KR20100135562A - 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법 - Google Patents

전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법 Download PDF

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KR20100135562A
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손영섭
정정주
이충우
이영옥
장민석
이원구
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 전자식 주차 브레이크 시스템의 작동 및 해제를 위해 구동하는 모터의 회전수를 측정하고, 측정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정하고, 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법으로 홀 센서를 사용하지 않고도 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.

Description

전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법{FORCE CONTROL METHOD OF ELECTRONIC PARKING BRAKE SYSTEM}
본 발명은 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자식 주차 브레이크 시스템은 수동식 전자식 주차 브레이크 시스템을 그대로 유지하면서 모터가 장착된 별도의 엑츄에이터를 구동시켜 전자식 주차 브레이크와 연결된 주차케이블을 당겨주는 케이블 풀러 방식(Cable Puller Method)을 사용하여 운전자가 수동으로 전자식 주차 브레이크를 작동시키지 않더라도 간단한 스위치 조작을 통해 자동으로 전자식 주차 브레이크를 작동(Apply) 또는 해제(Release)시키는 시스템을 말한다.
이러한 전자식 주차 브레이크 시스템은 주차케이블을 당기거나 이완시키는 동작을 통해 제동 시에는 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이의 간격을 줄이고, 해제 시에는 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이의 간격을 일정하게 유지시킴으로써 제동력을 조절한다.
한편, 종래에는 홀 효과 제동력 센서(Hall effect force sensor)를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 측정함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어하였다.
그러나, 이러한 방식은 홀 효과 제동력 센서를 이용해야 하므로 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성이 복잡해지고 비용이 많이 드는 문제점이 있었다.
또한, 홀 효과 제동력 센서는 온도에 매우 민감하기 때문에 제동력을 추정하는데 있어서 온도의 영향을 많이 받게 되어 제동력의 오차가 크게 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템을 효과적으로 제어할 수 있는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 모터의 회전에 따른 관성의 영향을 고려하여 목표 제동력에 도달하기 전에 모터에 공급되는 전원을 차단함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템을 효율적으로 제어할 수 있는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법을 제공하는데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전자식 주차 브레이크 시스템 의 작동 및 해제를 위해 구동하는 모터의 회전수를 측정하고, 측정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정하고, 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어한다.
여기서, 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력은 아래의 [식 1]에 의하여 추정된다.
[식 1]
f(n) = a1n2 + a2n + a3
n = θ/2π
여기서, f(n)는 추정되는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력, n은 모터의 회전속도, a1와 a2는 계수 및 a3는 상수이다.
또한, 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어하는 것은 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 검출하고, 검출된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력이 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력에 도달하기 전에 모터로 공급되는 전원을 차단하는 것이다.
여기서, 모터에 공급되는 전원을 차단하는 것은 모터의 회전에 따른 관성의 영향에 의해 더 가해지는 제동력을 예측하고, 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력에서 예측된 제동력을 고려하여 상기 모터에 공급되는 전원을 차단하는 시점을 검출하고, 검출된 시점에서 모터로 공급되는 전원을 차단하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템을 효과적으로 제어할 수 있는 효과를 창출한다.
둘째, 홀 효과 제동력 센서를 사용하지 않기 때문에 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성을 단순화시킬 수 있으며, 이로 인한 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 온도의 영향에 민감한 홀 효과 제동력 센서를 사용하지 않음으로써 온도의 변화에 따라 발생할 수 있는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다. 즉, 온도의 변화에 강인한 전자식 주차 브레이크 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
넷째, 모터의 회전에 따른 관성의 영향을 고려하여 목표 제동력에 도달하기 전에 모터에 공급되는 전원을 차단함으로써 제동력의 오차를 줄이게 되어 전자식 주차 브레이크 시스템을 효율적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 전자식 주차 브레이크 시스템은 전자식 주차 브레이크의 작동 또는 해제를 위해 구동하는 모터(1)와, 모터(1)에 연결된 다단의 기어(2)와, 다단의 기어(2)에 기계적으로 링크된 기어휠(3)과, 기어휠(3)의 내주면에 일체로 고정되어 있는 중공 형태의 스크류 너트(4)와, 스크류 너트(4)의 내주면에 기어 결합되어 기어휠(3)의 회전에 따라 축 방향으로 이동하는 스핀들(5)과, 기어휠(3)을 중심으로 스핀들(5)의 아웃렛 방향(주차케이블의 작동 방향)에 연결된 주차케이블(6)과, 주차케이블(6)이 연결된 스핀들(5)의 외주면에 고정되어 브레이크 작동 시 잡아 당겨질 때 스핀들(5)이 과도하게 잡아당겨서 회전하는 것을 방지하는 스토퍼부재(7)를 포함한다.
또한, 기어휠(3)과 스토퍼부재(7) 사이에는 모터(1)의 구동으로 기어휠(3) 및 스크류 너트(4)의 회전에 의해 주차케이블(6)을 당기거나 이완시켜 주는 힘을 조절하는 제1 및 제2 스프링(8,9)을 더 설치한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전자식 주차 브레이크 시스템은 스위치(10), 측정부(20), 제어부(30) 및 저장부(40)를 포함하여 구성된다.
스위치(10)는 전자식 주차 브레이크의 작동 또는 해제를 위해 운전자가 조작한다.
측정부(20)는 전자식 주차 브레이크의 작동 및 해제를 위해 구동하는 모터(1)의 회전수를 측정하는 것으로, 엔코더 등으로 구성된다. 이러한 엔코더는 모터의 후면에 부착되며, 모터의 회전축(샤프트)이 엔코더 안으로 삽입되는 방식을 사용하여 모터의 회전수를 검출한다.
제어부(30)는 전자식 주차 브레이크 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 마이컴으로, 측정부(20)에서 측정한 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정한다.
보다 구체적으로 설명하면, 제어부(30)는 아래의 [식 1]에 의하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정한다.
[식 1]
f(n) = a1n2 + a2n + a3
n = θ/2π
여기서, f(n)는 추정되는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력, n은 모터의 회전속도, a1과 a2는 계수, a3은 상수이다.
이하에서는 상술한 [식 1]을 도출하는 과정에 대하여 설명하도록 한다.
도 3a는 모터의 회전수에 따른 제동력을 나타낸 실험 결과 그래프, 도 3b는 주차케이블의 스트로크 대비 장력의 실험 결과 그래프 및 도 3c는 주차케이블의 초기 조건에 따른 모터의 회전수 대비 제동력의 실험 결과 그래프를 나타낸다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 상기의 [식 1]은 모터(1)의 회전속도가 감소하는 시점부터 모터(1)의 회전수에 따른 제동력을 측정하는 실험을 여러 번 수행함으로써 모터의 회전수 대비 제동력에 대한 함수인 [식 1]을 도출하게 된다.
즉, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 모터(1)의 회전수에 따른 제동력을 측정하 기 위해서는 주차케이블(6)의 스트로크(stroke) 대비 장력의 특성을 이용하여 제동력을 측정하는데, 주차케이블(6)의 초기 위치가 다르면 모터(1)의 회전수가 같더라도 제동력이 달라지는 현상이 발생하기 때문에 주차케이블(6)이 효과적으로 작동하는 시점인 모터(1)의 회전속도가 감소하는 시점부터 모터(1)의 회전수에 따른 제동력을 측정하여 [식 1]과 같은 함수를 도출하게 되는 것이다.
또한, 제어부(30)는 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어한다. 즉, 제어부(30)는 모터의 회전수 대비 제동력에 대한 함수인 [식 1]을 이용하여 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어한다.
도 4a는 목표 제동력이 80Kgf일 경우, 모터의 회전수를 이용하여 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력과 홀 센서로 측정된 제동력을 나타낸 실험 결과 그래프, 도 4b는 목표 제동력이 90Kgf일 경우, 모터의 회전수를 이용하여 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력과 홀 센서로 측정된 제동력을 나타낸 실험 결과 그래프 및 도 4c는 목표 제동력이 100Kgf일 경우, 모터의 회전수를 이용하여 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력과 홀 센서로 측정된 제동력을 나타낸 실험 결과 그래프이다.
제어부(30)는 도 4a 내지 도 4c에서 도출된 실험 결과들을 토대로 가중치가 부여된 Least Square Estimation 방식을 이용하여 [식 1]의 파라미터를 구하고, 이러한 [식 1]을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어한다. 도 4a 내지 도 4c의 실험 결과에서와 같이, 모터의 회전수를 이용하여 추정된 전자식 주차 브레이 크 시스템의 제동력과 홀 효과 제동력 센서를 이용하여 측정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력은 거의 동일하므로 [식 1]을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정하면, 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력이 잘 추정되는 것을 알 수 있다.
한편, 제어부(30)는 제동 시 전자식 주차 브레이크 시스템의 현재 제동력을 검출하고, 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력이 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 즉, 목표 제동력에 도달하기 전에 모터(1)로 공급되는 전원을 차단한다.
도 5는 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정하였을 때 발생한 제동력 오차를 나타낸 실험 결과 그래프, 도 6a 내지 도 6c는 모터의 회전에 따른 관성의 영향을 고려하여 실험 결과 그래프들 및 도 7은 모터의 회전에 따른 관성의 영향을 고려한 여부에 따른 제동력의 오차를 비교한 실험 결과 그래프를 나타낸다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 5에서 도시한 바와 같이, 모터(1)의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정하면, 음의 제동력 오차가 발생한다는 것을 알 수 있다. 이는 모터(1)의 전원을 차단한 이후에 모터(1)의 회전에 따른 관성의 영향에 의해 제동력이 더 가해지기 때문에 음의 제동력 오차가 발생하는 것이다.
따라서, 제어부(30)는 모터(1)와 전자식 주차 브레이크 시스템의 모델링(Modelimg) 수식을 통해 모터(1)의 회전에 따른 관성의 영향에 의해 더 가해지는 제동력을 예측하고, 예측된 제동력을 저장부(40)에 저장한다. 그리고, 제어부(30)는 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력에서 예측된 제동력을 고려하여 모터(1)로 공급되는 전원을 차단하는 시점을 검출함으로써 검출된 시점을 기준으로 하여 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어할 수 있게 되는 것이다.
도 6a 내지 도 6c 및 도 7을 참조하면, 도 6a는 목표 제동력이 80[kgf], 도 6b는 목표 제동력이 90[kgf], 도 6c는 목표 제동력이 100[kgf]일 때의 실험 결과를 나타낸 도면으로, 상술한 방식으로 목표 제동력인 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력에 도달하기 전에 모터(1)로 공급되는 전원을 차단하면, 모터(1)의 회전에 따른 관성의 영향을 고려하여 제어하였을 때의 제동력 오차가 모터(1)의 회전에 따른 관성의 영향을 고려하지 않고 제어하였을 때의 제동력 오차보다 더 작고, 편차 또한 줄어들었다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 별도의 부가 비용 없이 모터(1)의 회전에 따른 관성의 영향을 고려하여 모터(1)로 공급되는 전원을 차단하는 시점을 적절하게 제어하면, 전자식 주차 브레이크 시스템을 보다 정확하게 제어하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 오차를 효율적으로 줄일 수 있다.
저장부(40)는 모터의 회전수에 따른 전자식 주차 브레이크 시스템의 추정 제동력에 대한 수식, 목표 제동력, 모터(1)의 회전에 따른 관성의 영향으로 더 가해지는 제동력에 대한 정보를 저장하며, 이러한 저장부(30)는 디램(Dynamic Random Access Memory: DRAM), 에스디램(Synchronous DRAM: SDRAM), 알디램(Rambus DRAM: RDRAM), 디디알램(Double date rate DRAM: DDRAM), 에스램(Static Random Access Memory: SRAM)과 같은 저장매체로 구성된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어과정에 대해 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어과정을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
도 8에서, 측정부(20)를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 작동 및 해제를 위해 구동하는 모터(1)의 회전수를 측정한다(800).
다음으로, 제어부(30)는 측정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정한다(810).
이때, 제어부(30)는 아래의 [식 1]에 의하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정한다.
[식 1]
f(n) = a1n2 + a2n + a3
n = θ/2π
여기서, f(n)는 추정되는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력, n은 모터의 회전속도, a1와 a2는 계수, a3는 상수이다.
810단계를 수행한 후, 제어부(30)는 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어한다(820).
보다 구체적으로 설명하면, 제동 시 전자식 주차 브레이크 시스템의 현재 제 동력을 검출하고, 검출된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력이 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력에 도달하기 전에 모터(1)에 공급되는 전원을 차단한다.
즉, 모터(1)로 공급되는 전원을 차단하기 위하여 모터(1)의 회전에 따른 관성의 영향에 의해 더 가해지는 제동력을 미리 예측하여 저장하고, 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 즉, 목표 제동력에서 예측된 제동력을 고려하여 모터(1)에 공급되는 전원을 차단하는 시점을 검출하고, 이 시점에서 모터(1)로 공급되는 전원을 차단하도록 제어한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 블록도이다.
도 3a는 모터의 회전수에 따른 제동력을 나타낸 실험 결과 그래프이다.
도 3b는 주차케이블의 스트로크 대비 장력의 실험 결과 그래프이다.
도 3c는 주차케이블의 초기 조건에 따른 모터의 회전수 대비 제동력의 실험 결과 그래프이다.
도 4a는 목표 제동력이 80Kgf일 경우, 모터의 회전수를 이용하여 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력과 홀 센서로 측정된 제동력을 나타낸 실험 결과 그래프이다.
도 4b는 목표 제동력이 90Kgf일 경우, 모터의 회전수를 이용하여 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력과 홀 센서로 측정된 제동력을 나타낸 실험 결과 그래프이다.
도 4c는 목표 제동력이 100Kgf일 경우, 모터의 회전수를 이용하여 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력과 홀 센서로 측정된 제동력을 나타낸 실험 결과 그래프이다.
도 5는 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정하였을 때 발생한 제동력 오차를 나타낸 실험 결과 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 모터의 회전에 따른 관성의 영향을 고려하여 실험 결과 그래프들이다.
도 7은 모터의 회전에 따른 관성의 영향을 고려한 여부에 따른 제동력의 오차를 비교한 실험 결과 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어과정을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
＊도면의 주요부분에 대한 부호 설명＊
10...스위치 20...측정부
30...제어부 40...저장부

Claims (4)

  1. 전자식 주차 브레이크 시스템의 작동 및 해제를 위해 구동하는 모터의 회전수를 측정하고,
    상기 측정된 모터의 회전수를 이용하여 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 추정하고,
    상기 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 이용하여 상기 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력은,
    아래의 [식 1]에 의하여 추정되는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법.
    [식 1]
    f(n) = a1n2 + a2n + a3
    n = θ/2π
    여기서, f(n)는 추정되는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력, n은 모터의 회전속도, a1와 a2는 계수 및 a3는 상수이다.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 이용하여 상기 전자식 주차 브레이크 시스템을 제어하는 것은,
    상기 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력을 검출하고,
    상기 검출된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력이 상기 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력에 도달하기 전에 상기 모터로 공급되는 전원을 차단하는 것인 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 모터에 공급되는 전원을 차단하는 것은,
    상기 모터의 회전에 따른 관성의 영향에 의해 더 가해지는 제동력을 예측하고,
    상기 추정된 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력에서 상기 예측된 제동력을 고려하여 상기 모터에 공급되는 전원을 차단하는 시점을 검출하고,
    상기 검출된 시점에서 모터로 공급되는 전원을 차단하는 것인 전자식 주차 브레이크 시스템의 제동력 제어방법.
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