KR20180134311A - 자동차용 전기기계식 서비스 브레이크 또는 전기기계식 주차 브레이크용 유성 기어 조립체 - Google Patents

자동차용 전기기계식 서비스 브레이크 또는 전기기계식 주차 브레이크용 유성 기어 조립체 Download PDF

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린드호프 파울
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이엠에스 기어 에스에 운트 코. 카케아아
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Abstract

본 발명은 특히 자동차(64)용 전기기계식 서비스 브레이크(53) 또는 전기기계식 주차 브레이크(81)용 유성 기어 조립체로서, 중앙 선 기어(12), 유성 캐리어(16)에 회전가능하게 장착된 다수의 유성 기어들(14) 및 유성 기어들(14)을 둘러싸는 링 기어(18)로서, 유성 기어들(14)이 유성 캐리어(16)에 의해 장착되어 유성 기어들(14)이 선 기어(12)와 링 기어(18) 모두를 롤 오프할 수 있는, 링 기어(18)를 포함하되, 선 기어(12), 유성 캐리어(16) 또는 링 기어(18) 중 어느 하나가 유지 토크로 유지 장치(24)에 의해 비-회전식으로 유지되고, 유지 장치(24)와 회전적 유지 부품 사이, 또는 유지 장치(24)와 유지 부품에 비-회전식으로 연결된 중간 부품(20) 사이에, 유지 토크의 결과로서 유지 부품과 유지 장치(24) 사이에 작용하는 힘을 측정하도록 힘-감지 장치(30)가 배치되어, 작용힘이 전달된 토크와 고정 관계를 갖는 유성 기어 조립체에 관한 것이다.

Description

자동차용 전기기계식 서비스 브레이크 또는 전기기계식 주차 브레이크용 유성 기어 조립체{Planetary gear assembly particularly for an electromechanical service brake or an electromechanical parking brake for a motor vehicle}
본 발명은 자동차용 전기기계식 서비스 브레이크 또는 전기기계식 주차 브레이크용 유성 기어 조립체에 관한 것이다.
본 출원의 우선일에서 자동차 서비스 브레이크는 거의 독점적으로 유압 시스템에 의해 작동된다. 반대로, 비상 브레이크로도 불리우는 주차 브레이크는 주로 전기기계식으로 작동되어 다수의 이점들을 달성한다: 수동 브레이크로도 불리우는 기존의 주차 브레이크는 케이블과 핸들을 사용하여 수동으로 작동한다. 손잡이는 대개 자동차의 중심 콘솔(console)에 배열되어 있으며 작동하려면 자유롭게 접근할 수 있어야 한다.
핸들은 그에 상응하는 공간을 차지하여 자동차 내부 설계에 일정한 제한을 가한다. 대조적으로, 전기기계식 주차 브레이크를 작동시키기 위해서는 상대적으로 작은 스위치만 있으면 되고, 중심 콘솔에 배치될 필요가 없기 때문에 실내 설계에 대한 제한이 훨씬 적다.
더욱이, 경사면에 접근할 때, 종래의 주차 브레이크가 너무 늦게 해제되면, 차량이 후방으로 구르지 않고 엔진이 막히지 않도록 핸들을 조작하기 위하여 일정한 실행이 요구된다. 반대로, 전기기계식 주차 브레이크는 제어 장치에 의해 제어 될 수 있으며, 운전자가 능동적으로 개입할 필요없이 적절한 순간에 전기기계식 주차 브레이크를 해제한다. 따라서, 전기기계식 주차 브레이크는 견인 보조물로 사용될 수 있다.
또한, 전기기계식 주차 브레이크는 제어 장치를 사용하여 안전 시스템에 통합될 수 있는데, 제어 장치는 위험한 상황으로 인하여 자율적으로 트리거된(triggered) 제동 결과로 정지시 자동차를 자동으로 고정시키고 제어되지 않는 방식으로 굴러가는 것을 방지한다. 이는 운전자가 의식이 없거나 지속된 부상으로 주차 브레이크를 작동시킬 수 없는 경우 중요할 수 있다.
고정 및 제동은 본질적으로 자동차의 감속시에만 다르며, 속도는 감소될 필요가 있는 반면에, 차량을 고정시키는 것은 그것이 정지 상태에 있고 가속이 방지 될 필요가 있음을 의미한다. 달리 명시하지 않는 한, 후술하는 설명은 감속 및 고정에 동일하게 적용된다.
전기기계식 주차 브레이크의 경우와 마찬가지로 전기기계식 서비스 브레이크도 기존의 유압식으로 작동된 서비스 브레이크에 대하여 몇 가지 장점이 있다. 유압 시스템이 더 이상 필요하지 않다는 단순한 사실은 작동 안전이 개선될 수 있음을 의미하는데, 전기기계식 브레이크에 결함이 있거나 다공성 브레이크 호스로 인한 서비스 브레이크 고장의 위험이 더 이상 존재하지 않기 때문이다. 유압 유체는 일반적으로 환경에 유해하므로 이러한 형태의 문제 또한 제거된다. 또한 전기기계식 서비스 브레이크를 사용할 경우 유압 시스템은 절약될 수 있는 공간을 차지한다. 종래의 서비스 브레이크는 예를 들어, 비상 제동(잠금방지 브레이크 시스템) 동안 휠의 막힘(blockage)을 방지하기 위하여 안전 시스템에 통합될 수 있지만, 유압 시스템의 대응하는 부분에서 브레이크 압력을 방출 및 감소시키는 액추에이터가 여전히 필요하다. 이러한 액추에이터들은 전기기계식 서비스 브레이크에서 생략될 수 있다. 또한 전기기계식 서비스 브레이크를 사용하여 안전 시스템에 통합하는 것이 더 간단하고 확장가능성이 우수하다.
그러나 전기기계식 서비스 브레이크에는 다음과 같은 단점이 있다: 알려진 전기기계식 서비스 브레이크는 유성 기어와 상호 작용하는 전자 구동 장치를 갖는다. 유성 기어의 출력측에는 브레이크 디스크 상에 작용하는 마찰 라이닝(lining)을 포함하는 제동 장치가 배치된다. 마찰 라이닝과 브레이크 디스크는 자동차 작동 중에 다르게 마모될 수 있다. 이 마모는 브레이크 시스템과 수압 시스템을 직접 연결하여 특정 브레이크 압력에 따라 대응하는 제동력이 항상 브레이크 디스크에 적용되도록 보장하는, 기존의 수압식 서비스 브레이크에서는 중요하지 않다. 이 피드백은 전기기계식 서비스 브레이크에서는 발생하지 않는다. 따라서, 특정값의 제어 변수가 전자 구동 장치에 작용하는 경우, 실제로 브레이크 디스크에 가해지는 제동력에 대한 판정을 내리는 것은 불가능하다. 자동차에는 일반적으로 4 개의 감속 휠들이 있기 때문에, 브레이크 디스크와 마찰 라이닝이 각 휠에 다르게 장착되는 것은 드문 일이 아니다. 이 경우, 동일한 값의 제어 변수가 전자 구동 장치에 작용할 때, 휠은 상이한 각도로 감속되는데, 이는 제동시 순간적으로 요동을 일으켜 제어할 수 없는 자동차의 움직임을 초래할 수 있다. 실제로 작용하는 제동력의 "실제값" 에 대한 정보가 없기 때문에 전기기계식 서비스 브레이크를 제어 루프(control loop)에 통합하는 것은 불가능하다.
이러한 단점을 제거하기 위하여, 미국특허 제6,412,610 B1호, 독일특허 제196 52 230 A1호 및 독일특허 제10 2011 002 565 A1호는 브레이크 디스크에 작용하는 힘을 측정하기 위한 힘-감지 장치를 전기기계식 서비스 브레이크에 통합하여, 제동력의 설정값/실제값 비교를 수행하는 것을 가능하게 하고, 전기기계식 서비스 브레이크를 제어 루프에 통합시키는 것을 제안한다. 상술한 모든 경우에, 유성 기어의 회전축을 따라 작용하는 힘이 측정된다. 그러나 이러한 전기기계식 서비스 브레이크들의 단점은 상대적으로 복잡하고 공간을 많이 차지하는 설계인데, 이는 특정 차량들에만 대중화되었다는 것을 의미한다.
전기기계식 서비스 브레이크의 이러한 단점은 대부분 서비스 브레이크들과 동일한 설계를 갖는 주차 브레이크들에도 적용된다. 자동차가 굴러가는 것을 방지하기 위해, 슬로프에 주차되어 있더라도, 브레이크 디스크는 특정 제동력의 적용을 필요로한다. 전자 구동 장치가 브레이크 디스크에 인가될 제동력을 결정하는 특정 제어 변수에 의해 작용되는 경우, 이 제동력은 자동차를 안전하게 고정시키는데 충분할 수 있다. 그러나 제동력은 시간에 따라 변할 수 있다. 이는 주차 브레이크가 작동될 때, 브레이크 디스크가 매우 고온이고, 이어서 브레이크 디스크가 냉각되는 경우일 수 있다. 결과적으로, 주차 브레이크의 경우에도, 실제로 브레이크 디스크에 적용되는 제동력을 논하는 것이 불가능하다.
본 발명의 목적은 전술한 단점을 효과적으로 제거할 수 있는 전기기계식 서비스 브레이크 및 전기기계식 주차 브레이크를 제공하는 것이다.
특히 전기기계식 서비스 브레이크 및 전기기계식 주차 브레이크는 간단하고 공간 절약적인 설계를 가져야하고 쉽게 제작할 수 있어야한다.
이 목적은 청구항 1, 8, 9, 10항 및 12항에 표시된 특징들에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들는 종속항들의 목적이다.
본 발명의 실시예는 유성 기어 조립체, 특히 자동차용 전기기계식 서비스 브레이크 또는 전기기계식 주차 브레이크에 관한 것으로, 중심 선 기어(sun gear), 유성 캐리어 상에 회전가능하게 장착된 다수의 유성 기어들 및 상기 유성 기어들을 둘러싸는 링 기어를 포함하며, 유성 기어는 유성 캐리어에 의해 장착되어 선 기어 및 링 기어 모두를 롤 오프(roll off) 할 수 있고, 선 기어, 유성 캐리어 또는 링 기어 중 어느 하나는 유지 토크(holding torque)로 유지 장치(holding unit)에 의해 비-회전식으로 유지되며, 유지 장치와 비-회전식 유지 부품 사이 또는 유지 장치와 유지 부품에 비-회전식으로 연결된 중간 부품 사이에, 유지 토크의 결과로서 유지 부품와 유지 장치 사이에 작용하는 힘을 측정하도록 힘 측정 수단이 배치되어, 작용력이 전달된 토크에 대하여 고정 관계(fixed relation)를 갖는다.
"회전적 유지 부품"은 유지 장치에 의해 비-회전식으로 유지된, 선 기어, 유성 캐리어 및 링 기어에 의해 형성된 그룹의 부품들을 지칭하다. 구조 설계에 따라, 유지 장치는 비-회전식 유지 부품와 직접 상호 작용하지 않으며, 대신에 토크가 비-회전식으로 유지된 부품으로부터 유지 장치로 전달될 수 있는 중간 부품, 예를 들어 베어링 핀 및/또는 샤프트가 제공될 수 있다.
유성 기어 조립체는 유성 기어를 포함하는 기어 조립체(종종 유성 기어라고도 함)를 지칭하며, 그 구조는 잘 알려져 있으므로 본원에서 더 자세히 설명할 필요는 없다. 유성 기어가 드라이브 및 출력과 관련하여 속도 및 토크를 변경하기 위하여, 선 기어, 유성 캐리어 또는 링 기어 중 어느 하나가 단단히 고정되어야 하며 드라이브와 출력이 비-유지 부품을 통하여 발생한다. 본 발명은 유지 장치에 의해 가해지는, 유지 토크라고도 칭해지는, 비-회전식 유지 부품을 고정하기 위하여 필요한 토크가 출력 샤프트에 전달되는 토크와 함께 증가하는 것을 실현하는 것에 기초한다. 전기기계식 서비스 브레이크 또는 전기기계식 주차 브레이크의 경우 전달 된 토크는 브레이크 디스크에 작용하는 제동력에 의해 결정된다. 이것은 작용하는 제동력의 측면에서 요구되는 유지 토크를 논할 수 있도록 한다. 유지 부품와 유지 장치 사이에 작용하는 힘을 측정하기 위하여, 유지 토크는 유지 부품와 유지 장치 사이에 힘-감지(force-sensing) 장치를 배치함으로써 본 발명에 의해 결정된다. 유지 부품와 유지 장치 사이에 작용하는 힘에 기초하여, 보유 토크 및 작동 제동력은 간단한 변환에 의해 결정될 수 있다. 힘-감지 장치가 유지 부품와 유지 장치 사이에 작용하는 힘을 측정하기 위해, 유지 부품 및 유지 장치는 중첩 섹션에서 반경 방향 및 축 방향 모두로 중첩되어야한다.
힘-감지 장치의 제안된 배열은 아주 작은 구조적 변화만 필요로 한다. 또한, 생산-엔지니어링 관점에서, 힘-감지 장치는 특히 유리한 위치에 배치될 수 있어, 이에 의해 본 발명의 유성 기어 조립체의 제조를 용이하게 한다. 힘-감지 장치는 예를 들어, 자유로운 설치 공간이 이용가능하거나, 또는 안전하게 장착될 수 있는 곳에 배치될 수 있다. 본 발명의 유성 기어 조립체의 제조는 공지된 전기기계식 서비스 브레이크 및 주차 브레이크에 비해 상당히 단순화될 수 있다. 또 다른 실시예에 의하면, 힘-감지 장치는 힘 변환기(force transducer)를 구비한다. 힘 변환기는 다양한 설계로 제공되므로 응용에 적합한 설계를 사용할 수 있다. 또한, 힘 변환기는 다양한 응용 분야에서 사용되는데, 즉, 이들은 신뢰할 수 있고 이들을 다루는 많은 경험이 가능하다. 이러한 이점들은 제안된 유성 기어 조립체의 설계, 제조 및 작동을 단순화한다.
실시예의 또 다른 전개에서, 힘 변환기는 스프링 본체 힘 변환기로 구현될 수 있다. 힘 효과로 인하여, 힘 변환기의 스프링 본체가 탄성적으로 변형된다.
힘 흡수는 특정 방향에 있어야 한다. 스프링 본체 금속의 변형은 전기 저항이 스트레인에 따라 변하는 스트레인 게이지(strain gauges)를 사용하여 전압의 변화로 변환된다. 측정 증폭기는 전압과 이에 따른 스트레인을 감지한다. 이것은 금속의 탄성 특성으로 인하여 힘 판독 값(force reading)으로 변환될 수 있으며, 이로써 힘 변환기가 교정된다.
스프링 본체 힘 변환기는 특정 강건성(robustness) 및 간섭(interference)에 대한 낮은 감수성이 특징이다. 이들은 플렉쳐 빔(flexure beam), 링-비틀림 스프링(ring-torsion spring), S-형 스프링 본체(S-shaped spring body), 팽창 실린더 또는 다이어프램(diaphragm) 스프링 본체들을 포함할 수 있다. 따라서, 다양한 설계가 가능하므로 관련 분야에 대한 최적의 선택이 가능하다. 선정 기준에는 인장 또는 압축시 선호되는 응력, 작용력 및 필요한 정확도가 포함될 수 있다.
다른 실시예에서, 힘-감지 장치는 다수의 피에조-힘 변환기들(piezo-force transducers)을 포함할 수 있다. 압전 힘 변환기(Piezoelectric force transducers)는, 특히 설계에 따라 60kHz 까지 높아지는 매우 동적인 힘을 측정하기 위하여 매우 단단하게 설계될 수 있다.
다른 실시예에서, 힘-감지 장치는 다수의 전자기 보상 변환기를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 힘 변환기는 미세한 힘을 정밀하게 측정해야 할 때 특히 적합하다.
실시예의 또 다른 전개는 힘-감지 장치가 다수의 자기 변형(magnetostrictive) 부품들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 자기 왜곡은 인가 된 자기장으로 인한 자성 재료, 특히 강자성 재료의 변형을 의미한다. 결과적으로, 본체는 일정한 체적에서 길이의 탄성 변화를 받는다. 이러한 유형의 힘 변환기는 미세한 힘을 정밀하게 측정해야할 때 특히 적합하다.
실시예의 추가적 전개는 유성 기어 조립체가 하우징을 포함하고, 유지 장치가 하우징에 의해 형성된다는 특징이 있다. 어떠한 경우에도, 유성 기어 조립체들은 전형적으로 유지 장치로 편리하게 사용될 수 있는 하우징을 포함한다. 제안된 유성 기어 조립체에 유지 장치를 장착하기 위하여 추가 구성 부품이 필요하지 않으며, 따라서, 구조가 간단하고 설치가 쉬운 것을 유지한다.
본 발명의 일 실시예는 전자 구동 장치, 구동 장치에 의해 구동될 수 있고, 유지 부품와 상기 유지 장치 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘-감지 장치가 대응하는 힘 값 신호를 생성하는, 전술한 실시예들 중 하나에 의한 유성 기어 조립체, 유성 기어 조립체를 사용하는 동안 제동 장치가 구동 장치에 의해 작동될 수 있는 자동차를 감속시키기 위한 제동 장치를 포함하는 자동차용 전기기계식 서비스 브레이크에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 전자 구동 장치, 구동 장치에 의해 구동될 수 있고, 유지 부품와 유지 장치 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘-감지 장치가 대응하는 힘 값 신호를 생성하는, 전술한 실시예들 중 하나에 의한 유성 기어 조립체, 유성 기어 조립체를 사용하는 동안 제동 장치가 구동 장치에 의해 작동될 수 있는 자동차를 고정시키기 위한 제동 장치를 포함하는 자동차용 전기기계식 서비스 브레이크에 관한 것이다.
전자 구동 장치는 이의 출력 토크가 조절가능한 전기 모터를 포함할 수 있다.
제동 장치는 일반적으로 자동차의 휠에 비-회전식으로 연결되는 브레이크 디스크를 포함한다. 또한, 제동 장치는 한 쌍의 마찰 라이닝을 포함하며, 이 마찰 라이닝은 축 방향으로 조정될 때 브레이크 디스크 상에 다소 강하게 작용하여 브레이크 디스크에 제동력을 인가한다. 또한, 제동 장치는 유성 기어 조립체의 출력축의 회전 운동이 병진 운동으로 변환될 수 있는 변환 장치를 구비하여 마찰 라이닝들을 축 방향으로 조정한다. 변환 장치는 나사형 스핀들을 포함할 수 있다. 자동차에 일반적으로 4 개인, 몇 개의 제동 장치들이 설치되는데, 이들은 제어 장치에 의해 개별적으로 그리고 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 전술한 실시예에 따른 전기기계식 서비스 브레이크 및/또는 전술한 설계에 따른 전기기계식 주차 브레이크를 구비한 자동차에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 서비스 브레이크 및 주차 브레이크는 동일한 구동 장치에 의해 작동될 수 있으며, 이에 의해 자동차의 부품 수를 줄인다. 결과적으로 설치 공간이 절약된다. 또한, 고장 확률은 설치된 부품들의 수에 따라 감소한다.
추가 실시예에서, 자동차는, 제동 장치가 자동차를 제동해야하는 제동력에 대한 설정값을 미리 설정하기 위한 설정값 발생기를 포함하여, 설정값 발생기가 대응 설정값 신호를 발생시키고, 힘 값 신호 및 설정값 신호를 수신하고, 힘 값 신호에 기초하여 제동 장치에 작용하는 제동력의 실제값을 계산하고, 이를 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 전자 구동 장치를 제어하는 제어 장치를 포함한다.
서비스 브레이크에 대하여, 설정값 발생기는 자동차의 브레이크 페달이거나, 특히 주차 브레이크의 경우, 대응 센서에 의해 공급되는 차량 상태 데이터에 기초하여 제동력에 대한 원하는 값을 기술하는 제어 장치 그 자체일 수 있다.
이러한 센서들은 예를 들어 휠의 회전 속도, 자동차의 요 모멘트(yaw moment) 또는 자동차의 휠 미끄러짐을 측정할 수 있다. 제어 장치는 차량 상태를 안정화시키기 위하여 이러한 데이터에 기초하여 각각의 제동 장치에 대한 제동력을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 자동차용 전기기계식 서비스 브레이크 및/또는 전기기계식 주차 브레이크를 작동시키는 방법에 관한 것으로, 전기기계식 서비스 브레이크는 전자 구동 장치, 구동 장치에 의해 구동될 수 있는 전술한 실시예 중 하나에 의한 유성 기어 조립체, 유성 기어 조립체를 사용하여 구동 장치에 의해 작동될 수 있는 자동차를 감속시키기 위한 제동 장치를 포함하고, 자동차는 제동 장치가 자동차를 감속시켜야 하는 제동력에 대한 설정값을 미리 설정할 수 있는 설정값 생성기 및 제어 장치를 구비하고, 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다 :
- 설정값 생성기를 사용하여 설정값에 대응하는 설정값 신호를 생성하는 단계;
- 제어 장치에 의해 설정값 신호를 수신하는 단계;
- 힘-감지 장치를 사용하여 유지 부품와 유지 장치 사이에 작용하는 힘에 대응하는 힘 값 신호를 생성하는 단계;
- 힘 값 신호를 수신하고 제어 장치를 사용하여 제동 장치에 작용하는 제동력의 실제값을 계산하는 단계;
- 제어 장치를 사용하여 실제값과 설정값을 비교하는 단계, 및
- 제어 장치에 의한 비교 결과에 따라 전자 구동 장치를 작동시키는 단계.
본 발명에 의한 전기기계식 서비스 브레이크, 본 발명에 의한 전기기계식 주차 브레이크, 본 발명에 의한 자동차 및 본 발명에 의한 방법들로 얻을 수 있는 기술적 효과들 및 이점들은 본 발명에 의한 유성 기어 조립체에 대하여 논의된 것들과 일치한다. 요약하면, 힘-감지 장치의 제안된 배열은 구조 변화 방식을 거의 요구하지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 또한, 생산-엔지니어링 관점에서, 힘-감지 장치는 특히 유리한 위치에 배열되어 본 발명의 유성 기어 조립체를 제조하는 것을 용이하게할 수 있다. 힘-감지 장치는 예를 들어, 자유로운 설치 공간이 이용 가능하거나 안전하게 장착될 수 있는 곳에 배치될 수 있다. 본 발명의 유성 기어 장치의 제조는 공지된 전기기계식 서비스 브레이크와 비교하여 실질적으로 단순화 될 수 있다. 유지 부품와 유지 장치 사이에 작용하는 힘에 기초하여, 제동 장치에 작용하는 힘은 비교적 단순한 변환에 의해 도출될 수 있어, 제어 장치에 대한 계산적 비용이 낮고 제어 장치의 프로그래밍이 단순화된다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 도시된 것은 다음과 같다:
도 1은 본 발명에 의한 유성 기어 조립체의 제1 실시예,
도 2a)는 본 발명에 의한 힘-감지 장치의 제1 실시예,
도 2b)는 본 발명에 의한 힘-감지 장치의 제2 실시예,
도 2c)는 본 발명에 의한 힘-감지 장치의 제3 실시예,
도 3은 본 발명에 의한 유성 기어 조립체의 제2 실시예,
도 4는 본 발명에 의한 유성 기어 조립체의 제3 실시예,
도 5는 본 발명에 의한 전기기계식 서비스 브레이크의 실시예, 및
도 6은 각각의 개략도에 기초한, 2 개의 전기기계식 서비스 브레이크와 2 개의 전기기계식 주차 브레이크가 장착된 자동차의 평면도이다.
도 1은 본 발명에 의한 유성 기어 조립체(101)의 제1 실시예를 개략적인 단면도로 도시한다. 유성 기어 조립체(101)는 선기어(12)와 그 위에, 도시된 실시예에서는, 롤 오프된(roll off) 유성 캐리어(16)(도 1에 미도시, 도 3 및 도 4 참조) 상에 회전가능하게 장착된 3 개의 유성 기어(14)를 포함한다. 또한, 유성 기어 조립체(101)는 선 기어(12)와 동심원으로 배치되고 선 기어(12) 및 유성 기어(14)를 둘러싸는 링 기어(18)를 포함한다. 유성 기어(14)는 링 기어(18) 및 선 기어(12)를 롤 오프한다. 선기어(12) 뿐만 아니라 유성 기어(14) 및 링 기어(18)는 본원에 도시되지 않은 톱니를 갖는다. 선 기어(12) 및 유성 기어(14)는 각각 외부 톱니를 갖고, 링 기어(18)는 내부 톱니를 갖는다.
링 기어(18)는 본 실시예에서 제1 돌출부(22)로 설계되고 링 기어(18)로부터 반경 방향 외측으로 돌출하는 중간 부품(20)에 연결된다. 대안으로, 제1 돌출부(22)는 또한 링 기어(18)에 직접 통합될 수 있거나, 링 기어(18)에 리 세스(recess)가 제공될 수 있으며, 이에 의해 별도의 중간 부품(20)이 필요하지 않다.
또한, 유성 기어 조립체(101)는 예시된 실시예에서 하우징(26)에 부착된 제2 돌출부(26)로 형성되고 반경 방향 내측으로 돌출하는 유지 장치(24)를 포함한다. 제1 돌출부(22) 및 제2 돌출부(28)는 회전축(T)을 따르는 축 방향 및 회전축(T)에 대한 반경 방향 모두에서 중첩되며, 따라서 중첩 영역을 형성한다. 중간 부품(20)과 유지 장치(24) 사이의 중첩 영역에는 힘-감지 장치(30)가 배치된다.
유성 기어 조립체(101)는 예를 들어, 다음과 같은 방식으로 작동될 수 있다: 비-회전식으로 유지된 유지 장치(24)로 인하여, 유성 기어(14)가 링 기어(18)로부터 롤 오프된 결과로, 보다 자세하게 도시되지 않았으나, 선 기어(12)는 도 1의 단면에 수직인 회전축(T) 둘레로 회전된다. 따라서, 미도시된 유성 캐리어(16)는 선 기어(12)의 회전축(T)과 일치하는 자신의 축 둘레로 회전한다. 유성 캐리어(16)에얼마나 많은 토크가 전달되는지에 따라, 링 기어(18)는 유지 토크라고도 불리우는 얼마간의 토크로 비-회전식으로 유지되어야 하여, 중간 부품(20)과 유지 장치(24) 사이에 대응 힘이 작용한다. 회전 방향에 따라, 인장력 또는 압축력이 힘-감지 장치(30)에 작용하며, 이 힘은 유성 캐리어(16)로부터 전달된 토크에 대하여 고정 관계를 갖는다. 이 인장력 또는 압축력은 전달된 토크를 결정하도록 힘-감지 장치(30)에 의해 측정된다.
도 2a)는 힘 변환기(32)를 포함하는 힘-감지 장치(30)의 제1 실시예를 도시한다. 힘 변환기(32)는 스프링 본체 힘 변환기(34)로 구성될 수 있으며 플렉쳐 빔, 링-비틀림 스프링, S-형 스프링 본체, 팽창 실린더 및/또는 다이어프램 스프링 본체를 갖는다.
도 2b)는 총 4 개의 피에조-힘 변환기들(36)을 구비한 본 발명에 의한 힘-감지 장치(30)의 제2 실시예를 도시한다.
도 2c)는 개략도에 기초한 본 발명에 의한 힘-감지 장치(30)의 제3 실시예를 도시하며, 총 2 개의 전기적 보상 힘 변환기들(38) 및 2 개의 자기 변형 부품들(40)을 포함한다.
도 3은 본 발명에 의한 유성 기어 조립체(102)의 제2 실시예를 개략적인 단면도로 도시하며, 선 기어(12)의 회전축(T)은 도 3의 단면에서 연장된다. 이 구조는 도 1에 도시된 제1 실시예의 구조와 실질적으로 유사하다. 그러나, 대조적으로, 유성 캐리어(16)는 비-회전식으로 유지되며 비-회전식으로 유지되는 부품을 나타낸다. 유성 캐리어(16)는 유성 기어(14) 당 하나의 베어링 핀(42)을 가지며, 유성 기어(14)는 회전가능하게 장착된다. 도시된 예에서, 베어링 핀(42)은 유지 장치(24)로 작용하는 하우징(26)의 관련 보어(44)에 결합된다. 또한, 제2 실시예에서, 하우징(26)으로 형성된 유지 장치(24)와 비-회전식으로 유지된 유성 캐리어(16)의 베어링 핀(42)은 반경 방향 및 축 방향 모두의 중첩 영역 내에서 중첩된다. 힘-감지 장치(30)는 베어링 핀(42)과 보어(44)의 벽 사이에 배치된다. 힘-감지 장치(30)는 베어링 핀(42)을 환형으로 둘러쌀 수 있다. 이러한 예시적 실시예에서는 베어링 핀(42)이 각각의 유성 캐리어(16)의 일부이기 때문에, 유성 캐리어(16)를 비-회전식으로 유지하기 위하여 중간 부품(20)을 필요로하지 않는다.
선 기어(12)가 구동축(46)을 통해 회전축(T)을 중심으로 회전되면, 선 기어(12)의 회전은 유성 기어(14)로 전달되지만, 이는 비-회전식으로 유지된 유성 캐리어(16)의 베어링 핀(42) 둘레로 고정식으로(stationarily)만 회전할 수 있어, 이에 의해 링 기어(18)가 회전축(T) 둘레로 회전하게 된다. 상세하게 도시되지 않았지만, 링 기어(18)는 토크가 전달되는 출력 샤프트(48)에 연결된다.
힘-감지 장치(30)는 베어링 핀(42)과 보어(44) 사이에 작용하는 힘을 측정한다. 이 힘은 출력 샤프트(48)에 전달된 토크에 대하여 고정 관계를 갖는다.
도 4는 본 발명에 의한 유성 기어 조립체(103)의 제3 실시예의 단면도이다. 이 구조는 제1 및 제2 실시예와 실질적으로 유사하지만, 이 경우, 선 기어(12)는 비-회전식으로 유지되는데, 이는 중간 부품(20)이 선 기어(12)에 비-회전식으로 연결된 샤프트(50) 및 샤프트(50)를 관통하는 유지 핀(52)을 포함하는 이유이다. 유지 핀(52)은 하우징(26)의 보어(44)와 결합된다. 제2 실시예와 유사하게, 힘-감지 장치(30)는 유지 핀(52)과 보어(44)의 벽 사이에 배치된다. 유지 핀(52)과 보어(44)는 중첩 영역 내에서 반경 방향 및 축 방향으로 서로 중첩된다.
예를 들어, 상세하게 도시되지 않았지만, 링 기어(18)가 중공 샤프트(hollow shaft)로 구현되는 구동축(46)에 의해 회전축(T) 둘레로 회전되면, 이 회전은 출력 샤프트(48)에 비-회전식으로 연결되는 유성 캐리어(16)의 회전으로 변환된다. 선 기어(12)를 제 위치에 유지하는데 요구되고 힘-감지 장치(30)에 의해 결정될 수 있는 유지 토크는 출력 샤프트(48)에 전달된 토크에 고정 관계를 갖는다.
도 5는 자동차(55)(도 6 참조)의 전자기 서비스 브레이크(53)의 예시적인 실시예의 개략도이다. 전자기 서비스 브레이크(53)는 도시된 예시적인 실시예에서 전기 모터(56)를 포함하는 전자 구동 장치(54)을 갖는다. 전기 모터(56)는 제2 실시예(도 3 참조)에 따라 설계된 유성 기어 조립체(102)의 선 기어(12)로 구동 샤프트(46)를 통해 토크를 출력한다. 전술한 바와 같이, 유성 캐리어(16)는 유지 장치(24)에 의해 비-회전식으로 유지되어, 선 기어(12)의 회전에 의해 링 기어(18)가 회전한다. 링 기어(18)의 회전은 출력 샤프트(48)를 통해 자동차(55)를 감속시키기 위한 제동 장치(58)로 전달되며,이 실시예에서, 제동 장치는 자동차(55)(도 6 참조)의 도시되지 않은 휠(62)에 비-회전식으로 연결된 브레이크 디스크(60)를 포함한다. 또한, 제동 장치(58)는 축 방향으로 변위될 수 있는 두 개의 마찰 라이닝(66)을 포함하여, 브레이크 디스크(60)에 접촉하여 제동력을 브레이크 디스크(60)에 인가하고, 이에 따라 브레이크 디스크(60) 및 따라서 자동차(55)의 휠(62)이 감속된다. 링 기어(18) 및 링 기어(18)에 비-회전식으로 연결된 출력 샤프트(48)의 회전을 마찰 라이닝(66)의 축 방향 조정을 위한 병진 운동으로 변환하기 위하여, 도시된 예에서 제동 장치(58)는 나사식 스핀들(70)로 설계된 변환 장치(68)를 갖는다.
또한, 전기기계식 서비스 브레이크(53)는 통상적으로 브레이크 페달(76)을 포함하는 설정값 생성기(74)에 연결될 수 있는 인터페이스(72)를 갖는다. 또한, 전기기계식 작동 브레이크(53)는 인터페이스(72)를 통해 제어 장치(78)에 연결될 수 있다. 구성에 따라, 제어 장치(78) 및/또는 설정값 발생기(74)는 전기기계식 서비스 브레이크 시스템을 형성하도록 결합될 수 있다.
전기기계식 서비스 브레이크(53)는 다음과 같은 방식으로 작동된다:
자동차(55)의 운전자는 소정의 힘을 사용하여 브레이크 페달(76)을 작동시키고, 이에 의해 제동 장치(58)가 자동차(55)를 감속시키기 위해 제동력에 대한 설정값을 제공한다. 설정값 생성기(74)는 대응 설정값 신호(SPS)를 생성하여 이를 전기선(79)을 통해 제어 장치(78)으로 전송한다. 이에 따라, 제어 장치(78)는 전기 모터(56)를 제어하여 구동 샤프트(46) 및 선 기어(12)로 대응 토크를 전송한다. 상술한 바와 같이, 선기어(12)의 회전은 링 기어(18)와 이에 연결된 출력축(48)의 회전의 원인이 되는데, 이 회전은 변환 장치(68)에 의해 병진 운동으로 변환되어, 마찰 라이닝(66)은 대응 제동력으로 브레이크 디스크(60)를 향하여 추진(thrust)된다. 마찰 라이닝과 브레이크 디스크(60) 사이에 작용하는 제동력은 링 기어(18)의 출력 샤프트(48)로부터 전달된 토크를 결정하고, 이는 차례로 유성 캐리어(16)가 비-회전식으로 유지되어야하는 유지 토크를 결정한다. 유지 토크는 유지 장치(24)와 유성 캐리어(16)의 베어링 핀(42) 사이에 작용하는 힘을 결정하고, 이는 힘-감지 장치(30)에 의해 측정된다. 힘-감지 장치(30)는 대응하는 힘 값 신호(FVS)를 생성하고 이를 전기선(79)을 통해 제어 장치(78)로 전송한다. 이제 제어 장치(78)는 힘 값 신호(FVS)를 제동 장치(58)에 작용하는 제동력의 실제값으로 변환시키고 이를 설정값 신호(SPS)에 포함된 제동력의 설정값과 비교할 수 있고, 편차가 발생하는 경우 이에 대응하여 전기 모터(56)를 제어할 수 있다. 실제값이 제동력의 설정값보다 작으면, 제어 장치(78)은 전기 모터(56)가 더 높은 토크를 출력하게 하고, 반대의 경우, 제어 장치(78)은 전기 모터(56)가 더 낮은 토크를 출력하게 한다. 따라서, 본 발명에 의한 전기기계식 작동 브레이크(53)는 조정 가능하다.
도 6은 본 발명에 의한, 동일한 중앙 제어 장치(78)를 통해 작동되는 총 2 개의 전기기계식 서비스 브레이크(53) 및 2 개의 전기기계식 주차 브레이크(81)를 구비한 자동차(55)의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 6은 서비스 브레이크(53) 및 주차 브레이크(81)의 개략적 구조만을 도시하고 있기 때문에, 구조가 세부적으로 상이함에도 불구하고, 이들 사이에 그래픽적인 구분이 이루어지지 않는다.
전기기계식 서비스 브레이크(53) 및 전기기계식 주차 브레이크(81) 각각은 다른 전기기계식 서비스 브레이크(53)와 독립적으로 제어 또는 조정될 수 있어, 예를 들어, 잠금-방지(anti-lock) 시스템 또는 전자 안정성 프로그램과 같은 안전 시스템이 구현될 수 있으며, 이에 의해 각각의 휠(62)은 목표된 방식으로 감속된다. 이러한 목적으로, 자동차(55)는 자동차(55)의 운전 상태에 관한 정보를 수집하고,이를 대응하는 신호로 변환하여 제어 장치(78)에 전달하는 다수의 센서들(80)을 포함할 수 있다. 이들 센서(80)는 예를 들어, 회전 속도, 자동차(55)의 요 각속도(yaw rate), 또는 휠(62)의 미끄러짐을 감지할 수 있다. 운전 상태에 따라, 제어 장치(78)는 운전자가 브레이크 페달(76)을 누르지 않고도, 하나 이상의 휠(62)의 감속을 독립적으로 일으킬 수 있다. 이 경우, 제어 장치(78)는 설정값 발생기(74)로 독립적으로 작동한다. 또한, 주차 브레이크(81)에 의해 자동차(55)가 고정되어 있는 경우 및 예를 들어, 브레이크 디스크(60)의 냉각으로 인하여 힘-감지 장치가 제동력의 감소를 기록하는 경우, 제어 장치(78)는 설정값을 증가(재조정)시켜, 차량이 굴러가지 않도록 보장할 수 있다.
참조부호 목록
10, 101-103 유성 기어 조립체들(Planetary gear assemblies
12 선기어(Sun gear)
14 유성 기어(Planetary gear)
16 유성 캐리어(Planetary carrier)
18 링기어(Ring gear)
20 중간 부품(Intermediate component)
22 제1 돌출부(First projection)
24 유지 장치(Holding unit)
26 하우징(Housing)
28 제2 돌출부(Second projection)
30 힘-감지 장치(Force-sensing device)
32 힘 변환기(Force transducer) [또는: 센서(sensor)]
34 스프링 본체 힘 변환기(Spring body force transducer)
36 피에조-힘 변환기(piezo-force transducer)
38 전자기 보상에 의한 힘 변환기(Force transducer with electromagnetic compensation)
40 자기 변형 소자(Magnetostrictive element)
42 베어링 핀(Bearing pin)
44 보어(Bore)
46 구동 샤프트(Drive shaft)
48 출력 샤프트(Output shaft)
50 샤프트
52 리테이닝 핀(Retaining pin)
53 전기기계식 서비스 브레이크(Electromechanical service brake)
54 구동 장치(Drive unit)
55 자동차(Motor vehicle)
56 전기 모터(Electric motor)
58 제동 장치(Braking unit)
60 브레이크 디스크(Brake disc)
62 휠(Wheel)
66 마찰 라이닝(Friction lining)
68 변환 장치(Conversion device)
70 나사 스핀들(Threaded spindle)
72 인터페이스(Interface)
74 설정값 생성기(Setpoint generator)
76 브레이크 페달(Brake pedal)
78 제어 장치(Control unit)
79 전기선(Electric line)
80 센서(Sensors)
81 전기기계식 주차 브레이크(Electromechanical parking brake)
FVS 힘 값 신호(Force value signal)(실제)(actual)
SPS 설정값 신호(Setpoint signal)
T 회전 축(Axis of rotation)

Claims (12)

  1. 특히 자동차(64)용 전기기계식 서비스 브레이크(53) 또는 전기기계식 주차 브레이크(81)용 유성 기어 조립체(planetary gear assembly)로서,
    - 중앙 선 기어(12),
    - 유성 캐리어(16)에 회전가능하게 지지된 다수의 유성 기어들(14), 및
    - 유성 기어들(14)을 둘러싸는 링 기어(18)로서, 유성 기어들(14)이 유성 캐리어(16)에 의해 지지되어 유성 기어들(14)이 선 기어(12)와 링 기어(18) 모두를 롤 오프(roll off) 할 수 있는, 링 기어(18)를 포함하되,
    - 선 기어(12), 유성 캐리어(16) 또는 링 기어(18) 중 어느 하나가 유지 토크로 유지 장치(24)에 의해 비-회전식으로 유지되며, 유지 장치(24)와 회전적 유지 부품 사이, 또는 유지 장치(24)와 유지 부품에 비-회전식으로 연결된 중간 부품(20) 사이에, 유지 토크의 결과로서 유지 부품과 유지 장치(24) 사이에 작용하는 힘을 측정하도록 힘-감지 장치(30)가 배치되어, 적용된 힘은 제거된 토크와 고정 관계(fixed relation)를 갖는, 유성 기어 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 힘-감지 장치(30)는 힘 변환기(32)를 구비한 유성 기어 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 힘 변환기(32)는 스프링 본체 힘 변환기(34)로 설계되는 유성 기어 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 힘-감지 장치(30)는 다수의 피에조-힘 변환기들(piezo-force transducers)(36)을 포함하는 유성 기어 장치.
  5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘-감지 장치(30)는 전자기 보상(electromagnetic compensation)(38)을 갖는 다수의 힘 변환기들을 포함하는 유성 기어 장치.
  6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘-감지 장치(30)는 다수의 자기 변형 부품들(40)을 포함하는 유성 기어 장치.
  7. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어 조립체(10)는 하우징(26)을 포함하고, 상기 유지 장치(24)는 상기 하우징(26)에 의해 형성되는 유성 기어 조립체.
  8. 자동차용 전기기계식 서비스 브레이크(53)로서,
    - 전자 구동 장치(54),
    - 상기 전자 구동 장치(54)에 의해 구동가능한 제1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 유성 기어 조립체(10)로서, 유지 부품과 유지 장치(24) 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘-감지 장치(30)가 대응하는 힘 값 신호(FVS)를 생성하는, 유성 기어 조립체(10), 및
    - 상기 유성 기어 조립체(10)를 사용하여 구동 장치(54)에 의해 작동될 수 있는, 차량(64)을 감속시키기 위한 제동 장치(58)를 포함하는, 자동차용 전기기계식 서비스 브레이크.
  9. 자동차용 전기기계식 주차 브레이크(53)로서,
    - 전자 구동 장치(54),
    - 상기 전자 구동 장치(54)에 의해 구동가능한 제1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 유성 기어 조립체(10)로서, 유지 부품과 유지 장치(24) 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘-감지 장치(30)가 대응하는 힘 값 신호(FVS)를 생성하는, 유성 기어 조립체(10), 및
    - 상기 유성 기어 조립체(10)를 사용하여 구동 장치(54)에 의해 작동될 수 있는, 차량(64)을 고정시키기(immobilizing) 위한 제동 장치(58)를 포함하는, 자동차용 전기기계식 주차 브레이크.
  10. 제8항에 의한 전기기계식 서비스 브레이크(53) 및/또는 제9항에 의한 전기기계식 주차 브레이크(81)를 구비한 자동차(64).
  11. 제9항 또는 제10항에 의한 자동차(64)로서,
    - 제동 장치(58)가 자동차(64)를 감속해야 하는 제동력에 대한 설정값이 미리 설정되어, 이에 의해 대응하는 설정값 신호(SPS)를 생성하는 설정값 생성기(74), 및
    - 힘 값 신호(FVS) 및 설정값 신호(SPS)를 수신하고, 힘 값 신호(FVS)에 기초하여 제동 장치(58)에 작용하는 제동력의 실제값을 계산하고, 이를 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 전자 구동 장치(54)를 제어하는 제어 장치(78)를 포함하는, 자동차.
  12. 자동차(64)용 전기기계식 서비스 브레이크(53) 및/또는 전기기계식 주차 브레이크를 작동시키는 방법에 관한 것으로, 전기기계식 서비스 브레이크(53)는
    - 전자 구동 장치(54),
    - 구동 장치(54,74)에 의해 구동될 수 있는 청구항 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 의한 유성 기어 조립체(10),
    - 유성 기어 조립체를 사용하여 구동 장치(54)에 의해 작동될 수 있는 자동차를 감속시키기 위한 제동 장치(58)를 포함하고,
    자동차(64)는
    - 제동 장치(58)가 자동차를 감속시켜야 하는 제동력에 대한 설정값을 미리 설정할 수 있는 설정값 생성기(74), 및
    - 제어 장치(78)를 구비하고,
    상기 방법은
    - 힘-감지 장치(30)를 사용하여 유지 부품와 유지 장치(24) 사이에 작용하는 힘에 대응하는 힘 값 신호(FVS)를 생성하는 단계;
    - 힘 값 신호(FVS)를 수신하고 제어 장치(78)를 사용하여 제동 장치(58)에 작용하는 제동력의 실제값을 계산하는 단계;
    - 설정값 생성기(74)에 의해 설정값에 대응하는 설정값 신호(SPS)를 생성하는 단계;
    - 설정값 신호(SPS)를 수신하고 제어 장치(78)에 의해 실제값과 설정값을 비교하는 단계; 및
    - 제어 장치(78)에 의한 비교 결과에 따라 전자 구동 장치(54)를 작동시키는 단계를 포함하는, 자동차(64)용 전기기계식 서비스 브레이크(53) 및/또는 전기기계식 주차 브레이크를 작동시키는 방법.








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