KR101908012B1 - 유압 브레이크 시스템 - Google Patents

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Abstract

유압 브레이크 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템은 브레이크 페달의 작동에 따라 제동 유압을 형성하는 마스터실린더, 마스터실린더의 제동 유압을 전달받아 제동력을 발휘하도록 차량의 전륜과 후륜에 각각 마련되는 휠 브레이크, 휠 브레이크의 입구측과 출구측에 각각 마련되어 제동유압의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브, 솔레노이드밸브가 작동되는 감압 제동 시 휠 브레이크측으로부터 토출된 오일이 일시 저장되는 저압어큐뮬레이터, 저압어큐뮬레이터에 저장된 오일을 가압하여 필요에 따라 휠 브레이크측 또는 마스터실린더측으로 토출시키는 펌프, 펌프의 토출구측에 마련된 오리피스를 구비하는 유압 브레이크 시스템에 있어서, 오리피스는 일측에 개구부를 갖는 하우징과, 개구부에 결합하여 하우징과 내부유로를 형성하는 캡과, 내부유로 상에 마련되어 펌프의 흡입 및 토출 동작에 따라 내부유로의 체적을 가변하는 댐퍼부를 포함한다.

Description

유압 브레이크 시스템{Hydraulic break system}
본 발명은 유압 브레이크 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펌프의 동작 시 발생하는 압력 맥동을 저감시킬 수 있는 유압 브레이크 시스템에 관한 것이다.
차량에는 제동을 위한 브레이크 시스템이 필수적으로 장착되는데, 최근에 보다 강력하고 안정된 제동력을 얻기 위한 여러 종류의 시스템이 제안되고 있다.
브레이크 시스템의 일례로는 제동 시 휠의 미끄러짐을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(ABS:Anti-Lock Brake System)과, 차량의 급발진 또는 급가속시 구동륜의 슬립을 방지하는 브레이크 트랙션 제어 시스템(BTCS:Brake Traction Control System)과, 안티록브레이크 시스템과 트랙션 제어를 조합하여 브레이크 액압을 제어함으로써 차량의 주행상태를 안정적으로 유지시키는 차량자세제어 시스템(VDC:Vehicle Dynamic Control System) 등이 있다.
이러한 브레이크 시스템은 제동에 필요한 압력을 발생시키는 마스터실린더와, 차량의 휠 브레이크 측으로 전달되는 제동 유압을 제어하기 위한 다수개의 솔레노이드밸브와, 오일을 일시 저장하는 저압어큐뮬레이터와, 저압어큐뮬레이터에 일시 저장된 오일을 강제 펌핑하기 위한 펌프 및 모터와, 펌프에서 펌핑되는 오일의 압력 맥동을 저감시키기 위한 오리피스와, 솔레노이드밸브 및 펌프 구동을 전기적으로 제어하기 위한 전자제어장치(ECU;Electronic Control Unit) 등을 포함하고 있다. 솔레노이드밸브의 밸브조립체와, 어큐뮬레이터, 펌프, 모터 등은 알루미늄재의 유압블록(모듈레이터블록)에 콤팩트하게 설치되며, 전자제어장치는 솔레노이드밸브의 코일조립체와 회로기판이 내장된 ECU하우징을 구비하여 유압블록과 결합된다.
그런데, 종래 브레이크 시스템에 있어서 제동압력 증압 과정 시 펌프 구동으로 인해 발생되는 급격한 압력 맥동은 펌프의 토출구측에 마련된 오리피스에 의해 감소가 되는데, 이것은 단순히 댐핑을 줄이기 위해 유로의 단면적을 조절하는 구조로 이루어지기 때문에 압력 맥동을 줄이는 데에는 한계가 있었다.
한국 등록실용 제20-0267460호(2002.02.27) 상기 문헌은 펌프 구동에 의해 발생하는 압력 맥동을 고압어큐뮬레이터와 병렬로 마련된 보조댐퍼를 이용하여 저감하는 구성을 개시하고 있다. 하지만, 이러한 구성은 유압블록에 고압어큐뮬레이터와 보조댐퍼를 설치하기 위한 일정 크기 이상의 공간이 필요하기 때문에 블럭 사이즈가 증대하며, 또한 고압어큐뮬레이터와 보조댐퍼를 연결하기 위한 유로를 가공해야 하기 때문에 제조 과정이 복잡하였다.
본 발명의 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템은 펌프 구동 시 발생하는 압력 맥동을 효과적으로 저감시키고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 브레이크 페달의 작동에 따라 제동 유압을 형성하는 마스터실린더, 마스터실린더의 제동 유압을 전달받아 제동력을 발휘하도록 차량의 전륜과 후륜에 각각 마련되는 휠 브레이크, 휠 브레이크의 입구측과 출구측에 각각 마련되어 제동유압의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브, 솔레노이드밸브가 작동되는 감압 제동 시 휠 브레이크측으로부터 토출된 오일이 일시 저장되는 저압어큐뮬레이터, 저압어큐뮬레이터에 저장된 오일을 가압하여 필요에 따라 휠 브레이크측 또는 마스터실린더측으로 토출시키는 펌프, 펌프의 토출구측에 마련된 오리피스를 구비하는 유압 브레이크 시스템에 있어서, 오리피스는 일측에 개구부를 갖는 하우징과, 개구부에 결합하여 하우징과 내부유로를 형성하는 캡과, 내부유로 상에 마련되어 펌프의 흡입 및 토출 동작에 따라 내부유로의 체적을 가변하는 댐퍼부를 포함하는 유압 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 댐퍼부는 댐퍼실을 포함하고, 상기 펌프의 토출 동작 시 상기 댐퍼부는 댐퍼실에 오일을 수용하여 토출 유량을 저감하고, 상기 펌프의 흡입 동작 시 상기 댐퍼부는 댐퍼실의 오일을 배출하여 토출 유량을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 댐퍼부는 길이를 가변할 수 있도록 장방향으로 주름이 형성되어 있으며 탄성복원력을 갖는 몸체부와, 상기 몸체부의 일측에 마련되고 캡과 근접 대향하여 관통홀을 갖는 바닥부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 댐퍼부의 탄성복원력은 펌프의 토출 압력보다는 작고, 펌프의 흡입 압력보다는 크게 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 브레이크 페달의 작동에 따라 제동 유압을 형성하는 마스터실린더, 마스터실린더의 제동 유압을 전달받아 제동력을 발휘하도록 차량의 전륜과 후륜에 각각 마련되는 휠 브레이크, 휠 브레이크의 입구측과 출구측에 각각 마련되어 제동유압의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브, 솔레노이드밸브가 작동되는 감압 제동 시 휠 브레이크측으로부터 토출된 오일이 일시 저장되는 저압어큐뮬레이터, 저압어큐뮬레이터에 저장된 오일을 가압하여 필요에 따라 휠 브레이크측 또는 마스터실린더측으로 토출시키는 펌프, 펌프의 토출구측에 마련된 오리피스를 구비하는 유압 브레이크 시스템에 있어서, 상기 오리피스는 상기 펌프의 흡입 및 토출 동작에 따라 내부유로의 체적을 가변하기 위해 하우징과, 하우징 내부에 마련되며 주름이 형성되어 소정의 탄성복원력을 갖는 댐퍼부를 포함하는 유압 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템은 오리피스 내부에 주름 형태로 마련되어 길이가 가변되는 댐퍼부를 마련하여 펌프 동작에 따라 오리피스 내의 체적을 팽창시키거나 수축시킴으로써 오일의 맥동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템의 오리피스는 내부유로를 갖는 원통형 하우징과, 내부유로 상에 마련되어 체적이 가변되는 댐퍼부로 이루어져 있기 때문에, 외부 형상이 단순하여 모듈레이터블록의 가공 및 조립이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템의 오리피스를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템의 오리피스를 도시한 결합 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템의 오리피스 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템의 오리피스에 의해 저감되는 맥동 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템은 운전자의 조작력을 받아들이는 브레이크 페달(10)과, 이 브레이크 페달(10)의 답력에 의해 진공압과 대기압간의 압력차를 이용해 답력을 배가시키는 브레이크 부스터(11)와, 이 브레이크 부스터에 의해 압력을 발생시키는 마스터실린더(20)와, 이 마스터실린더(20)의 제1 포트(21)와 두 개의 휠 브레이크(또는 휠 실린더)(30)를 연결하여 액압 전달을 제어하는 제1 유압회로(40A)와, 마스터실린더(20)의 제2 포트(22)와 나머지 두 개의 휠 브레이크(30)를 연결하여 액압 전달을 제어하는 제2 유압회로(40B)를 구비한다. 제1 유압회로(40A) 및 제 2 유압회로(40B)는 유압블록(미도시)에 콤팩트하게 설치된다.
제1 유압회로(40A) 및 제2 유압회로(40B)는 각각 두 개씩의 휠 브레이크(30)측으로 전달되는 제동유압을 제어하기 위한 솔레노이드밸브(41)(42)들과, 휠 브레이크(30)측에서 빠져나온 오일 또는 마스터실린더(20)로부터 오일을 흡입하여 펌핑하는 펌프(44)와, 휠 브레이크(30)에서 빠져나오는 오일을 일시 저장하기 위한 저압어큐뮬레이터(43)와, 펌프(44)로부터 펌핑되는 액압으로부터 압력 맥동을 저감시키기 위한 오리피스(50)를 포함한다.
다수 개의 솔레노이드밸브(41)(42)는 휠 브레이크(30)의 상류측 및 하류측과 연계되는데, 각 휠 브레이크(30)의 상류 측에 배치되며 평상 시 개방된 상태로 유지되는 노멀 오픈형 솔레노이드밸브(41)와, 각 휠 브레이크(30)의 하류 측에 배치되며 평상 시 폐쇄된 상태로 유지되는 노멀 클로즈형 솔레노이드밸브(42)를 포함한다. 솔레노이드밸브(41)(42)의 개폐작동은 각 휠 측에 배치된 휠 속도센서를 통해 차량속도를 감지하는 전자제어유닛(ECU;미도시)에 의해 제어되며, 감압 제동에 따라 노멀 클로즈형 솔레노이드밸브(42)가 개방되어 휠 브레이크(30)측에서 빠져 나온 오일은 저압어큐뮬레이터(43)에 일시적으로 저장된다.
펌프(44)는 모터(45)에 의해 구동되어 저압어큐뮬레이터(43)에 저장된 오일을 흡입하여 오리피스(50)측으로 토출함으로써 액압을 휠 브레이크(30)측 또는 마스터실린더(20)측으로 전달한다.
또한, 마스터실린더(20)와 펌프(44)의 출구를 연결하는 메인유로(47a)에는 트랙션 콘트롤 제어(TCS)를 위한 노멀 오픈형 솔레노이드 밸브(47, 이하 TC밸브)가 설치된다. 이 TC밸브(47)는 평상 시 개방된 상태를 유지하여, 브레이크페달(10)을 통한 일반 제동 시 마스터실린더(20)에서 형성된 제동 액압이 메인유로(47)를 통해 휠 브레이크(30)측으로 전달된다.
또한, 메인유로(47a)에는 마스터실린더(20)의 오일을 펌프(44)의 입구 측으로 흡입되게 안내하는 보조유로(48a)가 분기 마련된다. 보조유로(48a)에는 오일이 펌프(44) 입구로만 흐르도록 셔틀밸브(48)가 마련되며, 전기적으로 작동되는 셔틀밸브(48)는 보조유로(48a)의 중도에 설치되어 평상 시 폐쇄되고 TCS 모드 시 개방 동작한다.
한편, 브레이크 부스터(11)에는 브레이크 부스터(11)의 진공압 및 대기압을 감지하는 압력센서(P1)가 설치되며, 전륜 좌우측 바퀴(FL, FR)와 후륜 좌우측 바퀴(RL, RR)에는 인가되는 실제 제동 압력을 감지하는 휠 압력센서(P2)가 마련된다. 이 압력센서(P1, P2)들은 전자제어유닛에 전기적으로 연결되어 제어된다.
본 실시 예에 따르면, 펌프(44)로부터 펌핑되는 액압으로부터 압력 맥동을 저감시키기 위한 오리피스(50)는 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 마련된다.
도면을 참조하면 오리피스(50)는 하우징(51)과, 하우징(51)과 결합하여 내부유로를 형성하는 캡(53)과, 하우징의 내부유로(55) 상에 마련되는 댐퍼부(56)를 포함한다.
하우징(51)은 모듈레이터블록에 설치가 용이하도록 금속재의 원통형으로 마련되며, 일측에 개구부가 형성된 컵 형태를 갖는다. 하우징(51)의 타측 바닥에는 유출구(52)가 마련되어 있으며, 유출구(52)의 크기는 제동 유량에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
캡(53)은 하우징(51)의 개구부에 결합하여 하우징 내부에 소정의 유로를 형성한다. 캡(53)은 모듈레이터블록 조립 시 위치 고정되는 외경부(53a)와, 외경부(53a)와 단차지며 유입구(54)가 형성된 내경부(53b)를 포함한다. 유입구(54)는 내경부(53b)의 외주면에 반경 방향으로 마련되며, 캡(53)의 중심축 방향으로 형성된 캡유로(55a)와 직각 방향으로 연통된다. 내경부(53b)의 끝단에는 체결부(53c)가 마련되어 하우징(51)의 개구부측 단부가 결합되며, 이때 내경부(53b)와 하우징(51)의 외경은 실질적으로 동일하게 마련된다. 도시하지는 않았지만, 외경부(53a)의 외주면 및/또는 외경부(53a)와 내경부(53b)의 경계면에는 모듈레이터블록 설치 시 오일의 유출을 방지하기 위한 씰링이 마련될 수 있다.
댐퍼부(56)는 하우징(51)의 내부에 수용 마련된다. 댐퍼부(56)는 원통형의 플라스틱 재질로 주름(벨로우즈)을 가지도록 마련되어 장방향으로 길이가 가변되고 소정의 탄성복원력을 갖는다. 구체적으로, 댐퍼부(56)는 일측이 개구된 컵 형태로 외주면에 주름이 형성된 몸체부(56a)와, 관통홀(57)이 형성된 바닥부(56b)를 포함한다. 몸체부(56a)의 내부는 길이방향으로 캡유로(55a)와 연통하는 댐퍼유로(55b)를 형성하며, 이 캡유로(55a)와 댐퍼유로(55b)가 하우징(51)의 전체 내부유로(55)를 형성한다. 바닥부(56b)는 하우징(51)과 조립 시 캡(53) 측에 근접하도록 대향 배치되며, 댐퍼부(56)의 개구부측 단부는 하우징(51)의 유출구(52) 측에 위치한다. 관통홀(57)은 캡유로(55a)보다 좁게 마련되며 댐퍼부(56)의 개구측 단부는 유출구(52)보다 넓게 마련된다. 펌프(44)의 흡입과 토출 동작에 따라 하우징(51) 내부에서 팽창과 수축을 반복하면서 내부유로(55)의 체적을 가변할 수 있도록 댐퍼부(56)의 탄성복원력은 펌프의 토출 압력보다는 작고 펌프의 흡입 압력보다는 크게 마련되며, 수축 시 캡(53)과 관통홀(57) 사이의 공간에는 오일 중 일부를 수용하기 위한 댐퍼실(58)이 형성된다.
그러면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템의 제동 동작을 설명한다.
설명에 앞서, 본 실시 예에 따른 오리피스(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 모듈레이터블록(1)의 펌프와 마스터실린더를 연결하는 유로(2) 상에 형성된 보어홀(3)에 압입 고정된다. 보어홀(3)은 오리피스(50)의 유입구(54)와 연통하도록 마련되는 제1보어홀(3a)과 오리피스(50)의 유출구(52)와 연통하도록 마련되는 제2보어홀(3b)을 포함한다. 제1보어홀(3a)과 제2보어홀(3b)은 단차지게 마련되어 오리피스(50) 설치 전에는 상호 연통되어 있지만 오리피스(50)를 모듈레이터블록(1)에 설치한 후에는 상호 구획되고 내부유로(55a, 55b)를 통해서만 연통될 수 있다.
운전자는 자동차의 주행 중 또는 정지 상태에서 차량을 감속하거나 정지 상태 유지를 위해 브레이크 페달(10)을 밟게 된다. 페달링에 의해 브레이크 부스터(11)에서는 입력보다 증폭된 배력이 형성되고 이를 통해 마스터실린더(20)에서는 상당한 압력의 제동 유압이 발생된다. 제동 동작은 마스터실린더(20)의 제동 유압이 솔레노이드밸브(41)를 통해 전륜(FR,FL)과 후륜(RR,RL)에 전달됨으로써 이루어진다. 운전자가 브레이크 페달(10)에서 조금씩 또는 완전하게 발을 떼면, 각 휠 브레이크 내의 오일 압력은 솔레노이드밸브(41)를 통해 다시 마스터실린더(20)로 복귀되어 제동력이 감소되거나 제동 작용이 해제된다.
한편, 펌프(44)는 모터(45)의 회전축(미도시)에 설치된 편심베어링에 의해 피스톤이 왕복이동함에 따라 브레이크 오일을 흡입하고 토출한다. 이러한 펌프(44)의 흡입 및 토출 동작은 편심베어링이 0°∼360°로 한바퀴 회전 시 1 사이클이 되며, 토출과 흡입 시 급격한 유량 변화가 발생하게 된다.
도 1에 도시한 바와 같이 제동 동작 시 하나의 구동모터(49)에 의해 180도 위상차를 가지면서 구동되는 한 쌍의 펌프(44)에서는 규칙적인 반정형파의 압력 맥동이 발생되며(도 5의 L1 참조), 이 압력 맥동은 본 실시 예에 따른 오리피스(50)에 의해 감쇄될 수 있다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 4의 좌측은 펌프의 토출 동작 시 오리피스(50)를 도시한 것이며, 도 4의 우측은 펌프의 흡입 동작 시 오리피스(50)를 도시한 것이고, 도 5는 종래와 본원발명의 맥동 현상을 개략적으로 대비 도시한 그래프이다.
도시한 바와 같이, 펌프(44)의 토출 동작 시 댐퍼부(56)는 오리피스(50)를 통과하는 제동 압력보다 작은 탄성복원력에 의해 수축 동작하며, 이에 따라 댐퍼실(58)에는 토출되는 오일의 일부가 머물게 되면서 하우징의 내부유로(55) 체적은 증가된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 펌프의 토출 동작 시 오리피스로(50)부터 토출되는 오일의 유량은 댐퍼실(58)을 채우고 있는 일부 오일로 인해 종래에 비해 절반 정도로 줄어들게 된다.
이와 반대로, 펌프(44)의 흡입 동작 시 댐퍼부(56)는 오리피스(50)를 통과하는 제동 압력보다 큰 탄성복원력에 의해 팽창 동작하며, 이에 따라 댐퍼실(58)에 머물러 있던 오일은 하우징의 내부유로(55) 체적 감소로 인해 유출구(52)를 통해 토출된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 종래 유압 브레이크 시스템(L1)에서는 펌프의 흡입 동작 시 오일 토출이 발생하지 않지만, 본 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템(L2)에서는 댐퍼부(56)의 탄성복원력에 의한 내부유로 체적 증감에 따라 오일 토출이 소정량 발생한다. 오리피스(50)로부터 토출되는 오일의 유량은 댐퍼부(56)의 탄성복원력을 펌프의 토출 압력과 흡입 압력 사이에서 적절히 제어할 경우 도 5에 도시된 바와 같이 펌프의 펌핑 동작에 관계 없이 균일화할 수 있다.
상기 동작의 반복으로 인해, 본 실시 예에 따른 유압 브레이크 시스템은 펌프 동작 시에도 급격한 유량의 변화가 줄어들기 때문에 균일해진 오일 압력을 마스터실린더(20)나 솔레노이드밸브(41)측으로 전달할 수 있으며, 이를 통해 압력맥동 및 소음을 효과적으로 최소화시킬 수 있다.
10..브레이크 페달 20..마스터실린더,
30..휠 브레이크 40A,40B..제1,2유압회로
41,42..솔레노이드 밸브 44..펌프
50..오리피스 51..하우징
53..캡 56..댐퍼부

Claims (6)

  1. 브레이크 페달의 작동에 따라 휠 브레이크측 또는 마스터실린더측으로 제동에 필요한 오일을 가압하여 토출시키는 펌프 및 펌프의 토출구측에 마련된 오리피스를 구비하는 유압 브레이크 시스템에 있어서,
    상기 오리피스는 일측에 개구부를 갖는 하우징과,
    상기 개구부에 결합하여 하우징과 내부유로를 형성하는 캡과,
    상기 내부유로 상에 마련되며 상기 펌프의 흡입 및 토출 동작에 따라 내부유로의 체적을 가변하는 댐퍼부를 포함하되,
    상기 댐퍼부는 댐퍼실을 포함하여, 상기 펌프의 토출 동작 시에는 댐퍼실에 오일을 수용하여 내부를 통과하는 오일의 토출 유량을 저감시키고, 상기 펌프의 흡입 동작 시에는 댐퍼실의 오일을 배출하여 내부를 통과하는 오일의 토출 유량을 증가시키는 유압 브레이크 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 댐퍼부는 길이를 가변할 수 있도록 장방향으로 주름이 형성되어 있으며 탄성복원력을 갖는 몸체부와, 상기 몸체부의 일측에 마련되고 캡과 근접 대향하여 관통홀을 갖는 바닥부를 포함하는 유압 브레이크 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 댐퍼부의 탄성복원력은 펌프의 토출 압력보다는 작고, 펌프의 흡입 압력보다는 큰 유압 브레이크 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
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