KR101272592B1 - 차량용 하이브리드 브레이크 - Google Patents

차량용 하이브리드 브레이크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정상시에는 전동 브레이크로 제동을 하고, 전동 브레이크 고장시에는 유압 브레이크를 이용하여 제동을 하여 법규에서 요구하는 제동성능을 만족시킬 수 있는 하이브리드 브레이크에 관한 것이다.
본 발명은 운전자의 페달 작동감으로 제동을 할 수 있는 유압 브레이크와 운전자의 제동 의지에 의한 액추에이터의 작동으로 제동을 할 수 있는 전동 브레이크를 조합한 새로운 형태의 복합 브레이크 시스템을 구현함으로써, 전동 브레이크 고장시 유압 브레이크의 유압으로 제동을 수행할 수 있으며, 이에 따라 법규에서 요구하는 최소한의 제동력으로 차량을 제동할 수 있는 등 신뢰성 및 안전성을 확보할 수 있는 차량용 하이브리드 브레이크를 제공한다.

Description

차량용 하이브리드 브레이크{Hybrid brake for vehicle}
본 발명은 차량용 하이브리드 브레이크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정상시에는 전동 브레이크로 제동을 하고, 전동 브레이크 고장시에는 유압 브레이크를 이용하여 제동을 하여 법규에서 요구하는 제동성능을 만족시킬 수 있는 하이브리드 브레이크에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 브레이크는 주행 중의 차량을 감속하거나 정지, 또는 정지 상태를 유지하기 위한 것이다.
보통 차량용 브레이크에는 드럼식 유압 브레이크와 디스크식 유압 브레이크 등이 있으며, 상기 드럼식 유압 브레이크는 브레이크 슈의 확장력을 이용하여 드럼을 마찰 제동시키는 방식으로 되어 있고, 상기 디스크식 유압 브레이크는 드럼 대신에 휠과 함께 회전하는 원판형의 디스크를 양쪽에서 패드로 강하게 압박하여 제동력을 얻는 방식으로 되어 있다.
그러나, 최근에는 드럼식 또는 디스크식 유압 브레이크의 단점을 개선하여, 또 보다 안전하고 향상된 제동력을 제공하는 전동 브레이크가 많이 적용되고 있는 추세이다.
상기 전동 브레이크(EMB, Electro Mechanical Brake)는 브레이크 바이 와이어(Brake-by-Wire) 시스템으로, 운전자의 입력과 제동장치 사이에 기계적 연결없이 전기적 신호와 동력으로 연결하여 구동하는 구조로 되어 있다.
이러한 전동 브레이크는 일반제동기능, ABS, VDC(vehicle dynamic control)기능은 물론, 향후 지능형 정속 주행장치 등에서 요구하는 자동 제동기능에 이르기까지 모든 지능형 제동역할을 가능하게 한다.
이와 같은 전동 브레이크는 운전자가 브레이크 페달을 조작하면, 브레이크 페달 스위치의 신호 및 브레이크 조작력 검출센서의 신호가 제어부로 입력되고, 제어부는 브레이크 페달의 조작 압력과 제동력 센서 및 차륜 속도 센서 등의 신호에 따라 적정 압력을 계산하여 구동부를 구동하는 한편, 상기 구동부의 동작으로 전륜과 후륜에 각각 구비된 디스크 브레이크 장치가 작동함으로써 적정한 제동력을 발휘하게 된다.
한편, 차량의 안전도 관련 기술은 많은 발전을 거듭하여 왔으며, 전자와 제어분야의 기술을 접목하여 능동형 안전시스템 개발이 활발히 진행되고 있다.
특히, 차량 사고 및 안전장치에서 브레이크 시스템이 차지하고 있는 비중은 크다고 할 수 있는데, 오늘날 제동기술은 제동시 뿐만 아니라 가속시 또는 일반 주행시에서도 차량의 자세제어를 위하여 이용되고 있다.
그러나, 브레이크 시스템의 경우, 차량 안전도에서 차지하는 비중이 크기 때문에 제동과 관련한 안전장치를 강화하는 측면에서의 요구가 점차 높아지고 있는 추세이다.
기존의 전동 브레이크의 경우, 유압 브레이크 대비 액추에이터의 작동응답이 빠르고, 각 차륜을 독립 제어하기 쉬운 이점이 있으나, 배터리 저전압, 모터 작동 불능, 통신 불능 등과 같이 전동 브레이크 시스템이 고장나는 경우에 운전자의 안전에 심각한 위험을 초래할 수 있으므로, 법규 제동성능을 만족할 수 있는 예비장치가 필요성이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 운전자의 페달 작동감으로 제동을 할 수 있는 유압 브레이크와 운전자의 제동 의지에 의한 액추에이터의 작동으로 제동을 할 수 있는 전동 브레이크를 조합한 새로운 형태의 복합 브레이크 시스템을 구현함으로써, 전동 브레이크 고장시 유압 브레이크의 유압으로 제동을 수행할 수 있으며, 이에 따라 법규에서 요구하는 최소한의 제동력으로 차량을 제동할 수 있는 등 신뢰성 및 안전성을 확보할 수 있는 차량용 하이브리드 브레이크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 차량의 하이브리드 브레이크는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 하이브리드 브레이크는 모터의 동력과 스크류 및 너트의 작동을 이용한 서브 실린더의 유압으로 차량을 제동하는 전동 브레이크와, 운전자의 제동 의지에 따라 작동하는 브레이크 페달 및 브레이크 페달의 밟는 힘에 따라 압력을 형성하는 동시에 상기 전동 브레이크의 서브 실린더측과 유압라인으로 연결되는 마스터 실린더와 상기 유압라인상에 설치되어 선택적으로 ON/OFF 동작되면서 마스터 실린더와 서브 실린더 사이에 작용하는 유압을 단속하는 메인 솔레노이드 밸브로 구성되는 유압 브레이크를 포함하는 구조로 이루어진다.
따라서, 상기 하이브리드 브레이크는 전동 브레이크 고장시 마스터 실린더와 서브 실린더 사이에 상시 열림 상태로 있는 메인 솔레노이드 밸브를 작동하지 않아도 운전자의 브레이크 페달 밟는 힘에 따른 마스터 실린더의 유압으로 차량을 제동할 수 있는 특징이 있다.
그리고, 본 발명의 하이브리드 브레이크는 유압 브레이크(19)의 연계적으로 동작하는 수단으로 페달 시뮬레이터 및 서브 솔레노이드를 더 포함하는 특징이 있으며, 여기서 상기 페달 시뮬레이터는 마스터 실린더와 메인 솔레노이드 밸브 사이의 유압라인에서 분기되는 유압라인에 연결하는 형태로 구성하는 한편, 상기 서브 솔레노이드는 페달 시뮬레이터의 전단 유압라인상에 설치하여 선택적으로 ON/OFF 동작되면서 페달 시뮬레이터를 출입하는 유압을 단속하도록 하는 형태로 구성하여, 전동 브레이크 정상작동시 서브 솔레노이드 밸브의 ON 작동과 더불어 운전자의 브레이크 페달 밟는 힘에 따른 마스터 실린더의 유압을 페달 시뮬레이터로 흡수할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제공하는 차량용 하이브리드 브레이크는 다음과 같은 장점이 있다.
운전자의 페달 작동감으로 제동을 할 수 있는 유압 브레이크와 운전자의 제동 의지에 의한 액추에이터의 작동으로 제동을 할 수 있는 전동 브레이크를 병행하여 사용함으로써, 전동 브레이크 고장시 유압 브레이크의 유압으로 제동을 수행할 수 있는 등 전동 브레이크가 고장나는 경우에 법규 제동성능을 확보할 수 있으며, 따라서 차량의 제동과 관련한 신뢰성 및 안전성을 확보하여 운전자의 안전을 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 브레이크를 나타내는 개략적인 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 브레이크에서 정상적인 전동 브레이크의 제동 상태를 나타내는 개략적인 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 브레이크에서 정상적인 전동 브레이크의 해제 상태를 나타내는 개략적인 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 브레이크에서 전동 브레이크 고장시 유압 브레이크의 제동 상태를 나타내는 개략적인 단면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 브레이크를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 하이브리드 브레이크는 전동 브레이크의 고장시를 대비하여 전동 브레이크에 유압 브레이크와 페달 시뮬레이터를 조합하여 전체 시스템을 구축함으로써, 전동 브레이크 고장시 운전자의 브레이크 페달 입력에 의해 캘리퍼에 유압이 형성되어 제동이 이루어지도록 하는 시스템으로 구성된다.
이를 위하여, 운전자의 입력과 제동장치 사이에 기계적 연결없이 전기적인 신호와 동력으로 연결하여 구동하는 전동 브레이크(14)가 마련되며, 이때의 전동 브레이크(14)의 기본적인 구조나 작동방식은 통상적으로 차량에 장착되는 전동 브레이크 시스템과 동일한 것을 적용할 수 있게 된다.
예를 들면, 구동원으로서의 모터(10)와, 상기 모터(10)의 동력으로 동작하는 스크류(11) 및 너트(12)가 구비되고, 상기 너트(12)는 서브 실린더(13)의 내부에 설치되어 전후진 운동하면서 유압을 형성하는 피스톤 역할을 수행하게 된다.
여기서, 상기 모터(10)는 캘리퍼(26)의 몸체 일측에 지지되는 구조로 설치되고, 상기 스크류(11) 및 너트(12)는 캘리퍼(26)의 몸체 일측에 형성되어 있는 공간부(28)의 내부에 배치되는 구조로 설치되는 동시에 후술하는 감속기(25)도 캘리퍼(26)의 공간부(28) 내에 배치되는 구조로 설치된다.
그리고, 상기 서브 실린더(13)는 캘리퍼(26)의 몸체 내부에 형성되면서 휠 실린더(22)측과 연결되어 있으며, 이에 따라 서브 실린더(13)에 조성되는 유압이 휠 실린더(22)로 전해질 수 있게 된다.
그리고, 상기 모터(10)와 스크류(11) 및 너트(12) 사이에는 모터(10)의 회전력을 감속 전달하는 역할의 감속기(25)가 설치된다.
따라서, 상기 전동 브레이크(14)는 모터(10)의 작동→감속기(25)의 감속→스크류(11)의 회전→너트(12)의 전진→서브 실린더(13)내의 유압 형성→휠 실린더(22)의 유압 형성→피스톤(27)의 작동→패드(24)의 압착→디스크(23)의 고정으로 이어지는 제동경로를 가질 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 전동 브레이크의 고장에 대비하여 운전자의 페달 작동감으로 제동을 할 수 있는 유압 브레이크(19)를 제공한다.
상기 유압 브레이크(19)는 기본적으로 운전자의 제동 의지에 따라, 즉 운전자가 밟음에 따라 작동하는 브레이크 페달(15)와, 상기 브레이크 페달(15)의 밟는 힘에 따라 압력을 형성하는 마스터 실린더(17)를 포함한다.
그리고, 상기 마스터 실린더(17)는 전동 브레이크(13)의 서브 실린더(13)측과 유압라인(16a)으로 연결되어 경우에 따라 마스터 실린더(17)측 유압이 서브 실린더(13) 내에 작용할 수 있게 되고, 이때의 유압라인(16a)에는 선택적으로 ON/OFF 동작되면서 유압라인(16a)상에 작용하는 유압, 즉 마스터 실린더(17)와 서브 실린더(13) 사이에 작용하는 유압을 단속하는 메인 솔레노이드 밸브(18)가 설치된다.
예를 들면, 상기 메인 솔레노이드 밸브(18)를 통해 마스터 실린더(17)측 유압이 메인 솔레노이드 밸브(18)을 거쳐 서브 실린더(13) 내에 작용하게 되고, 작동시에는 마스터 실린더(17)로부터 서브 실린더(13)로 보내지는 유압이 차단될 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 전동 브레이크의 정상 작동시 운전자의 브레이크 페달 조작에 따른 유압을 흡수할 수 있는 수단으로 유압 브레이크(19)측과 연계적으로 동작하는 페달 시뮬레이터(20)와 이때의 페달 시뮬레이터(20)에 출입하는 유압을 단속하는 서브 솔레노이드 밸브(21)를 제공한다.
상기 페달 시뮬레이터(20)는 유압에 따라 전후 동작하는 피스톤(20b) 및 유압에 대한 반력을 제공하는 스프링(20c)을 수용하는 하우징(20a)으로 구성되며, 마스터 실린더(17)와 메인 솔레노이드 밸브(18) 사이의 유압라인(16a)에서 분기되는 유압라인(16b)에 연결된다.
그리고, 상기 서브 솔레노이드 밸브(21)는 페달 시뮬레이터(20)로 연결되는 유압라인(16b)상에 설치되어 선택적으로 ON/OFF 동작되는 것으로서, 페달 시뮬레이터(20)를 출입하는 유압을 단속하는 역할을 하게 된다.
즉, 상기 서브 솔레노이드 밸브(21)의 ON 작동시에는 마스터 실린더(17)에서 보내지는 유압이 유압라인(16a,16b)을 경유한 후, 서브 솔레노이드 밸브(21)를 거쳐서 페달 시뮬레이터(20)로 유입될 수 있고, 또 서브 솔레노이드 밸브(21)의 OFF 작동시에는 서브 솔레노이드 밸브(21)의 차단과 함께 페달 시뮬레이터(20)측으로의 오일 흐름이 없게 된다.
이때, 상기 페달 시뮬레이터(20)의 경우 기존 차량과 유사한 페달감이 되도록 설계하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 전동 브레이크(14)가 정상적으로 작동되고 있는 상황에서는 서브 솔레노이드 밸브(21)의 ON 작동에 의해 마스터 실린더(17)의 유압이 페달 시뮬레이터(20)로 흡수할 수 있게 된다.
여기서, 상기 메인 솔레노이드 밸브(18), 서브 솔레노이드 밸브(21), 페달 시뮬레이터(20) 등은 캘리퍼(26)의 주변에 브라켓류에 의해 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이러한 상기 메인 솔레노이드 밸브(18)와 서브 솔레노이드 밸브(21)의 경우, 차량에 탑재되어 있는 전동브레이크 및 솔레노이드 밸브 작동용 ECU로부터 제어신호를 받아 작동될 수 있게 된다.
그리고, 운전자가 브레이크 페달을 작동하면 브레이크 페달의 스트로크 센서, 페달이 작동하는 힘, 유압라인에 형성되는 유압을 측정하여 운전자의 의지에 따라 서브 실린더에 유입이 형성되도록 모터 및 솔레노이드 밸브가 작동하게 된다.
따라서, 이와 같이 구성되는 하이브리드 브레이크의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.
운전자가 브레이크 페달(15)을 밟지 않은 상태에서는 도 1에 도시한 바와 같이 메인 솔레노이드 밸브(18)는 상시 열림(작동 안함) 상태로 마스터 실린더(17)와 서브 실린더(13) 사이에 위치하여, 평상시에는 관로가 열려있고, 메인 솔레노이드 밸브(18)의 작동시 마스터 실린더(17)에서 서브 실린더(13)로 오일이 흐르지 못하도록 막아주게 된다.
그리고, 서브 솔레노이드 밸브(21)는 상시 닫힘 상태로 마스터 실린더(17)와 페달 시뮬레이터(20) 사이에 위치하여 평상시에는 관로가 막혀있고, 서브 솔레노이드 밸브(21)의 ON 작동시 마스터 실린더(17)와 페달 시뮬레이터(20)가 연결된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 브레이크에서 정상적인 전동 브레이크의 제동 상태를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 여기서는 전동 브레이크(14)의 정상적인 작동시의 제동 상태를 보여준다.
운전자가 브레이크 페달(15)을 밟으면, 페달 스트로크 센서(미도시)나 유압 센서(미도시)의 신호를 입력받는 제어부(미도시)의 출력 제어에 의해 솔레노이드 밸브(미도시)와 모터(10)가 작동되면서 서브 실린더(13)에 압력이 형성되고, 계속해서 이때의 압력은 휠 실린더(22)에 전해져 제동이 이루어지게 된다.
즉 운전자의 요구 제동 의지에 따라 너트(12)가 전진하여 서브 실린더(13)에 압력이 조성되고, 이때의 압력이 휠 실린더(22)를 디스크(23)의 수직 방향으로 밀어 제동이 이루어지게 된다.
이때, 제동 중에는 메인 솔레노이드 밸브(18)를 닫힘으로 작동하여 마스터 실린더(17)에서 서브 실린더(13)로 유입되는 유량을 차단하고, 서브 솔레노이드 밸브(21)를 작동하여 마스터 실린더(17)에서 페달 시뮬레이터(20)로 유량이 유입되도록 한다.
그래서, 운전자가 밟는 힘에 의한 유압은 휠 실린더(22)에 전달되지 않고, 페달 시뮬레이터(20)로 유입되도록 함으로써, 기존 차량과 유사한 페달감을 가질 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 브레이크에서 정상적인 전동 브레이크의 해제 상태를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 여기서는 전동 브레이크(14)의 정상적인 작동시의 해제 상태를 보여준다.
제동 해제시에는 모터(10)의 역방향 회전에 의해 너트(12)가 후진하여 서브 실린더(13)의 압력을 줄임으로써, 제동력을 감소시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 도 2와 도 3에서 볼 수 있듯이 운전자가 제동을 하면 메인 솔레노이드 밸브(18)와 서브 솔레노이드 밸브(21)가 작동되고, 제동의지에 따라 모터(10)가 정/역방향으로 구동되며, 서브 실린더(13)의 압력이 조절되면서 운전자는 원하는 제동력을 출력할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 브레이크에서 전동 브레이크 고장시 유압 브레이크의 제동 상태를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 전동 브레이크(14)의 고장시 제동 상태를 보여준다.
보통 전동 브레이크(14)의 고장을 감지하는 방법은 ECU에서 배터리와 모터 등 전압을 측정하고, 모터 구동시 실린더에 형성되는 유압 또는 회전각 센서를 측정하여 고장을 감지하는 방법 등을 적용할 수 있다.
CAN 통신 불능, 배터리 저전압, 모터 작동 불능 등 여러 요인에 의해 전동 브레이크(14)의 고장이 발생하는 경우, 이때에는 운전자가 브레이크 페달(15)을 밟는 힘에 비례한 유압이 휠 실린더(22)에 전달되어 제동이 이루어지게 된다.
또, 모터(10)와 솔레노이드 밸브(미도시) 같은 액추에이터에 고장이 발생하여도 운전자가 브레이크 페달(15)을 밟는 힘에 비례하여 마스터 실린더(17)에 형성된 유압이 메인 솔레노이드 밸브(18)를 지나 서브 실린더(13)에 전달되면서 제동이 이루어지게 된다.
이때, 상기 메인 솔레노이드 밸브(18)는 열림 상태이고, 서브 솔레노이드 밸브(21)는 닫힘 상태이다.
따라서, 전동 브레이크 고장이 발생하여도 법규에서 요구하는 최소 제동력을 발생시킬 수 있게 된다.
10 : 모터 11 : 스크류
12 : 너트 13 : 서브 실린더
14 : 전동 브레이크 15 : 브레이크 페달
16a,16b : 유압라인 17 : 마스터 실린더
18 : 메인 솔레노이드 밸브 19 : 유압 브레이크
20 : 페달 시뮬레이터 20a : 하우징
20b : 피스톤 20c : 스프링
21 : 서브 솔레노이드 밸브 22 : 휠 실린더
23 : 디스크 24 : 패드
25 : 감속기

Claims (2)

  1. 모터(10)의 동력과 스크류(11) 및 너트(12)의 작동을 이용한 서브 실린더(13)의 유압으로 차량을 제동하는 전동 브레이크(14);
    운전자의 제동 의지에 따라 작동하는 브레이크 페달(15) 및 브레이크 페달(15)의 밟는 힘에 따라 압력을 형성하는 동시에 상기 전동 브레이크(13)의 서브 실린더(13)측과 유압라인(16a)으로 연결되는 마스터 실린더(17)와, 상기 유압라인(16a)상에 설치되어 선택적으로 ON/OFF 동작되면서 마스터 실린더(17)와 서브 실린더(13) 사이에 작용하는 유압을 단속하는 메인 솔레노이드 밸브(18)로 구성되는 유압 브레이크(19);
    를 포함하며, 상기 전동 브레이크 고장시 메인 솔레노이드 밸브의 ON 작동과 더불어 운전자의 브레이크 페달 밟는 힘에 따른 마스터 실린더의 유압으로 차량을 제동할 수 있도록 되어 있으며,
    상기 모터(10)는 캘리퍼(26)의 몸체 일측에 지지되는 구조로 설치되고, 상기 스크류(11) 및 너트(12)는 캘리퍼(26)의 몸체 일측에 형성되어 있는 공간부(28)의 내부에 배치되는 구조로 설치되는 동시에 모터 회전력을 감속하는 역할의 감속기(25)도 캘리퍼(26)의 공간부(28) 내에 배치되는 구조로 설치되며, 상기 서브 실린더(13)는 캘리퍼(26)의 몸체 내부에 형성되면서 휠 실린더(22)측과 연결되어, 서브 실린더(13)에 조성되는 유압이 휠 실린더(22)로 전해질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 브레이크.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유압 브레이크(19)의 연계적으로 동작하는 수단으로서, 마스터 실린더(17)와 메인 솔레노이드 밸브(18) 사이의 유압라인(16a)에서 분기되는 유압라인(16b)에 연결되는 페달 시뮬레이터(20)와, 상기 페달 시뮬레이터(20)의 전단 유압라인(16b)상에 설치되어 선택적으로 ON/OFF 동작되면서 페달 시뮬레이터(20)를 출입하는 유압을 단속하는 서브 솔레노이드 밸브(21)를 더 포함하며, 전동 브레이크 정상작동시 서브 솔레노이드 밸브의 ON 작동과 더불어 운전자의 브레이크 페달 밟는 힘에 따른 마스터 실린더의 유압을 페달 시뮬레이터로 흡수할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 브레이크.
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