KR101501533B1 - 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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박태상
정충표
진성호
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Abstract

전기기계 브레이크에서 디스크와 패드 간의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템이 개시된다. 이 시스템은 전자식 페달의 스트로크 상태가 어플라이 상태인 경우, 모터의 토크를 제어하는 힘 제어 루프를 선택하고, 전자식 페달의 스트로크 상태가 릴리즈 상태인 경우, 모터의 속도를 제어하는 속도 제어 루프를 선택하는 스위칭부와, 상기 속도 제어 루프가 선택된 경우, 상기 힘 제어 루프의 압착력 센서를 통해 측정된 압착력(F measured - ApplyStep )에 근거하여 상기 마모 보상을 위한 모터의 역방향 회전을 위한 각변위량을 산출하는 각변위량 산출부 및 상기 산출된 각변위량의 면적을 갖는 각속도 프로파일을 생성하고, 생성된 각속도 프로파일로부터 매 샘플링 타임마다 각속도 지령치를 생성하여 상기 속도 제어 루프에 인가하는 각속도 프로파일 생성부를 포함한다.

Description

전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템 및 그 제어 방법{MOTOR CONTROL SYSTEM FOR WEAR COMPENSATION OF AN ELECTRO-MECHANICAL BRAKE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, 자동차의 제동 과정에서 전기 기계 브레이크의 마모 보상을 위한 전자 페달 정보를 이용한 모터 제어 시스템 및 그 방법에 한 것이다.
석유 연료의 고갈 가능성 및 친환경적인 제약에 의해 자동차 분야에서는 전통 유압식 부품에서 전기기계식 부품의 교체를 위한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
이의 일환으로 자동차 제동 분야에서는 전기기계브레이크를 이용한 브레이크 바이 와이어(brake by wire) 기술이 기존 유압식 브레이크를 대신할 차세대 브레이크 기술로 대두되고 있다.
또한 전기기계브레이크를 이용한 브레이크 바이 와이어 기술은 기존 유압식 브레이크보다 빠른 응답 특성의 장점으로 동일 주행 조건에서 더 짧은 제동거리를 제공하여 차량 안전성 향상에도 기여할 것으로 기대되고 있다.
구성에 있어, 기존 유압식 브레이크는 엔진의 부압을 활용하여 페달력을 증폭하는 유압식 부스터와 유관 그리고 유압식 캘리퍼로 구성된다.
브레이크 바이 와이어(break-by-wire)의 경우 운전자의 제동의지를 전기신호로 변환하는 전자식 페달, 와이어, 그리고 전기기계브레이크로 구성된다.
유압식 브레이크의 경우, 유압 피스톤과 실린더 사이에 장착된 오일 실(oil seal)이 패드의 마모량에 상관없이 디스크와 패드 사이의 간극을 자동으로 일정하게 조정하는 역할을 수행한다.
이에 비해 전기기계브레이크에는 오일 실이 존재하지 않으므로, 패드의 마모량에 상관없이 디스크간 간극을 조정할 수 있는 기능이 별도로 구현이 되어야 한다.
마모보상이 이루어지지 않는 경우, 운전자 입장에서는 동일한 페달량에 대해 압착력 생성 시간이 다르게 느껴지는 비선형의 응답 특성에 의해 운전의 불편함을 가지게 되고, 패드 마모량이 심한 경우 전기기계 브레이크의 빠른 응답 특성의 장점이 줄어들게 된다.
기존 개발된 전기기계브레이크의 경우, 이러한 마모보상을 위해 위치 제어 루프 방식에 따른 모터 제어를 수행하는 데, 위치 제어 루프에 따른 모터 제어는 마모량을 측정 또는 추정해야 한다.
그런데, 마모량을 측정하는 경우, 마모량을 직접 측정할 수 있는 고가의 비접촉식 변위 센서를 장착하거나, 추가적인 기구가 필요하며, 마모량을 추정하는 경우, 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 고가의 변위 센서나 특별한 기구 없이, 전기기계브레이크의 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위해, 전자 제어 장치(ECU)의 소프트웨어 처리 과정을 통해 디스크 간의 간극을 자동으로 조정할 수 있는 모터 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 모터 제어 시스템은 전자식 페달의 스트로크 상태가 어플라이 상태인 경우, 모터의 토크를 제어하는 힘 제어 루프를 선택하고, 전자식 페달의 스트로크 상태가 릴리즈 상태인 경우, 모터의 속도를 제어하는 속도 제어 루프를 선택하는 스위칭부와, 상기 속도 제어 루프가 선택된 경우, 상기 힘 제어 루프의 압착력 센서를 통해 측정된 압착력(F measured-ApplyStep )에 근거하여 상기 마모 보상을 위한 모터의 역방향 회전을 위한 각변위량을 산출하는 각변위량 산출부 및 상기 산출된 각변위량의 면적을 갖는 각속도 프로파일을 생성하고, 생성된 각속도 프로파일로부터 매 샘플링 타임마다 각속도 지령치를 생성하여 상기 속도 제어 루프에 인가하는 각속도 프로파일 생성부를 포함한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 모터 제어 방법은, 전자식 페달의 스트로크 상태가 어플라이 상태인 경우, 모터의 토크를 제어하는 힘 제어 루프를 선택하고, 전자식 페달의 스트로크 상태가 릴리즈 상태인 경우, 모터의 속도를 제어하는 속도 제어 루프를 선택하는 과정과, 상기 속도 제어 루프가 선택된 경우, 상기 힘 제어 루프의 압착력 센서를 통해 측정된 압착력(F measured - ApplyStep )에 근거하여 상기 마모 보상을 위한 모터의 역방향 회전을 위한 각변위량을 산출하는 과정과, 상기 산출된 각변위량의 면적을 갖는 각속도 프로파일을 생성하고, 생성된 각속도 프로파일로부터 매 샘플링 타임마다 각속도 지령치를 생성하여 상기 속도 제어 루프에 인가하는 과정 및 상기 모터에 장착된 엔코더 정보에서 획득한 실제 각속도 정보와 상기 속도 제어 루프에 인가된 상기 각속도 지령치 간의 비교 과정을 통해 이들의 오차를 줄이기 위한 제어를 수행하는 과정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 기존 개발된 전기기계브레이크의 경우, 마모보상 기능을 위해 마모량을 직접적으로 측정할 수 있는 고가의 변위 센서를 장착하거나, 추가적인 기구를 적용하여 마모보상을 수행하여 왔다. 본 발명에서는 고가의 변위센서나 특별한 기구 없이, 전기기계브레이크의 ECU(전자제어장치)의 소프트웨어 상에서 용이하게 구현 가능한 모터 제어방식을 통한 자동 간극 조정 방법을 고안하였다. 즉 페달의 상태를 Apply 상태와 Release 상태로 구분하여, 스위칭을 통한 각각의 상태에 적합한 모터 제어 방식 선정으로 마모 보상이 이루어지도록 고안하였다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기기계브레이크의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 어플라이(Apply) 상태에서 압착력 추종을 위한 힘 제어 루프를 설명하기 위한 전체 시스템 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 릴리즈(Release) 상태에서 모터의 역방향 회전을 위한 모터의 각속도 프로파일을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 어플라이 상태에서의 볼스크류의 회전량과 릴리즈 상태에서의 볼스크류의 역방향 회전량을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 페달 상태(Apply or Release)에 따라 서로 다른 모터 제어 방식으로 마모 보상을 수행하는 모터 제어 시스템의 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 각속도 프로파일 생성부에서 생성된 각속도 프로파일을 바탕으로 속도 제어 루프에 인가되는 각속도 지령치를 설명하기 위한 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기기계브레이크의 주요 구동 요소들을 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도면의 간략화를 위해, 브레이크 캘리퍼와 브레이크 캐리어와 같은 구동 요소들의 도시는 생략한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기기계브레이크의 주요 구동요소들은 모터부(10), 커플링(12), 너트(14), 볼스크류(16), 헤드(18), 패드(20, 22) 및 디스크(24)를 포함한다.
모터부(10)는 모터 및 기어 헤드를 포함하며, 운전자가 전자식 페달을 통해 요구 압착력을 생성하면, 이에 상응하는 모터 토크를 생성한다. 이때, 전자식 페달에 의해 요구 압착력이 생성되는 상태를 어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)로 정의한다.
이 어플라이(Apply) 상태는 전자식 페달이 요구 압착력(요구 압착력 지령치)을 생성하는 동안, 이를 추종하는 압착력이 생성되도록 전기기계브레이크의 모터 토크가 제어하는 상태로 정의될 수 있다.
이 어플라이(Apply) 상태와 관련해, 아래에서 릴리즈(Release) 상태(단계 또는 구간)가 기술된다. 릴리즈(Release) 상태(단계 또는 구간)는 어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)의 반대 상태로서, 운전자가 전자식 페달에서 발을 뗀 상태로 요구 압착력(또는 요구 제동력)이 0인 상태를 정의한다. 이 릴리즈(Release) 상태(단계 또는 구간)에서는 탄성 변형이 사라지고 헤드(18)의 위치가 초기 위치로 복원 되어야 한다.
커플링(12)은 상기 모터부(10)와 볼스크류(16)를 연결하며, 상기 어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)에서 생성되는 모터 토크를 너트(14)에 결합 고정된 볼스크류(16)로 전달된다.
볼스크류(16)(Ball screw)와 너트(14)는 회전운동을 직선운동으로 변환하는 구동 요소로서, 볼스크류(16)의 회전운동이 너트(14)의 직선운동으로 변환된다. 즉, 모터 토크를 직선 운동에 상응하는 직선 힘으로 변환하고, 변환된 직선 힘을 헤드(18)로 전달한다.
헤드(18)는 볼스크류(16)로부터 전달받은 직선 힘을 이너 패드(20)로 전달하고, 이너 패드(20)는 헤드(18)를 통해 전달받은 직선 힘을 이용해 디스크(24)를 가압하는 압착력을 생성한다.
이러한 주요 구동 요소들의 동작 메커니즘을 살펴보면, 어플라이(Apply) 상태에서는, 먼저 헤드(18)가 디스크(24)와 이너 패드(20)의 간극인 Δy1만큼 이너 패드(20)를 민다.
그 다음에 이너 패드(20)와 디스크(24)의 접촉 이후 발생되는 반력이 볼 스크류(16)와 캘리퍼 사이에 장착된 스러스트 베어링(thrust bearing)으로 전달되어 캘리퍼를 뒤로 밀어 아웃터 패드(22)를 디스크 쪽으로 당기게 된다.
따라서, 이 어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)에서 아웃터 헤드가 Δy1만큼 추가적으로 이동하게 된다.
이후, 마지막으로 캘리퍼와 구동 요소들의 탄성변형을 일으키며 요구되는 압착력을 생성하게 되고, 이 탄성 변형량만큼 헤드(18)는 추가적으로 이동하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 이 어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)에서는 전자식 페달에서 생성된 요구 압착력 지령을 추종하는 모터의 힘 제어(force control)가 수행된다.
전자식 페달에서 생성되는 요구 압착력 지령이 실시간으로 변화하므로 실시간 피드백 제어가 되어야 한다. 즉 전자식 페달을 밟는(누르는) 정도에 따라 요구되는 압착력의 변화가 발생된다. 이를 위한 통상적인 힘 제어 루프는 도 2와 같다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)에서 압착력 추종을 위한 힘 제어 루프를 설명하기 위한 모터 제어 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 힘 제어 루프를 위한 전체 시스템은 전자식 페달(110: E-pedal), 감산기(120), 압착력 제어기(130: Clamping Force Controller), 모터 드라이버(140: Motor Driver), 모터(150) 메커니즘 블록(160: Mechanism block) 및 압착력 센서(170: Force Sensor)를 포함한다.
전자식 페달(110)은 운전자에 의해 가해진 페달 스트로크(Pedal Stroke)에 상응하는(또는 비례하는) 요구 압착력을 생성한다.
감산기(120)는 압착력 센서(170)에 의해 측정된 측정 압착력을 피드백 받아서, 상기 전자식 페달(110)로부터의 요구 압착력에서 상기 측정 압착력을 감산한 결과치를 출력한다.
압착력 제어기(130)는 상기 감산기(120)로부터의 결과치에 대응하는 제어 신호를 출력한다.
모터 드라이버(140)는 상기 제어 신호에 대응하는 구동 전류를 출력한다.
도 1의 모터부(10)에 포함된 모터(150)는 상기 구동 전류에 응답하여 상기 요구 압착력에서 상기 측정 압착력을 감산한 결과치에 상응하는 모터 토크를 출력한다.
메커니즘 블록(160)은 도 1의 전기기계브레이크의 주요 구동요소들로 이루어진 블록으로서, 상기 모터(150)로부터의 모터 토크에 상응하는 압착력을 발생한다. 압착력 센서(170)는 메커니즘 블록(160)으로부터의 압착력을 측정한 측정 압착력을 상기 감산기(120)로 출력함으로써, 도 2의 전체 시스템은 요구 압착력을 추종하는 모터의 힘 제어 루프를 구성하게 된다.
이러한 힘 제어 루프를 위한 전체 시스템이 어플라이(Apply) 상태(또는 구간)에서 동작하는 경우, 패드(20, 22)의 마모가 발생한다.
앞서 설명한 바와 같이, 릴리즈(Release) 상태(또는 구간)에서는 탄성 변형이 사라지고 헤드(18)의 위치가 초기 위치로 복원되어야 한다. 하지만 단순히 초기 위치로만 복원되는 경우, 어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)에서 발생한 패드(20, 22)의 마모로 인해 디스크(24)와 패드(20 또는 22) 간의 간격은 초기치(Δy1)보다 더 커지게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시에서는 전자식 페달의 상태를 어플라이 상태와 릴리즈 상태로 구분하고, 릴리즈 상태(단계 또는 구간)를 지시하는 릴리즈(Release) 신호가 생성되는 경우, 산출된 각변위량(Δθ)만큼 모터가 역방향으로 회전하여 항상 디스크(24)와 이너 패드(20) 간 간격을 일정하게 유지하는 마모 보상을 수행하도록 구성한다. 여기서, 상기 각변위량(Δθ)의 산출방법에 대해서는 뒤에 다시 기술한다.
주어진 각변위량(Δθ)만큼 역회전하기 위한 모터의 각속도 프로파일(Profile)은 도 3과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 모터의 각속도 프로파일은 사다리꼴 형태의 면적을 형성한다. 주어진 각변위량(Δθ)만큼 역회전하기 위한 각속도 프로파일의 면적은 각변위량(Δθ)이며, 모터의 가감속능력에 맞추어 가속, 등속, 감속 구간을 형성한다.
가속과 감속 구간의 가속도 능력은 모터 관성과 기구의 관성 성분을 감안하여 선정 및 적용한다. 여기서 최대 각속도는 모터가 안정적으로 회전 가능한 정격 최대 속도로 산정한다. 잘 알려진 바와 같이, 최대 각가속도와 최대 각속도 정보가 있으므로, 가속구간과 감속구간의 소요 시간이 산정되고, Δθ를 만족하기 위한 나머지 등속구간의 소요 시간이 산출될 수 있다.
릴리즈(Release) 상태(단계 또는 구간)에서 산출된 각변위량(Δθ)을 고려한 볼스크류(16)의 회전 운동은 도 4와 같다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 어플라이 상태에서의 볼스크류의 회전량과 릴리즈 상태에서의 볼스크류의 역방향 회전량을 개념적으로 보여주는 도면으로서, 도면의 간략화를 위해, 도 1에 도시된 구동 요소인 너트(14)는 생략하기로 한다.
도 4에서, (a)는 어플라이 상태에서 볼스크류(16)의 회전운동이고, (b)는 릴리즈 상태에서 볼스크류(16)의 회전운동을 보여주는 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 볼스크류(16)의 회전 운동은 헤드(18)가 연결된 너트(14)의 직선 운동으로 변환된다.
어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)에서는 요구 압착력을 추종하는 모터부(10)의 힘 제어가 수행되고, 이 과정에서 패드가 마모된다.
릴리즈(Release) 상태(단계 또는 구간)에서는 패드(20, 22)의 마모량과 상관없이, 어플라이(Apply) 상태(단계 또는 구간)에서 가해진 힘에 대한 탄성 변위량을 감안하여 볼스크류의 역방향 회전을 통해 너트(14)가 뒤로 돌아오므로 패드(20)와 디스크(24)간 거리가 일정하게 유지가 된다.
결과적으로, 본 발명에서는 전자식 페달의 상태를 어플라이(Apply)와 릴리즈(Release) 상태를 스위칭 방식을 통해 구분하고, 각각의 구분된 상태에 적합한 모터 제어 방식을 선정하여 마모 보상을 수행하는 제어 방식을 제공하는 것이다. 이하, 도 5를 참조하여 이 제어 방식에 대해서는 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 페달 상태(Apply or Release)에 따라 서로 다른 모터 제어 방식으로 마모 보상을 수행하는 모터 제어 시스템의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 시스템은 전자 페달부(210), 페달 센서부(215), 스위칭부(220), 각변위량 산출부(230), 각속도 프로파일 생성부(240) 및 속도 제어 루프 블록(250)을 포함한다. 그 밖에 참조번호 120, 130, 140, 150, 160 및 170의 각 블록들은 도 2를 참조한 설명에서 충분히 설명하였으므로, 이들 대한 구체적인 설명은 도 2를 참조한 설명으로 대신한다.
전자식 페달부(210)는 운전자에 의해 인가된 페달 스트로크에 상응하는 요구 압착력을 생성한다.
페달 센서부(215)는 상기 전자식 페달부(210)에 의해 생성된 요구 압착력을 센싱하고, 센싱된 결과에 기초해 어플라이 상태와 릴리즈 상태를 구분하기 위한 페달 신호(Pedal Signal)를 출력한다. 여기서, 페달 신호는, 요구 압착력이 최대일 때, 1로 normalizing 한 값일 수 있다. 이 경우, 페달 스트로크가 발생한 경우, 페달 신호는 발생한 페달 스트로크의 크기에 따라 0을 초과하고, 1이하의 값을 가질 수 있다. 반대로 페달 스트로크가 0 인 경우, 페달 신호는 0이다. 따라서, 0을 초과하고, 1이하의 값을 갖는 페달 신호는 어플라이 상태를 나타내고, 0의 값을 갖는 페달 신호는 릴리즈 상태를 나타낸다.
스위칭부(220)는 상기 페달 신호에 응답하여 스위칭 동작을 수행한다. 0을 초과하고, 1이하의 값의 페달 신호를 인가 받은 경우, 상기 스위칭부(220)는 상기 스위칭 동작에 따라 상기 전자식 페달부(210)와 힘 제어 루프(Clamping force control loop for Apply Step)를 연결한다. 반면, 상기 페달 센서부(215)로부터 릴리즈 신호를 인가 받은 경우, 상기 전자식 페달부(210)와 속도 제어 루프(Velocity control loop for Release Step)를 연결한다.
각변위량 산출부(230)는 페달 스트로크가 0인 릴리즈 상태에서 힘 제어 루프의 압착력 센서(170)에서 측정된 압착력을 입력받아서, 모터의 역방향 회전 각변위량(Δθ command - for Release Step : 모터의 역회전량 지령치)을 산출한다.
릴리즈 상태에서 활용되는 모터의 역방향 회전 각변위량(Δθ command - for Release Step )은 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112014040418231-pat00001
여기서,
Figure 112014040418231-pat00002
는 요구 압착력이 최대일 때(
Figure 112014040418231-pat00003
) 설계된 강성값(stiffness value)에 의해 산출되는 최대 탄성 변형량(Maximum elastic deformations)이고, L은 볼스크류-너트의 리드(또는 도 1의 헤드(18)의 이동 거리)이고, Δy1은 디스크와 한쪽 패드 간 초기 거리를 나타낸다. 그리고, F measured - ApplyStep 는 힘 제어 루프의 압착력 센서(170)에서 측정된 압착력이다. 또한 위의 수학식 1에서, Δy1에 2를 곱하는 이유는 디스크와 이너 패드 간의 갭과 디스크와 아웃터 패드 간의 갭을 모두 고려해야 하기 때문이다(이너 패드 갭+아웃터 패드 갭).
수학식 1을 통해 이러한 모터의 역방향 회전 각변위량(Δθ command-for Release Step )은, 패드와 디스크간 초기 거리(2*Δy1)와 직전 Apply 상태의 힘 제어 루프의 샘플링 타임에서 측정된 압착력에 상응하는 변형량의 합을 모터의 회전 각변위량으로 변환한 것임을 알 수 있다. 즉 모터의 역방향 회전 각변위량(Δθ command - for Release Step )은 패드와 디스크간 초기 거리(2*Δy1)와 직전 어플라이 상태의 힘 제어 루프의 샘플링 타임에서 측정된 압착력에 상응하는 변형량의 합에 비례하고, 볼스크류-너트의 리드(L)에 반비례함을 알 수 있다.
결과적으로, 전자식 페달부(210)가 릴리즈 상태인 경우, 직전 힘 제어 루프의 샘플링 타임에서 압착력 센서(170)를 통해 측정된 압착력(F measured-ApplyStep )을 바탕으로 상기 수학식 1을 통해 계산된 모터의 역방향 회전 각변위량(Δθ command - for Release Step : 모터의 역회전량 지령치)만큼 모터의 회전량을 복원하여 마모 보상을 수행한다.
한편 모터의 회전량에 너트-볼스크류(도 1의 14, 16)의 리드
Figure 112014040418231-pat00004
L (mm/rev)가 곱해진 값이 너트(도 1의 14)의 직선 변위량(Δy)이다. 어플라이 상태에서 생성되는 압착력 지령에 따라 캘리퍼와 구동부 요소들이 탄성 구간에서 선형적으로 변형한다. 이 변형량은 강성 설계 단계에서 해석을 통해 파악이 된다.
각속도 프로파일 생성부(240)는 각변위량 산출부(230)에 의해 산출된 역방향 회전 각변위량를 이용해 도 3에서 설명한 바와 같이 각속도 프로파일을 생성하고, 생성된 각속도 프로파일을 바탕으로 도6에 도시된 바와 같은 매 샘플링 타임마다 각속도 지령치를 생성한다. 매 샘플링 타임마다 생성된 각속도 지령치는 속도 제어 루프(250)에 인가된다. 도 6에 도시된 원 형태의 점은 속도 제어 루프(250)에 인가되는 각속도 지령치를 나타낸다.
속도 제어 루프(250)에는 비교기, 속도제어기, 모터드라이버(속도 제어 모드)를 거쳐 기구부와 연결된 모터의 속도 제어가 수행된다.
이러한 모터의 속도 제어 과정에서는, 모터에 장착된 엔코더(Encoder)에서 획득한 실제 각속도 정보와 속도 제어 루프(250)에 인가되는 각속도 지령치 간의 오차를 줄이기 위한 제어가 수행됨으로써, 지령치가 추종된다.
결과적으로, 속도 제어 루프(250)가 각속도 프로파일 생성부(240)에서 생성된 각속도 지령치를 추종함으로써, 모터의 역방향 회전 각변위량(Δθ command - for Release Step : 모터의 역회전량 지령치)을 추종하는 제어를 수행하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 먼저, S710에서, 페달 센서부(215)에서 센싱한 페달 신호에 따라 페달 상태가 어플라이 상태인지 릴리즈 상태인지를 판단하는 과정이 수행된다. 여기에서 전술한 바와 같이 페달 신호(Pedal Signal)는 요구 압착력이 최대(Max) 값일 때 1이 되도록 normalizing을 한 값이다. 따라서 어플라이 또는 릴리즈 상태를 구분 짓는 스위칭 신호로 이용된다. 예컨대, 페달 신호가 0을 초과하고, 1이하 값인 경우, 페달 상태는 어플라이 상태로 결정되고, 페달 신호가 0인 경우, 페달 상태는 릴리즈 상태로 결정된다.
S710에서의 판단결과, 페달 상태가 어플라이 상태인 경우, S720에서, 힘 제어 루프에 따른 모터 토크를 제어하는 과정이 수행된다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 2의 설명으로 대신한다.
S710에서의 판단결과, 페달 상태가 릴리즈 상태인 경우, S730에서, 속도 제어 루프에 따른 모터 속도를 제어하기 위해 각변위량(Δθ command - for Release Step )을 산출하는 과정이 수행된다. 즉, 힘 제어 루프 내의 압착력 센서(도 3의 170)을 통해 직전 샘플링 타임에서 측정된 요구 압착력(F measured - ApplyStep )을 바탕으로 전술한 수학식 1을 통해 각변위량(Δθ command-for Release Step )을 산출한다.
S730에서, 각변위량(Δθ command-for Release Step )이 산출되면, S740에서, 산출된 각변위량의 면적을 갖는 각속도 프로파일을 생성하고, 생성된 각속도 프로파일로부터 매 샘플링 타임마다 속도 제어 루프에 인가되는 각속도 지령치를 생성하는 과정이 수행된다.
S750에서, 속도 제어 루프가 인가받은 각속도 지령치를 바탕으로 모터 속도를 제어한다. 이 모터 속도를 제어하는 과정에서는, 모터에 장착된 엔코더 정보에서 얻어진 실제 각속도 정보와 속도 제어 루프에 인가된 각속도 지령치 간의 오차를 줄이기 위한 제어가 수행된다. 즉, 상기 산출된 각변위량을 만족하는 각속도 프로파일에 맞추어 모터의 역회전량 지령치만큼 역회전 복원하여 마모 보상하도록 모터 속도를 제어한다.
마지막으로 패드 교체 시에는, 초기화(reset)을 통해 볼스크류와 연결된 너트 위치를 맨 우측 초기 위치로 보내 신규 패드로 교체할 수 있게 지원한다. 여기에서 초기 위치란 마모가 전혀 없는 신규 패드와 디스크 간 거리가 Δy1을 만족하는 위치를 말한다. 이를 위해 이동하는 너트에 센서 타겟을 두고, 이 센서 타겟을 바라보는 고정부 초기 위치에 포토센서나 근접센서를 장착하여 패드 교체를 위한 초기화(reset) 기능 구현을 위한 하드웨어를 구성한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 전기기계 브레이크에서 디스크와 패드 간의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템에 있어서,
    전자식 페달의 스트로크 상태가 어플라이 상태인 경우, 모터의 토크를 제어하는 힘 제어 루프를 선택하고, 전자식 페달의 스트로크 상태가 릴리즈 상태인 경우, 모터의 속도를 제어하는 속도 제어 루프를 선택하는 스위칭부;
    상기 속도 제어 루프가 선택된 경우, 상기 힘 제어 루프의 압착력 센서를 통해 측정된 압착력(Fmeasured-ApplyStep )에 근거하여 상기 마모 보상을 위한 모터의 역방향 회전을 위한 각변위량을 산출하는 각변위량 산출부;
    상기 산출된 각변위량의 면적을 갖는 각속도 프로파일을 생성하고, 생성된 각속도 프로파일로부터 매 샘플링 타임마다 각속도 지령치를 생성하여 상기 속도 제어 루프에 인가하는 각속도 프로파일 생성부; 및
    페달 스트로크의 크기를 감지하여, 어플라이 상태와 릴리즈 상태를 구분하는 스위칭 신호를 생성하는 페달 센서부를 포함하고,
    상기 스위칭부는,
    상기 스위칭 신호에 따라 상기 힘 제어 루프 또는 상기 속도 제어 루프를 선택하는 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기기계 브레이크는,
    상기 모터의 회전운동에 따라 회전하는 볼스크류와, 상기 볼스크류의 회전운동에 따라 직선 운동하여, 상기 패드를 상기 디스크에 압착시키는 헤드를 포함하고,
    상기 각변위량(Δθ command-for Release Step )은,
    패드와 디스크 간의 초기 거리와 상기 힘 제어 루프의 직전 샘플링 타임에서 측정된 압착력에 상응하는 변형량의 합에 비례하고, 볼스크류-너트의 리드에 반비례하는 것인 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 각변위량 산출부는,
    상기 전자식 페달에 가해지는 요구 압착력이 최대일 때 설계된 강성값(stiffness value)에 의해 산출되는 최대 탄성 변형량(Maximum elastic deformations)과 상기 어플라이 상태에서 측정된 압착력(F measured-ApplyStep )을 상기 전자식 페달에 가해지는 요구 압착력이 최대일 때 설계된 강성값(stiffness value)에 의해 산출되는 최대 탄성 변형량(Maximum elastic deformations)을 나눈 결과값 간의 곱셈 연산 결과를 이용해 상기 각변위량을 산출하는 것인 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템.
  6. 전기기계 브레이크에서 디스크와 패드 간의 마모 보상을 위한 모터 제어 방법에 있어서,
    전자식 페달의 스트로크 상태가 어플라이 상태인 경우, 모터의 토크를 제어하는 힘 제어 루프를 선택하고, 전자식 페달의 스트로크 상태가 릴리즈 상태인 경우, 모터의 속도를 제어하는 속도 제어 루프를 선택하는 과정;
    상기 속도 제어 루프가 선택된 경우, 상기 힘 제어 루프의 압착력 센서를 통해 측정된 압착력(F measured-ApplyStep )에 근거하여 상기 마모 보상을 위한 모터의 역방향 회전을 위한 각변위량을 산출하는 과정;
    상기 산출된 각변위량의 면적을 갖는 각속도 프로파일을 생성하고, 생성된 각속도 프로파일로부터 매 샘플링 타임마다 각속도 지령치를 생성하여 상기 속도 제어 루프에 인가하는 과정; 및
    상기 모터에 장착된 엔코더 정보에서 획득한 실제 각속도 정보와 상기 속도 제어 루프에 인가된 상기 각속도 지령치 간의 비교 과정을 통해 이들의 오차를 줄이기 위한 제어를 수행하는 과정
    을 포함하는 전기기계 브레이크에서 마모 보상을 위한 모터 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 선택하는 과정은,
    페달 스트로크의 크기를 감지하여, 어플라이 상태와 릴리즈 상태를 구분하는 스위칭 신호를 생성하는 페달 센서부를 통해 상기 스위칭 신호에 따라 상기 힘 제어 루프 또는 상기 속도 제어 루프를 선택하는 것인 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전기기계 브레이크는,
    상기 모터의 회전운동에 따라 회전하는 볼스크류와, 상기 볼스크류의 회전운동에 따라 직선 운동하여, 상기 패드를 상기 디스크에 압착시키는 헤드를 포함하고,
    상기 각변위량(Δθ command-for Release Step )은,
    패드와 디스크간 초기 거리(2*Δy1)와 상기 힘 제어 루프의 직전 샘플링 타임에서 측정된 압착력에 상응하는 변형량의 합에 비례하고, 볼스크류-너트의 리드(L)에 반비례하는 것인 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 각변위량을 산출하는 과정은,
    상기 전자식 페달에 가해지는 요구 압착력이 최대일 때 설계된 강성값(stiffness value)에 의해 산출되는 최대 탄성 변형량(Maximum elastic deformations)과 상기 어플라이 상태에서 측정된 압착력(F measured-ApplyStep )을 상기 전자식 페달에 가해지는 요구 압착력이 최대일 때 설계된 강성값(stiffness value)에 의해 산출되는 최대 탄성 변형량(Maximum elastic deformations)을 나눈 결과값 간의 곱셈 연산 결과를 이용해 상기 각변위량을 산출하는 것인 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 방법.
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