KR102537020B1 - 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법 - Google Patents

전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 브레이크 모터(3)를 포함하는 전기 기계식 브레이크 장치(1)에서 작동 거리(x)를 결정하기 위한 방법에 관한 것이며, 스핀들 너트(5)의 거리는 먼저 모터 상수(KM) 및 모터 총저항(Rges)을 위한 초기값을 고려해서 결정되고, 후속해서 평가의 실시 후에 스핀들 너트 경로의 보정이 실시된다.

Description

전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법
본 발명은 차량 내 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
정지 상태에서 차량을 고정하는 클램핑력을 형성하는 파킹 브레이크는 공개되어 있다. 파킹 브레이크는 전기 브레이크 모터를 구비한 전기 기계식 브레이크 장치로서 구현되고, 상기 모터의 모터 샤프트는 스핀들을 구동하고, 상기 스핀들 상에 스핀들 너트가 배치되며, 상기 스핀들 너트는 스핀들의 회전 운동에 의해 브레이크 피스톤의 방향으로 조절된다. 브레이크 피스톤은 브레이크 패드의 지지부이고, 브레이크 모터의 구동 운동 시 브레이크 디스크에 대해 가압된다. 이러한 전기 기계식 브레이크 장치는 예를 들어 DE 10 2012 205 576 A1호에 기술된다.
클램핑력을 결정하기 위해, 전기 브레이크 모터의 모터 상수가 알려져야 하는데, 상기 상수의 값은 제조 공차에 따라 변할 수 있고, 노후화 및 온도에 따라 변할 수 있다. DE 10 2012 205 576 A1호에 따라, 모터 상수를 결정하기 위해 아이들링 단계 동안 브레이크 모터에서 모터 전류와 전압이 측정되고, 동적 전류 변동 단계 동안 모터 전류가 결정된다.
클램핑력의 형성을 위해, 스핀들 너트가 브레이크 모터의 구동 운동으로 인해 디스크 브레이크의 방향으로 조절되지만, 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이의 접촉이 이루어지지 않은, 아이들링 단계가 먼저 극복되어야 한다.
본 발명의 과제는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방법은 전기 브레이크 모터를 구비한 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위해 그리고 필요 시 조절하기 위해 이용된다. 상기 방법에 의해 예를 들어, 전기 기계식 브레이크 장치의 제동력 또는 클램핑력이 아직 가해지지 않은 아이들 경로(에어갭)를 경우에 따라서는 후속하는 브레이크 적용 과정을 위한 스핀들 너트의 출발점으로서 작은 치수로 설정하는 것이 가능하고, 이로써 브레이크 적용 과정 시 제동력이 형성될 때까지의 주기가 단축된다. 작동 거리는 매우 정확하게 졀정될 수 있으므로, 예를 들어 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이의 잘못된 접촉에 따른 브레이크 연삭이 방지된다. 일반적으로 작동 거리는 브레이크 적용 과정 시는 물론 해제 과정 시에도 브레이크 장치에서 각각 아이들링 단계 및/또는 힘 증강 또는 힘 감소 단계와 관련해서 결정될 수 있다. 작동 거리는 전기 브레이크 모터의 또는 브레이크 모터에 의해 구동되는 부품, 예를 들어 스핀들 너트의 작동과 관련된다.
방법에서 전기 기계식 브레이크 장치의 부분인 전기 브레이크 모터의 모터 샤프트는 스핀들을 구동하고, 상기 스핀들 상에 스핀들 너트가 배치된다. 상기 스핀들 너트는 스핀들의 회전 운동에 의해 브레이크 패드의 지지부인 브레이크 피스톤의 방향으로 조절되고, 상기 브레이크 패드는 소정의 제동력을 형성하기 위해 브레이크 디스크에 대해 가압된다. 브레이크 적용 과정 시, 스핀들 너트가 브레이크 피스톤에 부딪히기 전 스핀들 너트 경로를 나타내는 아이들 경로가 전기 브레이크 모터에 의해 극복되어야 한다. 예를 들어 아이들 경로를 줄이기 위해, 현재의 스핀들 너트 위치가 매우 정확하게 알려져야 한다.
본 발명에 따른 방법에서 스핀들 너트 경로는 먼저 모터 상수의 초기값과 모터 총저항의 초기값을 고려해서 (브레이크 모터 및 브레이크 모터를 향한 라인들의 개별 저항들의 합) 결정된다. 후속해서, 모터 상수 및 모터 총저항의 평가를 실시한 후에 모터 상수 및 모터 총저항에 대한 평가값을 고려해서 스핀들 너트 경로의 보정이 실시된다. 그 후, 스핀들 너트 경로는 출발점, 예를 들어 후퇴된 스토퍼 위치와 관련해서 주어진다.
이러한 방법은 스핀들 너트 경로의 결정을 위해 모터 상수 및 모터 총저항에 대한 현재 값들이 고려되는 장점을 갖는다. 따라서, 예를 들어 상기 값들에서 온도 또는 노후화에 따른 변동을 검출하고, 초기값들에 비해 개선하는 것이 가능하다. 따라서 또한 더 높은 정확도로 스핀들 너트 경로가 주어지고, 전기 브레이크 모터는, 스핀들 너트의 작동 거리가 소정의 값으로 조절되도록, 예를 들어 브레이크 피스톤에 부딪힐 때까지 스핀들 너트의 아이들 경로 또는 에어갭이 감소하도록 제어될 수 있다.
먼저, 스핀들 너트의 조절 시 스핀들 너트 경로는 모터 상수 및 모터 총저항에 대한 초기값들에 의해 결정된다. 스핀들 너트 조절의 시작 후에 모터 상수 및 모터 총저항은 특히 브레이크 모터 내의 모터 전압 및 모터 전류에 기초해서 평가된다. 평가의 실시 후에 결정된 스핀들 너트 경로의 보정은 모터 상수 및 모터 전제 저항에 대한 현재 평가값들에 의해 실시된다.
스핀들 너트 경로의 결정은 제 1 단계에서 모터 상수 및 모터 총저항에 대한 초기값들에 의해 이루어진다. 평가는 일반적으로 짧은 시간 간격 내에, 예를 들어 브레이크 적용 과정의 시작 후 약 0.2초 또는 0.3초 내에 이루어진다. 모터 상수 및 모터 총저항에 대한 평가된 값들이 주어진 후에, 보정이 실시될 수 있다.
그러나 바람직하게 모터 상수 및 모터 총저항의 평가 후의 정해진 시점에, 예를 들어 0.6초에 보정을 실시하는 것도 가능하다.
다른 바람직한 실시예에 따라 시간적으로 연속해서 실시되는 다양한 단계들에서 보정을 포함한 스핀들 너트 경로의 결정이 이루어지고, 이 경우 다양한 단계에서 다양한 유형의 에러들이 보상된다. 제 1 유형의 에러는 모터 상수 및 모터 총저항과 같은 파라미터들에 대한 평가값들이 아직 제공되지 않은 경우, 상기 파라미터들에 대한 비-현재 값에 기초한 스핀들 너트 경로의 결정에 의해 발생한다. 모터 상수 및 모터 총저항에 대한 비-현재 값들은 사전 설정 또는 이전 평가들로부터 유래한다. 제 2 유형의 에러는 보정이 실시되지 않은 경우, 모터 상수 및 모터 총저항에 대한 평가된 파라미터가 주어진 후의 기간과 관련된다. 본 발명에 따른 방법에 의해 2 유형의 에러가 보상될 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 클램핑력 또는 제동력이 형성되는, 전기 기계식 브레이크 장치의 브레이크 적용 과정에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법이 실시된다. 그러나 기존 제동력이 감소되는, 전기 기계식 브레이크 장치의 해제 과정에서도 방법이 실시될 수 있다. 후자의 경우, 스핀들 너트 경로는 브레이크 모터의 아이들링 단계의 시작에 의해서야 결정되는 것이 바람직하다. 다양한 방법 단계들은 모두 해제 과정 동안만 또는 브레이크 적용 과정 동안만 실시될 수 있다. 그러나 브레이크 적용 과정 시 하나의 방법 단계를 실시하고, 해제 과정 시 다른 방법 단계를 실시하는 것도 가능하다.
방법 전체는 차량 내 조절 또는 제어 장치에서 실시된다. 이러한 조절 또는 제어장치는 전기 기계식 브레이크 장치의 부분일 수 있고, 브레이크 장치의 조절 가능한 부품들을 제어하기 위한 조절 신호를 생성한다.
다른 장점들 및 바람직한 실시예들은 다른 청구항들, 실시예 설명 및 도면에 제시된다.
도 1은 차량에서 파킹 브레이크로서 사용될 수 있고 제동력 또는 클램핑력이 전기 브레이크 모터에 의해 생성될 수 있는 전기 기계식 브레이크 장치를 도시한 단면도.
도 2는 보정을 포함하는 그리고 포함하지 않는 스핀들 너트 경로의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프.
도 3은 전기 기계식 브레이크 장치에서 아이들 경로를 결정하기 위한 순서도.
도 1에는 정지 상태에서 차량의 고정을 위한 전기 기계식 브레이크 장치(1)가 도시된다. 브레이크 장치(1)는 브레이크 캘리퍼 어셈블리(2)를 포함하고, 상기 브레이크 캘리퍼 어셈블리(2)는 브레이크 디스크(10)를 덮는 캘리퍼(9)를 포함한다. 조절 부재로서 브레이크 장치(1)는 브레이크 모터(3)인 직류-전기 모터를 포함하고, 상기 모터의 모터 샤프트는 스핀들(4)을 회전 구동하고, 상기 스핀들 상에 스핀들 너트(5)가 회전 가능하게 지지된다. 스핀들(4)의 회전 시 스핀들 너트(5)는 축 방향으로 조절된다. 스핀들 너트(5)는 브레이크 패드(7)의 지지부인 브레이크 피스톤(6) 내에서 이동하고, 상기 브레이크 패드는 브레이크 피스톤(6)에 의해 브레이크 디스크(10)에 대해 가압된다. 브레이크 디스크(10)의 대향 측면에 다른 브레이크 패드(8)가 배치되고, 상기 브레이크 패드는 캘리퍼(9)에 고정 지지된다.
브레이크 피스톤(6) 내에서 스핀들 너트(5)는 스핀들(4)의 회전 운동 시 브레이크 디스크(10)를 향해 축 방향 전방으로 또는 스핀들(4)의 반대 방향 회전 운동 시 스토퍼(11)에 도달할 때까지 축 방향 후방으로 이동된다. 클램핑력을 형성하기 위해 스핀들 너트(5)는 브레이크 피스톤(6)의 내측 단부면에 힘을 가하고, 이로써 브레이크 장치(1) 내에서 축방향으로 이동 가능하게 지지되는 브레이크 피스톤(6)은 브레이크 패드(7)와 함께 브레이크 디스크(10)의 마주한 단부면에 대해 가압된다.
브레이크 모터(3)는 브레이크 장치(1)의 부분인 조절 또는 제어장치(12)에 의해 제어된다. 조절 또는 제어장치(12)는 출력으로서 공급 전압(US)을 제공하고, 상기 전압은 전기 브레이크 모터(3)에 공급된다.
파킹 브레이크는 필요 시 유압식 차량 브레이크에 의해 지원될 수 있으므로, 클램핑력은 전동 부분과 유압 부분으로 구성된다. 유압에 의한 지원 시 브레이크 모터를 향한 브레이크 피스톤(6)의 후면에 압축된 유압액이 제공된다.
도 2는 제동력 또는 클램핑력의 형성을 위한 브레이크 적용 과정의 시작 시 시간에 따른 스핀들 너트 경로(x)를 도시한다. 2개의 상이한 곡선(xstart 및 xwahr)이 도시되고, 상기 곡선들은 모터 상수 및 모터 총저항의 상이한 파라미터에 기초해서 결정된다. 스핀들 너트 경로(xstart)는 모터 상수 및 모터 총저항의 비-현재 파라미터들을 사용해서 스핀들 너트의 비-보정된 경로를 나타낸다. 이에 반해, 스핀들 너트 경로(xwahr)는 모터 상수 및 총저항의 현재 파라미터를 사용해서 결정된 보정된 스핀들 너트 경로이다. 모터의 아이들링 동안 공급 전압(US)과 모터 전류(iA)로부터 결정되는 모터 상수의 현재 평가값들이 주어지는 시점은 tparam로 표시된다.
스핀들 너트 경로는 아이들링 단계에서 일정한 기울기를 갖고, 상기 기울기는 대략 직선으로 표시될 수 있다. 도 2에 2개의 시점(t1, t2)이 표시되고, 상기 시점들은 xstart와 xwahr의 직선 기울기 내에 위치하고, 상기 시점들 사이에 모터 상수 및 모터 총저항의 평가가 이루어지는 시점 tparam이 위치한다.
도 3에는 높은 정확도로 스핀들 너트 경로를 결정하기 위한 순서도가 도시된다. 이는, 스핀들 너트의 조절 경로를 결정하는 것, 특히 스핀들 너트의 아이들 경로를 줄이는 것을 가능하게 하고, 따라서 브레이크 적용 과정 시 설정-제동력이 형성될 때까지의 주기가 단축되며, 이 경우 브레이크 연삭의 위험은 없다.
단계 20에서 스핀들 너트 경로를 결정하기 위한 방법이 시작된다. 현재 모터 전류(iA) 및 공급 전압(US)이 측정되고, 이것으로부터 하기식,
Figure 112017127757809-pct00001
에 따라 아이들링 동안 전기 브레이크 모터의 모터 샤프트의 각 속도(ω)가 계산될 수 있다. 각 속도(ω)는 모터 상수(KM)와 모터 총저항(Rges)에 의존한다. 즉 상기 파라미터들은 비-현재 시작값들(KM,start 및 Rges ,start)로서 제공되거나, 시점(tparam) 후에 현재 평가값들(KM,est 및 Rges ,est)로서 제공된다. 현재 시점에 따라 모터 상수 및 모터 총저항은 블록(22)으로부터 비-현재 값들로서 제공되거나 또는 블록(23)으로부터 현재 평가값들로서 공급되고, 블록(21)에서 각 속도의 계산을 위해 사용되며, 이 경우 상응하게 블록(24, 25)에서 각속도(ωstart) 또는 평가된 각속도(ωest)가 제공된다.
각각의 각속도는 다음 블록(26)에 공급되고, 상기 블록에서 스핀들 너트 속도(VSp)가 계산된다. 계산은 ωstart에 따른 스핀들 너트 속도의 시작값(vSp ,start) 및 평가된 각속도(ωest)에 따른 평가된 값(VSp,est)에 대해 하기식에 따라 이루어진다:
Figure 112017127757809-pct00002
이 경우 브레이크 모터 후방에 연결된 기어 장치의 기어비(iGetr) 및 스핀들 피치(SSp)가 고려된다.
스핀들 너트의 시작 속도(VSp,start)와 스핀들 너트의 평가된 속도(VSp,est)는 블록들(27, 28)에 따라 다음 단계 29에 제공되고, 상기 단계는 에러 보상의 시작을 나타낸다. 단계 30에서 스핀들 너트의 시작 속도와 평가된 속도의 차이가 결정되고, 단계 31에서 하기식에 따라 시간에 대한 차등 속도의 적분이 이루어진다:
Figure 112017127757809-pct00003
상기 식으로부터 보정 경로(xdelta)가 얻어진다. 하기식,
Figure 112017127757809-pct00004
과 함께 모터 상수 또는 모터 총저항의 비-현재 파라미터(KM,start 및 Rges ,start)에 기초해서 결정된 스핀들 너트 경로(xstart)로부터 단계 31에서 시간에 대해 적분이 실시될 수 있다. 그로부터 단계 32 및 33에서 스핀들 너트 경로(xstart) 및 보정 경로(xhdelta)가 얻어지고, 상기 경로들은 다음 단계 34에서 하기식,
Figure 112017127757809-pct00005
에 따라 보정된 스핀들 너트 경로(xwahr)를 야기한다.
보정된 스핀들 너트 경로(xwahr)는 단계 35에 전달되고, 다음 단계 36에서 하기식,
Figure 112017127757809-pct00006
에 따라 모터 상수 및 모터 총저항의 비-현재 파라미터에 기초한 스핀들 너트 경로의 기울기(xstart , steig)를 계산하기 위해 그리고 모터 상수 및 모터 총저항의 현재 파라미터에 기초한 기울기(xwahr , steig)를 계산하기 위해 사용된다. 기울기(xstart , steig 또는 xwahr , steig)는 도 2의 직선의 기울기에 상응하고, 상기 기울기에 따라 xwahr 및 xstart의 곡선들이 근사된다.
xstart,steig 또는 xwahr,steig의 값들은 단계 37과 38에서 후속하는 단계 39로 전달되고, 상기 단계에서 편차 xdef는 하기식,
Figure 112017127757809-pct00007
에 따라 xstart , steig 와 xwahr , steig의 차이가, 모터 상수 및 모터 총저항의 평가가 이루어지는 시점과 곱해짐으로써 얻어진다. 시간 파라미터(tparam)는 단계 23으로부터 단계 39에 제공된다.
다음 단계 40에서 하기식,
Figure 112017127757809-pct00008
에 따라 xwahr와 xdef의 차이 형성에 의해 스핀들 너트 경로의 보정된 전체값(xges)의 결정이 이루어진다. 따라서 초기값과 관련해서 스핀들 너트의 절대 위치가 정해지고, 스핀들 너트 위치는 브레이크 피스톤 앞의 작은 유격에 의해 조절되므로, 브레이크 모터의 작동 시 제동력이 형성될 때까지 최소 시간만이 경과한다.
1 브레이크 장치
3 브레이크 모터
4 스핀들
5 스핀들 너트

Claims (18)

  1. 차량 내 전기 브레이크 모터(3)를 구비한 전기 기계식 브레이크 장치(1)에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 모터의 모터 샤프트는 스핀들(4)을 구동하고, 상기 스핀들 상에 스핀들 너트(5)가 배치되고, 상기 스핀들 너트는 상기 스핀들(4)의 회전 운동에 의해 브레이크 피스톤(6)의 방향으로 조절되고, 스핀들 너트 경로(xstart)는 먼저 비-현재 모터 상수-초기값(KM,start) 및 모터 총저항-초기값(Rges,start)을 고려해서 결정되고, 후속해서 평가의 실시 후에 모터 상수-평가값(KM,est) 및 모터 총저항-평가값(Rges,est)을 고려해서 상기 스핀들 너트 경로(xstart)의 보정이 실시되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀들 너트 경로(xstart)는 공급 전압(US) 및 모터 전류(iA)를 고려해서 상기 비-현재 모터 상수-초기값(KM,start)과 상기 모터 총저항-초기값(Rges,start)으로 하기식,
    Figure 112023025096562-pct00009

    에 따라 계산되고, 상기 식에서
    SSp는 스핀들 피치이고,
    iGetr은 브레이크 모터 후방에 연결된 기어 장치의 기어비인 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 보정 거리(xdelta)는 하기식,
    Figure 112023025096562-pct00010

    으로부터 결정되고, 보정된 스핀들 너트 경로(xwahr)는 상기 스핀들 너트 경로(xstart)로부터 보정 경로(xdelta)의 감산,
    Figure 112023025096562-pct00011

    에 의해 결정되고,
    Vsp,start 는 상기 스핀들 너트의 속도의 시작 속도값이고,
    Vsp,est 는 상기 스핀들 너트의 속도의 평가된 속도값이고,
    ωstart 는 상기 모터 샤프트의 각속도이고,
    ωest는 상기 모터 샤프트의 평가된 각속도인 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 비-현재 모터 상수-초기값(KM,start) 또는 모터 총저항-초기값(Rges,start)을 갖는 스핀들 너트 경로의 기울기(xstart,steig)와 현재 모터 상수-평가값(KM,est) 또는 모터 총저항-평가값(Rges,est)을 갖는 보정된 스핀들 너트 경로(xwahr)의 기울기(xwahr,steig) 사이의 편차(xdef)가 고려되고:
    Figure 112023025096562-pct00012

    상기 식에서, tparam은 상기 현재 모터 상수-평가값(KM,est)과 상기 모터 총저항-평가값(Rges,est)이 주어질 때까지의 주기를 나타내는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 스핀들 너트(5)의 보정된 전체 경로(xges)는 상기 편차(xdef)를 고려해서 결정되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법:
    Figure 112023025096562-pct00013
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 비-현재 모터 상수-초기값(KM,start)과 모터 총저항-초기값(Rges,start)으로서, 상기 전기 기계식 브레이크 장치(1)의 브레이크 적용 과정 또는 해제 과정의 평가값들이 이용되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 전기 기계식 브레이크 장치(1)의 브레이크 적용 과정에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 전기 기계식 브레이크 장치(1)의 해제 과정에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 스핀들 너트 경로(xstart)는 상기 브레이크 모터(3)의 아이들링 단계의 시작에 의해서야 비로소 결정되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 조절 또는 제어 장치(12).
  11. 전기 기계식 브레이크 장치(1)에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법을 실시하기 위한 제 10 항에 따른 조절 또는 제어장치(12)를 포함하며, 차량 내 전기 브레이크 모터(3)를 구비한 전기 기계식 브레이크 장치.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 방법은 상기 전기 기계식 브레이크 장치(1)의 브레이크 적용 과정에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 방법은 상기 전기 기계식 브레이크 장치(1)의 해제 과정에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 방법은 상기 전기 기계식 브레이크 장치(1)의 해제 과정에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 브레이크 장치에서 작동 거리를 결정하기 위한 방법.
  15. 제 6 항에 따른 방법을 실시하기 위한 조절 또는 제어 장치(12).
  16. 제 7 항에 따른 방법을 실시하기 위한 조절 또는 제어 장치(12).
  17. 제 8 항에 따른 방법을 실시하기 위한 조절 또는 제어 장치(12).
  18. 제 9 항에 따른 방법을 실시하기 위한 조절 또는 제어 장치(12).
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