KR20030080357A - 유압 브레이크 시스템을 위한 유압펌프 구동제어장치 및그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브레이크 액압을 생성하는 유압펌프의 구동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 유압펌프의 구동소음을 최소화하면서도 유압모터가 정지되는 것을 방지할 수 있도록 어큐뮬레이터의 압력에 따라 유압모터를 구동시키기 위한 PWM 신호의 듀티비를 가변시키는 데 있다.

본 발명에 따른 유압펌프의 구동제어장치는 어큐뮬레이터에서의 브레이크 유압을 감지하기 위한 유압감지수단, 유압감지수단에서 감지된 어큐뮬레이터에서의 브레이크유압에 근거하여 유압모터의 최소의 구동전류를 산출하고, 브레이크유압과 미리 설정된 목표 브레이크유압과의 압력차에 기초하여 유압모터에 공급되는 목표전류를 상기 최소구동전류보다 크게 결정하는 목표전류결정수단, 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 미리 설정된 목표압력이하이면 목표전류결정수단에서 결정된 목표전류와 유압모터의 현재 구동전류에 기초하여 유압모터를 구동시키고, 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 미리 설정된 목표압력이상이면, 유압모터를 정지시키는 유압모터제어수단을 포함한다.

Description

유압 브레이크 시스템을 위한 유압펌프 구동제어장치 및 그 제어방법{Pump operation control apparatus and thereof control method for hydraulic brake system}

본 발명은 브레이크 액압을 생성하는 유압펌프의 구동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 유압펌프의 구동소음을 최소화하기 위한 유압펌프의 구동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 유압 브레이크 제어, 앤티록 브레이크 제어, 트랙션 컨트롤 제어등과 같은 유압 브레이크 시스템에서의 유압펌프는 유압모터와 기계적으로 연결되어 유압모터의 회전운동에 의해서 유압펌프의 피스톤이 왕복운동을 하게 된다. 이 왕복운동에 의해 펌프 흡입구에 대기압보다 낮은 진공 부분이 생성되고, 이 진공부분에 의해 브레이크액 저장소의 브레이크액이 빨아 올려져 어큐뮬레이터로 토출된다. 어큐뮬레이터에서의 브레이크액은 필요한 시점에 휠 실린더에 공급되게 된다.

이와 같은 유압펌프가 마련된 종래의 유압 브레이크 시스템에서의 유압펌프 구동장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 브레이크액 저장소(1), 유압펌프(2), 어큐뮬레이터(3), 유압모터(4), 압력센서(5), 전자제어장치(6)를 포함하고 있다.

브레이크액 저장소(1)는 유압펌프(2)의 흡입측에 연결되며 브레이크액을 저장하고 있다. 유압펌프(2)의 토출측에는 어큐뮬레이터(3)가 연결되어 있다. 유압펌프(2)는 브레이크액 저장소(1)로부터 브레이크액을 펌핑하여 어큐뮬레이터(3)에서의 브레이크액압을 증가시킨다. 유압모터(4)는 유압펌프(2)를 구동시키기 위해 유압펌프(2)에 연결된다.

압력센서(5)는 어큐뮬레이터(3)에 연결되어 어큐뮬레이터(3)에서의 브레이크액압을 감지한다.

전자제어장치(6)는 유압모터를 구동하기 위한 제어신호를 출력하며, 압력센서(5)에서 감지된 브레이크액압을 입력받아 어큐뮬레이터의 현재 압력이 미리 설정된 목표압력에 도달하는 경우, 유압모터(4)를 정지시키기 위한 제어신호를 출력한다.

스위칭소자(7)는 전자제어장치(6)의 제어신호에 따라 유압모터(4)에 배터리전압(Vbat)의 공급을 단속한다.

종래의 유압펌프 구동제어장치에서는 유압모터를 구동시키기 위해 미리 정해진 일정한 듀티비의 펄스폭 변조(Pulse width Modulation ; 이하 PWM 라 칭함)신호를 출력하여 유압모터를 구동한다.

그러나, PWM 신호의 듀티비를 과도하게 높게 설정한 경우에는 유압펌프의 구동소음이 많이 발생하는 반면에, PWM 신호의 듀티비를 과도하게 낮게 설정한 경우에는 어큐뮬레이터의 압력이 증가함에 따라 유압펌프의 피스톤 양단의 압력차에 의해 피스톤이 왕복운동을 하지 못하게 되고, 이로 인해, 유압모터의 회전이 강제로 정지하게 됨으로서 유압모터에 정격구동전압보다 높은 과전압이 인가되어 유압모터와 유압모터를 구동시키는 구동회로가 손상될 우려가 있다.

보통 유압모터는 설계시 모터의 회전에 따라 발생되는 역기전력을 감안하여 정격구동전압이 설정된다. 예를 들면, 배터리 전압이 12V 이고, 모터의 회전시 발생되는 역기전력이 4V 이라면, 모터는 8V(12V - 4V)의 정격구동전압에 의해서 구동될 수 있도록 설계되는데 유압모터의 회전이 정지하게 되면, 유압모터에 역기전력이 발생되지 않는 상태에서도 모터의 정격구동전압 8V 보다 높은 12V 의 과전압이 공급되어 유압모터와 유압모터를 구동시키는 구동회로가 손상될 수 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유압펌프의 구동소음을 최소화하면서도 유압모터가 정지되는 것을 방지할 수 있도록 어큐뮬레이터의 압력에 따라 유압모터를 구동시키기 위한 PWM 신호의 듀티비를 가변시키는 데 있다.

도 1은 종래의 유압펌프 구동제어장치에 대한 제어블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 유압 브레이크 시스템을 위한 유압펌프 구동제어장치에 대한 제어블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 유압펌프의 구동제어방법에 대한 논리도이다.

도 4는 본 발명에서의 유압펌프의 구성도이다.

도 5는 본 발명에서의 유압모터의 전류와 토오크 특성을 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

20 : 저압어큐뮬레이터21 : 고압어큐뮬레이터

22 : 유압펌프23 : 압력센서

24 : 유압모터25 : 전류센서

26 : 스위칭소자27 : 구동부

28 : 제어부

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유압모터의 구동에 의해 브레이크 저장소에 저장된 브레이크액을 어큐뮬레이터로 펌핑하는 유압펌프의 구동제어장치에 있어서, 상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압을 감지하기 위한 유압감지수단; 상기 유압감지수단에서 감지된 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압과 미리 설정된 목표 브레이크액압과의 압력차에 기초하여 상기 유압모터에 공급되는 목표전류를 결정하는 목표전류결정수단; 상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 상기 목표 브레이크액압이하이면 유압모터의 현재구동전류가 상기 목표전류결정수단에서 결정된 목표전류를 추종하도록 상기 유압모터를 구동시키고, 상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 상기 목표 브레이크액압이상이면, 상기 유압모터를 정지시키는 유압모터제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 유압모터의 구동에 의해 브레이크 저장소에 저장된 브레이크액을 어큐뮬레이터로 펌핑하는 유압펌프의 구동제어방법에 있어서, 상기 유압펌프의 현재 토출압력을 감지하여 상기 토출압력에서의 유압모터의 구동에 필요한 최소 구동전류를 산출하고; 상기 감지된 현재압력과 미리 설정된 목표압력과의 압력차에 대하여 비례제어에 의해 출력전류를 산출한 후 상기 산출된 출력전류와 상기 산출된 최소구동전류를 합산하여 목표전류를 산출하고; 상기 유압모터의 현재 구동전류를 감지하여 상기 산출된 목표전류와의 전류편차에 대하여 비례적분 제어에 의해 상기 현재구동전류가 상기 목표전류를 추종하도록 PWM 신호를 가변시켜 상기 유압모터를 구동시키는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 유압 브레이크 시스템을 위한 유압펌프 구동제어장치에 대한 제어블록도이다.

도 2에서와 같이, 본 발명에 따른 유압펌프 구동제어장치는 브레이크액이 저장된 브레이크액 저장소(20)에서 브레이크액을 펌핑하여 어큐뮬레이터(21)에 공급하는 유압펌프(22), 유압펌프(22)에 의해 어큐뮬레이터(21)에 공급되는 브레이크액압을 검출하기 위한 압력센서(23), 배터리전압(Vbat)를 인가받아 유압펌프(22)를 구동시키기 위한 유압모터(24), 유압모터(24)에 공급되는 전류를 검출하기 위한 전류센서(25), 유압모터(24)에 배터리전압(Vbat)의 공급을 단속하는 스위칭소자(FET)(26), 소정의 제어신호에 따라 스위칭소자(26)를 구동시키기 위한 구동부(27), 압력센서(23)와 전류센서(25)로부터 감지된 값을 읽어 들여 소정의 연산을 수행하며, 연산결과에 따라 구동부(27)를 제어하기 위한 소정 듀티비의 PWM제어신호를 출력하는 제어부(28)를 포함하고 있다.

브레이크액 저장소(20)는 유압펌프(22)의 흡입측에 연결되며 브레이크액을 저장하고 있다. 유압펌프(22)의 토출측에는 어큐뮬레이터(21)가 연결되어 있다. 유압펌프(22)는 브레이크액 저장소(20)로부터 브레이크액을 펌핑하여 어큐뮬레이터(21)에서의 브레이크액압을 증가시킨다. 유압모터(24)는 유압펌프(22)를 구동시키기 위해 유압펌프(22)에 연결된다.

압력센서(23)는 어큐뮬레이터(21)에 연결되어 어큐뮬레이터(21)에서의 브레이크액압을 감지한다.

제어부(28)는 유압모터를 구동하기 위한 PWM 제어신호를 출력하며, 압력센서(23)에서 감지된 브레이크액압을 입력받아 어큐뮬레이터(21)의 현재압력과 미리 설정된 목표압력사이의 압력차에 근거하여 유압모터(24)의 구동에 필요한 목표전류를 산출한다. 이 목표전류가 산출되면, 제어부(28)는 기계적 원인에 기인한 유압모터(24)의 온도특성변화를 보상하기 위해 전류센서(25)에서 감지된 유압모터(24)의 현재전류를 감지하여 현재전류가 목표전류를 추종하도록 PWM 신호의 듀티비를 변화시킨다.

전류센서(25)는 션트저항(Shunt resistor)으로 대체가능하며, 단방향 다이오드(D)는 역방향 전류로부터 유압모터(24)를 보호한다.

이하에서는 본 발명에 따른 유압펌프의 구동제어방법을 바람직한 실시예를 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 유압펌프의 구동제어방법에 대한 논리도이다.

도 3에 도시된바와 같이, 먼저, 제어부(28)는 압력센서(23)에서 검출된 어큐뮬레이터(21)의 현재압력(P0)을 후술하는 식 4에 대입하여 유압모터(24)의 초기값으로서 유압모터의 구동이 정지되지 않도록 하기 위한 최소의 구동전류(I)를 구한다.

도 4와 도 5를 참조하여 유압모터의 최소구동전류를 구하는 방법을 살펴보면, 도 4에서 도시된바와 같이, 유압펌프(22)는 유압모터(24)축에 편심되어 모터의 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 원형 캠(22a)이 피스톤(22b)을 미는 구조로 이루어져 있다.

여기서, 피스톤(20b)에 작용하는 힘(F)은 어큐뮬레이터(21)의 압력(P)과 피스톤 단면적(S)의 곱이므로, 다음 식 1과 같이 표현할 수 있다.

F = P ×S --------(식 1)

유압모터(24)에 최대토오크가 발생되는 시점은 축중심과 원중심이 피스톤(8b) 운동방향과 90°를 이룰 때이다. 이때의 토오크(T)는 피스톤(8b)에 작용하는 힘(F)과 편심양(d)의 곱이므로, 다음 식2와 같이 표현할 수 있다.

T = F ×d -------(식 2)

식(1)을 이용하여 식 2를 다시 정리하면,

T = P ×S ×d

일반적으로 유압모터(24)로는 DC모터가 사용되며, DC모터의 전류와 토오크 특성은 도 5에 도시된바와 같이, 비례관계에 있다.

이를 식으로 정리하면, 식 3과 같이 정리할 수 있다.

I = K0 + K1 ×T --------(식 3)

(여기서 K0, K1은 모터에 따른 상수이다)

식 2를 식 3에 대입하여 정리하면,

I = K0 + K1 ×(P ×S ×d)------(식 4)

여기서 피스톤 단면적(S), 편심양(d), K0 및 K1은 미리 정해져 있으므로, 어큐뮬레이터(21)의 압력(P)을 알 수 있으면, 어큐뮬레이터(21)의 특정압력에서 유압모터의 회전을 지속시키기 위한 최소의 구동전류를 구할 수 있다.

한편, 유압모터(24)의 최소구동전류를 구한 후, 제어부(28)는 압력센서(23)에서 검출된 현재압력(P0)이 미리 설정된 목표압력(P1)을 추종하도록 비례제어(Proportion control)를 수행한다.

제어부(28)는 이 비례제어에 의한 출력전류(ΔI)와 위에서 구한 최소구동전류(I)를 더하여 목표전류(I1)(I+ΔI)를 산출한다. 현재압력(P0)과 목표압력(P1)의 압력차이가 처음에는 크기 때문에 비례제어에 의한 출력전류 또한, 초기에는 크다가 현재압력이 목표압력에 도달함에 따라 점차 작아지게 된다.

목표전류가 결정되면, 제어부(28)는 전류센서(23)로부터 유압모터(24)의 현재전류(I0)를 읽어 들여 현재전류(I0)가 목표전류(I1)를 추종하도록 비례적분 제어(Proportion Integral control)를 수행한다. 이때, 비례적분 제어의 주요 목적은 목표전류명령과 현재전류명령의 차이인 전류편차 Δi 을 없애는 데 있다. 비례적분 제어시 제어부(28)는 목표전류명령신호에서 현재전류명령신호를 감산한 전류편차 Δi 의 부호와 전 단계의 전류편차와 비교할 때 부호가 반전되는 시점부터 누적된 전류편차의 합이 0이 될 때 까지 유압모터(24)의 PWM 신호의 듀티비를 가변시켜 유압모터를 구동시킨다.

이때, 목표전류로부터 유압모터의 PWM 신호의 듀티비를 직접 설정하지 않고, 전류센서를 더 구비하여 현재전류와 목표전류에 대한 비례적분 제어를 수행하여 듀티비를 가변시키는 이유는 유압모터의 실제 전류를 검출하여 이를 이용함으로서 유압모터의 코일의 온도변화에 따른 특성변화와 유압모터의 회전에 따른 역기전력을 반영할 수 있기 때문이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 어큐뮬레이터의 압력이 목표압력 도달이전에는 유압모터의 정지를 방지하여 유압모터와 유압모터의 구동회로의 손상을 미연에 방지하는 효과가 있다.

본 발명은 유압모터를 불필요하게 큰 전류로 구동하지 않아 유압펌프의 구동소음을 최대한 줄이는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 유압모터의 구동에 의해 브레이크 저장소에 저장된 브레이크액을 어큐뮬레이터로 펌핑하는 유압펌프의 구동제어장치에 있어서,

   상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압을 감지하기 위한 유압감지수단,

   상기 유압감지수단에서 감지된 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압과 미리 설정된 목표 브레이크액압과의 압력차에 기초하여 상기 유압모터에 공급되는 목표전류를 결정하는 목표전류결정수단,

   상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 상기 목표 브레이크액압이하이면 유압모터의 현재구동전류가 상기 목표전류결정수단에서 결정된 목표전류를 추종하도록 상기 유압모터를 구동시키고, 상기 어큐뮬레이터에서의 브레이크액압이 상기 목표 브레이크액압이상이면, 상기 유압모터를 정지시키는 유압모터제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압펌프의 구동제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유압모터제어수단은 유압모터에 흐르는 구동전류를 감지하기 위한 전류감지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압펌프의 구동제어장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 목표전류결정수단은 상기 압력감지수단으로부터 감지된 어큐뮬레이터에서의 압력에서 상기 유압모터가 최대토오크를 발생시키는 시점에 상기 유압모터의 최소 구동전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 유압펌프의 구동제어장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 목표전류결정수단은 상기 유압감지수단에서 감지된 어큐뮬레이터에서의 브레이크유압에 근거하여 상기 유압모터의 최소의 구동전류를 산출하고, 상기 브레이크유압과 미리 설정된 목표 브레이크유압과의 압력차에 기초하여 상기 유압모터에 공급되는 목표전류를 상기 최소구동전류보다 크게 결정하는 것을 특징으로 하는 유압펌프의 구동제어장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 유압모터제어수단은 상기 유압모터의 현재구동전류가 상기 목표전류를 추정하도록 상기 유압모터에 공급되는 목표전류에 대한 PWM 신호의 듀티비를 가변시키는 것을 특징으로 하는 유압펌프 구동제어장치.
6. 유압모터의 구동에 의해 브레이크 저장소에 저장된 브레이크액을 어큐뮬레이터로 펌핑하는 유압펌프의 구동제어방법에 있어서,

   상기 유압펌프의 현재 토출압력을 감지하여 상기 토출압력에서의 유압모터의 구동에 필요한 최소 구동전류를 산출하고,

   상기 감지된 현재압력과 미리 설정된 목표압력과의 압력차에 대하여 비례제어에 의해 출력전류를 산출한 후 상기 산출된 출력전류와 상기 산출된 최소구동전류를 합산하여 목표전류를 산출하고,

   상기 유압모터의 현재 구동전류를 감지하여 상기 산출된 목표전류와의 전류편차에 대하여 비례적분 제어에 의해 상기 현재구동전류가 상기 목표전류를 추종하도록 PWM 신호를 가변시켜 상기 유압모터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 유압모터의 구동제어방법.