KR20220045485A - 전동식 브레이크 장치 및 제어방법 - Google Patents

전동식 브레이크 장치 및 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220045485A
KR20220045485A KR1020200128282A KR20200128282A KR20220045485A KR 20220045485 A KR20220045485 A KR 20220045485A KR 1020200128282 A KR1020200128282 A KR 1020200128282A KR 20200128282 A KR20200128282 A KR 20200128282A KR 20220045485 A KR20220045485 A KR 20220045485A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air gap
calculated
braking
brake pad
brake
Prior art date
Application number
KR1020200128282A
Other languages
English (en)
Inventor
김종성
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020200128282A priority Critical patent/KR20220045485A/ko
Publication of KR20220045485A publication Critical patent/KR20220045485A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2304/00—Optimising design; Manufacturing; Testing
    • B60Y2304/05—Reducing production costs, e.g. by redesign
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/81—Braking systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/24—Electric or magnetic using motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Braking Systems And Boosters (AREA)

Abstract

본 개시의 일 실시예에 의하면, 제동입력을 감지하여 제동력을 연산하는 제동력 연산과정; 모터에 흐르는 전류값에 기초하여 브레이크 패드와 디스크가 접촉하는 접촉점(contact point)을 판단하는 접촉점 판단과정; 접촉점에 기초하여 브레이크 패드와 디스크 사이의 에어갭(
Figure pat00104
)을 연산하는 에어갭 연산과정; 연산된 에어갭(
Figure pat00105
)을 기저장된 갱신 전 에어갭(
Figure pat00106
) 을 이용하여 연산된 에어갭(
Figure pat00107
)을 갱신하는 에어갭 보정과정; 갱신된 에어갭을 저장하는 에어갭 저장과정을 포함하되, 갱신된 에어갭(
Figure pat00108
)은 수학식
Figure pat00109
에 의해 산출되며,
Figure pat00110
는 갱신 전 에어갭,
Figure pat00111
은 반복 횟수 및
Figure pat00112
은 연산된 에어갭인 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 제어방법을 제공한다.

Description

전동식 브레이크 장치 및 제어방법{Method And Apparatus for Controlling Electro-Mechanical Brake}
본 개시의 실시예는 전동식 브레이크 장치 및 제어방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
전동식 브레이크(Electro-Mechanical Brake, EMB)가 개발되어 널리 사용되고 있다. 전동식 브레이크는 주차 브레이크(Electronic Parking Brake; EPB)로 개발되었으나, 최근 종래의 유압식 브레이크를 대체하는 주 브레이크용으로 그 사용 영역이 확장되고 있다. EMB는 브레이크 캘리퍼(caliper)에 모터로 구동되는 액추에이터(actuator)가 장착되어, 브레이크 액(brake fluid)이라는 매개체 없이 모터 구동력으로 직접 차량을 제동하는 장치이다. EMB는 전동식 주차 브레이크(EPB: Electronic Parking Brake)와 유사한 메커니즘(mechanism)을 가지고 있으나, EPB와 달리 주제동용으로 주로 사용되므로, EPB보다 높은 제동응답성 및 작동내구성이 요구된다. 또한, 전동식 브레이크는 유압식 브레이크(hydraulic brake)에 비해 구조가 간단하면서도 제동응답속도가 빠르고, 더욱 정밀한 제어가 가능하여 제동안전성을 향상시킬 수 있다.
EMB는 하중 센서(load sensor)를 이용하여 운전자가 요구하는 목표 제동력을 형성한다. 하중 센서를 장착한 전동식 브레이크는 클램핑력(clamping force)을 정확하게 측정할 수 있다. 그러나 EMB가 하중 센서를 장착하면, 센서가 장착되는 부분의 설계가 복잡해지고, 제조원가가 상승한다. 또한, 센서 장착에 따른 EMB의 크기(size)의 증가 또한 불가피하다.
제조원가 상승 및 EMB의 크기 증가를 해결하기 위해서 하중 센서를 이용하여 클램핑력을 측정하는 방법 대신 제동력을 생성하는 모터에 흐르는 전류를 측정하여 이를 바탕으로 클램핑력을 측정 또는 추정할 수 있다. 또한 클램핑력을 정확하게 추정하기 위해서는 브레이크 패드(brake pad)와 디스크(disc) 사이의 이격거리, 즉, 에어갭(air gap)을 추정해야 하는데, 브레이크 패드의 마모정도에 따라 에어갭이 지속적으로 변동된다. 에어갭이 변동되면 정확한 클램핑력을 추정할 수 없다. 즉, 모터에 흐르는 전류를 측정하여 클램핑력을 추정하는 방법은, 하중 센서를 이용하는 경우보다 오차가 더 크게 발생하여, 클램핑력을 추정할 때 정확도가 떨어지고, 차량의 안정적인 제동성능의 확보에 문제가 있다.
이에, 본 개시는 EMB에서 하중 센서를 제거하여 EMB의 설계를 단순화하여 EMB의 크기를 감소시키고, EMB의 제조원가를 절감하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 개시는 통계적 평균을 이용하여 에어갭을 보정하여 브레이크 패드의 마모정도를 지속적으로 추적함으로써 클램핑력을 추정할 때 오차를 감소시켜 안정적인 성능을 확보하는 데 다른 주된 목적이 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 제동입력을 감지하여 제동력을 연산하는 제동력 연산과정; 모터에 흐르는 전류값에 기초하여 브레이크 패드와 디스크가 접촉하는 접촉점(contact point)을 판단하는 접촉점 판단과정; 접촉점에 기초하여 브레이크 패드와 디스크 사이의 에어갭(
Figure pat00001
)을 연산하는 에어갭 연산과정; 연산된 에어갭(
Figure pat00002
)을 기저장된 갱신 전 에어갭(
Figure pat00003
) 을 이용하여 연산된 에어갭(
Figure pat00004
)을 갱신하는 에어갭 보정과정; 갱신된 에어갭을 저장하는 에어갭 저장과정을 포함하되, 갱신된 에어갭(
Figure pat00005
)은 수학식
Figure pat00006
에 의해 산출되며,
Figure pat00007
는 갱신 전 에어갭,
Figure pat00008
은 반복 횟수 및
Figure pat00009
은 연산된 에어갭인 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 제어방법을 제공한다.
또한, 구동력을 발생시키는 모터를 포함하고, 구동력을 이용하여 디스크(disc)와 접촉하여 마찰력을 발생시켜 차량을 제동하는 브레이크 패드(brake pad)를 포함하는 구동부(drive unit); 모터에 흐르는 전류값을 측정하는 전류 센서(current sensor) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 센서부(sensor unit); 및 제동입력에 기초하여 차량을 제동시키기 위한 제동력을 연산하고, 전류값에 기초하여 브레이크 패드와 디스크가 접촉하는 접촉점(contact point)을 추정하고, 접촉점에 기초하여 브레이크 패드와 디스크 사이의 에어갭을 연산하고, 에어갭을 수학식
Figure pat00010
으로 보정하는 제어부(ECU: Electronic Control Unit)를 포함하되,
Figure pat00011
는 갱신 전 에어갭,
Figure pat00012
은 반복 횟수 및
Figure pat00013
은 연산된 에어갭인 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 하중 센서를 제거함에 따라 전동식 브레이크의 설계가 단순해지고, 크기가 감소하는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 통계적 평균을 이용하여 에어갭을 보정하여 브레이크 패드의 마모정도를 지속적으로 추적함으로써 클램핑력을 추정할 때 오차를 감소시켜 안정적인 성능을 확보하는 다른 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 브레이크 장치의 블록구성도이다.
도 2는 모터의 동작거리와 포스 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부의 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 제어부의 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예 들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 브레이크 장치의 블록구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따르면 전동식 브레이크(EMB: Electronic Mechanical Brake, 100)는 센서부(sensor unit, 110), 제어부(ECU: Electronic Control Unit, 120) 및 구동부(drive unit, 130)의 전부 또는 일부를 포함한다.
센서부(110)는 위치 센서(position sensor, 112) 및 전류 센서(current sensor, 114)의 전부 또는 일부를 포함한다.
위치 센서(112)는 모터(132)의 동작거리(distance)를 측정한다. 여기서 동작거리란, 모터(132)가 회전함에 따라 전동식 브레이크(100)의 피스톤(136)이 직선운동하게 되는데, 동작거리는 피스톤(136)의 직선이동거리를 의미한다.
한편, 전동식 브레이크(100)가 제동력을 생성하기 위해 피스톤(136)이 브레이크 패드(138)를 가압하는데, 여기서 피스톤(136)이 브레이크 패드(138)를 가압하는 힘을 클램핑력(clamping force)이라 정의한다.
전류 센서(current sensor, 114)는 모터(132)에 흐르는 전류(current)를 측정한다.
제어부(120)는 제동입력 판단부(braking input determining unit, 121), 제동력 연산부(braking force calculation unit, 122), 에어갭 연산부(air gap calculation unit, 123), 에어갭 보정부(air gap correction unit, 124) 및 구동 제어부(drive controller unit, 125)의 전부 또는 일부를 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 전류 제어 및 위치 제어를 이용하여 클램핑력을 추정한다. 여기서 전류 제어란, 모터(132)에 흐르는 전류에 기초하여 클램핑력을 추정하는 제어방법이다. 한편, 위치 제어란, 모터(132)의 동작거리에 기초하여 클램핑력을 추정하는 제어방법이다.
그런데, 위치 제어를 이용하여 클램핑력을 추정하면, 브레이크 패드(138)의 마모상태에 따라 기준 위치값, 즉, 접촉점(contact point)이 달라지기 때문에 정확한 클램핑력을 추정할 수 없다. 따라서, 초기에는 전류 제어를 이용하여 접촉점을 찾아야 한다. 여기서 접촉점이란, 브레이크 패드(brake pad, 138)와 디스크(disc, 미도시)가 접촉을 시작하는 지점을 의미한다.
그러나, 전류 제어를 이용하여 클램핑력을 추정하면, 추정된 클램핑력은 오차가 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 장치 및 제어방법은 초기에는 전류 센서를 이용하여 접촉점을 추정하되, 추정의 정밀도를 높이기 위해 통계적 방법을 이용한다. 또한, 통계적 방법을 이용하여 접촉점을 추정한 후, 제어모드를 전류 제어에서 위치 제어로 변경한다.
제동입력 판단부(121)는 차량에 제동이 요구되는지 판단한다. 차량에 제동이 요구되는지는, 각종 요인들, 예컨대, 브레이크 페달(brake pedal)의 답입량(stroke)을 근거로 판단한다.
제동입력 판단부(121)가 제동이 요구된다고 판단한 경우, 제동력 연산부(122)는 차량을 제동하기 위해 필요한 제동력을 연산한다. 제동력 연산부(122)가 제동력을 연산하면, 구동부(130)가 연산된 제동력에 상응하는 제동력을 복수의 휠브레이크(wheel brake, 미도시)에 공급한다.
제어부(120)는 브레이크 패드(138)와 디스크가 접촉하는 위치, 즉 접촉점을 판단한다.
에어갭 연산부(123)는 차량에 제동입력이 요구되는 경우 모터(132)에 흐르는 전류에 기초하여 브레이크 패드(138)와 디스크 사이의 이격거리를 연산한다. 여기서 이격거리란, 제동을 시작하기 전 초기상태에서 브레이크 패드(138)와 디스크가 이격된 거리를 의미하며, 본 개시의 상세한 설명에서는 에어갭(air gap)으로 지칭한다.
에어갭 연산부(123)는 차량에 제동입력이 있을 때 에어갭(
Figure pat00014
)을 연산하고, 제동시스템의 동작이 개시될 때, 예컨대, 시동이 켜질 때도 에어갭(
Figure pat00015
)을 연산한다.
에어갭 보정부(124)는 연산된 에어갭(
Figure pat00016
또는
Figure pat00017
)를 누적평균값(
Figure pat00018
)과의 통계적 평균을 이용하여 갱신한다. 통계적 평균이란, 예컨대, 총 49 회의 데이터를 기초로 마지막으로 연산된 에어갭(
Figure pat00019
)과 합산한 50 회를 기준으로 평균을 산출하는 방법을 의미한다. 즉, 한번의 측정만으로 누적평균값(
Figure pat00020
)이 크게 변동되는 것이 아니라, 반복적으로 측정할수록 서서히 변동된다.
본 개시의 상세한 설명에서 누적평균값(
Figure pat00021
)은 갱신된 에어갭(
Figure pat00022
)을 의미한다. 보정하는 과정과 이유에 대해서는 도 3에서 상세하게 설명한다.
구동 제어부(125)는 구동부(130)가 제동력 연산부(122)에 의해 연산된 제동력을 형성하도록 구동부(130)를 제어한다.
구동부(130)는 모터(motor, 132), 기어 박스(gear box, 134), 피스톤(piston, 136), 브레이크 패드(brake pad, 138) 및 캘리퍼 바디(caliper body, 미도시)를 포함한다.
모터(132)는 전류가 흐름에 따라 정방향 또는 역방향으로 회전하여 구동력을 발생시킨다. 여기서 구동력은 모터(132)의 회전력(rotational force)을 의미한다. 모터(132)의 회전력은 제동력을 형성하기 위해 기어박스(134)의 스크류(미도시)로 전달된다.
기어박스(134)는 모터(132)의 회전력에 의해 스핀들(spindle, 미도시)이 직선운동하도록 하기 위한 복수의 기어(gear) 및 스크류(screw)를 포함한다. 기어박스의 스핀들이 직선운동을 하게 되면, 캘리퍼 바디의 일단에 부착된 피스톤(136)은 전진 또는 후진하게 되고, 이에 따라, 피스톤에 연결된 브레이크 패드(138)가 디스크(disc, 미도시)를 가압하여 제동력을 형성한다.
본 개시에서 기어박스(134)의 구동과 관련된 통상적인 구성은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 기술이므로, 그에 관한 도시 및 설명은 생략한다.
본 개시에서 서술하는 전동식 브레이크(100)는 전동식 주차 브레이크(EPB)로 개발되었으나, 최근 종래의 유압식 브레이크(hydraulic brake)를 대체하는 주 브레이크(main brake)용으로 그 사용영역이 확장되고 있다.
전동식 브레이크(100)에는 주차(parking) 기능이 일체화된 것이 일반적이나, 본 개시의 일 실시예는, 주차 기능이 없는 주 브레이크 및 주차 기능이 장착된 주 브레이크 모두를 포함한다.
도 2는 모터의 동작거리와 포스 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 그래프의 가로축은 모터(132)의 동작거리를 나타내고, 그래프의 세로축은 포스(force)를 나타낸다.
본 개시의 일 실시예에 따른 포스 추정방법은 위치 센서(112)가 측정한 모터 동작거리를 기초로 포스를 추정할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크는 하중 센서를 구비하지 않고 위치 센서(112) 또는 전류 센서(114)를 이용하여 포스를 추정하는 것을 특징으로 한다.
하중 센서를 구비하는 일반적인 제동장치와 본 개시의 일 실시예를 비교하면, 일반적인 제동장치는 하중 센서를 이용하여 b 지점을 정확하게 찾을 수 있다. 여기서 b 지점은 접촉점의 포스를 의미한다. 한편, a는 접촉점인 동시에 브레이크 패드(138)와 디스크 사이의 에어갭을 의미한다. 여기서 에어갭이란, 제동력을 생성하기 전에 마찰재, 예컨대, 브레이크 패드(138)와 디스크 사이에 일정 거리의 간격이 필요한데, 이 간격을 에어갭이라 한다.
a가 에어갭을 의미하는 이유는 제동 초기상태에서 접촉점까지는 브레이크 패드(138)와 디스크가 접촉하지 않는데, 여기서 브레이크 패드(138)와 디스크가 일정한 간격을 유지하며 떨어져 있다. 즉, a는 브레이크 패드가 초기상태에서 접촉점까지 이동한 거리를 나타내기 때문이다.
한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크는 b 지점을 추정해야 하는데, 여기서 b 지점을 추정할 때 브레이크 패드(138)의 마모상태에 따라 접촉점이 달라지기 때문에 추정오차(estimation error)가 발생한다. 여기서 추정오차란, 모터(132)의 동작거리에 따른 클램핑력 추정값(estimated value)과, 실제 피스톤(136)이 브레이크 패드(138)를 가압한 클램핑력 사이의 차이를 의미한다.
전동식 브레이크(100)가 제동력을 생성할 때, 모터(132)의 동작거리가 동일한 경우 브레이크 패드(138)에 동일한 클램핑력이 전달되어야 하는데, 각종 요인에 따라 실제 피스톤이 브레이크 패드(138)에 전달하는 클램핑력이 달라진다.
추정오차가 발생하는 요인은 여러가지가 있으나, 그 중 주된 3가지 요인에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
첫째로, 전동식 브레이크(100)를 작동하여 제동력을 생성하는 가압과정과, 전동식 브레이크(100)의 작동을 해제하여 제동력을 소멸시키는 감압과정에서 모터(132)의 동작거리가 동일한 지점에서 클램핑력의 차이가 존재한다. 즉 가압을 할 때 증가하는 클램핑력과, 감압을 할 때 감소하는 클램핑력의 사이에 차이가 존재하기 때문에 클램핑력의 추정오차가 발생한다.
둘째로, 에어갭의 상황에 따라 클램핑력의 추정오차가 발생한다. 예컨대, 브레이크 패드(138)가 마모됨으로써 디스크와 브레이크 패드(138) 사이의 간격이 증가하면 에어갭이 커진다. 즉, 각각 휠브레이크마다 에어갭의 상황에 차이가 존재하기 때문에 클램핑력의 추정오차가 발생한다.
셋째로, 브레이크 패드(138)의 온도에 따라 제동력의 추정오차가 발생한다. 브레이크 패드(138)가 제동력을 생성하는 과정은, 브레이크 패드(138)가 디스크와 접촉하여 마찰력이 발생하고, 마찰력에 의해 운동에너지의 일부가 열에너지로 변환됨으로써 디스크의 회전속도가 감소되는 과정으로 이루어진다. 여기서 브레이크 패드(138)의 온도가 높은 경우와 낮은 경우에 있어 회전속도의 감소량에 차이가 발생한다. 즉, 각각의 휠브레이크마다 브레이크 패드(138)의 온도에 차이가 존재하기 때문에 제동력의 추정오차가 발생한다.
따라서 본 개시의 일 실시예는 전류 센서 및 위치 센서를 적절히 이용하여 추정오차를 최소화하여 접촉점을 찾아낸다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부의 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 차량이 출고되기 전까지의 출고 전 실험에 기초하여 연산한 누적평균값(
Figure pat00023
)을 메모리에 저장한다(S310).
여기서 누적평균값(
Figure pat00024
)은 도 1에서 설명한 것과 마찬가지로, 브레이크 패드(138)와 디스크가 접촉하는 시점에서 모터(132)에 흐르는 전류값을 반복적으로 측정하여 산출한 에어갭을 누적적으로 평균하여 산출한 값이다. 여기서 누적평균값 a를 산출하기 위해 N 회 이상의 반복 측정이 필요하며, N은 예컨대, 50 회 등이 될 수 있다.
차량이 출고된 이후, 운전자가 차량에 제동력을 발생시킬 때마다 제어부는 누적평균값 a를 갱신(update)한다. 누적평균값을 갱신하는 방법은 수학식 1에 따른다.
Figure pat00025
여기서
Figure pat00026
는 갱신된 에어갭, 즉, 누적평균값을 의미하고,
Figure pat00027
는 갱신 전 누적평균값을 의미하고,
Figure pat00028
은 반복 횟수를 의미하고,
Figure pat00029
은 마지막 제동시 연산된 에어갭을 의미한다.
한편, S310 과정에서 차량이 처음 출고될 때 에어갭은
Figure pat00030
회 측정된 평균 값으로 가정하여 수학식 1을 적용한다. 즉, 출고된 이후에는
Figure pat00031
에 대한 데이터가 존재하지 않으나, 출고될 때 실험에 기초하여 연산한 누적평균값(
Figure pat00032
)을 평균값으로 가정하여 수학식 1을 적용한다.
이후 제어부는 제동시스템이 개시되었는지 여부를 판단한다(S320). 여기서 제동시스템이 개시되는 것이란, 운전자가 시동을 켜 제동시스템을 오프(off) 상태에서 온(on)상태로 전환하는 것을 의미한다.
제동시스템이 오프 상태인 것으로 판단된 경우 본 알고리즘은 작동하지 않는다.
한편, 제동시스템이 개시된 것으로 판단된 경우, 제어부(120)는 시동이 켜질 때 연산된 에어갭(
Figure pat00033
)을 사용하지 않고, 미리 저장된 에어갭(
Figure pat00034
)을 사용하기 위해서 시동을 켤 때 연산된 에어갭을 미리 저장된 에어갭으로 보정한다. 예컨대, 시동을 걸 때 새롭게 측정된 에어갭이
Figure pat00035
인 경우 제어부는
Figure pat00036
을 연산된 에어갭으로 사용하지 않고, 제어부는
Figure pat00037
을 에어갭을 누적평균값(
Figure pat00038
)으로 변경하는 보정을 한다(S330).
보정하는 이유를 설명하면, 시스템이 오프(off) 상태에서 온(on)상태로 전환된 경우, 예컨대, 시동이 꺼졌다가 다시 켜진 경우에는 모터(132)의 위치 센서가 피스톤(136)의 절대위치를 찾아낼 수 없으므로,
Figure pat00039
를 앞서 저장한 누적평균값
Figure pat00040
로 변경 보정해야 브레이크 패드(138)의 마모상태를 계속해서 추적할 수 있다. 예컨대, 모터가 180 도 회전 시 피스톤(136)이 0.1 mm 전진한 것으로 가정한다. 제어부(120)가 시동이 켜졌을 때 모터(132)가 반 바퀴 회전한 것으로 판단한 경우, 모터(132)가 180 도 회전했는지, 540 도 회전했는지 판단할 수 없기 때문에 피스톤(136)이 0.1 mm 전진했는지, 0.3 mm 전진했는지 판단할 수 없다.
즉, 모터(132)의 상대적인 변위는 알 수 있으나, 절대적인 변위를 알 수 없기 때문에 변위에 대응되는 피스톤(136)의 절대위치를 알 수 없다. 피스톤(136)의 절대위치를 알 수 없기 때문에, 기존에 저장된 누적평균값(
Figure pat00041
)을 사용해야 기존의 브레이크 패드(138)의 마모상태를 계속해서 추적할 수 있다.
만약 보정을 하지 않는다면, 기존에 브레이크 패드(138)가 0.1 mm 마모되었고, 에어갭이 0.2 mm로 저장되었음에도 불구하고, 시동을 켤 때 외부의 환경변화 때문에 에어갭이 0.4 mm로 연산된 경우, 브레이크 패드(138)가 0.3 mm만큼 마모된 것으로 추정하게 된다. 따라서, 실제 브레이크 패드(138)의 마모정도를 추정할 수 없다. 즉, 시동이 꺼진 동안 브레이크 패드(138)의 마모가 발생하지 않았음에도 불구하고, 외부의 환경변화 때문에 브레이크 패드(138)가 마모된 것으로 추정하기 때문이다. 여기서 외부의 환경변화란, 예컨대 차량이 주차되어 있다가 견인(tow)되면서 충격이 발생하여 에어갭이 0.2 mm 에서 0.4 mm로 증가한 경우 등이 있다.
만약, 서비스 센터(auto repair shop) 등에서 브레이크 패드(138)를 교체한 경우, 제어부는 현재까지 연산된 누적평균값
Figure pat00042
를 삭제하고, 다시 S310 과정에 기초하여 새로운 누적평균값
Figure pat00043
를 연산한다.
이후, 제어부(120)는 제동입력이 있었는지 여부를 판단하여 제동시스템의 동작을 개시할지 여부를 판단한다(S340). 제어부(120)는 차량의 각종 입력신호, 예컨대, 브레이크 페달(미도시)의 답입여부에 따라 제동입력이 요구되는지 판단한다.
차량에 제동입력이 없는 것으로 판단된 경우, S360 과정에서 제어부(120)는 제동시스템의 종료 여부를 판단한다.
한편 차량에 제동입력이 있는 것으로 판단된 경우, 제어부(120)는 에어갭(
Figure pat00044
)을 연산하고, 보정하는 과정을 수행한다(S350). S350의 과정은 앞서 설명한 수학식 1을 참조한다.
S350 과정에서 수학식 1에 기초하여 에어갭(
Figure pat00045
)을 보정할 때, 본 개의 일 실시예에 따른 제어부(120)가 이용하는 누적평균값
Figure pat00046
는 마지막으로 갱신된 에어갭
Figure pat00047
를 의미한다. 즉, 제어부(120)는 기존에 연산된 에어갭(
Figure pat00048
)을 저장하지 않고, 마지막으로 갱신된 누적평균값
Figure pat00049
만 메모리에 저장한다. 예컨대, 차량이 50 번째 제동을 하는 경우, 1 회 내지 49 회 동안 연산된 에어갭(
Figure pat00050
)은 저장되지 않고, 마지막으로 갱신된 누적평균값
Figure pat00051
로 1회 내지 49 회의 제동이 이루어진 것으로 간주하여 50 번째 제동에서 연산된 에어갭(
Figure pat00052
)을 수학식 1에 기초하여 평균을 산출한다.
즉, 1 회 내지 49 회 동안 연산된 에어갭(
Figure pat00053
)을 저장하지 않음으로써 메모리의 저장공간이 확보되고, 제어부(120)가 수학식 1에 기초하여 연산할 때 누적평균값
Figure pat00054
를 연산하는 데이터 처리속도가 빨라지는 효과가 존재한다.
에어갭의 갱신을 완료하면, 제어부는 제동시스템이 종료되었는지 여부를 판단한다(S360).
제동시스템이 종료되지 않은 것으로 판단된 경우, S340 과정으로 돌아가 계속해서 차량에 제동입력이 요구되는지 판단하여 에어갭 상황을 갱신한다.
한편, 제동시스템이 종료된 것으로 판단된 경우, 제어부(120)는 마지막으로 갱신된 누적평균값(
Figure pat00055
)을 메모리에 저장한 이후 알고리즘을 종료한다(S370).
도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 제어부의 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
본 개시의 다른 실시예는 본 개시의 일 실시예의 S340 과정 이후에 누적평균값(
Figure pat00056
)이 연산된 에어갭(
Figure pat00057
)을 비교하는 S442 과정이 추가된다. 본 개시의 상세한 설명에서는 S442 과정을 비정상상태 판단과정이라 지칭한다.
비정상상태 판단과정은 연산된 에어갭(
Figure pat00058
)과 누적평균값(
Figure pat00059
)의 차이가
Figure pat00060
회 이상 일정오차보다 큰 지 여부를 판단한다. 예컨대, 제어부(120)는 연산된 에어갭(
Figure pat00061
)은 0.2 mm이고, 누적평균값(
Figure pat00062
)은 0.1 mm 인 상황이 연속으로 5 회 이상 지속된 경우 비정상상태인 것으로 판단한다.
연산된 에어갭(
Figure pat00063
)과 누적평균값(
Figure pat00064
)의 차이가 일정오차보다 큰 경우가 연속적으로 n 회를 초과하는 것으로 판단된 경우, 제어부는 브레이크 패드(138)가 급격히 마모된 것으로 판단하여 반복 회수
Figure pat00065
을
Figure pat00066
으로 변경한다(S444). 여기서
Figure pat00067
은
Figure pat00068
보다 작은 자연수이다. 예컨대,
Figure pat00069
은 50 회,
Figure pat00070
은 10 회 내지 15 회가 될 수 있고,
Figure pat00071
과
Figure pat00072
은 통상의 기술자가 적절하게 선택할 수 있다.
반면, 연산된 에어갭(
Figure pat00073
)과 누적평균값(
Figure pat00074
)의 차이가 일정오차보다 큰 경우가 연속으로 n 회보다 작거나 같은 경우 정상상태인 것으로 판단하여 반복 회수 N을 그대로 유지한다(S446).
S444 과정 또는 S446 과정 이후의 S460 과정은 S360 과정과 동일하기에 상세한 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 센서부 120: 제어부
130: 구동부

Claims (6)

  1. 제동입력을 감지하여 제동력을 연산하는 제동력 연산과정;
    모터에 흐르는 전류값에 기초하여 브레이크 패드와 디스크가 접촉하는 접촉점(contact point)을 판단하는 접촉점 판단과정;
    상기 접촉점에 기초하여 상기 브레이크 패드와 상기 디스크 사이의 이격된 간격을 연산하는 에어갭 연산과정;
    연산된 에어갭(
    Figure pat00075
    )을 기저장된 갱신 전 에어갭(
    Figure pat00076
    )을 이용하여 상기 연산된 에어갭(
    Figure pat00077
    )을 갱신하는 에어갭 보정과정; 및
    갱신된 에어갭(
    Figure pat00078
    )을 저장하는 에어갭 저장과정을 포함하되,
    상기 갱신된 에어갭(
    Figure pat00079
    )은 수학식
    Figure pat00080

    에 의해 산출되며, 상기
    Figure pat00081
    는 갱신된 에어갭, 상기
    Figure pat00082
    는 갱신 전 에어갭,
    Figure pat00083
    (
    Figure pat00084
    은 자연수)은 반복 횟수 및
    Figure pat00085
    은 연산된 에어갭인 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반복 회수(
    Figure pat00086
    )는 45 내지 55 회인 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 에어갭 보정과정 이후에,
    연산된 에어갭(
    Figure pat00087
    )과 갱신된 에어갭(
    Figure pat00088
    )의 차이가 일정오차보다 큰 경우가 연속적으로
    Figure pat00089
    (
    Figure pat00090
    은 자연수)회 이상 지 여부를 판단하는 비정상상태 판단과정
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 제어방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 비정상상태 판단과정은,
    상기 연산된 에어갭(
    Figure pat00091
    )과 상기 갱신된 에어갭(
    Figure pat00092
    )의 차이가 상기 n 회보다 작은 경우 정상상태인 것으로 판단하여 상기 반복 회수
    Figure pat00093
    을 그대로 유지하고,
    상기 연산된 에어갭(
    Figure pat00094
    )과 상기 갱신된 에어갭(
    Figure pat00095
    )의 차이가 상기 n 회 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 브레이크 패드가 급격히 마모된 것으로 판단하여 상기 반복 회수
    Figure pat00096
    을 상기 반복 회수
    Figure pat00097
    보다 작은 자연수
    Figure pat00098
    으로 변경하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 n은 3 회 내지 5 회이고,
    상기
    Figure pat00099
    는 10 회 내지 15 회인 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 제어방법.
  6. 구동력을 발생시키는 모터를 포함하고, 상기 구동력을 이용하여 브레이크 패드(brake pad)를 디스크(disc)와 접촉시켜 마찰력을 발생시켜 차량을 제동하는 구동부(drive unit);
    상기 모터에 흐르는 전류값을 측정하는 전류 센서(current sensor) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 센서부(sensor unit); 및
    제동입력에 기초하여 상기 차량을 제동시키기 위한 제동력을 연산하고, 상기 전류값에 기초하여 상기 브레이크 패드와 상기 디스크가 접촉하는 접촉점(contact point)을 추정하고, 상기 접촉점에 기초하여 상기 브레이크 패드와 상기 디스크 사이의 에어갭을 연산하고, 상기 에어갭을 수학식
    Figure pat00100
    으로 보정하는 제어부(ECU: Electronic Control Unit)를 포함하되,
    상기
    Figure pat00101
    는 갱신 전 에어갭,
    Figure pat00102
    은 반복 횟수 및
    Figure pat00103
    은 연산된 에어갭인 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 장치.
KR1020200128282A 2020-10-05 2020-10-05 전동식 브레이크 장치 및 제어방법 KR20220045485A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200128282A KR20220045485A (ko) 2020-10-05 2020-10-05 전동식 브레이크 장치 및 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200128282A KR20220045485A (ko) 2020-10-05 2020-10-05 전동식 브레이크 장치 및 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220045485A true KR20220045485A (ko) 2022-04-12

Family

ID=81188111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200128282A KR20220045485A (ko) 2020-10-05 2020-10-05 전동식 브레이크 장치 및 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220045485A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230158845A (ko) * 2022-05-12 2023-11-21 현대모비스 주식회사 전동식 브레이크 및 그 제어방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230158845A (ko) * 2022-05-12 2023-11-21 현대모비스 주식회사 전동식 브레이크 및 그 제어방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7185745B2 (en) Electrically actuatable vehicle brake and method for controlling an electrically actuatable vehicle brake
JP5022915B2 (ja) 電動ブレーキ装置
KR102006827B1 (ko) 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어 방법
JP5206952B2 (ja) ディスクブレーキ装置
US7945368B2 (en) Method of adjusting an automatic parking brake
US6969126B2 (en) Braking apparatus and method of controlling the same
CN108026995B (zh) 用于监控行车制动器状态的方法和设备以及制动器和制动***
US20140222307A1 (en) Method for Tightening an Electromechanical Brake, and Electromechanical Brake
KR20220045485A (ko) 전동식 브레이크 장치 및 제어방법
KR20220036480A (ko) 전동식 브레이크 장치 및 제어방법
JP2002213507A (ja) 電動ブレーキ装置
CN216185086U (zh) 机动车制动摩擦片损耗监测***
US11639159B2 (en) Method and device for operating an automated parking brake
JP7061681B2 (ja) 電動ブレーキおよび制御装置
US20230072617A1 (en) Electro-mechanical brake
US20230044940A1 (en) Electromechanical brake and control method therefor
JP4941830B2 (ja) 電動ディスクブレーキ
KR20210157630A (ko) 차량의 제동장치 및 제동방법
KR101928527B1 (ko) 전류 제어를 이용한 전자 기계식 제동 시스템 및 그의 초기화 방법
CN115366864A (zh) 机动车制动摩擦片损耗监测***
KR20220086144A (ko) 전동식 브레이크
US20230077118A1 (en) Electro-mechanical brake
KR102660858B1 (ko) 전동식 브레이크 및 그 제어방법
US20220185255A1 (en) Electric drum brake system and control method thereof
US20230072101A1 (en) Electro-mechanical brake