KR102434538B1 - 제동장치의 제어방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제동장치의 제어방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명의 제동장치의 제어방법은, 제어부가 제동 요구값의 발생여부를 판단하는 단계; 제어부가 제동 요구값의 발생여부를 판단한 후 제동 요구값과 기준 요구값을 비교하는 단계; 및 제어부가 제동 요구값과 기준 요구값을 비교하여 힘 제어를 수행하거나 위치 제어를 수행하여 제동부를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

제동장치의 제어방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING BRAKE APPARATUS}

본 발명은 제동장치의 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 EMB 방식의 제동장치에서 저압 제어구간에서는 위치 제어를 수행하고 고압 제어구간에서는 힘 제어를 수행하여 소음 발생을 줄일 수 있도록 하는 제동장치의 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 제동장치는 유압식으로써 제동 시, 유압을 이용하여 패드를 강하게 디스크 쪽으로 밀어 주는 방식으로 구현된다.

이러한 유압식 제동장치는 복잡한 구성과 유압 사용에 따른 제동 성능의 신뢰성과 안정성 강화에 한계성이 있고, 이로 인해 유압식 제동장치가 갖지 못하는 구성의 단순함을 가져오기 때문에 제동 성능의 신뢰성을 강화시킬 수 있는 전동 제동장치인 EMB(Electro Mechanical Brake)가 적용되는 추세이다.

이러한 EMB는 구동모터의 동력을 직접 직진 이동력으로 전환하여, 패드를 가압함으로써 제동을 구현하는 방식으로 작용한다.

이와 같은 EMB 방식으로는 EWB(Electro Wedge Brake)도 있으며, 이러한 EWB는 구돔모터의 동력을 직접 직진 이동력으로 전환하는 대신, 입력을 배력하는 웨지 작용을 구현하는 즉, 액추에이터를 통해 작동되는 웨지 조립체를 이용하여 브레이크 패드를 디스크 쪽으로 가압함에 따라 마찰시킴으로써, 입력을 배력하는 웨지 작용으로 제동을 구현하는 방식이다.

이러한, EMB와 EWB를 통상 BBW(Brake By Wire) 기술이라 칭한다.

본 발명의 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0064857호(2012. 06. 20. 공개)인 "페달감 개선을 위한 차량의 제동장치 및 그 제어방법"이 있다.

이와 같이 EMB 방식의 차량의 제동장치에는 기어에 의해 토크를 배력시키기 위한 기어박스를 포함한다.

기어박스의 기어 메커니즘에는 백래쉬(backlash) 값이 존재하게 되는데, 이러한 백래쉬 값은 줄일 수는 있지만 백래쉬가 없는 기어박스를 설계하고 제작한다는 것은 거의 불가능에 가깝고, 백래쉬 값을 줄이는 것도 역시 각 부품의 치수 정밀도를 높여야하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 가격 상승의 원인이 된다.

스크류/너트에도 백래쉬는 존재하며 스크류/너트의 백래쉬와 기어열의 백래쉬에 대한 영향을 모두 고려하면 결코 작지 않는 구동모터의 회전각이 백래쉬가 된다.

이러한 백래쉬의 영향은 제어에 있어서 다음과 같은 문제점을 가져올 수 있다.

즉, 힘 제어(Force Control)를 수행하게 되면 피드백(feedback) 제어를 통해 요구값에 도달하기 위해 계속적으로 제어해야하는데, 가압시와 감압시의 구동모터의 회전각과 힘이 정확하게 매칭되지 못하기 때문에 포스 홀딩 구간에서 진동이 발생되는 문제점이 있다.

도 1은 일반적인 힘 제어시 시간에 따른 힘의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이 홀딩 구간(C)에서 실제 힘(Actual Force)(A)은 요구값(Demand)(B)에 도달하지 못하고 진동을 반복하게 된다.

즉, 너무 많이 가압되어 요구값을 지나치거나 너무 많이 감압되어 요구값에 도달하지 못하는 것이 반복된다. 이렇게 되면 제동 제어가 불안해지기도 하지만 소음의 원인이 될 수 있다.

이와 같은 EMB 방식에서 스크류/너트는 논 셀프 로킹 너트(Non-Self Locking) 타입이어서 고압 제어구간에 있어서는 압축된 마찰재가 피스톤에 힘을 지속적으로 가해주게 된다. 이때 힘의 방향은 가압시와 감압시가 서로 다르지 않아 백래쉬의 영향은 거의 없어지게 된다. 하지만 요구값이 낮은 저압 제어구간에서는 압축된 마찰재가 피스톤을 미는 힘이 크지 않아 백래쉬로 인한 소음 문제가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 EMB 방식의 제동장치에서 저압 제어구간에서는 위치 제어를 수행하고 고압 제어구간에서는 힘 제어를 수행하여 소음 발생을 줄일 수 있도록 하는 제동장치의 제어방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 제동장치의 제어방법은, 제어부가 제동 요구값의 발생여부를 판단하는 단계; 제어부가 제동 요구값의 발생여부를 판단한 후 제동 요구값과 기준 요구값을 비교하는 단계; 및 제어부가 제동 요구값과 기준 요구값을 비교하여 힘 제어를 수행하거나 위치 제어를 수행하여 제동부를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제동 요구값과 기준 요구값을 비교한 결과 제동 요구값이 기준 요구값을 초과하는 경우, 제어부가 제동 요구값에 따른 힘 제어를 수행하여 제동부를 구동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제동 요구값과 기준 요구값을 비교한 결과 제동 요구값이 기준 요구값 이하인 경우, 제어부가 제동 요구값에 따른 위치 요구값을 설정하는 단계; 제어부가 위치 요구값을 기반으로 제동부를 구동시키는 단계; 제어부가 제동부를 구동시킨 후 현재 위치값과 힘 센서값을 입력받는 단계; 제어부가 현재 위치값과 힘 센서값을 기반으로 저장부에 저장된 위치와 힘의 매칭값과 비교하여 위치 요구값을 보상하는 단계; 및 제어부가 보상된 위치 요구값을 기반으로 현재 위치값과 비교하여 제동부를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제동부를 구동시키는 단계는, 제어부가 위치 제어를 수행하여 제동부를 구동시킨 후 힘 센서값이 입력되는 지점을 기준으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제동장치의 제어방법 및 그 장치는 EMB 방식의 제동장치에서 저압 제어구간에서는 위치 제어를 수행하고 고압 제어구간에서는 힘 제어를 수행할 뿐만 아니라 위치제어시 힘 센서값을 통해 위치 요구값을 보상함으로써 위치제어에서 힘 제어로 전환될 때 제동 이질감이나 소음을 줄일 수 있다.

도 1은 일반적인 힘 제어시 시간에 따른 힘의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제동장치의 제어장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제동장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 제동장치의 제어방법 및 그 장치를 설명한다. 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제동장치의 제어장치를 나타낸 블록구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 제동장치의 제어장치는 제동부(50), 모터 위치센서(10), 힘 센서(20), 브레이크 페달 감지부(40), 제동안전장치(30), 저장부(60) 및 제어부(70)를 포함한다.

제동부(50)는 운전자의 답력이 작용할 경우 캘리퍼(미도시)의 양측에 부착된 패드(미도시)를 전진 이동시켜 차륜의 디스크(미도시)를 양측부에서 압착함으로써 제동력을 발생시킨다.

모터 위치센서(10)는 제동부(50)의 디스크에 패드를 압착시키기 위한 구동모터(미도시)의 회전각을 측정하여 제어부(70)에 제공한다.

힘 센서(20)는 디스크와 패드의 압착력을 측정하여 제어부(70)에 제공한다.

브레이크 페달 감지부(40)는 운전자의 답입량을 감지하여 제어부(70)에 제공하여 운전자의 제동의지를 파악하여 제동 요구값을 발생시킬 수 있도록 한다.

제동 안전장치(30)는 차량의 급제동이나 급출발, 급가속시 차량의 슬립을 방지하여 차량의 주행 안정성을 향상시키기 위한 안전장치로써 제동 요구값을 발생시킨다. 즉, 차량의 급제동시 슬립을 방지하기 위한 ABS(Anti-lock Brake System)와 미끄러지기 쉬운 노면에서 차량을 출발하거나 가속할 때 슬립을 방지하기 위한 TCS(Traction Control System)를 비롯하여 운전자가 별도로 제동을 가하지 않더라도 차량 스스로 미끄러짐을 감지해 각각의 바퀴 브레이크 압력과 엔진 출력을 제어하여 차량의 슬립을 방지하기 위한 VDC(Vehicle Dynamic Control) 등을 포함할 수 있다.

그리고, 이외에도 디스크 브레이크를 작동시켜 차량의 주행 안정성을 향상시키는 어떠한 제동 안정 시스템도 포함할 수 있다.

저장부(60)는 위치 제어와 힘 제어를 수행하기 위한 저압 제어구간과 고압 제어구간을 구분하기 위한 제동 요구값의 기준 요구값을 저장하고, 구동모터의 회전각인 위치와 힘의 매칭값을 저장하여 위치 제어시 제동 요구값에 따른 위치 요구값을 제공한다.

제어부(70)는 제동 요구값이 발생한 경우 제동 요구값을 기준 요구값과 비교하여 저압 제어구간에서는 위치 제어를 수행하고 고압 제어구간에서는 힘 제어를 수행한다. 또한, 제어부(70)는 저압 제어구간에서 위치 제어를 수행하면서 힘 센서값을 통해 위치 요구값을 보상함으로써 위치 제어에서 힘 제어로 전환될 때 제동 이질감이나 소음을 줄일 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제동장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 제동장치의 제어방법에서는, 먼저 제어부(70)가 제동 요구값의 발생여부를 판단한다(S10).

제동 요구값은 브레이크 페달 감지부(40)로부터 운전자의 답입량을 감지하여 운전자의 제동의지에 따라 발생할 수 있다.

또한, 제동 요구값은 차량의 급제동이나 급출발, 급가속시 차량의 슬립을 방지하여 차량의 주행 안정성을 향상시키기 위한 안전장치인 제동 안전장치(30)로부터 발생할 수도 있다.

즉, 이때 제동 안정장치(30)는 차량의 급제동시 슬립을 방지하기 위한 ABS(Anti-lock Brake System)와 미끄러지기 쉬운 노면에서 차량을 출발하거나 가속할 때 슬립을 방지하기 위한 TCS(Traction Control System)를 비롯하여 운전자가 별도로 제동을 가하지 않더라도 차량 스스로 미끄러짐을 감지해 각각의 바퀴 브레이크 압력과 엔진 출력을 제어하여 차량의 슬립을 방지하기 위한 VDC(Vehicle Dynamic Control) 등을 포함할 수 있다.

다음으로 S10 단계에서 제동 요구값의 발생여부를 판단한 후 제동 요구값이 발생된 경우, 제어부(70)는 제동 요구값과 기준 요구값을 비교하여 위치 제어를 수행할 것인지 힘 제어를 수행할 것인지 판단한다(S12). S10 단계에서 제동 요구값이 발생되지 않은 경우에는 제어를 종료한다.

이때 기준 요구값은 시험을 통해 백래쉬에 의해 소음이 발생할 수 있는 구간을 저압 제어구간으로 정의하여 설정할 수 있다.

S12 단계에서 제동 요구값과 기준 요구값을 비교한 결과 제동 요구값이 기준 요구값을 초과하는 경우, 제어부(70)는 제동 요구값에 따른 힘 제어를 수행하여 제동부(50)를 구동시킨다(S14).

즉, 제어부(70)는 제동 요구값에 따라 디스크와 패드의 압착력을 힘 센서(20)를 통해 입력받아 힘 센서값이 요구하는 압착력에 도달하도록 제동부(50)를 구동시켜 제동력을 발생시킨다.

반면, S12 단계에서 제동 요구값과 기준 요구값을 비교한 결과 제동 요구값이 기준 요구값 이하인 경우, 제어부(70)는 저장부(60)에 저장된 구동모터의 위치와 힘의 매칭값을 기반으로 제동 요구값에 따른 위치 요구값을 설정한다(S16).

이후 제어부(70)는 위치 요구값을 기반으로 모터 위치센서(10)로부터 현재 위치값을 입력받아 제동부(50)를 구동시킨다(S22).

이때 제어부(70)는 위치 제어를 수행하기 위해 제동부(50)를 구동시킨 후 힘 센서값이 입력되는 지점을 찾은 다음 이를 기준으로 위치 요구값에 따라 위치 제어를 수행한다(S18)(S20).

이를 통해 디스크와 패드가 접촉되는 지점을 찾아 간극(air-gap)을 측정하여 이를 위치 요구값에 보상할 수 있도록 한다.

또한, 제어부(70)는 제동부(50)를 구동시킨 후 모터 위치센서(10)와 힘 센서(20)로부터 각각 현재 위치값과 힘 센서값을 입력받는다(S24).

저장부(60)에 저장된 구동모터의 위치와 힘은 1:1로 매칭되는 값이나 패드의 마모 상태나 온도 변화 등에 따라 제동장치의 강성(stiffness)이 변하기도 하고 비 제동시 디스크와 패드의 간극이 정해진 값으로부터 미세하게 가변된다.

따라서, 위치 제어를 수행하는 동안 현재 위치값과 힘센서값을 입력받아 저장부(60)에 저장된 위치와 힘의 매칭값과 차이가 발생할 경우 제어부(70)는 현재 위치값과 힘센서값을 기반으로 위치 요구값을 보상한다(S26).

이와 같이 위치 요구값을 보상함으로써 위치 제어를 수행하는 동안 실제 위치와 힘과의 관계를 보상하여,힘 제어를 수행하는 고압 제어구간으로 넘어갈 때 급작스러운 구동모터의 작동으로 인한 제동 이질감이나 소음 발생을 줄일 수 있도록 한다.

예를 들어, 제동 요구값이 2kN이고 이에 해당하는 구동모터의 위치값이 각도로 표시했을 때 720deg 라고 할 경우 위치 요구값은 720deg가 된다. 그런데 0.5kN 지점에서 저장부(60)에 저장된 위치값이 200deg이나 힘 센서값을 통해 측정된 0.5kN 지점에서의 현재 위치값이 220deg이면 차이값인 20deg를 위치 요구값에 반영하여 740deg로 보상하여 위치 제어를 수행한다.

이와 같이 위치 요구값을 보상하여 위치 제어를 수행할 경우 현재 위치값이 750deg가 되었다고 가정하면 그때의 힘 센서값은 2kN이거나 거의 2kN에 가까운 값이 되기 때문에 저압 제어구간에서 고압 제어구간으로 전환될 때 제어의 의한 충격을 최소화할 수 있고 저압 제어구간에서는 힘 제어를 수행하지 않으므로 기어 백래쉬에 의한 진동도 제거할 수 있다.

이후 제어부(70)는 보상된 위치 요구값을 기반으로 현재 위치값과 비교하여 제동부(50)를 구동시킨다(S28).

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 제동장치의 제어방법에 따르면, EMB 방식의 제동장치에서 저압 제어구간에서는 위치 제어를 수행하고 고압 제어구간에서는 힘 제어를 수행할 뿐만 아니라 위치제어시 힘 센서값을 통해 위치 요구값을 보상함으로써 위치제어에서 힘 제어로 전환될 때 제동 이질감이나 소음을 줄일 수 있다.

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.

10 : 모터 위치센서 20 : 힘 센서
30 : 제동안전장치 40 : 브레이크 페달 감지부
50 : 제동부 60 : 저장부
70 : 제어부

Claims (5)

1. 제어부가 제동 요구값의 발생여부를 판단하는 단계;
   상기 제어부가 상기 제동 요구값의 발생여부를 판단한 후 상기 제동 요구값과 기준 요구값을 비교하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 제동 요구값과 상기 기준 요구값을 비교하여 힘 제어를 수행하거나 위치 제어를 수행하여 제동부를 구동시키는 단계를 포함하되,
   상기 제동 요구값과 상기 기준 요구값을 비교한 결과 상기 제동 요구값이 상기 기준 요구값을 초과하는 경우, 상기 제어부가 상기 제동 요구값에 따른 힘 제어를 수행하여 상기 제동부를 구동시키는 단계;를 포함하고,
   상기 제동 요구값과 상기 기준 요구값을 비교한 결과 상기 제동 요구값이 상기 기준 요구값 이하인 경우, 상기 제어부가 상기 제동 요구값에 따른 위치 요구값을 설정하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 위치 요구값을 기반으로 상기 제동부를 구동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제동장치의 제어방법.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부가 상기 위치 요구값을 기반으로 상기 제동부를 구동시킨 후 현재 위치값과 힘 센서값을 입력받는 단계;
   상기 제어부가 상기 현재 위치값과 상기 힘 센서값을 기반으로 저장부에 저장된 위치와 힘의 매칭값과 비교하여 상기 위치 요구값을 보상하는 단계; 및
   상기 제어부가 보상된 상기 위치 요구값을 기반으로 상기 현재 위치값과 비교하여 상기 제동부를 구동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제동장치의 제어방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 위치 요구값을 기반으로 상기 제동부를 구동시키는 단계는,
   상기 제어부가 위치 제어를 수행하기 위해 상기 제동부를 구동시킨 후 힘 센서값이 입력되는 지점을 기준으로 상기 위치 요구값에 따라 위치 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 제동장치의 제어방법.
   
5. 제동부의 디스크에 패드를 압착시키기 위한 구동모터의 회전각을 측정하는 모터 위치센서;
   상기 디스크와 상기 패드의 압착력을 측정하는 힘 센서;
   운전자의 답입량을 감지하는 브레이크 페달 감지부; 및
   상기 브레이크 페달 감지부로부터 입력된 상기 답입량에 따라 제동 요구값을 발생시키거나 제동 안전장치로부터 제동 요구값이 발생된 경우, 상기 제동 요구값과 기준 요구값을 비교하여 상기 모터 위치센서와 상기 힘 센서를 통해 힘 제어를 수행하거나 위치 제어를 수행하여 상기 제동부를 구동시키는 제어부;를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 제동 요구값과 상기 기준 요구값을 비교한 결과 상기 제동 요구값이 상기 기준 요구값을 초과하는 경우, 상기 제동 요구값에 따른 힘 제어를 수행하고, 상기 제동 요구값이 상기 기준 요구값 이하인 경우, 상기 제동 요구값에 따른 위치 요구값을 설정한 후 상기 위치 요구값을 기반으로 위치 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 제동장치의 제어장치.
   

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