KR20210152118A - 전기 기계식 브레이크 및 이의 작동방법 - Google Patents

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백승태
송준규
정경호
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주식회사 만도
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Abstract

전기 기계식 브레이크 및 이의 작동방법이 개시된다. 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크는 브레이크 패드를 가압하도록 진퇴 가능하게 마련되는 피스톤, 액츄에이터로부터 구동력을 전달받아 회전운동을 선형운동으로 변환하여 피스톤으로 제공하는 동력변환유닛 및 동력변환유닛에 대한 피스톤의 상대위치를 조정하는 위치조정부를 포함하고, 동력변화유닛은 액츄에이터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 스핀들과, 스핀들과 연결되어 스핀들의 제1 방향 또는 제2 방향 회전에 의해 피스톤의 내측에서 전진 또는 후진하여 피스톤을 진퇴시키는 너트를 포함하고, 위치조정부는 너트의 외측에 마련되어 너트와 함께 회전하는 조정스크류와, 조정스크류의 외주면에 형성되는 제1 나사산과, 피스톤의 내주면에 형성되되 제1 나사산과 치합하는 제2 나사산과, 스핀들과 너트 사이에 마련되되 스핀들의 회전량이 기 설정된 회전량을 초과할 경우 원래의 형태로 압축 또는 팽창하여, 너트 및 조정스크류를 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전시켜 피스톤의 상대위치를 전진 또는 후진시키는 어져스터를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

전기 기계식 브레이크 및 이의 작동방법{ELECTRO-MECHANICAL BRAKE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 전기 기계식 브레이크 및 이의 작동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터의 회전 구동력을 이용하여 차량의 제동을 구현하는 전기 기계식 디스크 브레이크 및 이의 작동방법에 관한 것이다.
차량에는 제동을 수행하기 위한 브레이크 시스템이 필수적으로 장착되며, 운전자 및 승객의 안전을 위해 다양한 방식의 브레이크 시스템이 제안되고 있다.
종래의 브레이크 시스템은 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 기계적으로 연결된 부스터를 이용하여 휠 실린더에 제동에 필요한 액압을 공급하는 방식이 주로 이용되었다. 그러나 오늘날에는 차세대 브레이크 시스템으로서 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받고, 이에 근거하여 모터와 같은 전동장치를 작동시켜 차량의 제동력을 제공하는 전기 기계식 브레이크 시스템이 개발되고 있다.
이러한 전기 기계식 브레이크 시스템은 모터와 감속기 등을 통해 모터의 회전력을 선형운동으로 변환하여 브레이크 디스크의 클램핑 압력을 제공하고, 이를 통해 차량의 서비스 브레이크 및 주차 브레이크를 수행한다.
한편, 차량의 브레이크 디스크에 직접 접촉하여 가압하는 브레이크 패드는 반복적인 차량의 제동 작동에 따라 점차적으로 마모가 발생하게 된다. 브레이크 패드의 마모에도 불구하고 차량의 제동 성능을 유지하기 위해서는 브레이크 패드 마모에 대한 보상을 구현하는 것이 요구되나, 이 경우 브레이크 시스템의 크기 또는 축 방향 길이가 증가하여 차량의 적용성이 저하되는 문제점이 있다.
본 실시 예는 브레이크 패드의 마모에도 불구하고 차량의 제동 성능을 유지 및 향상시킬 수 있는 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 차량의 다양한 운용상황에서도 차량의 제동을 안정적으로 수행할 수 있는 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 크기 및 무게를 절감하여 차량의 적용성을 향상시키고, 차량의 공간 활용성을 도모할 수 있는 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 단순한 구조로서 브레이크 패드의 마모를 용이하게 보상할 수 있는 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 드래그 현상을 저감하여 제동 성능을 향상시키고 제동 소음 및 진동을 억제할 수 있는 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 브레이크 패드를 가압하도록 진퇴 가능하게 마련되는 피스톤, 액츄에이터로부터 구동력을 전달받아 회전운동을 선형운동으로 변환하여 상기 피스톤으로 제공하는 동력변환유닛 및 상기 동력변환유닛에 대한 상기 피스톤의 상대위치를 조정하는 위치조정부를 포함하고, 상기 동력변화유닛은 상기 액츄에이터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 스핀들과, 상기 스핀들과 연결되어 상기 스핀들의 제1 방향 또는 제2 방향 회전에 의해 상기 피스톤의 내측에서 전진 또는 후진하여 상기 피스톤을 진퇴시키는 너트를 포함하고, 상기 위치조정부는 상기 너트의 외측에 마련되어 상기 너트와 함께 회전하는 조정스크류와, 상기 조정스크류의 외주면에 형성되는 제1 나사산과, 상기 피스톤의 내주면에 형성되되 상기 제1 나사산과 치합하는 제2 나사산과, 상기 스핀들과 상기 너트 사이에 마련되되 상기 스핀들의 회전량이 기 설정된 회전량을 초과할 경우 원래의 형태로 압축 또는 팽창하여, 상기 너트 및 상기 조정스크류를 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전시켜 상기 피스톤의 상대위치를 전진 또는 후진시키는 어져스터를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 어져스터는 상기 스핀들의 외주면에 반경 방향으로 확장 형성되는 플랜지와, 일단이 상기 너트에 지지되고, 타단이 상기 플랜지에 지지되는 토션 스프링을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 토션 스프링은 차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동 상태까지 상기 스핀들의 제1 방향 회전량에 의해 압축되되, 상기 토션 스프링의 상기 제1 방향 회전량에 의한 탄성 복원력은 상기 조정스크류와 상기 피스톤 사이의 나사 체결력 보다 작게 마련될 수 있다.
상기 너트의 내주면에는 내부 나사산이 형성되고, 상기 스핀들은 외주면에 상기 내부 나사산에 치합하는 외부 나사산이 형성되는 일측의 제1 단부와, 상기 액츄에이터와 연결되는 타측의 제2 단부와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이의 중앙부를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 중앙부의 외주면 상에 고정 설치될 수 있다.
상기 위치조정부는 상기 조정스크류와 상기 너트를 결속시키는 결속캡을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 액츄에이터의 작동을 제어하는 전자제어유닛 및 차륜과 함께 회전하는 디스크와 상기 브레이크 패드 사이의 체결력을 측정하는 감지부를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 전자제어유닛은 차량의 제동 상태에서 상기 감지부가 측정한 상기 디스크와 상기 브레이크 패드 사이의 체결력이 기 설정된 수치보다 작은 경우 상기 브레이크 패드에 마모가 존재하는 것으로 판단하는 제1 모드에 진입할 수 있다.
상기 전자제어유닛은 차량의 제동해제 상태에서 상기 감지부가 측정한 상기 디스크와 상기 브레이크 패드 사이의 체결력이 기 설정된 수치보다 큰 경우 드래그가 존재하는 것으로 판단하는 제2 모드에 진입할 수 있다.
상기 제1 모드 시, 상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동 상태까지 상기 스핀들을 제1 방향으로 회전시켜 상기 토션 스프링을 압축시키되, 상기 기 설정된 회전량을 초과하는 상기 스핀들의 추가적인 제1 방향 회전을 발생시키고, 상기 토션 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 너트 및 상기 조정스크류의 제1 방향 회전을 유도하여, 상기 조정스크류의 제1 방향 회전에 의해 상기 너트에 대한 상기 피스톤의 상대적인 위치를 전진시킬 수 있다.
상기 제2 모드 시, 상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 차량의 제동 상태로부터 차량의 제동해제 상태까지 상기 스핀들을 제2 방향으로 회전시켜 상기 토션 스프링을 팽창시키되, 상기 기 설정된 회전량을 초과하는 스핀들의 추가적인 제2 방향 회전을 발생시키고, 상기 토션 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 너트 및 상기 조정스크류의 제2 방향 회전을 유도하여, 상기 조정스크류의 제2 방향 회전에 의해 상기 너트에 대한 상기 피스톤의 상대적인 위치를 후진시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법은 브레이크 패드의 마모에도 불구하고 차량의 제동 성능을 유지 및 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법은 차량의 다양한 운용상황에서도 차량의 제동을 안정적으로 수행할 수 있다.
본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법은 크기 및 무게를 절감하여 차량의 적용성을 향상시키고, 차량의 공간 활용성을 도모할 수 있다.
본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법은 단순한 구조로서 브레이크 패드의 마모를 용이하게 보상할 수 있다.
본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크 시스템 및 이의 작동방법은 드래그 현상을 저감하여 제동 성능을 향상시키고 제동 소음 및 진동을 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크를 나타내는 측방향 단면도이다.
도 2는 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 주요부를 확대 도시한 측방향 단면도이다.
도 3은 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 주요부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 차량의 제동 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 5은 브레이크 패드의 마모를 보상하기 위한 제1 모드 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 6은 드래그를 저감하기 위한 제2 모드 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 7는 본 발명의 변형된 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 주요부를 확대 도시한 측방향 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)를 나타내는 측방향 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)는 차량의 휠과 함께 회전하는 디스크(미도시)를 가압하도록 한 쌍의 패드 플레이트(11, 12)가 설치되는 캐리어(미도시), 캐리어에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어 한 쌍의 패드 플레이트(11, 12)를 작동시키는 캘리퍼 하우징(20), 캘리퍼 하우징(20) 내부에 진퇴 가능하게 설치되는 피스톤(110), 피스톤(110)을 이동시키기 위한 구동력을 발생 및 제공하는 액츄에이터(미도시), 액츄에이터에서 제공되는 회전 구동력을 전달받아 선형운동으로 변환하여 피스톤(110)에 전달함으로써 피스톤(110)의 축방향 진퇴 이동을 구현하는 동력변환유닛(120), 동력변환유닛(120)에 대한 피스톤(110)의 상대위치를 조정하여 브레이크 패드(10)의 마모를 보상하거나 드래그(Drag) 현상을 저감하는 위치조정부(130), 디스크와 브레이크 패드(10) 사이의 밀착력 또는 브레이크 패드(10)의 체결력을 측정하는 감지부(140), 감지부(140)로부터 제공되는 정보에 근거하여 액츄에이터의 작동을 제어하는 전자제어유닛(미도시)을 포함할 수 있다.
한 쌍의 패드 플레이트(11, 12)는 내면에 각각 브레이크 패드(10)가 부착되어 마련된다. 한 쌍의 패드 플레이트(11, 12)는 그 외면이 피스톤(110)의 전방면(도 1 기준 좌측면)에 접하도록 배치되는 내측 패드 플레이트(11)와, 외면이 캘리퍼 하우징(20)의 핑거부(22)와 접하도록 배치되는 외측 패드 플레이트(12)로 이루어져 캐리어에 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다.
캘리퍼 하우징(20)은 외측 패드 플레이트(12)를 동작시키기 위한 핑거부(22)와, 피스톤(110)이 설치되는 실린더부(21)를 포함하고, 캐리어에 슬라이딩 이동 가능하게 체결된다. 캘리퍼 하우징(20)은 차량의 제동 시 피스톤(110)의 이동에 따른 반력에 의해 캘리퍼 하우징(20)이 캐리어로부터 슬라이딩되어 디스크 측으로 이동됨에 따라 핑거부(22)에 의해 외측 패드 플레이트(12)가 디스크 측으로 접근하여 디스크를 가압할 수 있다.
도 2 및 도 3은 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 주요부를 확대 도시한 측방향 단면도 및 분해사시도로서, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 피스톤(110)은 후방측(도 1 및 도 2의 우측)이 개방된 컵(cup) 형상으로 마련될 수 있으며, 실린더부(21)의 내부에서 슬라이딩 이동 가능하게 삽입된다. 또한 피스톤(110)은 후술하는 액츄에이터 및 동력변환유닛(120)을 통해 동력을 전달받아 내측 패드 플레이트(11)를 디스크 측으로 가압할 수 있으며, 피스톤(110)의 내주면에는 후술하는 조정스크류(131)의 외주면에 형성되는 제1 나사산(132)과 치합하는 제2 나사산(133)이 형성될 수 있다. 위치조정부(130)에 의해 스핀들(121) 또는 너트(125)에 대한 피스톤(110)의 상대위치를 조절하는 동작에 대해서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
동력변환유닛(120)은 액츄에이터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 스핀들(121)과, 피스톤(110)의 내부에 배치되며 스핀들(121)과 나사 연결되어 스핀들(121)의 제1 방향 회전에 의해 피스톤(110)과 함께 전진하거나 스핀들(121)의 제2 방향 회전에 의해 피스톤(110)과 함께 후퇴하는 너트(125)와, 스핀들(121)과 너트(125) 사이에 개재되는 복수의 볼(129)을 포함한다. 이러한 동력변환유닛(120)은 스핀들(121)의 회전운동을 선형운동으로 변환하는 볼-스크류 타입의 변환장치로 마련될 수 있다.
이하에서 설명하는 스핀들(121)의 제1 방향 회전은 스핀들(121)의 회전에 의해 너트(125)를 전진시키는 회전 방향을 의미하며, 스핀들(121)의 제2 방향 회전은 제1 방향과 반대 방향 회전으로서 스핀들(121)의 회전에 의해 너트(125)를 후퇴시키는 회전 방향을 의미한다.
스핀들(121)은 외주면에 외부 나사산(122)이 형성되는 일측의 제1 단부(121a)와, 액츄에이터와 연결되어 구동력을 제공받는 타측의 제2 단부(121c)와, 제1 단부(121a)와 제2 단부(121c) 사이에 배치되되 후술하는 플랜지(136)가 고정되는 중앙부(121c)로 구분될 수 있다. 스핀들(121)의 제1 단부(121a)는 너트(125)의 내측에 삽입될 수 있으며, 제2 단부(121c)에는 후술하는 플랜지(136)의 원활한 회전을 도모하는 베어링(150)과, 스핀들(121)에 가해지는 부하를 감지하여 디스크와 브레이크 패드(10) 간 체결력을 측정하는 감지부(140)가 배치될 수 있다.
너트(125)는 내측에 스핀들(121)의 제1 단부(121a)가 삽입되도록 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 내주면에는 스핀들(121)의 외부 나사산(122)과 볼(미도시)을 매개로 치합하는 내부 나사산(126)이 형성될 수 있다. 또한 너트(125)의 외측에는 후술하는 조정스크류(131)가 너트(125)의 외주면의 적어도 일부분을 감싸도록 마련될 수 있으며, 너트(125)의 외주면에는 조정스크류(131)와의 상대적인 회전을 방지하도록 적어도 일부분이 평면으로 형성되는 회전방지면(125a)이 마련될 수 있다. 볼-스크류 타입의 동력변환장치는 이미 널리 적용되는 공지의 기술이므로 자세한 동작에 대한 설명은 생략하도록 한다.
액츄에이터(미도시)는 모터와 복수의 감속기어를 갖는 감속장치를 포함하여 마련될 수 있으며, 차량에 배치되는 전원장치로부터 전원을 공급받아 구동력을 발생 및 제공할 수 있다. 액츄에이터는 스핀들(121)의 제2 단부(121c)와 연결되어 발생한 구동력을 스핀들(121)의 회전운동으로 전달할 수 있다. 액츄에이터는 캘리퍼 하우징(20)의 외측에 설치될 수 있으며, 감속장치는 유성기어조립체 또는 웜 구조 등 다양한 구조의 장치가 적용되어 모터의 동력을 감속하여 스핀들(121)로 제공할 수 있다.
위치조정부(130)는 동력변환유닛(120)에 대한 피스톤(110)의 상대위치를 조정함으로써 브레이크 패드(10)의 마모를 보상하도록 피스톤(110)의 상대위치를 전진시키거나, 드래그(Drag) 현상을 저감하기 위해 피스톤(110)의 상대위치를 후진시키도록 마련된다.
위치조정부(130)는 너트(125)의 외측에 마련되어 너트(125)와 함께 회전하는 조정스크류(131)와, 조정스크류(131)의 외주면에 형성되는 제1 나사산(132)과, 피스톤(110)의 내주면에 형성되고 제1 나사산(132)과 치합하는 제2 나사산(133)과, 스핀들(121)과 너트(125) 사이에 마련되어 스핀들(121)의 회전량에 따라 압축 또는 팽창함으로써 너트(125) 및 조정스크류(131)를 제1 방향으로 회전시켜 피스톤(110)의 상대위치를 전진시키거나 너트(125) 및 조정스크류(131)를 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 회전시켜 피스톤(110)의 상대위치를 후진시키는 어져스터(135)를 포함할 수 있다.
이하에서 설명하는 너트(125) 또는 조정스크류(131)의 제1 방향 회전은 앞서 설명한 스핀들(121)의 제1 방향 회전과 동일한 회전방향으로서, 조정스크류(131)의 회전에 의해 피스톤(110)을 전진시키는 회전 방향을 의미한다. 또한, 너트(125) 또는 조정스크류(131)의 제2 방향 회전은 제1 방향과 반대 방향 회전으로서 앞서 설명한 스핀들(121)의 제2 방향 회전과 동일한 회전방향이며, 조정스크류(131)의 회전에 의해 피스톤(110)을 후퇴시키는 회전 방향을 의미한다.
조정스크류(131)는 너트(125)의 전방측 부분을 감싸도록 마련되되, 외주면에 제1 나사산(132)이 형성되어 마련된다. 조정스크류(131)는 너트(125)와 함께 회전함과 동시에, 상대적인 회전을 방지할 수 있도록 너트(125)와 접하는 내주면의 적어도 일부분이 평면으로 형성되는 회전방지면(131a)이 형성될 수 있다. 조정스크류(131)는 후술하는 어져스터(135)에 의해 너트(125) 회전 시, 너트(125)와 함께 회전하면서 너트(125)의 회전력을 피스톤(110) 측으로 전달할 수 있다. 조정스크류(131)가 너트(125)와 피스톤(110) 사이에 개재되어 마련됨으로써, 너트(125)와 피스톤(110)의 접촉 시 발생하는 부하를 조정스크류(131)가 흡수하여 큰 하중이 가해지는 너트(125) 및 피스톤(110) 등의 부품요소 변형 및 마모를 방지할 수 있다.
제1 나사산(132)은 조정스크류(131)의 외주면에 형성되고, 제2 나사산(133)은 피스톤(110)의 내주면에 형성될 수 있으며, 제1 나사산(132)과 제2 나사산(133)이 서로 치합하여 마련된다. 이와 같이 너트(125)와 함께 회전 및 선형운동하는 조정스크류(131)와 피스톤(110)이 서로 나사 결합되는 바, 너트(125)와 조정스크류(131) 및 피스톤(110)은 함께 선형운동함으로써 일반적인 차량의 제동 시 너트(125)와 조정스크류(131) 및 피스톤(110)은 함께 전진하거나, 차량의 제동해제 시 너트(125)와 조정스크류(131) 및 피스톤(110)이 함께 후퇴할 수 있다. 이와 동시에, 피스톤(110)과 조정스크류(131)는 서로 상대적인 회전이 가능해짐에 따라 너트(125) 및 조정스크류(131)의 제1 방향 회전에 의해 피스톤(110)이 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대해 상대적으로 전진할 수 있으며, 너트(125) 및 조정스크류(131)를 반대방향인 제2 방향으로 회전함으로써 피스톤(110)이 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대해 상대적으로 후진할 수 있다.
어져스터(135)는 너트(125) 및 조정스크류(131)의 회전을 발생시켜 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치를 전진 또는 후퇴시킬 수 있다. 어져스터(135)는 스핀들(121)의 중앙부(121c)에 고정되되 반경 방향으로 확장 형성되는 플랜지(136)와, 너트(125)와 플랜지(136) 사이에 마련되어 너트(125)를 플랜지(136)에 대해 탄성적으로 지지하되 스핀들(121) 또는 플랜지(136)가 기 설정된 회전량을 초과할 경우 원래의 형태로 압축 또는 팽창함으로써 너트(125) 및 조정 스크류의 제1 방향 또는 제2 방향 회전을 유도하는 토션 스프링(137)을 포함할 수 있다.
플랜지(136)는 스핀들(121)의 중앙부(121c)에 반경 방향으로 확장 형성되되, 스핀들(121)에 고정되어 스핀들(121)과 일체로 회전할 수 있다. 플랜지(136)의 후면(도 2를 기준으로 우측면)에는 플랜지(136)의 원활한 회전을 도모하고 플랜지(136)와 주변 부품요소 간 마모를 방지하는 베어링(150)이 마련될 수 있다.
토션 스프링(137)은 일단이 너트(125)의 외주면 상에 삽입 및 고정되고, 타단이 플랜지(136)에 삽입 및 고정되어 마련될 수 있다. 토션 스프링(137)은 기 설정된 회전량, 예를 들어 차량의 제동해제 상태와 제동상태 사이의 스핀들(121)의 회전량 이내에서는 압축 또는 팽창된 상태를 유지하되, 기 설정된 회전량을 초과할 경우 원 형태로 복원되기 위해 압축 또는 팽창됨으로써 너트(125) 및 조정스크류(131)의 제1 방향 또는 제2 방향 회전을 유도할 수 있다.
구체적으로, 작동 전 상태 또는 차량의 제동해제 상태에서 차량의 제동 상태로 전환 시, 스핀들(121)의 제1 방향 회전량에 의한 탄성 복원력은 조정스크류(131)와 피스톤(110) 사이의 나사 체결력 보다 작게 마련될 수 있다. 이에 따라 일반적인 차량의 제동 시에는 스핀들(121) 및 플랜지(136)가 제1 방향으로 회전하더라도 토션 스프링(137)이 압축된 상태를 유지하여 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 일정하게 유지될 수 있다.
그러나 후술하는 바와 같이, 브레이크 패드(10)의 마모를 보상하는 제1 모드를 수행하기 위해 차량의 제동을 위한 스핀들(121)의 제1 방향 회전량을 초과할 경우, 토션 스프링(137)의 탄성 복원력이 조정스크류(131)와 피스톤(110) 사이의 나사 체결력 보다 커짐으로써 토션 스프링(137)이 원래의 형태로 복원되기 위해 팽창하게 되고, 토션 스프링(137)의 팽창에 의해 너트(125) 및 조정스크류(131)의 제1 방향 회전이 발생한다. 이에 따라 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 전진할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 드래그 저감을 위해 제2 모드를 수행 시, 차량의 제동해제를 위한 스핀들(121)의 제2 방향 회전량을 초과할 경우, 토션 스프링(137)의 탄성 복원력이 조정스크류(131)와 피스톤(110) 사이의 나사 체결력 보다 커짐으로써 토션 스프링(137)이 원래의 형태로 복원되기 위해 압축되고, 토션 스프링(137)의 압축에 의해 너트(125) 및 조정스크류(131)의 제2 방향 회전이 발생한다. 이에 따라 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 후진할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 4 내지 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
또한, 차량의 제동을 위해 너트(125) 및 피스톤(110)이 전진하여 디스크와 브레이크 패드(10)가 밀착한 후, 액츄에이터의 고장이 발생하거나 전원 공급이 차단되는 경우 승객의 안전을 도모하기 위해 차량의 제동이 자가적으로 해제(Self- release)될 필요가 있다. 이에 차량의 제동 시 스핀들(121) 및 플랜지(136)의 제1 방향 회전에 의해 토션 스프링(137)이 압축되되, 액츄에이터의 작동이 중단되거나 전원 공급이 차단된 경우 토션 스프링(137)의 탄성 복원력에 의해 스핀들(121)이 제2 방향으로 회전할 수 있으며, 이로써 너트(125) 및 스핀들(121)이 후퇴하여 차량의 제동이 해제될 수 있다.
감지부(140)는 디스크와 브레이크 패드(10) 사이의 밀착력 또는 체결력을 측정하도록 마련된다. 감지부(140)는 스핀들(121) 또는 액츄에이터의 부하를 감지하여 디스크와 브레이크 패드(10) 사이의 체결력을 측정하는 포스센서(Force sensor) 등으로 마련될 수 있으나, 해당 방식의 장치에 한정되는 것은 아니다. 감지부(140)는 측정한 브레이크 패드(10)의 체결력 정보를 전자제어유닛으로 송출하고, 전자제어유닛은 감지부(140)가 측정한 체결력 정보에 근거하여 브레이크 패드(10)의 마모 또는 드래그 등을 판단할 수 있다.
이하에서는 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100) 시스템의 작동방법에 대해 설명한다.
도 4는 차량의 제동 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 차량의 서비스 브레이크 또는 주차 브레이크 등 후술하는 제1 모드 또는 제2 모드에 진입하지 않은 일반적인 제동 시, 도 2에 도시된 제동해제 상태에서 도 4에 도시된 제동 상태로 작동할 수 있다.
구체적으로, 운전자가 차량의 제동을 위해 브레이크 페달(미도시)에 답력을 가할 경우, 페달 변위센서(미도시)가 운전자의 제동 의지를 전기적 신호로 검출하여 전자제어유닛으로 송출한다. 전자제어유닛은 이에 근거하여 액츄에이터의 작동을 제어함으로써 디스크와 브레이크 패드(10)를 밀착시켜 차량의 제동을 구현할 수 있다.
차량의 제동 시, 액츄에이터의 작동에 의해 스핀들(121)이 기 설정된 회전량만큼 제1 방향으로 회전하고, 스핀들(121)의 제1 방향 회전에 따라 너트(125)가 전진하면서 피스톤(110) 역시 패드 플레이트 측으로 전진한다. 패드 플레이트에 장착되는 브레이크 패드(10)가 디스크로 접근하여 밀착함으로써 체결력이 발생하고 이로써 차량의 제동이 발생될 수 있다.
이 때, 스핀들(121)은 제1 방향으로 회전하여 토션 스프링(137)이 압축되나, 차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동상태까지 기 설정된 제1 방향 회전량에 의해 발생되는 토션 스프링(137)의 탄성 복원력은 조정스크류(131)와 피스톤(110) 사이의 나사 체결력 보다 작으므로, 일반적인 제동 상황에서는 너트(125) 및 조정스크류(131)에 회전이 발생하지 않는다. 따라서 따라서 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치는 일정하게 유지될 수 있다.
차량의 제동해제 시, 도 4에 도시된 제동 상태로부터 도 2에 도시된 제동해제 상태로 작동할 수 있다. 구체적으로, 액츄에이터의 작동에 의해 스핀들(121)이 제2 방향으로 회전하고, 스핀들(121)의 제2 방향 회전에 따라 너트(125)가 후퇴하면서 피스톤(110)도 함께 패드 플레이트(11, 12)로부터 이격 및 후퇴한다. 패드 플레이트(11, 12)에 장착되는 브레이크 패드(10)가 디스크로부터 이격됨으로써 차량의 제동이 해제될 수 있다. 이 때, 스핀들(121)의 제2 방향 회전량은 일반적인 제동 상황에서 스핀들(121)의 제1 방향 회전량에 상응하며, 이에 따라 토션 스프링(137) 역시 스핀들(121)의 제2 방향 회전에 따라 원래의 형태로 복귀하게 된다.
이하에서는 브레이크 패드(10)의 마모에도 불구하고 차량의 제동 성능을 유지할 수 있도록 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)가 브레이크 패드(10)의 마모를 보상해주는 제1 모드에 대해 설명한다.
전자제어유닛은 차량의 제동 상태에서 감지부(140)가 측정한 디스크와 브레이크 패드(10) 사이의 밀착력 또는 체결력이 기 설정된 정상범위 수치보다 작은 경우, 브레이크 패드(10)에 마모가 존재하는 것으로 판단하여 이를 보상해주는 제1 모드로 진입할 수 있다.
도 5은 브레이크 패드(10)의 마모를 보상하기 위한 제1 모드 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 5를 참조하면, 전자제어유닛은 제1 모드에 진입하기 위해, 액츄에이터의 작동을 제어하여 스핀들(121)을 제1 방향으로 회전시킨다. 이 때, 전자제어유닛은 일반적인 차량의 제동을 위한 기 설정된 스핀들(121)의 제1 방향 회전량을 초과하는 추가적인 제1 방향 회전을 발생시킨다. 스핀들(121)의 추가적인 제1 방향 회전에 의해 토션 스프링(137)은 일반적인 차량의 제동 상태보다 더욱 압축되고, 이 때 토션 스프링(137)의 탄성 복원력은 조정스크류(131)와 피스톤(110) 사이의 나사 체결력 보다 크게 형성된다. 토션 스프링(137)이 원래의 형태로 복원되기 위해 팽창하면서, 너트(125) 및 조정스크류(131)의 제1 방향 회전을 발생시키게 되고, 이로써 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 전진하여 브레이크 패드(10)의 마모를 보상해줄 수 있다.
브레이크 패드(10)의 마모를 보상해주는 제1 모드의 완료 후, 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)는 일반적인 제동해제 상황에서 스핀들(121)의 제2 방향 회전량에 상응하는 회전량만큼 스핀들(121)을 제2 방향으로 회전하여 차량의 제동해제 또는 제동작동 전 상태로 복귀한다. 다시 말해, 제1 모드 수행 시 일반적인 제동 상황 보다 추가적인 스핀들(121)의 제1 방향 회전이 발생되나, 제1 모드를 완료한 이후에는 일반적인 제동 또는 제동해제 시 스핀들(121)의 회전량만큼만 제2 방향으로 회전시켜 스핀들(121)을 조정된 위치로 복귀시킨다. 이로써 제1 모드 수행 후 다시금 차량의 제동 작동 시 스핀들(121) 또는 너트(125)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 브레이크 패드(10)의 마모를 보상한 상태로 제동이 이루어짐으로써, 차량의 안정적인 제동을 수행할 수 있다.
이하에서는 차량의 제동작동 후 피스톤(110)이 원 위치로 신속히 복귀되지 않는 드래그 현상를 저감하도록 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)가 브레이크가 제2 모드를 수행하는 작동에 대해 설명한다.
전자제어유닛은 차량의 제동해제 상태에서 감지부(140)가 측정한 디스크와 브레이크 패드(10) 사이의 밀착력 또는 체결력이 기 설정된 정상범위 수치보다 큰 경우, 피스톤(110)이 원 위치로 복귀되지 않는 드래그 현상이 존재하는 것으로 판단하여 제2 모드로 진입할 수 있다.
도 6은 드래그를 저감하기 위한 제2 모드 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 6을 참조하면, 전자제어유닛은 제2 모드에 진입하기 위해, 액츄에이터의 작동을 제어하여 스핀들(121)을 제2 방향으로 회전시킨다. 이 때, 전자제어유닛은 일반적인 제동 상태로부터 제동해제 상태까지의 기 설정된 스핀들(121)의 제2 방향 회전량을 초과하는 추가적인 제2 방향 회전을 발생시킨다. 스핀들(121)의 추가적인 제2 방향 회전에 의해 토션 스프링(137)은 일반적인 차량의 제동해제 상태보다 더욱 팽창되고, 이 때 토션 스프링(137)의 탄성 복원력은 조정스크류(131)와 피스톤(110) 사이의 나사 체결력 보다 크게 형성된다. 토션 스프링(137)이 원래의 형태로 복원되기 위해 압축되면서, 너트(125) 및 조정스크류(131)의 제2 방향 회전을 발생시키게 되고, 이로써 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치를 후퇴하여, 피스톤(110)을 패드 플레이트로부터 이격시킴으로써 드래그를 저감할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 변형된 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크에 대해 설명한다.
이하에서 설명하는 본 발명의 변형된 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)와 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
도 7는 본 발명의 변형된 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 주요부를 확대 도시한 측방향 단면도로서, 도 7을 참조하면 조정스크류(131)와 너트(125)를 서로 결속시키는 결속캡(210)이 마련될 수 있다.
결속캡(210)은 너트(125)의 전방 측 개구를 덮도록 마련되되, 내주 측이 너트(125)에 고정 및 지지되고, 외주 측이 조정스크류(131)의 내주면 측에 고정 및 지지됨으로써, 너트(125)와 조정스크류(131)를 서로 결속시킬 수 있다. 결속캡(210)에 의해 너트(125)와 조정스크류(131)의 회전운동 및 선형운동을 동기화시킬 수 있으며, 나아가 조정스크류(131)와 피스톤(110)이 서로 나사 결합되어 일체로 이동하는 바, 차량의 제동해제 시 너트(125)가 원 위치로 복귀함에 따라 조정스크류(131) 및 피스톤(110) 역시 원 위치로 원활하게 복귀하여 후속적인 차량의 제동작동을 신속하게 준비할 수 있다.
100: 전기 기계식 브레이크 110: 피스톤
120: 동력변환유닛 121: 스핀들
121a: 제1 단부 121b: 중앙부
121b: 제2 단부 122: 외부 나사산
125: 너트 125a: 회전방지면
126: 내부 나사산 130: 위치조정부
131: 조정스크류 132: 제1 나사산
133: 제2 나사산 135: 어져스터
136: 플랜지 137: 토션 스프링
140: 감지부 150: 베어링
210: 결속캡

Claims (10)

  1. 브레이크 패드를 가압하도록 진퇴 가능하게 마련되는 피스톤;
    액츄에이터로부터 구동력을 전달받아 회전운동을 선형운동으로 변환하여 상기 피스톤으로 제공하는 동력변환유닛; 및
    상기 동력변환유닛에 대한 상기 피스톤의 상대위치를 조정하는 위치조정부;를 포함하고,
    상기 동력변화유닛은
    상기 액츄에이터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 스핀들과,
    상기 스핀들과 연결되어 상기 스핀들의 제1 방향 또는 제2 방향 회전에 의해 상기 피스톤의 내측에서 전진 또는 후진하여 상기 피스톤을 진퇴시키는 너트를 포함하고,
    상기 위치조정부는
    상기 너트의 외측에 마련되어 상기 너트와 함께 회전하는 조정스크류와,
    상기 조정스크류의 외주면에 형성되는 제1 나사산과,
    상기 피스톤의 내주면에 형성되되 상기 제1 나사산과 치합하는 제2 나사산과,
    상기 스핀들과 상기 너트 사이에 마련되되 상기 스핀들의 회전량이 기 설정된 회전량을 초과할 경우 원래의 형태로 압축 또는 팽창하여, 상기 너트 및 상기 조정스크류를 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전시켜 상기 피스톤의 상대위치를 전진 또는 후진시키는 어져스터를 포함하는 전기 기계식 브레이크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어져스터는
    상기 스핀들의 외주면에 반경 방향으로 확장 형성되는 플랜지와,
    일단이 상기 너트에 지지되고, 타단이 상기 플랜지에 지지되는 토션 스프링을 포함하는 전기 기계식 브레이크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 토션 스프링은
    차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동 상태까지 상기 스핀들의 제1 방향 회전량에 의해 압축되되,
    상기 토션 스프링의 상기 제1 방향 회전량에 의한 탄성 복원력은
    상기 조정스크류와 상기 피스톤 사이의 나사 체결력 보다 작게 마련되는 전기 기계식 브레이크.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 너트의 내주면에는 내부 나사산이 형성되고,
    상기 스핀들은
    외주면에 상기 내부 나사산에 치합하는 외부 나사산이 형성되는 일측의 제1 단부와, 상기 액츄에이터와 연결되는 타측의 제2 단부와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이의 중앙부를 포함하고,
    상기 플랜지는
    상기 중앙부의 외주면 상에 고정 설치되는 전기 기계식 브레이크.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 위치조정부는
    상기 조정스크류와 상기 너트를 결속시키는 결속캡을 더 포함하는 전기 기계식 브레이크,
  6. 제2항에 있어서,
    상기 액츄에이터의 작동을 제어하는 전자제어유닛; 및
    차륜과 함께 회전하는 디스크와 상기 브레이크 패드 사이의 체결력을 측정하는 감지부;를 더 포함하는 전기 기계식 브레이크.
  7. 제6항에 의한 전기 기계식 브레이크의 작동방법에 있어서,
    상기 전자제어유닛은
    차량의 제동 상태에서 상기 감지부가 측정한 상기 디스크와 상기 브레이크 패드 사이의 체결력이 기 설정된 수치보다 작은 경우 상기 브레이크 패드에 마모가 존재하는 것으로 판단하여 상기 피스톤의 상대위치를 전진시키는 제1 모드에 진입하는 전기 기계식 브레이크의 작동방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자제어유닛은
    차량의 제동해제 상태에서 상기 감지부가 측정한 상기 디스크와 상기 브레이크 패드 사이의 체결력이 기 설정된 수치보다 큰 경우 드래그가 존재하는 것으로 판단하여 상기 피스톤의 상대위치를 후진시키는 제2 모드에 진입하는 전기 기계식 브레이크의 작동방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 모드 시,
    상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동 상태까지 상기 스핀들을 제1 방향으로 회전시켜 상기 토션 스프링을 압축시키되, 상기 기 설정된 회전량을 초과하는 상기 스핀들의 추가적인 제1 방향 회전을 발생시키고,
    상기 토션 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 너트 및 상기 조정스크류의 제1 방향 회전을 유도하여, 상기 조정스크류의 제1 방향 회전에 의해 상기 너트에 대한 상기 피스톤의 상대적인 위치를 전진시키는 전기 기계식 브레이크의 작동방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 모드 시,
    상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 차량의 제동 상태로부터 차량의 제동해제 상태까지 상기 스핀들을 제2 방향으로 회전시켜 상기 토션 스프링을 팽창시키되, 상기 기 설정된 회전량을 초과하는 스핀들의 추가적인 제2 방향 회전을 발생시키고,
    상기 토션 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 너트 및 상기 조정스크류의 제2 방향 회전을 유도하여, 상기 조정스크류의 제2 방향 회전에 의해 상기 너트에 대한 상기 피스톤의 상대적인 위치를 후진시키는 전기 기계식 브레이크의 작동방법.

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