KR101294126B1 - Regenerative braking system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회생 제동 시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 전륜 제동에는 유압 브레이크 시스템을 이용하고 후륜 제동에는 전자 기계식 브레이크 시스템을 이용함으로써 가변적인 마찰 제동량의 구현이 가능하기 때문에 회생에너지의 회수를 극대화할 수 있고, 전기 모터방식에 의한 제동으로 빠른 응답성과 제어 성능이 우수하여 제동 이질감을 최소할 수 있다.The present invention relates to a regenerative braking system, and in particular, the present invention maximizes the recovery of regenerative energy because a variable friction braking amount can be realized by using a hydraulic brake system for front wheel braking and an electromechanical brake system for rear wheel braking. It is possible to minimize braking heterogeneity due to excellent response and control performance by braking by electric motor method.

Description

회생 제동 시스템{REGENERATIVE BRAKING SYSTEM}Regenerative braking system {REGENERATIVE BRAKING SYSTEM}

본 발명은 회생 제동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 제동시 회생 제동에 의해 배터리를 충전시키는 회생 제동 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a regenerative braking system, and more particularly, to a regenerative braking system for charging a battery by regenerative braking during vehicle braking.

회생 제동(Regenerative braking) 시스템은 HEV(Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle) 등 전기에너지로 구동되는 전기 자동차의 핵실 기술 중 하나의 시스템이다.The regenerative braking system is one of the nuclear chamber technology of electric vehicles driven by electric energy, such as a hybrid electric vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), and a fuel cell electric vehicle (FCEV).

회생 제동 시스템은 HEV, EV, FCEV 의 주행 거리 및 효율 증대를 위해 일반 제동시 차량의 운동에너지가 마찰열 에너지로 방출되는 것과 달리 운동에너지로 모터를 구동시켜 발생하는 전기 에너지를 배터리로 회수하는 장치로서 연비 개선에 필수적인 기능을 한다.The regenerative braking system is a device that recovers the electric energy generated by driving the motor with kinetic energy as a battery, unlike the kinetic energy of the vehicle being released as frictional heat energy in order to increase the driving distance and efficiency of HEV, EV, and FCEV. It is essential for improving fuel economy.

이러한 회생 제동 시스템이 적용된 전기 자동차의 제동시에는 차량의 주행 상태 및 운전자의 제동의지에 따라 회생 제동을 우선할 것인지 일반 마찰제동을 우선할 것인지를 판단하여야 하며, 회생제동과 마찰제동을 동시에 수행할 경우, 각각의 크기를 얼마로 할 것인지를 제어할 수 있어야 한다. 회생제동의 비율이 높을수록 에너지 회수량은 높지만 배터리 충전상태, 모터 온도 등에 따라 회생 제동이 제 한되어야 할 필요가 있으며, 이 상황에서 회생제동력의 제어가 이루어지지 않는다면 모터나 배터리에 치명적인 손상을 입히게 된다. 한편, 회생제동력이 충분하지 않은 경우 일반 마찰제동력을 증가시켜 운전자의 감속 요구를 반드시 만족시켜 주어야 한다.When braking an electric vehicle to which the regenerative braking system is applied, it is necessary to determine whether to give priority to regenerative braking or general friction braking according to the driving condition of the vehicle and the driver's willingness to braking. In this case, it should be possible to control how much each size is made. The higher the rate of regenerative braking, the higher the energy recovery, but the regenerative braking needs to be limited according to the state of charge of the battery and the temperature of the motor.In this situation, if the regenerative braking power is not controlled, the motor or battery may be fatally damaged. do. On the other hand, if the regenerative braking force is not sufficient, the general friction braking force must be increased to satisfy the driver's deceleration demand.

따라서, 기존 유압 브레이크 시스템을 사용하는 회생 제동 시스템은 모터용량이 작은 소프트타입 전기 자동차에 적용이 되었으며 차속에 따라 회생제동과 마찰제동의 분배비율이 고정되어 있어 배터리에 회수할 수 있는 회생에너지의 양이 제한되어 있다.Therefore, the regenerative braking system using the conventional hydraulic brake system has been applied to soft type electric vehicles with small motor capacity, and the distribution ratio of regenerative braking and friction braking is fixed according to the vehicle speed. This is limited.

또한, 기존 유압 브레이크 시스템을 사용하는 회생 제동 시스템은 유압식 브레이크의 유압 제동력과 차량 구동 모터의 회생 제동력의 응답성 차이로 회생 제동 천이 구간 발생시 제동의 이질감이 발생한다.In addition, the regenerative braking system using the conventional hydraulic brake system generates a heterogeneity of braking when the regenerative braking transition section is generated due to a difference in the responsiveness between the hydraulic braking force of the hydraulic brake and the regenerative braking force of the vehicle driving motor.

본 발명의 목적은 전륜의 제동에는 유압 브레이크 시스템을 이용하고 후륜의 제동에는 전자 기계식 브레이크 시스템(EMB 시스템)을 이용하여 회생에너지의 회수를 극대화할 수 있고 제동 이질감을 최소화할 수 있는 회생 제동 시스템을 제공한다.An object of the present invention is to use a hydraulic brake system for braking the front wheel and an electromechanical brake system (EMB system) for braking the rear wheel to maximize the recovery of regenerative energy and to minimize the regenerative sense of braking. to provide.

본 발명의 일측면에 따르면, 전기 자동차에 장착된 회동 제동 시스템에 있어서, 주동력원으로 사용되는 연료전지; 보조동력원으로 사용되는 배터리; 상기 연료전지로부터 전원을 제공받아 전륜과 후륜 중 적어도 하나를 구동하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나에 제공하는 감속기; 상기 연료전지로부터 제공된 직류 전압을 3상 전압으로 변환하여 상기 구동모터를 구동시키고, 상기 전기 자동차의 제동시 상기 구동모터로부터 회수되는 회생에너지를 상기 배터리에 충전시키는 인버터; 전륜에 장착된 유압식 디스크 브레이크; 상기 유압식 디스크 브레이크에 제동압력을 제공하는 유압모듈; 후륜에 장착되어 모터에 의해 캘리퍼를 작동시켜 제동력을 발생시키는 EMB 액츄에이터; 상기 EMB 액츄에이터의 작동을 제어하는 EMB ECU; 및 상기 전기 자동차의 제동시 상기 유압모듈을 통해 상기 유압식 디스크 브레이크를 작동시켜 상기 전륜을 유압 제동시킴과 상기 구동모터에 의한 회생 제동을 수행하고, 상기 EMB ECU와 통신하여 EMB 액츄에이터를 작동시켜 상기 후륜을 EMB 제동시키는 중앙 ECU;를 포함하고, 상기 중앙 ECU가 차량의 상태에 따라 회생 제동력과 EMB 제동력을 결정하고, 상기 회생제동력에 따라 상기 EMB 제동력을 제어하고, 상기 EMB ECU는 상기 중앙 ECU와의 회생 제동 협조 제어에 의해 운전자가 요구한 제동력 중 상기 구동모터의 회생 제동으로 인한 회생 제동력과 상기 유압 제동으로 인한 유압 제동력을 뺀 제동력을 발생시키는 것을 포함하는 회생 제동 시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a rotary braking system mounted on an electric vehicle, comprising: a fuel cell used as a main power source; A battery used as an auxiliary power source; A driving motor which receives power from the fuel cell and drives at least one of a front wheel and a rear wheel; A reduction gear configured to receive a rotational force of the driving motor and provide the at least one of the front wheel and the rear wheel; An inverter configured to convert the DC voltage provided from the fuel cell into a three-phase voltage to drive the driving motor, and to charge the battery with regenerative energy recovered from the driving motor when braking the electric vehicle; Hydraulic disc brakes mounted on the front wheels; A hydraulic module for providing a braking pressure to the hydraulic disc brake; An EMB actuator mounted on the rear wheel to generate a braking force by operating a caliper by a motor; An EMB ECU for controlling the operation of the EMB actuator; And operating the hydraulic disc brake through the hydraulic module to brake the front wheel and regenerative braking by the driving motor when braking the electric vehicle, and communicating with the EMB ECU to operate an EMB actuator to operate the rear wheel. A central ECU configured to brake the EMB; wherein the central ECU determines the regenerative braking force and the EMB braking force according to the state of the vehicle, controls the EMB braking force according to the regenerative braking force, and the EMB ECU regenerates with the central ECU. The regenerative braking system may include providing a braking force obtained by subtracting the regenerative braking force due to the regenerative braking of the driving motor and the hydraulic braking force due to the hydraulic braking.

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본 발명의 다른 측면에 따르면, 전기 자동차에 장착된 회동 제동 시스템에 있어서, 주동력원으로 사용되는 연료전지; 보조동력원으로 사용되는 배터리; 상기 연료전지로부터 전원을 제공받아 전륜과 후륜 중 적어도 하나를 구동하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나에 제공하는 감속기; 상기 연료전지로부터 제공된 직류 전압을 3상 전압으로 변환하여 상기 구동모터를 구동시키고, 상기 전기 자동차의 제동시 상기 구동모터로부터 회수되는 회생에너지를 상기 배터리에 충전시키는 인버터; 전륜에 장착된 유압식 디스크 브레이크; 상기 유압식 디스크 브레이크에 제동압력을 제공하는 유압모듈; 후륜에 장착되어 모터에 의해 캘리퍼를 작동시켜 제동력을 발생시키는 EMB 액츄에이터; 상기 EMB 액츄에이터의 작동을 제어하는 EMB ECU; 및 상기 전기 자동차의 제동시 상기 유압모듈을 통해 상기 유압식 디스크 브레이크를 작동시켜 상기 전륜을 유압 제동시킴과 상기 구동모터에 의한 회생 제동을 수행하고, 상기 EMB ECU와 통신하여 EMB 액츄에이터를 작동시켜 상기 후륜을 EMB 제동시키는 중앙 ECU;를 포함하고, 상기 중앙 ECU가 차량의 상태에 따라 회생 제동력과 EMB 제동력을 결정하고, 상기 회생제동력에 따라 상기 EMB 제동력을 제어하고, 상기 EMB 액츄에이터는 상기 후륜에 결합되어 디스크의 일측에 이격되게 배치된 패드를 이동시키는 모터와, 상기 모터와 패드사이에 마련되어 상기 모터의 회전속도를 감속시키며 제동력을 증배시키는 감속기와, 상기 감속기와 상기 패드사이에 마련되어 상기 감속기의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 제동토크를 제동력으로 상기 패드에 전달하는 기어를 포함하는 회생 제동 시스템이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a rotary braking system mounted on an electric vehicle, comprising: a fuel cell used as a main power source; A battery used as an auxiliary power source; A driving motor which receives power from the fuel cell and drives at least one of a front wheel and a rear wheel; A reduction gear configured to receive a rotational force of the driving motor and provide the at least one of the front wheel and the rear wheel; An inverter configured to convert the DC voltage provided from the fuel cell into a three-phase voltage to drive the driving motor, and to charge the battery with regenerative energy recovered from the driving motor when braking the electric vehicle; Hydraulic disc brakes mounted on the front wheels; A hydraulic module for providing a braking pressure to the hydraulic disc brake; An EMB actuator mounted on the rear wheel to generate a braking force by operating a caliper by a motor; An EMB ECU for controlling the operation of the EMB actuator; And operating the hydraulic disc brake through the hydraulic module to brake the front wheel and regenerative braking by the driving motor when braking the electric vehicle, and communicating with the EMB ECU to operate an EMB actuator to operate the rear wheel. And a central ECU configured to brake the EMB, wherein the central ECU determines the regenerative braking force and the EMB braking force according to the state of the vehicle, controls the EMB braking force according to the regenerative braking force, and the EMB actuator is coupled to the rear wheel. A motor for moving the pads spaced apart from one side of the disk, a speed reducer provided between the motor and the pad to reduce the rotational speed of the motor and to increase the braking force, and a rotational motion of the speed reducer provided between the speed reducer and the pad. To transfer the braking torque to the pad by braking force There is a regenerative braking system including a can be provided.

기존의 회생 제동 시스템은 모터용량이 작은 소프트타입 HEV에 적용이 되었으며 차속에 따라 회생제동과 마찰제동의 분배비율이 고정되어 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 EMB 타입의 회생 제동 시스템은 하드 타입 전기 자동차에 적용할 수 있으며 가변적인 마찰 제동량의 구현이 가능하기 때문에 회생에너지의 회수를 극대화할 수 있다.Existing regenerative braking system has been applied to soft type HEV with small motor capacity, and the distribution ratio of regenerative braking and friction braking is fixed according to vehicle speed, but EMB type regenerative braking system according to the embodiment of the present invention is hard type electric. It can be applied to automobiles and the variable friction braking amount can be implemented to maximize the recovery of regenerative energy.

또한, 기존의 회생 제동 시스템은 유압식 브레이크의 유압 제동력과 차량 구동 모터의 회생 제동력의 응답성 차이로 회생 제동 천이 구간 발생시 제동의 이질감이 발생할 수 있으나 본 발명의 실시예에 따른 EMB 타입의 회생 제동 시스템은 후륜을 EMB 제동하기 때문에 빠른 응답성과 제어 성능이 우수하여 이러한 문제점을 최소화할 수 있다.In addition, in the conventional regenerative braking system, a heterogeneity of braking may occur when a regenerative braking transition section occurs due to a difference in responsiveness between the hydraulic braking force of the hydraulic brake and the regenerative braking force of the vehicle driving motor, but the regenerative braking system of the EMB type according to the embodiment of the present invention. Because of the EMB braking of the rear wheels, this problem can be minimized by excellent response and control performance.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 EMB 타입의 회생 제동 시스템은 차량 안전성을 확보할 수 있고 제동 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the regenerative braking system of the EMB type according to the embodiment of the present invention can ensure vehicle safety and improve braking performance.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템은 제동시 보조 전원의 충전을 통한 연비 향상이 주목적인 제동 장치 전체를 의미하며, 친환경 및 연비 극대화를 위해 회생 제동이 가능한 제동 장치 및 회생 제동 전자 기계식 제동 장치 기술을 전기 자동차에 접목한 융합 기술이다.The regenerative braking system according to an embodiment of the present invention refers to a whole braking device whose primary purpose is to improve fuel efficiency through charging of an auxiliary power source during braking. It is a fusion technology that combines technology with electric vehicles.

본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템은 구동 모터의 회생 제동력과 브레이크 제동력의 최적화된 협조제어를 통해 연비 개선의 극대화 및 차량의 안정성을 확보할 수 있다.The regenerative braking system according to an embodiment of the present invention can maximize fuel efficiency and secure vehicle stability through optimized cooperative control of regenerative braking force and brake braking force of a drive motor.

기존 차량과 연료전지 자동차의 연료 사용량 비교시 회생 제동에 의해 연비의 개선효과를 확인할 수 있으며, 이는 회생 제동 에너지를 얼마나 회수하는냐에 달려 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 시스템 상황(보조전원 충전량, 차속 등)을 고려하여 회생 제동과 제동 비율을 제어하는 회생 제동 협조제어 시스템은 연료전지 자동차뿐만 아니라 친환경 자동차 등에 반드시 요구되는 필수적인 핵심기술이다.When comparing the fuel consumption between the existing vehicle and the fuel cell vehicle, it is possible to confirm the improvement of fuel economy by regenerative braking, which depends on how much the regenerative braking energy is recovered. Therefore, the regenerative braking cooperative control system that controls the regenerative braking and braking ratio in consideration of the system situation (secondary power charging amount, vehicle speed, etc.) is an essential core technology required for not only fuel cell vehicles but also eco-friendly vehicles.

회생 제동 이외에 차량 안정성과 조향성에서 보다 향상된 기술을 접목하기 위해서 기존의 유압 제동 시스템으로는 한계가 존재하며 전자 기계식 시스템의 적용이 필수적으로 요구된다. 이는 제동시 모터의 회생 제동에 의해 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장하는 것을 극대화하기 위해서는 회생 제동 토크에 해당하는 만큼 제동력을 줄이는 능동적인 제어가 가능한 제동 장치가 필요하다.In addition to regenerative braking, there are limitations to existing hydraulic braking systems in order to incorporate advanced technologies in vehicle stability and steering, and application of electromechanical systems is essential. This requires a braking device capable of active control to reduce the braking force as much as the regenerative braking torque in order to maximize the storage of the kinetic energy into electrical energy by the regenerative braking of the motor during the braking to store in the battery.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 EMB 시스템이 통합된 회생 제동 시스템을 제안한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 EMB 작동을 회생 제동 작동과 연계시켜 회생 제동 협조 체계를 구성함으로써 배터리에 회수되는 회생에너지를 극대화할 수 있고, 운전자의 안전성을 확보할 수 있다.Accordingly, an embodiment of the present invention proposes a regenerative braking system incorporating an EMB system. Accordingly, in the embodiment of the present invention, by regulating the regenerative braking cooperation system by linking the EMB operation with the regenerative braking operation, the regenerative energy recovered in the battery can be maximized and the driver's safety can be secured.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차에 적용된 회생 제동 시스템의 구성을 나타내고 있다.1 shows a configuration of a regenerative braking system applied to an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 전기 자동차의 후륜(RR,RL)에는 모터를 장착한 캘리퍼를 작동시켜 제동력을 발생시키는 EMB 액츄에이터(10)가 장착되고, 전륜에는 유압모듈에 의해 제공된 브레이크액에 의해 유압 제동력을 발생시키는 유압식의 디스크 브레이크(20)가 장착되어 있다.As shown in FIG. 1, the rear wheels RR and RL of the electric vehicle are equipped with an EMB actuator 10 that generates a braking force by operating a caliper equipped with a motor, and the front wheels are provided with brake fluid provided by a hydraulic module. A hydraulic disc brake 20 for generating hydraulic braking force is mounted.

EMB 액츄에이터(10)는 유압식의 디스크 브레이크(20)에 비해 차량의 동적 거동, 제동 성능 및 응답성의 향상을 이룰 수 있고, 후술하는 EMB ECU에서 직접 신호를 보내 모터를 구동시키므로 유압식의 디스크 브레이크(20)보다 정확하게 차량의 속도 제어가 가능하다.The EMB actuator 10 can improve the dynamic behavior, braking performance, and responsiveness of the vehicle compared to the hydraulic disc brake 20. Since the EMB actuator sends a signal directly from the EMB ECU, which will be described later, the hydraulic disc brake 20 It is possible to control the speed of the vehicle more accurately.

전기 자동차에는 연료 전지(30)에 의해 전원을 공급받아 전기 자동차의 구동력을 발생시키는 전동기인 구동모터(40)와, 이 구동모터(40)에 인가되는 직류 전압을 스위칭하여 3상 전압으로 변환하여 구동모터(40)를 구동시키고, 구동모터(40)로부터 회수되는 회생 에너지를 배터리(60)에 충전 전압으로 공급하는 인버터(50)와, 구동모터(40)의 회전력을 설정비 감속비로 감속시켜 구동륜인 전륜에 제공하는 감속기(70)가 마련된다.The electric vehicle is supplied with power by the fuel cell 30 to drive the motor 40, which is an electric motor that generates the driving force of the electric vehicle, and the DC voltage applied to the drive motor 40 by switching to convert to a three-phase voltage Drives the drive motor 40 and reduces the rotational force of the inverter 50 for supplying the regenerative energy recovered from the drive motor 40 to the battery 60 at a charging voltage and the drive motor 40 at a set ratio reduction ratio. A reducer 70 is provided for the front wheel.

전기 자동차의 가속시에는 화살표 방향과 같이 연료 전지의 직류 전압이 인버터에 공급되어 3상 전압으로 변환된 다음 구동모터(40)에 공급되어 구동모터(40)가 구동되며, 감속기(70)에 의해 소정의 비로 감속되어 구동 바퀴인 전륜에 전달됨으로써 전기 자동차가 주행된다.When the electric vehicle is accelerated, the DC voltage of the fuel cell is supplied to the inverter and converted into a three-phase voltage as in the direction of the arrow, and then supplied to the driving motor 40 to drive the driving motor 40, by the reducer 70. The electric vehicle runs by being decelerated at a predetermined ratio and transmitted to the front wheel which is the driving wheel.

전기 자동차의 감속 혹은 제동시에는 화살표 방향과 같이 구동모터(40)의 회생 제동 동작에 의해 구동모터(40)에 의해 발생된 전원이 인버터(50)를 경유해서 배터리(60)에 충전된다.At the time of deceleration or braking of the electric vehicle, power generated by the drive motor 40 by the regenerative braking operation of the drive motor 40 is charged in the battery 60 via the inverter 50 as shown in the arrow direction.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템의 EMB 액츄에이터를 나타내고 있다.2 shows an EMB actuator of a regenerative braking system according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, EMB 액츄에이터(10)는 모터(11), 감속기(12), 스크류 나사 기어(13,14)를 구비한다. 모터(11)는 DC 모터로서 제동력을 공급하고 감속기(12)는 유성기어를 이용하여 모터(11)의 회전속도를 감소시키며 제동력을 증배시켜준다. 스크류 나사 기어(13,14)는 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 제동토크를 제동력으로 변환하는 역할을 한다.As shown in FIG. 2, the EMB actuator 10 includes a motor 11, a reducer 12, and screw screw gears 13, 14. The motor 11 supplies a braking force as a DC motor, and the reducer 12 reduces the rotational speed of the motor 11 by using planetary gears and increases the braking force. The screw screw gears 13 and 14 convert the braking torque into the braking force by converting the rotational movement into a linear movement.

이 EMB 액츄에이터(10)는 디스크 브레이크 모듈(200)에 결합된다.This EMB actuator 10 is coupled to the disc brake module 200.

디스크 브레이크 모듈(200)은 패드(201), 디스크(202), 토크멤버(203)(Torque member), 캘리퍼 하우징(204)으로 이루어진다. 패드(201)는 디스크(202) 양쪽에 위치하며 EMB 액츄에이터(10)의 헤드(14)에서 전달되어온 힘을 캘리퍼를 이용하여 바퀴에 연결되어 있는 디스크(202)를 압축하여 마찰력을 발생시킨다. 디스크(202)는 바퀴의 허브 또는 구동축에 고정된 상태에서 회전하여 제동시 패드(201)와의 마찰에 의해 제동력을 발생시킨다. 토크 멤버(203)는 패드(201)(내측패드)가 디스크(202) 측으로 가압될 때 그 반대쪽으로 위치된 패드(201)(외측패드)도 디스크(202) 측으로 이동되도록 연동 작용을 구현한다. 캘리퍼 하우징(204)은 각 바퀴의 디스크(202)를 감싸면서 스크류 나사 기어(13,14)에 의해 이동된 패드(201)가 디스크(202)에 가압되도록 하는 공간을 형성한다.The disc brake module 200 includes a pad 201, a disc 202, a torque member 203 (Torque member), and a caliper housing 204. The pad 201 is located on both sides of the disk 202 and generates a frictional force by compressing the disk 202 connected to the wheel by using a caliper the force transmitted from the head 14 of the EMB actuator 10. The disk 202 is rotated in a state fixed to the hub or drive shaft of the wheel to generate a braking force by friction with the pad 201 during braking. The torque member 203 implements an interlocking action such that when the pad 201 (inner pad) is pressed to the disk 202 side, the pad 201 (outer pad) located on the opposite side thereof is also moved to the disk 202 side. The caliper housing 204 surrounds the disk 202 of each wheel and forms a space for the pad 201 moved by the screw screw gears 13 and 14 to be pressed against the disk 202.

EMB 액츄에이터(10)의 모터(11)는 전기에너지를 기계 회전에너지로 변환하여 토크를 발생시킨다. 모터(11)에는 교류전류를 사용하는 AC 모터와 직류전류를 이용하는 DC 모터가 있다. 그 중 DC 모터는 광범위하고 높은 정밀도가 요구되는 속도제어가 가능하고 시동토크와 가속토크를 임의로 선택할 수 있는 토크제어시 효율이 좋다는 장점이 있다. 이런 DC 모터의 특성은 제동시 목표 제동력을 정확히 추종하고 제동력 조절도 쉬워야 하는 EMB 용으로서 적합하다.The motor 11 of the EMB actuator 10 generates torque by converting electrical energy into mechanical rotational energy. The motor 11 includes an AC motor using an alternating current and a DC motor using a direct current. Among them, the DC motor has the advantage of being capable of speed control that requires a wide range and high precision, and good efficiency in torque control that can arbitrarily select starting torque and acceleration torque. The characteristics of this DC motor are suitable for EMB, which must accurately follow the target braking force during braking and easily adjust the braking force.

감속기(12)는 모터(11)의 전달토크를 증배시키고 속도를 감소시키는 역할을 한다. 감속기(12)는 일예로, 유성감속기(12)(Panetary gear heads)로서 유성기어를 이용하여 모터(11)의 회전축과 동심선상에 배치된다. 유성감속기(12)는 다른 기어열에 비해 크기가 작고 입출력이 같은 축 상에 있으며 효율이 높기 때문에 많이 사용되고 있다.The reducer 12 increases the transmission torque of the motor 11 and serves to reduce the speed. The speed reducer 12 is disposed, for example, on the concentric line with the rotation shaft of the motor 11 using planetary gears as planetary gear heads 12. The planetary reducer 12 is much used because of its smaller size, input / output on the same axis, and higher efficiency than other gear trains.

스크류 나사 기어(13,14)는 수나사와 암나사로 구성되어 있다. 스큐류 나사 기어는 속기에서 수나사로 전해온 회전운동을 암나사의 직선운동으로 바꾸어 패드(51)를 디스크(52)로 밀어주어 제동력을 얻는데 사용한다. 본 발명의 실시예에서는 감속기(12)의 캐리어와 연결된 수나사를 스크류(13), 패드(51)를 밀어주는 암나사를 헤드(14)(14)로 구분한다.The screw screw gears 13 and 14 consist of a male screw and a female screw. Skew screw gear is used to obtain the braking force by pushing the pad 51 to the disk 52 by converting the rotational movement transmitted from the shorthand to the external thread to the linear motion of the female thread. In the embodiment of the present invention, the male screw connected to the carrier of the reducer 12 is divided into a screw 13 and a female screw pushing the pad 51 into the heads 14 and 14.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템에서 EMB 작동을 살펴보면, EMB 제동 작동시 모터(11) 회전에 의한 힘은 헤드(14)를 통해 안쪽 패드(201)를 화살표방향으로 디스크(202)에 밀착시킨다. 패드(201)가 디스크(202)에 밀착되면, 헤드(14)는 더 이상 전진할 수 없다. 반 작동에 의해 모터(11) 본체와 연결된 캘리퍼 하우징(204)이 뒤로 밀리면 바깥쪽 패드(201)가 당겨져 디스 크(202)에 패드(201)를 압착시킨다. 이 작용으로 바깥쪽 패드(201)와 안쪽 패드(201)가 동시에 디스크(202)에 압착되어 디스크(202)가 마찰에 의해 제동된다.Looking at the EMB operation in the regenerative braking system according to the embodiment of the present invention having the above configuration, the force due to the rotation of the motor 11 during the EMB braking operation to the inner pad 201 through the head 14 in the direction of the arrow disc Close to 202. Once the pad 201 is in close contact with the disk 202, the head 14 can no longer advance. When the caliper housing 204 connected to the main body of the motor 11 is pushed backward by the half operation, the outer pad 201 is pulled to squeeze the pad 201 to the disk 202. By this action, the outer pad 201 and the inner pad 201 are simultaneously pressed onto the disk 202, and the disk 202 is braked by friction.

EMB 제동 해제시 모터(11)의 역회전에 의해 스크류(13)는 헤드(14)의 안쪽으로 들어가고 캘리퍼 하우징(204)에 작용하는 힘과 바깥쪽 패드(201)의 디스크(202) 압축력, 안쪽 패드(201)의 디스크(202) 압축력이 없어지면서 제동력이 해제되고 헤드(14)가 원래의 위치로 복귀하여 디스크(202)와 일정 간격을 유지한다.When the EMB brake is released, the reverse rotation of the motor 11 causes the screw 13 to enter the inside of the head 14 and act on the caliper housing 204 and the compressive force of the disk 202 of the outer pad 201, the inside. As the compression force of the disk 202 of the pad 201 is lost, the braking force is released and the head 14 returns to its original position to maintain a constant distance from the disk 202.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템의 제어블록을 나타내고 있다.3 shows a control block of a regenerative braking system according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 전기 자동차의 제동시 중앙 ECU(100)는 센서부(110)를 통해 입력된 운전자의 제동의지 등의 각종 센싱정보에 따라 유압모듈(90)을 통해 유압식 디스크 브레이크(20)를 작동시켜 전륜(FR,FL)을 유압 제동시킨다. 이때, 구동모터(40)에 의한 회생 제동이 함께 이루어진다. 또한, 중앙 ECU(100)는 EMB ECU(80)에 EMB 제동을 위한 제어신호를 전달한다. EMB ECU(80)는 이 제어신호에 따라 EMB 액츄에이터(10)를 통해 후륜(RR,RL)을 EMB 제동한다.As shown in FIG. 3, the central ECU 100 brakes the hydraulic disc brake through the hydraulic module 90 according to various sensing information such as the braking intention of the driver input through the sensor unit 110. 20) to hydraulically brake the front wheels (FR, FL). At this time, regenerative braking by the driving motor 40 is performed together. In addition, the central ECU 100 transmits a control signal for EMB braking to the EMB ECU 80. The EMB ECU 80 brakes the rear wheels RR and RL via the EMB actuator 10 in accordance with this control signal.

중앙 ECU(100)는 운전자의 제동의지, 차량의 주행 상태, 배터리 충전상태, 모터 특성 등 차량의 상태를 제공받아 회생 제동과 EMB 제동량을 결정한다. 여기에서 회생 제동의 비율이 높을수록 에너지 회수량은 높아지지만 적절한 회생 제동력의 제어가 이루어지지 않는다면 구동모터(40)나 배터리(60)에 치명적인 손상을 입히게 된다. 중앙 ECU는 회생 제동량이 결정되면 인버터(50)를 통해 구동모터(40)의 작동을 제어하여 회생 제동량이 발생하도록 차량을 제동하게 된다. EMB ECU는 중앙 ECU로부터 브레이크 페달(BP) 조작에 따른 운전자의 제동의지를 제공받고, 회생 제동 알고리즘에 의해 결정된 회생 제동력을 제외한 나머지 제동력 중 일부를 후륜에 장착되어 있는 EMB 액츄에이터(10)를 통해 발생시킨다.The central ECU 100 determines the regenerative braking and the EMB braking amount by receiving the state of the vehicle such as the driver's braking intention, driving state of the vehicle, battery charging state, and motor characteristics. Here, the higher the rate of regenerative braking, the higher the energy recovery, but if the proper regenerative braking force is not controlled, the driving motor 40 or the battery 60 may be fatally damaged. When the regenerative braking amount is determined, the central ECU controls the operation of the driving motor 40 through the inverter 50 to brake the vehicle so that the regenerative braking amount is generated. The EMB ECU receives the driver's braking intention by operating the brake pedal (BP) from the central ECU and generates some of the remaining braking force except for the regenerative braking force determined by the regenerative braking algorithm through the EMB actuator 10 mounted on the rear wheel. Let's do it.

본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템이 적용된 전기 자동차의 전륜에는 유압 제동, 후륜에는 전기 제동이 이루어진다. 세부 구성은 바퀴의 측면에서 보면 전륜에는 기본 CBS(Conventional Brake System)에 액티브 제동(Active Braking)을 할 수 있는 ESC(Electronic Stability Control)을 포함한 구조이며, 후륜은 추가 하드웨어 없이 자체가 액티브 제동이 가능한 EMB 액츄에이터(10)로 구성되어 있다.Hydraulic braking is applied to the front wheel of the electric vehicle to which the regenerative braking system according to the embodiment of the present invention is applied, and electric braking is performed to the rear wheel. The detailed configuration is in terms of the wheels, and the front wheels are equipped with Electronic Stability Control (ESC) that enables active braking to the basic CBS (Conventional Brake System). It consists of the EMB actuator 10.

전륜은 ESC 제어를 위해서 중앙 ECU(100) 및 유압모듈(90)이 있으며, 기존 유압 라인도 연결되어 있어서, 페일(Fail)시에 작동을 하게 된다. 후륜은 전자 구동되는 모터로 작동되며, 그에 상응하는 모터 드라이버가 사용된다. 이들의 제어를 위해서 EMB ECU(80)이 장착되어 있으며, EMB ECU(80)에는 EMB 액츄에이터(10)의 모터(11)의 힘을 추정할 수 있는 전류를 측정하는 센서를 구비하고 있으며, ABS/TCS/ESC 외 능동 제어 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 이들 ESC 제어를 위해서는 각종 센서(조향각센서, 요레이트센서, 횡가속도센서, 휠 속도센서, 페달트래블센서 등) 들이 구성되어 있다.The front wheel has a central ECU 100 and a hydraulic module 90 for controlling the ESC, and the existing hydraulic line is also connected to operate at the time of fail. The rear wheels are driven by an electronically driven motor, with a corresponding motor driver. An EMB ECU 80 is mounted for control of these, and the EMB ECU 80 is provided with a sensor for measuring a current for estimating the force of the motor 11 of the EMB actuator 10, and the ABS / Active control functions other than TCS / ESC can be performed. And, for these ESC control, various sensors (steering angle sensor, yaw rate sensor, lateral acceleration sensor, wheel speed sensor, pedal travel sensor, etc.) are configured.

본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템은 전륜은 유압식 디스크 브레이크(20)로 구성되어 기본 제동, 능동 제동, 회생제동을 할 수 있으며, 후륜은 EMB 액츄이터(10)로 구성되어 기본 제동, 능동 제동, 회생제동 및 보조 제동을 할 수 있다.In the regenerative braking system according to an embodiment of the present invention, the front wheel may be configured as a hydraulic disc brake 20 to perform basic braking, active braking, and regenerative braking, and the rear wheel may be configured as an EMB actuator 10 to provide basic braking and active braking. Braking, regenerative braking and auxiliary braking are available.

운전자의 의지에 의해서 브레이크 페달(BP)가 작동하면 전륜은 유압 압축에 의해서 제동이 발생되며, 브레이크 페달(BP)의 작동에 따라 중앙 ECU(100)는 운전자의 제동의지를 인식하고 필요한 EMB 제동력을 계산하여 EMB ECU(80)로 하여금 EMB 액츄에이터(10)를 작동하게 하여 후륜이 EMB 제동되게 한다.When the brake pedal BP is operated by the driver's will, the front wheels are braked by hydraulic compression, and according to the operation of the brake pedal BP, the central ECU 100 recognizes the driver's braking intention and applies the required EMB braking force. The calculation causes the EMB ECU 80 to operate the EMB actuator 10 to cause the rear wheels to EMB brake.

후륜 제동은 운전자의 제동의지에 의해 중앙 ECU(100)에서 운전자의 제동 의지를 인식하고 그 의지에 상응하는 제동력과 각 바퀴에 해당하는 각 바퀴 제동을 구하여 각 바퀴 힘을 EMB ECU(80)를 통한 EMB 액츄에이터 제어를 통해 구현한다.The rear wheel braking recognizes the driver's braking intention by the driver's braking intention and obtains the braking force corresponding to the will and each wheel braking corresponding to each wheel, and calculates each wheel force through the EMB ECU 80. Implemented through EMB actuator control.

센서의 입력에 대한 판단으로 ABS/TCS/ESC 등의 기능이 작동하면 전륜은 유압을 이용한 ESC에서, 후륜은 EMB ECU(80)의 로직에서 제어 명령을 수행하게 된다.When a function such as ABS / TCS / ESC is activated in response to the sensor input, the front wheel performs control commands in the ESC using hydraulic pressure and the rear wheel in logic of the EMB ECU 80.

만약 유압모듈(90)나 중앙 ECU(100)의 고장 혹은 배터리 방전 등의 고장으로 페일이 일어나게 되면 전륜에서 유압으로 작동되며, 운전자의 발의 힘에 의해 제동이 일어난다. 즉, 백 업(Back-up) 기능은 전륜 유압 라인을 통하여 이루어진다. 이 기능에 의해 비상시를 대비할 수 있다.If a failure occurs due to a failure of the hydraulic module 90 or the central ECU 100 or a battery discharge, the front wheel is hydraulically operated, and braking is performed by the force of the driver's foot. That is, the back-up function is performed through the front wheel hydraulic line. This function helps you prepare for an emergency.

회생 제동은 전륜 구동 시에 전륜 유압 회생 제어방식으로 이루어지며, 후륜 구동시에서는 후륜 EMB 회생 제어 방식으로 이루어진다.Regenerative braking is achieved by front wheel hydraulic regenerative control when driving the front wheel, and rear wheel EMB regenerative control when driving the rear wheel.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 자동차에 적용된 회생 제동 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a regenerative braking system applied to a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 EMB 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the EMB actuator shown in FIG. 1.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템의 제어블록도이다.3 is a control block diagram of a regenerative braking system according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*[Description of the Reference Numerals]

10 : EMB 액츄에이터 20 : 유압식 디스크 브레이크10: EMB actuator 20: hydraulic disc brake

30 : 연료전지 40 : 모터30: fuel cell 40: motor

50 : 인버터 60 : 배터리50: inverter 60: battery

70 : 감속기 80 : EMB ECU70: reducer 80: EMB ECU

90 : 유압모듈 100 : 중앙 ECU90: hydraulic module 100: central ECU

110 : 센서부110: sensor unit

Claims (3)

삭제delete 전기 자동차에 장착된 회동 제동 시스템에 있어서,In a rotating braking system mounted on an electric vehicle, 주동력원으로 사용되는 연료전지;A fuel cell used as a main power source; 보조동력원으로 사용되는 배터리;A battery used as an auxiliary power source; 상기 연료전지로부터 전원을 제공받아 전륜과 후륜 중 적어도 하나를 구동하는 구동모터;A driving motor which receives power from the fuel cell and drives at least one of a front wheel and a rear wheel; 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나에 제공하는 감속기;A reduction gear configured to receive a rotational force of the driving motor and provide the at least one of the front wheel and the rear wheel; 상기 연료전지로부터 제공된 직류 전압을 3상 전압으로 변환하여 상기 구동모터를 구동시키고, 상기 전기 자동차의 제동시 상기 구동모터로부터 회수되는 회생에너지를 상기 배터리에 충전시키는 인버터;An inverter configured to convert the DC voltage provided from the fuel cell into a three-phase voltage to drive the driving motor, and to charge the battery with regenerative energy recovered from the driving motor when braking the electric vehicle; 전륜에 장착된 유압식 디스크 브레이크;Hydraulic disc brakes mounted on the front wheels; 상기 유압식 디스크 브레이크에 제동압력을 제공하는 유압모듈;A hydraulic module for providing a braking pressure to the hydraulic disc brake; 후륜에 장착되어 모터에 의해 캘리퍼를 작동시켜 제동력을 발생시키는 EMB 액츄에이터;An EMB actuator mounted on the rear wheel to generate a braking force by operating a caliper by a motor; 상기 EMB 액츄에이터의 작동을 제어하는 EMB ECU; 및An EMB ECU for controlling the operation of the EMB actuator; And 상기 전기 자동차의 제동시 상기 유압모듈을 통해 상기 유압식 디스크 브레이크를 작동시켜 상기 전륜을 유압 제동시킴과 상기 구동모터에 의한 회생 제동을 수행하고, 상기 EMB ECU와 통신하여 EMB 액츄에이터를 작동시켜 상기 후륜을 EMB 제동시키는 중앙 ECU;를 포함하고,When the electric vehicle is braked, the hydraulic disc brake is operated through the hydraulic module to brake the front wheels hydraulically and perform regenerative braking by the driving motor, and communicate with the EMB ECU to operate the EMB actuator to operate the rear wheels. Including central ECU braking EMB, 상기 중앙 ECU가 차량의 상태에 따라 회생 제동력과 EMB 제동력을 결정하고, 상기 회생제동력에 따라 상기 EMB 제동력을 제어하고,The central ECU determines the regenerative braking force and the EMB braking force according to the state of the vehicle, and controls the EMB braking force according to the regenerative braking force, 상기 EMB ECU는 상기 중앙 ECU와의 회생 제동 협조 제어에 의해 운전자가 요구한 제동력 중 상기 구동모터의 회생 제동으로 인한 회생 제동력과 상기 유압 제동으로 인한 유압 제동력을 뺀 제동력을 발생시키는 것을 포함하는 회생 제동 시스템.The EMB ECU includes a regenerative braking system including generating a braking force obtained by subtracting the regenerative braking force due to regenerative braking of the driving motor and the hydraulic braking force due to the hydraulic braking among the braking force requested by the driver by regenerative braking cooperative control with the central ECU. . 전기 자동차에 장착된 회동 제동 시스템에 있어서,In a rotating braking system mounted on an electric vehicle, 주동력원으로 사용되는 연료전지;A fuel cell used as a main power source; 보조동력원으로 사용되는 배터리;A battery used as an auxiliary power source; 상기 연료전지로부터 전원을 제공받아 전륜과 후륜 중 적어도 하나를 구동하는 구동모터;A driving motor which receives power from the fuel cell and drives at least one of a front wheel and a rear wheel; 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나에 제공하는 감속기;A reduction gear configured to receive a rotational force of the driving motor and provide the at least one of the front wheel and the rear wheel; 상기 연료전지로부터 제공된 직류 전압을 3상 전압으로 변환하여 상기 구동모터를 구동시키고, 상기 전기 자동차의 제동시 상기 구동모터로부터 회수되는 회생에너지를 상기 배터리에 충전시키는 인버터;An inverter configured to convert the DC voltage provided from the fuel cell into a three-phase voltage to drive the driving motor, and to charge the battery with regenerative energy recovered from the driving motor when braking the electric vehicle; 전륜에 장착된 유압식 디스크 브레이크;Hydraulic disc brakes mounted on the front wheels; 상기 유압식 디스크 브레이크에 제동압력을 제공하는 유압모듈;A hydraulic module for providing a braking pressure to the hydraulic disc brake; 후륜에 장착되어 모터에 의해 캘리퍼를 작동시켜 제동력을 발생시키는 EMB 액츄에이터;An EMB actuator mounted on the rear wheel to generate a braking force by operating a caliper by a motor; 상기 EMB 액츄에이터의 작동을 제어하는 EMB ECU; 및An EMB ECU for controlling the operation of the EMB actuator; And 상기 전기 자동차의 제동시 상기 유압모듈을 통해 상기 유압식 디스크 브레이크를 작동시켜 상기 전륜을 유압 제동시킴과 상기 구동모터에 의한 회생 제동을 수행하고, 상기 EMB ECU와 통신하여 EMB 액츄에이터를 작동시켜 상기 후륜을 EMB 제동시키는 중앙 ECU;를 포함하고,When the electric vehicle is braked, the hydraulic disc brake is operated through the hydraulic module to brake the front wheels hydraulically and perform regenerative braking by the driving motor, and communicate with the EMB ECU to operate the EMB actuator to operate the rear wheels. Including central ECU braking EMB, 상기 중앙 ECU가 차량의 상태에 따라 회생 제동력과 EMB 제동력을 결정하고, 상기 회생제동력에 따라 상기 EMB 제동력을 제어하고,The central ECU determines the regenerative braking force and the EMB braking force according to the state of the vehicle, and controls the EMB braking force according to the regenerative braking force, 상기 EMB 액츄에이터는 상기 후륜에 결합되어 디스크의 일측에 이격되게 배치된 패드를 이동시키는 모터와, 상기 모터와 패드사이에 마련되어 상기 모터의 회전속도를 감속시키며 제동력을 증배시키는 감속기와, 상기 감속기와 상기 패드사이에 마련되어 상기 감속기의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 제동토크를 제동력으로 상기 패드에 전달하는 기어를 포함하는 회생 제동 시스템.The EMB actuator is a motor coupled to the rear wheel to move the pads spaced apart on one side of the disk, a speed reducer provided between the motor and the pad to reduce the rotational speed of the motor and increase the braking force, the reducer and the And a gear provided between the pads to convert the rotational motion of the speed reducer into a linear motion to transfer the braking torque to the pads with braking force.
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