KR101945748B1 - 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치 및 방법 - Google Patents

스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 부스터의 요구제동 압력에 대한 전류를 미리 구한 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 전류 제어기의 요구전류로 입력함으로써 신속하고 안정적인 시스템의 응답성능을 구현할 수 있도록 한 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 현재압력과 요구 제동압력의 차이만큼 모터 제어를 위한 요구토크를 출력하는 압력 제어기; 상기 요구 제동압력에 대해 전류로 변환하여 출력하는 압력 피드 포워드부(pressure feed forward); 및 상기 압력 제어기로부터 요구토크를 입력받고, 상기 압력 피드 포워드부로부터 상기 요구 제동압력에 대한 전류를 입력받아, 요구전류를 생성하고, 상기 요구전류에 대한 요구전압을 모터로 인가하여 제동 압력을 제어하는 전류 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING PRESSURE OF SMART BOOSTER BRAKE SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 스마트 부스터의 요구제동 압력에 대한 전류를 미리 구한 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 전류 제어기의 요구전류로 입력함으로써 신속하고 안정적인 시스템의 응답성능을 구현할 수 있도록 한 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 제동장치는 주행중의 차량을 감속 또는 정지시킴과 동시에 주차상태를 유지하기 위해 사용되는 장치로서, 대개 마찰력을 이용하여 자동차의 운동에너지를 열 에너지로 바꾸어 그것을 공기중으로 방산함으로써 제동을 수행한다.
상기한 차량의 제동장치는 크게 주행중에 차량의 감속 및 정지를 위해 사용되는 주 브레이크와 차량을 주차상태로 유지하기 위한 주차 브레이크로 나뉘는데, 주 브레이크는 이용자가 페달을 밟을 때 발생하는 답력을 각 차륜에 전달하는 기구에 따라, 기계식과 유압식 및 공기식으로 분류되며, 이중 유압식의 브레이크가 제동력이 모든 바퀴에 균등하게 전달되어 마찰손실이 적고 조작력을 적게 할 수 있는 등의 장점으로 인해 가장 널리 쓰이고 있다.
도 1은 일반적인 스마트 부스터 제동 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 의한 스마트 부스터 제동 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 종래 기술에 의한 스마트 부스터 제동 장치의 시험 파형 및 측정 데이터를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 스마트 부스터 제동 시스템은 전후륜 제동압 형성을 위한 모터와 마스터 실린더, 운전자의 답력 형성을 위한 실린더와 페달시뮬레이터, 유로 개폐를 위한 솔레노이드 밸브 2개, 페달 스트로크 센서, 모터 제어를 위한 ECU로 이루어진다.
이러한 스마트 부스터 제동 시스템의 제동 장치는 도 2에 도시한 바와 같이 스마트 부스터의 압력 제어 시 현재의 압력과 요구 제동압력의 차이만큼 압력제어기는 비례 및 적분기를 통해 비례적으로 모터가 최종적으로 출력을 해야되는 토크를 출력하게 된다.
토크는 전류와 비례관계(1/Kt)이기 때문에 요구 토크는 요구 전류로 변환되어 출력되어 전류제어기의 요구 전류로 입력된다.
전류 제어기는 요구 전류를 만족하기 위해 R과 L로 구성되고 모터 시스템에 전압을 가해줌으로써 제동을 수행한다.
그런데, 도 3에 도시한 바와 같이 압력의 응답성을 빨리하기 위해 압력 제어기의 비례, 적분제어기의 게인을 크게하면 요구압력보다 큰 오버슛트(Over shoot)가 발생하게 되고, 오버슛트를 없애기 위해 압력제어기의 비례, 적분제어기의 게인을 적게하면, 오버슛트는 없어지지만 응답성이 늦고 정상상태에서 요구 제동압력과 차이가 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 2001-0003279호(2001.01.15 공개, 발명의 명칭 : 차량용 제동장치의 페달과 브레이크 부스터의 연결구조)에 개시되어 있다.
본 발명은 스마트 부스터의 요구제동 압력에 대한 전류를 미리 구한 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 전류 제어기의 요구전류로 입력함으로써 신속하고 안정적인 시스템의 응답성능을 구현할 수 있도록 한 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치는, 현재압력과 요구 제동압력의 차이만큼 모터 제어를 위한 요구토크를 출력하는 압력 제어기; 상기 요구 제동압력에 대해 전류로 변환하여 출력하는 압력 피드 포워드부(pressure feed forward); 및 상기 압력 제어기로부터 요구토크를 입력받고, 상기 압력 피드 포워드부로부터 상기 요구 제동압력에 대한 전류를 입력받아, 요구전류를 생성하고, 상기 요구전류에 대한 요구전압을 모터로 인가하여 제동 압력을 제어하는 전류 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 압력 피드 포워드부는 상기 요구 제동압력에 대한 전류를 기 설정된 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 연산하여 상기 전류 제어기로 출력하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 의한 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 방법은, 페달 변위 신호를 입력받는 단계; 상기 페달 변위 신호를 통해 요구 제동압력을 연산하는 단계; 상기 요구 제동압력과 현재압력 차이만큼의 요구토크에 대한 전류와 상기 요구 제동압력에 대한 전류를 입력받아 요구전류를 생성하는 단계; 상기 요구전류를 모터 구동을 위한 압력으로 변환하여 모터에 인가하는 단계; 및 상기 모터로 인가된 전압에 의해 모터를 구동시켜 제동 압력을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 요구전류를 생성하는 단계는 압력 제어기가 상기 요구 제동압력과 현재압력 차이만큼의 요구토크를 전류 제어기에 입력하는 단계; 압력 피드 포워드부가 상기 요구 제동압력에 대한 전류를 기 설정된 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 연산하여 상기 전류 제어기에 입력하는 단계; 및 상기 전류 제어기가 상기 압력 제어기로부터 입력받은 요구토크에 대한 전류와 상기 압력 피드 포워드부로부터 입력받은 요구 제동압력에 대한 전류를 가산하여 상기 요구전류를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 스마트 부스터의 요구제동 압력에 대한 전류를 미리 구한 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 전류 제어기의 요구전류로 입력함으로써 신속하고 안정적인 시스템의 응답성능을 구현할 수 있다.
도 1은 일반적인 스마트 부스터 제동 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 의한 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래 기술에 의한 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치의 시험 파형 및 측정 데이터를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치의 시험 파형 및 측정 데이터를 도시한 도면이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동 장치는 압력 제어기(1), 전류 제어기(2), 압력 피드 포워드부(pressure feed forward)(3)를 포함한다.
압력 제어기(1)는 현재압력과 요구 제동압력의 차이만큼 모터 제어를 위한 요구토크를 출력한다.
이러한 압력 제어기(1)는 스마트 부스터의 압력 제어시 현재압력과 요구 제동압력의 차이만큼 비례 적분기를 통해 비례적으로 모터(4)가 최종적으로 출력을 해야되는 요구토크를 출력한다.
요구토크는 전류와 비례관계(1/Kt)이기 때문에 요구전류로 변환되어 전류제어기(2)로 입력된다.
압력 피드 포워드부(3)는 요구 제동압력에 대해 전류로 변환하여 출력한다.
이러한 압력 피드 포워드부(3)는 기 설정된 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 요구 제동압력에 대한 전류를 연산하여 전류 제어기(2)로 출력한다.
이러한 요구 제동압력에 대한 전류는 전류 제어기(2)의 입력값인 리퍼런스에 합산된다.
전류 제어기(2)는 압력 제어기(1)로부터 요구토크를 입력받고, 압력 피드 포워드부(3)로부터 요구 제동압력에 대한 전류를 입력받아, 요구토크에 대한 전류와 요구 제동압력에 대한 전류를 합산하여 요구전류를 생성하고, 생성된 요구전류에 대한 요구전압을 모터(4)로 인가한다.
이러한 전류 제어기(2)는 요구전류를 만족하기 위한 요구전압을 모터(4)에 인가함으로써 브레이크 시스템(5)을 통해 제동을 수행한다.
이와 같이 구성된 스마트 부스터 제동 장치는 압력 제어는 압력 제어시 요구 제동압력과 현재압력 차이만큼의 요구토크를 전류로 변환하고, 요구 제동압력에 대한 전류를 기 설정된 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 연산하며, 요구토크에 대한 전류와 상기 기 설정된 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 연산된 요구 제동압력에 대한 전류를 가산하여 모터(4) 구동을 위한 요구전류를 생성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치의 시험 파형 및 측정 데이터를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 먼저, 운전자의 페달 조작에 의한 페달 변위 신호를 입력받는다.
그러면, 입력되는 페달 변위 신호를 통해 요구 제동압력을 연산한다.
이어서, 요구 제동압력과 현재압력 차이만큼의 요구토크에 대한 전류와 요구 제동압력에 대한 전류를 입력받아 요구전류를 생성한다.
요구전류 생성은 먼저 요구 제동압력과 현재압력 차이만큼의 요구토크에 대한 전류를 입력받고, 기 설정된 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 연산된 요구 제동압력에 대한 전류를 입력받는다.
이어서, 요구토크에 대한 전류와 요구 제동압력에 대한 전류를 합산하여 요구전류를 생성한다.
이러한 요구전류는 모터 구동을 위한 압력으로 변환되어 모터(4)로 인가된다.
인가된 전압에 의해 모터(4) 구동으로 압력이 생성되고, 요구 제동압력이 생성되면 제동 제어를 종료한다.
도 6과 도 7에 도시한 시험파형과 도표와 같이 스마트 부스터의 요구제동 압력에 대한 전류와 요구토크에 대한 전류를 입력받아 요구전류를 생성함으로써 신속하고 안정적인 시스템의 응답성능을 구현할 수 있다.
정리하면, 스마트 부스터의 압력 제어 시 현재의 압력과 요구 제동압력의 차이만큼 압력제어기(1)는 비례 적분기를 통해 비례적으로 모터가 최종적으로 출력을 해야되는 토크를 출력하게 되는데, 이러한 토크는 전류와 비례관계(1/Kt)이기 때문에 전류로 변환되어 전류제어기(2)로 입력된다.
또한, 압력 피드 포워드부(3)는 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 요구 제동압력에 대한 전류를 연산하여 전류 제어기(2)로 출력한다.
그러면, 전류 제어기(2)는 요구토크에 대한 전류와 요구 제동압력에 대한 전류를 합산하여 요구전류를 생성한다.
이렇게 생성된 요구전류는 모터 구동을 위한 요구전압으로 모터(4)에 인가되고, 모터(4) 구동을 통해 생성된 압력으로 브레이크 시스템(5)은 제동을 수행한다.
이와 같이 본 발명은 스마트 부스터의 요구제동 압력에 대한 전류와 요구토크에 대한 전류를 입력받아 요구전류를 생성함으로써 신속하고 안정적인 시스템의 응답성능을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 압력 제어기 2 : 전류 제어기
3 : 압력 피드 포워드부 4 : 모터
5 : 브레이크 시스템

Claims (4)

  1. 현재압력과 요구 제동압력의 차이만큼 모터 제어를 위한 요구토크를 출력하는 압력 제어기;
    상기 요구 제동압력에 대해 전류로 변환하여 출력하는 압력 피드 포워드부(pressure feed forward); 및
    상기 압력 제어기로부터 요구토크를 입력받고, 상기 압력 피드 포워드부로부터 상기 요구 제동압력에 대한 전류를 입력받아, 요구전류를 생성하고, 상기 요구전류에 대한 요구전압을 모터로 인가하여 제동 압력을 제어하는 전류 제어기;를 포함하되,
    상기 압력 피드 포워드부는,
    상기 요구 제동압력에 대한 전류를 기 설정된 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 연산하여 상기 전류 제어기로 출력하고,
    상기 전류 제어기는,
    상기 압력 제어기로부터 입력받은 요구토크에 대한 전류와 상기 압력 피드 포워드로부터 입력받은 요구 제동압력에 대한 전류를 가산하여 상기 요구전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 페달 변위 신호를 입력받는 단계;
    상기 페달 변위 신호를 통해 요구 제동압력을 연산하는 단계;
    상기 요구 제동압력과 현재압력 차이만큼의 요구토크에 대한 전류와 상기 요구 제동압력에 대한 전류를 입력받아 요구전류를 생성하는 단계;
    상기 요구전류를 모터 구동을 위한 압력으로 변환하여 모터에 인가하는 단계; 및
    상기 모터로 인가된 전압에 의해 모터를 구동시켜 제동 압력을 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 요구전류를 생성하는 단계는,
    압력 제어기가 상기 요구 제동압력과 현재압력 차이만큼의 요구토크를 전류 제어기에 입력하는 단계;
    압력 피드 포워드부가 상기 요구 제동압력에 대한 전류를 기 설정된 피드 포워드 게인(feed forward gain)을 통해 연산하여 상기 전류 제어기에 입력하는 단계; 및
    상기 전류 제어기가 상기 압력 제어기로부터 입력받은 요구토크에 대한 전류와 상기 압력 피드 포워드부로부터 입력받은 요구 제동압력에 대한 전류를 가산하여 상기 요구전류를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 부스터 제동 시스템의 압력 제어 방법.
  4. 삭제
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