KR20090130601A - 캘리퍼 타입 전자식 주차 브레이크의 홀딩 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전자식 주차 브레이크 장치인 EPB(Electrical Parking Brake)는 EPB ECU(1)가 차량 네트워크 통신(일례로, CAN 통신)을 이용해, 차량의 경사로 위치 상태를 감지하는 요 센서(4,Yaw Rate Sensor)와, 캘리퍼(9)에 발생하는 유압 제동력 크기를 감지하는 압력 센서(3) 및 모터(6)의 전류 세기를 감지하는 전류 센서(7)의 정보를 입력받아, 경사로에 차량을 정차시킬 때 브레이크 페달(2)을 통한 유압 제동력을 고려한 후, 모터(6)에서 발생하는 필요 제동력(Request Clamping Force)만을 발생되도록 제어함에 따라, 정차 시 모터(6)의 발생 동력을 유압 제동력만큼 줄여 모터(6)부하를 줄여줌과 더불어, 제동 해제 시 브레이크 페달(2)에 의한 유압 제동력과 EPB의 제동력이 EPB 액츄에이터(5)의 감속기(8)쪽으로 가해지는 반력에 의한 EPB의 내구성 저하를 방지할 수 있는 특징이 있게 된다.

캘리퍼, 경사, 모터

Description

캘리퍼 타입 전자식 주차 브레이크의 홀딩 제어 방법{Tentative holding control method for caliper typed electrical parking brake in vehicle}

본 발명은 주차 브레이크 장치에 관한 것으로, 특히 캘리퍼 타입 전자식 주차 브레이크의 홀딩 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 운전자가 내린 차량을 주차하는 경우에는 주차브레이크를 조작하여 차량의 이동을 구속하게 된다.

이러한, 주차 브레이크는 통상적으로 주차브레이크 레버에 의해 당겨지는 주차케이블에 가해지는 힘을 이퀄라이저를 통해 차륜에 장착된 브레이크기구로 균등하게 분배하게 되고, 이를 통해 상기 브레이크기구가 차륜을 구속해 차량 이동을 방지하게 된다.

이와 같이 차량 구속을 위한 주차브레이크 레버 조작은 불편 초래함에 따라, 버튼 조작을 통한 모터 동력을 통해 주차 제동력을 발생하는 전자식 주차 브레이크장치(EPB, Electrical Parking Brake)가 편의성과 상품성 향상을 위해 적용되어진다.

이러한 EPB는 차량에 대한 설치 자유도가 높은 특징이 있음에도 불구하고, 최근에는 브레이크 장치인 캘리퍼에 일체화 시켜는 방식을 적용해 EPB의 장착성을 보다 용이하게 하고 있다.

이와 같이 EPB를 장착한 차량은 평지나 경사로에서 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있게 되면, EPB를 제어하는 EPB ECU가 EPB 모터를 구동해 EPB를 통한 제동력(Target Clamping Force)을 생성시켜 차량의 정지 상태를 유지시켜주게 된다.

이러한 작용 중 차량이 경사로에서 정지 상태를 유지하는 경우는 통상, 브레이크 페달을 밟아 형성되는 유압에 의한 약 400kgf 정도의 하중과 더불어, EPB를 통해 발생된 약 1,200Kgf 정도의 하중을 이용해 차량의 경사로 정지 상태를 유지해 주게 된다.

일례로, 상기 EPB를 통해 발생되는 약 1,200Kgf 하중은 통상, EPB를 제어하는 ECU가 경사각 센서인 요 센서(Yaw Rate Sensor)를 통해 차량의 경사도를 예측하고, 그 예측한 값에 의해서 목표 제동력(Target Clamping Force)을 산출한 다음, 모터를 구동시켜 목표 제동력에 해당하는 하중을 발생시켜 주는 과정을 수행하게 된다.

하지만, 이와 같은 캘리퍼 일체형은 모터 제동력을 유압 제동력과 함께 이용하는 특성은 정차 시, EPB ECU는 운전자가 밟는 브레이크 페달로 인한 유압 제동력은 전혀 고려하지 않고, 단지 EPB를 이루는 모터에서 발생되는 모터 제동력만을 고려함에 따라, 정지 상태 해제 시 EPB를 이루는 감속기 쪽에 전달되는 반력이 크게 증가되는 현상을 가져오게 된다.

즉, 일례로 운전자가 밟는 브레이크 페달로 인한 유압 제동력이 약 400kgf 정도 발생됨에도 불구하고, ECU는 차량이 정지 상태를 유지하기 위한 목표 제동력인 약 1,200kgf 정도의 하중을 단독으로 EPB에서 발생하도록 제어하게 된다.

이와 같은 ECU의 유압 고려 없는 EPB 단독 제어로 인한 제동력 과다 발생은 제동이 해제될 때 문제를 일으키게 되는데 즉, 제동 해제 시에는 EPB에 의한 약 1,200kgf 하중에 운전자의 브레이크 페달 해제에 따른 유압인 약 400kgf 하중이 부가된 약 1,600kgf 하중이 감속기에 대한 반력으로 가해지며, 이러한 약 1,600kgf 과 하중은 EPB 내구성 악화를 초래함은 물론 소음 성능도 악화를 초래할 수 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 전자식 주차 브레이크장치인 EPB(Electrical Parking Brake)를 제어하는 EPB ECU가 차량의 정차 시 요구되는 필요 제동력을 EPB를 통해 발생할 때, 운전자가 밟은 브레이크 페달로 인해 발생된 유압 제동력 크기를 고려한 상태에서 모터에서 발생시키는 동력 크기를 산출하는 방식을 적용함에 따라, 제동 해제 시 브레이크 페달에 의한 유압 제동력과 EPB 제동력이 EPB 감속기에 반력으로 가해지더라도, EPB의 내구성을 저하시키는 크기의 반력이 가해지지 않음은 물론, 줄어든 모터 동력으로 모터 부하도 줄여 줄 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 EPB는 일시 정지 상태에서 요구되는 제동력 크기가 브레이 크 페달에 따른 유압 제동력에 EPB 모터에 따른 제동력을 합한 크기가 되도록 ECU가 제어해줌에 따라, EPB 내구성 저하를 가져오지 않고서도 운전자의 브레이크 페달 답입량을 증대해 제동에 따른 소음을 방지해 줄 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자식 주차 브레이크 장치의 홀딩 제어 방법이 EPB ECU가 차량 네트워크 통신을 이용해 차량이 정차 상태임을 인식하고, 차량의 경사 정도를 산출해 경사로 위치 상태임을 인식하며,

상기 EPB ECU가 자동차용 네트워크를 통하여 압력 센서가 측정하는 캘리퍼에 작용하는 유압 제동력의 크기를 전달받는 유압 제동력 크기 측정 단계;

상기 EPB ECU에서 주차 버튼 신호를 감지하면, 유압 제동력의 크기를 고려한 EPB 액추에이터에서 담당할 EPB 제동력의 크기를 산출하고, 모터를 구동해 감속기에서 발생된 출력 토크를 스크류 축 수단의 전진 이동을 통해 캘리퍼 쪽으로 EPB 제동력을 가하면서, 전류 센서를 통해 모터로 공급되는 전류 세기를 제어하며,

상기 EPB ECU에서 주차 버튼 해제 신호가 입력되면, 모터를 역회전시켜 캘리퍼의 주차 상태를 해제하도록 구현되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 전자식 주차 브레이크장치인 EPB(Electrical Parking Brake)를 구성하는 모터를 제어하는 EPB ECU가 차량 일시 정지 시 요구되는 제동력 크기를 구할 때, 브레이크 페달에 의한 유압 제동력을 고려한 EPB 모터 제동력 크기를 발생시켜 줌에 따라, 반복적으로 이루어지는 제동과 해제에 따라 EPB 감속기로 가해지는 반력 크기를 최대한 줄여 EPB 내구성을 저하시키지 않으면서도 모터 부하도 함께 줄이면서 전류 소모도 줄여 줄 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 EPB를 제어하는 EPB ECU가 유압 제동력을 고려한 모터 제동력을 발생시켜 줌에 따라, 일시 정지 시 운전자의 브레이크 페달 답입량을 증대할수록 모터 동력을 줄여 줄 수 있으므로, 페달 답입량을 최대로 하면서도 제동에 따른 소음도 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 캘리퍼 타입 전자식 주차 브레이크 장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명에 따른 전자식 주차 브레이크 장치인 EPB(Electrical Parking Brake)는 차량 엔진을 제어하고 주차 조작 버튼의 신호를 받아 주차 구현을 위한 제어 신호를 발생함과 더불어, 요 센서(4,Yaw Rate Sensor)의 경사로 신호와 브레이크 페달(2)의 제동 조작 신호를 받는 EPB ECU(1)와, 상기 EPB ECU(1)의 제어 신호를 통해 구동되는 모터(6)의 동력을 감속기(8)를 매개로 휠 디스크(12)를 구속하는 축 방향 제동력으로 전환시키는 EPB 액츄에이터(5)로 구성되어진다.

여기서, 상기 요 센서(4,Yaw Rate Sensor)는 차량의 경사로 위치를 감지하기 위한 것으로, 요 센서타입이 아닌 중력 타입과 같이 차량 경사를 인식할 수 있는 다양한 센서 타입을 적용하게 된다.

이와 더불어 상기 EPB는 차륜에 장착된 휠 디스크를 감싸도록 설치되어져, 브레이크 페달(2)을 통한 유압 제동력 발생과 더불어, 모터(5)를 통한 모터 제동력으로 차륜을 구속해 차량 이동을 차단하는 캘리퍼(9)를 갖추는데, 상기 캘리퍼(9)에는 EPB 액츄에이터(5)가 장착되어진다.

이에 더해, 상기 전자식 주차 브레이크 장치인 EPB에는 차량에 대한 각종 정보를 이용해 제어하는 엔진 ECU가 EPB ECU(1)와 통신하도록 연결되고, 캘리퍼(9)에 작용하는 유압 제동력의 크기를 측정하는 압력 센서(3)가 구비되어진다.

또한, 상기 EPB ECU(1)와 EPB 액츄에이터(5)사이에는 전류 센서(7)가 더 구비되는데, 상기 전류 센서(7)는 구동중인 모터(6)로 공급되는 전류 세기를 EPB ECU(1)로 전송해 차량이 경사로 상에 일시적으로 정차할 때, 모터(6)에 공급되는 전류 세기를 제어하기 위한 제어 변수 값을 제공해주게 된다.

이를 위해 상기 EPB ECU(1)는 차량 주차 상태를 위해 모터(6)를 작동시키는 로직(Logic)과 더불어, 경사로 정차에 따른 일시적인 정지 상태를 위해 모터(6)를 작동시키는 로직이 더 부가되어진다.

그리고, 상기 EPB 액츄에이터(5)에서 동력을 발생하도록 정·역회전하는 모 터(6)는 여러 종류를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 DC 모터를 사용하게 된다.

또한, 상기 모터(6)의 회전력을 감속해 큰 출력 토크를 발생시키는 감속기(8)는 모터(6)의 회전을 감속하도록 다수의 기어 열로 구성되고, 제동 시 캘리퍼(9)쪽으로 최종적인 출력 토크를 피스톤(11)부위에 가하도록 축력을 발생하는 축력 발생 기어로 구성되어진다.

이러한 감속기(8)를 구성하는 기어 배열과 종류는 다양하게 설계되는데 일례로, 모터(6)와 함께 직접 회전되는 구동 기어에 토크를 증대시키는 감속기어가 치합되고, 감속기어에 내접되어 함께 회전하면서 최종적인 출력 토크를 발생하는 유성기어와 출력 선 기어로 구성하거나, 또는 일반적으로 전자식 주차 브레이크 장치인 EPB에 적용되고 있는 감속기를 이용할 수 있게 된다.

그리고, 상기 캘리퍼(9)는 축 방향 힘을 받아 이동되는 피스톤(10)이 구비되고, 상기 피스톤(10)의 이동을 통해 휠 디스크(12)쪽으로 이동되어 가압하는 한 쌍의 패드(11)가 구비되며, 상기 피스톤(10)과 패드(11)가 결합되면서 전체적인 형상을 이루는 캘리퍼 하우징으로 이루어지며, 이러한 구성은 일반적인 캘피퍼 타입 브레이크의 작동 구현과 동일하다.

여기서, 상기 피스톤(10)은 모터(6)의 동력을 전환하는 감속기(8)의 회전을 전달받아 회전하는 스크류 축과 나사 결합 된 너트 부위가, 스크류 축의 끝단에서 스크류 축의 회전에 따라 전진이나 후퇴해 피스톤(10)쪽을 가압하거나 해제하게된다.

이와 같은 본 발명의 전자식 주차 브레이크 장치인 EPB(Electrical Parking Brake)는 EPB ECU(1)가 차량 네트워크 통신(일례로, CAN 통신)을 이용해, 차량의 경사로 위치 상태를 감지하는 요 센서(4,Yaw Rate Sensor)와, 캘리퍼(9)에 발생하는 유압 제동력 크기를 감지하는 압력 센서(3) 및 모터(6)의 전류 세기를 감지하는 전류 센서(7)의 정보를 입력받아, 경사로에 차량을 정차시킬 때 브레이크 페달(2)을 통한 유압 제동력을 고려한 후, 모터(6)에서 발생하는 필요 제동력(Request Clamping Force)만을 발생되도록 제어함에 따라, 정차 시 모터(6)의 발생 동력을 유압 제동력만큼 줄여 모터(6)부하를 줄여줌과 더불어, 제동 해제 시 브레이크 페달(2)에 의한 유압 제동력과 EPB의 제동력이 EPB 액츄에이터(5)의 감속기(8)쪽으로 가해지는 반력에 의한 EPB의 내구성 저하를 방지할 수 있는 특징이 있게 된다.

이를 위해 본 발명의 전자식 주차 브레이크 장치인 EPB(Electrical Parking Brake)는 도 1에 도시된 바와 같이, EPB ECU(1)가 차량 주행 정보를 감지해 제어하는 차량의 네트워크 간 통신방식(일례로, CAN 통신을 이용한 엔진 ECU간 통신)을 이용해 서로 통신하는데 즉, 상기 EPB ECU(1)는 제동 여부 인식과 일시 정지 된 차량의 경사로 위치 여부를 판단하도록 압력 센서(3)와 요 센서(4,Yaw Rate Sensor)를 통한 정보를 인식함과 더불어, EPB ECU(1)가 EPB 액츄에이터(5)를 구동할 때, 모터(6)의 회전을 조절하도록 공급되는 전류 세기를 감지하는 전류 센서(7)의 정보를 입력받게 된다.

이를 위해 상기 압력 센서(3)는 캘리퍼(9)부위로 설치되고, 요 센서(4,Yaw Rate Sensor)는 차량의 기울어짐을 인식하는 부위로 설치되며, 전류 센서(7)는 모 터(6)의 전류 공급 부위로 설치되어진다.

이와 더불어 EPB ECU(1)를 통해 제어되는 EPB 액츄에이터(5)는 차륜에 장착된 휠 디스크(12)를 감싸는 캘리퍼(9)에 장착되어져, 모터(6)의 구동 시 축 방향 출력 토크로 피스톤(10)과 패드(11)를 휠 디스크(12)쪽으로 밀어 가압하게 된다.

이와 같은 전자식 주차 브레이크 장치인 EPB(Electrical Parking Brake)를 통한 제동 구현은, EPB ECU(1)가 정차 시 요구되는 제동력(Clamping Force)에 대해 유압 제동력을 제외한 모터(6)의 제동력을 차량이 위치된 도로의 경사 정도에 따라 가변적으로 구현하게 된다.

일례로, 차량이 평지에 정차하는 경우 차량이 자중에 의해 밀려나지 않게 되므로, 만약 차량 정차에 약 1,600kgf의 하중이 필요할 때 유압 제동력이 약 400kgf인 경우, EPB ECU(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 차량의 경사에 대한 고려가 전혀 없이 모터(6)에서 발생시켜야 하는 하중을 약 1,200kgf 으로 산출하게 되고, 이에 따라 주차 버튼이 입력되면 EPB ECU(1)는 약 1,200kgf 하중을 모터(6)에서 발생시켜 정차 상태를 유지시켜 주게 된다.

즉, 주차를 위한 조작 버튼의 신호가 입력된 EPB ECU(1)는 모터(6)를 구동시키게 되고, 상기 모터(6)의 회전은 감속기(8)를 통해 출력 토크가 증대된 상태로 전환되어진다.

이어, 상기 감속기(8)를 통해 발생된 출력 토크는 스크류 축의 회전과 너트부위를 통한 축 방향 가압력으로 캘리퍼(9)의 피스톤(10)으로 전달되고, 이러한 피스톤(10)의 이동으로 패드(11)가 휠 디스크(12)를 구속해 주차 상태를 유지시켜 주 게 된다.

하지만, 차량이 경사로에 정차되는 경우 EPB ECU(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 요 센서(4)를 통해 차량이 위치된 도로의 경사 정도인 차량 경사값(Vc)을 차량 네트워크를 이용한 통신으로 감지하고, 이를 이용해 차량 정차 시 요구되는 목표 제동력(Target Clamping Force)을 결정하게 된다.

이어, 상기 목표 제동력(Target Clamping Force)이 결정된 상태에서 운전자가 브레이크 페달(2)을 밟거나 또는 정지 상태에서, 압력 센서(3)를 통해 캘리퍼(9)에 작용하는 유압 제동력(Pb)의 크기에 대한 정보를 EPB ECU(1)가 인식하게 된다.

이와 같이 차량 경사값(Vc)을 고려한 목표 제동력(Target Clamping Force)과 브레이크 페달(2)을 고려한 유압 제동력(Pb)에 대한 크기 값을 인지한 EPB ECU(1)는, 주차 버튼 신호가 입력되면 목표 제동력(Target Clamping Force)에서 유압 제동력(Pb)을 뺀 EPB 액츄에이터(5)의 순수한 EPB 제동력(Pn)을 결정하게 된다.

일례로, EPB ECU(1)가 총 하중을 약 2,000kgf 로 산출하고, 유압 제동력(Pb)이 약 400kgf인 경우, EPB 액츄에이터(5)의 순수한 EPB 제동력(Pn)은 약 1,600kgf 하중이 된다.

이와 같이 EPB 액츄에이터(5)에서 약 1,600kgf 하중이 산출되면, EPB ECU(1)는 모터(6)를 구동시켜 감속기(8)를 통해 필요로 하는 축 방향 출력 토크를 발생시키게 되고, 이러한 축 방향 토크는 스크류 축과 너트를 통해 피스톤(10)을 밀어주는 축 방향 가압력으로 전환되고, 이를 통해 패드(11)가 휠 디스크(12)를 구속하는 상태로 캘리퍼(9)가 작동하게 된다.

이러한 제동 상태가 이루어지는 동안 상기 EPB ECU(1)는 모터(6)로 공급되는 전류 세기를 감지하는 전류 센서(7)의 정보를 감지하고, 이를 이용해 유압 제동력(Pb)과 EPB 제동력(Pn)을 비교해 필요 시, EPB 액츄에이터(5)의 모터(6)의 회전수를 조절하게 된다.

이와 같이 EPB ECU(1)는 정차를 위해 필요로 하는 목표 제동력(Target Clamping Force)중 도 3에 도시된 바와 같이, 운전자가 밟는 브레이크 페달(2)에 의한 유압 제동력(Pb)이 형성하는 브레이크 페달에 의한 제어 영역(A)과 더불어, 모터(6)를 통한 EPB 제어 영역(B)이 함께 구현되고, 이는 모터(6)가 담당하는 제동력 크기를 줄여 줄 수 있도록 작용될 수 있게 된다.

이어, 운전자가 주차 버튼을 해제하게 되면, EPB ECU(1)는 모터(6)를 역회전(정차 시를 정 회전이라 함)해 캘리퍼(9)를 해제하여 정차 상태를 풀어주게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 캘리퍼 일체형 전자식 주차 브레이크 장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 캘리퍼 타입 전자식 주차 브레이크의 홀딩 제어 방법도

도 3은 본 발명에 따른 캘리퍼 타입 전자식 주차 브레이크의 홀딩 제어 선도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : EPB ECU 2 : 브레이크 페달

3 : 압력 센서 4 : 요 센서(Yaw Rate Sensor)

5 : EPB 액츄에이터 6 : 모터

7 : 전류 센서 8 : 감속기

9 : 캘리퍼 10 : 피스톤

11 : 패드 12 : 휠 디스크

Claims (2)

1. EPB ECU(1)가 EPB ECU가 차량 네트워크 통신을 이용해 차량이 정차 상태임을 인식하고, 차량의 경사 정도를 산출해 경사로 위치 상태임을 인식하며, 차량의 경사 정도를 산출하는 경사로 제동 판단 단계;

   상기 EPB ECU가 자동차용 네트워크를 통하여 압력 센서(3)가 측정하는 캘리퍼(9)에 작용하는 유압 제동력(Pb)의 크기를 전달받는 유압 제동력 크기 측정 단계;

   상기 EPB ECU(1)에서 주차 버튼 신호를 감지하면, 유압 제동력의 크기를 고려한 EPB ECU(1)가 산출된 차량 경사 정도에 따라 EPB 액추에이터(5)에서 담당할 EPB 제동력(Pn)의 크기를 산출하고, 모터(6)를 구동해 감속기(8)에서 발생된 출력 토크가 스크류 축 수단의 전진 이동을 통해 캘리퍼(9)쪽으로 EPB 제동력(Pn)을 가하면서, 전류 센서(7)를 통해 모터(6)로 공급되는 전류 세기를 제어하는 제동 구현 단계;

   상기 EPB ECU(1)에서 주차 버튼 해제 신호가 입력되면, 모터(6)를 역회전시켜 캘리퍼(9)의 주차 상태를 해제하는 제동 해제 단계;

   로 구현되는 것을 특징으로 하는 캘리퍼 타입 전자식 주차 브레이크의 홀딩 제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 EPB 제동력(Pn)은 목표 제동력에서 유압 제동력(Pb)을 뺀 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 캘리퍼 타입 전자식 주차 브레이크의 홀딩 제어 방법.

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