KR102598877B1 - 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터로서, 더욱 자세하게는 실린더 외부의 압력 피드백을 받아 브레이크 페달에 가해지는 답력 및 모터에 의한 힘을 비교함으로써 압력 밸런싱을 맞출 수 있는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터는, 너트부를 포함하는 마스터 피스톤; 상기 마스터 피스톤이 브레이크 페달에 가해지는 답력에 의해 발생된 유압과 모터에 의한 구동력을 전달받아 직선 운동하도록 공간을 제공하는 부스팅 실린더; 상기 모터에 연결되는 일단과 상기 부스팅 실린더 안으로 연장되는 타단을 갖고, 상기 브레이크 페달과 연동된 상기 모터에 의해 회전하는 제1 스크류; 상기 제1 스크류와 이격 공간을 갖도록 마주보며 배치되고, 상기 너트부와 나사 결합된 제2 스크류; 상기 제1 스크류와 상기 제2 스크류를 연결시키는 연결부재; 및 상기 제1 스크류의 타단 및 상기 연결부재와 각각 접촉면을 갖도록 배치되고, 상기 접촉면에서 상기 제1 스크류의 길이방향으로 압력을 받으면 두 압력의 차에 의해 변형되는 압력 밸런싱 부재;를 포함한다.

Description

힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터{ELECTRIC BOOSTER HAVING A FORCE FEEDBACK CONTROL}
본 발명은 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터로서, 더욱 자세하게는 실린더 외부의 압력 피드백을 받아 브레이크 페달에 가해지는 답력 및 모터에 의한 힘을 비교함으로써 압력 밸런싱을 맞출 수 있는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터에 관한 것이다.
통상적으로 전동식 부스터 방식의 제동 시스템에서, 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 답력 센서가 운전자의 답력을 감지하고, ECU(Electronic Control Unit)는 답력 센서의 측정값에 기초하여 부스터의 모터를 구동하여 마스터 실린더에 배력된 힘을 전달한다. 마스터 실린더는 마스터 피스톤의 왕복 운동으로부터 전달되는 배력된 힘에 기초하여 휠 브레이크에 제동압을 전달한다.
그러면, 차량 자세제어장치(ESC : Electronic Stability Control)는 제동 모드에 따라 휠 브레이크에 전달되는 유압력을 조절하여 적정 제동 동작이 이루어질 수 있도록 한다.
다만, 브레이크 시스템의 강성 변화로 마스터 실린더 외부의 압력이 변화되면 마스터 피스톤에 의해 전달된 제동압이 휠 브레이크에 그대로 전달되지 못하므로, 브레이크 페달에 가해지는 답력에 의해 발생된 압력과 휠 브레이크에 전달되는 제동압 간의 압력 밸런싱이 맞지 않는 문제가 생긴다. 이때, 운전자가 요구하는 제동력을 발휘하기 위해서는 브레이크 페달을 더 밟거나 덜 밟아야 하므로 제동 이질감이 발생된다.
종래 기술인 한국 공개특허 제10-2017-0118524호(전동 부스터 제동 시스템의 제동압력 제어장치 및 방법)는 전자제어유닛이 페달 스트로크 센서의 검출 결과를 이용하여 제동압력을 구하고, 이러한 제동압력에 부합하도록 피스톤을 펌프 내에서 이동시켜 제동력을 제어하고 있다.
즉, 한국 공개특허 제10-2017-0118524호(전동 부스터 제동 시스템의 제동압력 제어장치 및 방법)는 브레이크 페달의 조작 정도를 검출하여 산정된 제동압력과, 제동압력과 매칭되는 룩업테이블에 나타난 피스톤 위치 정보를 이용하여 산정된 제1 위치에 피스톤이 위치하도록 모터를 회전시키며, 압력센서에 의해 측정된 유체 압력과 제동압력을 비교하여 그 차이 만큼 모터를 회전시키고 있다.
한국 공개특허 제10-2017-0118524호(전동 부스터 제동 시스템의 제동압력 제어장치 및 방법)
본 발명은 상술한 한국 공개특허 제10-2017-0118524호(전동 부스터 제동 시스템의 제동압력 제어장치 및 방법)과 다른 방식으로 압력 밸런싱을 맞추는 새로운 형태의 발명을 제시하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터는, 너트부를 포함하는 마스터 피스톤; 상기 마스터 피스톤이 브레이크 페달에 가해지는 답력에 의해 발생된 유압과 모터에 의한 구동력을 전달받아 직선 운동하도록 공간을 제공하는 부스팅 실린더; 상기 모터에 연결되는 일단과 상기 부스팅 실린더 안으로 연장되는 타단을 갖고, 상기 브레이크 페달과 연동된 상기 모터에 의해 회전하는 제1 스크류; 상기 제1 스크류와 이격 공간을 갖도록 마주보며 배치되고, 상기 너트부와 나사 결합된 제2 스크류; 상기 제1 스크류와 상기 제2 스크류를 연결시키는 연결부재; 및 상기 제1 스크류의 타단 및 상기 연결부재와 각각 접촉면을 갖도록 배치되고, 상기 접촉면에서 상기 제1 스크류의 길이방향으로 압력을 받으면 두 압력의 차에 의해 변형되는 압력 밸런싱 부재;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 마스터 실린더 외부의 압력 피드백을 받아 브레이크 페달에 가해지는 답력 및 모터에 의한 힘을 비교하여 제1 스크류를 이동시킴으로써 능동적으로 압력 밸런싱을 맞출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1 스크류와 제2 스크류 사이에 이격 공간이 형성됨으로써 압력 밸런싱이 맞지 않는 경우 압력 밸런싱 부재의 상태 변화가 가능하고, 정상상태에서의 압력 밸런싱 부재를 설계하는 것이 용이하다.
또한, 본 발명에 따르면, 압력 밸런싱 부재의 변형 상태에 따라 브레이크 페달의 답력을 변화시킴으로써 운전자가 요구하는 배력비의 기울기를 유지시킬 수 있으므로 제동 이질감을 최소화시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제3 센서를 통해 압력 밸런싱 부재의 변형 상태를 측정하여 모터를 자동으로 회전시킴으로써 운전자가 요구하는 배력비를 유지시킬 수 있으므로 제동 이질감을 더욱 최소화시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 압력 밸런싱 부재의 단면 중 압력이 작용하는 면을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 제1 접촉면과 제2 접촉면에 작용하는 압력이 동일할 때 압력 밸런싱 부재의 상태를 나타낸 도면이고, 도 4b는 제1 접촉면에 작용하는 압력이 제2 접촉면에 작용하는 압력보다 클 때 압력 밸런싱 부재의 상태를 나타낸 도면이며, 도 4c는 제1 접촉면에 작용하는 압력이 제2 접촉면에 작용하는 압력보다 작을 때 압력 밸런싱 부재의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에서 브레이크 페달에 가해지는 답력이 모터에 의해 발생되는 힘 보다 클 때의 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에서 브레이크 페달에 가해지는 답력이 모터에 의해 발생되는 힘 보다 작을 때의 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 브레이크 페달에 가해지는 답력과 모터에 의해 발생되는 힘과의 관계에서 배력비를 나타낸 도면이다.
도 8은 제3 센서가 있는 경우 브레이크 페달에 가해지는 답력과 모터에 의해 발생되는 힘과의 관계에서 배력비를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 도면에 도시된 방향을 기준으로 X 방향은 +X 방향(오른쪽 방향)과 -X 방향(왼쪽 방향)을 포함하고, Y 방향은 +Y 방향(위쪽 방향) 과 -Y 방향(아래 방향)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터는 페달 챔버부(100), 부스팅 챔버부(200), 및 마스터 챔버부(300)를 포함한다.
페달 챔버부(100)는 브레이크 페달에 작용하는 답력에 의해 발생된 유압의 형성 공간인 페달 실린더(110), 브레이크 페달에 가해지는 답력을 전달받는 푸시 로드(120), 푸시 로드(120)와 연결된 페달 피스톤(130) 및 페달 피스톤(130)에 탄성력을 제공하는 제1 리턴 스프링(140)을 포함한다. 유액을 저장하고 있는 리저버(400)는 제1 연결유로(152)를 통해 페달 실린더(110)로 유액을 제공하므로, 페달 실린더(110) 안에는 유액이 형성되어 있다.
브레이크 페달에 답력이 가해지면 페달 피스톤(130)이 아래로(-Y 방향) 움직이면서 페달 실린더(110) 안에는 유압이 형성된다. 반대로, 브레이크 페달에 가해진 답력이 제거되면 제1 리턴 스프링(140)에 의해 페달 피스톤(130)이 위로(+Y 방향) 움직이면서 페달 실린더(110) 안에 형성된 유압이 제거된다.
한편, 페달 챔버부(100)는 제1 센서(160)를 포함한다. 제1 센서(160)는 운전자가 브레이크 페달을 조작하는 양을 측정하는 것으로, 출력 전압을 브레이크 페달을 밟은 깊이 즉, 스트로크 값으로 환산한다. 제1 센서(160)는 브레이크 페달, 푸시 로드(120) 또는 페달 피스톤(130)의 이동 변위를 측정한다.
부스팅 챔버부(200)는 부스팅 실린더(210), 제1 스크류(220), 압력 밸런싱 부재(240), 제2 스크류(250) 및 연결부재(260)를 포함한다.
부스팅 실린더(210)는 제2 연결유로(154)를 통해 페달 실린더(110)로부터 유액을 공급받으므로, 부스팅 실린더(210) 안에는 유액이 형성되어 있다. 부스팅 실린더(210)의 일측에는 모터(500)가 마련되어 부스팅 실린더(210) 안으로 모터(500)에 의해 발생된 구동력이 전달된다. 부스팅 실린더(210)는 제1 스크류(220), 압력 밸런싱 부재(240), 제2 스크류(250) 및 연결부재(260)를 수용한다.
한편, 모터(500)에는 제2 센서(560)가 마련된다. 제2 센서(560)는 모터(500)의 회전각을 측정하는 것으로, 출력 전압을 후술할 너트부(270)의 이동 거리로 환산한다. 제2 센서(560)는 제1 센서(160)와 연동되어 제1 센서(160)에서 측정된 브레이크 페달의 조작 양과 대응되는 모터(500)의 회전각을 측정한다.
제1 스크류(220)의 일단은 모터(500)에 연결되고, 타단은 부스팅 실린더(210) 안에 위치한다. 따라서, 제1 스크류(220)는 부스팅 실린더(210)의 일측면을 관통하도록 형성된다. 제1 스크류(220)가 부스팅 실린더(210)의 일측면을 관통하는 홀에는 제1 스크류(220)가 삽입된 상태에서 유액이 부스팅 실린더(210) 밖으로 유출되지 못하도록 실링 처리된다.
제1 스크류(220)는 길이방향으로 형성된 수평부(222)와, 제1 스크류(220)의 타단에서 수평부(222)와 수직되는 방향으로 확장된 수직부(224)를 포함한다. 수평부(222)의 양측에는 제1 스크류(220)의 지지 및 회전을 돕도록 베어링(290)이 형성된다. 따라서, 제1 스크류(220)의 길이방향(X 방향)으로의 움직임은 가능하나, 제1 스크류(220)의 반경방향(Y 방향)으로의 움직임은 베어링(290)에 의해 구속된다.
압력 밸런싱 부재(240)는 압력을 받으면 변형이 일어나는 소재로서, 제1 스크류(220)의 수평부(222)를 감싸는 자세를 취하며, 회전이 용이하도록 원통 형상을 갖는다. 따라서, 제1 스크류(220)가 회전하면 압력 밸런싱 부재(240)도 회전한다.
압력 밸런싱 부재(240)의 -X 방향 측면 중 일부는 제1 스크류(220)의 타단의 +X 방향 측면인 제1 접촉면(242)과 접촉하고, 압력을 받으면 X 방향으로 변형된다. 여기서, 제1 접촉면(242)이란 수직부(224)의 단면 중 수평부(222)의 단면을 제외한 단면을 의미한다. 또한, 압력 밸런싱 부재(240)의 타측면은 제자리에 위치하여 X 방향으로 이동하지 못한다.
제2 스크류(250)는 제1 스크류(220)의 길이방향을 따라 배치되고, 제1 스크류(220)의 타단과 제2 스크류(250)의 일단은 일정 거리 이격된 상태로 서로 마주본다. 제2 스크류(250)의 외주면에는 너트부(270)가 나사 결합되고, 제2 스크류(250)가 회전하면 너트부(270)는 X 방향으로 이동한다. 너트부(270)는 마스터 피스톤(230)과 접촉하여 마스터 피스톤(230)을 X 방향으로 움직일 수 있도록 도와준다.
연결부재(260)는 제1 스크류(220)와 제2 스크류(250)를 연결시켜 같이 회전시키는 부재로서, 제1 스크류(220)의 타단, 제2 스크류(250)의 일단, 및 압력 밸런싱 부재(240)를 수용하고, 회전이 용이하도록 원통 형상을 갖는다. 따라서, 제1 스크류(220)가 회전하면 제2 스크류(250)도 회전한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 스크류(220)의 타단과 제2 스크류(250)의 일단은 일정 거리 이격되어 배치되고, 연결부재(260)에 의해 수용되므로, 제1 스크류(220)와 제2 스크류(250) 사이에는 이격 공간(SP)이 형성된다. 여기서, 제1 스크류(220)와 제2 스크류(250)는 Y 방향으로의 움직임은 구속되나, X 방향으로의 움직임은 자유롭고, 따라서 제1 스크류(220)와 제2 스크류(250)의 움직임에 따라 이격 공간(SP)의 크기는 변화한다.
한편, 연결부재(260)에는 이격 공간(SP)으로 유액을 공급하도록 공급 유로(280)가 형성된다. 이격 공간(SP)에 공급된 유액에 의한 유압은 이격 공간(SP)의 크기에 따라 변한다. 즉, 이격 공간(SP)의 크기가 커지면 유압은 작아지고, 이격 공간(SP)의 크기가 작아지면 유압은 커진다.
압력 밸런싱 부재(240)의 -X 방향 측면 중 일부는 연결부재(260)의 +X 방향 측면인 제2 접촉면(244)과 접촉하고, 압력을 받으면 X 방향으로 변형된다. 여기서, 제2 접촉면(244)은 압력 밸런싱 부재(240)의 -X 방향 측면 중 제1 접촉면(242)을 제외한 면이다.
마스터 챔버부(300)는 부스팅 챔버부(200)의 일측에 마련되고, 마스터 피스톤(230)의 운동에 따라 발생된 유압의 형성 공간인 마스터 실린더(310), 제2 리턴 스프링(340)을 포함한다. 유액을 저장하고 있는 리저버(400)는 제3 연결유로(352)를 통해 마스터 실린더(310)로 유액을 제공하므로, 마스터 실린더(310) 안에는 유액이 형성되어 있다. 마스터 실린더(310)와 부스팅 실린더(210)의 사이에는 유액이 각 실린더 사이를 흐르지 못하도록 실링 처리된다.
상술한 바와 같이, 브레이크 페달에 가해진 답력과 모터(500)에 의해 발생된 구동력이 발생되어 마스터 피스톤(230)이 -X 방향으로 움직이면 마스터 실린더(310) 안에는 제동압이 형성된다. 반대로, 브레이크 페달에 가해진 답력과 모터(500)에 의해 발생된 구동력이 제거되면 제2 리턴 스프링(340)에 의해 마스터 피스톤(230)이 +X 방향으로 움직이면서 마스터 실린더(310) 안에 형성된 제동압이 제거된다.
마스터 실린더(310) 안에 형성된 유압은 제4 연결유로(354)를 통해 브레이크 제어를 위한 ESC(Electronic Stability Control) 모듈 또는 브레이크의 캘리퍼에 전달된다.
한편, 상술한 바와 같이, 브레이크 페달에 가해지는 답력과 모터(500)에 의해 발생된 구동력은 제1 센서(160) 및 제2 센서(560)의 측정을 통해 본 발명에 따른 전동식 부스터 설계 시 요구되는 제1 배력비(①)를 가진다. 예를 들어, 제1 배력비(①)가 9인 경우, 브레이크 페달에 가해지는 답력이 1이라면 모터에 의해 발생된 구동력은 9가 된다.
그러나, 제4 연결유로(354)를 통해 연결되는 마스터 실린더(310) 외부의 압력 등이 증가되거나 감소되어 마스터 실린더(310) 내부로 전달되면, 브레이크 페달에 가해지는 답력과 모터(500)에 의해 발생된 구동력은 제1 배력비(①)를 가지지 못한다. 이 경우 마스터 피스톤(230)은 제1 배력비(①)에 따라 계산된 거리보다 작거나 크게 이동한다. 따라서, 운전자가 요구하는 제동력이 발생되려면 브레이크 페달에 가해지는 답력이 증가되거나 감소되어야 한다.
본 발명에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터는 브레이크 페달에 가해지는 답력과 모터(500)에 의해 발생된 구동력이 제1 배력비(①)를 갖지 못하는 경우, 변형된 압력 밸런싱 부재(240)가 원래의 형상을 가지도록 브레이크 페달에 가해지는 답력을 변화시킴으로써 제1 배력비(①)를 유지시킨다.
이하, 도 3 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 제1 접촉면 또는 제2 접촉면에 작용하는 압력에 따라 압력 밸런싱 부재의 변형 상태 및 압력 밸런싱 부재의 설계 과정을 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 압력 밸런싱 부재(240)의 단면 중 제1 접촉면(242)의 면적은 수직부(224)의 단면적과 수평부(222)의 단면적 간의 차이다. 여기서, 수직부(224)의 지름(D2)에 의해 계산된 단면적과 수평부(222)의 지름(D1)에 의해 계산된 단면적의 차는 원의 넓이 공식을 이용하여 계산될 수 있다. 또한, 압력 밸런싱 부재(240)의 단면 중 제2 접촉면(244)의 면적은 압력 밸런싱 부재(240)의 단면적과 수직부(224)의 단면적 간의 차이다. 즉, 압력 밸런싱 부재(240)의 지름(D3)에 의해 계산된 단면적과 수직부(224)의 지름(D2)에 의해 계산된 단면적의 차는 원의 넓이 공식을 이용하여 계산될 수 있다.
제1 접촉면(242)에 작용하는 압력(P1)은 제1 접촉면(242)의 면적에 작용하는 힘으로 표현되고, 이는 이격 공간(SP)에 형성된 유압이 수평부(222)의 면적에 작용하는 힘과 같다. 또한, 이격 공간(SP)에 형성된 유압은 브레이크 페달에 가해진 답력이 제2 연결유로(152) 및 공급 유로(280)를 통해 전달된 압력과 동일하다. 따라서, 제1 접촉면(242)에 작용하는 압력(P1)은 브레이크 페달에 가해진 답력으로부터 발생된다.
제2 접촉면(244)에 작용하는 압력(P2)은 제2 접촉면(244)의 면적에 작용하는 힘으로 표현되고, 이는 모터(500)에 의해 너트부(270)가 전진하면서 연결부재(260)에 전달된 반력과 같다. 따라서, 제2 접촉면(244)에 작용하는 압력(P2)은 모터(500)에 의한 구동력으로부터 발생된다.
도 4a를 참조하면, 제1 접촉면(242)에 작용하는 압력(P1)과 제2 접촉면(244)에 작용하는 압력(P2)이 같으면 압력 밸런싱 부재(240)의 단면은 평평한 상태를 유지한다. 이 상태를 정상상태라 한다. 압력 밸런싱 부재(240)는 P1과 P2가 동일하도록 설계하는 것이 바람직하다. 이때, P1과 P2는 같은 값이므로 밸런싱 압력이라 한다.
구체적으로, 제1 접촉면(242)에 작용하는 힘을 F1이라 하고, 제2 접촉면(244)에 작용하는 힘을 F2라고 하면, F1과 F2는 다음과 같은 계산식 1에 의해 구할 수 있다.
<계산식 1>
또한, F1과 F2의 비율은 다음과 같은 계산식 2에 의해 구할 수 있다.
<계산식 2>
이때, 배력비를 브레이크 페달에 가해진 힘과 모터에 의해 발생된 힘의 비율이라 한다면, F2/F1는 배력비라고 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전동식 부스터 설계 시 요구되는 제1 배력비(①)에 맞춰서 압력 밸런싱 부재(240)의 D1 내지 D3를 설계하는 것이 바람직하다.
도 4b를 참조하면, 제1 접촉면(242)에 작용하는 압력(P1)이 제2 접촉면(244)에 작용하는 압력(P2) 보다 크면 압력 밸런싱 부재(240)의 단면은 제2 접촉면(244) 보다 제1 접촉면(242)이 내부(+X 방향)로 들어간 상태가 된다. 이 상태를 모터회전의 부족 상태라 한다.
반대로, 도 4c를 참조하면, 제1 접촉면(242)에 작용하는 압력(P1)이 제2 접촉면(244)에 작용하는 압력(P2) 보다 작으면 압력 밸런싱 부재(240)의 단면은 제1 접촉면(242) 보다 제2 접촉면(244)이 외부(-X 방향)로 나온 상태가 된다. 이 상태를 모터회전의 과다상태라 한다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 브레이크 페달에 가해지는 답력과 모터에 의해 발생되는 힘이 같지 않은 상태에서 본 발명에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터의 작동 과정을 설명한다.
도 5를 참조하면, 브레이크 캘리퍼 등의 강성이 증가하면 브레이크 페달에 가해지는 답력에 비해 모터(500)에 의한 힘(구동력)이 충분히 발휘되지 못한다. 따라서, 제1 접촉면(242)에 작용하는 압력(P1)은 제2 접촉면(244)에 작용하는 압력(P2)에 비해 크므로 압력 밸런싱 부재(240)는 모터회전의 부족상태가 되고, 이러한 압력차에 의해 제1 스크류(220)가 +X 방향으로 이동한다. 그러면 이격 공간(SP)의 압력이 낮아지므로 제2 스크류(250) 및 마스터 피스톤(230)은 제2 리턴 스프링(340)의 탄성복원력으로 +X 방향으로 이동한다. 즉, 마스터 피스톤(230)은 제1 배력비(①) 보다 작은 제2 배력비(②)에 따라 정상상태에서 계산된 -X 방향으로의 거리보다 작게 이동한다.
이 상태에서 브레이크 페달에 가해지는 답력을 증가시키면 제1 센서(160) 및 제2 센서(560)의 측정을 통해 모터(500)가 일방향으로 회전하고, 이에 따라 제1 스크류(220) 및 제2 스크류(250)가 회전하면서 마스터 피스톤(230)을 +X 방향으로 이동시킨다. 그러면 압력 밸런싱 부재(240)가 모터회전 부족상태에서 정상상태로 회복하고, 제2 배력비(②)는 제1 배력비(①)로 이동한다.
도 6을 참조하면, 브레이크 캘리퍼 등의 강성이 감소하면 브레이크 페달에 가해지는 답력에 비해 모터(500)에 의한 힘(구동력)이 과하게 발휘된다. 따라서, 제1 접촉면(242)에 작용하는 압력(P1)은 제2 접촉면(244)에 작용하는 압력(P2)에 비해 작으므로 압력 밸런싱 부재(240)는 모터회전의 과다상태가 되고, 이러한 압력차에 의해 제1 스크류(220)가 -X 방향으로 이동한다. 그러면 이격 공간(SP)의 압력이 높아지므로 제2 스크류(250) 및 마스터 피스톤(230)은 제2 리턴 스프링(340)의 탄성복원력을 극복하고 -X 방향으로 이동한다. 즉, 마스터 피스톤(230)은 제1 배력비(①) 보다 큰 제3 배력비(③)에 따라 정상상태에서 계산된 -X 방향으로의 거리보다 크게 이동한다.
이 상태에서 브레이크 페달에 가해지는 답력을 감소시키면 제1 센서(160) 및 제2 센서(560)의 측정을 통해 모터(500)가 타방향으로 회전하고, 이에 따라 제1 스크류(220) 및 제2 스크류(250)가 회전하면서 마스터 피스톤(230)을 -X 방향으로 이동시킨다. 그러면 압력 밸런싱 부재(240)가 모터회전 과다상태에서 정상상태로 회복하고, 제3 배력비(③)는 제1 배력비(①)로 이동한다.
도 7은 배력비를 나타내는 것으로서, X축은 브레이크 페달에 가해지는 답력(F1)을 의미하고, Y축은 모터에 의한 힘(F2)을 의미한다. 압력 밸런싱 부재(240)가 정상상태에 있으면 제1 배력비(①)가 나타나고, 압력 밸런싱 부재(240)가 모터회전 부족상태에 있으면 제2 배력비(②)가 나타나며, 압력 밸런싱 부재(240)가 모터회전 과다상태에 있으며 제3 배력비(③)가 나타난다.
압력 밸런싱 부재(240)가 모터회전 부족상태에 있는 경우, 브레이크 페달의 답력이 증가되는 시점(C1)이 되면 제2 배력비(②)는 제1 배력비(①)와 같은 기울기의 배력비(②-1)로 변화된다. 또한, 압력 밸런싱 부재(240)가 모터회전 과다상태에 있는 경우, 브레이크 페달의 답력이 감소되는 시점(C1')이 되면 제3 배력비(③)는 제1 배력비(①)와 같은 기울기의 배력비(③-1)로 변화된다.
한편, 본 발명에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터는 제3 센서(580)를 더 포함한다. 제3 센서(580)는 제1 스크류(220)의 이동에 의해 압력 밸런싱 부재(240)가 변형되는 경우, 정상상태에서의 압력 밸런싱 부재(240)의 상태를 기준으로 제1 스크류(220)의 이동 변위를 측정한다. 제3 센서(580)의 출력 전압은 제1 스크류(220)의 이동 변위와 반대되는 방향으로 제1 스크류(220)를 이동시키도록 모터(500)를 회전시킨다.
구체적으로, 모터회전 부족상태에서 제1 스크류(220)가 -X 방향으로 이동되면 제3 센서(580)는 그 이동 변위를 측정하여 변화된 거리만큼 제1 스크류(220)가 +X 방향으로 이동되도록 모터(500)를 일방향 회전시킨다. 또한, 모터회전 과다상태에서 제1 스크류(220)가 +X 방향으로 이동되면 제3 센서(580)는 그 이동 변위를 측정하여 변화된 거리만큼 제1 스크류(220)가 -X 방향으로 이동되도록 모터(500)를 타방향 회전시킨다.
모터회전 부족상태 또는 모터회전 과다상태에서 제3 센서(580)가 있으면, 브레이크 페달의 답력을 변화시키지 않고 압력 밸런싱 부재(240)를 정상상태로 복귀시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 압력 밸런싱 부재(240)가 모터회전 부족상태에 있는 경우, 제3 센서(580)의 출력 전압 발생 시점(C2)에 제2 배력비(②)는 높은 기울기(②-2)를 가지고 증가되다가, 압력 밸런싱 부재가 정상상태에 도달하면 제1 배력비(①)와 같아진다. 또한, 압력 밸런싱 부재(240)가 모터회전의 과다상태에 있는 경우, 제3 센서(580)의 출력 전압 발생 시점(C2')에 제3 배력비(③)는 낮은 기울기를 가지고 감소되다가, 압력 밸런싱 부재(240)가 정상상태에 도달하면 제1 배력비(①)와 같아진다.
즉, 제3 센서(580)는 모터(500)를 회전시켜 모터회전 부족상태 또는 모터회전 과다상태와 정상상태 간의 배력비 차이를 보상할 수 있으므로, 제3 센서(580)가 없는 경우 보다 더욱 정밀하게 제어하여 제동 이질감을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명 일 실시예에 따른 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터에서, 제1 센서(160), 제2 센서(560) 및 제3 센서(580)는 ECU 등 별도의 제어부(미도시)와 연결되고, 제어부(미도시)의 신호에 의해 모터(500)가 회전할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 페달 챔버부 110 : 페달 실린더
120 : 푸시 로드 130 : 페달 피스톤
140 : 제1 리턴 스프링 152 : 제1 연결유로
154 : 제2 연결유로 160 : 제1 센서
200 : 부스팅 챔버부 210 : 부스팅 실린더
220 : 제1 스크류 222 : 수평부
224 : 수직부 230 : 마스터 피스톤
240 : 압력 밸런싱 부재 242 : 제1 접촉면
244 : 제2 접촉면 250 : 제2 스크류
260 : 연결부재 270 : 너트부
280 : 공급 유로 290 : 베어링
300 : 마스터 챔버부 310 : 마스터 실린더
340 : 제2 리턴 스프링 352 : 제3 연결유로
354 : 제4 연결유로 400 : 리저버
500 : 모터 560 : 제2 센서
580 : 제3 센서 SP : 이격 공간

Claims (12)

  1. 너트부를 포함하는 마스터 피스톤;
    상기 마스터 피스톤이 브레이크 페달에 가해지는 답력에 의해 발생된 유압과 모터에 의한 구동력을 전달받아 직선 운동하도록 공간을 제공하는 부스팅 실린더;
    상기 모터에 연결되는 일단과 상기 부스팅 실린더 안으로 연장되는 타단을 갖고, 상기 브레이크 페달과 연동된 상기 모터에 의해 회전하는 제1 스크류;
    상기 제1 스크류와 이격 공간을 갖도록 마주보며 배치되고, 상기 너트부와 나사 결합된 제2 스크류;
    상기 제1 스크류와 상기 제2 스크류를 연결시키는 연결부재; 및
    상기 제1 스크류의 타단 및 상기 연결부재와 각각 접촉면을 갖도록 배치되고, 상기 접촉면에서 상기 제1 스크류의 길이방향으로 압력을 받으면 두 압력의 차에 의해 변형되는 압력 밸런싱 부재;를 포함하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스크류는 길이방향으로 형성된 수평부와 상기 제1 스크류의 타단에서 상기 수평부와 수직되는 방향으로 확장된 수직부를 갖는 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 밸런싱 부재의 일측면은 상기 제1 스크류의 타단과의 접촉면에 접촉하여 같이 거동하고, 상기 압력 밸런싱 부재의 타측면은 제자리에 위치하는 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 압력 밸런싱 부재는 상기 수직부의 크기 보다 크고 상기 연결부재의 크기 보다 작은 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 압력 밸런싱 부재와 상기 수직부의 접촉면은 상기 수직부의 단면 중 상기 수평부의 단면을 제외한 제1 접촉면이고, 상기 압력 밸런싱 부재와 상기 연결부재의 접촉면은 상기 압력 밸런싱 부재의 단면 중 상기 수직부의 단면을 제외한 제2 접촉면인 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압력 밸런싱 부재는 상기 제1 스크류의 길이방향으로 상기 제1 접촉면에 작용하는 압력과 상기 제2 접촉면에 작용하는 압력이 서로 같도록 설계되는 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 접촉면에 작용하는 압력은 상기 이격 공간에 형성된 유액이 상기 수평부의 단면에 작용하는 압력과 같은 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재에는 상기 이격 공간에 유액을 공급하도록 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달의 변위를 측정하는 제1 센서와, 상기 모터의 회전각을 측정하는 제2 센서를 더 포함하고, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 서로 연동되는 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉면에 작용하는 두 압력의 차가 다르면 상기 모터를 회전시키도록 상기 브레이크 페달에 작용하는 답력이 변화되는 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스크류의 변위를 측정하는 제3 센서를 더 포함하고,
    상기 접촉면에 작용하는 두 압력의 차가 달라 상기 제1 스크류의 변위가 발생하면 상기 제3 센서의 측정값에 따라 상기 모터를 회전시키는 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅 실린더의 일측에는 상기 마스터 피스톤의 운동으로 제동압이 형성되는 공간을 제공하는 마스터 실린더가 형성되는 것을 특징으로 하는 힘 피드백 제어 구조를 갖는 전동식 부스터.
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