KR100574903B1 - 브레이크 마모 측정기구, 작동 간극 조절기구 및 복수의 전기 모터-작동기 램 조립체를 갖춘 전자식 항공기 브레이크 시스템 - Google Patents

브레이크 마모 측정기구, 작동 간극 조절기구 및 복수의 전기 모터-작동기 램 조립체를 갖춘 전자식 항공기 브레이크 시스템 Download PDF

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Abstract

전기적으로 작동되는 항공기 브레이크 시스템(20) 및 방법은 브레이크 마모측정, 브레이크 작동 간극 조절, 램 위치-기초 제어 및 개선된 구조 및 작동을 제공한다. 브레이크 마모 및 작동 간극 측정은 위치 감지 회로의 출력을 분석하여 얻어진다. 바람직하게는 LVDT 위치 센서(36,74,174)를 포함하는 위치 감지 회로가 브레이크 부하를 결정하는데 이용되며, 브레이크 제어기(21)는 위치 센서(36,74,174)로부터 얻어진 위치신호의 현재 변위값을 기초로 하여 예정된 값만큼 브레이크 디스크 스택을 부하시키기 위해 하나 이상의 왕복 램(35)을 변위시키는 회로를 포함한다. 상기 위치 센서(36,74,174)는 브레이크 하우징(47)과 왕복동 램(35)사이에 연결되는 LVTD 변환기를 포함하며, 기동장치는 서보 모터(35,150)를 포함한다. 또한, 각각의 램(35)을 위한 가이드웨이(165)를 포함하는 작동기 하우징(147), 동일한 다각형 단면형상을 갖는 램(35)과 가이드웨이(165)가 제공되므로, 램 너트(163)는 가이드웨이(165)에 의해 안내되고 회전이 제한된다. 회전가능한 휘일상에 제동력을 적용 및 해제하기 위해 브레이크 디스크 스택(80)에 강제 결합 및 해제되는 램 너트(163)와 나선형으로 맞물리는 볼 스크류(162)에 의해서 작동된다. 전기 서보 모터(33,150)는 볼 스크류(162)에 일체결합되는 제 1 기어(159), 상기 제 1 기어와 맞물리는 제 2 기어(156) 및, 전기 모터(150)의 회전가능한 구동 샤프트(158)상의 피니언(157)에 의해 볼 스크류에 구동 연결된다.

Description

브레이크 마모 측정기구, 작동 간극 조절기구 및 복수의 전기 모터-작동기 램 조립체를 갖춘 전자식 항공기 브레이크 시스템 {ELECTRONIC AIRCRAFT BRAKING SYSTEM WITH BRAKE WEAR MEASUREMENT, RUNNING CLEARANCE ADJUSTMENT AND PLURAL ELECTRIC MOTOR-ACTUATOR RAM ASSEMBLES}
본 발명은 브레이크 제어시스템, 특히 전자 브레이크 시스템에 관한 것이며,좀더 구제적으론 항공기 브레이크 시스템에 관한 것이다.
종래기술에 공지된 항공기 휠 및 브레이크 조립체는 회전불가능한 휠 지지대와, 상기 휠 지지대에 회전하도록 부착된 휠과, 전방 및 후방 축방향 단부 및 상대적인 축방향 운동을 수행하도록 상기 휠 지지대 및 휠에 부착된 교번적인 회전자 및 고정자를 갖는 브레이크 디스크 스택(stack)을 포함하고 있다. 각각의 회전자 디스크는 회전을 위해 휠에 결합되고 각각의 고정자 디스크는 회전에 대항해서 휠 지지대에 결합된다. 상기 디스크 팩의 후방단부에는 배면판이 위치되고 상기 전방단부에는 브레이크 헤드가 위치된다. 상기 브레이크 헤드는 상기 배면판에 상기 브레이크 디스크 스택을 압박하도록 연장하는 복수의 작동기 램을 수용한다. 고정식 토오크관 등을 통해 고정자 디스크에 의해 토오크가 인출된다.
브레이크 디스크가 마모되면 이에 대응하여 작동기의 작동 간극(running clearanec)이 증가한다. 허용가능한 작동 간극을 유지하기 위해, 기계식 조절장치가 사용되어 왔다. 상기 장치는 소용이 있기는 하지만 브레이크 시스템의 중량 및 복잡성을 가중시키며 브레이크 디스크 스택을 교체할 때마다 철저한 검사를 필요로 한다. 적어도 이러한 이유들 때문에, 기계식 조절장치가 필요없는 작동 간극 조절기구를 제공하는 것이 바람직하다.
최근의 항공기 브레이크 시스템도 브레이크 디스크 스택의 과도한 마모를 측정하기 위한 마모 핀 표시기를 사용하여 왔다. 브레이크의 마모는 기준판에 대한 상기 핀의 길이로 표시된다. 이러한 장치는 마모 여부를 판단하기 위해 핀의 외관검사를 필요로 하며 내재적으로 정밀도에 문제가 있다. 따라서, 외관검사가 필요없고 보다 정밀한 브레이크 마모 측정기구를 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 전자-기계식 브레이크 시스템과 함께 사용될 수 있는 브레이크 작동기의 작동 간극 및 브레이크 마모 표시수단을 제공하는 것이 바람직하다. 전자-기계식 브레이크 시스템은 유체 누출, 빈번한 보수유지 필요성, 화재 위험 및 과도한 중량과 같은 유압 브레이크 시스템과 관련된 단점들을 제거할 수 있다.
다수의 형태의 전기 작동식 항공기 브레이크가 예를들어, 미국 특허 제 4,381,049호, 제 4,432,440호, 제 4,542,809호, 및 제 4,567,967호에 공지되어 있다. 상기 특허들에 설명된 브레이크 조립체는 링 기어 부재의 회전을 실행하는 전기제어 신호에 반응하는 전기 모터를 포함하며, 상기 링 기어 부재는 복수의 볼을 통해 상호작용하여 선형으로 이동하는 램 부재를 브레이크 디스크 스택과 접촉결합하게 구동함으로써 브레이크 디스크 스택의 압축과 휠의 제동을 실행한다.
미국특허 제 4,596,316호에 다른 형태의 전기 작동식 브레이크가 설명되어 있는데, 상기 브레이크는 브레이크 작용을 위한 브레이크 디스크 스택의 압축을 실행하기 위해 링 기어 부재가 복수의 롤러 스크류를 통해 상호작용하여 램 부재를 브레이크 압력판과 결합하게 구동시키는 롤러 스크류 드라이브를 사용한다. 복수의 전기 모터와 그와 관련된 피니언들은 링 기어를 회전구동시키고 복수의 롤러 스크류는 램 부재의 선형 축방향 운동을 실행한다.
미국 특허 제 4,865,162호에는 롤러 스크류 구동기구를 사용하는 또다른 형태의 전기 작동식 항공기 브레이크가 설명되어 있는데, 상기 구동기구는 구동기구의 스크류 또는 너트중 어느 하나와 결합된 기어 구동장치를 통해 전기 토오크 모터에 의해 구동된다. 토오크 모터에 의한 기어장치의 회전에 따라서 스크류 또는 너트중 다른 하나를 브레이크 디스크 스택과 축방향으로 결합하게 이동시킴으로써 제동을 위한 스택의 압축이 달성된다. 복수의 롤러 스크류 구동기구와 각각의 기어 드라이브 및 토오크 모터가 휠 축선 주위의 밸런싱된 장치 내에 장착되어, 상기 토오크 모터로의 전기 제어신호에 응답하여 상기 브레이크 디스크 스택상에 브레이크 압력을 부과하거나 제거한다.
미국 특허 제 4,995,483호에는 전기 작동식 항공기 브레이크용 모터 위치 피이드백 제어시스템이 설명되어 있다. 상기 시스템 제어기는, 전기 토오크 모터가 왕복 구동기구의 회전부재를 구동시켜서 다른 부재가 멀티-디스크 브레이크 조립체의 브레이크 압력판과 결합하거나 해제되도록 축방향으로 이동시키는, 위치 피이드백 제어식 브레이크 작동기에 응답하여 브레이크의 조임과 해제를 제공한다. 상기 위치 피이드백은 상대위치 정보를 제어기에 제공하는 로터위치 검출기를 사용하여 얻을 수 있다. 상기 시스템은 정전된 후에는 제동성능의 손실, 회복시간의 지연 및 의도되지 않은 브레이크 조임력(clamping force)의 부여 가능성을 초래할 수 있으므로 위치 센서의 재조정을 필요로 한다.
무엇보다도, 롤러 스크류 구동기구를 사용하는 종래의 브레이크보다 양호한 내구성을 갖춤으로써 결합된 스크류 부품들간의 마찰력 증대 및 브레이크의 효율 저하 및 응답성 손실을 초래할 수 있는 부품들의 열화(deterioration)를 최소화한 전기 작동식 항공기 브레이크를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 다중 램 작동기에 의해 균등한 힘이 가해지고 브레이크 조임력의 동적 응답을 최적화할 수 있는 전기 작동식 브레이크를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 브레이크 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이며, 특히 공지된 브레이크 시스템 및 방법들에 비해 다수의 장점을 제공할 수 있는 전기 작동식 항공기 브레이크 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일면에 따르면, 브레이크 시스템 및 방법은 이전에 사용되었던 브레이크 마모 표시기 핀이 필요없는 브레이크 마모 측정을 가능하게 한다. 상세히는, 브레이크 마모 측정이 위치 감지회로의 출력을 분석함으로써 얻어진다. 양호한 실시예에서, 본 발명의 브레이크 디스크 스택의 높이는 작동기 위치 센서 또는 센서들을 사용하여 측정되며 상기 센서들의 출력은 브레이크의 마모량을 표시하기 위해서 기준 브레이크 디스크 스택의 높이와 비교된다. 상기 기준 브레이크 디스크 스택의 높이를 얻기 위해서는 바람직하게는 브레이크 디스크 스택을 예정된 양만큼 로딩하고 상기 브레이크 디스크 스택에 대한 작동기 램 또는 램들의 변위를 측정하기 위한 작동기 위치 센서 또는 센서들을 사용한다. 다중 작동기 램을 사용하는 브레이크 시스템에 있어서, 각 위치 센서의 출력은 관련 브레이크 디스크 스택에 대한 작동기의 변위 측정을 제공하도록 평균화된다. 상기 작동기 위치 센서는 브레이크 하우징에 대한 작동기 램의 실제 위치를 나타내는 신호를 출력하는 절대위치 엔코더가 바람직하다.
따라서, 본 발명의 양호한 실시예는 브레이크 디스크 스택, 하나 이상의 왕복동 램, 회전가능한 부재(예를들어, 휠)에 브레이크 토오크를 가하거나 해제하기 위해서 상기 브레이크 디스크 스택과 강제 결합(forceful engagement)하거나 해제하여 상기 왕복동 램을 선택적으로 이동시키기 위한 왕복동 램에 작동가능하게 연결된 기동 장치, 및 상기 왕복동 램을 선택적으로 제어하고 왕복동 램에 의해 상기 브레이크 디스크 스택에 가해지는 힘을 조절하기 위해 상기 기동 장치를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따라서, 위치 센서가 왕복동 램의 위치를 나타내는 위치신호를 공급하며, 상기 제어기는 상기 위치신호의 현재 변위값을 상기 위치 센서로부터 얻기 위해 예정값만큼 상기 브레이크 디스크 스택을 로딩하도록 왕복동 램의 변위를 실행하기 위한, 그리고 상기 브레이크 디스크 스택의 마모를 측정하기 위해 기준 변위값과 상기 현재 변위값을 비교하는 수단을 포함한다.
본 발명의 양호한 다른 실시예는 작동기 램에 직접 연결된 위치 센서, 바람직하게는 견실한(robust) 것의 사용을 특징으로 한다. 양호한 위치 센서는 LVDT 변환기(transducer)이지만, 다른 형태의 변환기, 예를들어 포텐쇼미터, 광 엔코더, 적합한 기어장치에 의한 회전 입력이 제공되는 RVDT 변환기 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 LVDT 변환기는 상기 기동 장치가 장착된 브레이크 하우징과 상기 왕복동 램 사이에 연결된다. 바람직하게는, 상기 기동 장치는 전기 서보 모터이며, 상기 제어기는 작동기의 위치와 인가된 힘을 제어하기 위한 프로세서를 포함한다. 바람직하게는, 상기 프로세서는 전술한 브레이크의 마모측정, 및 새로운 브레이크 디스트 스택용 브레이크 마모 기준값을 얻기 위한 새로운 브레이크 디스크 스택의 측정 루틴을 수행하도록 프로그램되어 있다. 상기 새로운 브레이크 디스크 스택의 측정루틴은 상기 위치 변환기로부터 상기 위치신호에 대한 새로운 브레이크 디스크 스택의 변위값을 얻기 위해 예정된 값만큼 새로운 브레이크 디스크 스택을 로딩하도록 상기 왕복동 램의 변위를 실행하는 단계와, 브레이크 디스크 스택의 마모측정을 제공하기 위해 후속적으로 얻어진 현재의 변위값과 비교될 기준 변위값으로서 상기 새로운 브레이크 디스크 스택의 변위값을, 바람직하게는, 비휘발성 메모리에 저장하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 이전에 사용된 기계식 조절장치의 필요성을 배제하는 동시에 작동 간극의 조절을 수행할 수 있는 브레이크 시스템 및 방법, 특히 전기 작동식 항공기 브레이크 시스템 및 방법을 제공한다. 작동 간극의 조절은 위치 센서 회로의 출력을 분석하는 작동 간극 조절루틴을 실행함으로써 달성된다. 양호한 실시예에서, 상기 브레이크 제어기는 위치신호의 현재 변위값을 위치 변환기로부터 얻기위해 예정된 양만큼 브레이크 디스크 스택을 로딩하도록 왕복동 램의 운동을 실행할 수 있게 작동하며, 또한, 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하기 위하여 현재 변위값을 사용할 수 있게 작동한다. 특히, 새로운 작동 간극값을 얻기 위하여 현재 변위값으로부터 예정된 간극값을 감산하고, 메모리에 새로운 작동 간극값을 저장하고, 왕복동 램의 작동 간극위치를 결정하는데 새로운 간극값을 사용하도록 설정되어 있다.
전술한 마모 측정 및 작동 간극 메카니즘 중 어느 하나 또는 모두를 사용함으로써 개선된 브레이크 시스템이 제공될 수 있다고 이해할 수 있다. 또한, 이러한 메카니즘은 유체 누출, 빈번한 유지보수의 필요성, 화재 위험, 과도한 중량초래 등의 다양한 단점을 갖는 유압식 부품들을 사용하지 않는 항공기 브레이크 시스템, 특히 전기 작동식 항공기 브레이크 시스템에 특히 유용하다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 전자 기계식 브레이크 조립체가 제공되며 이것은 브레이크 디스크 스택과, 가이드웨이(guideway)를 구비한 하우징과, 브레이크 디스크 스택을 향하거나 이로부터 멀어지게 운동되도록 가이드웨이에 의해 안내되는 램 너트와, 상기 램 너트와 나사식 결합되는 리드(바람직하게는 볼) 스크류로서 이 리드 스크류가 램 너트에 대해 회전하면 상기 램 너트가 선형 운동을 하여, 회전 가능한 휘일상에 제동력(braking force)을 가하거나 풀도록 브레이크 디스크 스택과 강제 결합되거나 결합 해제되는 선택적인 운동을 실행하는 리드 스크류와, 그리고 브레이크 디스크 스택을 향해 그리고 이로부터 멀어지게 운동하도록 리드 스크류를 회전시켜서 램 너트를 이동시키도록 리드 스크류 기어에 구동 연결된 전기 모터를 포함한다. 선형으로 이동하는 동안 램이 회전하는 것을 방지하기 위해, 예를 들어, 키이 또는 스플라인을 사용하는 종래기술의 램 조립체와는 대조적으로, 본 발명의 가이드웨이 및 램 너트는, 각각, 회전을 서로 간섭함으로써 하우징에 대한 램 너트의 회전을 제한하는 복수의 외측 표면에 의해 정해지는 다각형의 단면을 갖추고 있다. 이러한 구성은 램의 콕킹(cocking) 및 체결(binding)에 대한 최대의 정렬 및 저항을 제공하면서도, 활주 마찰을 최소화한다.
바람직한 실시예에 있어서, 전기 모터는 리드 스크류와 일체식으로 되어 있는 제 1 기어와, 이 제 1 기어와 맞물려 있는 제 2 기어와, 그리고 전기 모터의 회전 구동 샤프트상의 피니언에 의해 리드 스크류에 구동 연결(drivingly connected)되어있다. 또한 바람직한 실시예에서, 가이드웨이 및 램 너트의 외측 표면은 평면이고 각각의 가이드웨이 및 램의 외측 표면은 함께 정다면체를 형성한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 브레이크 하중을 결정하는데 위치 센서가 사용되는 브레이크 시스템이 제공된다. 바람직한 실시례에 있어서, 브레이크 시스템은 브레이크 디스크 스택과, 왕복동 램(reciprocating ram)과, 왕복동 램에 작동 연결되어(operatively connected) 회전 휘일상에 제동력을 인가하거나 해제시키도록 브레이크 디스크 스택과 강제 결합 또는 결합해제되도록 왕복동 램을 선택적으로 운동시키는 기동 장치(motive device)와, 왕복동 램을 선택적으로 제어하고 왕복동 램에 의해 브레이크 디스크 스택에 대해 인가된 힘을 조절하기 위해 기동 장치를 제어하는 제어기와, 그리고 왕복동 램의 위치를 나타내는 위치 신호를 공급하는 위치 센서를 포함하며, 상기 제어기는 위치 센서로 부터 수득된 위치 신호의 현재 변위 값을 토대로 예정된 양만큼 브레이크 디스크 스택에 하중을 가하도록 왕복동 램을 변위시키는 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이와같은 구성은 최적의 브레이크 조임력 동적 응답을 제공하고, 다른 제어 수단과 관련된 히스테리시스를 제거하거나 또는 최소화하고 그리고 시스템이 모든 작동기에 동일한 힘을 가하게 할 수 있다. 바람직하게는, 위치 센서가 왕복동 램 및 브레이크 하우징 사이에 연결된 LVDT 변환기를 구비하고 그리고 기동 장치는 바람직하게는 서보 모터를 구비한다.
본 발명의 전술한 특징 및 다른 특징은 이후에 충분하게 설명될 것이며, 특히 청구범위에서 지적되며, 하기의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예를 상세하게 나타내고, 이는 본 발명의 원리가 이용될 수 있는 다양한 방법들 중 하나 또는 소수만을 나타내고 있다.
도 1은 전형적인 다중 작동기 컴퓨터 제어 브레이크 작동 시스템을 도식적으로 예시한 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템에서 사용되는 관련 서보 증폭기와 브레이크 작동기를 도식적으로 예시한 도면이다.
도 3은 도 1의 시스템에 사용되는 전형적인 브레이크 하우징 및 작동기 조립체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 새로운 브레이크 스택과 관련된 브레이크 작동기 조립체를 도시한 개략도이다.
도 5는 마모된 브레이크 디스크 스택과 관련된 브레이크 작동기를 도시한 개략도이다.
도 6은 브레이크 디스크 스택 마모를 측정하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 7은 새로운 브레이크 디스크 스택 표준 값을 수득하기 위한 방법을 예시한 흐름도이다.
도 8은 브레이크 작동기의 변위를 측정하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 9는 작동 간극 조절을 실행하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 10은 작동기 램 변위와 관련된 작동 간극을 도시한 개략도이다.
도 11은 도 1의 시스템에서 사용되는 다른 브레이크 작동기 조립체의 단면도이다.
도 12는 도 11의 12-12선에서 취한 도 11의 브레이크 작동기 조립체의 일부를 도시한 부분 단면도이다.
도 13은 도 11의 13-13선에서 취한 도 11의 브레이크 작동기 조립체의 부분단면도이다.
도 14는 도 11의 14-14선에서 취한 도 11의 브레이크 작동기 조립체의 부분단면도이다.
도 15는 도 14의 15-15선에서 취한 도 11의 브레이크 작동기 조립체의 부분단면도이다.
도 16은 도 13의 16-16선에서 취한 도 11의 브레이크 작동기 조립체의 부분단면도이다.
도 17은 토오크 인출(take-out) 브래킷이 제공된 도 11의 브레이크 작동기 조립체의 정면도이다.
도 18은 도 17의 18-18선에서 본 브레이크 작동기 조립체 및 토오크 인출 브래킷의 단면도이다.
도 19는 도 17의 19-19선에서 본 브레이크 작동기 조립체 및 토오크 인출 브래킷의 단면도이다.
도면을 참조로 하여, 도 1은 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 전형적인 다중 작동기 컴퓨터 제어 브레이크 작동 시스템(20)을 예시하고 있다. 이 시스템(20)의 주요 작용은 제어기(21)와 브레이크 작동기 조립체(22)에 의해 수행된다. 브레이크 작동기 조립체(22)는 휘일 및 브레이크 조립체(23)상에 통상적인 방법으로 설치되어, 회전가능한 휘일(24)에 제동력을 가하거나 해제하도록 한다. 본 발명은 당업자에게 예상될 수 있듯이 특히 항공기 브레이크 시스템에서 사용하기에 적합하다.
본 발명은 항공기 브레이크 시스템 및 특히 전술한 브레이크 작동 시스템(20)을 염두에 두고 개발되었기 때문에, 본원에서는 이 내용을 주로 기술하였다. 그러나 본 발명의 원리는 넓은 관점에서, 예컨대, 유압식 작동기가 유압식 또는 전기식으로 사용되고 제어되는 유압 시스템을 포함하는 다른 타입의 시스템에 적용될 수 있다. 나아가, 전형적인 다중 작동기 컴퓨터 제어 브레이크 작동 시스템의 다음 설명은 예시를 위한 것이며, 본원 명세서의 말미에 첨부된 청구항에서 정의한 것 이외의 제한을 가하고자 기술한 것은 아니다. 이에 따라, 이러한 시스템의 일반적인 세부조작 설명 및 특징들을, 하나의 특정한 적용 분야에서 다른 분야로 바꾸어 적용 가능한 설명으로, 본 발명의 원리를 이해할 수 있도록 기술하였다.
예시된 전형적인 시스템(20)에서, 브레이크 작동기 조립체(22)는 하나 이상의 바람직하게는 다수의 전자 기계식 작동기(27)를 구비한다. 제어기(21)는 대응하는 수의 독립 서보 증폭기(28)와, 관련 주변 장치를 갖춘 마이크로 프로세서(29)와 그리고 데이터 입력/출력(I/O) 회로(30)를 구비한다. 기술된 바와 같이, 다수(예를들어 4개)의 독립 선형 전자 기계식 서보 루프가 위치 모드로 조작되므로, 각 작동기의 선형 위치가 위치 지령 입력(position command input)에 인가된 아나로그 입력 전압(또는 그와 동등한 디지털 신호 처리기에 있어서의 디지털 입력 전압)의 함수이다.
도 2에서 대표적인 전자 기계식 브레이크 작동기(27) 및 관련된 서보 증폭기(28)를 더 상세하게 예시하였다. 브레이크 작동기(27)는 전기 서보 모터(33), 기어 트레인(34) 및 왕복동 출력 램(35)을 구비한다. 도시된 바와 같이 이들과 연관되어서, 이 브레이크 작동기는 작동기 위치 피이드백을 제공하는 출력 램 위치 센서(36)를 구비한다. 도시하지는 않았지만, 브레이크 작동기(27)는 또한 이들과 연관되어 있는 모터 회전 속도계를 구비하여 속도 피이드백을 제공한다.
서보 증폭기(28)는 서보 루프 보상 네트워크 및 증폭기(39), 및 제어 로직 및 전류 제어 회로와 연관된 DC 모터 구동기(40)를 구비한다. 보다 상세하게는 위치 서보 증폭기(28)는 내부 모터 전류 제어 서보 루프(42), 중간 모터 속도 서보 루프(43) 및 램 위치 서보 루프(44)를 구비할 수도 있다. 각각의 루프는 대역폭과 관련하여 바람직한 성능을 수득하고 그리고 모든 브레이크 작동기(27)의 일정한 동적 응답을 제공하도록 보상될 수 있다. 그밖에도, 서보 증폭기(28)는 모터 전류를 제어하여 힘 제어 입력에 응답하여 브레이크 작동기의 출력 힘을 제어하는 수단을 구비한다. 상기 힘 제어 입력은 모터 전류 수준을 제어하는 아나로그 입력 신호일 수도 있으며, 상술한 위치 지령 입력은 작동기 변위를 제어한다. 예상할 수 있겠지만, 디지털 신호 처리기가 작동기 제어를 위해 서보 증폭기에서 사용된다면, 아나로그 입력 신호는 디지털 입력 신호로 대체될 수도 있다.
지시된 바와 같이, 각각의 작동기(27)의 변위는 전기 제어기(21)(도 1)에 의해 제어된다. 상기 제어기의 마이크로 프로세서(29)는 브레이크 제어 알고리즘 처리, 램에서 임시 데이터의 저장, 프로그램 메모리 저장, 비휘발성 데이터 저장, 및 입력/출력 회로(30)를 통해 서보 증폭기(28)의 제어를 제공한다. 입력/출력 회로(30)는 디지털 데이터의 아나로그 데이터로의 전환을 제공하여, 4개의 작동기에 대해 아나로그 위치 지령 및 아나로그 모터 전류 제어 지령을 생성하고, 작동기 위치 감지 및 모터 전류 피이드백 신호를 모니터링하도록 아나로그 데이터의 디지털 데이터로의 전환을 제공하며, 모터 브레이크 제어와 같은 보조 작용을 위해 이산 신호(signal discretes)을 제공한다. 또한, 마이크로 프로세서는 필요에 따라 예컨데, 미끄럼 방지 브레이크 제어 유닛과 같은 다른 제어 부품과 직렬 통신 링크에 의해 인터페이스될 수도 있다. 마이크로 프로세서가 예시된 바람직한 실시예에서 사용되었지만, 대안적으로 디지털과 대별되게 아나로그로 처리가 수행되거나 또는 필요에 따라 디지털 처리와 서로 혼합될 수도 있다.
도시된 시스템에서, 4개의 서보 증폭기(28, 도 2)는 독립적이고, 기능적으로는 동일하며, 각각의 증폭기는 마이크로-프로세서(29)에 의해 제어되는데, 이러한 증폭기는 마이크로-프로세서(29)로부터의 모터 전류 제어 신호와 위치 지령에 응답하고 작동기 위치와 모터 전류 감지 신호를 I/O 회로(30)을 통해 프로세서로 피이드백한다.
제어기는 두 개의 독립적인 전원, 예컨대 저수준의 전자 회로를 작동시키는 28 VDC 공급기와 모터 구동 파워 스테이지를 통해 4개의 작동 모터를 작동시키는 28 내지 270 VDC 공급기를 사용할 수도 있다. 28 VDC 작동기 전원은 270 VDC가 시스템 장애에 이용될 수 없는 응급 상황에서 사용될 수 있다.
도 3 내지 도 5에는 브레이크 작동기 조립체(22)가 상세하게 도시되어 있다. 브레이크 작동기 조립체는 전자기계식 작동기(27)를 설치하기 위해 제공된 하우징(47)을 포함하고 있으며, 일반적으로 하우징의 4분체 각각에 4개의 기능적으로 동등한 작동기가 설치될 것이다. 도시된 하우징은 전체 휘일에 장착되는 볼트 써클(48)과 브레이크 조립체(23, 도 1)를 갖추고 있다. 각각의 작동기(27)는 브러쉬레스 DC 서보 모터(50)와, 회전 모터 작동을 램(35)의 선형 동작으로 변환시키는 적절한 감속 기어(52)를 포함하고 있다. 상기 브러쉬레스 DC 서보 모터(50)는 일체형 또는 연결형의 마찰식 우발방지 브레이크(별도로 도시되지 않음)와 모터 회전자 정류(commutation) 및 각속도 감지를 위한 리졸버(별도로 도시되지 않음)를 구비할 수도 있다. 리졸버는 모터 위치 피이드백 및 속도 정보를 제공한다. 특히, 리졸버는 모터축 위치에 비례하는 전기 신호를 제공한다.
각각의 작동기의 램(35)은 브래킷(75)등에 의해 LVDT 위치 센서(74)에 기계식으로 연결되어 있다. LVDT 전기자(76)는 LVDT 설정과 위치 보정을 제공하는 적절한 수단에 의해 브래킷(또는 브레이크 하우징에 대한 센서의 몸체)에 조절가능하게 부착될 수 있다. 커버(도시되지 않음) 등이 LVDT 장착 메카니즘을 보호하기 위해 제공될 수도 있다. 비록, LVDT 센서가 바람직하더라도, 다른 형태의 위치 센서/변환기가 특정 분야의 적용을 위해 사용될 수 있다.
브레이크 작동기(27)의 목적은 브레이크 디스크 요소의 스택(80)상에 조임력을 가하는 것이다. 전자기계식(EM) 작동기는 브레이크 반작용판(78)과 작동기 출력 램(35) 사이에 조임력을 발생시키기 위해 동시에 작동한다. 전형적인 시스템은 요구되는 총 브레이크 조임력을 제공하기 위해 동시에 작동하는 4개의 작동기를 사용한다. 그러나, 작동기의 크기나 갯수는 요구되는 총 브레이크 조임력을 제공하도록 변경가능하다. 작동기는 조절된 변위 모드로 작동될 수도 있는데, 이때 조임력은 반작용판의 편향에 비례한다. 비록 각각의 작동기가 개별적으로 작동할 수 있더라도, 작동기는 쌍으로(혹은 다른 방식으로) 지령될 수도 있는데, 이 때 각 쌍의 작동기는 브레이크 하우징에서 물리적으로 정반대편에 위치된다.
브레이크 디스크 스택(80)은 상대적인 축선 운동을 위해 토오크관(83) 또는 그와 유사한 부재 및 휘일에 대해 교번적으로 장착된 회전자 디스크(81)와 고정자 디스크(82)를 구비하고 있다. 각각의 회전자 디스크(81)는 회전하도록 휘일에 연결되어 있고, 각각의 고정자 디스크(82)는 회전에 대항하도록 토오크관(83)에 연결되어 있다. 배면판(85)은 브레이크 디스크 스택의 후방 단부에 위치되어서 반작용판(78)을 통해 힘 반작용 부재로서 기능한다. 브레이크 작동기(27)는 토오크관에 대해 고정된 브레이크 하우징(47)에 장착되어 있다. 작동기의 램(35)은 배면판(85)에 대항하게 브레이크 디스크 스택(80)을 압박하도록 연장되며, 고정 토오크관(83)등을 통해 토오크가 고정자 디스크(82)로 인출된다.
브레이크 디스크가 마모됨에 따라, 브레이크 디스크의 전체적인 축선방향 두께가 감소될 것이다. 본 발명에 따르면, 제어기(21, 도 1)는 도 6에 플루우 챠트로 도시된 마모 측정 루틴과 도 9에 플루우 챠트로 도시된 작동 간극 조절 루틴을 수행하도록 적절하게 프로그램되어 있다. 마모 측정 루틴은 바람직하게는 마모 제로(zero wear)에 대응하는 기준값을 사용하며, 이러한 값은 새로운 브레이크 디스크 스택의 두께에 대응하는 것이다. 새로운 브레이크 스택 기준값은 도 7에 플로우 챠트로 도시된 루틴에 따라 제어기에 의해 결정된다. 마모 측정 루틴과 새로운 브레이크 디스크 스택 기준값 측정 루틴 모두는 바람직하게는 작동기 변위를 측정하기 위한 추가적인 루틴을 사용하며, 이러한 루틴은 도 8에 플루우 챠트로 도시되어 있다.
도 8에서, 작동기 변위 측정은 단계(88)에서 개시되는데, 이러한 단계(88)에서는 작동기 램들(또는 단일 작동기 시스템 내의 램)이 미리 정해진 양까지 브레이크 디스크 스택에 하중을 가하기 위해 제어기에 의해 연장된다. 가해지는 하중의 양은 브레이크 디스크 스택의 개별적인 디스크가 스택내에서 서로 유지됨으로써 느슨해지지 않을 정도이면 충분하다. 이를 위해, 작동기 램은 브레이크 디스크 스택에 최대 제동력의 약 10%를 가하는 것이 바람직하다. 단계(89)에서, 각각의 작동기 램의 변위(이동; X)는 각각의 위치 센서(74)를 사용하여 측정된다(도 4 및 도 5). 이후, 바람직하게는 단계(90)에서 평균 작동기 램 변위(Xave)가 측정되며, 단계(91)에서는 평균 작동기 램 변위(Xave)가 작동기 변위값(Xd)을 설정하는데 사용된다. 보다 상세하게는, 제어기가 작동기들을 쌍으로 작동시키는 도시된 바람직한 실시예(각 쌍은 직경방향으로 대향된(diametrically opposite) 작동기를 포함)에서, 각 쌍의 작동기들의 작동기 램 변위가 측정되고 사용되어, 그러한 작동기 쌍에 대한 평균 작동기 변위값을 계산한다. 따라서, 평균 작동기 변위는 각각의 쌍을 이룬 작동기들에 대해 계산된다. 이는 하나의 작동기가 쌍을 이룬 나머지 작동기보다 더 강하게 밀 때, 램들의 위치가 동일한 입력에 대해서도 변할 수 있기 때문에 행하는 것이다.
도 7에서, 새로운 브레이크 디스크 스택 기준값 측정 루틴은 도 8의 작동기 변위 측정 루틴이 작동기 램 변위 측정값(Xd)을 새로운 브레이크 디스크 스택으로 리턴시키기 위해 사용되는 단계(93)에서 개시된다. 단계(94)에서, 새로운 브레이크 디스크 스택 기준 측정값(Xref)(도 4 참조)이 제어기에 의해 측정된 간극(Xd)으로 설정된다. 단계(95)에서, 새로운 브레이크 디스크 스택 기준값은 브레이크 마모 측정 루틴에 의하여, Y바람직하게는 비휘발성 메모리에 저장된다.
도 6을 참조하면, 브레이크 마모 측정은 도 8의 작동기 변위 측정 루틴이 작동기 램 변위 측정값(Xd)을 도 5에 도시된 바와 같이 마모된 브레이크 디스크 스택으로 리턴시키기 위해 사용되는 단계(97)에서 개시된다. 이후, 단계(98)에서, 브레이크 디스크 스택 마모값(Xw)은 측정된 램 변위(Xd)로부터 브레이크 디스크 스택 기준 측정값(Xref)을 감산함으로써 계산된다. 브레이크 디스크 스택 마모값(Xw)은 이후 단계(99)에서 메모리에 저장될 수도 있다. 브레이크 디스크 스택 마모(Xw)는 또한 브레이크 디스크 스택 마모가 예정된 임계값을 넘어선 경우 제어기에 의해 경보 신호를 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 예컨대, 브레이크 디스크 스택이 본래 두께에서 예정된 비율로 마모된다면, 이후 브레이크 디스크 스택의 교체를 요구하는 신호를 제공할 수도 있다.
도 9를 참조하면, 작동 간극 조절 루틴은 단계(102) 초기에 시스템에 전력을 공급하기 시작한다. 초기화 후에, 작동은 단계(103)에서 백그라운드 루프로 진행한다. 백그라운드 루프는 그의 과정 중 하나로, 작동 간극 조절이 수행되어야 하는지 여부를 체크하는 단계(104)를 포함한다(다른 공정은 예컨대 상태(health) 모니터링 과정, 지령 확인 과정을 포함할 수 있다). 이것은, 도시된 시스템에서, 브레이크 제어 시스템에 의해 결정되는데, 이러한 브레이크 제어 시스템은 착륙 전에 착륙기어가 연장될 때 혹은 비행기가 지상에 있을 때처럼, 적절한 시점에 작동 간극 조절에 대한 허가 지령(enable command)을 내보낼 수 있다. 규정된 기준이 만족되지 않으면, 제어기는 백그라운드 루프(103)로 복귀한다. 만일 규정된 기준이 만족되면, 제어기는 모든 작동기가 액티브한 작동 간극 위치에 위치되는 단계(105)로 진행한다. 이후, 단계(106)에서, 작동기 램들(또는 단일 작동기 시스템에서의 램)은 브레이크 디스크 스택에 미리 결정된 양만큼의 하중을 가하기 위해 연장된다. 앞서와 같이, 하중의 양은 브레이크 디스크 스택의 개별적인 디스크가 서로에 대해 유지되고, 역시, 스택으로부터 기울어지지 않을 정도로만 크면 된다. 이를 위해, 작동기 램은 브레이크 디스크 스택에 최대 제동력의 10%를 가하는 것이 바람직하다. 단계(107)에서, 각각의 작동기 램의 변위(Xd; 이동)(또는 쌍을 이룬 작동기의 평균 변위)는 각각의 위치 센서(74)에 의해 측정된다(도 4 및 도 5). 이후, 단계(108)에서, 측정된 램 변위(Xd)로부터 고정된 변위(Xrcir)를 감산함에 의해 각각의 작동기에 대해 새로운 작동 간극(PRCLN)이 계산된다. 단계(109)에서, 새로운 작동 간극값(PRCLN)은 액티브한 작동 간극(PRCL)으로 설정되어서 바람직하게는 비휘발성 메모리에 저장된다. 최종적으로, 단계(110)에서, 제어기는 액티브한 작동 간극 위치에 각각의 작동기를 위치시키며, 이후 제어기는 백그라운드 루프로 복귀한다.
비록 램의 위치에 대한 정보를 제공하는데 위치 센서가 사용되더라도, 작동 간극의 조절을 제공하는데 리졸버가 사용될 수 있음에 주목해야 한다. 즉, 제어기는 램의 작동 간극 위치를 결정하기 위해 리졸버의 출력을 사용할 수 있다. 그렇지만, 바람직하게는 절대 위치 엔코더가 사용된다. 절대 위치 센서(예컨대, LVDT; 74)는 전력 손실에 둔감한 반면에, 리졸버 또는 다른 상대 위치 관련 장치는 램의 위치를 놓칠 수 있다(리졸버는 위치를 제어기에 의해 기록될 대응 출력으로 변환하지 못할 수 있다).
도 11 및 도 12를 참조하면, 다른 브레이크 작동기 조립체가 참조 부호 122로 표시되어 있다. 이 브레이크 작동기 조립체(122)는 다수의 전자기계식 작동기를 장착할 수 있는 하우징(147)을 포함하고 있는데, 이러한 전자기계식 작동기는 도시된 바와 같이 기능적으로 동일한 4개의 작동기(127)들로, 하우징의 4분면 각각에 위치된 것일 수 있다. 도시된 하우징은 휘일과 브레이크 조립체를 공지된 방식으로 토오크관에 장착하기 위한 볼트 써클(148)을 갖추고 있다. 각각의 작동기(127)는 바람직하게는 DC 브러쉬레스 서보 모터(150), 중간 클러스터 기어 부재(151), 및 볼 스크류 조립체(152)를 포함하고 있다. 브러쉬레스 DC 서보 모터(150)는 일체형 또는 연계형의 마찰식 전기작동 브레이크(별도로 도시되지 않음)와, 모터 회전자 정류 및 각속도 감지를 위한 리졸버(별도로 도시되지 않음)를 구비할 수도 있다. 리졸버는 모터 위치 피이드백 및 속도 정보를 제공한다. 특히, 리졸버는 정상 작동 조건하에서 모터 샤프트 위치에 비례하는 전기 신호를 제공할 수 있다.
모터 브레이크는 특정 분야의 필요에 따라 파워-온(power-on) 타입이나 파워-오프(power-off) 타입이 될 수 있다. 모터 브레이크는 항공기를 파킹시키는데 유용하다. 이러한 목적으로, 작동기 램이 브레이크와 결합하도록 모두 연장될 수 있고, 모터 브레이크는 작동기 램을 연장/결합 위치에 유지시키도록 결합될 수 있다. 일단 모터 브레이크가 결합되면, 서보 모터(150)의 모터 부품(램 드라이브 모터 부품)으로의 동력이 차단될 수 있다. 구체적인 모터의 선택은 주어진 제동 적용의 필요조건에 따라 다를 것이다. 도시된 실시예에서, 서보 모터 부품, 마찰 브레이크 및 리졸버가 모두 공통의 모터 하우징 내로 통합되어 있으므로, 총괄적으로 서보 모터라고 호칭될 수 있다.
도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 중간 클러스터 기어 부재(151)가 두 단계의 감속 기어조작을 제공하고 제 1단 기어(155) 및 제 2단 기어(156)를 포함한다. 제 1단 기어 감속을 제공하는 제 1단 기어는 모터의 구동 샤프트(158)와 일체인 베벨 기어(157)와 맞물리는 베벨 기어이다. 제 2단 기어(156)는 볼 스크류(162)와 일체식으로 형성되어 있는 볼 스크류 기어(159)와 맞물리는 직선 스퍼어 기어이다. 중간 클러스터 기어 부재는 양단부에서 볼 베어링(160 및 161)에 의해 지지된다. 비록 본 명세서에서는 일체식인 구조물을 예로하고 있지만, 대안적으로 이 구조물은 결합을 통해 기능적으로 등가인 구조물을 형성하는 개별 부품들로 구성될 수도 있다.
볼 스크류 조립체(152)는 일체식 기어(159)를 갖춘 볼 스크류(162)와, 볼 너트의 직선운동으로 회전운동을 변경하는 육각형 볼 너트(163)와, 그리고 볼 너트의 단부에 부착되어 브레이크 디스크 압력판에 경계면을 제공하는 패드(164)로 구성된다. 제 3 단계의 감소를 제공하는 볼 스크류와 볼 너트는 공지되어 있는 형상으로 형성될 수 있으므로 각각의 나선형 홈 및 관련 볼은 당업자에게 명백하기 때문에 도시하지 않았다. 볼 너트(램 또는 램 너트로도 언급됨)는 볼 너트가 하우징(147) 내의 육각형 보어(165)에 의해 유도됨에 따라, 볼 스크류의 회전에 따라서 볼 스크류의 축선을 따라 자유롭게 이동하지만 회전하지는 않는다.
도 16에 도시된 바와 같이, 육각형 보어 또는 가이드웨이(guideway, 165) 및 볼 너트(163)는 도시되어 있는 양호한 실시예에 있어서 하우징(147)에 대한 램 너트(163)의 회전을 억제하도록 서로 회전을 간섭하는 다수의 내/외측면(공통으로 부호 166으로 표기함)에 의해 한정되는 대응 다각형 단면을 각각 갖는다. 도시된 바와 같이, 하나 이상의 측면, 가장 바람직하게는 모든 측면이 평면이고 규칙적인 다면체를 형성하여서 볼 너트와 가이드웨이 사이에 억지 미끄럼 끼워맞춤을 제공한다. 그러나, 비록 덜 바람직하지만 다른 형상이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 측면의 수가 특정한 적용에 따라 도시된 육면 다각형(육변형)으로부터 변경될 수 있다. 육변체 형상은 바람직한 미끄럼 및 회전방지 특성을 제공한다.
바람직하게는, 윤활제, 특히 적당한 그리스가 볼 너트(163)와 가이드웨이(165)의 상대 활주면(166)을 윤활시키는데 사용된다. 볼 너트와 가이드웨이 사이의 틈과 그리스는 활주면의 경계에서 어떠한 양의 먼지나 다른 이물질의 진입을 방지하여 성능의 저하를 방지한다. 그러나, 필요시에는 와이퍼 시일 또는 롤링 다이아프램 시일과 같은 적당한 시일을 사용하여, 활주면 사이의 먼지나 다른 이물질의 통과를 밀봉할 수도 있다. 볼 스크류 및 램 너트 조립체를 위한 그리스의 예로서 MIL-G-81322이 있고 기어 트레인을 위한 그리스의 예로는 MIL-G-81827이 있다.
볼 너트를 이동시켜서 입력토오크를 직선 출력으로 변환하도록 볼 스크류(162)를 구동하는 일체식 기어(159)를 통해 구동 토오크가 장치에 인가된다. 병진운동하는 볼 너트가 중간 패드(164)를 통해 브레이크 디스크 더미의 전방에 접촉하여 작동기 램(135)으로서 작용한다. 볼 스크류는 레이디얼 베어링(167)과, 볼 스크류의 외측 단부에 있는 스러스트 롤러 베어링(168)과, 그리고 일체식 기어(158) 및 볼 스크류의 너트-체결 나사부의 중간 위치에 있는 방사상 볼 베어링(169)으로 구성된 세 개의 베어링에 의해 지지된다. 베어링판(170)이 하우징 내에서 볼 베어링(169)을 지지하는데 사용된다. 작동기 덮개(171)가 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링을 위치시키고 볼 스크류를 위한 기계적 스러스트 지지를 제공한다. 덮개는 나사(172)와 같은 적절한 수단에 의해 작동기 하우징에 부착된다(도 11).
각각의 볼 너트(163)(작동기 램(135))는 브래킷(175)에 의해 LVDT 위치 센서(174)에 기계적으로 연결된다. LVDT 전기자(176)는 LVDT 설정 및 위치 보정을 제공하는 적절한 수단에 의해 브래킷에(또는 브레이크 하우징의 센서 몸체에) 조정 가능하게 부착될 수 있다. LVDT 장착 기구를 보호하도록 덮개(177)가 제공될 수 있다. 비록 LVDT 센서가 바람직하기는 하지만, 다른 종류의 위치 센서/변환기가 사용될 수도 있다.
브레이크 작동기(27)와 유사하게(도 4 및 도 5), 브레이크 작동기(127)의 목적은 브레이크 디스크 부재의 더미상에 조임력을 가하는 것이다. 전자-기계(EM) 작동기는 브레이크 반작용판과 작동기 출력 램(135) 사이에 조임력을 생성하도록 동시에 작용한다. 역시, 작동기의 크기와 수는 필요한 전체 브레이크 조임력을 제공하도록 변경될 수 있다. 모터 전류(motor current)에 대향해 있는 램의 위치는 바람직하게는 필요한 브레이크 하중을 얻는데 이용된다. 그러나, 전술된 작동 보정 기법(running calibration technique)은 위치 변환기의 사용에도 불구하고 전류 모드(current mode)에서 실행된다는 점이 주목된다.
제동력을 제어하기 위하여 위치 감지 또는 위치 서보를 사용하는 것은 다른 제어 방법보다 유리하다. 한가지 이점은 조임력의 인가가 모터 전류 인가를 통해 제어되는 힘 제어와 같이, 다른 제어 수단과 관련된 히스테리시스의 제거 또는 감소이다. 다른 이점은 위치 모드 제어가 최적의 제동 조임력 동적 응답을 제공한다는 것이다. 상대 위치 감지와 비교하면(미국 특허 제 4,995,483호를 참조), 작동기 램에서의 위치를 감지하고 절대 위치 감지를 이용하여, 시스템의 능률이 향상된다. 시스템은 제동 동안에 동력 중단과 같은 장애로부터 지시되지 않은 제동 인가의 가능성없이 즉시 복구될 것이다. 전술한 바와 같이, 종래에 사용된 상대 위치 감지법은(미국 특허 제 4,995,483호 참조) 동력 중단 이후에 제동 능력의 손실과, 긴 복구시간과, 그리고 지시하지 않은 제동 조임력 인가의 가능성을 야기시키는 위치 센서 재보정을 요구한다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 제동 조임력이 작동기 램 변위 및 토오크관 스프링 상수의 함수이기 때문에 제동 조임 인가는 제동 토오크관의 스프링 상수에 따른다. 조임력의 인가시, 브레이크 제어기는 비례 상수로서 토오크관 스프링 상수를 사용하여 예정된 조임력을 위한 필요 위치를 계산한다. 토오크관 상수를 위한 값은 이론 값이거나, 작동 간극 보정 루틴의 연장으로서 가동되는 보정 루틴을 사용하여 시스템에 의해 직접적으로 측정될 수 있다. 즉, 스프링 상수 보정 루틴은 총력 지령(full force command;
Figure 112005063770990-pct00001
Force)에 대한 각각의 램의 변위(
Figure 112005063770990-pct00002
X)를 측정할 수 있으며, 그리고
Figure 112005063770990-pct00003
X/
Figure 112005063770990-pct00004
Force로 주어지는 스프링 상수를 계산할 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 또 다른 이점은 각각의 작동기 램 상의 힘을 감지할 필요없이, 전술한 보정법에 의해 네 개(다수)의 램간의 제동 조임력을 균등하게 할 수 있다는 것이다.
비록 각각의 작동기(127)가 독립적으로 작동할 수 있다고 해도, 작동기는 두 개의 제어기를 사용하여 한쌍이되어(또는 다른 방법으로) 지령을 받을 수 있으며, 각 쌍의 작동기는 브레이크 하우징상의 직경방향으로 대향 측면상에 물리적으로 위치된다. 하나의 제어기가 고장난다고 해도, 남은 제어기가 여전히 작동한다. 또한, 제어기는 대응하는 작동기 램의 위치를 제어하도록 전류 및 토오크 피이드백을 사용하여 하나 이상의 위치 센서(174)의 고장을 보상하도록 프로그램되어 있다. 즉, 제어기는 위치 모드(정상 작동 모드) 및 전류 모드(위치 센서의 고장시 백업 모드)에서 작동하도록 프로그램될 수 있다.
동력 고장 모드에서, 체결된 작동기 램(135)이 그에 따라 매우 신속하게 후퇴할 수 있다(볼 스크류 및 볼 너트의 가역성 및 고효율과, 다른 기어변환과, 그리고 제동 상태 하에서 토오크관 내에 저장될 수 있는 높은 스프링력으로부터 기인함). 램의 급속한 후퇴는, 도시된 실시예에서 램 가이드웨이의 외측 단부에서 하우징(178)의 환상 어깨면에 맞닿음에 의해 결정되는, 램의 허용된 이동 범위의 끝부분에서 램이 벗어날(bottom out)때 시스템에 상당한 충격을 일으킬 수 있다. 바람직하게는, 램의 복귀 운동은 "부드러운 정지(soft stop)"를 제공하도록 천천히 정지된다. 이는 어깨면과 램의 배면(외측) 단부 사이에 스프링을 삽입함으로써 기계적으로 달성된다. 그러나, 이것은 작동기 조립체의 중량과 크기를 증가시킨다. 본 발명에 따른 보다 바람직한 해결책은 각각의 램을 위하여 전자방식의 부드러운 정지를 제공하는 것이다. 이것은 동력 고장 모드에서 (바람직하게는 제어기 내에 제공된) 감쇠 회로에 모터를 연결시킴으로써 이루어져서, 모터의 지연 운동이 부드러운 착륙을 제공하도록 램을 천천히 감속한다. 감쇠 회로가 부하 스프링에 의해 유도된 부하와 모터 관성에 저장된 에너지를 소산시켜서, 실제 램 속도는 작동기 램이 백 피드 후퇴 정지에 도달할 때 안전한 수준까지 감소된다(즉, 어떠한 구조물도 램의 최대 후퇴를 제한하는데 사용된다). 이와같은 부드러운 정지 회로는 에너지를 소산하기 위한 저항 부재, 솔리드 스테이트 스위치, 및 적절한 작동 조건하에서 저항 부재에 모터를 연결하는 동력 감시 및 제어 논리회로를 포함한다. 특히, 동력 감시 논리회로가 동력의 고장을 탐지하면, 모터는 안전한 수준으로 모터의 속도를 감소시키기 위하여 솔리드 스위칭(또는 다른 적절한 수단)에 의해 저항 부재에 연결된다.
정상 작동 중에는, 램의 위치가 위치 변환기에 의해 알려지기 때문에 제어기는 램의 어떠한 거친 착륙도 방지하도록 작용할 수 있다.
도 17 내지 도 19에 대해 언급하면, 토오크 인출(take-out) 브래킷(185)이 브레이크 작동기 조립체(122)상에 조립되어 있다.
토오크 인출 브래킷(185)은 하우징(47)을 가로질러 직경방향으로 연장되고, 브레이크 작동기 조립체 및 랜딩기어 액슬 구조물(도시되지 않음)사이의 인터페이스로서 기능한다. 종래기술에서 공지된 바와 같이, 랜딩 기어 구조물은 휘일 액슬, 스티어링 연결기(linkage) 및 특히 토오크 반작용 아암을 포함할 수도 있다. 토오크 반작용 아암 및 토오크 인출 브래킷(185)은 브레이크 작동기 조립체에 의해 디스크 브레이크 스택에 제동력이 적용될 때 토오크 인출 브래킷으로부터 토오크 반작용 아암에 토오크를 전달하는 상호 맞물림 장치를 구비한다. 상술된 실시예에서, 상기 인출 브래킷(185)은 토오크 반작용 아암상의 토오크 반작용 러그(lug)를 수용하는 축방향의 개방 리세스(소켓, 187)를 외측면상에 구비한다. 상기 리세스(187)는 인출 브래킷의 인접 단부가 위치되는 곳에서 외측면(191,도 12에 도시됨)에 리세스(190, 도 11에 도시됨)를 구비한 하우징의 반경방향 외측 둘레부(189)에 인접하게 위치된다. 이러한 방식으로, 토오크 반작용 아암 및 토오크 인출 브래킷은 회전식으로 연결된다.
리세스(190)는 도 1 및 도 17에 도시된 바와 같이, 작동기 램 너트(163)들을 포함하는 가이드웨이(165) 및 모터(150)를 포함하는 하우징 구획을 둘러싸며 원주방향으로 연속적인 하우징(147)의 반경방향 외측 둘레부(189)에 형성된다. 리세스에 직경으로 대향되는 하우징의 한 측면에서, 부하 셀(194)용의 다른 리세스(193)가 제공된다. 바람직하게는, 하우징의 부하 셀 리세스(193)에 인접한 단부가 약간 타원형으로 형성되어서, 부가적인 하우징 구조물이 원형 둘레부의 반경방향의 외측으로 돌출하여 부하 셀을 위한 반경방향으로 확대된 리셉터클을 제공한다. 상기 배치는 상술된 중간 클러스터 기어 부재(151)을 이용함으로써 이루어짐이 주목된다. 2단의 기어 감속을 제공하는 것 이외에, 중간 클러스터 기어 부재(151)는 하우징의 외측둘레 링부의 반경방향의 내측에 모터를 위치시키고, 그리하여 반경방향의 틈에 부하 센서 및 토오크 러그를 제공한다.
부하 셀(194)은 토오크 반작용 리세스(187)를 포함하는 단부에 직경으로 대향되는 단부에서 토오크 인출 브래킷에 설치된다. 따라서, 부하 셀은 토오크 인출용 제 2 러그로서 기능하고 따라서 부하 셀의 출력은 브레이크 토오크를 나타낸다.
본 발명 기술분야의 전문가가 이해할 수 있듯이, 다른 형식의 스크류 구동부가 상기 바람직한 볼 스크류 구동부를 대신하여 사용될 수도 있다. 따라서, 여기에서 리드 스크류라고 칭한 것은 스크류 구동 장치 및 그와 유사한 것들을 총칭하도록 의도되었다.
본 발명의 임의의 양호한 실시예에 대해 기술되어 있지만, 상기 실시예의 다른 변형 실시예가 본 발명의 기술분야의 전문가에 의해 명세서 및 첨부된 도면을 참조하여 용이하게 이루어질 수 있다. 특히, 상술된 인티저들(integers,구성요소들, 조립체들, 장치들, 복합물들 등)로 수행되는 여러기능에 대하여, 이런 인티저를 기술하는데 사용되는 용어들("수단"을 포함한다)은 특별히 다르게 지적되지 않은 한 본 발명의 도시된 양호한 실시예에서 특정 기능을 수행하는 개시된 구조물과 구조적으로는 등가가 아닐지라도 기재된 인티저의 상기 특정 기능을 수행하는(다시 말해, 기능적으로 등가인) 임의의 인티저와 상응하도록 의도되었다. 또한, 본 발명의 임의의 특별한 특징이 여러 실시예 중의 하나에 대해서만 상술되었을 수도 있지만, 이러한 특징은 임의의 다른 주어진 혹은 특별한 적용분야에 적합하고 유리할 수 있으므로, 다른 실시예에서의 다른 특징(들)과 조합될 수 있다.
또한, 본 발명은 애초에 조합되어 청구되었는지 여부나 동일한 실시예 내에서 개시되었는지 여부에 상관없이, 본원에 기술된 모든 실행가능한 특징의 조합에 귀속되는 것으로 간주된다.
또한, 본 발명은 본원에 기술된 특징이 모든 작업에서 이루어지고, 동일한 실시예가 아니라도 상관없이 청구된 청구범위에 의해서 결정된다.

Claims (45)

  1. 브레이크 디스크 스택과,
    왕복동 램과,
    회전가능한 휘일에 대한 제동력의 인가 및 해제를 위해 상기 왕복동 램을 상기 브레이크 디스크 스택과 강제 결합 및 결합 해제되게 선택적으로 이동시키도록 상기 왕복동 램에 기능적으로 연결된 기동 장치(50, 150)와,
    상기 왕복동 램에 의해 상기 브레이크 디스크 스택에 대해 인가되는 힘의 조절 및 상기 왕복동 램의 선택적인 제어를 위해 상기 기동 장치(50, 150)를 제어하는 제어기와,
    상기 왕복동 램의 위치를 나타내는 위치 신호를 제공하는 위치 센서
    를 포함하는 브레이크 시스템으로서,
    상기 제어기는, 상기 위치 센서로부터 상기 위치신호의 현재 변위값을 얻기 위해 예정된 양만큼 브레이크 디스크 스택에 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 변위시키고 상기 브레이크 디스크 스택의 마모를 측정하기 위해 상기 현재 변위 값을 기준값과 비교하는 수단을 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치 센서가 LVDT 변환기를 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기동 장치(50, 150)가 장착되는 브레이크 하우징을 포함하며, 상기 LVDT변환기는 상기 왕복동 램과 브레이크 하우징 사이에 연결되는 것인 브레이크 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기동 장치(50, 150)가 서보 모터인 것인 브레이크 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어기는 상기 브레이크 디스크 스택에 대해 상기 왕복동 램에 의해 가해지는 힘 및 상기 왕복동 램의 위치를 제어하는 프로세서를 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 새로운 브레이크 디스크 스택 측정 루틴을 수행하는 수단을 포함하며, 상기 측정 루틴은 상기 위치 센서로부터 상기 위치 신호의 새로운 브레이크 디스크 스택 변위값을 얻기 위해 상기 새로운 브레이크 디스크 스택에 예정된 양만큼의 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 변위시키는 단계 및 상기 브레이크 디스크 스택의 마모 측정값을 제공하기 위해 후속적으로 얻어지는 현재 변위값이 비교될 기준값으로서 새로운 브레이크 디스크 스택 변위값을 저장하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기준값이 비-휘발성 메모리에 저장되는 것인 브레이크 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 작동 간극 조절 루틴을 수행하는 수단을 포함하며, 상기 작동 간극 조절 루틴은 상기 위치 센서로부터 상기 위치 신호의 현재 변위값을 얻기 위해 상기 브레이크 디스크 스택에 예정된 양만큼 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 이동시키는 단계와, 그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하기 위해 상기 현재 변위값을 이용하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 작동 간극 조절 루틴 중에서 상기 현재 변위값을 이용하는 단계는, 새로운 작동 간극 값을 얻기 위해 상기 현재 변위값으로부터 예정된 간극값을 공제하는 단계와, 상기 새로운 작동 간극 값을 메모리에 저장하는 단계와, 그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하는데 상기 새로운 작동 간극값을 이용하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 왕복동 램을 각기 포함하는 복수의 작동기 조립체, 회전가능한 휘일에 제동력을 인가 및 해제하기 위해 상기 브레이크 디스크 스택과 강제 결합 및 해제되도록 상기 왕복동 램을 선택적으로 이동시키기 위해 상기 왕복동 램에 기능적으로 연결된 상기 기동 장치(50, 150) 및 상기 왕복동 램의 위치를 나타내는 위치신호를 제공하는 위치 센서를 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기동 장치(50, 150) 각각은 서보 모터를 포함하고, 상기 서보 모터 각각은 서보 모터에 대한 동력이 차단될 수 있도록 제동력 인가 위치에서 상기 왕복동 램을 유지하도록 작동가능한 전기 모터 브레이크와 연계되어 있는 것인 브레이크 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 항공기 휘일 조립체와 조합되는 것인 브레이크 시스템.
  13. 회전가능한 부재에 제동력을 인가 및 해제하기 위해 왕복동 램을 브레이크 디스크 스택과 강제 결합 및 결합 해제되도록 선택적으로 이동시키게 상기 왕복동 램에 기능적으로 연결된 기동 장치(50, 150) 및 상기 브레이크 디스크 스택에 대해 상기 왕복동 램에 의해 가해지는 힘의 조절 및 상기 왕복동 램의 선택적인 제어를 위해 상기 기동 장치(50, 150)를 제어하는 제어기를 포함하는 브레이크 시스템에서, 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법으로서,
    상기 왕복동 램의 위치를 나타내는 위치신호를 제공하는 위치 센서를 이용하는 단계와,
    상기 위치 신호의 현재 변위값을 상기 위치 센서로부터 얻기 위해 상기 브레이크 디스크 스택에 예정된 양의 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 변위시키는 단계와,
    그후 상기 브레이크 디스크 스택의 마모를 측정하기 위해 기준값에 상기 현재 변위값을 비교하는 단계
    를 포함하는 것인 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 측정된 마모가 예정된 기준치를 만족시킬 때 경보신호를 제공하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 위치 센서를 이용하는 단계는 LVDT 변환기를 이용하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 브레이크 디스크 스택과 강제 결합 및 해제되도록 상기 왕복동 램을 선택적으로 이동시키는 기동 장치(50, 150)로 토오크 모터가 이용되는 것인 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 위치 센서로부터 상기 위치 신호의 새로운 브레이크 스택 변위값을 얻기 위해 새로운 브레이크 디스크 스택에 예정된 양의 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 변위시키는 단계와,
    그후, 상기 브레이크 디스크 스택의 마모 측정을 제공하기 위해 후속적으로 얻어지는 현재 변위값이 비교될 기준값으로서 상기 새로운 브레이크 디스크 스택 변위값을 저장하는 단계
    를 포함하는 것인 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기준값이 비-휘발성 메모리에 저장되는 것인 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 위치 센서로부터 상기 위치 신호의 현재 변위값을 얻기 위해 상기 브레이크 디스크 스택에 예정된 양의 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 이동시키는 단계와, 그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하기 위해 상기 현재 변위값을 이용하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 현재 변위값을 이용하는 단계는, 새로운 작동 간극 값이 얻어지도록 상기 현재 변위값으로부터 예정된 간극값을 공제하는 단계와, 상기 새로운 작동 간극 값을 메모리에 저장하는 단계와, 그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하는데 상기 새로운 작동 간극값을 이용하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 디스크 스택의 마모 측정 방법.
  21. 회전가능한 휘일과,
    상기 회전가능한 휘일에 브레이크 토오크를 인가 및 해제하기 위해 상기 휘일에 기능적으로 연결되는 브레이크 디스크 스택과,
    왕복동 램과,
    상기 회전가능한 휘일에 제동력을 인가하고 해제하기 위해 상기 브레이크 디스크 스택과 강제 결합 및 해제되도록 상기 왕복동 램을 선택적으로 이동시키게 상기 왕복동 램에 기능적으로 연결된 기동 장치(50, 150)와,
    상기 브레이크 디스크 스택에 대해 상기 왕복동 램에 의해 인가되는 힘의 조절 및 상기 왕복동 램의 선택적인 제어를 위해 상기 기동 장치(50, 150)를 제어하는 제어기와,
    상기 왕복동 램의 위치를 나타내는 위치신호를 제공하는 위치 센서
    를 포함하는 휘일 및 브레이크 시스템으로서,
    상기 제어기는 상기 위치신호의 현재 변위값을 상기 위치 센서로부터 얻기 위해 상기 브레이크 디스크 스택에 예정된 양의 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 변위시키고, 상기 브레이크 디스크 스택의 마모를 측정하기 위해 기준값과 상기 현재 변위값을 비교하는 수단을 포함하는 것인 휘일 및 브레이크 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제어기는 작동 간극 조절 루틴을 수행하는 수단을 포함하며, 상기 조절 루틴은 상기 위치 신호의 현재 변위값을 상기 위치 센서로부터 얻기 위해 상기 브레이크 디스크 스택에 예정된 양의 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 변위시키는 단계, 및 그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하기 위해 상기 현재 변위값을 이용하는 단계를 포함하는 것인 휘일 및 브레이크 시스템.
  23. 브레이크 디스크 스택과,
    왕복동 램과,
    회전가능한 휘일에 제동력을 인가하고 해제하기 위해 상기 브레이크 디스크 스택과 강제 결합 및 해제되도록 상기 왕복동 램을 선택적으로 이동시키게 상기 왕복동 램에 기능적으로 연결된 기동 장치(50, 150)와,
    상기 브레이크 디스크 스택에 대해 상기 왕복동 램에 의해 인가되는 힘의 조절 및 상기 왕복동 램의 선택적인 제어를 위한 기동 장치(50, 150)를 제어하는 제어기와,
    상기 왕복동 램의 위치를 나타내는 위치신호를 제공하는 위치 센서
    를 포함하는 브레이크 시스템으로서,
    상기 제어기는 상기 위치신호의 현재 변위값을 상기 위치 센서로부터 얻기 위해 상기 브레이크 디스크 스택에 예정된 양의 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 변위시키는 단계와, 그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하기 위해 상기 현재 변위값을 이용하는 단계를 포함하는 작동 간극 조절 루틴을 수행하는 수단을 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 작동 간극 조절 루틴 중에서 상기 현재 변위값을 이용하는 단계는, 새로운 작동 간극 값을 얻기 위해 상기 현재 변위값으로부터 예정된 간극값을 공제하는 단계와, 상기 새로운 작동 간극 값을 메모리에 저장하는 단계와, 그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하는데 상기 새로운 작동 간극값을 이용하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 시스템.
  25. 회전가능한 부재에 제동력을 인가 및 해제하기 위해 브레이크 디스크 스택에 강제 결합 및 해제되도록 왕복동 램을 선택적으로 이동시키게 상기 왕복동 램에 기능적으로 연결된 기동 장치(50, 150), 및 상기 브레이크 디스크 스택에 대해 상기 왕복동 램에 의해 인가되는 힘의 조절 및 상기 왕복동 램의 선택적인 제어를 위해 상기 기동 장치(50, 150)를 제어하는 제어기를 포함하는 브레이크 시스템에서, 브레이크 디스크 스택 마모의 측정 방법으로서,
    상기 왕복동 램의 위치를 나타내는 위치 신호를 제공하는 위치 센서를 이용하는 단계와,
    상기 위치 신호의 현재 변위값을 상기 위치 센서로부터 얻기 위해 상기 브레이크 디스크 스택에 예정된 양의 부하를 가하도록 상기 왕복동 램을 변위시키는 단계와,
    그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하는데 상기 현재 변위값을 이용하는 단계
    를 포함하는 것인 브레이크 디스크 스택 마모의 측정 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 현재 변위값을 이용하는 단계는, 새로운 작동 간극 값을 얻기 위해 상기 현재 변위값으로부터 예정된 간극값을 공제하는 단계와, 상기 새로운 작동 간극 값을 메모리에 저장하는 단계와, 그후 상기 왕복동 램의 작동 간극 위치를 결정하는데 상기 새로운 작동 간극값을 이용하는 단계를 포함하는 것인 브레이크 디스크 스택 마모의 측정 방법.
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