KR100623277B1 - 육상 차량용 브레이크 장치 - Google Patents

육상 차량용 브레이크 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전기 모터의 하류에 연결된 (감속)기어가 구비되어 브레이크 장치의 마찰 패드에 작용하며, 상기 기어는 자체 잠금으로 설계되어 있고 작동 메커니즘에 의해서 자체 잠금 기능이 해제되거나 작동될 수 있는 특징을 포함하는 육상 차량용 브레이크 장치에 관한 것이다.

Description

육상 차량용 브레이크 장치{BRAKING ARRANGEMENT FOR A LAND VEHICLE}
본 발명은 육상 차량용 브레이크 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 브레이크 장치가 전기적으로 작동될 수 있는 육상 차량용 브레이크 장치에 관한 것이다.
"브레이크 바이 와이어(brake-by-wire)" 장치라고도 불리우는 이러한 브레이크 장치에서는, 브레이크 디스크 또는 브레이크 드럼에 대해서 높은 동력을 가지고 있는 마찰 요소들의 해제(release) 및 작동(application) 운동을 실행하는 데 문제가 있다. 이것은 특히 육상용 차량의 주행 동작 중에 적용된다. 게다가, 높은 작동력들은 육상용 차량의 실질적인 감속을 보장하기 위하여 발휘된다.
더욱, 육상용 차량이 정지하는 중에는 차량이 경사로 상에서 자동적으로 움직이기 시작하는 것을 방지하는 주차 브레이크 기능이 제공될 필요가 있다.
상용(常用) 브레이크 기능과 주차 브레이크 기능 사이에는 상반된 요건, 즉 상용 브레이크는 자체 잠금 상태가 되어서는 안되고 반면에 주차 브레이크는 자체 잠금 상태가 되어야 하는 상반된 요건이 있다. 이러한 이유에서, 브레이크 바이 와이어 장치 내의 주차 브레이크 기능은 지금까지는 상용 브레이크 기능과는 별도로 실현되었다. 그 중에서도 특히, 이것은 상당한 장착 공간을 필요로 하고 비용이 많이 든다.
본 발명은, 주차 브레이크 기능과 상용 브레이크 기능이 마찰 요소용 액추에이터 장치에 통합되고 이와 동시에 상용 브레이크가 결코 자체 잠금 상태로 되지 않게 한 브레이크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 차량 브레이크 시스템의 액추에이터 장치를 도시하고 있다.
이하, 예시된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 살펴보기로 한다.
도 1은 축(14)을 통해서 브레이크 디스크와 회전할 수 없도록 연결된 휠(12)의 브레이크 디스크(10)(축척으로 미도시)에 작용하는, 차량 브레이크 시스템의 액추에이터 장치를 도시하고 있다. 상기 브레이크 디스크는 두 개의 마찰 패드(16a, 16b) 사이에 수용된다.
브레이크 디스크(10)에 대한 마찰 패드(16a, 16b) 각각의 해제 또는 작동 운동은 스핀들(18)/너트(20) 장치를 통해서 이루어진다. 전기 모터(24)의 회전 방향에 따라서, 상기 스핀들(18)은 아래에서 상세하게 설명되는 기어 장치(22)를 통해 전기 모터(24)에 의해서 작동 또는 해제 회전을 하게 된다. 전기 모터의 제어는 각각 육상용 차량의 브레이크 페달의 페달 위치 또는 주차 브레이크 레버의 작용에 따라 전기 제어 신호의 함수로서 실행되며, 이러한 방식은 여기서 상세하게 설명되지 않는다.
바람직한 방식에서, 감속 기어로서 설계된 기어 장치(22)는 200:1의 총 감속비를 가지며 2단 구조이다. 결과적으로, 우선은 전기 모터(24)가 작은 크기로 선택될 수 있으며 그럼에도 불구하고 충분히 높은 고정력을 발휘할 수 있는 소형 액추에이터 장치가 요구된다. 이러한 목적을 위하여, 전기 모터(24)는 이가 형성된 벨트 기어(35)로서 설계된 4:1의 제 1 감속단을 경유하여, 50:1의 제 2 감속단을 제공하는 경사판(swash plate) 메커니즘(36)을 구동시킨다. 상기 경사판 메커니즘 (36)은, 외부 지지 링(38) 내에 회전할 수 없도록 수용되고 구동 축(39)의 회전 운동이 상기 경사링(swash ring)(37)을 흔들림 운동으로 이끌 수 있도록 모서리를 깎아낸 단부에서 구동축(39)과 접촉하는 경사링(37)을 포함한다. 상기 경사링(37)은 출력 링(41)의 스퍼 톱니(spur toothing)와 맞물림되는 스퍼 톱니(39)를 포함하고 있고, 상기 출력 링(41)은 출력 축으로서 작용하는 스핀들(18)과 명확하지 않게 연결되어 있다. 외부 지지링(38)이 고정된 상태에서, 상기 경사링(37)의 흔들림 운동은 경사링(37)의 스퍼 톱니(39)의 연속적인 다른 이가 상기 출력링(41)의 스퍼 기어(40)와 맞물릴 수 있도록 한다. 출력링(41)의 스퍼 톱니의 이의 개수(Z1)가 경사판(37)의 이의 개수(Z2)보다 적게 선택된다는 사실 때문에, 고정 지지링(38)에 대한 출력링(41)의 상대 회전 운동이 이루어지는데, 이것은 구동축(39)의 회전 방향에 반대되는 회전 방향을 갖는다. 따라서, 경사링(37) 및 출력링(41)의 스퍼 톱니의 이의 개수에 있어서의 차이에 의해 출력링(41)의 회전이 발생한다. 만약, 예를 들어, 출력링(41)의 이의 개수가 Z1=98이고 경사링(37)의 이의 개수가 Z2=100인 경우에는, 그에 따른 50:1의 감속비(i)는 공식 i=Z2/(Z1-Z2)에 의해서 얻어진다.
제 2 감속단에 있어서, "사이클로 기어 메커니즘(Cyclo gear mechanism)"으로 공지된 기어 메커니즘 또는 다른 것들 중 독일 실용신안 공보 제296 14 738호에 공지된 "하모닉 구동 시스템(Harmonic drive system)"으로 공지된 기어 메커니즘은 경사판 메커니즘 대신에 사용될 수 있다. 또한, 상기 기어 형태는, 고정 지지링을 포함하고 있고, 회전 입력 방향 및 출력 방향은 또한 서로 반대되며, 감속비는 비회전링 대 회전링의 각각의 이의 개수 또는 원주 길이에서의 차이로부터 결정된다.
"사이클로 기어 메커니즘"은 상당히 높은 토오크 용량, 매우 큰 효율, 높은 가능성 기어비들 및 스핀들/너트 장치에서 가능한 요구된 브레이크 어웨이(break-away) 토오크를 극복하기 위한 상당한 효과를 갖는 5개의 겹침 과하중 용량에 의해 특징된다. "사이클로 기어 메커니즘"은 그 기어 외부 형상이 사이클로이드 특성을 나타내는 편심 기어 메커니즘이다. 디스크는 편심 요소를 통해서 구동되어서 링 주위를 회전한다. 만약 디스크에 폐쇄된 사이클로이드 특성이 제공되고 핀들에 의해서 교체되는 링이 원형으로 배치된다면 명확한 연결이 이루어진다. "사이클로 기어 메커니즘"은 3개의 주요 가동 구성요소들, 즉 편심 요소를 구비한 구동축, 캠 디스크, 및 출력 축을 구비하고 있다. 이중 편심 요소는 구동 속도로 회전하여 롤러 베어링을 통해서 180도로 서로 편심된 두 개의 캠 디스크들을 구동시킨다. 따라서, 캠 디스크들은 두 개의 서로 다른 축을 중심으로 동시에 회전한다. 반대 방향으로 감속된 속도를 갖는 회전이 발생된다. 편심 요소의 완전한 회전으로, 각각의 캠 디스크는 캠 섹션에 의해서 회전한다. 일반적으로, 캠 디스크는 핀 링에 제공된 핀들보다 하나가 적은 이를 갖는다. 이와 같은 경우에, 기어 비는 캠 디스크의 캠 섹션들의 수에 의해서 결정된다. 출력 축으로의 감소된 회전 운동의 전달을 위하여, 캠 디스크들은 원형으로 배치된 구멍(hole)들이 제공된다. 상기 출력 축은 원형으로 배치된 구동 핀들이 캠 디스크 내의 대응 구멍들 내로 맞물리도록 위치되어 있는 동축 드라이버 디스크를 갖는다. 상기 드라이버 핀들 및 외부 핀들은, 캠 디스크들과 출력 축의 드라이버 핀들 사이에 단순히 회전력을 전달하는 롤러들과 끼워맞춤된다.
경사판 메커니즘과 하모닉 구동 메커니즘 양쪽 모두는 320:1의 감속비를 가능하게 한다. 따라서, 제 1 감속단은 200:1의 감속비를 얻기 위하여 생략될 수 있다. 예를 들면, 전기 모터 및 기어 메커니즘의 병렬 배치 대신에 전기 모터와 기어 메커니즘의 직렬로 배치하는 것이 바람직하고, 이때 전기 모터는 기어 구동 축을 직접 구동시키는 것이 바람직하다.
역회전의 기어 메커니즘이 자체 잠금인 것은 경사판 메커니즘 및 독일 실용신안 공보 제296 14 738호로부터 공지된 기어 메커니즘에 본질적인 것인데, 이것이 의미하는 바는, 구동 장치에 반대로 작용하는 힘은 설령 그 힘이 아무리 높다 해도, 구동축을 역회전으로 회전시킬 수는 없다는 것이다. 그러나, 이것은 또한 구동 축은 어느 한 방향 또는 다른 방향으로 변화될 수 있다는 것을 의미한다.
스핀들/너트 장치(18/20)가 자체 잠금으로 설계되었다는 사실 때문에, 스핀들/너트 장치(18/20)와 동시에 취하게 되는 위치는 심지어 전기 모터(24)가 꺼진 후에도 유지된다.
상술된 바와 같이, 지지링(38)은 장치의 정지 위치에서 회전될 수 없다. 아래에서 설명되는 형상에 의해서, 경사판 메커니즘이 실질적으로 정지 상태에 있는 경우에도, 역회전 및 마찰 패드(16a, 16b)(스핀들/너트 장치(18,20))의 해제 운동을 달성하는 것이 가능하다.
베어링 저널(50)에서의 피니언은, 회전 가능하고 또한 화살표(P) 방향의 축방향으로 활주 가능하게 배치되며, 지지링(38)의 외부 이와 맞물린다. 상기 피니언(52)은 인장봉(54)과 단단하게 연결되어 있다. 상기 피니언(52)은, 인장봉(54)을 중심으로 감겨있는 벽(58)에 대하여 코일 스프링(56)에 의해서 화살표(P) 반대 방향으로 편향되어 있다. 또한, 헬리컬 스프링(60)은 인장봉(54)을 중심으로 감겨있고, 비틀림 스프링 어큐뮬레이터(spring accumulator)로서 작용한다.
베어링 저널(50)의 저부에는, 화살표(P) 방향으로 인장봉(54)의 축방향 운동과 동시에, 충전된 스프링 어큐뮬레이터(60)가 피니언(52)을 회전 방향(D)으로 회전시킬 수 있도록 톱니가 형성되어 있다. 상기 피니언(52)(코일 스프링(56)에 의해서 적재된)의 맞물림 조건에서, 톱니는 피니언(52)이 회전되지 않도록 한다. 따라서, 정상적인 경우에 지지링(38)은 회전될 수 없다.
이하, 브레이크 장치의 기능들을 살펴보기로 한다.
전기 모터(24)에 전류가 공급되는 동시에, 상기 스핀들/너트 장치(18, 20)는, 마찰 패드(16a, 16b)가 브레이크 디스크(10)를 향하는 작동 운동을 실행할 수 있도록 기어 장치를 통해서 회전된다.
전기 모터(24)의 대향 전류 공급으로, 스핀들/너트 장치(18, 20)는, 마찰 패드(16a, 16b)가 브레이크 디스크(10)로부터 이탈되는 해제 운동을 실행할 수 있도록 기어 장치를 통해서 역회전된다.
인장봉(54)이 화살표(P) 방향으로 동작되는 경우에, 피니언(52)은 베어링 저널의 저부에 있는 톱니와 풀려지므로, 그로 인해 인장봉(54)이 충전된 스프링 어큐뮬레이터(60)에 의해서 회전할 수 있다. 그러한 결과로서 인장봉(54)에 단단하게 연결되어 있는 피니언(52)이 지지링(38)을 회전하게 한다. 이것은 너트(20)가 마찰 패드(16a, 16b)를 브레이크 디스크(10)로부터 이탈하여 이동시킬 수 있도록 스핀들(18)의 회전 운동을 초래한다. 마지막으로 설명된 과정은 주차 브레이크의 해제 또는 긴급 작동의 경우에 일어난다. 따라서, 주차 브레이크 기능은 전기적 작동 없이도 해제될 수 있다.
스프링 어큐뮬레이터(60)를 충전시키기 위하여, 인장봉(54)(예를 들면, 전자기적으로 작동되는)은 화살표(P) 방향으로 이동되고, 동시에 전기 모터(24)가 작동된다. 이러한 방식으로, 지지링(38)은 회전하기 시작하여 회전의 반대 방향으로 피니언을 구동시키며, 이에 따라 스핀들/너트 장치는 예를 들어 마찰 패드들이 브레이크 디스크와 접촉하는 멈추개에 도달한다. 이러한 결과로서 전기 모터에 의해서 인가된 토오크가 에너지 저장의 관점에서 스프링 어큐뮬레이터(60)를 조이는 데 사용된다.

Claims (4)

  1. 육상 차량용 브레이크 장치에 있어서,
    전기 모터(24)의 하류에 감속 기어(22)가 연결되어 있고, 상기 감속 기어의 출력부(41)는 브레이크 장치의 마찰 패드(16a, 16b)에 작용하는 해제(release)/작동(application) 장치(18, 20)의 입력부와 연결되어 있고;
    상기 감속 기어(22)는 지지링(38)을 포함하고, 상기 지지링은 감속 기어(22)가 제1 작동 상태에 있을 때는 자체 잠금되도록 감속 기어(22)의 제1 작동 상태에서는 회전 불가하고, 또한 감속 기어가 제2 작동 상태에 있을 때는 자체 잠금되지 않도록 감속 기어(22)의 제2 작동 상태에서는 회전 가능하며;
    작동 메커니즘(38, 52, 54, 60)은 감속 기어(22)가 제1 작동 상태와 제2 작동 상태 사이에서 전환될 수 있게 지지링(38)에 작용하도록 구성되며 또한 마찰 패드(16a, 16b)가 브레이크 디스크(10)로부터 이탈할 수 있게 해제/작동 장치(18, 20)의 개방 운동을 일으키도록 구성된 것을 특징으로 하는 육상 차량용 브레이크 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감속 기어(22) 차량이 정지되어 있고 전기 모터(24)에 전류가 흐르지 않을 때에는 감속 기어의 제1 작동 상태에서 자체 잠금되는 것을 특징으로 하는 육상 차량용 브레이크 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감속 기어(22)의 제2 작동 상태에서 감속 기어는 자체 잠금되지 않으며, 개방 운동을 위한 구동력은 스프링 어큐뮬레이터(spring accumulator)(60)로 구성될 수 있는 에너지 어큐뮬레이터로부터 제공되고, 상기 어큐뮬레이터는 기어 메커니즘(22)에 회전 가능하게 작용하고 또한 병진 가능하게도 작용하는 것을 특징으로 하는 육상 차량용 브레이크 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    에너지 어큐뮬레이터의 충전은 정상 작동 조건하에서 전기 모터(24)의 작동에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 육상 차량용 브레이크 장치.
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