KR102079887B1 - 제동력에 의해 생성된 변위 거리를 측정하기 위한 어셈블리 - Google Patents

제동력에 의해 생성된 변위 거리를 측정하기 위한 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐리어 (1) 및 브레이크 홀더 (2) 를 포함하는, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정량을 결정하기 위한 어셈블리 (30) 에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 상기 어셈블리가 제동력의 측정량 특성의 정밀하고 재현가능한 측정을 가능하게 하는 것이다. 이러한 목적은 브레이크 홀더 (2) 가 캐리어 (1) 에 대해 탄성적으로 그리고 측방향으로 변위가능하도록 배열되고, 상기 브레이크 홀더 (2) 가 적어도 하나의 탄성 굽힘 요소 (4a, 4b) 에 의해 캐리어에 체결되고, 상기 캐리어 (1) 에 대한 브레이크 홀더의 변위량 (Δx) 을 결정하기 위해 센서 디바이스 (36) 가 제공된다는 점에서 달성된다.

Description

제동력에 의해 생성된 변위 거리를 측정하기 위한 어셈블리
본 발명은 캐리어 및 브레이크 홀더를 포함하는, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 유형의 장치를 구비하는 디바이스, 상기 유형의 장치를 구비하는 디스크 브레이크 및 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
자동차 용의 디스크 브레이크는 일반적으로 제동될 휠의 허브에서 동시 회전하는 브레이크 디스크를 구비하고, 상기 브레이크 디스크에 대해 브레이크 패드가 제동 프로세스 동안 양측에서 가압된다. 마찰 패드는 브레이크 디스크 위로 맞물리는 브레이크 캘리퍼 내에 배열된다. 자동차에서, 플로팅 캘리퍼 브레이크가 바람직하게는 사용되고, 액추에이터는 브레이크 디스크의 일 측에만 배열되지만, 브레이크 캘리퍼가 플로팅 방식으로 탑재되기 때문에, 제동 프로세스 동안 브레이크 디스크에 대해 마찰 패드 모두를 가압한다. 액추에이터의 디자인 또는 작동은 유압식이거나 전기기계식일 수도 있다.
제동력의 검출을 위한 기술적인 제안들은 이미 공지되어 있다. 예를 들어, DE 10 2006 029 978 B3 는 스트레인 게이지에 의해 인가력 (법선력) 에 대한 척도로서 브레이크 캘리퍼의 탄성 팽창을 측정하기 위한 방법을 개시한다.
DE 10 2005 013 142 A1 는 서로에 대해 이동가능한 두 개의 기계 부품들의 이동 측정에 의해 프레임 캘리퍼에 대한 제동력 (원주방향 힘) 의 측정을 개시한다.
특허 출원 WO 2012/059313 A1 는 플로팅 캘리퍼 브레이크의 브레이크 홀더의 홀딩 아암이 빔 스프링으로서 사용되는 방법을 개시하고, 브레이크 디스크에 대한 원주방향 힘에 의한 빔 스프링의 굽힘은 작용되는 원주방향 힘에 대한 척도로서 측정 및 평가된다.
DE 10 2008 042 298 A1 는 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼를 개시하고, 디스크 브레이크의 작동 동안 클램핑 힘에 의해 브레이크 캘리퍼의 변형을 측정하기 위한 디바이스가 제공되고, 상기 디바이스는 브레이크 캘리퍼에 움직일 수 없게 연결되는 홀더를 구비하며, 브레이크 캘리퍼에 대한 상기 홀더의 이동이 측정된다.
공지된 해결책에서, 히스테리시스 효과는 컴포넌트들의 측정된 상대 변위 또는 응력/변형에서 발생하여서, 인가력의 발생 후에, 장치는 그의 원래 상태로 충분히 정확하게 복귀되지 않고, 따라서 측정은 부정확해진다. 이는 특히 브레이크 캘리퍼의 변형이 측정되는 시스템과 관련된다. 브레이크의 적용 및 그의 후속 릴리스 후에, 컴포넌트들은 달라 붙을 수도 있거나, 또는 그들의 초기 위치로 즉시 이동하지 않을 수도 있거나, 또는 영구적으로 변형될 수도 있다.
그러므로, 본 발명은 제동력을 특징짓는 측정 변수의 정밀하고 재현가능한 측정을 허용하는 목적에 근거한다.
장치와 관련하여, 상기 목적은, 브레이크 홀더가 케리어에 대해 탄성적으로 그리고 측방향으로 변위가능하도록 배열되고, 상기 브레이크 홀더는 적어도 하나의 탄성 굽힘 요소에 의해 캐리어에 고정되고, 상기 캐리어에 대한 브레이크 홀더의 변위량을 결정하기 위해 센서 디바이스가 제공되는 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명의 유리한 구성들은 종속 청구항들의 청구물이다.
본 발명은 가능한 한 정확하고 재현가능한 정보를 결정할 수 있도록 히스테리시스로 인한 전술한 측정 부정확성이 회피되어야 한다는 고려에 근거한다. 변위량이 일반적으로 매우 작고 또한 수 마이크로미터에서 밀리미터의 범위 내에 있으므로, 작은 히스테리시스 효과조차도 폐쇄 루프 제어 시스템에 대한 입력으로서 사용불가능한 측정 결과를 초래하는 영향을 가질 수 있다.
지금까지 밝혀진 바와 같이, 제동력을 특징짓는 변수는 적어도 하나의 탄성 굽힘 요소에 의해 캐리어에 연결되는 브레이크 홀더에 의해 신뢰가능하게 그리고 정확하게 결정될 수 있고, 상기 적어도 하나의 탄성 굽힘 요소는 원주방향 힘의 작용 하에서 탄성 변형을 받은 후, 그의 초기 위치로 다시 복귀되고, 캐리어에 대한 브레이크 홀더의 변위가 측정된다. 따라서 브레이크 홀더 자체의 변형이 아닌 각각의 굽힘 요소의 굽힘이 측정되고, 그로 인해 상기 히스테리시스 효과가 회피될 수 있다.
본 발명은 특히 기계 및 자동차 공학, 특히 자동차 산업에서 사용하기 위해, 본원에서는 특히 폐쇄 루프 제어 프로세스의 맥락에서 브레이크 디스크에 대한 원주방향 힘을 검출하기 위해 제공된다.
브레이크 홀더는 바람직하게는 원주방향 힘 (FU) 이 제동력으로 인해 브레이크 홀더에 작용하는 방향으로 캐리어에 대해 변위가능하다.
캐리어 또는 캐리어 요소는 유리하게는 차량의 주행 기어 또는 섀시의 위치 고정된 부분이다. 브레이크 홀더의 특히 확고한 체결이 그로 인해 실현된다.
바람직한 실시형태에서, 특히 정확히 2 개의 굽힘 요소들이 제공되고, 상기 굽힘 요소들은 캐리어 내의 개구들을 통해 안내되고, 또한 브레이크 홀더로부터 멀어지는 측에서, 특히 각각의 경우에 일 단부에서, 캐리어에 견고하게 연결되는 지지 요소들에 체결된다.
각각의 굽힘 요소는 바람직하게는 브레이크 홀더 내에 삽입된다. 굽힘 요소 및 브레이크 홀더는 대안적으로 일체형으로 형성될 수도 있다. 각각의 굽힘 요소는 바람직하게는 적절한 강성을 갖는 탄성 재료, 예를 들어 탄성 스틸로 형성된다. 상기 굽힘 요소는 바람직하게는 비피로 굽힘 스프링으로서 동시에 작용하도록 형성되고, 또한 동시에 브레이크 홀더를 홀딩하기 위해 적절한 강도를 나타낸다.
각각의 굽힘 요소는 바람직하게는 공간에 의해 각각의 경우에 측방향으로 둘러싸이고, 캐리어에 대한 브레이크 홀더의 측방향 변위의 경우에 상기 공간 내로 굽힘 요소가 팽창할 수 있다. 상기 공간은 특히 캐리어에 대한 브레이크 홀더의 이동 방향의 방향으로 굽힘 요소들의 굽힘을 허용한다. 예를 들어, 공간은 실질적으로 직사각형 형태일 수도 있거나, 그렇지 않으면 링 형상의 공간으로서 형성될 수도 있다.
센서 디바이스는 유리하게는 센서식 액티브 요소 및 센서식 패시브 요소를 포함하고, 일 센서 요소는 캐리어 또는 브레이크 홀더에 위치 고정 방식으로 견고하게 연결되고, 다른 센서 요소는 브레이크 홀더 또는 캐리어에 위치 고정 방식으로 연결된다. 이러한 경우에 두 개의 센서 요소들은 센서 효과를 가지고, 즉 센서 요소들은 센서식 액티브 요소에 대한 센서식 패시브 요소의 공간적 변화가 센서식 액티브 변화에 의해 검출될 수 있는, 서로에 대한 거리 및 배향으로 끼워맞춤된다. 이는 바람직하게는 가능한 가장 큰 신호 대 소음 비로 수행된다. 따라서, 2 개의 센서 요소들의 장치는 센서식으로 효과적인 연결로 실현된다. 이는 바람직하게는 두 개의 센서 요소들 사이에 제공되는 에어 갭에 의해 달성되고, 두 개의 센서 요소들은 전자기장 커플링에 의해 연결된다.
바람직한 실시형태에서, 센서식 액티브 요소는 캐리어에 위치 고정 방식으로 연결되고, 센서식 패시브 요소는 브레이크 홀더에 위치 고정 방식으로 연결된다. 이러한 실시형태에서, 센서식 패시브 요소는 따라서 브레이크 홀더와 함께 이동하는 반면, 센서식 액티브 요소는 상기 이동을 감지 또는 측정한다. 센서식 액티브 요소의 신호는 브레이크에 작용하는 힘에 대한 척도이다. 이러한 실시형태에서, 상기 요소가 캐리어 또는 섀시에 체결되고 제동력이 작용할 때에 이동하지 않으므로, 센서식 액티브 요소의 전기 공급 및/또는 신호 라인들은 특히 간단한 방식으로 놓일 수 있다. 더욱이, 라인들은 브레이크로부터 멀어지게 놓일 수 있고, 추가의 컴포넌트들을 방해하지 않는다.
대안의 구성에서, 센서식 액티브 요소는 브레이크 홀더 상에 배열되고, 센서식 패시브 요소는 캐리어 상에 배열된다.
센서식 패시브 요소는 바람직하게는 중실 측정부 내에 수용된다.
제 1 바람직한 실시형태에서, 센서식 패시브 요소는 영구 자석이고, 센서식 액티브 요소는 자기저항 각도 측정 요소이다.
제 2 바람직한 실시형태에서, 센서식 패시브 요소는 자성 재료로 구성된 요소이고, 센서식 액티브 요소는 코일 배열체이다.
디바이스와 관련하여, 전술한 목적은 전술한 장치에 의해 본 발명에 따라 달성되고, 상기 장치는 입력 측에서 센서 디바이스에 연결되고 또한 센서 디바이스의 적어도 하나의 측정 신호에 근거하여 폐쇄 루프 제동 제어를 수행하는 개방 루프 및 폐쇄 루프 제어 유닛을 더 포함한다. 개방 루프 및 폐쇄 루프 제어 유닛은 바람직하게는 센서 디바이스의 적어도 하나의 측정 신호에 근거하여 작용하는 제동 토크 및/또는 브레이크 제어 변수를 결정 또는 확인하기 위한 프로세싱 로직 장치를 포함한다.
디스크 브레이크와 관련하여, 전술한 목적은 전술한 장치에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
자동차의, 특히 유압식으로 작동가능한 디스크 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 방법에 관하여, 전술한 목적은 전술한 장치에 의해 본 발명에 따라 달성되고, 캐리어에 대한 브레이크 홀더의 측방향 변위가 측정된다.
브레이크에 작용하는 제동력은 바람직하게는 측정된 측방향 변위로부터 결정된다.
본 발명의 이점들은 특히, 캐리어에 대한 실질적으로 전체의 브레이크 홀더의 변위의 측정에 의해, 제동력을 특징짓는 측정 변수의 특히 확고하고 신뢰가능한 결정이 달성될 수 있다는 사실에 있다. 각각의 굽힘 요소의 굽힘에 의해 제동 작동 동안 발생하는 것은 적절한 치수화를 통해 매우 정확한 방식으로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 정확한 폐쇄 루프 제어 변수가 자동차 내의 폐쇄 루프 제어 시스템들에 대해 생성될 수 있다.
측정된 변위량은 유리하게는 드라이버 보조 및/또는 드라이빙 안전 시스템에서 폐쇄 루프 브레이크 압력 제어 시스템에 대한 입력 변수로서 사용된다. 특히, 이는 작용되는 제동력에 대한 정확한 지식이 요구되는 고도로 자동화된 방법을 위한 시스템에서의 사용을 허용한다.
본 발명의 예시적인 실시형태는 도면에 기초하여 더 상세하게 논의될 것이다. 도면에서, 도 1 은 매우 개략적인 도면으로 제동력에 의해 생성된 변위량을 결정하기 위한 장치의 바람직한 실시형태를 도시한다.
장치 (30) 는 바람직하게는 위치 고정된 차량 주행 기어 또는 차량 섀시의 부분인 캐리어 (1) 를 포함한다. 브레이크 홀더 (2) 는 플로팅 캘리퍼를 갖는 디스크 브레이크에 대해 디자인된다. 브레이크 홀더 (2) 는 캐리어 (1) 에 탄성적으로 변위가능한 방식으로 체결된다. 여기에서, 브레이크 홀더 (2) 는 측방향으로 캐리어 (1) 에 대해 탄성적으로 변위가능하다.
브레이크 홀더 (2) 및 그의 체결 컴포넌트들은 제동력 (FU) 의 영향 하에서 변위량 (Δx) 을 측정하기 위한 메커니즘의 주요 부분을 포함한다. 브레이크 홀더 (2) 는, 브레이크 피스톤, 브레이크 피스트, 브레이크 패드들 및 브레이크 디스크에 의해 제동력 (FU) 을 발생시키는 플로팅 캘리퍼 브레이크의 기계적인 전체를 바람직하게는 포함한다.
브레이크 홀더 (2) 는 플랜지로서 바람직하게는 형성되는 맞닿음 요소들 (3a, 3b) 을 통해 캐리어 (1) 에 대해 지지된다. 브레이크 홀더 (2) 는 본 예시적인 실시형태에서 볼트들로서 형성되는 굽힘 요소들 (4a, 4b) 을 통해 캐리어 (1) 에 나사결합된다. 너트들 (5a, 5b) 및 지지 요소들 (6a, 6b) 은 이러한 목적을 위해 제공된다. 케이싱형 지지 요소들 (6a, 6b) 은 각각의 경우에 캐리어 내의 일 리세스 (7) 내에서 캐리어 (1) 또는 섀시에 위치 잠금 방식으로 오목해지고, 또한 구역 (8) 에서 형태 끼워맞춤으로 볼트들을 둘러싸는 반면, 상기 지지 요소들은 각각의 경우에 구역 (9) 에서 굽힘 요소들 (4a, 4b) 에 대해 유극, 특히 측방향 유극을 제공한다. 두 개의 맞닿음 요소들 (3a, 3b) 과 캐리어 (1) 사이에는, 맞닿음 요소들 (3a, 3b) 이 캐리어 (1) 상에서 슬라이딩하게 하는 중간 요소들 (10) 이 배열되거나, 그 재료가 전단력의 작용 하에 탄성적으로 변형될 수 있는 중간 요소들 (10) 이 배열된다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 굽힘 요소들 (4a, 4b) 은 공동 (11) 을 둘러싸고, 상기 공동 (11) 은 특히 링 형상의 공간으로서 형성되고, 또한 상기 공동 (11) 은 특히 맞닿음 요소측 또는 플랜지측과 그의 스크류 연결부 사이에 배열되고, 여기에서 굽힘 요소들 (4a, 4b) 은 참조 부호 12 에 의해 본원에서 상징적으로 나타내어진 바와 같이 힘 (FU) 의 영향 하에서 굽힘될 수 있다. 상기 굽힘은 캐리어 (1) 에 대한 브레이크 홀더 (2) 의 변위량 (Δx) 을 초래한다.
변위량 (Δx) 을 측정하기 위하여, 센서 디바이스 (36) 가 제공된다. 센서 디바이스 (36) 는, 캐리어 (1) 상에 위치 고정 방식으로 탑재되고 또한 중실 측정부 (14) 와 상호 작용하는 센서 (13) 를 포함하고, 상기 중실 측정부 (14) 는 캐리어 (1) 와 브레이크 홀더 (2) 사이의 공동 (22) 에서 캐리어 (1) 내의 보어 (24) 에 대향하여 위치된다. 중실 측정부 (14) 는 브레이크 홀더 (2) 상에 위치 고정식으로 탑재되고, 따라서 변위량 (Δx) 을 모사한다. 센서 (13) 는 센서식 액티브 요소 (15) 를 포함하고, 중실 측정부 (14) 는 센서식 패시브 요소 (16) 를 포함한다. 에어 갭 (26) 은 센서 (13) 와 중실 측정부 (14) 사이에 존재하고, 필드 커플링은 액티브 센서 요소와 패시브 센서 요소 사이에 존재한다. 센서 장치의 실제 구현에 대하여, 사용된 방법이 충분히 높은 공간 분해능을 허용한다는 것이 보장되어야 한다.
제 1 바람직한 실시형태에서, 변위량 (Δx) 의 검출을 위한 센서식 패시브 요소로서 영구 자석을 활용하는 정자기 방법이 사용된다. 이러한 제 1 바람직한 변형예에서, 센서식 액티브 요소로서, 영구 자기장의 벡터 방향의, 변위(Δx) 와 관련된, 회전을 측정하는 자기저항 각도 측정 요소가 사용된다. 제 2 바람직한 변형예에서, Hall 장치는 센서식 액티브 요소로서 Δx 에 따라 자기 공간적 진폭 및 그의 변위를 측정하기 위해 사용된다.
제 2 바람직한 실시형태에서, 센서식 패시브 요소로서 폐라이트 재료를 사용하는 마그네토다이나믹 (magnetodynamic) 방법이 사용된다. 대응하는 전자 회로를 갖는 코일 배열체는 이러한 경우에 센서식 패시브 요소에 대한 유도 커플링의, Δx 와 관련되는, 변화를 측정하기 위해 사용된다.
도면에 도시된 구성은 단지 제안된 장치의 바람직한 실시형태의 개략도이다. 도시된 실시형태에서, 굽힘 요소들 (4a, 4b) 은 홀더 (2) 내에 삽입되는 별개의 컴포넌트들이다. 굽힘 요소들 (4a, 4b) 은 대안적으로 또한 브레이크 홀더 (2) 와 일체형으로 형성될 수도 있다.
도면에 도시된 바람직한 실시형태에서, 중간 요소들 (10) 은 캡들이다. 슬라이딩 또는 변형 층은 예를 들어 또한 맞닿음 요소들 (3a, 3b) 또는 플랜지들 내에 놓일 수도 있다. 상기 층의 재료는 적합한 탄성 플라스틱이거나, 플레인 베어링으로부터 공지되어 있는 재료일 수도 있다.

Claims (13)

  1. 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30) 로서,
    캐리어 (1), 및
    브레이크 홀더 (2)
    를 포함하고,
    상기 브레이크 홀더 (2) 는 상기 캐리어 (1) 에 대해 탄성적으로 그리고 측방향으로 변위가능하도록 배열되고,
    상기 브레이크 홀더 (2) 는 적어도 하나의 탄성 굽힘 요소 (4a, 4b) 에 의해 상기 캐리어에 고정되고,
    상기 캐리어 (1) 에 대한 상기 브레이크 홀더의 변위량 (Δx; displacement travel) 을 결정하기 위해 센서 디바이스 (36) 가 제공되고,
    상기 센서 디바이스 (36) 는 센서식 액티브 요소 (15) 및 센서식 패시브 요소 (16) 를 포함하고,
    상기 센서식 액티브 요소 (15) 는 상기 캐리어 (1) 에 위치 고정 방식으로 연결되고, 상기 센서식 패시브 요소 (16) 는 상기 브레이크 홀더 (2) 에 위치 고정 방식으로 연결되는, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 (1) 는 섀시의 일부인, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30).
  3. 제 1 항에 있어서,
    두 개의 굽힘 요소들 (4a, 4b) 이 제공되고, 상기 굽힘 요소들 (4a, 4b) 은 상기 캐리어 (1) 내의 개구들을 통해 안내되고, 상기 브레이크 홀더 (2) 로부터 멀어지는 측에서 상기 캐리어 (1) 에 견고하게 연결되는 지지 요소들 (6a, 6b) 에 체결되는, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30).
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 굽힘 요소 (4a, 4b) 는 상기 브레이크 홀더 (2) 내에 삽입되는, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30).
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 굽힘 요소 (4a, 4b) 는 각각의 경우에 공간 (11) 에 의해 측방향으로 둘러싸이고, 상기 캐리어 (1) 에 대한 상기 브레이크 홀더 (2) 의 측방향 변위의 경우에 상기 굽힘 요소 (4a, 4b) 가 상기 공간 (11) 내로 팽창될 수 있는, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30).
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서식 패시브 요소 (16) 는 중실 측정부 (solid measure: 14) 내에 수용되는, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서식 패시브 요소 (16) 는 영구 자석이고, 상기 센서식 액티브 요소 (15) 는 자기저항 각도 측정 요소 (magnetoresistive angle measuring element) 인, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서식 패시브 요소 (16) 는 페라이트 재료로 구성된 요소이고, 상기 센서식 액티브 요소 (15) 는 코일 배열체인, 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 장치 (30).
  11. 디스크 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 측정하기 위한 디바이스로서,
    제 1 항 내지 제 5 항 및 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 장치 (30), 및
    입력 측에서 센서 디바이스 (36) 에 연결되고 상기 센서 디바이스 (36) 의 적어도 하나의 측정 신호에 기초하여 폐쇄 루프 제동 제어를 수행하는 개방 루프 및 폐쇄 루프 제어 유닛
    을 포함하는, 디스크 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 측정하기 위한 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 및 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 장치 (30) 를 구비하는, 디스크 브레이크.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 및 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 장치 (30) 를 구비하는, 디스크 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 캐리어 (1) 에 대한 상기 브레이크 홀더 (2) 의 측방향 변위가 측정되는, 디스크 브레이크에 작용하는 제동력에 대한 측정 변수를 결정하기 위한 방법.
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