KR101958503B1 - 차량 내 주차 브레이크의 조절 방법, 폐회로 제어 및/또는 개회로 제어 유닛, 및 상기 유형의 폐회로 제어 및/또는 개회로 제어 유닛을 구비한 주차 브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클램핑력의 생성을 위한 전기 브레이크 모터를 구비한 전기기계식 브레이크 장치를 포함하는 주차 브레이크의 조절 방법에 관한 것으로서, 클램핑력을 결정하기 위해 브레이크 모터의 모터 상수가 모터 저항의 함수로 그리고 측정된 전류값으로부터 산출된다.

Description

차량 내 주차 브레이크의 조절 방법, 폐회로 제어 및/또는 개회로 제어 유닛, 및 상기 유형의 폐회로 제어 및/또는 개회로 제어 유닛을 구비한 주차 브레이크 {METHOD, REGULATING AND/OR CONTROL UNIT, AND PARKING BRAKE HAVING A REGULATING AND/OR CONTROL UNIT OF SAID TYPE FOR ADJUSTING A PARKING BRAKE IN A VEHICLE}

본 발명은 특허청구범위의 청구항 1에 따른 차량 내 주차 브레이크의 조절 방법에 관한 것이다.

문헌 DE 10 2006 052 810 A1호에는, 자동차의 주차 브레이크에서 전기 브레이크 모터에 의해 생성된 클램핑력의 예측 방법이 기재되어 있다. 전기 브레이크 모터는 브레이크 라이닝의 캐리어인 브레이크 피스톤을 브레이크 디스크에 대한 방향에서 축방향으로 가압한다. 클램핑력의 측정을 위해 전류, 브레이크 모터의 공급 전압 및 모터 회전수를 측정한 다음, 전기 모터의 전기적 거동 및 기계적 거동을 나타내는 미분 방정식 시스템으로부터 측정값들을 고려하여 클램핑력을 예측한다. 클램핑력을 결정하는 데 필수적인 모터 상수의 결정에 관여하는 모터 회전수의 측정을 위해서는, 예컨대 홀 센서가 사용될 수 있다.

본 발명의 과제는 회전수 센서를 사용하지 않는 간단한 조치로 전기기계식 브레이크 장치의 전기 브레이크 모터에서 모터의 특성값을 결정하는 데에 있으며, 이때 전기기계식 클램핑력은 모터의 특성값에 좌우된다.

상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 1의 특징부에 의해 해결된다. 종속항은 바람직한 개선예를 제공한다.

본 발명에 따른 방법은, 차량의 고정을 위한 클램핑력을 생성할 수 있는 전기 브레이크 모터를 갖는 차량 내 전기기계식 주차 브레이크에서 사용될 수 있다. 이러한 경우 전기 브레이크 모터의 회전자의 회전 운동은 스핀들의 축방향 조절 운동으로 전환되며, 상기 스핀들에 의해 브레이크 라이닝의 캐리어인 브레이크 피스톤이 브레이크 디스크에 대해 축방향으로 힘을 받는다.

경우에 따라 주차 브레이크에는, 전기기계식 클램핑력에 대해 추가로 그리고 필요에 따라 추가의 클램핑력을 제공할 수 있도록 추가 브레이크 장치가 장착되어 있다. 예컨대 추가 브레이크 장치는, 유압이 브레이크 피스톤에 작용하는 차량의 유압식 차량 브레이크이다.

본 발명에 따른 방법의 경우, 현재의 제동력을 결정하는 데에 필수적인 전기 브레이크 모터의 모터 상수는 모터 저항의 함수로 그리고 측정된 전류값으로부터 산출된다. 온도에 좌우될 뿐만 아니라 모터의 제조 라인 내에서 비교적 크게 변동할 수 있는 모터 상수 값을 알고 있는 경우, 현재의 모터 전류에 의해 모터 부하 토크가 산출되고 이로부터 변속기 감속비 및 효율에 근거하여 클램핑력이 산출될 수 있다. 따라서, 회전수 센서가 없어도 현재 작용하는 클램핑력을 측정하는 것이 가능하다. 측정값으로서 단지 전기 브레이크 모터의 전류와 전압만 결정되면 된다.

모터 상수는, 바람직한 실시예에 따라, 모터의 정지 상태에서 나타나는 최대 전류에 대해 인가된 작동 전압의 비로부터 결정되는 모터 저항에 좌우된다. 모터의 정지 상태에서 최대 전류는 측정된 제1 및 제2 전류값의 함수로 측정되며, 이때 바람직하게 공회전 전류가 추가로 고려된다. 이러한 경우, 제2 전류 측정값의 시점은 제1 전류 측정값의 시점의 두 배인 것이 바람직하며, 전류 측정 시점들은 전류 흐름의 시작과 시간 간격된다. 모터가 정지 상태인 경우 최대 전류를 산출하기 위해 제1 전류 측정 시점과 제2 전류 측정 시점 사이의 시간 간격을 두 배로 하는 것이 유리한데, 최대 전류를 산출하기에 비교적 간단한 관계식이 제공되기 때문이다. 그러나 기본적으로, 전류 흐름의 시작과 시간 간격하여 서로에 대해 2배수와는 다른 관계가 성립하는 전류 측정 시점도 선택될 수 있다.

모터 상수는 모터 저항의 함수로 산출되며, 이때 추가로 브레이크 모터의 회전자 또는 전기자의 질량 관성 모멘트, 공회전 전류, 이미 산출된 제1 전류 측정값 및 추가의 제3 전류 측정값이 고려된다. 제3 전류 측정값은 고정된 시간 간격으로 제1 전류 측정값의 시점에 후속하는 시점에서 얻어진다. 이러한 고정된 시간 간격은 바람직하게 브레이크 모터의 전기적 시간 상수보다 더 짧고 특히 제1 측정 시점 직후에 위치한다. 경우에 따라 제3 전류 측정값을 위한 상기 측정 시점은, 모터 저항의 계산을 위한 정지 상태의 모터에서의 최대 전류를 산출하는 데 필수적인 제2 선류 측정값의 측정 시점 이전에 위치한다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게 주차 브레이크 시스템의 구성 부품인 차량 내 폐회로 제어 또는 개회로 제어 유닛에서 실행된다.

다른 장점 및 바람직한 실시예는 다른 청구항들, 도면 설명 부분 및 도면에 제시된다.

도 1은 클램핑력이 전기 브레이크 모터에 의해 생성되는 차량용 전기기계식 주차 브레이크의 단면도이다.
도 2는 주차 브레이크의 전압 공급 과정 시 전류, 전압 및 모터 회전수의 시간에 따른 곡선을 도시한 그래프이다.

도 1에는 정지 상태에서 차량을 고정하기 위한 전기기계식 주차 브레이크(1)가 도시되어 있다. 주차 브레이크(1)는 브레이크 디스크(10)를 감싸는 플라이어(9)를 구비한 브레이크 캘리퍼(2)를 포함한다. 작동 부재로서 주차 브레이크(1)는 스핀들(4)을 회전 구동시키는 브레이크 모터(3)로서 전기 모터를 포함하며, 상기 스핀들에는 스핀들 너트로서 구현된 스핀들 부품(5)이 회전 가능하게 지지된다. 스핀들(4)이 회전하면 스핀들 부품(5)이 축방향으로 변위된다. 스핀들 부품(5)은, 브레이크 라이닝(7)의 캐리어인 브레이크 피스톤(6) 내에서 움직이며, 상기 브레이크 라이닝은 브레이크 피스톤(6)에 의해 브레이크 디스크(10)를 가압한다. 브레이크 디스크(10)의 반대쪽에는, 플라이어(9)에 고정되어 유지되어 있는 다른 브레이크 라이닝(8)이 위치한다.

브레이크 피스톤(6) 내에서 스핀들 부품(5)은 스핀들(4)의 회전 운동 시 브레이크 디스크(10)를 향한 방향에서 축방향 앞쪽으로 움직이고, 스핀들(4)의 반대 방향 회전 운동 시 축방향 뒤쪽으로 스토퍼(11)에 도달할 때까지 움직인다. 클램핑력을 생성하기 위해서는 스핀들 부품(5)이 브레이크 피스톤(6)의 내부 단부측으로 작용함으로써, 주차 브레이크(1) 내에서 축방향으로 변위되게 지지된 브레이크 피스톤(6)은 브레이크 라이닝(7)으로써 브레이크 디스크(10)의 단부면에 대해 가압된다.

필요한 경우 주차 브레이크는 클램핑력이 전기 모터에 의한 부분과 유압에 의한 부분으로 통합되도록 유압식 차량 브레이크에 의해 지원될 수 있다. 유압식으로 지원되는 경우 브레이크 모터를 향한 브레이크 피스톤(6)의 배면이 압력하에 유지되는 유압 작동액에 의해 가압된다.

도 2에는 전압 공급 과정에 대한 전기 브레이크 모터의 시간에 따른 전류 곡선(I), 전압(U) 및 회전수 곡선(n)을 갖는 그래프가 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 전기 브레이크 모터에 의해 생성되는 전기기계식 클램핑력(F_Kl)뿐만 아니라, 전압 공급 과정 동안 브레이크 모터에 의해 또는 브레이크 모터에 의해 작용하는 작동 부재에 의해 이동한 경로(s)도 제공되어 있다.

전압이 제공되어 브레이크 모터가 폐쇄된 전류 회로에서 전류하에 제공되는 전압 공급 과정이 시점(t1)에서 시작된다. 시작 단계(단계 I)는 시점(t1)으로부터 시점(t2)까지 지속된다. 시점(t2)에서 전압(U)과 모터 회전수(n)는 최대에 도달한다. 시점(t2)와 시점(t3) 사이의 단계는 공회전 단계(단계 II)로서, 여기서 전류(I)는 최소 레벨에서 움직인다. 여기에 이어서 시점(t3)부터 시점(t4)까지는 힘 구축 단계(단계III)가 이어지는데, 여기서 브레이크 라이닝들은 브레이크 디스크에 접하여 브레이크 디스크에 대해 점점 증가하는 클램핑력(F_Kl)으로 가압된다. 시점(t4)에서 전기 브레이크 모터가 전류 회로의 개방에 의해 차단되어, 후속 곡선에서 브레이크 모터의 회전수(n)는 0으로 떨어진다.

시점(t3)에서 힘 구축 단계는 힘 상승점과 일치한다. 힘 구축 또는 클램핑력(F_Kl)의 곡선은 예컨대 브레이크 모터의 전류(I) 곡선에 의해 산출될 수 있는데, 상기 전류 곡선은 기본적으로 전기기계식 클램핑력과 동일한 곡선을 갖는다. 전류 곡선은 시점(t2)과 시점(t3) 사이의 공회전 단계 중 낮은 레벨로부터 시작하여 시점(t3)의 시작 시에 급격하게 상승한다. 이러한 전류의 상승을 검출하여 힘 상승점의 결정에 이용할 수 있다. 그러나 또한 기본적으로 힘 구축 곡선은 전압 곡선 또는 회전수 곡선으로부터, 또는 전류, 전압 및 회전수의 임의의 조합으로부터 결정될 수 있다.

회전수 센서를 사용하지 않고 클램핑력(F_Kl)을 결정하기 위해, 모터 특성값으로서 모터 상수(K_M)뿐 아니라 모터 저항(R_M)이 필요한데, 이들은 전기 브레이크 모터의 전압 및 전류 곡선으로부터 결정된다. 전류는 브레이크 모터의 스위치온 시에 전기자 인덕턴스에 의해서만 제한적으로 강하게 상승하고 이어서 시작되는 회전으로 인해 현저히 서서히 다시 하강한다. 하강 국면에서 전류 곡선은 사실상 모터의 기계적 시간 상수에 의해 결정되는데, 상기 상수는 전기자의 질량 관성(J), 모터 상수(K_M) 및 모터 저항(R_M)에 의해 영향을 받는다.

모터 저항(R_M)의 결정을 위해 브레이크 모터의 전류값은 정지 상태에서(블로킹된 전기자에서), 전류가 정상 상태에 적어도 근접하여 도달하는 시점에서 측정된다. 이를 위해 스위치온 전류 피크를 초과한 이후 하강 국면에서 전류는 두 개의 시점(t_{1 ,m} 및 t_{2 ,m})에서 측정되어 이로부터 정지한 브레이크 모터에서 흐르게 되는 이론상의 최대 전류(I_최대)가 계산된다. 회전수가 일정하고 공회전 전류가 단지 부하에 의해 또는 모터의 마찰에 의해 결정되는 스위치온 전류 공급 이후의 단계에서 결정되는 공회전 전류(I_L)를 고려하여, 최대 전류(I_최대)는 하기 관계식에 따라 계산되며,

이때, I₁, I₂는 시점(t_{1 ,m}) 및 시점(t_{2 ,m})에서 측정된 전류값이다.

시점(t_{1 ,m}) 및 시점(t_{2 ,m})은 전류 흐름의 시작에 관련된다. 시점(t₂)은 전류 흐름의 시작 이후 시점(t_{1 ,m})의 두 배에 위치한다.

추가로 측정된 모터 전압 또는 작동 전압(U_B)을 고려하여 모터 저항(R_M)은 하기 관계식에 따라 모터 전압 또는 작동 전압(U_B)과 이론상의 최대 전류(I_최대)의 비로부터 계산된다.

모터 저항(R_M)의 산출에 따라 모터 상수(K_M)는 측정 시점(t_{1 ,m})에서의 측정값(I₁)과 측정 시점(t_{3 ,m})의 또 다른 제3의 전류값(I₃)을 고려하여 하기 관계식에 따라 결정되며,

이때, 모터 상수(K_M)에 대해서는 모터 저항(R_M) 이외에 추가로 브레이크 모터의 질량 관성 모멘트(J)가 고려된다.

측정 시점(t_{3 ,m})은 제1 측정 시점(t_{1 ,m}) 이후 시간 간격(Δt) 만큼 옵셋되어 위치한다. 바람직하게 이러한 시간 간격(Δt)은 짧고, 특히 브레이크 모터의 전기적 시간 상수(_T)보다 짧다. 경우에 따라 측정 시점(t_{3 ,m})은 모터의 정지 상태에서 이론상의 최대 전류를 산출하는 데에 필수적인 제2 전류 측정값이 결정되는 측정 시점(t_{2 ,m}) 이전에 위치한다. 그러나 또한 기본적으로 시간 간격(Δt)이 길어서, 측정 시점(t_{3 ,m})이 측정 시점(t_{2 ,m}) 이후에 위치하는 것도 가능하다.

상술된 방법에 의해 모터 상수는 전기기계식 주차 브레이크의 전압 공급 과정에 앞서 최신으로 결정될 수 있다. 회전수 센서는 필요하지 않다. 이로써, 브 모터의 제조에 따르거나 작동 연수 및 온도에 의해 심하게 변동하는 모터 상수(K_M)의 값이 충분한 정확성을 확보하며 고정된다. 모터 상수(K_M)를 고려하여 현재 작용하는 전류를 알면 전기 브레이크 모터에서 현재 작용하는 모터 부하 토크가 산출될 수 있다. 클램핑력(F_Kl)은 모터 부하 토크로부터 결정될 수 있다.

Claims (10)

1. 전기기계식 클램핑력(F_Kl)의 생성을 위한 전기 브레이크 모터(3)를 구비한 전기기계식 브레이크 장치를 포함하는 주차 브레이크(1)의 조절 방법에 있어서,
   클램핑력(F_Kl)을 결정하기 위해 전기 브레이크 모터(3)의 모터 상수(K_M)가 모터 저항(R_M)의 함수로 그리고 측정된 전류값(I₁, I₂, I₃)으로부터 산출되고,
   모터 저항(R_M)은 모터의 정지 상태에서 하기 관계식에 따라 인가된 작동 전압(U_B)과 최대 전류(I_최대)의 비로부터 결정되고,
   

   

   
   모터의 정지 상태에서 최대 전류(I_최대)는 측정된 전류값(I₁, I₂)의 함수로 산출되고,
   모터의 정지 상태에서 최대 전류(I_최대)는 하기 관계식에 따라 산출되며,
   

   

   
   이때, I_L는 공회전 전류이고,
   I₁, I₂는 시점(t_1,m) 및 시점(t_2,m)에서 측정된 전류값인 것을 특징으로 하는, 주차 브레이크의 조절 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 시점(t_1,m) 및 시점(t_2,m)은 전류 흐름의 시작에 관련되고, 시점(t_2,m)은 전류 흐름의 시작 이후 시점(t_1,m)의 두 배에 위치하는 것을 특징으로 하는, 주차 브레이크의 조절 방법.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 모터 상수(K_M)는 하기 관계식에 따라 산출되며,
   

   

   
   이때, J는 브레이크 모터의 전기자의 질량 관성 모멘트이고,
   I₃은 측정 시점(t_3,m= t_1,m + Δt)에서 측정된 전류값이며,
   Δt는 t_1,m에 후속되는 시간 간격인 것을 특징으로 하는, 주차 브레이크의 조절 방법.
7. 제6항에 있어서, 시간 간격(Δt)은 브레이크 모터의 전기적 시간 상수(_T)보다 짧은 것을 특징으로 하는, 주차 브레이크의 조절 방법.
8. 제6항에 있어서, 측정 시점(t_3,m)은 측정 시점(t_2,m) 이전에 위치하는 것을 특징으로 하는, 주차 브레이크의 조절 방법.
9. 제1항 또는 제5항에 따른 방법을 실행하기 위한 제어 유닛이며, 상기 제어 유닛은 폐회로 제어 유닛 또는 개회로 제어 유닛인 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
10. 제9항에 따른 제어 유닛을 구비한 차량 내 주차 브레이크.

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