KR101415210B1 - 유압 제동시스템 - Google Patents

Abstract

제1 실린더와 제2 실린더를 가진 마스터 실린더와, 제1 실린더와 제2 실린더에 제동 오일을 독립적으로 공급하는 유압파워유닛과, 제1 실린더와 연결된 후륜측 휠 실린더와, 제2 실린더와 연결된 전륜측 휠 실린더와, 후륜측 휠 실린더와 전륜측 휠 실린더의 제동압력을 제어하기 위해 제1 실린더와 상기 제2 실린더의 압력을 조절하도록 유압파워유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함함으로써 각 휠 실린더의 제동압력을 조절하는 ABS 모듈레이터나 ESC 모듈레이터를 구비하지 않고서도 다양한 제동기능을 구현할 수 있는 유압 제동시스템을 개시한다.

Description

유압 제동시스템{Hydraulic Brake System}

본 발명은 유압 제동시스템에 관한 것으로, 브레이크 페달로부터 마스터 실린더에 전달되는 힘을 증가시키는 AHB(Active Hydraulic Brake) 장치를 구비한 유압 제동시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차량 혹은 전기 차량은 동력원으로 기존 엔진과 전기 모터를 함께 사용하는 자동차로 차량의 부하와 속도에 따라 엔진 또는 전기 모터의 동력을 선택적으로 사용하고, 남는 에너지는 모터를 사용하여 전기 에너지로 바꿈으로써 높은 연비와 저공해를 달성할 수 있는 차량이다.

하이브리드 차량 혹은 전기 차량은 브레이크 페달로부터 마스터 실린더에 전달되는 힘을 증가시키는 AHB(Active Hydraulic Brake) 장치를 구비한다.

AHB(Active Hydraulic Brake) 장치는 모터, 펌프, 어큐뮬레이터 및 다수의 솔레노이드밸브를 구비하고, 브레이크 페달 작동시 마스터 실린더에 공급되는 제동 오일을 조절함으로써 브레이크 페달로부터 마스터 실린더에 전달되는 힘을 증가시킨다.

이러한 AHB 장치를 가진 하이브리드 차량 혹은 전기 차량은 전기 에너지에 의해 동작하는 전기 모터로 차량의 구동륜을 회전시켜서 차량을 운행하게 되는데, 이 때 모터를 구동하는 전기 에너지를 얼마만큼 효율적으로 이용할 수 있는가 하는 것이 매우 중요한 과제이다.

이를 위해 운전자로부터 감속이나 제동명령이 발생한 경우 전기 모터가 발전기로 기능하게 하여 발생된 전기 에너지를 축전기에 저장하게 된다. 이렇게 전기 모터가 발전기로 기능하는 동안에는 차륜에 제동력이 발생하게 되는데, 이러한 제동을 회생 제동이라 한다. 결과적으로 차륜에 가해지는 제동력은 전기 모터에 의한 회생 제동력과 유압 장치에 의한 유압 제동력의 합이 된다.

따라서 운전자의 제동 의지를 만족시키기 위해서는 운전자가 요구한 제동력에서 전기 모터에 의해 발전된 양에 해당하는 회생 제동력을 뺀 만큼의 유압 제동력만을 생성시키면 된다.

기존에는 모터, 펌프, 어큐뮬레이터 및 다수의 솔레노이드밸브를 가진 ABS(Antilock Brake System) 모듈레이터 혹은 ESC(Electronic Stability Control) 모듈레이터를 이용하여 각 바퀴에 제공되는 제동압력을 생성 및 조절한다.

따라서, 유압제동력을 생성하기 위해서는 하이브리드 차량 혹은 전기 차량에 ABS 모듈레이터 혹은 ESC 모듈레이터를 구비하는 것이 필수적이다.

본 발명의 일 측면은 각 휠 실린더에 제공되는 제동압력을 조절하는 ABS 모듈레이터나 ESC 모듈레이터를 구비하지 않고서도 다양한 제동기능을 구현할 수 있도록 브레이크 페달로부터 마스터 실린더에 전달되는 힘을 증가시키는 AHB 장치를 이용하여 각 바퀴의 제동력을 조절하는 유압 제동시스템을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 유압제동 시스템은 제1 실린더와 제2 실린더를 가진 마스터 실린더; 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더에 제동 오일을 독립적으로 공급하되, 펌프와, 상기 펌프에 구동력을 제공하는 모터와, 상기 펌프의 구동에 의해 생성된 오일을 임시 저정하는 고압 어큐뮬레이터와, 상기 고압 어큐뮬레이터의 유압을 상기 제1 실린더에 공급하도록 마련된 노멀 클로즈형의 제1 파워밸브와, 상기 고압 어큐뮬레이터의 유압을 상기 제2 실린더에 공급하도록 마련된 노멀 클로즈형의 제2 파워밸브를 포함하는 유압파워유닛; 상기 제1 실린더와 연결된 후륜측 휠 실린더; 상기 제2 실린더와 연결된 전륜측 휠 실린더; 및 상기 후륜측 휠 실린더와 상기 전륜측 휠 실린더의 제동압력을 제어하기 위해 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더의 압력을 조절하도록 상기 유압파워유닛의 작동을 제어하되, 상기 제1 파워밸브를 통해 상기 제1 실린더의 압력을 제어하고, 상기 제2 파워밸브를 통해 상기 제2 실린더의 압력을 제어하는 제어부;를 포함한다.

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또한, 상기 유압파워유닛은 상기 제1 파워밸브와 상기 제1 실린더 사이에 상기 제1 실린더의 유압을 측정하도록 마련된 제1 압력센서와, 상기 제2 파워밸브와 상기 제2 실린더 사이에 상기 제2 실린더의 유압을 측정하도록 마련된 제2 압력센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더이 서로 다른 유압값을 가지도록 상기 제1 압력센서를 통해 측정된 상기 제1 실린더의 유압값과 상기 제2 압력센서를 통해 측정된 상기 제2 실린더의 유압값에 따라 상기 제1 파워밸브와 상기 제2 파워밸브의 작동을 제어하는 것을 포함한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, 브레이크 페달로부터 마스터 실린더에 전달되는 힘을 증가시키는 AHB 장치를 이용하여 각 바퀴의 제동력을 조절함으로써 ABS 모듈레이터나 ESC 모듈레이터를 구비하지 않고서도 다양한 제동기능을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템의 유압회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템에서 AHB 장치를 이용하여 브레이크 페달로부터 마스터 실린더에 전달되는 힘을 증가시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템에 ESC 모듈레이터가 연결된 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템의 개략적인 제어블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템에서 EBD 기능을 수행하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템에서 HSA 기능을 수행하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템의 유압회로를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템은 제동 시 운전자에 의해 조작되는 브레이크 페달에 연결되는 브레이크 입력부재(10)로부터 마스터 실린더(12)에 전달되는 힘을 증가시키는 AHB 장치의 모듈레이터인 유압파워유닛(11)과, 유압파워유닛(11)과 연결되는 마스터 실린더(12)와, 마스터 실린더(12)의 상부에 마련되어 제동용 오일을 저장하고 있는 리저버(reserver)(14)와, 각 차륜(RR, RL, FR, FL)의 제동을 수행하는 휠 실린더(57, 58)를 구비한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템은 마스터 실린더(12)와 휠 실린더(57, 58)의 사이에 마련되는 유압모듈레이터인 유압제어장치(50)(이하, 'HCU'라 한다)를 포함하여 구성될 수 있다.

운전자는 브레이크 페달을 가압하여 주행 중인 차량을 감속 또는 정지시키는 것이 가능하다.

마스터 실린더(12)는 오일을 저장하는 리저버(14)에 설치될 수 있고, 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 실린더(Primary Master chamber)(12a)와 제2 실린더(Secondary Master chamber)(13a)는 완전히 독립적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 마스터 실린더(12)의 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)에는 제1 출구(12b) 및 제2 출구(13b)가 마련되어, 여기로 유출된 오일은 HCU(30)로 유입되도록 할 수 있다.

유압파워유닛(11)은 마스터 실린더(12)의 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)에 공급되는 제동 오일을 개별 제어 가능하도록 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)에 각각 연결되어 있다.

유압파워유닛(11)은 모터(21), 펌프(22), 고압 어큐뮬레이터(23), 4개의 압력센서(31, 32, 33, 34), 5개의 솔레노이드 밸브(41, 42, 43, 44, 45)를 포함하여 구성될 수 있다.

펌프(22)는 리저버(14)로부터 유입되는 오일을 고압으로 펌핑하여 제동압을 형성하기 위해 마련되며, 펌프(22)의 일측에는 펌프(22)에 구동력을 제공하기 위한 모터(21)가 마련된다.

고압 어큐뮬레이터(23)는 펌프(22)의 출구 측에 마련되어 펌프(22)의 구동에 의해 생성된 고압의 오일을 임시 저장하고, 제동 요구 시 고압 어큐뮬레이터(23)의 유압은 마스터 실린더(12)로 전달될 수 있다.

제1 파워밸브(41)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 노멀 클로즈형 밸브로서, 고압 어큐뮬레이터(23)와 마스터 실린더(12)의 제1 실린더(12a)를 연결하는 배관 상에 마련된다. 제1 파워밸브(41)는 운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우 개방되어 고압 어큐뮬레이터(23)의 유압을 제1 실린더(12a)로 공급한다.

제2 파워밸브(42)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 노멀 클로즈형 밸브로서, 고압 어큐뮬레이터(23)와 마스터 실린더(12)의 제2 실린더(13a)를 연결하는 배관 상에 마련된다. 제2 파워밸브(42)는 운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우 개방되어 고압 어큐뮬레이터(23)의 유압을 제2 실린더(13a)로 공급한다.

제3 파워밸브(43)는 평소 열린 상태를 유지하는 노멀 오픈형 밸브로서, 마스터 실린더(12)의 제1 실린더(12a)의 오일을 리저버(14) 혹은 펌프(22)로 배출시킨다.

제4 파워밸브(44)는 평소 열린 상태를 유지하는 노멀 오픈형 밸브로서, 마스터 실린더(12)의 제2 실린더(13a)의 오일을 리저버(14) 혹은 펌프(22)에 배출시킨다.

유압파워유닛(11)은 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템이 고장일 경우의 유로를 형성하도록 제3 파워밸브(43)와 제4 파워밸브(44) 및 페달 시뮬레이터(15)를 연결하는 백업유로(13)를 구비할 수 있다. 이 백업유로(13)의 중도에는 백업유로(13)를 개폐하는 모드절환밸브(45)가 마련될 수 있다.

제1 파워밸브(41)와 제1 실린더(12a) 사이에는 제1 실린더(12a)의 유압을 측정하도록 제1 압력센서(31)가 설치되어 있다.

제2 파워밸브(42)와 제2 실린더(13a) 사이에는 제2 실린더(13a)의 유압을 측정하도록 제2 압력센서(32)가 설치되어 있다.

제1 압력센서(31)와 제2 압력센서(32)의 정보 등에 의해서 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)는 HCU(50)를 변경하지 않고도 후륜(RL, RR)과 전륜(FL, FR)을 각각 제어하는 것이 가능하다.

고압 어큐뮬레이터(23)의 출구 측에는 고압 어큐뮬레이터(23)의 오일 압력을 측정하도록 제3 압력센서(33)가 설치되어 있다.

페달 시뮬레이터(15)와 연결되는 백업유로(13)에는 오일압력을 측정하도록 제4 압력센서(34)가 설치되어 있다. 운전자 제동 시 모드절환밸브(45)에 의해서 백업유로(B)가 차단되고, 제4 압력센서(34)에 의해서 운전자가 요구하는 제동의지를 판단할 수 있다.

운전자의 입력부재(10)와 마스터 실린더(12) 사이에는 유압적으로 연결되는 페달 시뮬레이터(15)를 설치되어 있다. 페달 시뮬레이터(15)는 유압파워유닛(11)에 일체화되는 구조로 형성될 수 있고, 마스터 실린더(12)에 일체화되는 구조로 형성될 수 있다.

또한, HCU(50)는 ABS 모듈레이터로 구성될 수 있다. HCU(50)는 펌프(56), 모터(55), 어큐뮬레이터(59), 입구밸브(51), 출구밸브(52) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, HCU(50)는 별도의 수정 없이도 후륜(RL, RR) 또는 전륜(FL, FR)을 제어할 수 있다. 즉 마스터 실린더(12)의 제1 실린더(12a)는 후륜측 휠 실린더(57)와 연결되어 후륜(RL, RR)을 제어할 수 있고, 마스터 실린더(12)의 제2 실린더(13a)는 전방 휠 실린더(58)와 연결되어 전륜(FL, FR)을 제어할 수 있다.

입구밸브(51)는 평소 열린 상태를 유지하는 노멀 오픈형 밸브로서 후륜 측 휠 실린더(57)와 전륜 측 휠 실린더(58)의 입구측에 설치되어 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)로부터 전달되는 제동오일을 후륜 측 휠 실린더(57)와 전륜 측 휠 실린더(58)로 각각 전달한다.

출구밸브(52)는 평소 닫힌 상태를 유지하는 노멀 클로즈형 밸브로서 후륜 측 휠 실린더(57)와 전륜 측 휠 실린더(58)의 출구측에 설치되어 밸브 개방시 후륜 측 휠 실린더(57)와 전륜 측 휠 실린더(58)의 오일을 어큐뮬레이터(59)로 각각 배출시킨다.

펌프(56), 모터(55), 어큐뮬레이터(59) 등은 통상적인 ABS나 ESC의 유압 모듈레이터의 구성요소와 동일하게 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 마스터 실린더(12)에 압력을 증가시키기 위해서는 제1 파워밸브(41) 및 제2 파워밸브(42)를 개방함과 함께 제3 파워밸브(43) 내지 제5 파워밸브(45)를 폐쇄시키고, 모터(21)를 구동시켜 펌프(22)를 작동시킨다. 이에 따라, 고압 어큐뮬레이터(23)의 유압이 마스터 실린더(12)의 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)에 전달되어 마스터 실린더의 압력이 상승하게 된다(도 2의 화살표 참조).

기존에는 유압제어장치(HCU)(50)의 입구밸브(51)와 출구밸브(52)를 제어하여 후륜측 휠 실린더(57)과 전륜측 휠 실린더(58)의 제동압력을 조절함으로서 후륜과 전륜의 제동력을 제어한다.

하지만, 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템에서는 제1 파워밸브(41) 및 제3 파워밸브(43)를 제어하여 제1 실린더(12a)의 압력을 조절함으로써 후륜측 휠 실린더(57)에 공급되는 제동압력을 조절하여 후륜의 제동력을 제어하고, 제2 파워밸브(42) 및 제4 파워밸브(44)를 제어하여 제2 실린더(13a)의 압력을 조절함으로써 전륜측 휠 실린더(58)에 공급되는 제동압력을 조절하여 전륜의 제동력을 제어한다.

이에 따라, ABS 모듈레이터나 ESC 모듈레이터를 구비하지 않고서도 AHB 장치를 이용하여 다양한 제동기능을 구현할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, HCU(50)는 ESC 모듈레이터로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동시스템의 개략적인 제어블록을 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전반적인 제어를 수행하는 제어부(80)의 입력측에는 제1 압력센서(31) 내지 제4 압력센서(34)가 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 제어부(80)의 입력측에는 브레이크페달감지부가 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 제어부(80)의 출력측에는 제1 파워밸브(41) 내지 제5 파워밸브(45)를 구동시키는 밸브구동부(70)가 전기적으로 연결되어 있다.

또한, 제어부(80)의 출력측에는 모터(21)를 구동시키는 모터구동부가 전기적으로 연결되어 있다.

제어부(80)는 4개의 압력센서(31~34) 및 브레이크페달감지부(60)를 통해 감지한 각종 압력센서와 브레이크페달정보, 그리고, 필요한 경우, 기타 다른 ECU로부터 제공받은 정보를 근거로 하여 각 바퀴에 제동력을 제어할 필요가 있는 것으로 판단되면, 모터구동부를 통해 모터(21)를 구동시켜 펌프(22)를 작동시킴과 함께 밸브구동부(70)를 통해 제1 파워밸브(41) 및 제3 파워밸브(43)를 제어하여 제1 실린더(12a)의 압력을 조절함으로써 후륜측 휠 실린더(57)에 공급되는 제동압력을 조절하여 후륜의 제동력을 제어하고, 제2 파워밸브(42) 및 제4 파워밸브(44)를 제어하여 제2 실린더(13a)의 압력을 조절함으로써 전륜측 휠 실린더(58)에 공급되는 제동압력을 조절하여 전륜의 제동력을 제어한다.

본 발명의 실시예에 따른 유압 제동 시스템은 마스터 실린더(12)의 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)의 압력을 개별적으로 제어할 수 있기 때문에, 기존의 ABS/ESC 시스템의 유압모듈레이터 없이도 여러 가지 기능의 수행이 가능하다.

그 첫 번째가 제동 시 발생하는 감속도에 의해 하중 이동이 일어나는 경우, 후륜의 잠김을 방지하기 위하여, 후륜의 제동 압력의 상승을 제한하거나, 압력을 감압하는 EBD(Electronic Brake Distribution) 기능이다.

본 발명의 실시예에 따른 유압 제동 시스템은 전륜과 후륜의 노면마찰계수가 다른 스플리트(F-R split) 상황인 경우, 마스터 실린더(12)의 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)의 압력을 다르게 제어함으로서 EBD 기능의 수행이 가능하다.

기존의 ABS/ESC 시스템은 제1 실린더(12a)와 제2 실린더(13a)의 압력에 대한 정보가 없어 감속도에 의해 간접적인 제어만이 가능하였지만, 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동 시스템에서는 각 실린더(12a)(13a)의 압력을 압력센서(31)(32)를 통해 직접적으로 감지하기 때문에 최적화된 제어가 가능하다.

또한, EBD 기능이 작동하면, 후륜의 제동 압력을 운전자의 의도에 비하여 낮게 제어하기 때문에 감속도의 손실이 발생할 수밖에 없는 구조였으나, 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동 시스템에서는 EBD 기능 개입 시 전륜의 제동 압력을 높게 해주어 감속도의 손실을 방지할 수도 있다(도 5 참조).

그 두 번째가 언덕에서 정차 후 출발 시 제동 압력을 유지하여 차량의 밀림을 방지하는 HSA(Hill Start Assist) 기능이다. 기존의 ESC 시스템에서는 언덕 출발을 감지하면, 운전자의 제동 압력을 ESC 시스템의 컷오프 밸브(cut-off valve)를 닫아 압력을 유지하였다. 본 발명의 실시예에 따른 유압 제동 시스템에서도 운전자가 언덕에서 발을 떼는 것을 감지하면, 엔진 토크가 차량이 언덕에서 밀리지 않을 수준으로 높아질 때까지 마스터 실린더의 제1 실린더(12a)의 압력을 유지하여 HSA 기능을 제공할 수 있다(도 6 참조). 그 외에도 가파른 경사길에서도 안정적으로 주행하게 하는 HDC(Hill Descent Control)와 같은 액티브 제동(Active braking) 기능들을 수행할 수 있다.

11 : 유압파워유닛 21 : 모터
22 : 펌프 31~34 : 압력센서
41~45 : 제1 파워밸브 내지 제5 파워밸브
50 : ABS 모듈레이터 60 : 브레이크페달감지부
70 : 밸브구동부 80 : 제어부

Claims (3)

1. 제1 실린더와 제2 실린더를 가진 마스터 실린더;
   상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더에 제동 오일을 독립적으로 공급하되, 펌프와, 상기 펌프에 구동력을 제공하는 모터와, 상기 펌프의 구동에 의해 생성된 오일을 임시 저정하는 고압 어큐뮬레이터와, 상기 고압 어큐뮬레이터의 유압을 상기 제1 실린더에 공급하도록 마련된 노멀 클로즈형의 제1 파워밸브와, 상기 고압 어큐뮬레이터의 유압을 상기 제2 실린더에 공급하도록 마련된 노멀 클로즈형의 제2 파워밸브를 포함하는 유압파워유닛;
   상기 제1 실린더와 연결된 후륜측 휠 실린더;
   상기 제2 실린더와 연결된 전륜측 휠 실린더; 및
   상기 후륜측 휠 실린더와 상기 전륜측 휠 실린더의 제동압력을 제어하기 위해 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더의 압력을 조절하도록 상기 유압파워유닛의 작동을 제어하되, 상기 제1 파워밸브를 통해 상기 제1 실린더의 압력을 제어하고, 상기 제2 파워밸브를 통해 상기 제2 실린더의 압력을 제어하는 제어부;를 포함하는 유압 제동시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 유압파워유닛은 상기 제1 파워밸브와 상기 제1 실린더 사이에 상기 제1 실린더의 유압을 측정하도록 마련된 제1 압력센서와, 상기 제2 파워밸브와 상기 제2 실린더 사이에 상기 제2 실린더의 유압을 측정하도록 마련된 제2 압력센서를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더가 서로 다른 유압값을 가지도록 상기 제1 압력센서를 통해 측정된 상기 제1 실린더의 유압값과 상기 제2 압력센서를 통해 측정된 상기 제2 실린더의 유압값에 따라 상기 제1 파워밸브와 상기 제2 파워밸브의 작동을 제어하는 것을 포함하는 유압 제동시스템.

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