KR102082378B1 - 공압을 이용하여 비상제동 기능을 구현하는 전기기계식 브레이크 - Google Patents

Abstract

전기기계식 브레이크는 선형 이동에 의해 브레이크 패드를 가압할 수 있도록 구성되는 구동 멤버, 상기 구동 멤버의 선형 이동을 위한 구동력을 생성하는 전동 모터, 상기 전동 모터의 구동력에 의해 상기 구동 멤버의 선형 이동이 유발되도록 상기 전동 모터와 상기 구동 멤버를 동력적으로 연결하는 동력 전달 유닛, 그리고 공압을 이용하여 상기 전동 모터에 의한 구동력과는 독립적으로 상기 구동 멤버의 선형 이동을 일으켜 비상 제동을 수행할 수 있도록 구성되는 비상 제동 유닛을 포함한다.

Description

공압을 이용하여 비상제동 기능을 구현하는 전기기계식 브레이크{Electromechanical brake realizing emergency braking function using pneumatic pressure}

본 발명은 전기기계식 브레이크(EMB, electromechanical brake)에 관한 것이며 보다 상세하게는 전원 장치의 고장 등 비상 상황에서 제동력을 보장할 수 있는 전기기계식 브레이크에 관한 것이다.

기술의 발달로 기존의 유압식 브레이크를 대체하는 EMB와 같은 브레이크 바이 와이어(brake by wire) 기술이 적용된 전동 제동장치가 개발되고 있다. 그러나 전동 제동 장치는 동력원인 모터의 고장이나 EMB ECU의 고장, 전원 장치의 고장 상황에서 제동이 불가하다는 단점이 있다.

이와 같은 EMB 고장 상황에서 비상 제동을 구현하기 위해, EMB에 기존 유압 제동 시스템을 추가로 장착하는 방법, 주 EMB에 보조 EMB를 추가로 장착하는 방법, 그리고 케이블을 이용하여 비상 제동을 구현하는 방법이 소개되었다. 첫 번째 방법은 기존 유압 제동 시스템의 추가에 의해 무게와 부피의 증가, 설치 문제 등으로 인해 브레이크 바이 와이어 기술의 장점이 희석되는 단점을 가진다. 두 번째 방법은 두 개의 제동 장치가 구비되어야 하므로 두 개의 캘리퍼가 필요하며 자동차 전원이 단전된 경우 제동이 불가한 단점을 가진다. 세 번째 방법은 배력 구조가 없어 운전자에 의한 브레이크 답력만으로 제동이 이루어지는 구조이기 때문에 제동력에 한계가 있어 제동 거리가 긴 단점이 있다.

공개특허공보 10-2010-0067240 (공개일자: 2010.06.21) 공개특허공보 10-2010-0067242 (공개일자: 2010.06.21)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기한 문제점들을 해결하고 전기기계식 브레이크의 고장이 발생한 경우에 공압을 이용하여 긴급 제동을 보장할 수 있는 전기기계식 브레이크를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 브레이크는 선형 이동에 의해 브레이크 패드를 가압할 수 있도록 구성되는 구동 멤버, 상기 구동 멤버의 선형 이동을 위한 구동력을 생성하는 전동 모터, 상기 전동 모터의 구동력에 의해 상기 구동 멤버의 선형 이동이 유발되도록 상기 전동 모터와 상기 구동 멤버를 동력적으로 연결하는 동력 전달 유닛, 그리고 공압을 이용하여 상기 전동 모터에 의한 구동력과는 독립적으로 상기 구동 멤버의 선형 이동을 일으켜 비상 제동을 수행할 수 있도록 구성되는 비상 제동 유닛을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 브레이크는 상기 전동 모터의 구동을 제어하는 메인 전자제어유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 비상 제동 유닛은 상기 메인 전자제어유닛을 구동하는 전원과는 독립적인 전원을 제공하는 비상 전원, 그리고 상기 비상 전원의 전원에 의해 구동되는 비상 제동 전자제어유닛을 포함할 수 있다.

상기 비상 제동 유닛은 상기 공압의 생성을 위한 압축가스를 저장하는 압축가스 탱크, 상기 압축가스 탱크에 저장된 상기 압축가스의 배출을 선택적으로 허용하도록 구성되는 압축가스 밸브, 상기 압축가스 밸브를 통해 배출된 상기 압축가스의 압력에 의한 구동력을 증폭하는 배력 장치, 그리고 상기 배력 장치에 의해 출력되는 상기 구동력을 상기 구동 멤버로 전달할 수 있도록 구성되는 동력 전달 구조를 포함할 수 있다.

상기 비상 제동 유닛은 상기 압축가스 밸브의 작동을 제어하는 비상 제동 전자제어유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 압축가스 밸브는 상기 압축가스 탱크에 유체적으로 연결되는 유입구, 상기 배력 장치에 유체적으로 연결되는 공급구, 및 외부로 연결되는 배기구를 포함할 수 있다. 상기 비상 제동 전자제어유닛은 제동 시 상기 압축가스가 상기 유입구에서 상기 공급구로 흐르도록 하는 유로를 형성하도록 상기 압축가스 밸브를 제어하고 제동 해제 시 상기 배력 장치로 공급되었던 상기 압축가스가 상기 공급구에서 상기 배기구로 흐르도록 하는 유로를 형성하도록 상기 압축가스 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 비상 제동 유닛은 상기 압축가스 탱크로 압축가스를 공급하는 압축가스 공급기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 비상 제동 유닛이 EMB ECU와는 독립적인 비상 전원으로 작동하는 비상 제동 ECU를 구비하기 때문에 모터의 고장, EMB ECU의 고장, 전원장치의 고장 등 비상 상황에서도 제동이 이루어질 수 있다. 또한 공압을 이용하고 배력 장치를 이용하여 제동력을 배력하기 때문에 운전자가 브레이크 페달을 밟는 힘에 제한되지 않고 충분한 제동력을 제공할 수 있다. 또한 비상 전원을 구비하기 때문에 별도의 브레이크 케이블이 필요 없으며, 그로 인해 차량 구조 설계가 쉬워진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 비상 제동 유닛의 비상 제동 전자제어유닛과 압축가스 밸브를 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 정상 제동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기기계식 브레이크의 비상 제동을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

브레이크 디스크(11)는 차량의 구동축(12)에 연결될 수 있다. 한 쌍의 브레이크 패드(13)는 브레이크 디스크(11)의 양측 면을 마주하도록 캘리퍼(14)에 설치될 수 있다. 브레이크 패드(13)는 브레이크 디스크(11)에 밀착될 수 있도록 선형 이동 가능하게 설치되며, 브레이크 패드(13)가 브레이크 디스크(11)에 밀착되는 경우 제동이 이루어지며 브레이크 디스크(11)에서 이격되는 경우 차량의 정상적인 주행이 가능하게 된다.

구동 멤버(21)는 선형 이동에 의해 브레이크 패드(13)를 가압할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 구동 멤버(21)는 캘리퍼(14)에 이동 가능하게 설치되는 브레이크 피스톤일 수 있다. 구동 멤버(21)가 브레이크 패드(13)를 향하는 방향, 즉 도 1에서 좌측 방향으로 이동하여 브레이크 패드(13)를 가압하고 그에 의해 브레이크 패드(13)가 브레이크 디스크(11)에 밀착되어 제동이 이루어진다. 반면, 구동 멤버(21)가 브레이크 패드(13)에서 멀어지는 방향, 즉 도 1에서 우측 방향으로 이동하여 브레이크 패드(13)에서 이격되면 제공이 해제된다.

전동 모터(22)는 구동 멤버(21)의 선형 이동을 위한 구동력을 생성한다. 전동 모터(22)는 캘리퍼(14)에 설치될 수도 있고 캘리퍼(14) 외측의 별도의 하우징에 설치될 수도 있다.

전동 모터(22)의 구동력은 동력 전달 유닛(23)을 통해 구동 멤버(21)로 전달된다. 동력 전달 유닛(23)은 전동 모터(22)의 구동력에 의해 구동 멤버(21)의 선형 이동이 유발되도록 전동 모터(22)와 구동 멤버(21)를 동력적으로 연결한다. 예를 들어, 동력 전달 유닛(23)은 복수의 기어의 조합을 통해 전동 모터(22)의 회전을 감속하는 기어 유닛(231), 그리고 기어 유닛(231)의 출력에 의해 구동 멤버(21)를 선형 이동시킬 수 있도록 구성되는 선형 구동기(232)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 선형 구동기(232)는 회전 운동을 선형 운동으로 전환하는 스핀들 구조로 구현될 수 있으며, 스핀들 구조는 기어 유닛(231)에 연결되는 스핀들 샤프트 및 스핀들 샤프트에 나사 결합되어 스핀들 샤프트의 회전에 의해 선형 이동을 하는 스핀들 너트로 구현될 수 있다. 동력 전달 유닛(23)의 스핀들 너트가 구동 멤버(21)의 일측을 지지함으로써, 스핀들 너트의 선형 이동에 의해 구동 멤버(21)의 선형 이동이 유발될 수 있다.

도 3을 참조하면, 메인 전자제어유닛, 즉 EMB ECU(24)는 브레이크 작동 신호에 의해 전동 모터(22)를 구동시켜 구동 멤버(21)의 선형 이동에 의한 제동이 이루어지도록 작용할 수 있다. 제동 해제를 위해, EMB ECU(24)는 전동 모터(22)를 정해진 방향으로 회전시켜 구동 멤버(21)가 브레이크 패드(13)에서 멀어지도록 이동시킬 수 있다. 한편, 제동을 위해, EMB ECU(24)는 전동 모터(22)을 제동 해제 시와 반대 방향으로 회전시켜 구동 멤버(21)가 브레이크 패드(13)에 밀착되도록 이동시킬 수 있다. 이때 브레이크 작동 신호는 브레이크 페달의 답입 및 답입량에 따라 생성된 신호일 수 있다. 이와 같은 EMB ECU(24)의 제어에 의해 제동 상태 및 제동 해제 상태가 선택적으로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에는 정상적인 제동 조건에서의 전동 모터(22)의 작동에 의한 제동과 별도로 비상 상황에서의 제동을 위한 비상 제동 유닛(30)이 구비된다. 비상 제동 유닛(30)은, 전동 모터(22)의 고장, EMB ECU(24)의 고장, EMB ECU(24)를 구동하는 전원 장치의 고장 등으로 인해 전동 모터(22)의 작용에 의한 제동이 불가한 경우에, 비상 제동을 수행할 수 있도록 구성된다. 비상 제동 유닛(30)은 전동 모터(22)에 의한 구동력과는 독립적으로 구동 멤버(21)의 선형 이동을 일으켜 비상 제동을 수행할 수 있도록 구성된다.

도 1을 참조하면, 비상 제동 유닛(30)은 압축가스 탱크(31), 압축가스 밸브(32), 배력 장치(33), 그리고 동력 전달 구조(34)를 포함할 수 있다.

압축가스 탱크(31)는 제동을 위한 공압의 생성을 위한 압축가스를 저장한다. 예를 들어, 압축가스는 이산화탄소와 같은 비인화성 가스가 사용될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 압축가스 밸브(32)는 압축가스 탱크(31)의 가스 배출 통로에 설치될 수 있으며 비상 제동을 위해 압축가스 탱크(31)의 압축가스를 배력 장치(33)로 공급할 수 있도록 작동한다. 예를 들어, 압축가스 밸브(32)는 압축가스 탱크(31)에 유체적으로 연결되는 흡기구(321), 배력 장치(33)에 유체적으로 연결되는 공급구(322), 및 압축가스를 외부로 배출하기 위한 배기구(323)를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 비상 제동 유닛(30)은 비상 제동의 제어를 위한 비상 제동 전자제어유닛, 즉 비상 제동 ECU(35)를 구비할 수 있다. 또한 비상 제동 유닛(30)은 전동 모터(22)의 작동을 제어하는 EMB ECU(24)를 구동하는 전원과는 독립적인 전원을 제공하는 비상 전원(36)을 포함할 수 있다. 비상 제동 ECU(35)는 비상 전원(36)에 전기적으로 연결되어 비상 전원(36)에 의해 공급되는 전원에 의해 작동한다. 비상 전원(36)은 소형 전지 또는 슈퍼 커패시터와 같은 전원일 수 있다. 비상 제동 ECU(35)가 별도의 독립적인 비상 전원(36)에 의해 작동함으로써 차량 전원이 단전되는 경우에도 비상 제동이 이루어질 수 있다. 비상 제동 ECU(35)는 비상 제동이 필요한 경우에는 유입구(321)로 유입된 압축가스가 공급구(322)로 배출되도록 하는 유로를 형성하도록 압축가스 밸브(32)의 작동을 제어하고, 제동 해제 시 배력 장치(33)로 공급되었던 압축가스가 공급구(322)에서 배기구(323)로 흐르도록 하는 유로를 형성하도록 압축가스 밸브(32)의 작동을 제어할 수 있다.

비상 제동 ECU(35)는 연결선(52)을 통해 브레이크 페달(51)에 연결될 수 있으며, 브레이크 작동 신호를 수신하여 필요 시 비상 제동 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 비상 제동 ECU(35)는 연결선(53)를 통해 EMB ECU(24)에 신호적으로 연결될 수 있으며, 제어에 필요한 신호를 수신할 수 있다. 한편, 도면에 도시되지 않았으나, 비상 제동 ECU(35)는 EMB ECU(24)의 고장, 전동 모터(22)의 고장, 전원 장치의 고장 등을 나타내는 신호의 감지를 위해 퓨즈, 차단 회로 등에 연결될 수 있으며, 이러한 고장이 발생한 경우 압축가스 밸브(32)를 작동시켜 비상 제동이 이루어지도록 제어할 수 있다.

배력 장치(33)는 압축가스 밸브(32)를 통해 배출된 압축가스의 압력에 의한 구동력을 증폭한다. 배력 장치(33)는 공압을 증폭하여 출력하는 기존에 알려진 배력 장치로 구현될 수 있다. 예를 들어 배력 장치(33)는 공압이 유입될 수 있도록 형성되는 챔버, 유입된 공압에 의해 변형될 수 있도록 챔버 내에 배치되는 다이어프램(diaphragm), 및 다이어프램의 변형에 의해 선형 거동을 하도록 설치되는 푸쉬로드(pushrod)를 포함하는 장치로 구현될 수 있으며, 이러한 배력 장치는 통상 배력 챔버라고 불린다.

동력 전달 구조(34)는 배력 장치(33)에 의해 출력되는 구동력을 구동 멤버(21)로 전달할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 동력 전달 구조(34)는 배력 장치(33)와 구동 멤버(21)를 동력적으로 연결하는 링크 구조일 수 있다. 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 배력 장치(33)에 작용하는 공압의 해제되면 동력 전달 구조(34)가 구동 멤버(21)를 브레이크 패드(13)에서 이격되도록 이동시켜 제동이 해제되며, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 공압이 배력 장치(33)에 인가되면 동력 전달 구조(34)가 구동 멤버(21)를 브레이크 패드(13)를 가압하도록 이동시켜 제동이 이루어진다.

한편, 도 1을 참조하면, 압축가스 탱크(31)에 압축 공기를 채워줄 수 있는 압축가스 공급기(35)가 구비될 수 있다. 비상 제동이 이루어지는 경우 압축가스 탱크(31)의 압축 공기가 사용되기 때문에 추후 비상 제동을 위해 압축가스 공급기(35)를 통해서 압축가스 탱크(31)의 압축가스를 다시 채워준다.

본 발명의 실시예에 따르면 비상 제동 유닛(30)이 EMB ECU(24)와는 독립적인 비상 전원(36)으로 작동하는 비상 제동 ECU(35)를 구비하기 때문에 모터의 고장, EMB ECU의 고장, 전원장치의 고장 등 비상 상황에서도 제동이 이루어질 수 있다. 또한 공압을 이용하고 배력 장치를 이용하여 제동력을 배력하기 때문에 운전자가 브레이크 페달을 밟는 힘에 제한되지 않고 충분한 제동력을 제공할 수 있다. 또한 비상 전원을 구비하기 때문에 별도의 브레이크 케이블이 필요 없으며, 그로 인해 차량 구조 설계가 쉬워진다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

11: 브레이크 디스크
12: 구동축
13: 브레이크 패드
14: 캘리퍼
21: 구동 멤버
22: 전동 모터
23: 동력 전달 유닛
231: 기어 유닛
232: 선형 구동기
24: EMB ECU
30: 비상 제동 유닛
31: 압축가스 탱크
32: 압축가스 밸브
33: 배력 장치
34: 동력 전달 구조

Claims (5)

1. 삭제
2. 선형 이동에 의해 브레이크 패드를 가압할 수 있도록 구성되는 구동 멤버,
   상기 구동 멤버의 선형 이동을 위한 구동력을 생성하는 전동 모터,
   상기 전동 모터의 구동력에 의해 상기 구동 멤버의 선형 이동이 유발되도록 상기 전동 모터와 상기 구동 멤버를 동력적으로 연결하는 동력 전달 유닛,
   공압을 이용하여 상기 전동 모터에 의한 구동력과는 독립적으로 상기 구동 멤버의 선형 이동을 일으켜 비상 제동을 수행할 수 있도록 구성되는 비상 제동 유닛, 그리고
   상기 전동 모터의 구동을 제어하는 메인 전자제어유닛
   을 포함하고,
   상기 비상 제동 유닛은
   상기 메인 전자제어유닛을 구동하는 전원과는 독립적인 전원을 제공하는 비상 전원, 그리고
   상기 비상 전원의 전원에 의해 구동되는 비상 제동 전자제어유닛
   을 포함하는 전기기계식 브레이크.
3. 선형 이동에 의해 브레이크 패드를 가압할 수 있도록 구성되는 구동 멤버,
   상기 구동 멤버의 선형 이동을 위한 구동력을 생성하는 전동 모터,
   상기 전동 모터의 구동력에 의해 상기 구동 멤버의 선형 이동이 유발되도록 상기 전동 모터와 상기 구동 멤버를 동력적으로 연결하는 동력 전달 유닛, 그리고
   공압을 이용하여 상기 전동 모터에 의한 구동력과는 독립적으로 상기 구동 멤버의 선형 이동을 일으켜 비상 제동을 수행할 수 있도록 구성되는 비상 제동 유닛
   을 포함하고,
   상기 비상 제동 유닛은
   상기 공압의 생성을 위한 압축가스를 저장하는 압축가스 탱크,
   상기 압축가스 탱크에 저장된 상기 압축가스의 배출을 선택적으로 허용하도록 구성되는 압축가스 밸브,
   상기 압축가스 밸브를 통해 배출된 상기 압축가스의 압력에 의한 구동력을 증폭하는 배력 장치, 그리고
   상기 배력 장치에 의해 출력되는 상기 구동력을 상기 구동 멤버로 전달할 수 있도록 구성되는 동력 전달 구조
   를 포함하는 전기기계식 브레이크.
4. 제3항에서,
   상기 비상 제동 유닛은 상기 압축가스 밸브의 작동을 제어하는 비상 제동 전자제어유닛을 더 포함하고,
   상기 압축가스 밸브는 상기 압축가스 탱크에 유체적으로 연결되는 유입구, 상기 배력 장치에 유체적으로 연결되는 공급구, 및 외부로 연결되는 배기구를 포함하고,
   상기 비상 제동 전자제어유닛은 제동 시 상기 압축가스가 상기 유입구에서 상기 공급구로 흐르도록 하는 유로를 형성하도록 상기 압축가스 밸브를 제어하고 제동 해제 시 상기 배력 장치로 공급되었던 상기 압축가스가 상기 공급구에서 상기 배기구로 흐르도록 하는 유로를 형성하도록 상기 압축가스 밸브를 제어하도록 구성되는 전기기계식 브레이크.
5. 제3항에서,
   상기 비상 제동 유닛은 상기 압축가스 탱크로 압축가스를 공급하는 압축가스 공급기를 더 포함하는 전기기계식 브레이크.

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