KR101482271B1 - 전자 웨지 브레이크 시스템의 제동력 측정 센서 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전자 웨지 브레이크인 EWB(Electro Wedge Brake)는 패드(P)에 의한 실제적인 제동력(Clamping Force) 크기 측정이 캘리퍼 바디(3)의 변형을 통해 구현되도록, 휠 디스크에 대한 패드(P)의 제동력(Clamping Force)에 따른 반력으로 변형되는 캘리퍼 바디(3)를 이용해 하중(Force, Torque)을 측정하는 센서(7)를 구비함에 따라, ECU(1)의 EWB 액추에이터(2)의 정밀한 제어를 위한 제어 값 산출이 동력 발생 모터 출력 부위를 통한 측정값의 부정확성이 없는 보다 실제적인 정확한 측정값은 물론, 마찰력 부위와 같이 측정 자체의 어려움이 없이 용이한 측정 방식을 구현 할 수 있는 특징이 있게 된다.

제동력, 토크 센서, 캘리퍼

Description

전자 웨지 브레이크 시스템의 제동력 측정 센서 장치{Clamping force measurement sensor device for Electric Wedge Brake System}

본 발명은 전자 웨지 브레이크 시스템에 관한 것으로, 특히 전자 웨지 브레이크 시스템의 제동력 측정 센서 장치에 관한 것이다.

일반적으로 브레이크(Brake System)는 주행하는 자동차를 감속 또는 정지시킴과 동시에, 주차상태를 유지하기 위해 사용하는 제동장치이다.

이러한 브레이크는 통상 운동에너지를 마찰력을 이용해 열에너지로 바꾸어, 그것을 대기 속으로 방출시켜 제동작용을 하는 마찰 식 브레이크가 사용되는데 이는, 차륜과 함께 회전하는 디스크를 그 양쪽에서 패드가 유압에 의하여 눌려지면서 제동기능을 수행하게 된다.

그러나, 이러한 유압 식 브레이크는 제동 시 유압을 이용하여 패드를 강하게 디스크 쪽으로 밀어 주는 방식으로 구현됨에 따라, 페달 조작력을 배력하는 부스터를 통해 작동되어 유압을 발생하는 마스터 실린더와, 휠 실린더 쪽으로 이어지는 유압 라인은 물론, 이들을 제어하고 보조하는 각종 장치들로 복잡한 구성이 이루어질 수밖에 없고, 이러한 구성의 복잡함과 유압 사용에 따른 제동 성능의 신뢰성가 안정성 강화에 어느 정도 한계성이 갓을 수밖에 없다.

이에 따라, 유압 식 브레이크가 갖지 못하는 구성의 단순함을 가져오고 제동 성능의 신뢰성 강화와 주차 브레이크 작용도 함께 구현할 수 있음과 더불어, ABS(Anti Brake System)의 응답성과 성능 향상과 더 나아가 통합 샤시 제어를 최적으로 구현할 수 있도록 전자 웨지 브레이크(EWB, Electro Wedge Brake) 시스템을 개발 및 적용하고 있는 추세이다.

이러한 전자 웨지 브레이크인 EWB는 제동 시, 액추에이터를 통해 작동되는 웨지 조립체를 이용하여 브레이크 패드를 디스크 쪽으로 가압 함에 따라 마찰시킴으로 써 제동 작용을 구현하는 방식을 이용하게 된다.

이로 인해 EWB는 모터 토크와 휠 디스크 회전에 의한 마찰력의 합인 제동력(Clamping Force)에 대한 정밀 제어가 매우 중요하며, 이를 위해 다양한 위치 일례로 모터 출력 부위나 또는, 마찰력 발생 부위에 대한 하중(Force)이나 토크(Torque)를 측정해, EWB 제어 요소(Factor)로 적용시켜 주게 된다.

하지만, EWB 제어 요소(Factor)로 적용하기 위해 측정되는 모터 출력 부위나 또는, 마찰력 발생 부위는 바람직하지 못한 측면이 있게 되는데, 이는 모터 출력 단 경우는 웨지 작용에 따른 자기 배력(Self-Energizing)원리에 의해 패드 쪽에 전달되는 입력(Input Force)이 일정하더라도 마찰계수 변화로 다른 하중(Force)이 발생할 소지가 다분하고, 또는 마찰력의 설정 치와 실측치를 비교한 값을 적용하는 경우 마찰력 측정을 위한 구성이 매우 어려울 뿐만 아니라 특히, 마찰계수는 온도와 습도, 속도, 가압력 크기에 따라 변화하므로 정확한 측정 차체가 어렵다는 한계 가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 전자 웨지 브레이크인 EWB(Electro Wedge Brake)에 대한 제동력(Clamping Force) 제어를 위해 측정하는 하중(Force나 Torque)이 캘리퍼를 이루는 캘리퍼 바디의 변형을 통해 구현됨에 따라, 동력 발생 모터 출력 부위나 또는, 마찰력 발생 부위를 이용할 때에 발생하는 부정확 측정값이나 측정 자체의 어려움 등을 발생하지 않고, 정확하면서도 보다 간편하게 구현할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자 웨지 브레이크 시스템이 제동 시 패드가 휠 디스크를 가압 하는 제동력(Clamping Force) 크기에 따라 변형 정도를 달리하는 캘리퍼 바디의 중앙 부위에서 일체로 연장되어, 캘리퍼 바디의 중앙에서 떨어진(Offset)부위로 연장된 센싱 암이 구비되고,

상기 센싱 암의 연장 부위가 가하는 가압 력으로 변형될 때, 변형 정도에 따른 신호 값을 발생하는 스트레인 게이지 타입 센싱 플레이트를 이용해, ECU가 EWB 액추에이터를 제어하도록 캘리퍼 바디의 제동력 크기를 측정하는 센서를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 상기 센서는 캘리퍼 바디에 체결된 하우징 블록과, 상기 하우징 블록에서 외부로 인출되어 센싱 암을 통해 가압력을 받는 센싱 플레이트, 상기 센싱 플레이트에서 발생되는 변화를 신호 값으로 변환하는 PCB 및 상기 하우징 블록에서 PCB의 신호 값을 신호 선을 통해 ECU쪽으로 전송하는 신호 선이 연결되는 선 인출 단으로 구성된다.

그리고, 상기 센싱 플레이트는 하우징 블록에 뚫린 개구 홀에 끼워진 기밀 부재에 감싸여 하우징 블록으로부터 인출되며, 상기 기밀 부재에는 개구 홀에 대해 여유 간격 a를 갖고 끼워지도록, 테두리 홈이 둘레를 따라 형성된다.

이러한 본 발명에 의하면, 전자 웨지 브레이크인 EWB(Electro Wedge Brake)의 작동 시 캘리퍼를 이루는 캘리퍼 바디에서 발생되는 변형을 이용해, 실제적으로 가해지는 제동력(Clamping Force)에 대한 하중(Force나 Torque)을 측정해 줌에 따라, 정밀한 모터 제어를 위해 측정되는 하중이 동력 발생 모터 출력 부위나 또는, 마찰력 발생 부위를 이용할 때에 비해 정확한 측정값을 얻을 뿐만 아니라, 마찰력 부위를 이용할 때 갖는 측정 자체의 어려움도 없이 용이한 측정 방식을 구현 할 수 있는 효과가 있게 된다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러 한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 웨지 브레이크 시스템에 장착된 제동력 측정 센서 장치의 구성 도를 도시한 것인바, 본 발명의 전자 웨지 브레이크인 EWB(Electro Wedge Brake)는 제동 시 제동력(Clamping Force)을 발생하는 동력원인 EWB 액추에이터(2)와, 상기 EWB 액추에이터(2)를 이루는 모터를 제어하는 ECU(1)를 구비하는데, 상기 EWB 액추에이터(2)는 제동 시, 실제적으로 발생하는 제동력(Clamping Force) 크기에 대한 정보를 얻는 ECU(1)가 정밀 제어하게 된다.

이를 위해, 상기 EWB에는 캘리퍼를 이루는 토크 멤버(4)를 통해 습동하는 캘리퍼 바디(3)의 변형를 측정하고, 측정된 값을 ECU(1)쪽으로 전달하는 센서 앗세이(5)를 더 구비하게 된다. 특히, 상기 캘리퍼 바디(3)의 양쪽을 체결한 토크 멤버(4)중 어느 하나의 토크 멤버(4)에 근접되는 위치에는 상기 센서 앗세이(5)가 구비된다

이러한 EWB에서 상기 ECU(1)는 EWB의 기본적인 특성상, 조작되는 전자 페달의 답입량 정보와 더불어, 차량에 장착된 요 모멘트 센서를 통한 차량 자세 정보등을 제공받아, 제동 시 요구되는 제어를 구현하게 된다.

이와 더불어, 상기 EWB에는 EWB 액추에이터(2)에서 발생된 동력을 직선 운동으로 전환함과 더불어, 휠 디스크 쪽으로 패드(P)를 가압 하면서 웨지 효과(Wedge Effect)를 발생하는 즉, 롤러가 웨지 단면을 따라 구르면서 패드(P)를 가압 하는 추가 입력(Input Force)을 더 발생하는 자기 배력(Self-Energizing)작용을 구현하는 웨지 앗세이(Wedge Assembly)를 구비하며, 이는 EWB의 일반적인 구성이다.

또한, 이러한 EWB에는 주차 제동과 패드 마모 보정 등의 연계 작동을 위해 NSL(Non - Self Locking)타입 스크류 결합 된 푸시 로드 앗세이를 구비하며, 이를 구속하거나 해제시키기 위해 일례로, 솔레노이드도 구비하게 되고, 이 또한 EWB의 일반적인 구성이다.

한편, 본 발명에 부가된 센서 앗세이(5)는 캘리퍼 바디(3)의 최대 변형 부위를 따라 센싱 암(6)이 캘리퍼 바디(3)의 중앙에서 떨어진(Offset)부위로 연장되고, 상기 센싱 암(6)의 측면으로는 캘리퍼 바디(3)의 변형에 의해 센싱 암(6)이 가하는 힘의 크기에 따른 전기 신호를 발생하는 센서(7)가 구비된다.

이를 위해, 상기 센싱 암(6)은 도 3(나)와 같이 제동 작용 시, 캘리퍼 바디(3)에서 최대 변형이 일어나는 부위로 구비되는데, 이는 다양한 방식으로 이루어지지만 캘리퍼 바디(3)에 일체로 형성되어진다.

일례로, 상기 센싱 암(6)은 캘리퍼 바디(3)의 종 방향에서 연장된 후, 캘리퍼 바디(3)의 횡 방향을 따라 어느 정도 떨어진(Offset)부위까지 길게 연장되는 구조를 이루게된다.

이는, 제동력(Clamping Force)이 발생될 때, 캘리퍼 바디(3)의 중앙 부위에서 가장 큰 변형이 일어나고, 양 쪽 측면으로 갈수록 상대적으로 변형 정도가 작아지므로, 이러한 캘리퍼 바디(3)의 변형 특성을 이용함에 기인한다.

이때, 상기 센싱 암(6)은 한 쪽이 캘리퍼 바디(3)의 최대 변형 부위인 중앙에 일체로 연장되지만, 다른 쪽은 캘리퍼 바디(3)에 대해 분리된 상태를 이루게 된다.

이와 같이, 제동 시 패드(P)와 휠 디스크 간 제동력(Clamping Force)에 대한 반력(F)을 받는 캘리퍼 바디(3)에 일체로 형성된 센싱 암(6)은 도 3(가),(나)에 도시된 바와 같이, 반력(F)을 통해 변형되는 캘리퍼 바디(3)와 함께 직접적으로 변형되고, 이러한 센싱 암(6)의 거동으로 센서(7)를 작동시켜 전기 신호를 발생해 ECU(1)쪽으로 전송하게 된다.

이때, 상기 센서(7)에서 발생되는 신호 크기 값은 센싱 암(6)이 가하는 힘의 크기에 비례하게 되고, 이는 센싱 암(6)의 거동 크기가 캘리퍼 바디(3)의 변형 정도에 비례하므로, 결국 EWB에서 발생되는 제동력(Clamping Force)에 대한 크기 값을 알 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 센서(7)는 다양한 방식을 적용하며, 일례로 스트레인 게이지(Strain Gauge)방식을 적용한다.

이러한, 상기 센서(7)는 도 2(가)에 도시된 바와 같이, 캘리퍼 바디(3)의 중앙을 기준으로 어느 정도 떨어진(Offset)위치로 설치되며, 캘리퍼 바디(3)의 변형을 전달하는 센싱 암(6)이 접촉되어 하중을 가할 수 있는 위치를 갖게 된다.

이를 위해, 상기 센서(7)는 캘리퍼 바디(3)에 스크류(또는 볼트) 체결되면서 전체적인 외관 형상을 이루는 하우징 블록(8)과, 센싱 암(6)에 접촉되도록, 상기 하우징 블록(8)의 내부 공간에서 외부로 돌출 시킨 센싱 플레이트(10)를 구비하고, 상기 센싱 플레이트(10)에서 발생되는 변화를 신호 값으로 변환하도록, 필요한 전기·전자 소자로 회로를 구성한 PCB(11)가 더 구비된다.

이와 같이 센서(7)가 구성됨에 따라, 도 3(가)와 같이 캘리퍼 바디(3)의 변 형으로 센싱 암(6)이 센싱 플레이트(10)에 힘(F)을 가해 변형시키게 되면, 상기 센싱 암(6)이 가하는 힘(F)의 크기에 비례해 센싱 플레이트(10)가 변형되고, 이러한 센싱 플레이트(10)의 변형은 PCB(11)를 통해 변환되어진다.

이때, 상기 센싱 플레이트(10)는 스트레인 게이지 타입을 이루므로, 센싱 플레이트(10)에서 발생되는 변형은 통상적인 스트레인 게이지 방식을 통해 PCB(11)에서 신호 값으로 전환되어진다.

또한, 상기 센서(7)와 ECU(1)간 통신을 위해 센서(7)는 신호 선을 통해 ECU(1)쪽으로 이어지고, 이를 위해 하우징 블록(8)으로는 PCB(11)에 이어진 선 인출 단(12)을 더 구비하게 되며, 이러한 상기 선 인출 단(12)과 ECU(1)쪽으로 연결된 신호 선을 이어줌에 따라, 센싱 플레이트(10)의 변형에 따른 PCB(11)의 정보를 ECU(1)로 전송할 수 있게 된다.

이와 더불어, 상기 센싱 플레이트(10)는 하우징 블록(8)에서 인출되는 구조적 특성으로 인해, 센싱 플레이트(10)와 하우징 블록(8)사이에는 완벽한 기밀 처리와 함께, 센싱 플레이트(10)의 변형 및 동작을 방해하지 않는 결합 구조가 요구되어진다.

이를 위해 도 2(나)에 도시된 바와 같이, 상기 하우징 블록(8)에는 개구 홀(8a)을 뚫어 센싱 플레이트(10)를 인출시키고, 상기 개구 홀(8a)부위에는 센싱 플레이트(10)가 결합된 기밀 부재(9)를 끼워 개구 홀(8a)주위에 대한 기밀을 형성해 주게 된다.

이와 더불어, 상기 기밀 부재(9)는 파여진 테두리 홈을 형성해 하우징 블록(8)에 뚫려진 개구 홀(8a)로 끼워주고, 이러한 조립 상태에서 기밀 부재(9)의 직경이 개구 홀(8a)의 직경보다 작아 서로 직경차이를 가짐에 따른 여유 간격(a)이 형성됨으로써 기밀 부재(9)가 이동하더라도 상기 여유 간격(a)를 통해 센싱 플레이트(10) 전체를 움직이게 되고, 이는 센싱 플레이트(10)가 센싱 암(6)이 가하는 힘(F)의 크기에 만 반응할 수 있게 작용하게 된다.

이와 같이, 제동 시 제동력에 따른 캘리퍼 바디(3)의 변형을 이용해 센싱 암(6)이 센서(7)를 동작시키고, 센서(7)의 동작에 따른 측정값이 ECU(1)로 입력됨에 따라, ECU(1)는 실제 발생한 제동력 크기에 대한 힘을 비교 산출한 후, 현 제동 상태에서 EWB에서 제공된 제동력 크기를 파악해 EWB 액추에이터(2)를 정밀 제어하면서, 최적의 EWB 작동 구현을 수행하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 제동력 측정 센서 장치가 설치된 전자 웨지 브레이크 시스템의 구성도

도 2(가),(나)는 본 발명에 따른 제동력 측정 센서 장치의

도 3(가),(나)는 제동력 측정 센서 장치의 작동도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : ECU 2 : EWB 액추에이터

3 : 캘리퍼 바디 4 : 토크 멤버

5 : 센서 앗세이

6 : 센싱 암 7 : 센서

8 : 하우징 블록 8a : 개구 홀

9 : 기밀 부재 10 : 센싱 플레이트

11 : PCB 12 : 선 인출 단

a : 여유 간격

Claims (4)

1. 제동 시 패드(P)가 휠 디스크를 가압 하는 제동력(Clamping Force) 크기에 따라 변형 정도를 달리하도록 캘리퍼 바디(3)의 양쪽을 체결한 토크 멤버(4)중 어느 하나의 토크 멤버에 근접되는 위치로 센싱 암(6)이 구비되고,

   상기 센싱 암(6)의 연장부위가 가하는 가압력으로 변형될 때, 변형 정도에 따른 신호 값을 발생하는 스트레인 게이지 타입 센싱 플레이트(10)를 이용해, ECU(1)가 EWB 액추에이터(2)를 제어하도록 상기 캘리퍼 바디(3)의 제동력 크기를 측정하는 센서(7)를 포함하고;

   상기 센싱 플레이트(10)는 하우징 블록(8)에 뚫린 개구 홀(8a)에 끼워진 기밀 부재(9)에 감싸여 상기 하우징 블록(8)으로부터 인출되는 것을 특징으로 하는 전자 웨지 브레이크 시스템의 제동력 측정 센서 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 센서(7)에는 상기 센싱 플레이트(10)에서 발생되는 변화를 신호 값으로 변환하는 PCB(11) 및 상기 하우징 블록(8)에서 상기 PCB(11)의 신호 값을 신호 선을 통해 상기 ECU(1)쪽으로 전송하는 신호선이 연결되는 선 인출 단(12)이 더 포함되고;

   상기 센싱 플레이트(10)는 상기 캘리퍼 바디(3)에 체결된 하우징 블록(8)에서 외부로 인출되어 상기 센싱 암(6)을 통해 가압력을 받는 것을 특징으로 하는 전자 웨지 브레이크 시스템의 제동력 측정 센서 장치.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 기밀 부재(9)의 직경이 상기 개구 홀(8a)의 직경보다 작아 직경차이에 의한 여유 간격을 갖고 끼워지도록, 테두리 홈이 둘레를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 전자 웨지 브레이크 시스템의 제동력 측정 센서 장치.

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