브레이크 바이 와이어

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자동차 산업에서 브레이크 바이 와이어 기술은 전기 수단을 통해 브레이크를 제어하는 능력이다. 일반적인 서비스 브레이크를 보완하도록 설계하거나 독립형 브레이크 시스템이 될 수 있다.

이 기술은 도요타 프리우스를 포함한 모든 하이브리드 및 배터리 전기 자동차에 널리 사용된다. 브레이크 바이 와이어는 현재 메인스트림 차량에 널리 사용되는 전자식 주차 브레이크의 형태로도 흔히 사용된다.

이 기술은 펌프, 호스, 유체, 벨트 및 진공 서보, 마스터 실린더와 같은 전통적인 구성품을 전자 센서와 액추에이터로 대체한다. 자동차 산업의 드라이브 바이 와이어 기술은 기존의 기계식 및 유압 제어 시스템을 전자 기계식 액추에이터를 사용하는 전자 제어 시스템과 페달 및 스티어링 펠트 에뮬레이터와 같은 인간-기계 인터페이스를 사용하는 전자 제어 시스템으로 대체한다.

일부 x-by-wire 기술은 이미 조향식, 스로틀-by-wire 등 상용차에 탑재됐다. 브레이크 바이 와이어 기술은 배터리 전기차와 하이브리드 차량의 도입으로 널리 상용화되었다. 대용량 프리우스에서 도요타가 가장 많이 사용한 적용은 회생제동에 기술이 필요한 GM EV1, Rav4 EV, 기타 EV가 선행했다. 포드, 제너럴 모터스, 그리고 대부분의 다른 제조업체들은 눈에 띄게 다른 디자인을 디자인한 혼다를 제외하고 동일한 일반 디자인을 사용한다.

조수석 및 경트럭

브레이크 바이 와이어는 도요타, 포드, 제너럴 모터스 전기 및 하이브리드 모델을 포함하여 1998년 이후 생산된 대부분의 일반적인 하이브리드 및 전기 자동차에 사용된다. 토요타 시너지 드라이브와 Rav4 EV는 개조된 ABS(안티록 브레이크 시스템) 액추에이터가 특수 유압 브레이크 마스터 실린더와 결합되어 브레이크 컨트롤 유닛(컴퓨터)과 결합한 유압 시스템을 사용한다. 포드의 시스템은 도요타 시스템과 거의 동일하며, 제너럴 모터스 시스템은 사실상 작동이 동일한 상태에서 부품에 대해 서로 다른 명칭을 사용한다.

브레이크 페달을 밟음으로써 발생하는 유압력은 12볼트 전력의 손실을 포함한 치명적인 고장이 발생하지 않는 한 컴퓨터에 대한 센서 입력으로만 사용된다. 브레이크 액추에이터에는 시스템에 유압을 제공하는 전기 펌프가 있고, 시스템이 필요할 때 마찰 브레이크를 작동시키기 위해 각 휠 캘리퍼를 가압하는 밸브가 있다.

이 시스템에는 트랙션 배터리(고전압 배터리) 충전 상태가 너무 높아서 추가 에너지나 패닉 스톱 또는 ABS 상황을 수용할 수 없는 한 차량 안정성 제어 시스템(VSC), ABS(Antilock Brake)의 모든 복잡성 및 재생 제동을 차량 감속의 기본 모드로 사용해야 하는 요구 사항이 포함된다.시스템에 의해 티온이 감지된다.

브레이크 시스템의 입력으로 모니터링되는 센서에는 휠 속도 센서, 트랙션 배터리 충전 상태, 요 센서, 브레이크 페달, 스트로크 센서, 스티어링 휠 각도, 유압 액추에이터 압력, 각 휠 캘리퍼 회로의 유압 압력 및 가속기 위치가 포함된다. 기타 정보 및 입력 정보도 모니터링한다.

표준 또는 일반적인 작동은 다음과 같다.

1. 차량 작동자가 브레이크 페달을 밟음
2. 마스터 실린더가 브레이크 페달의 움직임을 유압으로 변환
3. 스트로크 센서는 페달 동작을 측정하여 "완전 정지" 상태를 식별한다.
4. 압력 변환기는 원하는 제동력을 제공한다.
5. 브레이크 컨트롤 유닛(컴퓨터)이 입력을 감지한 다음 휠 속도 센서를 점검하여 차량 속도를 결정하고, 휠 잠금이 ABS 알고리즘을 필요로 하는지를 판단한다.
6. 그런 다음 브레이크 컨트롤 시스템이 요 센서, 스티어링 휠 각도 및 트랙션 배터리의 충전 상태를 점검하십시오.
7. 차량 속도가 약 7MPH 이상일 경우 차량 견인 모터 제너레이터는 운동 에너지를 전원으로 변환하는 제너레이터로 사용되며, 배터리에 에너지를 저장한다. 이것은 차량의 속도를 늦춘다.
8. 운전자(운전자)가 브레이크 페달을 더 세게 밟으면 시스템이 유압 마찰 브레이크를 작동시켜 제동력을 높인다.
9. 차량 속도가 약 7MPH 이하로 떨어지면 회생 제동이 효과적으로 작동하지 않기 때문에 유압 브레이크 시스템이 완전히 인계된다.
10. 요 센서가 차량 요(Yaw)를 감지하면 시스템이 차량 안정성 알고리즘 및 프로세스(VSC)를 시작한다.
11. 휠 속도 센서가 휠 잠금을 감지하면 시스템이 잠김 방지 알고리즘(ABS)을 시작한다.

EBS

브레이크 바이 와이어는 전자 제동장치(EBS)라는 이름으로 중역 상용 차량에 존재한다. 이 시스템은 지연기 및 엔진 브레이크를 포함한 모든 브레이크 시스템 구성 요소의 전자식 작동을 제공한다. EBS는 또한 트레일러를 지원하고 ISO 11992 프로토콜을 사용하여 견인 차량과 트레일러 간에 통신한다. 트레일러와 견인 차량 간의 통신은 24V 시스템의 경우 ISO 7638-1 또는 12V 시스템의 경우 ISO 7638-2에 이어 ABS/EBS 전용의 특정 커넥터를 통해 이루어져야 한다.

EBS는 여전히 제동을 위해 압축공기에 의존하고 있으며, 이는 브레이크 압력을 가하기 위해 전력이 사용되는 전기기계식 또는 전기유압식 브레이크 시스템이 사용하는 높은 전압에 의존하지 않는다는 것을 의미한다.

EBS는 기존 제동보다 제동 정밀도를 높여 제동 거리를 단축한다. 고장 시 EBS 시스템이 뒤로 빠지는 것은 일반적인 에어 브레이크 제어 압력을 사용하는 것이므로 전자 장치가 고장난 경우에도 차량이 안전하게 정지할 수 있어야 한다.

전기기계식 제동계통 아키텍처

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드라이브 바이 와이어 자동차의 전자기계 제동(EMB) 시스템의 일반적인 구조는 그림 1에 나와 있다. 이 시스템은 주로 다음과 같은 5가지 유형의 요소로 구성된다.

1. ECU(전자 제어 장치) 및 기타 로컬 프로세서를 포함하는 프로세서
2. 메모리(주로 ECU에 통합됨)
3. 센서스
4. 액츄에이터
5. 통신 네트워크.

운전자가 인간-기계 인터페이스 – HMI(예: 브레이크 페달)를 통해 시스템에 브레이크 명령을 입력하면 ECU는 ABS(안티 브레이크 시스템) 또는 차량 안정성 제어(VSC)와 같은 높은 수준의 브레이크 기능을 기반으로 4개의 독립적인 브레이크 명령을 생성한다. 이 명령신호는 통신망을 통해 4개의 전기 캘리퍼스(e-캘리퍼스)로 전송된다. 네트워크 결함으로 인해 이 네트워크가 e-캘리퍼와 제대로 통신할 수 없을 수 있기 때문에 HMI 감각 데이터는 별도의 데이터 버스를 통해 각 e-캘리퍼로 직접 전송된다.

각 전자 캘리퍼에서 컨트롤러는^{[disambiguation needed]} 기준 입력으로 브레이크 명령(ECU로부터 수신)을 사용한다. 컨트롤러는 전원 컨트롤 모듈에 대한 드라이브 제어 명령을 제공한다. 이 모듈은 42V 소스로 통전되는 영구 자석 DC 모터인 브레이크 액추에이터의 3상 구동 전류를 제어한다. 캘리퍼 컨트롤러는 기준 브레이크 명령 추적 외에도 브레이크 액추에이터의 위치와 속도도 제어한다. 따라서 각 e-caliper에서 액추에이터의 위치와 속도를 측정하기 위해 두 개의 센서가 필수적이다. 신청서의 안전 중요성 때문에, 이러한 감각 데이터의 제한된 수의 표본을 누락하더라도 보상을 받아야 한다.

투표

브레이크 바이 와이어 시스템은 본질적으로 안전에 중요한 시스템이며 따라서 내결함성은 이 시스템의 가장 중요한 특성이다. 결과적으로, 브레이크 바이 와이어 시스템은 그것의 많은 필수 정보가 다양한 출처(센서)에서 파생되고 필수 하드웨어 이상으로 취급될 수 있도록 설계된다. 브레이크 바이 와이어 시스템에는 일반적으로 다음과 같은 세 가지 유형의 중복성이 존재한다.

1. 브레이크 페달과 같은 안전 중요 구성 요소의 중복 센서
2. 페달 인터페이스 유닛의 여러 프로세서에 의해 복사된 브레이크 페달의 변위 및 힘 측정과 같이 특별히 안전성이 중요한 일부 신호의 중복 사본.
3. 그림 1의 ECU에 대한 여러 프로세서와 같은 중요한 처리 작업을 수행하기 위한 중복 하드웨어.

기존의 중복성을 활용하기 위해서는 투표 알고리즘을 평가, 수정 및 채택하여 브레이크 바이 와이어 시스템의 엄격한 요건을 충족할 필요가 있다. 신뢰성, 내결함성 및 정확성은 특히 브레이크 바이 와이어 시스템 내의 중복성 해결을 위해 개발되어야 하는 투표 기법의 주요 목표 결과물이다.

이 문제에 대한 해결 방법의 예: 브레이크 페달 설계에서 고안된 세 개의 센서가 제공하는 정보를 융합하기 위해 개발된 퍼지 유권자.

누락된 데이터 보상

브레이크 바이 와이어 자동차에서 일부 센서는 안전에 중요한 부품이며, 센서의 고장은 차량 기능을 방해하고 인간의 생명을 위태롭게 할 것이다. 두 가지 예로는 브레이크 페달 센서와 휠 속도 센서가 있다. 전자 제어 장치는 항상 운전자가 브레이크를 밟거나 차량을 정지할 의도를 알고 있어야 한다. 따라서 페달 센서 데이터를 누락하는 것은 차량 제어 시스템의 기능에 심각한 문제가 된다.

이 시스템은 현재 승용차 및 경트럭 차량에 사용되는 브레이크 바이 와이어 시스템에서 ABS 및 VSC 시스템을 포함한 브레이크 시스템 구성 요소 및 시스템에서 신뢰할 수 있는 것으로 입증된 기존 센서를 사용하도록 설계되었다.

브레이크 시스템 고장의 가장 높은 잠재적 위험은 브레이크 컨트롤 시스템 소프트웨어임이 입증되었다. NTSB 문서에 기록된 200건 이상의 사례에서 반복적인 고장이 발생했다. 각 제조업체는 시스템 설계와 소프트웨어의 기밀성을 보호하기 때문에 시스템에 대한 독립적인 검증이 없다.

2016년 현재 NTSB는 승용차와 경트럭 브레이크 바이 와이어 차량 사고를 직접 조사하지 않았으며, 제조사는 차량이 완전히 안전하며, 보고된 모든 사고는 '운전자 오류'의 결과라는 입장을 취하고 있다.

휠 속도 데이터는 미끄러짐을 방지하기 위해 브레이크 바이 와이어 시스템에서도 매우 중요하다. 브레이크 바이 와이어 자동차의 설계는 안전에 중요한 센서가 제공하는 데이터 샘플 중 일부가 누락되지 않도록 안전장치를 제공해야 한다. 인기 있는 솔루션은 중복 센서를 제공하고 페일 세이프 메커니즘을 적용하는 것이다. 전자 컨트롤 유닛은 센서 완전 손실 외에도 간헐적(임시적) 데이터 손실이 발생할 수 있다. 예를 들어 센서 데이터가 전자 컨트롤 유닛에 도달하지 못할 수 있다. 이는 센서 자체 또는 데이터 전송 경로에 일시적인 문제로 인해 발생할 수 있다. 또한 순간적인 단락 또는 단로, 통신 네트워크 결함 또는 갑작스러운 소음 증가로 인해 발생할 수 있다. 이 경우 안전한 운용을 위해서는 누락된 데이터 샘플에 대한 보상이 이루어져야 한다.

이 문제에 대한 해결 방법의 예: 예측 필터에 의한 데이터 보정 누락.

전자 캘리퍼에서 브레이크 액추에이터의 위치 및 속도에 대한 정확한 추정

캘리퍼 컨트롤러는 브레이크 액추에이터의 위치 및 속도를 제어한다(기준 브레이크 명령을 추적하는 주요 작업 이외에). 따라서 각 e-캘리퍼에는 위치 및 속도 센서가 기본적으로 필요하며 액추에이터의 위치와 속도를 감지할 수 있는 측정 메커니즘의 효율적인 설계가 필요하다. 최근의 브레이크 바이 와이어 시스템 설계에서는 분해기를 사용하여 액추에이터 로터의 절대 위치와 속도 모두에 대해 정확하고 연속적인 측정을 제공한다. 증분 인코더는 상대 위치 센서로, 이들의 첨가 오류는 다른 방법으로 보정하거나 보상해야 한다. 인코더와 달리 분해기는 절대 각도 위치 탐지를 항상 허용하는 두 개의 출력 신호를 제공한다. 또한 공통 모드 노이즈를 억제하며 특히 노이즈가 많은 환경에서 유용하다. 이러한 이유로 브레이크 바이 와이어 시스템에서는 일반적으로 위치 측정과 속도 측정을 목적으로 분해자를 적용한다. 그러나 분해자가 제공하는 사인파 신호에서 정확한 위치와 속도 추정치를 추출하려면 비선형적이고 견고한 관찰자가 필요하다.

이 문제에 대한 해결 방법의 예: EMB 시스템에 사용되는 분해자의 강력한 안정성과 자동 보정이 보장된 하이브리드 분해자-디지털 변환 방식.

전자기계 캘리퍼스의 클램프 힘의 측정 및/또는 추정

클램프 장력 센서는 EMB 캘리퍼에서 상대적으로 비싼 구성 요소다. 원가는 공급자로부터의 높은 단가뿐만 아니라, 그 포함 때문에 표시된 생산 비용에서 도출된다. 나중에 클램프 힘 센서에서 다른 클램프 힘 센서로 성능 가변성을 위한 온라인 보정뿐만 아니라 작은 공차를 다루는 복잡한 조립 절차에서 나온다. EMB 시스템에서 클램프 장력 센서를 성공적으로 사용하는 것은 어려운 엔지니어링 과제를 내포한다. 클램프 장력 센서를 브레이크 패드 가까이에 두면 최대 800℃에 이르는 심각한 온도 조건에 노출되어 클램프 장력 센서가 기계적 무결성에 도전하게 된다. 또한 온도 변화도 보상해야 한다. 이러한 상황은 캘리퍼 내부에 클램프 장력 센서를 내장함으로써 피할 수 있다. 그러나 이 센서를 내장하면 클램프 장력 센서와 내부 패드의 로터 접촉 지점 사이의 마찰에 영향을 받는 이력(hysteresis)이 발생한다. 이 이력서는 실제 클램프 압력이 측정되는 것을 방지한다. 클램프 압력 센서 포함과 관련된 비용 문제 및 엔지니어링 당면 과제 때문에 EMB 시스템에서 이 구성 요소를 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 달성할 수 있는 잠재적 기회는 클램프 힘 센서 누락을 초래하는 대체 EMB 시스템 감각 측정치에 기초한 클램프 힘의 정확한 추정에서 나타난다.

이 문제에 대한 해결 방법의 예: 센서 데이터 융합을 사용하여 액추에이터 위치 및 전류 측정에서 클램프 힘 추정

전자식 주차 브레이크

와이어에 의한 브레이크는 이제 차량 주차 브레이크에 적용되는 성숙한 개념이다. 전자식 주차 브레이크(EPB)는 2000년대 초반 BMW와 아우디가 탑 라인 모델(각각 7시리즈와 A8)에 도입해 자동차 뒷바퀴에 흔히 작용하는 전통적인 케이블 작동 시스템(시트 사이 레버 또는 풋페달을 통해 작동)을 분사했다. 그러나 EPB는 리어 디스크 브레이크 캘리퍼에 내장된 전동 메커니즘을 사용하며 센터 콘솔 또는 대시보드의 스위치를 통해 신호를 보낸다. 전자식 주차 브레이크는 일반적으로 CAN 버스 네트워크를 통해 차량의 다른 시스템과 통합되며 다음과 같은 추가 기능을 제공할 수 있다.

• 출발 시 주차 브레이크 자동 해제
• 차량이 경사로에서 정지할 때마다 주차 브레이크 자동 체결("홀드 어시스트")

EPB 시스템은 기존의 핸드브레이크 레버가 없는 경우(많은 제조업체에서 인포테인먼트 시스템의 제어 장치를 설치하기 위해 여유 공간을 사용), 또한 보우든 케이블을 연결할 필요성을 제거하기 때문에 제조 복잡성을 줄일 수 있기 때문에 패키징 및 제조의 진보를 제공할 수 있다.s 차량 아래에 있다.

EPB는 폴크스바겐 그룹 내에서, EPB는 2006년 파사트(B6)에 표준 장착이 되었고, 오펠은 2008년 휘장에 이를 도입했다.

참고 항목

• 회생 브레이크
• 드라이브 바이 와이어
• 플라이 바이 와이어

추가 읽기

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• Hoseinnezhad, R, 신호 처리 방법 및 장치(멀티 스텝 전방 예측 필터에 의한 데이터 처리 누락), 국제 특허 번호 PCT/AU2005/000888.
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• Hoseinnezhad, R, 위치 감지 분해기(2006), IEEE Transactions on Vehicle Technology, 제55권, 제3권, 페이지 924–932를 사용한 바이 와이어 브레이크 캘리퍼의 위치 감지.
• Hoseinnezhad, R, Harding, P, 신호 처리 및 위치 결정 장비 및 방법, 국제 특허 출원 번호 PCT/AU2006/000282.
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