KR20190003156A - 전자식 브레이크 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

전자식 브레이크 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

전자식 브레이크 시스템 및 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 제 1 유압 회로로 액압을 전달하는 제 1 인밸브와 제 2 유압 회로로 액압을 전달하는 제 2 인밸브와 제 1 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 1 아웃밸브와 제 2 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 2 아웃밸브 및 제 1 인밸브 및 제 2 인밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하고, 제 1 아웃밸브 및 제 2 아웃밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 전자 제어 유닛을 포함한다.

Description

전자식 브레이크 시스템 및 제어 방법{Electric Brake System and control method}
본 발명은 전자식 브레이크 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스터 실린더와 페달 시뮬레이터 등으로 구성된 액추에이터와 ESC(Electronic Stability Control) 및 HPU(Hydraulic Power Unit)를 단일의 유닛으로 제공하는 통합 전자식 브레이크 시스템에 있어서, 진동을 저감하기 위한 전자식 브레이크 시스템 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
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 브레이크 시스템의 제동장치가 설치되는데, 여기서 차량용 브레이크 제동장치는 달리고 있는 차량의 속도를 줄이거나 정지시키는 기능을 하는 장치를 말한다.
통상적인 차량용 브레이크 시스템의 제동장치에는 엔진의 흡입압을 사용해서 제동력을 발생하는 진공 브레이크와, 유압을 사용해서 제동력을 발생하는 유압 브레이크가 있다.
유압 브레이크의 한 종류인 전자식 브레이크 시스템(Electric brake system) 운전자가 페달을 밟으면 전자제어유닛이 이를 감지하여 제동유압을 마스터 실린더 및 각 바퀴의 휠 실린더로 전달함으로써 제동력을 발생시킨다.
이러한 전자식 브레이크 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 휠 실린더(20)로 전달되는 제동유압을 제어하기 위하여 마스터 실린더(1a), 배력부(1b), 리저버(1c) 및 페달 시뮬레이터(1d) 등으로 구성된 액추에이터(1)와, 각 휠의 제동력을 독립적으로 제어하는 모듈레이터 모듈(2) 및 모터와 펌프, 어큐뮬레이터, 밸브 등으로 구성된 HPU(3)는 각각의 유닛으로 구성되어 진다. 이때, 모듈레이터 모듈(2)에는 제동제어 방식에 따라 안티록 브레이크 시스템(ABS : Anti-Lock Brake System), 트랙션 제어 시스템(TCS : Traction Control System), 차량자세제어 시스템(ESC : Electronic Stability Cintrol System) 등이 선택적으로 적용될 수 있다.
그러나, 전자식 브레이크 시스템을 구성하는 각 유닛(1, 2, 3)이 별도로 마련되어 설치되기 때문에 차량의 장착공간의 한정성에 의하여 장착 공간의 확보가 요구됨은 물론, 중량이 증가되는 문제가 있다. 이에, 전자제어 유압제동 시스템은 제동시 차량의 안전성 확보, 연비 효율의 향상, 적절한 페달감 등은 물론, 진보된 전자제어 유압제동 시스템이 요구되고 있다.
한편, 모터로부터 제동 어플라이(Apply) 제어 또는 릴리즈(Release) 제어를 수행할 때, 두 개의 밸브가 동시에 제어됨에 따라, 전류의 중첩으로 인하여 노이즈가 발생하는 문제점이 있다
이에, 상기 필요에 의하여 그 구성이 단순하면서도, 밸브의 개방 및 폐쇄 시 발생할 수 있는 노이즈를 최소화하기 위면서, 제어가 용이한 전자식 브레이크 시스템을 개발하기 위한 연구가 진행되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 밸브 제어 시 발생하는 노이즈를 최소화하기 위한 전자식 브레이크 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 복수의 밸브 제어 시 발생하는 노이즈를 최소화하면서 발생할 수 있는 발열 문제를 최소화하는 전자식 브레이크 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제 1 유압 회로로 액압을 전달하는 제 1 인밸브;와 제 2 유압 회로로 액압을 전달하는 제 2 인밸브;와 상기 제 1 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 1 아웃밸브;와 상기 제 2 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 2 아웃밸브; 및 상기 제 1 인밸브 및 제 2 인밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하고, 제 1 아웃밸브 및 제 2 아웃밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 전자 제어 유닛;을 포함하는 전자식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 전류 제어 신호는 PWM (Pulse Width Modulation) 제어 신호를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전자 제어 유닛은 상기 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성할 때, 상기 제 1 인밸브에 인가된 전류 제어 신호와 상기 제 2 인밸브에 인가된 전류 제어 신호의 중첩 전류가 상쇄되도록 위상 지연 제어 신호를 산출할 수 있다.
또한, 상기 전자 제어 유닛은 하나의 인밸브에 180도 위상 지연 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 전자 제어 유닛은 상기 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성할 때, 상기 제 1 아웃밸브에 인가된 전류 제어 신호와 상기 제 2 아웃밸브에 인가된 전류 제어 신호의 중첩 전류가 상쇄되도록 위상 지연 제어 신호를 산출할 수 있다.
또한, 상기 전자 제어 유닛은 하나의 아웃밸브에 180도 위상 지연 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 제 1 유압 회로로 액압을 전달하는 제 1 인밸브, 제 2 유압 회로로 액압을 전달하는 제 2 인밸브, 상기 제 1 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 1 아웃밸브, 상기 제 2 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 2 아웃밸브를 포함하는 전자식 브레이크 시스템에 있어서, 상기 제 1 인밸브 및 제 2 인밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 단계; 및 제 1 아웃밸브 및 제 2 아웃밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전류 제어 신호는 PWM (Pulse Width Modulation) 제어 신호를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 인밸브 및 제 2 인밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 단계;는 하나의 인밸브에 180도 위상 지연 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 제 1 아웃밸브 및 제 2 아웃밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 단계;는 하나의 아웃밸브에 180도 위상 지연 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 밸브 제어 시 발생하는 노이즈를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 밸브 제어 시 발생하는 노이즈를 최소화하면서 발생할 수 있는 발열 문제를 최소화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 2은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하는 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 세부 블록도이다.
도 5는 종래 전자식 브레이크 시스템에 포함된 복수의 밸브에 흐르는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템에 포함된 밸브에 흐르는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 제어 방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템은 크게 두 개의 유닛으로 구성될 수 있다. 예컨대, 통합 유압 제어장치(100)와 파워 소스 유닛(200)으로 구성될 수 있다. 도면을 참조하면, 통합 유압 제어장치(100)는, 제동 시 운전자에 의해 조작되는 브레이크 페달(30)과, 브레이크 페달(30)로부터 힘이 전달되는 마스터 실린더(110)와, 마스터 실린더(110)의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버(115)와, 각각 두 개의 차륜(RR, RL, FR, FL)과 연결된 두 개의 유압회로(HC1, HC2)와, 마스터 실린더(110)와 연결되어 브레이크 페달(30)의 반력을 제공하도록 마련되는 페달 시뮬레이터(180)와, 페달 시뮬레이터(180)와 상기 리저버(115)를 연결하는 유로(188)에 설치된 시뮬레이션 밸브(186)를 구비한다. 파워 소스 유닛(200)은 일정 수준의 압력을 저장하는 어큐뮬레이터(230)와, 어큐뮬레이터(230)에 압력 형성을 위하여 리저버(115)로부터 오일을 흡입하여 어큐뮬레이터(230)로 토출하는 펌프(210)와, 상기 펌프(210)의 구동을 위한 모터(220)를 구비한다.
또한, 통합 유압 제어장치(100)는 리저버(115) 또는 어큐뮬레이터(230)에서 각 차륜(FL, FR, RL, RR)에 설치된 휠 실린더(20)로 전달되는 압력을 제어하도록 두 개의 유압회로(HC1, HC2)와 각각 연결된 인밸브(141, 142) 및 아웃밸브(143, 144)와, 압력센서(101, 102, 103) 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 통합 유압 제어장치(100)와 파워 소스 유닛(200)은 외부 배관(10)에 의하여 서로 접속된다. 즉, 파워 소스 유닛(200)의 어큐뮬레이터(230)와 통합 유압 제어장치(100)의 유압유로(120)가 외부 배관(10)에 의하여 연결된다. 상기 펌프(210)와 모터(220) 및 어큐뮬레이터(230)로 구성된 파워 소스 유닛(200)을 별도의 유닛으로 구성한 것은 작동 노이즈를 분리하기 위함이며, 또한 통합 유압 제어장치(100)에 마스터 실린더(110), 리저버(115), 페달 시뮬레이터(180)를 단일품으로 묶고 ESC 모듈과 HPU 모듈의 기능을 포함시킬 경우 전체 전자식 브레이크 시스템의 중량 감소 및 장착 공간을 개선할 수 있다.
이와 같은 전자식 브레이크 시스템을 구성하는 각 구성요소의 구조 및 기능에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
마스터 실린더(110)는 하나의 챔버로 액압을 발생시킬 수 있으나, 본 실시예에서는 고장 시 안전성을 확보하기 위해 두 개의 챔버로 구성된다. 챔버 내부에는 제1 피스톤(111)과 제2 피스톤(112)이 마련된다. 제1 및 제2 피스톤(111, 112)은 브레이크 페달(30)의 답력에 따라 브레이크 페달(30)과 연결된 인풋로드(31)에 의해 가압되며 유압을 발생시키며, 각각 두 개의 유압회로(HC1, HC2)와 연결된다. 마스터 실린더(110)는 상부에 설치된 리저버(115)를 통해 오일을 공급받고, 하부에 마련된 출구를 통해 각 차륜(RR, RL, FR, FL)에 설치된 휠 실린더(20)로 오일을 배출한다.
이때, 본 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 도시된 바와 같이 X-Split(크로스 스플리트) 차량에 설치되는 것으로 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 여기서 크로스 스프리트는 전류의 두 개의 차륜(FL, FR)과 후륜의 두 개의 차륜(RL, RR)을 제어 시 전륜과 후륜을 크로스하여 제동하는 챠량을 의미한다. 즉, 두 개의 유압회로(HC1, HC2) 중 제1 유압회로(HC1)는 차량의 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)에 연결되고, 제2 유압회로(HC2)는 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)에 연결된다.
한편, 각 유압회로(HC1, HC2)에는 휠 실린더(20)로 연결되는 유로를 포함하고, 이 유로에는 액압을 제어하는 복수의 밸브(161, 162)가 설치된다. 도시된 바에 따르면, 복수의 밸브(161, 162)는 휠 실린더(20)의 상류측에 배치되어 액압이 휠 실린더로 전달되는 것을 제어하는 평시 개방형(Normally Open type, 이하 'NO 타입'이라 한다) 솔레노이드밸브(161)와, 휠 실린더(20)의 하류측에 배치되어 휠 실린더(20)에서 액압이 빠져나가는 것을 제어하는 평시 폐쇄형(Normally Cloesd type, 이하 'NC 타입'이라 한다) 솔레노이드밸브(162)로 구별된다. 이러한 솔레노이드밸브(161, 162)의 개폐동작은 통상적으로 사용되는 전자제어유닛(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 각 유압회로(HC1, HC2)는 NC 타입 솔레노이드밸브(162)와 리저버(115)를 연결하는 리턴유로(160)를 포함하여 구성된다. 리턴유로(160)는 휠 실린더(20)로 전달된 액압을 배출하여 리저버(115)로 전달하도록 이루어진다. 이러한 리턴유로(160)는 리저버(115)와 연결됨과 동시에 후술할 시뮬레이션 밸브(186)가 설치된 유로(188)와 연결된다. 이에, 시뮬레이션 밸브(186)가 개방되어 페달 시뮬레이터(180)로부터 액압이 흐를 경우 리저버(115)로 전달되게 된다.
펌프(210)는 리저버(115)로부터 유입되는 오일을 고압으로 펌핑하여 제동압을 형성하기 위해 적어도 하나 이상 마련되며, 이 펌프(210)의 일측에는 펌프(210)에 구동력을 제공하기 위한 모터(220)가 마련된다. 모터(220)는 브레이크 페달(30)의 답력에 따른 운전자의 제동의지를 후술할 제2 압력센서(102) 또는 페달변위센서(미도시)로부터 전달받아 구동될 수 있다.
어큐뮬레이터(230)는 펌프(210)의 출구 측에 마련되어 펌프(210)의 구동에 의해 생성된 고압의 오일을 임시 저장한다. 즉, 전술한 바와 같이 어큐뮬레이터(230)는 외부 배관(10)에 의하여 유압유로(120)와 연결된다.
유압유로(120)에는 오일이 역류되는 것을 방지하도록 체크밸브(125)가 설치된다. 또한, 유압유로(120)에 제1압력센서(101)를 마련하여 어큐뮬레이터(230)의 오일 압력을 측정한다. 이때, 제1압력센서(101)로부터 측정된 오일압력은 전자제어유닛(40)에 의해 설정압력과 비교되어 측정 압력이 낮은 경우 펌프(210)를 구동하여 리저버(115)의 오일을 흡입하여 어큐뮬레이터(230)에 충진시키게 된다. 유압유로(120)는 유입유로(131, 132)를 통해 각 유압회로(HC1, HC2)와 연결된다.
유입유로(131, 132)는 제1 유압회로(HC1)와 연결된 제1 유입유로(131) 및 제2 유압회로(HC2)와 연결된 제2 유입유로(132)로 구성된다. 제1 유입유로(131)에는 어큐뮬레이터(230)에 저장된 제동오일을 제어하기 위한 제1 인밸브(141)와 제1 아웃밸브(143)가 마련되고, 제2 유입유로(132)에는 어큐뮬레이터(120)에 저장된 제동오일을 제어하기 위한 제2 인밸브(142)와 제2 아웃밸브(144)가 마련된다. 즉, 어큐뮬레이터(230)의 제동오일이 제1 유입유로(131)와 제2 유입유로(132)에 의하여 각 휠 실린더(20)로 전달될 수 있다.
제1 및 제2 인밸브(141, 142)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 구성되고, 제1 및 제2 아웃밸브(143, 144)는 평소 열린 상태를 유지하는 노말 오픈 타입의 솔레노이드밸브로 구성된다. 이에, 운전자가 브레이크 페달(30)을 밟는 경우 제1 및 제2 인밸브(141, 142)가 개방되어 어큐뮬레이터(230)에 저장된 제동오일을 휠 실린더(20)에 전달되고, 제1 및 제2 아웃밸브(143, 144)는 폐쇄된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리저버(115)와 연결된 리턴유로(160)와 아웃밸브(143, 144)를 연결하는 연결유로(154)에는 아웃밸브(143, 144)를 통해 흐르는 액압이 리저버(115)로 흐르도록 제어하는 제어밸브(150)가 마련된다. 제어밸브(150)는 평상시 닫힌 상태를 유지하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 마련되며, 액압의 감압 시 개방되어 오일이 리저버(115)로 전달되도록 한다. 또한, 제어밸브(150)는 평상시 당힌 상태를 유지함에 따라 전자식 브레이크 시스템이 비정상적으로 작동하는 경우 마스터 실린더(110)로부터 발생된 액압이 리저버(115)로 흐르는 것을 방지하는 역할을 수행하게 된다.
한편, 통합 유압 제어장치(100)는 제1 유입유로(131)와 제2 유입유로(132)에 각각 마련되어 압력 맥동을 최소화하기 위한 맥동 감쇠 장치(135)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 맥동 감쇠 장치(135)는 각각 인밸브(141, 142) 및 아웃밸브(143, 144)와 NO 타입 솔레노이드밸브(161) 사이에서 발생되는 맥동을 감쇠하기 위하여 오일을 임시 저장할 수 있는 장치로서, 이 기술분야에서 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
미설명된 참조부호 '103'은 제1 및 제2 유입유로(131, 132)에 설치되어 유입유로(131, 132)로 전달되는 제동유압을 압력을 감지하는 제3 압력센서이다. 이에, 이 제3 압력센서(103)로부터 감지된 제동오일의 압력에 따라 맥동이 저하되도록 맥동 감쇠 장치(135)를 제어할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 전자식 브레이크 시스템이 고장일 경우 마스터 실린더(110)와 두 개의 유압회로(HC1, HC2)를 연결하는 제1 백업유로(171) 및 제2 백업유로(172)가 마련될 수 있다. 제1 백업유로(171)의 중도에는 제1 백업유로(171)를 개폐하는 제1 차단밸브(173)가 마련되고, 제2 백업유로(172)의 중도에는 제2 백업유로(172)를 개폐하는 제2 차단밸브(174)가 마련된다. 이러한 제1 백업유로(171)는 제1 차단밸브(173)를 통해 제1 유입유로(131)와 연결되고, 제2 백업유로(172)는 제2 차단밸브(174)를 통해 제2 유입유로(132)와 연결된다. 특히, 제1 차단밸브(173)와 마스터 실린더(110) 사이에 마스터 실린더(110)의 오일압력을 측정하는 제2 압력센서(102)가 마련될 수 있다. 이는 정상상태의 제동 시 제1 차단밸브(173) 및 제2 차단밸브(174)에 의해서 백업유로(171, 172)가 차단되고, 제2 압력센서(102)에 의해서 운전자가 요구하는 제동의지를 판단할 수 있다.
상기 제1 및 제2 차단밸브(173, 174)는 평상시 개방되어 있다가 정상상태의 제동 작용시 밸브가 닫히도록 작동하는 NO 타입의 솔레노이드밸브로 마련된다. 이에, 제동 유압이 제1 및 제2 유입유로(131, 132)를 통해 휠 실린더(20)로 전달 시 제1 및 제2 차단밸브(173, 174)가 닫혀 백업유로(171, 172)로 오일이 흐르지 않고 휠 실린더(20)로 원활히 전달되게 된다.
본 발명에 따르면, 제2 압력센서(102)와 마스터 실린더(110) 사이에는 브레이크 페달(30)의 답력을 형성하기 위한 페달 시뮬레이터(180)가 구비된다.
페달 시뮬레이터(180)는 마스터 실린더(110)의 출구 측에서 유출되는 오일을 저장할 수 있도록 마련된 시뮬레이션 챔버(182)와, 시뮬레이션 챔버(182)의 후단부에 연결된 시뮬레이션 밸브(186)를 포함한다. 시뮬레이션 챔버(182)는 피스톤(183)과 탄성부재(184)를 포함하여 시뮬레이션 챔버(182)로 유입되는 오일에 의해 일정 범위의 변위를 갖도록 형성된다.
시뮬레이션 밸브(186)는 페달 시뮬레이터(180)의 후단과 리저버(115)를 연결하는 유로(188)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 페달 시뮬레이터(180)의 입구는 마스터 실린더(110)와 연결되고, 페달 시뮬레이터(180)의 후단에 시뮬레이션 밸브(186)가 장착되고, 시뮬레이션 밸브(186)의 출구는 유로(188)를 통해 리저버(115)와 연결된 리턴유로(160)와 연결됨에 따라 페달 시뮬레이터(180) 즉, 시뮬레이션 챔버(182) 내부 전체가 오일로 채워진다.
이러한, 시뮬레이션 밸브(186)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 노말 클로즈 타입의 솔레노이드밸브로 구성되어 운전자가 브레이크 페달(30)을 밟는 경우 개방된다.
또한, 페달 시뮬레이터(180)와 마스터 실린더(110) 사이에는 즉, 페달 시뮬레이터(180)와 시뮬레이션 밸브(186) 사이에는 시뮬레이션 체크밸브(185)가 마련되고, 이 시뮬레이션 체크밸브(185)는 리저버(115)로부터 오일이 시뮬레이션 챔버(182)로 흐르도록 오일유로(189)에 의해 리저버(115)와 연결된다. 상기 시뮬레이션 체크밸브(185)는 브레이크 페달(30)의 답력에 따른 페달 시뮬레이터(180)의 후단 압력이 시뮬레이션 밸브(186)를 통해서만 전달되도록 이루어진다. 즉, 페달 시뮬레이터(180)의 피스톤(183)이 스프링(184)을 압축함에 따라 시뮬레이션 챔버(182) 내의 오일이 시뮬레이션 밸브(186)와 유로(188)를 통해 리저버(115)로 전달된다. 이에, 시뮬레이션 챔버(182) 내에 오일이 채워진 상태이기 때문에 페달 시뮬레이터(180)의 작동시 피스톤(183)의 마찰이 최소화되어 페달 시뮬레이터(180)의 내구성이 향상됨은 물론, 외부로부터의 이물질 유입이 차단된 구조를 갖는다.
아울러, 브레이크 페달(30)의 답력의 해제시 시뮬레이션 체크밸브(185)를 통해 오일이 시뮬레이션 챔버(182)로 공급됨에 따라 페달 시뮬레이터(180) 압력의 빠른 리턴이 보장되게 된다. 이러한 시뮬레이션 체크밸브(185)는 브레이크 페달(30)의 답력의 해제시 페달 시뮬레이터(180)의 잔류압이 복귀되도록 스프링이 없는 배관용 체크밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 통합 유압 제어장치(100)는 각 밸브 및 센서와 전기적으로 연결되어 제어하는 전자제어유닛(40)을 포함하는 하나의 블록으로 마련되어 전자식 브레이크 시스템의 콤팩트화를 도모할 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 모터(220)와 펌프(210) 및 어큐뮬레이터(230)로 구성된 파워 소스 유닛(200)과, 각종 밸브 및 센서와 더불어 브레이크 페달(30)의 답력을 형성하기 위한 페달 시뮬레이터(180)를 단일의 블록 형태로 구비한 통합 유압 제어장치(100)를 통하여 장착 공간의 확보가 용이함은 물론 중량 증가에 따른 문제를 해결할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 동작에 대해서 자세히 설명한다.
도 2는 전자식 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하는 경우의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 2를 참조하면, 운전자에 의한 제동이 시작되면 제2 압력센서(102) 또는 페달 변위센서(미도시) 등을 통하여 운전자가 밟는 브레이크 페달(30)의 압력 정보를 통해 운전자의 요구 제동량을 감지할 수 있다. 전자제어유닛(40)은 회생 제동량의 크기를 입력받을 수 있고, 운전자의 요구 제동량과 회생 제동량의 차이에 따라 마찰 제동량의 크기를 계산할 수 있고, 이에 따라 휠 측의 압력의 증압 또는 감압의 크기를 파악할 수 있다.
구체적으로, 제동 초기에 운전자가 브레이크 페달(30)을 밟으면 차량의 제동은 회생제동으로 충분하여 마찰에 의한 제동량은 발생하지 않도록 제어될 수 있다. 따라서 브레이크 페달(30)에서 전달되어 마스터 실린더(110)에 생긴 유압이 휠 실린더(20)로 전달되지 않도록 브레이크 제동오일의 감압이 필요하다. 이때 아웃밸브(143, 144)를 개방하여 유입유로(131, 132)에 형성된 유압을 리저버(115)로 배출함으로써 차륜(RR, RL, FR, FL)에 압력이 생기지 않도록 하고, 브레이크 페달압은 그대로 유지할 수 있게 된다.
이후 회생 제동량의 변화에 따라 마찰 제동량을 조절하는 과정이 이루어지게 될 수 있다. 회생 제동량은 배터리의 충전상태나 차량의 속도에 따라 달라지게 되는데 일정차속 이하에서는 회생 제동량은 급속히 작아지게 된다. 이러한 상황에 대처하기 위하여 휠 실린더(20)의 유압을 제어하기 위하여 제1 인밸브(141)는 어큐뮬레이터(230)에서 제1 유입유로(131)로 전달되는 제동 오일의 유량을 제어할 수 있고, 마찬가지로 제2 인밸브(142)는 어큐뮬레이터(230)에서 제2 유입유로(132)로 전달되는 제동 오일의 유량을 제어할 수 있다.
이후 회생 제동량이 없으므로 통상의 제동상황에 따라 제동될 수 있다.
한편, 브레이크 페달(30)의 답력에 따른 마스터 실린더(110)의 가압에 따라 발생된 압력은 마스터 실린더(110)와 연결된 페달 시뮬레이터(180)로 전달된다. 이때, 페달 시큘레이터(180)의 후단과 리저버(115)를 연결하는 유로(188)에 설치된 시뮬레이션 밸브(186)가 개방되어 시뮬레이션 밸브(186)를 통해 시뮬레이션 챔버(182) 내에 채워진 오일이 리저버(115)로 전달된다. 또한, 피스톤(183) 및 피스톤(183)을 지지하는 스프링(184) 하중에 상응하는 압력이 시뮬레이션 챔버(182)를 통해 운전자에게 적절한 페달감을 제공하게 된다. 아울러, 브레이크 페달(30)의 답력 해제시 시뮬레이션 체크밸브(185)를 통해 오일이 시뮬레이션 챔버(182) 내로 다시 채워짐으로써 페달 시뮬레이터(180) 압력의 빠른 리턴이 보장된다.
이상에서는 본 발명에 따른 회생 제동이 가능한 전자식 브레이크 시스템(1)의 회로도에 대하여 설명하였다.
이하에서는 본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)의 구성 블록도에 대하여 자세히 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 블록도인 것으로, 도 3을 참조하면, 차량의 전자식 브레이크 시스템(1)은 유압 회로도 내 포함된 압력 센서로부터 압력을 감지하는 감지부(10) 및 전자식 브레이크 시스템(1)을 총괄적으로 제어하는 전자 제어 유닛(40)과, 전자 제어 유닛(40)이 제어하는 밸브 구동부(50) 및 모터 구동부(60)를 포함한다.
특히, 도 4는 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 상세 블록도인 것으로, 밸브 구동부(50)는 제동 제어를 수행하는 어플라이 밸브 구동부(52)와 제동 해제 제어를 수행하는 릴리즈 밸브 구동부(53)를 포함한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전자식 브레이크 시스템(1)에 포함된 밸브(51)는 제 1 밸브(51a) 내지 제 4 밸브(51d)를 포함하는 것으로, 제 1 밸브(51a) 및 제 2 밸브(52b)는 제 1 및 제 2 인밸브(141)인 것으로, 운전자가 브레이크 페달(30)을 밟는 경우에 개방되어 어큐뮬레이터(230)에 저장된 제동 오일을 휠 실린더(20)에 전달 시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전자식 브레이크 시스템(1)에 포함된 밸브(51)는 제 3 밸브(51c) 및 제 4 밸브(51d)를 포함하는 것으로, 제 3 밸브(51c) 및 제 4 밸브(51d)는 도 1에 도시된 아웃밸브(143, 144)인 것으로, 브레이크 제동오일의 감압이 필요한 경우에 개방되어 유입유로(131,132)에 형성된 유압을 리저버(115)로 배출할 수 있다.
즉, 전자식 브레이크 시스템(1)의 밸브(51)는 밸브 구동부(50)로부터 획득한 제어 신호를 기초로 제 1 밸브(51a) 내지 제 4 밸브(51d)의 개방 및 폐쇄를 조절하고, 특히, 개발 및 폐쇄를 위한 전류 제어를 수행한다.
또한, 밸브 구동부(50)는 전자식 브레이크 시스템(1)을 총괄적으로 제어하는 전자 제어 유닛(40)으로부터 제어 신호를 획득하여 밸브(51)를 구동할 수 있다.
이하 전자식 브레이크 시스템(1)의 각 구성에 대하여 자세히 설명한다.
먼저, 감지부(10)는 도 1에 도시된 전자식 브레이크 시스템(1)의 회로도에 있어서, 복수 개의 압력 센서를 포함한다. 구체적으로, 감지부(10)는 도 1에 포함된 포함되는 압력센서(101, 102, 103) 등을 포함한다. 또한, 감지부(10)는 페달 변위센서(미도시) 등을 통하여 운전자가 밟는 브레이크 페달(30)의 압력 정보를 통해 운전자의 요구 제동량을 감지할 수 있다.
다음으로, 전자 제어 유닛(40)은 전자식 브레이크 시스템(1)을 총괄적으로 제어하는 메인 프로세서(41)과 각종 프로그램 및 제어 방법을 저장하고 있는 메모리(42)를 포함한다.
특히, 메인 프로세서(41)는 감지부(10)로부터 획득한 압력 정보를 기초로 밸브의 개방 및 폐쇄 여부를 결정하고, 그에 따른 밸브를 구동하도록 제어 신호를 생성한다.
구체적으로, 메인 프로세서(41)는 운전자가 브레이크 페달(30)을 밟는 경우에 제 1 및 제 2 인밸브(141, 142)를 개방하여 어큐뮬레이터(230)에 저장된 제동 오일을 휠 실린더(20)에 전달하도록 제어 신호를 생성한다.
단, 메인 프로세서(41)는 구체적으로, 운전자가 밟는 브레이크 페달(30)의 답력에 따라 정확한 제동압을 확보하기 위하여 밸브의 개방 정도를 PWM(Pulse Width Modulation)을 이용한 전류 제어 방식을 사용한다. 즉, 밸브 구동부(50)에 PWM 제어 신호를 전달하여 밸브의 개폐 정도를 조절하도록 한다.
따라서, 메인 프로세서(41)는 밸브 구동부(50)에 송신하는 전류 제어 신호인 PWM 구동 주파수가 가청 주파수 범위 이내의 경우 음파 노이즈(Acoustic Noise)가 발생할 수 있다.
종래 일 예로, 도 5는 종래 전자식 브레이크 시스템에 포함된 복수의 밸브에 흐르는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시된 밸브 1 및 밸브 2가 도 1 에 도시된 제 1 인밸브(141) 및 제 2 인밸브(142)인 경우, 운전자가 브레이크 페달(30)을 밟는 경우, 운전자가 가한 답력에 기초하여 전자 제어 유닛(40)은 PWM 제어 신호를 도시된 바와 같이 생성하게 된다. 즉, PWM 제어 신호에 기초하여 밸브 1과 밸브 2에 동일한 파형의 전류 신호가 인가된다. 다만, 이 때, 중첩 전류와 같이, 밸브 1 과 밸브 2에 인가된 PWM 제어 신호에 따른 전류가 중첩 시 더 큰 노이즈가 발생하는 문제점이 있다.
이 때, 파형의 모형은 도 5에 도시된 바와 같이, 삼각 파형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, Sinusoidal 파형 등 다양할 수 있다.
이에, 도 6은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템에 포함된 밸브에 흐르는 전류를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 전자 제어 유닛(40)은 밸브 1 및 밸브 2가 도 1 에 도시된 제 1 인밸브(141) 및 제 2 인밸브(142)인 경우, 운전자가 브레이크 페달(30)을 밟는 경우, 운전자가 가한 답력에 기초하여 전자 제어 유닛(40)은 PWM 제어 신호를 도시된 바와 같이 생성하게 된다. 단, 전자 제어 유닛(40)은 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 인밸브(141)에 흐르는 전류와 제 2 인 밸브(142)에 흐르는 전류 중 하나를 180도 위상 지연 제어를 수행한다.
일 예로, 제 2 인밸브(142)에 흐르는 전류를 180도 위상 지연 제어를 수행한 경우, 중첩 전류가 비교적 상쇄될 수 있어, 음파 노이즈가 감소하는 효과가 있다.
도 6에 도시된 실시예에서, 밸브 1 및 밸브 2가 도 1에 도시된 제 1 인밸브(141) 및 제 2 인밸브(142)인 경우에 대하여 설명하였으나, 밸브 1이 제 1 아웃밸브(143)이고, 밸브 2가 제 2 아웃밸브(144)인 경우에, 아웃밸브(143, 144)가 개방되어 액압이 리저버(115)로 흐르는 경우에 발생할 수 있는 노이즈를 감소시키도록 한쪽 밸브에 흐르는 PWM 전류를 180도 위상 지연 제어를 수행할 수도 있다.
다음으로, 모터 구동부(60)는 전자 제어 유닛(40)으로부터 제어 신호를 받아 모터(61)를 구동시킨다. 구체적으로, 모터(61)는 도 1에 도시된 구동 모터(220)로서, 브레이크 페달(30)의 답력에 따른 운전자의 제동 의지를 페달 변위 센서로부터 전자 제어 유닛(40)이 전달받아 모터 구동부(60)에 모터 구동 신호를 생성하도록 제어하여 모터(61)를 구동시킨다.
이상에서는 본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)의 밸브 구동 방법을 수행하는 밸브 구동부 및 구성의 동작에 대하여 살펴보았다.
이하에서는 본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)의 밸브 구동 전류의 제어 방법에 대하여 살펴본다.
먼저, 본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)은 브레이크 페달 답력이 인가되면(900), 그에 따른 제동 제어를 수행하기 위하여 어플라이(Apply) 제어 또는 릴리즈(Release) 제어를 수행한다(1000). 구체적으로, 전자 제어 유닛(40)은 어플라이 제어를 수행하기 위하여 도 1 에 도시된 유압 회로도에서 제 1 및 제 2 인밸브(141)가 개방되어 어큐뮬레이터(230)에 저장된 제동오일을 휠 실린더(20)에 전달할 수 있다. 뿐만 아니라, 전자 제어 유닛(40)이 릴리즈 제어를 수행하여야 한다고 판단하면, 아웃밸브 (143, 144)를 개방하여, 릴리즈 제어를 수행한다.
구체적으로, 전자식 브레이크 시스템(1)이 어플라이 동작 중인 것으로 판단하면(1100), 제 1 및 제 2 인 밸브를 동작시킨다(1200). 구체적으로, 운전자의 답력에 따른 유압을 생성하기 위하여 전자 제어 유닛(40)은 PWM 전류 제어를 수행한다(1250). 또한, 전자 제어 유닛(40)은 PWM 전류 제어 시 발생하는 음파 노이즈(Acoustic) 노이즈를 삭제하기 위하여 제 1 인 밸브에 인가되는 전류의 위상을 180도 지연 시키도록 제어 신호를 생성한다(1300). 단, 제 1 인밸브가 아닌 제 2 인밸브에 인가되는 전류의 위상을 180도 지연 시키도록 제어 신호를 생성할 수도 있다.
또한, 전자식 브레이크 시스템(1)이 어플라이 동작이 아니면 제 1 및 제 2 아웃밸브를 동작시킨다(1400). 구체적으로, 운전자의 답력에 적절한 유압을 생성하기 위하여 일정 유압을 리저버로 아웃시키기 위하여 전자 제어 유닛(40)은 PWM 전류 제어를 수행한다(1450). 또한, 전자 제어 유닛(40)은 PWM 전류 제어 시 발생하는 음파 노이즈(Acoustic) 노이즈를 삭제하기 위하여 제 1 아웃밸브에 인가되는 전류의 위상을 180도 지연 시키도록 제어 신호를 생성한다(1500). 단, 제 1 아웃밸브가 아닌 제 2 아웃밸브에 인가되는 전류의 위상을 180도 지연 시키도록 제어 신호를 생성할 수도 있다.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해될 수 없다.
100 : 통합 유압 제동장치 110 : 마스터 실린더
115 : 리저버 120 : 유압유로
131 : 제1 유입유로 132 : 제2 유입유로
143 : 제1 아웃밸브 142 : 제2 아웃밸브
150 : 제어밸브 154 : 연결유로
160 : 리턴유로 171 : 제1 백업유로
172 : 제2 백업유로 173 : 제1 차단밸브
174 : 제2 차단밸브 180 : 페달 시뮬레이터
185 : 시뮬레이션 체크밸브 186 : 시뮬레이션 밸브
200 : 파워 소스 유닛 210 : 펌프
220 : 모터 230 : 어큐뮬레이터

Claims (10)

  1. 제 1 유압 회로로 액압을 전달하는 제 1 인밸브;
    제 2 유압 회로로 액압을 전달하는 제 2 인밸브;
    상기 제 1 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 1 아웃밸브;
    상기 제 2 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 2 아웃밸브; 및
    상기 제 1 인밸브 및 제 2 인밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하고, 제 1 아웃밸브 및 제 2 아웃밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 전자 제어 유닛;을 포함하는 전자식 브레이크 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어 신호는 PWM (Pulse Width Modulation) 제어 신호를 포함하는 전자식 브레이크 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성할 때, 상기 제 1 인밸브에 인가된 전류 제어 신호와 상기 제 2 인밸브에 인가된 전류 제어 신호의 중첩 전류가 상쇄되도록 위상 지연 제어 신호를 산출하는 전자식 브레이크 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 하나의 인밸브에 180도 위상 지연 제어 신호를 생성하는 전자식 브레이크 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성할 때, 상기 제 1 아웃밸브에 인가된 전류 제어 신호와 상기 제 2 아웃밸브에 인가된 전류 제어 신호의 중첩 전류가 상쇄되도록 위상 지연 제어 신호를 산출하는 전자식 브레이크 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 하나의 아웃밸브에 180도 위상 지연 제어 신호를 생성하는 전자식 브레이크 시스템.
  7. 제 1 유압 회로로 액압을 전달하는 제 1 인밸브, 제 2 유압 회로로 액압을 전달하는 제 2 인밸브, 상기 제 1 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 1 아웃밸브, 상기 제 2 유압 회로로부터 액압을 토출하는 제 2 아웃밸브를 포함하는 전자식 브레이크 시스템에 있어서,
    상기 제 1 인밸브 및 제 2 인밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    제 1 아웃밸브 및 제 2 아웃밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 전자식 브레이크 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전류 제어 신호는 PWM (Pulse Width Modulation) 제어 신호를 포함하는 전자식 브레이크 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 인밸브 및 제 2 인밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 인밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 단계;는 하나의 인밸브에 180도 위상 지연 제어 신호를 생성하는 전자식 브레이크 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    제 1 아웃밸브 및 제 2 아웃밸브에 전류 제어 신호 인가 시, 하나의 아웃밸브에 위상 지연 제어 신호를 생성하는 단계;는 하나의 아웃밸브에 180도 위상 지연 제어 신호를 생성하는 전자식 브레이크 제어 방법.

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