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KR102701452B1 - 자율 주행 육상 차량을 위한 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템 - Google Patents

자율 주행 육상 차량을 위한 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템 Download PDF

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KR102701452B1
KR102701452B1 KR1020217022255A KR20217022255A KR102701452B1 KR 102701452 B1 KR102701452 B1 KR 102701452B1 KR 1020217022255 A KR1020217022255 A KR 1020217022255A KR 20217022255 A KR20217022255 A KR 20217022255A KR 102701452 B1 KR102701452 B1 KR 102701452B1
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vehicle power
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안드레아스 베
슈테판 슈트렝어트
쇼고 미요시
아르민 쿤츠
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 공공 도로에서 자율 주행하는 육상 차량을 위한 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템(1)에 관한 것으로, 상기 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템이 2개의 중복 외력 제동압 발생기(3, 4)를 구비함에 따라, 자율 주행 시 그리고 일측 외력 제동압 발생기(3, 4)의 고장 시 타측 외력 제동압 발생기(4, 3)가 운전자 개입 없이 자동차를 제동할 수 있다.

Description

자율 주행 육상 차량을 위한 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템
본 발명은 청구항 제1항의 전제부의 특징들을 가진, 공공 도로에서 자율 주행하는 육상 차량을 위한 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템에 관한 것이다. "자율 주행"이라는 용어는 자율적으로 주행할 수 있는 가능성에 관련되지만, 본 발명에 따른 차량 브레이크 시스템은 자율 주행을 하지 않거나 낮은 레벨에서 자율 주행을 하는 육상 차량에도 사용될 수 있다.
레벨 4(운전자가 개입 요청을 할 수 있음) 및 레벨 5(최상위 레벨: 운전자가 불필요함)까지의 자율 주행에서는, 운전자의 개입 없이 차량 브레이크 시스템의 완전한 고장을 확실성에 가까운 확률로 배제하기 위해, 중복성(redundancy)을 가진 차량 파워브레이크 시스템이 필요하다.
공보 DE 10 2014 220 440 A1호는, 2개의 브레이크 어셈블리를 가진 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템을 개시하고 있으며, 상기 브레이크 어셈블리들은 모두, 각각의 휠 브레이크를 위한 전기 제어식 압력원 및 제동압 제어 밸브 장치를 구비한 각각 하나의 외력 제동압 발생기를 포함한다. 일측 브레이크 어셈블리가 타측 브레이크 어셈블리에 연결되고, 유압 휠 브레이크들이 상기 일측 브레이크 어셈블리에 연결됨으로써, 휠 브레이크들은 상기 일측 브레이크 어셈블리에 의해 그리고 상기 일측 브레이크 어셈블리를 통해 타측 브레이크 어셈블리에 의해 작동될 수 있다. 이로써, 일측 브레이크 어셈블리의 오작동 또는 고장 시 운전자 개입 없이 타측 브레이크 어셈블리에 의해 작동될 수 있다. 각각의 능동 브레이크 어셈블리가 휠 브레이크들 내 휠 제동압을 제어한다.
본 발명에 따른, 청구항 1의 특징들을 가진 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템은 공공 도로에서 레벨 4 및 5까지의 자율 주행을 위해 제공된다. 레벨 4는 고도 자동화 주행이라고도 불리며, 차량 운전이 지속적으로 전자 시스템에 의해 수행되고, 운전자는 상기 시스템이 운전 작업을 더 이상 처리할 수 없을 때에만 개입하도록 요청되는 상태를 의미한다. 레벨 5는 완전 자동화라고도 불리며, 운전자가 불필요하다. 본 발명에 따른 차량 브레이크 시스템은 물론 더 낮은 레벨 및 비자율 주행을 위해서도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템은 2개의 중복 외력 제동압 발생기를 가지며, 이들 외력 제동압 발생기에는 하나 이상의 유압 휠 브레이크가 연결됨으로써, 상기 유압 휠 브레이크들이 선택적으로 상기 두 외력 제동압 발생기 중 하나에 의해 또는 둘 다에 의해 작동될 수 있다. 그 결과, 2개의 외력 제동압 발생기 중 하나의 오작동 또는 고장 시 운전자 개입 없이 외력 제동이 가능하다. 2개의 외력 제동압 발생기는 특히 무압 브레이크액 리저버에 연결되며, 이때 상기 2개의 외력 제동압 발생기가 함께 하나의 브레이크액 리저버에 연결될 수 있거나, 각각 고유의 브레이크액 리저버에 연결될 수 있다.
이 경우, 바람직하게는 2개의 외력 제동압 발생기 중 제1 외력 제동압 발생기가 직접, 다시 말해 중간에 개재된 밸브 없이, 브레이크액 리저버에 연결되고, 그리고/또는 상기 두 외력 제동압 발생기 중 제2 외력 제동압 발생기가 하나 이상의 밸브에 의해 브래이크액 리저버에 연결된다(청구항 2).
바람직하게는 제2 외력 제동압 발생기가 브레이크액 리저버로부터 제2 외력 제동압 발생기 쪽으로 관류될 수 있는 체크 밸브에 의해, 그리고/또는 외력 구동 밸브에 의해 브레이크액 리저버에 연결된다(청구항 3). 밸브는 특히 솔레노이드 밸브이다. 존재한다면 체크 밸브와, 상기 또는 복수의 외력 구동 밸브가 바람직하게 유압식으로 직렬로 연결된다.
본 발명에 따른 차량 브레이크 시스템은 각각 하나 이상의 휠 브레이크를 구비한 하나 이상의 브레이크 회로를 가질 수 있다. 승용차의 경우, 차량 브레이크 시스템은 특히, 각각 2개의 휠 브레이크를 구비한 2개의 제동 회로를 갖는다.
종속 청구항들은 청구항 1에 명시된 본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들을 대상으로 한다.
청구항 5는 바람직하게 휠 브레이크 내 휠 제동압의 휠별 제어를 위한 제동압 제어 밸브 장치를 제공한다. 그러한 제동압 제어 밸브 장치는 이미 공지되어 있으며, 일반적으로, 본 발명에서 필수적이진 않지만, 각각의 휠 브레이크를 위해 그리고 휠 브레이크들의 그룹 또는 모든 휠 브레이크를 위해서도 흡기 밸브 및 배기 밸브를 갖는다. 흡기 밸브와 배기 밸브가 결합되어 하나의 밸브를 형성할 수도 있다. 휠 브레이크 내 제동압의 제어 및 그와 더불어 제동 시 휠 제동력의 제어 외에도, 제동압 제어 밸브 장치를 이용하여, ABS, ASR 및 FDR/ESP와 같은 약어로 통용되는 잠김 방지 시스템, 트랙션 컨트롤 시스템 및 차량 자세 제어 장치/전자 안정성 프로그램과 같은 슬립 제어가 가능하다. 전자 안정성 프로그램이라고도 불리는 차량 자세 제어 장치는 흔히 스키드 방지 장치라고 한다.
청구항 6에 따르면, 제동압 제어 밸브 장치가 밸브에 의해 제1 외력 제동압 발생기에 연결되고, 그리고/또는 직접 제2 외력 제동압 발생기에 연결되며, 그 결과 밸브 닫힘에 의해 제동압 제어 밸브 장치가 (존재하는 한) 마스터 브레이크 실린더에 의한 차량 브레이크 시스템의 작동을 유발하고, 그리고/또는 제2 외력 제동압 발생기에 의해 제1 외력 제동압 발생기와 분리될 수 있다. 본 발명에 따른 차량 브레이크 시스템은 바람직하게, 제동압 제어 밸브 장치가 제1 외력 제동압 발생기로부터 분리되면, 휠 브레이크들도 제1 외력 제동압 발생기로부터 분리되어, 차량 브레이크 시스템의 작동 시 마스터 브레이크 실린더에 의해 그리고/또는 제2 외력 제동압 발생기에 의해 휠 브레이크들 내 휠 제동압이 제어될 수 있도록 형성된다.
청구항 8에 따르면, 휠 브레이크가 특히 제동압 제어 밸브 장치의 부분인 배기 밸브에 의해 제1 외력 제동압 발생기 및/또는 제2 외력 제동압 발생기에 연결된다. 본 발명의 이러한 구성에서는, 하나 이상의 휠 브레이크에서 배기 밸브(들)의 개방에 의해 제동압이 소멸하면, 휠 브레이크(들)로부터 브레이크액이 특히 무압력 브레이크액 리저버로 흐르지 않고, 외력 제동압 발생기로 흐른다. 그로 인해, 그에 후속하여 휠 제동압을 재상승시키기 위해 제동압이 새로 생성될 필요 없이 기존 제동압만 상승하면 된다.
바람직하게는 본 발명에 따른 차량 브레이크 시스템이 상기 두 외력 제동압 발생기에 추가로 근력 제동압 발생기 또는 보조력 제동압 발생기를 구비한다. "보조력"이란 브레이크 부스터를 통해 근력 작동이 지원됨 의미한다. 근력 제동압 발생기 또는 보조력 제동압 발생기는 특히, 차량 브레이크 시스템의 외력 작동 시 차량 브레이크 시스템의 제동압을 위한 목표값 생성기로서 사용되며, 핸드 브레이크 레버 또는 풋 브레이크 페달에 의해 작동 가능한 마스터 브레이크 실린더이다. 근력 제동 또는 보조력 제동은 특히, 자율 주행이 아닌 운전자에 의한 주행 중에 제동압 발생기 중 하나 또는 둘 다의 오작동 또는 고장 발생 시 제공될 수 있다.
명세서 및 도면에 개시된 모든 특징은 개별적으로도, 또는 원칙적으로 임의로 조합된 형태로도 본 발명의 실시예들에서 구현될 수 있다. 원칙적으로 하나의 청구항의 모든 특징이 아닌, 단지 하나 이상의 특징을 포함하는 본 발명의 실시예들이 가능하다.
본 발명은 이하에서 도면에 도시된 실시예를 참고로 더 상세히 설명된다.
도면은 본 발명에 따른 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템의 유압 회로도이다.
도면에 도시된 본 발명에 따른 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템(1)은 공공 도로에서 레벨 4 또는 5까지의 자율 주행 육상 차량, 요컨대 승용차를 위해 제공된다. 레벨 4는 운전자가 개입 요청을 할 수 있는 자율 주행을 의미하고, 레벨 5는 운전자가 불필요한 최상위 레벨의 자율 주행을 의미한다. 더 낮은 레벨 및 비자율 주행도 가능하다.
본 발명에 따른 차량 브레이크 시스템(1)은 4개의 유압 휠 브레이크(2)를 가진 2회로 브레이크 시스템으로서 형성되며, 상기 휠 브레이크들 중 각각 2개는 상기 두 브레이크 회로 중 하나에 연결된다.
차량 브레이크 시스템(1)은 제1 외력 제동압 발생기(3) 및/또는 제2 외력 제동압 발생기(4)를 구비한다. 2개의 외력 제동압 발생기(3, 4)는 중복성을 가지며, 차량 브레이크 시스템(1)은 선택적으로 상기 두 외력 제동압 발생기(3, 4) 중 하나에 의해 또는 둘 다에 의해서도 작동될 수 있다.
도시되고 기술된 본 발명의 실시예에서, 제1 외력 제동압 발생기(3)는 피스톤/실린더 유닛(5)을 가지며, 상기 유닛의 피스톤(6)은 전동기(7)에 의한 제동압 발생을 위해 스크류 드라이브(8) 또는 여타의 회전/병진 변환 드라이브를 통해 실린더(9) 내에서 축방향으로 변위될 수 있다. 피스톤/실린더 유닛(5)은 플런저 유닛이라고도 지칭될 수 있고, 피스톤(6)은 플런저 피스톤이라고도 지칭될 수 있다. 제1 외력 제동압 발생기(3)의 피스톤/실린더 유닛(5)의 실린더(9)는, 본 발명의 도시되고 기술된 실시예에서, 직접, 다시 말해 중간에 개재된 밸브 없이, 무압력 브레이크액 리저버(10)에 연결된다.
제1 외력 제동압 발생기(3)에, 더 정확하게는 제1 외력 제동압 발생기(3)의 피스톤/실린더 유닛(5)의 실린더(9)에 휠 브레이크들(2)이, 여기서는 플런저 밸브(11)로서 지칭된 밸브들, 제1 분리 밸브(12) 및 제동압 제어 밸브 장치(13)를 통해 연결된다. 두 브레이크 회로로의 분할을 위해, 2개의 플런저 밸브(11)가 유압식으로 병렬로 배치되고, 2개의 제1 분리 밸브(12)가 유압식으로 마찬가지로 병렬로 배치되며, 각각 하나의 플런저 밸브(11)와 하나의 제1 분리 밸브(12)가 유압식으로 직렬로 배치된다. 제동압 제어 밸브 장치(13)를 통해 각각 2개의 휠 브레이크(2)가 하나의 플런저 밸브(11) 및 하나의 제1 분리 밸브(12)를 통해 제1 외력 제동압 발생기(3)에 연결된다.
제2 외력 제동압 발생기(4)는 각각의 브레이크 회로 내에, 하나의 전동기(15)에 의해 구동될 수 있는 유압 펌프(14), 예컨대 피스톤 펌프 또는 (내부) 기어 펌프를 구비한다. 휠 브레이크들(2) 중 각각 2개가 각각의 휠 브레이크(2)를 위한 흡기 밸브(16)를 통해 유압 펌프들(14) 중 하나의 압력측에 연결된다.
각각 하나의 배기 밸브(17)를 통해 각각의 휠 브레이크(2)가 제2 외력 제동압 발생기(4)의 유압 펌프(14)의 흡입측에 연결되고, 이때 휠 브레이크들(2)은 배기 밸브(17)를 통해 같은 유압 펌프(14)의 흡입측에 연결되며, 흡기 밸브(16)를 통해 상기 유압 펌프의 압력측에 연결된다. 유압 펌프(14)의 흡입측에서 배기 밸브들(17)과 유압 펌프(14) 사이에 유압 어큐뮬레이터(18)가 연결된다.
브레이크액 리저버의 방향에서 볼 때, 제2 외력 제동압 발생기(4)의 유압 펌프(14)의 흡입측이 브레이크액 리저버(10)로부터 각각의 유압 펌프(14) 쪽으로 관류될 수 있는 각각 하나의 체크 밸브(19) 및 흡입 밸브(20)에 의해 상기 브레이크액 리저버(10)에 연결됨에 따라, 흡입 밸브들(20)의 개방 시 제2 외력 제동압 발생기(4)에 의해 휠 브레이크들(2)의 작동을 위한 제동압 발생이 가능하다.
본 발명은 기술된 외력 제동압 발생기(3, 4)로 한정되지 않으며, 외력 제동압 발생기의 다른 실시예들도 가능하다(도시되지 않음).
전술한 바와 같이, 차량 브레이크 시스템(1)은 선택적으로 두 외력 제동압 발생기(3, 4) 각각에 의해 작동될 수 있으며, 그럼으로써 두 외력 제동압 발생기(3, 4) 중 하나의 고장 또는 오작동 시 차량 브레이크 시스템(1)이 운전자 개입 없이 상기 두 외력 제동압 발생기(3, 4) 중 다른 하나를 이용한 외력에 의해 작동될 수 있다. 차량 브레이크 시스템(1)의 외력 제동의 이러한 중복성은 레벨 4 및 5에서의 자율 주행의 전제조건이다.
흡기 밸브(16)와 배기 밸브(17)는, 각각의 휠 브레이크(2)에서의 휠 제동압을 제어할 수 있는 제동압 제어 밸브 장치(13)를 형성한다. 제2 외력 제동압 발생기(4)의 유압 펌프들(14)과 함께, 특히 잠김 방지 시스템, 트랙션 컨트롤 및/또는 차량 자세 제어/전자 안정성 프로그램과 같은 슬립 제어가 가능하다. 이러한 슬립 제어는 ABS, ASR 및 FDR/ESP와 같은 약어로 통용되며, 차량 자세 제어 장치 및 전자 안정성 프로그램은 흔히 스키드 방지 장치라고도 한다. 이러한 슬립 제어는 이미 공지되어 있으므로 여기서는 더 상세히 설명하지 않는다.
본 발명에 따른 차량 브레이크 시스템(1)은 풋 브레이크 페달(21)에 의해 작동 가능한, 근력 제동압 발생기로서의 2회로 마스터 브레이크 실린더(22)를 구비하며, 상기 2회로 마스터 브레이크 실린더에는 휠 브레이크들(2)이 각각의 브레이크 회로 내에서 제동압 제어 밸브 장치(13)의 각각 하나의 제2 분리 밸브(23), 제1 분리 밸브들(12) 및 흡기 밸브들(16)을 통해 연결되고, 그럼으로써 차량 브레이크 시스템(1)은 차량 운전자에 의해 근력으로도 작동될 수 있다. 제2 분리 밸브들(23), 제1 분리 밸브들(12) 및 흡기 밸브들(16)은 유압식으로 직렬로 배치된다.
원칙적으로 외력에 의한 차량 브레이크 시스템(1)의 작동이 제공되는데, 이때 제동압은 제1 외력 제동압 발생기(3)에 의해, 그리고 상기 제1 외력 제동압 발생기(3)의 오작동 또는 고장 시에는 제2 외력 제동압 발생기(4)에 의해 생성된다. 제동압 생성의 순서는 반대로 될 수도 있다. 마스터 브레이크 실린더(15)는 운전자 주행 모드에서 휠 브레이크(2) 내 휠 제동압을 위한 목표값 생성기로서 이용되며, 이때 제동압은 두 외력 제동압 발생기(3, 4) 중 하나에 의해 생성되고, 제동압의 레벨은, 제1 외력 제동압 발생기(3)가 제동압을 생성하는 경우에는 상기 제1 외력 제동압 발생기(3)의 피스톤/실린더 유닛(5)의 피스톤(6)에 의해 그리고/또는 제동압 제어 밸브 장치(13)에 의해 개회로 제어되거나 폐회로 제어된다. 자율 주행 시 휠 제동압을 위한 목표값은 자율 차량 운전으로부터 유도된다.
운전자 주행 모드에서는 제1 외력 제동압 발생기(3)의 오작동 또는 고장 시 제동압이 제2 외력 제동압 발생기(4) 또는 마스터 브레이크 실린더(22)에 의해 생성될 수 있다.
2개의 브레이크 회로 중 하나에서 페달 트래블 시뮬레이터(24)가 시뮬레이터 밸브(25)를 통해 마스터 브레이크 실린더(22)에 연결된다. 페달 트래블 시뮬레이터(24)는, 시뮬레이터 밸브(25)의 개방 시 마스터 브레이크 실린더(22)로부터 나오는 브레이크액이 밀려들어올 수 있는 스프링 가압형 유압 어큐뮬레이터이고, 이로써 제2 분리 밸브(23)가 닫히는 외력 제동 시, 마스터 브레이크 실린더(22) 내에서 피스톤이 변위될 수 있고, 차량 운전자에게 익숙한 페달감을 전달하기 위해 풋 브레이크 페달(21)이 작동될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에서, 플런저 밸브(11), 제1 분리 밸브(12), 흡기 밸브(16), 배기 밸브(17), 흡입 밸브(20), 제2 분리 밸브(23) 및 시뮬레이터 밸브(25)는 2/2방향 제어 솔레노이드 밸브이며, 이때 제1 분리 밸브(12), 흡기 밸브(16) 및 제2 분리 밸브(23)는 이들의 평상시 기본 위치에서 열려 있고, 플런저 밸브(11), 배기 밸브(17), 흡입 밸브(20) 및 시뮬레이터 밸브(25)는 이들의 평상시 기본 위치에서 닫혀 있다. 휠 제동압의 더 나은 제어 품질을 위해, 흡기 밸브들(16)이 비례제어 밸브로서 형성되며, 이는 물론 본 발명에서 필수적인 것은 아니다. 밸브의 다른 실시예들도 배제되지 않는다. 예컨대 흡기 밸브(16)와 배기 밸브(17)가 결합되어 3/2 방향 제어 솔레노이드를 형성하는 것도 가능하다(도시되지 않음).

Claims (9)

  1. 공공 도로에서 자율 주행하는 육상 차량을 위한 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템으로서, 제1 외력 제동압 발생기(3) 및 제2 외력 제동압 발생기(4)를 구비하며, 이들 외력 제동압 발생기 모두에 유압 휠 브레이크(2)가 연결되는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템에 있어서,
    상기 두 외력 제동압 발생기(3, 4)는 모두 하나의 브레이크액 리저버(10)에 연결되고,
    제2 외력 제동압 발생기(4)가 체크 밸브(19) 및 외력 구동 밸브(20)에 의해 브레이크액 리저버(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제1 외력 제동압 발생기(3)가 직접, 그리고/또는 제2 외력 제동압 발생기(4)가 하나 이상의 밸브(19, 20)를 통해 브레이크액 리저버(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 외력 제동압 발생기(3)가 피스톤/실린더 유닛(5)을 구비하고, 그리고/또는 제2 외력 제동압 발생기(4)가 유압 펌프(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차량 파워브레이크 시스템(1)이 유압 휠 브레이크(2)의 휠 제동압을 제어하기 위한 제동압 제어 밸브 장치(13)를 구비한 것을 특징으로 하는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 제동압 제어 밸브 장치(13)가 밸브(11, 12)에 의해 제1 외력 제동압 발생기(3)에 연결되고, 그리고/또는 직접 제2 외력 제동압 발생기(4)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 외력 제동압 발생기(4)가 밸브(11, 20)를 통해 제1 외력 제동압 발생기(3)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유압 휠 브레이크(2)가 배기 밸브(17)에 의해 제1 외력 제동압 발생기(3) 및/또는 제2 외력 제동압 발생기(4)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차량 파워브레이크 시스템(1)이 유압 휠 브레이크(2)를 작동할 수 있는 근력 제동압 발생기 또는 보조력 제동압 발생기(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전자 유압식 차량 파워브레이크 시스템.
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