KR20160099950A - 드래그 저감을 위한 전자식 브레이크 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 전자식 브레이크 장치에 관한 것으로서, 특히 전자식 브레이크 시스템에서 페달을 해제한 후 제동력을 발생시켜주는 피스톤이 완전히 제자리로 리턴되지 않아 발생되는 드래그 문제를 해결함으로써 차량의 연비향상을 도모할 수 있는 드래그 저감을 위한 전자식 브레이크 장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 전자식 브레이크 장치는, 오일이 저장되는 리저버와; 상기 리저버로부터 오일이 공급되는 실린더와; 상기 실린더 내부에 진퇴가능하게 설치되는 피스톤과; 상기 실린더 내에 설치되어 상기 피스톤에 탄성 반력을 제공하는 스프링과; 페달변위센서의 전기적 신호에 따라 상기 피스톤 구동을 위한 회전력을 발생시키는 모터와; 상기 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 피스톤을 구동시키는 볼스크류와; 상기 모터를 제어하는 전자제어유닛(ECU);을 포함하며, 상기 리저버와 상기 실린더 사이를 연결하는 유압라인 상에는 정상상태에서는 닫혀있다가 상기 전자제어유닛(ECU)에서 개방신호가 인가될 경우 개방되는 평시 폐쇄형(Normal Cloesd type) 솔레노이드 밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

드래그 저감을 위한 전자식 브레이크 장치{Electro-hydraulic brake device for reducing drag of brake in vehicle}
본 발명은 차량의 전자식 브레이크 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자식 브레이크 시스템에서 페달을 해제한 후 제동력을 발생시켜주는 피스톤이 완전히 제자리로 리턴(return)되지 않아 발생되는 드래그(drag) 문제를 해결함으로써 차량의 연비향상을 도모할 수 있는 드래그 저감을 위한 전자식 브레이크 장치에 관한 것이다.
최근 연비 향상 및 배기가스 저감을 위하여 하이브리드 자동차, 연료 전지 자동차, 전기 자동차 등의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 차량에는 필수적으로 제동장치 즉, 차량용 브레이크가 설치되는데, 여기서 차량용 브레이크는 달리고 있는 차량의 속도를 줄이거나 정지시키는 기능을 하는 장치를 말한다.
유압 브레이크의 한 종류인 전자제어 유압 브레이크(Electro-hydraulic brake)는 엔진의 동력에 의해 작동하던 종래의 유압식 브레이크를 개선한 것으로, 운전자가 페달을 밟으면 제어부가 이를 감지하여 모터를 구동하고 필요한 제동압력을 발생시켜 각 휠 실린더에 전달함으로써 제동력을 발생하는 브레이크 시스템이다.
도 1은 상기한 종래의 차량용 전자제어 유압 브레이크 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 유압 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 차량용 전자식 유압 브레이크 시스템은 통상적으로, 브레이크 페달(10)의 답력에 따라 액압을 발생시키는 마스터실린더(20)와, 마스터실린더(20)에 의해 발생된 액압이 전달되어 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동을 수행하는 휠 실린더(40) 및, 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달변위센서(11)를 구비한다.
또한, 페달변위센서(11)로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 작동하는 압력 공급장치(50)와, 압력 공급장치(50)에 의해 발생된 힘으로 휠의 제동을 수행하는 유압제어유닛(60)과, 압력 공급장치(50)와 유압제어유닛(60)을 연결하는 유로에 직렬로 연결된 제1 및 제2 전환밸브(62,64)와, 마스터실린더(20)와 연결되어 브레이크 페달(10)에 반력을 제공하는 시뮬레이션장치(70)를 포함한다.
압력 공급장치(50)는 오일을 공급받아 저장되도록 소정 공간이 형성된 압력챔버(51)와, 압력챔버(51) 내에 마련된 피스톤(52) 및 스프링(53)과, 페달변위센서(11)의 전기적 신호에 의해 회전력을 발생시키는 모터(54)와, 모터(54)의 회전운동을 직선 운동으로 전환시키기 위한 볼스크류(55) 및, 압력챔버(51)에 오일을 공급하도록 리저버(57)와 압력챔버(51)를 연결하는 유압유로(56)를 구비한다. 여기서, 페달변위센서(11)에 의해 감지된 신호는 전자제어유닛(ECU, 미도시)에 전달되고, 전자제어유닛은 모터(54) 및 브레이크 시스템에 구비된 밸브들을 제어한다.
상기와 같은 종래의 전자식 브레이크 시스템에 있어 압력 공급장치(50)의 작동을 살펴보면, 제동 초기에 운전자가 브레이크 페달(10)을 밟으면 전자제어유닛(ECU)이 이를 감지하여 모터(54)를 구동하게 되고, 이 모터(54)의 회전력을 볼스크류(55)가 직선운동으로 변환하여 압력챔버(51)를 가압하게 된다. 이러한 경우, 압력챔버(51)는 유압유로(56)에 의해 리저버(57)와 연결되어 오일이 저장된 상태로 마련되고, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 볼스크류(55)의 직선운동에 따라 액압을 발생시키게 된다. 이때, 유압유로(56)에는 압력챔버(51)의 압력이 역류되는 것을 방지하도록 체크밸브(58)가 설치된다. 이러한 체크밸브(58)는 압력챔버(51)의 압력이 역류되는 것을 방지하는 역할과 함께 피스톤(52)이 복귀시 압력챔버(51) 내에 오일이 흡입되어 저장되도록 한다.
그러나, 상기와 같이 브레이크 페달(10)에 답력이 가해져서 압력 공급장치(50)가 작동된 이후, 브레이크 페달(10)에 가해진 답력이 해제되면 스프링(53)의 반발력에 의해 피스톤(52)이 원위치로 복귀되는 과정을 거치게 되는데, 이 경우, 피스톤(52)이 완전히 제자리로 리턴(return) 되지 않는 드래그(drag) 문제가 발생된다.
이와 같은 드래그 현상은 압력챔버(51)와 리저버(57)를 연결하는 유압유로(56) 상에 설치된 체크밸브(58) 특성상 유압 시스템 내부가 완전히 폐회로로 구성될 수 없기 때문에 피스톤(52)의 복귀 이동이 저지되어 나타나는 현상으로서, 이러한 드래그 현상에 의해 발생되는 잔류 드래그 토크는 차량의 구동을 방해하는 저항으로 작용함으로써 연비를 낮추는 한 요인으로 작용되는 문제가 발생한다
한국 특허공개 제2013-0037874호(2013.04.17)
이에, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 전자식 브레이크 장치에서 제동을 위한 액압을 공급하는 압력 공급장치의 실린더와 리저버 사이를 연결하는 유압라인 상에 평시 폐쇄형(Normal Cloesd type) 솔레노이드 밸브를 설치하여 완전한 폐회로(closed circuit) 시스템으로 구현함으로써 브레이크 페달이 해제된 상태에서도 실린더 내의 피스톤이 완전한 리턴(return)이 가능하도록 하여 차량의 연비향상을 도모할 수 있도록 하는 드래그 저감을 위한 전자식 브레이크 장치를 제공하는 데에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전자식 브레이크 장치는, 오일이 저장되는 리저버와; 상기 리저버로부터 오일이 공급되는 실린더와; 상기 실린더 내부에 진퇴가능하게 설치되는 피스톤과; 상기 실린더 내에 설치되어 상기 피스톤에 탄성 반력을 제공하는 스프링과; 페달변위센서의 전기적 신호에 따라 상기 피스톤 구동을 위한 회전력을 발생시키는 모터와; 상기 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 피스톤을 구동시키는 볼스크류와; 상기 모터를 제어하는 전자제어유닛(ECU);을 포함하며, 상기 리저버와 상기 실린더 사이를 연결하는 유압라인 상에는 정상상태에서는 닫혀있다가 상기 전자제어유닛(ECU)에서 개방신호가 인가될 경우 개방되는 평시 폐쇄형(Normal Cloesd type) 솔레노이드 밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 리저버와 상기 실린더 사이를 연결하는 유압라인에는 상기 실린더와 연결되도록 상기 유압라인으로부터 분기된 또 다른 유압라인이 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 각 유압라인은 상기 피스톤의 전방측 및 후방측의 실린더 부분에 각각 연결되도록 구성될 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 전자식 브레이크 장치 구조에 의하면, 휠 실린더에 제동을 위한 액압을 공급해주는 압력 공급장치의 실린더와 리저버 사이를 연결하는 유압라인 상에 기존의 체크밸브 대신 평시에는 닫혀있다가 전자제어유닛에서 개방신호가 인가되면 개방되는 평시 폐쇄형(Normal Cloesd type) 솔레노이드 밸브를 설치하여 완전한 폐회로 시스템으로 구현함으로써 브레이크 페달의 해제시 실린더 내의 피스톤이 제위치로 완전하게 리턴되어 정상적인 브레이크 작동이 수행되도록 할 수 있기 때문에 브레이크 드래그 저감에 따른 차량의 연비향상 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 전자식 브레이크 장치의 구성을 도시한 유압 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 브레이크 드래그 저감을 위한 차량용 전자식 브레이크 장치를 도시한 유압 회로도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 브레이크 드래그 저감을 위한 차량용 전자식 브레이크 장치를 도시한 유압 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 브레이크 드래그 저감을 위한 차량용 전자식 브레이크 장치(100)는, 휠의 제동을 위한 액압을 발생시키는 마스터실린더(110)와, 마스터실린더(110)의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버(120)와, 브레이크 페달(102)의 답력에 따라 마스터실린더(110)를 가압하는 인풋로드(106)와, 리저버(120)의 오일이 전달되어 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동을 수행하는 휠 실린더(130) 및, 브레이크 페달(102)의 변위를 감지하는 페달변위센서(104)를 구비한다.
마스터실린더(110)는 두 개의 유압회로를 갖도록 제1피스톤(111)과 제2피스톤(113)이 형성되어 인풋로드(106)와 접촉된다. 이때, 상기 두 개의 유압회로 중 첫 번째 회로는 차량의 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)에 연결되고 나머지 회로는 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)에 연결된다. 이와 같이, 두 개의 회로를 독립적으로 구성하는 것은, 한쪽 회로의 고장 시에도 차량의 제동이 가능하도록 하기 위함이다.
이러한 마스터실린더(110)의 제1피스톤(111)과 제2피스톤(113)은 제1스프링(112)과 제2스프링(114)에 의해 탄성 지지된다. 상기 제1스프링(112)과 제2스프링(114)은 제1피스톤(111)과 제2피스톤(113)이 전진될 경우 압축되면서 탄성력이 저장된다.
한편, 본 발명의 전자식 브레이크 장치(100)에는 브레이크 페달(102)의 변위를 감지하는 페달변위센서(104)로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 작동하는 압력 공급장치(140)와, 압력 공급장치(140)에 의해 발생된 힘으로 휠의 제동을 수행하는 유압제어유닛(150)과, 압력 공급장치(140)와 유압제어유닛(150)을 연결하는 유로에 직렬로 연결된 제1 및 제2 전환밸브(152,154)와, 마스터실린더(110)와 연결되어 브레이크 페달(102)에 반력을 제공하는 페달시뮬레이터(160)를 포함한다.
압력 공급장치(140)는 리저버(120)로부터 오일을 공급받아 저장되도록 소정 공간이 형성된 실린더(141)와, 실린더(141) 내부에 진퇴가능하게 설치된 피스톤(142)과, 상기 피스톤(142)에 탄성 반력을 제공하는 스프링(143)과, 페달변위센서(104)의 전기적 신호에 의해 피스톤(142)의 구동을 위한 회전력을 발생시키는 모터(144)와, 모터(144)의 회전운동을 직선운동으로 전환시켜 주는 볼스크류(145)와, 실린더(141)에 오일을 공급하도록 리저버(120)와 실린더(141)를 연결하는 유압라인(146)을 포함한다.
여기서, 페달변위센서(104)에 의해 감지된 신호는 전자제어유닛(ECU, 미도시)에 전달되고, 전자제어유닛은 모터(144) 및 후술할 본 발명의 브레이크 시스템에 구비된 밸브들을 제어한다.
실린더(141)는 전술한 바와 같이 유압라인(146)에 의해 리저버(120)와 연결되어 오일을 공급받아 저장한다. 이러한 실린더(141)에는 피스톤(142)과 이를 탄성 지지하는 스프링(143)이 마련된다. 피스톤(142)은 볼스크류(145)의 스크류와 연결되어 스크류의 직선운동에 의해 실린더(141)를 가압하고, 스프링(143)은 피스톤(142)을 원래의 위치로 복귀시키는 역할을 한다.
모터(144)는 전자제어유닛으로부터 출력된 신호를 통하여 회전력을 발생시키게 되면, 전자제어유닛에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전력을 발생한다. 그리고, 모터(144)에서 발생되는 회전력은 볼스크류(145)에 의해 직선운동으로 전환되어 피스톤(142)이 가압됨으로써 액압을 발생시키게 된다.
그리고, 실린더(141)와 리저버(120) 사이에 연결되는 유압라인(146) 상에는 평시 폐쇄형(Normal Cloesd type) 솔레노이드밸브(148)가 설치된다. 이러한 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브(148)는 정상상태에서는 닫혀있다가 전자제어유닛(ECU)에서 개방신호가 인가될 경우 개방되어 실린더(141)와 리저버(120) 사이에 유동통로를 형성한다.
여기서, 실린더(141)와 리저버(120) 사이를 연결하는 유압라인(146)에는 상기 실린더(141)와 연결되도록 상기 유압라인(146)으로부터 분기되는 또 다른 유압라인(147)이 설치된다.
이때, 상기 각 유압라인(146)(147)은 피스톤(142)의 전방측 및 후방측의 실린더(141) 부분에 각각 연결되도록 구성된다.
이와 같이, 실린더(141)의 전,후방측 부분에 리저버(120)와 연결될 수 있도록 각각 유압라인(146)(147)을 형성하고, 피스톤(142)의 전방측 실린더(141) 부분에 연결되는 유압라인(146) 상에 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브(148)를 설치함으로써, 피스톤(142)이 전진하여 가압될 경우 솔레노이드밸브(148)는 유압라인(146)을 폐쇄하여 정상적으로 액압이 발생되도록 한다.
이후, 브레이크 페달(102)에 답력이 해제되어 피스톤(142)이 후퇴될 경우에는 전자제어유닛에서 입력되는 개방신호에 상기 솔레노이드밸브(148)가 개방되어 실린더(141)와 리저버(120) 사이를 연결하는 유로가 완전한 폐회로(closed circuit)를 이루어 유동이 자유롭게 이동가능한 상태로 유지되기 때문에 실린더(141) 내의 피스톤(142)은 스프링(143)의 탄성 반발력만으로도 원래의 위치로 완전하게 리턴(return)이 이루어질 수 있게 된다.
한편, 미설명된 참조부호 '132', '134'는 각각 모터(144)의 회전각을 감지하는 회전각센서 및 실린더(141)의 액압을 감지하는 압력센서이다.
유압제어유닛(150)은, 액압을 공급받아 제동이 이루어지도록 두 개의 휠 제동회로로 이루어진다. 그리고, 각 차륜(FR,FL,RR,RL)에는 휠 실린더(130)가 설치되어 액압을 공급받아 제동이 이루어진다. 이때, 휠 실린더(130)로 연결되는 유로에는 액압을 제어하는 복수의 솔레노이드밸브(151,153)가 설치된다. 이러한 솔레노이드밸브(151,153)의 개폐동작은 전자제어유닛에 의해 제어된다.
또한, 압력 공급장치(140)와 유압제어유닛(150)을 연결하는 유로에는 직렬로 연결되어 개폐동작에 의해 휠 실린더(130)로 액압의 전달을 제어하는 제1 및 제2 전환밸브(152,154)가 설치된다. 제1 및 제2 전환밸브(152,154)는 개폐동작이 전자제어유닛에 의하여 제어된다.
마스터실린더(110)와 휠 실린더(130) 사이에는 유로를 형성하는 2개의 백업유로가 형성되며, 상기 각 백업유로에는 이들을 개폐하는 차단밸브(162,164)가 구비된다. 이때, 운전자 제동 시 백업유로는 차단밸브(162,164)에 의해서 차단된다. 그리고, 마스터실린더(110)는 브레이크 페달(102)의 답력에 따른 반력을 제공하도록 하는 페달 시뮬레이터(160)가 연결된다.
이하, 본 발명의 따른 전자식 브레이크 시스템의 동작에 대해서 자세히 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 운전자에 의한 제동이 시작되면 페달변위센서(104)를 통하여 운전자가 밟는 브레이크 페달(102)의 압력 등의 정보를 통해 운전자의 요구 제동량을 감지한다. 이때, 전자제어유닛(미도시)은 페달변위센서(104)로부터 출력된 전기적 신호를 입력받아 모터(144)를 구동하게 된다.
그리고, 모터(144)의 구동에 따른 회전력은 볼스크류(145)를 통해 직선운동으로 변환되어 실린더(141)를 가압하게 된다. 이때, 실린더(141)와 리저버(120) 사이의 유압라인(146)에 설치된 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브(148)가 폐쇄된 상태로 유지되고, 모터(144)의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 볼스크류(145)의 직선운동에 따라 피스톤(142)이 가압되어 액압을 발생시킨다.
또한, 마스터실린더(110)의 출구와 연결된 백업유로에 설치된 차단밸브(162,164)가 폐쇄되어 마스터실린더(110)에 생긴 유압이 휠 실린더(130)로 전달되지 않게 된다. 이에, 실린더(141)로부터 발생된 액압이 제1 및 제2 전환밸브(151,153)를 통하여 각 휠 실린더(130)로 전달되어 휠의 제동이 이루어지게 된다.
한편, 휠의 제동이 이루어진 후 브레이크 페달(102)에 답력이 해제되는 경우에는, 압력 공급장치(140)에서 실린더(141) 내부의 피스톤(142)이 압축되어 있던 스프링(143)의 탄성 반발력에 의해 후퇴되어 복귀되는 동작이 이루어지는데, 이때, 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브(148)가 전자제어유닛에서 인가되는 개방신호에 의해 개방됨으로써 실린더(141)와 리저버(120) 사이의 유압라인(146)을 개방하게 된다.
이렇게 되면, 실린더(141)의 전,후방측 부분에서 리저버(120)와 연결되는 각각의 유압라인(146)(147)이 모두 개방되어 실린더(141)와 리저버(120) 사이를 연결하는 유로가 완전한 폐회로(closed circuit)를 형성함으로써 자유롭게 유동가능한 상태로 유지되고, 이로 인해 실린더(141) 내의 피스톤(142)은 스프링(143)의 탄성 반발력과 이에 따른 유동의 순환력에 의해 손쉽게 원래의 위치로 완전한 리턴(return)이 이루어지게 된다.
이와 같이, 실린더(141)에서 리저버(120)로 연결되는 유압라인(146)에 기존의 체크밸브 대신에 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브(148)를 설치함으로써 시스템을 완전 폐 회로로 구현하여 피스톤(142)의 완전한 리턴이 가능해지고, 이에 따라 드래그(drag) 발생 점감에 따른 차량의 연비향상 효과를 기대할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
100 : 전자식 브레이크 장치 102 : 브레이크 페달
104 : 페달변위센서 106 : 인풋로드
110 : 마스터실린더 111,113 : 제1,2피스톤
112,114 : 제1,2스프링 120 : 리저버
130 : 휠 실린더 140 : 압력 공급장치
141 : 실린더 142 : 피스톤
143 : 스프링 144 : 모터
145 : 볼스크류 146,147 : 유압라인
148 : 평시 폐쇄형 솔레노이드밸브 150 : 유압제어유닛
151,153 : 솔레노이드밸브 152,154 : 제1,2 전환밸브
160 : 페달 시뮬레이터 162,164 : 차단밸브

Claims (3)

  1. 오일이 저장되는 리저버(120)와;
    상기 리저버(120)로부터 오일이 공급되는 실린더(141)와;
    상기 실린더(141) 내부에 진퇴가능하게 설치되는 피스톤(142)과;
    상기 실린더(141) 내에 설치되어 상기 피스톤(142)에 탄성 반력을 제공하는 스프링(143)과;
    페달변위센서(104)의 전기적 신호에 따라 상기 피스톤(142) 구동을 위한 회전력을 발생시키는 모터(144)와;
    상기 모터(144)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 피스톤(142)을 구동시키는 볼스크류(145)와;
    상기 모터(144)를 제어하는 전자제어유닛(ECU);을 포함하며,
    상기 리저버(120)와 상기 실린더(141) 사이를 연결하는 유압라인(146) 상에는 정상상태에서 는 닫혀있다가 상기 전자제어유닛(ECU)에서 개방신호가 인가될 경우 개방되는 평시 폐쇄형(Normal Cloesd type) 솔레노이드 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 드래그 저감을 위한 전자식 브레이크 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리저버(120)와 상기 실린더(141) 사이를 연결하는 유압라인(146)으로부터 분기되어 상기 실린더(141)와 연결되는 또 다른 유압라인(147)이 더 설치된 것을 특징으로 하는 드래그 저감을 위한 전자식 브레이크 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 각 유압라인(146)(147)은 상기 피스톤(142)의 전방측 및 후방측의 실린더(141) 부분에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 드래그 저감을 위한 전자식 브레이크 장치.
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