KR20160042445A - 자동차용 브레이크 시스템 - Google Patents

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KR20160042445A
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KR1020167006580A
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슈테판 드룸
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은 특히, 브레이크 페달 (1) 에 의해 작동될 수 있는 마스터 브레이크 실린더 (2), 배력을 생성하기 위한 피스톤-실린더 장치 (13), 전기적으로 제어가능한 압력 공급 디바이스 (19), 및 브레이크 압력 모듈레이션 밸브들 (6a-6d; 7a-7d) 을 포함하는 자동차용 브레이크 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 최적의 브레이크 페달 느낌과 브레이크 시스템 압력을 동시에 제공하기 위해, 전자 개루프 및 폐루프 제어 유닛 (14) 은 브레이크 페달 이동 (s) 과 브레이크 페달력 (F) 에 의해 정의되는 발견되었던 정의된 페달 상태 (s, F) 가 수학적 견지에서 최적인 제어 방법에 의해 타겟 상태 (s', F') 로 컨버팅되도록, 상기 압력 공급 디바이스 (19) 를 제어하도록 설계된 최적 제어기 (14) 를 포함하며, 상기 제어 방법은 품질 기준을 최소화한다.

Description

자동차용 브레이크 시스템{BRAKE SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES}
본 발명은 자동차용 브레이크 시스템에 관한 것이며, 적어도 하나의 유압식 피스톤, 적어도 하나의 압력 챔버, 및 브레이크 페달이 동작될 때 브레이크 시스템 압력 하에 놓이고 자동차의 휠들과 연관된 유압식으로 활성화되는 휠 브레이크들이 연결되는 적어도 하나의 연결된 브레이크 회로를 갖는 마스터 브레이크 실린더를 동작시키기 위한 브레이크 페달; 브레이크 페달 또는 브레이크 페달에 연결된 피스톤의 동작 변위를 검출하는 변위 검출 디바이스; 브레이크 페달에 의해 마스터 브레이크 실린더 상에 가해진 힘을 검출하는 페달력 검출 디바이스; 브레이크 시스템 압력을 휠 브레이크들로 전달하고, 필요한 경우에 휠 브레이크들을 개별적으로 조절하도록 설계된 브레이크 압력 모듈레이션 회로; 피스톤에 작용하는 페달력에 부가하여 마스터 브레이크 실린더의 피스톤에 동작 방향으로 작용하는 힘을 유압식으로 생성하기 위해 마스터 브레이크 실린더의 업스트림에 연결된 실린더-피스톤 디바이스; 압력 매체를 실린더-피스톤 장치 내에 공급하기 위한 압력 공급 디바이스; 압력 매체를 브레이크 회로 내에 공급하기 위한 유압식 디바이스; 페달력에 부가하여 마스터 실린더 피스톤에 동작 방향으로 작용하는 힘의 유압식 생성을 위해 마스터 브레이크 실린더의 업스트림에 연결된 실린더-피스톤 장치; 브레이크 시스템 압력의 조절을 위한 알고리즘이 구현되는 전자 제어 및 조절 유닛; 및 브레이크 시스템 압력을 검출하기 위한 적어도 하나의 압력 센서를 포함한다.
그러한 브레이크 시스템이 본 출원인의 이전 특허 출원 DE 10 2011 086 916 A1 으로부터 알려져 있다. 종래 기술의 브레이크 시스템의 특별한 특징은, 배력 (boosting force) 들에 의해 보조되는 제동 프로세스들로, 휠 브레이크들에 전달되는 압력 매체의 용적이 마스터 브레이크 실린더에 의해 출력되는 제 1 압력 매체 용적 컴포넌트와 배력을 생성하기 위한 디바이스에 의해 제어되는 제 2 압력 매체 용적 컴포넌트로 이루어지는 것이다. 그러나, 상기 공보는 최적의 브레이크 페달 느낌 및 브레이크 시스템 압력을 동시에 제공하기 위한 제어 엔지니어링 방법에 대해 어떤 언급도 개시하지 않는다.
설명된 종래 기술에서 시작하여, 본 발명의 목적은 최적의 브레이크 페달 느낌 및 브레이크 시스템 압력이 동시에 제공될 수 있는 브레이크 시스템을 제안하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제 1 항에 기재된 브레이크 시스템에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시형태들은 종속 청구항들 및 이하 설명에서 도면들을 사용하여 개시된다.
본 발명은 2 개의 예시적인 실시형태들에 대하여 첨부된 개략적인 도면들과 결합하여 이하 상세한 설명에서 상세히 설명된다. 도면들에서:
도 1 은 본 발명에 따른 브레이크 시스템의 예시적인 실시형태의 유압식 회로 다이어그램을 도시하고,
도 2 는 브레이크 페달 변위와 브레이크 페달력 간의 관계를 보여주는 미리 결정될 수 있는 특징을 도시하고,
도 3 은 최적의 레귤레이터를 포함하는 본 발명에 따른 전자 제어 및 조절 유닛의 제어 경로의 간략화된 구조를 도시하며, 그리고
도 4 는 도 3 에 도시된 제어 경로의 수정을 도시한다.
도면들에 도시된 브레이크 시스템은 본질적으로, 작동중인 페달 또는 브레이크 페달 (1) 에 의해 동작되는 탠덤 (tandem) 구현의 유압식 마스터 브레이크 실린더 (2), 마스터 브레이크 실린더 (2) 의 업스트림에 연결된 실린더-피스톤 장치 (13), 압력 매체 저장 컨테이너 (3), 도시되지 않은 자동차의 휠 브레이크들 (9, 10, 11, 12) 이 출력 포트들에 연결되고, 모터-펌프 유닛 (5), 전기적으로 제어가능한 압력 모듈레이션 밸브들 또는 입출구 밸브들 (6a-6d, 7a-7d), 뿐만 아니라 저압 스토리지 디바이스들 (8a, 8b) 을 갖는 브레이크 압력 모듈레이션 유닛 (4), 추가로 배력을 생성하기 위한 전기적으로 제어가능한 압력 공급 디바이스 (19), 및 전기적으로 제어가능한 컴포넌트들을 활성화시키는 전자 제어 및 조절 유닛 (14) 을 포함한다. 입구 밸브들 (6a-6d) 의 입력 포트들에는 시스템 압력 라인들 (22a, 22b) 에 의해 브레이크 시스템 압력들로서 지칭되는 압력들이 공급되는 반면, 회수관들 (23a, 23b) 은 출구 밸브들 (7a-7d) 의 출력 포트들을, 앞서 언급된 저압 스토리지 디바이스들 (8a, 8b) 에 연결한다.
도 1 에 또한 도시된 것과 같이, 그 예에 따른 브레이크 시스템의 유압식 마스터 브레이크 실린더 (2) 는 하우징 (20) 에서 하나 그 뒤에 다른 하나가 배치되고, 유압식 챔버들 또는 압력 챔버들 (17, 18) 에 접한 2 개의 유압식 피스톤들 (15, 16) 을 포함한다. 압력 챔버들 (17, 18) 은 일 측에서 피스톤들 (15, 16) 에 형성된 구멍들에 의해서뿐만 아니라 대응하는 압력 등화 라인들에 의해 압력 매체 저장 컨테이너 (3) 에 연결되고, 여기서 압력 챔버들 (17, 18) 은 하우징 (20) 에서 피스톤들 (15, 16) 의 상대적인 변위에 의해 차단될 수 있다. 압력 챔버들 (17, 18) 은 또한, 세부적으로 언급되지 않고, 피스톤들 (15, 16) 을 마스터 브레이크 실린더 (2) 가 동작되지 않는 초기 위치로 위치시키는 복원 스프링들을 포함한다. 휠 브레이크들 (9, 10 또는 11, 12) 의 쌍들과 연관된 개별 브레이크 회로들 (I, II) 은 회로 압력 라인들 (21a, 21b) 에 의해 압력 챔버들 (16, 17) 에 연결되며, 회로 압력 라인들 (21a, 21b) 에는 전술된 시스템 압력 라인들 (22a, 22b) 이 압력 증가 밸브들 (50a, 50b) 에 의해 연결된다. 또한, 모터-펌프 유닛들 (5) 의 펌프들의 흡입면들은 또한, 압력 매체 공급 밸브들 (51a, 51b) 에 의해 회로 압력 라인들 (21a, 21b) 에 접속될 수도 있고, 이에 의해 펌프들을 사용하여, 압력 매체는 압력 증가 밸브들 (50a, 50b) 로 제어가능한 압력 증가를 위해, 회로 압력 라인들 (21a, 21b) 에 의해 시스템 압력 라인들 (22a, 22b) 로 공급될 수 있다. 압력 센서들 (60, 61) 은 회로 압력 라인들 (21a, 21b) 에서 발생하는 압력들을 검출하기 위해 제공된다. 각각의 분리된 피스톤 디바이스 (24a, 24b) 의 출력 포트들은 도시된 예시적인 실시형태에서, 회로 압력 라인들 (21a, 21b) 에 연결된다. 분리된 피스톤 디바이스들 (24a, 24b) 은 본질적으로, 분리된 피스톤들 (25a, 25b) 및 압력 출력 챔버들 (27a, 27b) 에 접하는 작동 챔버들 (26a, 26b) 에 의해 형성되고, 여기서 압력 출력 챔버들 (27a, 27b) 은, 상세히 언급되지 않지만 분리된 피스톤들 (25a, 25b) 을 바이어싱하는 복원 스프링들을 수용한다.
도면들에 또한 도시된 것과 같이, 마스터 브레이크 실린더 (2) 의 업스트림에 연결된 업스트림 유압식 피스톤-실린더 장치 (13) 는 부스터 하우징 (31) 에서 부스터 챔버 (33) 에 접하는 부스터 피스톤 (34) 을 포함하며, 부스터 피스톤 (34) 은 또한 힘-전달 방식으로 전술된 제 1 마스터 실린더 피스톤 (15) 에 연결된다. 부스터 챔버 (33) 는 작동 챔버들 (26a, 26b) 과 함께, 전기적으로 제어가능한 압력 공급 디바이스 (19) 의 압력 챔버 (30) 에 유압식으로 연결되고, 여기서 상기 연결된 챔버들에 존재하는 액추에이터 압력은 압력 센서 (39) 에 의해 검출된다. 피스톤 로드 (35) 는 페달 동작으로부터 발생하는 브레이크 페달 (1) 의 회전 변위 (pivotal displacement) 를 부스터 피스톤 (34) 의 선형 변위 (translational displacement) 에 커플링하고, 부스터 피스톤 (34) 의 동작 변위는 바람직하게 이중으로 구현된 변위 센서 (36) 에 의해 검출된다. 결과적으로, 대응하는 피스톤 변위 신호는 브레이크 페달 동작 각도의 측정치이다. 또한, 동작 동안 브레이크 페달 (1) 에 작용하는 페달력 (F) 을 검출하기 위한 힘 센서 (32) 가 제공되고, 이는 또한 바람직하게 이중으로 구현된다. 힘 센서 (32) 의 사용에 대한 대안으로서, 페달력 신호 (F) 는 검출된 유압 (hydraulic pressure) 값들로부터 간접적으로 결정될 수 있다. 페달 이동 또는 페달 각도 또는 피스톤 이동 및 직접적으로 측정되거나 간접적으로 결정된 페달력은 차량 운전자에 의한 제동 의도를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 브레이크 시스템의 도식적 표현으로부터, 전술된 압력 공급 디바이스 (19) 는 전기적으로 제어가능한 유압식 압력 소스 또는 전기 유압식 액추에이터의 형태이며, 그 피스톤 (29) 은 도시되지 않은 회전-병진 기어박스의 삽입으로, 개략적으로 표시된 전기 모터 (28) 에 의해 동작될 수 있는 것이 보여질 수 있다. 전기 모터 (28) 의 회전자 위치의 검출을 위해 사용되는 회전자 위치 센서는 도면 부호 37 로 지칭된다. 옵션으로, 도시되지 않은 추가의 센서들이 모터 전류들 및 권선 온도 (winding temperature) 와 같은 추가의 모터 파라미터들을 검출할 수 있다. 피스톤 (29) 은 일 측에서 유압 라인 (38) 에 의해 전술된 부스터 챔버 (33) 로 접속되는 압력 챔버 (30) 에 접하며, 따라서 동작 방향에서 마스터 브레이크 실린더 피스톤 (15) 쪽으로 작용하는 배력이 압력 챔버 (30) 에서 조절된 유압의 작용에 의해 생성된다. 타 측에서, 분리된 피스톤 디바이스들 (24a, 24b) 의 전술된 작동 챔버들 (26a, 26b) 은 압력 챔버 (30) 에서 조절된 압력을 받을 수 있다. 배력을 간접적으로 검출하기 위해 압력 챔버 (30) 에 접속된 센서는 이 경우, 압력 센서 (39) 의 형태이다.
도 2 는 sPed-FPed 평면에서 브레이크 페달 (1) 의 브레이크 페달 특성, 즉 변위 센서 (36) 에 의해 검출된 동작 이동 또는 페달 이동 (sPed) 에 대한, 차량 운전자에 의한 동작 동안 브레이크 페달 (1) 에 작용하는 페달력 (FPed) 의 의존성을 도시한다. 브레이크 페달 특성은 페달 이동에 대한 페달력의 의존성의 수학 함수 (Fsoll[sPed]) 또는 그 역함수 (Ssoll[FPed]) 에 의해 기술되며, 상기 역함수는 페달력에 대한 페달 이동의 의존성을 나타낸다.
브레이크 페달 특성에 따른 언급된 관계를 생성하기 위해, 도 1 과 관련하여 언급된 전자 제어 및 조절 유닛 (14) 은 제어 변수, 예컨대 압력 공급 디바이스 (19) 에 공급된 전류에 대한 타겟 값을 계산하는 전자 레귤레이터 (40; 도 3, 도 4) 를 포함한다. 본 발명에 따라, 레귤레이터 (40) 는 브레이크 페달 변위 (s) 와 브레이크 페달력 (F) 에 의해 정의되는 발견되었던 페달 상태 (s, F) 가 수학적 견지에서 최적인 제어 방법에 의해 타겟 상태 (s', F') 로 컨버팅되도록, 압력 공급 디바이스 (19) 를 활성화시키는 최적 레귤레이터로서 구현되며, 여기서 상기 제어 방법은 품질 기준을 최소화한다. 이 경우, 최적 레귤레이터 (40) 는 품질 기준으로서 {s, F}-상태 평면에서 미리 결정된 브레이크 페달 특성, 즉 대응하는 곡선/특성 라인으로부터의 브레이크 페달 상태의 거리 (δ) 를 사용한다.
브레이크 페달 이동 (s) 및 브레이크 페달력 (F) 은 또한, 이하 sPed 및 FPed 로 지칭된다.
최적의 제어 방법은 이 경우, 타겟 상태 (sPed', FPed') 로서 발견되었던 상태 (sPed, FPed) 를, (도 2 에서) 발견되었던 상태 (sPed, FPed) 로부터의 최단 거리에 있는 브레이크 페달 특성 또는 특성 라인 상의 포인트와 연관시키는 것으로 이루어진다. 다음 식은 거리 (δ) 에 대한 실질적인 근사식
Figure pct00001
으로서 계산되며, 여기서 이동 편차는
Figure pct00002
이고, 힘 편차는
Figure pct00003
이며, 여기서 λs 및 λF 은 스케일링 인자들이고, Ssoll[FPed] 및 Fsoll[sPed] 은 페달 이동에 따라 및 페달력에 따라 트리거되는 미리 결정된 특성 라인의 함수 표현들이다. 상기 2 개의 함수들은 전자 레귤레이터 (40) 에서 예컨대, 표 형태로 이미 유지되고 있으며, 따라서 품질 측정치가 직접 계산될 수 있다.
방법의 상기 단계들을 구현하는데 사용되는 제어 경로들은 도 3 및 도 4 에 도시된다. 도 3 에 도시된 제어 경로로, 도 1 과 관련하여 언급된 변위 센서 (36) 의 출력 신호와 도시되지 않은 힘 센서의 출력 신호가 제 1 계산 모듈 (페달력) 에 입력 신호들로 공급된다. 계산 모듈 (41) 에서 거리 (δ) 의 계산 이후에, 그 거리는 제어 목적 (δ→ 0) 의 최적 레귤레이터 (40) 에 제공되며, 최적 레귤레이터 (40) 는 그 출력 변수로서, 압력 공급 디바이스 (19) 에 작용할 활성화 전류 (I) 를 제공하고, 압력 공급 디바이스 (19) 는 압력 센서 (39) 에 의해 검출되는 액추에이터 압력 (pActuator) 을 출력한다.
도 4 에 도시된 버전에서, 힘 센서의 사용은, 페달력 (F) 이 제 2 계산 모듈 (42) 에서 힘 밸런스
F = ATHZ ＊psyst - ARK＊pAct
를 사용하여 제 1 브레이크 회로의 압력 (psyst) 및 액추에이터 압력 (PAct) 으로부터 결정되기 때문에, 생략될 수 있고, 여기서 제 1 마스터 실린더 피스톤 (15) 과 부스터 피스톤 (34) 의 유효 유압 면적들은 ATHZ 및 ARK 로 지정된다.
그렇지 않으면, 본 발명에 따른 브레이크 시스템의 동작은 현재 설명 및 청구항들의 개시 콘텐츠에 의해 당업자에게 개시되며, 따라서 더 많은 상세한 설명은 필요 없다.

Claims (10)

  1. 자동차용 브레이크 시스템으로서,
    적어도 하나의 유압식 피스톤 (15, 16), 적어도 하나의 압력 챔버 (16, 17), 및 브레이크 페달 (1) 이 동작될 때 브레이크 시스템 압력 하에 놓이고 자동차의 휠들과 연관된 유압식으로 활성화되는 휠 브레이크들 (9, 10, 11, 12) 이 연결되는 적어도 하나의 연결된 브레이크 회로 (I, II) 를 갖는 마스터 브레이크 실린더 (2) 를 동작시키기 위한 브레이크 페달 (1);
    상기 브레이크 페달 (1) 또는 상기 브레이크 페달에 연결된 피스톤 (34) 의 동작 변위 (s, sPed) 를 검출하는 변위 검출 디바이스 (36);
    상기 브레이크 페달에 의해 상기 마스터 브레이크 실린더 상에 가해진 힘 (F, FPed) 을 검출하는 페달력 검출 디바이스;
    상기 브레이크 시스템 압력을 휠 브레이크들 (9, 10, 11, 12) 로 전달하고, 필요한 경우에 상기 휠 브레이크들을 개별적으로 조절하도록 설계된 브레이크 압력 모듈레이션 유닛 (4);
    압력 매체를 상기 브레이크 회로 내에 공급하기 위한 전기적으로 제어가능한 압력 공급 디바이스 (19) 및 유압식 디바이스 (24a);
    상기 페달력에 부가하여 마스터 실린더 피스톤 (15) 에 동작 방향으로 작용하는 힘의 유압식 생성을 위해 상기 마스터 브레이크 실린더 (2) 의 업스트림에 연결된 실린더-피스톤 장치 (13);
    상기 브레이크 시스템 압력의 조절을 위한 알고리즘이 구현되는 전자 제어 및 조절 유닛 (14); 및
    상기 브레이크 시스템 압력을 검출하기 위한 적어도 하나의 압력 센서 (60, 61) 를 포함하며,
    상기 전자 제어 및 조절 유닛 (14) 은 브레이크 페달 이동 (s) 과 브레이크 페달력 (F) 에 의해 정의되고 발견되었던 정의된 브레이크 페달 상태 (s, F) 가 수학적 견지에서 최적인 제어 방법에 의해 타겟 상태 (s', F') 로 컨버팅되도록, 상기 압력 공급 디바이스 (19) 를 활성화시키도록 설계된 최적 레귤레이터 (40) 를 포함하고, 상기 제어 방법은 품질 기준을 최소화하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최적 레귤레이터 (40) 는 상기 품질 기준으로서 {s, F}-상태 평면에서 미리 결정된 브레이크 페달 특성으로부터의 브레이크 페달 상태의 거리를 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달 특성은 상기 브레이크 페달 이동에 대한 상기 브레이크 페달력의 의존성의 수학 함수 (Fsoll[sPed]) 또는 그 역함수 (ssoll[FPed]) 에 의해 기술되며, 상기 역함수는 상기 브레이크 페달력에 대한 상기 브레이크 페달 이동의 의존성을 나타내는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최적인 제어 방법은 사전에 발견된 브레이크 페달 상태 (s, F) 로부터의 최단 거리에 있는 브레이크 페달 특성 상의 포인트를, 상기 타겟 상태 (s', F') 로서 상기 사전에 발견된 브레이크 페달 상태 (s, F) 와 연관시키는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 품질 기준은 공식들
    Figure pct00004

    에 따라 계산되며, 여기서 이동 편차는
    Figure pct00005

    이고, 힘 편차는
    Figure pct00006

    이며, 상기 λs 및 λF 는 스케일링 인자들인 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리 정의된 브레이크 페달 특성은 수치 표의 형태로 상기 전자 제어 및 조절 유닛 (14) 에 저장되는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    브레이크 회로 (I) 내로의 압력 매체의 공급은 분리된 피스톤 디바이스 (24a) 에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이중 회로 브레이크 시스템의 브레이크 회로들 (I, II) 내로의 압력 매체의 공급은 분리된 피스톤 디바이스들 (24a, 24b) 에 의해 실행되고, 상기 분리된 피스톤 디바이스는 각각의 브레이크 회로와 연관되는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 및 조절 유닛 (14) 은 검출된 브레이크 시스템 압력 값들 및 상기 압력 공급 디바이스 (19) 에 의해 제공된 압력 값 (p) 으로부터 브레이크 페달력 (F) 을 결정하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달력 (F) 은 다음 공식:
    F = ATHZ ＊psyst - ARK＊pAct
    에 따라 계산되고, 여기서 이하의 지정자들이 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 시스템.
    ATHZ 는 제 1 마스터 실린더 피스톤의 유효 유압 면적이고,
    psyst 은 상기 브레이크 시스템 압력이고,
    ARK 은 상기 실린더-피스톤 장치 (13) 의 피스톤 (33) 의 유효 유압 면적이고, 그리고
    pAct 은 상기 압력 공급 디바이스 (19) 에 의해 제공된 압력임.
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