KR20170055921A - 제동 시스템 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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라이언 쿨먼
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Abstract

제동 시스템은 마스터 실린더 출력부를 포함하는 마스터 실린더, 적어도 하나의 바퀴 실린더, 셔틀(schuttle)을 포함하는 셔틀 밸브, 마스터 실린더로부터 이격된 볼륨 부스터(volume booster), 볼륨 부스터 및 셔틀 밸브를 통해 마스터 실린더 출력부를 적어도 하나의 바퀴 실린더에 접속시키는 제 1 유압액 경로, 볼륨 부스터를 우회하여, 셔틀 밸브를 통해 마스터 실린더 출력부를 적어도 하나의 바퀴 실린더에 접속시키는 제 2 유압액 경로를 포함한다. 제 1 유압액 경로 또는 제 2 유압액 경로 중 단지 하나는 임의의 어느 때에 동작가능하다.

Description

제동 시스템 및 그의 동작 방법{BRAKING SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME}
본 발명은 제동 시스템들에 관한 것이고, 특히 전자 제어식(brake-by-wire) 제동 시스템들 및 전자 제어식 제동 시스템들을 동작시키는 방법들에 관한 것이다.
전통적인 제동 시스템들은 자동차들 및 트럭들의 속도를 줄이고 정지시키기 위해 필요한 힘을 생성하기 위해 유압을 이용한다. 이들 시스템들은 마스터 실린더를 활성화하는 브레이크 페달에 의해 동작된다. 마스터 실린더가 활성화될 때, 그것은 제동 라인들에서 유압을 생성한다. 그 압력은 후속적으로, 각각의 바퀴에 존재하는 바퀴 실린더들에 작용하고, 상기 바퀴 실린더들은 제동 패드(pad)들 사이의 회전자를 핀치(pinch)하거나 드럼 밖으로 제동자(brake shoe)들을 누른다.
현대 유압 제동 시스템들은 복잡성을 증가시켰지만, 여전히 동일한 일반 원리로 동작했다. 유압 또는 진공 제동 부스터(booster)들은 운전자가 적용해야 하는 힘의 양을 감소시키고, 잠김 방지(anti-lock) 브레이크들 및 트랙션(traction) 제어 시스템들과 같은 기술들은 브레이크들을 자동으로 활성화 또는 릴리싱(releasing)할 수 있다.
더 최근의 발전들은 정상 동작 동안 브레이크 페달과 바퀴 실린더 사이의 직접 기계 접속부가 존재하지 않는 전자 제어식 시스템들을 야기했다. 이들 시스템들은 여전히, 유압 시스템들을 포함하지만, 운전자는 브레이크 페달을 밟음으로써 바퀴 실린더들을 직접적으로 활성화하지 않는다. 대신에, 바퀴 실린더들은 제어 유닛에 의해 조절되는 전기 모터 또는 펌프에 의해 활성화된다. 정상 동작이 가능하지 않으면, 동작의 페일세이프(failsafe) 모드는 브레이크 페달과 바퀴 실린더 사이에 직접 기계 접속부를 제공할 수 있다.
본 발명의 목적은 제동 시스템들을 제공하는 것이고 특히, 전자 제어식 제어 시스템들 및 전자 제어식 제어 시스템들을 동작시키는 방법들을 제공하는 것이다.
본 발명은 하나의 양태에서, 제동 시스템을 제공한다. 제동 시스템은 마스터 실린더 출력부를 포함하는 마스터 실린더, 적어도 하나의 바퀴 실린더, 셔틀(schuttle)을 포함하는 셔틀 밸브, 마스터 실린더로부터 이격된 볼륨(volume) 부스터, 볼륨 부스터 및 셔틀 밸브를 통해 마스터 실린더 출력부를 적어도 하나의 바퀴 실린더에 접속시키는 제 1 유압액 경로, 볼륨 부스터를 우회하여, 셔틀 밸브를 통해 마스터 실린더 출력부를 적어도 하나의 바퀴 실린더에 접속시키는 제 2 유압액 경로를 포함한다. 제 1 유압액 경로 또는 제 2 유압액 경로 중 단지 하나는 임의의 어느 때에 동작가능하다.
본 발명은 또 다른 양태에서, 차량 제동 시스템을 제공한다. 차량 제동 시스템은 출력 챔버(chamber) 및 유체를 출력 챔버에 공급하도록 구성된 유체 저장소를 포함하는 마스터 실린더, 마스터 실린더에 결합되고 출력 챔버에서 유체를 가압하기 위해 작동될 때, 동작가능한 브레이크 액추에이터(actuator), 적어도 하나의 바퀴 실린더, 브레이크 패달과 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이에 직접 기계 접속부가 존재하지 않는 결합해제 모드로 적어도 하나의 바퀴 실린더를 작동시키기 위해 브레이크 액추에이터의 작동에 응답하여 동작가능한 전자 기계 액추에이터, 마스터 실린더로부터 이격되고 브레이크 액추에이터와 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이에 직접 기계 접속부가 존재하는 결합 모드로 마스터 실린더 출력 챔버와 비교하여 볼륨 증가에 따라 유체를 적어도 하나의 바퀴 실린더에 제공하도록 동작가능한 볼륨 부스터, 및 볼륨 부스터를 우회하기 위해 우회 밸브에 의해 선택적으로 개방된 우회 라인을 포함한다. 우회 라인은 결합 모드에서 정상적으로 폐쇄되고, 우회 밸브는 볼륨 부스터로부터의 임계 압력에 응답하여 우회 라인을 개방하도록 동작가능하다.
본 발명은 또 다른 양태에서, 제동 시스템을 동작시키는 방법을 제공한다. 가압된 유체는 밸브 및 마스터 실린더로부터 이격된 볼륨 부스터를 통해 마스터 실린더의 출력 챔버와 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이의 제 1 경로를 따라 제공된다. 가압된 유체는 밸브를 통해, 그리고 볼륨 부스터를 우회하여 출력 챔버와 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이의 제 2 경로를 따라 제공된다. 밸브는 볼륨 부스터에서 임계 압력에 도달될 때, 제 1 경로를 폐쇄하고 제 2 경로를 개방하기 위해 작동한다.
본 발명의 다른 특징들 및 양태들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들의 고려에 의해 명백해질 것이다.
도 1은 비작동 모드에서의 차량 제동 시스템의 개략도.
도 2는 결합해제 제동 모드에서의 차량 제동 시스템의 개략도.
도 3은 제 1 결합 제동 모드에서의 차량 제동 시스템의 개략도.
도 4는 제 2 결합 제동 모드에서의 차량 제동 시스템의 개략도.
도 5는 제 1 위치에서 차량 제동 시스템의 밸브의 개략적인 표현을 도시한 도면.
도 6은 제 2 위치에서 차량 제동 시스템의 밸브의 개략적인 표현을 도시한 도면.
도 7은 시뮬레이터 밸브 없는 차량 제동 시스템의 개략도.
도 8은 페달 필(feel) 시뮬레이터의 일 대안적인 배치를 갖는 제동 시스템의 개략도.
본 발명의 임의의 실시예들이 상세하게 설명되기 전에, 본 발명이 그것의 응용에서 다음의 설명에서 제시되거나 다음의 도면들에서 도시된 구성의 상세들 및 구성요소들의 배치로 제한되지 않음이 이해될 것이다. 본 발명은 다른 실시예들을 가능하게 하고 다양한 방식들로 실현될 수 있거나 실행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 이용된 어법 및 전문용어는 설명의 목적을 위한 것이고 제한적인 적으로서 간주되지 않아야 함이 이해될 것이다.
차량 제동 시스템(10)은 도 1 내지 도 4에 도시되고 제동을 바퀴 실린더들(14)에 제공할 수 있는 다수의 서브어셈블리(subassembly)들을 포함한다. 시스템(10)은 서로 결부하여 동작하는 전자 및 유압 구성요소들 둘 모두를 포함하는, 전자 유압 전자 제어식 제동 시스템이다.
제동 시스템(10)은 2개의 피스톤들(22, 26)을 포함하는 마스터 실린더(18)를 포함한다. 피스톤들(22, 26)의 각각은 풋(foot) 페달과 같은 운전자 액추에이터(74)를 통해 이용자 입력에 응답하여 정지 위치와 작동된 위치(예로서, 정지 위치를 배제하는 임의의 위치) 사이를 이동가능하다. 운전자 액추에이터(74)에 대한 입력은 센서(78)(예로서, 페달 이동 센서, 마스터 실린더 출력 압력 센서, 등)에 의해 측정된다. 마스터 실린더(18)의 피스톤들(22, 26)은, 각각이 복수의 바퀴 실린더들(14)과 연관된 브레이크 회로들(30, 32)을 동작시킨다. 예를 들면, 4개의 총 바퀴 실린더들(14)을 갖는 차량은, 각각의 브레이크 회로(30, 32)가 2개의 바퀴 실린더들(14)을 제어하는 2개의 브레이크 회로들(30, 32)을 포함할 수 있다. 명료성을 위해, 제 2 브레이크 회로(32)는 제 1 브레이크 회로(30)와 동일한 상세 레벨로 도시되지 않는다. 제 2 브레이크 회로(32)는 마스터 실린더(18)를 도 1에 도시되지 않은 2개의 부가적인 바퀴 실린더들에 접속시킨다. 제 2 브레이크 회로(32)는 페달 필 시뮬레이터(34)를 포함할 수 없을지라도, 도 1에 도시된 제 1 브레이크 회로(30)와 같다. 일부 구성들에서, 제동 시스템(10)은 단일 브레이크 회로를 단지 포함할 수 있다.
마스터 실린더(18)는 유체 저장소(38) 및 2개의 다른 가변 볼륨 출력 챔버들(24, 28)을 더 포함한다. 출력 챔버들(24, 28)은 유압액(예로서, 브레이크 유체)을 포함하고 2개의 회로들(30, 32)과 각각 연관된다. 제 1 출력 챔버(24)는 마스터 실린더(18), 제 1 피스톤(22), 및 제 2 피스톤(26)의 벽들에 의해 범위가 정해진다. 제 1 출력 챔버(24)는 피스톤들(22, 26)이 이동함에 따라 마스터 실린더(18)의 벽들에 대해 이동가능하다. 제 2 출력 챔버(28)는 마스터 실린더(18) 및 제 2 피스톤(26)의 벽들에 의해 범위가 정해진다. 제 2 출력 챔버(24)의 크기는 제 2 피스톤(26)이 이동함에 따라 가변적이다. 피스톤들(22, 26)이 이동함에 따라, 그들은 출력 챔버들(24, 28)과 회로들(30, 32) 또는 유체 저장소(38) 사이의 통신을 선택적으로 차단하거나 허용한다.
유체 저장소(38)는 피스톤들(22, 26)이 정지 위치에 있을 때, 가변 볼륨 출력 챔버들(24, 28)과 통신하는 선택적 유체로 제공된다. 작동된 위치에 있을 때, 제 1 출력 챔버(24)는 제 1 브레이크 회로(30)와 유체 통신 중이고 제 2 출력 챔버(28)는 제 2 브레이크 회로(32)와 유체 통신 중이다. 유체 저장소(38)는 유압액의 양을 제 1 압력으로 유지한다. 저장소 압력은 주변 압력 또는 적어도 바퀴 실린더들(14)을 활성화하기 위해 요구된 압력 미만의 압력일 수 있다. 유압액은 제동 이벤트(event)의 완료 후에 저장소(38)로 리턴한다.
제 1 동작(즉, 결합해제된 전자 제어식 동작) 모드에서, 운전자 액추에이터(74)의 작동에 의해 마스터 실린더(18)에서 생성된 증가된 유체 압력은 바퀴 실린더들(14)로 전달되지 않는다. 대신에, 전자 기계 액추에이터(42)(예로서, 모터, 펌프)는 증가된 압력을 바퀴 실린더들(14)에 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액추에이터(42)는 모터(M)를 포함한다. 모터(M)는 정지 위치와 작동된 위치 사이에 모터 구동 피스톤(46)을 이동시키도록 구성된다. 모터 구동 피스톤(46)의 정지 위치는 마스터 실린더(18)의 피스톤들(22, 26)의 정지 위치에 대응하고 모터 구동 피스톤(46)의 작동된 위치는 마스터 실린더(18)의 피스톤들(22, 26)의 작동된 위치에 대응한다. 이전에 언급된 바와 같이, 피스톤들(22, 26)의 작동된 위치는 피스톤들(22, 26)의 임의의 비 정지 위치일 수 있다. 이것은 그 사이의 임의의 값들을 포함하는 이동의 최소 양과 이동의 최대 양 사이의 피스톤 이동의 총 범위를 포함한다. 모터 구동 피스톤(46)의 작동된 위치는 또한, 그 사이의 임의의 값들을 포함하는 이동의 최소 양과 이동의 최대 양 사이의 피스톤 이동의 총 범위를 포함한다. 대응하는 피스톤(22, 26)(즉, 적절한 브레이크 회로(30, 32)에 대응하는)이 총 이동의 비율을 이동할 때, 모터 구동 피스톤(46)은 미리 결정된 비로 또는 대응하는 양만큼 이동하여, 운전자의 요구된 제동이 인공적으로 되풀이된다.
밸브(50)는 액추에이터(42)와 바퀴 실린더들(14) 사이에 제공된다. 밸브(50)는 바퀴 실린더들(14)로부터 액추에이터(42)를 선택적으로 접속시키거나 접속해제시키도록 구성된다. 각각의 바퀴 실린더(14)와 연관된 대응하는 주입구 및 배출구 밸브들(54, 58)은 각각의 바퀴 실린더(14)의 각각의 바퀴 실린더 라인(62)에서 제공된다. 주입구 밸브(54)는 선택적으로, 바퀴 실린더 라인(62)을 통해, 바퀴 실린더(14)에 대한 통신을 허용하거나 차단한다. 배출구 밸브(58)는 선택적으로, 바퀴 실린더 라인(62)으로부터 유체 저장소(38)로의 흐름을 허용하거나 차단한다.
제동 시스템(10)은 또한, 페일세이프 동작 모드와 같은, 결합 모드로 동작가능하다. 결합 동작(즉, 마스터 실린더(18)와 바퀴 실린더들(14) 사이의 유압 또는 기계 통신)에서, 출력 챔버들(24, 28)에서 생성된 유체 압력은 바퀴 실린더들(14)로 전달된다. 한 쌍의 밸브들(66, 70)은 마스터 실린더(18)와 바퀴 실린더들(14) 사이의, 마스터 실린더(18)의 다운스트림에 직접적으로 위치된다. 결합해제 모드에 대해 정상적으로 개방되지만 폐쇄된 채로 작동된 메인 스위칭 밸브(66)는 선택적으로, 마스터 실린더 출력부(24)와 바퀴 실린더들(14) 사이에 유체 경로를 제공한다. 결합해제 모드에 대해 정상적으로 폐쇄되지만 개방된 채로 작동된 시뮬레이터 밸브(70)는 선택적으로, 마스터 실린더 출력부(24)와 페달 필 시뮬레이터(34) 사이에 유체 경로를 제공한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터 밸브(70)(도 2 내지 도 4)는 제거될 수 있고, 그에 의해 언제나(즉, 결합 및 결합해제 모드들 둘 모두에서) 마스터 실린더(18)와 페달 필 시뮬레이터(34) 사이에 통신을 제공한다. 대안적으로, 밸브들(66, 70)은 바퀴 실린더들(14)과 페달 필 시뮬레이터(34) 사이에 마스터 실린더 출력부(24)로부터 유체 경로를 선택적으로 스위칭하도록 구성된 단일 밸브로 조합될 수 있다.
스텝(step) 피스톤(104)을 포함하는 볼륨 부스터(100)는 브레이크 회로(30) 내의 메인 스위칭 밸브(66)의 다운스트림에 위치된다. 스텝 피스톤(104)은 스텝 피스톤(104)의 주입구 단(104A)(즉, 마스터 실린더 측 상의)이 스텝 피스톤(104)의 배출구 단(104B)(즉, 바퀴 실린더 측 상의)보다 작은 단면적을 갖도록, 가변 단면을 갖는다. 스텝 피스톤(104)은 스텝 피스톤(104)의 윤곽(contour)들을 따르도록 크기 조정되고 유체 챔버(112)에 대해 스텝 피스톤(104)의 이동을 수용하도록 또한 크기 조정된 유체 챔버(112) 내에 위치된다. 스텝 피스톤(104)은 마스터 실린더(18)에 의해 작동되지 않을 때, 주입구 단(104A)이 유체 챔버(112)의 벽에 인접하도록 바이어싱 멤버(biasing member)(108)에 의해 바이어싱된다. 스텝 피스톤(104)이 마스터 실린더(18)로부터의 압력에 의해 작동될 때, 바이어싱 멤버(108)가 압축한다. 스텝 피스톤(100)의 주입구 단(104A) 가까이에서, 유체 챔버(112)는 메인 스위칭 벨브(66)를 통해 마스터 실린더 출력부(24)와 통신 중이다. 주입구 단(104A)으로부터 배출구 단(104B)으로의 이동 가까이에, 유체 챔버(112)는 유체 저장소(38)와 통신 중이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 볼륨 부스터(100)는 볼륨 부스터(100)가 결합 및 결합해제 모드들 둘 모두에서 이용되도록, 페달 필 시뮬레이터(34)와 마스터 실린더(18) 사이에 위치될 수 있다. 결합해제 모드에서, 시뮬레이터 밸브(70)는 개방되고 페달 필 시뮬레이터(34)는 볼륨 부스터(100)의 유체 챔버(112)를 통해 마스터 실린더(18)와 통신한다. 결합 모드에서, 시뮬레이터 밸브(70)는 폐쇄되고 부스터 밸브(68)는 제 3 채널(140)과 통신하는, 스텝 피스톤(104)의 배출구 단(104B) 위로, 유체 챔버(112)를 제공하기 위해 개방된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유체 챔버(112)는 부스터 밸브를 필요로 하지 않고, 제 3 채널과 통신 중이다. 제 3 채널(140)은 볼륨 부스터(100)를 볼륨 부스트 차단 밸브로서 동작하는 셔틀 밸브(116)에 접속시킨다. 밸브(116)는 어떠한 전자 제어 능력들을 갖지 않는 단순한 기계 밸브일 수 있어서, 하나의 위치를 향해 바이어싱되고 유체 압력에 의해 이동가능하다.
도 5 및 도 6에서 더 상세하게 도시된 바와 같이, 셔틀 밸브(116)는 셔틀 밸브(116)의 하우징(housing)(118)에 대해 제 1 위치(도 5)와 제 2 위치(도 6) 사이를 이동가능한 밸브 소자 또는 셔틀(122)을 포함한다. 셔틀(122)의 제 1 부분(120)은 이동의 방향을 가로지르는 원형 단면적을 갖는다. 유사하게, 제 2 부분(124)은 이동의 방향을 가로지르는 원형 단면적을 갖고, 제 2 부분(124)의 단면적은 제 1 부분(120)의 단면적보다 크다. 제 1 부분에서, 셔틀(122)의 제 1 부분(120)은 하우징(118)의 제 1 단과 셔틀(122)의 제 2 단(124) 사이에 제 1 유체 챔버(126)를 생성하는 하우징(118)의 제 1 단에 인접한다. 셔틀(122)은 셔틀(122)의 제 2 위치(124) 및 제 1 단에 대향하는, 하우징(118)의 제 2 단에 의해 범위가 정해진 제 2 유체 챔버(130)에 위치된 스프링(spring)(128)에 의해 제 1 위치를 향해 바이어싱된다. 하기에 더 상세하게 설명된 바와 같이, 스프링(128)에 의해 셔틀(122)에 적용된 힘이 볼륨 부스터(100)로부터의 유압액의 압력(즉, 바퀴 실린더 라인들(62) 내의 압력)에 의해 압도될 때, 셔틀 밸브(116)는 제 1 위치(도 5)로부터 제 2 위치(도 6)로 이동한다. 유압액에 의해 셔틀(122)에 적용된 힘이 스프링에 의해 적용된 압력에 의해 압도될 때, 셔틀(122)은 제 2 위치(도 6)로부터 제 1 위치(도 5)로 이동한다.
셔틀 밸브(116)는 브레이크 회로(30)의 복수의 소자들과 유체 통신 중이다. 제 1 채널(132)은 유체 저장소(38)를 셔틀 밸브(116)의 제 2 유체 챔버(130)에 접속시킨다. 유체 저장소(38)는 셔틀(122)의 위치에 상관없이 제 2 유체 챔버(130)와 항상 통신 중이다. 마찬가지로, 제 1 채널(136)은 셔틀(122)의 위치에 상관없이 바퀴 실린더 라인들(62) 및 바퀴 실린더들(14)을 제 1 유체 챔버(126)에 접속시킨다.
셔틀(122)이 제 1 위치에 있을 때(도 5), 제 3 채널(140)은 셔틀 밸브(116)의 하우징(118)을 통해 볼륨 부스터(100)를 제 4 채널(144)에 접속시킨다. 제 4 채널(144)은 제 2 채널(136)과 유체 통신 중이고, 셔틀 밸브(116)로부터의 유체를 바퀴 실린더 라인들(62) 및 바퀴 실린더들(14)을 향해 지향시키도록 구성된다. 셔틀(122)이 제 2 위치에 있을 때(도 6), 제 3 채널(140)은 제 3 채널(140)로부터의 유체 흐름이 셔틀 밸브(116)을 지나지 못하게 하기 위해 셔틀(122)에 의해 차단된다. 제 5 채널(148) 또는 볼륨 부스터 우회 라인은 메인 스위칭 벨브(66)를 통해 마스터 실린더 출력부(24)와 선택적 통신 중이다. 셔틀(122)이 제 1 위치에 있을 때, 제 5 채널(148)은 제 5 채널(148)로부터의 유체 흐름이 셔틀 밸브(116)을 지나지 못하게 하기 위해 셔틀(122)에 의해 차단된다. 셔틀(122)이 제 2 위치에 있을 때, 제 5 채널(148)은 셔틀 밸브(116)를 통해 마스터 실린더 출력부(24)를 제 4 채널(144) 및 바퀴 실린더들(14)에 접속시킨다.
일방향 체크 밸브(152)는 셔틀 밸브(116)를 회피하기 위해 우회 채널(156)에서 제공된다. 체크 밸브(152)는 바퀴 실린더 라인들(62)로부터의 흐름이 메인 스위칭 밸브(66) 및 마스터 실린더(18)를 향해 리턴하지 못하게 하지만, 제 5 채널(148) 내의 유체 압력이 바퀴 실린더 라인들(62) 내의 유체 압력 및 체크 밸브(152)에 의해 제공된 스프링 힘의 조합보다 크면, 유체가 밸브(66)로부터 바퀴 실린더들(14)로 흐르는 것을 허용한다. 우회 밸브(152)를 이용하기 위해 제 5 채널(148)에서 요구된 압력은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 셔틀(122)을 이동시키기 위해 요구된 압력이거나 그 미만일 수 있다.
도 1 내지 도 4의 차량 제동 시스템은 3개의 상이한 제동 모드들로 동작하도록 구성된다. 주 동작 모드일 수 있는 제 1 제동 모드, 또는 결합해제 제동 모드는 운전자 액추에이터(74)에 대한 이용자 입력을 수반한다. 운전자 액추에이터(74)는 제 1 피스톤(22) 상에 힘을 제공하고, 이는 결과적으로, 제 1 출력 챔버(24) 내의 증가된 유체 압력을 통해, 제 2 피스톤(26) 상에 힘을 제공한다. 출력 챔버들(24, 28) 내의 또는 도시된 바와 같이, 운전자 액추에이터(74)와 직접 통신 중인 센서(78)는 출력 챔버(24, 28) 내의 압력 변화 또는 제어기(도시되지 않음)에 대한 피스톤들(22, 26) 또는 액추에이터(74)의 이동을 중계한다. 도 1로부터 도 2로의 이동에 의해 도시된 바와 같이, 제어기는 모터 구동 피스톤(46)을 액추에이터(74)를 통해 운전자의 요청에 대응하는 양만큼 이동시키기 위한 지시들을 전자 기계 액추에이터(42)에 제공한다. 개방된 위치에서의 밸브(50) 및 주입구 밸브들(54) 및 폐쇄된 위치에서의 배출구 밸브들(58)을 통해, 모터 구동 피스톤(46)으로부터의 증가된 유체 압력은 바퀴 실린더들(14)을 이용자 입력에 비례하는 양만큼 작동시키기 위해 바퀴 실린더들(14)에 제공된다. 이용자 입력이 그 양이 증가되거나 감소되면, 새로운 압력 또는 피스톤 위치는 제어기로 중계되고 전자 기계 액추에이터(42)는 그에 따라 응답한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 결합해제 모드에서, 메인 스위칭 밸브(66)가 작동되고 바퀴 실린더들(14)로부터 마스터 실린더(18)의 제 1 출력 챔버(24)를 분리하며, 시뮬레이터 밸브(70)가 작동되고 마스터 실린더(18)의 제 1 출력 챔버(24)를 페달 필 시뮬레이터(34)에 접속시킨다. 도 7의 제동 시스템(10B)에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터 밸브(70)는 생략될 수 있고, 그에 의해 페달 필 시뮬레이터(34)가 마스터 실린더(18)와 일정한 통신을 하게 한다. 게다가, 도 8의 제동 시스템(10C)에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터 밸브는 볼륨 부스터(100)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 도 2, 도 7, 또는 도 8 중 임의의 하나에서, 페달 필 시뮬레이터(34)는 피드백을 이용자 입력에 비례하는 운전자에 제공하고, 느끼는 대부분의 운전자들은 비 전자 제어식 제동 시스템들을 수용하는 것에 익숙하다. 따라서, 결합해제 모드에서, 유압액 경로는 마스터 실린더 출력 챔버(24)를 페달 필 시뮬레이터(34)에 접속시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 제동 모드, 또는 제 1 결합 모드는 제 1 제동 모드가 적절한 제동 압력을 바퀴 실린더들(14)에 제공할 수 없는 경우에 이용될 수 있다. 구체적으로, 제 2 제동 모드에서, 전자 기계 액추에이터(42) 및 모터 구동 펌프(46)는 작동되지 않는다. 제 2 모드는 예를 들면, 전자 기계 액추에이터(42), 모터 구동 피스톤(46), 센서(78), 또는 제어기에서 장애가 발생하면, 이용될 수 있다. 메인 스위칭 벨브(66)는 작동되지 않고 마스터 실린더(18)의 제 1 출력 챔버(24)를 바퀴 실린더들(14)에 접속시키며, 시뮬레이터 밸브(70)는 작동되지 않고 마스터 실린더(18)의 제 1 출력 챔버(24)와 페달 필 시뮬레이터(34) 사이의 분리를 유지한다.
제 2 모드에서, 셔틀(122)은 셔틀(122)의 제 1 부분(120)이 하우징(118)에 인접하도록, 제 1 위치에 있다. 게다가, 메인 스위칭 밸브(66)를 셔틀 밸브(116)에 접속시키는 제 5 채널(148)은 셔틀(122)에 의해 차단되고 따라서, 바퀴 실린더들(14)과 통신하지 않는다. 대신에, 출력부(24)로부터의 유체는 볼륨 부스터(100)의 주입구 단(104A)으로 지향된다. 주입구 단(104A)의 단면적이 배출구 단(104B)의 단면적 미만이기 때문에, 주입구 단(104A)에 적용된 유체의 볼륨은 2개의 단면들의 비에 기초하여 제 3 채널(140)에서 크게 증가된다. 볼륨 부스터(100)로부터의 증가된 유체 볼륨은 셔틀(122)을 통해 제 3 채널(140)로부터 제 4 채널(144)로 전달된다. 개방된 위치에서의 주입구 밸브들(54) 및 폐쇄된 위치에서의 배출구 밸브들(58)을 통해, 제 4 채널(144)로부터의 증가? 유체 압력은 이용자 입력에 비례하는 양만큼 바퀴 실린더들(14)을 작동시키기 위해 바퀴 실린더들(14)에 제공된다. 따라서, 제 2 모드에서, 유압액 경로는 볼륨 부스터(100) 및 셔틀 밸브(116)를 통해 마스터 실린더 출력 챔버(24)를 바퀴 실린더들(14)에 접속시킨다. 볼륨 부스터(100)로부터의 증가된 볼륨은 바퀴 실린더들(14)에서 제동 동작을 개시하기 위해 더 빠른 응답을 유도한다.
스텝 피스톤(104)이 제한된 양의 이동을 갖기 때문에, 셔틀 밸브(116)를 통해 바퀴 실린더들(14)에 제공된 압력이 또한 제한된다. 제 4 채널(144)이 항상 제 2 채널(136)과 유체 통신 중이기 때문에, 바퀴 실린더들(14)에 제공된 유체 압력의 증가는 부가적으로, 셔틀(122)의 제 1 부분(120)에 인접한 제 1 유체 챔버(126)에 제공된다. 제 1 유체 챔버(126) 내의 압력이 스프링(128)의 힘을 압도할 때(즉, 미리 설정된 컷오프(cutoff) 또는 임계 압력에 도달할 때), 셔틀(122)은 제 1 위치(도 5)로부터 제 2 위치(도 6)로 이동한다.
제 1 위치에서 하우징(118)에 인접하는 셔틀(122)의 제 1 위치(120)로 인해, 제 1 유체 챔버(126) 내의 유체는 스프링(128)에 대해 제 2 부분(124)의 노출된 링 형상 부분을 푸시 온(push on)한다. 그러나, 일단 셔틀(122)이 이동하기 시작하면(즉, 제 1 부분(120)은 하우징으로부터 멀리 들어 올려짐), 제 1 유체 챔버(126) 내의 유체에는 제 1 부분(120) 및 제 2 부분(124) 둘 모두를 따라 압박이 가해져서 셔틀(122)로 하여금 스프링(128)을 편의상 찌그러지도록(collapse) 한다. 이 설계는 제 1 위치로부터 제 2 위치로의 셔틀(122)의 느린 이동를 방지하고, 또한 셔틀(122)이 제 1 유체 챔버(126) 내의 유체 압력의 적은 변동들에 상관없이 제 2 위치에 남도록 허용한다.
셔틀(122)이 임계 압력에서 제 2 위치로 이동할 때, 차량 제동 시스템(10)은 제 3 제동 모드, 또는 제 2 결합 모드에 있다. 제 3 제동 모드에서, 볼륨 부스터(100)로부터의 제 3 채널(140)은 셔틀(122)에 의해 차단된, 제 4 채널(144)로부터 분리된다. 대신에, 마스터 실린더 출력 챔버(24)는 메인 스위칭 밸브(66)를 통해 바퀴 실린더들(14)과, 제 5 채널(148), 제 4 채널(144), 및 바퀴 실린더 라인들(62)을 통해 셔틀 밸브(116)와 직접적으로 통신한다. 마스터 실린더 출력 챔버(24)와 바퀴 실린더들(14) 사이의 직접 통신은, 볼륨 부스터(100)가 제 3 모드에서 우회되었음을 나타낸다. 게다가, 복수의 밸브들(54, 66, 116)은 일단 압력이 임계치를 초과하면 볼륨 부스팅 없이, 흐름을 바퀴 실린더들(14)로 지향시킨다. 따라서, 제 3 모드는 일단 스텝 피스톤(104)의 이동이 미리 결정된 한도에 도달하고 셔틀 밸브가 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동하면, 이용될 수 있다. 미리 결정된 한도는 안전성의 팩토리(factory)에 의해 총 이용가능한 이동 미만이다. 제 2 모드에서의 볼륨 부스팅과 비교하여, 운전자 액추에이터(74)에 대한 입력은 바퀴 실린더들(14)에서 제공 힘의 더 적은 변동을 제공하여, 운전자의 더 큰 변조 제어를 허용한다. 부가적으로, 입력은 더 큰 기계적 또는 유체 역학적 비를 제공하고, 그에 의해 운전자 액추에이터(74)에서의 주어진 힘으로부터 생성된 압력을 증가시킨다. 제 3 모드에서, 유압액 경로는 셔틀 밸브(116)를 통해 마스터 실린더 출력 챔버(24)를 바퀴 실린더들(14)에 접속시키지만 볼륨 부스터(100)를 우회한다.
따라서, 제 1 모드에서, 마스터 실린더(18)의 이동에 의존할지라도, 바퀴 실린더들(14)에 제공된 유압액의 압력 및 볼륨은 마스터 실린더(18)에 의해 제공된 압력 또는 볼륨으로부터 소싱(sourcing)되지 않는다. 대신에, 압력 및 볼륨은 전자기계 액추에이터(42)의 출력에 의해 제공된다. 제 2 모드에서, 마스터 실린더 출력 챔버(24)에서의 볼륨 변위는 볼륨 부스터(100)를 통해 바퀴 실린더들(14)에 적용되기 전에 증폭된다. 제 3 모드에서, 마스터 실린더 출력 챔버(24)에서의 볼륨 변위는 증폭되지 않지만, 오히려 바퀴 실린더들(14)로 직접적으로 송신된다.
운전자 액추에이터(74)에 대한 이용자 입력이 3개의 모드들 중 임의의 모드에서 삭제될 때, 흐름은 바퀴 실린더 라인들(62) 내의 압력이 저장소 압력으로 리턴하기 때문에, 마스터 실린더(18)를 재설정하기 위해 바퀴 실린더들(14)로부터 마스터 실린더 배출구(24)로 다시 뒤바뀐다.
본 발명의 다양한 특징들은 다음의 청구항들에서 제시된다.
10: 차량 제동 시스템 14: 바퀴 실린더
18: 마스터 실린더 22, 26: 피스톤
24, 28: 볼륨 출력 챔버 30, 32: 브레이크 회로
34: 페달 필 시뮬레이터 38: 유체 저장소
42: 전자 기계 액추에이터 46: 모터 구동 피스톤
50: 밸브 54: 주입구 밸브
58: 배출구 밸브 62: 바퀴 실린더 라인
66: 메인 스위칭 밸브 70: 시뮬레이터 밸브
74: 운전자 액추에이터 78: 센서
100: 볼륨 부스터 104: 스텝 피스톤
112: 유체 챔버 116: 셔틀 밸브
118: 하우징 122: 셔틀
128: 스프링 130: 제 2 유체 챔버
132: 제 1 채널 136: 제 2 채널
140: 제 3 채널 144: 제 4 채널
148: 제 5 채널 152: 일방향 체크 밸브
156: 우회 채널

Claims (18)

  1. 차량 제동 시스템에 있어서:
    마스터 실린더 출력부를 포함하는 마스터 실린더;
    적어도 하나의 바퀴 실린더;
    셔틀(schuttle)을 포함하는 셔틀 밸브;
    상기 마스터 실린더로부터 이격된 볼륨 부스터(volume booster);
    상기 볼륨 부스터 및 상기 셔틀 밸브를 통해 상기 마스터 실린더 출력부를 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더에 접속시키는 제 1 유압액 경로, 및
    상기 볼륨 부스터를 우회하여, 상기 셔틀 밸브를 통해 상기 마스터 실린더 출력부를 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더에 접속시키는 제 2 유압액 경로를 포함하고,
    상기 제 1 유압액 경로 또는 상기 제 2 유압액 경로 중 단지 하나는 임의의 어느 때에 동작가능한, 차량 제동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼륨 부스터는 제 1 단면적의 주입구 단 및 상기 제 1 단면적보다 큰 제 2 단면적을 갖는 제 1 부분에 고정된 배출구 단을 갖는 스텝(step) 피스톤을 포함하고,
    제 2 부분은 상기 제 1 유압액 경로에서, 상기 마스터 실린더로부터의 유체가 상기 스텝 피스톤의 제 1 부분을 통해 상기 셔틀 밸브와 통신하도록 구성되도록 하는 상기 제 1 부분의 다운스트림인, 차량 제동 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 셔틀은 임계 압력 또는 그 이상에서 상기 볼륨 부스터의 압력에 응답하여 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 이동하도록 동작가능한, 차량 제동 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 실린더 출력부를 페달 필(feel) 시뮬레이터에 접속시키는 제 3 유압액 경로를 더 포함하고,
    상기 제 1 유압액 경로, 상기 제 2 유압액 경로, 또는 상기 제 3 유압액 경로 중 단지 하나의 경로는 임의의 어느 때에 동작가능한, 차량 제동 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 유압액 경로는 동작가능하고, 전자 기계 액추에이터(actuator)는 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더와 통신 중인, 차량 제동 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 유압액 경로가 상기 마스터 실린더 출력부를 상기 패달 필 시뮬레이터에 접속시키는 결합해제 모드; 및
    상기 제 1 유압액 경로 또는 상기 제 2 유압액 경로 중 하나가 상기 마스터 실린더 출력부를 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더에 접속시키는 결합 모드를 더 포함하는, 차량 제동 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    운전자 액추에이터를 더 포함하고,
    상기 결합해제 모드 및 상기 결합 모드 둘 모두에서, 상기 제동 시스템은 상기 운전자 액추에이터에 대한 이용자 입력에 응답하여 동작가능한, 차량 제동 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 결합 모드는 상기 볼륨 부스터로부터의 임계 압력에 응답하여 상기 제 1 유압액 경로로부터 상기 제 2 유압액 경로로 스위칭하도록 동작가능한, 차량 제동 시스템.
  9. 차량 제동 시스템에 있어서:
    출력 챔버(chamber) 및 유체를 상기 출력 챔버에 공급하도록 구성된 유체 저장소를 포함하는 마스터 실린더;
    상기 마스터 실린더에 결합되고 상기 출력 챔버에서 유체를 가압하기 위해 작동될 때, 동작가능한 브레이크 액추에이터;
    적어도 하나의 바퀴 실린더;
    브레이크 패달과 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이에 직접 기계 접속부가 존재하지 않는 결합해제 모드로 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더를 작동시키기 위해 상기 브레이크 액추에이터의 작동에 응답하여 동작가능한 전자 기계 액추에이터;
    상기 마스터 실린더로부터 이격되고, 상기 전자 기계 액추에이터가 비활성이고 상기 브레이크 액추에이터와 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이에 직접 기계 접속부가 존재하는 결합 모드로 상기 마스터 실린더 출력 챔버와 비교하여 볼륨 증가에 따라 유체를 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더에 제공하도록 동작가능한 볼륨 부스터; 및
    상기 볼륨 부스터를 우회하기 위해 우회 밸브에 의해 선택적으로 개방된 우회 라인을 포함하고,
    상기 우회 라인은 상기 결합 모드에서 정상적으로 폐쇄되고, 상기 우회 밸브는 상기 볼륨 부스터로부터의 임계 압력에 응답하여 상기 우회 라인을 개방하도록 동작가능한, 차량 제동 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전자 기계 액추에이터는 상기 결합 모드에서 동작가능하지 않는, 차량 제동 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 우회 밸브는 상기 결합 모드에서 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 이동하도록 구성되고, 상기 제 1 위치에서, 상기 밸브는 유체 경로를 상기 볼륨 부스터로부터 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더로 제공하고 상기 우회 라인을 차단하며, 상기 제 2 위치에서, 상기 밸브는 상기 볼륨 부스터와 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이의 유체 통신을 차단하고 상기 우회 라인을 통해 유체 경로를 상기 출력 챔버로부터 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더로 제공하는, 차량 제동 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 우회 밸브는 상기 제 1 위치에 대해 바이어싱(biasing)된 셔틀을 포함하는 셔틀 밸브인, 차량 제동 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 셔틀은:
    상기 제 1 위치에서, 상기 셔틀 밸브의 하우징에 인접하는 제 1 단면적을 갖는 제 1 부분; 및
    상기 제 1 부분에 고정된 제 2 부분으로서, 상기 제 1 단면적보다 큰 제 2 단면적을 갖는, 상기 제 2 부분을 포함하는, 차량 제동 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 볼륨 부스터는 주입구 단 및 배출구 단을 갖는 스텝 피스톤을 포함하고, 상기 배출구 단은 상기 주입구 단의 단면적보다 큰 단면적을 갖는, 차량 제동 시스템.
  15. 제동 시스템을 동작시키는 방법에 있어서:
    가압된 유체를 밸브 및 마스터 실린더로부터 이격된 볼륨 부스터를 통해 상기 마스터 실린더의 출력 챔버와 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이의 제 1 경로를 따라 제공하는 단계, 및
    가압된 유체를 상기 밸브를 통해, 그리고 상기 볼륨 부스터를 우회하여 상기 출력 챔버와 상기 적어도 하나의 바퀴 실린더 사이의 제 2 경로를 따라 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 밸브는 상기 볼륨 부스터에서 임계 압력에 도달될 때, 상기 제 1 경로를 폐쇄하고 상기 제 2 경로를 개방하기 위해 작동하는, 제동 시스템을 동작시키는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 밸브는 셔틀을 포함하는 셔틀 밸브이고, 상기 셔틀은 상기 제 1 경로에서 임계 압력에 도달될 때, 상기 제 1 경로를 폐쇄하고 상기 제 2 경로를 개방하기 위해 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동하는, 제동 시스템을 동작시키는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    제 3 경로를 제공하는 단계로서, 상기 제 3 경로는 마스터 실린더의 출력 챔버와 그 사이에 시뮬레이터 밸브를 갖는 페달 필 시뮬레이터 사이에 위치되는, 상기 제 3 경로를 제공하는 단계; 및
    상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로 중 어느 하나를 이용할 때, 상기 시뮬레이터 밸브를 통해 상기 제 3 경로를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 제동 시스템을 동작시키는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 또는 상기 제 2 경로를 따라 가압된 유체를 제공하는 단계는 결합 모드에서 발생하고, 상기 방법은 상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로를 폐쇄하고 제 3 경로를 개방시킴으로써 결합해제 모드에서 상기 제동 시스템을 동작시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 경로는 가압된 유체를 상기 마스터 실린더의 출력 챔버로부터 페달 필 시뮬레이터로 제공하는, 제동 시스템을 동작시키는 방법.
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