KR101575280B1 - 차량용 브레이크 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치는, ⅰ)휠에 장착되어 회전하는 브레이크 드럼과, ⅱ)상기 브레이크 드럼의 내측면과 면 접촉이 이루어지는 브레이크 라이닝과, ⅲ)상기 브레이크 라이닝의 내측면에 부착되는 브레이크 슈와, ⅳ)상기 브레이크 라이닝과 브레이크 슈에 연결되게 구성되며, 상기 브레이크 라이닝과 브레이크 슈를 상기 브레이크 드럼의 원의 중심 방향과 바깥 방향으로 이동시키는 엑츄에이터와, ⅴ)상기 브레이크 슈의 내측에서 상기 브레이크 드럼의 중앙부에 구성되는 회전자로서의 도체부와, ⅵ)상기 도체부의 외측면에 대응하여 상기 브레이크 슈에 장착되는 복수의 영구자석을 포함하여 이루어진다.

Description

차량용 브레이크 장치 및 그 제어 방법 {BRAKE SYSTEM FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD}

본 발명의 예시적인 실시예는 차량용 브레이크 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접촉식과 제동과 비접촉식 제동을 겸하는 차량용 브레이크 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에는 주행중 필요에 따라 차속을 선택적으로 감속시키거나 차체를 정지시키도록 하는 제동장치를 구비하고 있는 바, 이러한 제동장치는 통상 마찰력을 이용하여 자동차의 운동 에너지를 열 에너지로 변환시켜 이를 대기 중으로 방열시키는 방식으로 제동 작용을 한다.

상기와 같은 제동장치는 통상 브레이크 드럼 또는 디스크 로터 등에 마찰재를 밀어 붙여 발생되는 마찰력을 이용하여 제동력을 얻는 것으로, 이는 차실 내에서 운전자가 브레이크 페달을 밟아 가압함으로써 이루어진다.

이 중에서, 브레이크 드럼을 이용한 드럼식 브레이크는 마스터 실린더로부터 제동 압력을 공급받아 브레이크 드럼의 내측면으로 확장되는 브레이크 슈와, 브레이크 슈의 외측면에 부착되어 브레이크 드럼의 내측면과 선택적으로 면착되는 마찰재로서의 브레이크 라이닝을 기본적으로 구비하고 있다.

그런데, 이러한 드럼식 브레이크는 차속이 큰 경우 마찰재의 분진 발생이 많이 일어나고 이로 인해 휠의 오염을 야기시키며, 마찰재의 마모 수명이 짧아 A/S 비용이 증가하게 된다는 문제점을 내포하고 있다.

한편, 최근에는 상기와 같은 드럼식 브레이크의 문제점을 개선하기 위해 와전류를 이용하여 비접촉식으로 휠을 제동하는 비접촉식 브레이크가 개발된 바 있다.

이러한 비접촉식 브레이크는 드럼 모양의 회전 원판 양측에 전자석을 대칭적으로 설치하고, 마주보는 한 쌍의 전자석에 전류를 인가하여 와전류를 발생시킴으로써 그 와전류에 의해 회전 원판에 부하를 인가함으로 회전 원판을 제동시키는 구조로 이루어진다.

그런데, 이러한 비접촉식 브레이크는 전자석과 회전 원판을 포함한 브레이크 시스템이 휠 사이즈에 따라 제한되어 있기 때문에, 보다 큰 제동 토크를 얻기 위해서는 전자석의 용량 증대 및 강자성의 재질을 사용함으로써 재료비가 상승되며, 특히 저속 구간에서의 제동 시 제동 토크가 작다는 치명적인 단점을 가지고 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 차속에 따라서 접촉식 브레이크 방식과 비접촉식 브레이크 방식을 겸할 수 있도록 한 차량용 브레이크 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치는, ⅰ)휠에 장착되어 회전하는 브레이크 드럼과, ⅱ)상기 브레이크 드럼의 내측면과 면 접촉이 이루어지는 브레이크 라이닝과, ⅲ)상기 브레이크 라이닝의 내측면에 부착되는 브레이크 슈와, ⅳ)상기 브레이크 라이닝과 브레이크 슈에 연결되게 구성되며, 상기 브레이크 라이닝과 브레이크 슈를 상기 브레이크 드럼의 원의 중심 방향과 바깥 방향으로 이동시키는 엑츄에이터와, ⅴ)상기 브레이크 슈의 내측에서 상기 브레이크 드럼의 중앙부에 구성되는 회전자로서의 도체부와, ⅵ)상기 도체부의 외측면에 대응하여 상기 브레이크 슈에 장착되는 복수의 영구자석을 포함하여 이루어진다.

상기 차량용 브레이크 장치에 있어서, 상기 도체부는 링 형태로서 이루어질 수 있다.

상기 차량용 브레이크 장치에 있어서, 상기 도체부는 상기 브레이크 드럼의 중앙부에 일체로서 형성될 수 있다.

상기 차량용 브레이크 장치에 있어서, 상기 엑츄에이터는 모터와, 상기 모터에 결합되며 상기 브레이크 라이닝과 브레이크 슈에 연결되는 회전 기어를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치의 제어 방법은, 브레이크 드럼, 브레이크 라이닝, 브레이크 슈, 및 엑츄에이터로 이루어지는 접촉식 브레이크와, 도체부와 영구자석으로 이루어지는 비접촉식 브레이크를 포함하는 차량용 브레이크 장치를 제어하기 위한 것으로서, ⅰ) 휠 스피드를 감지하는 과정과, ⅱ) 실제 휠 스피드가 기설정된 기준 휠 스피드를 초과하는지를 판단하는 과정과, ⅲ) 실제 휠 스피드가 기설정된 기준 휠 스피드를 초과하면, 상기 비접촉식 브레이크를 작동하는 과정을 포함한다.

상기 차량용 브레이크 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 ⅱ) 과정에서, 실제 휠 스피드가 기설정된 기준 휠 스피드를 초과하지 않으면, 상기 접촉식 브레이크를 작동할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 속도에 따라 마찰을 이용한 접촉식 브레이크 시스템과 와전류를 이용한 비접촉 브레이크 시스템을 동시에 사용할 수 있다.

따라서 본 실시예에서는 저속에서 제동 토크가 작다는 비접촉식 브레이크 시스템의 단점을 해결할 수 있으며, 속도가 작을 때에만 접촉식 브레이크 시스템을 사용하므로 마찰재 분진 발생이 적어도 휠 오염을 방지할 수 있고, 소모품인 브레이크 라이닝의 마모 수명을 연장시킴으로써 A/S 비용을 줄일 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치에 적용되는 브레이크 드럼 부위를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치(100)는 차량의 주행 중 필요에 따라 차속을 선택적으로 감속시키거나 차체를 정지시키기 위한 것이다.

본 실시예에 의한 상기 차량용 브레이크 장치(100)는 드럼을 이용하여 접촉식으로 제동하는 접촉식 브레이크 방식과, 와전류를 이용하여 비접촉식으로 제동하는 비접촉식 브레이크 방식을 겸한 구조로서 이루어진다.

즉, 본 실시예에 의한 상기 차량용 브레이크 장치(100)는 저속에서 제동 토크가 작다는 비접촉 브레이크 방식의 단점을 해결할 수 있고, 접촉 브레이크 방식에서의 마찰재 사용 및 분진을 상당히 줄일 수 있고, 소모품의 마모 수명을 연장시켜 A/S 비용을 줄일 수 있다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치(100)는 기본적으로, 브레이크 드럼(10)과, 브레이크 라이닝(20)과, 브레이크 슈(30)와, 엑츄에이터(40)와, 도체부(50)와, 영구자석(60)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서, 상기 브레이크 드럼(10), 브레이크 라이닝(20), 브레이크 슈(30), 및 엑츄에이터(40)는 통상적인 구조의 접촉식 드럼 브레이크에 채용되는 구성으로 이루어진다.

상기 브레이크 드럼(10)은 휠(도면에 도시되지 않음)에 장착되어 회전하는 회전자로서 이루어지며, 브레이크 라이닝(20)은 브레이크 드럼(10)의 내측면과 면 접촉(면착)이 이루어지고, 브레이크 슈(30)는 브레이크 라이닝(20)의 내측면에 부착될 수 있다.

그리고, 상기 엑츄에이터(40)는 휠의 제동 시, 브레이크 라이닝(20)을 브레이크 드럼(10)의 내측면에 밀착시키고, 비제동 시 브레이크 라이닝(20)을 브레이크 드럼(10)의 내측면으로부터 떨어뜨리는 구동력을 제공한다.

이러한 엑츄에이터(40)는 한 쌍으로서 브레이크 라이닝(20)과 브레이크 슈(30) 양 단부에 각각 연결되게 구성되며, 그 브레이크 라이닝(20)과 브레이크 슈(30)를 브레이크 드럼(10)의 원의 중심 방향과 바깥 방향으로 이동시킬 수 있는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 엑츄에이터(40)는 모터(41)와, 이 모터(40)에 결합되며 브레이크 라이닝(20)과 브레이크 슈(30)에 연결되는 회전 기어(45)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 모터(41)는 전자제어유니트(ECU)(도면에 도시되지 않음)의 제어에 의해 정역 회전 작동이 이루어지는 것으로, 전자제어유니트에 의해 정회전 작동이 이루어지면 회전 기어(45)를 통해 브레이크 라이닝(20)과 브레이크 슈(30)를 브레이크 드럼(10)의 바깥 방향으로 이동시킬 수 있다.

그리고, 상기 모터(41)는 전자제어유니트에 의해 역회전 작동이 이루어지면 회전 기어(45)를 통해 브레이크 라이닝(20)과 브레이크 슈(30)를 브레이크 드럼(10)의 중심 방향으로 이동시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서 상기 도체부(50)와 영구자석(60)은 와전류를 이용하여 비접촉식으로 회전자의 회전을 제동할 수 있는 비접촉식 브레이크로서 구성된다.

상기 도체부(50)는 브레이크 슈(30)의 내측에서 브레이크 드럼(10)의 중앙부에 구성되는 회전자로서의 이루어지는 바, 원통의 링 형태로서 이루어지는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 도체부(50)는 브레이크 드럼(10)의 중앙부에 용접식으로 결합될 수 있고, 도 2에서와 같이 브레이크 드럼(10)의 중앙부에 일체로 돌출되게 형성될 수도 있다.

상기와 같이 브레이크 드럼(10)의 중앙부에 도체부(50)를 일체로 형성하는 구조로는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 허브 일체형 드럼을 사용할 수 있다.

그리고, 상기 영구 자석(60)은 도체부(50)의 외측면에 대응하여 브레이크 슈(30)의 내측면에 복수 개로서 장착될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치(100)의 제어 방법 및 작동 상태를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 차량의 주행 시 본 실시예에서는 앞서 개시한 도 1에서와 같이, 휠(도면에 도시되지 않음)과 함께 브레이크 드럼(10) 및 그 브레이크 드럼(10)에 구성된 도체부(50)가 회전하게 된다.

그리고, 브레이크 라이닝(20)과 브레이크 슈(30)는 브레이크 드럼(10)과 도체부(50) 사이에 고정되어 위치하며, 도체부(50)와 브레이크 슈(30)가 충분히 떨어져 있어 도체부(50)와 영구 자석(60) 사이에서는 와전류가 발생하지 않게 된다.

한편, 도면에 미도시된 속도 센서를 통해 휠의 스피드(이하에서는 회전 속도 라고 한다)를 감지하고(S10 단계), 그 속도 센서의 감지 신호를 통해 휠의 실제 회전 속도가 기설정된 기준 회전 속도(대략 100rpm)를 초과하는지를 판단한다(S20 단계).

이 경우, 휠의 실제 회전 속도가 기설정된 기준 회전 속도를 초과하지 않는 경우, 본 실시예에서는 도 4a에서와 같이 제동 토크를 확보하기 위해 엑츄에이터(40)의 모터(41)가 전자제어유니트(ECU)에 의해 정회전 작동이 이루어진다.

그러면, 상기 브레이크 라이닝(20)과 브레이크 슈(30)는 회전 기어(45)를 통해 브레이크 드럼(10)의 바깥 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 브레이크 라이닝(20)이 브레이크 드럼(10)의 내측면에 면착되면서 접촉식 브레이크 작동이 이루어진다(S30 단계).

여기서, 상기 도체부(50)와 브레이크 슈(30)는 앞서 설명한 바와 같이 충분히 떨어져 있어 도체부(50)와 영구 자석(60) 사이에서는 와전류가 발생하지 않게 된다.

다른 한편으로, 상기 속도 센서를 통해 감지한 휠의 회전 속도가 기설정된 회전수(대략 100rpm)를 초과하는 경우, 본 실시예에서는 도 4b에서와 같이 엑츄에이터(40)의 모터(41)가 전자제어유니트(ECU)에 의해 역회전 작동이 이루어진다.

그러면, 상기 브레이크 라이닝(20)과 브레이크 슈(30)는 회전 기어(45)를 통해 브레이크 드럼(10)의 중심 방향으로 이동하게 되며, 브레이크 라이닝(20)이 브레이크 드럼(10)의 내측면으로부터 떨어지게 되고, 브레이크 슈(30)의 영구 자석(60)과 도체부(50)는 일정한 간격(예를 들면 1mm 간격)을 유지하게 된다.

이에, 상기 영구 자석(60)과 도체부(50) 사이에서는 전자기 유도 법칙에 의해 소용돌이 형태의 와전류(eddy-current)가 생성되고 그 와전류와 자속(magnetic flux)의 세기에 비례하여 도체부(50)의 회전하는 방향과 반대되는 힘이 발생하게 된다.

따라서, 상기한 힘이 도체부(50)에 부하로서 인가됨에 따라 와전류에 의한 비접촉식 브레이크 작동으로서 휠의 제동이 이루어진다(S40 단계).

이후, 상기 휠의 실제 회전 속도가 0rpm 인지를 판단하고(S50 단계), 휠의 실제 회전 속도가 0rpm인 경우, 본 실시예에 의한 브레이크 작동이 종료되고, 그렇지 않은 경우에는 S20 단계 이후의 과정을 다시 거치게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 브레이크 장치(100)에 의하면, 속도에 따라 마찰을 이용한 접촉식 브레이크 시스템과 와전류를 이용한 비접촉 브레이크 시스템을 동시에 사용할 수 있다.

이로써, 본 실시예에서는 저속에서 제동 토크가 작다는 비접촉식 브레이크 시스템의 단점을 해결할 수 있으며, 속도가 작을 때에만 접촉식 브레이크 시스템을 사용하므로 마찰재 분진 발생이 적어도 휠 오염을 방지할 수 있고, 소모품인 브레이크 라이닝의 마모 수명을 연장시킴으로써 A/S 비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 기존 드럼 브레이크 방식의 구성에 도체부(60)와 영구 자석(60)을 채용하여 접촉식 브레이크 시스템과 비접촉식 브레이크 시스템을 동시에 사용할 수 있으므로, 종래 기술과 같이 제동 토크를 증대시키기 위해 전자석의 용량을 증대하거나 강자성의 재질을 사용할 필요가 없기 때문에 재료비 등의 제작 원가를 줄일 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10... 브레이크 드럼 20... 브레이크 라이닝
30... 브레이크 슈 40... 엑츄에이터
41... 모터 45... 회전 기어
50... 도체부 60... 영구 자석

Claims (6)

1. 휠에 장착되어 회전하는 브레이크 드럼;
   상기 브레이크 드럼의 내측면과 면 접촉이 이루어지는 브레이크 라이닝;
   상기 브레이크 라이닝의 내측면에 부착되는 브레이크 슈;
   상기 브레이크 라이닝과 브레이크 슈에 연결되게 구성되며, 상기 브레이크 라이닝과 브레이크 슈를 상기 브레이크 드럼의 원의 중심 방향과 바깥 방향으로 이동시키는 엑츄에이터;
   상기 브레이크 슈의 내측에서 상기 브레이크 드럼의 중앙부에 구성되는 회전자로서의 도체부; 및
   상기 도체부의 외측면에 대응하여 상기 브레이크 슈에 장착되는 복수의 영구자석을 포함하여 이루어지는 차량용 브레이크 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 도체부는 링 형태로서 이루어지는 차량용 브레이크 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 도체부는 상기 브레이크 드럼의 중앙부에 일체로서 형성되는 차량용 브레이크 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 엑츄에이터는 모터와, 상기 모터에 결합되며 상기 브레이크 라이닝과 브레이크 슈에 연결되는 회전 기어를 포함하여 이루어지는 차량용 브레이크 장치.
5. 브레이크 드럼, 브레이크 라이닝, 브레이크 슈, 및 엑츄에이터로 이루어지는 접촉식 브레이크와, 도체부와 영구자석으로 이루어지는 비접촉식 브레이크를 포함하는 차량용 브레이크 장치의 제어 방법으로서,
   ⅰ) 휠 스피드를 감지하는 과정;
   ⅱ) 실제 휠 스피드가 기설정된 기준 휠 스피드를 초과하는지를 판단하는 과정; 및
   ⅲ) 실제 휠 스피드가 기설정된 기준 휠 스피드를 초과하면, 상기 비접촉식 브레이크를 작동하는 과정
   을 포함하는 차량용 브레이크 장치의 제어 방법.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 ⅱ) 과정에서,
   실제 휠 스피드가 기설정된 기준 휠 스피드를 초과하지 않으면, 상기 접촉식 브레이크를 작동하는 차량용 브레이크 장치의 제어 방법.

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