KR100547962B1 - 제어 센서가 있는 전기 액츄에이터 및 이 액츄에이터를 구비한 디스크 브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전기 액츄에이터(1)는 스크류 기구(3)을 포함하는 하우징(2) 및 이 스크류 기구(3)에 구동 가능하게 결합된 전동기(4)를 구비하며, 상기 스크류 기구(3)은 상기 전동기(4)의 회전 운동에 응답하여 직선 운동하고, 스크류(17)와 너트(18)를 포함하며, 그 중 하나가 상기 하우징(2)에 대해 지지되며, 상기 스크류 기구(3)의 회전 운동 및/또는 직선 운동과 관련된 양을 측정하기 위해 센서(28)가 제공된다. 상기 센서(28)로부터의 신호에 근거하여 스크류 기구의 회전 및/또는 직선 운동을 모니터링 및/또는 제어하는 제어 유닛(29)이 제공된다.

Description

제어 센서가 있는 전기 액츄에이터 및 이 액츄에이터를 구비한 디스크 브레이크{ELECTRIC ACTUATOR WITH CONTROL SENSOR, AND DISC BRAKE COMPRISING SUCH ACTUATOR}

본 발명은 하우징 안에 스크류 기구 및 이 스크류 기구에 구동 가능하게 결합되는 전동기를 내장하고, 이 전동기의 회전 운동에 응답하여 직선운동을 제공하는 스크류 기구는 하우징에 대하여 지지되는 스크류 및 너트를 포함하며, 이 스크류 기구의 회전 운동 및/또는 직선 운동과 관련된 양을 측정하는 센서가 제공되는 전기 액츄에이터에 관한 것이다.

이 전기 액츄에이터는 국제 출원 제WO-A-9403301호로 공지되어 있다. 이 액츄에이터의 전동기는 스크류 기구를 회전시켜, 디스크 브레이크의 브레이크 패드 상에 클램핑력을 가한다. 제동력을 미세하게 조정하기 위해서는 스크류 기구의 회전을 정확하게 제어하는 것이 중요하다. 또한, 디스크 브레이크의 작동 중에 발생하는 브레이크 패드의 마모를 보상하도록 스크류 기구를 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은 모든 종류의 구동 조건 및 목적(예를 들면 도난 방지)을 위해 스크류 기구를 완전히 제어할 수 있는 전술한 타입의 전기 액츄에이터를 제공하는 것이다. 이러한 본 발명의 목적은 센서로부터의 신호에 근거하여 스크류 기구의 회전 운동 및/또는 직선 운동을 제어하는 제어 유닛에 의해 달성된다.

제어 유닛에는 스크류 기구의 위치 및 회전수에 관한 정보가 계속적으로 제공되기 때문에, 스크류 기구를 정확한 방식으로 제어하기 위해 항상 갱신될 것이다.

센서는 다양한 위치에 배치될 수 있다. 하우징에 대해 스크류 기구를 지지하는 적어도 하나의 베어링을 포함하는 액츄에이터에 있어서, 센서는 베어링 링의 적어도 하나에 결합될 수 있다. 또한, 센서는 스크류, 너트 또는 하우징에 결합될 수 있다.

롤링 부재가 케이지에 수용되어 있는 경우, 센서는 적어도 케이지에 결합될 수 있다.

롤러가 롤러 케이지에 수용되는 롤러 스핀들을 갖는 실시예에 있어서, 센서는 롤러 케이지에 결합될 수 있다.

센서 자체는 마찬가지로 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 센서는 광학 센서 또는 자기 위치 인코더일 수 있으며, 예컨대, 서로에 대해 회전 가능한 부분 및 펄스 링을 포함하며, 이 펄스 링과 다른 부분 중 하나는 하우징에 대해 고정되어 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액츄에이터는 바람직하게 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼에 사용될 수 있으며, 상기 액츄에이터는 전술한 바와 같이 스크류 기구 및 이 스크류 기구에 구동 가능하게 결합되는 전동기를 내장한 하우징과, 이 하우징이 결합되는 요크와, 한 쌍의 브레이크 패드를 포함하며, 이 스크류 기구는 전동기의 회전 운동에 응답하여 직선 운동을 제공하고, 또한 하우징에 대해 적어도 하나가 지지되어 있는 스크류와 너트를 포함하며, 그 브레이크 패드중 한쪽은 요크의 고정부에 결합되어 있고, 다른쪽은 스크류 기구의 스크류 또는 너트에 결합되어 있다.

또한, 센서로부터의 신호에 근거하여 스크류 기구의 회전 및/또는 직선 운동을 제어하는 제어 유닛이 제공될 수 있다.

이 센서는 기본적인 기능, 예컨대, 마모 보상, 제동력 피드백(ABS) 및 보수 표시에 관한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 견인 제어, 차량 동력 및 도난 방지 기능의 모니터링도 가능하다.

브레이크 패드는 그 수명 중에 마모되고 그에 따라 얇아진다. 이는 롤러 스크류가 최대 30 mm까지 될 수 있는 마모를 보상해야 한다는 것을 의미한다. 그러나, 안정적인 동작을 보장하기 위해, 패드와 브레이크 디스크 사이의 간격은 항상 거의 0.2 mm로 유지되어야 한다. 이는 복수의 펄스가 특정 간격을 나타내기 때문에 롤러 스크류 인코더에 의해 행하여질 수 있다. 브레이크 작동시, 브레이크 패드는 디스크를 향해 임의의 힘으로 압박되어진다. 브레이크가 해제되면 힘은 감소하며, 브레이크가 어떤 최소 레벨 이하로 되면, 패드는 여전히 디스크에 접촉하고 있지만, 펄스 카운터는 0으로 설정된다. 전동기는 적절한 펄스수가 카운트될 때까지 역회전된다. 센서의 분해능이 1 mm의 롤러 스크류 리드에 대해 회전당 400 펄스인 경우, 이는 1×0.2×400 = 80 펄스를 나타낸다. 이러한 방식으로, 각 브레이크 동작에서 보정이 행해진다. 롤러 스크류에 대한 장점은 가장 확실한 힘이 인가되는 지점이 그 전체 길이 상에서 1/400 회전씩 구분된 단계로 점진적으로 이동된다는 점이다.

이러한 마모 보상의 기능을 제공하기 위해, 제어 유닛은 스크류 기구가 정지 위치에서 완전 제동 위치까지 회전할 때의 회전수를 카운트하는 카운터와, 정지 위치에서 완전 제동 위치까지의 최대 소망 회전수를 나타내는 일정한 회전수를 기억하는 메모리와, 실제 회전수와 최대 소망 회전수를 비교하고 실제의 회전수가 최대 소망 회전수를 초과하하는 경우, 정지 위치를 재설정하는 비교기를 포함한다.

브레이크 패드 변위는 또한 본 발명에 따라 브레이크 캘리퍼에서 모니터링될 수 있다.

이 경우, 제어 유닛은 브레이크 패드가 마모되지 않은 개시 위치로부터 실제 완전 제동 위치까지의 스크류 기구의 전체 회전수를 카운트하는 제2 카운터와, 최대 허용 가능한 회전수를 기억하는 제2 메모리와, 전체 회전수가 최대 허용 가능한 회전수를 초과하는지를 확인하고, 전체 회전수가 최대 허용 가능한 회전수를 초과하는 경우, 보수가 필요한 것을 나타내는 경고 신호를 발생시키는 비교기를 포함할 수 있다.

또한, 제어 유닛은, 실제 회전수에 기초하여 실제 제동력을 설정하기 위해 회전수의 함수로서 소망의 제동력을 나타내는 한 세트의 제동 특성 데이터를 기억하는 제3 메모리를 포함할 수 있다.

전술한 캘리퍼에 있어서, 서로 관련된 브레이크 패드들의 변위는 스크류 기구에 의해 획득된다. 이러한 기구는 비교적 큰 변위 또는 큰 하중에 적당하다. 높은 듀티 사이클의 환경에서는 롤러 스핀들을 이용하는 것이 바람직하다. 스크류 기구의 비교적 큰 전체 이동 거리는 예컨대, 캘리퍼 자체의 탄력성 및 브레이크 패드의 마모를 흡수하는 보상 변위에 의해 소모된다.

브레이크 패드는 구조적인 탄력성에 의해 발생되는 유격을 제거한 후에, 중요한 제동 작용을 전달하기 시작한다. 이 브레이크 패드의 디스크 브레이크로 최종적인 적용 단계는 상당한 토크가 필요하고, 이는 설치된 전동기의 전력 및 스크류 나사산 마모의 점에서 불리한 경우가 있다.

이 경우, 스크류 기구가 압전재 작동 부재(piezoelectric material actuation member)와 결합하는 실시예에서 개선될 수 있다.

이 실시예에서, 스크류 기구는 느슨함 및 유격을 제거하기 위해 임의의 유지 토크까지 작동된다. 이어서, 압전재 작동 부재는 최종적인 브레이크 변위를 획득하기 위해 작동된다.

바람직하게, 스크류는 관련 브레이크 패드의 측면에서 개방하는 보어를 가지며, 이 보어는 한 쪽 단부가 보어의 저면에 지지되고, 다른쪽 단부가 브레이크 패드에 결합되는 헤드에 대하여 정지하는 일련의 압전 소자 또는 자기 변형 소자를 수용한다.

본 발명은 또한 디스크 브레이크를 제어하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 정지 위치에서 완전 제동 위치까지의 실제 회전수를 카운트하는 단계와, 이 실제 회전수와 최대 소망 회전수를 비교하는 단계와, 그 실제 회전수가 상기 최대 소망 회전수를 초과하는 경우 브레이크 패드 마모를 보상하기 위해 정지 위치를 재설정하는 단계와, 그 실제 회전수와 최대 소망 회전수 사이의 차이를 설정하는 단계와, 이 차이를 이용하여 그 정지 위치를 재설정할 때 재설정되는 정지 위치를 설정하는 단계를 포함한다.

또한, 브레이크 캘리퍼를 제어하는 방법은, 브레이크 패드가 마모되지 않은개시 위치로부터 실제의 완전 제동 위치까지의 스크류 기구의 실제 회전수를 카운트하는 단계와, 그 실제 회전수와 허용 가능한 최대 회전수를 비교하는 단계와, 그 전체 회전수가 허용 가능한 최대 회전수를 초과하는 경우를 확인하는 단계와, 전체 회전수가 최고 회전수를 초과하는 경우는 보수 표시를 위한 경고 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예와 관련하여 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼를 도시한다.

도 2는 도 1의 브레이크 캘리퍼의 제어 방식을 도시한다.

도 3은 제동 특성치를 포함하는 그래프를 도시한다.

도 1에 도시된 브레이크 캘리퍼는 스크류 기구(3) 및 전동기(4)를 내장하는 하우징(2)을 갖는 액츄에이터를 포함한다. 전동기(4)의 고정자(5)는 하우징에 결합되어 있고, 전동기 회전부(6)는 지지 부재(7)에 결합되며, 이 지지 부재(7)는 4점 접촉볼 베어링(9)의 내륜(8)에 결합되어 있다. 이 내륜은 지지 부재(7)의 돌출부 (11)가 결합되는 요면(凹面)(10)를 갖는다.

각접촉(angular contact) 볼 베어링은 또한 2개의 링 반체(12, 13)를 포함하는 외륜과 일련의 단일 볼(14)을 갖는다. 바람직하게, 각접촉 볼 베어링(9)은 최대 축 베어링 능력을 제공하기 위한 완전 보상 볼 베어링이다. 한 쌍의 접촉점에 의해 각각 규정된 볼 베어링의 동작선은 비대칭이기 때문에 베어링 기능을 더욱 개선할 수 있다.

스크류 기구(9)는 롤러 스크류 기구이며, 너트(8)[4점 접촉 볼 베어링(9)의 내륜(8)과 일체형으로 형성됨], 롤러 케이지(16)에 포함된 일련의 롤러(15) 및 스크류(17)를 갖는다. 이 스크류는 보어(18)를 포함하며, 이 보어는 일련의 압전 부재(19)를 포함한다. 일련의 압전 부재(19)의 일단부는 보어(18)의 저면(20)에 인접하고, 타단부는 브레이크 패드(22)와 결합하는 헤드(21)에 인접한다.

다른쪽 브레이크 패드(23)는 브레이크 캘리퍼의 고정부(24)에 결합된다. 브레이크 패드(22,23)는 브레이크 디스크(25)를 둘러싼다. 액츄에이터(3)의 내부 공간의 일단부는 헤드(21)에 결합된 벨로우즈(26)에 의해 폐쇄되어 있으며, 타단부는 지지 부재(7)를 지지하는 니들 베어링(27)에 의해 폐쇄되어 있다.

일체화된 내부 베어링 링/너트(8)와 하우징(1) 사이에는 링 센서(28)가 스크류 기구의 회전 운동을 감지하기 위해 배치되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼는 도 2에 도시되고 이하 설명되는 바와 같이 기능하는 제어 유닛(29)을 포함한다.

제어 유닛(29)은 라인(31)을 통해 센서로부터 스크류 기구의 회전 및 그에 따른 스크류(17)의 축 변위에 관한 정보를 수신한다. 또한, 제어 유닛은 브레이크 페달로부터 라인(32)을 통해 도달하는 브레이크 신호에 응답하여 전동기(5)를 라인(31)을 통해 제어한다.

또한, 제어 유닛(29)은 라인(33)을 통해 전기 전류원(34)을 제어하며, 이 전기 전류원은 라인(35)을 통해 압전 부재(19)를 기동시킨다.

제어 유닛(1)은 브레이크 페달로부터의 제어 신호(32)를 수신하면, 먼저 스크류 기구를 변위시키기 위해 모터(5)를 기동시킨다. 스크류 기구가 브레이크 페달(22, 23)을 브레이크 디스크(25)에 접촉하도록 이동시키고, 브레이크 캘리퍼로부터 탄성력을 갖기 위한 소정의 변위 후에, 전동기(5)는 스크류 기구를 차단하기 위해 정지하고 기동된 상태를 유지한다.

이어서, 완전 제동력까지 최종적으로 이동하기 위해, 압전 소자(19)는 기동되고, 최대 변위 0.2 mm를 이동한다. 그에 따라, 완전 제동력은 스크류 기구(9)에 의해 발생된 변위와 압전 소자(19)에 의해 획득된다.

도 3에 도시된 그래프는 브레이크 특성 데이터를 포함하며, 제동력은 종축을 따라 표시되며, 액츄에이터 변위는 횡축을 따라 표시된다. 이 특성 데이터 세트는 브레이크 캘리퍼 제어 유닛에 포함된다. 브레이크 페달에서 상기 제어 유닛에 신호를 제공하면, 대응하는 제동력이 선택된다. 그런 다음, 대응하는 변위는 그래프로부터 독출되고, 이어서 액츄에이터는 소망의 브레이크 작용을 제공하기 위해 대응하는 회전수로 구동된다.

Claims (21)

1. 전기 액츄에이터(1)와, 요크(24)와, 한 쌍의 브레이크 패드(22, 23)와, 제어 유닛(29)을 포함하는 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼로서, 상기 전기 액츄에이터(1)의 하우징(2)에는 스크류 기구(3) 및 이 스크류 기구(3)에 구동 가능하게 결합된 전동기(4)를 내장하고, 이 전동기(4)의 회전 운동에 응답하여 직선 운동을 제공하는 상기 스크류 기구(3)는 스크류(17)와 너트(8)를 구비하며, 이들 중 하나는 하우징(2)에 관하여 지지되고, 이 하우징(2)은 상기 요크(24) 위에 결합되며, 이 요크 (24)의 고정부에는 상기 한 쌍의 브레이크 패드 중 하나가 결합되고, 다른 하나는 스크류 기구(3)의 스크류(17) 또는 너트(8)에 결합되며, 상기 제어 유닛 (29)은 센서(28)로부터의 신호에 기초하여 스크류 기구(3)의 회전 운동 또는 직선 운동을 모니터링 또는 제어하는 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼에 있어서,

   상기 제어 유닛은 상기 스크류 기구가 정지 위치에서 완전 제동 위치로 회전되는 회전수를 카운트하는 카운터와, 상기 정지 위치에서 완전 제동 위치까지의 최대 소망 회전수를 나타내는 일정한 회전수를 기억하는 메모리와, 실제 회전수와 상기 최대 소망 회전수를 비교하고 상기 실제 회전수가 상기 최대 소망 회전수를 초과하는 경우 브레이크 패드의 마모를 보상하기 위해 정지 위치를 재설정하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 브레이크 패드가 마모되지 않은 개시 위치로부터 실제 완전 제동 위치까지의 스크류 기구의 전체 회전수를 카운트하는 제2 카운터와, 허용 가능한 최대 회전수를 기억하는 제2 메모리와, 상기 전체 회전수가 허용 가능한 최대 회전수를 초과하는지 여부를 확인하고, 상기 전체 회전수가 상기 허용 가능한 최대 회전수를 초과하는 경우 보수 표시를 나타내는 경고 신호를 발생시키는 비교기를 포함하는 것인 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 실제 회전수에 기초하여 실제의 제동력을 설정하기 위해 회전수의 함수로서 제동력을 제공하는 브레이크 특성 데이터의 세트를 내장한 제3 메모리를 포함하는 것인 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 유닛은 브레이크 페달로부터의 제동 신호를 위한 입력부(32)를 포함하는 것인 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스크류 기구(3)은 압전 또는 자기 변형 작동 부재(19)와 결합하는 것인 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼.
6. 제5항에 있어서, 상기 스크류(17)는 상기 관련 브레이크 패드(22)의 측면에서 개방하는 보어(18)를 갖고, 상기 보어(18)는 일단부가 보어(18)의 저면(20)에 지지되고, 타단부가 상기 브레이크 패드(22)에 결합되는 헤드(21)에서 정지하는 일련의 압전 소자(19)를 포함하는 것인 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼.
7. 제6항에 있어서, 상기 제어 유닛(29)은 처음에 제동력을 적어도 부분적으로 인가하는 전동기(5)를 기동시키고, 그 다음에 상기 기동된 전동기(5)를 유지하면서 공칭 제동력을 달성하는 압전 작동 부재(19)를 기동시키도록 프로그램되는 것인 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼.
8. 제1항에 기재된 브레이크 캘리퍼를 제어하는 방법에 있어서,

   정지 위치에서 완전 제동 위치까지의 실제 회전수를 카운트하는 단계와;

   상기 실제 회전수와 최대 소망 회전수를 비교하는 단계와;

   상기 실제 회전수가 브레이크 패드의 마모를 보상하기 위한 최대 소망 회전수를 초과하는 경우 상기 정지 위치를 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 캘리퍼 제어 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 실제 회전수와 상기 최대 소망 회전수 사이의 차이를 확인하고, 이 차이를 이용하여 상기 정지 위치를 재설정할 때 재설정 정지 위치를 설정하는 것인 브레이크 캘리퍼 제어 방법.
10. 제2항에 기재된 브레이크 캘리퍼를 제어하는 방법에 있어서,

    브레이크 패드가 마모되지 않은 개시 위치에서 실제 완전 제동 위치까지의 스크류 기구의 실제 회전수를 카운트하는 단계와;

    상기 실제 회전수와 허용 가능한 최대 회전수를 비교하는 단계와;

    상기 실제 회전수가 상기 허용 가능한 최대 회전수를 초과하는 경우에 보수 표시를 위한 경고 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것인 브레이크 캘리퍼 제어 방법.
11. 제3항에 기재된 브레이크 캘리퍼를 제어하는 방법에 있어서,

    브레이크 페달로부터 출력하는 신호 등의 소망의 제동 효과와 관련되는 신호를 제공하는 단계와;

    상기 소망의 제동 효과에 필요한 제동력을 설정하는 단계와;

    상기 제3 메모리로부터 상기 필요한 회전수를 획득하는 단계와;

    상기 필요한 회전수에 기초하여 상기 액츄에이터를 구동시키는 단계를 포함하는 것인 브레이크 캘리퍼 제어 방법.
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