KR101962446B1 - 로드센싱프로포셔닝 밸브기를 이용한 전기차 제동장치 - Google Patents

로드센싱프로포셔닝 밸브기를 이용한 전기차 제동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일면에 의하면, 차량의 제동장치에 적용되는 LSPV 기구에 있어서: 1개소의 입구포트(22), 메인유로(25), 분기유로(26), 2개소의 출구포트(23)를 통하여 제동 유압을 전달하는 몸체(21); 상기 메인유로(25)에 플란저(31)를 포지션 변동 가능하게 수용하고, 피스톤(34)에 대응하여 메인유로(25) 하류단의 유압 변동을 유발하는 메인수단; 및 상기 분기유로(26)에 스풀(36)을 포지션 변동 가능하게 수용하고, 전기적 신호에 대응하여 출구포트(23)의 유압 변동을 유발하는 서브수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 차량의 코너링 과정에서 제동하는 경우에도 안정성을 확보하면서 전기차의 부분적인 고장에 대응하는 작동 신뢰성을 유지하여 궁극적으로 자율주행의 실현에 일조하는 효과가 있다.

Description

로드센싱프로포셔닝 밸브기를 이용한 전기차 제동장치{Brake apparatus for electric car using load sensing proportioning valve device}
본 발명은 자동차의 제동에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 후륜의 적재 하중에 연동하여 제동력의 변동을 유발하기 위한 로드센싱프로포셔닝 밸브기구 및 그를 이용한 전기차 제동장치에 관한 것이다.
차량의 급제동시 하중이 전륜 측으로 이동하여 후륜 측의 하중이 전륜 측보다 감소되는데, 전후륜에 동일한 제동력이 전달되면 후륜의 잠금(Lock)에 의하여 슬립 사고가 유발되기 쉽다. 제동장치와 후륜 측의 사이에 설치되는 로드센싱프로포셔닝 밸브(LSPV)는 후륜의 적재하중에 대응하는 제동력 변동으로 제동의 안정성을 도모한다. 다만 구동과 제동의 구조적 다양성을 지닌 전기차에 있어서 로드센싱프로포셔닝 밸브의 기능적 변화가 수반되기도 한다.
제동장치의 LSPV 활용과 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서, 일본 공개특허공보 제2006-566449호(선행문헌 1)가 알려져 있다.
선행문헌 1에 의하면 하중 센서로 후륜의 하중을 감지하고 이 후륜 하중이 작을수록 전륜 액압 대한 후륜 액압의 게인을 작게 설정하여, 실제 제동력 배분선의 기울기를 완만하게 하고 전륜 제동력 대한 후륜 제동력의 배분을 작게 하며, 이와 같이 제어되는 후륜 액압 이득을 선회 상태, 차량 속도, 노면 마찰 계수 등에 따라 보정한다.
이는 ABS 엑추에이터 및 다수의 센서와 연계하여 LSPV를 적용하지만 근본적으로 구조적 다양성을 지닌 전기차에 대한 활용성이 제한적이다.
또 다른 선행기술문헌으로서, 한국 등록특허공보 제1158782호(선행문헌 2)를 참조할 수 있다.
선행문헌 2는 마스터 실린더의 일 측에 연결되는 제1리어 브레이크 오일라인; 로드센서의 값에 따라 리어 브레이크로 이송되는 오일의 압력을 제어하는 로드센싱제어밸브; 로드센싱제어밸브의 오일을 리어 브레이크로 전달하는 제2리어 브레이크 오일라인; 차량 하중에 따라 브레이크로 이송되는 오일의 지연시간을 조절하는 오일 압력 제어밸브; 등을 포함한다.
이는 LSPV와 오일 압력 제어밸브로 차량의 제동성능 향상을 기대하고 있지만 일반적인 LSPV를 그대로 적용하므로 전기차에 대응한 개선의 여지를 보인다.
일본 공개특허공보 제2006-566449호 "차량의 제동력 배분장치" (공개일자 : 2006.09.28.) 한국 등록특허공보 제1158782호 "전기차량용 브레이크 시스템" (공개일자 : 2012.06.22.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 차량의 코너링 과정에서 제동하는 경우에도 안정성을 확보하면서 전기차의 부분적인 고장에 대응하여 작동 신뢰성을 유지하는 로드센싱프로포셔닝 밸브기구 및 그를 이용한 전기차 제동장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 의하면, 차량의 제동장치에 적용되는 LSPV 기구에 있어서: 1개소의 입구포트, 메인유로, 분기유로, 2개소의 출구포트를 통하여 제동 유압을 전달하는 몸체; 상기 메인유로에 플란저를 포지션 변동 가능하게 수용하고, 피스톤에 대응하여 메인유로 하류단의 유압 변동을 유발하는 메인수단; 및 상기 분기유로에 스풀을 포지션 변동 가능하게 수용하고, 전기적 신호에 대응하여 출구포트의 유압 변동을 유발하는 서브수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 서브수단의 스풀은 평상시 중앙에 연결되는 탄성부를 개재하여 양측 유로단면적을 동일하게 유지하고, 작동시 분기유로의 일측 및 타측에 대한 유로단면적을 반비례적으로 증감하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1실시예로서, 상기 서브수단의 전기적 신호는 전자석을 통하여 자성체의 스풀에 대한 포지션 변동을 유발하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예로서, 상기 서브수단의 전기적 신호는 링크부에 연결되는 서보모터와 솔레노이드를 통하여 스풀에 대한 포지션 변동을 유발하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 밸브기구를 이용하여 전기차의 제동을 수행하는 장치에 있어서: 마스터실린더, 휠실린더, 모터제너레이터를 탑재한 본체; 마스터실린더의 일측에서 전륜으로 연결되고, 마스터실린더의 타측에서 후륜으로 연결되는 제어밸브; 차량의 직선주행과 코너링 상태에서 차륜의 제동과 관련된 정보를 검출하는 검출수단; 및 상기 검출수단의 입력에 대응하여 제어밸브의 작동을 제어하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 각 차륜의 하중 변화를 검출하는 하중센서, 각 차륜의 속도 변화를 검출하는 속도센서, 스티어링휠의 회전 상태를 검출하는 조향센서, 페달의 작동 상태를 검출하는 페달센서, 타이어 공기압 변화를 검출하는 TPMS센서, 차량의 슬립 상태를 검출하는 슬립센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 설정된 알고리즘에 따라 검출수단의 신호에 의해 차량의 코너링 또는 슬립 상태의 제동으로 판단되면 좌륜 및 우륜의 제동 유압 차이를 유발하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 차량의 코너링 과정에서 제동하는 경우에도 안정성을 확보하면서 전기차의 부분적인 고장에 대응하는 작동 신뢰성을 유지하여 궁극적으로 자율주행의 실현에 일조하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 브레이크 시스템을 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 제어밸브의 일예를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 제어밸브의 다른 예를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 제어기의 연결회로를 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일면에 의하면, 차량의 제동장치에 적용되는 LSPV 기구에 관하여 제안한다. 전기차에 탑재되는 제동장치를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 협의적으로 LSPV는 공지된 로드센싱프로포셔닝 밸브를 의미하지만 광의적으로 LSPV 기능을 포함하거나 변형한 기구를 의미한다. 도 1을 참조하면 LSPV 기구는 유압회로용 제어밸브(20)(20′)의 형태로 예시된다.
본 발명에 따르면 몸체(21)가 1개소의 입구포트(22), 메인유로(25), 분기유로(26), 2개소의 출구포트(23)를 통하여 제동 유압을 전달하는 구조이다. 도 1에서 입구포트(22)는 마스터실린더(11)에 연결되고, 출구포트(23)는 전륜과 후륜에 연결된다. 일측 제어밸브(20)의 출구포트(23)는 후륜(2L)(2R)에 각각 연결되고, 타측 제어밸브(20′)의 출구포트(23)는 전륜(1L)(IR)에 각각 연결된다.
또한, 본 발명에 따르면 메인수단인 상기 메인유로(25)에 플란저(31)를 포지션 변동 가능하게 수용하고, 피스톤(34)에 대응하여 메인유로(25) 하류단의 유압 변동을 유발하는 구조이다. 메인수단은 입구포트(22), 메인유로(25), 플란저(31), 피스톤(34) 등을 포함하여 공지의 LSPV 기능을 수행한다. 플란저(31)는 대경부(32)과 소경부(33)를 포함하여 구성되고, 입구포트(22)에서 출구포트(23)로 전달되는 유압(제동액압)을 변동한다. 피스톤(34)은 감응부(28)를 통하여 외부의 하중(공차/만차)에 연동하고, 플란저(31)의 일단에 접촉되어 포지션 변동에 소요되는 작동력(작동점)을 조절한다.
이때, 몸체(21)의 단부에서 구비되는 감응부(28)는 차량의 서스펜션에 연결되어 공차와 만차 상태의 하중을 피스톤(34)에 작용한다. 도 1 및 도 2에서 감응부(28)는 에어서스펜션에 도관으로 연결되는 상태를 예시하지만, 레버(도시 생략)를 이용하여 스프링서스펜션에 연결되는 구성도 가능하다. 통상 대형 화물차나 고급차에 적용되는 에어서스펜션의 경우 공차 또는 만차시 피스톤(34)을 통한 플란저(31)의 작동점을 변동시켜 후륜(2L)(2R)에 작용하는 제동력을 낮추거나 높인다. 결국 공차시에는 후륜(2L)(2R)의 제동력을 낮추어 스핀 현상을 방지하고 만차시에는 후륜(2L)(2R)의 강력한 제동을 수행한다.
또한, 본 발명에 따르면 서브수단이 상기 분기유로(26)에 스풀(36)을 포지션 변동 가능하게 수용하고, 전기적 신호에 대응하여 출구포트(23)의 유압 변동을 유발하는 구조이다. 도 2를 참조하면 제어밸브(20)에서 서브수단이 메인수단의 하류측으로 연계된 상태를 예시한다. 분기유로(26)는 출구포트(23)를 통하여 후륜(2L)(2R)의 좌우에 각각 연통된다. 양측의 분기유로(26) 사이에는 별도의 유로와 함께 스풀(36)이 전기력으로 포지션 변동을 수행하도록 탑재된다. 도 4를 통하여 후술하는 것처럼 전기적 신호는 제어기(50)와 검출수단을 통하여 설정된 알고리즘으로 생성되고 부가된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 서브수단의 스풀(36)은 평상시 중앙에 연결되는 탄성부(37)를 개재하여 양측 유로단면적을 동일하게 유지하고, 작동시 분기유로(26)의 일측 및 타측에 대한 유로단면적을 반비례적으로 증감하는 것을 특징으로 한다. 스풀(36)의 양단으로 분기유로(26) 상에 형성되는 공간은 관로저항이 동일하도록 동일한 형태를 이루게 된다. 탄성부(37)는 스프링을 사용하여 구성될 수 있고, 스풀(36)의 중앙에 연결되어 평상시 스풀(36)을 중립 포지션에 유지한다. 메인수단을 거쳐 서브수단에 도달한 유체(제동액)는 스풀(36)의 포지션 변동에 따라 좌측 후륜(2L) 및 우측 후륜(2R)의 제동력 변동을 유발한다.
한편, 도 1을 참조하면, 전륜(1L)(IR)에 연결되는 또 다른 제어밸브(20′)는 도 3과 같이 제어밸브(20)의 서브수단만 구비할 수 있다. 이 경우 동일한 방식으로 서브수단은 스풀(36)의 포지션 변동에 따라 좌측 전륜(1L) 및 우측 전륜(1R)의 제동력 변동을 유발한다.
본 발명의 제1실시예로서, 상기 서브수단의 전기적 신호는 전자석(54)을 통하여 자성체의 스풀(36)에 대한 포지션 변동을 유발하는 것을 특징으로 한다. 전자석(54)은 스풀(36)의 일측에 대향하도록 설치할 수도 있으나 전기차의 작동 신뢰성 측면에서 스풀(36)의 양측으로 배치하는 것이 좋다. 스풀(36)은 적어도 양단으로 자성체 또는 영구자석을 구비한다. 전자석(54)을 통한 스풀(36)의 작동으로 분기유로(26)의 일측은 유로단면적이 감소하고 타측은 유로단면적이 증가한다.
본 발명의 제2실시예로서, 상기 서브수단의 전기적 신호는 링크부(38)에 연결되는 서보모터(56)와 솔레노이드(58)를 통하여 스풀(36)에 대한 포지션 변동을 유발하는 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면, 스풀(36)의 중앙을 향하여 서보모터(56)와 솔레노이드(58)가 각각의 링크부(38)를 개재하여 설치된 상태를 예시한다. 서보모터(56)의 링크부(38)는 웜기어 및 래크-피니언으로 구성된다. 솔레노이드(58)의 링크부(38)는 활주판으로 구성된다. 서보모터(56)는 웜기어의 웜에 연결되고 웜기어의 웜휠은 동심의 피니언을 통하여 스풀(36)의 래크 치형에 맞물린다. 서보모터(56)와 그 링크부(38)를 탑재한 활주판은 솔레노이드(58)에 연결되어 직선운동을 수행한다.
작동의 일예로, 평상시 래그-피니언을 분리된 상태로 유지하면서 작동시 서보모터(56)와 솔레노이드(58)를 동시에 구동하여 래그-피니언 맞물림과 동시에 포지션 제어를 수행한다. 물론 솔레노이드(58)와 그 링크부(38)를 배제하고 래크-피니언을 항시 맞물림 상태로 유지할 수도 있다.
물론, 도 2의 제1실시예 및 도 3의 제2실시예는 예시적으로 다르게 구분하였으나 전자석(54), 서보모터(56), 솔레노이드(58)의 구분 없이 선택적으로 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 밸브기구를 이용하여 전기차의 제동을 수행하는 장치에 관하여 제안한다. 전기차는 후륜구동, 전륜구동, 4륜구동에 대응하여 모터제너레이터(15)의 위치, 수량을 다양한 방식으로 구현할 수 있다. 도 1은 후륜구동을 예시하지만 전륜구동이나 4륜구동에 동일하게 적용된다. 도 1에서 밸브기구가 후륜(2L)(2R)에 연결된 제어밸브(20) 및 전륜(1L)(IR)에 연결된 제어밸브(20′)의 형태로 예시된다.
본 발명의 본체는 마스터실린더(11), 휠실린더(12), 모터제너레이터(15)를 탑재한 구조이다. 마스터실린더(11)는 각 차륜의 캘리퍼를 작동하는 휠실린더(12)에 제동액을 제공한다. 모터제너레이터(15)는 전륜 그리고/또는 후륜의 구동과 동시에 회생제동을 수행한다. 모터제너레이터(15)의 회생제동에 의한 전기는 밸브기구의 작동전원으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 제어밸브가 마스터실린더(11)의 일측에서 전륜(1L)(IR)으로 연결되고, 마스터실린더(11)의 타측에서 후륜(2L)(2R)으로 연결되는 구조를 이룬다. 바람직한 실시예로, 전술한 것처럼 전륜(1L)(IR)에는 서브수단만 구비하는 제어밸브(20′)를 연결하고, 후륜(2L)(2R)에는 메인수단과 서브수단을 구비하는 제어밸브(20)를 연결한다.
또한, 본 발명에 따르면 검출수단이 차량의 직선주행과 코너링 상태에서 차륜의 제동과 관련된 정보를 검출하는 구조이다. 차량의 직선주행시 제어밸브는 서브수단이 배제된 공지의 LSPV 기능만으로 안정적 제동이 실현된다. 그러나 차량의 코너링시 차륜의 좌측과 우측에서 하중의 편차가 발생하므로 제동의 안정성이 약화되므로 검출수단에 의한 정밀 제어가 수반되는 것이 바람직하다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 각 차륜의 하중 변화를 검출하는 하중센서(41), 각 차륜의 속도 변화를 검출하는 속도센서(42), 스티어링휠의 회전 상태를 검출하는 조향센서(43), 페달의 작동 상태를 검출하는 페달센서(45), 타이어 공기압 변화를 검출하는 TPMS센서(46), 차량의 슬립 상태를 검출하는 슬립센서(47)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 속도센서(42), 조향센서(43), 페달센서(45)는 통상적인 차량에 탑재되는 구조를 적용한다. 하중센서(41)는 서스펜션에 설치되는 로드셀 외에 차고센서를 병용할 수 있다. TPMS센서(46)는 타이어휠에 내장되고 공기압 변동을 무선으로 전송한다. 슬립센서(47)는 차륜의 슬립 상태 외에 차체의 횡방향 슬립 상태도 검출한다.
또한, 본 발명에 따르면 제어기(50)가 상기 검출수단의 입력에 대응하여 제어밸브의 작동을 제어하는 구조를 이루고 있다. 제어기(50)는 마이컴 회로를 기반으로 I/O인터페이스부(51), 구동부(52) 등을 포함하며, 차량에 탑재되는 ECU 등과 연계되거나 그 일부로 구성될 수 있다. 궁극적으로 전기차의 제어기(50)는 자율주행에 부합되거나 호환되는 알고리즘을 요한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(50)는 설정된 알고리즘에 따라 검출수단의 신호에 의해 차량의 코너링 또는 슬립 상태의 제동으로 판단되면 좌륜 및 우륜의 제동 유압 차이를 유발하는 것을 특징으로 한다. 차량의 코너링 상태는 조향센서(43)의 신호로 판단되지만 코너링 곡률과 차속에 의한 좌우륜의 하중 편차는 하중센서(41), 속도센서(42), TPMS센서(46)로 판단된다. 코너링이 아닌 직선주행에서 요동이 발생하는 경우 슬립센서(47)의 신호를 부가적으로 이용할 수 있다. 어느 경우에나, 차량의 코너링 중에 페달센서(45)의 신호가 감지되는 경우 전기적 신호를 제어밸브(20)(20′)로 송출하여 후륜(2L)(2R)의 LSPV 기능에 더하여 좌륜(1L)(2L) 및 우륜(1R)(2R)에 대한 제동력 조절을 유발한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
1L, 1R: 전륜 2L, 2R: 후륜
10: 제동페달 11: 마스터실린더
15: 모터제너레이터 20, 20′: 제어밸브
21: 몸체 22, 23: 포트
25: 메인유로 26: 분기유로
28: 감응부 31: 플란저
34: 피스톤 36: 스풀
37: 탄성부 38: 링크부
41: 하중센서 42: 속도센서
43: 조향센서 45: 페달센서
46: TPMS센서 47: 슬립센서
50: 제어기 54: 전자석
56: 서보모터 58: 솔레노이드

Claims (7)

  1. LSPV 기구를 이용하여 전기차의 제동을 수행하는 장치에 있어서:
    상기 LSPV 기구는,
    1개소의 입구포트(22), 메인유로(25), 분기유로(26), 2개소의 출구포트(23)를 통하여 제동 유압을 전달하는 몸체(21);
    상기 메인유로(25)에 플란저(31)를 포지션 변동 가능하게 수용하고, 피스톤(34)에 대응하여 메인유로(25) 하류단의 유압 변동을 유발하는 메인수단; 및
    상기 분기유로(26)에 스풀(36)을 포지션 변동 가능하게 수용하고, 전기적 신호에 대응하여 출구포트(23)의 유압 변동을 유발하는 서브수단;을 포함하여 이루어지고,
    상기 전기차의 제동을 수행하는 장치는,
    마스터실린더(11), 휠실린더(12), 모터제너레이터(15)를 탑재한 본체;
    마스터실린더(11)의 일측에서 전륜(1L)(IR)으로 연결되고, 마스터실린더(11)의 타측에서 후륜(2L)(2R)으로 연결되는 제어밸브;
    차량의 직선주행과 코너링 상태에서 차륜의 제동과 관련된 정보를 검출하는 검출수단; 및
    상기 검출수단의 입력에 대응하여 제어밸브의 작동을 제어하는 제어기(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로드센싱프로포셔닝 밸브를 이용한 전기차 제동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브수단의 스풀(36)은 평상시 중앙에 연결되는 탄성부(37)를 개재하여 양측 유로단면적을 동일하게 유지하고, 작동시 분기유로(26)의 일측 및 타측에 대한 유로단면적을 반비례적으로 증감하는 것을 특징으로 하는 로드센싱프로포셔닝 밸브를 이용한 전기차 제동장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브수단의 전기적 신호는 전자석(54)을 통하여 자성체의 스풀(36)에 대한 포지션 변동을 유발하는 것을 특징으로 하는 로드센싱프로포셔닝 밸브를 이용한 전기차 제동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브수단의 전기적 신호는 링크부(38)에 연결되는 서보모터(56)와 솔레노이드(58)를 통하여 스풀(36)에 대한 포지션 변동을 유발하는 것을 특징으로 하는 로드센싱프로포셔닝 밸브를 이용한 전기차 제동장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출수단은 각 차륜의 하중 변화를 검출하는 하중센서(41), 각 차륜의 속도 변화를 검출하는 속도센서(42), 스티어링휠의 회전 상태를 검출하는 조향센서(43), 페달의 작동 상태를 검출하는 페달센서(45), 타이어 공기압 변화를 검출하는 TPMS센서(46), 차량의 슬립 상태를 검출하는 슬립센서(47)를 구비하는 것을 특징으로 하는 로드센싱프로포셔닝 밸브를 이용한 전기차 제동장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(50)는 설정된 알고리즘에 따라 검출수단의 신호에 의해 차량의 코너링 또는 슬립 상태의 제동으로 판단되면 좌륜 및 우륜의 제동 유압 차이를 유발하는 것을 특징으로 하는 로드센싱프로포셔닝 밸브를 이용한 전기차 제동장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6133347A (ja) * 1984-07-24 1986-02-17 Mazda Motor Corp 自動車の制動装置
JPH0270559A (ja) * 1988-09-05 1990-03-09 Nippon Soken Inc ブレーキ装置
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KR101158782B1 (ko) 2011-10-05 2012-06-22 주식회사 에코카 전기차량용 브레이크 시스템

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