KR20220137346A - 전동식 부스터 제동 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

전동식 부스터 제동 장치 및 그 제어방법을 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 모터(motor)의 회전에 따라 모터피스톤(motor piston)이 직선운동하여 모터피스톤의 변위가 조절됨으로써, 내부에 브레이크액(brake fluid)을 수용하는 마스터 실린더(master cylinder)를 가압할 수 있도록 구성된 전동부스터부(electric booster unit); 차량의 제동에 필요한 요구 제동압력(required braking pressure)을 계산하고, 마스터 실린더의 압력을 측정하도록 구성된 압력센서(pressure sensor)를 포함하는 ESC 구동유닛(Electronic Stability Control operating unit); 및 ESC 구동유닛으로부터 요구 제동압력 및 마스터 실린더의 압력에 대한 값을 수신하여 모터피스톤의 위치를 제어하는 전동부스터 제어부(electric booster control unit)를 포함하되, 전동부스터 제어부는, 요구 제동압력에 대한 값을 모터피스톤의 변위로 환산하는 피드포워드 제어부(feedforward control unit); 및 요구 제동압력 및 마스터 실린더의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 모터피스톤의 보상 변위를 계산하는 피드백 제어부(feedback control unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치를 제공한다.

Description

전동식 부스터 제동 장치 및 그 제어방법{Electric Booster Brake Apparatus and Controlling Method Thereof}
본 개시는 전동식 부스터 제동 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
전동식 부스터 제동장치는 전동기(electric motor) 기반의 부스터를 이용해 운전자의 페달답력을 배력하여 제동력을 어시스트(assist)하는 장치이다.
전동식 부스터 제동장치는 운전자에 의한 페달 답력(stepping force)을 배력(boosting)하기 위하여 전동부스터부(electric booster unit)를 포함한다. 전동부스터부는 전동부스터부에 구비된 전기모터의 회전토크를 이용하여, 오퍼레이팅 로드(operating rod)가 마스터실린더(master cylinder)의 내부를 가압하는 힘을 배력한다. 또한, 전동부스터부는 답력 형성 시, 운전자에게 요구답력(required stepping force)을 제공하도록 구성된다. 구체적으로, 전동부스터부에 의해 리액션디스크(reaction disc)가 가압됨으로써 페달의 스트로크(pedal stroke)에 상응하는 적절한 답력이 형성되도록 구성된다.
한편, 차량의 주행 안정성을 향상시키고 운전자의 편의성을 확보하기 위해 최근 출시되는 다수의 차량들은 다양한 운전자 지원시스템(driver assistance system)을 갖추고 있다. 운전자 지원시스템에는 ACC(Adaptive Cruise Control), AHB(Automatic Vehicle Hold), HAC(Hill Assist Control), HBA(Hydraulic Brake Assist), AEB(Autonomous Emergency Braking), RSPA(Remote Smart Parking Assist) 등이 있다.
종래에는 위와 같은 운전자 지원시스템이 ESC(Electronic Stability Control)를 이용하여 구현되도록 구성되어, ESC에 의해 유압이 형성되고, 형성된 유압에 의해서 감속 제어가 수행되었다. 따라서, 이 경우 제동에 필요한 요구 제동압력을 정확히 추종하기 위해서는 높은 사양의 ESC 구동유닛이 필요하게 된다.
구체적으로, 유압의 정밀한 감소를 위해서는 어큐뮬레이터(accumulator) 등의 감압 장치가 추가로 필요하고, 유압의 정밀한 증가를 위해서는 펌프(pump) 및 유압밸브(hydraulic valve) 등과 같은 가압 장치도 추가로 필요하므로, ESC 구동유닛의 사양 및 원가가 높아지는 문제점이 있다. 또한, 펌프 및 유압밸브가 동작함에 따라 발생하는 소음으로 인하여 운전자가 불편함을 느끼게 되는 문제가 있다.
이에, 본 개시는 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 유압제동 시 전동부스터가 유압을 제어할 수 있도록 구성됨으로써, ESC 구동유닛의 사양 및 원가를 낮추고, 유압제어에 따른 소음을 줄일 수 있는 전동식 부스터 제동 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 의하면, 모터(motor)의 회전에 따라 모터피스톤(motor piston)이 직선운동하여 상기 모터피스톤의 변위가 조절됨으로써, 내부에 브레이크액(brake fluid)을 수용하는 마스터 실린더(master cylinder)를 가압할 수 있도록 구성된 전동부스터부(electric booster unit); 차량의 제동에 필요한 요구 제동압력(required braking pressure)을 계산하고, 상기 마스터 실린더의 압력을 측정하도록 구성된 압력센서(pressure sensor)를 포함하는 ESC 구동유닛(Electronic Stability Control operating unit); 및 상기 ESC 구동유닛으로부터 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값을 수신하여 상기 모터피스톤의 위치를 제어하는 전동부스터 제어부(electric booster control unit)를 포함하되, 상기 전동부스터 제어부는, 요구 제동압력에 대한 값을 상기 모터피스톤의 변위로 환산하는 피드포워드 제어부(feedforward control unit); 및 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 상기 모터피스톤의 보상 변위를 계산하는 피드백 제어부(feedback control unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치를 제공한다.
또한, 모터의 회전에 따라 모터피스톤이 직선운동하여 상기 모터피스톤의 변위가 조절됨으로써, 내부에 브레이크액을 수용하는 마스터 실린더를 가압할 수 있도록 구성된 전동부스터부 및 차량에 구비된 ESC 구동유닛이 전동식 부스터 제동 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 ESC 구동유닛이 상기 차량의 제동에 필요한 요구 제동압력을 계산하고, 상기 마스터 실린더의 압력을 측정하는 과정; 상기 모터피스톤의 위치를 제어하는 전동부스터 제어부가 상기 ESC 구동유닛으로터 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값을 수신하는 과정; 상기 전동부스터 제어부가, 요구 제동압력에 대한 값을 상기 모터피스톤의 환산 변위로 환산하는 과정; 상기 전동부스터 제어부가, 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 상기 모터피스톤의 보상 변위를 계산하는 과정; 및 상기 전동부스터 제어부가, 상기 환산 변위에 상기 보상 변위를 더한 변위만큼 상기 모터피스톤이 이동하여 상기 마스터 실린더를 가압하도록, 상기 모터의 회전을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치 제어방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 유압제동 시 전동부스터가 유압을 제어할 수 있도록 구성됨으로써, ESC 구동유닛의 사양 및 원가를 낮추고, 유압제어에 따른 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치의 유압형성부의 단면도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 전동부스터부에 의해 생성된 제동압력이 복수의 휠브레이크에 공급되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 이용해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치의 유압형성부의 단면도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치는 브레이크 페달(brake pedal, 100), 오퍼레이팅 로드(operating rod, 110), 전동부스터부(electric booster unit, 120), 리액션 디스크(reaction disc, 130), 마스터 실린더(master cylinder, 140), 푸시로드(push rod, 150), 리턴스프링(return spring, 160), ESC 구동유닛(Electronic Stability Control operating unit, 2) 및 전동부스터 제어부(electric booster control unit, 10)의 전부 또는 일부를 포함한다. 이들 구성 중 브레이크 페달(100), 오퍼레이팅 로드(110), 전동부스터부(120), 리액션 디스크(130), 마스터 실린더(140), 푸시로드(150) 및 리턴스프링(160)의 전부 또는 일부는 유압형성부(hydraulic forming unit, 1)를 구성한다.
브레이크 페달(100)은 차량의 감속 또는 정차를 위해 운전자가 답입(step)하는 부분이다. 운전자가 브레이크 페달(100)을 답입하면 오퍼레이팅 로드(110)는 운전자가 브레이크 페달(100)을 답입하는 방향으로 이동할 수 있다. 한편, 브레이크 페달(100)의 답입량은 별도로 구비된 페달센서(pedal sensor, 미도시)에 의해 측정될 수 있다.
오퍼레이팅 로드(110)는 브레이크 페달(100)의 답입에 따른 답입력(stepping force)을 리액션 디스크(130)에 전달하는 매개체로서, 브레이크 페달(100)의 답입량(amount of step)에 따라 변위가 조절되도록 구성된다. 오퍼레이팅 로드(110)의 일단은 브레이크 페달(100)에 연결되고, 타단은 리액션 디스크(130)와 맞닿을 수 있도록 구성된다. 따라서, 운전자가 브레이크 페달(100)을 답입하여 오퍼레이팅 로드(110)를 일정 압력 이상으로 가압하면, 오퍼레이팅 로드(110)는 리액션 디스크(130)측 방향으로 이동하여 리액션 디스크(130)를 가압할 수 있다.
한편, 브레이크 페달(100)의 답입이 시작되는 초기 상태에서 오퍼레이팅 로드(110)는 리액션 디스크(130)로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 운전자가 브레이크 페달(100)을 답입하더라도 오퍼레이팅 로드(110)가 리액션 디스크(130)를 가압하지 않을 수 있다.
전동부스터부(120)는 모터(motor, 122)의 회전에 따라 모터피스톤(motor piston, 128)이 직선운동하여 모터피스톤(128)의 변위가 조절되도록 구성된다. 모터피스톤(128)의 변위가 조절됨에 따라 마스터 실린더(140)가 가압될 수 있다. 이를 위해, 전동부스터부(120)는 모터(122), 기어부(gear unit, 124), 스크류 샤프트(screw shaft, 126) 및 모터피스톤(128)을 포함할 수 있다.
모터(122)는 전동부스터 제어부(10)의 제어에 따라 모터(122)의 축을 중심으로 정방향 또는 반대방향으로 회전하도록 구성된다.
기어부(124)는 모터(122)의 회전운동에 따른 회전토크(rotation torque)를 스크류 샤프트(126)에 전달하도록 구성된다. 이를 위해, 기어부(124)는 제1 기어(first gear, 124_1), 제2 기어(second gear, 124_2) 및 제3 기어(third gear, 124_3)를 포함할 수 있다.
이 경우, 제1 기어(124_1)는 모터(122)의 회전토크를 1차적으로 수용하며, 제2 기어(124_2)에 전달한다. 제2 기어(124_2)는 제1 기어(124_1)로부터 전달받은 회전토크를 제3 기어(124_3)에 전달한다. 제3 기어(124_3)는 제2 기어(124_2)로부터 전달받은 회전토크를 스크류 샤프트(126)에 전달한다. 제1 기어(124_1) 내지 제3 기어(124_3)가 가지는 톱니 수의 비율에 기초하여, 제1 기어(124_1)에서 제3 기어(124_3)까지 회전토크가 전달되는 동안 회전 속도가 일정 비율로 감소하거나 증가할 수 있다.
스크류 샤프트(126)는 기어부(124)로부터 회전토크를 전달받고, 회전운동을 직선 운동으로 변환하도록 구성된다. 이를 위해, 스크류 샤프트(126)는 제1 샤프트(first shaft, 126_1) 및 제2 샤프트(second shaft, 126_2)를 포함할 수 있다.
이 경우, 제1 샤프트(126_1)는 제3 기어(124_3)에 구속되어 회전하고, 제2 샤프트(126_2)는 제1 샤프트(126_1)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하도록 구성된다. 바람직하게는, 제1 샤프트(126_1)는 피니언(pinion), 제2 샤프트(126_2)는 랙(rack)으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 샤프트(126_2)의 일단은 모터피스톤(128)에 연결되므로, 모터(122)가 구동됨에 따라 모터피스톤(128)은 리액션 디스크(130)를 향하는 전진운동 또는 그 반대 방향인 후진운동을 할 수 있다.
따라서, 모터피스톤(128)은 기어부(124) 및 스크류 샤프트(126)에 의해 직선운동, 즉 전진 또는 후진운동할 수 있다. 특히, 모터피스톤(128)이 전진운동 하는 경우, 모터피스톤(128)은 리액션 디스크(130)를 가압할 수 있고, 이에 따라 마스터 실린더(140)가 가압될 수 있다.
리액션 디스크(130)는 오퍼레이팅 로드(110) 및 모터피스톤(128) 중 적어도 하나의 변위조절에 따라 가압 및 이동될 수 있도록 구성된다. 도 1에서는 리액션 디스크(130)와 모터피스톤(128)이 접촉한 상태로 도시되어 있으나, 제동이 요구되지 않는 경우 모터피스톤(128)은 리액션 디스크(130)로부터 이격되어 있는 상태일 수 있다.
리액션 디스크(130)가 오퍼레이팅 로드(110) 및 모터피스톤(128) 중 적어도 하나에 의해 가압될 때, 가압되는 힘에 의해 형성되는 반력은 오퍼레이팅 로드(110)를 거쳐 운전자에게 전달되고, 이로써 운전자는 페달감(pedal feel)을 느낄 수 있다.
또한, 리액션 디스크(130)는 리액션 디스크(130)의 중심부는 오퍼레이팅 로드(110)가 가압하도록 구성되고, 리액션 디스크(130)의 외곽부는 모터피스톤(128)이 가압하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 모터피스톤(128)의 종단면은 환형(annular type)으로 구성되고, 오퍼레이팅 로드(110)는 모터피스톤(128)의 중앙에 형성된 중공부(hollow portion, 미도시)를 관통하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 오퍼레이팅 로드(110) 및 리액션 디스크(130)는 동축으로(coaxially) 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 리액션 디스크(130)는 압축 가능한 탄성 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 리액션 디스크(130)의 적어도 일부는 고무 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 모터피스톤(128)이 리액션 디스크(130)를 가압하는 경우, 가압 정도에 따라 리액션 디스크(130)의 중심부가 오퍼레이팅 로드(110) 측 방향으로 돌출될 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치는, 내부에 형성된 수용공간에 리액션 디스크(130)의 적어도 일부를 수용하는 리액션 디스크 수용부(reaction disc accommodation unit, 135)를 더 포함할 수 있다. 오퍼레이팅 로드(110) 및 모터피스톤(128) 중 적어도 하나에 의해 리액션 디스크(130)가 가압되어 전진하는 경우, 리액션 디스크 수용부(135)의 일측에 형성된 푸시로드(150)가 전진하도록 구성될 수 있다.
마스터 실린더(140)는 내부에 브레이크액(brake fluid)을 수용하도록 구성된다. 마스터 실린더(140) 내부의 브레이크액이 가압됨으로써, 차량의 제동에 이용되는 유압이 형성될 수 있다. 이때, 형성된 유압은 ESC 구동유닛(2)을 거쳐 복수의 휠브레이크(wheel brake, 210, 220, 230, 240)에 전달된다.
푸시로드(150)는 리액션 디스크(130)의 이동에 따라 마스터 실린더(140)를 가압할 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 푸시로드의 적어도 일부는 마스터 실린더(140)의 내부에 삽입되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 푸시로드(150)가 마스터 실린더(140)의 내부에서 마스터 실린더(140)의 길이 방향으로 왕복 운동할 수 있고, 푸시로드(150)가 전진하는 경우, 마스터 실린더(140)의 내부에 저장된 브레이크액이 가압될 수 있다.
리턴스프링(160)은 마스터 실린더(140)의 내부에 배치되며, 푸시로드(150)의 왕복운동에 의해 압축되거나 팽창된다. 리턴스프링(160)은 코일스프링(coil spring)으로 구성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 판 스프링(plate spring) 또는 고무 등의 탄성체로 구성될 수 있다. 리턴스프링(160)을 이용하여 유압제동을 하지 않는 경우 리액션 디스크(130), 모터피스톤(128), 오퍼레이팅 로드(110) 및 브레이크 페달(100)을 원위치로 되돌릴 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치는 답력 형성을 위해 탄성체 고정부(elastic body fixing unit, 170) 및 탄성체(elastic body, 180)를 포함할 수 있다.
탄성체 고정부(170)는 하우징(housing, 190)에 고정되며, 탄성체 고정부(170)의 일면에는 탄성체(180)의 적어도 일부가 부착된다. 운전자의 브레이크 페달(100) 답입에 의해 탄성체(180)가 가압되는 경우, 탄성체 고정부(170)는 탄성체(180)를 지지하도록 형성된다.
탄성체(180)는 일단이 오퍼레이팅 로드(110)와 접하고, 타단이 탄성체 고정부(170)와 접하도록 배치된다. 탄성체(180)는 오퍼레이팅 로드(110)의 움직임에 따라 탄성력을 형성한다. 탄성체(180)는 스프링(spring, 181)으로 구성되거나, 스프링(181) 및 댐퍼(damper, 182)의 조합으로 구성될 수 있다. 도 1에서는, 스프링(181) 및 댐퍼(182)가 직렬연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 아니하고, 스프링(181) 및 댐퍼(182)가 병렬연결될 수도 있다.
운전자가 브레이크 페달(100)을 답입하는 경우 오퍼레이팅 로드(110)가 리액션 디스크(130)측 방향으로 이동하면서 탄성체(180)를 압축하게 된다. 압축된 탄성체(180)는 탄성력이라는 반력을 형성하므로 운전자에게 답력을 제공할 수 있다. 따라서, 오퍼레이팅 로드(110)가 리액션 디스크(130)와 접하고 있지 않아 리액션 디스크(130)로부터 반력이 형성되지 않더라도, 탄성체(180)로부터 반력이 형성되어 운전자는 답력을 느낄 수 있다. 또한, 탄성체(180)가 탄성체 고정부(170)와 연결됨으로써, 마스터 실린더(140) 내의 압력이 변화하는 순간에도 운전자가 페달감에 대한 이질감을 느끼지 않을 수 있다.
ESC 구동유닛(2)은 차량의 제동에 필요한 요구 제동압력(required braking pressure)을 계산하도록 구성된다. 이를 위해, 도 2를 참조하면, ESC 구동유닛(2)은 차량의 주행모드(driving mode)에 따라 자동으로 요구 제동압력을 계산하여, 계산된 요구 제동압력에 대한 값을 전동부스터 제어부(10)에 전달하는 제1 유압계산부(first hydraulic calculation unit, 22)를 포함할 수 있다.
여기서, 주행모드는 ACC(Adaptive Cruise Control), AHB(Automatic Vehicle Hold), HAC(Hill Assist Control), HBA(Hydraulic Brake Assist), AEB(Autonomous Emergency Braking), RSPA(Remote Smart Parking Assist) 등이 이용되는 모드를 의미할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 유압계산부(22)는 요구 제동압력을 자동으로 계산하기 위해, 차량에 장착된 각종 센서(sensor)들로부터 측정된 값을 수신할 수 있다. 예컨대, 차속 센서(vehicle speed sensor, 미도시)로부터 측정된 차속, 가속도 센서(acceleration sensor, 미도시)로부터 측정된 가속도, 레이더(radar)로부터 측정된 물체와의 거리 등에 해당되는 값을 수신할 수 있다. 따라서, 제1 유압계산부(22)는 위와 같은 값들의 전부 또는 일부를 이용하여 차량에 제동이 필요한 경우, 예컨대 전방에 차량이 감지되어 감속이 요구되는 경우, 요구되는 제동압력을 자동으로 계산할 수 있다.
또한, ESC 구동유닛(2)은 마스터 실린더(140)의 압력을 측정하도록 구성된 압력센서(pressure sensor, 24)를 더 포함할 수 있다. 압력센서(24)로부터 측정된 마스터 실린더(140)의 압력값은 전동부스터 제어부(10)에 전달될 수 있다.
전동부스터 제어부(10)는 ESC 구동유닛(2)으로부터 요구 제동압력 및 마스터 실린더(140)의 압력에 대한 값을 수신하여 모터피스톤(128)의 위치를 제어한다. 예컨대, 요구 제동압력에 대한 값은 제1 유압계산부(22)로부터 수신할 수 있다. 전동부스터 제어부(10)는 모터(122)의 회전을 제어함으로써, 모터피스톤(128)의 위치를 제어할 수 있다.
모터피스톤(128)의 위치 제어를 위해, 전동부스터 제어부(10)는 피드포워드 제어부(feedforward control unit, 12), 피드백 제어부(feedback control unit, 13) 및 모터제어부(motor control unit, 14)를 포함할 수 있다.
피드포워드 제어부(12)는 요구 제동압력에 대한 값을 모터피스톤(128)의 변위로 환산할 수 있다. 요구제동 압력에 대한 값을 이용하여 모터피스톤(128)의 변위를 환산하는 경우, 전동부스터부(120)의 동적모델(dynamic model)을 이용한 계산식, 실험으로 얻어진 계산값 등이 이용될 수 있다. 이하에서는 피드포워드 제어부(12)에 의해 환산된 모터피스톤(128)의 변위를 환산 변위(conversion displacement)로 정의하여 서술한다.
피드백 제어부(13)는 요구 제동압력 및 마스터 실린더(140)의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 모터피스톤(128)의 보상 변위(compensation displacement)를 계산할 수 있다. 피드포워드 제어부(12)가 모터피스톤(128)의 환산 변위를 계산하는 것뿐만 아니라, 피드백 제어부(13)가 모터피스톤(128)의 보상 변위를 계산함으로써, 요구 제동압력에 정확하게 대응되는 모터피스톤(128)의 변위를 계산할 수 있다.
모터제어부(14)는 환산 변위에 보상 변위를 더한 값을 모터피스톤(128)의 변위값으로 하여 모터(122)를 제어한다. 즉, 모터제어부(14)는 모터피스톤(128)이 환산 변위에 보상 변위를 더한 변위만큼 이동하도록 모터(122)의 회전을 제어할 수 있다. 이 경우, 모터피스톤(128)이 이동함에 따라 마스터 실린더(140)가 가압될 수 있다.
도 3은 전동부스터부에 의해 생성된 제동압력이 복수의 휠브레이크에 공급되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, ESC 구동유닛(2)은 브레이크액을 저장해 두는 어큐뮬레이터(accumulator, 200) 및 어큐뮬레이터(200)에 저장된 브레이크액을 펌핑(pumping)하는 펌프(pump, 202)를 포함한다.
모터피스톤(128)이 이동함에 따라 마스터 실린더(140)가 가압되면, ESC 구동유닛(2)은 마스터 실린더(140)가 가압되어 생성된 제동압력을 차량의 복수의 휠브레이크(wheel brake, 도 3의 210, 220, 230, 240)에 공급한다. 더욱 상세하게는, ESC 구동유닛(2)에 포함된 유압전달부(hydraulic transfer unit, 26)에 의해서 복수의 휠브레이크(210, 220, 230, 240)에 제동압력이 전달될 수 있다.
종래의 ESC 구동유닛은 직접 제동압력을 생성해야 하므로, 정확한 요구 제동압력을 계속해서 추종하기 위해서는 고가의 펌프 및 밸브(valve)를 필요로 했다.
본 개시에 따른 전동식 부스터 제동장치는 운전자 지원시스템, 예컨대 적응형 크루즈 컨트롤(ADC)을 구현함에 있어, 전동부스터 제어부(10)가 모터피스톤(128)의 위치를 제어하도록 구성된다. 즉, ESC 구동유닛(2)은 유압 형성을 위하여 모터피스톤(128)의 변위를 계산하거나, 모터피스톤(128)의 위치를 제어하지 않아도 된다. 또한, 제동압력을 형성하는 데 있어서 전동부스터부(120)의 모터(122)를 사용하는 것이 ESC 구동유닛(2)의 펌프(202) 및 밸브를 사용하는 것보다 응답성과 정확성 측면에서 더 유리하다. 따라서, 상대적으로 낮은 사양의 펌프 및 밸브로 사용하더라도 요구 제동압력을 정확하게 추종할 수 있다.
또한, ESC 구동유닛(2)이 제동압력 형성을 위해 직접 펌프(202)와 밸브를 구동함으로써 발생할 수 있는 소음 문제도 해결될 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동장치는, 브레이크 페달(100)의 답입량에 따라 요구 제동압력을 계산하여 계산된 요구 제동압력에 대한 값을 전동부스터 제어부(10)에 전달하는 제2 유압계산부(second hydraulic calculation unit, 미도시)를 더 포함할 수 있다. 이는, 운전자에 의해 요구되는 제동력을 충족시키기 위한 것이다.
제2 유압계산부는 ESC 구동유닛(2) 및 전동부스터 제어부(10)와는 별도로 구성될 수 있다. 예컨대, 제2 유압계산부는 페달센서와 전기적으로 연결되어 구성될 수 있다.
또한, 전동부스터 제어부(10)는 제1 유압계산부(22) 및 제2 유압계산부로부터 요구 제동압력에 대한 값을 전달받을 수 있다. 더욱 상세하게는, 피드포워드 제어부(12) 및 피드백 제어부(13)는 제1 유압계산부(22) 및 제2 유압계산부로부터 요구 제동압력에 대한 값을 전달받을 수 있다.
이 경우, 피드포워드 제어부(12)는 제1 유압계산부(22)가 계산한 요구 제동압력 또는 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력에 대한 값을 모터피스톤(128)의 변위로 환산할 수 있다. 마찬가지로. 피드백 제어부(13)도 제1 유압계산부(22)가 계산한 요구 제동압력 또는 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력과 마스터 실린더(140)의 압력에 대한 값의 차이를 보상하여 모터피스톤(128)의 변위를 계산할 수 있다.
어느 유압계산부가 계산한 요구 제동압력을 이용할지 여부는 주행모드, 요구 동압력의 크기 등을 고려하여 판단할 수 있다. 다만, 본 개시가 반드시 제1 유압계산부(22)가 계산한 요구 제동압력 또는 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력을 이용하도록 제한되는 것은 아니다.
예컨대, 제1 유압계산부(22)가 계산한 요구 제동압력 및 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력을 모두 고려하여 새로운 요구 요구제동압력을 산출해내는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 유압계산부(22)가 계산한 요구 제동압력 및 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력에 대해서 가중치를 적용할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 전동부스터부(120) 및 ESC 구동유닛(2)은 서로 협조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치를 제어할 수 있다.
ESC 구동유닛(2)은 유압제동이 필요한 상황인지 여부를 판단한다(S400). 유압제동이 필요한 상황이 아니라고 판단되면, 이후의 과정을 진행하지 않고, 계속해서 유압제동이 필요한 상황인지 여부를 판단한다.
유압제동이 필요한 상황이라고 판단되면, ESC 구동유닛(2)은 요구 제동압력을 계산하고, 마스터 실린더(140)의 압력을 측정한다. 더욱 상세하게는, 제1 유압계산부(22)가 유압제동에 필요한 요구 제동압력을 계산하고, 압력센서(24)가 마스터 실린더(140)의 압력을 측정한다. 한편, 제1 유압계산부(22)뿐만 아니라 제2 유압계산부도 유압제동에 필요한 요구 제동압력을 계산할 수 있다. 즉, 제1 유압계산부(22) 및/또는 제2 유압계산부는 요구 제동압력을 계산하고, 압력센서(24)는 마스터 실린더(140)의 압력을 측정한다(S410). 요구 제동압력의 계산에 대한 설명은 전술하였으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
전동부스터 제어부(10)는 요구 제동압력 및 마스터 실린더(140)의 압력에 대한 값을 수신할 수 있다. 더욱 상세하게는, 전동부스터 제어부(10)는 제1 유압계산부(22)로부터 요구 제동압력에 대한 값을 수신할 수 있다. 제2 유압계산부도 요구 제동압력을 계산한 경우, 전동부스터 제어부(10)는 제2 유압계산부로부터도 요구 제동압력에 대한 값을 수신할 수 있다. 즉, 전동부스터 제어부(10)는 제1 유압계산부(22) 및/또는 제2 유압계산부로부터 요구 제동압력에 대한 값을 수신한다(S420).
또한, 전동부스터 제어부(10)는 압력센서(24)로부터 마스터 실린더(140)의 현재 압력에 대한 값을 수신한다(S430). 도 4에서는 S430 과정이 S420 과정 이후에 진행되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, S420 과정 이전에 S430 과정이 진행될 수도 있으며, 동시에 진행될 수도 있다.
요구 제동압력에 대한 값을 수신한 전동부스터 제어부(10)는 요구 제동압력에 대한 값을 모터피스톤(128)의 환산 변위로 환산한다(S440). 더욱 상세하게는, 전동부스터 제어부(10)에 포함된 피드포워드 제어부(12)에 의해서 모터피스톤(128)의 환산 변위가 산출될 수 있다.
전동부스터 제어부(10)가 제1 유압계산부(22) 및 제2 유압계산부로부터 요구 제동압력에 대한 값을 수신한 경우, 제1 유압계산부(22)가 계산한 요구 제동압력 및/또는 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력에 대한 값을 모터피스톤(128)의 변위로 환산할 수 있다.
또한, 전동부스터 제어부(10)는 요구 제동압력 및 마스터 실린더(140)의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 모터피스톤(128)의 보상 변위를 계산한다(S450). 더욱 상세하게는, 전동부스터 제어부(10)에 포함된 피드백 제어부(13)에 의해서 모터피스톤(128)의 보상 변위가 산출될 수 있다.
전동부스터 제어부(10)가 제1 유압계산부(22) 및 제2 유압계산부로부터 요구 제동압력에 대한 값을 수신한 경우, 제1 유압계산부(22)가 계산한 요구 제동압력 및/또는 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력과 마스터 실린더(140)의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 모터피스톤(128)의 보상 변위를 계산할 수도 있다.
한편, 전동부스터 제어부(10)가 어느 유압계산부에 의한 요구 제동압력을 이용하여 모터피스톤(128)의 환산 변위 및 보상 변위를 산출할지 여부는 전술하였으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
환산 변위에 보상 변위를 더한 변위만큼 모터피스톤(128)이 이동하여 마스터 실린더(140)가 가압될 수 있도록, 전동부스터 제어부(10)는 모터(122)의 회전을 제어한다(S460). 마스터 실린더(140)가 가압됨에 따라 제동을 위해 필요한 제동압력이 생성될 수 있다. ESC 구동유닛(2)은 생성된 제동압력을 복수의 휠브레이크(210, 220, 230, 240)에 공급할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 부스터 제동 장치의 제어방법은 위와 같은 과정을 포함함으로써, 운전자 지원시스템, 예컨대 적응형 크루즈 컨트롤(ADC)을 구현함에 있어, 전동부스터 제어부(10)가 모터피스톤(128)의 위치를 제어할 수 있다. 즉, 전동부스터부(120)에 의해서 제동압력이 형성될 수 있도록 구성됨으로써, ESC 구동유닛(2)의 사양 및 원가를 낮추고, 유압제어에 따른 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 유압형성부 2: ESC 구동유닛
10: 전동부스터 제어부 12: 피드포워드 제어부
13: 피드백 제어부 14: 모터제어부
22: 제1 유압계산부 24: 압력센서
26: 유압전달부 100: 브레이크 페달
110: 오퍼레이팅 로드 120: 전동부스터부
122: 모터 124: 기어부
124_1: 제1 기어 124_2: 제2 기어
124_3: 제3 기어 126: 스크류 샤프트
126_1: 제1 샤프트 126_2: 제2 샤프트
128: 모터피스톤 130: 리액션 디스크
135: 리액션 디스크 수용부 140: 마스터 실린더
150: 푸시로드 160: 리턴스프링
170: 탄성체 고정부 180: 탄성체
181: 스프링 182: 댐퍼
190: 하우징 200: 어큐뮬레이터
202: 펌프 210: 좌후륜 휠브레이크
220: 우전륜 휠브레이크 230: 좌전륜 휠브레이크
240: 우후륜 휠브레이크

Claims (12)

  1. 모터(motor)의 회전에 따라 모터피스톤(motor piston)이 직선운동하여 상기 모터피스톤의 변위가 조절됨으로써, 내부에 브레이크액(brake fluid)을 수용하는 마스터 실린더(master cylinder)를 가압할 수 있도록 구성된 전동부스터부(electric booster unit);
    차량의 제동에 필요한 요구 제동압력(required braking pressure)을 계산하고, 상기 마스터 실린더의 압력을 측정하도록 구성된 압력센서(pressure sensor)를 포함하는 ESC 구동유닛(Electronic Stability Control operating unit); 및
    상기 ESC 구동유닛으로부터 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값을 수신하여 상기 모터피스톤의 위치를 제어하는 전동부스터 제어부(electric booster control unit)
    를 포함하되,
    상기 전동부스터 제어부는,
    요구 제동압력에 대한 값을 상기 모터피스톤의 변위로 환산하는 피드포워드 제어부(feedforward control unit); 및
    요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 상기 모터피스톤의 보상 변위를 계산하는 피드백 제어부(feedback control unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전동부스터 제어부는,
    상기 피드포워드 제어부가 환산한 상기 모터피스톤의 변위에 상기 피드백 제어부가 계산한 상기 모터피스톤의 보상 변위를 더한 값을 상기 모터피스톤의 변위값으로 하여 상기 모터를 제어하는 모터제어부(motor control unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 ESC 구동유닛에 구비되고, 상기 차량의 주행모드(driving mode)에 따라 자동으로 요구 제동압력을 계산하여, 계산된 요구 제동압력에 대한 값을 상기 전동부스터 제어부에 전달하는 제1 유압계산부(first hydraulic calculation unit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    브레이크 페달의 답입량(amount of step)에 따라 요구 제동압력을 계산하여, 계산된 요구 제동압력에 대한 값을 상기 전동부스터 제어부에 전달하는 제2 유압계산부(second hydraulic calculation unit)를 더 포함하되,
    상기 피드포워드 제어부는,
    상기 제1 유압계산부가 계산한 요구 제동압력 및/또는 상기 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력에 대한 값을 상기 모터피스톤의 변위로 환산하고,
    상기 피드백 제어부는,
    상기 제1 유압계산부가 계산한 요구 제동압력 및/또는 상기 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 상기 모터피스톤의 보상 변위를 계산하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 ESC 구동유닛은,
    상기 마스터 실린더가 가압되어 생성된 제동압력을 상기 차량의 복수의 휠브레이크(wheel brake)에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전동부스터부는,
    브레이크 페달의 답입량에 따라 변위가 조절되도록 구성된 오퍼레이팅 로드(operating rod); 및
    상기 오퍼레이팅 로드 및 상기 모터피스톤 중 적어도 하나의 변위조절에 따라 가압 및 이동될 수 있도록 구성된 리액션 디스크(reaction disc)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 리액션 디스크는 탄성 재질로 이루어지되,
    상기 리액션 디스크의 중심부는 상기 오퍼레이팅 로드가 가압하도록 배치되고, 상기 리액션 디스크의 외곽부는 상기 모터피스톤이 가압하도록 배치된 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 모터의 회전운동에 따른 회전토크(rotation torque)를 전달하는 기어부(gear unit); 및
    상기 기어부로부터 회전토크를 전달받고, 회전운동을 직선운동으로 변환하도록 구성된 스크류 샤프트(screw shaft)
    를 더 포함하고,
    상기 모터피스톤은 상기 기어부 및 상기 스크류 샤프트에 의해 직선운동하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치.
  9. 모터의 회전에 따라 모터피스톤이 직선운동하여 상기 모터피스톤의 변위가 조절됨으로써, 내부에 브레이크액을 수용하는 마스터 실린더를 가압할 수 있도록 구성된 전동부스터부 및 차량에 구비된 ESC 구동유닛이 전동식 부스터 제동 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 ESC 구동유닛이 상기 차량의 제동에 필요한 요구 제동압력을 계산하고, 상기 마스터 실린더의 압력을 측정하는 과정;
    상기 모터피스톤의 위치를 제어하는 전동부스터 제어부가 상기 ESC 구동유닛으로부터 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값을 수신하는 과정;
    상기 전동부스터 제어부가, 요구 제동압력에 대한 값을 상기 모터피스톤의 환산 변위로 환산하는 과정;
    상기 전동부스터 제어부가, 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값의 차이를 이용하여 상기 모터피스톤의 보상 변위를 계산하는 과정; 및
    상기 전동부스터 제어부가, 상기 환산 변위에 상기 보상 변위를 더한 변위만큼 상기 모터피스톤이 이동하여 상기 마스터 실린더를 가압하도록, 상기 모터의 회전을 제어하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치 제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전동부스터 제어부가 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값을 수신하는 과정은,
    상기 전동부스터 제어부가, 상기 차량의 주행모드에 따라 자동으로 요구 제동압력을 계산하고 상기 ESC 구동유닛에 포함된 제1 유압계산부로부터 요구 제동압력에 대한 값을 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치 제어방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전동부스터 제어부가 요구 제동압력 및 상기 마스터 실린더의 압력에 대한 값을 수신하는 과정은,
    상기 전동부스터 제어부가 브레이크 페달의 답입량에 따라 요구 제동압력을 계산하는 제2 유압계산부로부터 요구 제동압력에 대한 값을 수신하는 과정을 더 포함하되,
    상기 모터피스톤의 환산 변위로 환산하는 과정 및 상기 모터피스톤의 보상 변위를 계산하는 과정은,
    상기 제1 유압계산부가 계산한 요구 제동압력 및/또는 상기 제2 유압계산부가 계산한 요구 제동압력을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 부스터 제동 장치 제어방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 전동부스터 제어부가 상기 모터의 회전을 제어하는 과정 이후에,
    상기 ESC 구동유닛이, 상기 마스터 실린더가 가압됨으로써 생성된 제동압력을 상기 차량의 복수의 휠브레이크에 공급하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부스터 제동 장치 제어방법.
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