KR20220002425A - 유압식 제동 시스템을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기 - Google Patents

유압식 제동 시스템을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기 Download PDF

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 차량의 유압식 제동 시스템(10)을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기(14)에 관한 것이다. 전기 기계식 제동 압력 생성기(14)는, 구동측 회전 운동을 제동 압력 생성을 위한 병진 운동으로 변환하기 위한 스크류 드라이브 배열체(40)를 포함한다. 이 경우, 스크류 드라이브 배열체(40)는, 전기 모터(38)를 통해 회전 가능한 스핀들(68); 스핀들 너트(72)가 스핀들(68)의 회전에 의해 축방향으로 변위 가능하도록 스핀들(68)의 나사산(76)과 상호 작용하는 스핀들 너트(72); 그리고 스핀들(68) 및 스핀들 너트(72)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징(64, 64a);을 포함한다. 추가적으로, 스크류 드라이브 배열체(40)는, 스핀들(68)에 일체로 회전 가능하도록 배열되고, 스핀들(68)이 전기 모터(38)와 연결되도록 하는 구동 기어(84)를 포함하고, 스핀들(68) 및 구동 기어(84)는 공통의 베어링(88)을 통해 고정식 하우징(64, 64a)에 대해 회전 가능하게 지지되며, 베어링(88)은 적어도 부분적으로 구동 기어(84)에 의해 반경 방향으로 둘러싸여 있다.

Description

유압식 제동 시스템을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기
본 발명은 청구항 제1항의 전제부의 특징에 따른 차량의 유압식 제동 시스템을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기와, 청구항 제8항의 특징에 따른 전기 기계식 제동 압력 생성기를 포함하는 차량에 관한 것이다. 특히, 전기 기계식 제동 압력 생성기는, 구동측 회전 운동을 제동 압력 생성을 위한 병진 운동으로 변환하기 위한 스크류 드라이브 배열체를 포함한다.
운전자 발의 힘은 대개 자동차의 제동을 위해 충분하지 않으므로, 자동차에는 일반적으로 브레이크 부스터가 장착된다. 일반적으로, 종래의 브레이크 부스터는 내연 기관으로부터 생성된 부압에 의해 작동한다. 이 경우, 운전자 발의 힘에 추가하여 피스톤/실린더 유닛의 피스톤 로드에 부스팅력을 제공하기 위해 엔진 압력과 주변 압력 간의 압력차가 사용된다.
종래 방식의 진공 브레이크 부스터를 작동시키기 위한 부압이 더 이상 제공되지 않기 때문에, 자동차의 미래의 구동 컨셉을 위하여 대안적인 제동 압력 형성 장치가 필요하다. 이를 위해, 본 발명의 흥미의 대상이 되는 전기 기계식 제동 압력 생성기가 개발되었다.
이 경우, 피스톤/실린더 유닛의 작동력은 전기 모터에 의해 생성된다. 이러한 유형의 전기 기계식 제동 압력 생성기는 보조력의 제공뿐만 아니라, 브레이크 바이 와이어 시스템(brake-by-wire system)에서는 작동력의 단독 제공을 위해서도 사용될 수 있다. 따라서, 전기 기계식 제동 압력 생성기는 특히 자율 주행과 관련하여 바람직하다.
WO 2017/045804 A1호에는 도 1에 도시된 종래의 전기 기계식 브레이크 부스터가 공지되어 있다. 이와는 대조적으로, 본 발명은, 브레이크 페달의 작동과는 무관하게 제동력을 제공할 수 있는 전기 기계식 제동 압력 생성기에 관한 것이다. 이전에 공지된 브레이크 부스터(1)는 스핀들 너트(2) 및 (도시되지 않은) 전기 모터를 포함하며, 이러한 전기 모터의 작동에 의하여 스핀들 너트(2)는 스퍼 기어(3)를 통해 회전으로 전환 가능하다. 스핀들 너트(2)는 스핀들(4)과 작동 결합된 상태이며, 이로 인해 스핀들(4)은 회전으로 전환된 스핀들 너트(2)에 의해 자신의 스핀들 축(5)을 따른 병진 운동으로 전환 가능하다. 스핀들(4)이 스핀들 너트(2)의 회전으로 인해 함께 회전하지 않도록, 브레이크 부스터(1)는 스핀들(4)이 고정 연결된 베어링 배열체(6)를 포함한다.
베어링 배열체(6)는 브래킷(6a)을 포함하고, 이러한 브래킷의 테두리들에는 2개의 미끄럼 베어링(6b)들이 배열된다. 미끄럼 베어링(6b)들은, 실질적으로 스핀들 축(5)에 평행하게 연장되는 인장 로드(7)들에서 작동한다. 이러한 베어링 배열체(6)를 통해 스핀들(4)은 축방향으로 이동 가능하고, 회전으로부터 보호된다.
본 발명의 과제는, 구조 공간, 기능 및 제조 비용 면에서 개선된 전기 기계식 제동 압력 생성기를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 청구항 제1항에 따른 특징을 갖는 유압식 제동 시스템을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기에 의해 해결된다. 각각 인용되는 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 나타낸다.
본 발명은 차량의 유압식 제동 시스템을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기를 제공한다. 전기 기계식 제동 압력 생성기는, 구동측 회전 운동을 제동 압력 생성을 위한 병진 운동으로 변환하기 위한 하나 이상의 스크류 드라이브 배열체를 포함한다. 이 경우, 스크류 드라이브 배열체는, 전기 모터를 통해 회전 가능한 스핀들; 스핀들 너트가 스핀들의 회전에 의해 축방향으로 변위 가능하도록 스핀들의 나사산과 상호 작용하는 스핀들 너트; 그리고 스핀들 및 스핀들 너트를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징;을 포함한다.
또한, 스크류 드라이브 배열체는, 스핀들에 일체로 회전 가능하도록 배열되고, 스핀들이 전기 모터와 연결되도록 하는 구동 기어를 포함하고, 스핀들 및 구동 기어는 공통의 베어링을 통해 고정식 하우징에 대해 회전 가능하게 지지된다.
스크류 드라이브 배열체는, 스핀들 너트가 스핀들과 직접 접촉하는 순수 스핀들 드라이브일뿐만 아니라, 볼 스크류 드라이브이기도 하다. 볼 스크류 드라이브는 스핀들과 스핀들 너트 사이에 볼이 삽입된 스크류 기어이다. 이러한 두 부품들은 각각 하나의 나선형 홈을 갖고, 이들은 볼로 채워지는 하나의 나선형 관을 함께 형성한다. 나선 라인에 대해 횡방향으로 이루어지는 나사산 내에서의 형태 결합식 연결은 순수 스핀들 드라이브에서와 같이 나사 텅과 나사 그루브 사이에서 실행되는 것이 아니라, 볼들을 통해 실행된다.
이 경우, 구동 기어는 전기 모터와 직접 맞물릴 수 있다. 마찬가지로, 전기 모터는, 구동 기어와 직접 맞물리는, 상류에 지지된 기어 장치와 직접 연결될 수도 있다.
본 발명에 따라, 스핀들 및 구동 기어는 공통의 베어링을 통해 하우징에 대해 지지된다. 구동 기어가 스핀들과 일체로 회전 가능하도록 연결되기 때문에 이러한 배열체가 가능하다. 바람직하게, 추가적으로 구동 기어는 축방향으로 스핀들 상에 고정된다. 이에 따라, 이러한 배열체를 통해, 스핀들 또는 구동 기어를 위한 추가적인 베어링이 제공될 필요가 없다. 이를 통해, 추가 베어링에 대한 구조 공간, 중량 및 비용이 절감될 수 있다. 추가적으로, 구동 기어 및 스핀들의 지지 기능은 하나의 베어링을 통해 충족된다. 이를 통해, 이러한 전기 기계식 제동 생성기는 더 작고 더 경제적으로 제조 가능하다.
또한, 베어링은 적어도 부분적으로 구동 기어에 의해 반경 방향으로 둘러싸여 있다. 다시 말해, 베어링은 적어도 부분적으로 구동 기어의 영역 내에 배열되므로, 베어링과 구동 기어는 스핀들의 동일한 축방향 영역들을 커버한다. 바람직하게, 베어링은 구동 기어에 의해 반경 방향으로 완전히 둘러싸여 있다. 베어링의 이러한 배열을 통해, 구동 기어 및 베어링의 필요한 구조 공간이 감소될 수 있으므로, 이러한 전기 기계식 제동 압력 생성기가 더 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 추가의 일 실시예에서, 베어링은 롤러 베어링으로서 형성된다. 이러한 베어링들은 다양한 형태로 입수 가능하므로, 예를 들어 크기 및 부하 용량 면에서 최적의 베어링이 선택 가능하다.
바람직하게, 베어링은 스핀들과 하우징 사이에 배열된다. 다시 말해, 스핀들은 베어링을 통하여 하우징에 대해 직접 지지된다. 따라서, 베어링은 스핀들 및 하우징에 직접 접하므로, 베어링을 통해 하우징에 대한 스핀들의 지지가 보장된다. 스핀들과 달리, 구동 기어는 간접적으로 지지된다. 이는, 구동 기어가 스핀들에 대한 연결을 통해 마찬가지로 지지된다는 것을 의미한다. 이를 통해, 스핀들의 양호한 지지가 가능하다. 추가적으로, 작은 베어링이 장착될 수 있으므로, 구조 공간 및 중량이 절감된다.
대안적인 일 실시예에서, 베어링은 구동 기어와 하우징 사이에 배열된다. 이에 따라, 구동 기어는 베어링을 통하여 하우징에 대해 직접 지지된다. 하우징 뿐만 아니라 구동 기어도 모두 베어링에 직접 접하므로, 이러한 베어링을 통해 하우징에 대한 구동 기어의 지지가 보장된다. 반면, 스핀들은 간접적으로만 지지된다. 이는, 스핀들이 구동 기어에 대한 연결을 통하여 마찬가지로 지지된다는 것을 의미한다. 이는 구동 기어의 직접 지지를 가능하게 한다.
바람직하게, 베어링은 스핀들 반대편의 구동 기어의 단부면에 배열된다. 스핀들 반대편의 단부면은, 스핀들의 종방향 연장부로부터 멀어지는 쪽을 가리키는 측면을 의미한다. 이를 통해, 베어링은 전기 기계식 제동 압력 생성기의 조립 중에 구동 기어 하류에서 스핀들 상에 조립되어야 한다. 하우징을 베어링에 대해 지지하기 위하여, 일반적으로는 구동 기어를 둘러싸는 추가 하우징부가 제공되어야 한다. 이러한 하우징부에는 제동 압력 생성기의 추가 장치들이 고정될 수 있다.
추가의 바람직한 일 실시예에서, 베어링은 스핀들을 향한 구동 기어의 단부면에 배열된다. 이 경우, 스핀들을 향한 단부면은, 스핀들의 종방향 연장부를 향한 쪽을 가리키는 구동 기어의 측면이다. 이를 통해, 베어링은 전기 기계식 제동 압력 생성기의 조립 중에 구동 기어 상류에서 스핀들 상에 조립되어야 한다. 이는 조립 또는 구조 면에서 장점들을 가질 수 있다. 추가적으로, 스핀들 반대편의 단부면에 베어링을 배열하는 것과는 달리, 구동 기어를 둘러싸는 추가 하우징부가 필요하지 않으므로, 이러한 전기 기계식 제동 압력 생성기가 더 작게 형성될 수 있다.
베어링 및 구동 기어는 바람직하게 스핀들 단부에 배열된다. 다시 말해, 스핀들은 실질적으로 베어링-구동 기어 배열체 너머로 돌출되지 않으므로, 이를 위해 추가 구조 공간이 제공될 필요가 없다. 또한, 베어링과 구동 기어는 더욱 간단하게 스핀들 단부로부터 조립될 수 있다.
또한, 본 발명은 유압식 제동 시스템을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기를 구비한 차량을 제공한다. 이러한 차량에 의해서는, 전기 기계식 제동 압력 생성기에 대해 언급된 장점들이 달성될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 이러한 차량은 자동 주행 차량 또는 완전 자율 주행 차량일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있으며, 하기 설명부에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 종래 기술로부터 공지된 전기 기계식 브레이크 부스터를 도시한 도면이고,
도 2는 전기 기계식 제동 압력 생성기를 구비한 차량용 유압식 제동 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 전기 기계식 제동 압력 생성기를 위한 스크류 드라이브 배열체의 제1 실시예를 도시한 종단면도이고,
도 4는 전기 기계식 제동 압력 생성기를 위한 스크류 드라이브 배열체의 제2 실시예를 도시한 종단면도이고,
도 5는 전기 기계식 제동 압력 생성기를 위한 스크류 드라이브 배열체의 제3 실시예를 도시한 종단면도이다.
도 2에는 전기 기계식 제동 압력 생성기(14)를 구비한 차량용 유압식 제동 시스템(10)이 개략적으로 도시되어 있다. 유압식 제동 시스템(10)은 전기 기계식 제동 압력 생성기(14)를 포함한다. 이러한 제동 압력 생성기(14)는 브레이크 오일 저장기(22)를 통해 브레이크 오일이 공급되는 피스톤/실린더 유닛(18)을 포함한다.
피스톤/실린더 유닛(18)은 운전자에 의해 작동되는 브레이크 페달(26)을 통해 트리거링될 수 있고, 발생하는 브레이크 페달 경로는 페달 경로 센서(30)를 통해 측정되며, 제어 장치(34)로 전달된다. 도 2는 기본적으로 브레이크 부스터를 도시하고 있지만, 여기서는 브레이크 페달 경로가 페달 경로 센서(30)를 통해 측정되는 것이 중요하다. 또한, 제동 압력 생성이 브레이크 페달 경로 없이도 가능하므로, 차량은 자율 주행 상태에서도 제동 가능하다.
제어 장치(34)는 측정된 브레이크 페달 경로에 의하여 제동 압력 생성기(14)의 전기 모터(38)에 대한 제어 신호를 생성한다. 제동 압력 생성기(14)의 기어 장치(미도시)와 연결된 전기 모터(38)는 제어 신호에 상응하게, 브레이크 페달(26)로부터 입력되는 제동력을 강화한다. 이를 위해, 브레이크 페달(26)의 작동에 상응하게, 제동 압력 생성기(14) 내에 배열된 스크류 드라이브 배열체(40)가 전기 모터(38)를 통해 트리거링되므로, 전기 모터(38)의 회전 운동이 병진 운동으로 변환된다.
브레이크 페달(26)의 작동을 통하여, 피스톤/실린더 유닛(18) 내에 존재하는 브레이크 오일은 제동 압력 생성기(14)에 의해 압력이 가해진다. 이러한 제동 압력은 제동 라인(42)들을 통해 제동 유압부(46)로 전달된다. 여기서는 상자로만 도시된 제동 유압부(46)는, 예를 들어 전자식 안정화 프로그램(ESP)의 형성을 위한 다양한 밸브들 및 추가 구성 요소들을 통해 형성된다. 추가적으로, 제동 유압부(46)는 하나 이상의 휠 브레이크 장치(50)와 연결되므로, 밸브들의 상응하는 스위칭을 통해 휠 브레이크 장치(50)에 제동력이 제공 가능하다.
도 3은 전기 기계식 제동 압력 생성기(14)를 위한 스크류 드라이브 배열체(40)의 제1 실시예의 종단면도를 도시한다. 스크류 드라이브 배열체(40)는 스핀들(68)의 일부를 둘러싸는 하우징(64)을 포함한다. 이러한 실시예에서 하우징(64)은 금속으로 형성된다. 추가적으로, 스크류 드라이브 배열체(40)는, 스핀들(68)의 하나의 섹션을 둘러싸고 스핀들(68)의 나사산(76)과 맞물리는 스핀들 너트(72)를 포함한다.
하나의 스핀들 단부(80)에서, 구동 기어(84)가 일체로 회전 가능하도록 스핀들(68)과 연결되므로, 스핀들(68)은 도 2에 도시된 전기 모터(38)를 통해 구동 가능하다. 스핀들(68)은 전기 모터(38)를 통해 회전 운동으로 전환되고, 이에 따라 나사산(76)과 상호 작용하는 스핀들 너트(72)를 축방향으로 변위시킨다.
스크류 드라이브 배열체(40)는 롤러 베어링으로서 형성된 베어링(88)을 추가로 포함한다. 베어링(88)을 통해, 스핀들(68) 및 구동 기어(84)는 하우징(64)에 대해 지지된다. 롤러 베어링은 하우징(64)과 스핀들(68) 사이의 스핀들 단부(80)에 배열된다. 특히, 구동 기어(84)는 스핀들(68)을 향한 단부면에 절개부(92)가 형성되므로, 베어링(88)은 구동 기어(84)의 절개부(92) 내에 위치 설정된다. 이를 통해, 베어링(88)은 반경 방향으로 구동 기어(84)에 의해 둘러싸여 있고, 스핀들(68)을 향한 구동 기어(84)의 단부면에 배열된다.
전기 기계식 제동 압력 생성기(14)를 위한 스크류 드라이브 배열체(40)의 제2 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 실시예는, 스핀들(68) 반대편의 구동 기어(84)의 단부면에 베어링(88)이 배열된다는 점에서, 도 3에 도시된 제1 실시예와는 상이하다. 이에 상응하게, 구동 기어(84) 내의 절개부(92)가 이러한 단부면에 형성된다. 이러한 실시예에서, 구동 기어(84)를 둘러싸는 추가 하우징부(64a)가 형성되므로, 스핀들(68)은 베어링(88)을 통하여 하우징(64)에 대해 지지된다.
도 5에는, 전기 기계식 제동 압력 생성기(14)를 위한 스크류 드라이브 배열체(40)의 제3 실시예의 종단면도가 도시되어 있다. 이러한 실시예는 도 3에 도시된 제1 실시예와 유사하게 형성된다. 그러나, 제1 실시예와는 달리, 베어링(88)은 스핀들(68)과 하우징(64) 사이에 배열되는 것이 아니라, 하우징(64)과 구동 기어(84) 사이에 배열되므로, 스핀들(68)은 구동 기어(84)를 통해 지지된다.
도 5에 도시된 실시예에서, 베어링(88)은 스핀들(68)을 향한 구동 기어(84)의 단부면에 배열된다. 마찬가지로, 스핀들(68) 반대편의 구동 기어(84)의 단부면에 베어링(88)이 배열되는 것도 가능하다.

Claims (8)

  1. 구동측 회전 운동을 병진 운동으로 변환하기 위한 하나 이상의 스크류 드라이브 배열체(40)와; 스크류 드라이브 배열체(40)에 의해 작동 가능한 제동 압력 생성용 피스톤/실린더 유닛(18);을 구비한, 차량의 유압식 제동 시스템(10)을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기(14)로서, 스크류 드라이브 배열체(40)는
    - 전기 모터(38)를 통해 회전 가능한 스핀들(68);
    - 스핀들 너트(72)가 스핀들(68)의 회전에 의해 축방향으로 변위 가능하도록 스핀들(68)의 나사산(76)과 상호 작용하는 스핀들 너트(72);
    - 스핀들(68) 및 스핀들 너트(72)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징(64, 64a); 및
    - 스핀들(68)에 일체로 회전 가능하도록 배열되고, 스핀들(68)이 전기 모터(38)와 연결되도록 하는 구동 기어(84);를 포함하는, 전기 기계식 제동 압력 생성기에 있어서,
    스핀들(68) 및 구동 기어(84)는 공통의 베어링(88)을 통해 고정식 하우징(64, 64a)에 대해 회전 가능하게 지지되고, 베어링(88)은 적어도 부분적으로 구동 기어(84)에 의해 반경 방향으로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동 압력 생성기(14).
  2. 제1항에 있어서, 베어링(88)은 롤러 베어링으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동 압력 생성기(14).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 베어링(88)은 스핀들(68)과 하우징(64, 64a) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동 압력 생성기(14).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링(88)은 구동 기어(84)와 하우징(64, 64a) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동 압력 생성기(14).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링(88)은 스핀들(68) 반대편의 구동 기어(84)의 단부면에 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동 압력 생성기(14).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링(88)은 스핀들(68)을 향한 구동 기어(84)의 단부면에 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동 압력 생성기(14).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링(88) 및 구동 기어(84)는 스핀들 단부(80)에 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동 압력 생성기(14).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 유압식 제동 시스템(10)을 위한 전기 기계식 제동 압력 생성기(14)를 포함하는 차량.
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