WO2021246828A1 - 전기 기계식 브레이크 및 이의 작동방법 - Google Patents

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spindle
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piston
vehicle
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백승태
송준규
정경호
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주식회사 만도
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    • F16D2125/40—Screw-and-nut

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical brake and a method of operating the same, and more particularly, to an electromechanical disc brake for realizing braking of a vehicle using a rotational driving force of a motor and an operating method thereof.
  • a brake system for performing braking is essential to a vehicle, and various types of brake systems have been proposed for the safety of drivers and passengers.
  • the conventional brake system mainly uses a method of supplying hydraulic pressure required for braking to wheel cylinders using a mechanically connected booster when a driver presses a brake pedal.
  • an electromechanical brake system that receives the driver's will to brake as an electric signal and operates an electric device such as a motor based on the electric signal to provide braking force for the vehicle is being developed.
  • Such an electromechanical brake system converts the rotational force of the motor into linear motion through a motor and a speed reducer to provide a clamping pressure of the brake disc, and through this, perform a service brake and a parking brake of the vehicle.
  • the brake pads that directly contact and pressurize the brake disc of the vehicle are gradually abraded according to the repeated braking operation of the vehicle.
  • it is required to implement compensation for the wear of the brake pads. have.
  • An object of the present embodiment is to provide an electromechanical brake system capable of maintaining and improving braking performance of a vehicle despite wear of brake pads, and an operating method thereof.
  • An object of the present embodiment is to provide an electromechanical brake system capable of stably braking the vehicle even in various operating conditions of the vehicle, and an operating method thereof.
  • An object of the present embodiment is to provide an electromechanical brake system capable of reducing size and weight, improving vehicle applicability, and promoting space utilization of the vehicle, and an operating method thereof.
  • An object of the present embodiment is to provide an electromechanical brake system capable of easily compensating for wear of brake pads with a simple structure and an operating method thereof.
  • An object of the present embodiment is to provide an electromechanical brake system capable of improving braking performance by reducing a drag phenomenon and suppressing braking noise and vibration, and an operating method thereof.
  • a piston provided to advance and retreat to press the brake pad, a power conversion unit that receives driving force from an actuator and converts a rotational motion into a linear motion to provide the piston, and the power conversion unit a position adjusting unit for adjusting the relative position of the piston, wherein the power change unit receives a driving force from the actuator and rotates the spindle; and a nut for moving the piston forward or backward by moving forward or backward from the inside of and an adjuster provided between the spindle and the nut to rotate the nut in a first direction or a second direction by rotation of the spindle to advance or reverse a relative position of the piston.
  • the adjuster includes a flange extending radially from an outer circumferential surface of the spindle, a first protrusion protruding from the flange, and a protrusion formed on the nut, and is caught by the first protrusion when the spindle rotates in the first direction.
  • a second protrusion for advancing the relative position of the piston by inducing rotation of the nut in the first direction may be provided.
  • the first angle between the first protrusion and the second protrusion in the vehicle braking release state may be greater than the second angle in which the first protrusion rotates from the vehicle braking release state to the vehicle braking state.
  • the adjuster further includes a third protrusion protruding from the flange, wherein the second protrusion is caught by the third protrusion when the spindle rotates in the second direction to induce rotation of the nut in the second direction of the piston. You can reverse the relative position.
  • a third angle between the second protrusion and the third protrusion in the braking state of the vehicle may be greater than a fourth angle at which the third protrusion rotates from the braking state of the vehicle to the braking release state of the vehicle.
  • An internal thread is formed on the inner circumferential surface of the nut, and the spindle has a first end on one side having an external thread meshing with the internal thread on an outer circumferential surface, a second end on the other side connected to the actuator, and the first end and a central portion between the second end and the flange may be provided by being fixedly installed on an outer circumferential surface of the central portion.
  • the first protrusion and the third protrusion may be formed to protrude apart from each other on the front surface of the flange opposite to the nut, and the second protrusion may be provided to protrude from the rear surface of the nut opposite to the front surface of the flange. have.
  • An electronic control unit for controlling the operation of the actuator and a sensing unit for measuring a fastening force between a disk rotating together with a wheel and the brake pad may be provided.
  • the electronic control unit determines that abrasion exists in the brake pad when the fastening force between the disc and the brake pad measured by the sensing unit is less than a preset value in the braking state of the vehicle and advances the relative position of the piston You can enter the first mode.
  • the electronic control unit determines that there is drag when the fastening force between the disc and the brake pad measured by the sensing unit is greater than a preset value in a state of releasing the brake of the vehicle, and reversing the relative position of the piston. can enter into
  • rotation of the nut in the first direction may be induced, and the relative position of the piston with respect to the nut may be advanced by rotation of the nut in the first direction.
  • the electronic control unit may return the spindle or the first protrusion to an original position of the vehicle in a brake released state.
  • rotation of the nut in the second direction may be induced, and the relative position of the piston with respect to the nut may be reversed by rotation of the nut in the second direction.
  • the electromechanical brake system and the operating method thereof according to the present embodiment can maintain and improve the braking performance of the vehicle despite the wear of the brake pads.
  • the electromechanical brake system and the operating method thereof according to the present embodiment can stably brake the vehicle even in various operating situations of the vehicle.
  • the electromechanical brake system and the operating method thereof according to the present embodiment can reduce the size and weight, thereby improving the applicability of the vehicle and promoting the space utilization of the vehicle.
  • the electromechanical brake system and the operating method thereof according to the present embodiment have a simple structure and can easily compensate for the wear of the brake pad.
  • the electromechanical brake system and the operating method thereof according to the present embodiment may reduce a drag phenomenon to improve braking performance and suppress braking noise and vibration.
  • FIG. 1 is a lateral cross-sectional view showing an electromechanical brake according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a lateral cross-sectional view showing an enlarged main part of the electromechanical brake according to the present embodiment.
  • FIG 3 is an exploded perspective view showing the main part of the electromechanical brake according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken in the direction A - A' of FIG. 2 , illustrating positions of the first, second, and third projections before braking of the vehicle or in a state in which the vehicle is braked;
  • FIG 5 is a lateral cross-sectional view illustrating the operation of the electromechanical brake according to the present embodiment in a braking state of the vehicle.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken in the B - B' direction of FIG. 5 , illustrating positions of the first, second, and third projections in a braking state of the vehicle.
  • FIG. 7 is a lateral cross-sectional view illustrating the operation of the electromechanical brake according to the present embodiment in the first mode state for compensating for wear of the brake pad.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view in the C-C' direction, illustrating positions of the first protrusion, the second protrusion, and the third protrusion in the first mode state.
  • FIG. 9 is a lateral cross-sectional view illustrating the operation of the electromechanical brake according to the present embodiment in a state of releasing the brake of the vehicle after the first mode.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view in the D - D' direction of FIG. 9 , illustrating positions of the first, second, and third projections in a state in which the vehicle is braked after the first mode.
  • FIG. 11 is a lateral cross-sectional view illustrating the operation of the electromechanical brake according to the present embodiment in a second mode for reducing drag.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view in the E - E' direction of FIG. 11 , illustrating positions of the first, second, and third projections in the second mode state.
  • FIG. 1 is a lateral cross-sectional view showing an electromechanical brake 100 according to the present embodiment.
  • the electromechanical brake 100 has a carrier (not shown) on which a pair of pad plates 11 and 12 are installed to press a disk (not shown) rotating together with the wheel of the vehicle. ), a caliper housing 20 that is slidably installed on a carrier to operate a pair of pad plates 11 and 12, a piston 110 that is movably installed inside the caliper housing 20, and a piston 110
  • An actuator (not shown) that generates and provides a driving force for moving Conversion unit 120, position adjustment unit 130 for compensating for wear of brake pad 10 or reducing drag phenomenon by adjusting the relative position of piston 110 with respect to power conversion unit 120, disk and
  • the sensing unit 140 for measuring the adhesion force between the brake pads 10 or the fastening force of the brake pads 10, and an electronic control unit (not shown) for controlling the operation of the actuator based on information provided from the sensing unit 140 may include
  • a pair of pad plates 11 and 12 is provided with a brake pad 10 attached to an inner surface, respectively.
  • the pair of pad plates includes an inner pad plate 11 having an outer surface in contact with the front surface (a left surface of FIG. 1 ) of the piston 110 , and an outer surface of the finger portion 22 of the caliper housing 20 and It consists of an outer pad plate 12 disposed to be in contact and is slidably installed on the carrier.
  • the caliper housing 20 includes a finger part 22 for operating the outer pad plate 12 and a cylinder part 21 in which the piston 110 is installed, and is slidably fastened to the carrier.
  • the outer pad plate 12 is moved by the finger 22 You can press the disk by approaching the disk side.
  • FIGS. 1 to 3 are lateral cross-sectional and exploded perspective views showing enlarged main parts of the electromechanical brake 100 according to the embodiment.
  • the piston 110 is located on the rear side ( FIGS. 1 and 2) may be provided in an open cup shape, and is slidably inserted inside the cylinder part 21 .
  • the piston 110 may receive power through an actuator and a power conversion unit 120 to be described later to press the inner pad plate 11 toward the disk, and the inner circumferential surface of the piston 110 is a nut 125 to be described later.
  • a second screw thread 132 that meshes with the first screw thread 131 formed on the outer circumferential surface may be formed.
  • a rotation preventing unit (not shown) may be provided. An operation of adjusting the position of the piston 110 relative to the spindle 121 or the nut 125 by the position adjusting unit 130 will be described later with reference to FIGS. 4 to 12 .
  • the power conversion unit 120 is disposed inside the spindle 121 and the piston 110 to rotate by receiving driving force from an actuator (not shown), and is screw-connected to the spindle 121 in the first direction of the spindle 121 .
  • a nut 125 that advances with the piston 110 by rotation or retreats with the piston 110 by rotation of the spindle 121 in the second direction, and a plurality of interposed between the spindle 121 and the nut 125 of the ball (not shown).
  • the power conversion unit 120 may be provided as a ball-screw type conversion device that converts the rotational motion of the spindle 121 into a linear motion.
  • the first direction rotation of the spindle 121 described below means a rotation direction in which the nut 125 is advanced by the rotation of the spindle 121
  • the second direction rotation of the spindle 121 is opposite to the first direction
  • a direction rotation it means a rotation direction in which the nut 125 is retracted by the rotation of the spindle 121 .
  • the spindle 121 includes a first end 121a on one side of which an external thread 122 is formed on an outer circumferential surface, a second end 121c on the other side connected to an actuator to receive a driving force, and a first end 121a and It may be divided into a central portion 121b disposed between the second end portions 121c and to which a flange 136 to be described later is fixed.
  • the first end 121a of the spindle 121 may be inserted into the nut 125 , and the second end 121c has a bearing 150 that promotes smooth rotation of the flange 136 to be described later, and the spindle.
  • a sensing unit 140 for sensing a load applied to the 121 and measuring a fastening force between the disc and the brake pad 10 may be disposed.
  • the nut 125 may be formed in a hollow cylindrical shape so that the first end 121a of the spindle 121 is inserted therein, and an external thread 122 and a ball (not shown) of the spindle 121 on the inner circumferential surface Intermediately meshing internal threads 126 may be formed. Since such a ball-screw type power converter is a well-known technology that is already widely applied, a detailed description of its operation will be omitted.
  • a first screw thread 131 that meshes with a second screw thread 132 formed on an inner circumferential surface of the piston 110 may be formed on the outer circumferential surface of the nut 125 , and a detailed description thereof will be described later.
  • the actuator may include a motor and a reduction device having a plurality of reduction gears, and may receive power from a power supply device disposed in the vehicle to generate and provide driving force.
  • the actuator may transmit a driving force generated by being connected to the second end 121c of the spindle 121 as a rotational motion of the spindle 121 .
  • the actuator may be installed on the outside of the caliper housing 20, and the speed reducing device may be applied to devices having various structures such as a planetary gear assembly or a worm structure to reduce the power of the motor and provide it to the spindle 121.
  • the position adjusting unit 130 advances the relative position of the piston 110 to compensate for wear of the brake pad 10 by adjusting the relative position of the piston 110 with respect to the power conversion unit 120, or by drag. It is provided to reverse the relative position of the piston 110 in order to reduce the phenomenon.
  • the positioning unit 130 includes a first screw thread 131 formed on the outer circumferential surface of the nut 125 , a second screw thread 132 formed on the inner circumferential surface of the piston 110 and meshing with the first screw thread 131 , and a spindle It is provided between 121 and the nut 125 and rotates the nut 125 in the first direction by the rotation of the spindle 121 to advance the relative position of the piston 110 or to rotate the nut 125 in the first direction. It may include an adjuster 135 for reversing the relative position of the piston 110 by rotating it in the second direction, which is the opposite direction.
  • the first direction rotation of the nut 125 described below is the same rotational direction as the first direction rotation of the spindle 121 described above, and refers to a rotation direction in which the piston 110 is advanced by the rotation of the nut 125 . do.
  • the second direction rotation of the nut 125 is the same rotational direction as the second direction rotation of the spindle 121 described above as rotation in the opposite direction to the first direction, and the piston 110 is rotated by the rotation of the nut 125 . It refers to the direction of rotation to retract.
  • the first screw thread 131 is formed on the outer circumferential surface of the nut 125
  • the second screw thread 132 may be formed on the inner circumferential surface of the piston 110
  • the first screw thread 131 and the second screw thread 132 are They are prepared by interlocking with each other.
  • the piston 110 and the nut 125 are screwed to each other, and the nut 125 and the piston 110 linearly move together, so that the nut 125 and the piston 110 advance together or when braking a general vehicle. , when the vehicle brake is released, the nut 125 and the piston 110 may retract together.
  • the piston 110 is relatively rotated with respect to the nut 125 or the spindle 121 by rotation of the nut 125 in the first direction. It may move forward, and by rotating the nut 125 in a second direction opposite to that of the second direction, the piston 110 may move relatively backward with respect to the nut 125 or the spindle 121 .
  • the adjuster 135 may cause rotation of the nut 125 to advance or retract the relative position of the piston 110 with respect to the nut 125 .
  • the adjuster 135 is fixed to the central portion 121b of the spindle 121 and has a flange 136 that is extended in the radial direction, and a first formed protruding from the front side of the flange 136 (the left side with reference to FIG. 2 ).
  • 1 protrusion 137 and the nut 125 are formed to protrude on the rear surface (right side with reference to FIG. 2) and are caught by the first protrusion 137 when the spindle 121 rotates in the first direction.
  • the second protrusion 138 for inducing and generating direction rotation, and the second protrusion formed on the front surface of the flange 136 , are caught by the second protrusion 138 when the spindle 121 rotates in the second direction. It may include a third protrusion 139 for inducing and generating directional rotation.
  • the flange 136 is radially extended to the central portion 121b of the spindle 121 , and is fixed to the spindle 121 to rotate integrally with the spindle 121 .
  • a first protrusion 137 and a third protrusion 139 which will be described later, may be formed to protrude from the front surface (left side with reference to FIG. 2) of the flange 136 by being spaced apart from each other at a predetermined angle.
  • a bearing 150 that promotes smooth rotation of the flange 136 and prevents abrasion between the flange 136 and the surrounding component elements may be provided on the rear surface (the right side with reference to FIG. 2 ).
  • the first and third protrusions 137 and 139 are formed to protrude from the front surface (left side with reference to FIG. 2 ) of the flange 136 facing the nut 125 , and when the spindle 121 rotates, the flange 136 . With the spindle 121 can be rotated as an axis, the second protrusion 138 is formed to protrude on the rear surface (right side with reference to FIG. 2) of the nut 125 opposite to the flange 136, and the first protrusion ( 137) or the third protrusion 139 may induce rotation of the nut 125 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken in the A - A' direction of FIG. 2 , and shows the positions of the first to third protrusions 139 before braking of the vehicle or in a state of releasing the brake of the vehicle.
  • the first protrusion 137 and the third protrusion 139 provided on the front surface of the flange 136 are formed to protrude at an angle spaced apart from each other, provided on the rear surface of the nut 125 therebetween.
  • a second protrusion 138 may be disposed.
  • the angle between the first protrusion 137 on the front side of the flange 136 and the second protrusion 138 on the rear side of the nut 125 (hereinafter referred to as a 'first angle') before operation or in the vehicle's brake release state. .) is provided to be greater than the rotation angle of the first protrusion 137 (refer to FIG. 6, hereinafter referred to as a 'second angle') from the braking state of the vehicle to the braking state of the vehicle. If the second angle (2) is greater than the first angle (1), the second protrusion 138 is caught by the first protrusion 137 and rotates in the first direction of the nut 125 even when a general vehicle is braked.
  • the relative position of the piston 110 with respect to the nut 125 or the spindle 121 advances and the fastening force between the piston 110 and the pad plate rapidly increases, so that the braking force of the vehicle is greater than the braking demand of the driver, Furthermore, there is a risk that a drag phenomenon may occur, which may decrease the driving stability of the vehicle and the fuel efficiency of the vehicle. Therefore, by providing the first angle (1) larger than the second angle (2), it is possible to prevent the first projection 137 and the second projection 138 from contacting each other during general vehicle braking, and through this, the nut ( 125) or the relative position of the piston 110 with respect to the spindle 121 may be constantly maintained, and the driver's braking operability and driving stability may be promoted.
  • the angle between the second protrusion 138 on the rear side of the nut 125 and the third protrusion 139 on the front side of the flange 136 (refer to FIG. 6 , hereinafter referred to as a 'third angle.') is provided to be greater than the rotation angle of the third protrusion 139 (refer to FIGS. 4 and 6, hereinafter referred to as a 'fourth angle') from the braking state of the vehicle to the braking release state of the vehicle.
  • the fourth angle (4) is greater than the third angle (3), the second protrusion 138 is caught by the third protrusion 139 and rotates in the second direction of the nut 125 even when braking of a general vehicle is released. will cause Accordingly, the relative position of the piston 110 with respect to the nut 125 or the spindle 121 is reversed to reduce the fastening force between the piston 110 and the pad plate, so that the braking force of the vehicle acts smaller than the driver's braking demand, resulting in a safety accident. there is a risk of occurrence.
  • the third angle (3) larger than the fourth angle (4), it is possible to prevent the second protrusion 138 and the third protrusion 139 from contacting each other when braking of a general vehicle is released, and through this, the nut
  • the relative position of the piston 110 with respect to the 125 or the spindle 121 may be constantly maintained, and the driver's braking operability and driving stability may be promoted.
  • the sensing unit 140 is provided to measure the adhesion or fastening force between the disc and the brake pad 10 .
  • the sensing unit 140 may be provided as a force sensor that detects the load of the spindle 121 or the actuator and measures the fastening force between the disc and the brake pad 10, but is limited to the device of the corresponding method. it is not
  • the sensing unit 140 transmits the measured fastening force information of the brake pad 10 to the electronic control unit, and the electronic control unit wears or drags the brake pad 10 based on the fastening force information measured by the sensing unit 140 . etc. can be judged.
  • FIG. 5 is a lateral cross-sectional view illustrating the operation of the electromechanical brake 100 according to the present embodiment in the braking state of the vehicle
  • FIG. 6 is a cross-sectional view in the B-B' direction of FIG. 137) and the positions of the second protrusion 138 and the third protrusion 139 are shown.
  • the pedal displacement sensor detects the driver's will to brake as an electrical signal and transmits the detected electric signal to the electronic control unit. Based on this, the electronic control unit controls the operation of the actuator so that the disc and the brake pad 10 are in close contact to implement braking of the vehicle.
  • the spindle 121 rotates in the first direction by the operation of the actuator, and as the nut 125 advances according to the rotation of the spindle 121 in the first direction, the piston 110 also advances toward the pad plate. .
  • the brake pad 10 mounted on the pad plate approaches and closely adheres to the disc, a fastening force is generated, thereby causing the vehicle to be braked.
  • the first protrusion 137 provided on the flange 136 of the spindle 121 rotates by a second angle from the vehicle braking state to the vehicle braking state according to the rotation of the spindle 121 in the first direction.
  • the first angle (1) between the first protrusion 137 of the flange 136 and the second protrusion 138 of the nut 125 is larger in the vehicle's brake release state, in a general braking situation, the flange ( The first protrusion 137 of the 136 and the second protrusion 138 of the nut 125 do not contact each other. Accordingly, the relative position of the piston 110 with respect to the nut 125 or the spindle 121 may be constantly maintained.
  • the vehicle When the vehicle brake is released, the vehicle may operate from the braking state illustrated in FIGS. 5 and 6 to the braking release state illustrated in FIGS. 2 and 4 .
  • the spindle 121 rotates in the second direction by the operation of the actuator, and as the nut 125 retracts according to the rotation of the spindle 121 in the second direction, the piston 110 is also rotated with the pad plates 11 and 12 ) away from and retreat from.
  • the brake pads 10 mounted on the pad plates 11 and 12 are spaced apart from the disc, braking of the vehicle may be released.
  • the first protrusion 137 provided on the flange 136 of the spindle 121 returns to its original position according to the rotation of the spindle 121 in the second direction.
  • the electronic control unit determines that wear exists in the brake pad 10 when the adhesion or fastening force between the disc and the brake pad 10 measured by the sensor 140 in the braking state of the vehicle is less than a preset normal range value. It is possible to enter the first mode in which it is determined and compensated.
  • FIG. 7 is a lateral cross-sectional view showing the operation of the electromechanical brake 100 according to the present embodiment in the first mode state for compensating for wear of the brake pad 10
  • FIG. 8 is a C-C' direction
  • the positions of the first protrusion 137, the second protrusion 138, and the third protrusion 139 are shown in the first mode state.
  • the electronic control unit rotates the spindle 121 in the first direction by controlling the operation of the actuator to enter the first mode.
  • the electronic control unit generates an additional first direction rotation (more than the first angle of FIG. 4 ) than the first direction rotation (refer to the second angle of FIGS. 5 and 6 ) of the spindle 121 for a general braking state.
  • the first protrusion 137 provided on the flange 136 of the spindle 121 is rotated in contact with the second protrusion 138 provided on the nut 125 .
  • the second protrusion 138 is caught by the first protrusion 137 and rotates together in the first direction, so that the nut 125 also rotates in the first direction.
  • the relative position of the piston 110 with respect to the nut 125 may advance by rotation of the nut 125 in the first direction, thereby compensating for wear of the brake pad 10 .
  • the electromechanical brake 100 After the completion of the first mode for compensating for the wear of the brake pad 10 , the electromechanical brake 100 according to the present embodiment returns to a state before releasing or braking the vehicle.
  • FIG. 9 is a lateral cross-sectional view illustrating the operation of the electromechanical brake 100 according to the present embodiment in a state of releasing the brake of the vehicle after the first mode
  • FIG. 10 is a cross-sectional view in the D-D' direction of FIG. The positions of the first protrusion 137 , the second protrusion 138 , and the third protrusion 139 are shown in the state of releasing the brake of the vehicle after the mode.
  • the electronic control unit controls the operation of the actuator to generate rotation of the spindle 121 in the second direction. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 4 , the actuator rotates the spindle 121 in the second direction to return the vehicle to a state prior to releasing or braking the vehicle. As described above, additional rotation of the spindle 121 in the first direction occurs in the first mode, but the electronic control unit rotates the spindle 121 in the second direction by an amount corresponding to the amount of additional rotation generated in the first mode. The spindle 121 and the nut 125 may be returned to their original positions.
  • the relative position of the piston 110 with respect to the spindle 121 or the nut 125 is the brake pad
  • the braking operation is performed in a state in which the wear of (10) is compensated, it is possible to perform stable braking of the vehicle.
  • the piston 110 when the adhesive force or fastening force between the disc and the brake pad 10 measured by the sensor 140 in the braking release state of the vehicle is greater than a preset normal range value, the piston 110 does not return to its original position. It is determined that the drag phenomenon does not exist, and the second mode may be entered.
  • FIG. 11 is a lateral cross-sectional view showing the operation of the electromechanical brake 100 according to the present embodiment in a second mode state for reducing drag
  • FIG. 12 is a cross-sectional view in the E-E' direction of FIG. In the state, the positions of the first protrusion 137 , the second protrusion 138 , and the third protrusion 139 are shown.
  • the electronic control unit rotates the spindle 121 in the second direction by controlling the operation of the actuator to enter the second mode.
  • the electronic control unit generates an additional second direction rotation (exceeding the third angle in FIG. 4 ) more than the second direction rotation of the spindle 121 for a general braking release state, thereby forming the flange 136 of the spindle 121 .
  • the third protrusion 139 provided on the nut 125 is caught by the second protrusion 138 provided on the nut 125 .
  • the second protrusion 138 is caught by the third protrusion 139 and rotates together in the second direction, so that the nut 125 also rotates in the second direction.
  • the relative position of the piston 110 with respect to the nut 125 may be retracted by rotation of the nut 125 in the second direction, whereby the piston 110 is spaced apart from the pad plate, thereby reducing drag.

Landscapes

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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 외주면에 형성되는 제1 나사산과, 피스톤의 내주면에 형성되되 제1 나사산과 치합하는 제2 나사산과, 스핀들과 너트 사이에 마련되어 스핀들의 회전에 의해 너트를 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전시켜 피스톤의 상대위치를 전진 또는 후진시키는 어져스터를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

전기 기계식 브레이크 및 이의 작동방법
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 외주면에 형성되는 제1 나사산과, 상기 피스톤의 내주면에 형성되되 상기 제1 나사산과 치합하는 제2 나사산과, 상기 스핀들과 상기 너트 사이에 마련되어 상기 스핀들의 회전에 의해 상기 너트를 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, 상기 플랜지에 돌출 형성되는 제1 돌기와, 상기 너트에 돌출 형성되되, 상기 스핀들의 제1 방향 회전 시 상기 제1 돌기에 걸려 상기 너트의 제1 방향 회전을 유도함으로써 상기 피스톤의 상대위치를 전진시키는 제2 돌기를 포함하여 제공될 수 있다.
차량의 제동해제 상태에서 상기 제1 돌기와 상기 제2 돌기 사이의 제1 각도는 차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동 상태까지 상기 제1 돌기가 회전하는 제2 각도 보다 크게 마련될 수 있다.
상기 어져스터는 상기 플랜지에 돌출 형성되는 제3 돌기를 더 포함하되, 상기 제2 돌기는 상기 스핀들의 제2 방향 회전 시 상기 제3 돌기에 걸려 상기 너트의 제2 방향 회전을 유도함으로써 상기 피스톤의 상대위치를 후진시킬 수 있다.
차량의 제동 상태에서 상기 제2 돌기와 상기 제3 돌기 사이의 제3 각도는 차량의 제동 상태로부터 차량의 제동해제 상태까지 상기 제3 돌기가 회전하는 제4 각도 보다 크게 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 설치되어 제공될 수 있다.
상기 제1 돌기 및 상기 제3 돌기는 상기 너트에 대향하는 상기 플랜지의 전면에 서로 이격되어 돌출 형성되고, 상기 제2 돌기는 상기 플랜지의 전면에 대향하는 상기 너트의 후면에 돌출 형성되어 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 판단하여 상기 피스톤의 상대위치를 전진시키는 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 판단하여 상기 피스톤의 상대위치를 후진시키는 제2 모드에 진입할 수 있다.
상기 제1 모드 시, 상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동 상태까지 상기 스핀들을 제1 방향으로 회전시키되, 상기 스핀들의 추가적인 제1 방향 회전을 발생시켜 상기 제1 돌기가 상기 제2 돌기에 접하여 회전함으로써, 상기 너트의 제1 방향 회전을 유도하고, 상기 너트의 제1 방향 회전에 의해 상기 너트에 대한 상기 피스톤의 상대적인 위치를 전진시킬 수 있다.
상기 전자제어유닛은 상기 제1 모드 후, 상기 스핀들 또는 상기 제1 돌기를 차량의 제동해제 상태의 원 위치까지 복귀시킬 수 있다.
상기 제2 모드 시, 상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 차량의 제동 상태로부터 차량의 제동해제 상태까지 상기 스핀들을 제2 방향으로 회전시키되, 상기 스핀들의 추가적인 제2 방향 회전을 발생시켜 상기 제3 돌기가 상기 제2 돌기에 접하여 회전함으로써, 너트의 제2 방향 회전을 유도하고, 상기 너트의 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 도 2의 A - A' 방향 단면도로서, 차량의 제동 전 또는 차량의 제동해제 상태에서 제1 돌기와, 제2 돌기 및 제3 돌기의 위치를 나타낸다.
도 5는 차량의 제동 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 6은 도 5의 B - B' 방향 단면도로서, 차량의 제동 상태에서 제1 돌기와, 제2 돌기 및 제3 돌기의 위치를 나타낸다.
도 7은 브레이크 패드의 마모를 보상하기 위한 제1 모드 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 8은 도 7은 C - C' 방향 단면도로서, 제1 모드 상태에서 제1 돌기와, 제2 돌기 및 제3 돌기의 위치를 나타낸다.
도 9는 제1 모드 후, 차량의 제동해제 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 10은 도 9의 D - D' 방향 단면도로서, 제1 모드 후 차량의 제동해제 상태에서 제1 돌기와, 제2 돌기 및 제3 돌기의 위치를 나타낸다.
도 11은 드래그를 저감하기 위한 제2 모드 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크의 작동을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 12는 도 11의 E - E' 방향 단면도로서, 제2 모드 상태에서 제1 돌기와, 제2 돌기 및 제3 돌기의 위치를 나타낸다.
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 플레이트는 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 너트(125)의 외주면에 형성되는 제1 나사산(131)과 치합하는 제2 나사산(132)이 형성될 수 있다. 또한 후술하는 바와 같이 위치조정부(130)에 의해 너트(125)의 회전 시 피스톤(110)이 너트(125)와 함께 회전하지 않고 패드 플레이트 측을 향해 선형운동을 수행할 수 있도록 피스톤(110)에는 회전방지부(미도시)가 마련될 수 있다. 피스톤(110)이 위치조정부(130)에 의해 스핀들(121) 또는 너트(125)에 대한 상대위치를 조절하는 동작에 대해서는 도 4 내지 도 12을 참조하여 후술하도록 한다.
동력변환유닛(120)은 액츄에이터(미도시)로부터 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(미도시)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(121b)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. 이와 같은 볼-스크류 타입의 동력변환장치는 이미 널리 적용되는 공지의 기술이므로 자세한 동작에 대한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 너트(125)의 외주면에는 피스톤(110)의 내주면에 형성되는 제2 나사산(132)과 치합하는 제1 나사산(131)이 형성될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 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 외주면에 형성되는 제1 나사산(131)과, 피스톤(110)의 내주면에 형성되고 제1 나사산(131)과 치합하는 제2 나사산(132)과, 스핀들(121)과 너트(125) 사이에 마련되어 스핀들(121)의 회전에 의해 너트(125)를 제1 방향으로 회전시켜 피스톤(110)의 상대위치를 전진시키거나 너트(125)를 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 회전시켜 피스톤(110)의 상대위치를 후진시키는 어져스터(135)를 포함할 수 있다.
이하에서 설명하는 너트(125)의 제1 방향 회전은 앞서 설명한 스핀들(121)의 제1 방향 회전과 동일한 회전방향으로서, 너트(125)의 회전에 의해 피스톤(110)을 전진시키는 회전 방향을 의미한다. 또한, 너트(125)의 제2 방향 회전은 제1 방향과 반대 방향 회전으로서 앞서 설명한 스핀들(121)의 제2 방향 회전과 동일한 회전방향이며, 너트(125)의 회전에 의해 피스톤(110)을 후퇴시키는 회전 방향을 의미한다.
제1 나사산(131)은 너트(125)의 외주면에 형성되고, 제2 나사산(132)은 피스톤(110)의 내주면에 형성될 수 있으며, 제1 나사산(131)과 제2 나사산(132)이 서로 치합하여 마련된다. 이와 같이 피스톤(110)과 너트(125)는 서로 나사 결합되는 바, 너트(125)와 피스톤(110)은 함께 선형운동함으로써 일반적인 차량의 제동 시 너트(125)와 피스톤(110)은 함께 전진하거나, 차량의 제동해제 시 너트(125)와 피스톤(110)이 함께 후퇴할 수 있다. 이와 동시에, 피스톤(110)과 너트(125)는 서로 상대적인 회전이 가능해짐에 따라 너트(125)의 제1 방향 회전에 의해 피스톤(110)이 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대해 상대적으로 전진할 수 있으며, 너트(125)를 반대방향인 제2 방향으로 회전함으로써 피스톤(110)이 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대해 상대적으로 후진할 수 있다.
어져스터(135)는 너트(125)의 회전을 발생시켜 너트(125)에 대한 피스톤(110)의 상대위치를 전진 또는 후퇴시킬 수 있다. 어져스터(135)는 스핀들(121)의 중앙부(121b)에 고정되되 반경 방향으로 확장 형성되는 플랜지(136)와, 플랜지(136)의 전면(도 2를 기준으로 좌측면)에 돌출 형성되는 제1 돌기(137)와, 너트(125)의 후면(도 2를 기준으로 우측면)에 돌출 형성되되 스핀들(121)의 제1 방향 회전 시 제1 돌기(137)에 걸려 너트(125)의 제1 방향 회전을 유도 및 발생시키는 제2 돌기(138)와, 플랜지(136)의 전면에 돌출 형성되되 스핀들(121)의 제2 방향 회전 시 제2 돌기(138)에 걸려 너트(125)의 제2 방향 회전을 유도 및 발생시키는 제3 돌기(139)를 포함할 수 있다.
플랜지(136)는 스핀들(121)의 중앙부(121b)에 반경 방향으로 확장 형성되되, 스핀들(121)에 고정되어 스핀들(121)과 일체로 회전할 수 있다. 플랜지(136)의 전면(도 2를 기준으로 좌측면)에는 후술하는 제1 돌기(137) 및 제3 돌기(139)가 서로 소정의 각도를 두고 이격되어 돌출 형성될 수 있으며, 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.
제1 및 제3 돌기(137, 139)는 너트(125)에 대향하는 플랜지(136)의 전면(도 2를 기준으로 좌측면)에 돌출 형성되어 스핀들(121)의 회전 시, 플랜지(136)와 함께 스핀들(121)을 축으로 회전할 수 있으며, 제2 돌기(138)는 플랜지(136)에 대향하는 너트(125)의 후면(도 2를 기준으로 우측면)에 돌출 형성되어 제1 돌기(137) 또는 제3 돌기(139)에 걸려 너트(125)의 회전을 유도할 수 있다.
도 4는 도 2의 A - A' 방향 단면도로서, 차량의 제동 전 또는 차량의 제동해제 상태에서 제1 내지 제3 돌기(139)의 위치를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 플랜지(136)의 전면에 마련되는 제1 돌기(137) 및 제3 돌기(139)는 서로 이격된 각도를 두고 돌출 형성되되, 그 사이에 너트(125)의 후면에 마련되는 제2 돌기(138)가 배치될 수 있다.
구체적으로, 작동 전 상태 또는 차량의 제동해제 상태에서 플랜지(136) 전면의 제1 돌기(137)와 너트(125) 후면의 제2 돌기(138) 사이의 각도(이하 '제1 각도'라 함.)는 차량의 제동해제 상태에서 차량의 제동 상태까지의 제1 돌기(137)의 회전 각도(도 6 참조, 이하 '제2 각도'라 함.)보다 크게 마련된다. 만일 제2 각도(②)가 제1 각도(①) 보다 크게 마련될 경우, 일반적인 차량의 제동 시에도 제2 돌기(138)가 제1 돌기(137)에 걸려 너트(125)의 제1 방향 회전을 발생시키게 된다. 이에 따라 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 전진하여 피스톤(110)과 패드 플레이트 간 체결력이 급격히 증가함으로써, 운전자의 제동 요구량 보다 차량의 제동력이 크게 작용하며, 나아가 드래그(Drag) 현상이 발생하여 차량의 운행 안정성 및 차량의 연비가 저하될 우려가 있다. 따라서 제1 각도(①)를 제2 각도(②) 보다 크게 마련함으로써 일반적인 차량의 제동 시에는 제1 돌기(137)와 제2 돌기(138)가 서로 접촉하지 않도록 할 수 있으며, 이를 통해 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치를 일정하게 유지하고 운전자의 제동 조작성 및 운행 안정성을 도모할 수 있다.
또한, 차량의 제동상태에서 너트(125) 후면의 제2 돌기(138)와 플랜지(136) 전면의 제3 돌기(139) 사이의 각도(도 6 참조, 이하 '제3 각도'라 함.)는 차량의 제동 상태로부터 차량의 제동해제 상태까지의 제3 돌기(139)의 회전 각도(도 4 및 도 6 참조, 이하 '제4 각도'라 함.)보다 크게 마련된다. 만일 제4 각도(④)가 제3 각도(③) 보다 크게 마련될 경우 일반적인 차량의 제동해제 시에도 제2 돌기(138)가 제3 돌기(139)에 걸려 너트(125)의 제2 방향 회전을 발생시키게 된다. 이에 따라 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 후진하여 피스톤(110)과 패드 플레이트 간 체결력이 감소함으로써, 운전자의 제동 요구량 보다 차량의 제동력이 작게 작용하여 안전사고 발생의 위험이 있다. 따라서 제3 각도(③)를 제4 각도(④) 보다 크게 마련함으로써 일반적인 차량의 제동해제 시에는 제2 돌기(138)와 제3 돌기(139)가 서로 접촉하지 않도록 할 수 있으며, 이를 통해 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치를 일정하게 유지하고 운전자의 제동 조작성 및 운행 안정성을 도모할 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 5는 차량의 제동 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 작동을 나타내는 측방향 단면도이며, 도 6은 도 5의 B - B' 방향 단면도로서 차량의 제동 상태에서 제1 돌기(137)와, 제2 돌기(138) 및 제3 돌기(139)의 위치를 나타낸다.
도 2, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 차량의 서비스 브레이크 또는 주차 브레이크 등 후술하는 제1 모드 또는 제2 모드에 진입하지 않은 일반적인 제동 시, 도 2 및 도 4에 도시된 제동해제 상태에서 도 5 및 도 6에 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 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)의 플랜지(136)에 마련되는 제1 돌기(137)는 스핀들(121)의 제1 방향 회전에 따라 차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동상태까지 제2 각도만큼 회전하나, 차량의 제동해제 상태에서 플랜지(136)의 제1 돌기(137)와 너트(125)의 제2 돌기(138) 사이의 제1 각도(①)가 더 크게 마련됨에 따라 일반적인 제동 상황에서는 플랜지(136)의 제1 돌기(137)와 너트(125)의 제2 돌기(138)가 서로 접촉하지 않는다. 따라서 너트(125) 또는 스핀들(121)에 대한 피스톤(110)의 상대위치는 일정하게 유지될 수 있다.
차량의 제동해제 시, 도 5 및 도 6에 도시된 제동 상태로부터 도 2 및 도 4에 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. 스핀들(121)의 플랜지(136)에 마련되는 제1 돌기(137)는 스핀들(121)의 제2 방향 회전에 따라 원 위치로 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 7은 브레이크 패드(10)의 마모를 보상하기 위한 제1 모드 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 작동을 나타내는 측방향 단면도이며, 도 8은 도 7은 C - C' 방향 단면도로서 제1 모드 상태에서 제1 돌기(137)와, 제2 돌기(138) 및 제3 돌기(139)의 위치를 나타낸다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 전자제어유닛은 제1 모드에 진입하기 위해, 액츄에이터의 작동을 제어하여 스핀들(121)을 제1 방향으로 회전시킨다. 이 때, 전자제어유닛은 일반적인 제동 상태를 위한 스핀들(121)의 제1 방향 회전(도 5 및 도 6의 제2 각도 참조) 보다 추가적인 제1 방향 회전(도 4의 제1 각도 초과)을 발생시킴으로써, 스핀들(121)의 플랜지(136)에 마련되는 제1 돌기(137)가 너트(125)에 마련되는 제2 돌기(138)에 접하여 회전하게 된다. 제2 돌기(138)는 제1 돌기(137)에 걸려 함께 제1 방향으로 회전함으로써, 너트(125) 역시 제1 방향 회전이 발생하게 된다. 너트(125)의 제1 방향 회전에 의해 너트(125)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 전진할 수 있으며, 이로써 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 차량의 제동해제 또는 제동작동 전 상태로 복귀한다.
도 9는 제1 모드 후, 차량의 제동해제 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 작동을 나타내는 측방향 단면도이며, 도 10은 도 9의 D - D' 방향 단면도로서, 제1 모드 후 차량의 제동해제 상태에서 제1 돌기(137)와, 제2 돌기(138) 및 제3 돌기(139)의 위치를 나타낸다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 전자제어유닛은 제1 모드를 통해 브레이크 패드(10)의 마모를 보상한 후, 액츄에이터의 작동을 제어하여 스핀들(121)의 제2 방향 회전을 발생시킨다. 구체적으로 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 액츄에이터는 스핀들(121)을 제2 방향으로 회전시켜 차량의 제동해제 또는 제동작동 전 상태로 복귀시킨다. 앞서 설명한 바와 같이 제1 모드 시 스핀들(121)의 추가적인 제1 방향 회전이 발생하나, 전자제어유닛은 제1 모드에서 발생되는 추가 회전량에 상응하는 만큼 스핀들(121)을 제2 방향으로 회전시켜 스핀들(121) 및 너트(125)를 원 위치로 복귀시킬 수 있다.
제1 모드 수행 후 원 위치로 복귀된 스핀들(121)은 다시금 차량의 제동작동 시 제2 각도만큼 회전함에 따라, 스핀들(121) 또는 너트(125)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 브레이크 패드(10)의 마모를 보상한 상태로 제동작동이 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 11은 드래그를 저감하기 위한 제2 모드 상태에서 본 실시 예에 의한 전기 기계식 브레이크(100)의 작동을 나타내는 측방향 단면도이며, 도 12는 도 11의 E - E' 방향 단면도로서, 제2 모드 상태에서 제1 돌기(137)와, 제2 돌기(138) 및 제3 돌기(139)의 위치를 나타낸다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 전자제어유닛은 제2 모드에 진입하기 위해, 액츄에이터의 작동을 제어하여 스핀들(121)을 제2 방향으로 회전시킨다. 이 때, 전자제어유닛은 일반적인 제동해제 상태를 위한 스핀들(121)의 제2 방향 회전 보다 추가적인 제2 방향 회전(도 4의 제3 각도 초과)을 발생시킴으로써, 스핀들(121)의 플랜지(136)에 마련되는 제3 돌기(139)가 너트(125)에 마련되는 제2 돌기(138)에 걸리게 된다. 제2 돌기(138)는 제3 돌기(139)에 걸려 함께 제2 방향으로 회전함으로써, 너트(125) 역시 제2 방향 회전이 발생하게 된다. 너트(125)의 제2 방향 회전에 의해 너트(125)에 대한 피스톤(110)의 상대위치가 후퇴할 수 있으며, 이로써 피스톤(110)이 패드 플레이트로부터 이격됨으로써 드래그를 저감해줄 수 있다.

Claims (13)

  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 외주면에 형성되는 제1 나사산과,
    상기 피스톤의 내주면에 형성되되 상기 제1 나사산과 치합하는 제2 나사산과,
    상기 스핀들과 상기 너트 사이에 마련되어 상기 스핀들의 회전에 의해 상기 너트를 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,
    상기 플랜지에 돌출 형성되는 제1 돌기와,
    상기 너트에 돌출 형성되되, 상기 스핀들의 제1 방향 회전 시 상기 제1 돌기에 걸려 상기 너트의 제1 방향 회전을 유도함으로써 상기 피스톤의 상대위치를 전진시키는 제2 돌기를 포함하는 전기 기계식 브레이크.
  3. 제2항에 있어서,
    차량의 제동해제 상태에서 상기 제1 돌기와 상기 제2 돌기 사이의 제1 각도는
    차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동 상태까지 상기 제1 돌기가 회전하는 제2 각도 보다 크게 마련되는 전기 기계식 브레이크.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 어져스터는
    상기 플랜지에 돌출 형성되는 제3 돌기를 더 포함하되,
    상기 제2 돌기는
    상기 스핀들의 제2 방향 회전 시 상기 제3 돌기에 걸려 상기 너트의 제2 방향 회전을 유도함으로써 상기 피스톤의 상대위치를 후진시키는 전기 기계식 브레이크.
  5. 제4항에 있어서,
    차량의 제동 상태에서 상기 제2 돌기와 상기 제3 돌기 사이의 제3 각도는
    차량의 제동 상태로부터 차량의 제동해제 상태까지 상기 제3 돌기가 회전하는 제4 각도 보다 크게 마련되는 전기 기계식 브레이크.
  6. 제4항에 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.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 돌기 및 상기 제3 돌기는
    상기 너트에 대향하는 상기 플랜지의 전면에 서로 이격되어 돌출 형성되고,
    상기 제2 돌기는
    상기 플랜지의 전면에 대향하는 상기 너트의 후면에 돌출 형성되는 전기 기계식 브레이크.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 액츄에이터의 작동을 제어하는 전자제어유닛; 및
    차륜과 함께 회전하는 디스크와 상기 브레이크 패드 사이의 체결력을 측정하는 감지부;를 더 포함하는 전기 기계식 브레이크.
  9. 제8항에 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.
  10. 제9항에 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.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 모드 시,
    상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 차량의 제동해제 상태로부터 차량의 제동 상태까지 상기 스핀들을 제1 방향으로 회전시키되, 상기 스핀들의 추가적인 제1 방향 회전을 발생시켜 상기 제1 돌기가 상기 제2 돌기에 접하여 회전함으로써, 상기 너트의 제1 방향 회전을 유도하고,
    상기 너트의 제1 방향 회전에 의해 상기 너트에 대한 상기 피스톤의 상대적인 위치를 전진시키는 전기 기계식 브레이크의 작동방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전자제어유닛은
    상기 제1 모드 후, 상기 스핀들 또는 상기 제1 돌기를 차량의 제동해제 상태의 원 위치까지 복귀시키는 전기 기계식 브레이크의 작동방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 모드 시,
    상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 차량의 제동 상태로부터 차량의 제동해제 상태까지 상기 스핀들을 제2 방향으로 회전시키되, 상기 스핀들의 추가적인 제2 방향 회전을 발생시켜 상기 제3 돌기가 상기 제2 돌기에 접하여 회전함으로써, 너트의 제2 방향 회전을 유도하고,
    상기 너트의 제2 방향 회전에 의해 상기 너트에 대한 상기 피스톤의 상대적인 위치를 후진시키는 전기 기계식 브레이크의 작동방법.
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