KR101612966B1

KR101612966B1 - 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법

Info

Publication number: KR101612966B1
Application number: KR1020100058169A
Authority: KR
Inventors: 허재웅
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2016-04-15
Also published as: KR20110138061A

Abstract

본 발명은 EPB(Electronic Parking Brake)를 이용한 비상제동시 ESC(Electronic Stability Control)의 부가기능인 CDP(Controlled Deceleration for Parking brake)를 이용해 연계제동을 구현할 때, 이상제동력 곡선을 이용하여 전륜과 후륜의 제동압력을 배분해 ESC의 감압작용을 요하는 후륜쪽 슬립(Slip)의 증가를 막아줌으로써, 비상제동시 차량 제동력과 안정성을 동시에 확보하고 제동력 손실도 방지할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법{Emergency Front and Rear Wheels Pressure Control Method with Electronic Parking Break}

본 발명은 전자주차브레이크에 연계한 비상제동에 관한 것으로, 특히 전륜 및 후륜에 대한 압력제어로 후륜쪽 슬립 증가를 막고 전륜쪽 제동손실을 최소화함으로써 안정성과 성능을 극대화하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자주차브레이크인 EPB(Electronic Parking Brake)는 스위치로 작동되는 모터를 이용함으로써, 핸드브레이크를 사용하지 않는 편리함을 갖는다.

주행중인 차량은 브레이크 페달의 파손 혹은 브레이크 패달에 신발 등의 이물질이 끼여 운전자가 브레이크 페달을 이용하여 제동을 수행하는 것이 어려운 상황이나, 또는 브레이크의 부스터 혹은 마스터실린더의 이상이 발생하는 상황과 같이 비상제동을 요하는 예기치 못한 상황에 마주칠 수 있다.

이러한 비상제동시 스위치로 작동되는 모터를 이용한 EPB를 사용함으로써, 위급한 상황에서 차량에 대한 안전성을 크게 높일 수 있게 된다.

하지만, EPB를 통한 급감속은 그 제동성능상 0.3G 이상의 급감속을 발생시키기 어려운 한계가 있고, 이러한 급감속 한계는 대부분의 경우 0.5G 이상의 급감속 성능을 요구하는 비상제동 상황에서 충분한 안전성을 확보하기엔 미약한 측면을 갖을 수밖에 없다.

차량의 안정성 강화장치로서 ESC(Electronic Stability Control)는 바퀴의 제동력을 발생하는 기능을 구현할 수 있고, 이러한 기능은 0.5G 이상의 급감속을 요구하는 비상제동시 EPB가 갖는 취약한 급감속을 한계를 보강해줌으로써 충분한 안전성을 확보할 수 있게 된다.

상기와 같이 EPB를 이용한 비상제동시 ESC에서 급감속을 보강해주는 연계기능은 통상, ESC의 부가기능인 CDP(Controlled Deceleration for Parking brake)를 이용함으로써 EPB-ESC 연계제어에 의한 비상제동이라 칭한다.

상기 EPB-ESC 연계제어에 의한 비상제동은 비상제동 상황을 인지한 EPB가 CAN 통신으로 ESC에 비상제동을 요구하면서 동시에 요구 감속도를 전달함으로써, 이를 전달받은 ESC가 강제 가압기능인 CDP를 이용해 요구제동력을 4바퀴쪽에 동일한 크기로 발생시키는 방식으로 구현한다.

하지만, EPB-ESC 연계제어에 의한 비상제동은 0.5G 이상의 급감속 크기를 요구하고 동시에 동일한 크기로 4바퀴쪽에 모두 걸리는 상황이 발생되고, 이는 차량의 무게중심이 대부분 앞으로 쏠리는 급감속 상태에서 후륜쪽의 노면접지력을 약화시킬 수밖에 없게 된다.

비상제동시 후륜쪽의 노면접지력 약화로 후륜의 슬립(Slip)이 증가되면, ESC는 이를 인식하고 차량의 안정성 저하방지를 위해 EPB에서 요구한 급감속 크기에 반하는 감압을 수행하고, 이러한 작용은 비상제동 상황에서 전체적인 제동력 손실로 전환을 가져올 수밖에 없다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, EPB(Electronic Parking Brake)를 이용한 비상제동시 ESC의 부가기능인 CDP(Controlled Deceleration for Parking brake)를 이용해 연계제동을 구현할 때, 이상제동력 곡선을 이용하여 전륜과 후륜의 제동압력을 배분해 후륜쪽 슬립(Slip)의 증가를 막아줌으로써, 비상제동시 차량 제동력과 안정성을 동시에 확보하고 제동력 손실도 방지할 수 있는 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법이 EPB(Electronic Parking Brake)를 통한 비상제동(또는 급제동)신호가 들어오기 전까지 ESC(Electronic Stability Control)에선 제동을 담당할 때 휠속도에 따라 필요한 감속도와 가속도를 산출하는 단계;

상기 EPB쪽에서 비상제동(또는 급제동)에 따른 요구감속도를 알려주는 신호가 들어오면, 상기 EPB쪽에서 요청한 요구감속도에 따라 차량에서 필요한 제동토크를 계산하는 단계;

상기 EPB 요구감속도에 따른 산출된 차량 제동토크를 이용해 정적 상태에서의 전륜과 후륜쪽 제동토크의 분배값을 계산하는 단계;

상기 정적 상태에서의 전륜과 후륜쪽 제동토크 분배값을 이상 제동력 곡선에 적용하고, 이를 이용해 차량 감속도에 의한 동적 제동토크의 전륜과 후륜쪽 분배값을 계산하는 단계;

상기 이상 제동력 곡선과 차량 감속도에 의한 동적 제동토크의 전륜과 후륜쪽 분배값을 이용해 전륜과 후륜쪽의 목표압력을 산출하는 단계;

상기 목표압력을 산출하면, 4바퀴별로 ABS(Anti Break System)를 작동시킬지 여부를 확인하고, 만약 ABS 작동시엔 ABS에서 필요한 제어 압력을 생성하는 단계;

상기 ABS 작동시 ABS 제어 압력을 생성한 후나 또는 ABS 작동을 안 시키는 경우에, 4바퀴에서 필요한 각각의 제어압력들을 비교한 다음, 비교된 제어압력중 최소값을 선택하는 단계;

상기 산출된 최소제어압력값을 이용해 ESC의 유압제어기인 HU(Hydraulic Unit)를 제어해 전륜과 후륜쪽을 개별적으로 제어하는 단계;

를 포함해 구현되는 것을 특징으로 한다.

상기 EPB의 비상제동(또는 급제동)신호 입력전 ESC에서 구현하는 단계는 상기 ESC에서 이용하는 각종 센서신호값들을 받아 계산하고, 이들을 바탕으로 페일-세이프(Fail-Safe)를 판단하며, 휠속도 및 감속도/가속도를 계산하는 단계를 순차적으로 수행한다.

상기 EPB 요구감속도에 따른 차량 제동토크 M_Brake = (M_ENG - M_FRIC)*(기어비)*(파워트레인 효율) - (m_vehicle) * (요구 감속도) / (타이어 유효 반경) - 1/2 * (공력계수) * (차속)^2 로 산출되며, M_ENG : 엔진 발생 토크, M_FRIC : 엔진 구동 저항, m_vehicle : 질량이다.

상기 정적 상태에서의 전륜 제동토크 M_Brake_front = lr / (lf+lr) * M_Brake,이고, 본 실시예에서 적용된 정적 상태에서의 후륜 제동토크 M_Brake_rear = lf / (lf+lr) * M_Brake 로 산출되며, lf : 무게중심에서 전륜축까지의 거리, lr : 무게중심에서 후륜축까지의 거리이다.

상기 이상 제동력 곡선을 이용한 전륜쪽 제동토크 M_Brake_front_ideal = M_Brake_front - (m_vehicle) * (차량 감속도) * h / (lf+lr)이고, 본 실시예에서 적용된 이상 제동력 곡선을 이용한 후륜쪽 제동토크 M_brake_rear_ideal = M_Brake_rear + (m_vehicle) * (차량 감속도) * h / (lf+lr) 로 산출되며, h : 무게중심의 지면에서부터 높이, (차량 감속도) : ESC에서 계산한 차량 감속도이다.

상기 HU에선 HSV타입 제어밸브를 개방하는 반면 TCV타입 제어밸브는 폐쇄시키고, 동시에 모터와 펌프를 작동하는 제어를 구현한다.

이러한 본 발명에 의하면, EPB-ESC를 연계한 비상제동시 이상제동력 곡선을 이용하여 전륜과 후륜의 제동압력을 배분해 ESC의 감압작용을 요하는 후륜쪽 슬립(Slip)의 증가를 막아줄 수 있는 효과를 갖는다.

비상제동시 후륜쪽 슬립(Slip)의 증가를 막아주므로 차량 제동력과 안정성을 동시에 확보할 수 있고, 전체적인 제동력 손실을 막아 제동효율을 극대화함으로써 비상제동시 성능 향상을 기하는 효과도 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법의 순서도이고, 도 2(가)는 본 발명에 따른 전륜 및 후륜 압력제어를 구현하는 ESC 제동장치이고, (나)는 이상적인 제동력선도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전륜 및 후륜 압력제어 구현을 통한 성능선도이다.

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 전자주차브레이크를 이용한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법의 순서도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 스위치로 작동되는 모터를 이용한 전자주차브레이크인 EPB(Electronic Parking Brake)를 이용한 비상제동이 구현될 때, 차량의 안정성 강화장치인 ESC(Electronic Stability Control)의 부가기능인 CDP(Controlled Deceleration for Parking brake)를 함께 연계하는 방식을 적용한다.

이에 따라, 본 실시예에선 EPB를 통한 비상제동(또는 급제동)신호가 들어오기 전까지 ESC에선 단계 S10과 같이 독자적으로 제동에 따른 기능을 수행한다.

단계 S10은 ESC에서 이용하는 각종 센서신호값들을 받아 계산하는 단계 S11과, 이들을 바탕으로 페일-세이프(Fail-Safe)를 판단하는 단계 S12와, 휠속도 및 감속도/가속도를 계산하는 단계 S13을 순차적으로 거치게 되고, 최종적인 단계 S13은 ESC에서 제동을 담당할 때 휠속도에 따라 필요한 감속도와 가속도이다.

하지만, 단계 S20과 같이 EPB쪽에서 비상제동(또는 급제동)에 따른 요구감속도를 알려주는 신호가 들어오면, 단계 S13에서 계산된 감속도와 가속도를 인터럽트(Interrupt)하고 EPB쪽 비상제동(또는 급제동) 요구신호를 처리하는 단계 S30을 수행한다.

이때, EPB와 ESC간 통신은 차량의 CAN 통신을 통하여 이루어진다.

단계 S40에선 EPB쪽에서 들어온 요구신호 즉, EPB 요구감속도에 따라 비상제동(또는 급제동)중인 차량의 제동토크 계산을 하며, 이는 다음과 같은 관계식을 이용해 처리한다.

본 실시예에서 적용된 EPB 요구감속도에 따른 차량 제동토크 M_Brake = (M_ENG - M_FRIC)*(기어비)*(파워트레인 효율) - (m_vehicle) * (요구 감속도) / (타이어 유효 반경) - 1/2 * (공력계수) * (차속)^2 이며, M_ENG : 엔진 발생 토크, M_FRIC : 엔진 구동 저항, m_vehicle : 질량이다.

상기와 같이 EPB 요구감속도에 따른 차량 제동토크 M_Brake가 산출되면, 단계 S50과 같이 이 값을 이용해 정적 상태에서의 제동토크를 전륜과 후륜쪽 배분량에 대해 계산하며, 이는 다음과 같은 관계식을 이용해 처리한다.

본 실시예에서 적용된 정적 상태에서의 전륜 제동토크 M_Brake_front = lr / (lf+lr) * M_Brake,이고, 본 실시예에서 적용된 정적 상태에서의 후륜 제동토크 M_Brake_rear = lf / (lf+lr) * M_Brake 이며, lf : 무게중심에서 전륜축까지의 거리, lr : 무게중심에서 후륜축까지의 거리이다.

상기와 같이 정적 상태에서의 전륜쪽 제동토크와 후륜쪽 제동토크 분배값이 산출되면, 이 값을 이상 제동력 곡선에 적용해 단계 S50과 같이 차량 감속도에 의한 동적 제동토크의 전륜과 후륜쪽 배분량에 대해 계산하며, 이는 다음과 같은 관계식을 이용해 처리한다.

본 실시예에서 적용된 이상 제동력 곡선을 이용한 전륜쪽 제동토크 M_Brake_front_ideal = M_Brake_front - (m_vehicle) * (차량 감속도) * h / (lf+lr)이고, 본 실시예에서 적용된 이상 제동력 곡선을 이용한 후륜쪽 제동토크 M_brake_rear_ideal = M_Brake_rear + (m_vehicle) * (차량 감속도) * h / (lf+lr)이며, h : 무게중심의 지면에서부터 높이, (차량 감속도) : ESC에서 계산한 차량 감속도이다.

도 2(나)엔 이상 제동력 곡선이 도시되며, 이러한 이상 제동력 곡선은 제동시 감속도 증가로 차량의 무게중심은 관성에 의하여 앞쪽으로 움직일 때, 각 차량은 무게중심의 위치 및 무게중심으로부터 앞과 뒤축까지의 거리에 의하여 전륜과 후륜에 어떻게 제동력을 배분하는 것이 최적인지를 알 수 있는 선도이다.

이러한 이상제동력 곡선은 전륜과 후륜쪽의 압력이 동일하게 생성되는 특성상 P-밸브 혹은 EBD 제어로 후륜쪽 슬립 증가를 방지하는 일반적인 제동에선 만들 수 없고, 강제 가압에 의하여 압력을 형성해 4바퀴에 대한 독립적인 압력제어가 가능한 ESC에서 만들 수 있으므로, EPB의 비상제동(급제동)요청시 ESC 자체적으로 연산하는 차량 감속도를 이용하여 이상제동력에 해당하는 전륜과 후륜쪽 압력배분을 수행할 수 있다.

상기와 같이 단계 S60에서 전륜과 후륜쪽에 대한 제동토크 배분량이 계산되면, 이 값을 이용해 단계 S70과 같이 전륜과 후륜쪽에서 제동시 필요한 목표압력을 산출한다.

단계 S80은 전륜과 후륜쪽 목표압력의 산출 후 각각의 바퀴별로 ABS(Anti Break System)를 작동시킬지 여부를 확인하고, 만약 ABS 작동시엔 단계 S90과 같이 ABS에서 필요한 제어 압력을 생성한 다음, ABS 작동을 안 시키는 경우에 구현되는 다음 단계로 넘어간다.

단계 S100은 ABS 작동시 ABS 제어 압력을 생성한 후나 또는 ABS 작동을 안 시키는 경우에 구현되는 단계로서, 이 단계에선 각각의 바퀴에서 필요한 제어압력들을 비교한 다음, 서로 비교된 각각의 바퀴에서 필요한 제어압력중 최소값을 선택해 EPB쪽에서 비상제동(또는 급제동)에 따른 요구감속도를 고려한 결과로서 적용한다.

상기와 같이 EPB쪽에서 비상제동(또는 급제동)에 따른 요구감속도를 고려한 결과로서 각각의 바퀴에서 필요한 최소제어압력이 산출되면, 단계 S110과 같이 이를 통한 유압제어가 수행되도록 유압제어기인 HU(Hydraulic Unit)를 제어함으로써, 전륜과 후륜쪽이 개별적으로 제어되고 특히, 후륜쪽에선 차량의 무게중심 전방쏠림에 따른 노면접지력을 약화로 발생되는 슬립을 방지할 수 있다.

도 2(가)는 본 실시예에 따른 전륜 및 후륜 압력제어 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 단계 S110과 같은 제어는 마스터실린더(1)에서 차륜(2)쪽으로 이어진 유압회로(3)에 설치된 HU(Hydraulic Unit)에서 HSV타입 제어밸브(20)를 개방하는 반면 TCV타입 제어밸브(10)는 폐쇄시키고, 동시에 모터(4)와 펌프(5)를 작동함으로써, 4바퀴에 제공되는 제동압력이 EPB가 요구하는 감속도에 상당하는 압력과 동일하게 인가될 수 있다

상기와 같이 EPB-ESC 연계 제어에 의한 비상제동이 구현될 때 본 실시예에 따르고 특히, 이상제동력 곡선을 이용하여 전륜 및 후륜쪽에서 요구하는 압력을 제어하므로 도 3과 같이 후륜쪽의 슬립 증가에 의한 차량안정성 저하를 피할 수 있고, 동시에 전륜쪽의 제동력 사용 최대화로 제동손실을 막아줌으로써, EPB를 이용하고 ESC에 연계된 비상제동시 보다 높은 제동효율을 달성할 수 있다.

1 : 마스터실린더 2 : 차륜
3 : 유압회로 4 : 모터
5 : 펌프 10,20 : 제어밸브

Claims

EPB(Electronic Parking Brake)를 통한 비상제동(또는 급제동)신호가 들어오기 전까지 ESC(Electronic Stability Control)에선 제동을 담당할 때 휠속도에 따라 필요한 감속도와 가속도를 산출하는 단계;
상기 EPB쪽에서 비상제동(또는 급제동)에 따른 요구감속도를 알려주는 신호가 들어오면, 상기 EPB쪽에서 요청한 요구감속도에 따라 차량에서 필요한 제동토크를 계산하는 단계;
상기 EPB 요구감속도에 따른 산출된 차량 제동토크를 이용해 정적 상태에서의 전륜과 후륜쪽 제동토크의 분배값을 계산하는 단계;
상기 정적 상태에서의 전륜과 후륜쪽 제동토크 분배값을 이상 제동력 곡선에 적용하고, 이를 이용해 차량 감속도에 의한 동적 제동토크의 전륜과 후륜쪽 분배값을 계산하는 단계;
상기 이상 제동력 곡선과 차량 감속도에 의한 동적 제동토크의 전륜과 후륜쪽 분배값을 이용해 전륜과 후륜쪽의 목표압력을 산출하는 단계;
상기 목표압력을 산출하면, 4바퀴별로 ABS(Anti Break System)를 작동시킬지 여부를 확인하고, 만약 ABS 작동시엔 ABS에서 필요한 제어 압력을 생성하는 단계;
상기 ABS 작동시 ABS 제어 압력을 생성한 후나 또는 ABS 작동을 안 시키는 경우에, 4바퀴에서 필요한 각각의 제어압력들을 비교한 다음, 비교된 제어압력중 최소값을 선택하는 단계;

상기 산출된 최소제어압력값을 이용해 ESC의 유압제어기인 HU(Hydraulic Unit)를 제어해 전륜과 후륜쪽을 개별적으로 제어하는 단계;를 포함해 구현되고,
상기 EPB 요구감속도에 따른 차량 제동토크 M_Brake = (M_ENG - M_FRIC)*(기어비)*(파워트레인 효율) - (m_vehicle) * (요구 감속도) / (타이어 유효 반경) - 1/2 * (공력계수) * (차속)^2 로 산출되며, M_ENG : 엔진 발생 토크, M_FRIC : 엔진 구동 저항, m_vehicle : 질량인 것을 특징으로 하는 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법.
청구항 1에 있어서, 상기 EPB의 비상제동(또는 급제동)신호 입력전 ESC에서 구현하는 단계는 상기 ESC에서 이용하는 각종 센서신호값들을 받아 계산하고, 이들을 바탕으로 페일-세이프(Fail-Safe)를 판단하며, 휠속도 및 감속도/가속도를 계산하는 단계를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 정적 상태에서의 전륜 제동토크 M_Brake_front = lr / (lf+lr) * M_Brake,이고, 본 실시예에서 적용된 정적 상태에서의 후륜 제동토크 M_Brake_rear = lf / (lf+lr) * M_Brake 로 산출되며, lf : 무게중심에서 전륜축까지의 거리, lr : 무게중심에서 후륜축까지의 거리인 것을 특징으로 하는 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법.
청구항 1에 있어서, 상기 이상 제동력 곡선을 이용한 전륜쪽 제동토크 M_Brake_front_ideal = M_Brake_front - (m_vehicle) * (차량 감속도) * h / (lf+lr)이고, 본 실시예에서 적용된 이상 제동력 곡선을 이용한 후륜쪽 제동토크 M_brake_rear_ideal = M_Brake_rear + (m_vehicle) * (차량 감속도) * h / (lf+lr) 로 산출되며, h : 무게중심의 지면에서부터 높이, (차량 감속도) : ESC에서 계산한 차량 감속도인 것을 특징으로 하는 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법.
청구항 1에 있어서, 상기 HU에선 HSV타입 제어밸브를 개방하는 반면 TCV타입 제어밸브는 폐쇄시키고, 동시에 모터와 펌프를 작동하는 제어를 구현하는 것을 특징으로 하는 전자주차브레이크에 연계한 비상제동시 전륜 및 후륜 압력제어 구현방법.