KR20130128986A - 스마트 부스터 제동장치 및 이를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법 - Google Patents

스마트 부스터 제동장치 및 이를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 부스터 제동장치 및 이를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법에 관한 것으로, 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법은 제어부가 제동압력 요구치를 계산하는 단계, 제동압력 요구치에 근거하여 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계 및 긴급제동이 요구되면 제어부가 약자속 제어를 통해 모터에 전류를 인가시켜 제동압력을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 제동압력 및 모터 전류값에 따라 긴급제동이 요구되는지 판단하고 기존 토크 제어시 발생하는 모터의 전압 부족 현상을 해결하기 위해 약자속 제어를 추가함으로써 실제 토크에 기여하는 전류값을 키울 수 있어 제동압력의 응답성을 향상시켜 제동거리를 줄일 수 있다. 또한 본 발명은 별도의 하드웨어 추가없이 제어로직의 설정만으로 수행될 수 있어 손쉽게 구현될 수 있다.

Description

스마트 부스터 제동장치 및 이를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법{SMART BOOSTER BRAKE DEVICE AND PRESSURE CONTROL METHOD IN CASE OF EMERGENCY BRAKE USING SMART BOOSTER BRAKE DEVICE}
본 발명은 스마트 부스터 제동장치 및 이를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 긴급제동이 요구되는 경우에 기존 토크 제어시 발생하는 모터의 전압 부족을 해결하기 위해서 약자속 제어를 추가하여 제동압력의 응답성을 향상시키는 스마트 부스터 제동장치 및 이를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법에 관한 것이다.
스마트 부스터 제동장치는 전동기 기반의 부스터를 이용하여 하이브리드 차량의 회생제동시에 협조제어가 가능한 능동형 제동장치이다.
스마트 부스터 제동장치에서 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 서브 마스터실린더에 압력이 형성되고, 솔레노이드 밸브에 개폐신호가 인가된다. 이 개폐신호로 인해 페달 시뮬레이터로 연결되는 노말클로즈형(Normal Close) 밸브는 오픈되고, 메인 마스터실린더로 연결되는 노말오픈형(Normal Open) 밸브는 클로즈된다.
따라서 서브 마스터실린더에 형성된 압력은 오픈된 밸브를 통해 페달 시뮬레이터로 전달되어 피스톤을 밀게 된다. 이로 인해서 페달 시뮬레이터 내부의 고무와 스프링 반력에 의해 운전자는 페달 답력을 느끼게 된다.
ECU(Electronic Control Unit, 이하 ECU)는 페달 스트로크 측정센서에서 감지한 스트로크와 서브 마스터실린더 압력 측정센서에서 감지한 압력을 통해 제동압력 요구치를 계산하고, 계산된 제동압력 요구치에 따라 모터를 구동시켜 제동압력을 형성한다.
종래의 스마트 부스터 제동장치를 통한 제동압력 제어시에 압력제어기는 비례 및 적분제어기로 현재의 제동압력과 제동압력 요구치의 차이를 제어하여 출력값인 토크를 출력했다.
스마트 부스터 제동장치는 초기에는 부하가 없다가 제동압력이 생성되면서 그 반발력에 의해 현재 압력에 비례한 부하가 생성된다.
따라서 스마트 부스터 제동장치는 초기에 빠르고 큰 제동압력이 요구되면 큰 토크가 필요한데, 초기에는 스마트 부스터 제동장치에 부하가 없기 때문에 속도가 빠르게 증가하게 되어 역기전력 상승이 발생한다.
종래에는 이 역기전력에 의해 모터에 전압이 부족하게 되고 생성되는 전류가 제한됨으로써 압력제어의 응답성 또한 제한 된다는 문제점이 발생하였다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 10-2008-0053863 호(2008.06.16.공개, 발명의 명칭 : 브레이크 비상 제어 시스템 및 방법)가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 긴급제동이 요구되는 경우에 기존 토크 제어시 발생하는 모터의 전압 부족을 해결하기 위해서 약자속 제어를 추가하여 제동압력의 응답성을 향상시키는 스마트 부스터 제동장치 및 이를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동 시 압력 제어 방법은, 제어부가 제동압력 요구치를 계산하는 단계; 상기 제동압력 요구치에 근거하여 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계; 및 상기 긴급제동이 요구되면 상기 제어부가 약자속 제어를 통해 모터에 전류를 인가시켜 제동압력을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 제동압력 요구치는 서브 마스터실린더 압력 측정센서를 통해 측정되는 서브 마스터실린더의 압력과 페달 스트로크 측정센서를 통해 측정되는 페달 스트로크에 근거하여 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계는, 상기 제동압력의 요구치가 제동압력 기준치 이상인지 판단하는 단계; 상기 제동압력의 요구치와 실제 제동압력의 차이가 제1설정값 이상인지 판단하는 단계; 및 상기 제동압력 요구치에 상응하여 산출되는 상기 모터의 전류 요구치와 상기 모터의 실제 전류의 차이가 제2설정값 이상인지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 스마트 부스터 제동장치는, 차량의 제동 시 가변하는 각종 요인들을 측정하는 센서부; 상기 센서부의 측정값을 입력받아 제동압력 요구치를 계산하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어로 제동압력을 형성하는 모터를 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부에서 입력된 요인들에 의해 계산되는 상기 제동압력 요구치에 근거하여 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하고, 상기 긴급제동이 요구되면 약자속 제어를 통해 상기 모터에 전류를 인가시켜 상기 제동압력을 형성한다.
본 발명에서 상기 센서부는 서브 마스터실린더의 압력을 측정하는 서브 마스터실린더 압력 측정센서와 페달 스트로크를 측정하는 페달 스트로크 측정센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제동압력 요구치는 서브 마스터실린더 압력 측정센서를 통해 측정되는 서브 마스터실린더의 압력과 페달 스트로크 측정센서를 통해 측정되는 페달 스트로크에 근거하여 연산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 긴급제동이 요구되는지에 대한 판단 시, 상기 제어부는 상기 제동압력의 요구치가 제동압력 기준치 이상인지에 대한 판단; 상기 제동압력의 요구치와 실제 제동압력의 차이가 제1설정값 이상인지에 대한 판단; 및 상기 제동압력 요구치에 상응하여 산출되는 상기 모터의 전류 요구치와 상기 모터의 실제 전류의 차이가 제2설정값 이상인지에 대한 판단을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 제동압력 및 모터 전류값에 따라 긴급제동이 요구되는지 판단하고 긴급제동이 요구되는 경우에 기존 토크 제어시 발생하는 모터의 전압 부족을 해결하기 위해서 약자속 제어를 추가함으로써 실제 토크에 기여하는 전류값을 키울 수 있어 제동압력의 응답성을 향상시켜 제동거리를 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 별도의 하드웨어 추가없이 제어로직의 설정만으로 수행될 수 있어 손쉽게 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법의 구현 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동시 압력 제어방법에 따른 효과 차이를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동시 압력 제어방법에 따른 효과 차이를 표로 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치 및 이를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치의 기능 블록도이다.
도 1을 참조하면 스마트 부스터 제동장치는 센서부(10), 제어부(20) 및 모터(30)를 포함한다.
센서부(10)는 차량의 제동 시 가변하는 각종 요인들을 측정하여 측정값을 제어부(20)로 전달한다. 본 실시예에서는 서브 마스터실린더 압력 측정센서(12)를 통해서 서브 마스터실린더의 압력을 측정하고, 페달 스트로크 측정센서(14)를 통해서 브레이크 페달의 스트로크를 감지하여 제어부(20)로 전달한다.
제어부(20)는 서브 마스터실린더 압력 측정센서(12)로부터 측정된 서브 마스터실린더 압력, 페달 스트로크 측정센서(14)로부터 측정된 브레이크 페달의 스트로크 및 모터(30)의 실제 전류값에 기초하여, 차량에 제동이 요구되는지와 차량에 긴급제동이 요구되는지를 판단한다.
차량에 제동이 요구되는 경우는 운전자가 브레이크 페달을 밟음으로 인해 서브 마스터실린더에 기준치 압력 이상의 압력이 가해지는 경우와 브레이크 페달의 스트로크가 기준치 변위 이상 변한 경우 등이 해당한다.
차량에 긴급제동이 요구되는지에 대한 판단 시 제어부(20)는 제동압력의 요구치가 기설정된 제동압력 기준치 이상인지에 대한 판단, 제동압력의 요구치와 실제 제동압력의 차이가 제1설정값 이상인지에 대한 판단 및 모터의 전류 요구치와 실제 전류의 차이가 제2설정값 이상인지에 대한 판단을 포함하여 수행한다.
그리고 세 가지 판단 조건을 모두 만족하면 차량에 긴급제동이 요구되는 상황으로 판단한다. 이와 같이 세 가지 판단 조건을 모두 만족하는지 판단하는 것은 긴급제동이 요구되지 않는 상황에서 모터 전류 약자속 제어를 하게 되어 발생할 수 있는 사고를 방지하기 위함이다.
차량에 긴급제동이 요구되는 상황에 대한 자세한 설명은 후술한다.
또한 제어부(20)는 차량의 제동 시 서브 마스터실린더 압력 측정센서(12)를 통해 측정되는 서브 마스터 실린더의 압력과 페달 스트로크 측정센서(14)를 통해 측정되는 페달 스트로크에 근거하여 차량의 제동을 위해 요구되는 제동압력 요구치를 계산하고 비례 및 적분제어기를 통해서 실제 압력값에 대한 압력 제어를 수행한다.
특히 본 실시예에서 제어부(20)는 계산된 제동압력 요구치를 발생시키기 전에 차량의 긴급제동이 요구되는지 판단하고, 긴급제동이 요구되는 경우 약자속 제어를 통해 제동압력을 형성한다.
약자속 제어란 모터(30)의 기준 속도를 초과하는 속도로 모터(30)를 동작시키는 경우에 역기전력 성분이 증가함으로써 발생하는 단위전류당 최대 토크 운전의 제한을 해결하기 위해서, 모터(30)의 전류 방향과 반대로 전류를 인가하여 역기전력 전체의 크기를 줄임으로써 원하는 토크를 발생시키는 제어를 의미한다.
모터(30)는 제어부(20)로부터 인가된 전류를 통해서 제동압력을 형성하고, 제어부(20)는 모터(30)에 형성되는 실제 전류값을 측정하여 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법의 구현 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동시 압력 제어방법을 살펴보면, 먼저 제어부(20)는 차량의 제동 시 서브 마스터실린더 압력 측정센서(12)를 통해 측정되는 서브 마스터 실린더의 압력과 페달 스트로크 측정센서(14)를 통해 측정되는 페달 스트로크에 근거하여 차량의 제동을 위해 요구되는 제동압력 요구치를 계산한다(S10).
여기서 차량의 제동은 운전자가 브레이크 페달을 밟음으로 인해 서브 마스터실린더에 기준치 압력 이상의 압력이 가해지는 경우와 브레이크 페달의 스트로크가 기준치 변위 이상 변한 경우 등으로서 이러한 경우 차량에 제동이 요구되는 것으로 판단된다.
여기서 기준치 압력과 기준치 변위는 운전자가 차량을 제동시킬 의사가 있는지를 판단하는 기준이 되는 값으로서, 긴급제동 시와 같이 차량을 즉시 정지시킬 정도의 값이 아닌 차량의 감속을 위해 필요한 값이면 된다.
다음으로 제어부(20)는 제동압력 요구치에 근거하여 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단한다(S20).
이 때 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계(S20)는 제동압력의 요구치가 기설정된 제동압력 기준치 이상인지 판단하는 단계(S20a), 제동압력의 요구치와 실제 제동압력의 차이가 제1설정값 이상인지 판단하는 단계(S20b) 및 모터의 전류 요구치와 실제 전류의 차이가 제2설정값 이상인지 판단하는 단계(S20c)를 포함한다.
제어부(20)는 전술한 세 가지 판단 단계에 해당하는 조건을 모두 만족하면 차량에 긴급제동이 요구되는 상황으로 판단한다. 이와 같이 세 가지 판단 단계에 해당하는 조건을 모두 만족하는지 판단하는 것은 긴급제동이 요구되지 않는 상황에서 모터 전류 약자속 제어를 하게 되어 발생할 수 있는 사고를 방지하기 위함이다.
구체적으로 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계(S20)의 의미를 살펴보면, 첫 번째 판단하는 단계(S20a)에서 제동압력의 요구치가 기설정된 제동압력 기준치 이상인 경우는 운전자가 밟은 브레이크 페달의 압력이 긴급제동이 요구된다고 판단될 정도로 큰 경우를 의미한다.
다음으로 판단하는 단계(S20b, S20c)에서 제1설정값과 제2설정값은 긴급제동이 요구된다고 판단될 정도로 브레이크 페달 압력이 급격히 상승한 경우에 해당하는 값을 의미한다. 즉, 제1설정값은 긴급제동을 위해 브레이크 페달의 압력을 급격하게 상승시켰으나 전술한 역기전력 상승으로 실제 제동압력이 이에 미치지 못하면서 발생한 차이값이 된다.
또한 제2설정값은 긴급제동을 위해 브레이크 페달의 압력을 급격하게 상승시켜 제어부(20)가 빠르게 모터에 요구 전류를 인가시켰으나 역기전력 상승으로 실제 전류가 이에 미치지 못하면서 발생한 차이값이 된다.
본 실시예는 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계(S20)를 순서대로 기재하였으나, 본 발명은 이와 같은 실시예에 한정되는 것이 아니며 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 각 판단 단계의 순서를 변경하여 판단하는 것이 가능하다.
전술한 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계(S20)에서 차량에 긴급제동이 요구된다고 판단되면 제어부(20)는 모터 전류 약자속 제어를 통해 제동압력을 빠르게 생성한다(S30).
약자속 제어란 모터(30)의 기준 속도를 초과하는 속도로 모터(30)를 동작시키는 경우에 역기전력 성분이 증가함으로써 발생하는 단위전류당 최대 토크 운전의 제한을 해결하기 위해서, 모터(30)의 전류 방향과 반대인 음의 전류를 인가하여 역기전력 전체의 크기를 줄임으로써 토크를 발생시키는 제어를 의미한다.
기설정된 기준전류를 모터(30)의 전류 방향과 반대로 인가하여 역기전력의 크기를 줄여 제동압력의 응답성을 향상시키게 된다. 이 때 기준전류란 역기전력의 크기를 줄일 수 있는 크기의 전류를 의미하는 것으로 차량에 긴급제동이 요구된다고 판단되면 미리 설정된 전류값을 모터(30)에 인가시킨다.
전술한 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계(S20)에서 차량에 긴급제동이 요구되지 않는 것으로 판단되면 제어부(20)는 약자속 제어가 아닌 제동압력 요구치에 대응되는 모터 전류를 모터에 인가하는 모터 전류 제어를 수행한다(S32).
다음으로 제어부(20)는 모터 전류 제어 및 모터 전류 약자속 제어에 의해 제동압력을 형성하여 차량을 제동시킨다(S40). 이하에서는 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 압력 제어방법의 효과를 검토한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동시 압력 제어방법에 따른 효과 차이를 그래프로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동시 압력 제어방법에 따른 효과 차이를 표로 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 종래의 스마트 부스터 제어장치를 이용한 압력 제어방법에 따른 모터 RPM 및 제동압력의 형성을 나타낸 그래프이고, (b)는 본 실시예에 따른 스마트 부스터 제어장치를 이용한 압력 제어방법에 따른 모터 RPM 및 제동압력의 형성을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면 본 실시예에 따른 스마트 부스터 제어장치를 이용한 압력 제어방법을 통해 b1시점에서 약자속 제어를 위한 기준전류를 모터(30)에 인가시킨다. 이로써 형성되는 실제 전류값과 모터(30)의 RPM 값이 (a)그래프에 나타난 종래의 스마트 부스터 제어장치를 이용한 압력 제어방법에 따라 형성되는 실제 전류값과 모터(30)의 RPM 값보다 증가한 것을 확인할 수 있다.
그리고 (b)에서 모터(30)의 RPM 값이 증가함에 따라 실제 제동압력이 (a)보다 빨리 제동압력 요구치를 추종함을 확인할 수 있다.
도 4를 참조하여 전술한 효과를 정리하면, 제어부(20)가 약자속 제어를 위한 기준전류를 모터(30)에 인가시킴으로써, 종래에 비해서 본 실시예는 Settling Time(정착 시간)이 85%로 감소하였고, 제동압력 응답성이 133%로 향상되었으며, RPM의 최대값도 116%로 증가하였음을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 제동압력 및 모터 전류값에 따라 긴급제동이 요구되는지 판단하고 긴급제동이 요구되는 경우에 기존 토크 제어시 발생하는 모터의 전압 부족을 해결하기 위해서 약자속 제어를 추가함으로써 실제 토크에 기여하는 전류값을 키울 수 있어 제동압력의 응답성을 향상시켜 제동거리를 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 센서부 12: 서브 마스터실린더 압력 측정센서
14: 페달 스트로크 측정센서 20: 제어부
30: 모터

Claims (7)

  1. 제어부가 제동압력 요구치를 계산하는 단계;
    상기 제동압력 요구치에 근거하여 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계; 및
    상기 긴급제동이 요구되면 상기 제어부가 약자속 제어를 통해 모터에 전류를 인가시켜 제동압력을 형성하는 단계
    를 포함하는 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제동압력 요구치는 서브 마스터실린더 압력 측정센서를 통해 측정되는 서브 마스터실린더의 압력과 페달 스트로크 측정센서를 통해 측정되는 페달 스트로크에 근거하여 연산되는 것을 특징으로 하는 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 긴급제동이 요구되는지 판단하는 단계는, 상기 제동압력의 요구치가 제동압력 기준치 이상인지 판단하는 단계;
    상기 제동압력의 요구치와 실제 제동압력의 차이가 제1설정값 이상인지 판단하는 단계; 및
    상기 제동압력 요구치에 상응하여 산출되는 상기 모터의 전류 요구치와 상기 모터의 실제 전류의 차이가 제2설정값 이상인지 판단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 부스터 제동장치를 이용한 긴급제동 시 압력 제어방법.
  4. 차량의 제동 시 가변하는 각종 요인들을 측정하는 센서부;
    상기 센서부의 측정값을 입력받아 제동압력 요구치를 계산하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어로 제동압력을 형성하는 모터를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 센서부에서 입력된 요인들에 의해 계산되는 상기 제동압력 요구치에 근거하여 차량에 긴급제동이 요구되는지 판단하고, 상기 긴급제동이 요구되면 약자속 제어를 통해 상기 모터에 전류를 인가시켜 상기 제동압력을 형성하는 스마트 부스터 제동장치.
  5. 제 5항에 있어서,
    상기 센서부는 서브 마스터실린더의 압력을 측정하는 서브 마스터실린더 압력 측정센서와 페달 스트로크를 측정하는 페달 스트로크 측정센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 부스터 제동장치.
  6. 제 6항에 있어서,
    상기 제동압력 요구치는 서브 마스터실린더 압력 측정센서를 통해 측정되는 서브 마스터실린더의 압력과 페달 스트로크 측정센서를 통해 측정되는 페달 스트로크에 근거하여 연산되는 것을 특징으로 하는 스마트 부스터 제동장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 긴급제동이 요구되는지에 대한 판단 시, 상기 제어부는 상기 제동압력의 요구치가 제동압력 기준치 이상인지에 대한 판단;
    상기 제동압력의 요구치와 실제 제동압력의 차이가 제1설정값 이상인지에 대한 판단; 및
    상기 제동압력 요구치에 상응하여 산출되는 상기 모터의 전류 요구치와 상기 모터의 실제 전류의 차이가 제2설정값 이상인지에 대한 판단
    을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트 부스터 제동장치.
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