KR20190118235A - 차량용 제동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각 차륜의 제동압을 독립적으로 제어할 수 있는 차량용 제동 장치에 관한 것으로, 두 개의 액츄에이터에 의하여 구동되는 유압 브레이크를 포함하며, 이 유압 브레이크 내에서 발생하는 압력 불균형을 해소할 수 있도록 서브 실린더 및 주위 유로에 배치되는 밸브 구성들을 포함하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

Description

차량용 제동 장치 {Brake system for vehicle}
본 발명은 차량용 제동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 바퀴 중 일부의 제동력을 독립적으로 제어할 수 있는 차량용 브레이크-바이-와이어 제동 장치에 관한 것이다.
최근 차량의 브레이크 장치에 기존에 알려진 일반적인 유압 제어 시스템 대신에 전자 제어 시스템을 적용하여 제어하는 브레이크-바이-와이어(brake-by-wire) 기술이 적용되고 있다.
이러한 전자 제어식 브레이크 장치에서는 운전자 제동 의지에 따라 필요한 유압을 전동모터를 사용하여 발생시키며, 모터의 구동으로 발생한 유압을 각 차륜의 휠 브레이크(휠 실린더)로 전달하여 제동력을 생성하게 된다.
이와 같이 전자식 액츄에이터로 유압을 제어하는 전자 제어식 브레이크 장치를 보통 EHB(Electro-Hydraulic Brake System), 즉 전자식 유압 브레이크 장치라 하고 있다.
상기 전자식 유압 브레이크 장치는 각 휠에서 발생하는 제동력을 개별적으로 제어하기가 용이하며, 이에 따라 차량 자세 제어(ESC:Electronic Stability Control)나 브레이크 잠김 방지(ABS:Anti-lock Brake System)와 같은 기능을 용이하게 구현할 수 있다.
통상의 전자식 유압 브레이크 장치에서, 상기한 전자식 액츄에이터로는 모터를 포함하는 펌프가 이용된다. 이러한 장치에서는 모터가 구동됨에 따라 피스톤이 전·후진 동작하게 되고, 이러한 피스톤이 실린더의 챔버 내 브레이크 오일을 가압하여 유압을 형성하게 된다.
또한, 전자식 유압 브레이크 장치에서는 운전자 페달 조작에 따른 페달 스트로크를 센서를 통해 감지한 뒤 모터 구동을 통해 펌프가 생성한 유압으로 각 휠의 제동력을 조절하게 된다.
또한, 전자식 유압 브레이크 장치에는 운전자가 일반 유압식 브레이크 장치에서와 같은 페달 압력을 느낄 수 있도록 해주는 페달 시뮬레이터(pedal simulator)가 구비된다.
이에 따라 운전자가 백업 마스터 실린더(backup master cylinder)에 연결된 페달을 밟아 가압하면, 백업 마스터 실린더의 내측에 있는 브레이크 오일의 유압이 증가하고, 백업 마스터 실린더의 유압이 페달유압라인을 통해 페달 시뮬레이터로 전달되어 페달 필(pedal fee)을 생성하게 된다.
또한, 운전자가 브레이크 페달을 밟으면, 제어기가 브레이크 페달 센서(페달 스트로크 센서)를 통해 감지된 운전자 페달 입력값(제동 입력값), 즉 페달 스트로크값에 기초하여 운전자가 원하는 목표 유압을 계산하고, 이어 상기 계산된 목표 유압에 따라 모터의 구동을 제어하여 펌프에서 유압이 생성되도록 하는바, 펌프에서 생성된 유압을 각 휠 실린더로 전달하여 원하는 제동력을 얻게 된다.
미국공개특허 제2014-0225425호 (이하, 특허문헌 1)에서는 하나의 모터에 의하여 4륜 제어가 가능한 전동식 브레이크를 개시하고 있다.
특허문헌 1에서는 정상 작동 시 4륜을 제어하기 위한 메인 모터 및 각 차륜 측의 유압 라인 상에 설치되는 다수의 밸브를 포함하는 제동 시스템을 개시한다. 특히, 특허문헌 1에서는 메인 모터 고장 시, 고장 대응을 위한 보조 모터가 설치되어 있다. 메인 모터의 고장 대응을 위한 보조 모터는 고장 시에만 작동하므로, 차량 중량 및 제작 원가에 불리한 영향을 미치게 된다.
미국공개특허 제2014-0225425호 (2014.8.14.)
본 발명에서는 다수의 밸브 요소를 포함하는 복잡한 제동 시스템 구조를 단순화하고, 각 차륜의 제동압을 독립적으로 제어할 수 있는 차량용 제동 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명에서는 급제동 시 편제동이 발생하지 않도록 구성함으로써 차량 직진 안정성이 향상되는 차량용 제동 장치를 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다. 아울러, 본 발명에 따르면, 다양한 고장 상황 시에도 효과적으로 대응할 수 있는 페일-세이프 모드를 포함하는 차량용 제동 장치를 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 제동 입력이 인가되는 페달부; 페달부로 인가되는 제동 입력에 따른 제동유압을 발생시키도록 구성되며, 제1 유압실을 갖는 제1 액츄에이터와 제2 유압실을 갖는 제2 액츄에이터를 포함하는 액츄에이터부; 상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터에 각각 연결되는 좌우측 륜에 대한 휠 제동부들; 및 하우징 내부에 연속적으로 배치되는 두 개의 유압실인 제3 유압실과 제 4유압실을 형성하기 위한 두 개의 서브 피스톤들을 포함하는 서브 실린더;를 포함하고, 상기 서브 실린더는 메인 실린더 중앙에 위치하는 제1 서브 피스톤과 페달부에 연결되는 제2 서브 피스톤을 포함하고, 상기 제1 유압실은 상기 제3 유압실은 제1 밸브가 설치된 유로에 의해 연결되고, 상기 제2 유압실과 상기 제4 유압실은 제2 밸브가 설치된 유로에 의하여 연결되며, 상기 제1액츄에이터와 상기 제2액츄에이터에 의하여 발생되는 제동유압의 차이가 발생하는 경우, 서브 실린더에 의하여 압력 밸런싱이 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 두 개의 모터에 의하여 각 차륜의 제동압을 독립적으로 제어할 수 있으므로, ABS, ESC 제어 등의 경우, 차륜 별 독립 제어 성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제동 시스템의 구조를 단순화시키면서, 좌우측 차륜에 대한 압력을 균등하게 분배할 수 있으며, 이로 인해 급제동 시 발생할 수 있는 편제동을 근본적으로 방지함으로써 차량 직진 안정성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 제동압을 형성하기 위한 액츄에이터 중 어느 하나가 고장나더라도, 나머지 액츄에이터로 좌우측 차륜 모두의 제동 제어가 가능하므로, 제동 시스템의 고장 강건성을 향상시킬 수 있다.
또한, 유압 라인의 배관이 파손되더라도, 파손된 배관을 완전히 분리시킨 상태로 제동 제어를 실시할 수 있으므로, 배관 파손 시에도 제동력 손실을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량용 제동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2a는 본 발명에 따른 전륜 제동 모듈에 있어서, 페달부에 연결된 서브 실린더 및 이에 연결된 좌우측 유압 라인들을 도시한 것으로, 좌측륜에 대한 압력이 높은 경우, 서브 실린더에 의해 압력 밸런싱이 이루어지는 것을 나타낸 것이고,
도 2b는 우측륜에 대한 압력이 높은 경우, 서브 실린더에 의해 압력 밸런싱이 이루어지는 것을 나타낸 것이고,
도 2c는 전기적인 고장 발생 시, 페달 답력에 의해 백업 제동이 이루어지는 것을 도시한 것이고,
도 3a는 차량용 제동 시스템의 제동 전 초기 상태를 도시한 것이고,
도 3b는 일반적인 제동 시의 차량 제동 시스템의 동작을 도시한 것이고,
도 3c는 급제동 시 좌우 제동력이 동일하게 제동되는 상태를 도시한 것이고,
도 3d는 ABS 또는 ESC 제어 시 좌우측 차륜에 대한 독립 제어가 실시되는 것을 도시한 것이고,
도 3e는 액츄에이터 고장 시 제동이 이루어지는 것을 도시한 것이고,
도 3f는 일부 배관의 파손이 발생한 경우에 제동이 이루어지는 것을 도시한 것이고,
도 3g는 전기적인 고장 발생으로 인해 페달 답력만으로 백업 제동이 실시되는 상태를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 차량용 제동 장치를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량용 제동 장치를 상세하게 설명한다.
도 1에서는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량용 제동 시스템으로, 페달부로부터 연결되며, 두 개의 액츄에이터에 의하여 각각 제동이 이루어지도록 구성된 전륜 제동 모듈을 포함하는 차량용 제동 시스템을 도시하고 있다.
도 1의 구현예에서는 전륜에는 액츄에이터에 의하여 구동되는 유압 브레이크가 설치되고, 후륜에는 페달 센서 출력에 따라 동작하는 전자식 브레이크가 설치되어 있다.
특히, 전륜 유압 브레이크는 두 개의 액츄에이터에 의하여 유압을 형성하도록 구성되므로, 전륜의 좌우측 차륜은 각각 독립 제어될 수 있다. 또한, 후륜에는 전자식 브레이크로 구성된 휠 제동부(138, 139)가 설치되므로, 도 1의 예에서는 4륜 모두가 독립 제어될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 전륜과 후륜 중 어느 하나는 유압 브레이크로 구성되어야 하며, 이 유압 브레이크가 두 개의 액츄에이터에 의하여 유압 제동되는 제동 모듈로 구성되어야 한다. 도 1의 예는 전륜이 유압 제동되는 예이며, 도 1과는 달리, 후륜이 유압 제동되고 전륜은 전자식 브레이크에 의하여 제동되는 구조로도 변경될 수 있다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 전륜에 대한 제동 모듈이 두 개의 액츄에이터에 의하여 구동되는 유압 브레이크인 예를 기준으로 설명한다. 다만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 지닌 자라면, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않으며, 후륜에 대한 제동 모듈이 유압 브레이크로 구성되는 예에서도 동일하게 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 도면 및 이하 설명되는 예로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1을 참조하면, 전륜에 대한 제동 모듈은 두 개의 액츄에이터에 의하여 구동되는 전자식 유압 브레이크 장치로, 이러한 전륜 제동 모듈은 운전자의 제동 입력, 즉, 운전자가 페달을 밟는 입력을 전달받는 페달부(101)에 연결된다.
이러한 전륜 제동 모듈에는 운전자가 일반 유압식 브레이크 장치에서와 같은 페달 압력을 느낄 수 있도록 해주는 페달 시뮬레이터(103)가 구비된다. 구체적으로, 도 1에서와 같이 페달부(101)는 피스톤 로드(102)에 연결되고, 이 피스톤 로드(102)는 페달 시뮬레이터(103)에 연결된다. 따라서, 운전자가 페달을 밟음에 따라 피스톤 로드(102)가 후방으로 이동하게 되고, 운전자는 페달 시뮬레이터(103)의 동작을 통해 페달감을 느끼게 된다.
또한, 페달부(101)를 통한 제동 입력을 검출하기 위한 페달 센서(104)가 제동 시스템 내에 설치된다. 이러한 페달 센서(104)를 통해 운전자의 페달 스트로크를 검출하고, 검출된 페달 스트로크에 따라 제동 시스템을 동작시키게 된다. 이를 위해, 페달 입력에 대한 신호, 즉, 페달 센서 출력을 전달받아 이 출력 신호에 기초한 목표 제동력을 발생시키도록 관련 구성들을 제어하는 제어기(135)를 포함한다. 이러한 제어기(135)는 유압 브레이크와 전자식 브레이크를 각각 제어할 수 있도록 구성된다. 따라서, 제어기(135)는 페달 센서 출력을 전달받고, 이에 따라 각 차륜에 대한 액츄에이터를 구동시키게 되며, 이 때 생성된 제동력으로 각 휠을 제동하게 된다.
이와 관련, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 전륜의 좌우측 차륜을 각각 독립적으로 구동시키기 위한 두 개의 액츄에이터를 포함하도록 구성된다. 본 발명에서의 액츄에이터는 각 차륜에 적절한 유압을 공급하기 위한 구동원을 포함하는 것으로, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 유압실을 형성하는 실린더 및 피스톤, 그리고 이 피스톤을 이동시켜 유체를 가압하기 위한 모터를 포함하는 것을 의미한다. 다만, 액츄에이터의 구성은 위 언급된 예로 한정되는 것은 아니며, 유압 브레이크를 구동할 수 있는 적절한 구조로 변경될 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 좌측륜에 대한 액츄에이터와 우측륜에 대한 액츄에이터를 포함한다. 좌측륜에 대한 제1 액츄에이터는 제1 유압실(131)을 형성하기 위한 제1 메인 피스톤(127) 및 제1 메인 실린더(125)을 포함하고, 제1 메인 피스톤(127)을 구동하기 위한 제1 모터(129)를 포함한다.
우측륜에 대한 제2 액츄에이터 또한 좌측륜에 대한 것과 동일한 구성으로, 제2 유압실(132)을 형성하기 위한 제2 메인 피스톤(128), 제2 메인 실린더(126) 및 제2 모터(130)를 포함한다.
제1 유압실(131)은 일측에 형성된 유로(123)를 통해 좌측륜의 휠 제동부(136) 측과 연결되고, 타측에 연결된 유로(121)를 통해서는 서브 실린더(105) 측으로 연결된다. 마찬가지로, 제2 유압실(132)은 일측에 형성된 유로(124)를 통해 우측륜의 휠 제동부(137) 측과 연결되는 한편, 타측에 연결된 유로(122)를 통해서는 서브 실린더(105) 측으로 연결된다.
서브 실린더(105)와 제1 유압실(131)은 유로(112, 121)에 의하여 연결되며, 이러한 유로는 제1 밸브(119)에 의하여 단속될 수 있도록 구성된다. 또한, 서브 실린더(105)와 제2 유압실(132)을 연결하는 유로(115, 116, 122)에도 제2 밸브(120)가 설치된다. 이러한 제1 밸브(119) 및 제2 밸브(120)를 통해 제1 유압실(131)과 제2 유압실(132)을 선택적으로 분리시킬 수 있다. 제1 밸브(119) 및 제2 밸브(120)로는 노멀리 오픈 밸브가 이용될 수 있다. 이러한 제1 밸브(119) 및 제2 밸브(120)의 기능은 도 3a 내지 도 3g를 설명하면서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상기 서브 실린더(105)는 연속적으로 배치되는 두 개의 유압실을 형성하기 위한 두 개의 서브 피스톤(108, 109)들을 구비한다. 서브 실린더에 형성되는 두 개의 유압실, 즉 제3 유압실(106)과 제4 유압실(107)은 유로들(113, 114)을 통해 각각 리저버(133) 측으로 연결된다. 서브 실린더(105) 내의 두 개의 서브 피스톤들(108, 109)은 서브 실린더(105) 내에서 길이 방향으로 이동 가능하도록 구성되는데, 이러한 서브 피스톤들의 이동에 따라 리저버(133)와 연결되는 유로는 차단될 수 있다. 즉, 도 1에서와 같이, 상기 서브 피스톤들(108, 109)은 서브 실린더(105)의 내벽을 따라 소정의 길이를 가지며 연장되는 피스톤 헤드를 가지며, 서브 피스톤이 정확한 위치에 위치하는 경우 피스톤 헤드의 외측면은 리저버(133) 측 유로를 폐쇄하도록 구성할 수도 있다. 또한, 리저버(133)로 복귀하는 유체를 위한 리턴 라인(134)이 설치될 수 있다.
리저버(133)에는 제3 유압실(106)과 제4 유압실(107)로 연결되는 유로를 단속하기 위한 제3 밸브(117) 및 제4 밸브(118)가 설치될 수 있다. 이러한 제3 밸브(117) 및 제4 밸브(118)는 제동 전에는 개방 되어 리저브 측과 서브 실린더(105)를 연동시키고, 제동 시에는 폐쇄됨이 바람직하다. 바람직하게는, 제3 밸브(117)와 제4 밸브(118)는 모두 노멀리 오픈 밸브로 구성될 수 있다.
또한, 제3 유압실(106)과 제4 유압실(107)에는 각각 제동이 이루어지 전 상태에서의 서브 피스톤들의 초기 위치를 결정하기 위한 복원 스프링들(110, 111)이 수용된다. 이러한 복원 스프링들(110, 111)은 압력 밸런싱 과정 등을 통해 서브 피스톤이 이동하더라도, 초기 위치로 복귀하기 위한 복원력을 제공한다.
서브 실린더(105)는 메인 실린더 측으로 각각 연결되는 유로를 포함한다. 특히, 서브 실린더(105)의 제3 유압실(106)에는 하나의 유로(112)가 연결되고, 페달부(101) 측에 인접한 제4 유압실(107)은 서브 실린더(105) 측을 기준으로 두 개의 입구 포트와 하나의 출구 포트를 갖는 "y"형 유로 구조를 가지도록 구성된다. 따라서, 제4 유압실(107)에는 제1 서브 피스톤(108) 측에 가까운 유로(115) 및 페달부(101) 측에 가까우며 유로(115)에 합류하는 또 다른 유로(116)을 가진다. 이러한 "y"형 유로는 두 개의 입구가 서브 실린더(105)의 길이방향을 따라 전후로 배치되며, 바람직하게는 서브 피스톤의 이동 방향을 따라 두 개의 입구가 이격 배치된다. 두 개의 입구가 형성되는 것은 서브 피스톤이 이동함에 따라 어느 하나의 유로가 닫혀지더라도, 다른 하나의 유로에 의해 유압을 전달할 수 있도록 구성하기 위함이다.
상기 서브 실린더는 제1 서브 피스톤(108)에 의하여 두 개의 유압실(106, 107)로 구획된다. 특히, 상기 서브 실린더(105)는 단차부(A)를 갖는 입구 측 구조를 가지며, 제2 서브 피스톤(109) 또한 이에 대응되는 구조를 가지게 된다. 따라서, 제2 서브 피스톤(109)이 페달부(101) 측으로 연결되는 부분은 상대적으로 작은 외경을 가지고, 제4 유압실(107) 측으로 연장되는 부분은 상대적으로 큰 외경을 가지게 된다. 제동 전 상태에서는 제2 서브 피스톤(109)은 서브 실린더(105)의 단차부(A)에 완전히 밀착되어 위치한다. 본 명세서에서는 이와 같이 단차부를 갖는 구조의 피스톤을 스텝형 피스톤이라고 하며, 이러한 스텝형 피스톤을 채용하는 것은 압력 밸런싱 과정에서 제2 서브 피스톤(109)이 페달부(101) 측으로 밀리면서 운전자에게 위화감을 주는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 도 2a 및 도 2b에서와 같이, 압력 밸런싱이 이루어지는 경우라 하더라도, 서브 피스톤이 서브 실린더(105)의 단차부에 의하여 페달부(101) 측으로 이동하지 못하게 되므로, 페달부(101)가 운전자의 발 쪽으로 움직이는 것이 방지된다. 따라서, 운전자는 압력 밸런싱이 이루어지더라도 페달부(101)로 불필요한 힘이 전달되지 않게 된다.
다만, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 스텝형의 제2 서브 피스톤(109)을 예시하고 있으나, 본 발명은 이러한 피스톤 형태에 한정되는 것은 아니며, 압력 밸런싱 과정에서 페달 밀림을 방지할 수 있는 구조라면 제한 없이 적용될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 제1 서브 피스톤(108)은 서브 실린더(105)의 중앙에서 두 개의 유압실을 구분짓도록 서브 실린더(105) 중앙에 설치되며, 제3 유압실(106)과 제4 유압실(107)을 물리적으로 구분하도록 구성된다. 또한, 제1 서브 피스톤(108)은 양쪽 액츄에이터에서 제공되는 압력 차이, 즉, 제3 유압실(106)과 제4 유압실(107)에서의 압력 차이에 따라 서브 실린더(105) 내에서 이동 가능하도록 구성된다. 특히, 이러한 제1 서브 피스톤(108)은 제1 유압실(131) 및 제2 유압실(132)로 연결된 유로들(112, 115, 116)과 함께 기능하면서, 양측의 압력 차이를 상쇄시켜 양쪽의 압력을 균등하게 맞추어주는 압력 밸런싱 기능을 수행하게 된다.
예를 들어, 차량이 급제동되는 경우, 초기 제동 시에는 좌우의 압력 차이가 발생하게 되며, 이로 인해 일시적인 편제동이 발생하여 차량 직진 안정성이 저하된다. 이 때, 본 발명에서는 서브 실린더(105)에서의 압력 밸런싱 기능에 의하여 편제동 발생을 근원적으로 방지할 수 있다.
이러한 압력 밸런싱이 이루어지는 과정은 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다.
구체적으로, 도 2a는 페달부(101)에 연결된 서브 실린더(105) 및 이에 연결된 좌우측 유압 라인들을 선별적으로 도시한 것으로, 좌측륜에 대한 압력이 높은 경우 압력 밸런싱이 이루어지는 것을 나타내고 있다.
즉, 도 2a에서는 좌측의 압력이 더 높기 때문에, 이러한 압력 차에 따라 제1 서브 피스톤(108)이 우측으로 이동하면서 우측의 제4 유압실(107) 내 유체를 가압하게 된다. 따라서, 제1 서브 피스톤(108)이 우측으로 힘을 가하면서 우측 방향으로 이동함에 따라 좌우측 압력 차가 상쇄되면서 좌우측 압력 밸런싱이 이루어지게 된다.
이 때, 유로(115)는 제1 서브 피스톤(108)에 의하여 폐쇄되는 바, 개방된 유로(116)에 의해 제2 유압실(132)로 압력 밸런싱에 의한 제동력이 전달된다. 따라서, 본 구현예에서 "y"형 유로를 제4 유압실(107) 측에 채용하는 것은 도 2a의 예에서와 같이, 특정 유로가 제1 서브 피스톤(108)에 의하여 폐쇄됨으로써 서브 실린더(105)의 압력 밸런싱 기능이 상실되는 것을 방지하기 위함이다. 이 때, 리저브 측 제3 밸브(117) 및 제4 밸브(118)는 차단된 상태이며, 제1 밸브(119) 및 제2 밸브(120)는 개방된 상태이어야 한다. 반면, 도 3g에서와 같이 두 액츄에이터가 모두 고장 나서 페달 답력에 의해 제동이 이루어지는 경우라면, 서브 실린더 전단 유로(116)이 닫히게 되므로, 이 때는 나머지 유로(115)에 의해 유압이 휠 측으로 전달될 수 있다.
반면, 도 2b는 우측륜에 대한 압력이 높은 경우, 서브 실린더(105)에 의해 압력 밸런싱이 이루어지는 것을 나타낸 것이다. 이 경우, 우측의 압력이 더 높기 때문에, 제1 서브 피스톤(108)은 좌측으로 이동하게 되고, 유로(112)에 의해 제1 유압실(131)로 압력 밸런싱에 의한 제동력이 전달된다.
도 2c는 전기적 고장 상황에서 운전자의 페달 답력에 의한 백업 제동 상태를 도시한 것이다. 이러한 백업 제동 상태에서는 제1 내지 제4 밸브 모두가 개방되어야 한다. 따라서, 제1 내지 제4 밸브를 모두 노멀리 오픈 밸브로 적용할 경우, 전기적인 고장 상황이라 하더라도 모든 밸브를 개방 상태로 둘 수 있다.
모든 밸브가 개방된 상태에서 페달 답력에 의해 제1 서브 피스톤(108) 및 제2 서브 피스톤(109)은 모두 후방으로 이동하고, 이에 따라 휠제동부(136, 137)에 페달 답력에 의한 제동력이 전달된다. 이 때, 도 2c에서와 같이, 제2 서브 피스톤(109)에 의해 유로(116)이 폐쇄될 수 있으나, 제4 유압실(107)에 대한 또 다른 유로(115)는 개방된 상태이기 때문에, 페달 답력이 제2 유압실(132) 측으로 충분히 전달될 수 있다.
한편, 제3 유압실(106)과 연결되는 유로(112)는 가급적 서브 실린더(105)의 후단, 즉, 페달부(101)로부터 먼 쪽에 형성되어야 하며, 이에 따라 제3 유압실(106)은 제1서브 피스톤의 이동에 간섭받지 않고 제1 유압실(131) 측과 연결되는 구조를 가진다.
이러한 유로(112, 115, 116) 및 서브 실린더(105) 내부 구조는 서브 실린더(105)의 사이즈를 크게 줄이면서 압력 밸런싱 및 백업 제동 기능을 충실히 달성할 수 있도록 기여한다.
도 3a 내지 도 3g는 차량의 다양한 상태에 따라 전륜 제동 모듈이 동작하는 예를 도시하고 있다.
먼저, 도 3a는 차량용 제동 시스템의 제동 전 초기 상태를 도시한 것이고, 도 3b는 일반적인 제동 시의 차량 제동 시스템의 동작을 도시한 것이다.
제동 전 초기 상태에서는 제1 밸브(119), 제2 밸브(120), 제3 밸브(117) 및 제4 밸브(118)가 모두 개방된 상태이다. 한편, 제동이 실시되면, 제어기(135)는 제1 밸브(119), 제2 밸브(120), 제3 밸브(117) 및 제4 밸브(118)를 모두 폐쇄하고, 페달 센서(104)로부터 검출된 제동 입력에 따라 제1 모터(129) 및 제2 모터(130)를 작동시켜 각 휠에 대한 제동력을 생성한다.
한편, 도 3c는 급제동 초기 단계에서 압력 밸런싱이 이루어지는 것을 도시하고 있다. 급제동 초기 단계에는 모터들의 동작이 정확하게 합치되지 않는 상황이 발생하고, 이 때에는 도 3c에서와 같이 모터가 균등하게 동작하지 않는 상황이 발생한다. 예를 들어, 도 3c에서와 같이, 급제동 시 좌측의 제1 모터(129)가 상대적으로 큰 제동압을 형성하고 있는 상태일 수 있으며, 이 경우 제1 서브 피스톤(108)이 우측으로 이동하면서 압력 밸런싱이 이루어지게 된다.
이러한 경우, 압력 밸런싱을 위해서는 제1 유압실(131) 및 제2 유압실(132)이 서브 실린더(105) 측의 제3 유압실(106) 및 제4 유압실(107)과 각각 연통되어야 하므로, 제1 밸브(119) 및 제2 밸브(120)는 개방되어야 한다.
반대의 경우, 즉 제2 모터(130)가 큰 제동압을 형성하게 되는 경우에는, 앞서 도 2b에서 살펴본 바와 같이, 서브 실린더(105) 내의 압력 밸런싱 동작을 통해 좌우측 제동력이 동일하게 형성된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서는 급제동 여부를 제어기(135)에서 판단하도록 구성할 수 있으며, 바람직하게는 페달센서로부터 검출된 제동입력이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우, 제어기(135)는 급제동 상황으로 판단하도록 구성할 수 있다. 이 때 제동입력은 페달가속도, 페달 스트로크 등의 파라미터일 수 있다.
한편, 도 3d는 ABS 또는 ESC 동작에 따라 편제동이 이루어지는 상태를 도시한 것이다. ABS 또는 ESC 제어가 이루어지는 경우에는 의도적으로 액츄에이터를 비균등하게 제어함으로써 편제동을 발생시켜야 하는 경우이다. 따라서, 이러한 ABS 또는 ESC 제어 상태에서는 서브 실린더(105)의 압력 밸런싱 기능이 활성화되지 않도록 시스템이 동작하여야 하므로, 제1 밸브(119) 및 제2 밸브(120)는 차단되어야 한다. 따라서, 제1 밸브(119) 및 제2 밸브(120)가 차단됨에 따라 제1 유압실(131)과 제2 유압실(132)은 완전히 분리되며, 따라서 도 3d에서와 같이 상대적으로 큰 제동압이 우측륜에 가해진다.
도 3e는 액츄에이터 고장 시를 설명하기 위한 것으로, 도 3e에서는 제1 모터(129)에 고장이 발생된 경우를 도시하고 있다. 제1 모터(129)의 고장 시, 일반적인 제동 방식으로는 좌측륜에 제동력을 제공하기 어렵게 되므로, 제1 유압실(131)과 제2 유압실(132)을 연통시켜 제2 유압실(132)에 형성된 제동압을 제1 유압실(131) 측으로 전달하게 된다. 이 경우, 하나의 모터에 의한 제동압이 좌우측으로 분배되므로, 제동력의 손실은 발생하게 되지만, 4륜 제동이 가능하므로 제동 안정성이 향상될 수 있다.
이와는 반대로, 제2 모터(130)에만 고장이 발생된 경우라면, 제1 모터(129)에 의하여 제동 제어가 실시된다. 따라서, 어느 하나의 모터에 고장이 발생하더라도, 정상적인 다른 하나의 모터에 의하여 제동이 가능하게 된다.
다음으로, 도 3f는 좌측에 대한 배관 파손이 발생한 경우 제동 제어를 실시하는 경우이다. 이와 같은 경우에는 배관 파손이 발생된 쪽의 밸브를 개방시킬 경우 유압 라인의 오일이 모두 소모될 수 있다. 따라서, 이 때는 제1 밸브(119) 및 제2 밸브(120)를 모두 폐쇄하여 배관 파손이 발생된 부분을 완전히 분리시켜 오일 소모를 최소화시키며, 정상적으로 동작하는 액츄에이터 측만으로 제동력을 생성한다.
한편, 도 3g는 전기적인 계통의 고장 발생으로 인해 운전자의 페달 답력을 이용하여 비상 제동하는 상황을 도시하고 있다.
도 3g에서와 같이, 전기적인 계통의 고장이 발생하는 경우, 제1 모터(129) 및 제2 모터(130)는 모두 구동이 불가능한 상태가 된다. 본 발명의 바람직한 구현예에서는 이와 같은 전기 계통의 고장이 발생하더라도, 경우 운전자의 페달 답력을 이용하여 비상 제동을 실시할 수 있도록 구성되는데, 비상 구동 시에는 서브 실린더(105) 내의 제1 서브 피스톤(108) 및 제2 서브 피스톤(109)이 동작하면서 각 휠로 제동력을 인가하게 된다.
이 경우, 제1 밸브(119), 제2 밸브(120), 제3 밸브(117) 및 제4 밸브(118)는 모두 개방되어야 하며, 바람직하게는 위 밸브들을 노멀리 오픈 밸브로 구성한다.
한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 차량용 제동 장치를 도시한 것이다. 도 4는 도 3a의 예와 제1 유압실과 제2 유압실로 연결되는 유로 구조 및 추가된 밸브들을 제외하고는 모든 구성이 동일하다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 밸브 및 제 2 밸브 후단의 유로들(121, 122)은 휠 제동부 측으로 직접 연결되고, 이 유로들(121, 122)과 제 1 유압실(131) 및 제 2 유압실(132) 사이에는 제 5 밸브(141) 및 제 6 밸브(142)가 추가로 설치된다.
추가된 밸브는 액츄에이터와 휠 제동부들 간의 유압 라인을 선택적으로 연결시킬 수 있도록 설치되는 구성이다. 밸브의 개수는 필요에 따라 증가될 수 있으며, 도 4에서와는 달리 이러한 밸브들을 다수 포함시킴에 따라 각 액츄에이터에 의해 다수의 차륜이 유압 제동되도록 구성할 수도 있다. 이러한 제 5 밸브(141) 및 제 6 밸브(142)는 노멀리 클로즈드 밸브로 구성되며, 일반 제동 시에는 밸브를 개방시켜 액츄에이터에 의한 제동력이 휠 제동부로 인가될 수 있도록 구성한다. 반면, 액츄에이터 고장 또는 전기계통의 고장 시에는 밸브는 자동 차단되며, 밸브 차단 시 동작은 유체가 제 1 유압실(131) 및 제 2 유압실(132)을 거치지 않는 것을 제외하고는 동일한다.
이와 관련, 도 1과 같은 구현예에서는 비상 제동 상황에서, 액츄에이터 고장 전 이미 동작된 피스톤의 이동 변위량을 다시 원복시키기 위하여 소요되는 제동 손실이 발생할 수 있으나, 도 4의 구현예에 따르면, 제5 밸브 및 제 6 밸브를 폐쇄시킴에 따라, 이와 같은 제동 손실 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
101: 페달부 102: 피스톤 로드
103: 페달 시뮬레이터 104: 페달 센서
105: 서브 실린더 106: 제3 유압실
107: 제4 유압실 108: 제1 서브 피스톤
109: 제2 서브 피스톤 110, 111: 복원 스프링
112 ~ 116: 유로 117 ~ 120: 밸브
121 ~ 124: 유로 125: 제1 메인 실린더
126: 제2 메인 실린더 127: 제1 메인 피스톤
128: 제2 메인 피스톤 129: 제1 모터
130: 제2 모터 131: 제1 유압실
132: 제2 유압실 133: 리저버
134: 리턴 라인 135: 제어기
136 ~ 139: 휠 제동부 141, 142: 밸브

Claims (22)

  1. 제동 입력이 인가되는 페달부;
    페달부로 인가되는 제동 입력에 따른 제동유압을 발생시키도록 구성되며, 제1 유압실을 갖는 제1 액츄에이터와 제2 유압실을 갖는 제2 액츄에이터를 포함하는 액츄에이터부;
    상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터에 연결되는 휠 제동부들; 및
    하우징 내부에 연속적으로 배치되는 두 개의 유압실인 제3 유압실과 제 4유압실을 형성하기 위한 두 개의 서브 피스톤들을 포함하는 서브 실린더;를 포함하고,
    상기 서브 실린더는 중앙에 위치하는 제1 서브 피스톤과 페달부에 연결되는 제2 서브 피스톤을 포함하고,
    상기 제1 유압실은 상기 제3 유압실과 제1 밸브가 설치된 유로에 의해 연결되고, 상기 제2 유압실은 상기 제4 유압실과 제2 밸브가 설치된 유로에 의하여 연결되며, 상기 제1액츄에이터와 상기 제2액츄에이터에 의하여 발생되는 제동유압의 차이가 발생하는 경우, 서브 실린더에 의하여 압력 밸런싱이 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 서브 피스톤은 상기 제3 유압실과 상기 제4 유압실을 구획하고, 압력 밸런싱이 이루어지는 경우, 압력이 상대적으로 낮은 방향으로 이동하면서 좌우측 압력을 균등하게 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브는 노멀리 오픈 밸브인 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4 유압실은 상기 상기 제1 서브 피스톤과 상기 제2 서브 피스톤에 의하여 구획되는 유압실이며, 상기 제4 유압실에는 "y"형 유로가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 "y"형 유로는 서브 실린더의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 제4 유압실에 연결되는 2개의 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 유압실과 상기 제4 유압실에 각각 연결되는 리저버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 리저버와 상기 제3 유압실을 연결하는 유로 상에 설치되는 제3 밸브 및 상기 리저버와 상기 제4 유압실을 연결하는 유로 상에 설치되는 제4 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제3 밸브 및 상기 제4 밸브는 모두 노멀리 오픈 밸브인 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1액츄에이터는 제1 모터와 상기 제1 모터에 의하여 전후로 이동하는 제1 메인 피스톤 및 상기 제1 메인 피스톤을 수용하는 제1 메인 실린더를 포함하여 이루어지고,
    상기 제2 액츄에이터는 제2 모터와 상기 제2 모터에 의하여 전후로 이동하는 제2 메인 피스톤 및 상기 제2 메인 피스톤을 수용하는 제2 메인 실린더를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 휠 제동부들은 전륜에 설치되고, 후륜에는 전자식 브레이크가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 휠 제동부들은 후륜에 설치되고, 전륜에는 전자식 브레이크가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 서브 피스톤은 스텝형 피스톤이며, 초기 상태에서, 상기 서브 실린더에 형성된 단차부에 밀착되어 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 서브 피스톤과 상기 페달부 사이에는 페달 시뮬레이터가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브 실린더에는 상기 제1 서브 피스톤과 상기 제2 서브 피스톤의 위치를 미리 설정된 위치로 원복시키기 위한 복원 스프링이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  15. 청구항 6에 있어서,
    상기 페달부로부터의 입력을 검출하기 위한 페달 센서; 및
    상기 페달 센서의 출력에 따라 제동 제어를 실시하는 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 액츄에이터들 및 상기 밸브들을 제어할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    일반적인 제동 상황에서, 상기 제어기는 상기 제1 밸브, 상기 제2밸브, 제3 밸브 및 상기 제4 밸브를 모두 폐쇄하고, 상기 페달 센서로부터 검출된 제동 입력에 따라 상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터를 구동시켜 각 휠의 제동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 페달센서로부터 검출된 제동입력이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 제어기는 급제동 상황으로 판단하고,
    상기 제어기는 상기 제3 밸브 및 상기 제4 밸브는 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방하여 압력 밸런싱을 실시하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어기는 ABS 또는 ESC 제어가 실시되고 있는 경우에는 상기 제1 밸브, 상기 제2밸브, 제3 밸브 및 상기 제4 밸브를 모두 폐쇄하여 각 휠을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 액츄에이터 또는 상기 제2 액츄에이터에 고장이 발생한 경우, 상기 제3 밸브 및 상기 제4 밸브는 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방시켜 고장이 발생되지 않은 액츄에이터에 의해 제동을 실시하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어기는 유압 라인 중 일부에 누유가 발생한 경우, 상기 제1 밸브, 상기 제2밸브, 제3 밸브 및 상기 제4 밸브를 모두 폐쇄하여 각 휠을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  21. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 밸브, 상기 제2밸브, 제3 밸브 및 상기 제4 밸브는 모두 노멀리 오픈 밸브로 구성되며,
    차량용 제동 장치에 전기적 고장이 발생한 경우, 상기 제1 밸브, 상기 제2밸브, 제3 밸브 및 상기 제4 밸브는 모두 개방되어, 페달 답력에 따른 제동력을 각 휠로 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 밸브가 설치된 유로 및 상기 제 2 밸브가 설치되는 유로는 상기 휠 제동부로 직접 연결되고,
    상기 휠 제동부들 중 어느 하나와 상기 제1 액츄에이터 사이에는 설치되는 제 5 밸브 및 상기 휠 제동부들 중 또 다른 하나와 상기 제2 액츄에이터 사이에 설치되는 제 6 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
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