KR20050019424A - 차량의 안정성 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 안정성 제어시스템에 관한 것으로, 상세하게는 운전자에 의한 급제동상태시 급격한 제동압력의 변화에 의한 진동 및 소음을 줄여주도록 하는 차량의 안정성 제어 시스템에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 운전자가 브레이크 페달을 조작함에 따른 제동압을 형성하기 위한 마스터 실린더와 상기 마스터 실린더의 토출유압의 압력을 측정하기 위한 제 1압력센서와, 휠 실린더의 압력을 측정하기 위한 제 2압력센서와, 상기 마스터 실린더에서 토출되는 유압을 휠 실린더 측으로 차단 및 개방하여 제동동작이 수행되도록 하는 다수개의 솔레노이드 밸브와, 상기 휠 실린더에 인가된 유압을 흡입하여 마스터 실린더로 공급하기 위한 펌프와, 상기 펌프를 구동하는 모터와, TCS 모드시 마스터실린더의 오일이 펌프의 인렛으로 흡입되게 안내하는 오일 흡입유로와, 그 오일 흡입유로에 구성되어 흡입유로를 개방 및 폐쇄하여 주는 셔틀밸브가 구성된 차량에 있어서, 상기 제 1압력센서와 제 2압력센서의 센싱값을 입력하여 현재 주행중인 차량의 급제동제어시 상기 모터의 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 한다.

Description

차량의 안정성 제어 시스템{System for controlling the stability of vehicles}
본 발명은 차량의 안정성 제어시스템에 관한 것으로, 상세하게는 운전자에 의한 급제동상태시 급격한 제동압력의 변화에 의한 진동 및 소음을 줄여주도록 하는 차량의 안정성 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 안티록 브레이크 시스템(Anti lock brake system 이하 ABS라 함)은 차륜속도로부터 연산되는 슬립률에 따라 휠에 가해지는 제동압을 적절히 조절하여 바퀴의 록킹(locking)을 방지하는 것이고, 트랙션 콘트롤 시스템(Traction control system 이하 TCS라 함)은 차량의 급발진이나 급가속시 과대한 슬립을 방지하기 위해 엔진의 구동력을 조절하는 것이다.
안티록 브레이크 시스템(ABS)과 트랙션 콘트롤 시스템(TCS)은 차량이 직선 도로를 주행하는 경우 양호한 성능을 발휘할 수 있으나, 커브 도로를 선회 주행하는 경우에는 바깥쪽으로 과도하게 기울어지는 언더스티어(Under steer)가 일어날 수 있고 이와 반대로 안쪽으로 과도하게 기울어지는 오버스티어(Over steer)가 일어날 수 있다.
그래서 차량이 주행하는 어떠한 상황에서도 차량의 자세를 안정적으로 제어하는 즉 차량의 조향성 상실을 방지하기 위한 차량 안정성 시스템(Electronic stability program 이하 ESP라 함)이 요구되고 있다. 일예로 선회주행시 운전자가 원하는 주행궤적에서 바깥으로 밀려나가는 언더스티어(Under steer)가 발생하는 상황에서는 후륜 내측 바퀴에 제동력을 가함으로써 차량이 바깥쪽으로 밀려 나가는 것을 방지하고, 선회주행시 차량의 선회속도가 과도하게 커져 운전자 원하는 주행궤적에서 안쪽으로 기울어지는 오버스티어(Over steer)가 발생하는 상황에서는 전륜 외측 바퀴에 제동력을 가하는 동작이 필요하다.
선회주행시 차량 안정성을 제어하기 위해서는 운전자가 희망하는 차량의 선회속도를 정확히 예측하고, 예측된 선회속도에 따라 차량이 주행하도록 전륜과 후륜에 적절한 제동압을 가할 수 있는지에 따라 시스템의 성능이 결정된다.
또한 차량의 안정성을 제어함에 있어서 전술한 ABS 및 TCS의 성능을 떨어뜨리지 않아야 하며, 이와 반대로 ABS 및 TCS에 의하여 차량의 안정성이 떨어지는 악영향을 미쳐서도 않된다. 그러므로, 차량의 운동 상태에 적절하게 차량의 안전성을 제어하기 위해서는 기존의 ABS 및 TCS와 서로 연계하여 협조 제어하는데 주안점을 두는 것이 바람직하다.
상기와 같은 종래의 차량 안정성 시스템은 긴급상황 발생에 의한 급제동제어시 급격한 제동압력이 변화로 인해 심한 진동과 함께 소음을 유발하는 문제점이 있었다. 즉, 급제동제어 개시시에는 운전자의 브레이크 조작으로 인해 마스터 실린더에 제동압이 고압으로 형성되어 휠 실린더의 유압과 압력차이가 현저하여 심한 진동과 함께 브레이크 페달에 그 압력차가 발생하여 운전자로 하여금 거부감을 일으키며, 급제동제어 해제시에는 휠 실린더에 고압이 형성되고 마스터 실린더에는 상대적인 저압이 형성되어 휠 실린더의 유압이 마스터 실린더측으로 환류될때 이도 역시 현저한 압력차로 인한 심한 진동과 함께 작동 소음이 발생하였던 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 급제동제어시 현재 휠 실린더에 작용되는 압력값을 감안하여 제동유압을 흡입 및 토출하는 펌프를 구동하기 위한 유압모터를 적절히 제어하는 차량의 안정성 제어 시스템을 제공하도록 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
현재 급제동 제어중인가를 판단하는 단계, 급제동 제어중이면 가압모드인가 판단하는 단계, 가압모드이면 유압모터에 가압 제어신호를 출력하는 단계, 상기 가압모드가 아니면 감압모드인지 판단하는 단계, 감압모드이면 유압모터에 감압 제어신호를 출력하는 단계로 구성된다.
상기 급제동제어중인가를 판단하는 것은 마스터 실린더 또는 휠 실린더의 제동압력값이 소정 설정값 초과이면 급제동 제어로 판단함을 특징으로 한다.
상기 가압모드인가를 판단하는 단계는 마스터 실린더 또는 휠 실린더의 제동압력이 상승중이면 가압모드로 판단함을 특징으로 한다.
상기 감압모드인가를 판단하는 단계는 마스터 실린더 또는 휠 실린더의 제동압력이 하강중이면 감압모드로 판단함을 특징으로 한다.
상기 유압모터에 출력하는 가압 제어신호 및 감압 제어신호를 PWM 제어신호임을 특징으로 한다.
상기와 같은 동작을 수행하기 위한 본 발명의 구성은,
운전자가 브레이크 페달을 조작함에 따른 제동압을 형성하기 위한 마스터 실린더와 상기 마스터 실린더의 토출유압의 압력을 측정하기 위한 제 1압력센서와, 휠 실린더의 압력을 측정하기 위한 제 2압력센서와, 상기 마스터 실린더의 토출유압을 휠 실린더측에 개방 및 폐쇄하여 주는 다수개의 TC밸브와, 상기 마스터 실린더에서 토출되는 유압을 휠 실린더 측으로 차단 및 개방하여 제동동작이 수행되도록 하는 다수개의 솔레노이드 밸브와, 상기 휠 실린더에 인가된 유압을 흡입하여 마스터 실린더로 공급하기 위한 펌프와, 상기 펌프를 구동하는 모터와, TCS 모드시 마스터실린더의 오일이 펌프의 인렛으로 흡입되게 안내하는 오일 흡입유로와, 그 오일 흡입유로에 구성되어 흡입유로를 개방 및 폐쇄하여 주는 셔틀밸브가 구성된 차량에 있어서, 상기 제 1압력센서와 제 2압력센서의 센싱값을 입력하여 현재 주행중인 차량의 급제동제어시 상기 모터의 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 제 1압력센서의 센싱값을 입력하여 그 변화율을 측정하고, 상기 측정된 압력변화율과 현재 마스터 실린더의 토출압력으로 급제동제어의 개시 및 해제를 판단하며, 급제동 제어의 개시 및 해제시 제동압력을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 급제동 제어부와, 상기 급제동 제어부의 제어신호를 입력하여 모터에 PWM 제어신호를 출력하는 PWM 발생부로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 급제동 제어는 상기 TC밸브를 오프하고, 셔틀밸브를 개방하여 마스터 실린더의 토출유압을 펌프에서 흡입하여 각 휠 실린더에 공급함으로써 수행됨을 특징으로 한다.
상기 급제동 해제는 상기 셔틀밸브를 폐쇄하고, 상기 TC밸브를 개방함으로써 수행됨을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 전자제어식 브레이크 시스템의 구성을 보인 유압 회로도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 보인 블록도 이며, 도 3은 본 발명의 제어 흐름도이다.
먼저, 도 1을 참조하여 그 유압 회로를 살펴보면,
본 발명에 따른 차량용 전자제어식 브레이크 시스템은 마스터실린더(20)의 프라이머리 포트(21)와 두개의 휠실린더(30)를 연결하여 액압 전달을 제어하는 프라이머리 유압회로(40A)와, 마스터실린더(20)의 세컨더리 포트(22)와 나머지 두개의 휠실린더(30)를 연결하여 액압 전달을 제어하는 세컨더리 유압회로(40B)와, 전기적인 구동요소를 제어하기 위한 제어부(도 2참조;3)를 갖추고 있으며, 이들은 모듈레이터블럭(40)에 콤팩트하게 설치된다.
이 프라이머리 유압회로(40A) 및 세컨더리 유압회로(40B)는 각각 두개씩의 휠실린더(30)측으로 전달되는 제동유압을 제어하기 위한 솔레노이드밸브(41)(42)들과, 휠실린더(30)측에서 빠져나온 오일 또는 마스터실린더(20)로부터 오일을 흡입하여 펌핑하는 펌프(44)와, 휠실린더(30)에서 빠져나오는 오일을 일시 저장하기 위한 저압어큐뮬레이터(43)와, 펌프(44)로부터 펌핑되는 액압으로부터 압력맥동을 저감시키기 위한 고압어큐뮬레이터(46)와, TCS 모드시 마스터실린더(20)의 오일이 펌프(44)의 인렛으로 흡입되게 안내하는 오일 흡입유로(48a)와, 마스터실린더(20)의 토출유압을 측정하기 위한 제 1압력센서(1)와, 각각의 휠 실린더(30)의 유압을 측정하기 위한 제 2압력센서(2)를 포함하고 있다.
다수개의 솔레노이드밸브(41)(42)는 휠실린더(30)의 상류측 및 하류측과 연계되는데, 이것은 각 휠실린더(30)의 상류측에 배치되며 평상시 개방된 상태로 유지되는 노말 오픈형 솔레노이드밸브(41)와, 이의 하류측에 배치되며 평상시 폐쇄된 상태로 유지되는 노말 클로즈형 솔레노이드밸브(42)로 구별된다. 이러한 솔레노이드밸브(41)(42)의 개폐작동은 각 휠측에 배치된 휠센서(미도시)를 통해 차량속도를 감지하는 제어부(3)에 의해 제어되며, 감압 제동에 따라 노말 오픈형 솔레노이드밸브(42)가 개방되어 휠실린더(30)측에서 빠져 나온 오일은 저압어큐뮬레이터(43)에 일시적으로 저장된다.
펌프(44)는 모터(45)에 의해 구동되어 저압어큐뮬레이터(43)에 저장된 오일을 흡입하여 고압어큐뮬레이터(46)측으로 토출함으로써(ABS 증압 또는 유지 모드 시), 액압을 휠실린더(30)측 또는 마스터실린더(20)측으로 전달하게 된다.
또한, 마스터실린더(20)와 펌프(44)의 아웃렛을 연결하는 메인유로(47a)에는 트랙션 콘트롤 제어를 위한 NO형 솔레노이드밸브(47, 이하에서는 TC밸브라 칭함)가 설치된다. 이 TC밸브(47)는 평상시 개방된 상태를 유지하여, 브레이크페달(10)을 통한 일반 제동시 마스터실린더(20)에서 형성된 제동 액압이 메인유로(47)를 통해 휠실린더(30)측으로 전달된다.
또한, 오일 흡입유로(48a)는 메인유로(47)에서 분기되어 마스터실린더(20)의 오일을 펌프(44)의 인렛측으로 흡입되게 안내하는 것으로, 여기에는 오일이 펌프(44) 인렛으로만 흐르도록 하는 셔틀밸브(48)가 설치되어 있다. 즉, 전기적으로 작동되는 셔틀밸브(48)는 오일 흡입유로(48a)의 중도에 설치되어 평상시 폐쇄되고 TCS 모드시 개방되게 작동한다.
상기 제어부(3)는 도 2에 도시된 바와 같이,
상기 제 1압력센서(1)의 센싱값을 입력하여 그 변화율을 측정하고, 상기 측정된 압력변화율과 현재 마스터 실린더(20)의 토출압력으로 급제동제어의 개시 및 해제를 판단하며, 급제동 제어의 개시 및 해제시 제동압력을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 급제동 제어부(3a)와, 상기 급제동 제어부(3a)의 제어신호를 입력하여 모터(45)에 PWM 제어신호를 출력하는 PWM 발생부(3b)로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제어 과정은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 현재 급제동 제어중인가를 판단하는 단계, 급제동 제어중이면 가압모드인가 판단하는 단계, 가압모드이면 유압모터에 가압 제어신호를 출력하는 단계, 상기 가압모드가 아니면 감압모드인지 판단하는 단계, 감압모드이면 유압모터에 감압 제어신호를 출력하는 단계로 구성된다.
이하 그 상세동작을 살펴보면 다음과 같다.
운전자에 의해 브레이크 페달(10)이 조작되어 마스터 실린더(20)에 제동압력이 형성되면 제어부(3)는 마스터 실린더(20)에 구성된 제 1압력센서(1)에서 감지한 제동압력값을 입력하게 된다.
제어부(2)의 급제동 제어부(3a)는 상기 제 1압력센서(1)에서 감지한 압력값(Pm)을 입력하여 그 변화율, 즉 기울기를 산출하게 된다.
제어부(2)의 급제동 제어부(3a)는 상기 산출된 압력변화율(ΔPm)과 제 1압력센서(1)에서 출력되는 값을 입력하여 현재 차량의 제동제어를 판단 수행하게 되는데,
먼저, 산출된 변화율(ΔPm)이 미리 설정된 값 초과인지 판단하게 된다. 즉, 운전자에 의한 제동압력의 상승률이 설정값 이상인지 판단하게 되고, 설정값 이상이면 현재 제 1압력센서(1)에서 센싱된 압력값이 미리 설정된 값 이상인지 판단하게 된다.
다시 말해, 급제동 제어부(3a)는 급제동제어를 수행함을 상기에서 설명한 바와 같이 제동압력의 상승률과 현재 압력값이 각각 미리 설정된 설정값 이상일때 급제동상황이라고 판단하는 것이다.
상기와 같이 급제동제어 개시라고 판단되면 제어부(3)는 유압 모듈레이터(40)의 모터(45)에 급제동제어 신호를 출력하게 되는데,
도 1에 도시된 바와 같이 TC밸브(47)을 폐쇄하고, 셔틀밸브(48)를 개방하며 모터(45)를 구동하여 흡입유로(48a)를 통해 제동압을 공급하게 된다.
즉, 마스터 실린더(20)에서 토출된 유압을 흡입유로(48a)를 통하여 펌프(44)가 흡입하여 각 휠 실린더(30)에 제공함으로써 급제동이 수행되는 것이다.
이때, 상기 마스터 실린더(20)의 토출압력은 휠 실린더(30)의 압력에 비해 상대적으로 고압(High pressure)을 형성하고 있는바, 제어부(3)는 상기 펌프(44)를 구동하는 모터(25)에 PWM 제어신호를 출력함으로써 급제동 제어에 의한 마스터 실린더(20)의 유압이 휠 실린더(30)측으로 선형적인 압력변화가 수행되도록 한다.
제어부(3)의 급제동 제어부(3a)는 휠 실린더(30)의 제 2압력센서(2)의 값을 입력하여 PWM 발생부(3b)에 PWM 신호의 듀티비를 제어하는데, 다음의 수학식에 의해 구현된다.
[수학식 1]
T = A+B·Pw
(여기서, T는 듀티비, A는 미리 설정된 기준주기, B는 가압듀티보정계수, Pw는 휠 실린더의 압력값)
상기 수학식 1을 참조해 보면 미리 설정된 기준주기에 휠 실린더(30)의 압력값을 고려하여 듀티비가 설정되는 것이고, 휠 압력값(Pw)이 변함에 따라 그 듀티비도 변화하는 것이다.
급제동제어의 해제는 마스터 실린더(20)의 압력 변화율(ΔPm)이 미리 설정된 값 미만이거나 제 1압력센서(1)에서 센싱된 압력값이 미리 설정된 값 미만이면 급제동 제어부(2a)는 급제동 해제상황으로 판단하여 급제동제어를 중지하고, 일반 제동제어를 수행하게 되는데, 이때는 휠 실린더(30)의 압력값이 마스터 실린더(20)의 압력값보다 상대적으로 고압(High pressure)으로 제어부(3)는 상기 펌프(44)를 구동하는 모터(25)에 PWM 제어신호를 출력하여 휠 실린더(30)의 제동유압이 마스터 실린더(20)측으로 유입될때 선형적인 압력변화가 이루어지도록 다음의 수학식과 같이 PWM 발생부(3b)에 PWM 신호의 듀티비를 제어하게 된다.
[수학식 2]
T = C ×PW
(여기서, T는 듀티비, C는 감압듀티보정계수, Pw는 휠 실린더의 압력값)
상기에서와 같이 본 발명에서는 마스터 실린더와 휠 실린더에 구성된 각각의 압력센서를 이용하여 급제동개시 및 해제를 판단함으로써 노약자나 여성운전자의 운전시 긴급상황이 발생하더라도 급제동 제어가 수행되어 제동거리가 단축됨과 동시에 급제동제어시 상기 마스터 실린더와 휠 실린더간의 압력차에 의한 진동 및 작동소음을 방지하여 줌으로 질 높은 제동장치를 제공하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 전자제어식 브레이크 시스템의 구성을 보인 유압 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 보인 블록도.
도 3은 본 발명의 제어 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 압력센서 2: 제어부
2a : 압력 변화율 판단부 2b : 급제동 제어부
40 : 압력 모듈레이터

Claims (10)

  1. 운전자가 브레이크 페달을 조작함에 따른 제동압을 형성하기 위한 마스터 실린더와 상기 마스터 실린더의 토출유압의 압력을 측정하기 위한 제 1압력센서와, 휠 실린더의 압력을 측정하기 위한 제 2압력센서와, 상기 마스터 실린더의 토출유압을 휠 실린더측에 개방 및 폐쇄하여 주는 다수개의 TC밸브와, 상기 마스터 실린더에서 토출되는 유압을 휠 실린더 측으로 차단 및 개방하여 제동동작이 수행되도록 하는 다수개의 솔레노이드 밸브와, 상기 휠 실린더에 인가된 유압을 흡입하여 마스터 실린더로 공급하기 위한 펌프와, 상기 펌프를 구동하는 모터와, TCS 모드시 마스터실린더의 오일이 펌프의 인렛으로 흡입되게 안내하는 오일 흡입유로와, 그 오일 흡입유로에 구성되어 흡입유로를 개방 및 폐쇄하여 주는 셔틀밸브가 구성된 차량에 있어서,
    상기 제 1압력센서와 제 2압력센서의 센싱값을 입력하여 현재 주행중인 차량의 급제동제어시 휠 실린더의 제동유압을 상기 모터의 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1압력센서의 센싱값을 입력하여 그 변화율을 측정하고, 상기 측정된 압력변화율과 현재 마스터 실린더의 토출압력으로 급제동제어의 개시 및 해제를 판단하며, 급제동 제어의 개시 및 해제시 제동압력을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 급제동 제어부와, 상기 급제동 제어부의 제어신호를 입력하여 모터에 PWM 제어신호를 출력하는 PWM 발생부로 구성됨을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 급제동 제어는 상기 TC밸브를 오프하고, 셔틀밸브를 개방하여 마스터 실린더의 토출유압을 펌프에서 흡입하여 각 휠 실린더에 공급함으로써 수행됨을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 급제동 해제는 상기 셔틀밸브를 폐쇄하고, 상기 TC밸브를 개방함으로써 수행됨을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
  5. 차량의 안정성 제어 시스템에 있어서,
    현재 급제동 제어중인가를 판단하는 단계, 급제동 제어중이면 가압모드인가 판단하는 단계, 가압모드이면 유압모터에 가압 제어신호를 출력하는 단계, 상기 가압모드가 아니면 감압모드인지 판단하는 단계, 감압모드이면 유압모터에 감압 제어신호를 출력하는 단계로 구성하는 차량의 안정성 제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 급제동제어중인가를 판단하는 것은 마스터 실린더 또는 휠 실린더의 제동압력값이 소정 설정값 초과이면 급제동 제어로 판단함을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 가압모드인가를 판단하는 단계는 마스터 실린더 또는 휠 실린더의 제동압력이 상승중이면 가압모드로 판단하고,
    상기 감압모드인가를 판단하는 단계는 마스터 실린더 또는 휠 실린더의 제동압력이 하강중이면 감압모드로 판단함을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 유압모터에 출력하는 가압 제어신호 및 감압 제어신호는 PWM 제어신호임을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
  9. 제 5항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 가압모드시 PWM 신호의 듀티비는 다음의 수학식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
    [수학식]
    T = A+B·PW
    (여기서, T는 듀티비, A는 미리 설정된 기준주기, B는 가압듀티보정계수, Pw는 휠 실린더의 압력값)
  10. 제 5항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 감압모드시 PWM 신호의 듀티비는 다음의 수학식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 차량의 안정성 제어 시스템.
    [수학식]
    T = C ×PW
    (여기서, T는 듀티비, C는 감압듀티보정계수, Pw는 휠 실린더의 압력값)
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