드밸브(121,122, 123,124)로 구성된 페일세이프 장치는 전동부스터 제동장치의 구성을 복잡하게 할 수밖에 없다.
반면, 도 5에 도시된 페일세이프 장치는 페달(201)에 직접 응답하는 서브마스터실린더(202)에서 인출된 서브제동라인(206)과, ECU(200)로 제어되는 전동부스터(203)를 통해 작동하는 메인마스터실린더(204)에서 인출된 메인제동라인(205)에 설치된 밸브유닛(120)으로 구성되되, 상기 밸브유닛(120)은 메인제동라인(205)에 설치된 1개의 솔레노이드밸브(207)와, 서브제동라인(206)에 설치된 또 다른 1개의 솔레노이드밸브(208)로 구성되어진다.
상기 서브마스터실린더(202)와 상기 메인마스터실린더(204)에서 발생된 유압은 전후륜 제동부로 공급되며, 상기 밸브유닛(120)은 페달(201)을 통해 서브마스터실린더(202)에서 발생된 유압을 메인마스터실린더(204)쪽으로 보내줌으로써 페일세이프를 구현하게 된다.
상기와 같이 도 5에 의한 페일세이프 장치는 도 4에 비해 솔레노이드밸브의 수량을 반으로 줄임으로써 전동부스터 제동장치의 구성을 보다 간단하게 할 수 있게 된다.
하지만, 상기와 같은 경우도 적어도 2개의 솔레노이드밸브(207,208)가 사용되어 비용측면에서 여전히 경쟁력이 낮음은 물론, 특히 2개의 솔레노이드밸브(207,208)가 각각 별도의 라인에 설치되고 라인들을 커넥터로 연결함으로써 구성의 단순화에도 한계가 있을 수밖에 없게 된다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 각각 유압을 발생시키는 2개의 마스터실린더를 1개의 밸브로 서로 연결하여 페일-세이프(Fail-Safe)를 구현함으로써, 전륜과 후륜의 동시 제동을 이용한 최소 0.4G 이상의 안정적인 제동력 형성은 물론 극히 단순화된 페일-세이프(Fail-Safe)구성으로 비용과 중량을 크게 낮출 수 있는 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전동부스터 제동장치는 페달을 통해 직접 유압을 발생시키는 서브마스터실린더와 상기 페달의 답입 스트로트를 검출하는 ECU로 제어되는 전동부스터를 통해 유압을 발생시키는 메인마스터실린더를 서로 연결하는 액압연동라인과,
상기 액압연동라인에 설치되어 상기 ECU의 제어에 따라 상기 서브마스터실린더의 액압을 상기 메인마스터실린더로 공급하는 1개의 제어밸브
를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 액압연동라인은 상기 서브마스터실린더의 액압실과 상기 메인마스터실린더의 액압실을 서로 연결하도록 이어진다.
상기 제어밸브는 상기 서브마스터실린더에서 형성된 유압을 상기 메인마스터실린더쪽으로 만 보내도록 개폐되어진다.
상기 제어밸브는 상기 ECU로 제어되는 온·오프타입이고, 전원오프(Off)시 닫힌 상태인 NC(Normal Close)타입이거나 또는 전원오프(Off)시 열린 상태인 NO(Normal Open)타입인 솔레노이드밸브를 적용한다.
이러한 본 발명은 1개의 밸브로 서로 연결되어진 2개의 마스터실린더로 전륜과 후륜에 제동력을 형성시켜 페일-세이프(Fail-Safe) 구현시 최소 0.4G 이상의 안정적인 제동력 형성할 수 있고, 1개의 밸브를 이용하는 극히 단순화된 페일-세이프(Fail-Safe)구성으로 비용과 중량을 크게 낮출 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전동부스터 제동장치의 정상상태 작동도이며, 도 3은 본 발명에 따른 페일(Fail)시 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치의 작동상태이고, 도 4와 도 5는 종래에 따른 페일세이프타입 전동부스터 제동장치의 구성도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치의 구성도를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 전동부스터 제동장치는 페달(2)의 움직임을 페달센서(3)를 이용해 검출하는 ECU(1)와, 상기 페달(2)의 스트로크에 따라 제동유압을 발생하는 서브마스터실린더(5)와, 상기 ECU(1)로 구동되는 전동부스터(7)를 통해 제동유압을 발생하는 메인마스터실린더(8)와, 상기 ECU(1)의 제어로 상기 서브마스터실린더(5)의 제동유압을 상기 메인마스터실린더(8)로 공급하는 페일-세이프수단(10)과, 제동시 제동유압을 분배하는 ESC(20, Electronic Stability Control))와, 상기 ESC(20)에서 분배된 제동유압을 공급받아 각각의 차륜을 제동하는 제동부(30)로 구성된다.
상기 ECU(1)는 각종 센서들의 신호를 받도록 구성되고, 또한 마스터실린더에서 발생되는 압력크기고 검출하는 압력센서의 신호를 받도록 구성되어진다.
상기 서브마스터실린더(5)는 페달(2)의 전진 스트로크에 반응하여 페달(2)에 의한 제동유압을 발생하고, 페달(2)의 전진 스트로크에 반하여 페달반력을 전달하도록 페달시뮬레이터의 작용도 함께 구현되어진다.
상기 서브마스터실린더(5)에는 발생된 제동유압을 서브마스터실린더(5)의 외부로 배출하는 서브유압라인(6)이 연결되어진다.
그리고, 상기 페달시뮬레이터는 서브마스터실린더(5)의 외부에서 별도 수단으로 구성되거나 또는 서브마스터실린더(5)의 내부에서 유압에 연동되도록 구성될 수 있다.
상기 전동부스터(7)는 모터에 의해 회전력을 발생시키고, 스크류-너트 구조로 되어 있는 스핀들이 모터의 회전력을 받아 직선운동으로 변환시켜 메인마스터실린더(8)를 가압하는 방식과 같이 통상적으로 구성된다.
그리고, 상기 메인마스터실린더(8)는 ECU(1)가 제어하는 전동부스터(7)를 통해 제동액압을 발생하고, 발생된 제동유압을 메인마스터실린더(8)의 외부로 배출하는 메인유압라인(9)이 연결되어진다.
상기 서브마스터실린더(5)와 상기 메인마스터실린더(8)는 각각의 오일리저버를 적용하거나 또는 1개의 오일리저버를 공용으로 사용하도록 구성되어진다.
한편, 상기 페일-세이프수단(10)은 서브마스터실린더(5)와 메인마스터실린더(8)를 서로 연결하는 액압연동라인(11)과, 상기 액압연동라인(11)에 설치되어 ECU(1)의 제어로 액압흐름 방향을 제어하는 제어밸브(12)로 구성되어진다.
상기 액압연동라인(11)은 서브마스터실린더(5)의 액압실과 메인마스터실린더(8)의 액압실을 서로 이어줌으로써, 페달(2)을 이용해 서브마스터실린더(5)에서 형성된 액압이 메인마스터실린더(8)에도 함께 작용될 수 있게 된다.
상기 제어밸브(12)는 서브마스터실린더(5)에서 형성된 유압을 메인마스터실린더(8)쪽으로 만 보내도록 작용되어진다.
이를 위해, 상기 제어밸브(12)는 ECU(1)로 제어되는 온·오프타입으로서, 전원오프(Off)시 닫힌 상태인 NC(Normal Close)타입이거나 또는 전원오프(Off)시 열린 상태인 NO(Normal Open)타입인 솔레노이드밸브를 적용한다.
상기 ESC(20)는 서브마스터실린더(5)에 연결된 서브유압라인(6)과 메인마스터실린더(8)에 연결된 메인유압라인(9)이 함께 연결되어 제동유압을 공급받고, 상기 제동부(30)는 ESC(20)에서 분배된 제동유압을 공급받아 각각의 차륜을 제동하는 전륜제동부(31)과 후륜제동부(32)로 이루어진다.
도 2는 본 실시예에 따른 전동부스터 제동장치의 정상상태 작동을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 페달(2)의 조작으로 서브마스터실린더(5)에서 유압이 형성되고 동시에 페달(2)의 스트로크를 감지한 ECU(1)가 전동부스터(7)를 구동해 메인마스터실린더(8)에서도 유압이 함께 형성되어진다.
상기와 같이 서브마스터실린더(5)와 메인마스터실린더(8)에서 유압이 형성되면, 서브마스터실린더(5)의 유압은 서브유압라인(6)을 통해 배출되고 메인마스터실린더(8)의 액압은 메인유압라인(9)을 통해 배출되어진다.
이때 페일-세이프수단(10)은 작동하지 않는데, 이는 제어밸브(12)가 서브마스터실린더(5)와 메인마스터실린더(8)를 서로 연결하는 액압연동라인(11)을 차단함에 기인된다.
이어, 상기 서브마스터실린더(5)와 메인마스터실린더(8)에서 각각의 서브유압라인(6)과 메인유압라인(9)을 통해 나온 유압은 ESC(20)로 모여진 후, 상기 ESC(20)의 작용으로 전륜제동부(31)과 후륜제동부(32)로 분배됨으로써 안정적인 차량 제동을 구현하게 된다.
도 3은 본 실시예에 따른 페일(Fail)시 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치의 작동을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 페달(2)의 조작으로 서브마스터실린더(5)에서 유압이 형성되고 동시에 페달(2)의 스트로크는 센서(3)로 ECU(1)가 감지하여 전동부스터(7)를 구동시켜주게 된다.
하지만, 메인마스터실린더(8)에서는 전동부스터(7)의 고장(Fail)으로 유압이 형성되지 못하고, 이러한 상황을 센서를 통해 감지한 ECU(1)는 페일-세이프수단(10)을 작동해줌으로써 안정적인 제동을 가능하게 하는 페일-세이프(Fail - Safe)기능을 구현할 수 있게 된다.
이는, 전동부스터(7)의 고장(Fail)을 감지한 ECU(1)는 제어밸브(12)를 제어해 서브마스터실린더(5)와 메인마스터실린더(8)를 서로 연결하는 액압연동라인(11)을 열어줌으로써, 서브마스터실린더(5)와 메인마스터실린더(8)의 액압실이 서로 연통됨에 기인되어진다.
상기와 같이 제어밸브(12)가 열려지며, 페달(2)의 작용으로 서브마스터실린더(5)에서 형성된 유압은 서브유압라인(6)을 통해 ESC(20)쪽으로 배출됨과 더불어 액압연동라인(11)을 거쳐 메인마스터실린더(8)의 액압실로 공급되어진다.
이로 인해, 서브마스터실린더(5)와 메인마스터실린더(8)에는 유압이 함께 형성되어진다.
이어, 상기 서브마스터실린더(5)와 메인마스터실린더(8)에서 각각의 서브유압라인(6)과 메인유압라인(9)을 통해 나온 유압은 ESC(20)로 모여진 후, 상기 ESC(20)의 작용으로 전륜제동부(31)과 후륜제동부(32)로 분배됨으로써 안정적인 차량 제동을 구현하게 된다.
이와 같이 전륜과 후륜이 함께 제동됨으로써 페일-세이프(Fail-Safe)의 신뢰성이 크게 높아짐은 물론, 특히 운전자의 페달답력에 따라 후륜만으로 제동을 수행하는 전륜방식 전동부스터 제동장치의 한계값인 0.3g을 넘어서는 0.4G 이상의 제동력 형성으로 페일-세이프(Fail-Safe)의 작동안정성도 크게 높아질 수 있게 된다.
1 : ECU 2 : 페달
3 : 센서 5 : 서브마스터실린더
6 : 서브유압라인 7 : 전동부스터
8 : 메인마스터실린더
9 : 메인유압라인 10 : 페일-세이프수단
11 : 액압연동라인 12 : 제어밸브
20 : ESC 30 : 제동부
31 : 전륜제동부 32 : 후륜제동부

Claims (5)

  1. 페달을 통해 직접 유압을 발생시키는 서브마스터실린더와 상기 페달의 답입 스트로트를 검출하는 ECU로 제어되는 전동부스터를 통해 유압을 발생시키는 메인마스터실린더를 서로 연결하는 액압연동라인과,
    상기 액압연동라인에 설치되어 상기 ECU의 제어에 따라 상기 서브마스터실린더의 액압을 상기 메인마스터실린더로 공급하는 1개의 제어밸브를 포함해 구성되고,
    상기 서브마스터실린더의 서브유압라인과 상기 메인마스터실린더의 메인유압라인의 각각은 차륜을 각각 제동하는 전륜제동부과 후륜제동부로 제동유압을 분배하는 ESC(Electronic Stability Control)로 이어지고, 상기 서브유압라인과 상기 메인유압라인은 상기 서브마스터실린더와 상기 메인마스터실린더에서 각각 생성된 상기 제동유압을 상기 ESC로 공급하며,
    상기 ESC는 상기 페달의 조작으로 발생된 상기 서브마스터실린더와 상기 메인마스터실린더의 유압을 모아 상기 전륜제동부와 상기 후륜제동부로 분배하여 정상제동을 수행해 주는 것을 특징으로 하는 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 액압연동라인은 상기 서브마스터실린더의 액압실과 상기 메인마스터실린더의 액압실을 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제어밸브는 상기 서브마스터실린더에서 형성된 유압을 상기 메인마스터실린더쪽으로 만 보내도록 개폐되는 것을 특징으로 하는 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제어밸브는 상기 ECU로 제어되는 온·오프타입인 것을 특징으로 하는 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어밸브는 전원오프(Off)시 닫힌 상태인 NC(Normal Close)타입이거나 또는 전원오프(Off)시 열린 상태인 NO(Normal Open)타입인 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 페일세이프 밸브를 이용한 전동부스터 제동장치.
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