KR100381775B1 - 자동차의 전기 브레이크 장치_ - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 전기 브레이크 장치를 개시한다. 본 발명은 휠 브레이크부가 동력 발생부인 모터부와, 상기 모터부의 내부에 고정 설치되는 스테이터 및 로터와, 상기 로터의 내측 중심부에 형성된 암나사와, 상기 암나사와의 결합에따라 직선운동을 하는 스크류 기어와, 상기 스크류 기어의 일측 끝단에 부착된 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤의 가이드와 유로를 이루는 실린더와, 상기 실린더의 유압에 의하여 압력을 전달하는 깔때기 모양의 콘테이너부와, 상기 콘테이너부의 면적이 큰 일측면에 부착된 제2 피스톤과, 상기 제2 피스톤의 일측과 그에 대향된 타측에 위치하여 브레이크 디스크를 가압하는 한 쌍의 브레이크 패드를 제공하는데 그 특징이 있다. 따라서 유압 실린더와 스크류 기어를 사용하여 적은 용량의 모터로 보다 큰 제동력을 발휘할 수 있게 하였으며, 유압 실린더와 스크류 기어를 모터의 중심부에 내장시켜서 전체적인 모터의 부피를 줄여 협소한 자동차 바퀴에 장착되는 휠 브레이크부를 용이하게 하여 생산성 향상을 얻을 수 있다.

Description

자동차의 전기 브레이크 장치

본 발명은 자동차의 전기 브레이크 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 회전운동을 스크류 기어와 유압 실린더를 통해 직선운동으로 변환시킴으로서, 브레이크 디스크에 보다 큰 제동력을 제공하도록 휠 브레이크부를 개선한 자동차의 전기 브레이크 장치에 관한 것이다.

종래의 자동차에 널리 사용되고 있는 브레이크 장치는 유압식으로서, 부스터와 실린더 등의 배가 장치를 필요로 하므로 장치의 부피가 크고 가격이 고가이며, 무엇보다도 유압식은 충분한 제동력을 이루기에는 역부족하다는 등의 문제점이 있었다.

따라서 최근에는 유압 대신에 전기를 이용한 자동차의 브레이크 장치에 대한 연구가 진행되고 있으며, 미국특허 제4,793,447호에 전기를 이용한 브레이크 장치가 출원되어 있다.

미국특허 제4,793,447호는 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(40)와, 이 모터(40)의 회전축에 설치되는 선기어(52)와, 이 선기어(52)와 외접되는 유성기어(54)와, 유성기어(54)를 지지하는 2개의 캐리어(61)(62)와, 유성기어(54)를 에워싼 상태로 유성기어(54)와 내접되는 2개의 링기어(70)(80)와, 2개의 링기어(70)(80)중 내측 링기어(80)에 설치되는 스크류 기어(88)와, 이 스크류 기어(88)와 나사결합되어 브레이크 패드(18)를 브레이크 디스크(22)에 가압하는 피스톤(30)을 구비하여 구성되어 있다.

그러나 이와 같이 구성된 종래의 전기 브레이크 장치는, 모터(40)의 회전력이 선기어(52)를 통해 입력되고 링기어(80)를 통해 축력되며, 링기어(80)와 함께 회전하는 스크류 기어(88)를 통해 피스톤(30)이 직선 이동되면서 브레이크 디스크(22)를 가압하도록 구성되어 있으므로, 모터(40)의 회전속도가 급격하게 큰 감속비로 감속되어 스크류 기어(88)로 전달되기 때문에 스크류 기어(88)에는 큰 힘을 급격하게 걸리게 되어 스크류 기어(88)의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

또한, 스크류 기어(88)를 통해 출력되는 모터의 동력 손실이 많아 충분한 제동력을 발휘하기에는 역부족하며, 브레이크의 작동으로 전진한 스크류 기어(88)는 브레이크의 해제시 전진된 스크류 기어(88)의 복귀를 위해 모터의 역회전이 반복되어 이루어지며, 이는 잦은 브레이크를 사용할 때 고장의 원인이 될 수도 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 패드와 스크류 기어 사이에 유압 실린더를 사용하여 힘의 배가와 자동풀림을 이룰 수 있으며, 또한, 모터의 중심부에 유압 실린더와 스크류 기어 장치를 포함함으로서 크기를 최소화하여 자동차 바퀴의 협소한 공간에 장착이 가능하게 한 자동차의 전기 브레이크 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 페달 변위 측정부와, 브레이크 패드에 제동력을 전달하는 휠 브레이크부와, 상기 페달 변위 측정부로부터 전달된 페달 정보와 각종 센서로부터 전달되는 제동 정보에 따라 상기 휠 브레이크부의 구동을 제어하는 중앙 처리부를 구비하는 자동차의 전기 브레이크 장치에 있어서,

상기 휠 브레이크부는 동력 발생부인 모터부와, 상기 모터부의 내부에 고정 설치되는 스테이터 및 로터와, 상기 로터의 내측 중심부에 형성된 암나사와, 상기 암나사와의 결합에따라 직선운동을 이루는 스크류 기어와, 상기 스크류 기어의 일측 끝단에 부착된 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤의 가이드와 유로를 이루는 실린더와, 상기 실린더의 유압에 의하여 압력을 전달하는 깔때기 모양의 콘테이너부와, 상기 콘테이너부의 면적이 큰 일측면에 부착된 제2 피스톤과, 상기 제2 피스톤의 일측과 그에 대향된 타측에 위치하여 브레이크 디스크를 가압하는 한 쌍의 브레이크 패드를 포함하는 자동차의 전기 브레이크 장치를 제공하는데 그 특징이 있다.

도 1은 종래 자동차의 전기 브레이크 장치를 도시한 결합단면도.

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 전기 브레이크 장치의 전체 시스템을 도시한 블록도.

도 3a는 본 발명에 따른 전기 브레이크 장치의 휠 브레이크부를 도시한 결합단면도.

도 3b는 본 발명에 따른 브레이크 디스크가 제동되는 상태를 도시한 사용 상태 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40 : 모터부 42 : 스테이터

44 : 로터 46 : 암나사

48 : 스크류 기어 50 : 제1 피스톤

60 : 콘테이너부 62 : 유체

70 : 실린더 72 : 제2 피스톤

80 : 브레이크 패드 90 : 브레이크 디스크

100 : 캘리퍼

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 전기 브레이크 장치의 전체 시스템을 도시한 블록도이고, 도 3(a)는 본 발명에 따른 자동차용 전기 브레이크 장치의 휠 브레이크부를 도시한 결합단면도이며, 도 3(b)는 도 3(a)에 따른 자동차의 전기 브레이크 장치의 사용 상태도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 전기 브레이크 장치는, 페달 변위 측정부(2)와, 휠 브레이크부(10) 및 중앙 처리부(5)를 구비한다.

페달 변위 측정부(2)는 페달(3)과, 이 페달(3) 축의 끝에 설치되어 회전각을 계산할 수 있는 펄스를 발생시키는 엔코더(4)를 구비한다.

그리고 중앙 처리부(5)는 페달 변위 측정부(2)로부터 전달된 엔코더(4) 변위의 정보(펄스 신호)를 각종 센서로부터 전달되는 제동 정보와 호환되도록 마핑(Mapping)시켜 엔코더 변위 정보와 제동 정보에 따라 휠 브레이크부(10)에 실행 명령을 전달하는 역할을 하게 된다.

그리고 휠 브레이크부(10)는 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 동력 발생부인 모터부(40)는 그 내부에 스테이터(42)와 로터(44)를 구비한다. 상기 스테이터(42)의 내주면에는 로터(44)가 길이 방향으로 위치하며, 상기 로터(44)의 중심부 내측에는 암나사(46)가 소정길이로 형성되어 있다. 상기 나사산이 형성된 암나사(46)에는 그에 결합되어 직선운동을 이루는 스크류 기어(48)가 맞물려 있으며, 상기 일측 끝단에는 스크류 기어(48)의 회전 힘을 받아 유체에 압력을 가하는 제1 피스톤(50)이 위치한다. 상기 제1 피스톤(50)의 외주면에는 가이드와 유로를 형성한 관로가 로터(44)의 내주면에서부터 직경이 점차로 넓어지는 형상으로 실린더(70)가 돌출되어 있으며, 상기 내측에는 콘테이너부(60)와 유체(62) 및 한 면의 브레이크 패드(80)를 포함한다.

상기 콘테이너부(60)는 실린더(70)의 내측 최대의 구경(口徑)과 같은 크기로부터 형성되어 구경이 점점 작아지는 경사부를 이루는 깔때기 형상으로 형성된다. 상기와 같이 형성된 실린더(70)는 콘테이너부(60)의 내측에 밀착되어 이동하며 후방에 형성된 밀폐 공간부에는 유체(62)가 위치하여 제1 피스톤(50)이 이 유체(62)에 압력을 가하면 상기 콘테이너부(60)를 가압하게 된다. 상기 콘테이너부(60)의 구경이 큰 내측에는 제1 피스톤(50)보다는 면적이 큰 제2 피스톤(72)이 부착되며 이는 콘테이너부(60)로 전달된 힘을 브레이크 패드(80)에 직접 전달하는 역할을 한다. 이 때 콘테이너부(60) 내부의 밀폐된 공간부에는 제동 마찰시 발생되는 고열을 막기 위하여 진공 상태를 유지시켜 단열을 이루도록 하였다. 상기 한 쌍의 브레이크 패드(80)는 브레이크 디스크(90)에 직접적인 면접촉에 의한 가압을 이루는 것으로서, 일측은 캘리퍼(100)에 고정되어 있으며, 타측은 콘테이너부(60)의 내측에 위치하여 실린더의 압력을 받아 제동력을 이룬다. 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차의 전기 브레이크 장치의 휠 브레이크부의 제동 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 운전자가 페달(3)을 조작하면 페달 변위 측정부(2)의 엔코더(4)에서 페달(3)의 회전각을 계산할 수 있는 펄스를 발생시켜 중앙 처리부(5)로 전달하고, 중앙처리부(5)에서는 전달된 펄스 신호를 각종 센서로부터 전달되는 제동 정보와 호환되도록 마핑(Mapping)시키고, 이들 정보를 비교 판단한 후 그 데이터 값에 따라서 휠 브레이크부(10)의 모터(40)에 전류를 공급한다.

따라서 모터(40)의 전류를 작동하여 로터(44) 부분이 회전한다. 상기 회전은 스크류 기어(48)의 메커니즘 부분에서 암나사(46)를 따라 직선운동으로 바뀐다. 상기 직선운동은 스크류 기어(48)와 그의 끝단에 부착된 제1 피스톤(50)을 전진시켜 유체(62)를 압력을 가한다. 이 때에 제1 피스톤(50)은 면적비에 따라서 힘이 배가가 된다. 상기 제1 피스톤(50)은 작은 크기로 큰비로의 배력을 전달한다.

상기 전달된 유압은 콘테이너부(60)를 이송시키며, 그에 부착된 제2 피스톤(72)은 브레이크 패드(80)에 작동된다. 이 힘은 브레이크 디스크(90)에 전달되는 마찰력에 의하여 제동된다. 또한, 상기 마찰력에 의하여 발생되는 고열은 콘테이너부(60)의 진공부에서 이를 단열하는 작용을 한다.

상기와 같이 브레이크 페달(3)의 작동으로 발생된 제동력은 해제시에는 별도의 풀림 장치 없이 역순으로 이루어지며, 이는 종래의 전기 제동(Brake By Wire)에서 별도의 장치로 사용되어지는 엑츄에이터를 사용치 않아 원가 절감을 갖는 장점이 있다.

상기 브레이크 디스크(90)와 브레이크 패드(80)사이에 발생된 마찰력은 제2 피스톤(72)에 작용하며, 이 힘은 유체를 통하여 유압으로 제1 피스톤(50)에 전달된다. 상기 제1 피스톤(50)에 의하여 전달된 힘은 스크류 기어(48)를 암나사(46)를 따라 후진시키며 토크(torque)로 변화한다. 상기 토크는 모터를 회전시킨다. 이렇케하여 브레이크 디스크(90)와 브레이크 패드(80)는 떨어져서 마찰력이 소정 이하로 떨어지면 더 이상의 피스톤이나 스크류 기어(48)가 작동을 멈춘다.

상기와 같은 작동은 유압 실린더와 스크류 기어의 메커니즘을 이용하여 적은 용량의 모터로 보다 큰 제동력을 발휘할 수 있으며, 유압 실린더와 스크류 기어를 모터부의 중심부에 장착하여 전체적인 모터의 크기를 작게 하였다. 이는 특히 협소한 자동차 바퀴의 공간에 장착되어지는 휠 브레이크의 부착을 적합하게 하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 자동차의 전기 브레이크 장치에 의하면, 유압 실린더와 스크류 기어를 사용하여 적은 용량의 모터로 보다 큰 제동력을 발휘할 수 있게 하였으며, 유압 실린더와 스크류 기어를 모터의 중심부에 내장시켜서 전체적인 모터의 부피를 줄여 협소한 자동차 바퀴에 장착되는 휠 브레이크부를 용이하게 하여 생산성 향상을 이루는 효과가 있다.

또한, 종래의 전기 제동(Brake By Wire)에서 브레이크의 해제시 별도의 장치로 사용되어지는 엑츄에이터를 사용치 않아 원가 절감을 갖는 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 페달 변위 측정부와, 브레이크 패드에 제동력을 전달하는 휠 브레이크부와, 상기 페달 변위 측정부로부터 전달된 페달 정보와 각종 센서로부터 전달되는 제동 정보에 따라 상기 휠 브레이크부의 구동을 제어하는 중앙 처리부를 구비하는 자동차의 전기 브레이크 장치에 있어서,

   상기 휠 브레이크부는 동력 발생부인 모터부와, 상기 모터부의 내부에 고정 설치되는 스테이터 및 로터와, 상기 로터의 내측 중심부에 형성된 암나사와, 상기 암나사와의 결합에따라 직선운동을 하는 스크류 기어와, 상기 스크류 기어의 일측끝단에 부착된 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤의 가이드와 유로를 이루는 실린더와, 상기 실린더의 유압에 의하여 압력을 전달하는 깔때기 모양의 콘테이너부와, 상기 콘테이너부의 면적이 큰 일측면에 부착된 제2 피스톤과, 상기 제2 피스톤의 일측과 그에 대향된 타측에 위치하여 브레이크 디스크를 가압하는 한 쌍의 브레이크 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전기 브레이크 장치.