• 한국자동차공학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.33-38
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• 2012

EMB is considered as the next generation braking mechanism because it has simple structure and is environment friendly. However, as other brake mechanisms, EMB should be operated reliably for any operating conditions. EMB should be designed with fail-safe and fault-tolerant control concepts which require robust fault detection algorithms for various possible faults. In the design of fault detection algorithms, it is very difficult to construct faulty conditions in real EMB and thus, simulations are often used to emulate the faulty conditions. In this paper, a simulation tool is developed using the commercial software to emulate gear faults in the EMB mechanism. A backlash compensation algorithm is introduced based on contact point detection because screw backlash causes a delay in clamping force response time.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제17권11호
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• pp.1145-1153
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• 2011

EMB (Electro-Mechanical Brake) systems can provide improved braking and stability functions such as ABS, EBD, TCS, ESC, BA, ACC, etc. For the implementation of the EMB systems, reliable and robust fault detection algorithm is required. In this study, a model-based fault detection algorithm is designed based on the analytical redundancy method in order to monitor current and force sensor faults in EMB systems. A state-space model for the EMB is derived including faulty signals. The fault diagnosis algorithm is constructed using the analytical redundancy method. Observer is designed for the EMB and the fault detectability condition is examined based on the residual analysis. The performance of the proposed model-based fault detection algorithm is verified in simulations. The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated in various faulty cases.

• 전기전자학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.174-184
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• 2017

본 논문은 철도 차량용 electro-mechanical brake (EMB)의 클램핑 포스 과도응답 향상을 위한 토크 예측 제어 방법을 제안한다. 일반적으로 철도 차량에는 공압식 제동 시스템이 사용된다. 공압식 제동 시스템은 외부환경 변화에 민감하며, 과도응답 속도가 느리기 때문에 공주시간이 증가한다. 또한, 긴급 제동과 같은 기준 이상의 제동 토크를 인가하는 경우에 제동 효율이 낮은 단점이 있다. 이러한 공압식 제동 시스템의 단점은 철도 차량용 EMB 시스템을 적용하여 극복할 수 있다. 철도 차량용 EMB 시스템은 차량의 축중을 감소시키고, 설계 공간을 확보하기 때문에 연비 증가 및 설계 유연성 확보 등의 장점을 갖는다. 본 논문에서는 철도 차량용 EMB의 클램핑 포스 과도응답 향상을 위한 제어 방법을 제안한다. 제안하는 제어 방법의 타당성은 시뮬레이션을 통해 검증한다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.313-323
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• 2017

As vehicles become more intelligent this is focused on ways to enhance safety and convenience for both drivers and passengers. In particular, x-by-wire systems that replace rigid mechanical components with dynamically configurable electronic elements are being developed to expand intelligent functions, such as adaptive cruise control or lane departure warning system. Because the malfunction of safety-related modules controlling critical functions, such as brakes, throttle, and steering in x-by-wire systems, can cause injury or death, safety and reliability are the most critical issue for automotive vendors and parts manufacturers. In an effort to develop better and effective brake-by-wire system, this paper presents EMB system by using the low speed electric vehicle, which is not required large braking force, with motor controller. In addition, we design performance evaluation system of EMB with 1/4 low speed electric vehicle model and suggested EMB is evaluated through the performance evaluation system.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제20권1호
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• pp.1-7
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• 2012

The brake-by-wire technology is a new automotive chassis system that allows standard braking operations by electronic components with lighter weights and faster response. The brake-by-wire units such as EMB (Electro-Mechanical Brake) are controlled by electronic sensors and actuators and, thus, the fault diagnosis is essential for implementation. In this study, a model-based fault diagnosis system is developed for the sensors based on the analytical redundancy method. The fault detection algorithm is verified in simulations for various faulty cases. A test bench is built including the EMB unit and the performance of the proposed fault diagnosis system is evaluated through the experiment.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권10호
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• pp.581-588
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• 2020

본 논문은 전기기계식제동장치(EMB : Electro Mechanical Brake, 이하 EMB)의 제동패드 마모발생에 따른 소프트웨어 기반의 마모보상방법의 적용 및 성능평가를 다루었다. EMB의 구동을 위해 사용된 모터는 3상 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 IPMSM)가 사용되었다. EMB의 압부력(clamping force) 제어를 위해 위치제어기, 속도제어기 및 전류제어기가 적용되었으며, IPMSM의 출력 압부력 예측을 위해 모터의 거리별 압부력 실험을 통하여 힘 추정기(force estimator)를 1차 모델식으로 단순화 하였다. 제동패드에서 마모가 발생함에 따라 IPMSM에서 출력되는 토크전류의 크기가 감소하는 특성을 이용하여 기준 토크전류와의 비교를 통해 힘 추정기를 업데이트하는 방법으로 마모보상이 가능함을 보였다. 제동패드의 마모 후 최대 압부력 도달시간이 0.1초 이내로 증가하였으나, 마모패드 장착시에도 제동압부력은 마모 전 제동패드와 동일한 최대 기준 압부력을 만족하였으며, 최대압부력 도달시간의 경우 0.5초(기준값) 이내임을 실험으로 검증하였다. 소프트웨어 기반의 EMB 제동패드의 마모보상 방법은 철도차량의 출발 전 제동장치 점검시 테스트모드의 진입을 통하여 수행이 가능하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.170-177
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• 2020

본 논문은 전기기계식제동장치(EMB : Electro Mechanical Brake, 이하 EMB)의 제동 압부력(clamping force) 제어방법과 제동시험장비(dynamo test equipment)를 활용한 제동성능 평가결과에 대하여 다룬다. EMB와 관련한 연구는 자동차 분야에서 대부분 수행되었으며, 다양한 제어방법에 대한 정적상태의 압부력 시험결과를 주로 다루고 있으나 본 논문은 동적상태에서의 성능평가를 수행하였다. EMB의 구동을 위해 3상 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 IPMSM)가 적용되었으며 유한요소법(FEM : Finite Element Method, 이하 FEM) 해석 소프트웨어인 JMAG을 통하여 설계 및 해석을 수행하였다. EMB의 압부력제어를 위해 전류제어, 속도제어 및 위치제어가 수행되었으며, 전류제어기는 단위전류당 최대토크제어(MTPA : Maximum Torque Per Ampere, 이하 MTPA)가 적용되었다. 제동성능평가는 공압식 제동장치의 비상제동 성능시험 절차와 동일한 방법으로 수행되었으며 시험장비에 설치된 고속철도차량의 차륜을 110 km/h, 230 km/h 및 300 km/h로 회전하는 상태에서 각각의 속도 조건에 따른 EMB의 제동 압부력을 인가하여 감속성능을 확인하였다. 최고속도(300 km/h) 상태에서 비상제동 시험결과는 73초의 시간이 소요되었으며 차세대고속철도차량(HEMU-430X)에 적용된 공압식 제동장치의 성능시험 결과와 비교를 통하여 제동소요 시간 및 감속패턴의 유사함 확인하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.125-132
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• 2007

Within the framework of brake-by-wire technology, this paper presents five types of novel models of electro-mechanical disk brake calipers with self-servo mechanism which provides self-servo effect of boosting a friction force generated between the brake pad and the rotor disk surface. The models have been developed utilizing patent map analysis results of previous invents of electro-mechanical brake calipers. The feasibility of the developed motor-driven brake caliper models have been validated through the dynamic simulation analysis. Among the developed models, the caliper mechanism with separated pressure plate was designed especially in detail and was made as a pilot. The pilot caliper has been installed on the simple test bed constructed with domestic passenger car brake components, and its function and effectiveness have been validated through several types of experimental tests.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권9호
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• pp.596-603
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• 2020

전기기계식 제동장치(EMB : Electro-Mechanical Brake)는 자동차 및 철도차량의 차세대 제동장치로서 현재 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재의 철도차량용 제동장치는 공압 실린더를 이용하여 제동 압부력을 발생시키나 전기기계식 제동장치 (EMB)에서는 전기 모터 및 기어와의 조합을 통하여 압부력을 발생시킨다. 본 연구에서는 고압부력 발생이 가능한 편심회전축 기반의 전기기계식 제동장치에 대한 유한요소 모델링 및 내구 수명해석을 통하여 국내 기준에 부합하는 전기기계식 제동장치의 설계를 진행하였다. 이때 내구수명해석의 정확도를 향상하기 위하여 시제품에 사용되는 소재와 동일한 열처리 등을 거친 피로시험 시편을 3종을 제작하여 소재별로 피로시험을 진행하였다. 각각의 소재에 대한 피로시험 결과로부터 피로물성치(응력-수명 선도)를 획득하여 해석모델에 반영하였다. 피로해석 결과로부터 EMB 시제품의 설계가 국내 철도차량용 내구수명 조건인 상용최대 제동/완해 53 만회를 만족할 수 있음을 확인하였다. 또한, 이 설계를 바탕으로 시제품을 제작하고 내구시험을 완료하여 개발된 시제품의 내구성 특성을 입증할 계획이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.237-246
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• 2019

전기기계식 제동장치(EMB : Electro Mechanical Brake)는 자동차 및 철도차량의 차세대 제동장치로서 현재 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재의 고속열차용 제동장치는 공압 실린더를 이용하여 제동 압부력을 발생시키나 전기기계식 제동장치 (EMB)에서는 전기 모터 및 기어와의 조합을 통하여 압부력을 발생시킨다. 본 연구에서는 고압부력 발생이 가능한 EMB 구동 메커니즘을 제안하고, 해당 메커니즘을 만드는 기구장치 중 핵심부품인 기어 및 샤프트 부품들에 대한 구조 및 진동해석을 수행하였다. 한편 모델에 대한 동적 진동해석 결과 압부력이 가해진 상태에서 외부가진이 주어졌을 때 부재의 최대 응력이 항복강도 이내임이 확인되었다. 또한, 구조해석 결과 모터샤프트의 축 직경을 최대한 크게하는 설계가 강도 상 유리함을 확인하였으며, 기어와 편심샤프트를 고정하는 볼트에서 큰 전단응력이 발생할 수 있음을 확인하였다. 한편 해석모델의 메커니즘을 재현할 수 있는 시험장치를 제작하여 가장 취약한 부위인 고정 볼트부의 변형률을 구동 토크가 가해진 상태에서 측정하였다. 변형률 측정결과는 해석결과와 오차가 10% 이내로서, 해석모델의 정확도를 검증할 수 있었다.