KR20220116310A - 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20220116310A
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주경진
박진국
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주식회사 만도
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Abstract

전자식 브레이크 시스템은 브레이크 페달이 연결된 마스터 실린더와, 회전력을 발생시키는 모터와, 압력챔버 내부에 이동 가능하게 수용되는 유압 피스톤을 포함하고 유압 피스톤의 이동에 의해 액압을 발생시키는 액압 공급장치와, 액압 공급장치로부터 휠 실린더로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어유닛과, 상기 마스터 실린더, 액압 공급장치 및 유압 제어유닛이 내부에 통합된 유압 블록 및 모터와 유압 제어유닛을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 ABS 작동 시 브레이크 페달의 진동에 의해 ABS 작동을 운전자에게 알리도록 모터를 가진시키기 위한 가진 전류를 모터에 공급하여 모터에 진동을 발생시킨다.

Description

전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법
본 발명은 브레이크 페달의 변위에 대응하는 전기적 신호에 따라 제동력을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
친환경 및 안전에 대한 지속적인 요구, 긴급 제동 및 자율 주행을 위한 준비의 일환으로, 마스터 실린더, 부스터, ABS(Anti-lock Brake System)/ESC(Electric Stability Control) 장치 간의 기구적 연결을 전기전자적 연결로 대체하여 전장화하는 브레이크-바이-와이어(Brake-By-Wire) 시스템에 대한 개발이 급속도로 진행 중이다. 특히 마스터 실린더와 액추에이터를 하나의 블록에 통합시켜 엔진 부하를 감소시키고 중량을 저감시키며 설계 유연성을 확보할 수 있는 통합형 전자식 브레이크 시스템에 대한 개발 요구사항이 점점 증가하고 있는 추세이다.
이러한 통합형 전자식 브레이크 시스템은 기존 브레이크 시스템과 달리 ABS 작동시 마스터 실린더와 휠 브레이크 간의 직접적인 연결이 분리되기 때문에 운전자의 브레이크 페달 작동이 휠 브레이크로 직접 연동되지 않는다. 이로 인해, ABS 작동시 브레이크 페달에 진동이 발생되는 킥백(kick back) 현상이 발생되지 않기 때문에 운전자가 ABS 작동 여부를 인지할 수 없고, ABS 작동소음도 크지 않기 때문에 운전자가 ABS 작동 여부를 인지하지 못하여 방어 운전에 어려움을 겪을 수 있다.
따라서, 통합형 전자식 브레이크 시스템에서는 ABS 작동 시 운전자에게 ABS 작동 여부를 인지시키기 위한 새로운 방안이 필요하다.
일 측면은 ABS 작동시 운전자에게 ABS 작동 여부를 알릴 수 있는 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
일 측면에 따르면, 브레이크 페달이 연결된 마스터 실린더; 회전력을 발생시키는 모터와, 압력챔버 내부에 이동 가능하게 수용되는 유압 피스톤을 포함하고, 상기 유압 피스톤의 이동에 의해 액압을 발생시키는 액압 공급장치; 상기 액압 공급장치로부터 휠 실린더로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어유닛; 상기 마스터 실린더, 액압 공급장치 및 유압 제어유닛이 내부에 통합된 유압 블록; 및 상기 모터와 상기 유압 제어유닛을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 ABS 작동 시 상기 브레이크 페달의 진동에 의해 상기 ABS 작동을 운전자에게 알리도록 상기 모터를 가진시키기 위한 가진 전류를 상기 모터에 공급하여 상기 모터에 진동을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.
상기 제어부는 ABS 작동 구간에서 상기 모터에 상기 브레이크 페달의 킥백(kick back)을 모사한 진동을 발생시킬 수 있다.
상기 제어부는 ABS 작동 구간에서 상기 가진 전류가 공급되는 ABS 작동 알림 온 구간과, 상기 가진 전류가 공급되지 않는 ABS 작동 알림 오프 구간을 주기적으로 반복시킬 수 있다.
상기 제어부는 ABS 작동 주파수 대역과 겹치지 않는 주파수의 가진 전류를 상기 모터에 공급할 수 있다.
상기 제어부는 ABS 작동 구간에서 상기 브레이크 페달의 킥백(kick back)을 모사한 진동이 발생되도록 함과 함께 차체 떨림으로 인한 알림음이 발생되도록 상기 모터에 진동을 발생시킬 수 있다.
상기 제어부는 서로 다른 복수의 주파수를 가진 가진 전류를 상기 모터에 공급할 수 있다.
상기 제어부는 2가지 음향이 반복되는 알림음이 발생되도록 제1 주파수와 제2 주파수가 연속적으로 반복되는 가진 전류를 상기 모터에 공급할 수 있다.
상기 제어부는 상기 ABS 작동시 목표 압력에 따라 생성되는 d축 전류 지령과 q축 전류 지령 중 상기 q축 전류 지령에 상기 가진 전류를 생성시키기 위한 가진 전류 지령을 가산시켜 상기 가진 전류를 생성할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 브레이크 페달이 연결된 마스터 실린더; 회전력을 발생시키는 모터와, 압력챔버 내부에 이동 가능하게 수용되는 유압 피스톤을 포함하고, 상기 유압 피스톤의 이동에 의해 액압을 발생시키는 액압 공급장치; 상기 액압 공급장치로부터 상기 휠 실린더로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어유닛; 상기 마스터 실린더, 액압 공급장치 및 유압 제어유닛이 내부에 통합된 유압 블록; 및 상기 모터와 상기 유압 제어유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서, ABS 작동시 상기 브레이크 페달의 진동에 의해 상기 ABS 작동을 운전자에게 알리도록 상기 모터를 가진시키기 위한 가진 전류를 상기 모터에 공급하여 상기 모터에 진동을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법이 제공될 수 있다.
ABS 작동 구간에서 상기 모터에 상기 브레이크 페달의 킥백(kick back)을 모사한 진동을 발생시킬 수 있다.
ABS 작동 구간에서 상기 가진 전류가 공급되는 ABS 작동 알림 온 구간과, 상기 가진 전류가 공급되지 않는 ABS 작동 알림 오프 구간을 주기적으로 반복시킬 수 있다.
ABS 작동 구간에서 상기 브레이크 페달의 킥백(kick back)을 모사한 진동이 발생되도록 함과 함께 차체 떨림으로 인한 알림음이 발생되도록 상기 모터에 진동을 발생시킬 수 있다.
ABS 작동 구간에서 서로 다른 복수의 주파수를 가진 가진 전류를 상기 모터에 공급할 수 있다.
2가지 음향이 반복되는 알림음이 발생되도록 제1 주파수와 제2 주파수가 연속적으로 반복되는 가진 전류를 상기 모터에 공급할 수 있다.
본 발명은 ABS 작동시 운전자에게 ABS 작동 여부를 알릴 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 개략적인 구성도를 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 3은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어블록을 도시한다.
도 4는 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어부의 개략적인 제어블록을 도시한다.
도 5는 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어부의 세부적인 제어블록을 도시한다.
도 6은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어부의 세부적인 제어블록의 다른 예를 도시한다.
도 7은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 인버터와 모터의 연결을 도시한다.
도 8은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템에서 ABS 작동시 가진 전류를 도시한다.
도 9는 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템에서 가진 전류의 다른 예를 도시한다.
도 10은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어 흐름을 도시한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에”위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 개략적인 구성도를 도시한다. 도 2는 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전자식 브레이크 시스템은 유압 블록(30) 내에 마련되고 브레이크 페달(10)의 조작에 의해 내부에 수용된 가압매체를 가압 및 토출하는 마스터 실린더(20)와, 내부에 액압의 조절을 위한 다수의 유로 및 밸브가 마련되는 유압 블록(30)과, 이 유압 블록(30)과 결합되고 각 차륜에 마련된 휠 브레이크(40)와, 유압 블록(30)과 결합되고 브레이크 페달(10)의 변위에 대응하는 전기적 신호에 의해 구동하여 액압을 발생시키고 발생된 액압을 각 차륜에 마련된 각 휠 브레이크(40)에 공급하는 액압 공급장치(50)와, 마스터 실린더(20) 또는 액압 공급장치(50)에 의해 각 휠 브레이크(40)로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어유닛(60), 액압 정보 및 페달 변위 정보에 근거하여 액압 공급장치(50) 및 유압 제어유닛(60)을 제어하는 제어부(ECU)(70)를 포함할 수 있다.
마스터 실린더(20)는 브레이크 페달(10)과 연결되어 브레이크 페달(10)의 답력에 따라 가압되는 마스터 피스톤과 마스터 챔버를 포함하고 액압을 발생시키도록 이루어질 수 있다.
마스터 실린더(20)는 브레이크 페달(10)과 결합되는 클래비스(21) 및 클래비스(21)와 결합된 입력축(22)을 포함할 수 있다.
마스터실린더(20)가 마련되는 유압 블록(30)의 상부에는 오일을 저장하는 리저버가 결합되어 마스터 실린더(20)로 액압을 제공하도록 마련될 수 있다.
유압 블록(30)은 육면체의 형태를 갖추어 액압을 각 차륜에 마련된 휠 브레이크(40)로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
유압 블록(30)은 휠 브레이크(40)로 전달되는 액압을 제어하기 위하여 내부에 유로가 형성되고, 복수의 밸브가 적소에 설치될 수 있다.
유압 블록(30)의 내부에는 마스터 실린더(20)가 마련될 수 있다.
액압 공급장치(50)는 유압 블록(30)의 측면에 결합되는 모터(51)와, 이 모터(51)와 결합되어 회전력을 직선운동으로 변환하는 동력변환유닛에 의해 가압되는 슬레이브 실린더(52)를 포함할 수 있다.
모터(51)는 3상 모터일 수 있다. 예를 들면, 모터(51)는 영구자석 동기모터(Parmanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이다. 모터(51)는 고정자와 회전자를 가질 수 있다. 동력변환유닛은 모터(51)의 회전축으로부터 회전력을 전달받아 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 복수의 기어를 갖도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 동력변환유닛은 웜과 웜휠 및 렉과 피니언 기어의 조립구조를 갖추어 회전력을 직선운동으로 변환하도록 이루어질 수 있다.
슬레이브 실린더(52)는 마스터 실린더(20)와 별도로 유압 블록(30) 내에 설치되어 모터(51)의 회전력에 의해 왕복 이동하며 액압을 발생하는 슬레이브 피스톤(52a)과, 이 슬레이브 피스톤(52a)에 의해 가압되는 액압 챔버(52b)를 포함할 수 있다. 이때, 슬레이브 피스톤(52a)은 동력변환유닛을 통해 직선운동하도록 슬레이브 피스톤(52a)의 일부에 렉 기어가 형성될 수 있다.
액압 공급장치(50)는 다양한 방식 및 구조의 장치로 마련될 수 있다.
유압 제어유닛(60)은 마스터 실린더(20) 또는 액압 공급장치(50)로부터 액압을 공급받아 휠 브레이크(40)로 전달되는 액압을 제어할 수 있다.
유압 제어유닛(60)은 전자적으로 개폐되는 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다.
이하에서는 상기한 구성요소들을 갖춘 전자식 브레이크 시스템의 ABS 제어 작동을 설명한다.
제어부(70)는 ABS 작동시 마스터 실린더(20)와 휠 브레이크(40) 사이의 유로에 마련된 컷밸브를 폐쇄시켜 마스터 실린더(20)에서 토출되는 액압이 휠 브레이크(40)로 전달되지 않게 할 수 있다.
이와 함께 제어부(70)는 액압 공급장치(50)를 작동시켜 액압을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 액압 공급장치(50)의 모터(51)의 작동에 의해 슬레이브 피스톤(52a)을 이동시킴으로써 액압 챔버(52b)에 액압을 발생시킬 수 있다. 액압 공급장치(50)에 의해 발생된 액압은 유압 제어유닛(60)를 통해 휠 브레이크(40)로 공급되어 차륜에 제동력을 발생시킬 수 있다. 이때, 제어부(70)는 요구되는 ABS 목표압력에 따라 액압 공급장치(50)와 유압 제어유닛(60)을 구동시킴으로써 차륜의 휠 브레이크(40)의 압력을 증가, 감소 또는 유지시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기한 구성을 갖는 전자식 브레이크 시스템은 ABS 작동시 마스터 실린더(20)와 휠 브레이크(40) 간의 직접적인 연결이 분리되기 때문에 운전자의 브레이크 페달 작동이 휠 브레이크(40)로 직접 연동되지 않는다. 이로 인해, ABS 작동시 브레이크 페달(10)에 진동이 발생되는 킥백 현상이 발생되지 않고, ABS 작동소음도 크지 않기 때문에 운전자가 ABS 작동 여부를 인지하지 못할 수 있다.
따라서, ABS 작동 시 운전자에게 ABS 작동 여부를 인지시키기 위한 새로운 방안이 필요하다.
실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 동일한 유압 블록(30)에 모터(51)와 브레이크 페달(10)이 함께 장착되기 때문에 모터(51)의 진동이 브레이크 페달(10)에 직접 전달될 수 있는 구조이다.
따라서, 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 모터 제어를 통해 모터(51)에 ABS 작동에 대응하는 진동을 발생시킴으로써 브레이크 페달(10)에 전달되는 진동 패턴과 그 진동 패턴에 의해 발생되는 알림음으로 운전자로 하여금 ABS 작동여부를 인식하게 할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어블록을 도시한다.
도 3을 참조하면, 전자식 브레이크 시스템은 전반적인 제어를 수행하는 제어부(70)를 포함할 수 있다.
제어부(70)의 출력측에는 인버터(80)와 밸브구동부(90)가 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.
제어부(70)의 입력측에는 페달변위센서(PTS), 압력센서(PS) 및 모터위치센서(MPS) 및 모터전류센서(MCS)가 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.
인버터(80)는 모터(51)를 구동시킬 수 있다.
밸브구동부(90)는 전자식 브레이크 시스템의 각종 전자밸브들을 구동시킬 수 있다.
밸브구동부(90)는 유압 제어유닛(60)의 솔레노이드 밸브를 구동시킬 수 있다.
페달변위센서(PTS)는 브레이크 페달(10)의 작동 및 변위를 감지할 수 있다.
압력센서(PS)는 휠 브레이크(40)의 압력을 감지할 수 있다. 또한, 압력센서(PS)는 휠 브레이크(40)로 전달되는 액압을 검출할 수 있다.
모터위치센서(MPS)는 모터(51)의 회전위치와 회전속도를 검출할 수 있다. 모터위치센서(MPS)는 회전자의 위치를 검출하는 적어도 하나의 홀 센서를 포함할 수 있다. 홀 센서는 홀 효과(Hall effect)라고 하는 전류자기효과를 응용한 것이다. 홀 효과란 화합물 반도체에 전류를 흐르게 하고 자기장을 직각으로 가하면 그 양단에 기전력(홀전압)이 발생하는 것을 말한다. 이 현상을 이용하여 홀전압을 측정하면, 가해지는 자기장이 N극인지 S극인지 판별할 수 있다. 홀 센서는 이와 같은 원리를 이용하여 회전자에 마련된 영구자석의 극의 변화를 감지하여 회전자의 위치 또는 속도를 알 수 있게 하는 센서이다.
모터전류센서(MCS)는 모터(51)의 각 상에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 예를 들면, 모터전류센서(MCS)는 모터(51)의 3상 중 어느 한 상에 흐르는 전류를 검출하는 제1 전류센서와 나머지 2개의 상 중 어느 한 상에 흐르는 전류를 검출하는 제2 전류센서를 포함할 수 있다.
페달변위센서(PTS), 압력센서(PS), 모터위치센서(MPS) 및 모터전류센서(MCS)는 검출된 각각의 정보를 제어부(70)에 전송할 수 있다.
제어부(70)는 전자제어유닛(Electronic Control Unit; ECU)로 명명될 수 있다.
제어부(70)는 프로세서(71)와 메모리(72)를 포함할 수 있다.
메모리(72)는 페달변위센서(PTS), 압력센서(PS), 모터위치센서(MPS) 및 모터전류센서(MCS)로부터 수신된 검출데이터를 임시로 기억하고, 프로세서(71)의 검출데이터의 처리 결과를 임시로 기억할 수 있다.
메모리(72)는 S램(S-RAM), D램(D-RAM) 등의 휘발성 메모리뿐만 아니라 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory, ROM), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
프로세서(71)는 페달변위센서(PTS), 압력센서(PS), 모터위치센서(MPS) 및 모터전류센서(MCS)를 통해 검출된 각종 정보들을 근거로 하여 인버터(80)를 통해 모터(51)를 구동시키고, 밸브구동부(100)를 통해 유압 제어유닛(60)을 구동시킬 수 있다.
프로세서(71)는 모터(51) 및 유압 제어유닛(60)을 구동시킴으로써 슬레이브 피스톤(52a)의 이동에 의해 액압을 발생시키고 발생된 액압을 차륜에 마련된 휠 브레이크(40)에 공급함으로써 차륜을 제동시킬 수 있다.
프로세서(71)는 정상 제동 모드시 페달변위센서(PTS)를 통해 검출된 페달 변위에 따라 목표 압력(지령 압력)을 판단할 수 있다.
프로세서(71)는 ABS 모드시 ABS 상황에 따른 목표 압력(지령 압력)을 판단할 수 있다.
프로세서(71)는 모터위치센서(MPS)를 통해 모터위치를 검출할 수 있다.
프로세서(71)는 모터위치 변화로부터 슬레이브 피스톤(52a)의 이동량을 판단할 수 있다. 모터위치 변화로부터 슬레이브 피스톤(52a)이 원점위치에서 현재위치까지 이동한 이동량을 판단할 수 있다.
프로세서(71)는 슬레이브 피스톤(52a)의 이동량을 압력값으로 환산하여 압력을 판단할 수 있다. 슬레이브 피스톤(52a)이 전진할수록 액압 챔버(52b)의 부피가 줄어들면서 압력이 상승할 수 있다. 프로세서(71)는 슬레이브 피스톤(52a)이 동일한 부피에서 이동하는 이동량으로부터 압력을 환산할 수 있다. 그 반대도 가능하다.
프로세서(71)는 압력센서(PS)를 통해 검출된 휠 브레이크(40)의 압력을 서킷압력으로 판단할 수 있다.
프로세서(71)는 정상 제동 모드시 페달 변위센서(PTS)를 통해 브레이크 페달(10)의 변위를 검출하고, 검출된 브레이크 페달 변위를 근거로 목표압력을 판단하고, 판단된 목표압력을 휠 브레이크(40)의 목표압력으로 설정하고, 압력센서(PS)를 통해 휠 브레이크(40)의 압력을 검출하고, 검출된 휠 브레이크(40)의 압력이 설정된 목표압력에 도달하도록 모터(51)의 회전력을 이용하여 슬레이브 피스톤(52a)을 이동시켜 액압을 발생시킬 수 있다.
프로세서(71)는 정상 제동 모드 제어 중 ABS 제어상황이 발생하면, 정상 제도 모드를 ABS 모드로 전환시킬 수 있다.
프로세서(71)는 ABS 모드 제어시 ABS 제어상황에 따른 목표 압력을 휠 브레이크(40)의 목표압력으로 설정하고, 압력센서(PS)를 통해 휠 브레이크(40)의 압력을 검출하고, 검출된 휠 브레이크(40)의 압력이 설정된 목표압력에 도달하도록, 모터(51) 및 유압 제어유닛(60)을 작동시킬 수 있다.
프로세서(71)는 ABS 모드 작동시 운전자가 ABS 작동을 인지할 수 있도록 모터(51)를 가진(excitation/vibration)시켜 모터(51)를 진동시킴으로써 브레이크 페달(10)에 진동을 전달할 수 있다.
프로세서(71)는 ABS 모드 작동시 액압을 발생시키기 위해 모터(51)를 구동시킬 때 모터(51)의 전류 지령에 디더링(dithering) 신호를 인가함으로써 압력 제어의 영향성을 최소화하면서 모터 가진을 통해 브레이크 페달(10)에 진동을 유발시켜 운전자로 하여금 ABS 작동 여부를 인지하도록 할 수 있다.
ABS 모드 작동시 모터(51)를 가진시키면, 모터(51)에 발생된 진동이 모터(51)와 동일한 유압 블록(30)에 결합된 브레이크 페달(10)에 전해져 브레이크 페달(10)에 킥백을 모사한 형태의 진동이 발생할 수 있다.
운전자는 이러한 브레이크 페달(10)의 진동을 느낌으로써 ABS 작동 여부를 인식할 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어부의 개략적인 제어블록을 도시한다.
도 4를 참조하면, 제어부(70)는 압력제어부(100), 속도제어부(110), 전류제어부(120) 및 가진전류제어부(130)를 포함할 수 있다.
압력 제어부(100)는 휠 브레이크(40)의 실제 압력이 지령 압력에 도달하도록 모터(51)의 속도를 조절하기 위한 속도 지령을 출력할 수 있다.
압력 제어부(100)는 속도 지령을 속도 제어부(110)에 출력할 수 있다.
속도 제어부(110)는 모터(51)의 실제 속도가 지령 속도에 도달하도록 모터(51)의 전류를 조절하기 위한 전류 지령을 출력할 수 있다.
속도 제어부(110)는 전류 지령을 전류 제어부(120)에 출력할 수 있다.
전류 제어부(120)는 모터(51)의 실제 전류가 지령 전류에 도달하도록 모터(51)의 전압을 조절하기 위한 전압 지령을 출력할 수 있다.
전류 제어부(120)는 전압 지령을 모터(51) 측으로 출력할 수 있다.
가진전류 제어부(130)는 모터(51)를 가진시키키 위한 가진 전류 지령을 출력할 수 있다.
가진전류 제어부(130)는 가진 전류 지령을 전류 제어부(120)에 출력할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어부의 세부적인 제어블록을 도시한다.
도 5를 참조하면, 압력 제어부(100)는 압력 제어부(100)의 전반적인 동작을 제어하는 압력 제어기(111)를 포함하고, 속도 제어부(110)는 속도 제어부(110)의 전반적인 동작을 제어하는 속도 제어기(111)를 포함하며, 전류 제어부(120)는 전류 제어부(120)의 전반적인 동작을 제어하는 전류 제어기(121) 또는 전류 제어기(121)/좌표 변환기(122)를 포함하고, 가진전류 제어부(130)는 가진전류 제어부(130)의 전반적인 동작을 제어하는 가진전류 제어기(131)를 포함할 수 있다.
모터(51)는 인버터(80)에 의해 제어될 수 있다.
인버터(80)는 전류 제어기(121)에 의해 제어될 수 있다.
속도 제어기(111)는 압력 제어기(101)로부터 지령 압력과 실제 압력 간의 압력 차이에 따른 속도 지령을 받아 전류 제어기(121)로 전류 지령을 제공할 수 있다.
전류 제어기(121)는 인버터(80)에 3상 전압 지령을 출력하고, 인버터(80)는 3상 전압 지령에 따라 모터(51)에 3상 전류를 제공할 수 있다.
모터(51)에는 모터위치센서(MPS)가 장착되고, 모터위치센서(MPS)는 모터(51)의 회전자의 속도를 검출할 수 있다. 검출된 회전자의 속도는 속도 제어기(111)에서 피드백 제어하는데 이용될 수 있다.
구체적으로, 전류 제어기(121)는 속도 제어기(111)로부터 동기좌표계의 전류 지령(Id*, Iq*)인 d축 전류 지령(Id*)와 q축 전류 지령(Iq*)을 입력받아, 동기좌표계의 전압 지령(Vd*, Vq*)을 좌표 변환기(122)로 전달하고, 좌표 변환기(122)는 동기좌표계의 전압 지령을 3상 전압 지령(a상, b상, c상)으로 변환하여 인버터(80)에 제공할 수 있다. 인버터(80)는 제공받은 3상 전압지령(a상, b상, c상)을 기반으로 3상 스위칭 회로의 PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티(duty)를 통해 모터(51)에 3상의 전류를 제공할 수 있다.
전류 제어기(121)의 기능과 좌표 변환기(122)의 기능을 통합하여 하나의 제어기인 전류 제어기(121)로 구현할 수도 있다(도 6 참조).
도 7은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 인버터와 모터의 연결을 도시한다.
도 7을 참조하면, 인버터(80)에는 직류 전원인 차량의 배터리(B+)와 전압 신호를 평활하는 직류링크 커패시터(C)가 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 직류링크 커패시터(C)는 배터리(B+)에 병렬로 접속될 수 있다. 직류링크 커패시터(C)는 차량용 배터리(B+)로부터 공급된 직류 전압을 평활할 수 있다. 직류링크 커패시터(C)에 의해 평활된 직류 전압을 인버터(80)에 공급될 수 있다.
인버터(80)는 직류 전압을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modualation; PWM)를 통해 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전압으로 변환하여 모터(51)를 구동할 수 있다. 인버터(80)는 복수 개의 전력 스위칭소자 및 복수 개의 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 인버터(80)는 6개의 전력 스위칭소자(Q1-Q6) 및 6개의 다이오드(D1-D6)를 포함할 수 있다.
인버터(80)는 전류 제어기(121)로부터 제공된 3상 전압 지령(a상, b상, c상)에 의해 전력 스위칭소자(Q1-Q6)를 턴 온 또는 턴 오프시킴으로써 배터리(B+)로부터 공급된 전류를, 직류 전류로부터 교류 전류로 변환하여 모터(51)에 공급할 수 있다. 이때, 배터리(B+)의 전압을 컨버터에 의해 승압하여 인버터(80)에 공급할 수 있다.
모터(51)의 각 위상단자는 인버터(80)에 연결되어 있다.
모터(51)는 a상 코일, b상 코일 및 c상 코일의 3개의 코일을 가질 수 있다. 예를 들면, a상 코일, b상 코일 및 c상 코일은 Y 결선을 구성할 수 있다. 모터(51)는 120도 위상 차이를 가진 교류 전류가 각 코일에 통전될 수 있다. 이것에 의해, 모터(51)의 회전축이 회전할 수 있다.
다시 도 5 또는 도 6을 참조하면, 인버터(80)가 모터(51)로 공급하는 구동 전류의 측정값이 전류 지령을 추종하도록 전류 제어기(121)가 인버터(80)로 전압 지령을 인가할 수 있다. 인버터(80)와 모터(51) 사이에는 인버터(80)에서 모터(51)로 공급하는 구동전류를 검출하는 모터전류센서(MCS)가 마련될 수 있다. 모터전류센서(MCS)는 3상의 구동전류 중 2개 이상의 전류를 측정하여 다시 전류 제어기(121)로 피드백될 수 있다. 전류 제어기(121)는 실측된 구동전류의 검출값(Id, Iq)이 속도 제어기(111)으로부터 입력받은 전류 지령(Id*, Iq*)을 추종하도록 피드백 제어할 수 있다.
한편, 가진 전류 제어기(131)는 속도 제어기(111)로부터 전류 제어기(121)에 q축 전류 지령(Iq*)을 전달할 때 q축 전류 지령(Iq*)에 가진 전류 지령(Ie) 또는 O을 가산시켜 전류 제어기(121)에 전달시킬 수 있다. 즉, q축 전류 지령(Iq*)에 가진 전류 지령(Ie)을 실어 보냄으로써 모터 구동시 q축 전류 지령(Iq*)에 실린 가진 전류 지령(Ie)에 의해 모터(51)가 진동되도록 할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 프로세서(71)는 ABS 모드 작동시 운전자가 ABS 작동을 인지할 수 있도록 모터(51)를 가진시켜 브레이크 페달(10)에 진동을 발생시킴과 함께 모터 진동에 의해 차체 떨림을 유발하여 운전자가 청취할 수 있는 알림음을 발생시킬 수 있다. 진동과 알림음은 각각 미리 설정된 패턴을 반복하는 형태일 수 있다.
프로세서(71)는 ABS 모드 작동시 액압을 발생시키기 위해 모터(51)를 구동시킬 때 모터(51)의 전류 지령에 가진 전류 지령을 실어 보냄으로써 압력 제어의 영향성을 최소화하면서 모터 가진을 통해 특정한 음향 패턴을 유발시켜 알림음으로 운전자로 하여금 ABS 작동 여부를 인지하도록 할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템에서 ABS 작동시 가진 전류를 도시한다.
도 8을 참조하면, ABS 작동 구간에서 운전자가 ABS 작동과 ABS 해제를 확실하게 인지할 수 있도록 ABS 알림 온 구간 동안에는 가진 전류 지령을 q축 전류 지령(Iq*)에 주입하고, ABS 알림 오프 구간 동안에는 q축 전류 지령(Iq*)에 주입하지 않는다.
가진 전류는 미리 설정된 진폭과 미리 설정된 주파수를 가질 수 있다.
가진 전류는 ABS 작동에 따른 브레이크 페달감을 위해 기본 지령 전류에 ‘±’ 해주는 주파수를 가질 수 있다.
가진 전류의 주파수는 ABS 작동 주파수와 겹치지 않는 영역에서 결정될 수 있다.
모터(51)의 용량 및 부하의 크기에 따라 가진 전류의 진폭과 주기는 변경될 수 있다.
가진 전류의 진폭은 q축 전류를 기준으로 들어가는 부하량과 빼주는 부하량이 동일하도록 제공됨으로써 모터의 속도에는 약간의 리플이 생길 수 있지만 압력 측면에서는 압력 변동을 최소화할 수 있다.
가진 전류의 진폭은 전체 진폭값을 0을 기준으로 0~100로 부여할 수도 있고, 50을 기준으로 ±50을 부여할 수도 있다. 임의의 기준값을 기준으로 그 기준값에 따라 정해지는 특정값을 ± 로 부여할 수 있다.
참고로, 가진 전류의 진폭은 q축 전류를 기준으로 + 방향으로 진폭값이 정해지거나, - 방향으로 진폭값이 정해지는 것도 가능하다. 즉, 한쪽 방향으로 진폭을 주는 것도 가능하다.
또한, 압력 제어에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 가진 전류 패턴의 전체 가진 듀티를 조정할 수 있다.
예를 들면, 가진 전류의 패턴을 전체 가진 듀티에서 25% 듀티로 인가하여 부하가 분산되도록 할 수 있다.
또한, 가진 전류의 패턴을 전체 가진 듀티에서 50% 듀티로 인가하여 부하가 분산되도록 할 수 있다.
이와 같이, 가진 전류의 진폭과 주기 중 적어도 하나를 변경할 수 있다.
이와 같이, ABS 작동 시, 가진 전류 지령을 부하 전류 지령에 추가 인가함으로써 모터 구동 패턴에 진동을 주어 운전자의 브레이크 페달에 진동을 전달함으로써 운전자가 ABS 제동 중임을 인지하게 해 줄 수 있다.
이와 같이, ABS 모드 작동시 압력 제어의 영향성을 최소화하면서 모터 가진을 통해 특정한 알림음을 유발시켜 알림음으로 운전자로 하여금 ABS 작동 여부를 인지하도록 할 수 있다.
가진 전류는 ABS 작동 구간에서 ABS 알림 온 구간과 ABS 알림 오프 구간이 주기적으로 반복될 수 있다.
가진 전류는 ABS 작동 구간에서 불연속적으로 반복될 수 있다. 이럴 경우, ABS 작동 구간에서 진동과 함께 차체 떨림으로 인한 알림음이 발생할 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템에서 가진 전류의 다른 예를 도시한다.
도 9를 참조하면, ABS 작동 구간에서 가진 전류의 진동 주기를 가변시킴으로써 모터 진동과 특정한 음색을 가진 알림음을 발생시킬 수 있다.
ABS 작동 구간에서 가진 전류는 단일 주파수가 아닌 2가지 이상의 서로 다른 주파수를 혼합할 수 있다.
예를 들면, 가진 전류는 제1 주기를 가진 제1 주파수와 제2 주기를 가진 제2 주파수를 포함할 수 있다.
가진 전류는 제1 주파수와 제2 주파수를 연속적으로 반복할 수 있다.
가진 전류는 제1 주파수와 제2 주파수를 가짐으로써 알림음의 패턴을 다양화할 수 있다. 2가지 서로 다른 주파수에 따라 모터 진동이 차체 떨림을 유발시키고, 차체 떨림은 2가지 음향이 반복되는 비프음과 같은 알림음을 발생시킬 수 있다. 이로 인해, 운전자는 ABS 작동여부를 브레이크 페달감과 함께 알림음을 통해 인식할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어 흐름을 도시한다.
도 10을 참조하면, 먼저, 제어부(70)는 ABS 제어가 필요한지를 판단할 수 있다(200).
작동모드 200의 판단결과 ABS 제어가 필요한 것으로 판단되면, 제어부(70)는 ABS 제어상황에 따른 지령 압력을 판단할 수 있다(202).
제어부(70)는 판단된 지령 압력에 따라 d축 전류 지령과 q축 전류 지령을 생성할 수 있다(204).
제어부(70)는 q축 전류 지령에 가진 전류 지령을 가산시킬 수 있다(206).
제어부(70)는 d축 전류 지령과, 가진 전류 지령이 가산된 q축 전류 지령에 따라 인버터(80)를 통해 모터(51)를 구동시킬 수 있다(208). 따라서, 모터(51)는 지령 전류에 가산된 가진 전류에 의해 진동을 발생시키고, 이 진동은 브레이크 페달(10)에 전달되어 브레이크 페달(10)에 킥백 현상과 유사한 진동을 발생시킬 수 있다. 또한, 가진 전류의 주파수 변화에 의해 차체 떨림이 비프음 형태의 알림음을 발생시킬 수 있다. 이로 인해, 운전자는 브레이크 페달의 진동과 알림음을 통해 ABS 작동 여부를 인식할 수 있다.
상기한 실시예에서는 q축 전류 지령에 가진 전류 지령을 가산하는 것에 대하여 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않고 d축 전류 지령에 가진 전류 지령을 가산하는 것도 가능할 수 있다.
한편, 전술한 제어부 및/또는 그 구성요소는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드/알고리즘/소프트웨어를 저장하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체와 결합된 하나 이상의 프로세서/마이크로프로세서(들)를 포함할 수 있다. 프로세서/마이크로프로세서(들)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드/알고리즘/소프트웨어를 실행하여 전술한 기능, 동작, 단계 등을 수행할 수 있다.
상술한 제어부 및/또는 그 구성요소는 컴퓨터로 읽을 수 있는 비 일시적 기록 매체 또는 컴퓨터로 읽을 수 있는 일시적인 기록 매체로 구현되는 메모리를 더 포함할 수 있다. 메모리는 전술한 제어부 및/또는 그 구성요소에 의해 제어될 수 있으며, 전술한 제어부 및/또는 그 구성요소에 전달되거나 그로부터 수신되는 데이터를 저장하도록 구성되거나 전술한 제어부 및/또는 그 구성요소에 의해 처리되거나 처리될 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예는 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드/알고리즘/소프트웨어로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 프로세서/마이크로프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 데이터 저장 장치와 같은 컴퓨터로 읽을 수 있는 비 일시적 기록 매체 일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예로는 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 실리콘 디스크 드라이브(SDD), 읽기 전용 메모리 (ROM), CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광학 데이터 저장 장치 등이 있다.

Claims (14)

  1. 브레이크 페달이 연결된 마스터 실린더;
    회전력을 발생시키는 모터와, 압력챔버 내부에 이동 가능하게 수용되는 유압 피스톤을 포함하고, 상기 유압 피스톤의 이동에 의해 액압을 발생시키는 액압 공급장치;
    상기 액압 공급장치로부터 휠 실린더로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어유닛;
    상기 마스터 실린더, 액압 공급장치 및 유압 제어유닛이 내부에 통합된 유압 블록; 및
    상기 모터와 상기 유압 제어유닛을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 ABS 작동 시 상기 브레이크 페달의 진동에 의해 상기 ABS 작동을 운전자에게 알리도록 상기 모터를 가진시키기 위한 가진 전류를 상기 모터에 공급하여 상기 모터에 진동을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 ABS 작동 구간에서 상기 모터에 상기 브레이크 페달의 킥백(kick back)을 모사한 진동을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 ABS 작동 구간에서 상기 가진 전류가 공급되는 ABS 작동 알림 온 구간과, 상기 가진 전류가 공급되지 않는 ABS 작동 알림 오프 구간을 주기적으로 반복시키는 전자식 브레이크 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 ABS 작동 주파수 대역과 겹치지 않는 주파수의 가진 전류를 상기 모터에 공급하는 전자식 브레이크 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 ABS 작동 구간에서 상기 브레이크 페달의 킥백(kick back)을 모사한 진동이 발생되도록 함과 함께 차체 떨림으로 인한 알림음이 발생되도록 상기 모터에 진동을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 서로 다른 복수의 주파수를 가진 가진 전류를 상기 모터에 공급하는 전자식 브레이크 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 2가지 음향이 반복되는 알림음이 발생되도록 제1 주파수와 제2 주파수가 연속적으로 반복되는 가진 전류를 상기 모터에 공급하는 전자식 브레이크 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 ABS 작동시 목표 압력에 따라 생성되는 d축 전류 지령과 q축 전류 지령 중 상기 q축 전류 지령에 상기 가진 전류를 생성시키기 위한 가진 전류 지령을 가산시켜 상기 가진 전류를 생성하는 전자식 브레이크 시스템.
  9. 브레이크 페달이 연결된 마스터 실린더; 회전력을 발생시키는 모터와, 압력챔버 내부에 이동 가능하게 수용되는 유압 피스톤을 포함하고, 상기 유압 피스톤의 이동에 의해 액압을 발생시키는 액압 공급장치; 상기 액압 공급장치로부터 상기 휠 실린더로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어유닛; 상기 마스터 실린더, 액압 공급장치 및 유압 제어유닛이 내부에 통합된 유압 블록; 및 상기 모터와 상기 유압 제어유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서,
    ABS 작동시 상기 브레이크 페달의 진동에 의해 상기 ABS 작동을 운전자에게 알리도록 상기 모터를 가진시키기 위한 가진 전류를 상기 모터에 공급하여 상기 모터에 진동을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    ABS 작동 구간에서 상기 모터에 상기 브레이크 페달의 킥백(kick back)을 모사한 진동을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    ABS 작동 구간에서 상기 가진 전류가 공급되는 ABS 작동 알림 온 구간과, 상기 가진 전류가 공급되지 않는 ABS 작동 알림 오프 구간을 주기적으로 반복시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법.
  12. 제9항에 있어서,
    ABS 작동 구간에서 상기 브레이크 페달의 킥백(kick back)을 모사한 진동이 발생되도록 함과 함께 차체 떨림으로 인한 알림음이 발생되도록 상기 모터에 진동을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    ABS 작동 구간에서 서로 다른 복수의 주파수를 가진 가진 전류를 상기 모터에 공급하는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    2가지 음향이 반복되는 알림음이 발생되도록 제1 주파수와 제2 주파수가 연속적으로 반복되는 가진 전류를 상기 모터에 공급하는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법.
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