KR20110011937A - 전자식 주차 브레이크 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

전자식 주차 브레이크 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브레이크; 브레이크에 제동력을 인가하는 주차 케이블; 주차 케이블에 장력을 인가하는 모터; 모터의 전류를 감지하는 전류센서; 모터의 전류에 기초하여 브레이크의 제동력을 판단하고, 제동력에 기초하여 모터의 구동을 제어하는 전자제어유닛을 포함한다.
본 발명은 소형의 전류 센서를 이용하여 주차 케이블의 장력을 감지함으로써 전류 센서 설치 시 전류 센서 설치 공간 확보가 용이하고, 나아가 전자식 주차 브레이크 시스템의 제품 사이즈를 줄일 수 있다. 또한 저렴한 전류 센서를 이용하여 주차 케이블의 장력을 감지함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템의 제조 비용을 낮출 수 있고, 나아가 전자식 주차 브레이크 시스템의 제품 가격 및 차량의 가격도 낮출 수 있다.

Description

전자식 주차 브레이크 시스템 및 그 제어 방법{Electronic parking brake system and method of controlling the same}
본 발명은 전자식 주차 브레이크 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케이블 풀러형 전자식 주차 브레이크의 제동력을 확보하기 위한 전자식 주차 브레이크 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
브레이크 시스템(brake system)은 주행 중인 차량을 감속 및 정지시키고 동시에 정지된 상태가 유지되도록 하는 장치로, 브레이크 시스템에는 주행 중인 차량을 감속 및 정지시키고, 차량을 정지한 상태로 유지시키는 주차 브레이크가 있다.
주차 브레이크는 차량 내부의 운전석 일측에 구비된 레버의 조작에 의해 주차 케이블이 당겨지도록 하고 주차 케이블에 연결된 차륜에 제동력을 제공하여 차륜이 정지된 상태로 유지되도록 하고, 이와 반대로 레버를 풀어 주면 주차 케이블이 풀려 차륜에 제공된 제동력이 해제되도록 한다. 이와 같이, 주차 케이블의 장력을 이용하여 차륜에 제동력을 제공 또는 해제하는 주차 브레이크의 작동 방식을 케이블 풀러(cable puller)형이라고 한다.
이러한 케이블 풀러형 주차 브레이크는 운전자의 의지에 의해서만 작동, 즉 주차 또는 주행을 개시할 때마다 운전자가 레버를 작동시켜야 하므로 그 사용이 매우 번거로웠다. 이에 따라 차량의 작동 상태에 따라 모터에 의해 주차 브레이크가 자동적으로 작동되도록 하는 전자식 주차 브레이크(EPB) 시스템이 개발되었다.
전자식 주차 브레이크(EPB) 시스템은 스위치 조작으로 운전자의 수동조작 모드 및 전자유압제어유닛(HECU), 엔진 전자제어유닛(ECU), 트랙션 제어 유닛(TCU) 등과 연계하여 자동으로 주차 브레이크를 작동시키거나 풀어주고 긴급한 상황에서는 제동 안정성을 확보한다.
이러한 전자식 주차 브레이크(EPB) 시스템은 전자제어유닛(ECU), 모터, 기어, 주차 케이블 및 제동력 센서(Force Sensor) 등이 일체로 구성되어 있다. 여기서 전자제어유닛(ECU)은 캔(CAN)을 통해 전자유압제어유닛(HECU), 엔진 전자제어유닛(ECU), 트랙션 제어 유닛(TCU) 등으로부터 관련 정보를 입력 받고 운전자의 의도를 파악한 후 모터를 구동시킨다. 이때 모터의 구동으로 기어가 작동되고 기어의 작동에 의해 주차 케이블이 당겨져 차륜에 제동력이 제공되며 이에 따라 차량이 안정적인 상태로 유지된다. 여기서, 주차 케이블의 장력은 제동력 센서(Force Sensor)가 감지하고, 차량 조건 및 차량 경사도에 기초하여 주차 케이블의 장력을 자동 설정함으로써 차륜에 적절한 제동력이 가해지도록 한다.
여기서 주차 케이블의 장력을 감지하는 제동력 센서는 사이즈가 크고 그 구조가 복잡하며 제품 비용이 비싸 전자식 주차 브레이크 시스템의 사이즈 또한 커지고 전자식 주차 브레이크 시스템의 제조 비용이 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모터의 전류에 따라 제동력을 제어하여 제품 사이즈 감소 및 제조 비용 절감이 가능한 전자식 주차 브레이크 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적인 수단은 브레이크; 브레이크에 제동력을 인가하는 주차 케이블; 주차 케이블에 장력을 인가하는 모터; 모터의 전류를 감지하는 전류센서; 모터의 전류에 기초하여 브레이크의 제동력을 판단하고, 제동력에 기초하여 모터의 구동을 제어하는 전자제어유닛을 포함한다.
전자제어유닛은, 모터의 전류에 기초하여 주차 케이블에 인가되는 장력을 산출하고, 산출된 장력에 대응하는 브레이크의 제동력을 판단한다.
모터의 회전수를 카운트하는 홀센서를 더 포함하고, 전자제어유닛은, 산출된 장력에 모터의 회전수를 적용하여 장력을 보정한다.
모터의 회전수에 대응하는 주차 케이블의 작동 행정 데이터가 미리 저장되어 있는 저장부를 더 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적인 방법은 브레이크 제동 시 모터의 전류를 검출하고, 모터의 전류에 기초하여 브레이크의 제동력을 판단하고, 제동력에 대응하여 모터의 구동을 제어한다.
브레이크의 제동력을 판단하는 것은, 모터의 회전수를 검출하고, 모터의 전류와 회전수에 기초하여 브레이크에 연결된 주차 케이블의 장력을 판단하고, 주차 케이블의 장력에 대응하는 제동력을 판단하는 것을 더 포함한다.
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 따르면 소형의 전류 센서를 이용하여 주차 케이블의 장력을 감지함으로써 전류 센서 설치 시 전류 센서 설치 공간 확보가 용이하고, 나아가 전자식 주차 브레이크 시스템의 제품 사이즈를 줄일 수 있다.
또한 저렴한 전류 센서를 이용하여 주차 케이블의 장력을 감지함으로써 전자식 주차 브레이크 시스템의 제조 비용을 낮출 수 있고, 나아가 전자식 주차 브레이크 시스템의 제품 가격 및 차량의 가격도 낮출 수 있어 소비자에게 경제적이다. 이에 따라 저렴한 전자식 주차 브레이크 시스템이 적용된 차량을 대중화시킴으로써 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 주차브레이크 장치의 예시도로서 케이블 플러형 전자식 주차 브레이크를 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시된 전자식 주차 브레이크 장치를 제어하기 위한 전자식 주차브레이크 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 전자식 주차브레이크 장치는 케이블 플러형 전자식 주차 브레이크 장치로, 모터(10), 기어열(20), 너트부재(25), 스핀들(30), 주차케이블(40), 탄성부재(50)를 포함하고, 전자식 주차 브레이크 시스템은 전자식 주차브레이크 장치(10, 20, 30, 40), 브레이크(60), 차륜(70), 레버(80), 자동 주차 스위치(90), 전자제어유닛(ECU: 100), 전류센서(110), 홀센서(120)를 포함한다.
모터(10)는 레버(80) 또는 자동 주차 스위치(90) 조작 시 배터리(미도시)로부터 공급된 전원을 통해 정회전 또는 역회전하여 브레이크(60)에 제동력 또는 해제력을 제공함으로써 브레이크(60)를 작동 또는 해제시킨다.
기어열(20)은 모터(10)의 회전에 의해 구동하되, 복수 개가 외주면에 형성된 헬리컬(Helical) 기어에 서로 치합되어 회전하면서 스핀들(30)을 직선 왕복 이동시킨다. 기어열(20)은 스핀들(30)과 나사 결합되고 스핀들(30)의 이동 방향에 대해 반대 방향으로 이동하는 너트부재(25)를 포함한다.
스핀들(30)은 외주면에 스크류(Screw)가 형성되어 있고 이 스크류는 기어열(20)의 너트부재(25)와 나사 결합되어 기어열(20)의 구동에 따라 너트부재(25) 내에서 회전하면서 직선 이동하고, 스핀들(30)의 끝단은 주차 케이블(40)이 연결되어 있어 스핀들(30)의 직선 이동에 대응하여 주차 케이블(40)이 당겨지거나 풀어진다. 이때 스핀들(30) 이동 시 스핀들(30)의 이동력에 대응하는 반력이 기어열(20)의 너트부재(25)에 작용한다.
주차 케이블(40)은 스핀들(30)의 끝단에 연결되어 스핀들(30)의 이동에 대응하여 당겨지거나 풀어지면서 브레이크(60)에 제동력을 제공한다.
탄성부재(50)는 기어열(20)의 너트부재(25)의 이동에 대응하여 압축된다. 즉, 탄성부재(50)는 너트부재(25)의 이동에 따라 압축되되 스핀들(30)의 이동에 따라 주차 케이블(40)에 작용하는 장력에 대응하여 압축된다.
브레이크(60)는 좌/우측의 후륜에 각각 장착되고, 각 브레이크(60)는 주차 케이블(40)을 통해 스핀들(30)과 연결되며, 스핀들(30)의 직선 이동에 대응하는 주 차 케이블(40)의 장력이 전달되어 차륜(70)에 제동력을 제공하거나 또는 차륜(70)에 제공된 제동력을 해제한다.
레버(80)는 사용자에 의해 차량의 주행(D), 중립(N), 후진(R), 시퀀셜(S) 모드 또는 주차(P) 모드가 조작되는 것으로, 본 실시예에서는 차량의 주차 모드를 중심으로 설명하도록 한다. 레버(80)는 차량의 주차 모드를 주차 해제 모드(즉, 주행 또는 중립 모드)로, 또는 주차 해제 모드에서 주차 모드로 변경하고자 할 때 사용자에 의해 조작되고 조작된 신호는 전자제어유닛(100)로 전송한다.
자동 주차 스위치(90)는 사용자에 의해 온으로 조작되면 자동 주차 모드 설정 신호를 전자제어유닛(100)으로 전송한다. 즉 자동 주차 스위치(90)가 온으로 조작된 경우 차량의 상태 변화에 따라 차량의 주차 모드 또는 주차 해제 모드를 자동으로 변경되도록 한다.
전자제어유닛(ECU: 100)은 레버(80)로부터 전송된 모드 신호를 분석하여 주차 모드 또는 주차 해제 모드로 변경되었는지 판단하고, 판단 결과에 따라 브레이크(60)의 작동을 제어한다.
전자제어유닛(100)은 자동 주차 스위치(90)로부터 자동 주차 모드 설정 신호가 입력되면 자동 주차 모드로 설정하고, 각종 센서(미도시) 또는 각종 시스템의 전자제어유닛(미도시)으로부터 전송된 데이터를 기초로 차량의 상태를 분석하여 차량의 주차 모드 또는 주차 해제 모드인지 판단하고, 차량의 주차 모드 또는 주차 해제 모드로 변경되었다고 판단되면 전자제어유닛(100)의 작동을 제어한다. 그리고 전자제어유닛(100)은 모터(10)의 회전을 제어하여 브레이크(60)가 작동 또는 해제 되도록 한다. 이에 따라 차량이 주차 모드 또는 주차 해제 모드가 수행되도록 한다.
전자제어유닛(100)은 주차 모드 또는 주차 해제 모드 수행 시 모터(10)에 흐르는 전류에 기초하여 주차 케이블(40)의 장력을 산출하고, 모터(10)의 회전수에 대응하는 주차 케이블(40)의 작동 행정 데이터를 획득하여 산출된 주차 케이블(40)의 장력을 보정하며 주차 케이블(40)의 장력에 기초하여 브레이크(60)의 제동력을 예측하고, 예측된 제동력에 기초하여 모터(10)의 회전을 제어함으로써 주차 케이블(40)의 장력 및 브레이크(70)의 제동력을 제어한다.
전류센서(110)는 모터(10)의 정회전 또는 역회전 시 모터에 흐르는 전류를 감지하여 전자제어유닛(100)으로 전송하고, 홀센서(120)는 모터(10)의 정회전 또는 역회전 시 모터의 회전수를 카운트하여 전자제어유닛(100)으로 전송한다.
여기서 모터(10) 회전 시 주차 케이블(40)을 당기는 스핀들(30)의 이동력에 반하는 힘이 너트부재(25)에 작용하여 너트부재(25)가 이동하게 되고, 너트부재(25)의 이동력에 따라 탄성부재(50)가 압축된다. 즉, 모터(10)의 회전에 의해 탄성부재(50)를 압축하면서 너트부재(25)가 이동하게 되고, 너트부재(25) 이동 시 이동력은 모터(10)의 회전력에 대응한다. 이에 따라 모터(10)의 회전력에 대응하는 모터(10)의 전류에 기초하여 주차 케이블(40)의 장력을 산출하는 것이 가능하다.
그리고 모터(10)의 회전수에 대응하는 주차 케이블(40)이 당겨진 거리 데이터, 즉 작동 행정 데이터를 산출하는 것이 가능하다. 이 모터(10)의 회전수에 대응하는 작동 행정 데이터는 실험에 의해 산출되어 미리 저장되어 있다.
도 3은 본 발명 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 순서도로 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
본 실시예는 전자식 주차 브레이크 장치 중 케이블 풀러 형 전자식 주차 브레이크 장치로서, 자동 주차 스위치(90)의 온 조작에 따라 자동 주차 모드 수행 시 자동 주차를 수행해야 하는 경우 모터(10)를 회전시킨다.
다음 모터(10)의 회전력을 기어열(20)을 통해 변환하여 스핀들(30)을 직선 이동시키고, 스핀들(30)의 이동에 따라 그 끝단에 고정된 주차 케이블(40)이 당겨지며, 이때 주차 케이블(40)에 목표 장력 이상의 장력이 작용하면 차륜(70) 쪽에 구비된 브레이크(60)가 작동되어 차량을 안정된 자세로 유지시킨다.
이와 같은, 브레이크(60) 작동 시 브레이크(40)에 적절한 제동력을 제공하기 위해서는 모터(10)에 의한 회전력을 정확히 제어해야 한다. 이를 위해 주차 케이블(40)에 걸리는 장력을 감지하여 해야 한다. 이는, 모터(10)의 전류를 감지하는 전류센서(110)를 통해 이루어진다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하도록 한다.
자동 주차 스위치(90)가 온 조작(201)된 후 주차 모드를 수행한다고 판단되면, 모터(10)를 회전시킨다. 그리고 모터(10) 회전 시 모터(10)에 흐르는 전류 및 모터(10)의 회전수를 카운트(202)한다.
모터(10)의 회전에 의해 기어열(20)을 매개로 스핀들(30)을 회전시키면서 스핀들(30)의 이동에 따라 스핀들(30)의 끝단에 연결된 주차 케이블(40)이 잡아 당겨지고(203), 이 주차 케이블(40)에는 장력이 발생한다.
그리고 스핀들(30)에 나사 결합된 기어열(20)의 너트부재(25)는 스핀들(30) 의 이동방향에 반하는 이동력이 발생되고 기어열(20)의 너트부재(25)의 이동력에 따라 탄성부재(50)가 압축된다. 즉, 기어열(20)의 너트부재(25)는 주차 케이블(40)을 당기는 스핀들(30)의 이동력에 대응하는 반력이 작용한다. 이에 따라 기어열(20)의 너트부재(25)를 이동시키기 위해 기어열(20)에 회전력을 전달하는 모터(10)의 전류를 감지함으로써 주차 케이블(40)의 장력을 산출하는 것이 가능하다.
즉, 스핀들(30) 및 너트부재(25) 이동 시 모터(10)의 전류에 대응하는 주차 케이블(40)의 장력을 산출(204)한다.
다음 모터(10)의 회전수에 대응하는 주차 케이블(40)의 작동 행정(Stroke) 데이터를 획득(205)한다. 이때 모터(10)의 회전수에 대응하는 주차 케이블(40)의 작동 행정(Stroke) 데이터는 미리 저장되어 있다.
다음, 산출된 주차 케이블(40)의 장력에 획득된 주차 케이블(40)의 작동 행정(Stroke) 데이터를 적용하여 주차 케이블(40)의 장력을 보정(206)하고, 보정된 주차 케이블(40)의 장력에 대응하는 브레이크(60)의 제동력을 예측(207)한다.
다음 예측된 브레이크(60)의 제동력과 목표 제동력을 비교(208)하고, 이때 예측된 브레이크(60)의 제동력이 목표 제동력 이상이면 모터(10)의 회전을 정지(209)시키고, 예측된 브레이크(60)의 제동력이 목표 제동력 이하이면 예측된 브레이크(60)의 제동력이 목표 제동력이 되도록 모터(10)의 구동을 다시 제어(210)한다.
이와 같이, 모터(10)의 전류에 따른 주차 케이블(40)의 장력을 산출하고 산출된 주차 케이블(40)의 장력에 따라 모터의 회전을 제어하기 위한 제어 신호를 발 생함으로써 브레이크(60)의 제동력을 정확히 제어할 수 있다.
여기서 전류센서는 소형의 저가의 센서로 주차 케이블의 장력을 감지하기 위한 센서의 설치 공간 확보가 용이하고, 나아가 전자식 주차 브레이크 시스템의 제품 사이즈를 줄일 수 있으며, 전자식 주차 브레이크 시스템의 제조 비용을 낮출 수 있고, 나아가 전자식 주차 브레이크 시스템의 제품 가격 및 차량의 가격도 낮출 수 있어 소비자에게 경제적이다. 이에 따라 저렴한 전자식 주차 브레이크 시스템이 적용된 차량을 대중화시킴으로써 많은 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 순서도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10: 모터 20: 기어열
30: 스핀들 40: 주차 케이블
50: 탄성부재 60: 브레이크
70: 차륜 80: 레버
90: 자동 주차 스위치 100: 전자제어유닛
110: 전류센서 120: 홀센서

Claims (6)

  1. 브레이크;
    상기 브레이크에 제동력을 인가하는 주차 케이블;
    상기 주차 케이블에 장력을 인가하는 모터;
    상기 모터의 전류를 감지하는 전류센서;
    상기 모터의 전류에 기초하여 상기 브레이크의 제동력을 판단하고, 상기 제동력에 기초하여 상기 모터의 구동을 제어하는 전자제어유닛을 포함하는 전자식 주차 브레이크 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자제어유닛은,
    상기 모터의 전류에 기초하여 상기 주차 케이블에 인가되는 장력을 산출하고, 상기 산출된 장력에 대응하는 상기 브레이크의 제동력을 판단하는 전자식 주차 브레이크 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모터의 회전수를 카운트하는 홀센서를 더 포함하고,
    상기 전자제어유닛은, 상기 산출된 장력에 상기 모터의 회전수를 적용하여 상기 장력을 보정하는 전자식 주차 브레이크 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터의 회전수에 대응하는 상기 주차 케이블의 작동 행정 데이터가 미리 저장되어 있는 저장부를 더 포함하는 전자식 주차 브레이크 시스템.
  5. 브레이크 제동 시 모터의 전류를 검출하고,
    상기 모터의 전류에 기초하여 상기 브레이크의 제동력을 판단하고,
    상기 제동력에 대응하여 상기 모터의 구동을 제어하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 브레이크의 제동력을 판단하는 것은,
    상기 모터의 회전수를 검출하고,
    상기 모터의 전류와 회전수에 기초하여 상기 브레이크에 연결된 주차 케이블의 장력을 판단하고,
    상기 주차 케이블의 장력에 대응하는 상기 제동력을 판단하는 것을 더 포함하는 전자식 주차 브레이크 시스템의 제어 방법.
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