KR102417542B1

KR102417542B1 - 전자식 주차 브레이크의 esc 협조제어 제동 방법

Info

Publication number: KR102417542B1
Application number: KR1020170163007A
Authority: KR
Inventors: 유병수
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2022-07-05
Also published as: KR20190063892A

Abstract

본 발명은 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 차량의 주차를 위한 제동력(주차력)을 발생할 때 전자식 차체 자세제어장치(ESC, Electronic Stability Control)와의 협조제어를 통해, MOC 액추에이터의 작동 전에 피스톤의 작동을 위한 브레이크 액압을 발생시켜, 상기 MOC 액추에이터의 작동 시에 스핀들과 너트의 마찰로 손실되는 모터 토크를 감소시킬 수 있도록 하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법을 제공하는데 목적이 있다.

Description

전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법 {ESC coordination control braking method of Electric Parking Brake}

본 발명은 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 차량의 주차 제동을 위한 동력을 발생하는 전기 모터의 사이즈 및 액추에이터의 작동소음을 저감할 수 있도록 하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법에 관한 것이다.

전자식 주차 브레이크(EPB, Electric Parking Brake)는 전기적 신호에 의해 동작되는 모터의 동력을 이용하여 차량의 주차 제동력을 발생시키는 것으로서, 운전자의 제동 조작에 따라 모터로부터 발생되는 동력을 이용하여 차량의 주차를 가능케 한다.

일반적으로 전자식 주차 브레이크는 전기 모터(12)를 이용한 MOC(Motor On Caliper) 액추에이터(10)를 통해 주차 제동력(주차력)을 발생시킬 수 있도록 구성되며, 주차력 발생을 위해 상기 모터(12)가 스핀들(14)을 회전시켜 너트(16)를 전진시키면 상기 너트(16)가 캘리퍼(4)의 피스톤(5)을 밀어줌으로써 패드(6)를 디스크(7)에 접촉시켜 주차 제동력을 발생시킬 수 있게 된다(도 1 참조).

도 1은 EPB의 MOC 액추에이터를 이용한 주차 제동력 발생 메커니즘을 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 통상 피스톤(5)에 의해 제약된 조건에서 스핀들(14)에 부여되는 모터 토크값의 대부분(예를 들어, 90% 정도)은 너트(16)와의 접촉에 따른 마찰력을 상쇄하는데 쓰이고, 상기 모터 토크값의 나머지(예를 들어, 10% 정도)가 주차력을 발생시키는 축력으로 변환된다.

다시 말해, MOC 액추에이터(10)의 작동 시 모터(12)의 회전력은 '피스톤이 패드를 디스크에 접촉시키는 힘 + 주차성능을 유지하는데 필요한 축력 + 스핀들과 너트의 마찰력을 상쇄하는 힘'으로 표현될 수 있으며, 상기 마찰력을 상쇄시키기 위해서는 모터의 사이즈 또는 액츄에이터의 사이즈를 크게 하여야 한다.

또한 MOC 액추에이터(10)의 작동 시 모터(12)가 상기 스핀들(14)과 너트(16) 사이에서 발생하는 마찰력을 이기고 회전을 하기 위해서는 작동소음도 많이 발생하게 된다.

대한민국 등록특허 제10-1779830호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량의 주차를 위한 제동력(주차력)을 발생할 때 전자식 차체 자세제어장치(ESC, Electronic Stability Control)와의 협조제어를 통해, MOC 액추에이터의 작동 전에 피스톤의 작동을 위한 브레이크 액압을 목표유압을 초과할 때까지 발생시켜, 상기 MOC 액추에이터의 작동 시에 스핀들과 너트의 마찰로 손실되는 모터 토크를 감소시킬 수 있도록 하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, MOC 액추에이터의 모터 동력으로 캘리퍼의 피스톤을 패드측으로 전진 이동시키고 상기 패드를 디스크에 접촉시켜서 제동력을 발생하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법으로서,

상기 모터의 구동을 위한 EPB 스위치의 작동 시에, 상기 피스톤의 전진 이동을 위한 브레이크 유압이 목표유압 이하이면, ESC 펌프를 이용하여 브레이크 유압을 상승시킴으로써 브레이크 유압에 의해 상기 피스톤이 패드까지 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법을 제공한다.

상기 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법에 의하면, 상기 ESC 펌프는 상기 모터의 구동 전에 작동되어 브레이크 유압을 목표유압을 초과할 때까지 상승시키게 된다. 상기 모터를 구동시키기 전에 ESC 펌프를 이용하여 브레이크 유압을 목표유압을 초과할 때까지 상승시킴으로써, 상기 모터 동력을 이용하여 피스톤을 전진 이동시키는 너트보다 상기 피스톤이 먼저 패드측으로 이동하여 도달하게 된다.

그리고, 상기 ESC 펌프의 작동 이후에는 주차를 위한 MOC 액추에이터의 파킹 작동력이 목표작동력 이상이 될 때까지 상기 MOC 액추에이터를 작동시킨다.

아울러, 상기 EPB 스위치의 작동 시에 브레이크 유압이 목표유압을 초과하면, ESC 펌프를 이용하여 브레이크 유압을 상승시키는 과정 없이(즉, ESC 펌프의 보조 작동 없이 곧바로) MOC 액추에이터를 작동시키며, 이때 상기 MOC 액추에이터는 주차를 위한 MOC 액추에이터의 파킹 작동력이 목표작동력 이상이 될 때까지 작동된다.

상기한 본 발명에 의하면, 운전자가 MOC 액추에이터를 작동시켜 주차를 하려 할 때 브레이크 오일에 의한 유압을 이용하여 캘리퍼의 피스톤을 먼저 패드쪽으로 전진 이동시켜 상기 피스톤과 MOC 액추에이터의 너트를 이격시킴으로써 상기 너트를 패드쪽으로 전진 이동시킬 때 필요한 모터 토크가 크게 저감되고, 그에 따라 주차 제동력의 감소 없이 모터 사이즈를 축소하고 MOC 액추에이터의 작동소음을 저감할 수 있으며, 또한 스핀들과 너트 사이에 발생하는 마찰력이 감소되어 MOC 액추에이터의 내구성이 증대된다.

즉, 본 발명에 의하면, MOC 액추에이터에 의한 주차성능은 동일하게 유지하면서 MOC 액추에이터의 모터 사이즈를 축소할 수 있으며, 그에 따라 MOC 액추에이터의 경량화 및 원가 절감이 가능하게 된다.

아울러, 동일 사이즈의 모터를 사용하는 경우 MOC 액추에이터의 주차성능을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 전자식 주차 브레이크(EPB)의 MOC 액추에이터를 이용한 주차 제동력 발생 메커니즘을 나타낸 도면
도 2 및 도 3은 유압식 브레이크를 이용한 일반 제동력 발생 메커니즘을 나타낸 도면
도 4는 MOC 액추에이터의 최소 모터 토크를 설명하기 위한 개략도
도 5는 본 발명에 따른 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법을 설명하기 위한 순서도

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3을 참조하여 브레이크 작동을 살펴보면, 유압식 브레이크를 이용한 일반 제동은, 운전자가 브레이크 페달(1)을 밟아 작동시킴에 의해 부스터 및 마스터실린더(2)가 브레이크 액압을 발생시키면, 상기 브레이크 액압에 의해 캘리퍼(4)의 피스톤이 차륜과 함께 회전하는 디스크(7)측으로 전진하여 패드와 디스크의 접촉이 일어나고, 상기 패드와 디스크에 의해 발생하는 마찰력에 의해 제동 작용이 일어나게 된다.

이때 상기 부스터 및 마스터실린더(2)의 브레이크 유압을 공급받은 ESC(Electronic Stability Control)(3)가, 캘리퍼(4)의 피스톤 작동력(브레이크 유압)을 제어한다.

도 1을 참조하여 살펴보면, 전자식 주차 브레이크(EPB)를 이용한 주차 제동은, 운전자가 EPB 스위치를 작동시키면 MOC(Motor On Caliper) 액추에이터(10)의 모터(12)가 회전되어 스핀들(14)을 회전시키고, 상기 스핀들(14)과 나사 결합되어 있는 너트(16)가 선형 이동하면서 캘리퍼(4)의 피스톤(5)을 전진시키고 상기 피스톤(5)이 패드(6)를 디스크(7)에 접촉시킴으로써, 상기 패드(6)와 디스크(7)에 의해 발생하는 마찰력에 의해 제동 작용이 일어나게 된다.

그런데, 주차 제동 시 모터 동력의 대부분이 스핀들(14)과 너트(16)의 마찰력을 상쇄하는데 사용되기 때문에 상기 스핀들(14)과 너트(16) 사이의 마찰력을 상쇄하는 동시에 필요한 축력(주차 제동력)을 발생시키기 위해서는 모터 사이즈(용량)를 증가시켜야 하며, 또한 모터(12)가 스핀들(14)과 너트(16) 사이에 마찰력을 이기고 회전을 하기 위해서는 작동소음이 크게 발생하는 문제점이 있다.

좀더 말하면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 통상 피스톤(5)에 의해 제약된 조건에서 스핀들(14)에 부여되는 모터 토크(T)의 대부분(예를 들어, 90% 정도)은 너트(16)와의 마찰(나사산 부위의 마찰)을 상쇄하는 토크(Tth)로서 손실되고, 상기 모터 토크(T)의 나머지(예를 들어, 10% 정도)가 주차력을 발생시키는 축력(F)으로 변환된다.

따라서, 주차력을 발생하는데 필요한 최소 모터 토크(T)는 마찰 손실 토크(Tth)와 축력(F)을 합산한 값이 되며, 상기 마찰 손실 토크(Tth)를 상쇄하고 필요한 축력(F)을 발생하기 위해서는 모터 사이즈의 증대가 요구된다.

한편, 상기와 같이 전자식 주차 브레이크의 MOC 액추에이터(10)를 이용하여 주차 제동력(주차력)을 발생하는 경우, MOC 액추에이터(10)의 모터(즉, MOC 모터)(12)가 스핀들(14)을 회전시킴에 의해 최종적으로 캘리퍼(4)의 피스톤(5)을 패드(즉, 마찰재)(6)쪽으로 밀어서 전진 이동시키는 축력이 발생하게 되며, 이후 상기 스핀들(14)의 회전 상태가 풀리지 않고 피스톤(5)의 전진 상태가 유지되는 것 즉, 주차력을 유지하는 것은 상기 스핀들(14)과 너트(16) 사이의 마찰력(나사 결합 부위의 마찰력)이 존재하기 때문이다.

따라서, 상기 스핀들(14)과 너트(16) 사이의 마찰력을 구조적으로 감소시키는 경우 MOC 액추에이터(10)의 파킹 작동력을 이용한 주차 상태를 유지하기 어려워지므로 상기 마찰력을 감소시켜 모터 부하를 저감하는 것에는 한계가 존재한다.

또한, 유압식 브레이크를 이용한 일반 제동 시에는, 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 의해 발생하는 브레이크 오일에 의한 유압이 캘리퍼의 피스톤(5)을 패드쪽으로 밀어 전진 이동시킨 상태에서 너트(16)가 상기 피스톤(5)과 이격되어 있기 때문에, 너트(16)가 패드(6)쪽으로 전진하여 피스톤(5)과 접촉하기 전까지는 상기 너트(16)를 전진 이동시키는데 상대적으로 큰 힘을 필요로 하지 않는다.

이에 본 발명에서는 MOC 액추에이터(10)를 이용하여 차량 주차력을 발생시킬 때, 전자식 차체 자세제어장치(ESC, Electronic Stability Control)(3)와의 협조제어를 통해, 스핀들(14)과 너트(16)의 마찰로 인해 손실되는 모터 토크를 저감함으로써, 주차 제동력 발생을 위한 MOC 모터(12)의 부하를 경감시킬 수 있도록 한다.

구체적으로는, MOC 액추에이터(10)를 작동시키기 전에 일정 조건(발생 유압 > 목표유압)에서 피스톤(5)의 전진 이동을 위한 브레이크 유압(즉, MOC 라인의 피스톤에 작용하는 브레이크 유압)을 상승시켜서, MOC 모터(12)의 구동 전에 피스톤(5)을 너트(16)와 분리시켜 먼저 패드(6)측으로 이동시킴으로써, MOC 액추에이터(10)의 작동 시에 스핀들(14)과 너트(16)의 마찰로 손실되는 모터 토크를 감소시킬 수 있도록 한다.

여기서, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법을 설명하도록 한다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법을 일례로 나타낸 순서도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 운전자가 주차 의지를 가지고 EPB 스위치를 온(on) 작동시키면(S11) ESC 압력센서가 브레이크 유압을 감지하고, ESC 제어부는 ESC 압력센서에서 감지된 브레이크 유압(이하, '실시간 브레이크 유압'이라고 함)을 설정된 목표유압과 비교한다(S12).

여기서, 상기 목표유압은 피스톤(5)을 패드(6)쪽으로 전진 이동시켜 상기 패드(6)가 디스크(차륜과 함께 회전함)와 완전히 접촉하도록 하는데 필요한 브레이크 유압 값으로 설정될 수 있다.

그리고, 도 5의 예시도에서는 운전자가 브레이크 페달을 밟아서(S10) 브레이크 유압을 발생시킨 뒤에 EPB 스위치가 작동되는(S11) 것으로 도시되어 있으나, 브레이크 페달의 작동 여부에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

상기 ESC 제어부는 실시간 브레이크 유압 값이 목표유압 값을 초과하는 경우, 피스톤(5)이 패드(6)측으로 전진 이동하여 상기 패드(6)가 디스크(7)와 충분히 접촉한 상태(즉, 디스크의 회전을 저감시킬 수 있는 마찰 상태)인 것으로 판단하고, ESC 펌프의 보조 작동 없이 곧바로 EPB 제어부에 MOC 작동허가 신호를 전송한다.

상기 EPB 제어부는 MOC 작동허가 신호를 수신하면 MOC 액추에이터(10)를 작동시켜 모터 동력을 이용한 파킹 작동력을 발생시키며(S14), 이때 주차를 위한 상기 파킹 작동력을 목표작동력과 비교하여(S15) 파킹 작동력이 목표작동력 이상이 될 때까지 MOC 액추에이터(10)를 작동시킨다.

즉, 상기 MOC 액추에이터(10)에서 발생되는 파킹 작동력이 목표작동력 이상이 되면 상기 MOC 액추에이터(10)의 모터 작동을 정지시킨다(S16).

여기서, 상기 목표작동력은 주행 중인 차량의 속도 등을 고려하여 차량이 정차하는데 필요한 MOC 액추에이터의 모터 토크 값으로서 산출될 수 있으며, EPB 제어부에서 산출된다.

또한, 상기 ESC 제어부는 비교 결과 실시간 브레이크 유압 값이 목표유압 값 이하라고 판단되면, 브레이크 페달이 정상적으로 밟히지 않았거나 부족하게 밟혀 피스톤(5)의 전진 이동량이 부족하여 패드(6)와 디스크(7)의 접촉이 불충분한 것으로 판단하고, ESC 펌프를 작동시켜 피스톤(5)의 전진 이동을 위한 브레이크 유압을 상승시킨다(S13).

이때 상기 ESC 펌프는 실시간 브레이크 유압이 목표유압을 초과할 때까지 작동되는 것이 모터 부하를 저감함에 있어 바람직하며, 상기 ESC 펌프의 작동(모터 보조 작동)에 따른 브레이크 유압 발생으로 피스톤(5)이 전진함에 따라 패드(6)가 디스크(7)에 접촉할 수 있게 된다.

상기 ESC 펌프는 피스톤(5)이 패드(6)측으로 전진 이동할 수 있도록 피스톤(5)측으로 브레이크 오일을 압송하는 유압펌프로서, ESC 제어부의 지령에 따라 작동되어 브레이크 유압을 제어하게 된다.

상기 ESC 제어부는 ESC 펌프의 작동 중에 실시간 브레이크 유압 값과 목표유압 값을 비교하고(S12), 비교 결과 실시간 브레이크 유압 값이 목표유압 값을 초과하면, 앞서 설명한 바와 같이 EPB 제어부에 MOC 작동허가 신호를 전송한다.

상기 EPB 제어부는 MOC 작동허가 신호를 수신하면 MOC 액추에이터(10)를 작동시켜 모터 동력을 이용한 파킹 작동력을 발생시키며(S14), 이때 주차를 위한 상기 파킹 작동력을 목표작동력과 비교하여(S15) 파킹 작동력이 목표작동력 이상이 될 때까지 MOC 액추에이터(10)를 작동시키고, 상기 MOC 액추에이터(10)에서 발생되는 파킹 작동력이 목표작동력 이상이 되면 MOC 액추에이터(10)의 모터 작동을 정지시킨다(S16).

이와 같이 MOC 모터(12)의 구동을 위한 EPB 스위치의 작동 시에 바로 모터(12)를 구동시키지 않고, 실시간 브레이크 유압과 목표유압을 비교한 결과에 따라 먼저 선택적으로 ESC 펌프를 작동시켜 브레이크 유압을 목표유압까지 상승시킴으로써, 이후 파킹 작동력을 발생하는 MOC 모터(12)의 부하를 경감시킬 수 있다.

다시 말해, 운전자가 주차 의지를 가지고 EPB 스위치를 작동시킬 때에 실시간 브레이크 유압이 목표유압보다 부족하면 ESC 펌프를 통해

브레이크 유압을 상승시켜 피스톤(5)이 패드(6)측으로 먼저 이동하여 너트(16)와 이격되도록 하며, 이에 따라 상기 너트(16)가 패드(6)쪽으로 전진하여 피스톤(5)과 접촉하기 전까지는 상기 너트(16)를 전진 이동시키는데 상대적으로(너트와 피스톤이 연결되어 있는 경우 대비) 큰 힘을 필요로 하지 않게 되므로, 결과적으로 MOC 모터의 부하를 저감시킬 수 있으며, 또한 브레이크 유압에 의해 피스톤(5)이 먼저 패드(6)쪽으로 전진 이동하는 경우 모터 동력에 의해 스핀들(14)과 너트(16)의 회전 시 상기 스핀들(14)과 너트(16) 간에 마찰력이 최소화되어 MOC 액추에이터(10)의 작동 시 발생하는 소음도 감소하게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

3 : ESC(전자식 차체 자세제어장치)
4 : 캘리퍼
5 : 피스톤
6 : 패드
7 : 디스크
10 : MOC 액추에이터
12 : 모터(MOC 모터)
14 : 스핀들
16 : 너트

Claims

MOC 액추에이터의 모터 동력으로 캘리퍼의 피스톤을 패드측으로 전진 이동시키고 상기 패드를 디스크에 접촉시켜서 제동력을 발생하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법으로서,
상기 모터의 구동을 위한 EPB 스위치의 작동 시에, 상기 피스톤의 전진 이동을 위한 브레이크 유압이 목표유압 이하이면, ESC 펌프를 이용하여 상기 브레이크 유압을 상승시킴으로써 상기 상승시킨 브레이크 유압에 의해 상기 피스톤이 상기 모터에 의해 회전되는 스핀들과 결합된 너트와 분리되어 먼저 상기 패드까지 전진 이동되도록 하며,
상기 ESC 펌프는 상기 모터의 구동 전에 작동되어 상기 피스톤의 전진 이동을 위한 브레이크 유압이 상기 목표유압을 초과할 때까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 ESC 펌프의 작동 이후, 주차를 위한 MOC 액추에이터의 파킹 작동력이 목표작동력 이상이 될 때까지 상기 MOC 액추에이터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 EPB 스위치의 작동 시에 브레이크 유압이 목표유압을 초과하면, ESC 펌프를 이용하여 브레이크 유압을 상승시키는 과정 없이 MOC 액추에이터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크의 ESC 협조제어 제동 방법.