KR100693507B1 - 차량용 전동 캘리퍼 장치 - Google Patents

차량용 전동 캘리퍼 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 제동 방식의 차량 제동 장치용 액츄에이터인 전동 캘리퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 전동 캘리퍼 장치에서 브레이크 패드와 브레이크 디스크간에 면접촉시 발생되는 문제점을 보완하여 캘리퍼 전체의 내구성을 향상시키며, 차량에 설치된 ABS(Anti Lock Brake System), TCS(Traction Control System), ESP(Electronic Stability Program)등의 제어 장치와 연결하여 차량의 제동성능에 대하여 전체적으로 향상이 가능한 차량용 전동 캘리퍼 장치에 관한 것이며, 이를 위해 본 발명은, 차량에 설치되는 전동 캘리퍼 장치에 있어서, 운전자에 의해 작동되는 브레이크 페달의 작동에 따른 신호를 전송받는 제어부; 상기 제어부의 제어 신호에 의해 작동되는 모터부; 상기 모터부와 연결되며 원통형상의 내주면상에 제 1나사선이 형성된 바디부; 상기 바디부의 후단부 외주면상에 형성된 제 2나사선을 포함하는 로터부; 일단이 상기 제 1나사선과 치합되어 연장되며 상기 로터부와 연동하여 작동 가능하도록 제 3나사선이 외주면에 형성된 플런징 바디, 타단이 브레이크 디스크에 밀착되도록 제 1브레이크 패드가 구비되며 상기 플런징 바디의 외주면에 설치된 제 1스프링을 포함하는 플런징 샤프트; 및 상기 모터부의 회전 운동을 전달받아 직선 운동으로 전환 가능하도록 상기 로터부의 제 2나사선과 치합되며 제 4나사선이 형성된 캘리퍼 바디부, 상기 제 4나사선과 일체로 연장 형성되되 상기 브레이크 디스크의 타측면을 향해 연장 형성되며 브레이크 디스크에 밀착되도록 제 2브레이크 패드가 구비되고 상기 캘리퍼 바디부와 제 2브레이크 패 드 사이에 개재되어 설치되는 제 2스프링이 구비된 캘리퍼부를 포함하여 구성되는 차량용 전동 캘리퍼 장치를 제공한다.
모터부, 브레이크 디스크, 캘리퍼

Description

차량용 전동 캘리퍼 장치{Caliper Apparatus For Automobile}
도 1은 본 발명에 의한 차량용 전동 캘리퍼 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 차량용 전동 캘리퍼 장치의 작동 상태도.
도 3은 본 발명에 의한 차량용 전동 캘리퍼 장치의 변위계에 의한 제어선도를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 제어부 20 : 모터부
30 : 로터부 32 : 제 1나사선
34 : 제 2나사선 40 : 플런징 샤프트
50 : 캘리퍼부
본 발명은 캘리퍼 전체의 내구성을 향상시키며, 차량에 설치된 ABS(Anti Lock Brake System), TCS(Traction Control System), ESP(Electronic Stability Program)등의 제어 장치와 연결하여 차량의 제동성능에 대해 전체적으로 향상이 가능한 차량용 전동 캘리퍼 장치에 관한 것이다.
일반적으로 제동장치(Break System)는 주행하는 자동차를 감속 또는 정지시킴과 동시에 주차 상태를 유지하기 위해 사용되는 중요한 장치이며, 마찰력을 이용하여 자동차의 운동에너지를 열에너지로 전환시킨후에 대기속으로 방출시켜 제동작용을 하는 마찰식 브레이크를 사용하고 있다.
또한, 상기 제동장치는 주행할 때 주로 사용하는 주 브레이크(Foot Brake)와 자동차를 주차시킬 때 사용하는 주차브레이크(Parking Brake)가 있다.
상기한 주 브레이크는 보통 운전자가 발로 조작하기 때문에 풋 브레이크라고 도하며, 주차 브레이크는 보통 손으로 조작하기 때문에 핸드 브레이크라고 한다.
상기한 브레이크 장치의 조작기구는 로드나 와이어를 사용하는 기계식과 유압을 이용하는 유압식이 있으며, 일반적으로 주 브레이크는 유압식을, 주차브레이크는 기계식을 사용한다.
최근의 자동차는 고속화 경향으로 드럼식 보다 방열과 열변형에 의한 제동력 저하가 적은 디스크 브레이크가 많이 사용되고 있으며, 특히 앞쪽 브레이크는 대부분이 디스크 브레이크(부동 캘리퍼)를 사용하고 있다.
상기한 디스크 브레이크는 바퀴와 함께 회전하는 브레이크 디스크의 양쪽에 설치된 패드에 의해 제동되는데, 상기 패드 바깥쪽에 있는 하우징을 캘리퍼(Caliper)라고 한다.
상기 캘리퍼는 피스톤과 오일 통로가 있어 마스터 실린더에서 발생한 오일의 압력을 받게 되면, 상기 피스톤이 패드를 밀어 디스크에 압착하고, 또 그 반력으로 캘리퍼가 반대방향으로 움직여 반대쪽 패드도 디스크에 압착시켜 제동력을 얻도록 되어 있다.
한편, 최근 자동차 산업은 바이 와이어 시스템의 개발이 활발히 진행되고 있고, 제동장치도 브레이크 바이 와이어(Brake-By-Wire)가 급속도로 개발되고 있다.
상기한 브레이크 바이 와이어(Brake-By-Wire) 시스템은 페달 유닛부와 브레이크 제어부 및 전동 캘리퍼로 이루어진다.
상기한 전동 캘리퍼는 제어부로부터의 신호를 바탕으로 전기모터 등으로 이루어진 전동 캘리퍼를 구동하여 차량의 휠 디스크에 힘을 가하여 제동이 이루어진다.
전동 캘리퍼 시스템의 일반적인 작동은 다음과 같이 이루어진다.
제어부로부터 구동신호를 받은 모터가 모터구동 드라이브를 통하여 모터를 회전시키고, 모터의 회전운동을 각종 기어장치 들을 이용하여 직선운동으로 변환한 후, 브레이크 패드에 제동에 필요한 힘을 인가하여, 패드와 디스크면의 마찰을 통하여 제동을 한다.
그러나, 종래의 전동 캘리퍼는 모터에서 패드 사이의 연결이 강체 요소들로 이루어져 힘을 전달하도록 구성되어 있어서, 모터에서 브레이크 패드 사이의 움직임을 전달하는 구성 요소중에 컴플라이언스 없이 강체 기구학적인 거동만으로 작동되었다.
이로인해 브레이크 패드와 브레이크 디스크간 접촉이 이루어지는 순간에, 짧은 시간이지만 매우 큰 힘의 유동인 저크가 디스크와 패드 사이에서 발생하게된다.
상기한 현상은 제동력 형성 측면에서도 나쁜 영향을 미치지만, 보다 심각한 것은 상기한 작용이 그대로 모터까지 전달되어 모터를 포함한 전동 캘리퍼의 수명을 단축 시키는 문제점을 발생시켰다.
또한, 일정한 제동력을 얻기 위하여 모터에 일정한 전류를 인가하여도 디스크의 런아웃(브레이크 패드와 브레이크 디스크가 각각 면접촉될 때 발생하는 불균일한 힘)으로 인하여 디스크가 브레이크 패드를 가진하여 제동력의 오실레이션(진동, 떨림)이 발생하고, 이것이 브레이크 패드를 거쳐 모터로 전달되어 전동 캘리퍼의 내구성이 취약해지는 문제점이 발생되었다.
또한, 전동 캘리퍼에 설치되는 센서는 비교적 고가의 부품이며, 사이즈가 크며 캘리퍼 바디의 온도가 상승하는 환경에서 신호의 정도가 나빠지는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 브레이크 패드와 브레이크 디스크가 면접촉될 때 발생하는 저크를 감소시키도록 구성함으로써 전동 캘리퍼 전체의 내구성을 향상시키고 제동성능을 안정시키기 위한 차량용 전동 캘리퍼 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 운전자에 의해 작동되는 브레이크 페달의 작동에 따른 신호를 전송받는 제어부; 상기 제어부의 제어 신호에 의해 작동되는 모터부; 상기 모터부와 연결되며 원통형상의 내주면상에 제 1나사선이 형성된 바디부; 상기 바디부의 후단부 외주면상에 형성된 제 2나사선을 포함하는 로터 부; 일단이 상기 제 1나사선과 치합되어 연장되며 상기 로터부와 연동하여 작동 가능하도록 제 3나사선이 외주면에 형성된 플런징 바디, 타단이 브레이크 디스크에 밀착되도록 제 1브레이크 패드가 구비되며 상기 플런징 바디의 외주면에 설치된 제 1스프링을 포함하는 플런징 샤프트; 및 상기 모터부의 회전 운동을 전달받아 직선 운동으로 전환 가능하도록 상기 로터부의 제 2나사선과 치합되며 제 4나사선이 형성된 캘리퍼 바디부, 상기 제 4나사선과 일체로 연장 형성되되 상기 브레이크 디스크의 타측면을 향해 연장 형성되며 브레이크 디스크에 밀착되도록 제 2브레이크 패드가 구비되고 상기 캘리퍼 바디부와 제 2브레이크 패드 사이에 개재되어 설치되는 제 2스프링이 구비된 캘리퍼부를 포함하여 구성되는 차량용 전동 캘리퍼 장치를 제공한다.
상기 플런징 샤프트는 제 1스프링의 변위량을 측정하는 변위계가 설치된다.
상기 캘리퍼 바디부상에는 상기 캘리퍼 바디부가 직선 운동시에 이를 가이드하는 지지부가 구비된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 차량용 전동 캘리퍼 장치를 도시한 도면이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 운전자에 의해 작동되는 브레이크 페달(2)의 작동에 따른 신호를 전송받는 제어부(10)가 구비되며, 상기 제어부(10)의 제어 신호에 의해 작동되는 모터부(20)가 구비된다.
상기 모터부(20)와 연결되며 원통형상의 내주면상에 제 1나사선(32)이 형성 된 바디부(31)와, 상기 바디부(31)의 후단부 외주면상에 형성된 제 2나사선(34)을 포함하는 로터부(30)가 구비된다.
일단이 상기 제 1나사선(32)과 치합되어 연장되며 상기 로터부(30)와 연동하여 작동 가능하도록 제 3나사선(42)이 외주면에 형성된 플런징 바디(41), 타단이 브레이크 디스크(4)에 밀착되도록 제 1브레이크 패드(5)가 구비되며 상기 플런징 바디(41)의 외주면에 설치된 제 1스프링(44)을 포함하는 플런징 샤프트(40)가 구비된다.
상기 모터부(20)의 회전 운동을 전달받아 직선 운동으로 전환 가능하도록 상기 로터부(30)의 제 2나사선(34)과 치합되며 제 4나사선(52)이 형성된 캘리퍼 바디부(51), 상기 제 4나사선(52)과 일체로 연장 형성되되 상기 브레이크 디스크(4)의 타측면을 향해 연장 형성되며 브레이크 디스크(4)에 밀착되도록 제 2브레이크 패드(6)가 구비되고 상기 캘리퍼 바디부(51)와 제 2브레이크 패드(6) 사이에 개재되어 설치되는 제 2스프링(54)이 구비된 캘리퍼부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 로터부(30)에는 상기 로터부(30)를 내부에 지지 고정하는 로터 하우징부(36)가 구비된다.
상기 플런징 샤프트부(40)는 제 1스프링(44)의 변위량을 측정하는 변위계(60)가 설치된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 차량용 전동 캘리퍼 장치의 작동 상태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부된 도 2a를 참조하면, 차량이 도로를 따라 주행하다가 운전자가 브레이 크 페달(2)을 밝게되면, 상기 브레이크 페달(2)의 작동에 따른 신호가 제어부(10)로 전송된다.
상기 제어부(10)는 상기 신호를 입력받아 모터부(20)를 작동시키는 명령을 실행한다.
상기 모터부(20)는 제어부(10)의 제어 명령에 의해 모터부(20)에 구비된 모터축(미도시)을 일방향으로 회전 작동시킨다.
상기 모터부(20)의 모터축은 단부가 로터부(30)와 연결 설치되어 있어서 모터부(20)의 작동과 연동하여 상기 로터부(30)의 제 2나사선(32)이 형성된 바디부(31)가 회전 작동된다.
상기 바디부(31)가 회전 작동되면 상기 제 1나사선(32)과 치합된 플런징 샤프트부(40)의 제 3나사선(42)이 형성된 플런징 바디(41)가 전방으로 이동하게 된다.
이와 동시에 상기 로터부(30)의 회전에 의해 제 2나사선(34)과 치합된 제 4나사선(52)이 형성된 캘리퍼 바디부(51)는 화살표로 도시된 방향으로 이동하게 된다.
상기와 같이 플런징 샤프트부(40)와 캘리퍼 바디부(50)가 모터부(20)의 작동과 연동되어 각각 작동되면서 브레이크 디스크(4)면 상에 제 1브레이크 패드(5)와 제 2브레이크 패드(6)가 밀착 되어 차량의 제동이 이루어진다.
상기 작동 과정중에 플런징 바디(41)의 외주면에 설치된 제 1스프링(44)과 캘리퍼 바디부(51)상에 설치된 제 2스프링(54)이 각각 변형되고, 상기 플런징 샤프 트부(40)의 플런징 바디(41)상에 설치된 변위계(60)에 의해 상기 제 1스프링(44)의 변위량이 측정된다.
상기 변위계(60)에 의한 제어선도를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부된 도 3을 참조하면, Fbref는 제 1,2브레이크 패드(5,6)에 의해 브레이크 디스크(4)에 밀기를 원하는 힘이고, Fb는 변위계(60)(도 2참조)에 의해 계측된 힘이며, Fberror는 Fbref와 Fb사이의 에러값이고, i는 전류를 나타내며, Tmotor은 모터부(20)에서 발생되는 토크를 나타낸다.
상기와 같이 제어부(10)로 입력된 Fbref와 Fb값의 차이에 해당되는 Fberror가 제어부(10)로 입력되면, 상기 제어부(10)에 별도로 구비된 제어모듈(미도시)에서 연산되고, 연산된 신호가 구동 드라이버쪽으로 전달된다.
그리고, 상기 구동 드라이버에서는 모터부(20)에 전동 캘리퍼 장치(100)가 작동 가능하도록 전류(i)를 모터부(20)에 인가하면, 상기 모터부(20)는 전동 캘리퍼 장치(100)가 작동 가능되도록 모터를 작동시켜 상기 전동 캘리퍼 장치(100)가 작동된다.
상기 전동 캘리퍼 장치(100)의 작동 과정중에 변위계(60)에 의해 제 1스프링(44)의 변위가 측정되고, 상기 변위에 스프링의 탄성계수를 곱하게 되면 Fb값이 계측된다.
상기 계측된 Fb값은 최초의 Fbref값에 피드백되어 순환되고 제어부(10)로 다 시 입력된다.
이로인해 최적의 상태로 전동 캘리퍼 장치(100)가 작동 가능하도록 변위계(60)에 의해 측정할 수 있으며, ABS(Anti Lock Brake System), TCS(Traction Control System), ESP(Electronic Stability Program)등의 제어 장치와 연결하여 차량의 제동성능에 대해 전체적으로 제어 가능하다.
운전자가 브레이크 페달(2)에서 발을 떼게 되면, 상기 신호가 제어부(10)로 입력되어 모터부(20)로 전달되고, 최초 작동 되었던 역순으로 전동 갤리퍼 장치(100)가 작동된다.
한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 전동 캘리퍼 장치는 전동 캘리퍼 장치의 전체적인 내구성을 향상시켜주고, 제동력을 일정하게 유지시켜 차량의 제동 성능을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 브레이크 디스크의 런아웃으로 인한 진동 및 떨림 현상을 감소시키는 효과가 있으며, 변위계와 ABS, TCS, ESP등의 제어장치와 연결하여 사용할 경우에 차량의 제동에 대한 제어가 향상되는 효과가 있다.
또한, 변위계의 가격이 저렴하여 원가가 절감되며 부피가 작아서 전동 캘리퍼 장치의 레이아웃이 용이해지는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 차량에 설치되는 전동 캘리퍼 장치에 있어서,
    운전자에 의해 작동되는 브레이크 페달의 작동에 따른 신호를 전송받는 제어부(10);
    상기 제어부(10)의 제어 신호에 의해 작동되는 모터부(20);
    상기 모터부(20)와 연결되며 원통형상의 내주면상에 제 1나사선(32)이 형성된 바디부(31);
    상기 바디부(31)의 후단부 외주면상에 형성된 제 2나사선(34)을 포함하는 로터부(30);
    일단이 상기 제 1나사선(32)과 치합되어 연장되며 상기 로터부(30)와 연동하여 작동 가능하도록 제 3나사선(42)이 외주면에 형성된 플런징 바디(41), 타단이 브레이크 디스크에 밀착되도록 제 1브레이크 패드가 구비되며 상기 플런징 바디의 외주면에 설치된 제 1스프링(44)을 포함하는 플런징 샤프트(40); 및
    상기 모터부(20)의 회전 운동을 전달받아 직선 운동으로 전환 가능하도록 상기 로터부(30)의 제 2나사선(34)과 치합되며 제 4나사선(52)이 형성된 캘리퍼 바디부(51), 상기 제 4나사선(52)과 일체로 연장 형성되되 상기 브레이크 디스크의 타측면을 향해 연장 형성되며 브레이크 디스크에 밀착되도록 제 2브레이크 패드가 구비되고 상기 캘리퍼 바디부(51)와 제 2브레이크 패드 사이에 개재되어 설치되는 제 2스프링(54)이 구비된 캘리퍼부(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 용 전동 캘리퍼 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로터부(30)에는 상기 로터부(30)를 내부에 지지 고정하는 로터 하우징부(36)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동 캘리퍼 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플런징 샤프트부(40)는 제 1스프링(44)의 변위량을 측정하는 변위계(60)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동 캘리퍼 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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