KR20210142788A - 차량의 제동 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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조희진
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Abstract

본 발명은 전후륜의 휠슬립율 및 노면 마찰계수를 이용하여 전후륜의 제동력을 계산한 후, 계산된 제동력으로부터 소정의 추정 계산식을 이용하여 전륜과 후륜의 디스크 온도를 정확하게 추정 계산할 수 있고, 계산된 디스크 온도를 기반으로 전후륜의 제동압력 분배를 각 브레이크 패드의 마모가 균등하게 이루어지는 수준으로 제어할 수 있도록 한 차량의 제동 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

차량의 제동 제어 시스템 및 방법{BRAKING CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 제동 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전륜 및 후륜의 브레이크 디스크 온도를 전후륜의 휠슬립율 및 노면 마찰계수를 이용하여 계산된 제동력을 이용하여 정확하게 계산하고, 이를 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력 분배를 브레이크 패드의 마모가 균등하게 이루어지는 수준으로 제어할 수 있도록 한 차량의 제동 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 차량의 제동은 캘리퍼의 휠 실린더에 유압이 제공되는 과정과, 휠 실린더의 피스톤부가 브레이크 패드를 가압하는 과정과, 실질적인 제동을 위하여 브레이크 패드가 타이어와 함께 회전하는 브레이크 디스크 표면에 마찰 접촉되는 과정으로 이루어진다.
상기 브레이크 디스크(이하, 디스크로 약칭함)의 마찰계수는 디스크의 온도, 휠 실린더 및 브레이크 패드로부터 디스크에 작용하는 유압력 크기, 차속에 따른 디스크의 회전속도 등에 따라 연속적 또는 비선형적으로 변화하게 된다.
아울러, 상기 좌우 전륜 및 좌우 후륜에 각각 적용되는 브레이크 패드의 마모량도 서로 달라지게 된다.
이에, 기존에는 별도의 라이닝 마모센서를 장착하여, 전륜 및 후륜에 각각 적용된 브레이크 패드의 마모량을 감지하고, 감지된 브레이크 패드의 마모량을 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력 분배를 보상하는 제어 방식이 적용된 바 있다.
그러나, 상기 라이닝 마모센서를 적용함에 따른 원가 상승, 라이닝 마모센서의 품질 문제(예, 파손, 열해, 기능 이상 등) 등이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 기존에는 외기온도를 기반으로 디스크의 온도 변화량 및 현재 디스크 온도를 계산하고, 계산된 디스크의 온도에 따라 제동력을 분배하는 방법이 적용된 바 있으나, 외기온도 변화에 따른 디스크의 온도를 정확하게 계산하는데 어려움이 있고, 결국 계산된 디스크의 온도에 따라 제동력 분배도 정확하게 이루어지지 않는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 전후륜의 휠슬립율 및 노면 마찰계수를 이용하여 전후륜의 제동력을 계산한 후, 계산된 제동력으로부터 소정의 추정 계산식을 이용하여 전륜과 후륜의 디스크 온도를 정확하게 추정 계산할 수 있고, 계산된 디스크 온도를 기반으로 전후륜의 제동압력 분배를 각 브레이크 패드의 마모가 균등하게 이루어지는 수준으로 제어할 수 있도록 한 차량의 제동 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는: 전륜 및 후륜의 휠속도를 검출하는 휠스피드 센서; 및 상기 휠스피드 센서에서 검출된 휠속도를 기반으로 휠슬립율을 계산하는 과정과, 계산된 휠슬립율과 매칭되는 노면 마찰계수를 맵핑 테이블 데이터로부터 추출하는 과정과, 추출된 노면 마찰계수 외에 차량 제원 정보를 이용하여 전륜 및 후륜 제동력을 계산하는 과정과, 계산된 전륜 및 후륜 제동력 및 디스크 온도 추정식을 이용하여 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 과정과, 계산된 전륜 및 후륜의 디스크 온도 차이를 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 과정을 순차적으로 진행하도록 구성된 제어기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템을 제공한다.
상기 제어기는, 디스크 제동력 에너지를 계산하는 과정과, 디스크 제동력 에너지를 포함하는 디스크 입력에너지를 계산하는 과정과, 디스크 상승 온도를 계산하는 과정과, 디스크 온도 변화를 계산하는 과정과, 이전 디스크 온도에서 디스크 온도 변화를 차감하여 디스크 온도를 계산하는 과정을 순차적으로 진행하여, 상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과하면, 상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 차량의 감속도 크기를 기준값과 비교하여, 기준값을 초과하는 고 감속도에 해당하는 것으로 확인하면, 상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 과정을 중단하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 과정 후, 계산된 디스크 온도가 디스크의 최대 온도 이상으로 판정되면, 운전자에 의한 가혹한 제동 동작을 방지하기 위하여 클러스터의 경고등을 점등시키는 제어를 하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는: 전륜 및 후륜의 휠속도를 검출하는 단계; 상기 휠스피드 센서에서 검출된 휠속도 신호를 기반으로 휠슬립율을 계산하는 단계; 계산된 휠슬립율과 매칭되는 노면 마찰계수를 맵핑 테이블 데이터로부터 추출하는 단계; 추출된 노면 마찰계수 외에 차량 제원 정보를 이용하여 전륜 및 후륜 제동력을 계산하는 단계; 계산된 전륜 및 후륜 제동력 및 디스크 온도 추정식을 이용하여 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 단계; 및 계산된 전륜 및 후륜의 디스크 온도 차이를 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법을 제공한다.
상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 단계는: 디스크 제동력 에너지를 계산하는 과정; 디스크 제동력 에너지를 포함하는 디스크 입력에너지를 계산하는 과정; 디스크 상승 온도를 계산하는 과정; 디스크 온도 변화를 계산하는 과정; 및 이전 디스크 온도에서 디스크 온도 변화를 차감하는 과정; 을 순차적으로 진행하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 단계는, 전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과하는 경우에 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제동 제어 방법은, 차량의 감속도 크기를 기준값과 비교하여, 기준값을 초과하는 고 감속도에 해당하는 것으로 확인하면, 상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 과정을 중단하도록 한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제동 제어 방법은, 상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 단계 후, 계산된 디스크 온도가 디스크의 최대 온도 이상으로 판정되면, 운전자에 의한 가혹한 제동 동작을 방지하기 위하여 클러스터의 경고등을 점등시키는 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 전후륜의 휠슬립율 및 노면 마찰계수를 이용하여 전후륜의 제동력을 계산하고, 계산된 제동력을 이용하여 전륜과 후륜의 디스크 온도를 정확하게 추정 계산할 수 있고, 또한 계산된 디스크 온도를 기반으로 전후륜의 제동압력 분배를 각 브레이크 패드의 마모가 균등하게 이루어지는 수준으로 제어함으로써, 전륜과 후륜의 각 브레이크 패드의 마모 수준을 균등하게 유지시킬 수 있고, 그에 따라 차량의 제동 안정성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 계산된 디스크의 온도가 미리 설정된 최대온도 이상으로 상승하면, 클러스터의 경고 램프를 점등하여, 운전자 경고를 하는 동시에 운전자의 가혹한 제동동작을 억제시킬 수 있고, 그에 따라 디스크 등의 제동 부품에 대한 수명 연장을 도모할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 차량의 제동 제어 시스템을 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 제동 제어 방법을 도시한 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 차량의 제동 제어 시스템의 제어기에서 노면 마찰계수를 추출할 때 사용하는 맵핑 데이터의 예를 도시한 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 차량의 제동 제어 시스템의 제어기에서 디스크 온도를 계산하는 과정을 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 차량의 제동 제어 시스템에 대한 일례를 도시한 구성도로서, 도면부호 10은 휠스피드 센서를 지시한다.
상기 휠스피드 센서(10)는 전륜 및 후륜의 가까운 위치에 장착되어, 전륜 및 후륜의 휠속도를 검출하여 제어기(20)에 전송한다.
상기 제어기(20)는 상기 휠스피드 센서(10)에서 검출된 휠속도를 기반으로 휠슬립율을 계산하는 과정과, 계산된 휠슬립율과 매칭되는 노면 마찰계수를 맵핑 테이블 데이터로부터 추출하는 과정과, 추출된 노면 마찰계수 외에 차량 제원 정보를 이용하여 전륜 및 후륜 제동력을 계산하는 과정과, 계산된 전륜 및 후륜 제동력 및 디스크 온도 추정식을 이용하여 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 과정과, 계산된 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배하는 제어 과정을 순차적으로 진행하도록 구성된다.
또한, 상기 제어기(20)의 출력단에는 운전자의 가혹한 제동 동작을 경고등 점등을 통하여 경고하기 위하여 클러스터(30)가 연결된다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 차량의 제동 제어 시스템에 대한 다른 예를 도시한 구성도로서, 도면부호 10은 휠스피드 센서를 지시한다.
상기 휠스피드 센서(10)는 전륜 및 후륜의 가까운 위치에 장착되어, 전륜 및 후륜의 휠속도를 검출하여 휠 제어기(21)에 전송한다.
상기 휠 제어기(21)는 상기 휠스피드 센서(10)에서 검출된 휠속도를 기반으로 휠슬립율을 계산하는 과정과, 계산된 휠슬립율과 매칭되는 노면 마찰계수를 맵핑 데이터로부터 추출하여 메인 제어기(22)에 전송하도록 구성된다.
상기 메인 제어기(22)는 휠 제어기(21)로부터 전송된 노면 마찰계수 외에 차량 제원 정보를 이용하여 전륜 및 후륜 제동력을 계산하는 과정과, 계산된 전륜 및 후륜 제동력 및 디스크 온도 추정식을 이용하여 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 과정과, 계산된 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배하는 제어 과정을 순차적으로 진행하도록 구성된다.
또한, 상기 메인 제어기(22)의 출력단에는 운전자의 가혹한 제동 동작을 경고등 점등을 통하여 경고하기 위하여 클러스터(30)가 연결된다.
이와 같이, 본 발명과 관련된 제동 제어가 상기 휠 제어기(21)와 메인 제어기(22) 등을 포함하는 복수개의 제어기에 의하여 이루어질 수 있고, 또는 하나의 통합형 제어기(20)에 의하여 이루어질 수 있으며, 이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 하나의 통합형 제어기(20)가 사용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
먼저, 차량의 감속시 상기 휠스피드 센서(10)에서 전륜 및 후륜의 휠속도를 검출한 신호를 제어기(20)에 전송한다.
이어서, 상기 제어기(20)에서 휠스피드 센서(10)로부터 전송된 휠속도 신호를 기반으로 전륜 및 후륜의 휠슬립율을 아래의 식 1을 이용하여 계산한다(S102).
[식 1] : 휠슬립율 = [(차량속도 - 휠속도) / 차량속도] * 100(%)
위의 식 1에서, 차량속도는 전륜 및 후륜의 각 휠속도의 평균속도로 정의된다.
연이어, 상기 휠슬립율과 매칭되는 노면 마찰계수를 맵핑 테이블 데이터로부터 추출한다(S103).
즉, 상기 제어기(20)에서 위의 식 1에 의하여 계산된 휠슬립율과 매칭되는 노면 마찰계수를 맵핑 테이블 데이터로부터 추출한다.
상기 맵핑 테이블 데이터는 첨부한 도 4에서 보듯이, 차량 개발시 타이어 업체에서 휠슬립율 대비 타이어와 노면 간의 마찰계수를 평가하여 미리 구축한 2-D 테이블 데이터 혹은 차량의 제동 시험 및 튜닝시 휠슬립율 대비 타이어와 노면 간의 마찰계수를 측정하여 미리 구축한 2-D 맵핑(Mapping) 데이터를 말하며, 제어기(20)의 메모리부에 저장될 수 있다.
다음으로, 상기 제어기(20)에서 맵핑 테이블 데이터로부터 추출된 노면 마찰계수 및 차량 제원 정보로부터 전륜 및 후륜 제동력을 계산한다(S104).
예를 들어, 상기 전륜 제동력과 후륜 제동력은 각각 노면 마찰계수를 계산하는 식 2 및 식 3을 이용하여 계산될 수 있다.
[식 2] :
Figure pat00001
위의 식 2에서, μTF는 전륜의 노면 마찰계수, WF는 전륜 축하중, h는 노면에서 차량의 무게 중심까지의 높이, L은 전륜과 후륜 타이어 중심 간의 거리(휠베이스 거리), W는 차량 무게, a는 감속도를 지시하며, 특히 FxF는 전륜 제동력을 지시한다.
이에, 상기 제어기(20)가 상기한 단계 S103에서 추출된 전륜의 노면 마찰계수 μTF를 알고, 차량 제원 정보로서 전륜 축하중 WF, 노면에서 차량의 무게 중심까지의 높이 h, 전륜과 후륜 타이어 중심 간의 거리(휠베이스 거리) L, 차량 무게 W를 알고 있으며, 휠 스피드 센서로부터 전송된 휠속도 신호를 통해 감속도 a를 알 수 있으므로, 상기 전륜 제동력 FxF을 구할 수 있다.
[식 3] :
Figure pat00002
위의 식 2에서, μTR는 후륜의 노면 마찰계수, WR는 후륜 축하중, h는 노면에서 차량의 무게 중심까지의 높이, L은 전륜과 후륜 타이어 중심 간의 거리(휠베이스 거리), W는 차량 무게, a는 감속도를 지시하며, 특히 FxR는 후륜 제동력을 지시한다.
이에, 상기 제어기(20)가 상기한 단계 S103에서 추출된 후륜의 노면 마찰계수 μTR를 알고, 차량 제원 정보로서 전륜 축하중 WF, 노면에서 차량의 무게 중심까지의 높이 h, 전륜과 후륜 타이어 중심 간의 거리(휠베이스 거리) L, 차량 무게 W를 알고 있으며, 휠 스피드 센서로부터 전송된 휠속도 신호를 통해 감속도 a를 알 수 있으므로, 상기 후륜 제동력 FxR을 구할 수 있다.
다음으로, 상기 제어기(20)에서 상기한 단계 S104에서 계산된 전륜 및 후륜 제동력 및 소정의 디스크 온도 추정식을 이용하여, 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산한다(S105).
여기서, 상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 과정을 순서대로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기한 단계 S104에서 계산된 전륜 및 후륜 제동력을 이용하여 디스크 제동력 에너지를 아래의 식 4를 이용하여 계산한다(S105-1).
[식 4] : 디스크 제동력 에너지 = 전륜 제동력 / (전륜 제동력 + 후륜 제동력) × 총합 에너지
위의 식 4에서, 총합에너지는 차량의 운동에너지(1/2ms2)이며, 이때 질량 m은 차량의 총무게(GVW, gross vehicle weight)로 결정되고, 속도 S는 휠스피드 센서에서 계측된 값으로 결정된다.
연이어, 상기 식 4에 의하여 계산된 디스크 제동력 에너지를 포함하는 디스크 입력에너지를 아래의 식 5를 이용하여 계산한다(S105-2).
[식 5] : 디스크 입력에너지 = 디스크 제동력 에너지 × 디스크 에너지
위의 식 5에서, 디스크 에너지는 디스크와 패드의 물성 제원에 따른 자체 에너지를 말하며, 아래의 식 6을 통해 계산될 수 있다.
[식 6] :
Figure pat00003
위의 식 6에서, γdisc는 디스크 에너지, Apad는 브레이크 패드의 면적, Adisc는 디스크의 면적, ρp는 브레이크 패드의 밀도, ρd는 디스크의 밀도, kρ= 브레이크 패드의 열전도 계수, kd는 디스크의 열전도 계수, Cp는 브레이크 패드의 비열(Specific heat), Cd는 디스크의 비열(Specific heat)을 각각 지시한다.
이에, 상기 식 6에 의하여 계산된 디스크 에너지를 식 5에 대입하면, 디스크 입력에너지가 계산될 수 있다.
이어서, 상기 식 5에 의하여 계산된 디스크 입력에너지가 대입되는 아래의 식 7을 이용하여 디스크 상승 온도를 계산한다(S105-3).
[식 7] : 디스크 상승 온도 = 디스크 입력에너지 / (디스크 중량 × 디스크 열용량(heat capacity))
위의 식 7에서, 디스크 중량은 차량 제원 정보를 통하여 알 수 있고, 디스크 열용량(heat capacity)은 디스크 재질이 가지고 있는 고유한 물성 데이터이며, 단품 시험이나 경험치를 통해 결정되는 값이다.
다음으로, 상기 식 7에 의하여 계산된 디스크 상승 온도가 대입되는 아래의 식 8을 이용하여 디스크 온도 변화를 계산한다(S105-4).
[식 8] : 디스크 온도 변화 = 디스크 냉각 온도 - 디스크 상승 온도
위의 식 8에서, 디스크 냉각 온도는 아래의 식 9를 이용하여 계산될 수 있다.
[식 9] : 디스크 냉각온도= 냉각계수 / (디스크 중량 × 디스크 열용량(heat capacity))
위의 식 9에서, 냉각계수는 아래의 식 10에 의하여 계산될 수 있다.
[식 10] : 냉각계수 = 대류 열전달계수 × 디스크 단면적
위의 식 10에서, 디스크의 대류 열전달계수는 실험치 혹은 경험치로 결정되고, 디스크 단면적은 차량 제원 정보로부터 알 수 있다.
이에, 상기 식 10에 의하여 계산된 냉각계수를 상기 식 9에 대입하여 디스크 냉각온도를 구하고, 상기 식 9에 의하여 계산된 디스크 냉각 온도를 상기 식 8에 대입함으로써, 디스크 온도 변화가 계산될 수 있다.
최종적으로, 상기 식 8에 의하여 계산된 디스크 온도 변화가 대입되는 아래의 식 11을 이용하여 디스크 온도를 계산한다(S105-5).
[식 11] : 디스크 온도 = 이전 디스크 온도 - 디스크 온도 변화
위의 식 11에서, 이전 디스크 온도는 이전 제동에서 계산된 디스크 온도이며, 최초의 이전 디스크 온도는 차량 시험시 튜닝시험을 통하여 설정하는 상수이다.
이와 같이, 상기한 단계 S105에서, 상기 식 4 내지 식 11과 같은 소정의 추정식을 이용하여 전륜 및 후륜의 디스크 온도가 계산될 수 있다.
다음으로, 상기한 단계 S105에서 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산한 후의 과정으로서, 상기 식 4 내지 식 11과 같은 소정의 추정식을 이용하여 계산된 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 과정이 진행될 수 있다.
이를 위해, 먼저 전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이를 기준값(예, 15%)과 비교한다(S107).
비교 결과, 전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과하면, 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배하는 제어 과정이 진행될 수 있다(S108).
예를 들어, 전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과하면, 전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.1 : 1.0 에서 1.3 : 1.0으로 변경하여 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배하는 제어가 이루어질 수 있다.
시험예 1
(1) 시험 조건
중형 트럭 차량의 전륜 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과한 상태에서, 중형 트럭 차량의 주브레이크인 유압브레이크가 작동하는 온 상태 및 보조 브레이크인 배기 브레이크가 작동하는 온 상태 조건.
(2) 시험 방법
전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.1 : 1.0으로 설정한 상태에서 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배한 후, 소정 시간 후에 디스크와 마찰 접촉하는 브레이크 패드에 대한 온도 상승량을 측정하였고, 또한 전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.3 : 1.0으로 변경한 상태에서 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배한 후, 소정 시간 후에 디스크와 마찰 접촉하는 브레이크 패드에 대한 온도 상승량을 측정하였는 바, 그 결과는 아래의 표 1에 기재된 바와 같다.
Figure pat00004
위의 표 1에 기재된 바와 같이, 유압브레이크와 배기 브레이크가 작동하는 온 상태 조건에서, 전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.1 : 1.0으로 설정한 상태에서의 전후륜 패드 온도 차이(-58.6℃)에 비하여, 전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.3 : 1.0으로 설정한 상태에서의 전후륜 패드 온도 차이(-0.9℃)가 크게 감소함을 알 수 있었다.
이러한 결과는 전륜 및 후륜의 브레이크 패드와 디스크가 고른 마찰 접촉을 하는 것을 증거하는 것이고, 결국 각 브레이크 패드의 마모가 균등하게 이루어지는 것을 증거하는 것이다.
시험예 2
(1) 시험 조건
중형 트럭 차량의 전륜 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과한 상태에서, 중형 트럭 차량의 주브레이크인 유압브레이크만이 작동되는 온 상태 조건.
(2) 시험 방법
시험예 1과 마찬가지로, 전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.1 : 1.0으로 설정한 상태에서 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배한 후, 소정 시간 후에 디스크와 마찰 접촉하는 브레이크 패드에 대한 온도 상승량을 측정하였고, 또한 전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.3 : 1.0으로 변경한 상태에서 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배한 후, 소정 시간 후에 디스크와 마찰 접촉하는 브레이크 패드에 대한 온도 상승량을 측정하였는 바, 그 결과는 아래의 표 2에 기재된 바와 같다.
Figure pat00005
위의 표 2에 기재된 바와 같이, 유압브레이크만이 작동되는 온 상태 조건에서, 전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.1 : 1.0으로 설정한 상태에서의 전후륜 패드 온도 차이(-141.7℃)에 비하여, 전륜과 후륜에 대한 제동압력비를 1.3 : 1.0으로 설정한 상태에서의 전후륜 패드 온도 차이(-85.4℃)가 크게 감소함을 알 수 있었다.
이러한 결과는 시험예 1의 결과와 마찬가지로, 전륜 및 후륜의 브레이크 패드와 디스크가 고른 마찰 접촉을 하는 것을 증거하는 것이고, 결국 각 브레이크 패드의 마모가 균등하게 이루어지는 것을 증거하는 것이다.
이와 같이, 전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과하는 조건에서, 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배하는 제어가 이루짐으로써, 전륜과 후륜의 각 브레이크 패드의 마모 수준을 균등하게 유지시킬 수 있고, 그에 따라 차량의 제동 안정성을 향상시킬 수 있다.
물론, 상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배하는 제어가 이루어진 후, 전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이를 기준값과 비교하여(S109), 기준값 미만이 되면, 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배하는 제어를 종료한다.
바람직하게는, 차량의 제동시 0.3g(g는 중력 가속도) 이상의 고 감속도에서 상기 단계 S108과 같은 제동압력 분배 제어가 이루어지면, 차량 거동 및 자세가 불안정해지는 문제가 발생할 수 있으므로, 디스크 온도를 계산하는 과정을 비롯하여 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어 과정이 진행되지 않도록 한다.
이에, 상기 제어기(20)에서 상기한 단계 S102 이전에 상기 전륜 및 후륜의 휠속도를 검출한 신호를 기반으로 얻어질 수 있는 현재 감속도(Decelration) 크기를 기준값(예, 3g)과 비교하고(S101), 비교 결과 현재 감속도가 0.3g 이상의 고 감속도에 해당하는 것으로 확인하면, 상기한 단계 S102 내지 S109에 따른 제동압력 분배 제어를 중단하는 로직을 실행한다.
한편, 상기한 단계 S105에서, 전륜 및 후륜의 디스크 온도가 계산된 후, 제어기(20)에서 계산된 디스크 온도를 미리 설정된 디스크의 최대 온도(예, 550 ℃)와 비교하고(S106), 비교 결과 계산된 디스크 온도가 디스크의 최대 온도 이상으로 판정되면, 운전자에 의한 가혹한 제동 동작을 방지하기 위한 운전자 경고가 이루어진다.
예를 들어, 상기 제어기(20)에서 클러스터(30)에 경고등 점등을 명령하는 신호를 전송하여, 클러스터(30)의 경고등이 점등되도록 함으로써, 운전자의 가혹한 제동 동작을 억제함을 유도할 수 있다.
따라서, 운전자가 가혹한 제동 동작을 억제함에 따라, 디스크 등의 제동 부품에 대한 내구 수명 보장 및 연장을 도모할 수 있다.
10 : 휠스피드 센서
20 : 제어기
21 : 휠 제어기
22 : 메인 제어기
30 : 클러스터

Claims (20)

  1. 전륜 및 후륜의 휠속도를 검출하는 휠스피드 센서; 및
    상기 휠스피드 센서에서 검출된 휠속도 신호를 기반으로 휠슬립율을 계산하는 과정과, 계산된 휠슬립율과 매칭되는 노면 마찰계수를 맵핑 테이블 데이터로부터 추출하는 과정과, 추출된 노면 마찰계수 외에 차량 제원 정보를 이용하여 전륜 및 후륜 제동력을 계산하는 과정과, 계산된 전륜 및 후륜 제동력 및 디스크 온도 추정식을 이용하여 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 과정과, 계산된 전륜 및 후륜의 디스크 온도 차이를 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 과정을 순차적으로 진행하도록 구성된 제어기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전륜 및 후륜 제동력을 계산할 때, 하기 식 2 및 3을 이용하여 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
    [식 2] :
    Figure pat00006

    위의 식 2에서, μTF는 전륜의 노면 마찰계수, WF는 전륜 축하중, h는 노면에서 차량의 무게 중심까지의 높이, L은 전륜과 후륜 타이어 중심 간의 거리, W는 차량 무게, a는 감속도, FxF는 전륜 제동력.
    [식 3] :
    Figure pat00007

    위의 식 3에서, μTR는 후륜의 노면 마찰계수, WR는 후륜 축하중, h는 노면에서 차량의 무게 중심까지의 높이, L은 전륜과 후륜 타이어 중심 간의 거리, W는 차량 무게, a는 감속도, FxR는 후륜 제동력.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    디스크 제동력 에너지를 계산하는 과정과, 디스크 제동력 에너지를 포함하는 디스크 입력에너지를 계산하는 과정과, 디스크 상승 온도를 계산하는 과정과, 디스크 온도 변화를 계산하는 과정과, 이전 디스크 온도에서 디스크 온도 변화를 차감하여 디스크 온도를 계산하는 과정을 순차적으로 진행하여, 상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 디스크 제동력 에너지는 하기 식 4를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
    [식 4] : 디스크 제동력 에너지 = 전륜 제동력 / (전륜 제동력 + 후륜 제동력) × 총합 에너지
    위의 식 4에서, 총합에너지는 차량의 운동에너지(1/2ms2)이며, 질량 m은 차량의 총무게(GVW, gross vehicle weight), 속도 S는 휠스피드 센서에서 계측된 값.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 디스크 입력에너지는 하기 식 5를 이용하여 계산되고, 하기 식 5에서의 디스크 에너지는 하기 식 6을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
    [식 5] : 디스크 입력에너지 = 디스크 제동력 에너지 × 디스크 에너지
    [식 6] :
    Figure pat00008

    위의 식 6에서, γdisc는 디스크 에너지, Apad는 브레이크 패드의 면적, Adisc는 디스크의 면적, ρp는 브레이크 패드의 밀도, ρd는 디스크의 밀도, kρ= 브레이크 패드의 열전도 계수, kd는 디스크의 열전도 계수, Cp는 브레이크 패드의 비열(Specific heat), Cd는 디스크의 비열(Specific heat).
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 디스크 상승 온도는 하기 식 7을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
    [식 7] : 디스크 상승 온도 = 디스크 입력에너지 / (디스크 중량 × 디스크 열용량(heat capacity))
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 디스크 온도 변화는 하기 식 8을 이용하여 계산되고, 하기 식 8에서의 디스크 냉각 온도는 하기 식 9에 의하여 계산되며, 하기 식 9에서의 냉각계수는 하기 식 10에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
    [식 8] : 디스크 온도 변화 = 디스크 냉각 온도 - 디스크 상승 온도
    [식 9] : 디스크 냉각온도= 냉각계수 / (디스크 중량 × 디스크 열용량(heat capacity))
    [식 10] : 냉각계수 = 대류 열전달계수 × 디스크 단면적
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과하면, 상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    차량의 감속도 크기를 기준값과 비교하여, 기준값을 초과하는 고 감속도에 해당하는 것으로 확인하면, 상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 과정을 중단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 과정 후, 계산된 디스크 온도가 디스크의 최대 온도 이상으로 판정되면, 운전자에 의한 가혹한 제동 동작을 방지하기 위하여 클러스터의 경고등을 점등시키는 제어를 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 시스템.

  11. 전륜 및 후륜의 휠속도를 검출하는 단계;
    상기 휠스피드 센서에서 검출된 휠속도 신호를 기반으로 휠슬립율을 계산하는 단계;
    계산된 휠슬립율과 매칭되는 노면 마찰계수를 맵핑 테이블 데이터로부터 추출하는 단계;
    추출된 노면 마찰계수 외에 차량 제원 정보를 이용하여 전륜 및 후륜 제동력을 계산하는 단계;
    계산된 전륜 및 후륜 제동력 및 디스크 온도 추정식을 이용하여 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 단계; 및
    계산된 전륜 및 후륜의 디스크 온도 차이를 기반으로 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전륜 및 후륜 제동력을 계산할 때, 하기 식 2 및 3을 이용하여 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
    [식 2] :
    Figure pat00009

    위의 식 2에서, μTF는 전륜의 노면 마찰계수, WF는 전륜 축하중, h는 노면에서 차량의 무게 중심까지의 높이, L은 전륜과 후륜 타이어 중심 간의 거리, W는 차량 무게, a는 감속도, FxF는 전륜 제동력.
    [식 3] :
    Figure pat00010

    위의 식 3에서, μTR는 후륜의 노면 마찰계수, WR는 후륜 축하중, h는 노면에서 차량의 무게 중심까지의 높이, L은 전륜과 후륜 타이어 중심 간의 거리, W는 차량 무게, a는 감속도, FxR는 후륜 제동력.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 단계는:
    디스크 제동력 에너지를 계산하는 과정;
    디스크 제동력 에너지를 포함하는 디스크 입력에너지를 계산하는 과정;
    디스크 상승 온도를 계산하는 과정;
    디스크 온도 변화를 계산하는 과정; 및
    이전 디스크 온도에서 디스크 온도 변화를 차감하는 과정;
    을 순차적으로 진행하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 디스크 제동력 에너지는 하기 식 4를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
    [식 4] : 디스크 제동력 에너지 = 전륜 제동력 / (전륜 제동력 + 후륜 제동력) × 총합 에너지
    위의 식 4에서, 총합에너지는 차량의 운동에너지(1/2ms2)이며, 질량 m은 차량의 총무게(GVW, gross vehicle weight), 속도 S는 휠스피드 센서에서 계측된 값.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 디스크 입력에너지는 하기 식 5를 이용하여 계산되고, 하기 식 5에서의 디스크 에너지는 하기 식 6을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
    [식 5] : 디스크 입력에너지 = 디스크 제동력 에너지 × 디스크 에너지
    [식 6] :
    Figure pat00011

    위의 식 6에서, γdisc는 디스크 에너지, Apad는 브레이크 패드의 면적, Adisc는 디스크의 면적, ρp는 브레이크 패드의 밀도, ρd는 디스크의 밀도, kρ= 브레이크 패드의 열전도 계수, kd는 디스크의 열전도 계수, Cp는 브레이크 패드의 비열(Specific heat), Cd는 디스크의 비열(Specific heat).
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 디스크 상승 온도는 하기 식 7을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
    [식 7] : 디스크 상승 온도 = 디스크 입력에너지 / (디스크 중량 × 디스크 열용량(heat capacity))
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 디스크 온도 변화는 하기 식 8을 이용하여 계산되고, 하기 식 8에서의 디스크 냉각 온도는 하기 식 9에 의하여 계산되며, 하기 식 9에서의 냉각계수는 하기 식 10에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
    [식 8] : 디스크 온도 변화 = 디스크 냉각 온도 - 디스크 상승 온도
    [식 9] : 디스크 냉각온도= 냉각계수 / (디스크 중량 × 디스크 열용량(heat capacity))
    [식 10] : 냉각계수 = 대류 열전달계수 × 디스크 단면적
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 단계는,
    전륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도와, 후륜의 좌우측 디스크 온도의 평균온도 간의 차이가 기준값을 초과하는 경우에 진행되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    차량의 감속도 크기를 기준값과 비교하여, 기준값을 초과하는 고 감속도에 해당하는 것으로 확인하면, 상기 전륜 및 후륜에 대한 제동압력을 분배 제어하는 과정을 중단하도록 한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 전륜 및 후륜의 디스크 온도를 계산하는 단계 후, 계산된 디스크 온도가 디스크의 최대 온도 이상으로 판정되면, 운전자에 의한 가혹한 제동 동작을 방지하기 위하여 클러스터의 경고등을 점등시키는 제어 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
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