KR101734504B1 - 전기웨지브레이크의 가변웨지 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 그 방법 - Google Patents

전기웨지브레이크의 가변웨지 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101734504B1
KR101734504B1 KR1020150064534A KR20150064534A KR101734504B1 KR 101734504 B1 KR101734504 B1 KR 101734504B1 KR 1020150064534 A KR1020150064534 A KR 1020150064534A KR 20150064534 A KR20150064534 A KR 20150064534A KR 101734504 B1 KR101734504 B1 KR 101734504B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wedge
wedge angle
moving
counter
angle
Prior art date
Application number
KR1020150064534A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160131650A (ko
Inventor
신동환
진성호
이성훈
정충표
Original Assignee
재단법인대구경북과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인대구경북과학기술원 filed Critical 재단법인대구경북과학기술원
Priority to KR1020150064534A priority Critical patent/KR101734504B1/ko
Priority to US15/007,336 priority patent/US9759280B2/en
Publication of KR20160131650A publication Critical patent/KR20160131650A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101734504B1 publication Critical patent/KR101734504B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • F16D65/183—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes with force-transmitting members arranged side by side acting on a spot type force-applying member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/746—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive and mechanical transmission of the braking action
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D55/02—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members
    • F16D55/04—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by moving discs or pads away from one another against radial walls of drums or cylinders
    • F16D55/14—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by moving discs or pads away from one another against radial walls of drums or cylinders with self-tightening action, e.g. by means of coacting helical surfaces or balls and inclined surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/22—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for pressing members apart, e.g. for drum brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/14—Mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/24—Electric or magnetic using motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2125/00—Components of actuators
    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms
    • F16D2125/58—Mechanical mechanisms transmitting linear movement
    • F16D2125/66—Wedges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/08—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms
    • F16D2127/10—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms having wedging elements

Abstract

본 발명은 경사면을 구비한 이동 웨지 및 상기 이동 웨지의 경사면과 서로 마주보게 배치되는 경사면을 구비하고 상기 이동 웨지와 마주보도록 배치되는 카운터 웨지를 포함하는 전자웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)의 가변웨지의 웨지 각도를 가변 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치는 상기 전자웨지브레이크의 패드와 디스크 간의 마찰계수를 추정하는 마찰계수 추정부, 상기 추정된 마찰계수 추정값을 기반으로 웨지 각도 지령값을 연산하는 웨지 각도 지령부, 및 상기 연산된 웨지 각도 지령값에 따라 상기 웨지 각도를 조절하는 웨지 제어부를 포함한다.

Description

전기웨지브레이크의 가변웨지 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 그 방법{Structure of the variable wedge of the electro wedge brake, Device for varying the wedge angle and method thereof}
본 발명은 차량 제동 기술에 관한 것으로, 특히 전기웨지브레이크의 패드와 디스크 간 마찰계수의 변화 따라 웨지 각도를 조절하는 가변웨지의 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재, 차량에 사용되고 있는 유압식 브레이크의 구동부는 유압식 피스톤과 유압식 실린더를 포함하는 캘리퍼 하우징(Caliper Housing)으로 구성되어 있다. 이 유압식 구동부는 패드를 디스크 방향으로 밀어 압착하는 기능을 수행한다.
한편, 전기기계브레이크(Electro Mechanical Brake, EMB)는 유압식 브레이크의 유압식 피스톤, 유압식 실린더를 대신하여 전기모터와 감속기 그리고 스크류로 구성된 구동부로 패드를 압착한다. 이러한 전기기계브레이크는 유압식 브레이크와 동일한 최대 압착력을 발생하는데 소요되는 시간이 유압식보다 더 적게 소요된다는 장점을 가지고 있다. 또한, 빠른 응답성의 장점으로 제동거리가 유압식보다 더 짧다고 보고되고 있다.
한편, 패드를 가압하는 구동부 방식에 따라 전기기계브레이크는 직접가압형 전기기계브레이크(Direct-Clamping Type EMB), 웨지 구조를 활용한 전기기계브레이크(Wedge Type EMB)(이하, 전기웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)로 총칭한다), 차동 기어를 활용한 전기기계브레이크(Differential Gear Type EMB) 등으로 구분될 수 있다.
방식 별로 비교를 하자면, 구현의 용이성은 직접가압형 전기기계브레이크가 우수하다. 반면, 이러한 직접가압형 전기기계브레이크 대비 전기웨지브레이크(EWB)는 자기배력 효과로 작은 출력의 모터로도 동일한 압착력을 생성시킬 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 플로팅(Floating) 또는 슬라이딩(Sliding) 방식으로 작동되는 직접가압형 전기기계브레이크나 전기웨지브레이크(EWB) 대비 차동기어식 전기기계브레이크는 아우터 패드를 처음부터 디스크 쪽으로 당기기 때문에, 플로팅이나 슬라이딩 방식으로 구현된 다른 전기기계브레이크보다 더 빠른 응답속도를 가질 수 있다. 여기서, 플로팅이나 슬라이딩 캘리퍼의 작동 순서는 다음과 같다. 먼저, (1) 이너 패드를 디스크 쪽으로 밀고, (2) 디스크와 이너 패드 접촉 후, 캘리퍼가 뒤로 이동되면서 아우터 패드를 디스크 쪽으로 당기며, (3) 아우터 패드 또한 디스크에 접촉된 후, 요구 압착력이 발생될 때까지 구동부의 압축변형 또는 캘리퍼의 벤딩 변형이 발생한다.
한편, 패드를 특별한 배력 기구 없이 가압하는 직접가압형 전기기계브레이크의 경우, 빠른 응답성의 장점을 유지하기 위해 개발 단계에서는 구동부의 핵심요소인 모터 선정과 감속기의 감속비 선정이 중요하다. 또한, 유압식 캘리퍼가 차지하는 공간 안에 장착이 가능해야 하므로, 구동부 선정은 물론 캘리퍼 설계에 있어 제약이 많이 존재한다. 이를 위해, 일련의 연구에서는 전기기계브레이크용 고출력, 고회전력(토크, torque)를 가지는 전용 모터를 개발함으로써, 감속기 없이 다이렉트 드라이브 방식으로 요구 성능과 주어진 공간 내에 장착 가능하도록 하고 있다. 하지만, 전용 모터 개발 시 개발비용의 한계 그리고 신뢰할 수 있는 모터 성능 검증까지 많은 시간과 비용이 소요된다.
한편, 전기웨지브레이크(EWB)는 웨지 구조의 자기배력 기능을 이용하여 직접가압형 전기기계브레이크보다 저출력 저토크 모터와 낮은 감속비를 가진 감속기의 조합으로도 큰 제동력을 발생시킬 수 있다는 장점을 가진다. 즉, 패드를 가압하는 압착력 생성에 있어서, 전기웨지브레이크가 전기기계브레이크보다 구동부의 입력 힘 대비 발생되는 압착력의 비를 의미하는 제동 효율이 높음을 나타낸다.
그러나, 이러한 자기배력 효과는 초기 선정되어 설계 및 제작에 반영된 웨지 각도에 의존적이고, 패드와 디스크 간 마찰계수가 변화하는 실제 상황에서 높은 제동효율을 유지할 수 없다.
본 발명의 목적은 전기웨지브레이크의 패드와 디스크 간 마찰계수의 변화에 상관없이 전기웨지브레이크의 높은 제동효율을 유지할 수 있는 가변웨지의 웨지 각도 가변 장치 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 경사면을 구비한 이동 웨지 및 상기 이동 웨지의 경사면과 서로 마주보게 배치되는 경사면을 구비하고 상기 이동 웨지와 마주보도록 배치되는 카운터 웨지를 포함하는 전자웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)의 가변웨지의 웨지 각도를 가변하는 웨지 각도 가변 장치는 상기 전자웨지브레이크의 패드와 디스크 간의 마찰계수를 추정하는 마찰계수 추정부, 상기 추정된 마찰계수 추정값을 기반으로 웨지 각도 지령값을 연산하는 웨지 각도 지령부, 및 상기 연산된 웨지 각도 지령값에 따라 상기 웨지 각도를 조절하는 웨지 제어부를 포함한다.
상기 마찰계수 추정부는 하기의 수학식을 이용하여 상기 마찰계수 추정값(
Figure 112015044329585-pat00001
)을 추정한다. 이때, 수학식은
Figure 112015044329585-pat00002
이다. 여기서, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 상기 이동 웨지에 가해지는 구동력이고, Fni는 상기 카운터 웨지의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 상기 패드에 가해지는 압착력이며, αi-1은 i-1번째 샘플링 타임에서 측정되는 측정 웨지 각도이다.
상기 웨지 각도 지령부는 하기의 수학식을 이용하여 상기 웨지 각도 지령값(αcommand)을 구한다. 이때, 수학식은
Figure 112015044329585-pat00003
이다. 여기서,
Figure 112015044329585-pat00004
는 상기 마찰계수 추정부에 의해 추정된 마찰계수 추정값이고, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 상기 이동 웨지에 가해지는 구동력이고, Fni는 상기 카운터 웨지의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 상기 패드에 가해지는 압착력이다.
상기 가변웨지는 바(bar) 형태를 가지며, 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행한 이동축, 상기 이동축의 어느 한쪽과 연결되어 상기 이동축을 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행하게 선형 이동시키는 선형 구동부, 상기 카운터 웨지의 경사면 상측의 소정 위치에 고정된 고정 힌지, 및 바 형태를 가지며, 한쪽은 상기 고정 힌지와 연결되고 다른 한쪽은 상기 이동축과 연결된 회전축을 포함한다.
또한, 상기 이동축은 돌기를 포함하며, 상기 회전축의 하측에 구현된 장공홀에 상기 돌기가 삽입되어 상기 이동축과 상기 회전축이 연결된다.
상기 웨지 제어부는 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치한 경우의 초기 웨지 각도를 기준으로 웨지 각도를 증가시키는 경우, 상기 선형 구동부를 상기 회전축 방향으로 이동시키며, 상기 초기 웨지 각도를 기준으로 웨지 각도를 감소시키는 경우 상기 선형 구동부를 상기 회전축의 반대 방향으로 이동시킨다.
상기 웨지 제어부는 상기 웨지 각도를 증가시키는 경우, 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)에서
Figure 112015044329585-pat00005
를 감하며, 상기 웨지 각도를 감소시키는 경우,
Figure 112015044329585-pat00006
에서 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)를 감한다. 여기서, ΔyFIX는 상기 고정 힌지와 상기 이동축 간에 사전에 고정된 수직 높이이며, αcommand는 상기 웨지 각도 지령부에 의해 연산된 상기 웨지 각도 지령값이다.
한편, 전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 경사면을 구비한 이동 웨지 및 상기 이동 웨지의 경사면과 서로 마주보게 배치되는 경사면을 구비하고 상기 이동 웨지와 마주보도록 배치되는 카운터 웨지를 포함하는 전자웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)의 웨지 각도를 가변하는 웨지 각도 가변 방법은 상기 전자웨지브레이크의 패드와 디스크 간의 마찰계수를 추정하는 단계, 상기 추정된 마찰계수 추정값을 기반으로 웨지 각도 지령값을 연산하는 단계, 및 상기 연산된 웨지 각도 지령값에 따라 상기 웨지 각도를 조절하는 단계를 포함한다.
상기 추정하는 단계는 하기의 수학식을 이용하여 상기 마찰계수 추정값(
Figure 112015044329585-pat00007
)을 추정한다. 이때, 수학식은
Figure 112015044329585-pat00008
이다. 여기서, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 상기 이동 웨지에 가해지는 구동력이고, Fni는 상기 카운터 웨지의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 상기 패드에 가해지는 압착력이며, αi-1은 i-1번째 샘플링 타임에서 측정되는 측정 웨지 각도이다.
상기 연산하는 단계는 하기의 수학식을 이용하여 상기 웨지 각도 지령값(αcommand)을 구한다. 이때, 수학식은
Figure 112015044329585-pat00009
이다. 여기서,
Figure 112015044329585-pat00010
는 상기 마찰계수 추정부에 의해 추정된 마찰계수 추정값이고, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 상기 이동 웨지에 가해지는 구동력이고, Fni는 상기 카운터 웨지의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 상기 패드에 가해지는 압착력이다.
상기 조절하는 단계는 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행한 바(bar) 형태의 이동축, 상기 이동축의 어느 한쪽과 연결되어 상기 이동축을 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행하게 선형 이동시키는 선형 구동부, 상기 카운터 웨지의 경사면 상측의 소정 위치에 고정된 고정 힌지, 및 한쪽은 상기 고정 힌지와 연결되고 다른 한쪽은 상기 이동축과 연결된 바 형태의 회전축을 포함하는 가변웨지에서 상기 선형 구동부를 통해 이동축을 상기 회전축 방향으로 이동시켜 상기 웨지 각도를 증가시키고, 상기 이동축을 상기 회전축의 반대 방향으로 이동시켜 상기 웨지 각도를 감소시킨다.
상기 조절하는 단계는 상기 웨지 각도를 증가시키는 경우, 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)에서
Figure 112015044329585-pat00011
를 감하는 단계, 및 상기 웨지 각도를 감소시키는 경우,
Figure 112015044329585-pat00012
에서 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)를 감하는 단계를 포함한다. 여기서, ΔyFIX는 상기 고정 힌지와 상기 이동축 간에 사전에 고정된 수직 높이이며, αcommand는 상기 웨지 각도 지령부에 의해 연산된 상기 웨지 각도 지령값이다.
다른 한편, 전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상에 따른 전자웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)의 가변웨지는 경사면을 구비한 이동 웨지, 및 상기 이동 웨지의 경사면과 서로 마주보게 배치되고 웨지 각도가 가변되는 경사면을 구비하고 상기 이동 웨지와 마주보도록 배치되는 카운터 웨지를 포함한다.
또한, 상기 가변웨지는 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행한 바(bar) 형태의 이동축, 상기 이동축의 어느 한쪽과 연결되어 상기 이동축을 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행하게 선형 이동시키는 선형 구동부, 상기 카운터 웨지의 경사면 상측의 소정 위치에 고정된 고정 힌지, 및 한쪽은 상기 고정 힌지와 연결되고 다른 한쪽은 상기 이동축과 연결된 바 형태의 회전축을 더 포함한다.
이때, 상기 회전축의 하측에 장공홀이 구현되고, 상기 이동축은 돌기를 포함하며, 상기 장공홀에 상기 돌기가 삽입되어 상기 이동축과 상기 회전축이 연결된다.
상기 선형 구동부는 사전에 설정된 원점에 위치한 경우의 초기 웨지 각도를 기준으로 웨지 각도를 증가시키는 경우, 상기 이동축을 상기 회전축 방향으로 이동시키며, 상기 초기 웨지 각도를 기준으로 웨지 각도를 감소시키는 경우 상기 이동축을 상기 회전축의 반대 방향으로 이동시킨다.
본 발명의 실시예에 따르면 추정되는 마찰계수의 변화에 따라 가변웨지의 웨지 각도를 조절함에 따라, 전기웨지브레이크의 패드와 디스크 간 이물질 유입에 따른 윤활막이 생성되는 경우나 고열로 인해 패드와 디스크간의 마찰계수가 변화하여도 항상 초기 설계된 자기배력 비를 유지하여 고제동효율을 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 마찰계수의 변화에 상관없이 작은 출력으로 큰 압착력을 발생시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 전기웨지브레이크와 직접가압형 전기기계브레이크의 구동 개념을 비교하기 위한 예시도.
도 2는 일반적인 전기웨지브레이크의 웨지 구조를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기웨지브레이크의 가변웨지의 전체 구조를 예시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 가변웨지의 회전축과 이동축의 형태를 예시한 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 가변웨지의 회전축과 이동축의 연결 구조를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변웨지의 웨지 각도 가변 동작을 설명하기 위한 도면.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도의 가변에 의한 가변웨지의 회전축과 이동축의 연결 구조 변화를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치 블록도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치를 포함한 전기웨지브레이크의 제어 루프 개념도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 가변되는 웨지 각도와 선형 구동부의 이동 지령값의 관계를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기웨지브레이크의 웨지 각도 가변 방법 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고, 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
설명에 앞서 본 발명에서 적용될 수 있는 직접가압형 전기기계브레이크(Direct-Clamping Type Electro Mechanical Brake, EMB)와 웨지 타입 전기기계브레이크(Wedge Type EMB)인 전기웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)의 개념에 대해 간략히 설명한다. 이는 본 명세서의 이해를 돕기 위한 것으로서 명시적으로 본 발명을 한정하는 사항으로 기재하지 않은 경우에 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 의미로 사용하는 것이 아님을 주의해야 한다.
도 1a 및 도 1b는 직접가압형 전기기계브레이크와 전기웨지브레이크의 구동 개념을 비교하기 위한 예시도이다.
도 1a에 예시된 직접가압형 전기기계브레이크(EMB)(10)의 경우, 스크류의 너트에 체결된 헤드(Head)(11)가 패드(Inner Pad)(13)를 직접적으로 가압을 하는 형태를 가진다. 이때, 패드(13)를 가압하는 압착력(Fn)은 모터와 감속기 등의 구동부를 통해 헤드(11)에 전달되는 힘(구동력)(Fa)과 동일하다(Fn=Fa).
반면, 도 1B에 예시된 전기웨지브레이크(EWM)(20)의 경우, 패드(14)를 직접 가압하지 않고, 디스크(Disk)(16)의 회전방향으로 웨지(Wedge)를 작은 힘으로 밀어 넣어 큰 압착력을 발생시킨다.
여기서, 웨지는 도 2에 도시된 바와 같이 카운터 웨지와 이동 웨지로 구성될 수 있다.
도 2는 일반적인 전기웨지브레이크의 웨지 구조를 예시한 도면이다.
잘 알려진 바와 같이, 이동 웨지(21)는 구동부로부터 물리적인 힘(구동력)이 전달될 때, 카운터 웨지(Counter Wedge)(23)의 경사면 프로파일을 따라 이동한다. 이와 더불어, 카운터 웨지(23)는 이동 웨지(21)의 이동 및 제동 시 발생되는 반력을 캘리퍼 면에 전달하는 기능을 수행한다. 이때, 카운터 웨지(23)의 경사면 각도(웨지 각도)(α)는 고정(fixed)된 값일 수 있다.
한편, 이동 웨지(21)가 카운터 웨지(23)의 프로파일을 따라 이동할 때, 마찰 손실을 줄이고자 롤러(25)가 사용된다. 롤러(25)는 카운터 웨지(23)와 이동 웨지(21) 사이에 배치되어 카운터 웨지(23)와 이동 웨지(21) 각각과 선(line) 접촉함으로써, 카운터 웨지(23)와 이동 웨지(21) 간의 직접적인 면(surface) 접촉보다 마찰손실을 줄일 수 있다.
한편, 전기웨지브레이크에서 패드(14)에 가압하는 압착력(Fn)은 수학식 1과 같을 수 있다.
Figure 112015044329585-pat00013
여기서, Fa는 구동부를 통해 이동 웨지(21)에 입력되는 구동력이고, α는 웨지 각도를 의미하며, μ는 디스크(16)와 패드(14) 간 마찰계수를 의미한다. 수학식 1을 통해, 분모인 tanα-μ가 0에 가까울수록 큰 압착력(Fn)을 발생시킬 수 있음을 알 수 있다.
한편, 습도와 온도 등 여려 환경적인 요인에 따라, 디스크(16)와 패드(14) 간 마찰계수(μ)는 통상 0.2에서 0.6 사이에서 변화한다고 알려져 있다. 따라서, 사전에 전기웨지브레이크(20)의 웨지 각도 설계 시, tanα를 마찰계수 평균값 근사치로 설계 및 제작하였다.
예컨대, 압착력 및 제동력 발생 시 이동 웨지(21)의 자유물체도(Free Body Diagram)를 바탕으로 정역학적 해석을 수행하면, 초기의 웨지 각도(α0)와 설계된 제동효율(Cdesign)은 수학식 2와 같을 수 있다.
Figure 112015044329585-pat00014
여기서, Fn은 전기웨지브레이크에서 패드(14)에 가압하는 압착력이고, Fa는 구동부를 통해 이동 웨지(21)에 입력되는 구동력이고, α0는 사전에 전기웨지브레이크(20)의 웨지 각도 설계 시 초기 웨지 각도이며, μ0는 사전에 전기웨지브레이크(20)의 웨지 각도 설계 시 디스크(16)와 패드(14) 간 마찰계수이다.
이때, 웨지 각도(α)가 고정된 상태에서 마찰계수(μ)가 최저값인 0.2이거나 최고값인 0.6인 경우, 초기에 설계된 제동효율(Cdesign)보다 상대적으로 낮은 제동효율을 가지게 된다.
따라서, 앞서 기술한 바와 같이 초기 설계된 제동효율(Cdesign)을 유지하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치는 바뀌고 있는 패드(14)와 디스크(16) 간의 마찰계수(μ)를 추정하고, 추정된 마찰계수(μ)에 따라 웨지 각도(α)의 가변을 수행한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치의 동작을 설명하기 전, 웨지 각도가 가변되는 전기웨지브레이크의 가변웨지의 구조 및 웨지 각도의 가변 개념에 대해 도 3 내지 도 7c를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기웨지브레이크의 가변웨지의 전체 구조를 예시한 도면이다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 가변웨지의 회전축과 이동축의 형태를 예시한 도면이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 가변웨지의 회전축과 이동축의 연결 구조를 예시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변웨지의 웨지 각도 가변 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도의 가변에 의한 가변웨지의 회전축과 이동축의 연결 구조 변화를 예시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기웨지브레이크의 가변웨지(30)는 이동 웨지(31), 카운터 웨지(Counter Wedge)(32), 고정 힌지(경첩, hinge)(34) 및 선형 구동부(35)를 포함한다.
이동 웨지(31)는 경사면을 구비하며, 경사면은 하나 이상일 수 있다. 이동 웨지(31)는 기존의 전기웨지브레이크의 웨지와 같이 외부(예컨대, 모터 및 감속기 등을 포함하는 구동부)로부터 물리적인 힘(구동력)이 전달되면, 카운터 웨지(32)의 경사면 프로파일을 따라 이동한다.
카운터 웨지(32)는 이동 웨지(31)와 마주보도록 배치되며, 이동 웨지(31)의 경사면과 서로 마주보게 배치되는 경사면을 구비한다. 이때, 카운터 웨지(32)의 경사면은 이동 웨지(31)의 경사면과 동일한 개수로 구비된다. 또한, 카운터 웨지(32)는 기존의 전기웨지브레이크의 웨지와 같이 이동 웨지(31)의 이동 및 제동에 따라 발생되는 반력을 캘리퍼 면에 전달하는 기능을 수행한다. 여기서, 캘리퍼는 패드 바깥쪽 하우징을 말한다.
나아가, 이동 웨지(31)와 카운터 웨지(32) 간의 마찰 손실을 줄이기 위해, 이동 웨지(31)와 카운터 웨지(32) 사이에 롤러(33)가 구비된다. 롤러(33)는 카운터 웨지(32)와 이동 웨지(31) 사이에 배치되어 카운터 웨지(32)와 이동 웨지(31) 각각과 선 접촉함으로써, 카운터 웨지(32)와 이동 웨지(31)의 직접적인 면 접촉보다 마찰손실을 줄일 수 있다. 이때, 카운터 웨지(32)의 경사면 각도(웨지 각도)는 가변을 위해, 롤러(33)는 이동 웨지(31)에 장착될 수 있다.
한편, 카운터 웨지(32)의 어느 하나의 경사면 상측의 소정 위치에 고정된 고정 힌지(34)가 구비되며, 고정 힌지(34)는 카운터 웨지(32)의 웨지 각도를 가변하기 위한 회전축(36)을 포함한다. 이때, 회전축(36)은 도 4a에 예시된 바와 같이, 장공 처리되어 장공홀(38)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
또한, 카운터 웨지(32)의 밑면과 평행하게 좌우로 선형(linear) 이동하는 선형 구동부(35)를 포함하며, 선형 구동부(35)는 카운터 웨지(32)의 밑면과 평행한 이동축(37)을 포함한다. 이때, 이동축(37)은 도 4b에 예시된 바와 같이, 돌기(39)를 포함하는 형태로 구현될 수 있으며, 이동축(37)의 돌기에 의해 이동축(37)과 회전축(36)은 연결된다. 예컨대, 도 5a에 예시된 바와 같이 회전축(36)의 장공홀(38)에 이동축(37)의 돌기가 삽입되는 구조로 이동축(37)과 회전축(36)이 연결될 수 있다. 이때, 회전축(36)과 이동축(37)의 구조를 측면에서 바라보면 도 5b와 같을 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 가변웨지(30)는 선형 구동부(35)에 의한 이동축(37)의 좌우 움직임에 따라, 고정 힌지(34)의 회전축(36)이 회전함으로써, 웨지 각도를 가변할 수 있다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 선형 구동부(35)가 원점에 위치한 경우, 초기 웨지 각도는 α0일 수 있다. 이때, 선형 구동부(35)의 이동축(37)의 돌기(39)는 도 7a에 도시된 바와 같이 회전축(36)의 장공홀(38)의 가운데에 위치할 수 있으며, 고정 힌지(34)와 이동축(37) 간의 거리는 M일 수 있다.
만약, 선형 구동부(35)가 원점을 기준으로 좌측 방향으로 ΔL 만큼 이동하는 경우, 웨지 각도는 αL로 가변될 수 있다. 이때, 선형 구동부(35)의 이동축(37)의 돌기(39)는 도 7b에 도시된 바와 같이 회전축(36)의 장공홀(38)의 위쪽에 위치할 수 있으며, 고정 힌지(34)와 이동축(37) 간의 거리는 M-ΔM 일 수 있다.
이와 마찬가지로, 선형 구동부(35)가 원점을 기준으로 우측 방향으로 ΔL 만큼 이동하는 경우, 웨지 각도는 αR로 가변될 수 있다. 이때, 선형 구동부(35)의 이동축(37)의 돌기(39)는 도 7c에 도시된 바와 같이 회전축(36)의 장공홀(38)의 아래쪽에 위치할 수 있으며, 고정 힌지(34)와 이동축(37) 간의 거리는 M+ΔM 일 수 있다.
이와 같이, 선형 구동부(35)가 원점을 기준으로 좌측 및 우측 방향으로 이동함에 따라 고정 힌지(34)의 다른 한쪽의 위치 또한 이동되며, 이에 따라 웨지 각도는 αR 와 αL 사이에서 가변될 수 있다(αR ≤ α0 ≤ αL).
한편, 선형 구동부(35)의 좌측 또는 우측의 이동 방향 및 이동 거리는 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치에 의해 산출되는 웨지 각도 지령값을 기반으로 구해질 수 있다. 웨지 각도 지령값에 따른 선형 구동부(35)의 이동에 대해서는 추후에 구체적으로 설명한다.
이와 같이, 선형 구동부(35)를 선형 이동시켜 웨지 각도를 가변하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치는 변화하는 마찰계수를 추정하고, 추정된 마찰계수 추정값을 이용하여 웨지 각도 지령값을 산출하며, 웨지 각도 지령값을 기반으로 선형 구동부(35)의 이동시킴으로써, 가변웨지(30)의 웨지 각도를 가변시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치의 동작에 대해 도 8 및 도 9을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치 블록도이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 웨지 각도 가변 장치를 포함한 전기웨지브레이크의 제어 루프 개념도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 웨지 각도 가변 장치(100)는 마찰계수 추정부(110), 웨지 각도 지령부(120) 및 웨지 제어부(130)를 포함한다.
마찰계수 추정부(110)는 실시간으로 변화하고 있는 패드와 디스크 간의 마찰계수를 추정한다. 이때, 마찰계수 추정부(110)는 수학식 3를 이용하여 마찰계수 추정값(
Figure 112015044329585-pat00015
)을 구할 수 있다.
Figure 112015044329585-pat00016
여기서, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 이동 웨지(31)에 가해지는 물리적인 힘(구동력)이고, Fni는 카운터 웨지(32)를 포함하는 기계 구조물(93)의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 패드에 가해지는 물리적인 힘(압착력)이며, αi-1은 i-1번째 샘플링 타임에서 측정되는 측정 웨지 각도다.
구체적으로, 구동력(Fa)은 도 9에 예시된 바와 같이 요구 제동력과 요구 압착력을 기반으로 물리력 제어기(Force Controller), 모터 및 감속기 등의 구동부(91)에서 가변웨지(30)를 포함하는 기계 구조물(93)에 가하는 물리적인 힘이다.
압착력(Fn)은 도 9에 예시된 바와 같이 구동력(Fa)에 의해 가변웨지(30)를 포함하는 기계 구조물(93)의 움직임에 따라 패드에 가압되는 물리적인 힘으로써, 패드 주변의 소정 위치에 장착된 로드셀(Load Cell)(95)에 의해 측정될 수 있다.
측정 웨지 각도(αi-1)는 도 9에 예시된 바와 같이 카운터 웨지(32) 주변의 소정 위치에 장착된 각 센서(Angle Sensor)(97)에 의해 측정된 카운터 웨지(32)의 경사면의 각도이다.
웨지 각도 지령부(120)는 마찰계수 추정부(110)에 의해 추정된 마찰계수 추정값(
Figure 112015044329585-pat00017
)을 이용하여 웨지 각도의 지령값을 연산한다. 이때, 웨지 각도 지령부(120)는 수학식 4를 이용하여 웨지 각도 지령값(αi=αcommand)을 구할 수 있다.
Figure 112015044329585-pat00018
여기서,
Figure 112015044329585-pat00019
는 마찰계수 추정부(110)에 의해 추정된 마찰계수 추정값이고, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 이동 웨지(31)에 가해지는 구동력이고, Fni는 i번째 샘플링 타임에 패드에 가해지는 압착력이다.
웨지 제어부(130)는 웨지 각도 지령부(120)에 의해 구해진 웨지 각도 지령값(αcommand)을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 전기웨지브레이크의 웨지 각도를 조절한다. 이때, 웨지 제어부(130)는 웨지 각도 지령값(αcommand)에 따라 선형 구동부(35)의 선형 이동 방향 및 이동 거리를 포함하는 이동 지령값을 산출하여 선형 구동부(35)를 이동시킴으로써, 가변웨지(30)의 웨지 각도를 조절할 수 있다.
예컨대, 웨지 각도 지령값(αcommand)에 대한 선형 구동부(35)의 이동 지령값 산출을 위한 기하학적 관계 분석은 도 10에 도시된 바와 같을 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가변되는 웨지 각도와 선형 구동부의 이동 지령값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 ΔyFIX는 고정 힌지(34)와 선형 구동부(35)의 이동축(37) 간의 수직 높이(카운터 웨지(32)의 밑면을 기준으로 y축)로서, 사전에 고정된 값이다.
만약, 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 웨지 각도(α0)를 기준으로 웨지 각도를 αL로 증가시키는 경우, 선형 구동부(35)는 좌측으로 ΔL 만큼 이동해야 한다. 즉, 선형 구동부(35)의 위치는 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이인 Δx0에 ΔL 만큼 감해진 값(ΔxL = Δx0-ΔL = ΔxL _ command)이 된다. 즉, 수학식 5와 같이 변동된값 ΔxL와 고정값 ΔyFIX에 의해 웨지 각도(αL)가 결정된다.
Figure 112015044329585-pat00020
여기서, ΔyFIX는 고정 힌지(34)와 선형 구동부(35)의 이동축(37) 간의 수직 높이(카운터 웨지(32)의 밑면을 기준으로 y축)로서, 사전에 고정된 값이며, ΔxL는 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)에서 ΔL 만큼 감해진 값이다.
이에 따라, 초기 웨지 각도(α0)를 기준으로 웨지 각도를 αL로 증가시키는 경우, 선형 구동부(35)에 지령되는 이동 지령값(ΔLcommand)은 수학식 6과 같을 수 있다.
Figure 112015044329585-pat00021
여기서, ΔxL _ command는 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)에서 ΔL 만큼 감해진 값이며, ΔyFIX는 고정 힌지(34)와 선형 구동부(35)의 이동축(37) 간의 수직 높이이며, αcommand는 웨지 각도 지령부(120)에 의해 연산된 웨지 각도 지령값이다.
반대로, 만약, 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 웨지 각도(α0)를 기준으로 웨지 각도를 αR로 감소시키는 경우, 선형 구동부(35)는 우측으로 ΔL 만큼 이동해야 한다. 이 경우, 선형 구동부(35)의 위치는 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이인 Δx0에 ΔL 만큼 더해진 값(ΔxR = Δx0+ΔL = ΔxL_command)이 된다. 즉, 수학식 7과 같이 변동된값 ΔxR과 고정값 ΔyFIX에 의해 웨지 각도가 결정된다.
Figure 112015044329585-pat00022
여기서, ΔyFIX는 고정 힌지(34)와 선형 구동부(35)의 이동축(37) 간의 수직 높이(카운터 웨지(32)의 밑면을 기준으로 y축)로서, 사전에 고정된 값이며, ΔxL는 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)에서 ΔL 만큼 더해진 값이다.
이에 따라, 초기 웨지 각도(α0)를 기준으로 웨지 각도를 αR로 감소시키는 경우, 선형 구동부(35)에 지령되는 이동 지령값(ΔLcommand)은 수학식 8과 같을 수 있다.
Figure 112015044329585-pat00023
여기서, ΔxL _ command는 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)에서 ΔL 만큼 더해진 값이며, ΔyFIX는 고정 힌지(34)와 선형 구동부(35)의 이동축(37) 간의 수직 높이이며, αcommand는 웨지 각도 지령부(120)에 의해 연산된 웨지 각도 지령값이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 추정되는 마찰계수의 변화에 따라 가변웨지의 웨지 각도를 조절함에 따라, 전기웨지브레이크의 패드와 디스크 간 이물질 유입에 따른 윤활막이 생성되는 경우나 고열로 인해 패드와 디스크간의 마찰계수가 변화하여도 항상 초기 설계된 자기배력 비를 유지하여 고제동효율을 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 마찰계수의 변화에 상관없이 작은 출력으로 큰 압착력을 발생시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기웨지브레이크의 가변웨지의 웨지 각도 가변 방법 흐름도이다.
먼저, 실시간으로 변화하고 있는 가변웨지(30)의 패드와 디스크 간의 마찰계수를 추정한다(S1101). 이때, 수학식 3을 통해 마찰계수 추정값이 산출될 수 있다.
단계 S1101에서 추정된 마찰계수 추정값(
Figure 112015044329585-pat00024
)을 이용하여 웨지 각도의 지령값을 연산한다(S1103). 이때, 웨지 각도 지령값(αi=αcommand)은 수학식 4을 통해 구해질 수 있다.
단계 S1103에서 구해진 웨지 각도 지령값을 기반으로 선형 구동부(35)의 이동 지령값을 산출하며(S1105), 산출된 이동 지령값에 따라 선형 구동부(35)를 이동시켜 가변웨지(30)의 웨지 각도를 조절한다(S1107).
예컨대, 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 웨지 각도(α0)를 기준으로 웨지 각도를 αL로 증가시키는 경우, 선형 구동부(35)는 좌측으로 ΔL 만큼 이동해야 한다. 이 경우, 선형 구동부(35)의 위치는 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이인 Δx0에서 ΔL 만큼 감해진 값(ΔxL = Δx0 - ΔL)이 된다. 즉, 수학식 5와 같이 변동된값 ΔxL와 고정값 ΔyFIX에 의해 웨지 각도(αL)가 결정된다.
이에 따라, 초기 웨지 각도(α0)를 기준으로 웨지 각도를 αL로 증가시키는 경우, 선형 구동부(35)에 지령되는 이동 지령값(ΔLcommand)은 수학식 6과 같을 수 있다.
반대로, 만약, 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 웨지 각도(α0)를 기준으로 웨지 각도를 αR로 감소시키는 경우, 선형 구동부(35)는 우측으로 ΔL 만큼 이동해야 한다. 이 경우, 선형 구동부(35)의 위치는 선형 구동부(35)가 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이인 Δx0에 ΔL 만큼 더해진 값(ΔxR = Δx0 + ΔL)이 된다. 즉, 수학식 7와 같이 변동된값 ΔxR과 고정값 ΔyFIX에 의해 웨지 각도가 결정된다.
이에 따라, 초기 웨지 각도(α0)를 기준으로 웨지 각도를 αR로 감소시키는 경우, 선형 구동부(35)에 지령되는 이동 지령값(ΔLcommand)은 수학식 8과 같을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 추정되는 마찰계수의 변화에 따라 가변웨지의 웨지 각도를 조절함에 따라, 전기웨지브레이크의 패드와 디스크 간 이물질 유입에 따른 윤활막이 생성되는 경우나 고열로 인해 패드와 디스크간의 마찰계수가 변화하여도 항상 초기 설계된 자기배력 비를 유지하여 고제동효율을 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 마찰계수의 변화에 상관없이 작은 출력으로 큰 압착력을 발생시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
30 : 가변웨지
31 : 이동 웨지 32 : 카운터 웨지
33 : 롤러 34 : 고정 힌지
35 : 선형 구동부 36 : 회전축
37 : 이동축 38 : 장공홀
39 : 돌기
100 : 웨지 각도 가변 장치
110 : 마찰계수 추정부 120 : 웨지 각도 지령부
130 : 웨지 제어부

Claims (16)

  1. 경사면을 구비한 이동 웨지 및 상기 이동 웨지의 경사면과 서로 마주보게 배치되는 경사면을 구비하고 상기 이동 웨지와 마주보도록 배치되는 카운터 웨지, 바(bar) 형태를 가지며, 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행한 이동축, 상기 이동축의 어느 한쪽과 연결되어 상기 이동축을 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행하게 선형 이동시키는 선형 구동부, 상기 카운터 웨지의 경사면 상측의 소정 위치에 고정된 고정 힌지, 및 바 형태를 가지며, 한쪽은 상기 고정 힌지와 연결되고 다른 한쪽은 상기 이동축과 연결된 회전축을 포함하는 전자웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)의 가변웨지의 웨지 각도를 가변 장치에 있어서,
    상기 전자웨지브레이크의 패드와 디스크 간의 마찰계수를 추정하는 마찰계수 추정부;
    상기 추정된 마찰계수 추정값을 기반으로 웨지 각도 지령값을 연산하는 웨지 각도 지령부; 및
    상기 연산된 웨지 각도 지령값에 따라 상기 웨지 각도를 조절하는 웨지 제어부;
    를 포함하는 웨지 각도 가변 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마찰계수 추정부는,
    하기의 수학식을 이용하여 상기 마찰계수 추정값(
    Figure 112015044329585-pat00025
    )을 추정하는 것
    Figure 112015044329585-pat00026

    (여기서, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 상기 이동 웨지에 가해지는 구동력이고, Fni는 상기 카운터 웨지의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 상기 패드에 가해지는 압착력이며, αi-1은 i-1번째 샘플링 타임에서 측정되는 측정 웨지 각도)
    인 웨지 각도 가변 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 웨지 각도 지령부는,
    하기의 수학식을 이용하여 상기 웨지 각도 지령값(αcommand)을 구하는 것
    Figure 112015044329585-pat00027

    (여기서,
    Figure 112015044329585-pat00028
    는 상기 마찰계수 추정부에 의해 추정된 마찰계수 추정값이고, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 상기 이동 웨지에 가해지는 구동력이고, Fni는 상기 카운터 웨지의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 상기 패드에 가해지는 압착력)
    인 웨지 각도 가변 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동축은 돌기를 포함하며,
    상기 회전축의 하측에 구현된 장공홀에 상기 돌기가 삽입되어 상기 이동축과 상기 회전축이 연결되는 것
    인 웨지 각도 가변 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 웨지 제어부는,
    상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치한 경우의 초기 웨지 각도를 기준으로 웨지 각도를 증가시키는 경우, 상기 선형 구동부를 상기 회전축 방향으로 이동시키며,
    상기 초기 웨지 각도를 기준으로 웨지 각도를 감소시키는 경우 상기 선형 구동부를 상기 회전축의 반대 방향으로 이동시키는 것
    인 웨지 각도 가변 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 웨지 제어부는,
    상기 웨지 각도를 증가시키는 경우, 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)에서
    Figure 112015044329585-pat00029
    를 감하며,
    상기 웨지 각도를 감소시키는 경우,
    Figure 112015044329585-pat00030
    에서 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)를 감하는 것
    (여기서, ΔyFIX는 상기 고정 힌지와 상기 이동축 간에 사전에 고정된 수직 높이이며, αcommand는 상기 웨지 각도 지령부에 의해 연산된 상기 웨지 각도 지령값)
    인 웨지 각도 가변 장치.
  8. 경사면을 구비한 이동 웨지 및 상기 이동 웨지의 경사면과 서로 마주보게 배치되는 경사면을 구비하고 상기 이동 웨지와 마주보도록 배치되는 카운터 웨지, 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행한 바(bar) 형태의 이동축, 상기 이동축의 어느 한쪽과 연결되어 상기 이동축을 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행하게 선형 이동시키는 선형 구동부, 상기 카운터 웨지의 경사면 상측의 소정 위치에 고정된 고정 힌지, 및 한쪽은 상기 고정 힌지와 연결되고 다른 한쪽은 상기 이동축과 연결된 바 형태의 회전축을 포함하는 전자웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)의 웨지 각도를 가변하는 웨지 각도 가변 방법에 있어서,
    상기 전자웨지브레이크의 패드와 디스크 간의 마찰계수를 추정하는 단계;
    상기 추정된 마찰계수 추정값을 기반으로 웨지 각도 지령값을 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 웨지 각도 지령값에 따라 상기 웨지 각도를 조절하는 단계;
    를 포함하는 웨지 각도 가변 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 추정하는 단계는,
    하기의 수학식을 이용하여 상기 마찰계수 추정값(
    Figure 112015044329585-pat00031
    )을 추정하는 것
    Figure 112015044329585-pat00032

    (여기서, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 상기 이동 웨지에 가해지는 구동력이고, Fni는 상기 카운터 웨지의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 상기 패드에 가해지는 압착력이며, αi-1은 i-1번째 샘플링 타임에서 측정되는 측정 웨지 각도)
    인 웨지 각도 가변 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연산하는 단계는,
    하기의 수학식을 이용하여 상기 웨지 각도 지령값(αcommand)을 구하는 것
    Figure 112016108028910-pat00033

    (여기서,
    Figure 112016108028910-pat00034
    는 마찰계수 추정부에 의해 추정된 마찰계수 추정값이고, Fai는 i번째 샘플링 타임에서 상기 이동 웨지에 가해지는 구동력이고, Fni는 상기 카운터 웨지의 움직임에 의해 i번째 샘플링 타임에 상기 패드에 가해지는 압착력)
    인 웨지 각도 가변 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 조절하는 단계는,
    상기 선형 구동부를 통해 이동축을 상기 회전축 방향으로 이동시켜 상기 웨지 각도를 증가시키고, 상기 이동축을 상기 회전축의 반대 방향으로 이동시켜 상기 웨지 각도를 감소시키는 것
    인 웨지 각도 가변 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 조절하는 단계는,
    상기 웨지 각도를 증가시키는 경우, 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)에서
    Figure 112015044329585-pat00035
    를 감하는 단계; 및
    상기 웨지 각도를 감소시키는 경우,
    Figure 112015044329585-pat00036
    에서 상기 선형 구동부가 사전에 설정된 원점에 위치했을 때의 초기 x축 길이(Δx0)를 감하는 단계;를 포함하는 것
    (여기서, ΔyFIX는 상기 고정 힌지와 상기 이동축 간에 사전에 고정된 수직 높이이며, αcommand는 상기 웨지 각도 지령부에 의해 연산된 상기 웨지 각도 지령값)
    인 웨지 각도 가변 방법.
  13. 경사면을 구비한 이동 웨지;
    상기 이동 웨지의 경사면과 서로 마주보게 배치되고 웨지 각도가 가변되는 경사면을 구비하고 상기 이동 웨지와 마주보도록 배치되는 카운터 웨지;
    상기 카운터 웨지의 밑면과 평행한 바(bar) 형태의 이동축;
    상기 이동축의 어느 한쪽과 연결되어 상기 이동축을 상기 카운터 웨지의 밑면과 평행하게 선형 이동시키는 선형 구동부;
    상기 카운터 웨지의 경사면 상측의 소정 위치에 고정된 고정 힌지; 및
    한쪽은 상기 고정 힌지와 연결되고 다른 한쪽은 상기 이동축과 연결된 바 형태의 회전축;
    를 포함하는 전자웨지브레이크(Electro Wedge Brake, EWB)의 가변웨지.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 회전축의 하측에 장공홀이 구현되고,
    상기 이동축은 돌기를 포함하며,
    상기 장공홀에 상기 돌기가 삽입되어 상기 이동축과 상기 회전축이 연결되는 것
    인 전자웨지브레이크의 가변웨지.
  16. 제13항에 있어서, 상기 선형 구동부는,
    사전에 설정된 원점에 위치한 경우의 초기 웨지 각도를 기준으로 웨지 각도를 증가시키는 경우, 상기 이동축을 상기 회전축 방향으로 이동시키며,
    상기 초기 웨지 각도를 기준으로 웨지 각도를 감소시키는 경우 상기 이동축을 상기 회전축의 반대 방향으로 이동시키는 것
    인 전자웨지브레이크의 가변웨지.
KR1020150064534A 2015-05-08 2015-05-08 전기웨지브레이크의 가변웨지 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 그 방법 KR101734504B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150064534A KR101734504B1 (ko) 2015-05-08 2015-05-08 전기웨지브레이크의 가변웨지 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 그 방법
US15/007,336 US9759280B2 (en) 2015-05-08 2016-01-27 Variable wedge of electro wedge brake, and device and method of adjusting wedge angle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150064534A KR101734504B1 (ko) 2015-05-08 2015-05-08 전기웨지브레이크의 가변웨지 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160131650A KR20160131650A (ko) 2016-11-16
KR101734504B1 true KR101734504B1 (ko) 2017-05-11

Family

ID=57221815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150064534A KR101734504B1 (ko) 2015-05-08 2015-05-08 전기웨지브레이크의 가변웨지 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 그 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9759280B2 (ko)
KR (1) KR101734504B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109606337B (zh) * 2018-11-19 2021-11-23 江苏大学 一种基于电杆直驱的电子楔式制动装置及其制动方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007524039A (ja) 2003-08-18 2007-08-23 ヴァリボックス （ピーティーワイ） リミテッド 自動補力クラッチ
JP2009511844A (ja) * 2005-10-18 2009-03-19 クノール−ブレミゼ ジュステーメ フューア ヌッツファーツォィゲ ゲーエムベーハー 電動アクチュエータを備えた自己倍力型ディスクブレーキ
JP2009531628A (ja) * 2006-03-28 2009-09-03 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 電気機械的な自己倍力式の摩擦ブレーキ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005062416A1 (de) * 2005-12-27 2007-07-05 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Verfahren zur Reibwertermittlung von Scheibenbremsen
DE102008004806A1 (de) * 2008-01-17 2009-07-30 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Pneumatisch betätigte Scheibenbremse mit Betätigungsstößel
EP2123931B1 (en) * 2008-05-21 2012-10-10 KNORR-BREMSE Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Parameter estimation method for self-energized brake mechanism
DE102010024075B4 (de) * 2010-06-17 2018-05-17 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Scheibenbremse in hydraulischer selbstverstärkender Bauart mit Kraftübertragungseinheit
KR101813965B1 (ko) 2011-05-16 2018-01-02 현대모비스 주식회사 전동 브레이크 장치의 디스크 패드 간극 제어 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007524039A (ja) 2003-08-18 2007-08-23 ヴァリボックス （ピーティーワイ） リミテッド 自動補力クラッチ
JP2009511844A (ja) * 2005-10-18 2009-03-19 クノール−ブレミゼ ジュステーメ フューア ヌッツファーツォィゲ ゲーエムベーハー 電動アクチュエータを備えた自己倍力型ディスクブレーキ
JP2009531628A (ja) * 2006-03-28 2009-09-03 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 電気機械的な自己倍力式の摩擦ブレーキ

Also Published As

Publication number Publication date
US20160327108A1 (en) 2016-11-10
KR20160131650A (ko) 2016-11-16
US9759280B2 (en) 2017-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080230330A1 (en) Braking device having a wedge mechanism
JP5224002B2 (ja) 車両の電動式ブレーキ装置
CN108591306B (zh) 一种电子机械线控制动器
KR102311205B1 (ko) 주차 브레이크 장치
US8863914B2 (en) Self-energizing disk brake with wedge elements
EP1736680B1 (en) Electro-mechanical brake
CN103237701B (zh) 驻车制动器及其夹紧力调节方法和调节或控制设备
CN110425236B (zh) 一种自增力线控制动器
JP2016517827A5 (ko)
CN110425237B (zh) 一种用于制动器的楔形块组件
KR101501533B1 (ko) 전기기계 브레이크의 마모 보상을 위한 모터 제어 시스템 및 그 제어 방법
CN114382802B (zh) 一种线控制动器
KR101734504B1 (ko) 전기웨지브레이크의 가변웨지 구조, 웨지 각도 가변 장치 및 그 방법
KR101220405B1 (ko) 전동식 디스크 브레이크 장치
KR101725652B1 (ko) 브레이크 장치
CN108253042B (zh) 一种电子机械线控制动器
CN110566603B (zh) 一种线控制动器
CN114658772A (zh) 一种传动特性更加稳定的电子机械线控制动器
CN110454522B (zh) 一种自增力线控制动器
CN108194535B (zh) 一种电子机械线控制动器
Shin et al. Analytic approaches for keeping high braking efficiency and clamping efficiency of electro wedge brakes
US20220003288A1 (en) Method for determining design parameters of an electromechanical brake, and electromechanical brake
CN107588126B (zh) 一种电子机械线控制动器
CN114483822B (zh) 一种线控制动器
US11125293B2 (en) Brake device for a utility vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant