KR20190016219A - 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치 - Google Patents

전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 모터에 의해 발생한 유압을 휠 실린더로 공급하여 차량을 제동하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에 관한 것으로써, 배터리; 상기 배터리의 전압을 승압시키는 승압부; 및 상기 승압부에 의해 승압된 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 상기 모터에 공급하는 인버터;를 포함한다.

Description

전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치{POWER SUPPLY APPARATUS FOR MOTOR OF INTEGRATED DYNAMIC BRAKE APPARATUS}
본 발명은 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에 관한 것으로써, 구체적으로는 긴급 제동시 모터의 회전력을 증대시키기 위한 승압부를 구비한 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 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 브레이크 장치 즉, 차량용 브레이크 장치가 설치되는데, 여기서 차량용 브레이크 장치는 달리고 있는 차량의 속도를 줄이거나 정지시키는 기능을 하는 장치를 말한다. 통상적인 차량용 브레이크 장치에는 엔진의 흡입압을 사용해서 제동력을 발생시키는 진공 브레이크와, 유압을 사용해서 제동력을 발생시키는 유압 브레이크가 있다.
진공 브레이크는 진공 부스터에서 차량 엔진의 흡입압과 대기압의 압력차를 이용하여 작은 힘으로 큰 제동력을 발휘할 수 있도록 하는 장치이다. 즉, 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 페달에 가해진 힘보다 훨씬 큰 출력을 발생시키는 장치이다.
이러한 종래의 진공 브레이크는 진공 형성을 위해서 진공 부스터에 차량 엔진의 흡입압이 공급되어야 하고, 이에 따라 연비 효율이 저감되는 문제점이 있었다. 그리고 차량의 정차 시에도 진공 형성을 위해서 엔진을 상시 구동해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 연료 전지 자동차 및 전기 자동차의 경우 엔진이 없기 때문에 제동 간 운전자에 의한 페달 압력을 증폭시켜주는 기존의 진공 브레이크의 적용이 불가능하고, 하이브리드 자동차의 경우 연비 향상을 위하여 정차 시 공회전 정지 기능을 구현하여야 하므로 유압 브레이크의 도입이 필요하다.
즉, 상기한 바와 같이 모든 차량에는 연비 향상을 위해 회생 제동 구현이 필요한 바, 유압 브레이크의 도입시 그 기능의 구현이 용이하다.
한편, 유압 브레이크의 한 종류인 전자제어 브레이크 장치는 운전자가 페달을 밟으면 전자제어 유닛이 이를 감지하고 모터를 구동시켜 각 바퀴의 휠 실린더에 제동 유압을 전달하여 제동력을 발생하는 브레이크 장치이다.
다만, 차량의 크기가 큰 경우 또는 긴급 제동이 필요한 경우 모터에 인가되는 전원을 크게 해야 하는데, 모터에 전원을 공급하는 배터리의 정격 전압은 고정되어 있기 때문에 필요에 따른 모터 인가 전압을 상승시키지 못하는 문제점이 있다.
하기 선행기술문헌은 운전자가 페달에 가하는 답력에 의한 패턴을 분석하여 기 설정된 조건을 만족하는 경우 스마트 부스터 출력을 증가시켜 차량을 긴급 제동 시킬 수 있는 높은 출력의 제동력을 생성할 수 있는 긴급 제동 스마트 부스터 및 긴급 제동 출력 생성 방법에 관한 것으로써, 본 발명의 기술적 요지는 포함하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2014-0062974호
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는, 긴급 제동 시에만 모터에 인가되는 전압의 승압이 이루어지도록 할 수 있는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 모터에 의해 발생한 유압을 휠 실린더로 공급하여 차량을 제동하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에 관한 것으로써, 배터리; 상기 배터리의 전압을 승압시키는 승압부; 및 상기 승압부에 의해 승압된 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 상기 모터에 공급하는 인버터;를 포함한다.
상기 배터리로부터 공급되는 전원의 잡음을 제거하기 위한 필터부;를 더 포함하고, 상기 인버터는 상기 필터부로부터 전원을 공급받는 제 1입력부 및 상기 승압부에 의해 승압된 직류 전원을 공급받는 제 2입력부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 필터부는, 애노드가 상기 배터리와 연결되는 제 1다이오드; 일측이 상기 제 1다이오드의 캐소드와 연결되고, 타측이 상기 제 1입력부와 연결되는 제 1인덕터; 및 일측이 상기 제 1다이오드와 상기 제 1인덕터 사이의 제 1노드와 연결되고, 타측이 그라운드와 연결되는 제 1커패시터;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 승압부는, 일측이 상기 배터리와 연결되는 제 2인덕터; 애노드가 상기 제 2인덕터의 타측과 연결되는 제 2다이오드; 일측이 상기 제 2다이오드의 캐소드와 연결되고, 타측이 상기 제 2입력부와 연결되는 제 1스위치; 일측이 상기 제 2다이오드와 상기 제 1스위치 사이의 제 2노드와 연결되고, 타측이 그라운드와 연결되는 제 2커패시터; 및 일측이 상기 제 2인덕터와 상기 제 2다이오드 사이의 제 3노드와 연결되고, 타측이 그라운드와 연결되는 제 2스위치;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1스위치 및 제 2스위치 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 제 2스위치에 펄스폭 변조신호를 인가하는 것이 바람직하다.
상기 제어부가 차량의 긴급 제동이 필요하다고 판단하는 경우, 상기 제어부는 상기 제 1스위치가 온(On) 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제 2노드의 전압을 검출하는 전압 센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1스위치와 상기 제 2입력부 사이에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1입력부 및 제 2입력부는 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 차량용 배터리의 전압을 승압하여 모터에 공급하는 승압부를 포함하도록 구성하되, 승압부는 상시 배터리의 전압을 승압하지 않고, 긴급 제동시에만 배터리의 전압을 승압하도록 함으로써, 제어 회로의 온도 상승을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치를 도시한 회로도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에 대하여 살펴보도록 한다. 도 1은 일반적인 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치를 간략히 도시한 회로도이다.
일반적인 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 크게 차량에 장착된 배터리(1), 배터리(1)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(3)에 전달하는 인버터(2)를 포함하여 구성된다. 배터리(1)와 인버터(2) 사이에는 배터리(1)로부터 전달되는 전원의 안정화 및 배터리(1)의 전극을 역으로 장착할 경우를 방지하기 위한 회로 등을 포함하는 필터부(4)가 포함될 수 있다.
한편, 전동식 브레이크 시스템에서 긴급 제동이 필요한 경우, 차량의 제동 거리를 줄이기 위하여 빠른 제동 응답 속도를 확보하여야 하는데, 이를 위해서는 모터의 회전수(RPM)이 높아야 하며, 모터의 출력 파워(P)는 아래와 같이 정의될 수 있다.
P=V*I, P=k*T*N
상기 수학식에서 P는 모터의 출력 파워이고, V는 모터에 인가되는 전압이고, I는 모터에 인가되는 전류이다. k는 상수이고, T는 모터 토크이며, N은 모터의 RPM을 의미한다.
상기 수식에서, V는 차량 배터리의 정격 전압으로 고정된 값이며, I는 모터의 권선에 의한 최대치 제약이 존재하여 출력 파워를 크게 하는 것에는 제약이 따르게 된다. 따라서 고정된 출력의 모터로 높은 회전수와 큰 토크를 모두 얻기 위해서는 크고 고성능의 모터가 필요하게 된다. 그러나 이 경우 차량 장착성의 문제 및 제조 단가가 높아지는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 배터리의 전압을 승압시키는 승압부를 구비하고 있으며, 이하 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치를 도시한 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 모터(200)에 의해 발생한 유압을 휠 실린더로 공급하여 차량을 제동하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에 관한 것으로써, 배터리(100), 인버터(300) 및 승압부(400)를 포함한다.
배터리(100)는 차량의 전장 부하에 전원을 공급해주는 구성으로써, 일반적으로 14V 또는 16V의 정격 전압을 갖는다. 인버터(300)는 배터리(100)의 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터(400)에 공급하는 기능을 수행한다. 승압부(400)는 배터리(100)의 전압을 승압시켜 인버터(300)에 공급해주는 기능을 수행하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 배터리(100)로부터 공급되는 전원의 잡음(Noise)을 제거하기 위한 필터부를 더 포함하여 구성할 수 있다. 인버터(300)는 필터부에 의하여 잡음만 제거된 배터리의 전원을 전달받을 수도 있으며, 승압부(400)에 의하여 승압된 전원을 전달받을 수도 있다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 인버터(300)가 상술한 두 종류의 전원을 선택적으로 전달받을 수 있거나 또는 동시에 전달받을 수 있도록 제 1입력부(310) 및 제 2입력부(320)를 포함하도록 구성할 수 있다. 이러한 제 1입력부(310) 및 제 2입력부(320)는 일체로 형성되는 것도 가능할 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1다이오드(D1), 제 1인덕터(L1) 및 제 1커패시터(C1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제 1다이오드(D1) 및 제 1인덕터(L1)는 배터리(100)와 인버터(300) 사이에서 직렬로 연결된다. 구체적으로 제 1다이오드(D1)의 애노드 및 캐소드는 각각 배터리(100) 및 제 1인덕터(L1)의 일측과 연결된다. 이를 통하여 인버터(300)로부터 배처리(100) 측으로 전류가 역류되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 1인덕터(L1)는 상술한 바와 같이 일측이 제 1다이오드(D1)의 캐소드와 연결되고, 타측은 인버터(300)의 제 1입력부(310)와 연결된다. 또한 제 1커패시터(C1)는 일측이 제 1다이오드(D1)와 제 1인덕터(L1) 사이에 형성된 제 1노드(n1)와 연결되고, 타측은 그라운드와 연결된다. 이러한 제 1커패시터(C1)에 의하여 배터리(100)로부터 인가되는 전원의 고주파 성분의 잡음을 제거할 수 있게 됨으로써, 직류 전원을 안정화시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에서, 승압부(400)에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에 포함된 승압부(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 제 2인덕터(L2), 제 2다이오드(D2), 제 1스위치(S1), 제 2커패시터(C2) 및 제 2스위치(S2)를 포함하도록 구성된다.
구체적으로, 배터리(100)와 인버터(300) 사이에는 제 2인덕터(L2), 제 2다이오드(D2) 및 제 1스위치(S1)가 직렬로 연결되게 된다. 제 2인덕터(L2)의 일측은 배터리(100)와 연결되고, 타측은 제 2다이오드(D2)의 애노드와 연결된다. 제 2다이오드(D2)의 캐소드는 제 1스위치(S1)의 일측과 연결되게 되고, 제 1스위치(S1)의 타측은 인버터(300)의 제 2입력부(320)와 연결된다.
한편, 제 2다이오드(D2)와 제 1스위치(S1) 사이의 제 2노드(n2)에는 제 2커패시터(C2)의 일측이 연결되게 되고, 제 2커패시터(C2)의 타측은 그라운드와 연결된다. 또한, 제 2스위치(S2)는 일측이 제 2인덕터(L2)와 제 2다이오드(D2) 사이의 제 3노드(n3)와 연결되고, 타측이 그라운드와 연결된다.
한편, 상술한 제 1스위치(S1) 및 제 2스위치(S2) 중 적어도 하나를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 제어부는 필요에 따라 제 1스위치(S1) 및 제 2스위치(S2)의 온(on)/오프(off) 제어를 수행하며, 이하에서는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치의 구성들을 기초로 구체적인 회로 동작에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 제어부는 현재 상태가 긴급 제동이 필요한 상황인지 여부를 판단하게 되는데, 긴급 제동이 필요한 상황인지 여부는 운전자의 브레이크 페달에 부착된 스트로크 센서의 급격한 움직임이 있거나 또는 차량 전방의 목표물을 검출할 수 있는 각종 센서, 즉 레이더, 카메라, 초음파 센서 등을 이용하여 차량과 목표물이 미리 설정된 거리 이내에 있는지 여부에 기초하여 판단할 수 있을 것이다.
제어부의 판단 결과, 현재 상태가 긴급 제동이 필요하지 않은 상황, 즉 평상시 상황이라고 판단되는 경우, 제어부는 제 1스위치(S1)를 오프(Off)시킨다. 동시에 제어부는 제 2스위치(S2)에 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 인가하게 되고, 이로 인하여, 배터리(100)로부터 흘러나오는 전류가 제 2인덕터(L2)를 경유하여 제 2커패시터(C2)측으로 흐르게 되는데, 이를 통하여 제 2커패시터(C2)가 연결된 제 2노드(n2)에 전압은 상승하게 된다.
이러한 상황에서, 제어부가 현재 상태가 긴급 제동이 필요한 상황이라고 판단하면, 제어부는 제 1스위치(S1)를 온(On)시키게 되는데, 이 경우 제 2커패시터(C2)에서 이미 승압된 전압이 인버터(300)로 전달되게 되고, 이를 통하여 모터(200)의 출력을 높일 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치는 제 2노드(n2)의 전압을 검출하는 전압 센서(500) 또는 제 1스위치(S1)와 제 2입력부(320) 사이에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서를 더 구비할 수 있다. 제어부는 전압 센서(500) 또는 전류 센서로부터 검출된 값을 고려하여 제 1스위치(S1) 및 제 2스위치(S2) 중 적어도 하나를 제어하는 것도 가능할 것이다. 예를 들어 전압 센서(500)의 전압이 인버터(300)의 입력 허용치를 초과할 경우, 제어부는 제 2스위치(S2)에 펄스 폭 변조 신호의 인가를 중단시킬 수도 있으며, 또는 제 1스위치(S1)를 필요에 따라 오프(Off)시킬 수도 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 배터리 200: 모터
300: 인버터 310: 제 1입력부
320: 제 2입력부 400: 승압부
500: 전압 센서 C1: 제 1커패시터
C2: 제 2커패시터 D1: 제 1다이오드
D2: 제 2다이오드 L1: 제 1인덕터
L2: 제 2인덕터 S1: 제 1스위치
S2: 제 2스위치

Claims (10)

  1. 모터에 의해 발생한 유압을 휠 실린더로 공급하여 차량을 제동하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치에 있어서,
    배터리;
    상기 배터리의 전압을 승압시키는 승압부; 및
    상기 승압부에 의해 승압된 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 상기 모터에 공급하는 인버터;
    를 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리로부터 공급되는 전원의 잡음을 제거하기 위한 필터부;를 더 포함하고,
    상기 인버터는 상기 필터부로부터 전원을 공급받는 제 1입력부 및 상기 승압부에 의해 승압된 직류 전원을 공급받는 제 2입력부를 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 필터부는,
    애노드가 상기 배터리와 연결되는 제 1다이오드;
    일측이 상기 제 1다이오드의 캐소드와 연결되고, 타측이 상기 제 1입력부와 연결되는 제 1인덕터; 및
    일측이 상기 제 1다이오드와 상기 제 1인덕터 사이의 제 1노드와 연결되고, 타측이 그라운드와 연결되는 제 1커패시터;
    를 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 승압부는,
    일측이 상기 배터리와 연결되는 제 2인덕터;
    애노드가 상기 제 2인덕터의 타측과 연결되는 제 2다이오드;
    일측이 상기 제 2다이오드의 캐소드와 연결되고, 타측이 상기 제 2입력부와 연결되는 제 1스위치;
    일측이 상기 제 2다이오드와 상기 제 1스위치 사이의 제 2노드와 연결되고, 타측이 그라운드와 연결되는 제 2커패시터; 및
    일측이 상기 제 2인덕터와 상기 제 2다이오드 사이의 제 3노드와 연결되고, 타측이 그라운드와 연결되는 제 2스위치;
    를 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1스위치 및 제 2스위치 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2스위치에 펄스폭 변조신호를 인가하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부가 차량의 긴급 제동이 필요하다고 판단하는 경우, 상기 제어부는 상기 제 1스위치가 온 되도록 상기 제 1스위치를 제어하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2노드의 전압을 검출하는 전압 센서를 더 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1스위치와 상기 제 2입력부 사이에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서를 더 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1입력부 및 제 2입력부는 일체로 형성되는 전동식 브레이크 시스템의 모터 전원 공급 장치.

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