KR20190136265A - 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

전자식 브레이크 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 모터 위치 센서의 센싱값을 입력 받는 입력부와 모터 위치 센서로부터 입력 받은 모터 속도를 기초로 모터 전류를 추정하고, 모터 타겟 전류를 로우패스필터를 통과시키고, 추정된 모터 전류에서 상기 로우패스필터를 통과시킨 타겟 전류를 빼서 외란 전류량을 추정하고, 추정된 외란 전류량을 상기 타겟 전류에 보상하는 제어부를 포함한다.

Description

전자식 브레이크 시스템 및 그 제어 방법{ELECTRONIC BRAKE SYSTME AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 종래 모터 위치 센서는 브레이크 장치의 모터에서 제동 압력을 정밀하게 생성하도록 모터의 위치를 감지하였다.

일예로, 대한민국등록특허공보 10-1478070(2014.12.24)에 기재된 바와 같이,모터에서 브레이크 압력을 발생시키기 위한 동력을 전달하고 모터 위치 센서를 이용하여 모터의 위치를 감지하는 전자 제어식 브레이크 부스터가 개시되었다.

이러한 모터를 사용하는 전자식 브레이크 시스템에서, 일반적으로 영구자석형 동기모터가 사용될 수 있는데, 영구자석형 동기모터는 크게3가지의 용도로 제어될 수 있다. 전류 제어를 이용한 토크 제어, 속도 제어 및 위치 제어가 그것이다.

토크 제어는 속도 제어와 위치 제어의 기반 제어 과정으로서, 흔히 전류 제어라고 불리우는데, 그 이유는 전류가 토크에 직접적인 비례 관계에 있기 때문이다.

이러한 토크 제어 즉, 전류 제어는 PI 제어기와 선형 피드백 제어로 이루어지는 경우가 일반적이지만, 역기전력(back-emf) 등과 같은 외란의 영향으로 제어 안정성이 떨어지는 단점이 있다.

이 때, 영구자석이 회전하면서 스테이터에서 유도된 자속의 변화와 스테이터의 전류가 상호 작용하면서 역기전력에 의한 비선형성이 생기게 되는데, 이러한 비선형성은 모터 모델을 변화시키거나 외란으로 해석할 수 있다.

따라서, 상기 역기전력과 같은 외란에 의한 비선형성은 모터 회로의 파라미터 값들과 전류와 모터 속도 측정으로 예측할 수 있지만, 이를 보상해주기 위해서 추가적인 제어 설계가 필요하다.

대한민국등록특허공보 10-1478070(2014.12.24)

본 발명의 실시 예는, 전자식 브레이크 시스템에 포함된 모터 속도 제어의 응답 성능을 개선하고자 한다.

따라서, 일 실시예는, 모터 속도 제어에 방해되는 외란을 추정하여 외란을 보상함에 따라 모터 속도 제어 성능을 강화하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 모터 위치 센서의 센싱값을 입력 받는 입력부와 상기 모터 위치 센서로부터 입력 받은 모터 속도를 기초로 모터 전류를 추정하고, 모터 타겟 전류를 로우패스필터를 통과시키고, 추정된 모터 전류에서 상기 로우패스필터를 통과시킨 타겟 전류를 빼서 외란 전류량을 추정하고, 추정된 외란 전류량을 상기 타겟 전류에 보상하는 제어부;를 포함하는 전자식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,상기 타겟 전류를 기초로 외란으로 인한 토크를 산출하고, 산출된 외란으로인한 토크로부터 기준 전류를 기초로 산출한 부하로 발생하는 토크량을 삭제하여 모터를 동작시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 모터 위치 센서로부터 입력 받은 모터 속도를 로우패스필터를 통과시켜산출한 관성 가속도를 기초로 추정 토크량을 산출하고, 추정된 토크량을 모터 상수로 나눠서 상기 모터 전류를 추정할 수 있다.

또한, 상기 관성 가속도를 기초로 산출한 추정 토크량은 외란으로 발생한 토크량과 PD 제어기를 통과한 토크량을 합산한 값을 추정할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 모터 위치 센서로부터 모터 속도를 입력 받는 단계;와 입력 받은 모터 속도를 기초로 모터 전류를 추정하는 단계;와 모터 타겟 전류를 로우패스필터를 통과시키는 단계; 와 추정된 모터 전류에서 상기 로우패스필터를 통과시킨 모터 타겟 전류를 빼서 외란 전류량을 추정하는 단계; 및 추정된 외란 전류량을 상기 타겟 전류에 보상하는 단계;를 포함하는 전자식 브레이크 제어 방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 타겟 전류를 기초로 외란으로 인한 토크를 산출하는 단계; 및 산출된 외란으로 인한 토크로부터 기준 전류를 기초로 산출한 부하로 발생하는 토크량을 빼서 모터를 동작시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 입력 받은 모터 속도를 기초로 모터 전류를 추정하는 단계;는 상기 모터 위치 센서로부터 입력 받은 모터 속도를 로우패스필터를 통과시켜산출한 관성 가속도를 기초로 추정 토크량을 산출하고, 추정된 토크량을 모터 상수로 나눠서 상기 모터 전류를 추정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 관성 가속도를 기초로 산출한 추정 토크량은 외란으로 발생한 토크량과 PD 제어기를 통과한 토크량을 합산한 값을 추정할 수 있다.

본 발명의 실시 예는, 본 발명의 실시 예는,전자식 브레이크 시스템에 포함된 모터 속도 제어의 응답 성능을 개선할 수 있다.

따라서, 일 실시예는, 모터 속도 제어에 방해되는 외란을 추정하여 외란을 보상함에 따라 속도 제어 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압회로도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 내부 블록도이다.
도 4는 모터 속도 제어 시 외란을 추정하는 방법과 보상하는 방법을 도시한 알고리즘이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 제어 방법을 도시한 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 관계없는 부분의 도시를 생략하고,이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)의 비 제동시의 상태를 나타내는 유압 회로도이다. 다만, 도 1 에 도시된 전자식 브레이크 시스템(1)은 일 실시예에 불과한 것으로, 회로의 일부 구성이 상이하게 구성될 수도 있다.

도 1을 참조하면, 전자식 브레이크 시스템(1)은 통상적으로, 액압을 발생시키는 마스터 실린더(20)와, 마스터 실린더(20)의 상부에 결합되어 오일을 저장하는 리저버(30)와, 브레이크 페달(10)의 답력에 따라 마스터 실린더(20)를 가압하는 인풋로드(12)와, 액압이 전달되어 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동을 수행하는 휠 실린더(40)와, 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달 변위센서(11) 및 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 반력을 제공하는 시뮬레이션 장치(50)를 구비한다.

마스터 실린더(20)는 적어도 하나의 챔버를 구비하도록 구성되어 액압을 발생시킬 수 있다. 일 예로, 마스터 실린더(20)는 두 개의 챔버를 구비하도록 구성되고, 각각의 챔버에는 제1 피스톤(21a)과 제2 피스톤(22a)이 마련되며, 제1 피스톤(21a)은 인풋로드(12)와 연결될 수 있다. 그리고 마스터 실린더(20)는 두 개의 챔버로부터 각각 액압이 배출되는 제1 및 제2 유압포트(24a, 24b)를 형성할 수 있다.

한편, 마스터 실린더(20)는 두 개의 챔버를 가짐으로써 고장시 안전을 확보할 수 있다. 예컨대, 두 개의 챔버 중 하나의 챔버는 차량의 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)에 연결되고, 다른 하나의 챔버는 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)에 연결될 수 있다. 이와 같이, 두 개의 챔버를 독립적으로 구성함으로써 한 쪽 챔버가 고장나는 경우에도 차량의 제동이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 마스터 실린더(20)의 제1 피스톤(21a)과 제2 피스톤(22a) 사이에는 제1 스프링(21b)이 마련되고, 제2 피스톤(22a)과 마스터 실린더(20)의 끝단 사이에는 제2 스프링(22b)이 마련될 수 있다.

제1 스프링(21b)과 제2 스프링(22b)은 두 챔버에 각각 마련되고, 브레이크 페달(10)의 변위가 달라짐에 따라 제1 피스톤(21a)과 제2 피스톤(22a)이 압축되면서 제1 스프링(21b)과 제2 스프링(22b)에 탄성력이 저장된다. 그리고 제1 피스톤(21a)을 미는 힘이 탄성력 보다 작아지면 제1 스프링(21b)과 제2 스프링(22b)이 저장된 탄성력을 이용하여 제1 및 제2 피스톤(21a, 22a)을 밀어서 원상복귀 시킬 수 있다.

한편, 마스터 실린더(20)의 제1 피스톤(21a)을 가압하는 인풋로드(12)는 제1 피스톤(21a)과 밀착되게 접촉될 수 있다. 즉, 마스터 실린더(20)와 인풋로드(12) 사이의 갭(gap)이 존재하지 않을 수 있다. 따라서 브레이크 페달(10)을 밞으면 페달 무효 스트로크 구간 없이 직접적으로 마스터 실린더(20)를 가압할 수 있다.

시뮬레이션 장치(50)는 후술할 제1 백업유로(251)와 연결되어 브레이크 페달(10)의 답력에 따른 반력을 제공할 수 있다. 운전자가 제공하는 답력을 보상하는 만큼 반력이 제공됨으로써 운전자는 의도하는 대로 세밀하게 제동력을 조절할 수 있게 된다.

도 1을 참고하면, 시뮬레이션 장치(50)는 마스터 실린더(20)의 제1 유압포트(24a)에서 유출되는 오일을 저장할 수 있도록 마련된 시뮬레이션 챔버(51)와 시뮬레이션 챔버(51) 내에 마련된 반력 피스톤(52)과 이를 탄성 지지하는 반력 스프링(53)을 구비하는 페달 시뮬레이터 및 시뮬레이션 챔버(51)의 후단부에 연결된 시뮬레이터 밸브(54)를 포함한다.

반력 피스톤(52)과 반력 스프링(53)은 시뮬레이션 챔버(51)로 유입되는 오일에 의해 시뮬레이션 챔버(51) 내에서 일정 범위의 변위를 갖도록 설치된다.

시뮬레이터 밸브(54)는 시뮬레이션 챔버(51)의 후단과 리저버(30)를 연결하는 유로에 마련될 수 있다. 시뮬레이션 챔버(51)의 전단은 마스터 실린더(20)와 연결되고, 시뮬레이션 챔버(51)의 후단은 시뮬레이터 밸브(54)를 통해 리저버(30)와 연결될 수 있다. 따라서 반력 피스톤(52)이 복귀하는 경우에도 시뮬레이터 밸브(54)를 통해 리저버(30)의 오일이 유입됨으로써 시뮬레이션 챔버(51)의 내부 전체가 오일로 채워질 수 있다.

한편, 도면에는 여러 개의 리저버(30)가 도시되어 있고 각각의 리저버(30)는 동일한 도면 부호를 사용하고 있다. 다만, 이들 리저버는 동일 부품으로 마련되거나 서로 다른 부품으로 마련될 수 있다. 일 예로, 시뮬레이션 장치(50)와 연결되는 리저버(30)는 마스터 실린더(20)와 연결되는 리저버(30)와 동일하거나, 마스터 실린더(20)와 연결되는 리저버(30)와 별도로 오일을 저장할 수 있는 저장소일 수 있다.

한편, 시뮬레이터 밸브(54)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 평상시 폐쇄형 솔레노이드 밸브로 구성될 수 있다. 시뮬레이터 밸브(54)는 운전자가 브레이크 페달(10)에 답력을 가하는 경우 개방되어 시뮬레이션 챔버(51) 내의 오일을 리저버(30)로 전달할 수 있다.

또한, 페달 시뮬레이터와 리저버(30) 사이에는 시뮬레이터 밸브(54)와 병렬 연결되도록 시뮬레이터 체크밸브(55)가 설치될 수 있다. 시뮬레이터 체크밸브(55)는 리저버(30)의 오일이 시뮬레이션 챔버(51)로 흐르는 것을 허용하되, 시뮬레이션 챔버(51)의 오일이 체크밸브(55)가 설치되는 유로를 통해 리저버(30)로 흐르는 것을 차단할 수 있다. 브레이크 페달(10)의 답력 해제시 시뮬레이터 체크밸브(55)를 통해 오일이 시뮬레이션 챔버(51) 내로 공급될 수 있기 때문에 페달 시뮬레이터 압력의 빠른 리턴이 보장될 수 있다.

액압 공급장치(100)는 휠 실린더(40)로 전달되는 오일 압력을 제공하는 액압 제공유닛(110)과, 페달 변위센서(11)의 전기적 신호에 의해 회전력을 발생시키는 모터(120)와, 모터(120)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 액압 제공유닛(110)에 전달하는 동력변환부(130)를 포함할 수 있다. 또는 액압 제공유닛(110)은 모터(120)에서 공급되는 구동력이 아니라 고압 어큐뮬레이터에서 제공되는 압력에 의해 동작할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)은 브레이크 페달(10)의 변위를 감지하는 페달 변위센서(11)로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 기계적으로 작동하는 액압 공급장치(100)와, 각각 두 개의 차륜(RR, RL, FR, FL)에 마련되는 휠 실린더(40)로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)으로 구성된 유압 제어유닛(200)과, 상기 제1 유압포트(24a)와 제1 유압서킷(201)을 연결하는 제1 백업유로(251)에 마련되어 액압의 흐름을 제어하는 제1 컷밸브(261)와, 제2 유압포트(24b)와 제2 유압서킷(202)을 연결하는 제2 백업유로(252)에 마련되어 액압의 흐름을 제어하는 제2 컷밸브(262)와, 액압 정보와 페달 변위 정보를 기반으로 액압 공급장치(100)와 밸브들(54, 60, 221a, 221b, 221c, 221d, 222a, 222b, 222c, 222d, 233, 235, 236, 243)을 제어하는 전자 제어 유닛(2000)을 포함할 수 있다.

이러한 전자 제어 유닛(2000)의 전자식 브레이크 시스템(1)의 총괄적 제어를 수행할 수 있다.

다시 도 1 에 도시된 바에 따라, 액압 제공유닛(110)은 오일을 공급받아 저장되는 압력챔버가 형성되는 실린더블록(111)과, 실린더블록(111) 내에 수용되는 유압피스톤(114)과, 유압피스톤(114)과 실린더블록(111) 사이에 마련되어 압력챔버를 밀봉하는 실링부재(115: 115a, 115b)와, 유압피스톤(114)의 후단에 연결되어 동력변환부(130)에서 출력되는 동력을 유압피스톤(114)으로 전달하는 구동축(133)을 포함한다.

압력챔버는 유압피스톤(114)의 전방(전진 방향, 도면의 좌측 방향)에 위치하는 제1 압력챔버(112)와, 유압피스톤(114)의 후방(후진 방향, 도면의 우측 방향)에 위치하는 제2 압력챔버(113)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 압력챔버(112)는 실린더블록(111)과 유압피스톤(114)의 전단에 의해 구획되며, 유압피스톤(114)의 이동에 따라 체적이 달라지도록 마련되고, 제2 압력챔버(113)는 실린더블록(111)과 유압피스톤(114)의 후단에 의해 구획되며, 유압피스톤(114)의 이동에 따라 체적이 달라지도록 마련된다.

제1 및 제2 압력챔버(112, 113)는 각각 덤프유로(116, 117)에 의해 리저버(30)와 연결되고, 리저버(30)로부터 오일을 공급받아 저장하거나 제1 또는 제2 압력챔버(112, 113)의 오일을 리저버(30)로 전달할 수 있다.

다음으로, 제1 압력챔버(112)와 제2 압력챔버(113)에 연결되는 유로들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217)과 밸브들(231, 232, 233, 234, 235, 236, 241, 242, 243)에 대하여 설명하기로 한다.

제2 유압유로(212)는 제1 유압서킷(201)과 연통되고, 제3 유압유로(213)는 제2 유압서킷(202)과 연통될 수 있다. 따라서, 유압피스톤(114)의 전진에 의해 제1 유압서킷(201)과 제2 유압서킷(202)으로 액압이 전달될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)은 제2 및 제3 유압유로(212, 213)에 각각 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제1 제어밸브(231)와 제2 제어밸브(232)를 포함할 수 있다.

그리고 제1 및 제2 제어밸브(231, 232)는 제1 압력챔버(112)에서 제1 또는 제2 유압서킷(201, 202)으로 향하는 방향의 오일 흐름만을 허용하고, 반대 방향으로의 오일 흐름은 차단하는 체크밸브로 마련될 수 있다. 즉, 제1 또는 제2 제어밸브(231, 232)는 제1 압력챔버(112)의 액압이 제1 또는 제2 유압서킷(201, 202)으로 전달되는 것을 허용하면서도, 제1 또는 제2 유압서킷(201, 202)의 액압이 제2 또는 제3 유압유로(212, 213)를 통해 제1 압력챔버(112)로 누설되는 것은 방지할 수 있다.

한편, 제4 유압유로(213)는 도중에 제5 유압유로(215)와 제6 유압유로(216)로 분기되어 제1 유압서킷(201)과 제2 유압서킷(202)에 모두 연통될 수 있다. 일 예로, 제4 유압유로(214)에서 분기되는 제5 유압유로(215)는 제1 유압서킷(201)과 연통되고, 제4 유압유로(214)에서 분기되는 제6 유압유로(216)는 제2 유압서킷(202)과 연통될 수 있다. 따라서, 유압피스톤(114)의 후진에 의해 제1 유압서킷(201)과 제2 유압서킷(202) 모두에 액압이 전달될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)은 제5 유압유로(215)에 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제3 제어밸브(233)와 제6 유압유로(216)에 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제4 제어밸브(234)를 포함할 수 있다.

제3 제어밸브(233)는 제2 압력챔버(113)와 제1 유압서킷(201) 사이의 오일 흐름을 제어하는 양방향 제어밸브로 마련될 수 있다. 그리고 제3 제어밸브(233)는 평상시 닫혀있다가 전자 제어 유닛(2000)으로부터 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입(Normal Cloesd type)의 솔레노이드 밸브로 마련될 수 있다.

그리고 제4 제어밸브(234)는 제2 압력챔버(113)에서 제2 유압서킷(202)으로 향하는 방향의 오일 흐름만을 허용하고, 반대 방향으로의 오일 흐름은 차단하는 체크밸브로 마련될 수 있다. 즉, 제4 제어밸브(234)는 제2 유압서킷(202)의 액압이 제6 유압유로(216)와 제4 유압유로(214)를 통해 제2 압력챔버(113)로 누설되는 것은 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)은 제2 유압유로(212)와 제3 유압유로(213)를 연결하는 제7 유압유로(217)에 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제5 제어밸브(235)와, 제2 유압유로(212)와 제7 유압유로(217)를 연결하는 제8 유압유로(218)에 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제6 제어밸브(236)를 포함할 수 있다. 그리고 제5 제어밸브(235)와 제6 제어밸브(236)는 평상시 닫혀있다가 전자제어유닛으로부터 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입(Normal Cloesd type)의 솔레노이드 밸브로 마련될 수 있다.

제5 제어밸브(235)와 제6 제어밸브(236)는 제1 제어밸브(231) 또는 제2 제어밸브(232)에 이상이 발생하였을 때, 개방되도록 작동하여 제1 압력챔버(112)의 액압이 제1 유압서킷(201)과 제2 유압서킷(202)에 모두 전달될 수 있도록 할 수 있다.

그리고 제5 제어밸브(235)와 제6 제어밸브(236)는 휠 실린더(40)의 액압을 빼내어 제1 압력챔버(112)로 보내는 때에 개방되도록 작동할 수 있다. 제2 유압유로(212)와 제3 유압유로(213)에 마련되는 제1 제어밸브(231)와 제2 제어밸브(232)가 일 방향 오일 흐름만을 허용하는 체크밸브로 마련되기 때문이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)은 제1 및 제2 덤프유로(116, 117)에 각각 마련되어 오일의 흐름을 제어하는 제1 덤프밸브(241)와 제2 덤프밸브(242)를 더 포함할 수 있다. 덤프밸브(241, 242)는 리저버(30)에서 제1 또는 제2 압력챔버(112, 113)로의 방향만을 개방하고, 반대 방향은 폐쇄하는 체크밸브일 수 있다. 즉, 제1 덤프밸브(241)은 리저버(30)에서 제1 압력챔버(112)로 오일이 흐를 수 있도록 허용하되, 제1 압력챔버(112)에서 리저버(30)로 오일이 흐르는 것은 차단하는 체크밸브일 수 있고, 제2 덤프밸브(242)은 리저버(30)에서 제2 압력챔버(113)로 오일이 흐를 수 있도록 허용하되, 제2 압력챔버(113)에서 리저버(30)로 오일이 흐르는 것은 차단하는 체크밸브일 수 있다.

또한, 제2 덤프유로(117)는 바이패스 유로를 포함할 수 있고, 바이패스 유로에는 제2 압력챔버(113)와 리저버(30) 사이의 오일 흐름을 제어하는 제3 덤프밸브(243)가 설치될 수 있다.

제3 덤프밸브(243)는 양방향 흐름을 제어할 수 있는 솔레노이드 밸브로 마련될 수 있고, 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입(Normal Open type)의 솔레노이드 밸브로 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)의 액압 제공유닛(110)은 복동식으로 동작할 수 있다. 즉, 유압피스톤(114)이 전진하면서 제1 압력챔버(112)에 발생되는 액압은 제1 유압유로(211)와 제2 유압유로(212)를 통해 제1 유압서킷(201)에 전달되어 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(LR)에 설치되는 휠 실린더(40)를 작용시킬 수 있고, 제1 유압유로(211)와 제3 유압유로(213)를 통해 제2 유압서킷(202)에 전달되어 우측 후륜(RR)과 좌측 전륜(FL)에 설치되는 휠 실린더(40)를 작용시킬 수 있다.

마찬가지로, 유압피스톤(114)이 후진하면서 제2 압력챔버(113)에 발생되는 액압은 제4 유압유로(214)와 제5 유압유로(215)를 통해 제1 유압서킷(201)에 전달되어 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(LR)에 설치되는 휠 실린더(40)를 작용시킬 수 있고, 제4 유압유로(214)와 제6 유압유로(216)를 통해 제2 유압서킷(202)에 전달되어 우측 후륜(RR)과 좌측 전륜(FL)에 설치되는 휠 실린더(40)를 작용시킬 수 있다.

또한, 유압피스톤(114)이 후진하면서 제1 압력챔버(112)에 발생되는 부압은 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(LR)에 설치되는 휠 실린더(40)의 오일을 흡입하여 제1 유압서킷(201), 제2 유압유로(212), 및 제1 유압유로(211)를 통해 제1 압력챔버(112)로 전달시킬 수 있고, 우측 후륜(RR)과 좌측 전륜(FL)에 설치되는 휠 실린더(40)의 오일을 흡입하여 제2 유압서킷(202), 제3 유압유로(213), 및 제1 유압유로(211)를 통해 제1 압력챔버(112)로 전달시킬 수 있다.

다음으로 액압 공급장치(100)의 모터(120)와 동력변환부(130)에 대하여 설명하기로 한다.

모터(120)는 전자 제어 유닛(2000)으로부터 출력된 신호에 의해 회전력을 발생시키는 장치로서, 정방향 또는 역방향으로 회전력을 발생시킬 수 있다. 모터(120)의 회전 각속도와 회전각은 정밀하게 제어될 수 있다.

즉, 모터(120)의 회전 각속도 및 회전각을 측정하기 위한 모터 위치 센서(MPS)를 더 포함하여, 모터(120)의 회전각 기타 위치 정보를 전자 제어 유닛(2000)에 송신할 수 있다.

한편, 전자 제어 유닛(2000)은 모터(120)를 포함하여 후술할 본 발명의 전자식 브레이크 시스템(1)에 구비된 복수의 밸브(800)를 구성하는 밸브들(54, 60, 221a, 221b, 221c, 221d, 222a, 222b, 222c, 222d, 233, 235, 236, 243)을 제어한다.

모터(120)의 구동력은 동력변환부(130)를 통해 유압피스톤(114)의 변위를 발생시키고, 압력챔버 내에서 유압피스톤(114)이 슬라이딩 이동하면서 발생하는 액압은 제1 및 제2 유압유로(211, 212)를 통해 각 차륜(RR, RL, FR, FL)에 설치된 휠 실린더(40)로 전달된다.

동력변환부(130)는 회전력을 직선운동으로 변환하는 장치로서, 일 예로 웜샤프트(131)와 웜휠(132)과 구동축(133)으로 구성될 수 있다.

즉, 브레이크 페달(10)에 변위가 발생하면서 페달 변위센서(11)에 의해 감지된 신호는 전자 제어 유닛(2000)에 전달되고, 전자 제어 유닛(2000)은 모터(120)를 일 방향으로 구동시켜 웜샤프트(131)를 일 방향으로 회전시킨다. 웜샤프트(131)의 회전력은 웜휠(132)을 거쳐 구동축(133)에 전달되고, 구동축(133)과 연결된 유압피스톤(114)이 전진 이동하면서 제1 압력챔버(112)에 액압을 발생시킨다.

반대로, 브레이크 페달(10)에 답력이 제거되면 전자 제어 유닛(2000)은 모터(120)를 반대 방향으로 구동시켜 웜샤프트(131)가 반대 방향으로 회전한다. 따라서 웜휠(132) 역시 반대로 회전하고 구동축(133)과 연결된 유압피스톤(114)이 복귀하면서(후진 이동하면서) 제1 압력챔버(112)에 부압을 발생시킨다.

한편, 액압과 부압의 발생은 위와 반대 방향으로도 가능하다. 즉, 브레이크 페달(10)에 변위가 발생하면서 페달 변위센서(11)에 의해 감지된 신호는 전자 제어 유닛(2000)에 전달되고, 전자 제어 유닛(2000)은 모터(120)를 반대 방향으로 구동시켜 웜샤프트(131)를 반대 방향으로 회전시킨다. 웜샤프트(131)의 회전력은 웜휠(132)을 거쳐 구동축(133)에 전달되고, 구동축(133)과 연결된 유압피스톤(114)이 후진 이동하면서 제2 압력챔버(113)에 액압을 발생시킨다.

반대로, 브레이크 페달(10)에 답력이 제거되면 전자 제어 유닛(2000)은 모터(120)를 일 방향으로 구동시켜 웜샤프트(131)가 일 방향으로 회전한다. 따라서 웜휠(132) 역시 반대로 회전하고 구동축(133)과 연결된 유압피스톤(114)이 복귀하면서(전진 이동하면서) 제2 압력챔버(113)에 부압을 발생시킨다.

이처럼 액압 공급장치(100)는 모터(120)로부터 발생된 회전력의 회전방향에 따라 액압을 휠 실린더(40)로 전달하거나 액압을 흡입하여 리저버(30)로 전달하는 역할을 수행하게 된다.

한편, 모터(120)가 일 방향으로 회전하는 경우 제1 압력챔버(112)에 액압이 발생하거나 제2 압력챔버(113)에 부압이 발생할 수 있는데, 액압을 이용하여 제동할 것인지, 아니면 부압을 이용하여 제동을 해제할 것인지는 복수의 밸브(800)를 구성하는 밸브들(54, 60, 221a, 221b, 221c, 221d, 222a, 222b, 222c, 222d, 233, 235, 236, 243)을 제어함으로써 결정될 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 동력변환부(130)는 상기 볼스크류 너트 조립체의 구조 이외에 회전운동을 직선운동으로 변환시킬 수 있다면 어떠한 구조를 갖더라도 채용 가능한 것으로 이해되어야 한다.

제1 백업유로(251)에는 오일의 흐름을 제어하는 제1 컷밸브(261)가 마련되고, 제2 백업유로(252)에는 오일의 흐름을 제어하는 제2 컷밸브(262)가 마련될 수 있다. 또한, 제1 백업유로(251)는 제1 유압포트(24a)와 제1 유압서킷(201)을 연결하고, 제2 백업유로(252)는 제2 유압포트(24b)와 제2 유압서킷(202)을 연결할 수 있다.

그리고 제1 및 제2 컷밸브(261, 262)는 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자제어유닛에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입(Normal Open type)의 솔레노이드 밸브로 마련될 수 있다.

다음으로, 도 1을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 유압 제어유닛(200)에 대하여 설명하기로 한다.

유압 제어유닛(200)은 액압을 공급받아 각각 두 개의 차륜을 제어하는 제1 유압서킷(201)과, 제2 유압서킷(202)으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제1 유압서킷(201)은 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)을 제어하고, 제2 유압서킷(202)은 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)을 제어할 수 있다. 그리고 각각의 차륜(FR, FL, RR, RL)에는 휠 실린더(40)가 설치되어 액압을 공급받아 제동이 이루어진다.

제1 유압서킷(201)은 제1 유압유로(211) 및 제2 유압유로(212)와 연결되어 액압 공급장치(100)로부터 액압을 제공받고, 제2 유압유로(212)는 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)으로 연결되는 두 유로로 분기된다. 마찬가지로, 제2 유압서킷(202)은 제1 유압유로(211) 및 제3 유압유로(213)와 연결되어 액압 공급장치(100)로부터 액압을 제공받고, 제3 유압유로(213)는 좌측 전륜(FL)과 우측 후륜(RR)으로 연결되는 두 유로로 분기된다.

유압서킷(201, 202)은 액압의 흐름을 제어하도록 복수의 인렛밸브(221: 221a, 221b, 221c, 221d)를 구비할 수 있다. 일 예로, 제1 유압서킷(201)에는 제1 유압유로(211)와 연결되어 두 개의 휠 실린더(40)로 전달되는 액압을 각각 제어하는 두 개의 인렛밸브(221a, 221b)가 마련될 수 있다. 또한, 제2 유압서킷(202)에는 제2 유압유로(212)와 연결되어 휠 실린더(40)로 전달되는 액압을 각각 제어하는 두 개의 인렛밸브(221c, 221d)가 마련될 수 있다.

그리고 인렛밸브(221)는 휠 실린더(40)의 상류측에 배치되며 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자 제어 유닛(2000)에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입(Normal Open type)의 솔레노이드 밸브로 마련될 수 있다.

또한, 유압서킷(201, 202)은 각각의 인렛밸브(221a, 221b, 221c, 221d)들의 전방과 후방을 연결하는 바이패스 유로에 마련되는 체크밸브(223a, 223b, 223c, 223d)들을 포함할 수 있다. 체크밸브(223a, 223b, 223c, 223d)들은 휠 실린더(40)에서 액압 제공유닛(110) 방향으로의 오일의 흐름만을 허용하고, 액압 제공유닛(110)에서 휠 실린더(40) 방향으로의 오일의 흐름은 제한하도록 마련될 수 있다. 체크밸브(223a, 223b, 223c, 223d)들은 휠 실린더(40)의 제동압을 신속하게 뺄 수 있도록 할 수 있고, 인렛밸브(221a, 221b, 221c, 221d)들이 정상적으로 작동하지 않는 경우에 휠 실린더(40)의 액압이 액압 제공유닛(110)으로 유입되도록 할 수 있다.

또한, 유압서킷(201, 202)은 제동 해제시 성능향상을 위하여 리저버(30)와 연결되는 복수의 아웃렛밸브(222: 222a, 222b, 222c, 222d)를 더 구비할 수 있다. 아웃렛밸브(222)는 각각 휠 실린더(40)와 연결되어 각 차륜(RR, RL, FR, FL)으로부터 액압이 빠져나가는 것을 제어한다. 즉, 아웃렛밸브(222)는 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동압력을 감지하여 감압제동이 필요한 경우 선택적으로 개방되어 압력을 제어할 수 있다.

그리고 아웃렛밸브(222)는 평상시 닫혀있다가 전자제어유닛으로부터 개방신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노말 클로즈 타입(Normal Cloesd type)의 솔레노이드 밸브로 마련될 수 있다.

또한, 유압 제어유닛(200)은 백업유로(251, 252)와 연결될 수 있다. 일 예로, 제1 유압서킷(201)은 제1 백업유로(251)와 연결되어 마스터 실린더(20)로부터 액압을 제공받고, 제2 유압서킷(202)은 제2 백업유로(252)와 연결되어 마스터 실린더(20)로부터 액압을 제공받을 수 있다.

이 때, 제1 백업유로(251)는 제1 및 제2 인렛밸브(221a, 221b)의 상류에서 제1 유압서킷(201)에 합류할 수 있다. 마찬가지로, 제2 백업유로(252)는 제3 및 제4 인렛밸브(221c, 221d)의 상류에서 제2 유압서킷(202)에 합류할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 컷밸브(261, 262)를 폐쇄하는 경우 액압 공급장치(100)에서 제공되는 액압을 제1 및 제2 유압서킷(201, 202)을 통해 휠 실린더(40)로 공급할 수 있고, 제1 및 제2 컷밸브(261, 262)를 개방하는 경우 마스터 실린더(20)에서 제공되는 액압을 제1 및 제2 백업유로(251, 252)를 통해 휠 실린더(40)로 공급할 수 있다. 이 때, 복수의 인렛밸브(221a, 221b, 221c, 221d)들은 개방된 상태이기 때문에 동작 상태를 전환시킬 필요가 없다.

특히, 제 1 유압 회로(201)와 제 2 유압 회로(202)그리고 인렛밸브(221)는 휠 실린더(40)의 상류측에 배치되며 정상상태에서는 개방되어 있다가 전자 제어 유닛(2000)에서 폐쇄신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노말 오픈 타입(Normal Open type)의 솔레노이드 밸브로 마련될 때, 제 2 유압 서킷(202)의 인렛 밸브(221c, 221d) 상단에는 회로의 압력을 측정하는 압력 센서(ps1)이 설치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)의 내부 블록도인 것으로, 전자식 브레이크 시스템(1)을 총괄적으로 제어하는 전자 제어 유닛(2000)과 전자식 브레이크 시스템(1)에 포함된 브레이크 장치(1000)에 연결된 상태를 나타낸 블럭 구성도이고, 도 3은 세부 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 브레이크 시스템(1)의 전자 제어 유닛(2000)은 입력부(102)와 판단부(104)및 산출부(106)와 제어부(108)를 포함한다.

입력부(102)는 브레이크 장치(1000)의 모터 위치 센서(121), 모터 전류 센서(122), 모터(120), 브레이크 페달(10), 피스톤(114), 압력 센서(ps), 및 인렛 밸브(221) 등으로부터 동작 신호를 입력 받는다.

여기서, 브레이크 장치(1000)는 부스팅 압력과 제동 압력을 하나의 모터(121)로 발생시키는 IDB(IntegratedDynamic Brake)일 수가 있고, 제동 압력을 모터로 발생시키는 모든 브레이크 수단일 수가 있다. 즉, 도 1에 도시된 전자식 브레이크 시스템(1)이 이에 해당할 수 있다.

이러한, 모터(120)은 도시하지는 않았지만,영구자석 동기모터인 것으로 후술하는 전자 제어 유닛(2000)내 제어 방법에 따라 모터의 외란 보상을 수행할 수 있다.

전자 제어 유닛(2000)은 모터(120)의 속도 제어를 위하여 크게 외란 추정 단계 및 외란 보상 단계를 거쳐 모터 전류를 결정한다.

기존 모터 속도 제어 시 전자 제어 유닛(2000)은 타겟 모터 속도와 현재 모터 속도의 피드백으로부터 모터 회전 운동에 요구되는 전류량을 계산하기 위하여 PID 제어를 수행하였으나, 본 발명에 따른 전자 제어 유닛(2000)은 PID 제어 및 Feed Forward 제어를 통하여 외란 추정 및 보상 제어를 수행한다.

외란 추정 단계는 모터(120)에 인가한 토크와 모터의 위치 센서(MPS)를 통해 계산한 모터 회전 속도 피드백으로부터 모터 운동 방정식을 이용하여 외란을 추정할 수 있다.

외란 보상 단계는 추정한 외란을 모터 인가 전류량으로 환산하고, 외란을 상쇄시키도록 Feed Forward로 미리 보상하는 방법을 사용한다.

구체적으로, 도4는 모터 속도 제어 시 외란을 추정하는 방법과 보상하는 방법을 도시한 알고리즘이다.

먼저, 전자 제어 유닛(2000) 내 제어부(108)에서 기준 전류(IB)를 내보내어 산출부(106)에서 모터 상수(Kt)와 곱하여 토크를 산출한다. 이때, 산출된 토크(Tbase+ Ui )를 PID 제어량 중 적분기 제어량으로 산출하여, 부하량을 추정할 수 있다.

또한, 전자 제어 유닛(2000)은 제어부(108)에서 타겟 전류(It) 에 모터 상수(Kt)와 곱하여 토크를 산출한다. 이 때, 산출된 토크로부터 PID 제어량 중 비례 제어량, 및 미분 제어량과 보상량을 추정할 수 있다.

단, 제어부(108)는 타겟 전류(It)는 PID 제어 및 보상량과 전류 추정량의 차이를 기초로 산출할 수 있다. 전류 추정량(Iest)은 종전 타겟 전류(It)의 로우패스 필터통과값과 모터(120)에서의 모터 위치 센서(MPS)가 측정한 모터 속도(ω)를 로우패스필터(LPF:Low Pass Filter)를 통과시켜 산출한 JS(관성 가속도)로부터 토크와 외란의 합산 추정량을 모터 상수(Kt)로 나눈 값을 비교한다.

만일, 전류 추정량(Iest)은 종전 타겟 전류(It)의 로우패스 필터통과값과 모터 위치 센서(MPS)가 측정한 모터 속도(ω)를 로우패스필터(LPF:Low Pass Filter)를 통과시켜 산출한JS(관성 가속도)로부터 토크와 외란의 합산 추정량을 모터 상수(Kt)로 나눈 값이 같으면, 제어부(108)는 타겟 전류(It)는 PID 제어 및 보상량으로 설정한다.

다만, 전류 추정량(Iest)은 종전 타겟 전류(It)의 로우패스 필터통과값과 모터 위치 센서(MPS)가 측정한 모터 속도(ω)를 로우패스필터(LPF:Low Pass Filter)를 통과시켜 산출한JS(관성 가속도)로부터 토크와 외란의 합산 추정량을 모터 상수(Kt)로 나눈 값이 같지 않으면, 제어부(108)는 그 오차를 최대(Max) 및 최소(Min)값 내에서 PID 제어 및 보상량에서 빼서 타겟 전류(It)를 산출한다.

이상에서는, 전자 제어 유닛(2000)의 브레이크 장치(1000)에 포함된 모터(120)의 외란을 추정하는 단계 및 추정된 외란을 모터 속도에 보상하는 제어부(108)의 동작에 대하여 살펴보았다.이하에서는, 전자식 브레이크 시스템(1)의 동작에 대하여 설명한다. 구체적으로, 도5는 일 실시예에 따른 전자식 브레이크 제어 방법을 도시한 순서도이다.

먼저, 전자식 브레이크 시스템(1)은 브레이크 장치(1000)의 모터 위치 센서(MPS)를 기초로 확보한 모터 속도(ω)를 로우패스필터(LPF)를 통과시켜 관성 가속도(Js)를 산출한다(511). 또한, 산출된 관성 가속도를 기초로 모터 토크(Test)를 추정한다(512). 다음으로, 전자 제어 유닛(2000)의 제어부(108)는 추정한 모터 토크로부터 모터 전류를 추정할 수 있다(513).

또한, 제어부(108)는 타겟 모터 전류를 로우패스필터(LPF)를 통과하여 필터를 통과한 전류량을 계산한다(520).

이때, 제어부(108)가 추정한 모터 토크로부터 모터 전류를 추정하는 단계(510: 511 내지 513)과 타겟 모터 전류를 로우패스필터를 통과시켜 계산한 필터를 통과한 전류량을 계산하는 단계(520)는 동시에 병렬적으로 진행될 수 있다.

이후, 제어부(108)는 외란 전류량을 추정한다(530). 즉, 510 단계에서 추정한 모터 전류에서 520 단계에서 필터 통과한 전류량을 뺀 값을 기초로 최소, 최대 제한하여 외란 전류량을 결정한다(540).

이후, 제어부(108)는 결정한 외란 전류량을 모터 전류에 보상하여(feedforward)타겟 모터 전류를 결정한다(550)

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.

Claims (8)

1. 모터 위치 센서의 센싱값을 입력 받는 입력부;
   상기 모터 위치 센서로부터 입력 받은 모터 속도를 기초로 모터 전류를 추정하고, 모터 타겟 전류를 로우패스필터를 통과시키고, 추정된 모터 전류에서 로우패스필터(LPF)를 통과시킨 모터 타겟 전류를 빼서 외란 전류량을 추정하고, 추정된 외란 전류량을 상기 모터 타겟 전류에 보상하는 제어부;를 포함하는 전자식 브레이크 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 모터 타겟 전류를 기초로 외란으로 발생한 토크를 산출하고, 산출된 외란으로 발생한 토크로부터 기준 전류를 기초로 산출한 부하로 발생한 토크를 감하여 모터를 동작시키는 전자식 브레이크 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 모터 위치 센서로부터 입력 받은 모터 속도를 로우패스필터를 통과시켜산출한 관성 가속도를 기초로 토크를 추정하고, 추정된 토크를 모터 상수로 나눠 상기 모터 전류를 추정하는 전자식 브레이크 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 관성 가속도를 기초로 추정된 토크는 외란으로 발생한 토크와 PD(Proportional-Derivative) 제어기를 통과한 토크를 합산한 값을 추정하는 전자식 브레이크 시스템.
5. 모터 위치 센서로부터 모터 속도를 입력 받는 단계;
   입력 받은 모터 속도를 기초로 모터 전류를 추정하는 단계;
   모터 타겟 전류를 로우패스필터를 통과시키는 단계;
   추정된 모터 전류에서 상기 로우패스필터를 통과시킨 모터 타겟 전류를 빼서 외란 전류량을 추정하는 단계; 및
   추정된 외란 전류량을 상기 타겟 전류에 보상하는 단계;를 포함하는 전자식 브레이크 제어 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 타겟 전류를 기초로 외란으로 인한 토크를 산출하는 단계; 및
   산출된 외란으로 인한 토크로부터 기준 전류를 기초로 산출한 부하로 발생하는 토크량을 빼서 모터를 동작시키는 단계;를 더 포함하는 전자식 브레이크 제어 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   입력 받은 모터 속도를 기초로 모터 전류를 추정하는 단계;는
   상기 모터 위치 센서로부터 입력 받은 모터 속도를 로우패스필터를 통과시켜산출한 관성 가속도를 기초로 추정 토크량을 산출하고, 추정된 토크량을 모터 상수로 나눠서 상기 모터 전류를 추정하는 단계;를 더 포함하는 전자식 브레이크 제어 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 관성 가속도를 기초로 산출한 추정 토크량은 외란으로 발생한 토크량과PD 제어기를 통과한 토크량을 합산한 값을 추정하는 전자식 브레이크 제어 방법.
   
   
   

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