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KR20210083598A - 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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KR20210083598A
KR20210083598A KR1020190176046A KR20190176046A KR20210083598A KR 20210083598 A KR20210083598 A KR 20210083598A KR 1020190176046 A KR1020190176046 A KR 1020190176046A KR 20190176046 A KR20190176046 A KR 20190176046A KR 20210083598 A KR20210083598 A KR 20210083598A
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KR
South Korea
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pressure chamber
stator winding
motor
control valve
pressure
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Pending
Application number
KR1020190176046A
Other languages
English (en)
Inventor
홍광석
Original Assignee
주식회사 만도
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 주식회사 만도 filed Critical 주식회사 만도
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Priority to PCT/KR2020/019130 priority patent/WO2021133115A1/ko
Priority to US17/789,215 priority patent/US20230029756A1/en
Priority to CN202080090469.2A priority patent/CN114901531B/zh
Priority to EP20905900.5A priority patent/EP4063210B1/en
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Abstract

일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템은 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템에 있어서, 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록과, 제1 압력챔버와 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브 및 모터 및 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 제동 제어시 제1 계통 고정자 권선 또는 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 제1 압력챔버와 제2 압력챔버가 연통되도록 제어밸브를 폐쇄시킴으로써 2개의 압력챔버 중 어느 하나에서 토출되는 액압 중 일부를 다른 압력챔버로 전달시켜 유압 피스톤을 밀어내는 데 사용되게 한다.

Description

전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법{ELECTRIC BRAKE SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
개시된 발명은 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브레이크 페달의 변위에 대응하는 전기적 신호에 따라 제동력을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전자식 브레이크 시스템은 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 브레이크 페달의 변위를 감지하는 페달 변위센서로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 휠 실린더로 압력을 공급하는 액압 공급장치를 포함할 수 있다.
위와 같은 액압 공급장치가 마련된 전자식 브레이크 시스템은 유럽 특허공보 EP 2520473호에 개시되어 있다. 개시된 문헌에 따르면, 액압 공급장치는 브레이크 페달의 답력에 따라 모터를 작동시켜 모터의 회전력으로 피스톤의 위치를 변화시킴으로써 제동에 필요한 액압을 생성하여 휠 실린더로 공급할 수 있다.
일본등록특허공보 제3875188호에 개시된 전동 모터 장치는 통전되는 전류의 계통을 독립된 2개의 계통으로 나누어 구성되어 있다. 정상 상태에서는 제1 계통 및 제2 계통의 권선이 협동하여 회전자를 회전시키고, 한쪽의 계통에 이상이 발생할 경우, 다른 한쪽의 계통 권선만으로 회전자를 회전시킬 수 있다. 이것에 의해 한쪽의 계통의 고장이더라도 남은 계통에서 기능을 계속할 수 있어 전동 모터의 페일 세이프를 구현할 수 있다. 이와 같이, 차량 안전성을 위해 차량에 분리형 권선방식의 모터가 사용되고 있다.
전자식 브레이크 시스템은 차량의 안전성에 큰 영향을 미치기 때문에 높은 안전성을 요구한다. 따라서, 전자식 브레이크 시스템에 분리형 권선방식의 모터가 채용되고 있는 추세이다.
이러한 분리형 권선방식의 모터를 적용한 전자식 브레이크 시스템에서 모터의 한쪽의 계통에 문제가 발생하면, 모터 성능의 반만 사용이 가능하지만 모터가 감당해야 하는 차량에는 변화가 없기 때문에 유사한 수준의 성능을 구현하기 위해 전류를 더 많이 사용을 하게 되고 결국 모터 열 과다 발생 등의 문제가 발생할 우려가 있을 수 있다.
이를 방지하기 위해서는 모터의 사이즈를 한쪽 계통의 고장을 고려하여 보다 큰 사이즈로 설계해야 한다. 이로 인해, 패키지화 및 기존 모터와의 일원화 등이 어렵다.
유럽특허공보 EP 2520473(2012.11.07.공개) 일본등록특허공보 제3875188호(2006.11.02.등록)
개시된 발명의 일 측면은 모터를 소형화하면서도 모터 성능 저하시에도 제동 성능을 안정적으로 확보할 수 있는 전자식 브레이크 시스템 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면은 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템에 있어서, 상기 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록; 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브; 및 상기 모터 및 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 제동 제어시 상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버가 연통되도록 상기 제어밸브를 폐쇄시킴으로써 2개의 압력챔버 중 어느 하나에서 토출되는 액압 중 일부를 다른 압력챔버로 전달시켜 상기 유압 피스톤을 밀어내는 데 사용되게 하는 전자식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 인버터로부터 상기 제1 계통 고정자 권선에 공급되는 전류를 검출하는 제1 전류센서와, 상기 제2 인버터로부터 상기 제2 계통 고정자 권선에 공급되는 전류를 검출하는 제2 전류센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 전류센서를 통해 검출된 제1 계통 고정자 권선 전류에 따라 상기 제1 계통 고정자 권선의 고장을 판단하고, 상기 제2 전류센서를 통해 검출된 제2 계통 고정자 권선 전류에 따라 상기 제2 계통 고정자 권선의 고장을 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어밸브는 노멀 오픈형 솔레노이드 밸브일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 고장인 계통 고정자 권선에 입력되는 전류를 차단시킬 수 있다.
개시된 발명의 다른 측면은 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템에 있어서, 상기 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록; 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브; 및 상기 모터 및 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 계통 고정자 권선 및 상기 제2 계통 고정자 권선이 정상이면, 상기 제어밸브를 폐쇄시켜 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 차단시키는 정상 제동모드를 수행하고, 상기 제어부는 상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 상기 모터의 회전력을 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시킬 때 상기 제어밸브를 개방시켜 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 안전 제동모드를 수행하는 전자식 브레이크 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 안전 제동모드는 상기 정상 제동모드에서 상기 제어밸브를 개방시킨 제동모드일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 안전 제동모드시 고장인 계통 고정자 권선에 입력되는 전류를 차단시킬 수 있다.
개시된 발명의 또 다른 측면은 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록; 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브; 및 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 포함하고, 상기 모터를 상기 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서, 제동 제어시 상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선의 고장을 판단하고, 상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버가 연통시켜 2개의 압력챔버 중 어느 하나에서 토출되는 액압 중 일부를 다른 압력챔버로 전달시킴으로써 상기 유압 피스톤을 밀어내는 데 사용되게 하도록 상기 제어밸브를 폐쇄시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법이 제공될 수 있다.
개시된 발명의 또 다른 측면은 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록; 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브; 및 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 포함하고, 상기 모터를 상기 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 제1 계통 고정자 권선 및 상기 제2 계통 고정자 권선이 정상이면, 상기 제어밸브를 폐쇄시켜 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 차단시키는 정상 제동모드를 수행하고, 상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 상기 모터의 회전력을 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시킬 때 상기 제어밸브를 개방시켜 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 안전 제동모드를 수행하는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법이 제공될 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 모터를 소형화할 수 있으면서도 모터의 일부 고장으로 인해 모터 성능이 저하하더라도 제동 성능을 안정적으로 확보할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 모터를 저비용화 및 콤팩트화할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 유압회로도를 도시한다.
도 2는 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 모터 구성을 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어블록을 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 모터에서 제1 계통이 고장난 경우를 도시한다.
도 5는 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 모터에서 제2 계통이 고장난 경우를 도시한다.
도 6은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 정상 제동모드를 수행하는 상태를 도시한다.
도 7은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 안전 제동모드를 수행하는 상태를 도시한다.
도 8은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어방법을 도시한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에”위치하거나 마련된다 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 유압회로도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 전자식 브레이크 시스템은 브레이크 페달(100)의 조작에 의해 내부에 수용된 가압매체를 가압 및 토출하는 마스터 실린더(120)와, 마스터 실린더(120)의 상측에 결합되어 가압매체를 저장하는 리저버(130)와, 각 차륜(RR, RL, FR, FL)에 마련된 휠 실린더(140)와, 브레이크 페달(100)의 변위에 대응하는 전기적 신호에 의해 구동하여 액압을 발생시키고 발생된 액압을 각 차륜(RR, RL, FR, FL)에 마련된 각 휠 실린더(140)에 공급하는 액압 공급장치(200)와, 액압 공급장치(200)에 의해 각 휠 실린더(140)로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 유압 제어장치(300)를 포함할 수 있다.
액압 공급장치(200)는 브레이크 페달(100)의 변위를 감지하는 페달 변위센서(PTS)로부터 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 기계적인 작동을 통해 가압매체의 액압을 발생시키도록 마련될 수 있다.
액압 공급장치(200)는 각 휠 실린더(140)로 전달되는 가압매체 압력을 제공하는 액압 제공유닛(210)과, 모터(221)를 이용하여 액압 제공유닛(210)을 작동시키는 모터 구동 액추에이터(220) 및 액압의 흐름을 제어하는 복수의 제어밸브(230)를 포함할 수 있다.
액압 제공유닛(210)은 가압매체가 수용 가능하게 마련되는 실린더블록(211)과, 실린더블록(211) 내에 수용되는 유압피스톤(214)과, 모터 구동 액추에이터(220)에서 출력된 동력을 유압피스톤(214)으로 전달하는 구동축(215)을 포함할 수 있다. 실린더블록(211)은 유압피스톤(214)의 전방에 위치하는 제1 압력챔버(212)와, 유압피스톤(214)의 후방에 위치하는 제2 압력챔버(213)를 포함할 수 있다.
복수의 제어밸브(230)는 제1 내지 제4 제어밸브(231, 232, 233, 234)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 제어밸브(231, 232, 233)는 밸브들의 개방과 폐쇄에 따른 유로 조합에 의해, 제1 압력챔버(212) 및/또는 제2 압력챔버(213)로부터 유압 제어장치(300)로 전달되는 가압매체의 흐름을 제어하거나 제1 압력챔버(212)와 제2 압력챔버(213) 간에 전달되는 가압매체의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 제어밸브(231, 232, 233)는 평상시 닫혀 있다가 제어부(400)로부터 온 구동신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노멀 클로즈 타입(Normal Closed type)의 솔레노이드 밸브일 수 있다.
제4 제어밸브(234)는 제2 압력챔버(213)와 리저버(130) 사이의 가압매체의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제4 제어밸브(234)는 정상상태에서는 개방되어 있다가 제어부(400)로부터 온 구동신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노멀 오픈 타입의 솔레노이드 밸브일 수 있다.
복수의 제어밸브(230)는 유로 구조에 따라 밸브 개수 및/또는 밸브 타입이 다를 수 있다.
액압 공급장치(200)는 액압 제공유닛(210) 및 모터 구동 액추에이터(220) 대신에 모터 펌프나 고압 어큐뮬레이터를 포함할 수도 있다.
유압 제어장치(300)는 4개의 휠 실린더 중, 제1 및 제2 휠 실린더(141, 142)로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 제1 유압서킷(310)과, 제3 및 제4 휠 실린더(143, 144)로 전달되는 액압의 흐름을 제어하는 제2 유압서킷(320)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 유압서킷(310)은 우측 전륜(FR)과 좌측 후륜(RL)의 제동력을 제어할 수 있다. 제2 유압서킷(320)은 우측 후륜(RR)과 좌측 전륜(FL)의 제동력을 제어할 수 있다.
제1 유압서킷(310)은 액압 공급장치(200)로부터 제1 및 제2 휠 실린더(141, 142)에 전달되는 가압매체의 흐름 및 액압을 제어하도록 제1 및 제2 휠 실린더(141, 142)의 상류측에 마련된 제1 및 제2 인렛밸브(311, 312)를 포함할 수 있다.
제1 유압서킷(310)은 제1 및 제2 휠 실린더(141, 142)로부터 가압매체가 배출되는 흐름을 제어하도록 제1 및 제2 휠 실린더(141, 142)의 하류측에 마련된 제1 및 제2 아웃렛밸브(313, 314)를 포함할 수 있다.
제2 유압서킷(320)은 액압 공급장치(200)로부터 제3 및 제4 휠 실린더(143, 144)에 전달되는 가압매체의 흐름 및 액압을 제어하도록 제3 및 제4 휠 실린더(143, 144)의 상류측에 마련된 제3 및 제4 인렛밸브(321, 322)를 포함할 수 있다.
제2 유압서킷(320)은 제3 및 제4 휠 실린더(140)로부터 가압매체가 배출되는 흐름을 제어하도록 제3 및 제4 휠 실린더(140)의 하류측에 마련된 제3 및 제4 아웃렛밸브(323, 324)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 인렛밸브(311, 312, 321, 322)는 정상상태에서는 개방되어 있다가 제어부(400)로부터 온 구동신호를 받으면 밸브가 닫히도록 작동하는 노멀 오픈 타입의 솔레노이드 밸브일 수 있다.
제1 내지 제4 아웃렛밸브(313, 314, 323, 324)는 평상시 닫혀있다가 제어부(400)로부터 온 구동신호를 받으면 밸브가 열리도록 작동하는 노멀 클로즈 타입의 솔레노이드 밸브일 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 모터 구성을 도시한다.
도 2를 참조하면, 모터(221)는 외측에 배치된 고정자(700)와 내측에 배치된 회전자(701)를 포함할 수 있다.
고정자(700)는 하우징(702)와, 이 하우징(702)의 내주측에 고정된 고정자 코어(703) 및 고정자 코어(703)에 권선된 3상(U,V,W)의 고정자 권선(코일)(704)을 포함할 수 있다.
고정자 코어(703)에는 요크부(705)와, 이 요크부(705)에서 내측 방향으로 돌출된 복수 개의 티스(706)가 형성될 수 있다. 일예로, 모터(221)에는 티스(706)가 12개 마련될 수 있다. 각 티스(706) 사이에는 슬롯(707)이 형성될 수 있다. 모터(221)는 12개의 슬롯(707)을 가질 수 있다. 슬롯(707) 내에는 티스(706)에 감긴 고정자 권선(704)이 수용될 수 있다.
회전자(701)는 고정자(700)의 내측에 배치될 수 있다. 회전자(701)는 회전축(708), 회전자 코어(709) 및 마그넷(710)을 포함할 수 있다. 회전축(708), 회전자 코어(709) 및 마그넷(710)는 동일축 상에 배치될 수 있다.
회전축(708)의 외측 둘레에는 회전자 코어(709)가 배치될 수 있다. 회전자 코어(709)의 외측 둘레에는 마그넷(710)이 고정되어 있다. 마그넷(710)은 둘레방향을 따라 14개 배치되어 있다. 모터(221)는 14극 12 슬롯으로 구성된 모터일 수 있다.
모터(221)는 독립된 2개의 통전 계통에 의해 구동될 수 있다.
모터(221)의 고정자권선(704)은 2개의 독립된 계통으로 나누어 배선될 수 있다.
도 2에 도시된 U, V, W 뒤의 숫자(1,2)는 그 고정자 권선(704)이 속하는 계통(제1 계통 또는 제2 계통)을 나타낸다.
제1 계통의 고정자 권선(704)은 Y 결선을 형성되어 있을 수 있다. 제2 계통의 고정자 권선(704)도 Y 결선을 형성되어 있을 수 있다.
2개 계통의 고정자 권선(704)은 둘레방향으로 교대로 배치될 수 있다. 동일한 계통의 동상 권선이 대향된 상태로 배치될 수 있다. 고정자 권선(704)는 U1a(+), W2b(+), W1b(-), V2b(-), V1b(+), U2b(+), U1b(-), W2a(-), W1a(+), V2a(+), V1a(-), U2a(-)의 순서로 제1 계통의 고정자 권선(제1 군 3상 코일)과 제2 계통의 고정자 권선(제2 군 3상 코일)이 교대로 배치될 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어블록을 도시한다.
도 3을 참조하면, 전자식 브레이크 시스템은 전반적인 제어를 수행하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.
제어부(400)에는 페달변위센서(PTS), 제1 전류센서(500), 제2 전류센서(510), 제1 인버터(600), 제2 인버터(610) 및 제어밸브(231, 232, 233, 234)가 전기적으로 연결되어 있다.
페달변위센서(PTS)는 브레이크 페달(100)의 작동 및 변위를 검출할 수 있다.
제1 전류센서(500)는 제1 인버터(600)로부터 모터(221)의 제1 계통의 고정자 권선(221a : U1, V1, W2)에 공급되는 전류를 검출할 수 있다.
제2 전류센서(510)는 제2 인버터(610)로부터 모터(221)의 제2 계통의 고정자 권선(221b : U2, V2, W2)에 공급되는 전류를 검출할 수 있다.
제1 인버터(600)는 모터(221)의 제1 계통의 고정자 권선(U1, V1, W1)에 전류를 공급할 수 있다.
제2 인버터(610)는 모터(221)의 제2 계통의 고정자 권선(U2, V2, W2)에 전류를 공급할 수 있다.
제1 인버터(600) 및 제2 인버터(610)는 차량의 배터리로부터 제공된 직류 전압을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modualation; PWM)를 통해 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전압으로 변환하여 모터(221)를 구동시킬 수 있다. 제1 인버터(600) 및 제2 인버터(610)는 복수 개의 전력 스위칭소자 및 복수 개의 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 인버터(600) 및 제2 인버터(610)는 각각 6개의 전력 스위칭소자(Q1-Q6) 및 6개의 다이오드(D1-D6)를 포함할 수 있다. 6개의 전력 스위칭소자(Q1-Q6)는 2개가 직렬로 한 쌍을 이루어 모터(221)의 제1 계통의 고정자 권선(U1, V1, W1) 또는 모터(221)의 제2 계통의 고정자 권선(U2, V2, W2)에 각각 접속될 수 있다. 제1 인버터(600) 및 제2 인버터(610)는 제어부(400)의 제어신호에 따라 각 전력 스위칭소자를 턴 온 또는 턴 오프시킴으로써 배터리로부터 공급된 전류를, 직류 전류로부터 교류 전류로 변환하여 모터(221)의 제1 계통의 고정자 권선(U1, V1, W1) 및/또는 모터(221)의 제2 계통의 고정자 권선(U2, V2, W2)에 공급할 수 있다.
제어부(400)는 전자식 브레이크 시스템의 전반적인 제어를 수행할 수 있다.
제어부(400)는 액압 공급장치(200)와 유압 제어장치(300)를 제어할 수 있다.
제어부(400)는 ECU(Electronic Control Unit)로 명명될 수 있다.
제어부(400)는 프로세서(410)와 메모리(420)를 포함할 수 있다.
메모리(420)는 프로세서(410)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램과, 전자식 브레이크 시스템의 작동을 위한 각종 데이터를 저장할 수 있다.
메모리(420)는 S램(S-RAM), D램(D-RAM) 등의 휘발성 메모리뿐만 아니라 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory, ROM), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
프로세서(410)는 전자식 브레이크 시스템의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(410)는 페달변위센서(PTS)를 통해 브레이크 페달 변위정보를 수신할 수 있다.
프로세서(410)는 제1 전류센서(500)를 통해 검출된 제1 계통 고정자 권선(U1, V1, W1) 전류정보를 수신할 수 있다.
프로세서(410)는 제2 전류센서(510)를 통해 검출된 제2 계통 고정자 권선(U2, V2, W2) 전류정보를 수신할 수 있다.
프로세서(410)는 제1 전류센서(500)를 통해 검출된 제1 계통 고정자 권선(U1, V1, W1) 전류정보를 진단하여 제1 계통 고정자 권선(U1, V1, W1)에 단선이나 단락 등의 영구적인 고장이나 일시적인 고장이 발생하였는지를 판단할 수 있다. 프로세서(410)는 제1 인버터(600)의 고장을 판단할 수 있다.
프로세서(410)는 제2 전류센서(510)를 통해 검출된 제2 계통 고정자 권선(U2, V2, W2) 전류정보를 진단하여 제2 계통 고정자 권선(U2, V2, W2)에 단선이나 단락 등의 영구적인 고장이나 일시적인 고장이 발생하였는지를 판단할 수 있다. 프로세서(410)는 제2 인버터(610)의 고장을 판단할 수 있다.
프로세서(410)는 제1 인버터(600) 및/또는 제2 인버터(610)의 작동을 제어할 수 있다.
프로세서(410)는 모터 지령 신호를 제1 인버터(600)에 출력시켜 모터(221)의 제1 계통 고정자 권선(U1, V1, W1)에 전류를 공급시킴으로써 모터(221)를 작동시킬수 있다.
프로세서(410)는 모터 지령 신호를 제2 인버터(610)에 출력시켜 모터(221)의 제2 계통 고정자 권선(U2, V2, W2)에 전류를 공급시킴으로써 모터(221)를 작동시킬수 있다. 모터 지령 신호는 운전자 요구 목표압력, 이전 운전자 요구 목표압력과 현재 운전자 요구 목표압력의 차이를 포함할 수 있다.
프로세서(410)는 밸브 지령 신호를 제어밸브(231, 232, 233, 234)를 포함하는 전자식 브레이크 시스템의 각종 전자밸브들을 출력시킴으로써 각 전자밸브의 작동을 제어할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 모터에서 제1 계통이 고장난 경우를 도시한다.
도 4를 참조하면, 모터(221)에서 제1 계통 고정자 권선(U1a(+), W1b(-), V1b(+), U1b(-), W1a(+), V1a(-))이 고장이고, 제2 계통 고정자 권선(W2b(+), V2b(-), U2b(+), W2a(-), V2a(+), U2a(-))이 정상인 경우가 나타나 있다.
프로세서(410)는 제1 계통이 고장일 경우, 제2 인버터(610)를 통해 제2 계통 고정자 권선(W2b(+), V2b(-), U2b(+), W2a(-), V2a(+), U2a(-))에 전류를 공급시킴으로써 모터(221)를 구동시킬 수 있다. 즉, 고장인 제1 계통 고정자 권선(U1a(+), W1b(-), V1b(+), U1b(-), W1a(+), V1a(-))에는 전류를 공급하지 않고 정상인 제2 계통 고정자 권선(W2b(+), V2b(-), U2b(+), W2a(-), V2a(+), U2a(-))에만 전류를 공급할 수 있다. 따라서, 모터(221)의 회전자(701)는 제2 계통 고정자 권선(W2b(+), V2b(-), U2b(+), W2a(-), V2a(+), U2a(-))에 의해서만 회전하게 된다.
도 5는 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 모터에서 제2 계통이 고장난 경우를 도시한다.
도 5를 참조하면, 모터(221)에서 제2 계통 고정자 권선(W2b(+), V2b(-), U2b(+), W2a(-), V2a(+), U2a(-))이 고장이고, 제1 계통 고정자 권선(U1a(+), W1b(-), V1b(+), U1b(-), W1a(+), V1a(-))인 정상인 경우가 나타나 있다.
프로세서(410)는 제2 계통이 고장일 경우, 제1 인버터(600)를 통해 제1 계통 고정자 권선(U1a(+), W1b(-), V1b(+), U1b(-), W1a(+), V1a(-))에 전류를 공급시킴으로써 모터(221)를 작동시킬 수 있다. 즉, 고장인 제2 계통 고정자 권선(W2b(+), V2b(-), U2b(+), W2a(-), V2a(+), U2a(-))에는 전류를 공급하지 않고 정상인 제1 계통 고정자 권선(U1a(+), W1b(-), V1b(+), U1b(-), W1a(+), V1a(-))에만 전류를 공급할 수 있다. 따라서, 모터(221)의 회전자(701)는 제1 계통 고정자 권선(U1a(+), W1b(-), V1b(+), U1b(-), W1a(+), V1a(-))에 의해서만 회전하게 된다.
상술한 바와 같이, 모터가 독립된 2개의 계통으로 구성되어 있기 때문에 정상 상태에서는 제1 계통 및 제2 계통의 고정자 권선이 협동하여 회전자를 회전시키고, 한쪽의 계통에 고장이 발생할 경우, 다른 한쪽의 계통 고정자 권선만으로 회전자를 회전시킬 수 있다. 이것에 의해 한쪽의 계통의 고장이더라도 남은 계통에서 기능을 계속할 수 있어 모터를 정지시키지 않고 모터 성능을 낮추어 계속해서 구동시킬 수 있다.
하지만, 모터의 한쪽 계통에 고장이 발생하면, 정상인 계통만을 이용해서 모터를 구동해야 하기 때문에 모터 성능이 절반으로 감소할 수 있다. 이러한 상황에서도 모터 고장 전과 유사한 수준의 성능을 구현하기 위해 정상인 계통의 고정자 권선에 더 많은 전류를 공급할 수밖에 없다. 이로 인해, 모터 과열의 우려가 있을 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 기존에는 모터의 사이즈를 한쪽 계통의 고장을 고려하여 보다 큰 사이즈로 설계하기 때문에 패키지화 및 기존 모터와의 일원화 등이 어려움이 있다.
일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템에서는 제동 제어 중 모터(221)의 한쪽 계통에 고장이 발생하면, 정상인 계통만을 이용하여 모터(221)를 구동시키고, 제1 압력챔버(212)와 제2 압력챔버(213)를 연통시켜 제1 압력챔버(212) 또는 제2 압력챔버(213)에서 토출되는 액압을 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 모터의 한쪽 계통 고장으로 인한 모터 성능 저하를 압력챔버의 토출 액압 증가로 보상할 수 있어 시스템의 제동 성능을 안정적으로 확보할 수 있다. 제1 압력챔버(212)와 제2 압력챔버(213)을 연결하는 유로 상에 마련된 제어밸브를 개방함으로써 제1 압력챔버와 제2 압력챔버(213)을 연통시킬 수 있다. 제1 압력챔버(212)에서 토출된 액압 중 일부를 제2 압력챔버(213)로 전달시켜 유압피스톤(214)를 밀어 내는 데 사용되게 함으로써 제1 압력챔버(212)에서 토출되는 액압을 높일 수 있다. 또한, 제2 압력챔버(213)에서 토출된 액압 중 일부를 제1 압력챔버(212)로 전달시켜 유압피스톤(214)를 밀어 내는 데 사용되게 함으로써 제2 압력챔버(213)에서 토출되는 액압을 높일 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 정상 제동모드를 수행하는 상태를 도시한다.
제어부(400)는 운전자가 브레이크 페달(100)을 조작하면, 브레이크 페달(100)의 변위에 따라 액압 공급장치(200)를 작동시킬 수 있다.
제어부(400)는 제1 제어밸브(231) 및 제2 제어밸브(232)를 개방시키고, 제1 인버터(600)를 통해 제1 계통의 고정자 권선(U1a(+), W1b(-), V1b(+), U1b(-), W1a(+), V1a(-))에 전류를 공급함과 함께 제2 인버터(610)를 통해 제2 계통의 고정자 권선(W2b(+), V2b(-), U2b(+), W2a(-), V2a(+), U2a(-))에 전류를 공급시켜 모터(221)를 구동시킬 수 있다. 이와 같이, 제어부(400)는 모터(221)를 구동시킴과 함께 제1 제어밸브(231) 및 제2 제어밸브(232)를 개방시키는 정상 제동모드를 수행할 수 있다. 정상 제동모드시 제3 제어밸브(233)는 폐쇄된 상태일 수 있다. 즉, 정상 제동모드시 제1 압력챔버(212)와 제2 압력챔버(213)는 연통되지 않은 상태일 수 있다.
제어부(400)가 정상 제동모드를 수행함에 따라 모터(221)의 작동에 의해 유압피스톤(214)이 이동함으로써 제1 압력챔버(212)에 액압을 발생시킬 수 있다. 제1 압력챔버(212)에서 토출되는 액압은 개방 상태로 전환된 제1 제어밸브(231) 및 제2 제어밸브(232)를 통해 유압 제어장치(300)의 제1 유압서킷(310)과 제2 유압서킷(320)에 전달될 수 있다. 제1 유압서킷(310)과 제2 유압서킷(320)에 전달된 액압은 제1 인렛밸브 내지 제4 인렛밸브(311, 312, 321, 322)를 통해 각 휠 실린더(140)에 전달됨으로써 각 바퀴에 제동력을 발생시킬 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템이 안전 제동모드를 수행하는 상태를 도시한다.
도 7을 참조하면, 제어부(400)는 정상 제동모드를 수행하는 중에 모터(221)의 제1 계통 혹은 제2 계통 중 어느 하나가 고장이면, 제어부(400)는 정상 제동모드를 안전 제동모드로 전환시켜 추가적으로 제3 제어밸브(233)를 개방시킴으로써 제1 압력챔버와 제2 압력챔버(213)을 연통시킬 수 있다. 이때, 제4 제어밸브(234)는 폐쇄된 상태일 수 있다. 이에 따라, 제1 압력챔버(212)에서 토출된 액압 중 일부를 제2 압력챔버(213)로 전달시켜 유압피스톤(214)를 밀어 내는 데 사용되게 함으로써 제1 압력챔버(212)에서 토출되는 액압을 높일 수 있다.
모터의 한쪽 계통에 고장이 발생하면, 정상인 계통만을 이용해서 모터를 구동해야 하기 때문에 모터 성능이 절반으로 감소하여 제1 압력챔버(212)에서 토출되는 액압이 낮아질 수 있다. 하지만, 정상 제동모드를 안전 제동모드로 전환시켜 제1 압력챔버(212)와 제2 압력챔버(213)를 연통시킴으로써 제1 압력챔버(212)에서 토출된 액압 중 일부를 제2 압력챔버(213)로 전달시켜 유압피스톤(214)를 밀어 내는 데 사용되게 할 수 있어 제1 압력챔버(212)에서 토출되는 액압을 높일 수 있다. 이로 인해, 모터의 한쪽 계통 고장으로 인한 모터 성능 저하를 압력챔버의 토출 액압 증가로 보상할 수 있어 정상인 계통의 고정자 권선에 보다 많은 전류를 공급하지 않더라도 모터 고장 전과 유사한 수준의 제동 성능을 안정적으로 확보할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 전자식 브레이크 시스템의 제어방법을 도시한다.
도 8을 참조하면, 제어부(400)는 제동 제어시 제1 전류센서(500)를 통해 모터(221)의 제1 계통 고정자 권선(U1, V1, W1) 전류를 검출하고(800), 제2 전류센서(510)를 통해 모터(221)의 제2 계통 고정자 권선(U2, V2, W2) 전류를 검출할 수 있다(802).
제어부(400)는 검출된 전류정보들을 근거로 제1 계통 또는 제2 계통이 고장인지를 판단할 수 있다(804).
만약, 제1 계통 또는 제2 계통이 고장이 아니면, 제어부(400)는 제동모드를 정상 제동모드로 유지할 수 있다(806). 정상 제동모드는 제1 제어밸브(231) 및 제2 제어밸브(232)를 개방시키고, 모터(221)를 구동시키며, 제1 압력챔버(212)와 제2 압력챔버(213)가 연통되지 않도록 제3 제어밸브(233)는 폐쇄된 상태일 수 있다.
한편, 제1 계통 또는 제2 계통이 고장이면, 제어부(400)는 제동모드를 정상 제동모드에서 안전 제동모드로 전환시킬 수 있다(808). 안전 제동모드는 정상 제동모드에서 추가적으로 제3 제어밸브(233)를 개방시킴으로써 제1 압력챔버와 제2 압력챔버(213)을 연통시킨 상태일 수 있다. 이때, 제4 제어밸브(234)는 폐쇄된 상태일 수 있다.
이상과 같이, 모터의 한쪽 계통에 고장이 발생하면, 정상 제동모드를 안전 제동모드로 전환시켜 제1 압력챔버(212)와 제2 압력챔버(213)를 연통시킴으로써 제1 압력챔버(212)에서 토출된 액압 중 일부를 제2 압력챔버(213)로 전달시켜 유압피스톤(214)를 밀어 내는 데 사용되게 할 수 있어 제1 압력챔버(212)에서 토출되는 액압을 높일 수 있다. 이로 인해, 모터의 한쪽 계통 고장으로 인한 모터 성능 저하를 압력챔버의 토출 액압 증가로 보상할 수 있어 정상인 계통의 고정자 권선에 보다 많은 전류를 공급하지 않더라도 모터 고장 전과 유사한 수준의 제동 성능을 안정적으로 확보할 수 있다.
200 : 액압 공급장치 221 : 모터
231, 232, 233, 234 : 제어밸브 300 : 유압 제어장치
400 : 제어부 410 : 프로세서
420 : 메모리 500 : 제1 전류센서
510 : 제2 전류센서 600 : 제1 인버터
610 : 제2 인버터

Claims (10)

  1. 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템에 있어서,
    상기 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록;
    상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브; 및
    상기 모터 및 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 제동 제어시 상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버가 연통되도록 상기 제어밸브를 폐쇄시킴으로써 2개의 압력챔버 중 어느 하나에서 토출되는 액압 중 일부를 다른 압력챔버로 전달시켜 상기 유압 피스톤을 밀어내는 데 사용되게 하는 전자식 브레이크 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인버터로부터 상기 제1 계통 고정자 권선에 공급되는 전류를 검출하는 제1 전류센서와, 상기 제2 인버터로부터 상기 제2 계통 고정자 권선에 공급되는 전류를 검출하는 제2 전류센서를 포함하는 전자식 브레이크 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전류센서를 통해 검출된 제1 계통 고정자 권선 전류에 따라 상기 제1 계통 고정자 권선의 고장을 판단하고, 상기 제2 전류센서를 통해 검출된 제2 계통 고정자 권선 전류에 따라 상기 제2 계통 고정자 권선의 고장을 판단하는 전자식 브레이크 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어밸브는 노멀 오픈형 솔레노이드 밸브인 전자식 브레이크 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 고장인 계통 고정자 권선에 입력되는 전류를 차단시키는 전자식 브레이크 시스템.
  6. 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템에 있어서,
    상기 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록;
    상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브; 및
    상기 모터 및 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 계통 고정자 권선 및 상기 제2 계통 고정자 권선이 정상이면, 상기 제어밸브를 폐쇄시켜 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 차단시키는 정상 제동모드를 수행하고,
    상기 제어부는 상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 상기 모터의 회전력을 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시킬 때 상기 제어밸브를 개방시켜 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 안전 제동모드를 수행하는 전자식 브레이크 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안전 제동모드는 상기 정상 제동모드에서 상기 제어밸브를 개방시킨 제동모드인 전자식 브레이크 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 안전 제동모드시 고장인 계통 고정자 권선에 입력되는 전류를 차단시키는 전자식 브레이크 시스템.
  9. 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록; 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브; 및 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 포함하고, 상기 모터를 상기 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서,
    제동 제어시 상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선의 고장을 판단하고,
    상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버가 연통시켜 2개의 압력챔버 중 어느 하나에서 토출되는 액압 중 일부를 다른 압력챔버로 전달시킴으로써 상기 유압 피스톤을 밀어내는 데 사용되게 하도록 상기 제어밸브를 폐쇄시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법.
  10. 유압 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력챔버와 제2 압력챔버로 구획된 실린더블록; 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 유로를 개폐하도록 마련된 제어밸브; 및 제1 인버터에 의해 구동되는 제1 계통 고정자 권선과 제2 인버터에 의해 구동되는 제2 계통 고정자 권선을 포함하는 모터를 포함하고, 상기 모터를 상기 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시키는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 제1 계통 고정자 권선 및 상기 제2 계통 고정자 권선이 정상이면, 상기 제어밸브를 폐쇄시켜 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 차단시키는 정상 제동모드를 수행하고,
    상기 제1 계통 고정자 권선 또는 상기 제2 계통 고정자 권선이 고장이면, 상기 모터의 회전력을 이용하여 유압 피스톤을 이동시켜 액압을 발생시킬 때 상기 제어밸브를 개방시켜 상기 제1 압력챔버와 상기 제2 압력챔버를 연통시키는 안전 제동모드를 수행하는 전자식 브레이크 시스템의 제어방법.
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