KR20230036826A - 전동식 브레이크 - Google Patents

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KR20230036826A
KR20230036826A KR1020210119776A KR20210119776A KR20230036826A KR 20230036826 A KR20230036826 A KR 20230036826A KR 1020210119776 A KR1020210119776 A KR 1020210119776A KR 20210119776 A KR20210119776 A KR 20210119776A KR 20230036826 A KR20230036826 A KR 20230036826A
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임동환
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현대모비스 주식회사
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Abstract

전동식 브레이크를 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 모터(motor)의 구동에 의해 피스톤(piston)이 브레이크 패드(brake pad)를 휠디스크(wheel disc) 측으로 밀도록 구성되는 전동식 브레이크에 있어서, 피스톤이 휠디스크 측으로 이동함에 따라 제동력이 증가하는 상승구간에 대한 상승구간 함수정보와, 피스톤이 휠디스크의 반대측으로 이동함에 따라 제동력이 감소하는 하강구간에 대한 하강구간 함수정보를 저장하는 히스테리시스 정보저장부(hysteresis data storage unit); 피스톤의 이동방향이 변환됨에 따라 제동력이 상승구간 및 하강구간 중 어느 하나의 임의의 지점에서 다른 구간으로 전이되는 전이구간에 대한 전이구간 함수의 정보를 생성하는 전이구간 함수정보 생성부(transition section function data generating unit); 피스톤의 위치를 검출하는 위치검출부(position detection unit); 및 피스톤의 위치를 기초로 제동력을 산출하는 제동력 산출부 (braking force calculation unit)를 포함하는 전동식 브레이크를 제공한다.

Description

전동식 브레이크{Electro-Mechanical Brake}
본 개시는 전동식 브레이크에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
전동식 브레이크(Electro-Mechanical Brake, EMB)가 널리 사용되고 있다. 전동식 브레이크는 주차 브레이크(Electronic Parking Brake; EPB)로 개발되었으나, 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 주 제동용으로 주로 사용되므로, EPB보다 높은 제동응답성 및 작동내구성이 요구된다. 전동식 브레이크는 유압식 브레이크(hydraulic brake)에 비해 구조가 간단하면서도 제동응답속도가 빠르고, 더욱 정밀한 제어가 가능하여 제동안정성을 향상시킬 수 있다.
하중센서를 장착한 전동식 브레이크는 클램핑력(clamping force)을 정확하게 측정할 수 있다. 그러나 EMB가 하중센서를 장착하면, 센서가 장착되는 부분의 설계가 복잡해지고 제조원가가 상승한다. 센서 장착에 따른 EMB의 크기(size)의 증가 또한 불가피하다.
제조원가가 상승하는 문제 및 EMB의 크기가 증가하는 문제를 해결하기 위해서 하중센서 대신 전류센서를 이용하여 클램핑력을 추정할 수 있다. 전류센서가 제동력을 생성하는 모터에 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 바탕으로 클램핑력을 추정하도록 EMB를 설계할 수 있다. 다만, 모터에 흐르는 전류를 측정하여 클램핑력을 추정하는 방법은 전류센서의 측정 노이즈로 인하여 하중센서를 이용하는 경우보다 추정 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
도 11은 종래의 전동식 브레이크의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 11을 참조하면, EMB는 휠디스크(wheel disc, 11_c), 휠디스크(11_c)의 양측에 배치되는 한 쌍의 브레이크 패드(brake pad, 11_b) 및 브레이크 패드(11_b)를 휠디스크(11_c) 측으로 가압하도록 구성되는 피스톤(piston, 11_a)을 포함한다. 피스톤(11_a)이 휠디스크(11_c) 측으로 이동할수록 제동력이 커진다. 그런데 제동력은 피스톤(11_a)과 브레이크 패드(11_b)의 상대위치가 동일하다고 하더라도, 피스톤(11_a)의 이동경로에 따라 다른 값을 가진다. 즉, 피스톤(11_a)의 위치에 대한 제동력은 히스테리시스 특성을 가진다. 따라서 피스톤(11_a)의 이동경로를 고려하지 않으면 EMB의 제동력을 정확하게 추정할 수 없다.
일 실시예에 따른 전동식 브레이크는 특정 전류값이 검출되는 피스톤의 위치를 기초로 클램핑력을 추정하여 높은 정확도로 클램핑력을 추정할 수 있다.
일 실시예에 따른 전동식 브레이크는 피스톤의 위치에 대한 제동력의 히스테리시스 특성을 고려하여 제동력을 산출하여, 보다 정확하게 제동력을 산출할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 휠디스크(wheel disc); 휠디스크의 측면에 배치되는 브레이크 패드(brake pad); 브레이크 패드를 휠디스크 측으로 밀도록 구성되는 피스톤(piston); 피스톤에 동력을 공급하는 모터(m본 개시의 일 실시예에 의하면, 모터(motor)의 구동에 의해 피스톤(piston)이 브레이크 패드(brake pad)를 휠디스크(wheel disc) 측으로 밀도록 구성되는 전동식 브레이크에 있어서, 피스톤이 휠디스크 측으로 이동함에 따라 제동력이 증가하는 상승구간에 대한 상승구간 함수정보와, 피스톤이 휠디스크의 반대측으로 이동함에 따라 제동력이 감소하는 하강구간에 대한 하강구간 함수정보를 저장하는 히스테리시스 정보저장부(hysteresis data storage unit); 피스톤의 이동방향이 변환됨에 따라 제동력이 상승구간 및 하강구간 중 어느 하나의 임의의 지점에서 다른 구간으로 전이되는 전이구간에 대한 전이구간 함수의 정보를 생성하는 전이구간 함수정보 생성부(transition section function data generating unit); 피스톤의 위치를 검출하는 위치검출부(position detection unit); 및 피스톤의 위치를 기초로 제동력을 산출하는 제동력 산출부(braking force calculation unit)를 포함하는 전동식 브레이크를 제공한다.
일 실시예에 의하면, 전동식 브레이크는 특정 전류값이 검출되는 피스톤의 위치를 기초로 클램핑력을 추정하여 높은 정확도로 클램핑력을 추정할 수 있는 효과가 있다.
일 실시예에 의하면, 전동식 브레이크는 피스톤의 위치에 대한 제동력의 히스테리시스 특성을 고려하여 제동력을 산출하여, 보다 정확하게 제동력을 산출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크의 구동상태를 나타낸 상태도이다.
도 3은 브레이크패드의 동작거리에 따른 전류를 실측한 그래프이다.
도 4는 접촉지점의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 접촉지점 검출을 위한 모터 제어 시점을 나타낸 그래프이다.
도 6은 피스톤의 위치 및 이동방향에 따른 제동력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크가 제동력을 산출하기 위해 추종하는 함수를 판단하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 전이구간 함수에 대하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 상승구간 함수, 하강구간 함수 및 전이구간 함수를 나타낸 그래프이다.
도 10은 브레이크 패드가 마모된 경우 피스톤의 위치에 따른 제동력 함수의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 종래의 전동식 브레이크의 구성을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 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 전동식 브레이크의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크는 휠디스크(wheel disc, 150), 브레이크 패드(brake pad, 140), 피스톤(piston, 131), 모터(motor, 120), 전류검출부(current detection unit, 180), 위치검출부(position detection unit, 170), 히스테리시스 정보저장부(hysteresis data storage unit, 161), 연산부(calculation unit, 162), 과거상태 정보저장부(past state data storage unit, 163), 전이구간 함수정보 생성부(transition section function data generating unit, 164), 접촉지점 산출부(contact point calculation unit, 165), 제동력 산출부(braking force calculation unit, 166) 및 모터제어기(motor controller, 167)의 전부 또는 일부를 포함한다.
휠디스크(150)는 차량의 휠에 결합된다. 휠디스크(150)는 차량의 휠과 함께 회전한다. 휠디스크(150)의 회전을 구속함으로써 차량을 제동시킬 수 있다. 브레이크 패드(140)는 휠디스크(150)의 측면에 배치된다. 피스톤(131)은 모터(120)의 구동에 의해 브레이크 패드(140)를 휠디스크(150) 측으로 밀도록 구성된다. 피스톤(131)이 브레이크 패드(140)를 휠디스크(150) 측으로 가압함으로써 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150) 사이에 마찰력이 발생한다. 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150) 사이에 발생하는 마찰력으로 인해 휠디스크(150)의 회전이 구속된다. 모터(120)는 피스톤(131)에 동력을 공급한다.
피스톤(131)이 모터(120)로부터 동력을 전달받아 구동하는 과정에 대해 설명한다. 구동기어(driving gear, 134)는 모터(120)의 구동에 의해 모터(120)의 회전축(121)과 함께 회전한다. 구동기어(134)는 종동기어(driven gear, 133)와 맞물린다. 구동기어(134)가 회전할 때 종동기어(133)도 함께 회전한다. 종동기어(133)는 스크류축(screw shaft, 132)과 결합된다. 스크류축(132)은 종동기어(133)의 회전에 연동되어 회전한다. 스크류축(132)의 외주면에는 나사산(screw thread)이 형성된다. 피스톤(131)의 내주면에는 스크류축(132)의 나사산의 형상에 대응하는 나사홈(groove)이 형성된다. 스크류축(132)이 종동기어(133)와 함께 회전하면, 피스톤(131)이 스크류축(132)과 체결/체결해제 되면서 직선운동한다. 피스톤(131)이 휠디스크(150) 방향으로 직선운동하면 브레이크 패드(140)가 피스톤(131)에 의하여 휠디스크(150) 방향으로 밀어진다.
위치검출부(170)는 피스톤(131)의 위치를 검출한다. 피스톤(131)의 위치는 피스톤(131)의 스트로크 최저점으로부터 피스톤(131)까지의 거리를 나타낸다. 여기서 스트로크 최저점은 브레이크 패드(140)가 휠디스크(150)로부터 최대로 이격되었을 때 브레이크 패드(140)의 위치를 의미한다.
위치검출부(170)는 각도센서(angle sensor)를 포함할 수 있다. 각도센서는 모터(120)의 회전축(121)의 각변위를 측정한다. 위치검출부(170)는 각도센서가 감지한 회전축(121)의 각변위를 이용하여 피스톤(131)의 직선 이동거리를 연산할 수 있다. 모터(120)의 회전 각도에 따른 피스톤(131)의 직선 이동거리는 전동식 브레이크의 설계에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 모터(120)의 회전축(shaft, 121)이 360도 회전하는 동안 피스톤(131)의 직선 이동거리가 1 mm인 전동식 브레이크를 설계할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크의 구동상태를 나타낸 상태도이다.
도 2를 참조하면, 도 2의 (a)와 같이 브레이크 패드(140)가 휠디스크(150)와 이격되어 있을 때에는 제동력이 형성되지 않는다. 여기서 제동력은 차량을 제동시키는 힘이다. 피스톤(131)이 브레이크 패드(140)를 밀어 도 2의 (b)와 같이 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150)가 접촉하면 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150) 사이에 마찰력이 발생한다. 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150) 사이에 발생하는 마찰력이 제동력으로 작용한다. 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150)가 접촉하기 시작할 때의 피스톤(131)의 위치를 접촉지점이라고 한다. 도 2의 (c)와 같이 피스톤(131)이 접촉지점을 지나 휠디스크(150) 측으로 이동하면 피스톤(131)이 브레이크 패드(140)를 가압하는 힘이 증가한다. 여기서 피스톤(131)이 브레이크 패드(140)를 가압하는 힘을 클램핑력(clamping force)이라 한다. 클램핑력이 증가하면 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150) 사이에 발생하는 마찰력이 증가한다. 즉, 제동력이 증가한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크는 클램핑력을 하중 센서(load sensor) 없이 전류센서와 위치센서를 이용하여 추정할 수 있다.
위치검출부(170)는 각도센서를 이용하여 피스톤(131)의 위치를 정밀하게 측정할 수 있다. 그러나 브레이크 패드(140)의 마모 상태에 따라 접촉지점이 변하기 때문에 피스톤(131)의 위치만으로는 접촉지점의 위치를 알 수 없다. 접촉지점을 알아내지 못하면 피스톤(131)의 위치에 따른 클램핑력을 정확히 추정하기 어렵다.
전류검출부(180)는 모터(120)에 흐르는 전류값을 검출한다. 제어부(160)는 전류검출부(180)가 검출한 전류값을 피드백 받아 모터(120)를 제어한다. 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크 장치는 전류 제어를 이용하여 접촉지점의 위치를 파악한다.
도 3은 브레이크패드의 동작거리에 따른 전류를 실측한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 모터(120)에 흐르는 전류의 크기는 클램핑력의 세기에 비례하여 증가한다. 다만 전류센서의 측정값은 오차범위가 크므로 클램핑력을 정밀하게 추정하기 어렵다. 도 3을 참조하면, 전류센서가
Figure pat00001
값을 감지하는 경우를 접촉지점이라고 판단할 경우, 전류센서의 측정 잡음으로 인해 큰 오차범위(e)가 발생한다. 본 개시의 일 실시예에 따른 전류검출부(180)는 모터(120)에 흐르는 전류를 측정하는 전류센서 및 전류센서를 이용하여 측정된 전류값의 노이즈를 제거하는 로우패스 필터(low pass filter, 미도시)를 포함한다. 전류센서만을 이용하면 측정 노이즈로 의하여 제1 전류값이 복수의 피스톤(131) 위치에서 측정될 수 있다. 접촉지점 산출부(165)는 로우패스 필터를 이용하여 노이즈가 줄어든 전류값을 이용하여 제1 위치를 파악한다.
도 4는 접촉지점의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 그래프의 가로축은 피스톤(131)의 위치, 세로축은 모터(120)에 흐르는 전류값이다. 그래프의 가로축에서 우측으로 갈수록 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150) 사이의 이격간격(g, 도 1 참조)이 줄어든다.
모터(120)의 전류값은 접촉지점(X) 이전 구간에는 대체로 일정한 값으로 유지되나, 접촉지점 이후 도 4에 표시된 비선형구간(a) 동안 전류값이 비선형적으로 증가한다. 비선형구간(a)을 지나 동작거리를 더 증가시키면 도 4에 표시된 선형구간(b) 동안 전류값이 선형적으로 증가한다. 여기서 선형구간(b)이란 전류검출부(180)를 이용하여 검출한 전류값이 피스톤(131)의 위치에 대하여 소정의 오차범위 내에서 선형적으로 변화하는 구간을 의미한다.
전류검출부(180)가 제1 전류값(
Figure pat00002
)을 검출했을 때의 피스톤(131)의 위치를 제1 위치(Y1)라고 정의한다. 제1 전류값(
Figure pat00003
)은 기 설정된 값으로 선형구간(b) 상의 전류값일 수 있다. 제1 전류값(
Figure pat00004
)이 선형구간(b) 상의 전류값인 경우, 선형구간(b)에서 발생하는 오차범위가 비선형구간(a)에서 발생하는 오차범위(e)보다 좁기 때문에 접촉지점을 보다 정확하게 산출할 수 있다.
제어부(160)는 히스테리시스 정보저장부(161), 연산부(162), 과거상태 정보저장부(163), 전이구간 함수정보 생성부(164), 접촉지점 산출부(165), 제동력 산출부(166) 및 모터제어기(167)의 전부 또는 일부를 포함한다.
접촉지점 산출부(165)는 전류검출부(180)를 이용하여 제1 전류값이 검출될 때의 피스톤(131)의 위치인 제1 위치(Y1)를 기초로 접촉지점(X)을 산출한다. 접촉지점 산출부(165)는 제1 위치(Y1)로부터 기 설정된 거리(
Figure pat00005
)만큼 휠디스크(150)의 반대측으로 이격된 제2 위치를 접촉지점(X)으로 산출한다. 기 설정된 거리(
Figure pat00006
)의 값은 실험적으로 측정되는 값으로, 전동식 브레이크의 사양에 따라 다를 수 있다. 제어부(160)는 판단된 접촉지점(X)을 기준으로, 위치센서를 이용하여 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150)의 상대 위치 및 에어갭(air gap)의 크기 등을 판단할 수 있다.
모터제어기(167)는 차량이 정차되어 있을 때 기 설정된 시간 동안 모터(120)를 구동하여 피스톤(131)을 휠디스크(150) 측으로 이동시킨다. 모터제어기(167)는 차량이 주차되어 있고 차량의 도어가 열렸을 때 기 설정된 시간 동안 모터(120)를 구동하여 피스톤(131)을 휠디스크(150) 측으로 이동시킬 수 있다. 모터제어기(167)는 차량이 주차되어 있는 상태에서 도어가 열리면 기 설정된 시간 동안 모터(120)를 기 설정된 각속도로 구동할 수 있다. 기 설정된 시간 동안 수집한 피스톤(131)의 위치에 대한 전류값 정보를 기초로, 접촉지점 산출부(165)는 접촉지점(X)을 산출할 수 있다.
기 설정된 시간이 지나기 전에 운전자가 브레이크 페달을 가압한 경우, 모터제어기(167)는 차량의 도어가 열린 후 기 설정된 시간 동안 모터(120)를 기 설정된 각속도로 구동하여 피스톤(131)을 휠디스크(150) 측으로 이동시킨다. 모터제어기(167)는 기 설정된 시간이 지난 직후부터 제동신호에 상응하는 제동력을 발생시키도록 모터(120)를 제어한다.
도 5는 접촉지점 검출을 위한 모터 제어 시점을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 차량이 정차되어 있는 상태에서 도어가 열리면 모터제어기(167)는 약 2초 동안 모터(120)를 일정한 각속도로 구동하여 피스톤(131)을 휠디스크(150) 측으로 이동시킨다. 본 개시에서 이와 같이 모터제어기(167)가 기 설정된 시간 동안 모터(120)를 일정한 각속도로 구동하는 것을 램프구동(RAMP driving)이라고 칭한다. 접촉지점 산출부(165)는 램프구동으로 획득한 피스톤(131)의 위치에 대한 전류값 정보를 기초로 접촉지점을 파악한다.
램프구동이 끝나기 전에 운전자가 페달을 가압하면, 모터제어기(167)는 램프구동이 끝난 직후부터 브레이크 페달을 이용하여 입력된 제동신호에 상응하는 제동력을 발생시키도록 모터(120)를 제어한다. 램프구동은 차량이 주차되어 있는 동안 수행된다. 따라서 램프구동 중에 운전자가 발생시킨 제동신호에 상응하지 않는 제동력이 발생하더라도 운전자는 제동신호에 상응하지 않는 제동력이 발생한 것을 알 수 없다.
모터제어기(167)는 제동력 산출부(166)가 산출한 제동력을 기초로 전동식 브레이크가 요구제동력을 발생시키도록 모터(120)를 제어한다.
도 6은 피스톤의 위치 및 이동방향에 따른 제동력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 그래프 가로축은 피스톤(131)의 위치를 나타낸다. 피스톤(131)이 스트로크 최저점에 있을 때 피스톤(131)의 위치를 0으로 한다. 그래프의 세로축은 제동력을 나타낸다. 제동력은 피스톤(131)의 위치만으로 정해지지 않는다. 피스톤(131)이 동일한 위치에 있더라도 피스톤(131)이 휠디스크(150) 측으로 이동할 때와 피스톤(131)이 휠디스크(150)의 반대 측으로 이동할 때의 제동력이 다르다. 따라서 제동력을 정확하게 추정하기 위하여는 피스톤(131)의 위치뿐만 아니라 피스톤(131)의 이동경로를 고려하여야 한다. 본 개시에서 피스톤(131)이 휠디스크(150) 측으로 이동함에 따라 제동력이 증가하는 상승구간에 대한 함수를 상승구간 함수(
Figure pat00007
, 도 6 참조), 피스톤(131)이 휠디스크(150)의 반대측으로 이동함에 따라 제동력이 감소하는 하강구간에 대한 함수를 하강구간 함수(
Figure pat00008
, 도 6 참조)라고 칭한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크가 제동력을 산출하기 위해 추종하는 함수를 판단하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7를 참조하면, 도 7의 그래프의 세로축은 피스톤(131)의 위치를 나타낸다. 피스톤(131)이 스트로크 최저점에 있을 때 피스톤(131)의 위치를 0으로 한다. 그래프의 가로축은 경과 시간을 나타낸다.
전동식 브레이크의 피스톤(131)의 이동상태는 4가지로 구분될 수 있다. 상태
Figure pat00009
에서 피스톤(131)은 휠디스크(150) 측으로 이동한다. 즉, 시간에 대한 피스톤(131) 위치의 미분값이 양수이다. 상태
Figure pat00010
에서는 시간에 따른 피스톤(131)의 위치가 감소한다. 즉, 시간에 대한 피스톤(131) 위치의 미분값이 음수이다. 상태
Figure pat00011
와 상태
Figure pat00012
에서는 피스톤(131)의 위치가 변하지 않는다. 즉, 시간에 대한 피스톤(131) 위치의 미분값이 0이다. 상태
Figure pat00013
와 상태
Figure pat00014
는 피스톤(131)이 멈추기 직전 피스톤(131)의 이동상태에 따라 구분된다. 피스톤(131)이 멈추기 이전에 피스톤(131) 위치의 미분값이 양수이면 상태
Figure pat00015
로 구분하고, 피스톤(131)이 멈추기 이전에 피스톤(131) 위치의 미분값이 음수이면 상태
Figure pat00016
로 구분할 수 있다. 피스톤(131)의 이동상태가 상태
Figure pat00017
이거나 상태
Figure pat00018
일 경우 피스톤(131) 위치에 대한 제동력은 상승구간 함수에 따라 정해진다. 피스톤(131)의 이동상태가 상태
Figure pat00019
이거나 상태
Figure pat00020
일 경우 피스톤(131) 위치에 대한 제동력은 하강구간 함수에 따라 정해진다.
히스테리시스 정보저장부(161)는 상승구간에 대한 상승구간 함수(
Figure pat00021
, 도 6 참조) 정보와, 하강구간에 대한 하강구간 함수(
Figure pat00022
, 도 6 참조) 정보를 저장한다.
연산부(162)는 시간에 대한 피스톤(131) 위치의 미분값을 연산한다. 과거상태 정보저장부(163)는 직전 피스톤(131) 위치에 대응되는 직전구간에 대한 정보를 저장한다.
제동력 산출부(166)는 피스톤(131) 위치의 미분값 및 직전구간에 대한 정보를 기초로 제동력을 산출할 수 있다. 제동력 산출부(166)는 시간에 대한 피스톤(131) 위치의 미분값이 양수인 경우 상승구간 함수를 추종하여 제동력을 산출한다. 시간에 대한 피스톤(131) 위치의 미분값이 음수인 경우 하강구간 함수를 추종하여 제동력을 산출한다. 시간에 대한 피스톤(131) 위치의 미분값이 0이고 직전 피스톤(131) 위치에 대응되는 구간이 상승구간이면 상승구간 함수를 추종하여 제동력을 산출한다. 시간에 대한 피스톤(131) 위치의 미분값이 0이고 직전 피스톤(131) 위치에 대응되는 구간이 하강구간이면 하강구간 함수를 추종하여 제동력을 산출한다. 이렇게 함으로써 피스톤(131)의 이동상태에 따라 적절한 함수를 이용하여 제동력을 산출할 수 있다. 적절한 함수를 이용하여 제동력을 산출함으로써, 제동력을 보다 정확하게 산출하는 것이 가능하다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 전이구간 함수에 대하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 피스톤(131)의 이동방향이 제동력 최고점 혹은 최소점이 아닌 위치에서 전환될 경우, 실제 제동력은 전이구간 함수를 추종하는 경로
Figure pat00023
를 따라 연속적으로 변화한다. 여기서 전이구간(transition section)이란, 피스톤(131)의 이동방향이 변환됨에 따라 제동력이 상승구간 및 하강구간 중 어느 하나의 임의의 지점에서 다른 구간으로 전이되는 구간을 의미한다.
도 8의 (a)는 피스톤이 휠디스크 방향으로 이동하다가 휠디스크 반대방향으로 이동하는 경우 피스톤의 이동거리에 따른 제동력의 변화 경로를 나타낸 그래프이다.
피스톤이 휠디스크 방향으로 이동하다가 휠디스크 반대 방향으로 이동하는 경우, 피스톤의 이동거리에 따른 제동력의 크기는 휠디스크 방향으로 이동하는 동안 경로
Figure pat00024
을, 방향이 전환된 후 전이구간에서 경로
Figure pat00025
를, 전이구간 이후 경로
Figure pat00026
을 따라 변화한다.
도 8의 (b)는 피스톤이 휠디스크 반대 방향으로 이동하다가 휠디스크 방향으로 이동하는 경우 피스톤의 이동거리에 따른 제동력의 변화 경로를 나타낸 그래프이다.
피스톤이 휠디스크 반대 방향으로 이동하다가 휠디스크 방향으로 이동하는 경우, 피스톤의 이동거리에 따른 제동력의 크기는 휠디스크 반대방향으로 이동하는 동안 경로
Figure pat00027
을, 방향이 전환된 후 전이구간에서 경로
Figure pat00028
를, 전이구간 이후 경로
Figure pat00029
을 따라 변화한다.
전이구간 함수의 함수값은 하강구간 함수(
Figure pat00030
, 도 6 참조)의 함수값보다 크고 상승구간 함수(
Figure pat00031
, 도 6 참조)의 함수값보다 작은 값을 가진다. 제동력 산출부(166)가 제동력을 상승구간 함수(
Figure pat00032
, 도 6 참조) 또는 하강구간 함수(
Figure pat00033
, 도 6 참조)에 의해서만 산출한다면, 전이구간에서 제동력 산출부(166)를 이용하여 산출된 제동력과 실제 제동력 사이에 오차가 발생한다. 따라서 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크는 전이구간 함수의 정보를 생성하는 전이구간 함수정보 생성부(164)를 포함한다.
전이구간 함수정보 생성부(164)가 생성하는 전이구간 함수정보는, 브레이크 패드(140)의 마모량에 기초하여 정해질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전이구간 함수정보 생성부(164)는 전이구간에 대한 전이구간 함수정보를 저장하는 메모리(memory, 미도시)를 포함할 수 있다. 전이구간 함수 정보를 실험적으로 구한 후 LUT(Look-Up Table) 형태로 변환하여 메모리에 저장할 수 있다. 메모리에 저장된 함수정보를 불러와 제동력을 산출하는 데 이용한다. 이와 달리 본 개시의 다른 실시예에 따른 전이구간 함수정보 생성부(164)는 실시간으로 피스톤(131)의 위치를 기초로 전이구간 함수를 연산하여 함수를 생성하는 전이구간 함수정보 연산부(transition section function data calculating unit, 미도시)를 포함한다.
제동력 산출부(166)는 피스톤(131)의 위치를 기초로 제동력을 산출한다.
피스톤(131)이 휠디스크(150) 측으로 이동하는 경우, 상승구간 함수(
Figure pat00034
, 도 6 참조)에 피스톤(131)의 위치를 대입하여 제동력을 산출할 수 있다. 단, 피스톤(131)이 휠디스크(150) 반대측으로 이동하다가 휠디스크(150) 측으로 이동하는 경우 전이구간 함수값이 상승구간 함수(
Figure pat00035
, 도 6 참조)값보다 작은 피스톤(131)의 위치 구간에서 전이구간 함수를 이용하여 제동력을 산출한다. 즉, 제동력 산출부(166)는 피스톤(131)의 이동방향이 휠디스크(150) 반대방향에서 휠디스크(150) 방향으로 변환된 경우, 전이구간 함수와 상승구간 함수(
Figure pat00036
, 도 6 참조) 중 함수값이 작은 함수를 추종하여 제동력을 연산한다.
피스톤(131)이 휠디스크(150)의 반대측으로 이동하는 경우, 하강구간 함수(
Figure pat00037
, 도 6 참조)에 피스톤(131)의 위치를 대입하여 제동력을 산출할 수 있다. 단, 피스톤(131)이 휠디스크(150) 측으로 이동하다가 휠디스크(150) 반대측으로 이동하는 경우 전이구간 함수값이 하강구간 함수(
Figure pat00038
, 도 6 참조)값보다 작은 피스톤(131)의 위치 구간에서 하강구간 함수(
Figure pat00039
, 도 6 참조)를 이용하여 제동력을 산출한다. 즉, 제동력 산출부(166)는 피스톤(131)의 이동방향이 휠디스크(150) 방향에서 휠디스크(150) 반대방향으로 변환된 경우, 전이구간 함수와 하강구간 함수(
Figure pat00040
, 도 6 참조) 중 함수값이 큰 함수를 추종하여 제동력을 연산한다. 전동식 브레이크 장치를 이와 같이 구성함으로써, 피스톤(131)의 이동방향이 전환되었을 때에도 제동력을 정확하게 추정하는 것이 가능하다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 상승구간 함수, 하강구간 함수 및 전이구간 함수를 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 피스톤(131)의 위치에 따른 제동력의 히스테리시스 특성을 반영하여 전이구간 함수(
Figure pat00041
;
Figure pat00042
)는 양의 기울기를 가질 수 있다. 임의의 피스톤(131) 위치에서 전이구간 함수(
Figure pat00043
;
Figure pat00044
)의 미분값은 상승구간 함수(
Figure pat00045
, 도 9 참조)의 미분값 및 하강구간 함수(
Figure pat00046
, 도 9 참조)의 미분값보다 클 수 있다.
전이구간 함수(
Figure pat00047
;
Figure pat00048
)를 보다 용이하게 생성하기 위하여 전이구간 함수(
Figure pat00049
;
Figure pat00050
)는 양의 기울기를 가진 일차함수일 수 있다. 상승구간 및 하강구간 사이에 존재하는 복수의 전이구간 함수(
Figure pat00051
;
Figure pat00052
)는 동일한 기울기를 가지는 일차함수일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 제어부(160)는 접촉지점과 피스톤(131)의 스트로크 최저점 사이의 거리를 측정하여 브레이크 패드(140)의 마모 정도를 판단한다.
도 10은 브레이크 패드가 마모된 경우 피스톤의 위치에 따른 제동력 함수의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10을 참조하면, S1은 피스톤(131)의 위치에 대한 전류의 크기를 나타낸 그래프이다. S2는 브레이크 패드(140)가 S1에서보다 더 마모된 경우 피스톤(131)의 위치에 대한 전류의 크기를 나타낸 그래프이다. 도 10에서 브레이크 패드(140)의 마모 정도에 따른 피스톤(131) 위치-제동력 그래프를 간명하게 나타내기 위하여 히스테리시스 특성을 나타내지 않았다. 그러나 아래의 설명은 상승구간 함수(
Figure pat00053
, 도 6 참조), 전이구간 함수 및 하강구간 함수(
Figure pat00054
, 도 6 참조)에서 모두 적용된다.
브레이크 패드(140)가 마모되면 접촉지점이 X에서 X'으로 이동하게 된다. 즉, 접촉지점이 휠디스크(150) 측으로 이동한다. 브레이크 패드(140)가 마모될수록 브레이크 패드(140)의 강성이 증가하여 선형구간(b, 도 5 참조)에서 기울기가 증가한다. 제1 확인지점은 Y1에서 Y1'로 이동된다. 따라서 제1 위치로부터 제2 위치까지의 거리인 기 설정된 거리도
Figure pat00055
에서
Figure pat00056
으로 달리 설정되어야 한다. 즉, 기 설정된 거리는 브레이크 패드(140)의 마모 정도에 따라 다르게 설정되어야 한다.
제어부(160)는 접촉지점(X)의 절대거리 측정으로, 절대거리가 증가할수록 브레이크 패드(140)의 마모 정도가 증가한다고 판단할 수 있다. 여기서 접촉지점(X)의 절대거리는 스트로크 최저점으로부터 접촉지점까지의 동작거리를 의미한다. 제어부(160)는 브레이크 패드(140)의 마모 정도에 따른
Figure pat00057
값을 찾아서 적용할 수 있다. 브레이크 패드(140)의 마모 정도에 따른
Figure pat00058
의 변화량은 실험적으로 구하여 LUT(Look-Up Table) 형태로 변환하여 제어부(160)의 메모리에 저장될 수 있다. 즉, 제어부(160)는 브레이크 패드(140)의 절대거리를 연산하여 브레이크 패드(140)의 마모 정도를 파악할 수 있고, 그에 따라
Figure pat00059
값을
Figure pat00060
값으로 변환하여 마모된 브레이크 패드(140)의 접촉지점(X')을 추정할 수 있다.
브레이크 패드(140)가 마모될수록 피스톤(131)의 위치에 대한 제동력 함수의 미분값은 임의의 피스톤(131) 위치에서 커진다. 본 개시의 일 실시예에 따른 전동식 브레이크는, 브레이크 패드(140)의 마모량에 기초하여 상승구간 함수(
Figure pat00061
, 도 6 참조), 전이구간 함수 및 하강구간 함수(
Figure pat00062
, 도 6 참조)가 정해지는 것을 반영한다. 본 개시의 일 실시예에 따른 히스테리시스 정보저장부(161)는 브레이크 패드(140)의 마모량에 기초하여 정해지는 복수의 상승구간 함수(
Figure pat00063
, 도 6 참조) 정보 및 브레이크 패드(140)의 마모량에 기초하여 정해지는 복수의 하강구간 함수(
Figure pat00064
, 도 6 참조) 정보를 저장한다.
브레이크 패드(140)의 마모량은, 피스톤(131)의 스트로크 최저점으로부터 브레이크 패드(140)와 휠디스크(150)가 접촉하기 시작할 때의 피스톤(131)의 위치(
Figure pat00065
,
Figure pat00066
)까지의 거리를 측정하여 판단될 수 있다.
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.
100: 전동식 브레이크
120: 모터
131: 피스톤
140: 브레이크 패드
150: 휠디스크
161: 히스테리시스 정보저장부
162: 연산부
163: 과거상태 정보저장부
164: 전이구간 함수정보 생성부
165: 접촉지점 산출부
166: 제동력 산출부
167: 모터제어기
170: 위치검출부
180: 전류검출부

Claims (10)

  1. 모터(motor)의 구동에 의해 피스톤(piston)이 브레이크 패드(brake pad)를 휠디스크(wheel disc) 측으로 밀도록 구성되는 전동식 브레이크에 있어서,
    상기 피스톤이 상기 휠디스크 측으로 이동함에 따라 제동력이 증가하는 상승구간에 대한 상승구간 함수정보와, 상기 피스톤이 상기 휠디스크의 반대측으로 이동함에 따라 제동력이 감소하는 하강구간에 대한 하강구간 함수정보를 저장하는 히스테리시스 정보저장부(hysteresis data storage unit);
    상기 피스톤의 이동방향이 변환됨에 따라 제동력이 상기 상승구간 및 상기 하강구간 중 어느 하나의 임의의 지점에서 다른 구간으로 전이되는 전이구간에 대한 전이구간 함수의 정보를 생성하는 전이구간 함수정보 생성부(transition section function data generating unit);
    상기 피스톤의 위치를 검출하는 위치검출부(position detection unit); 및
    상기 피스톤의 위치를 기초로 제동력을 산출하는 제동력 산출부(braking force calculation unit)를 포함하는 전동식 브레이크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전이구간 함수정보 생성부는, 상기 전이구간에 대한 전이구간 함수정보를 저장하는 메모리를 포함하는, 전동식 브레이크.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전이구간 함수정보 생성부는, 상기 피스톤의 위치를 기초로 상기 전이구간 함수를 연산하는 연산부를 포함하는, 전동식 브레이크.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제동력 산출부는,
    상기 피스톤의 이동방향이 상기 휠디스크 방향에서 상기 휠디스크 반대방향으로 변환된 경우,
    상기 전이구간 함수와 상기 하강구간 함수 중 함수값이 큰 함수를 추종하여 제동력을 연산하는, 전동식 브레이크.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제동력 산출부는,
    상기 피스톤의 이동방향이 상기 휠디스크 반대방향에서 상기 휠디스크 방향으로 변환된 경우,
    상기 전이구간 함수와 상기 상승구간 함수 중 함수값이 작은 함수를 추종하여 제동력을 연산하는, 전동식 브레이크.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전이구간 함수는 양의 기울기를 가지는, 전동식 브레이크.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전이구간 함수는 양의 기울기를 가지는 일차함수인, 전동식 브레이크.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상승구간 및 상기 하강구간 사이에 존재하는 복수의 전이함수는 모두 동일한 기울기를 가지는 일차함수인, 전동식 브레이크.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 전이구간 함수의 미분값은, 임의의 피스톤의 위치에서 상기 상승구간 함수의 미분값 및 임의의 피스톤의 위치에서 상기 하강구간 함수의 미분값보다 큰, 전동식 브레이크.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 히스테리시스 정보저장부는, 브레이크 패드의 마모량에 따라 다른 복수의 상승함수 및 복수의 하강함수를 저장하는, 전동식 브레이크.
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