KR102398035B1

KR102398035B1 - 마스터 실린더 및 이를 구비하는 전자식 브레이크 시스템

Info

Publication number: KR102398035B1
Application number: KR1020170101189A
Authority: KR
Inventors: 김현동
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2022-05-17
Also published as: US10744987B2; DE102018213442A1; CN109383471A; KR20190016792A; US20190047529A1; CN109383471B

Abstract

본 발명의 마스터 실린더 및 이를 구비하는 전자식 브레이크 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 브레이크 페달의 변위를 감지하여 액압을 발생하는 메인 액압 공급장치와, 상기 메인 액압 공급장치가 비 정상적으로 작동 시 휠 실린더로 액압을 공급하기 위한 서브 액압 공급유닛을 포함하는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더로서, 실린더본체 내의 보어에 마련되며 상기 브레이크 페달에 의해 직접적으로 가압되는 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제1 액압챔버와, 상기 제1 피스톤에 의해 간접적으로 가압되는 제2 피스톤과, 상기 제2 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제2 액압챔버를 포함하고, 상기 제2 액압챔버는 상기 서브 액압 공급유닛과 연결되어 상기 서브 액압 공급유닛으로부터 전달되는 액압에 의해 제2 피스톤이 제1 피스톤 측으로 밀리지 않도록 밀림 방지수단이 마련되는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더가 제공될 수 있다.

Description

마스터 실린더 및 이를 구비하는 전자식 브레이크 시스템{Master cylinder and electric brake system having the same}

차량에는 제동을 위한 브레이크 시스템이 필수적으로 장착되는데, 최근에 보다 강력하고 안정된 제동력을 얻기 위한 여러 종류의 시스템이 제안되고 있다.

브레이크 시스템의 일례로는 제동시 휠의 미끄러짐을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(ABS: Anti-Lock Brake System)과, 차량의 급발진 또는 급가속시 구동륜의 슬립을 방지하는 브레이크 트랙션 제어 시스템(BTCS: Brake Traction Control System)과, 안티록 브레이크 시스템과 트랙션 제어를 조합하여 브레이크 액압을 제어함으로써 차량의 주행상태를 안정적으로 유지시키는 차량자세제어 시스템(ESC: Electronic Stability Control System) 등이 있다.

일반적으로 전자식 브레이크 시스템은 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달 변위센서로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 휠 실린더로 압력을 공급하는 액압 공급장치를 포함한다.

위와 같은 액압 공급장치가 마련된 전자식 브레이크 시스템은 유럽 등록특허 EP 2 520 473호에 개시되어 있다. 개시된 문헌에 따르면, 액압 공급장치는 브레이크 페달의 답력에 따라 모터가 작동하여 제동압을 발생시키도록 이루어진다. 이때, 제동압은 모터의 회전력을 직선운동으로 변환하여 피스톤을 가압함으로써 발생하게 된다.

한편, 기존의 전자식 브레이크 시스템은 액압 공급장치가 정상 작동하지 않는 경우 마스터 실린더의 액압이 곧바로 휠 실린더에 전달되는 폴백(Fall-back) 모드가 동작하여 비상 시 제동을 담보한다. 예컨대, 폴백 모드로 작동하는 수동적 사고 회피 시스템(Passive safety fail safe)은 브레이크 페달의 답력에 따라 마스터 실린더의 피스톤을 가압함으로써 액압을 휠 실린더로 전달하도록 구성된다.

그러나 최근 개발되고 있는 지능형 차량의 경우 자율 주행 제어 시스템, 정지 서행 시스템, 충돌 완화 시스템 등의 능동적 안전강화 기술이 적용되고 있으나 시스템의 오류 시 수동적 사고 회피 시스템으로 전환될 때까지 운전자가 고장 여부를 인지하는 시간으로 인하여 사고 발생의 위험이 존재하게 된다.

EP 2 520 473 A1 (Honda Motor Co., Ltd.) 2012. 11. 7.

본 발명의 실시 예에 따른 마스터 실린더 및 이를 구비하는 전자식 브레이크 시스템은 서브 액압 공급유닛을 마련하여 메인 시스템의 오류 시 액압을 휠 실린더로 공급할 수 있음은 물론, 시스템 전체가 셧다운 시 수동으로 제동작동을 수행할 수 있도록 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 브레이크 페달의 변위를 감지하여 액압을 발생하는 메인 액압 공급장치와, 상기 메인 액압 공급장치가 비 정상적으로 작동 시 휠 실린더로 액압을 공급하기 위한 서브 액압 공급유닛을 포함하는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더로서, 실린더본체 내의 보어에 마련되며 상기 브레이크 페달에 의해 직접적으로 가압되는 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제1 액압챔버와, 상기 제1 피스톤에 의해 간접적으로 가압되는 제2 피스톤과, 상기 제2 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제2 액압챔버를 포함하고, 상기 제2 액압챔버는 상기 서브 액압 공급유닛과 연결되어 상기 서브 액압 공급유닛으로부터 전달되는 액압에 의해 제2 피스톤이 제1 피스톤 측으로 밀리지 않도록 밀림 방지수단이 마련되는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더가 제공될 수 있다.

또한, 상기 밀림 방지수단은 상기 제2 피스톤의 선단측 외주면으로부터 반경방향으로 돌출 형성된 지지턱과, 상기 지지턱의 후방측이 걸리도록 상기 보어 내에 형성되는 단차홈을 갖추고, 상기 지지턱이 상기 단차홈의 단차턱에 접촉되며 상기 제2 피스톤의 이동이 제한될 수 있다.

또한, 상기 지지턱과 상기 단차턱은 일정 간격 이격되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 실린더본체는 길이방향으로 중공된 보어를 갖추고, 상기 제2 액압챔버가 형성되도록 제2 피스톤이 배치되는 방향의 중공된 보어를 폐쇄하도록 상기 실린더본체에 압입 결합되는 캡을 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 캡의 외주면에는 상기 실린더본체 내부의 기밀성을 유지하도록 캡 실링부재가 마련될 수 있다.

또한, 상기 실린더본체의 내측과 각 피스톤의 외측을 실링하도록 하는 실링부재가 더 마련되고, 상기 제2 피스톤이 배치된 실린더본체의 내측에는 상기 서브 액압 공급유닛으로부터 전달되는 액압과 제1 피스톤의 가압에 따라 양방향으로 압력을 유지할 수 있도록 보조 실링부재가 더 마련될 수 있다.

또한, 상기 제1 피스톤이 배치되는 방향의 실린더본체의 내측에는 상기 제1 피스톤의 후단부를 지지하여 상기 제1 피스톤이 상기 보어로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 스토퍼가 마련될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 실린더본체 내의 보어에 마련되며 상기 브레이크 페달에 의해 직접적으로 가압되는 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제1 액압챔버와, 상기 제1 피스톤에 의해 간접적으로 가압되는 제2 피스톤과, 상기 제2 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제2 액압챔버를 포함하는 마스터 실린더; 상기 브레이크 페달의 답력에 따른 반력을 제공하되, 상기 마스터 실린더와 연결되어 오일이 수용되는 시뮬레이터 챔버를 구비하는 페달 시뮬레이터; 상기 마스터 실린더와 각 차륜의 휠 실린더 사이에서 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어유닛; 상기 브레이크 페달의 변위에 대응하여 출력되는 전기적 신호에 의해 작동하여 상기 유압 제어유닛에 액압을 공급하는 메인 액압 공급장치; 및 상기 메인 액압 공급장치가 비 정상적으로 동작하는 때에 상기 마스터 실린더를 통하여 상기 유압 제어유닛으로 액압을 전달하는 서브 액압 공급유닛;을 포함하고, 상기 제2 액압챔버는 상기 서브 액압 공급유닛과 연결되어 상기 서브 액압 공급유닛으로부터 전달되는 액압에 의해 제2 피스톤이 제1 피스톤 측으로 밀리지 않도록 밀림 방지수단이 마련되는 전자식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 실린더본체는 길이방향으로 중공된 보어를 갖추고, 상기 보어에 제2 액압챔버가 형성되도록 제2 피스톤이 배치되는 방향의 중공된 보어를 폐쇄하는 캡을 더 구비하고, 상기 캡의 외주면에는 실린더본체 내부의 기밀성을 유지하도록 캡 실링부재가 마련될 수 있다.

또한, 상기 유압 제어유닛은 각각 하나 이상의 휠 실린더에 액압을 공급하는 제1 유압서킷과 제2 유압서킷을 포함하고, 상기 제1 액압챔버는 제1 리저버 유로를 통해 리저버와 연통되고, 제1 백업유로를 통해 제1 유압서킷과 연결되고, 상기 제2 액압챔버는 제2 리저버 유로를 통해 리저버와 연통되고, 제2 백업유로를 통해 제2 유압서킷과 연결되며, 상기 서브 액압 공급유닛은 상기 제2 리저버 유로에 마련될 수 있다.

또한, 상기 서브 액압 공급유닛은 제2 리저버 유로에 마련되는 펌프 유닛과, 상기 제2 리저버 유로를 바이패스 하는 제3 리저버 유로에 마련되는 제1 제어밸브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 서브 액압 공급유닛은 제2 및 제3 리저버 유로를 바이패스 하는 제4 리저버 유로에 마련되는 제2 제어밸브를 더 포함하고, 상기 제1 제어밸브는 양 방향 흐름을 제어하는 양 방향 솔레노이드밸브로 마련되며, 상기 제2 제어밸브는 상기 리저버에서 상기 마스터 실린더로의 흐름만을 허용하는 일 방향 체크밸브로 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 실린더 및 이를 구비하는 전자식 브레이크 시스템은 메인 액압 공급장치를 이용하여 제동압을 제공하는 시스템이 비정상적으로 작동하는 때에 서브 액압 공급유닛을 이용하여 휠 실린더에 제동압을 제공하여 안정적인 제동작동을 수행시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 운전자의 페달 입력이 없는 상태에서 제동압력이 가해져야 하는 상황의 비상 시에도 서브 액압 공급유닛을 이용하여 휠 실린더에 제동압을 제공할 수 있다. 이에, 운전자가 고장을 인지하기 위한 시간이 생기더라도 안정적인 제동작동 수행을 할 수 있게 된다.

또한, 서브 액압 공급유닛에서 발생된 액압이 마스터 실린더를 통해 전달 시 피스톤의 밀림 현상을 방지함으로써 킥백(kick back)의 현상을 방지할 수 있다.

또한, 시스템 전체가 셧다운되더라도 수동으로 제동압을 형성하여 휠 실린더로 제공함으로써 안정적인 제동작동을 수행할 수 있다.

본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템을 나타내는 유압회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더를 나타내는 분해 단면도이다.
도 3은 도 2의 조립 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 정상적인 작동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 5는 도 4의 작동에 따른 마스터 실린더의 동작상태를 나타내는 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 메인 압력 공급장치가 비 정상적인 작동시 서브 액압 공급유닛의 작동상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 7은 도 6의 작동에 따른 마스터 실린더의 동작상태를 나타내는 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 셧다운된 경우 수동으로 작동되는 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 9는 도 8의 작동에 따른 마스터 실린더의 동작상태를 나타내는 확대도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.

도 1을 참조하면, 전자식 브레이크 시스템(1)은 통상적으로, 액압을 발생시키는 마스터 실린더(100)와, 마스터 실린더(100)의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버(20)와, 브레이크 페달(10)의 답력에 따라 마스터 실린더(100)를 가압하는 인풋로드(12)와, 액압이 전달되어 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동을 수행하는 휠 실린더(30)와, 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달 변위센서(11) 및 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 반력을 제공하는 시뮬레이션 장치(50)를 구비한다.

마스터 실린더(100)는 실린더본체(110) 내에 적어도 하나의 챔버를 구비하도록 구성되어 액압을 발생시킬 수 있다. 일 예로, 마스터 실린더(100)는 실린더본체(110) 내에 형성된 보어(111)에 제1 액압챔버(112)와 제2 액압챔버(113)를 구비할 수 있다.

보다 구체적으로 도 2 및 도3을 참조하면, 실린더본체(110)는 길이방향으로 중공된 보어(111)를 갖는다. 통상적으로 액압챔버(112, 113)는 보어(111) 내에 마련되는 제1 및 제2 피스톤(120, 130)과 실링부재들(118a, 118b, 118c, 118d)에 의하여 형성되는데, 이때 보어(111)는 길이방향으로 양측이 개방됨에 따라 내부에 액압챔버(112, 113)를 형성하도록 보어(111)의 일단을 폐쇄하도록 캡(116)이 설치된다. 도시된 바에 따르면, 캡(116)은 제2 액압챔버(113)가 형성되도록 제2 피스톤(130)이 배치되는 방향측의 중공된 보어(111)를 폐쇄하도록 실린더본체(110)에 압입 결합된다. 또한, 캡(116)의 외주면에는 실린더본체(110) 내부의 기밀성을 유지하도록 캡 실링부재(116a)가 설치된다. 이와 같이, 실린더본체(110)에 중공된 보어(111)를 형성하고 캡(116)을 통하여 실린더본체(110)의 일단을 밀폐시키는 것은 보어(111)에 삽입되는 제1 및 제2 피스톤(120, 130)을 캡(116)이 설치되는 방향측의 보어(111)를 통하여 삽입시키기 위함이다. 이는 제2 피스톤(130)이 제1 피스톤(120) 측으로 밀리지 않도록 밀림 방지수단이 마련되기 때문이다.

여기서 밀림 방지수단은 후술할 서브 액압 공급유닛(400)으로부터 제2 액압챔버(113)로 액압이 전달됨에 따라 제2 피스톤(130)이 제1 피스톤(120) 측으로 밀리면서 발생하는 킥백(kick-back) 현상을 방지하기 위함이다. 이러한 서브 액압 공급유닛(400)에 의한 액압 공급 구조 및 이에 따른 제2 피스톤(130)의 작동 상태에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.

밀림 방지수단은 제2 피스톤(130)의 선단측 외주면으로부터 반경방향으로 돌출 형성된 지지턱(134)과, 상기 지지턱(134)의 후방측이 걸리도록 보어(111) 내에 형성되는 단차홈(114a)을 갖는다. 즉, 지지턱(134)이 단차홈(114a)의 단차턱(114b)에 접촉되며 제2 피스톤(130)의 이동이 제한될 수 있다. 이때, 지지턱(134)과 단차턱(114b)은 일정 간격 이격되도록 형성될 수 있다. 이는 제1 및 제2 피스톤(120, 130)의 작동된 상태에서 제1 및 제2 피스톤(120, 130)이 원위치로 복귀 시 제2 피스톤(130)의 지지턱(134)과 단차턱(11b)이 접촉되어 충격이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.

또한, 제1 피스톤(120)이 배치되는 방향의 실린더본체(110)의 내측에는 제1 피스톤(120)의 후단부를 지지하여 상기 제1 피스톤(120)이 보어(111)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 스토퍼(122)가 마련된다.

제1 액압챔버(112)에는 인풋로드(12)와 연결되는 제1 피스톤(120)이 마련되고, 제2 액압챔버(113)에는 제2 피스톤(130)이 마련된다. 그리고 제1 액압챔버(112)는 제1 유압포트(115a)에 연통되어 오일이 유출입되고, 제2 액압챔버(113)는 제2 유압포트(115b)에 연통되어 오일이 유출입된다. 일 예로, 제1 유압포트(115a)는 제1 백업유로(351)에 연결되고, 제2 유압포트(115b)는 제2 백업유로(352)에 연결될 수 있다.

한편, 마스터 실린더(100)는 두 개의 액압챔버(112, 113)를 가짐으로써 고장시 안전을 확보할 수 있다. 예컨대, 두 개의 액압챔버(112, 113) 중 하나의 액압챔버(112)는 제1 백업유로(351)를 통해 차량의 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)에 연결되고, 다른 하나의 액압챔버(113)는 제2 백업유로(352)를 통해 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)에 연결될 수 있다. 이와 같이, 두 개의 액압챔버(112, 113)를 독립적으로 구성함으로써 한 쪽 액압챔버가 고장나는 경우에도 차량의 제동이 가능하도록 할 수 있다.

또는 도면에 도시된 것과 달리 두 개의 액압챔버 중 하나의 액압챔버를 두 개의 전륜(FR, FL)에, 그리고 다른 하나의 액압챔버를 두 개의 후륜(RR, RL)에 연결할 수도 있다.

그 밖에도 두 개의 액압챔버 중 하나의 액압챔버를 좌측 전륜(FL)과 좌측 후륜(RL)에, 그리도 다른 하나의 액압챔버를 우측 후륜(RR)과 우측 전륜(FR)에 연결할 수도 있다. 즉, 마스터 실린더(100)의 액압챔버에 연결되는 휠의 위치는 다양하게 구성될 수 있다.

또한, 마스터 실린더(100)의 제1 피스톤(120)과 제2 피스톤(130) 사이에는 제1 스프링(140)이 마련되고, 제2 피스톤(130)과 캡(116) 사이에는 제2 스프링(150)이 마련될 수 있다. 즉, 제1 피스톤(120)은 제1 액압챔버(112)에 수용되고, 제2 피스톤(130)은 제2 액압챔버(113)에 수용될 수 있다.

제1 스프링(140)과 제2 스프링(150)은 브레이크 페달(10)의 변위가 달라짐에 따라 움직이는 제1 피스톤(120)과 제2 피스톤(130)에 의해 압축되면서 탄성력이 저장된다. 그리고 제1 피스톤(120)을 미는 힘이 탄성력 보다 작아지면 제1 스프링(140)과 제2 스프링(150)에 저장된 복원 탄성력을 이용하여 제1 및 제2 피스톤(120, 130)을 밀어서 원상복귀 시킬 수 있다.

한편, 마스터 실린더(100)의 제1 피스톤(120)을 가압하는 인풋로드(12)는 제1 피스톤(120)과 밀착되게 접촉될 수 있다. 즉, 마스터 실린더(100)와 인풋로드(12) 사이의 갭(gap)이 존재하지 않게 된다. 따라서 브레이크 페달(10)을 밞으면 페달 무효 스트로크 구간 없이 직접적으로 마스터 실린더(100)를 가압할 수 있다.

또한, 제1 액압챔버(112)는 제1 리저버 유로(61)를 통해 리저버(20)와 연결되고, 제2 액압챔버(113)는 제2 리저버 유로(62)를 통해 리저버(20)와 연결될 수 있다.

또한, 마스터 실린더(100)는 실린더본체(110)의 내면과 제1 피스톤(120)의 외면 사이에 설치되는 제1 및 제2 실링부재(118a, 118b)와, 실린더본체(110)의 내면과 제2 피스톤(130)의 외면 사이에 설치되는 제3 및 제4 실링부재(118c, 118d)를 포함할 수 있다. 구체적으로 제1 및 제2 실링부재(118a, 118b)는 제1 리저버 유로(61)의 전후에 배치되고, 제3 및 제4 실링부재(118c, 118d)는 제2 리저버 유로(62)의 전후에 배치된다. 각 실링부재(118a, 118b, 118c, 118d)는 마스터 실린더(100)의 내벽 또는 피스톤(120, 130)의 외주면에 돌출되는 링 형태일 수 있다.

한편, 실린더본체(110)에는 보조 실링부재(119)가 더 마련될 수 있다. 이 보조 실링부재(119)는 후술할 서브 액압 공급유닛(400)으로부터 제2 액압챔버(113)로 액압이 전달 시 압력을 유지할 수 있도록 한다. 예컨대, 보조 실링부재(119)는 제2 리저버 유로(62)의 후방에 마련되는 제3 실링부재(118c)의 후방측에 마려된다. 이때, 제3 실링부재(118c)는 컵실(cup seal)로 마련되는데, 보조 실링부재(119)는 이 컵실과 대칭되도록 설치된다. 이는 제2 액압챔버(113)가 제2 피스톤(130)의 가압에 따른 압력발생 및 서브 액압 공급유닛(400)으로부터의 액압 전달에 따른 압력으로 인해 양측으로 압력이 가해지기 때문이다. 따라서, 보조 실링부재(119)를 마련함으로써 제2 피스톤(130) 및 서브 액압 공급유닛(400)에 의한 가압에 의하더라도 압력을 유지할 수 있게 된다.

시뮬레이션 장치(50)는 후술할 제1 백업유로(351)와 연결되어 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 반력을 제공할 수 있다. 운전자가 제공하는 답력을 보상하는 만큼 반력이 제공됨으로써 운전자는 의도하는 대로 세밀하게 제동력을 조절할 수 있게 된다.

도 1을 참고하면, 시뮬레이션 장치(50)는 마스터 실린더(100)의 제1 유압포트(115a)에서 유출되는 오일을 저장할 수 있도록 마련된 시뮬레이션 챔버(51)와 시뮬레이션 챔버(51) 내에 마련된 반력 피스톤(52)과 이를 탄성 지지하는 반력 스프링(53)을 구비하는 페달 시뮬레이터 및 시뮬레이션 챔버(51)의 전단부에 연결된 시뮬레이터 밸브(54)를 포함한다.

반력 피스톤(52)과 반력 스프링(53)은 시뮬레이션 챔버(51)로 유입되는 오일에 의해 시뮬레이션 챔버(51) 내에서 일정 범위의 변위를 갖도록 설치된다.

한편, 도면에 도시된 반력 스프링(53)은 반력 피스톤(52)에 탄성력을 제공할 수 있는 하나의 실시예에 불과한 것으로, 형상 변형에 의해 탄성력을 저장할 수 있는 다양한 실시예를 포함할 수 있다. 일 예로, 고무 등의 재질로 마련되거나, 코일 또는 판 형상을 구비함으로써 탄성력을 저장할 수 있는 다양한 부재를 포함한다.

시뮬레이터 밸브(54)는 제1 백업유로(251)와 시뮬레이션 챔버(51)를 연결하는 유로에 마련될 수 있다. 그리고 시뮬레이션 챔버(51)의 전단은 시뮬레이터 밸브(54)와 제1 백업유로(351)를 통해 마스터 실린더(100)와 연결되고, 시뮬레이션 챔버(51)의 후단은 리저버(20)와 연결될 수 있다.

한편, 시뮬레이터 밸브(54)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 평상시 폐쇄형 솔레노이드밸브로 구성될 수 있다. 시뮬레이터 밸브(54)는 운전자가 브레이크 페달(10)에 답력을 가하는 경우 개방되어 시뮬레이션 챔버(51) 내의 오일을 리저버(20)로 전달할 수 있다.

또한, 시뮬레이터 밸브(54)가 열린 상태에서 반력 피스톤(52)이 복귀하는 경우 리저버(20)의 오일이 유입되어 시뮬레이션 챔버(51)의 내부 전체가 오일로 채워질 수 있다.

또한, 페달 시뮬레이터와 리저버(20) 사이에는 시뮬레이터 밸브(54)와 병렬 연결되도록 시뮬레이터 체크밸브(55)가 설치될 수 있다. 시뮬레이터 체크밸브(55)는 시뮬레이션 챔버(51)의 오일이 제1 액압챔버(112)로 흐르는 것을 허용하되, 제1 액압챔버(112)의 오일이 체크밸브(55)가 설치되는 유로를 통해 시뮬레이션 챔버(51)로 흐르는 것을 차단할 수 있다. 따라서 브레이크 페달(10)의 답력 해제시 시뮬레이터 체크밸브(55)를 통해 시뮬레이션 챔버(51) 내의 오일이 빠져나올 수 있기 때문에 페달 시뮬레이터 압력의 빠른 리턴이 보장될 수 있다.

페달 시뮬레이션 장치(50)의 동작 모습에 대하여 설명하면, 운전자가 브레이크 페달(10)에 답력을 제공하면, 개방된 시뮬레이터 밸브(54)를 통해 유입되는 오일이 페달 시뮬레이터의 반력 피스톤(52)을 가압하고, 반력 피스톤(52)이 반력 스프링(53)을 압축하면서 밀어내는 시뮬레이션 챔버(51) 내의 오일이 리저버(20)로 전달된다. 그리고 이 과정에서 운전자는 페달감을 제공받게 된다.

반대로, 운전자가 브레이크 페달(10)에 답력을 해제하면, 압력이 해제된 반력 피스톤(52)이 반력 스프링(53)의 탄성력에 의해 원래의 위치로 복귀하고, 리저버(20)의 오일이 시뮬레이션 챔버(51) 내에 유입되면서 시뮬레이션 챔버(51) 내부에 오일이 가득 찰 수 있다. 한편, 시뮬레이션 챔버(51) 내에서 반력 피스톤(52)의 전단에 채워져 있던 오일은 시뮬레이터 밸브(54)가 설치되는 유로와 체크밸브(55)가 설치되는 유로를 통해 마스터 실린더(100)로 복귀한다.

이와 같이, 제동 상황과 해제 상황에서 시뮬레이션 챔버(51)의 내부는 항상 오일이 채워진 상태이기 때문에 시뮬레이션 장치(50)의 작동 시 반력 피스톤(52)의 마찰이 최소화되어 시뮬레이션 장치(50)의 내구성이 향상됨은 물론, 외부로부터 이물질의 유입이 차단될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)은 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달 변위센서(11)로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 기계적으로 작동하는 메인 액압 공급장치(200)와, 각각 두 개의 차륜(RR, RL, FR, FL)에 마련되는 휠 실린더(30)로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 제1 및 제2 유압서킷(301, 302)으로 구성된 유압 제어유닛(300)과, 상기 제1 유압포트(115a)와 제1 유압서킷(301)을 연결하는 제1 백업유로(351)에 마련되어 액압의 흐름을 제어하는 제1 컷밸브(361)와, 제2 유압포트(115b)와 제2 유압서킷(302)을 연결하는 제2 백업유로(352)에 마련되어 액압의 흐름을 제어하는 제2 컷밸브(362)와, 액압 정보와 페달 변위 정보를 기반으로 메인 액압 공급장치(200)와 밸브들을 제어하는 전자제어유닛(ECU, 미도시)을 포함할 수 있다.

메인 액압 공급장치(200)는 휠 실린더(30)로 전달되는 오일 압력을 제공한다. 메인 액압 공급장치(200)는 다양하게 마련될 수 있다. 일 예로, 모터(미도시)의 구동력으로 움직이는 피스톤(미도시)이 챔버 내의 오일을 밀어내어 휠 실린더(30)로 액압을 전달할 수 있다. 또는 메인 액압 공급장치(200)는 모터로 구동되는 펌프나 고압 어큐뮬레이터에로 마련될 수도 있다.

보다 상세하게는, 운전자가 브레이크 페달(10)을 가압하면 브레이크 페달(10)의 변위가 달라짐에 따라 페달 변위센서(11)에서 전기적 신호가 송출되고, 이 신호에 의해 모터가 동작한다. 그리고 모터와 피스톤 사이에는 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력변환부가 마련될 수 있다. 동력 변환부는 웜과 웜기어 및/또는 랙 앤 피니언 기어 등을 포함할 수 있다.

유압 제어유닛(300)은 액압을 공급받아 각각 두 개의 차륜을 제어하는 제1 유압서킷(301)과, 제2 유압서킷(302)으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제1 유압서킷(301)은 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)을 제어하고, 제2 유압서킷(302)은 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)을 제어할 수 있다. 그리고 각각의 차륜(FR, FL, RR, RL)에는 휠 실린더(30)가 설치되어 액압을 공급받아 제동이 이루어진다.

유압 제어유닛(300)은 각각의 휠 실린더(30)의 전단에 마련되어 액압을 제어하는 인렛 밸브(미도시)와, 인렛 밸브와 휠 실린더(30) 사이에서 분기되어 리저버(20)와 연결되는 아웃렛 밸브(미도시)를 포함할 수 있다.

한편, 미설명된 참조부호 “PS1”은 유압서킷(301, 302)의 액압을 감지하는 유압유로 압력센서고, “PS2”는 마스터 실린더(100)의 오일압력을 측정하는 백업유로 압력센서다.

상기와 같은 전자식 브레이크 시스템(1)을 통하여 제동작동 시 정상적인 제동상태인 경우 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 페달의 변위를 감지하여 전기적 신호에 의해 메인 액압 공급장치(200)가 작동하게 된다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 브레이크 페달(10)의 답력에 의해 메인 액압 공급장치(200)에서 발생된 액압이 유압 제어유닛(300)을 통해 각 휠 실린더(30)로 전달된다. 이때, 마스터 실린더(100)의 각 유압포트(115a, 115b)와 휠 실린더(30)를 연결하는 백업유로(351, 352)에 마련되는 컷 밸브(361, 362)가 닫힌 상태로 전환되어 액압이 휠 실린더(30)로 전달되는 것을 차단하게 된다.

또한, 브레이크 페달(10)의 답력에 따라 제1 피스톤(120)이 가압 시 제1 액압챔버(112)로부터 토출되는 액압은 페달 시뮬레이터로 전달되어 운전자에게 페달감을 제공하게 된다. 이때, 제1 액압챔버(112)의 압력이 페달 시뮬레이터로 우회됨에 따라 제2 피스톤(130)은 작동되지 않게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 전자식 브레이크 시스템(1)은 서브 액압 공급유닛(400)을 구비한다. 서브 액압 공급유닛(400)는 비상 시 액압을 휠 실린더(30)로 전달할 수 있도록 마련된다. 여기서 비상 시는 메인 액압 공급장치(200)가 정상적으로 동작하지 않는 경우를 의미한다.

운전자가 브레이크 페달(10)에 답력을 제공하는 경우, 정상적인 상태에서는 컷 밸브(361, 362)가 닫힌 상태로 전환되어 마스터 실린더(100)의 액압이 휠 실린더(30)로 전달되지 않고, 전자제어유닛의 신호에 의하여 동작하는 메인 액압 공급장치(200)에 의해 휠 실린더(30)로 액압이 전달되어 제동을 수행한다. 이때, 전자제어유닛은 메인 액압 공급장치(200)를 제어하여 운전자가 원하는 크기의 제동력을 운전자가 원하는 압력 상승비로 제공할 수 있다.

그러나, 메인 액압 공급장치(200)가 정상적으로 작동하지 않는 경우 안정적인 제동작동을 수행하기 위하여 서브 액압 공급유닛(400)가 작동하게 된다. 예컨대, 서브 액압 공급유닛(400)은 자율 주행 제어 시스템 또는 정지 서행 시스템 또는 충돌 완화 시스템 모드의 동작 시 유용하게 작동될 수 있다. 즉, 운전자가 메인 액압 공급장치(200)의 고장을 인지하지 못한 경우 서브 액압 공급유닛(400)이 동작하게 된다.

도 1을 참고하면, 서브 액압 공급유닛(400)는 리저버(20)와 마스터 실린더(100) 사이에 마련될 수 있다. 일 예로, 리저버(20)와 제2 액압챔버(113)를 연결하는 제2 리저버 유로(62)에 마련될 수 있다.

서브 액압 공급유닛(400)는 제2 리저버 유로(62)의 도중에 연결되는 제3 리저버 유로(63)에 마련되는 펌프 유닛(410, 420)을 포함한다. 펌프 유닛은 제어유닛(미도시)의 명령에 의해 동작하는 모터(320)와, 모터(320)의 구동력으로 동작하여 액압을 승압하는 펌프(310)를 포함할 수 있다. 여기서 제어유닛은 메인 액압 공급장치(200)에 명령을 내리는 전자제어유닛(ECU)과 일체로 마련되거나 분리되어 마련될 수 있다. 그리고 제어유닛이 전자제어유닛과 분리되어 마련되는 경우, 전자제어유닛의 고장으로 메인 액압 공급장치(200)가 정상적으로 동작하지 않는 때에도 제어유닛이 서브 액압 공급유닛(400)에 명령을 내릴 수 있다는 점에서 유리하다.

서브 액압 공급유닛(400)는 제3 리저버 유로(63)와 병렬로 마련되는 제4 리저버 유로(64)에 마련되는 제1 제어밸브(430)와, 제3 및 제4 리저버 유로(63, 64)와 병렬로 마련되는 제5 리저버 유로(65)에 마련되는 제2 제어밸브(440)를 포함할 수 있다.

제1 제어밸브(430)는 리저버(20)와 마스터 실린더(100) 사이에 양 방향 오일 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다. 이에, 제1 제어밸브(430)를 통해 리저버(20)의 오일이 마스터 실린더(100)에 채워지기도 하고, 마스터 실린더(100)의 오일이 리저버(20)로 복귀할 수도 있다. 구체적으로, 제1 제어밸브(430)는 평상시 열려있다가 승압 제어유닛으로부터 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입(Normal Open type)의 솔레노이드밸브로 마련될 수 있다. 이때, 서브 액압 공급유닛(400)을 통해 제2 액압챔버(113)로 액압이 전달되는 경우에는 제1 제어밸브(430)는 닫힌 상태로 전환된다. 즉, 리저버(20) 내의 오일은 제3 리저버 유로(63)로 유입되고, 펌프(410)를 통해 마스터 실린더(100)의 제2 액압챔버(113)로 전달된다.

그리고 제2 제어밸브(440)는 리저버(20)에서 마스터 실린더(100) 방향으로만 오일을 전달하고, 반대 방향으로는 오일을 전달하지 않는 체크밸브로 마련될 수 있다. 제2 제어밸브(440)는 제1 제어밸브(430)가 개방되지 않는 경우에도 긴급 제동이 가능하도록 리저버(20)의 오일을 마스터 실린더(100)로 전달할 수 있다.

이와 같은 서브 액압 공급유닛(400)을 통하여 메인 액압 공급장치(200)가 비정상 적으로 작동하는 경우 액압을 제2 액압챔버(113)를 통하여 휠 실린더(30)로 전달하게 된다. 보다 구체적으로 도 6 및 도 7을 참조하면, 차량이 자율 주행 제어 시스템 또는 정지 서행 시스템 또는 충돌 완화 시스템 모드 상태에서 메인 액압 공급장치(200)가 고장난 경우 이를 전자제어유닛 또는 제어유닛에서 감지하여 서브 액압 공급유닛(400)을 통해 액압을 발생시키게 된다. 이 서브 액압 공급유닛(400)을 통해 발생된 액압은 제2 액압챔버(113)로 전달된다. 이때, 제1 제어밸브(440)는 닫힌 상태로 전환된다.

제2 액압챔버(113)로 액압이 전달 시 제2 액압챔버(113) 내의 제2 피스톤(130)은 지지턱(134)이 단차턱(114b)에 접촉됨에 따라 제1 피스톤(120) 측으로 이동되지 않고 움직임이 제한되게 된다. 따라서, 제2 액압챔버(113)로 전달된 액압은 제2 백업유로(351)로 토출되어 제2 유압서킷(202)의 휠 실린더(30)로 액압을 전달하게 된다.

한편, 메인 액압 공급장치(200)의 고장에 따라 상기 서브 액압 공급유닛(400)을 통하여 제2 유압서킷(202)의 휠 실린더(30)로 전달되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 서브 액압 공급유닛(400)이 제1 액압챔버(112) 및 제2 액압챔버(113)와 각각 연결되어 각 휠 실린더(30)로 액압을 전달할 수도 있다.

또한, 운전자가 메인 액압 공급장치(200)의 고장을 감지하여 브레이크 페달에 답력을 가하는 경우 서브 액압 공급유닛(400)은 운전자의 답력에 의한 마스터 실린더(100)의 액압과 더해져 휠 실린더(30)로 전달할 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)이 셧 다운된 경우 수동적 사고 회피 시스템(Passive safety fail safe) 모드로 전환된다. 즉, 운전자가 브레이크 페달(10)에 답력을 가하여 직접 휠 실린더(30)로 액압을 전달하게 된다. 보다 구체적으로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 메인 액압 공급장치(200), 서브 액압 공급유닛(400) 및 유압 제어유닛(300) 등 모든 시스템의 오류 시 브레이크 페달(10)의 답력에 따라 제1 및 제2 피스톤(120, 130)이 작동하여 제1 및 제2 액압챔버(112, 113)로부터 액압이 토출된다. 이 액압은 제1 및 제2 백업유로(351, 352)를 통해 휠 실린더(30)로 전달된다. 이때, 컷 밸브(361, 362)가 열린 상태를 유지한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 브레이크 페달 11: 페달 변위센서
20 : 리저버 30 : 휠 실리더
50 : 시뮬레이션 장치 54 : 시뮬레이터 밸브
61: 제1 리저버 유로 62: 제2 리저버 유로
63: 제3 리저버 유로 64: 제4 리저버 유로
65: 제4 리저버 유로 100: 마스터 실린더
110 : 실린더본체 111 : 보어
112 : 제1 액압챔버 113 : 제2 액압챔버
114a : 단차홈 114b : 단차턱
116 : 캡 119 : 보조 실링부재
120 : 제1 피스톤 130 : 제2 피스톤
134 : 지지턱 200: 메인 액압 공급장치
300 : 유압 제어유닛 301: 제1 유압서킷
302: 제2 유압서킷 351: 제1 백업유로
352: 제2 백업유로 361: 제1 컷밸브
362: 제2 컷밸브 400: 서브 액압 공급유닛
410: 펌프 420: 모터
430: 제1 제어밸브 440: 제2 제어밸브

Claims

브레이크 페달의 변위를 감지하여 액압을 발생하는 메인 액압 공급장치와, 상기 메인 액압 공급장치가 비 정상적으로 작동 시 휠 실린더로 액압을 공급하기 위한 서브 액압 공급유닛을 포함하는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더로서,
실린더본체 내의 보어에 마련되며 상기 브레이크 페달에 의해 직접적으로 가압되는 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제1 액압챔버와, 상기 제1 피스톤에 의해 간접적으로 가압되는 제2 피스톤과, 상기 제2 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제2 액압챔버를 포함하고,
상기 제2 액압챔버는 상기 서브 액압 공급유닛과 연결되어 상기 서브 액압 공급유닛으로부터 전달되는 액압에 의해 제2 피스톤이 제1 피스톤 측으로 밀리지 않도록 밀림 방지수단이 마련되고,
상기 서브 액압 공급유닛은 오일을 저장하는 리저버와 상기 제2 액압챔버 사이에 연결되는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더.
제1항에 있어서,
상기 밀림 방지수단은 상기 제2 피스톤의 선단측 외주면으로부터 반경방향으로 돌출 형성된 지지턱과, 상기 지지턱의 후방측이 걸리도록 상기 보어 내에 형성되는 단차홈을 갖추고,
상기 지지턱이 상기 단차홈의 단차턱에 접촉되며 상기 제2 피스톤의 이동이 제한되는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더.
제2항에 있어서,
상기 지지턱과 상기 단차턱은 일정 간격 이격되도록 형성되는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더.
제1항에 있어서,
상기 실린더본체는 길이방향으로 중공된 보어를 갖추고,
상기 제2 액압챔버가 형성되도록 제2 피스톤이 배치되는 방향의 중공된 보어를 폐쇄하도록 상기 실린더본체에 압입 결합되는 캡을 더 구비하는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더.
제4항에 있어서,
상기 캡의 외주면에는 상기 실린더본체 내부의 기밀성을 유지하도록 캡 실링부재가 마련되는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더.
제1항에 있어서,
상기 실린더본체의 내측과 각 피스톤의 외측을 실링하도록 하는 실링부재가 더 마련되고,
상기 제2 피스톤이 배치된 실린더본체의 내측에는 상기 서브 액압 공급유닛으로부터 전달되는 액압과 제1 피스톤의 가압에 따라 양방향으로 압력을 유지할 수 있도록 보조 실링부재가 더 마련되는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더.
제1항에 있어서,
상기 제1 피스톤이 배치되는 방향의 실린더본체의 내측에는 상기 제1 피스톤의 후단부를 지지하여 상기 제1 피스톤이 상기 보어로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 스토퍼가 마련되는 전자식 브레이크 시스템의 마스터 실린더.
실린더본체 내의 보어에 마련되며 브레이크 페달에 의해 직접적으로 가압되는 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제1 액압챔버와, 상기 제1 피스톤에 의해 간접적으로 가압되는 제2 피스톤과, 상기 제2 피스톤에 의해 가압되며 액압을 토출하는 제2 액압챔버를 포함하는 마스터 실린더;
상기 브레이크 페달의 답력에 따른 반력을 제공하되, 상기 마스터 실린더와 연결되어 오일이 수용되는 시뮬레이터 챔버를 구비하는 페달 시뮬레이터;
상기 마스터 실린더와 각 차륜의 휠 실린더 사이에서 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어유닛;
상기 브레이크 페달의 변위에 대응하여 출력되는 전기적 신호에 의해 작동하여 상기 유압 제어유닛에 액압을 공급하는 메인 액압 공급장치; 및
상기 메인 액압 공급장치가 비 정상적으로 동작하는 때에 상기 마스터 실린더를 통하여 상기 유압 제어유닛으로 액압을 전달하는 서브 액압 공급유닛;을 포함하고,
상기 제2 액압챔버는 상기 서브 액압 공급유닛과 연결되어 상기 서브 액압 공급유닛으로부터 전달되는 액압에 의해 제2 피스톤이 제1 피스톤 측으로 밀리지 않도록 밀림 방지수단이 마련되고,
상기 서브 액압 공급유닛은 오일을 저장하는 리저버와 상기 제2 액압챔버 사이에 연결되는 전자식 브레이크 시스템.
제8항에 있어서,
상기 밀림 방지수단은 상기 제2 피스톤의 선단측 외주면으로부터 반경방향으로 돌출 형성된 지지턱과, 상기 지지턱의 후방측이 걸리도록 상기 보어 내에 형성되는 단차홈을 갖추고,
상기 지지턱이 상기 단차홈의 단차턱에 접촉되며 상기 제2 피스톤의 이동이 제한되는 전자식 브레이크 시스템.
제8항에 있어서,
상기 실린더본체는 길이방향으로 중공된 보어를 갖추고, 상기 보어에 제2 액압챔버가 형성되도록 제2 피스톤이 배치되는 방향의 중공된 보어를 폐쇄하는 캡을 더 구비하고,
상기 캡의 외주면에는 실린더본체 내부의 기밀성을 유지하도록 캡 실링부재가 마련되는 전자식 브레이크 시스템.
제8항에 있어서,
상기 유압 제어유닛은 각각 하나 이상의 휠 실린더에 액압을 공급하는 제1 유압서킷과 제2 유압서킷을 포함하고,
상기 제1 액압챔버는 제1 리저버 유로를 통해 리저버와 연통되고, 제1 백업유로를 통해 제1 유압서킷과 연결되고,
상기 제2 액압챔버는 제2 리저버 유로를 통해 리저버와 연통되고, 제2 백업유로를 통해 제2 유압서킷과 연결되며,
상기 서브 액압 공급유닛은 상기 제2 리저버 유로에 마련되는 전자식 브레이크 시스템.
제11항에 있어서,
상기 서브 액압 공급유닛은 제2 리저버 유로에 마련되는 펌프 유닛과, 상기 제2 리저버 유로를 바이패스하는 제3 리저버 유로에 마련되는 제1 제어밸브를 포함하는 전자식 브레이크 시스템.
제12항에 있어서,
상기 서브 액압 공급유닛은 제2 및 제3 리저버 유로를 바이패스하는 제4 리저버 유로에 마련되는 제2 제어밸브를 더 포함하고,
상기 제1 제어밸브는 양 방향 흐름을 제어하는 양 방향 솔레노이드밸브로 마련되며,
상기 제2 제어밸브는 상기 리저버에서 상기 마스터 실린더로의 흐름만을 허용하는 일 방향 체크밸브로 마련되는 전자식 브레이크 시스템.