KR20000048650A - 셀프-서보 기구를 구비한 모터구동식 디스크 브레이크를 포함하는 제동 시스템 - Google Patents

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구라사꼬료이찌
요시노야스노리
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와다 아끼히로
도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 자동차 바퀴를 제동하기 위한 구동원으로서 전기모터 (212)와, 이 전기모터를 제어하기 위한 모터제어장치 (100) 를 포함하는 모터구동식 디스크 브레이크를 갖는 전기작동식 제동 시스템에 관한 것이다. 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 또한, 마찰면 (12) 을 갖는 디스크 로터 (11; 212) 와, 이 디스크 로터의 회전을 억제하기 위해 마찰면과 접촉하도록 움직일 수 있는 마찰패드 (14a, 14b) 와, 마찰면과 교차하는 방향으로 마찰패드가 움직이도록 이 마찰패드를 지지하는 패드지지기구 (152) 와, 가압부재 (202; 216) 및 상기 디스크 로터의 마찰면에 마찰패드를 가압하기 위해 상기 가압부재를 움직이게 하기 위한 구동력을 발생시키는 전기모터를 갖는 패드가압기구 (202, 212, 214) 와, 그리고 마찰력에 근거하여 마찰면과 마찰패드 사이에서 발생된 마찰력을 부스팅하는 셀프-서보 효과를 제공하기 위한 셀프-서보 기구 (220) 를 포함한다.

Description

셀프-서보 기구를 구비한 모터구동식 디스크 브레이크를 포함하는 제동 시스템{BRAKING SYSTEM INCLUDING MOTOR-DRIVEN DISC BRAKE EQUIPPED WITH SELF-SERVO MECHANISM}
이러한 전기작동식 제동 시스템에서, 디스크 브레이크에 사용되는 전기모터에 의해 발생되는 주어진 구동력 또는 토오크를 위한 바퀴 제동력을 증대시킬 필요가 있었다. JP-U-5-22234 호에는, 상기 필요성을 만족시키기 위해 설치되는 종래의 제동 시스템이 제시되어 있다. 이 종래의 제동 시스템에서는, 전기모터와 디스크 브레이크의 마찰패드 사이에 부스팅 기구 (boosting mechanism) 가 제공되어 있어, 모터에 의해 발생된 구동력이 마찰패드에 전달되기 전에 상기 부스팅 기구에 의해 부스팅된다. 그러나, 비교적 큰 바퀴 제동력을 발생시키기 위해서 상기 종래의 제동 시스템의 모터와 부스팅 기구는 비교적 큰 하중을 받게 되므로, 크기가 비교적 크게 되고 이 결과 모터구동식 디스크 브레이크의 크기도 증가하게 된다.
본 발명은 자동차 바퀴를 제동시키기 위해 전기모터에 의해 작동되는 모터구동식 디스크 브레이크를 구비하는 전기작동식 제동 시스템에 관한 것이다. 좀더 구체적으로 말하면, 본 발명은 전기모터에 의해 발생되는 구동력 또는 토오크를 증대시키지 않고도 모터구동식 디스크 브레이크가 증대된 바퀴 제동력을 발생시킬 수 있는 개선된 기술에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템을 개략적으로 보여주는 도면으로, 이 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 평면도도 함께 도시되어 있다.
도 2 는 도 1 의 선 2-2 을 따라 취한 단면도이다.
도 3 은 도 1 에서 원 A 으로 표시된 디스크 브레이크의 일부분에 대한 확대 평면도 및 확대 정면도이다.
도 4 는 디스크 브레이크를 제어하기 위한 도 1 에 도시된 제어기의 작용을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 5 는 도 1 의 제어기의 다양한 작용 수단을 보여주는 블럭도이다.
도 6 은 도 1 의 제어기의 컴퓨터에 의해 수행되는 브레이크 제어경로를 보여주는 순서도이다.
도 7 은 도 1 의 제 1 실시예에서 브레이크 페달 누름력 (f) 과 전후방 바퀴 제동력 (Ff, Fr) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은 제 1 실시예의 일 변형예에 따른 디스크 브레이크의, 도 3 의 부분에 대응하는 부분을 나타내는 확대 평면도 및 확대 정면도이다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 일부분을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 10 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 단면을 부분적으로 나타내는 평면도이다.
도 11 은 도 10 의 디스크 브레이크의 외측패드에 평행하게 이를 통과하는 평면에서 취한 단면도이다.
도 12 는 도 10 의 디스크 브레이크의 내측패드에 평행하게 이를 통과하는 평면에서 취한 단면도이다.
도 13 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템을 개략적으로 나타내는 도면으로, 이 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 평면도가 포함되어 있다.
도 14 은 도 13 의 제동 시스템에서 사용되는 냉각장치의 확대 사시도이다.
도 15 은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.
도 16 은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템을 개략적으로 나타내는 도면으로, 이 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 평면도가 포함되어 있다.
도 17 은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템을 개략적으로 나타내는 도면으로, 이 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 평면도가 포함되어 있다.
도 18 은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템을 개략적으로 나타내는 도면으로, 이 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 평면도가 포함되어 있다.
도 19 는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템에 사용되는 모터구동식 디스크 브레이크의 측면도이다.
도 20 은 도 19 의 모터구동식 디스크 브레이크의 평면도이다.
도 21 은 도 20 의 디스크 브레이크에서 사용되는 탄성제어기구의 확대 평면도이다.
도 22 은 도 21 의 탄성제어기구의 일 변형예를 보여주는 평면도이다.
도 23 은 도 19 의 모터구동식 디스크 브레이크의 정면도이다.
도 24 는 전극의 배열을 보여주는, 도 19 의 모터구동식 디스크 브레이크에서 사용되는 압전체의 상면도이다.
도 25 는 전극의 배열을 보여주는, 도 24 의 모터구동식 디스크 브레이크에서 사용되는 압전체의 저면도이다.
도 26 은 도 19 의 제동 시스템의 전기적 구성을 보여주는 블럭도이다.
도 27 은 모터구동회로의 상세한 내용과 모터구동회로가 DC 전원과 초음파 모터에 연결되어 있음을 보여주는 블럭도이다.
도 28 은 도 26 의 일차 브레이크 제어기의 컴퓨터의 ROM에 저장된 프로그램에 따라 처리되는 브레이크 제어경로를 도시하는 순서도이다.
도 29 는 도 28 의 경로중 단계 (S15) 에서 수행되는 패드가압 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 30 은 도 28 의 브레이크 제어경로에 따른 패드 가압력의 제어에 대한 일예를 나타내는 그래프이다.
도 31 은 도 28 의 브레이크 제어경로에 따른 패드 가압력의 제어에 대한 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 32 는 도 28 의 경로중 단계 (S18) 에서 수행되는 가압봉 초기위치 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 33 은 도 26 에 도시된 주차 브레이크 제어기의 컴퓨터의 ROM 에 저장된 프로그램에 따라 처리되는 주차 브레이크 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 34 는 본 발명의 제 10 실시예에 따라 구성된 전기작동식 제동 시스템에서 사용되는 일차 브레이크 제어기의 ROM에 저장된 프로그램에 따라 처리되는 패드가압 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 35 는 본 발명의 제 11 실시예에 따라 구성된 전기작동식 제동 시스템에서 사용되는 일차 브레이크 제어기의 ROM에 저장된 프로그램에 따라 처리되는 패드가압 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 36 은 도 35 의 경로를 수행한 결과 발생된 모터구동신호를 표시하는 타임챠트이다.
도 37 은 본 발명의 제 12 실시예에 따라 구성된 전기작동식 제동 시스템에서 사용되는 일차 브레이크 제어기의 ROM에 저장된 프로그램에 따라 처리되는 브레이크 제어경로에서의 패드가압 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 38 은 도 37 의 경로중 단계 (S151) 에서 수행되는 셀프-서보 효과 모니터링 경로를 나타내는 순서도이다.
도 39 는 도 37 의 패드가압 제어경로에 따른 패드 가압력의 제어의 일예를 나타내는 그래프이다.
도 40 은 본 발명의 제 13 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동회로에서의 주파수 트레이서에 의해 수행되는 초음파 모터 구동 주파수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 41 은 도 40 의 제동 시스템의 일차 브레이크 제어기의 컴퓨터의 ROM 에 저장된 프로그램에 따라 처리되는 브레이크 제어경로에서의 패드가압 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 42 는 도 41 의 경로중 단계 (S160) 에서 수행되는 힘감소 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 43 은 본 발명의 제 14 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템에서의 모터구동식 디스크 브레이크의 측면도이다.
도 44 는 도 43 의 제동 시스템의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 45 는 도 44 의 일차 브레이크 제어기의 컴퓨터의 ROM 에 저장된 프로그램에 따라 처리되는 브레이크 제어경로에서의 패드가압 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 46 은 본 발명의 제 15 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 탄성제어기구를 나타내는 평면도이다.
도 47 은 도 46 의 탄성제어기구의 탄성 특성을 나타내는 그래프이다.
도 48 은 도 46 의 탄성제어기구의 일 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 49 는 은 도 46 의 탄성제어기구의 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 50 은 본 발명의 제 16 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 부분 평면도이다.
도 51 은 도 50 의 제 16 실시예의 일 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 52 는 본 발명의 제 17 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 평면도이다.
도 53 은 도 52 의 디스크 브레이크의 정면도이다.
도 54 는 도 53 에 도시된 단부 (544b) 를 나타내는 확대 부분 정면도이다.
도 55 는 도 52 에 도시된 단부 (543a) 와 부분 (538a) 사이의 연결에 대한 일 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 56 은 도 52 에 도시된 탄성부재 (542) 의 일 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 57 은 탄성부재 (542) 의 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 58 은 본 발명의 제 18 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 부분 정면도이다.
도 59 는 도 58 의 디스크 브레이크의 외측패드 (14a) 의 확대 측면도이다.
도 60 은 본 발명의 제 19 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 외측패드의 확대 측면도이다.
도 61 은 본 발명의 제 20 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 외측패드의 확대 측면도이다.
도 62 는 본 발명의 제 21 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 확대 측면도이다.
도 63 은 본 발명의 제 22 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 부분 평면도이다.
도 64 은 본 발명의 제 23 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 부분 평면도이다.
도 65 는 본 발명의 제 24 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 측면도이다.
도 66 은 도 65 의 디스크 브레이크의 평면도이다.
도 67 은 도 65 의 제동 시스템의 전기적 구성에 대한 블럭도이다.
도 68 은 도 67 에 도시된 제어기의 컴퓨터의 ROM 에 저장된 프로그램에 따라 처리되는 브레이크 제어경로를 나타내는 순서도이다.
도 69 는 본 발명의 제 25 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 측면도이다.
도 70 는 본 발명의 제 26 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 측면도이다.
도 71 는 본 발명의 제 27 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 측면도이다.
도 72 는 본 발명의 제 28 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 측면도이다.
도 73 는 본 발명의 제 29 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템의 모터구동식 디스크 브레이크의 측면도이다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 디스크 브레이크의 크기증대를 피하면서 바퀴 제동시 마찰패드와 디스크 로터에 의해 발생하는 마찰력을 효과적으로 이용하여, 자동차 바퀴를 제동하기 위한 모터구동식 디스크 브레이크가 전기모터의 공칭 용량을 증가시킴이 없이 충분히 큰 바퀴 제동력을 발생시킬 수 있는 전기작동식 제동 시스템을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적은 다음과 같은 본 발명의 특징적인 구성들중 어느 하나로 달성된다. 다음의 특징적 구상에 대한 사항은 그의 가능한 조합을 보여주기 위해 청구항처럼 번호가 매겨져 있다.
(1) 자동차 바퀴를 제동하기 위한 구동원으로서 전기모터와, 이 전기모터를 제어하기 위한 모터제어장치를 포함하는 모터구동식 디스크 브레이크를 갖는 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 또한, 마찰면 을 가지며 바퀴와 함께 회전하는 디스크 로터와, 상기 디스크 로터의 회전을 억제하기 위해 마찰면과 접촉하도록 움직일 수 있는 마찰패드와, 상기 마찰면과 교차하는 방향으로 상기 마찰패드가 움직이도록 이 마찰패드를 지지하는 패드지지기구 와, 가압부재와, 상기 디스크 로터의 마찰면에 마찰패드를 가압하기 위해 상기 가압부재를 움직이게 하기 위한 구동력을 발생시키는 상기 전기모터로 이루어진 패드가압기구와, 상기 마찰력에 근거하여 마찰면과 마찰패드 사이에서 발생된 마찰력을 부스팅하는 셀프-서보 효과를 제공하기 위한 셀프-서보 기구를 포함한다
본 발명의 제동 시스템에서, 셀프-서보 기구는 마찰력을 부스팅시켜 이 부스팅된 마찰력을 마찰패드에 가하도록 되어 있다. 전기모터의 구동력으로 셀프-서보 기구에 의해 이와 같이 부스팅된 마찰력은, 셀프-서보 기구가 없을 때 전기모터의 동일한 구동력으로 발생된 마찰력 보다 크다. 그러므로, 이러한 제동 시스템에서는, 모터에 의해 발생된 마찰력에 근거한 마찰패드의 셀프-서보 효과를 이용하지 않고 단지 모터의 구동력만을 사용하여 마찰패드를 디스크 로터에 가압하는 상기 종래의 제동 시스템과 비교하여 볼 때, 전기모터에 작용하는 하중이 감소되며 또한 모터의 크기 및 용량도 따라서 줄어들게 된다. 그러므로, 모터구동식 디스크 브레이크를 소형으로 만들 수 있고 차체에 비교적 쉽게 장치할 수 있다.
본 전기작동식 제동 시스템은 주행하는 자동차을 제동하기 위한 통상의 브레이크로서 사용돨 수 있다. 이 경우, 제동 시스템은 안티-록 제어 및 트랙션 제어와 같은, 자동차 바퀴에 가해지는 제동력의 자동제어를 행할 수 있다.
본 제동 시스템에서 사용되는 전기모터는 회전자 권선형 모터 또는 초음파 모터가 될 수 있다. 비여자화 오프 상태 (non-energized off state) 에 있는 초음파 모터에 의해 발생된 홀딩 토오크는 회전자 권선형 모터에 의해 발생된 것보다 크다. 이와 관련하여, 초음파 모터를 사용하는 제동 시스템은 주차 브레이크로서 적절히 사용될 수 있다. 이 경우, 자동차를 주차 상태로 유지시키는데 필요한 제동력은 비교적 적은 전력 소비로도 얻을 수 있게 된다.
모터구동식 디스크 브레이크는, 디스크 로터의 대향 측부에 배치되어 디스크 로터의 대향 마찰면들에 가압되는 한쌍의 마찰패드를 사용할 수 있다. 이러한 경우, 셀프-서보 기구는 두 마찰패드중 어느 하나와 디스크 로터 사이에 발생된 마찰력을 이용하여, 두 마찰패드중 상기 어느 하나 또는 다른 하나에 대한 셀프-서보 효과를 제공할 수 있다.
(2) 상기 실시형태 (1) 에 따른 제동 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 패드가압기구는 전기모터의 구동력에 근거하여 마찰패드를 디스크 로터에 가압하는 제 1 가압력을 발생시키기 위한 제 1 가압장치를 포함하며, 셀프-서보 기구는 제 1 가압력에 근거하여 마찰패드와 다스크 로터 사이에서 발생된 마찰력에 근거하여 마찰패드를 디스크 로터에 가압하는 제 2 가압력을 발생시키기 위한 제 2 가압장치를 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 제 1, 2 가압력은 단일 경로의 각기 다른 경로를 통해 마찰패드에 전달될 수 있다.
(3) 상기 실시형태 (1) 또는 (2) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 모터구동식 디스크 브레이크는 디스크 로터의 대향 측부에 각기 배치되는 한쌍의 마찰패드를 포함하며, 패드가압기구와 셀프-서보 기구는 각 마찰패드에 대응하는 레버를 포함하고, 이 레버는 (a) 레버가 디스크 로터의 회전축선에 수직인 제 1 축선을 중심으로 선회할 수 있도록 레버가 정지부재에 고정되는 제 1 연결부와, (b) 자동차가 전진 또는 역주행 방향중 어느 하나인 미리 정해진 제 1 방향으로 주행중일 때 해당 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생된 마찰력을 받게 되는 제 1 베어링부와, (c) 상기 해당 마찰패드의 뒷면과 결합할 수 있는 결합부를 포함하며, 상기 제 1 연결부, 제 1 베어링부 및 결합부는, 상기 해당 마찰패드로부터 제 1 베어링부가 받는 마찰력이 결합부가 디스크 로터에 가까워지도록 하는 방향으로 레버에 작용하는 모멘트를 발생시키도록 서로에 대해 상대위치된다.
상기 제동 시스템에서, 레버는 셀프-서보 기구의 주요부가 된다.
상기 제동 시스템의 일 태양에 있어서, 제 1 베어링부 (에포트 포인트), 제 1 연결부 (받침점) 의 상대위치 (레버비) 및 결합부 (하중점) 은 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생된 마찰력이 부스팅되어 마찰패드에 전달되도록 결정된다. 이러한 구성에 따라, 셀프-서보 기구는 마찰력을 부스팅하는 셀프-서보 작용을 하게 된다. 다른 태양에서, 레버는 전기모터의 구동력을 받게 되는 입력부를 갖고 있다. 이 경우, 제 1, 2 가압력을 각기 전달하기 위해 두개의 레버가 사용되는 디스크 브레이크에 비해, 하나의 레버로 제 1, 2 가압력이 마찰패드에 전달될 수 있으며, 또한 모터구동식 디스크 브레이크가 소형으로 될 수 있다.
(4) 상기 실시형태 (3) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 패드가압기구와 셀프-서보 기구는 각 마찰패드를 위한 상기 레버와, 디스크 로터의 대향 측부에 위치한 두 레버를 연결시키는 한 쌍의 링크를 포함하며, 이 한쌍의 링크는 상기 제 1 축선에 평행한 제 2 축선을 중심으로 선회할 수 있도록 서로 연결되어 있고, 각각의 링크는 (d) 링크가 제 2 축선에 평행한 제 3 축선을 중심으로 선회할 수 있도록 대응 레버에 연결되는 제 2 연결부와, (e) 자동차가 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 주행중일 때 대응 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생된 마찰력을 받게 되는 제 2 베어링부를 포함하며, 상기 제 2 연결부, 제 2 베어링부, 제 1 연결부 및 결합부는 대응 마찰패드로부터 제 2 베어링부가 받은 마찰력이 결합부가 디스크 로터에 가까워지도록 하는 방향으로 대응 레버에 작용하는 모멘트를 발생시키도록 서로 상대위치된다.
상기 제동 시스템에서, 셀프-서보 기구는 자동차가 전진주행은 물론 역방향 주행을 할 때도 셀프-서보 효과를 제공할 수 있다. 따라서, 본 제동 시스템은 자동차의 주행방향에 상관없이 충분한 바퀴 제동력을 제공하게 된다.
(5) 상기 실시형태 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 제동 시스템에 있어서, 상기 모터구동식 제동 시스템은 바퀴와 노면 사이의 제동력이 제 1 규정치 보다 작을 때 셀프-서보 기구가 셀프-서보 효과를 제공하는 것을 억제하기 위한 셀프-서보 효과 억제수단을 포함한다.
셀프-서보 효과의 이점은, 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생된 마찰력이 전기모터의 구동력 보다 크다는 것이다. 동시에, 셀프-서보 효과는 단점도 지니고 있다. 즉, 전기모터 구동력의 부스팅비 (이득) - 마찰력 대 구동력의 비 - 가 과도하게 커지는 경향이 있으며, 실제 바퀴 제동력이 전기모터의 구동력에 과도 응답을 하는 경향이 있다. 또한, 마찰력은 구동력의 증가와 더불어 비선형적으로 증가하는 경향이 있다. 그리고, 셀프-서보 효과는 마찰패드의 마찰계수의 변화에 영향을 받기 쉽다. 셀프-서보 효과의 이러한 단점은 디스크 브레이크에 의해 제공되는 제동효과의 불안정을 초래하게 된다. 한편, 셀프-서보 효과에 대한 필요성은 제동조건에 따라 변하게 된다. 즉, 자동차를 정상적으로 제동할 때는 셀프-서보 효과에 대한 필요성이 비교적 적게 되고, 급제동시에는 비교적 그 필요성이 크게 된다. 또한, 정상적인 제동시에는 제동효과에 있어 높은 안정성이 필요하게 되며, 급제동시에는 충분히 큰 바퀴 제동력을 제공하기 위해 최대 제동효과가 필요하게 된다.
이러한 점을 감안하여, 실시형태 (5) 에 따른 제동 시스템은 셀프-서보 효과가 필요할 때만 이 효과를 선택적으로 제공하도록 되어 있다.
즉, 디스크 브레이크는 셀프-서보 효과 억제기구를 포함하는데, 이 기구는 바퀴와 노면 사이의 바퀴 제동력이 미리 규정된 제 1 한계치 보다 작으면 셀프-서보 기구가 셀프-서보 효과를 제공하지 못하도록 한다.
상기 구성에서, 셀프-서보 효과가 필요치 않을 때, 예컨대 요구되는 바퀴 제동력이 비교적 작은 장상 제동시에는 셀프-서보 효과가 제공되지 않는다. 따라서, 본 구성으로, 정상 제동시 제동효과에 있어 높은 안정성을 얻을 수 있는 것이다. 요구되는 바퀴 제동력이 비교적 크게 되는 급제동시에는, 바퀴 제동효과를 증가시키기 위해 셀프-서보 효과가 제공되며, 바퀴 제동력은 전기모터의 구동력 보다 크게 된다.
상기 제 1 한계치는 바퀴 제동력의 정상범위에 있어 상한치가 될 수 있다. 이 정상범위는 (정상 제동작용력으로) 정상 제동이 이루어질 때 제동력이 감소할 것으로 예측되는 범위로 정의된다. 또는, 제 1 한계치는 자동차의 감속도가 0.5-0.6G 의 범위일 때 발생될 것으로 예측되는 바퀴 제동력이 될 수도 있다.
셀프-서보 효과는, 마찰패드가 디스크 로터와의 마찰접촉으로 인해 그와 함께 운동하는 드래그 운동을 이용하여 얻어질 수 있다. 이러한 경우, 셀프-서보 효과 억제기구는 디스크 로터와 함께 하는 마찰패드의 드래그 운동을 기계적으로 또는 전기적으로 억제할 수 있다.
(6) 상기 실시형태 (5) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력 때문에 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 이용하여 셀프-서보 효과를 제공하며, 상기 셀프-서보 효과 억제기구는 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 억제하는 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함하며,
(7) 상기 실시형태 (6) 에 따른 제동 시스템에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 셀프-서보 효과가 디스크 로터와 함께 하는 마찰패드의 운동의 양에 따라 변하도록 셀프-서보 효과를 제공하며, 상기 탄성부재의 탄성력은 탄성부재의 탄성변형량의 증가에 따라 비선형적으로 증가한다.
상기 탄성부재는 탄성변형량의 변화에 무관하게 소정의 일정한 탄성력을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 소정의 일정한 탄성력은 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동할 때, 즉 셀프-서보 효과가 일어나는 때를 결정하게 된다. 또는, 탄성부재가 탄성력이 탄성변형량의 증가에 따라 증가하도록 할 수도 있다. 이 경우, 탄성부재는 셀프-서보 효과가 일어나는 때는 물론, 셀프-서보 효과의 증가율 (즉, 전기모터 구동력의 부스팅비) 도 제어할 수 있다. 탄성부재의 탄성력과 탄성변형량 사이의 관계를 적절히 결정함으로써, 즉 탄성부재의 탄성계수를 최적화함으로써, 탄성부재는 다음과 같은 기능을 얻을 수 있는데, 즉 (a) 마찰력이 비교적 작을 때 셀프-서보 효과가 개시될 수 있도록 하고, (b) 셀프-서보 효과가 개시된 후에는 셀프-서보 효과의 증가율이 지나치게 상승하는 것을 막을 수 있다. 첫번째 기능 (a) 은, 마찰력이 비교적 작을 때 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동할 수 있도록 하기 위해 탄성부재로부터 마찰패드에 전달되는 힘을 감소시킴으로써 얻을 수 있다. 두번째 기능 (b) 은, 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 속도의 증가를 억제하기 위해 탄성부재로부터 마찰패드에 전달되는 힘을 증가시킴으로써 얻을 수 있다.
이상의 점을 감안한 실시형태 (7) 에 따른 제동 시스템에서, 탄성부재는 그의 탄성력이 탄성변형량의 증가와 함께 증가하도록 되어 있다. 이러한 제동 시스템에서, 셀프-서보 효과가 시작되는 때는 물론, 셀프-서보 효과의 증가율도 필요에 따라 제어할 수 있게 된다. 물론, 셀프-서보 효과의 감소율도 제어할 수 있다.
셀프-서보 기구는 셀프-서보 효과를 제공하는 쇄기로서 기능하는 마찰패드에 의해 제공될 수 있다. 이 경우, 마찰패드에 가해질 탄성부재의 탄성력은 탄성부재의 탄성변형량의 변화에 무관하게 일정할 수 있다. 이 경우, 바퀴 제동력의 감소율은 브레이크 (브레이크 조작부재) 의 해제시 과도하게 높을 수 있는데, 이에 대한 이유는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명으로부터 잘 알 수 있을 것이다. 실시형태 (7) 에 따른 제동 시스템은 셀프-서보 효과의 개시를 용이하게 해줄 뿐만아니라, 탄성부재의 탄성력을 증대시킴으로써 바퀴 제동력의 감소율이 지나치게 높게 되는 것도 방지한다.
(8) 실시형태 (7) 에 따른 전기작동식 제공 시스템에 있어서, 탄성부재의 탄성력은 탄성변형량의 증가와 더불어 선형적으로 증가한다.
(9) 실시형태 (5) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력 때문에 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 이용하여, 마찰패드의 운동의 양에 따라 변하는 셀프-서보 효과를 제공하며, 상기 셀프-서보 효과 억제기구는 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 억제하는 탄성력을 발생시키는 탄성부재 를 포함하며, 상기 탄성력은 탄성부재의 탄성변형량의 증가에 따라 비선형적으로 증가한다.
상기 제동 시스템에서, 탄성부재는 실시형태 (8) 에 따른 탄성부재로 얻어지는 기능을 포함해서 여러가지 기능을 얻을 수 있다.
(10) 실시형태 (9) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 탄성변형량에 따른 탄성부재의 탄성력의 증가율은 탄성변형량이 비교적 작을 때 보다 비교적 클 때에 더 높다.
상기 탄성변형량에 따른 탄성력의 증가율은 탄성부재의 탄성계수를 나타낸다. 상기 제동 시스템에서, 탄성계수는 탄성변형량이 비교적 작을 때 보다 비교적 클 때에 더 높다. 이러한 구성은 셀프-서보 기구의 작동시 셀프-서보 효과의 개시를 용이하게 할 뿐만아니라, 셀프-서보 효과의 증가율이 지나치게 높아지는 것을 막을 수 있다. 셀프-서보 기구가 마찰패드의 쇄기작용을 이용하는 경우에, 본 구성은 셀프-서보 효과의 감소율이 빨리 과도하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
(11) 상기 실시형태 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 상기 전기모터의 구동력의 변화에 따라 셀프-서보 기구의 셀프-서보 효과의 변화율을 기계적으로 제어하기 위한 기구를 또한 포함한다.
셀프-서보 효과의 변화율이 지나치게 높게 되는 경향이 있을 때, 상기 제동 시스템에서 사용되는 기구는 셀프-서보 효과의 변화율을 기계적으로 제어하도록 되어 있다. 이 기구는 셀프-서보 효과의 과도한 증가율을 방지한다.
셀프-서보 효과의 변화율을 기계적으로 제어하기 위한 기구의 일 형태에서, 탄성부재의 탄성계수는 셀프-서보 효과의 증가율을 적절히 제어하기 위해 최적화된다. 다른 형태의 기구에서는, 패드가압기구의 가압부재와 접촉하게 되는 마찰패드의 접촉면은 디스크 로터의 마찰면에 대해 기울어져 있으며, 마찰면에 대한 이 접촉면의 경사각은 셀프-서보 효과의 증가율을 적절히 제어하기 최적화된다. 또 다른 형태의 기구에서는, 탄성부재의 탄성계수는 셀프-서보 효과의 감소율을 적절히 제어하기 위해 최적화된다.
(12) 상기 실시형태 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 패드지지기구는 디스크 로터의 회전방향으로 서로 마주하는 대향 단부에서 마찰패드를 지지하는 한쌍의 부분을 갖는 정지부재를 포함하며, 상기 탄성부재는 서로 대향하는 두 단부를 가지며, 이들 중 일단부는 자동차의 전진 주행시 마찰패드가 디스크 로터와 함께 그 쪽으로 향하여 움직이게 되는 마찰패드의 단부와 결합되어 있으며, 탄성부재의 두 대향 단부 중 타단부는 이 타단부 보다 상기 마찰패드의 일단부에 더 가까운 정지부재의 한 쌍의 부분중 한 부분과 결합되어 있다.
상기 제동 시스템에서, 정지부재는 차체에 고정되는 장착 브라켓일 수 있으며, 상기 한쌍의 부분은, 자동차가 전진방향 및 역방향(후진방향)으로 각각 주행중일 때 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생된 마찰력에 근거하여 마찰패드의 각 대향 단부로부터 힘을 받게 되는 한 쌍의 베어링으로 이루어질 수 있다. 마찰패드의 단부들은 디스크 로터의 회전방향으로 서로 대향한다.
(13) 상기 실시형태 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 패드지지기구는 디스크 로터의 회전방향으로 서로 마주하는 대향 단부에서 마찰패드를 지지하는 한쌍의 부분을 갖는 정지부재를 포함하며, 상기 탄성부재는 서로 대향하는 두 단부를 가지며, 이들 중 일단부는 자동차의 전진 주행시 마찰패드가 디스크 로터와 함께 그 쪽으로 향하여 움직이게 되는 마찰패드의 단부와 결합되어 있으며, 탄성부재의 두 대향 단부 중 타단부는 마찰패드의 상기 한 단부로부터 먼 쪽에 있는 정지부재의 한 쌍의 부분중 한 부분과 결합되어 있다.
상기 제동 시스템에서, 실시형태 (12) 에 따른 제동 시스템에서 처럼, 탄성부재의 대향 단부들중 한 단부는 마찰패드와 결합되어 있고, 탄성부재의 다른 단부는 정지부재와 결합되어 있다. 그러나, 본 제동 시스템에서의 탄성부재는, 탄성부재의 상기 단부가 다르게 정지부재와 관련되어 있으므로, 모터구동식 디스크 브레이크에 더욱 용이하게 설치될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 실시형태 (12) 에 따른 제동 시스템에서는, 탄성부재의 상기 한 단부는 자동차의 전진 주행시 마찰패드가 디스크 로터와 함께 그 쪽으로 향하여 움직이게 되는 마찰패드의 단부와 결합되어 있으며, 탄성부재의 다른 단부는 마찰패드의 상기 한 단부에 더 가까운 정지부재의 부분과 결합되어 있다. 이러한 구성으로, 탄성부재의 대향 단부들 사이의 거리가 비교적 작게 된다. 탄성부재가 봉(rod) 또는 시이트로 된 경우에, 탄성부재는 충분한 탄성압축력을 발생시키기 위해, 비교적 작은 간격으로 서로 대향하는 한 쌍의 아암을 가지면서 U 형으로 만들어질 필요가 있다. 이러한 U 형 탄성부재는 디스크 브레이크의 설치를 위해 비교적 큰 공간을 필요로 하므로, 디스크 브레이크의 크기가 증가하는 경향이 있게 된다.
상기 실시형태 (13) 에 따른 제동 시스템에서, 전(前) 제동 시스템에서 처럼, 탄성부재의 한 단부는 마찰패드가 디스크 로터와 함께 그 쪽으로 향하여 움직이게 되는 마찰패드의 단부와 결합되어 있다. 그러나, 탄성부재의 다른 단부는 마찰패드의 상기 한 단부로부터 먼 쪽에 있는 정지부재의 한 쌍의 부분중 한 부분과 결합되어 있다. 이러한 구성으로, 탄성부재의 대향 단부들의 거리가 비교적 커지게 되며, 따라서 탄성부재의 봉 또는 시이트는 충분한 양의 탄성변형을 제공하기 위해 U 형으로 될 필요가 없다. 그러므로, 봉 또는 시이트 형태의 탄성부재는 디스크 브레이크의 설치를 위해 비교적 작은 공간을 요하게 된다. 이 공간은 디스크 브레이크의 크기를 증가시키지 않고 이용할 수 있다. 다시 말해, 디스크 브레이크에서 일반적으로 이용되는 공간은 탄성부재를 설치할 때도 이용할 수 있다.
상기 실시형태 (13) 에 따른 제동 시스템에서, 탄성부재는 디스크 브레이크에 비교적 쉽게 설치할 수 있다. 탄성부재는 그의 대부분이 직선 또는 곡선 또는 원호를 따르는 봉 또는 시이트 형태를 취할 수 있다. 또는, 봉 또는 시이트 형태의 탄성부재의 대부분을 물결모양으로 만들어 직선 또는 원호를 따르게 할 수도 있다.
(14) 상기 실시형태 (13) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 디스크 브레이크는 디스크 로터의 대향 측부에 각기 배치되는 한쌍의 마찰패드를 포함하며, 상기 패드가압기구는 (a) 디스크 로터의 주변을 넘어 신장되어 있으며 상기 한 쌍의 마찰패드와 결합할 수 있고 또한 디스크 로터의 마찰면과 교차하는 방향으로 움직일 수 있는 캘리퍼로서, 마찰패드중 하나와 결합하는 반작용부 및 마찰면에 마찰패드들중 다른 하나를 가압하는 가압부를 갖는 캘리퍼와, (b) 전기모터의 구동력으로 마찰면과 교차하는 방향으로 움직일 수 있도록 상기 가압부에 의해 지지되는 가압봉을 포함하며, 상기 캘리퍼는 마찰패드들중 상기 하나에 대한 가압부재로서 기능하고, 상기 가압봉은 마찰패드들중 상기 다른 하나에 대한 가압부재로서 기능하고, 정지부재는 상기 한쌍의 부분을 연결시키는 연결부를 포함하며, 탄성부재는 이 연결부와 실질적으로 평행하게 뻗는다.
일반적으로, 디스크 브레이크에서 한쌍의 마찰패드를 지지하는 정지부재는 연결부를 갖는다. 이러한 형태의 디스크 브레이크에서, 실시형태 (13) 에 따른 탄성부재는 정지부재의 연결부와 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다.
그러나, 정지부재의 연결부는 필수적인 것은 아니며, 탄성부재로 대체할 수도 있다. 이 경우, 탄성부재에 대해 필요한 공간은 더욱 줄어든다.
(15) 상기 실시형태 (1) 내지 (14) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 자동차 바퀴와 노면 사이의 마찰력이 제 2 규정치를 초과한 후에 셀프-서보 기구의 셀프-서보 효과의 증가를 억제하기 위한 과도 셀프-서보 효과 억제기구를 또한 포함한다.
본 발명의 원리에 따른 셀프-서보 기능을 갖는 전기작동식 제동 시스템에서, 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생한 마찰력은 이 마찰력에 의해 부스팅된다. 그러나, 셀프-서보 효과의 과도한 증가를 막기 위해서는, 셀프-서보 효과의 개시 후의 적절한 때에 셀프-서보 효과의 정도를 기계적으로 제한하는 것이 필요하다. 예컨대 마찰패드의 쇄기작용을 이용하여 셀프-서보 효과를 제공하는 방식의 디스크 브레이크에서, 마찰패드는 셀프-서보 효과의 과도한 증가로 인해 디스크 로터와 가압부재 사이에서 그들에 의해 과도한 힘 (마찰력) 으로 압착될 수 있으며, 그 결과 가압부재가 마찰패드에 달라붙게 되며, 이 때문에, 브레이크 작용이 풀릴 때 마찰패드는 비작동 위치로 신속하게 또는 원할하게 복귀할 수 없게 된다.
이러한 점을 감안하여, 실시형태 (15) 에 따른 제동 시스템은 셀프-서보 효과의 과도한 증가를 방지하기 위해 개발된 것이다.
이 제동 시스템에서, 바퀴와 노면 사이의 제동력이 제 2 규정치를 초과한 후에 셀프-서보 효과의 증가를 막기 위해 과도 셀프-서보 효과 억제기구가 제공된다.
본 발명의 상기 실시형태 (15) 에 따르면, 셀프-서보 기구는 셀프-서보 효과를 주어진 한계치 보다 크게 증가시킬 수 없도록 되어 있다. 그 결과, 마찰패드의 쇄기작용에 의해 셀프-서보 효과가 제공될 때도 가압부재가 마찰패드에 달라붙게 되는 경향이 생기지 않게 된다. 이렇게 해서, 본 제동 시스템에서는, 브레이크 작용이 풀릴 때 마찰패드가 비작동 위치로 신속하게 복귀하지 않는 문제가 생기지 않는다.
"셀프-서보 효과의 증가를 억제한다" 라는 말은 셀프-서보 효과의 완전한 억제, 또는 셀브-서보 효과의 부분적인 억제 또는 부분적인 허용을 의미한다.
과도 셀프-서보 효과 억제수단은 마찰패드가 디스크 로터와 함께 더이상 운동하는 것을 억제하여, 셀프-서보 효과가 더 이상 증가하는 것을 막게 된다. 본 발명의 이러한 구성으로, 마찰패드가 디스크 로터와 함께 더 이상 운동하는 것이 기계적으로 또는 전기적으로 억제된다.
(16) 상기 실시형태 (15) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력 때문에 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 이용하여, 마찰패드의 운동의 양에 따라 변하는 셀프-서보 효과를 제공하며, 그리고, 과도 셀프-서보 효과 억제수단은, 마찰패드와 접촉함으로써 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 억제하기 위한 정지 스탑을 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 정지 스탑은 차체에 고정된 장착 브라켓에 제공될 수 있다.
(17) 상기 실시형태 (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 전기모터의 온도상승을 억제하기 위한 온도상승 억제수단을 또한 포함한다.
전기모터가 구동원으로 사용되는 전기작동식 제동 시스템에서, 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생하는 열, 또는 모터의 코일에 의해 발생하는 열 때문에 전기모터의 온도가 상승할 수 있다. 이러한 모터의 온도상승 (특히, 그의 코일의 온도상승) 은 모터의 작동 불안정을 유발할 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 상기 실시형태 (17) 에 따른 제동 시스템은 시스템의 작동 안정성 또는 신뢰성을 개선하기 위해 개발된 것이다.
즉, 온도상승 억제수단은 전기모터의 온도상승을 억제하기 위해 제공되는 것이다.
이러한 제동 시스템에서, 모터의 작동 안정성이 모터의 온도상승에 의해 악화되지 않으므로, 전기모터가 구동원으로 사용되더라도 시스템의 작동 신뢰성이 개선된다.
(18) 상기 실시형태 (17) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 온도상승 억제수단은, 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생된 마찰열이 전기모터와 마찰패드 사이의 동력전달경로를 통해 상기 전기모터에 전달되는 것을 억제하기 위해 상기 동력전달경로에 제공된다.
상기 제동 시스템에서, 온도상승 억제수단은 모터의 온도상승을 억제하도록이 모터로의 열전달을 제한하기 위해 비교적 간단한 구조로 되어 있다.
(19) 상기 실시형태 (18) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는, 마찰력을 부스팅하는 셀프-서보 효과를 제공하기 위해 마찰패드가 디스크 로터와 상기 가압부재 사이에서 쇄기로서 기능할 수 있도록 마찰패드가 마찰면과의 마찰접촉으로 인해 디스크 로터와 함께 움직일 수 있도록 해주는 수단을 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 한 쌍의 마찰패드는 디스크 로터의 대향 측부에 배치할 수 있다. 이 경우, 전기모터는 대응 마찰패드를 디스크 로터에 가압하기 위한 가압부재를 움직이기 위해 디스크 로터의 대향 측부들중 한 측부에 제공된다. 이러한 구성에서, "가압부재" 라는 용어는 모터의 구동력을 상기 마찰패드에 전달하는 부재를 의미한다. 그러나, 이 용어는 구동력을 상기 마찰패드에 전달하는 부재는 물론, 구동력을 다른 마찰패드에 전달하는 부재도 의미하는 것이다.
(20) 상기 실시형태 (19) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 마찰패드와 가압부재 사이의 마찰력을 감소시키는 마찰저항 감소수단를 또한 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 마찰저항 감소수단은 마찰패드와 가압부재 사이에 작용하는 마찰력을 줄이기 위해 제공된다.
상기 마찰저항 감소수단은, 디스크 로터와 함께 하는 마찰패드의 운동이 마찰패드와 가압부재 사이에 작용하는 마찰력에 의해 방해받는 문제를 피하는데 효과적이다. 따라서, 마찰저항 감소수단은 셀프-서보 기구가 효과적으로 작용할 수 있도록 해주게 된다.
상기 실시형태 (20) 에 따른 제동 시스템에서, 마찰저항 감소수단은 마찰패드와 가압부재 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 스러스트 베어링 기구를 포함한다. 스러스트 베어링 기구는 마찰패드 및 가압부재와 구름접촉을 하는 볼 또는 롤러와 같은 구름요소를 하나 이상 구비한다. 동일한 제동 시스템의 다른 형태에있어서, 마찰저항 감소수단은, 마찰계수가 비교적 작고 또한 마찰패드의 두 접촉면들 중 하나 이상과 가압부재에 제공되는 재료를 포함한다. 또는, 마찰저항 감소수단은 두 접촉면중 하나 이상에 실질적으로 평행한 다수의 그루브 또는 돌기부를 형성해서 제공할 수도 있다.
(21) 상기 실시형태 (19) 또는 (20) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 가압부재와 접촉하게 되는 경사면을 갖는 마찰패드 를 포함하며, 상기 경사면은 마찰면에 대해 기울어져 있고, 경사면과 디스크 로터의 마찰면 사이의 거리는 마찰패드가 디스크 로터와의 마찰접촉으로 인해 디스크 로터와 함께 운동하게 되는 방향으로 증가한다.
상기 제동 시스템에서, 마찰패드는 디스크 로터의 마찰면에 대해 경사진 경사면을 갖는다. 즉, 가압부재와의 접촉을 위한 마찰패드의 표면은 디스크 로터의 마찰면에 대해 경사져 있다. 마찰패드의 이 접촉면은 가압부재와 접촉하거나 또는 하지 않는 경사면, 즉 가압부재 또는 디스크 로터의 마찰면과 접촉을 하는 경사면을 가진 마찰패드를 제공함으로써 마찰면에 대해 경사질 수 있다. 이에 대해서는, 디스크 로터와의 접촉을 위한 전방표면을 갖는 마찰부재와 이 마찰부재의 뒷면에 고정되는 지지판으로 된 마찰패드의 경우에 대해 설명하도록 한다.
상기 경우에, 마찰패드의 지지판은 가압부재와 접촉을 하는 뒷면을 가지며, 이 뒷면은 가압부재에 대한 마찰패드의 상기 접촉면이 된다. 이 경우, 지지판의 뒷면은 디스크 로터의 마찰면에 대해 경사져 있으며, 마찰부재는 디스크 로터와 함께 하는 마찰패드의 운동방향으로 일정한 두께를 갖는다. 지지판은 상기 방향으로 연속적으로 변하는 두께를 갖는다. 이 구성에 따라, 지지판의 뒷면 또는 접촉면은 마찰부재의 전후방 표면에 대해 경사져 있고, 또한 디스크 로터의 마찰면에 대해 경사진 경사면으로서 기능하게 된다. 이 경우, 지지판의 뒷면은 마찰면에 대해 경사진 마찰패드의 경사면이 된다.
또는, 마찰부재의 전방표면은 디스크 로터의 마찰면에 대해 경사져 있으며, 지지판은 마찰패드의 운동방향으로 일정한 두께를 가지며, 마찰부재는 상기 운동방향으로 연속적으로 변한다. 이러한 구성에 따르면, 마찰부재의 전방표면은 지지판의 뒷면에 대해 경사져 있고, 마찰패드의 경사면이 되지만, 디스크 로터의 마찰면에 대해서는 경사져 있지 않다. 이 경우도, 가압부재와 접촉하는 지지판의 뒷면은 마찰면에 대해 기울어진 경사면으로서 기능한다. 이렇게 해서, 지지판은 마찰부재 또는 지지판이 연속적으로 변하는 두께를 갖는지에 무관하게, 디스크 로터의 마찰면에 대해 기울어진 경사면을 갖게 된다.
(22) 상기 실시형태 (19) 또는 (20) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 가압부재와 접촉하게 되는 경사면을 갖는 마찰패드를 포함하며, 상기 경사면은 마찰면에 대해 기울어져 있고, 경사면의 경사각은 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력으로 인해 마찰패드가 디스크 로터와 함께 움직이게 되는 방향으로 변한다.
이와 같은 쇄기형 셀프-서보 기구에서, 상기 마찰패드의 경사면은 마찰패드의 상기 운동방향으로 마찰패드의 전 길이에 걸쳐 디스크 로터의 마찰면에 대해 일정한 경사각을 갖는다. 경사면이 마찰면에 대해 비교적 작은 경사각을 가질 때 마찰패드는 디스크 로터와 함께 비교적 쉽게 운동할 수 있다. 다시 말해, 경사면의 경사각이 비교적 작을 때는 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하기 위해 극복해야할 힘이 비교적 작게 된다. 또한, 쇄기형 셀프-서보 기구에서는, 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력의 증가율, 즉 바퀴 제동력의 증가율은 마찰패드의 경사면의 경사각의 증가와 더불어 증가하게 된다. 다시 말해, 셀프-서보 효과의 증가율은 경사각의 증가와 함께 증가한다. 그러므로, 경사각이 일정하고 비교적 클 때는, 디스크 로터와 함께 하는 마찰패드의 운동은 쉽게 또는 원할하게 시작되지 않게 되며, 셀프-서보 효과가 쉽게 일어나지 않는다. 또한, 경사각이 비교적 크면, 셀프-서보 효과의 증가율이 지나치게 높게 된다. 따라서, 마찰패드의 경사면의 경사각이 일정하게 되면, 두가기 목적을 이루기가 어렵게 되는데, 즉 셀프-서보 효과의 용이한 개시와 셀프-서보 효과의 과도한 증가율의 방지를 달성하기 어렵게 된다.
이러한 면에서, 상기 실시형태 (22) 에 따른 제동 시스템이 상기 목적을 이루기 위해 개발된 것이다.
본 제동 시스템에서, 디스크 로터의 마찰면에 대한 마찰패드의 경사면의 경사각은 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 방향으로 변한다.
이러한 구성에 따르면, 경사면은 그의 다른 부위에서 상이한 경사각을 갖게 된다. 이 부위는 셀프-서보 효과가 개시되는 때에 영향을 주는 부위, 셀프-서보 효과의 지속에 실질적인 영향을 주는 부위, 셀프-서보 효과의 과도한 증가율의 방지에 영향을 주는 부위를 포함한다. 따라서, 본 구성으로, 상기 두 목적, 즉 셀프-서보 효과의 용이한 개시와 셀프-서보 효과의 과도한 증가율의 방지를 동시에 달성할 수 있다.
상기 실시형태 (22) 에 따른 제동 시스템에서, 가압부재와 접촉을 하는 마찰패드의 전체 영역 또는 선택된 일부 영역은 디스크 로터의 마찰면에 대해 경사져 있다. 변하는 경사각을 갖는 경사면이 마찰패드의 접촉면의 전체 영역에 제공되는 경우에, 경사면은 단일 곡면, 서로 연결된 다수의 곡면, 또는 서로 연결된 다수의 곧은 표면으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 경사면은 단일의 부분 원통형 표면, 서로 연결된 다수의 원통형 표면, 또는 서로에 대해 경사져 있으며 서로 연결된 다수의 곧은 표면으로 이루어진다. 마찰패드의 접촉면중 선택된 일부 영역이 경사져 있으면, 다른 영역은 경사면에 대해 기울어진 디스크 로터의 마찰면과 평행하다. 이 경우, 상기 선택된 영역은 단일의 곧은 표면으로 이루어질 수 있는데, 왜냐하면, 마찰면에 대해 0°로 기울어진, 즉 경사지지 않은 영역은 상기 단일의 곧은 표면과 함께, 디스크 로터의 마찰면에 대해 두개의 상이한 경사각을 경사면을 제공하기 때문이다.
상기 실시형태 (22) 에 따른 마찰패드의 경사면은, 상기 실시형태 (11) 에 따라, 전기모터의 구동력의 변화에 따라 셀프-서보 기구의 셀프-서보 효과의 변화율을 기계적으로 제어하는 기구로서 기능하게 할 수도 있다.
(23) 상기 실시형태 (22) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 경사면은 제 1 부위, 디스크 로터의 마찰면에 대한 경사각이 상기 제 1 부위의 것보다 큰 제 2 부위 및, 경사각이 제 2 부위의 것보다 작은 제 3 부위를 포함하며, 상기 제 1, 2, 3 부위는 디스크 로터와 함께 하는 마찰패드의 운동방향과 반대인 방향으로 배치된다.
상기 실시형태 (23) 에 따른 제동 시스템에서, 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력이 증가함에 따라 가압부재는 경사면의 제 1, 2, 3 부위와 접촉하게 된다. 제 1 부위는 셀프-서보 효과의 개시를 위해 형성된다. 즉, 셀프-서보 효과의 개시가 이루어지도록 마찰패드가 디스크 로터와 함께 하는 운동의 개시를 용이하게 하기 위해, 제 1 부위의 경사각은 제 2 부위 보다 작게 되어 있다. 또한, 제 1 부위 보다 큰 경사각을 갖는 제 2 부위는 충분한 정도의 셀프-서보 효과를 보장하며, 제 2 부위 보다 작은 경사각을 갖는 제 3 부위는 셀프-서보 효과의 증가율이 지나치게 높게 되는 것을 방지한다.
제 1 부위의 경사각은 제로가 될 수 있으며, 제 3 부위의 경사각은 제 1 부위와 같거나 또는 제로가 될 수도 있다.
(24) 상기 실시형태 (9), (10) 및 (19) 내지 (24) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 디스크 로터의 대향 측부에 각기 배치되는 한쌍의 마찰패드를 포함하며, 이들 마찰패드중 한 마찰패드는 디스크 로터와의 마찰력으로 디스크 로터와 함께 움직일 수 있고, 마찰패드중 다른 마찰패드는 상기 마찰력 때문에 디스크 로터와 함께 움직일 수 없으며, 상기 패드가압기구는, 디스크 로터의 주변을 넘어 신장되어 있으며 또한 마찰면과 교차하는 방향으로 움직일 수 있는 캘리퍼를 포함하고, 이 캘리퍼는 상기 한 마찰패드와 결합할 수 있는 반작용부와, 상기 다른 마찰패드를 마찰면에 가압하기 위한 가압부를 가지며, 상기 패드가압기구는 가압봉을 또한 포함하고, 이 가압봉은 전기모터의 구동력으로 마찰면과 교차하는 방향으로 움직일 수 있도록 상기 가압부에 의해 지지되며, 상기 캘리퍼는 마찰패드중 상기 다른 마찰패드에 대한 가압부재로서 기능하고, 상기 가압봉은 마찰패드중 상기 한 마찰패드에 대한 가압부재로서 기능한다.
(25) 상기 실시형태 (9), (10) 및 (19) 내지 (24) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 디스크 로터의 대향 측부에 각기 배치되는 한쌍의 마찰패드를 포함하며, 이들 마찰패드중 한 마찰패드는 디스크 로터와의 마찰력으로 디스크 로터와 함께 움직일 수 있고, 마찰패드중 다른 마찰패드는 상기 마찰력 때문에 디스크 로터와 함께 움직일 수 없으며, 상기 패드가압기구는, 디스크 로터의 주변을 넘어 신장되어 있으며 또한 마찰면과 교차하는 방향으로 움직일 수 있는 캘리퍼를 포함하며, 이 캘리퍼는 마찰패드중 상기 한 마찰패드와 결합할 수 있는 반작용부와, 상기 다른 마찰패드를 마찰면에 가압하기 위한 가압부를 가지며, 상기 패드가압기구는 가압봉을 또한 포함하고, 이 가압봉은 전기모터의 구동력으로 마찰면과 교차하는 방향으로 움직일 수 있도록 상기 가압부에 의해 지지되며, 상기 캘리퍼는 마찰패드중 상기 한 마찰패드에 대한 가압부재로서 기능하고, 상기 가압봉은 상기 다른 마찰패드에 대한 가압부재로서 기능한다.
쇄기형 셀프-서보 기구에서, 가압봉은 상기 실시형태 (24) 에 따른 제동 시스템에서 처럼, 디스크 로터와 함께 움직일 수 있는 상기 한 마찰패드와 접촉할 수 있다. 그러나, 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동을 하면 그 마찰패드는 가압봉 상에서 미끄럼 운동을 하게 된다. 이 미끄럼 운동으로 인해, 가압봉의 원할한 작용을 방해하게 되는 힘 또는 바람직하지 않은 가압봉의 변형이 초래된다.
가압봉이 디스크 로터와 함께 움직이지 못하는 마찰패드와 접촉하게 되는 상기 실시형태 (25) 에 따른 제동 시스템에서는, 셀프-서보 효과의 작용시 이 마찰패드의 가압부재에 대한 미끄럼 운동이 일어나지 않는다. 이와 관련하여, 실시형태 (25) 에 따른 제동 시스템은 셀프-서보 효과의 정상적인 작용을 보장한다.
(26) 실시형태 (1) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 전기모터는 비여자화 오프 상태, 전진회전을 위한 제 1 여자화 상태 및 역회전을 위한 제 2 여자화 상태를 가지며, 전기모터가 제 1 여자화 상태에 있을 때 상기 가압부재가 움직여 마찰패드를 디스크 로터의 마찰면에 가압하고, 상기 모터제어장치는 마찰패드가 마찰면에 가압되는 실제 가압력이 목표치와 같게 되도록 전기모터를 제어하며, 상기 전기작동식 제동 시스템은, 셀프-서보 기구의 작동중에 상기 실제 가압력을 증대시킬 필요가 있을 때 마찰패드로부터 가압부재에 전달된 반력에 저항하여 가압부재를 잠금시킴으로써 실제 가압력 증가의 부족을 방지하기 위한 불충분한 증가 방지수단을 또한 포함한다.
전기모터가 제 1 여자화 상태에 있으면서 패드가압기구가 작동중일 때, 셀프-서보 기구에 의해 주어지는 셀프-서보 효과는 이론상 소정의 비율로 증가하게 되며, 마찰패드의 실제 가압력도 이론상 소정의 비율로 증가하게 된다. 그러나, 본 발명자들은 다음과 같은 현상을 알아내었는데, 즉 셀프-서보 효과와 마찰패드의 실제 가압력이 주어진 값까지 증가한 후에는 셀프-서보 효과와 실제 가압력이 증가하지 않는다는 것이다.
이러한 현상은 다음과 같은 이유때문이다.
마찰패드의 실제 가압력이 증가하면, 전기모터가 가압부재를 통해 마찰패드로부터 받는 반력이 증가하게 된다. 한편, 전기모터에 의해 발생할 수 있는 구동 토오크는 제한된다. 따라서, 마찰부재로부터 전해지는 상기 반력이 모터의 구동 토오크의 상한치 보다 크게 되면, 모터는 마찰패드의 반력에 의해 역방향으로 작동하게 되며, 가압부재는 마찰패드로부터 멀어지는 방향으로 움직이게 되는데, 이리 하여 셀프-서보 효과와 실제 가압력은 더 이상 증가하지 않게 된다. 다시 말해, 셀프-서보 효과가 주어진 상한치까지 증가하고 또한 마찰패드의 실제 가압력도 주어진 상한치까지 증가한 후에는 모터는 역방향으로 작동하게 된다. 그러므로, 셀프-서보 효과와 실제 가압력이 주어진 상한치까지 증가한 후 모터가 역방향으로 작동하면, 셀프-서보 효과와 실제 가압력은 증가하지 못하게 된다.
또한 본 발명자들은 다음과 같은 셀프-서보 기구의 특성을 알아냈는데, 즉 가압부재가 동일 위치에 유지될 때, 즉 가압부재가 마찰패드를 디스크 로터쪽으로 계속 전진시키지 못 할 때도, 마찰패드는 실제 가압력을 증대시키는 쇄기로서의 기능을 할 수 있다는 것이다.
이러한 셀프-서보 기구의 특성에 비추어, 실시형태 (26) 에 따른 제동 시스템은, 디스크 로터에 작용하는 마찰패드의 실제 가압력이 마찰패드의 셀프-서보 효과에 의해 더 이상 증대되지 못한다는 문제를 해결하기 위해 개발된 것이다.
본 제동 시스템에서, 실제 가압력이 셀프-서 보 기구의 작동중에 증대될 것이 요구될 때는, 실제 가압력의 증가의 부족 (불충분한 증가율) 을 방지하기 위해 불충분한 증가 방지수단이 제공된다.
모터제어장치는 입력된 명령신호에 따라 개방 루프 제어방식, 또는 입력된 상기 명령신호에 의해 표시되는 값과 비교되는 겁출된 실제 가압력에 근거하여 폐쇄 루프 방식으로 전기모터를 제어하게 된다.
상기 불충분한 증가 방지수단은 적절한 기계적 수단 또는 전자기 수단 전기수단으로 가압부재를 잠금시키킬 수도 있다.
(27) 상기 실시형태 (26) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 전기모터는 초음파 모터로 되어 있으며, 상기 모터제어장치는, 초음파 모터를 비여자화시킴으로써 이 초음파 모터가 상기 가압부재의 잠금을 위한 홀딩 토오크를 발생시키도록 해주는 비여자화 수단을 가지며, 상기 불충분한 증가 방지수단은 상기 비여자화 수단을 포함한다.
공지된 초음파 모터의 한 특성은, 모터가 오프되어 있을 때 또는 비여자화되어 있을 때의 홀딩 토오크는 모터가 여자화되어 있을 때 발생되는 구동 토오크 보다 크다는 것이다.
본 발명자들은 다음과 같은 사실을 알아냈는데, 즉 위와 같은 초음파 모터의 특성을, 가압부재가 동일 위치에 유지될 수 있으면, 즉 모터가 동일한 각위치 또는 회전위치에 유지될 수 있으면 마찰패드의 실제 가압력은 마찰패드의 쇄기작용에 의해 증가한다는 셀프-서보 기구의 특성과 결합시킬 수 있다는 것이다.
상기 실시형태 (27) 에 따른 제동 시스템은 위와 같은 초음파 모터와 셀프-서보 기구의 특성의 조합을 감안하여 개발된 것이다. 이 제동 시스템에서, 모터제어장치는, 실제 가압력을 증대시킬 필요가 있을 때, 초음파 모터를 오프시킴으로써 이 초음파 모터가 상기 가압부재의 잠금을 위한 홀딩 토오크를 발생시키도록 해주는 비여자화 수단을 갖는다.
상기 실시형태 (27) 에 따른 제동 시스템에서, 초음파 모터의 구동 토오크에 의해 상한치까지 증가한 실제 가압력은 초음파 모터의 홀딩 토오크에 의해 더 증가될 수 있으며, 이리 하여, 바퀴 제동력은 초음파 모터의 최대 구동 토오크 보다 큰 값까지 증가될 수 있다. 따라서, 초음파 모터에 대해 필요한 크기 및 중량을 줄일 수 있어, 디스크 브레이크의 필요한 크기 및 중량도 줄일 수 있다.
초음파 모터를 주어진 시간동안 비여자화 상태로 유지시킴으로써 마찰패드의 실제 가압력을 증대시킬 수 있으므로, 필요한 전력소비량이 줄어들 수 있다.
초음파 모터는 이동파(진행파) 형 또는 정지파 형일 수 있다.
(28) 상기 실시형태 (27) 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 비여자화 수단은, 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있고 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 1 한계치 보다 작을 때 초음파 모터를 비여자화시키는 수단으로 이루어진다.
상기 제동 시스템에서, 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있고 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 1 한계치 보다 작을 때 초음파 모터는 비여자화된 오프 상태에 있게 된다. 이러한 구성으로, 실제 가압력의 증가량이 상기 한계치 보다 작을 때만 비여자화를 허용함으로써 초음파 모터의 불필요한 비여자화를 방지할 수 있게 된다.
미리 정해지는 상기 제 1 한계치는, 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있고또한 이 모터에 의해 발생되는 구동 토오크가 마찰패드로부터 전달된 반력 보다 작지 않을 때 예상되는 실제 가압력의 증가량의 정상값이 될 수 있다. 제 1 한계치는 이 정상값 보다 작을 수 있는데, 예컨대 제로가 될 수 있다. 제 1 한계치가 제로일 때는, 초음파 모터는 실제 가압력이 감소하기 시작할 때 비여자화된다.
(29) 상기 실시형태 (28) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 불충분한 증가 방지수단은 (a) 실제 가압력과 관련된 값을 검출하는 센서와, (b) 이 센서의 출력신호에 근거하여 실제 가압력의 증가량을 얻기 위한 증가량 검출수단을 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 초음파 모터가 제 1 여자화 상태로부터 비여자화 상태로 전환되는 시기는 상기 센서의 출력신호에 근거하여 결정되므로, 마찰패드의 실제 가압력과 관련한 높은 정확도로 상기 전환 시기를 제어할 수 있다.
상기 센서는 실제 가압력을 직접 검출, 또는 이 실제 가압력과 관련된 다른 파라미터들을 검출할 수 있다. 이러한 파라미터로는, 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력, 바퀴 제동력 및 자동차의 감속도가 있다.
(30) 상기 실시형태 (29) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 모터제어장치는, 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 2 한계치 보다 작을 때, 초음파 모터가 불충분한 증가 방지수단에 의해 비여자화 오프 상태로 된 후 이 모터를 제 1 여자화 상태에 두기 위한 제 1 제어수단을 또한 포함한다.
초음파 모터가 비여자화 되고 실제 가압력의 증가량이 상기 제 1 한계치 보다 작을 때도 이 실제 가압력은 요구대로 증가하지 않을 수도 있다.
초음파 모터의 홀딩 토오크를 이용하여 실제 가압력을 증가시키기 위해서는, 가압부재와 마찰패드 사이에 틈이 있어서는 안된다. 그러나, 이러한 틈은 어떤 이유로 존재할 수 있다. 이러한 경우에 대처하기 위해, 모터가 불충분한 증가 방지수단에 의해 일단 비여자화 상태에 있게 된 후에 실제 가압력의 증가량이 제 2 한계치 보다 작게 되면, 초음파 모터는 비여자화 상태로부터 제 1 여자화 상태로 복귀하게 된다. 이러한 구성으로, 마찰패드와 가압부재 사이에 틈이 존재하더라도, 이 틈은 제 1 여자화 상태에 있는 초음파 모터의 전진 작동에 의한 가압부재의 전진 운동에 의해 없어지게 된다. 따라서, 실제 가압력은 요구대로 증대될 수 있다.
따라서, 실시형태 (30) 에 따른 제동 시스템은 셀프-서보 기구의 적절한 작동을 보장하게 된다.
상기 제 2 한계치는 셀프-서보 기구가 정상적으로 작동할 때 예상되는 실제 가압력의 증가량의 정상값이 될 수 있다. 제 2 한계치는 이 정상값 보다 작을 수 있는데, 예컨대 제로가 될 수 있다. 제 2 한계치는 제 1 한계치와 같거나 상이할 수 있다.
(31) 상기 실시형태 (29) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 모터제어장치는, 초음파 모터가 비여자화 상태에 놓인 후 실제 가압력의 증가량에 무관하게, 초음파 모터가 비여자화 상태에 놓인 후에 정해진 시간이 경과하면, 불충분한 증가 방지수단에 의해 모터가 비여자화 오프 상태에 놓인 후 초음파 모터를 제 1 여자화 상태에 두기 위한 제 2 제어수단을 또한 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 실제 가압력의 증가량이 제 1 한계치 보다 작게 되면서 초음파 모터가 일단 비여자화 상태에 놓인 후 정해진 시간이 경과하면, 초음파모터는 제 1 여자화 상태로 복귀하게 된다. 이러한 구성으로, 모터가 일단 비여자화 상태에 놓인 후 마찰패드와 가압부재 사이에 틈이 존재하더라도, 이 틈은 없어지게 되며, 따라서, 셀프-서보 기구는 원하는 셀프-서보 효과를 얻기 위해 작동할 수 있다.
본 제동 시스템에서, 실제 가압력이 제 1 한계치 보다 작게 되면서 초음파 모터가 일단 비여자화되면, 초음파 모터는 실제 가압력의 증가량에 무관하게 제 1 여자화 상태로 복귀하게 된다. 그러므로, 제동 시스템은 실제 가압력의 증가량을 검출하기 위한 장치 - 이 장치는 실시형태 (30) 에서는 필요함 - 가 필요없게 된다. 따라서, 제동 시스템은 특히 초음파 모터의 제어를 위한 소프트웨어에 있어 구성이 간단하게 된다.
이러한 제동 시스템에서, 초음파 모터가 실제 가압력을 증가시키기 위해 비여자화 상태로 유지될 것이 필요할 때도, 초음파 모터는 제 1 여자화 상태로 복귀하게 된다. 이 경우, 실제 가압력의 증가량은 규정된 제 1 한계치 보다 작게 되며, 이리 하여, 모터는 불충분한 증가 방지수단에 의해 비여자화되며, 이로써 모터는 가압부재의 잠금을 위한 홀딩력을 일으킬 수 있어 실제 가압력이 증가하게 된다. 그러므로, 이 경우에는 아무런 문제가 생기지 않는다.
제 2 제어수단이 사용되는 시간은, 패드가압기구의 작동을 위해 초음파 모터를 제어하기 위해 모터제어장치의 컴퓨터에 의해 처리되는 제어경로의 사이클 시간 또는 제어기간이 될 수 있다. 이 사이클 시간 또는 제어기간은 일정하거나 변할 수 있다. 이 경우, 실제 가압력의 증가량이 정해진 제 1 한계치 밑으로 감소한 결과 모터가 주어진 제어경로의 처리 사이클에서 제 1 제어수단에 의해 비여자화되면, 모터가 제 2 제어수단에 의해 제어경로의 다음 처리 사이클에서 제 1 여자화 상태에 있게 되도록, 모터제어수단이 작동하게 된다.
(32) 상기 실시형태 (27) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 비여자화 수단은 셀프-서보 기구가 작동되었는지에 따라 초음파 모터를 비여자화시키는 수단으로 이루어진다.
상기 제동 시스템에서, 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있고 실제 가압력의 증가량이 정해진 제 1 한계치 보다 작은지의 여부에 상관없이, 초음파 모터는 비여자화된다.
이 제동 시스템에서, 모터가 제 1 여자화 상태에 있고 실제 가압력의 증가량이 제 1 한계치 밑으로 떨어지기 전에, 모터는 홀딩 토오크를 발생시키기 위해 비여자화될 수 있다.
(33) 상기 실시형태 (32) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 셀프-서보 기구의 작동이 시작되었는지에 따라 초음파 모터를 비여자화시키는 상기 수단은 실제 가압력에 관련된 값을 검출하는 센서와, 미리 정해진 하나 이상의 각 조건이 만족되면 셀프-서보 기구의 작동이 시작되었는지를 상기 센서의 출력신호에 근거하여 결정하게 되는 셀프-서보 효과 모니터링 수단으로 이루어지며, 상기 하나 이상의 조건은 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있을 때 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 2 한계치를 초과하는 조건을 포함한다.
상기 실시형태 (33) 에 따른 제동 시스템은, 실제 가압력의 증가량이 셀프-서보 기구가 작동하지 않을 때 보다 셀프-서보 기구가 작동할 때에 더 크다는 사실에 근거하여 개발된 것이다. 이 제동 시스템에서, 셀프-서보 효과 모니터링 수단은 규정된 모든 조건들이 만족될 때 셀프-서보 기구의 작동이 개시되었는지를 결정하게 된다. 이 규정된 조건은, 모터가 제 1 여자화 상태에 있을 때 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 3 한계치 보다 크다는 조건을 포함한다. 그러므로, 다른 규정된 조건(들)이 있다면 이와 함께 상기 조건이 만족되면 모터는 비여자화된다.
상기 제 3 한계치는 셀프-서보 기구가 작동중일 때 예상되는 실제 가압력의 증가량의 정상치가 될 수 있다. 제 3 한계치는 이 정상치 보다 작을 수 있다.
(34) 상기 실시형태 (33) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 규정된 하나 이상의 조건은 실제 가압력이 미리 정해진 기준치를 초과한다는 조건을 또한 포함한다.
상기 실시형태 (5) 에 따른 셀프-서보 효과 억제기구를 갖는 디스크 브레이크는, 실제 가압력이 규정된 한계치 보다 클 때 셀프-서보 기구의 작동을 개시하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 실시형태 (34) 에 따라 사용되는 상기 규정된 기준치는 규정된 한계치 보다 같거나 클 수가 있다
상기 실시형태 (34) 에 따른 제동 시스템은, 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있을 때 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 3 한계치를 초과하면 셀프-서보 기구의 작동의 개시가 결정되는 경우 보다, 셀프-서보 효과의 개시에 대한 더욱 정확한 검출을 가능케 한다.
(35) 상기 실시형태 (26) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 불충분한 증가 방지수단은 전기모터와 가압부재 사이에 설치되는 토오크 전달기구를 포함하며, 이 전달기구는 토오크를 모터로부터 가압부재에 전달하고 이 토오크가 가압부재로부터 모터로 전달되지 못하게 하며, 가압부재를 잠금시키게 된다.
이 제동 시스템에서, 마찰패드로부터 가압부재가 받는 반력은, 이 반력이 모터의 구동 토오크 보다 클 때도 상기 토오크 전달기구를 통해 모터에 전달되지 않는다.
토오크 전달기구가 마찰패드로부터의 반력에 저항하여 가압부재를 잠금시키게 되는 상기 구성으로, 모터는 반력에 의해 역방향으로 작동하는 것이 방지된다.
상기 실시형태 (35) 에 따른 제동 시스템에서의 전기모터는 초음파 모터, DC 모터 또는 다른 종류의 모터이다.
(36) 상기 실시형태 (35) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 패드가압기구는, 전기모터와 가압부재 사이에 배치되어 전기모터에 의해 회전하게 되는 회전부재를 포함하는 운동변환기구와, 가압부재와 함께 직선 운동을 할 수 있는 직선운동부재를 포함하며, 상기 회전부재와 직선운동부재는, 회전부재의 회전운동이 직선운동부재의 직선운동으로 변환되도록 작동상 서로 연결되어 있으며, 토오크 전달기구는 전기모터와 회전부재 사이에 배치되어, 토오크를 전기모터로부터 회전부재에 전달하고 이 토오크가 회전부재로부터 모터로 전달되지 못하게 한다.
(37) 상기 실시형태 (35) 또는 (36) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 패드가압기구는, 전기모터와 가압부재 사이에 배치되어 전기모터에 의해 회전하게 되는 회전부재 및 가압부재와 함께 직선 운동을 할 수 있는 직선운동부재를 포함하며, 상기 회전부재와 직선운동부재는, 회전부재의 회전운동이 직선운동부재의 직선운동으로 변환되도록 작동상 서로 연결되어 있으며, 토오크 전달기구는, 전기모터와 회전부재 사이에 배치되어 전기모터에 의해 회전하는 웜과 이 웜에 의해 회전하는 웜휠로 이루어진다.
상기 실시형태 (37) 에 따른 제동 시스템에서, 토오크 전달기구는 웜과 웜휠을 사용하므로 구조가 간단하다.
(38) 상기 실시형태 (35) 내지 (37) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 모터제어장치는, 회전부재로부터 전기모터로의 토오크 전달이 토오크 전달기구에 의해 저지될 때 전기모터를 비여자화 상태에 두기 위한 역토오크 전달억제수단을 포함한다.
상기 실시형태 (38) 에 따른 제동 시스템에서, 회전부재로부터 전기모터로의 토오크 전달이 토오크 전달기구에 의해 저지될 때, 즉 전기모터를 여자화 상태에 둘 필요가 없을 때 전기모터는 비여자화 상태에 있게 된다.
(39) 상기 실시형태 (38) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 역토오크 전달억제수단은 셀프-서보 기구의 작동이 개시되면 전기모터를 비여자화시키기 위한 셀프-서보 효과 억제제어수단을 포함한다.
상기 실시형태 (39) 에 따른 제동 시스템에서, 셀프-서보 기구가 작동중일 때 전기모터는 비여자화 된다. 이와 관련하여 주목할 것은, 셀프-서보 기구의 작동으로 인해, 가압부재로부터 전기모터로 토오크가 역방향으로 전달되는 것이 토오크 전달기구에 의해 억제됨에 대한 높은 가능성, 즉 전기모터의 여자화가 필요치 않음에 대한 높은 가능성이 존재하게 된다. 그러므로, 실시형태 (39) 에 따른 셀프-서보 효과 억제제어수단은 전기모터에 의한 불필요한 전력소비를 방지하는데 효과적이다.
(40) 상기 실시형태 (39) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 셀프-서보 효과 억제제어수단은 (a) 마찰패드의 실제 가압력에 관련된 값을 검출하는 센서와, (b) 미리 정해진 각 조건이 만족되면 셀르-서보 기구의 작동이 개시되었는지를 상기 센서의 출력신호에 근거하여 결정하는 셀프-서보 효과 모니터링 수단으로 이루어지며, 상기 조건은, 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있을 때 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 1 한계치를 초과하는 조건을 포함한다.
(41) 상기 실시형태 (1) 내지 (40) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 모터제어장치는 (a) 운전자에 의한 자동차 작동에 관련된 정보를 얻기 위한 작동정보센서, 자동차의 주행상태에 관련된 정보를 얻기 위한 자동차 상태 센서 및 자동차 바퀴의 상태에 관련된 정보를 얻기 위한 바퀴상태 센서중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 정보센서와, (b) 상기 각 정보센서의 출력신호에 근거하여 마찰패드의 가압력에 대한 목표치를 결정하기 위한 가압력 결정수단과, (c) 실제 가압력이 상기 가압력 결정수단에 의해 결정된 목표치와 같게 되도록 전기모터를 제어하는 제어기로 이루어진다.
(42) 상기 실시형태 (1) 내지 (41) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 모터제어장치는 (a) 일차 브레이크 조작부재의 작동시 자동차의 일차 브레이크로서 모터구동식 디스크 브레이크를 작동시키기 위해 전기모터룰 제어하는 일차 브레이크 제어장치와, (b) 주차 브레이크 조작부재의 작동시 자동차의 주차 브레이크로서 모터구동식 디스크 브레이크를 작동시키기 위해 전기모터를 제어하는 주차 브레이크 제어장치로 이루어진다.
(43) 상기 실시형태 (42) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 일차 브레이크 제어장치는 (a) 운전자에 의한 자동차 작동에 관련된 정보를 얻기 위한 작동정보센서, 자동차의 주행상태에 관련된 정보를 얻기 위한 자동차 상태 센서 및 자동차 바퀴의 상태에 관련된 정보를 얻기 위한 바퀴상태 센서중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 정보센서와, (b) 상기 각 정보센서의 출력신호에 근거하여 마찰패드의 가압력에 대한 목표치를 결정하기 위한 가압력 결정수단과, (c) 실제 가압력이 상기 가압력 결정수단에 의해 결정된 목표치와 같게 되도록 전기모터를 제어하는 일차 브레이크 제어기로 이루어진다.
(44) 상기 실시형태 (42) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 주차 브레이크 제어장치는 (a) 자동차의 정지를 유지하기 위해 주차 브레이크 조작부재의 작동을 검출하는 주차 브레이크 센서와, (b) 이 주차 브레이크 센서의 출력신호에 근거하여 마찰패드의 가압력에 대한 목표치를 결정하기 위한 가압력 결정수단과, (c) 실제 가압력이 상기 가압력 결정수단에 의해 결정된 목표치와 같게 되도록 전기모터를 제어하는 주차 브레이크 제어기로 이루어진다.
(45) 상기 실시형태 (1) 내지 (44) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 전기모터에 의해 발생된 마찰패드의 실제 가압력을 직접 검출하는 가압력 센서를 또한 포함하며, 상기 모터제어장치는, 디스크 브레이크가 작동하지 않을 때 마찰패드로부터 떨어진 가압부재의 후퇴위치를 제어하기 위해 상기 가압력 센서에 연결된 후퇴위치 제어수단을 포함하고, 이 후퇴위치 제어수단은 (a) 가압부재의마찰패드에 대한 가압이 개시 또는 끝나는 위치를 가압력 센서의 출력신호에 근거하여 결정하는 수단과, (b) 마찰패드로부터 멀어지는 방향으로 가압부재를 결정된 위치로부터 규정된 거리만큼 후퇴시키기 위해 전기모터를 여자화시키는 수단과, (c) 가압부재가 상기 결정된 위치까지 후퇴하면 전기모터를 비여자화시키는 수단을 포함한다.
(46) 전기작동식 제동 시스템은,
(a) 자동차 바퀴를 제동하기 위한 구동원으로서 전기모터와, (b) 마찰면을 가지며 바퀴와 함께 회전하는 디스크 로터와, (c) 상기 디스크 로터의 회전을 억제하기 위해 마찰면과 접촉하도록 움직일 수 있는 마찰패드와, (d) 마찰면과 교차하는 방향으로 상기 마찰패드가 움직이도록 이 마찰패드를 지지하는 패드지지기구와, (e) 전기모터와 가압부재로 이루어지는 패드가압기구를 포함하는 모터구동식 디스크 브레이크와, 여기서 전기모터는 상기 디스크 로터의 마찰면에 마찰패드를 가압하기 위해 상기 가압부재를 움직이게 하는 구동력을 발생시키며, 또한 전기모터는 상기 전기모터는 비여자화된 오프 상태, 전진회전을 위한 제 1 여자화 상태 및 역회전을 위한 제 2 여자화 상태를 가지며, 전기모터가 제 1 여자화 상태에 있을 때 상기 가압부재가 움직여 마찰패드를 디스크 로터의 마찰면에 가압한다;
가압부재에 의해 마찰패드가 마찰면에 가압되는 실제 가압력을 직접 검출하는 가압력 센서와;
가압럭 센서의 출력신호로 나타나는 실제 가압력이 목표치와 같게 되도록 상기 출력신호에 근거하여 전기모터를 제어하기 위한, 전기모터와 가압력 센서에 연결된 모터제어장치를 이루어지며,
상기 모터제어장치는, 디스크 브레이크가 작동하지 않을 때 마찰패드로부터 떨어진 가압부재의 후퇴위치를 제어하기 위해 상기 가압력 센서에 연결된 후퇴위치 제어수단을 포함하고, 이 후퇴위치 제어수단은 (ⅰ) 가압부재의 마찰패드에 대한 가압이 개시 또는 끝나는 위치를 가압력 센서의 출력신호에 근거하여 결정하는 수단과, (ⅱ) 마찰패드로부터 멀어지는 방향으로 가압부재를 결정된 위치로부터 규정된 거리만큼 후퇴시키기 위해 전기모터를 여자화시키는 수단과, (ⅲ) 가압부재가 상기 결정된 위치까지 후퇴하면 전기모터를 비여자화시키는 수단을 포함한다.
상기 실시형태 (46) 에 따른 제동 시스템에서, 디스크 브레이크가 작동하지 않을 때 가압부재의 후퇴위치는 마찰패드의 실제 두께에 따라 제어된다. 이러한 구성으로, 디스크 브레이크가 작동하지 않을 때 마찰패드가 디스크 로터에 너무 가까이 위치하여 마찰패드가 디스크 로터와 함께 드래그되는 것이 방지되며, 또한 또한 디스크 브레이크가 작동하지 않을 때 마찰패드와 디스크 로터 사이에 지나치게 큰 틈이 생기는 것도 방지된다. 마찰패드와 디스크 로터 사이의 틈이 지나치게 커지면, 디스크 브레이크의 제동작용이 지연된다.
상기 제동 시스템에서, 실제 가압력을 직접 검출하는 가압력 센서는 가압부재의 위치를 검출하는데 사용된다. 이로써, 본 제동 시스템에서는, 실제 가압력과 가압부재의 위치를 각각 검출하기 위한 두개의 센서가 필요없게 된다.
또한, 가압부재의 후퇴위치는 가압부재의 마찰패드에 대한 가압이 개시 또는 끝나는 그의 위치에 따라, 즉 가압부재가 마찰패드와 접촉하거나 또는 이 마찰패드로부터 멀어지는 위치에 따라 결정된다. 가압부재가 최대 가압력으로 마찰패드를 디스크 로터에 가압하기 위해 완전히 전진한 가압부재의 위치에 따라 후퇴위치가 결정되는 구성과는 반대로, 상기 구성에서는, 마찰패드의 탄성변형량의 변동에 의한 영향을 받지 않으면서 가압부재의 후퇴위치를 정확하게 결정할 수 있다.
(47) 상기 실시형태 (1) 내지 (46) 중 어느 하나에 따른 모터구동식 디스크 브레이크를 구비한 전기작동식 제동 시스템에서, 자동차 바퀴를 제동하기 위해 디스크 브레이크에 의해 발생된 제동력을 검출하는 제동력 센서와, 실제 제동력값이 목표치와 같게 되도록, 상기 제동력 센서에 의해 검출된 제동력에 근거하여 전기모터를 제어하는 모터제어장치가 제공된다.
구동원으로서 사용되는 전기모터를 사용하는 전기작동식 제동 시스템에서는, 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰계수의 변화에 무관하게 바퀴 제동력이 정확히 제어될 수 있도록, 마찰패드와 디스크 로터 사이에서 발생된 실제 마찰력에 근거한 바퀴 제동력에 근거하여 전기모터를 제어하는 것이 바람직하다.
위와 같은 점을 감안하여, 상기 실시형태 (47) 에 따른 제동 시스템은, 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰계수의 변화에 무관하게 실제 바퀴 제동력을 피드백 방식으로 목표치가 되도록 제어하기 위해 개발된 것이다.
상기 실시형태 (47) 에 따른 제동 시스템에서, 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰계수의 변화에 무관하게 실제 바퀴 제동력을 제어하여 목표치와 일치되도록, 실제 바퀴 제동력을 모니터링하면서 전기모터가 제어된다.
예컨대, 제동력 센서가 디스크 브레이크의 선택된 부품의 변형 스트레인의 양 - 이 양은 실제 바퀴 제동력에 비교적 정확히 비례한다 - 을 검출하게 할 수 있다.
모터제어장치는, 셀프-서보 기구가 작동하는지 또는 그렇지 않은지에 상관없이, 디스크 브레이크의 작동중에 실제 바퀴 제동력에 근거하여 전기모터를 피드백 제어할 수 있다. 또는, 모터제어장치는 셀프-서보 기구가 작동할 때만, 또는 셀프-서보 기구가 작동하지 않을 때만, 모터를 피드백 제어를 할 수도 있다.
(48) 모터구동식 디스크 브레이크는, 마찰면을 가지며 자동차 바퀴와 함께 회전하는 디스크 로터와, 디스크 로터의 회전을 억제하기 위해 디스크 로터의 마찰면과 접촉하도록 움직일 수 있는 마찰패드 및, 마찰패드를 디스크 로터에 가압하기 위해 그의 구동력이 마찰패드에 전달되는 전기모터를 포함하는 패드가압기구를 구비하며, 이 페드가압기구는 레버를 포함하고, 이 레버는 (a) 레버가 디스크 로터의 회전축선과 교차하는 축선을 중심으로 선회할 수 있도록 정지부재에 연결되는 연결부와, (b) 레버가 전기모터의 구동력을 받아 들이는 입력부와, (c) 상기 구동력을 마찰패드에 전달하기 위해 마찰패드의 뒷면과 결합하는 결합부로 이루어지며, 부스팅된 구동력이 마찰패드에 전달되도록 전기모터로부터의 구동력이 레버에 의해 부스팅되도록, 상기 연결부, 입력부 및 결합부가 서로 상대적으로 위치하게 된다.
상기 실시형태 (48) 에 따른 모터구동식 디스크 브레이크에는, 전기모터와 마찰패드 사이에서 레버를 포함하는 간단한 부스팅 기구가 제공된다. 그의 대부분이 레버로 된 상기 간단한 부스팅 기구는 전기모터에 의해 발생된 구동력 보다 충분히 큰 바퀴 제동력을 발생시키게 된다.
상기 디스크 브레이크는 상기 실시형태 (17) 및 (18) 에 따른 온도상승 억제수단을 포함할 수도 있다.
(49) 상기 실시형태 (1) 내지 (47) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 전기모터는 고정자, 회전자 및 이들 고정자와 회전자가 내장되는 모터 하우징을 포함하며, 상기 패드가압기구는, (a) 전기모터에 의해 축선을 중심으로 회전할 수 있는 회전부재와, (b) 디스크 로터의 마찰면과 교차하는 방향으로 직선운동을 할 수 있도록 가압부재 뒤에 배치되는 직선운동부재와, (c) 마찰패드가 마찰면에 가압되도록 상기 가압부재를 움직이게 하기 위해 상기 회전부재의 회전운동을 직선운동부재의 직선운동으로 변환시키는 운동변환기구와, (d) 모터 하우징으로서 기능하는 부분을 가지며 또한 상기 직선운동부재가 직선운동을 할 수 있도록 이 부재를 지지하는 캘리퍼와, (e) 상기 회전부재를 캘리퍼에 대해 회전이 가능하게 지지하는 회전지지기구를 포함하며, 이 회전지지기구는 마찰패드가 마찰면에 가압될 때 캘리퍼가 상기 회전부재로부터의 반력을 스러스트 하중으로서 받을 수 있도록 해준다.
상기 실시형태 (49) 에 따른 제동 시스템에서, 전기모터는 초음파 모터 또는 회전자 권선형 모터가 될 수 있다.
상기 직선운동부재는 마찰패드의 뒷면과 직접 결합할 수 있으며, 또는 마찰패드의 뒷면과 결합하는 다른 부재 (예컨대, 후술할 가압봉) 을 움직이게 할 수 있다.
상기 캘리퍼는 몸체부 (이 몸체부는 후술하는 바와 같이 가압부, 반작용부 및 연결부를 포함할 수 있음) 및 모터 하우징으로서 기능하는 하우징부로 이루어질 수 있다. 이들 몸체부와 하우징부는 서로에 대해 볼트 또는 스크류로 결합되거나 고정되는 개별적인 요소일 수 있다. 또는, 캘리퍼는 서로 일체로 형성되는 몸체부와 하우징부로 이루어지는 단일체로 될 수도 있다. 캘리퍼는 플로팅형 또는 고정형 일 수도 있다. 플로팅 형을 사용하는 디스크 브레이크에서는, 일반적으로 디스크 브레이크는 대향 마찰면을 갖는데, 두 마찰패드가 상기 가압부재 및 캘리퍼에 의해 상기 대향 마찰면에 각각 가압되게 된다. 좀더 구체적으로 설명하면, 한 마찰패드가 디스크 로터로부터 받게 되는 반력은 캘리퍼에 의해 다른 마찰패드에 전달된다.
(50) 상기 실시형태 (49) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 회전지지기구는 제 1 반력과 제 2 반력중 하나 이상의 반력이 회전부재와 전기모터중 하나 이상에 미치는 영향을 줄이기 위한 지지 구조를 포함하며, 상기 제 1 반력은 모터구동식 디스크 브레이크의 작동중에 상기 직선운동부재로부터 회전부재에 편심하중으로서 작용하고, 제 2 반력은 모터구동식 디스크 브레이크의 작동중에 회전부재로부터 캘리퍼에 작용하게 된다.
상기 실시형태 (50) 에 따른 제동 시스템은 JP-A-8-284980 에 개시된 개선된 구조를 제공하기 위한 것이다. 이 공보에 개시된 제동 시스템에서, 회전지지기구는 회전부재를 캘리퍼에 대해 회전가능하게 지지하기 위해 하나의 레이디얼 베어링과 하나의 스러스트 베어링을 포함한다. 이들 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링은 회전부재의 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 각기 받게 된다. 스러스트 베어링은 회전부재와 모터 하우징부로서 기능하는 캘리퍼의 하우징부 사이에 배치된다. 또한, 마찰패드에 비교적 가까이 있는 캘리퍼의 몸체부와 캘리퍼의 하우징부는 서로에 스크류 결합되는 개별적인 요소들이다.
상기 공보의 제동 시스템이 작동하면, 디스크 브레이크는 회전부재가 직선운동부재로부터 편심하중으로서 받은 제 1 반력과 캘리퍼가 회전부재로 받는 제 2 반력의 영향을 받기 쉽다.
상세히 설명하면, 반력은 마찰패드로부터 직접 직선운동부재에 전달되거나 또는 가압봉과 같은 가압부재를 통해 간접적으로 직선운동부재에 전달된다. 동시에, 반력은 직선운동부재로부터 회전부재에 전달되고, 반력은 회전부재로부터 캘리퍼에 전달된다.
한편, 장착 브라켓은 일반적으로 외팔보 형태로 차체에 고정되며, 디스크 로터와 마찰패드 사이에서 발생된 마찰력은 장착 블라켓에 모멘트를 발생시키고, 이에 따라 장착 브라켓과 캘리퍼가 움직이게 된다. 또한, 캘리퍼는 그가 마찰패드로부터 반력을 받는 방향에 평행한 선에 대해 완전한 대칭인 것이 아니므로, 마찰패드가 디스크 로터에 가압되는 가압력으로 인해 장착 브라켓에 모멘트가 발생하게 되고 캘리퍼가 탄성변형을 일으키게 된다. 몇몇 원인으로, 마찰패드, 직선운동부재, 회전부재 및 캘리퍼 간의 상대위치의 정확도는 충분하지 않게 된다.
위와 같은 이유로, 직선운동부재가 마찰패드로부터 받는 반력의 작용선은 직선운동부재의 공칭 축선에 대해 편심, 부정확한 정렬 또는 기울어지는 경향이 있는데, 이리 하여, 회전부재가 직선운동부재로부터 받게 되는 반력의 작용선도 회전부재의 공칭 회전축선에 대해 기울어지게 된다. 마찰패드로부터의 반력의 작용선이 직선운동부재의 공칭 축선에 대해 기울어지지 않더라도, 직선운동부재로부터의 반력의 작용축선은 회전부재의 회전축선에 대해 기울어지게 된다.
따라서, 직선운동부재로부터의 반력은 편심하중으로서 회전부재에 작용하게 되는데, 이 편심하중의 작용선은 회전부재의 공칭 축선에 대해 편심되거나 또는 기울어지게 된다.
그러나, 상기 공보에 개시된 제동 시스템에서, 단지 하나의 레이디얼 베어링이 회전부재와 캘리퍼 사이에 제공되므로, 회전부재에 작용하는 편심하중으로 인해 회전부재의 축선이 캘리퍼에 대해 기울어지게 된다. 회전부재 축선의 기울어짐으로 인해, 회전부재의 회전 저항이 증가하게 되는데, 즉 회전부재가 불안정하게 회전하게 된다.
상기 공보의 제동 시스템에서, 디스크 브레이크는 모터 하우징에 고정된 고정자와, 회전부재에 동축적으로 연결되어 이와 함께 회전하게 되는 회전자를 사용한다. 이러한 구성에서, 캘리퍼 (하우징부를 포함) 에 대한 회전부재의 회전축선의 기울어짐으로 인해 회전자의 축선이 기울어지게 되며, 회전자와 고정자 사이에 이들의 원주방향으로 접촉압력이 불균일하게 분포하게 된다. 따라서, 회전부재의 기울어짐으로 인해 고정자의 진동이 회전자에 정상적으로 전달되지 못하게 되며, 이 결과, 초음파 모터에 의해 발생된 구동 토오크가 현저히 감소하게 된다. 이러한 문제는 초음파 모터에만 국한된 것이 아니고, 고정자와 회전자가 그들 사이에 공기틈을 두고 배치되는 전기모터에서도 발생하게 된다.
상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 상기 공보 JP-A-8-284980 에서 개시된 디스크 브레이크의 문제는, 직선운동부재로부터의 반력 (제 1 반력) 때문에 회전부재가 캘리퍼에 대해 기울어져 이 회전부재의 회전저항이 바람직하지 않게 증가한다는 것이다. 또한 이 디스크 브레이크의 문제는, 전기모터의 구동 토오크가 고정자에 대한 회전자의 기울어짐으로 인해 바람직하지 않게 감소한다는 것이다.
모터구동식 디스크 브레이크에서는, 마찰패드의 마찰력, 즉 제동력이 안티-록 또는 트랙션 제어방식으로 디스크 브레이크가 작동할 때 또는 자동차의 급제동시에 전기모터의 작동에 높은 응답성을 가질 것이 일반적으로 필요하다. 이러한 필요성을 만족시키기 위해, 즉, 제동력의 응답성을 개선시키기 위해서는, 전기모터의 작동 응답성을 개선시킴은 물론, 작용하는 반력에 기인한 캘리퍼의 변형을 최소화하기 위해 캘리퍼의 강성을 증대시키는 것이 필요하다.
그러나, 상기 공보의 디스크 브레이크에서, 회전부재로부터의 반력은 스러스트 베어링을 통해 모터에 작용하게 되며, 모터 하우징으로부터의 반력은 캘리퍼의 몸체부에 작용하게 된다. 또한, 캘리퍼의 몸체부와 하우징부가 서로에 스크류, 볼트 또는 다른 체결수단에 의해 고정되므로, 반력은 체결수단을 통해 모터 하우징으로부터 캘리퍼의 몸체부에 전달된다. 그러므로, 디스크 브레이크의 응답성을 개선시키기 위해서는, 캘리퍼 몸체부의 강성은 물론, 캘리퍼 하우징부의 강성도 개선시킬 필요가 있는 것이다. 캘리퍼 하우징부, 즉 모터 하우징의 강성을 증대시키기 위해서는, 이 모터 하우징을 충분히 큰 두께를 갖는 강재로 만들어야 한다. 따라서, 모터 하우징의 크기와 중량이 증가하게 되어, 전체적으로 디스크 브레이크의 크기와 중량도 증가하게 된다. 디스크 브레이크의 작동 응답성을 개선하기 위해서는, 캘리퍼의 몸체부와 하우징부를 고정하는 체결수단의 신장량을 최소화하는 것이 또한 필요하다.
상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 상기 공보에 개시된 제동 시스템에서는, 디스크 브레이크가 작동할 때 캘리퍼의 몸체부가 모터 하우징으로부터 회전부재로부터 받는 반력 (제 2 반력) 때문에 모터 하우징에는 비교적 큰 하중이 걸리게 된다. 이에 따라, 전기모터의 일부인 모터 하우징의 강성을 증대시켜야 한다.
상기 문제를 감안하여, 모터구동식 디스크 브레이크의 회전부재를 지지하는 회전지지기구를 개선하기 위해 상기 실시형태 (50) 에 따른 제동 시스템이 개발된 것이다.
상기 실시형태 (50) 에 따른 제동 시스템의 디스크 브레이크에서, 회전지지기구는 제 1 반력과 제 2 반력중 하나 또는 모두가 회전부재와 전기모터중 하나 또는 둘에 미치는 영향을 줄이기 위한 지지 구조를 포함한다. 제 1, 2 반력은 모터구동식 디스크 브레이크의 작동중에 발생하는데, 이 때 제 1 반력은 상기 직선운동부재로부터 회전부재에 편심하중으로서 작용하고, 제 2 반력은 회전부재로부터 캘리퍼에 작용하게 된다.
상기 제동 시스템에서, 상기 지지구조가 회전부재 및/또는 전기모터에 작용하는 반력의 영향을 줄이는데 효과적이기 때문에, 마찰패드로부터의 반력이 존재하더라도 디스크 브레이크의 작동 응답성이 개선된다.
(51) 상기 실시형태 (50) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 지지 구조는 모터구동식 디스크 브레이크의 작동중에 상기 제 1 반력에 의한 회전부재 축선의 기울어짐을 억제하는 제 1 구조를 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 제 1 반력에 의한 회전부재 회전축선의 기울어짐을 억제하는 지지 구조의 제 1 구조에 의해, 회전부재의 회전저항의 증대가 방지된다.
(52) 상기 실시형태 (51) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 회전부재는 회전자와 함께 회전하기 위해 그에 동축으로 고정되며, 상기 제 1 구조는 회전부재 축선의 기울어짐을 억제함으로써 고정자에 대한 회전자 축선의 기울어짐을 억제하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
상기 제동 시스템에서, 캘리퍼 (모터 하우징으로서 기능하는 부분을 포함) 에 대한 회전부재의 기울어짐이 억제되며, 또한 고정자에 대한 회전자의 기울어짐도 억제된다.
(53) 상기 실시형태 (51) 또는 (52) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 제 1 구조는 회전부재를 회전가능하게 지지하는 다수의 레이디얼 베어링을 포함하며, 이들 레이디얼 베어링은 회전부재의 축선방향으로 서로 떨어져 배치되어 회전부재로부터 레이디얼 하중을 받는다.
상기 제동 시스템에서, 회전부재의 기울어짐은 비교적 간단한 제 1 구조의 레이디얼 베어링에 의해 억제된다.
(54) 상기 실시형태 (53) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 제 1 구조의 구조는, 하나 이상의 회전부재의 축방향으로 서로 떨어져 배치되어 회전부재로부터 레이디얼 하중을 받기 위해 회전부재를 회전가능하게 지지하는 다수의 베어링을 포함한다.
(55) 상기 실시형태 (54) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 회전자는 회전부재에 동축적으로 연결되어 그와 함께 회전하며, 이 회전부재는 두개의 축방향부를 포함하며, 이들 중 하나는 마찰패드에 더 가까운 회전자의 측부에 위치하며, 다른 하나는 마찰패드로부터 먼 쪽에 있는 회전자의 다른 측부에 위치한다.
(56) 상기 실시형태 (55) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 다수의 각 베어링은 회전부재의 두 축방향부의 양쪽에 설치된다.
(57) 상기 실시형태 (55) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 다수의 베어링중 하나 이상은 회전부재의 두 축부중 어느 하나에 장착되고, 나머지 베어링은 다른 축부에 장착된다.
(58) 상기 실시형태 (54) 내지 (57) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 다수의 베어링은 회전부재의 대향 단부에 인접하여 각기 배치되는 두개의 베어링을 포함한다.
(59) 상기 실시형태 (54) 내지 (58) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 다수의 베어링은 회전부재를 회전가능하게 지지하면서 이 회전부재로부터 레이디얼 하중을 받는 하나 이상의 레이디얼 베어링과, 회전부재를 회전가능하게 지지하면서 이 회전부재로부터 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 받는 하나 이상의 레이디얼 스러스트 베어링을 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 레이디얼 하중과 스러스트 하중 모두를 각기 받는 하나 이상의 레이디얼 스러스트 베어링을 사용함으로써 필요한 베어링의 갯수를 줄일 수 있다.
(60) 상기 실시형태 (50) 내지 (59) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 지지 구조는 제 2 반력이 전기모터에 전달되는 것을 억제하는제 2 구조를 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 제 2 반력은 회전부재로부터 전기모터에 전달되지 않으며, 따라서 모터 하우징의 강성 및 캘리퍼의 몸체부와 모터 하우징으로서 기능하는 캘리퍼의 부분을 연결시키는 체결수단의 강성을 증대시킴이 없이 디스크 브레이크의 작동 응답성을 개선할 수 있다.
(61) 상기 실시형태 (60) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 회전부재는 제 1 표면을 가지며, 이 표면은 회전부재의 축선방향으로 마찰패드로부터 회전부재로 향하고 또한 상기 제 2 반력을 캘리퍼에 전달하며, 상기 캘리퍼는 모터 하우징으로서 기능하는 그의 부분과 상기 제 1 표면에 대응하는 그의 부분 사이의 부분에 형성된 제 2 표면을 가지며, 이 제 2 표면은 회전부재의 축선방향으로 제 1 표면과 대향하여 제 1 표면으로부터 제 2 반력을 받게 되고, 상기 제 2 구조는 상기 제 1, 2 표면과 베어링을 포함하며, 이 베어링은, 회전부재로부터 적어도 스러스트 하중을 받기 위해 이 회전부재를 회전가능하게 지지하도록, 상기 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 또한 회전부재와 캘리퍼 사이에 배치된다.
상기 제동 시스템에서, 디스크 브레이크의 작동 응답성은 회전부재와 캘리퍼의 간단한 구성으로 개선될 수 있다.
(62) 상기 실시형태 (61) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 회전부재의 제 1 표면은 마찰패드로부터 회전부재를 향해 후방으로 향하며, 캘리퍼의 제 2 표면은 회전부재로부터 마찰패드를 향해 전방으로 향하고 제 1 표면과 마주보며 배치된다.
(63) 상기 실시형태 (60) 내지 (62) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 캘리퍼는, 마찰패드에 더 가까운 제 2 표면측에 위치하며 또한 일체형으로 형성된 단일체로 이루어진 전방부를 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 상기 캘리퍼의 강성은, 전방부가 서로 볼트 또는 스크류로 결합된 두개 이상의 부분으로 된 캘리퍼의 강성보다 크게 된다. 따라서, 디스크 브레이크의 작동 응답성이 개선된다.
(64) 상기 실시형태 (49) 내지 (63) 중 어느 하나에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 전기모터는 초음파 진동이 가해지면 표면파를 발생하게 되는 고정자와, 고정자와 회전자 사이의 마찰력이 발생하면서 회전하게 되는 회전자를 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 초음파 모터는 이동파 형 또는 정지파 형일 수 있다.
(65) 상기 실시형태 (50) 에 따른 전기작동식 제동 시스템에서, 상기 지지 구조는 실시형태 (51) 내지 (59) 중 어느 하나에 따른 제 1 구조와, 실시형태 (60) 내지 (63) 중 어느 하나에 따른 제 2 구조를 포함한다.
상기 제동 시스템에서, 지지 구조는 디스크 브레이크의 작동시 회전부재의 회전저항의 증가를 억제함은 물론, 전기모터의 구동 토오크의 감소도 억제할 수 있으며, 또한 모터 하우징의 강성을 증대시키지 않고도 디스크 브레이크의 작동 응답성을 개선할 수 있다.
이상 본 발명의 목적, 특징, 이점 및 기술적· 산업상 중요성은 첨부된 도면을 참고로 설명한 이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 잘 알 수 있을 것이다.
도 1 을 참고하면, 4륜 자동차에서 사용되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템이 도시되어 있다. 이 제동 시스템은 자동차의 네 바퀴를 각각 제동하기 위한 네개의 모터구동식 디스크 브레이크를 가지고 있다. 도 1 에서, 이들 네 개의 모터구동식 디스크 브레이크중 하나만 참조번호 "10" 으로 도시되어 있다.
상기 디스크 브레이크 (10) 는 제동대상인 바퀴와 함께 회전하는 회전부재로서 기능하는 디스크 로터 (11) 를 가지고 있다. 이 디스크 로터 (11) 는 대향 마찰면 (12, 12) 을 가지고 있으며, 디스크 브레이크 (10) 는 로터 (11) 의 각 마찰면 (12, 12) 과 대향하여 위치한 한 쌍의 마찰패드 (14, 14) 를 가지고 있다. 각 마찰패드 (14) 는 마찰부재 (18) 와 지지판 (20) 를 가지고 있으며, 이 지지판은 마찰부재 (18) 의 뒷면에 부착되어 있으며 강재로 만들어 진다.
차체에 고정되어 있는 앵커부재 (26) 와 같은 형태의 장착부재가 디스크 로터 (11) 의 부근에 배치되어 있어, 앵커부재 (26) 가 디스크 로터 (11) 의 주변을 넘어 디스크 로터 (11) 의 축선방향, 즉 도 1 에서 수직방향으로 뻗게 된다. 한 쌍의 레버 (30,30) 가 앵커부재 (26) 의 대향하는 단부들에 선회가능하게 연결되어 있어, 디스크 로터 (11) 및 두개의 마찰패드 (14, 14) 가 상기 두 레버 (30) 사이에 놓이게 된다.
각 레버 (30) 는 전방단부(도 1 에서 우측단부)를 가지고 있으며, 이 전방단부에서 레버 (30) 가, 도 2 에 도시된 제 1 축선 (L1) (이 축선은 로터 (11) 의 축선에 수직이다) 을 중심으로 선회가능하게 연결되어 있다. 구체적으로 말하면, 앵커부재 (26) 는 그의 양 단부에서 한 쌍의 연결부 (32, 32) 를 가지고 있는데, 이들 연결부 (32) 는 디스크 로터 (11) 의 대향하는 측부에 위치함으로써 각 마찰면 (12, 12) 과 서로 마주보게 된다. 도 2 에서 보듯이, 각 연결부재 (32) 는 자동차의 후방쪽으로 뻗어 있는 한 쌍의 연장부 (36) 형태로 되어 있으며, 그들사이에는 공간부 (34) 가 존재한다. 레버 (30) 의 전방단부는 제 1 연결부 (40) 를 가지고 있으며, 이 연결부는 연장부 (36, 36) 와 약간의 틈새를 유지한 채 상기 공간부 (34) 안에 수용된다. 스크류 (42) 형태의 연결부재가 연장부 (36, 36) 와 제 1 연결부 (40) 를 지나 뻗어 있으며, 레버 (30) 는 연결부 (32) 에 대해 스크류 (42) 의 축선 (L1) 을 중심으로 선회가능하게 되어 있다.
도 1 에서 보는 바와 같이, 각 레버 (30) 는 그의 중간부에서 결합부 (44) 를 지니고 있다. 이 결합부 (44) 는 대응 마찰패드 (14) 의 지지판 (20) 의 뒷면과 접촉한다. 또한 레버 (30) 는 그의 전방단부에서 제 1 베어링부 (50) 를 가지고 있다. 도 2 에서 보는 바와 같이, 이 제 1 베어링부 (50) 는 자동차의 전방으로 향하는 지지판 (20) 의 전방단면에 형성된 결합 컷아웃부(cutout)(46) 와 결합한다. 제 1 베어링부 (50) 는 자동차의 후방으로 향하는 끝면을 가지고 있으며, 이 끝면은 컷아웃부 (46) 의 바닥면과 결합한다.
도 1 에서 보는 바와 같이, 두개의 레버 (30) 가 결합부 (44) 와 후방단부 (도 1 에서 좌측단부) 사이의 중간부에서 한 쌍의 링크 (54, 54) 에 의해 서로 연결되어 있다. 상기 두 링크 (54) 는 제 2 축선 (L2)(핀 (60) 의 축선)을 중심으로 선회가능하게 핀 (60) 에 의해 서로 연결되어 있으며, 상기 축선은 제 1 축선 (L1)(스크류 (42) 의 축선)과 평행하다. 또한 링크 (54) 는 제 3 축선 (L3)(핀 (60) 의 축선이며 제 2 축선 (L2) 과 평행하다)을 중심으로 선회가능하게 핀 (56) 으로부터 먼 쪽에 있는 그들의 타단부에서 각 핀 (60) 에 의해 레버 (30) 의 제 2 연결부 (62) 에 연결되어 있다. 도 2 에서 보는 바와 같이, 각 링크 (54) 는 제 2 베어링부 (68) 를 가지고 있으며, 이 베어링부는 자동차의 후방쪽으로 향하는 지지판 (20) 의 후방 단면에 형성된 결합 컷아웃부 (66) 와 결합하게 된다. 제 2 베어링부 (68) 는 자동차의 전방으로 향하는 끝면을 가지고 있으며, 이 끝면은 컷아웃부 (66) 의 바닥면과 결합하게 된다. 이들 링크 (54) 의 기능은 다음에 설명한다.
이렇게 해서, 각 마찰패드 (14) 는 레버 (30) 의 제 1 베어링부 (50) 와 결합함으로써 그의 전방단에서 지지되게 되며, 또한 링크 (54) 의 제 2 베어링부 (68) 와 결합함으로써 후방단에서도 지지되게 되며, 이리하여 마찰패드 (14) 는 디스크 로터 (11) 의 대응 마찰면 (12) 쪽으로 또한 그로부터 먼쪽으로 움직일 수 있게 된다.
제 1 가압장치 (70) 는 레버 (30, 30) 의 후방단부와 결합해 있다. 제 1 가압장치 (70) 는 초음파 모터 (72) 형태의 전기모터 및, 초음파 모터 (72) 의 회전축 (74) 의 회전운동을 직선운동으로 바꾸기 위한 운동변환기구 (76) 를 갖고 있다.
초음파 모터 (72) 는 고정자와 회전자를 지니고 있다. 당 기술분야에서 잘알려져 있는 바와 같이, 작동시, 고정자는 그위에 초음파가 가해지면 표면파를 발생시키게 되며, 회전자는 회전자와 고정자 사이에 작용하는 마찰력에 의해 회전하게 된다. 적절한 크기의 마찰력이 고정자와 회전자 사이에 작용하도록, 회전자는 적절한 편향수단에 의해 고정자에 가압된다. 초음파 모터 (72) 에 전압이 가해지지 않더라도, 소정량의 마찰력이 회전자와 고정자 사이에 존재하게 된다. 도 1 에서 보는 바와 같이, 초음파 모터 (72) 는 두 레버 (30) 중 하나의 후방단부에 제공된 입력부 (77), 즉 하부 레버 (30) 의 입력부 (77) 에 부착되어 있으며, 운동변환기구 (76) 는 다른 레버 (30)(상부 레버) 의 후방단부에 제공된 입력부 (78) 에 연결되어 있다.
도 3 에서 보는 바와 같이, 운동변환기구 (76) 는, 초음파 모터 (72) 의 회전축 (74) 과 함께 회전하는 외부 나사부재 (80) 및 이 나사부재 (80) 와 결합하는 내부 나사부재 (82) 를 갖고 있다. 내부 나사부재 (82) 는 상부 레버 (30) 의 후방단부에 수용되는 볼 (90) 형태로 되어 있다. 이 볼 (90) 은 상부 레버 (30) 의 후방단부에 형성된 수용기 (92) 안에 슬라이딩이 가능하게 끼워맞춤되며, 또한 상기 수용기 (92) 와 함께 볼조인트 (84) 를 제공하게 된다. 외부 나사부재 (80) 가 회전축 (74) 의 회전에 의해 볼조인트 (84) 에 대해 상대운동을 하면, 두 레버 (30, 30) 의 후방단부는 서로에 대해 상대운동을 하게 되며, 레버 (30, 30) 는 축선 (L1) 을 중심으로 서로에 대해 선회하게 된다. 수용기 (92) 는 상부 레버 (30) 에 형성된 구형면 (92a) 의해 부분적으로 한정되는데, 구체적으로 말하면, 하부 레버 (30) 측에 있는 상부 레버 (30) 의 후방부의 일부분에 의해 한정된다. 구형면 (92a) 은 상부 레버 (30) 의 다른 측에서 열려 있는 접근구멍 (92b) 안으로 진입해 있으며, 볼 (90) 이 상기 접근구멍을 통해 수용기 (92) 안으로 움직일 수 있다. 상부 레버 (30) 는 C-링 (94) 형태로 된 이탈방지수단을 갖고 있는데, 이 수단은 볼 (90) 이 수용기 (92) 밖으로 빠져나가는 것을 막는 역할을 한다. 상기 구멍 (92b) 은 커버 (96) 로 덮여 있으며, 상기 커버는 볼 (90) 의 외측면과 수용기 (92) 의 내측면과 함께 공간을 한정하게 되는데, 볼 (90) 이 수용기 (92) 의 내측면에 대해 원할한 슬라이딩 운동을 할 수 있도록 상기 공간은 그리스로 채워지게 된다.
전기작동식 제동 시스템에 대한 제 1 실시예에서, 초음파 모터 (72) 의 회전축 (74) 이 어느 한 방향으로 회전하게 되면 레버 (30) 들의 후방단부는 서로를 향해 움직이게 되며, 이리하여 두 레버 (30) 의 결합부 (44, 44) 도 서로를 향해 움직이게 되고, 따라서 마찰패드 (14) 는 디스크 로터 (11) 의 대향 마찰면 (12) 에 가압된다. 그 결과, 디스크 로터 (11) 는 마찰패드 (14) 와 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 사이에 발생하는 마찰력에 의해 제동이 되며, 이리하여 자동차 바퀴가 디스크 브레이크 (10) 에 의해 제동이 된다.
초음파 모터 (72) 가 상기 조건하에서 반대방향으로 작동하게 되면 두 레버 (30) 는 서로에 대해 선회하게 되어, 그들의 후방단부는 서로로부터 멀어지게 되며, 이리하여 결합부 (44) 들도 서로로부터 멀어지게 된다. 그 결과, 마찰패드 (14) 는 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 으로부터 멀어지게 되며, 바퀴에 작용하는 제동력이 감쇄되어 없어지게 된다.
자동차의 전방 주행시 바퀴가 디스크 브레이크 (10) 의 작용으로 제동되면,마찰력이 자동차의 전방으로 마찰패드 (14) 에 작용하고 레버 (30) 의 제 1 베어링부 (50) 에 전달되어, 레버 (30) 에 모멘트가 작용하여 이 레버 (30) 가 반대방향으로 제 1 축선 (L1) 을 중심으로 선회함으로써, 결합부 (44) 들이 서로 접근하면서 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 쪽으로 움직이게 된다. 자동차의 후방 주행시 바퀴가 제동되면, 마찰력이 자동차의 후방으로 마찰패드 (14) 에 작용하고 링크 (54) 의 제 2 베어링부 (68) 에 전달됨으로써, 링크 (54) 에 모멘트가 작용하게 되어 이들 링크 (54) 는 반대방향으로 제 2 축선 (L2) 을 중심으로 (핀 (56) 을 중심으로) 선회하게 되며 이에 따라 핀 (60) 들은 서로를 향해 움직이게 된다. 이리 하여, 레버 (30) 에 모멘트가 작용하여 이들 레버 (30) 가 반대방향으로 제 1 축선 (L1) 을 중심으로 선회함으로써, 결합부 (44) 들은 서로 접근하면서 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 쪽으로 향하게 된다.
이렇게 해서, 자동차의 주행방향에 무관하게 (전방이든 후방이든 상관없이), 자동차의 주행시 바퀴가 제동되면 결합부 (44) 들을 디스크 로터 (11) 쪽으로 움직이게 하는 방향으로 각 레버 (30) 에 모멘트가 작용하게 된다. 그 결과, 마찰패드 (14) 와 마찰면 (12) 사이의 마찰력에 근거한 제 2 가압력으로, 마찰패드 (14) 는 결합부 (44) 에 의해 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 에 가압되게 된다. 이렇게 해서, 초음파 모터 (72) 의 구동력에 근거한 제 1 가압력이 부스트(boost)된다. 여기서, 가압력의 부스팅(boosting)은 "셀프-서보 효과(self-servo effect)" 를 말한다.
제 1 실시예에서, 한 쌍의 레버 (30, 30) 및 링크 (54, 54) 는 함께 제 2 가압장치 (98) 를 구성하게 되며, 레버 (30, 30) 는 또한 제 1 가압장치 (70) 의 일부로서 기능하게 된다.
본 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 레버 (30, 30) 의 두 제 1 베어링부 (50) 및 링크 (54, 54) 의 두 개의 제 2 베어링부 (68) 는 함께 마찰패드 (14) 를 지지하는 패드지지기구를 구성하게 된다. 또한, 레버 (30) 들은 마찰패드 (14) 를 디스크 로터 (11) 에 가압하기 위한 가압부재로서의 기능을 하며, 초음파 모터 (72) 와 레버 (30) 들 및 운동변환기구 (76) 는 함께 마찰패드 (14) 를 디스크 로터 (11) 에 가압하기 위한 패드가압기구를 구성하게 되며, 제 2 가압장치 (98) 는 제 1 가압장치 (70) 에 의해 발생된 힘을 부스팅하기 위한 셀프-서보 기구로서 기능하게 된다.
초음파 모터 (72) 는 제어기 (100) 로 된 모터제어장치에 의해 제어되며, 상기 제어기는, 바퀴에 작용하는 검출된 실제 제동력 (F) 이 브레이크 작용량 (f) 에 대응하는 목표치 (F*) 와 같게 되도록, 각 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (10) 의 초음파 모터 (72) 를 제어하게 된다. 이러한 제어기 (100) 에 의한 초음파 모터 (72) 의 제어는 도 4 에서 보는 바와 같이 피드백 방식으로 실행된다.
제어기 (100) 가 초음파 모터 (72) 를 피드백 제어하기 위해, 도 1 에서 보는 바와 같이, 제어기 (100) 에 연결된 누름력 센서로 이루어진 브레이크 작용량 센서가 제공되어 있다. 이 누름력 센서 (102) 는, 운전자가 브레이크 페달 (104) 을 밟을 때, 브레이크 조작부재인 브레이크 페달 (104) 에 작용하는 누름력 (f) 을 검출하도록 되어 있다. 누름력 센서 (102) 의 출력신호는 누름력 (f) 을 나타낸다. 또한, 초음파 모터 (72) 에 를 비여자화(de-energized)시키기 위한 전력 공급부 (106) 가 제어기 (100) 에 연결되어 있다. 이 전력 공급부 (106) 는 자동차에 제공된 배터리가 될 수 있다. 또한, 자동차의 각 바퀴에 작용하는 실제 제동력 (F) 을 검출하기 위한 제동력 센서 (110) 도 제어기 (100) 에 연결되어 있다. 예컨대, 각 제동력 센서 (110) 는, 바퀴에 작용하는 제동력 (F) 에 비례하는 스트레인을 받게 되는 디스크 브레이크 (10) 의 적절한 부품(예컨대, 레버 (30))에 부착되는 스트레인 게이지을 사용한다.
도 5 를 참고하여 제어기 (100) 의 기능적인 수단을 설명하도록 한다. 이 제어기 (100) 는 (a) 브레이크 작용량 계산수단 (120), (b) 목표 제동력을 계산하는 수단 (122), (c) 실제 제동력을 계산하는 수단 (124), (d) 구동신호 계산수단 (126) 및 (e) 구동신호 인가수단 (128) 을 구비하고 있다. 브레이크 작용량 계산수단 (120) 은 누름력 센서 (102) 의 출력신호에 근거하여 브레이크 페달 (104) 의 작용량으로서 누름력 (f) 을 계산한다. 목표 제동력을 계산하는 수단 (122) 은 브레이크 작용량으로서 계산된 누름력 (f) 에 근거하여, 목표 제동력 (F*) (제동력 (F) 의 목표치 (F*)) 을 계산하게 된다. 실제 제동력을 계산하는 수단 (124) 는 제동력 센서 (110) 의 출력신호에 근거하여 각 바퀴에 작용하는 실제 제동력 (F) 을 검출하게 된다. 구동신호 계산수단 (126) 은 계산된 실제 제동력 (F) 과 목표 제동력 (F*) 사이의 에러 (△F) 에 근거하여, 실제 제동력 (F) 이 목표 제동력 (F*) 과 일치하도록, 초음파 모터 (72) 에 전력을 공급하기 위한 구동신호를 계산하게 된다. 구동신호 인가수단 (128) 은 계산된 신호를 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (10) 의 초음파 모터 (72) 에 가하게 된다.
원리적으로, 제어기 (100) 는 CPU(central processing unit), ROM(read-only memory) 및 RAM(random-access memory) 을 포함하는 컴퓨터로 되어 있다. CPU 는 RAM 의 임시 데이타 저장기능을 이용하면서, 데이타 저장 매체로서 기능하는 ROM 에 저장된 프로그램에 따라, 도 6 의 순서도에 제시된 브레이크 제어경로를 처리하게 된다.
도 6 의 브레이크 제어경로는 자동차 엔진의 점화 스위치가 켜지면 시작되고 정해진 사이클 시간동안 반복적으로 수행된다. 상기 경로는, 누름력 센서 (102) 의 출력신호에 근거하여 브레이크 페달 누름력 (f) 이 계산되는 단계 (S1) 에서부터 시작된다. 단계 (S1) 다음에는 단계 (S2) 가 이어지는데, 여기서는, 계산된 누름력 (f) 에 근거하여 또한 이 누름력 (f) 과 전체 전방 목표 제동력 (Ff*) 및 전체 후방 목표 제동력 (Fr*) 사이의 규정된 관계에 따라 각 바퀴에 대한 목표 제동력 (F*) 이 계산된다. 전체 전방 목표 제동력 (Ff*) 은 앞쪽에 있는 좌우측 바퀴에 대한 제동력의 요구되는 합이며, (Fr*) 은 뒷쪽에 있는 좌우측 바퀴에 대한 제동력의 요구되는 합이다. 일예로 도 7 에 그래프로 제시되어 있는 상기 관계는 제어기 (100) 의 ROM 에 저장되는 테이블, 데이타 맵(data map) 또는 함수 방정식으로 나타내어 진다. 처음에, 전체 전방 목표 제동력 (Ff*) 은 누름력 (f) 에 근거하여 또한 상기 정해진 관계에 따라 얻어지며, 전체 전방 목표 제동력 (Ff*) 의 절반값은 전방 우측 목표 제동력 (Ffr*) 및 전방 좌측 목표 제동력 (Ffl*) 이 된다. 다음에, 전체 후방 목표 제동력 (Fr*) 은 누름력 (f) 에 근거하여 또한 상기 정해진 관계에 따라 얻어지며, 전체 후방 목표 제동력 (Fr*) 의 절반값은 후방 우측 목표 제동력 (Frr*) 및 후방 좌측 목표 제동력 (Frl*) 이 된다.
다음, 제어흐름은 단계 (S3) 로 가서, 대응 제동력 센서 (110) 의 출력신호에 근거하여 실제 제동력 (Ffl, Ffr, Frl, Frr) 을 계산하게 된다. 상기 단계 (S3) 에 이은 단계 (S4) 에서는, 계산된 실제 제동력 (F) 과 목표 제동력 (F*) 사이의 에러 (△F) 에 근거하여, 초음파 모터 (72) 를 여자화시키기 위한 위한 구동신호를 계산하게 되며, 이리 하여, 구동신호에 의해 초음파 모터 (72) 가 여자화되어 각 바퀴에 작용하는 실제 제동력 (F) 이 목표 제동력 (F*) 과 일치하게 된다. 예컨대, 초음파 모터 (72) 에 가해진 구동신호는 아래와 같은 PID 방정식으로 계산될 수 있다:
K·[△F ＝ (t/Ti)·∑△F ＋ (Td/t)·△△F]
여기서,
K : 비례 계수 (일정)
△F : 에러 = F*- F
t : 샘플링 시간 (도 6 의 경로의 사이클 시간)
Ti : 적분 시간 (일정)
Td : 미분 시간 (일정)
△△F : 에러 (△F) 의 시간 미분
다음, 제어순서는 단계 (S5) 로 가며, 여기서는 계산된 구동신호가 각 바퀴에 대한 모터구동식 디스크 브레이크 (10) 의 초음파 모터 (72) 에 가해지게 된다. 이렇게 해서, 도 6 에 도시된 브레이크 제어경로 처리의 한 사이클이 완료되게 된다.
모터구동식 디스크 브레이크 (10) 와 제어기 (100) 를 갖는 전기작동식 제동 시스템에 대한 상기 실시예는 다음과 같은 이점들을 갖고 있다.
바퀴를 제동하기 위한 작동유체를 사용할 필요가 없기 때문에, 마스터 실린더, 브레이크 부스터, 브레이크 튜브 및 호스, 계량밸브, 솔레노이드 밸브, 펌프 및 용기와 같은 유압 또는 공압 요소가 필요없게 된다. 따라서, 본 제동 시스템은 개선된 효율로 조립될 수 있으며, 크기와 중량이 줄어든 상태로 컴팩트하게 만들어질 수 있어, 자동차의 중량이 감소되고 승객용 공간이 증가하게 된다. 또한, 작동유체를 교환할 필요가 없고 유압 시스템에 대해 공기 브리딩(air breathing) 을 수행할 필요가 없어, 시스템에 대한 유지가 매우 용이하게 된다. 그리고, 본 제동 시스템에서는, 브레이크 조작부재 (브레이크 페달 (104)) 에 작용하는 조작력과 브레이크 조작부재의 작동행정 사이의 관계를 자유롭게 설정할 수 있다. 이와 관련하여, 디스크 브레이크 (10) 를 작동시키기 위해 마스터 실린더를 사용할 경우, 브레이크 조작력과 행정 사이의 관계가 마스터 실린더의 피스톤 직경에 의해 결정되며 상기 관계를 실질적으로 자유롭게 설정할 수 없게 된다.
본 실시예는 다음과 같은 다른 이점도 있다. 즉, 레버 (30) 가 동력전달경로의 주요부를 구성하기 때문에, 디스크 브레이크 (10) 는 초음파 모터 (72) 로부터 마찰패드 (14) 까지 이르는 상기 동력전달경로에 사용되는 부품의 갯수가 비교적 작게 된다. 따라서, 동력전달경로는 그 구성에 있어 간단하게 되며 또한 목표치 (F*) 의 변화에 대한 실제 제동력 (F) 의 높은 응답이 가능하게 된다. 더우기, 셀프-서보 효과로 인해 제동력의 제어 응답이 더욱 개선되게 된다. 또한, 디스크 브레이크 (10) 는 전기모터 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 마찰 브레이크로서 적합하게 사용될 수 있다. 즉, 디스크 브레이크 (10) 가 전기 자동차의 모터-제너레이터에 의해 바퀴의 리제너레이티브 제동중에 작동할 때도, 마찰 브레이크 (10) 는 적절히 제어될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 리제너레이티브 제동시 브레이크 페달의 조작에 의해 마찰 브레이크가 작용할 때 바퀴에 작용하는 제동력은 마찰 브레이크에 의해 발생하는 제 1 제동력 성분과 리제너레이티브 브레이크에 의해 발생하는 제 2 제동력 성분으로 이루어진다. 필요에 따라 제 1 제동력 성분은 초음파 모터 (72) 를 제어함으로써 제어될 수 있으므로, 제 2 제동력 성분이 바퀴의 회전속도에 따라 변하더라도 바퀴에 작용하는 전체 제동력은 브레이크 페달의 조작량에 정확히 대응하는 값으로 적절히 제어될 수 있다. 이렇게 해서, 초음파 모터 (72) 에 의해 작동되는 디스크 브레이크 (10) 를 포함하는 본 실시예의 전기작동식 제동 시스템으로, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 마찰 브레이크와 리제너레이티브 브레이크간의 조화를 도모할 수 있게 된다.
본 실시예에 대해 다양한 변형 및 수정이 가능하다. 볼 (90) 이 수용기 (92) 밖으로 빠져 나가는 것을 막기 위해 C-링 (94) 이 도 3 의 운동변환기구에 사용되고 있는데, 이 C-링 (94) 대신에, 도 8 에서 보는 바와 같은 리테이너 링 (130) 을 사용해도 된다. 상기 리테이너 링은 볼 (90) 과 미끄럼 접촉하는 넓어진 표면적을 갖고 있으며 볼 (90) 과 커버 (96) 사이의 거리를 줄여주게 된다. 리테이너 링 (130) 은 볼 (90) 의 미끄럼 저항을 줄이기 위해 높은 자기윤활 특성을 갖는 나일론과 같은 합성수지로 만들어질 수 있다. 리테이너 링 (130) 은 수용기 (92) 안에 미끄럼 가능하게 끼워맞춤되며 탄성재료로 이루어진 커버 (96) 에 의해 발생하는 편향력을 받아 볼 (90) 에 가압되게 되며, 이리 하여 리테이너 링 (130) 과 탄성 커버 (96) 는 함께, 볼 (90) 이 수용기 (92) 내에서 진동하는 것을 막으면서 수용기 (92) 내의 볼 (90) 을 탄성지지하게 된다.
본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템은 셀프-서보 기구를 제외하고는 제 1 실시예와 동일하다. 그러므로, 제 2 실시예의 셀프-서보 기구에 대해서만 상세히 설명하도록 한다.
제 1 실시예에서는, 디스크 브레이크 (10) 의 작동시 디스크 로터 (11) 의 회전방향으로 마찰패드 (14) 에 작용하는 마찰력은 레버 (30) 를 통해 마찰패드 (14) 에 다시 전달되도록 셀프-서보 효과가 제공된다. 제 2 실시예에서는 도 9 에서 보는 바와 같이, 셀프-서보 효과는 각 마찰패드 (14) (이 마찰패드의 지지판 (20) 은 초음파 모터 (72) 에 의해 발생되는 힘 (G) 으로 구동되는 구동부재 (140) 의 경사면 (142) 과 결합하는 경사면 (144) 을 갖는다) 의 쇄기작용에 의해 제공된다. 상기 구동부재 (140) 는 초음파 모터 (72) 에 의해 직접 구동될 수 있으며 또는 적절한 운동변환기구를 통해서도 구동될 수도 있다.
제 2 실시예에서, 상기 구동부재 (140) 는 마찰패드 (14) 를 디스크 로터 (11) 에 가압하기 위한 가압부재를 구성하며, 초음파 모터 (72) 와 구동부재 (140) 는 함께, 마찰패드 (14) 를 디스크 로터 (11) 에 가압하기 위한 패드가압기구를 구성하게 된다. 또한, 마찰패드 (14) 가 쇄기로서 작용하도록 해주는 지지판 (20) 에 형성된 경사면 (144) 을 갖는 마찰패드 (14) 는 셀프-서보 기구를 제공하게 된다.
본 발명의 제 3 실시예를 도 10 을 참고로 설명한다. 제 2 실시예와 마찬가지로, 이 제 3 실시예도 셀프-서보 효과를 제공하기 위해 마찰패드 (14) 의 쇄기작용을 이용한다. 제 1 실시예에서와 동일한 참조부호는 기능상 같은 구성요소를 나타내기 위해 사용하였으며, 이에 대한 설명은 중복을 피하기 위해 생략하였다.
도 10 의 제 3 실시예에서, 전기작동식 제동 시스템은 4륜 자동차의 각 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (150), 제어기 (100), 누름력 센서 (102) 및 전력 공급부 (106) 를 포함하는데, 이들 구성요소는 네개의 바퀴에 공통적으로 사용되는 것이다. 각 디스크 브레이크 (150) 는 제동력 센서 (110) 를 갖고 있으며, 이 센서의 출력신호는 제어기 (100) 에 전달된다.
상기 디스크 브레이크 (150) 는 차체에 고정된 장착 브라켓 (152) 형태로 된 장착부재를 포함한다. 이 장착 브라켓 (152) 은 두개의 마찰패드 (14a, 14b) 를 디스크 로터 (11) 의 양 대향 측부에서 지지하기 위한 부분을 갖고 있어, 마찰패드 (14a, 14b) 는 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 움직일 수 있다. 또한, 장착 브라켓 (152) 은 디스크 로터 (11) 의 회전방향으로 이 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 과 마찰접촉을 하는 마찰패드 (14a, 14b) 로부터의 마찰력을 받게 되는 부분도 갖고 있다.
도 11 에는, 장착 브라켓 (152) 에 의해 지지되는 외측 패드 (14a) 가 도시되어 있다. 이 외측 패드 (14a) 는 자동차의 외측에 위치하는 마찰패드 (14a) (도 10 에서 상부 마찰 패드) 이다. 도 11 에서, 화살표 (X) 는 디스크 로터 (11) 의 전진 회전방향을 나타낸다. 외측 패드 (14a) 는 전진 회전방향 (X) 으로 향하는 전방단면 (156) 과, 상기 회전방향 (X) 과 반대인 역회전방향으로 향하는 후방 단면 (158) 을 갖고 있다. 외측 패드 (14a) 는 전방단면 (156) 및 후방단면 (158) 으로부터 각각 돌출한 결합 돌출부 (160, 162) 를 갖고 있다. 상기 장착 브라켓 (152) 은 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 뻗은 두개의 결합 컷아웃부 (164, 166) 을 갖고 있다. 상기 결합 돌출부 (160, 162) 가 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 장착 브라켓 (152) 에 대해 미끄럼운동이 가능하고 또한 디스크 로터 (11) 의 축방향에 수직인 방향으로 결합 컷아웃부 (164, 166) 내에서 움직일 수 있도록, 상기 외측 패드 (14a) 의 결합 돌출부 (160, 162) 는 장착 브라켓 (152) 의 결합 컷아웃부 (164,166) 와 각각 결합하게 된다. 외측 패드 (14a) 는 스프링 (168) 의 편향력에 의해 반경방향 외측 위치에서 유지된다. 상기 스프링은 디스크 로터 (11) 의 반경방향 외측으로 외측 패드 (14a) 에 작용하게 된다. 이렇게 해서, 그렇지 않다면 가능했던 장착 브라켓 (152) 내에서의 외측 패드 (14a) 의 래틀링(rattling) 운동이 억제되게 된다. 또한, 디스크 로터 (11) 와 함께 하는 외측 패드 (14a) 의 "드래깅(dragging)" 이 실질적으로 방지되도록, 다시 말해, 디스크 로터 (11) 와의 마찰접촉에 기인한 외측 패드 (14a) 의 운동이 방지되도록, 외측 패드 (14a) 가 장착 브라켓 (152) 에 의해 지지된다.
도 12 에는, 장착 브라켓 (152) 에 의해 지지되는 내측 패드 (14b) 가 도시되어 있다. 이 내측 패드 (14b) 는 자동차의 내측에 위치하는 마찰패드 (14b) (도 10 에서 하부 마찰 패드) 이다. 외측 패드 (14a) 와 마찬가지로, 내측 패드 (14b) 도 전진 회전방향 (X) 으로 향하는 전방단면 (170) 과, 상기 회전방향 (X) 과 반대인 역회전방향으로 향하는 후방단면 (172) 을 갖고 있다. 내측 패드 (14b) 는 전방단면 (170) 및 후방단면 (172) 으로부터 각각 돌출한 결합 돌출부 (174, 176) 를 갖고 있다. 상기 장착 브라켓 (152) 은 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 뻗은 두개의 결합 컷아웃부 (178, 180) 를 갖고 있다. 상기 내측패드 (14b) 의 결합 돌출부 (174, 176) 가 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 장착 브라켓 (152) 에 대해 미끄럼운동이 가능하고 또한 디스크 로터 (11) 의 축방향에 수직인 방향으로 결합 컷아웃부 (178, 180) 내에서 움직일 수 있도록, 상기 결합 돌출부 (174, 176) 는 장착 브라켓 (152) 의 결합 컷아웃부 (178,180) 와 각각 결합하게 된다. 내측 패드 (14b) 는 스프링 (182) 의 편향력에 의해 반경방향 외측 위치에서 유지된다. 상기 스프링은 디스크 로터 (11) 의 반경방향 외측으로 내측 패드 (14b) 에 작용하게 된다. 이렇게 해서, 그렇지 않다면 가능했던 장착 브라켓 (152) 내에서의 내측 패드 (14b) 의 래틀링(rattling) 운동이 억제되게 된다.
외측 패드 (14a) 와는 달리, 내측 패드 (14b) 는 이 내측 패드 (14b) 가 디스크 로터 (11) 와 함께 드래그 운동이 가능하도록, 다시 말해, 디스크 로터 (11) 와의 마찰접촉으로 인해 내측 패드 (14b) 의 운동이 가능하도록, 장착 브라켓 (152) 에 의해 지지된다. 도 12 에서 화살표 (Y) 는 내측 패드 (14b) 가 디스크로터 (11) 와 함께 드래그되는 방향을 나타낸다. 내측 패드 (14b) 가 드래그될 수 있도록, 전방단면 (156) 과 장착 브라켓 (152) 의 사이에 방향 (Y) 으로 비교적 큰 틈이 존재하게 된다. 또한, 내측 패드 (14b) 의 전방 결합 돌출부 (174) 와 결합하는 결합 컷아웃부 (178) 의 바닥은 방향 (Y) 으로 움직일 수 있어, 컷아웃 부 (178) 의 깊이가 변할 수 있다.
상세히 설명하면, 결합 컷아웃부 (178) 의 바닥은 가동부재 (186) 로 한정되며, 이 가동부재는 스프링 (184) 의 편향력을 받아 결합 돌출부 (174) 의 끝면에 가압되게 된다. 가동부재 (186) 는 스탑 (188) 과의 접촉에 의해 결정되는 완전 후퇴 위치에서 스프링 (184) 에 의해 지지된다. 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 과 내측 패드 (14b) 사이의 마찰력이 규정된 한계값을 초과하면, 내측 패드 (14b) (결합돌출부 (174)) 는 스프링 (184) 의 편향작용에 저항하면서 마찰력으로 가동부재 (186) 와 함께 움직일 수 있게 된다. 내측 패드 (14b) 에 작용하는 마찰력이 상기 한계값보다 작으면, 내측 패드 (14b) 는 스프링 (184) 의 편향력에 의해 방향 (Y) 으로 움직일 수 없게 된다. 이렇게 해서, 내측 패드 (14b) 와 디스크 로터 (11) 사이의 마찰력이 상기 규정된 한계값을 초과한 후에만 내측 패드 (14b) 가 디스크 로터 (11) 와 함께 드래그될 수 있다. 디스크 로터 (11) 와의 마찰접촉으로 내측 패드 (14b) 가 드래그되는 거리를 제한하기 위해 가동부재 (186) 에는 스탑 (190)이 제공되어 있는데, 이 스탑은 규정된 상한값에 도달하면 내측 패드 (14b) 의 운동을 저지하게 된다. 이렇게 해서, 스탑 (190) 은 내측 패드 (14b) 의 드래그 운동 거리를 제한함으로써, 내측 패드 (14b) 의 셀프-서보 효과를 제한하게 된다.
다시 도 10 을 참고하면, 디스크 브레이크 (150) 는 또한 캘리퍼 (caliper; 202) 를 포함하고 있는데, 이 캘리퍼는 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 움직일 수는 있지만, 디스크 로터 (11) 의 회전방향으로는 움직이지 못한다.
도 11, 12 에서 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 상기 캘리퍼 (202) 는 다수의 핀 (204) 과 미끄럼 가능하게 결합하며, 이들 핀은 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 뻗어 자동차에 부착되어 있다. 도 10 에서 보는 바와 같이, 핀 (204) 에 의해 미끄럼 운동이 가능하게 지지되는 캘리퍼 (202) 는 디스크 로터 (11) 의 주변을 넘어 신장되어 있으며, 외측 패드 (14a) 와 내측 패드 (14b) 의 지지판 (20) 의 반대편에 위치하는 두개의 부위를 갖고 있다. 보다 구체적으로 말하면, 캘리퍼 (202) 는 외측 패드 (14a) 의 지지판 (20) 의 외측면에 인접하여 위치하는 반작용부위 (206), 내측 패드 (14b) 의 지지판 (20) 의 외측면에 인접하여 위치하는 가압부위 (208) 및, 상기 반작용 부위 (206) 와 가압 부위 (208) 를 연결시키는 연결 부위 또는 중간 부위를 갖고 있다.
상기 가압 부위 (208) 에는, 볼스크류 기구 (214) 형태의 운동변환기구를 통해 가압봉 (216) 에 동축적으로 연결되어 있는 초음파 모터 (212) 형태의 모터가 있다. 상기 가압봉 (216) 은, 이 가압봉 (216) 이 그의 축선을 중심으로 회전할 수는 없지만 가압 부위 (208) 에 대해서 축선방향 운동이 가능하도록, 가압 부위 (208) 에 의해 지지된다. 초음파 모터 (212) 의 회전축 (218) 의 회전운동은 볼스크류 기구 (214) 에 의해 가압봉 (216) 의 직선운동으로 바뀌며, 이리 하여, 내측 패드 (14b) 는 가압봉 (216) 에 의해 디스크 로터 (11) 의 대응 마찰면 (12) 에 가압된다. 이와 동시에, 반력이 캘리퍼 (202) 를 통하여 내측패드 (14b) 로부터 외측패드 (14a) 에 전달되어, 외측패드 (14a) 는 반작용 부위 (206) 에 의해 디스크 로터 (11) 의 다른 마찰면에 가압된다.
제 3 실시예에서, 상기 캘리퍼 (202) 는 가압부재로서 기능하며, 또한 초음파 모터 (212), 볼스크류 기구 (214) 및 가압봉 (216) 과 함께, 마찰패드 (14) 를 디스크 로터 (11) 에 가압시키는 패드 가압기구를 구성하게 된다.
외측패드 (14a) 의 지지판 (20) 의 두께가 일정하지만, 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 의 두께는, 디스크 로터 (11) 와의 드래깅으로 인해 내측패드 (14b) 가 움직이게 되는 방향 (Y) 으로 연속적으로 감소해 있다. 다시 말해, 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 은 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 에 대해 기울어진 경사 노출면 (220) 을 갖고 있다. 내측패드 (14b) 가 방향 (Y) 으로 움직일 때 가압봉 (216) 과 경사면 (220) 이 서로에 대해 상대운동을 할 수 있도록, 가압봉 (216) 은 그의 전방단면에서 경사면 (220) 과 접촉한 상태로 유지된다. 이 실시예에서, 내측패드 (14b) 가 방향 (Y) 으로 디스크 로터 (11) 와 함께 드래그될 때 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 은 디스크 로터 (11) 와 가압봉 (216) 사이에서 쇄기로서 기능하게 되며, 이리 하여, 내측패드 (14b) 가 셀프-서보 효과를 제공하게 된다. 본 실시예에서, 가압봉 (216) 의 축선은 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 의 경사면 (220) 에 수직이다.
가압봉 (216) 과 내측패드 (14b) 사이에 원활한 상대운동이 이루어지도록, 가압봉 (216) 은 그의 끝면에 유지되는 다수의 볼 (222) 들을 갖고 있는데, 이들 볼 (222) 은 가압봉의 원주와 동심인 원을 따라 등간격으로 배열된다. 볼 (222) 들은 가압봉 (216) 의 끝면상에서 부분적으로 노출되며 또한 경사면 (220) 과 접촉한 상태에서 구름운동을 할 수 있다. 볼 (222) 대신에 롤러들을 사용할 수도 있다. 따라서, 볼 (222) 은 내측패드 (14b) 와 가압봉 (216) 사이의 마찰저항을 줄이기 위해 "224" 로 표시된 바와 같은 스러스트(thrust) 베어링 - 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 과 가압봉 (216) 사이에 배치됨 - 으로서 기능하게 된다. 본 실시예에서, 상기 스러스트 베어링 (224) 은 내측패드 (14b) 와 가압봉 (216) 의 끝면 사이의 마찰저항을 줄여주는 수단이 된다. 이러한 마찰저항감소 수단은 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 의 경사면 (220) 과 접촉하는 적어도 가압봉 (216) 의 끝부분에 적절한 재료를 사용함으로써 얻을 수도 있다. 이러한 재료는 지지판 (20) 에 사용되는 금속보다 높은 내마모성과 내부식성을 가져야 하며 또한 경사면 (220) 에 대해 높은 활주성(slidability)을 가져야 한다. 예컨대, 이러한 재료로는, 실리콘 니트라이드, 실리콘 카바이드, 고내마모성 세라믹, 자기윤활 폴리아미드 수지, 또한 자기윤활성이 있으면서 높은 내모성을 가지며 가압봉 (216) 의 내부식성을 개선시키는데 적합한 플루오로 수지가 있다.
본 실시예에서, 볼 (222) 들은 금속재보다 높은 열절연성을 갖는 재료, 예컨대 실리콘 니트라이드, 실리콘 카바이드 및 비교적 높은 열절연성을 갖는 세라믹과 같은 재료로 만들어진다. 초음파 모터 (212) 와 내측패드 (14b) 사이에 배치되는 상기와 같은 열절연성 재료로 된 볼 (222) 들은, 내측패드 (14b) 와 디스크 로터 (11) 사이의 마찰에 기인하여 발생한 열이 동력전달경로를 통해 초음파 모터 (212) 에 전달되는 것을 최대한 억제하는데 효과적이며, 이렇게 해서 초음파 모터 (212) 의 온도가 상승되는 것을 막을 수 있다. 이렇게 해서, 높은 열절연성을 갖는 볼 (222) 들은 초음파 모터 (212) 의 온도상승을 억제하는 수단으로서, 또한 내측패드 (14b) 로부터 초음파 모터 (212) 로의 열전달을 제한하는 수단으로서 기능하게 된다. 이와 같은 온도상승 억제수단 및 열전달 제한수단은, 금속재보다 높은 열절연성을 갖는 재료로 가압봉 (216) 을 만듦으로써 얻을 수도 있다.
본 제동 시스템의 작용을 이하 설명한다.
운전자에 의해 브레이크 페달 (104) 이 조작되어 초음파 모터 (212) 가 여자화되면, 가압봉 (216) 은 그의 후퇴위치로부터 전진위치로 움직여, 내측패드 (14b) 는 디스크 로터 (11) 에 가압되게 된다. 그 결과, 내측패드 (14b) 와 디스크 로터 (11) 사이에 마찰력이 발생하게 된다. 이와 동시에, 외측패드 (14a) 는 디스크 로터 (11) 에 가압되어 외측패드 (14a) 와 디스크 로터 (11) 사이에 마찰력이 발생하게 된다. 이렇게 해서, 자동차 바퀴가 디스크 브레이크 (150) 에 의해 제동되게 된다.
내측패드 (14b) 의 마찰력이 스프링 (184) 의 설정된 힘으로 결정되는 한계값보다 크지 않으면, 내측패드 (14b) 가 디스크 로터 (11) 와의 드래그 운동으로 인해 방향 (Y) 으로 움직이는 것이 스프링 (184) 에 의해 방지되어, 내측패드 (14b) 의 셀프-서보 효과는 일어나지 않게 된다. 그러므로, 자동차 바퀴는 초음파 모터 (212) 에 의해 발생된 구동력에 의해서만 제동되며, 예컨대 브레이크 페달 (104) 에 작용하는 비교적 작은 양의 누름력으로 브레이크 페달 (104) 이 눌려진 바로 직후 또는 디스크 브레이크 (150) 가 작용하는 초기 기간 동안에 내측패드 (14b) 의 마찰력은 비교적 작게 된다.
브레이크 페달 (104) 에 작용하는 누름력이 증가하여 내측패드 (14b) 의 마찰력이 한계값보다 커지게 되면, 마찰력은 스프링 (184) 의 편향력을 극복하게 되며, 이리 하여, 내측패드 (14b) 는 가동부재 (186) 와 함께 스프링 (184) 의 편향력에 저항하면서 움직이게 된다. 그 결과, 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 과 가압봉 (216) 사이에 작용하는 힘은 경사면 (220) 을 갖는 지지판 (20) 의 쇄기작용에 의해 증가하게 되며, 이리 하여, 내측패드 (14b) 는 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 증가된 힘으로 로터 (11) 상에 가압되게 된다.
다시 말하면, 원하는 자동차 감속도, 예컨대 0.3 ∼ 0.6G 을 얻기에 충분한 누름력으로 브레이크 페달 (104) 이 밟혀져 내측패드 (14b) 에 작용하는 마찰력이 비교적 크게 될 때, 내측패드 (14b) 는 디스크 로터 (11) 와 가압봉 (216) 사이에서 쇄기로 작용하여, 초음파 모터 (212) 의 구동력에 근거한 제동력을 부스팅하는 셀프-서보 효과를 제공하게 된다.
디스크 로터 (11) 에 내측패드 (14b) 에 가압되는 힘이 내측패드 (14b) 의 셀프-서보 효과으로 인해 증가되면, 축방향으로 가압봉 (216) 에 작용하는 힘도 따라서 커지게 되어, 초음파 모터 (212) 의 회전축 (218) 의 토오크도 이에 따라 커지게 된다. 이와 같은 사실에서, 볼스크류 기구 (214) 는 비교적 작은 역효율을 갖도록 설치되며, 초음파 모터 (212) 는 비교적 큰 토오크 유지 능력을 갖도록 되어 있다.
마찰력이 더 증가하면서 내측패드 (14b) 가 방향 (Y) 으로 더 움직이게 되어 가동부재 (186) 의 스탑 (190) 이 장착 브라켓 (152) 에 접촉하게 되면, 스탑 (190) 에 의해 내측패드 (14b) 는 방향 (Y) 으로 더 이상 움직이지 못하게 되며, 이리 하여, 셀프-서보 효과의 증대가 억제된다. 스탑 (190) 에 의해 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 과 가압봉 (216) 사이에 과도한 힘이 발생하는 것이 방지된다. 상기 과도한 힘이 발생하게 되면, 지지판 (20) 에 부분적인 영구변형이 일어나게 되며, 또한 브레이크 페달 (104) 이 해제되어 가압봉 (216) 이 전진위치 즉 작동위치로부터 비작동 위치로 복귀할 때 내측패드 (14b) 는 규정된 비작동 위치로 복귀하지 못해 영구적인 드래깅을 받게 된다.
제 3 실시예에서, 내측패드 (14b) 는 디스크 로터 (11) 와의 마찰접촉으로 방향 (Y) 으로 움직일 수 있도록 장착 브라켓 (152) 에 의해 지지된다. 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 에는 경사면 (220) 이 제공되어 있어 내측패드 (14b) 는 쇄기로서 기능하게 된다. 이렇게 해서, 지지판 (20) 에서 경사면 (220) 을 갖는 내측패드 (14b) 는 셀프-서보 기구로서 역할을 하게 된다.
또한 제 3 실시예에서는, 디스크 브레이크 (150) 가 비작동 위치에 있을 때 내측패드 (14b) 의 전방단면 (170) 과 장착 브라켓 (152) 의 반대 표면 사이의 전방틈은 후방단면 (172) 과 장착 브라켓 (152) 의 반대 표면 사이의 후방틈 보다 크다. 상기 후방틈의 크기는 내측패드 (14b) 가 디스크 로터 (11) 의 축방향으로 장착 브라켓 (152) 에 대해 상대적인 미끄럼 운동을 할 수 있기에 충분하도록 결정된다. 다시 말해, 내측패드 (14b) 가 디스크 로터 (11) 와의 마찰접촉으로 인해 디스크 로터 (11) 와 함께 드래그될 수 있도록, 상기 전방틈의 크기는 후방틈 보다 크게 설정된다. 이렇게 해서, 전방틈은 가동부재 (190) 와 스프링 (184) 과 함께, 내측패드 (14b) 가 디스크 로터 (11) 와 함께 드래그될 수 있도록 해주는 기구를 구성하게 된다. 또한, 스프링 (184) 은, 내측패드 (14b) 와 디스크 로터 (11) 사이의 마찰력이 규정된 한계값 보다 작을 때 셀프-서보 기구가 셀프-서보 효과를 제공하는 것을 막는 탄성수단으로서 기능하게 된다. 또한, 상기 스탑 (190) 은 셀프-서보 기구가 과도한 셀프-서보 효과를 제공하는 것을 방지하는 기구로서 역할을 하게 된다.
제 3 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 충분한 바퀴 제동력을 얻기 위해 초음파 모터 (212) 의 구동력을 부스팅하기 위한 셀프-서보 기구는 제동작용의 전 기간에 걸쳐 제공되지는 않지만, 내측패드 (14b) 와 디스크 로터 (11) 사이의 마찰력이 규정된 한계값을 초과한 후 또는 제동작용의 초기에만 제공된다.내측패드 (14b) 와 디스크 로터 (11) 사이의 마찰력이 비교적 작을 때 셀프-서보 기구가 작동을 하면, 바퀴 제동력이 불안정하게 되는 경향이 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 바퀴 제동력이 셀프-서보 효과에 기인해 불안정하게 되지 않으면서, 필요에 따라서는 바퀴 제동력을 충분히 증대시킬 수 있다. 본 실시예에서는, 셀프-서보 기구의 단점을 실질적으로 없애면서 그의 이점을 살리고 있는 것이다.
다음, 제 3 실시예와 여러 면에서 유사한 제 4 실시예에 대해 설명한다. 제 3 실시예에서와 동일한 참조부호는 제 4 실시예에서도 동일한 작용을 갖는 구성요소를 나타낸다.
제 4 실시예에 따른 디스크 브레이크 (230) 는 도 13 에 도시되어 있다. 이 디스크 브레이크 (230) 의 특징적 사항은, 초음파 모터 (212) 를 냉각시켜 이 초음파 모터 (212) 의 온도상승을 억제하기 위한 냉각장치 (232) 가 제공되어 있다는 것이다. 초음파 모터 (212) 의 온도상승의 원인으로는, 마찰패드 (14a, 14b) 와 디스크 로터 (11) 사이의 마찰 때문에 발생하는 열과 모터 (212) 의 코일에서 발생하는 열이 있다. 그러므로, 단지 모터 (212) 로의 마찰열의 전달을 막는 것만으로는 모터 (212) 의 온도상승을 충분히 억제할 수 없게 된다. 본 실시예는 이러한 점을 감안한 것이다.
상기 냉각장치 (232) 는 초음파 모터 (212) 의 하우징을 둘러싸는 물재킷 (234) 이 제공된 수냉형이다. 물재킷 (234) 에는 통로 시스템 (236) 이 있는데, 이 시스템을 통하여 물 또는 다른 적절한 액체가 펌프 모터 (240) 로 구동되는 펌프 (238) 에 의해 순환되게 된다. 펌프 (238) 는 용기 (242) 에 연결되어 있다. 펌프 모터 (240) 는 펌프 (238) 를 적절히 켜고 끌 수 있도록 제어기 (100) 에 연결되어 있다. 냉각장치 (232) 는 도 14 에 도시되어 있는데, 물재킷 (234) 은 확대 도시되어 있다. 제 4 실시예에서, 냉각장치 (232) 는 온도상승 억제수단으로서 기능한다.
제 4 실시예에서, 초음파 모터 (212) 는 이 모터 (212) 의 온도상승을 효과적으로 억제하기 위해 냉각장치 (232) 에 의해 냉각되므로, 온도상승으로 일어날 수 있는 모터 (212) 의 이상을 피할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 수냉형 냉각장치 (232) 대신에, 초음파 모터 (212) 를 향해 공기를 송풍하는 냉각팬과 이 냉각팬을 구동시키기 위한 전기모터를 구비한 공냉식 냉각장치도 사용할 수 있다. 이러한 공냉식 냉각장치는 디스크 브레이크 (230) 의 비교적 넓은 면적을 냉각시킬 수 있도록 용이하게 설계할 수 있으며, 또한 초음파 모터 (212) 뿐만 아니라, 디스크 브레이크 (230) 의 작동시 열을 발생시키는 마찰패드 (14a, 14b) 및 디스크 로터 (11) 도 바람직하게 냉각시킬 수 있도록 설계할 수 있다.
도 15 를 참고하여, 제 4 실시예와 유사한 제 5 실시예를 설명하도록 한다. 제 4 실시예에서와 동일한 참조부호를 도 15 에서도 사용하였고, 제 4 실시예와 제 5 실시예간의 상이점에 대해서만 구체적으로 설명하도록 한다.
제 4 실시예에서는, 디스크 로터 (11) 를 제동하기 위한 초음파 모터 (212) 는 전기모터 (240) 를 사용하는 냉각장치 (232) 에 의해 냉각된다. 제 5 실시예에서는, 초음파 모터 (212) 를 냉각하는 냉각장치 (252) 는 구동원으로서 상기 초음파 모터 (212) 를 사용한다. 보다 구체적으로 설명하면, 초음파 모터 (212) 는 동력전달 제어장치 (250) 를 통해 마찰패드 (14a, 14b) 와 냉각장치 (252) 에 선택적으로 연결되어 있다. 이 냉각장치 (252) 는 초음파 모터 (212) 를 향해 액체 또는 가스를 보내기 위한 펌프 또는 팬을 갖고 있으며, 이 펌프는 동력전달 제어장치 (250) 를 통해 초음파 모터 (212) 에 의해 구동된다. 동력전달 제어장치 (250) 는, 디스크 브레이크 (130) 가 디스크 로터 (11) 를 제동시키기 위해 작동해야 될 때 초음파 모터 (212) 의 구동력을 마찰패드 (14a, 14b) 에 전달하게 되며, 또한 디스크 브레이크 (130) 의 작동이 필요하지 않는 기간중 적어도 일부 동안에 상기 구동력을 냉각장치 (252) 에 전달하게 된다.
일반적으로, 브레이크 페달은 오랫동안 계속해서 눌려지지는 않지만, 간헐적으로 발생하는 누름작용으로 눌려지고 해제되는 것이 교대로 이루어지게 된다. 브레이크 페달 (104) 이 눌려져 있는 동안에 초음파 모터 (212) 의 온도는 상승하게 되며, 이 초음파 모터 (212) 의 구동력은 브레이크 페달 (104) 이 해제되어 있는 동안에 다른 목적으로 사용될 수 있다. 그러므로, 초음파 모터 (212) 를 제어하여, 브레이크 페달 (104) 이 눌려져 있을 때만 바퀴를 제동시키고, 또한 간헐적으로 일어나는 제동시에는 초음파 모터 (212) 의 온도상승을 효과적으로 억제하기 위해 초음파 모터 (212) 를 냉각하는 작용을 하도록 할 수 있다.
상기한 사항에 비추어, 동력전달 제어장치 (250) 는 브레이크 페달 (104) 이 눌려져 있을 때는 (누름력 센서 (102) 의 출력신호가 브레이크 페달 (104) 의 눌려짐을 나타낼 때) 초음파 모터 (212) 의 구동력을 마찰패드 (14a, 14b) 전달하게 되며, 또한 브레이크 페달 (104) 이 눌려져 있지 않을 때는 (누름력 센서 (102) 의 출력신호가 브레이크 페달 (104) 의 눌려짐을 나타내지 않을 때) 상기 구동력을 냉각장치 (252) 에 전달하게 된다. 제 5 실시예에서, 초음파 모터 (212), 동력전달 제어장치 (250) 및 냉각장치 (252) 는 함께 온도상승 억제수단을 구성을 하게 된다.
도 13 - 15 의 제 4, 5 실시예에 제공되어 있으며 구동원으로서 모터를 사용하는 냉각장치는 셀프-서보 기구를 갖지 않는 디스크 브레이크를 냉각하는데 사용할 수도 있다.
전술한 모든 실시예에서, 마찰패드의 마찰력을 이 마찰패드를 통해 디스크 로터에 작용하는 가압력으로 변환시키는 마찰패드의 셀프-서보 작용은 동력전달 시스템 - 이 시스템을 통해 초음파 모터의 구동력이 마찰패드에 전달됨 - 에서 일어난다. 한편, 디스크 로터 (11) 와 함께 하는 마찰패드의 드래깅은 마찰력이 작용하는 지점에서 제어된다 (허용 또는 억제된다). 따라서, 셀프-서보 작용과 마찰패드의 드래깅에 대한 제어는 디스크 브레이크내의 다른 지점에서 일어나게 된다. 이러한 구성으로, 셀프-서보 효과를 얻을 수 있으면서 또한 마찰패드의 드래깅을 허용 및 억제할 수 있고, 셀프-서보 작용과 드래깅 제어가 한 지점에서 일어나는 구성보다 더욱 간단하고 신뢰성이 있는 기구를 얻을 수 있다.
도 16 - 18 을 참고로 본 발명의 제 6, 7 및 8 실시예를 설명한다. 이들 실시예는 제 3 실시예와 유사하다.
제 3 실시예에서, 제동력 센서 (110) 는 장착 브라켓 (152) 이 내측패드 (14b) 로부터 받는 힘을 제동력으로서 검출하게 된다. 도 16 의 제 6 실시예에서는, 제동력 센서 (260) 는 가압봉 (216) 의 다른 두 부위들 사이에 배치되어, 가압봉 (216) 이 내측패드 (14b) 로부터 받는 힘을 검출하게 된다. 이 힘은 디스크 로터 (11) 를 제동하는 제동력과 관련이 있다. 도 17 의 제 7 실시예에서, 제동력 센서 (262) 는 캘리퍼 (202) 와 그리고 가압봉 (216) 으로부터 먼쪽에 있는 초음파 모터 (212) 의 후방부 사이에 배치된다. 이 센서 (262) 는 초음파 모터 (212) 가 가압봉 (216) 을 통해 내측패드 (14b) 로부터 받는 힘을 검출하게 된다.이 힘도 제동력과 관련이 있다. 도 18 의 제 8 실시예에서, 제동력 센서 (264) 는 가압봉 (216) 의 전방단부에 제공된다. 센서 (264) 는 일반적으로 일부분이 구형으로 되어 있는 볼록표면을 갖고 있는데, 이 표면은 내측패드 (14b) 의 지지판 (20) 의 뒷 경사면 (220) 과 접촉하게 된다. 센서 (264) 는 가압봉 (216) 이 내측패드 (14b) 로부터 받는 힘을 검출하게 된다. 이 힘도 제동력과 관련이 있다.
도 15 의 실시예에서, 디스크 로터 (11) 를 제동하기 위한 초음파 모터 (212) 는 그의 작동성능의 개선을 위해 효과적으로 냉각되며, 도 13, 14 의 제 4 실시예에서 사용되는 모터 (240) 는 생략할 수 있어, 디스크 브레이크 (230) 의 제작비를 줄일 수 있게 된다.
도 19 - 33 을 참조로 하여, 4륜 자동차에 사용되는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템에 대해 설명한다. 본 제동 시스템은 자동차의 네 바퀴를 각각 제동시키기 위해 네개의 모터구동식 디스크 브레이크를 갖고 있다. 도 19 에서, 이들 네개의 모터구동식 디스크 브레이크들중 하나만 참조번호 "310" 으로 도시되어 있다.
상시 모터 구동식 디스크 브레이크 (310) 는 제동될 바퀴와 함께 회전하게 되는 회전부재로서 기능하는 디스크 로터 (312) 를 갖고 있다. 이 디스크 로터 (312) 는 서로 대향하는 마찰면 (314) 들을 갖고 있으며, 디스크 브레이크 (310) 는 디스크 로터 (312) 의 각 마찰면 (314) 의 맞은 편에 위치한 한 쌍의 마찰패드 (320a, 320b) 을 갖고 있다. 각 마찰패드 (320) 는 마찰부재 (322) 와 지지판 (324) 를 갖고 있으며, 이 지지판은 상기 마찰부재 (322) 의 뒷면에 고정되며 또한 강재로 만들어진다.
디스크 브레이크 (310) 는 패드지지기구 (326), 셀프-서보 기구 (327) 및 패드가압기구 (328) 를 갖고 있다.
먼저, 패드지지기구 (326) 에 대해 설명한다.
도 20 에서 보는 바와 같이, 디스크 브레이크 (310) 에는 장착 브라켓 (330) 이 제공되어 있으며, 이 브라켓은 디스크 로터 (312) 의 주변 위로 뻗어 차체에 고정되어 있다. 장착 브라켓 (330) 은 (a) 디스크 로터 (312) 의 대향 측면에 위치하며 마찰패드 (320) 가 마찰면 (314) 과 교차하는 방향으로 움직일 수 있도록 각각의 마찰패드 (320a, 320b) 를 지지하는 부위와, (b) 베어링 부재로서 기능하는 부위로서, 마찰패드 (320) 와 디스크 로터 (312) 의 마찰면 (314) 간의 마찰접촉으로 인해 발생하는 마찰력을 받게 되는 부위를 갖고 있다. 도 20 에서, "X" 는 자동차의 전진주행시 디스크 로터 (312) 의 회전방향을 나타내며, "Y" 는 각각의 마찰패드 (320) 가 마찰면 (314) 에 대해 상대운동하는 방향을 나타낸다. 도 20 에서 보았을 때 장착 브라켓 (330) 의 상부가 자동차의 전면에 위치하고, 도 20 에서 보았을 때 장착 브라켓 (330) 의 우측부 및 좌측부가 자동차의 횡방향에서 보았을 때 자동차의 외측 및 내측에 위치하도록, 상기 장착 브라켓 (330) 이 차체에 고정된다. 그러므로, 자동차의 우측에 있는 마찰패드 (320a) 는 외측패드가 되고, 자동차의 좌측에 있는 마찰패드 (320b) 는 내측패드가 된다.
다음, 셀프-서보 기구 (327) 에 대해 설명한다.
셀프-서보 기구 (327) 는, 셀프-서보 효과를 제공하는 쇄기의 기능을 내측패드 (320b) 가 할 수 있도록 해준다. 이러한 목적으로, 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와의 마찰접촉으로 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그될 수 있도록, 상기 내측패드 (320b) 가 장착 브라켓 (330) 에 의해 지지된다. 이러한 방식으로 내측패드 (320b) 를 지지하는 장착 브라켓 (330) 의 구조는 도 10-12 의 제 3 실시예와 유사하다. 도 20 에서, "Z" 는 자동차의 전진주행시 내측패드 (320b)가 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그되는 방향을 나타낸다. 내측패드 (320b) 는 쇄기형으로 되어 있으며, 마찰부재 (322) 의 두께는 드래그 방향 "Z" 으로, 즉 자동차의 후방으로부터 전방으로 연속적으로 감소되어 있다. 이리 하여, 내측패드 (320b) 의 마찰부재 (322) 는, 지지판 (324) 의 대향면에 대해 기울어져 있으며 또한 디스크 로터 (312) 의 마찰면 (314) 과 대향하는 경사면 (334) 를 갖게 된다. 경사면 (334) 은 마찰면 (314) 과 접촉하고, 마찰부재 (322) 로부터 먼쪽에 있는 지지판 (324) 의 뒷면은 마찰면 (314) 에 대해 기울어져 있다. 이렇게 해서, 지지판 (324) 은 마찰면 (314) 에 대해 기울어지게 된다. 가압봉 (이에 대해서는 후술함) 의 축선이 지지판 (324) 의 뒷면에 수직이 되도록 상기 가압봉이 지지판 (324) 과 결합할 수 있도록 하기 위해, 장착 브라켓 (330) 의 기준선 (L1) 이 디스크 로터 (312) 의 회전축선 (L2) 에 대해 기울어지도록 상기 장착 브라켓 (330) 이 차체에 고정되며, 이로써 도 20 에서 보았을 때 장착 브라켓 (330) 의 좌측부는 자동차의 전방부를 향해 변위되어 있다. 상기 기준선 (L1) 은 마찰패드 (320a, 320b) 의 중심을 통과는 직선이며 또한 패드 (320) 가 움직이는 방향 (Y) 과 평행하다. 또한, 기준선 (L1) 은 마찰패드 (320) 의 지지판 (324) 과 결합할 수 있는 캘리퍼 (336) 가 장착 브라켓 (330) 에 대해 상대적인 미끄럼운동을 하는 방향과도 평행하다. 상기 캘리퍼 (336) 는 장착 브라켓에 핀을 통해 미끄럼운동이 가능하게 부착된다.
외측패드 (320a) 는 셀프-서보 효과를 제공하지 않는다. 따라서, 외측패드 (320a) 는 쇄기형일 필요는 없다. 그러나, 외측패드 (320a) 도 캘리퍼 (336) 의 경사각을 따라 쇄기형으로 되어 있다. 이 캘리퍼의 운동방향은 장착 브라켓 (330) 의 기준선 (L1) 과 평행하며, 이 기준선은 디스크 로터 (312) 의 마찰면 (314) 에 대한 내측패드 (320b) 의 지지판 (324) 의 경사각 만큼 디스크 로터 (312) 의 회전축선 (L2) 에 대해 기울어져 있다. 내측패드 (320b) 의 마찰부재 (322) 와는 달리, 외측패드 (320a) 의 마찰부재 (322) 는, 내측패드 (320b) 의 드래그 방향 (Z) 으로 또는 디스크 로터 (312) 의 회전방향 (X) 으로 연속적으로 증가하는 두께를 갖는다. 외측패드 (320a) 의 쇄기형태로 인하여, 그의 마찰부재 (322) 는 디스크 로터 (312) 의 마찰면 (314) 의 전영역에 걸쳐 이 마찰면 (314) 과 틈새를 두지 않은 상태에서 접촉하게 된다.
전술한 바와 같이, 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와의 마찰접촉으로 인해 그와 함께 드래그될 수 있도록 다시 말해 함께 움직일 수 있도록 장착 브라켓 (330) 이 내측패드 (320b) 를 지지하게 된다. 그러나, 장착 브라켓 (330) 은 외측패드 (320a) 가 디스크 로터 (312) 와는 함께 움직이지 못하도록 외측패드 (320a) 를 지지한다.
제 3 실시예에서 처럼, 내측패드 (320b) 는 디스크 로터 (312) 와 항상 함께 움직이는 것은 아니다. 다시 말해, 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 움직이는 것이 내측패드 (320b) 에 작용하는 마찰력이 규정된 한계값을 초과하는 후에만 가능하도록 내측패드 (320b) 가 지지된다. 보다 구체적으로 말하면, 내측패드 (320b) 는 도 21 에서 보는 바와 같이 탄성제어기구 (340) 를 통해 장착 브라켓 (330) 에 결합된다. 이 탄성제어기구 (340) 는 내측패드 (320b) 로부터 힘을 받게 되는 탄성부재를 갖고 있다. 이 탄성부재는 그가 받은 힘이 규정된 한계값 보다 작을 때까지는 탄성변형을 하지 않기 때문에, 탄성부재에 작용하는 힘이 상기 한계값 보다 작을 때까지는, 내측패드 (320b) 는 드래그 방향 (Z) 으로 장착 브라켓 (330) 에 대해 상대운동을 하지 못하게 되는데, 즉 디스크 로터 (312) 와 함께 움직이지 못하게 된다. 상기 힘이 한계값을 초과하면, 탄성제어기구 (340) 의 탄성부재는 탄성변형이 되어, 내측패드 (320b) 가 장착 브라켓 (330) 에 대해 상대운동을 할 수 있게 되며 또한 디스크 로터 (312) 와 함께 움직일 수 있게 된다.
도 21 을 참고로 하여 상기 탄성제어기구 (340) 에 대해 구체적으로 설명한다. 이 기구 (340) 는 (a) 한 쌍의 아암을 갖는 U 형 탄성부재 (342) 와, (b) 상기 탄성부재 (342) 의 초기 탄성변형량을 변화시켜 탄성부재 (342) 에 작용하는 예하중(pre-load)을 조절하는 조절기구 (344) 를 갖고 있다. 상기 예하중은 상기 규정된 한계값과 같으며, 이 한계값 이상일 때 내측패드 (320b) 는 탄성부재 (342) 의 편향작용에 저항하면서 드래그 방향 (Z) 으로 움직일 수 있게 된다. 탄성부재 (342) 는 상기 한 쌍의 아암이 자동차의 측방으로 향하도록 배치된다. 이들 아암중 하는 장착 브라켓 (330) 에 고정되며 다른 아암은 내측패드 (320b) 에 고정된다. 상기 조절기구 (344) 는 드래그 방향 (Z) 과 실질적으로 평행하게 신장한 조절볼트를 가지며, 이 볼트는 탄성부재 (342) 의 두 아암이 서로를 향해 움직일 수 있지만 서로 멀어지는 방향으로는 움직이지 못하도록 상기 두 아암을 연결시켜 준다. 조절볼트를 이용하여 두 아암간의 거리를 조절할 수 있어, 탄성부재 (342) 에 작용하는 예하중을 조절할 수 있다.
상기 탄성제어기구 (340) 대신에, 도 22 에서 보는 바와 같이 다른 탄성제어기구 (350) 를 사용할 수도 있다. 이 탄성제어기구 (350) 는 (a) 서로 동축적으로 배치된 다수의 원추형 디스크 스프링으로 되어 있는 탄성기구 (352) 와, (b) 이 탄성기구 (352) 의 탄성력을 내측패드 (320b) 에 전달하는 전달기구 (354) 및, (c) 탄성기구 (352) 에 작용하는 예하중을 조절하는 조절기구 (356) 을 갖고 있다. 전달기구 (354) 는 한 쌍의 아암을 갖는 U 형 탄성부재이며, 이 탄성부재는 도 21 의 탄성제어기구 (340) 의 탄성부재 (342) 와 유사하다. 전달기구 (354) 의 U 형 탄성부재는 그의 아암이 자동차의 측방으로 향하도록 배치된다. 한 아암은 장착 브라켓 (330) 에 고정되며 다른 아암은 내측패드 (320b) 에 고정된다. 본 탄성제어기구 (350) 에서, 탄성기구 (352) 는 내측패드 (320b) 에 작용하는 탄성력을 발생시키기 위해 제공되며, 전달기구 (354) 는 이 탄성력을 내측패드 (320b) 에 전달하기 위해 제공된다. 따라서, 전달기구 (354) 는 도 21 의 U 형 탄성부재 (342) 에 비해 클 필요가 없다. 조절기구 (352) 는, 원추형 디스크 스프링의 초기 탄성변형량을 변화시켜 탄성기구 (352) 의 예하중을 조절하기 위해, 도 21 의 조절기구 (344) 의 것과 유사한 조절볼트를 갖고 있다.
제 9 실시예에서, 도 20 에서 보는 바와 같이, 내측패드 (320b) 의 마찰부재 (322) 의 두께는 회전방향 (X) 으로 연속적으로 감소하며, 내측패드 (320b) 의 지지판 (324) 의 두께는 회전방향 (X) 으로 일정하다. 따라서, 경사면 (344) 는 마찰부재 (322) 에 제공되어 있다. 그러나, 내측패드 (320b) 의 마찰부재 (322) 의 두께를 일정하게 만들고 지지판 (324) 의 두께는 회전방향 (X) 으로 연속적으로 감소하도록 하여 경사면이 지지판 (324) 에 제공되도록, 제 9 실시예를 수정할 수도 있다. 이러한 수정은 또한 외측패드 (320a) 에 대해서도 가능하다.
이 실시예에서, 디스크 브레이크 (310) 의 작용으로 얻어지는 자동차의 감속도가 약 0.5-0.6G 일 때, 내측패드 (320b) 의 마찰력의 규정된 한계값 또는 탄성제어기구 (340, 350) 의 예하중은 디스크 로터 (312) 와 내측패드 (320b) 사이에서 발생하는 마찰력과 같다. 브레이크 페달이 통상적인 방식으로 조작되면서 자동차의 감속도가 한계값인 약 0.5-0.6G 보다 작을 때, 탄성제어기구는 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그되는 것을 막음으로써 내측패드 (320b) 의 셀프-서보 효과를 억제하게 된다. 브레이크 페달을 비교적 큰 양으로 갑작스럽게 밟아 자동차의 감속도가 상기 한계값을 초과하면, 탄성제어기구는 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그될 수 있도록 해주며, 이로써 내측패드는 셀프-서보 효과를 제공하게 된다.
상기 설명으로 부터 알 수 있듯이, 탄성제어기구 (340, 350) 는, 내측패드 (320b) 가 정해진 조건하에서는, 즉 내측패드 (320b) 의 마찰력이 규정된 한계값 보다 작을 때는 셀프-서보 효과를 제공하지 못하도록 하는 기구를 구성하게 된다.
다음, 패드가압기구 (328) 에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, 디스크 브레이크 (310) 는 도 19, 20 에 도시된 바와 같은 캘리퍼 (336) 를 갖고 있다. 도 19 에서 보는 바와 같이, 캘리퍼 (336) 는 몸체부 (358) 및 이 몸체부 (358) 에 볼트로 결합된 브라켓 (360) 을 갖고 있다. 이 브라켓 (360) 은 후술할 초음파 모터를 지지하기 위해, 자동차의 측방에서 보았을 때 상기 몸체부 (358) 의 내측에 위치한다. 상기 캘리퍼 (336) 는 도 20 에서 보았을 때 자동차의 길이방향으로 뻗은 한 쌍의 아암 (361) 을 갖고 있으며, 이들 아암은 도 23 에서 보았을 때 몸체부 (358) 에 볼트로 결합되어 있다. 상기 한 쌍의 아암 (361) 은 도 23 에서 보는 바와 같이 브라켓 (360) 의 각 부위에 볼트로 결합되어 있다. 도 23 은 캘리퍼 (336) 를 도 20 에서 좌측에서 본 것이다. 도 23 에서, 몸체부 (358) 와 아암 (361) 은 실선으로 표시되어 있고, 브라켓 (360) 은 이점쇄선으로 표시되어 있다.
캘리퍼 (336) 는 볼트로 서로 결합되어 있는 개별적인 부재, 몸체부 (358), 브라켓 (360) 및 아암 (361) 로 구성되어 있으나, 단일체 구조로 할 수도 있다.
도 19 및 20 에서 보는 바와 같이, 캘리퍼 (336) 는 방향 (Y) - 마찰패드 (320) 가 장착 브라켓 (330) 에 의해 지지되면서 움직이는 방향 - 으로 미끄럼운동을 할 수 있도록 몸체부 (358) 에서 장착 브라켓 (330) 에 의해 지지된다. 두 아암 (361) 은 그들의 단부에서, 방향 (Y) 으로 뻗은 두 개의 핀 (362) 에 각각 연결되어 있다. 이들 두 핀 (362) 은 방향 (Y) 으로 슬라이딩이 가능하도록 장착 브라켓 (330) 과 결합한다. 따라서, 캘리퍼 (336) 는 몸체부 (358) 에서 두 핀 (362) 을 통해 장착 브라켓 (330) 에 슬라이딩이 가능하게 지지된다.
캘리퍼 (336) 의 몸체부 (358) 는 내측패드 (320b) 의 지지판 (324) 에 인접하여 배치된 가압부 (364) 와, 외측패드 (320a) 의 지지판 (324) 에 인접하여 배치된 반작용부 (366) 및, 디스크 로터 (312) 의 주변 위로 뻗어 상기 가압부 (364) 와 반작용부 (366) 를 연결시켜주는 연결부 (368) 로 되어 있다.
도 19 에서 보는 바와 같이, 가압봉 (370) 은 가압부 (364) 와 슬라이딩이 가능하게 결합하므로, 가압봉 (370) 의 전방단면은 지지판 (324) 과의 접촉을 위해 내측패드 (320b) 의 지지판 (324) 을 향하게 된다. 가압봉 (370) 의 뒷쪽에는, 초음파 모터 (372) 가 가압봉 (370) 과 동일 축선상에 배치되어 있다. 이 초음파 모터 (372) 는 캘리퍼 (336) 의 브라켓 (360) 에 고정된다. 가압봉 (370) 과 초음파 모터 (372) 는 그들의 축선이 방향 (Y) 과 평행하도록 배치된다. 또한, 가압봉 (370) 과 초음파 모터 (372) 는 작동상 볼스크류 기구 (374) 를 통해 서로 동측적으로 연결되어 있다. 도 20 에서 보는 바와 같이, 가압봉 (370) 과 초음파 모터 (372) 및 볼스크류 기구 (374) 의 공통 축선 (L3) 는 디스크 로터 (312) 의 회전방향 (X) 으로 장착 브라켓 (330) 의 기준선 (L1) 으로부터 이 기준선 (L1) 과 평행하게 적절한 거리만큼 편위되어 있다.
제 9 실시예에 대한 상기 설명으로 알 수 있듯이, 가압봉 (370) 이 내측패드 (320b) 의 지지판 (324) 과 접촉한 상태에서 경사면 (334) 과 마찰면 (314) 의 마찰접촉에 의해 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 움직일 수 있도록, 내측패드 (320b) 는 디스크 로터 (312) 와 가압봉 (370) 사이에 배치된다. 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 움직일 때, 내측패드 (320b) 는 쇄기로서 작용하게 되며, 또한 내측패드 (320b) 와 디스크 로터 (312) 사이에서 발생하는 마찰력은 축방향 힘으로 변환되게 되며, 이 축방향 힘은 반대방향으로 디스크 로터 (312) 와 가압봉 (370) 에 작용하여 가압봉 (370) 이 디스크 로터 (312) 로부터 멀어지게 된다. 따라서, 마찰패드 (320) 가 디스크 로터 (312) 의 대향 마찰면 (314) 에 가압되는 힘이 증가하며, 이리 하여, 내측패드 (320b) 와 디스크 로터 (312) 사이에 발생하는 마찰력이 증가하게 된다. 이렇게 해서, 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그 운동을 함으로써 셀프-서보 효과를 발생시키게 된다.
상기 초음파 모터 (372) 는 이동파형(travelling-wave type)이다. 이 모터 (372) 의 작동원리는 당 기술분야에서 잘 알려져 있으므로, 모터 (372) 에 대해서는 간단히만 설명한다.
상기 모터 (372) 는, 도 19 에서 보는 바와 같이, 고정자 (382) 및 하우징 (380) 안에서 동축적으로 배치되는 회전자 (384) 를 갖고 있다. 작동시, 고정자 (382) 는 초음파 진동을 받으면 표면파를 발생시키게 되며, 회전자 (384) 는 고정자 (382) 와 회전자 (384) 사이에 작용하는 마찰력으로 회전하게 된다.
고정자 (382) 는 탄성몸체 (390) 와 압전체 (392) 로 되어 있으며, 이들 모두는 고리 모양이다. 탄성몸체 (390) 와 압전체 (392) 는 서로 겹쳐진 상태에서 결합되어 있다. 압전체 (392) 의 대향하는 두 면들중 하나에는, 도 24 에서 보는 바와 같이, 두개의 원호형 전극열 (392a, 392b) 이 형성되어 있어, 두 전극열 (392a, 392b) 은 90°의 위상차를 갖게 된다. 각 전극열 (392) 은 다수의 홑전극, 예컨대 9개의 홑전극으로 구성되어 있으며, 극성의 방향은 전극열의 원호방향으로 교대로 바뀌게 된다. 두개의 원호형 전극열 (392a, 392b) 은 각 전극열 (392) 의 대향 단부들에 인접한 두 영역에 의해 서로 떨어져 있다. 이들 두 영역중 하나에는 전극 (392c) 이 제공되어 있는데, 이 전극의 기능에 대해서는 후술하도록 한다. 압전체 (392) 의 다른 면에는 두개의 공통 전극 (392d, 392e) 이 형성되어 있으며, 이들 전극은 전극열 (392a, 392b) 에 각각 연결되어 있다. 즉, 공통 전극 (392d) 은 전극열 (392a) 의 모든 홑전극과 연결되어 있으며, 공통 전극 (392e) 은 전극열 (392b) 의 모든 홑전극과 연결되어 있다.
회전자 (384) 는 가압접촉자 기구 (394) 에 의해 고정자 (382) 상에 가압되므로, 그들 사이에는 적절한 크기의 마찰력이 발생하게 된다. 회전자 (384) 는 고정자 (382) 와의 마찰접촉을 위해 그에 부착된 마찰부재를 갖고 있어, 고정자 (382) 에 의해 발생된 이동파 진동이 회전자 (384) 에 전달되어 이 회전자 (384) 가 회전하게 된다. 압전체 (392) 가 가압접촉자 기구 (394) 에 의한 전압인가를 받지 못해 비여자화 상태(de-energized state) 또는 오프(off) 상태에 있을 때에도, 고정자 (382) 와 회전자 (384) 사이에는 어느 정도의 마찰력이 존재하게 된다. 이 마찰력을 바탕으로 모터 (372) 는 홀딩(holding) 토오크를 발생키게 된다. 본 실시예에서, 가압접촉자 기구 (394) 는 원리적으로 원추형 디스크 스프링 (396) 으로 구성되어 있다. 그러나, 이러한 원추형 디스크 스프링 (396) 대신에 코일 스프링을 사용할 수도 있다.
초음파 모터 (372) 에는 회전자 (384) 의 회전위치 또는 각위치를 검출하기 위한 인코더 (398) 형태의 회전위치 센서가 제공되어 있다.
상기 볼스크류 기구 (374) 는 외부 나사부재(나사축)(400) 와 내부 나사부재 (너트)(402) 및 다수의 볼을 갖고 있으며, 이들 볼을 통해 외부 나사부재 (400) 및 내부 나사부재 (402) 가 서로 결합한다. 외부 나사부재 (400) 는 회전하지는 못하지만 축선방향으로 움직일 수 있도록, 또한 내부 나사부재 (402) 는 회전은 가능하지만 축선방향으로는 움직이지 못하도록, 이들 나사부재 (400, 402) 가 하우징 (380) 에 지지된다. 상세히 설명하면, 외부 나사부재 (400) 는 하우징 (380) 에 스플라인되어 있는 스플라인부 (404) 를 갖고 있어 나사부재 (400) 는 하우징 (380) 에 대해 회전할 수 없으며, 내부 나사부재 (402) 는 레이디얼 베어링 (410) 과 스러스트 베어링 (412) 를 통해 하우징 (380) 에 부착되어 있으므로 나사부재 (402) 는 하우징 (380) 에 대해 회전이 가능하게 된다. 스탑 (414) 이 제공되어 있어, 내부 나사부재 (402) 는 하우징 (380) 에 대해 축선방향 운동을 하지 못하게 된다. 이 내부 나사부재 (402) 에는 회전자 (384) 와 가압접촉자 기구 (394) 가 부착되어 있어, 회전자 (384) 와 기구 (394) 는 하우징 (380) 에 대해 회전할 수 없다. 이러한 구성으로, 회전자 (384) 의 전진회전으로 인해 내부 나사부재 (402) 가 전진회전을 하게 되면 도 19 에서 보는 바와 같이 외부 나사부재 (400) 는 우측으로 움직이게 되어, 가압봉 (370) 이 앞으로 밀리게 되고 이에 따라 마찰패드 (320) 가 디스크 로터 (312) 쪽으로 밀려 이동하게 된다. 반대로, 회전자 (384) 의 역회전으로 인해 내부 나사부재 (402) 가 역회전하게 되면 외부 나사부재 (400) 도 19 에서 보는 바와 같이 좌측으로 움직이게 되어, 가압봉 (370) 이 후퇴하고 이에 따라 마찰패드 (320) 는 디스크 로터 (312) 로부터 떨어져 물러나게 된다.
외부 나사부재 (400) 의 끝면에는 그에 동심을 이루어 부착된 하중센서 (420) 가 제공되어 있다. 외부 나사부재 (400) 는 하중센서 (420) 를 통해 가압봉 (370) 의 뒷면과 접촉하도록 되어 있어, 내측패드 (320b) 가 볼스크류 기구 (374) 를 통해 모터 (372) 에 가압되는 힘을 하중센서 (420) 의 출력신호에 근거하여 검출할 수 있다.
도 26 에는, 본 발명의 전기작동식 제동 시스템의 전기제어 시스템이 도시되어 있다. 이 제어 시스템은 일차 브레이크 제어기 (430) 을 갖고 있으며, 이 제어기는 내측패드 (320b) 가 초음파 모터 (372) 에 의해 가압되는 힘을 조절하기 위해 모터구동식 디스크 브레이크 (310), 구체적으로 말해, 상기 모터 (372) 를 제어하게 된다. 상기 힘을 "내측패드 (320b) 의 가압력" 이라 부른다. 상기 제어기 (430) 는 원리적으로 CPU, ROM 및 RAM 을 구비한 컴퓨터로 구성된다.
상기 일차 제어기 (430) 는 그의 입력 인터페이스에서 가압명령 제어기 (432) 에 연결되어 있으며, 이 가압명령 제어기 역시 원리적으로 컴퓨터로 되어 있다. 가압명령 제어기 (432) 는 작동정보 센서 (434), 자동차 상태 센서 (436) 및 바퀴상태 센서 (438) 에 연결되어 있다.
상기 작동정보 센서 (434) 는 스티어링휠의 스티어링각도, 브레이크 조작부재의 작동상태 (조작력 및/또는 조작량) 및 가속페달의 조작상태 (조작력 및/또는 조작량) 와 같은 운전자에 의한 자동차의 작동에 관한 정보를 얻도록 되어 있다. 본 제동 시스템은 운전자가 밟게 될 브레이크 조작부재로서 브레이크 페달 (도시 안됨) 및 브레이크 페달의 작동상태에 대응하는 브레이크 조작력을 발생시키는 장치를 포함한다. 작동정보 센서 (434) 는 브레이크 조작부재의 작동상태로서 브레이크 조작력을 검출하는 센서를 하나 이상 갖고 있다. 자동차 상태 센서 (436) 는 주행속도, 차체의 측방 및 길이방향 가속도 및 차체의 요오(yaw) 비율 및 슬립각과 같은 자동차의 상태에 관련된 정보를 얻도록 되어 있다. 바퀴상태 센서 (438) 는 바퀴의 회전속도, 가속도 및 슬립율과 같은 각 자동차 바퀴의 상태에 관련된 정보를 얻도록 되어 있다.
가압명령 제어기 (432) 는 네개의 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 들중 하나 이상을 제어하기 위한 다양한 명령을 일차 브레이크 제어기 (430) 에 전함으로써, "제동력 분포 제어", "안티-록 압력제어", "트랙션 제어", "자동차 안정성 제어" 및 "급제동 제어" 와 같은 다양한 제어를 행하게 된다.
"제동력 분포 제어" 에서, 각 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 의 가압력을 제어함으로써, 뒷바퀴에 대한 제동력에 대해 앞바퀴에 대한 제동력의 최적 분포를 얻을 수 있으며, 또한 브레이크 조작력에 대응하는 자동차의 감속도를 얻을 수 있고, 그리고 앞바퀴의 록킹(locking)이 일어나기 전에 뒷바퀴에 록킹이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 브레이크 제동력은 작동정보 센서 (434) (예컨대, 브레이크 페달 누름력 센서) 에 의해 검출된다. "안티-록 압력제어" 는 바퀴에 록킹이 일어나는 것이 검출되면 개시된다. 안티-록 압력제어에서, 바퀴의 록킹 경향이 증가하는 것을 막기 위해, 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 의 가압력을 제어한다. 각 바퀴의 록킹 경향은 바퀴상태 센서 (438) (예컨대, 바퀴속도 센서) 의 출력신호에 근거해 검출된다. "트랙션 제어" 는 구동바퀴의 스피닝 경향이 자동차의 출발 또는 가속시 검출될 때 개시된다. 트랙션 제어에서, 바퀴의 스피닝 경향이 증가하는 것을 막기 위해, 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 의 가압력을 제어한다. 각 바퀴의 스피닝 경향도 바퀴상태 센서 (438) (예컨대, 바퀴속도 센서) 의 출력신호에 근거해 검출된다. "자동차 안정성 제어" 는 자동차의 언더스티어링 경향 또는 오버스티어링 경향이 검출되면 개시된다. 자동차 안정성 제어에서, 좌우측 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 중 하나 이상의 가압력을 제어하여 좌우측 바퀴에 작용하는 제동력의 차이를 조절하게 되며, 이로써 언더스티어링 경향 또는 오버스티어링 경향의 증가를 방지하게 된다. 언더스티어링 경향 또는 오버스티어링 경향은 바퀴상태 센서 (436) 에 의해 검출된다. "급제동 제어" 는 자동차에 급제동에 가해질 때 개시된다. 급제동 제어시, 브레이크 조작력의 부족에 상응하는 바퀴제동력의 부족을 보상하기 위해, 각 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 의 가압력을 제어하게 된다. 급제동 작용은, 작동정보 센서 (434) 의 출력신호에 근거하여, 정확히 말하면, 브레이크 조작부재의 조작량을 검출하는 센서의 출력신호에 근거하여 검출된다. 즉, 급제동 작용은 조작량의 증가율이 설정된 상한치 보다 크게 될 때 검출되며, 보통의 브레이크 작용시에는 상기 상한치에는 이르지 않는다.
일차 브레이크 제어기 (430) 도 그의 입력 인터페이스에서 브레이크 스위치 (440) 와 점화 스위치 (442) 에 연결되어 있다.
브레이크 스위치 (440) 는 브레이크 조작부재인 브레이크 페달의 작동을 검출하기 위한 센서이다. 브레이크 스위치 (440) 는 브레이크 페달이 밟혀져 있을 때 온(ON) 되고, 브레이크 페달이 작동하지 않을 때는 오프(OFF)된다. 변환 스위치 (442) 는 자동차 엔진의 시동을 검출하는 센서이다. 점화 스위치 (442) 는 엔진이 작동하면 온 되고, 엔진이 정지해 있으면 오프된다.
또한 일차 브레이크 제어기 (430) 는 그의 입력 인터페이스에서 하중센서 (420) 와 전술한 인코더 (398) 에 연결되어 있다.
본 제동 시스템은 또한 주차 브레이크 제어기 (450) 를 포함하는데, 이 제어기는 자동차를 주차상태로 두기 위해 주차 브레이크가 작용할 때 디스크 브레이크 (310) 를 작동시키도록 되어 있다. 일차 브레이크 제어기 (430) 와 마찬가지로, 주차 브레이크 제어기 (450) 도 원리적으로 컴퓨터로 되어 있다. 주차 브레이크 제어기 (450) 는 그의 입력 인터페이스에서 주차 브레이크 스위치 (452) 에 연결되어 있으며, 이 스위치는 주차 브레이크의 작동을 검출하는 센서이다. 주차 브레이크 스위치 (454) 는 주차 브레이크가 작동할 때 온 되고, 주차 브레이크가 작동하지 않을 때는 오프 된다.
일차 브레이크 제어기 (430) 와 주차 브레이크 제어기 (450) 는 그들의 출력 인터페이스에서 모터 구동 회로 (454) 에 연결되어 있다. 이 모터구동회로는 자동차의 각 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 의 초음파 모터 (372) 를 위해 제공된다. 이 모터 구동 회로 (454) 에는, 초음파 모터 (372) 및 네 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 에 공통으로 사용되는 DC 전원 (456) 이 연결되어 있다.
도 29 의 블럭도에는 모터 구동 회로 (454) 의 작동요소가 도시되어 있다. 즉, 모터 구동 회로 (454) 는 구동신호 발생기 (458), 전력 공급부 (460) 및 주파수 트레이서 (462) 를 포함한다.
신호 발생기 (458) 는 모터 제어신호를 받기 위해, 주차 브레이크 제어기 (450) 와 주 브레이크 제어기 (430) 의 출력 인터페이스에 연결되어 있다. 받은 모터 제어신호에 근거하여, 신호 발생기 (458) 는 가변 주파수를 갖는 구동 신호를 전력 공급부 (460) 에 전달하게 된다. 구동신호는, 초음파 모터 (372) 의 두 전극열 (392a, 392b) 간에 90°의 위상차가 있는 고주파 2상 교번 신호이다. 전력 공급부 (460) 는 DC 전원 (456) 에 연결되어 있다. 신호 발생기 (458) 로부터 받은 구동신호에 근거하여, 전력 공급부 (460) 는 제어된 전력을 모터 (372) 의 전극열 (392a, 392b) 에 제공하게 된다.
초음파 모터 (372) 의 구동효율을 개선시키기 위해, 압전체 (392) 는 그의 공진 주파수에서 또는 이 주파수에 근접한 주파수로 구동되게 된다. 압전체 (392) 의 공진 주파수는 그의 온도 및 모터 (372) 의 하중에 따라 변한다. 압전체 (392) 의 공진 주파수의 변화에 따라 신호 발생기 (458) 에 의해 발생된 구동 신호의 주파수를 변화시키기 위해 주파수 트레이서 (462) 가 제공된다. 주파수 트레이서 (462) 는, 전극 (392c) 이 압전효과에 의해 고정자 (382) 의 진동진폭에 대응하는 전압을 발생시킨다는 사실을 이용하여, 전극 (392c) 의 출력신호에 근거하여 고정자 (382) 의 진동 상태를 모니터하게 된다. 모니터된 고정자 (382) 의 상태에 따라, 주파수 트레이서 (462) 는, 전력 공급부 (460) 에 가해지는 구동신호의 주파수를 최적화하기 위한 신호를 신호 발생기 (458) 에 전달하게 된다.
일차 브레이크 제어기 (430) 는 컴퓨터의 ROM 에 저장된 프로그램에 따라 도 28 의 순서도에 도시된 브레이크 제어경로를 수행하게 된다.
간단히 설명하면, 브레이크 제어경로는, 내측패드 (320b) 의 실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 와 같게 되도록 초음파 모터 (372) 를 제어하기 위해, 디스크 브레이크 (310) 가 작동할 때 (브레이크 스위치 (440) 가 ON 일 때) 수행되는 단계 (S15) 를 포함한다.
실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 보다 작을 때, 모터 (372) 는 그에 가해지는 전진 구동신호로 제 1 방향으로 전력을 받아 전진방향으로 회전하게 되며, 이로써 실제 가압력 (Fs) 이 증가하게 된다.
전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지더라도 실제 가압력 (Fs) 의 증가가 더이상 검출되지 않으면, 모터 (372) 는 그에 가해지는 OFF 신호로 비여자화되고 모터 (372) 는 홀딩 토오크를 발생시키게 되며, 이로써 모터 (372), 내부 및 외부 나사부재 (402, 400) 와 가압봉 (370) 은 록킹된다. 이러한 조건에서, 실제 가압력 (Fs) 은 내측패드 (320b) 의 쇄기작용에 의해 증가하게 된다. 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해질 때 실제 가압력 (Fs) 이 증가하는지의 여부를 검사하기 위해, 마지막 사이클에서 검출된 실제 가압력 (Fs(N-1)) 과 비교할 때 (도 28 의 브레이크 제어경로의 수행시) 현재의 사이클에서 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 의 증가량이 예컨대 "zero" 로 설정되는 제 1 기준치와 같은지 또는 작은지를 상기 일차 브레이크 제어기 (430) 가 결정하게 된다. 상기 증가량이 제 1 기준치와 동일하거나 작다면, 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해질 때도 실제 가압력 (Fs) 은 더이상 증가하지 않는 것으로 결정된다.
실제 가압력 (Fs) 의 증가가 모터 (372) 가 오프된 상태에서 연속적으로 검출되면, 다시 말해, 마지막 값 (Fs(N-1)) 으로부터 현재 값 (Fs(N)) 의 증가량이 미리 설정된 제 2 기준치 (예컨대, "0" 으로 설정) 보다 크면, 모터 (372) 는 오프 된다 (록된다). 실제 가압력의 증가가 더 이상 검출되지 않으면, 전진 구동 신호가 모터 (372) 에 가해진다.
실제 가압력 (Fs) 이 목표지 (F*) 보다 크면, 모터 (372) 는 역구동 신호를 신호를 받아 제 2 방향으로 구동되어 역방향으로 회전하게 되며, 이로써 실제 가압력 (Fs) 은 감소하게 된다.
실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 와 같으면, 모터 (372) 는 OFF 신호를 받아 오프된다.
도 28 의 브레이크 제어경로도 가압봉 (370) 이 규정된 초기 위치 또는 완전한 후퇴 위치로 복귀되도록 모터 (372) 를 제어하기 위해 브레이크 조작부재가 해제되면 수행되는 단계 (S18) 를 포함한다.
도 28 의 순서도를 참고로 하여 브레이크 제어경로에 대해 상세히 설명한다. 브레이크 제어경로는, 점화 스위치 (442) 가 오프되어 있을 때도, 네 바퀴용 디스크 브레이크 (310) 에 대해 수행된다. 아래의 설명은, 상기 경로가 동일 바퀴에 대해 소정의 사이클 시간 (T) 으로 반복 수행된다는 가정하에서 이루어진 것이다.
상기 브레이크 제어경로는 점화 스위치 (442) 가 ON 되어 있는지를 결정하는 단계 (S11) 부터 시작된다. 이러한 결정은 점화 스위치 (442) 의 출력신호에 근거하여 이루어진다. 단계 (S11) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
단계 (S11) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S12) 로 넘어가서, 가압봉 초기위치 플래그(FLAG) 가 (이에 대해서는 후술함) "0" 으로 설정된다. 단계 (S12) 에 이어서 단계 (S13) 가 수행되어, 일차 브레이크 제어기 (430), 해당 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 의 초음파 모터 (372) (브레이크 액츄에이터) 및 해당 바퀴에 대한 모터구동회로 (454) 를 진단하게 된다. 다음에, 제어흐름은 단계 (S14) 로 넘어가서, 브레이크 스위치 (440) 가 OFF 되어 있는지를 결정한다. 이 결정은 브레이크 스위치 (440) 의 출력신호에 근거하여 이루어진다. 브레이크 스위치 (440) 가 ON 이면, 즉 부정의 판단 (NO) 이 단계 (S14) 에서 내려지면, 제어흐름은 단계 (S15) 로 넘어가서, 디스크 브레이크 (310) 의 가압력 (Fs) 을 제어하기 위해 초음파 모터 (372) 를 제어한다. 단계 (S15) 에 이어서 단계 (S16) 로 가서, 가압봉 초기위치 플래그(FLAG) 가 "0" 으로 설정된다. 다음에, 제어흐름은 단계 (S14) 로 되돌아 간다. 이렇게 해서, 브레이크 스위치 (440) 가 ON 일 때, 즉 브레이크 조작부재가 눌려져 있을 때, 상기 단계 (S14∼S16) 가 반복 수행된다.
단계 (S15) 에서, 도 29 의 순서도에 도시된 바와 같은 패드가압 제어경로가 수행된다. 브레이크 스위치 (440) 가 ON 일 때 단계 (S14∼S16) 가 반복 수행됨에 따라, 상기 패드가압 제어경로가 반복 처리된다.
도 29 의 패드가압 제어경로는 단계 (S101) 에서부터 시작되는데, 이 단계에서는, 주차 브레이크를 해제하기 위한 주차 브레이크 제어신호가 주차 브레이크 제어기 (450) 에 보내지게 된다. 그 결과, 뒤에 상세히 설명하겠지만, 해당 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 에 의한 주차 브레이크가 해제된다. 단계 (S101) 에 이어서 단계 (S102) 로 가는데, 이 단계에서, 해당 바퀴에 대응하는 가압력 신호 (fin) 가 가압명령 제어기 (432) 로부터 오게 되며, 또한 해당 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (310) 의 내측패드 (320b) 의 가압력의 목표치 (F*) 가 상기 가압력 신호 (fin) 에 근거하여 얻어지게 된다. 다음에, 제어흐름은 단계 (S103) 로 넘어가서, 상기 목표치 (F*) 가 0 보다 작지 않고 설정된 상한치 (fmax) 보다 크지 않은지를 결정하게 된다. 다시 말해, 목표치로서 얻어진 가압력 (F*) 이 비정상인지 아닌지를 결정하기 위해 상기 단계 (S103) 가 수행된다. 단계 (S103)에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 도 29 의 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
단계 (S103) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면 제어흐름은 단계 (S104) 로 넘어가서, 실제 가압력 (Fs(N)) 이 하중센서 (420) 로부터의 하중신호 (f) 에 근거하여 검출된다. 도 29 의 경로수행의 현재 사이클에서 검출된 가압력 (Fs(N)) 은 내측패드 (320b) 가 가압봉 (370) 에 의해 디스크 로터 (312) 에 가압되는 힘을 나타낸다. 단계 (S104) 에 이어 단계 (S105) 로 넘어가서, 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작은지를 결정하게 된다. 그러나, 상기 단계 (S105) 를 수정하여, 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 설정된 작은 값 (△) 의 합 보다 작은지를 결정할 수도 있다.
세가지의 가능한 경우가 존재하는데, 즉 첫번째 경우로서, 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작은 경우, 두번째 경우로서, 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 큰 경우, 세번째 경우는, 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 같은 경우이다. 이들 세 경우에 대해 차례대로 이하 설명한다.
(1) 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작은 경우
이 경우, 단계 (S105) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S106) 로 넘어가서, 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 있는지를, 다시 말해, 모터 (372) 가 전진방향으로 작동하고 있는지를 결정하게 된다.
도 30 의 그래프는, 실제 가압력 (Fs) 이 하중센서 (420) 에 의해 검출되는 시간 (t) 과 모터 (372) 가 ON 및 OFF 되는 시간 (t') 사이의 관계를 나타낸다. 모터 구동신호는 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 에 근거하여 발생된다. 따라서, 현재의 모터 구동신호는 실제 가압력 (Fs(N)) 이 현재의 제어 사이클에서 검출되는 시간 (t(N)) 보다 다소 늦은 시간 (t'(N)) 에서 발생되고, 다음 모터 구동신호는 실제 가압력 (Fs(N+1)) 이 다음 제어 사이클에서 검출되는 시간 (t(N+1)) 보다 다소 늦은 시간 (t'(N+1)) 에서 발생된다.
제어 기간 (T) 이 실제 가압력 (Fs) 이 현재의 제어 사이클 및 다음 사이클에서 검출되는 시간 (t(N)) 과 시간 (t(N+1)) 사이의 기간으로 정의되면, 마지막으로 발생된 모터 구동신호는 현재 제어 기간 (T) 의 초기에 발생하며, 현재의 모터 구동신호는 현재 제어 기간 (T) 의 시작 보다 좀 늦은 시각에 발생한다. 그러므로, 단계 (S106) 에서, 마지막으로 발생된 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지는 가를 결정한다.
단계 (S106) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S107) 로 넘어가서 모터 (372) 가 오프되어 있는가를 결정한다. 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지지 않을 때는 (단계 (S106) 에서 부정의 판단이 내려지면), 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지거나, 또는 모터 (372) 는 비여자화 상태 또는 오프 상태로 되게 된다. 모터 (372) 가 오프 되어 있고 긍정의 판단 (YES) 이 단계 (S107) 에서 내려지면, 제어흐름은 단계 (S108) 로 넘어가서, 현 제어 사이클에서 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막 제어 사이클에서 검출된 실제 가압력 (Fs(N-1)) 보다 큰지를 결정하게 되는데, 다시 말해, 실제 가압력 (Fs) 이 증가하고 있는지를 결정하게 된다. 도 29 의 경로가 처음으로 수행될 때는, 단계 (S108) 에서, 첫번째 제어 사이클에서 검출된 실제 가압력 (Fs(1)) 이 제로인 값 (Fs(0)) 보다 큰지를 결정하게 된다. 상기 값 (Fs(0)) 은 일차 브레이크 제어기 (430) 의 ROM 에 저장된다.
단계 (S108) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S109) 로 넘어가서, 모터 (372) 는 전진 구동신호를 받아 전진방향으로 작동된다. 이 경우, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
전진 구동신호가 단계 (S109) 에서 모터 (372) 에 가해진 제어 사이클 다음의 현 제어 사이클에서 긍정의 판단 (YES) 이 단계 (S106) 에서 내려지면, 제어흐름은 단계 (S110) 로 넘어가서, 현 제어 사이클에서 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막 제어 사이클에서 검출된 실제 가압력 (Fs(N-1)) 과 같은지 또는 보다 작은지를 결정하게 되는데, 다시 말해, 실제 가압력이 모터 (372) 의 전진 작동에 의해 증가하는지를 결정하게 된다. 실제 가압력 (Fs) 이 모터 (372) 의 최대 구동력에 대응하는 상한치에 도달할 때까지, 실제 가압력 (Fs) 은 모터 (372) 의 전진 작동의 결과로 증가하게 된다. 실제 가압력 (Fs) 이 상한치에 도달하면, 모터 (372) 는 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해질 때도 전진 방향으로 작동하지 않고 역방향으로 작동하게 되어, 실제 가압력 (Fs) 은 더 이상 증가하지 않게 된다. 이렇게 해서, 실제 가압력 (Fs(N)) 이 상한치에 도달했는지가 단계 (S110) 에서 결정된다. 단계 (S110) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 즉 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막으로 검출된 실제 가압력 (Fs(N-1)) 보다 크면, 제어흐름은 단계 (S109) 로 넘어가서, 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 이 경우, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
현재의 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막 실제 가압력 (Fs(N-1)) 보다 클 때, 다시 말해, 실제 가압력 (Fs(N)) 이 셀프-서보 효과로 인해 상한치까지 증가하기 전에, 단계 (S110) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지게 되며, 또한 전진 구동신호가 단계 (S109) 에서 모터 (372) 에 계속 가해지게 된다. 모터 (372) 가 그의 최대 구동력에 도달하면, 실제 가압력 (Fs(N)) 은 더 이상 증가하지 않으며 또한 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 은 마지막으로 검출된 실제 가압력 (Fs(N-1)) 과 같게 된다. 이 경우, 단계 (S110) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S111) 로 넘어가서 모터 (372) 는 비여자화 또는 오프 되고, 이리 하여 모터 (372) 는 마찰패드 (320) 로부터 전달된 반력에 저항하는 홀딩 토오크를 발생시키게 된다.
도 30 의 실시예에서, 현재의 제어 사이클에서 시간 (t(N)) 에서 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 은 마지막 제어 사이클에서 시간 (t(N-1)) 에서 검출된 실제 가압력 (Fs(N-1)) 과 같게 된다. 이 실시예에서, OFF 신호는 시간 (t'(N)) 에서 모터 (372) 에 가해진다. 그 결과, 모터 (372) 에 의해 홀딩 토오크가 발생되며, 또한 마찰패드 (320) 의 반력에 저항하는 상기 홀딩 토오크의 존재로 실제 가압력 (Fs) 이 증가하게 된다.
모터 (372) 가 단계 (S111) 에서 오프된 후에 수행된 제어 사이클에서, 단계 (S106) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면 단계 (S107) 에서는 긍정의 판단 (YES) 가 내려지게 되어, 제어흐름은 단계 (S108) 로 가게 된다. 모터 (372) 의 홀딩 토오크의 존재하에서 셀프-서보 효과로 인해 실제 가압력 (Fs(N)) 이 증가하기 때문에, 단계 (S108) 에서는 긍정의 판단 (YES) 이 내려지게 되며, 제어흐름은 단계 (S112) 로 가서 모터 (372) 는 오프상태로 된다.
모터 (372) 가 오프되어 홀딩 토오크를 발생시킨 후 시간이 경과함에 따라 내측패드 (320b) 의 셀프-서보 효과는 감소하게 된다. 결국에는, 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 은 마지막으로 검출된 실제 가압력 (Fs(N-1)) 과 같게 된다. 이 경우, 단계 (S108) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S109) 로 넘어가서 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 이와 관련하여, 예컨대 가압봉 (370) 의 전방단면과 내측패드 (320b) 의 뒷면 사이의 틈 - 이 틈은 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 를 향한 전진운동의 결과로 생길 수 있다 - 으로 인해, 모터 (372) 가 오프 상태에 있더라도 셀프-서보 효과가 제공되지 않을 수도 있다. 이 경우, 단계 (S109) 에서 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해져 전진 작동을 하게 되면, 실제 가압력 (Fs(N)) 은 증가하게 된다.
역구동신호가 모터 (372) 에 가해지면서 단계 (S105) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려질 수 있다. 이 경우, 단계 (S106) 및 단계 (S107) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려져, 제어흐름은 단계 (S113) 로 넘어가서, 먼저 모터 (372) 가 오프되고 다음에 전진방향으로 작동하게 된다.
도 31 의 그래프에는, 디스크 브레이크 (310) 를 작동시키기 위해 브레이크 조작부재를 조작할 때 실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 까지 변하는 다른 예가 제시되어 있다.
도 31 의 예에서, 브레이크 조작부재는 시간 (t0) 에서 조작되고, 실제 가압력 (Fs(N)) 의 목표치 (F*) 도 시간 (t0) 에서 결정된다. 결과적으로, 모터 (372) 는 ON 되고 실제 가압력 (Fs) 은 증가하게 된다. t0-t1 의 초기에, 내측패드 (320b) 는 탄성제어기구 (340) 에 의해 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그되지 못하며, 이로써 내측패드 (320b) 는 셀프-서보 효과를 제공하지 못하게 된다.
모터 (372) 의 전진 회전시 실제 가압력 (Fs) 이 증가하기 때문에, 마찰패드 (320b) 에 작용하는 마찰력은 시간 (t1) 에서, 설정된 한계값 (탄성제어기구 (340) 에 의해 정해짐) 보다 커지게 되며, 이로써 내측패드 (320b) 는 디스크 로터 (310) 와 함께 드래그되며 또한 t1-t2 의 기간동안 내측패드 (320b) 의 실제 가압력 (Fs) 을 급속히 증가시키기 위한 셀프-서보 효과가 얻어지게 된다.
모터 (372) 의 구동력은 시간 (t2) 에서 최대값에 도달하게 되며, 가압력 (Fs) 은 일정하게 된다. 그 결과, 모터 (372) 는 시간 (t3) 에서 오프되어 홀딩 토오크를 발생시키게 된다. 다음 기간 (t3-t4) 동안에는, 홀딩 토오크의 존재하에서 실제 가압력 (Fs) 이 다시 증가하게 된다. 실제 가압력 (Fs) 은 시간 (t4) 에서 목표치 (F*) 에 도달하게 된다. 이에 따라, 모터 (372) 가 제어되어 실제 가압력 (Fs) 은 후술하겠지만 목표치 (F*) 에서 유지되게 된다.
(2) 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 큰 경우
이 경우, 단계 (S105) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S114) 로 넘어가서 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 같은가를 결정하게 된다. 단계 (S114) 를 수정하여, 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 규정된 작은 값 (△) 의 차보다 작지 않은지 또한 목표치 (F*) 와 상기 작은 값 (△) 의 합보다 크지 않은지를 결정할 수도 있다. 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 큰 현재의 경우에는, 단계 (S114) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S115) 로 넘어가서 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 있는지 또는 모터 (372) 가 오프되어 있는지를 결정하게 된다. 단계 (S115) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S116) 로 넘어가서 역구동신호가 모터 (372) 에 가해져, 실제 가압력 (Fs) 이 감소하게 된다. 경로수행의 한 사이클이 단계 (S116) 로 끝나게 된다.
전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지면, 단계 (S115) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S117) 로 넘어가서 모터 (372) 가 먼저 오프되고 다음에 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다.
(3) 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 같은 경우
이 경우, 단계 (S105) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며 단계 (S114) 에서는 긍정의 판단 (YES) 이 내려져, 단계 (S118) 가 수행되어 모터 (372) 가 오프된다. 경로수행의 한 사이클이 단계 (S118) 로 끝나게 된다.
브레이크 스위치 (440) 가 ON 일 때의 일차 브레이크 제어기 (430) 의 작동에 대해서는 전술한 바와 같다. 브레이크 스위치 (440) 가 OFF 이면, 도 28 의 브레이크 제어경로중 단계 (S14) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려진다. 이 경우, 제어흐름은 단계 (S17) 로 넘어가서, 가압봉 초기위치 플래그가 "1" 로 설정되어 있는지를 결정하게 된다. 이 플래그가 "0" 으로 설정되어 있으면 단계 (S17) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S18) 로 넘어가서 가압봉 초기위치 제어경로가 수행된다. 단계 (S18) 에 이어 단계 (S19) 로 가서, 점화 스위치 (442) 가 OFF 되어 있는지를 결정하게 된다. 점화 스위치 (442) 가 ON 이면, 즉 단계 (S19) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S14) 로 되돌아 가게 된다. 그러므로, 브레이크 스위치 (440) 가 OFF 되어 있고 점화 스위치 (442) 가 ON 이고 또한 가압봉 초기위치 플래그가 "0" 으로 설정되어 있으면, 상기 단계 (S14) 및 단계 (S17-S19) 가 반복수행된다.
도 18 에서 수행되는 가압봉 초기위치 제어경로가 도 32 의 순서도에 제시되어 있다. 단계 (S14) 및 단계 (S17-S19) 가 도 28 의 브레이크 제어경로에서 반복수행될 때 도 18 의 경로가 반복 처리된다.
먼저, 가압봉 초기위치 제어경로에 대해 간단히 설명한다.
브레이크 조작부재가 그의 비작동 위치로 복귀하면 가압봉 (370) 이 그의 규정된 초기위치로 또는 완전 후퇴 위치로 돌아가도록, 도 28 의 브레이크 제어경로를 만들 수 있다. 다시 말해, 디스크 브레이크 (310) 가 작동하지 않는 상태에서 가압봉 (370) 이 위치하는 초기위치를 고정시킬 수도 있다. 그러나, 마찰패드 (320) 의 마찰부재 (322) 는 사용됨에 따라 마모된다. 가압봉 (370) 이 항상 고정된 초기위치로 또는 완전 후퇴 위치로 복귀하면, 가압봉 (370) 의 전방단면과 내측패드 (320b) 의 뒷면 사이의 틈은 커지게 되며 또한 마찰패드 (320) 의 마모량도 커지게 된다. 상기 틈이 증가된다는 것은, 가압봉 (370) 이 그의 초기위치 (완전히 후퇴된 비작동 위치) 로부터 내측패드 (320b) 와 접촉하게 되는 위치까지 불필요하게 너무 많이 움직이게 됨을 의미한다. 이러한 점을 감안하여, 도 28 의 브레이크 제어경로에서 단계 (S18) 가 수행된다. 즉, 마찰부재 (322) 의 마모량의 증가로 인한 내측패드 (320b) 의 뒷면의 위치변경에 따라서 가압봉 (370) 의 초기위치를 변경시키기 위해, 도 32 의 가압봉 초기위치 제어경로가 수행된다.
보다 구체적으로 설명하면, 브레이크 조작부재가 비작동 위치로 복귀한 직후에, 상기 전방단면이 내측패드 (320b) 의 뒷면과 접촉할 때까지 가압봉 (370) 은 초기위치로부터 전진하게 된다. 상기 접촉이 일어나는 가압봉 (370) 의 축방향 위치가 얻어지게 된다. 가압봉 (370) 과 내측패드 (320b) 간의 접촉은, 하중센서 (420) 에 의해 검출된 하중이 규정된 값까지 증가할 때 검출된다. 이 값은 하중센서 (420) 가 검출할 수 있는 최소 하중값이거나, 또는 이 최소 하중값 보다 다소 큰 값이다. 상기 접촉이 일어나는 축방향 위치는 모터 (372) 의 회전위치 또는 각위치를 나타내는 인코더 (398) 의 출력신호에 근거해 얻어지게 된다. 접촉이 일어나는 가압봉 (370) 의 축방향 위치는 내측패드 (320b) 의 마모량은 물론, 외측패드 (320a) 의 마모량도 나타내는 것이다. 따라서, 가압봉 (370) 은 상기 접촉이 일어나는 축방향 위치로부터 소정의 거리만큼 후퇴하게 된다. 이를 위해, 모터 (372) 는 상기 소정의 거리에 대응하여 설정된 각도 (△θ) 만큼 역방향으로 회전하게 된다. 이렇게 해서, 마찰패드 (320) 의 마찰부재 (322) 의 마모량에 따라 가압봉 (370) 의 초기위치 또는 완전 후퇴위치가 바뀌게 된다.
도 32 의 순서도를 참고로 가압봉 초기위치 제어경로에 대해 설명한다.
도 32 의 경로는 단계 (S201) 에서부터 시작되는데, 이 단계에서, 가압명령 제어기 (432) 로부터 받은 가압력 신호 (fm) 에 근거하여 내측패드 (320b) 의 가압력 (Fs) 의 목표치 (F*) 가 얻어지게 된다. 상기 가압력 신호 (fm) 는 하중센서 (420) 가 검출할 수 있는 상기 최소 하중값을 나타낸다. 브레이크 스위치 (440) 가 OFF 되면, 일차 브레이크 제어기 (430) 의 가압명령 제어기 (432) 로부터 상기 가압력 신호 (fm) 가 주어지게 된다.
다음, 하중센서 (420) 으로부터 받은 하중신호 (f) 에 근거하여 실제 가얍력 (Fs) 을 얻기 위해 단계 (S202) 가 수행된다. 이 단계 (S202) 에 이어 단계 (S203) 로 넘어가서, 단계 (S202) 에서 얻어진 실제 가압력 (Fs) 이 단계 (S201) 에서 얻어진 목표치 (F*) 보다 작은지를 결정하게 된다. 즉, 가압봉 (370) 이 아직도 내측패드 (320b) 로부터 떨어져 있는지를 결정하기 위해 단계 (S203) 가 제공된 것이다. 이 단계 (S203) 을 수정하여, 실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 와 미리 설정된 작은 값 (△) 의 합보다 작은지를 결정할 수도 있다. 단계 (S203) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 즉, 가압봉 (370) 이 내측패드 (320b) 와 접촉하지 않았으면, 제어흐름은 단계 (S204) 로 가서 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해져, 가압봉 (370) 이 전진하게 된다. 다음, 제어흐름은 단계 (S202) 로 되돌아간다.
실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 에 도달하거나 이를 초과하면, 단계 (S203) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S204) 로 넘어가서, 실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 와 같은지를 검출하게 된다. 이 단계 (S204) 는, 가압봉 (370) 이 내측패드 (320b) 와 접촉함으로써 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 에 가압되는 지를 결정하기 위해 제공되는 것이다. 실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 를 초과하면, 단계 (S205) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S206) 로 넘어가서 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지는지를 결정하게 된다. 단계 (S206) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S207) 로 넘어가서 모터 (372) 는 먼저 오프되고 다음에 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 다음, 제어흐름은 단계 (S202) 로 되돌아간다. 단계 (S206) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S208) 로 가서 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 상기 단계 (207) 의 경우나 단계 (S208) 의 경우에, 가압봉 (370) 은 내측패드 (320b) 로부터 멀어지는 방향으로 후퇴하게 된다. 단계 (S208) 에 이어 단계 (S202) 가 수행된다.
실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 와 동일하다는 것은, 가압봉 (370) 이 내측패드 (320b) 와 접촉했음을 의미한다. 이 경우, 단계 (S205) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S209) 로 가서 모터 (372) 를 오프 상태로 만든다. 단계 (S209) 에 이어 단계 (S210) 로 가서, 인코더 (398) 에 의해 검출된 각위치 (θ) 에 근거하여 모터 (372) 의 회전자 (384) 의 회전위치 또는 각위치 (θ) 를 검출하게 된다. 다음, 제어흐름은 단계 (S211) 로 가서, 모터 (372) 는 역구동신호를 받아 설정된 각도 (△θ) 만큼 역방향으로 회전하게 된다. 이 설정된 각도 (△θ) 는 마찰패드 (320) 와 디스크 로터 (312) 의 마찰면 (314) 사이에 제공된 틈의 적절한 크기에 대응하는 것이다. 이 틈은 마찰패드 (320) 와 디스크 로터 (312) 의 마찰접촉 또는 드래깅을 피하기 위해 필요하다. 단계 (S211) 에서 모터 (372) 가 역회전하는 결과, 가압봉 (370) 은 내측패드 (320b) 와의 접촉점으로부터 변경된 그의 초기위치 또는 완전 후퇴위치까지 정해진 거리만큼 후퇴하게 된다. 이렇게 해서, 가압봉 (370) 의 초기위치가 변경된다. 단계 (S211) 에 이어 단계 (S212) 가 수행되어, 가압봉 초기위치 플래그가 "1" 로 설정된다. 이 플래그는 "1" 로 설정되어 있으면 가압봉 (370) 이 그의 변경된 초기위치에 있음을 나타내고, 또한 가압봉 (370) 의 초기위치가 변경되지 않았음을 나타낸다. 도 32 의 가압봉 초기위치 제어경로의 수행의 한 사이클이 단계 (S212) 로 끝나게 된다.
도 32 의 가압봉 초기위치 제어경로의 한 사이클이 수행되면, 제어흐름은 도 28 의 브레이크 제어경로의 단계 (S19) 로 가서 점화 스위치 (442) 가 OFF 되어 있는지를 결정하게 된다. 이 스위치 (442) 가 ON 이면, 단계 (S19) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S14) 로 되돌아간다. 상기 브레이크 스위치 (440) 가 OFF 이면, 단계 (S14) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S17) 로 간다. 가압봉 초기위치 플래그가 도 32 의 가압봉 초기위치 제어경로의 단계 (S212) 에서 "1" 로 설정되기 때문에, 단계 (S17) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며 제어흐름은 단계 (S18) (도 32 의 가압봉 초기위치 제어경로) 를 건너뛰어 단계 (S19) 로 가게 된다. 단계 (S14) 및 단계 (S17-S19) 가 반복 수행됨에 따라 점화 스위치 (442) 가 오프되면, 단계 (S19) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며, 도 28 의 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
도 33 을 참고하여, ROM 에 저장된 프로그램에 따라 주차 브레이크 제어기 (450) 에 의해 수행되는 주차 브레이크 제어경로에 대해 설명한다.
도 33 의 주차 브레이크 제어경로는 점화 스위치 (442) 가 OFF 일 때도 수행된다. 상기 경로는 단계 (S301) 에서 시작되어 주차 브레이크 스위치 (452) 가 ON 인지를 결정하게 된다. 단계 (S301) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S302) 로 가서, 모터 (372) 는 전진 구동신호를 받아 설정된 각도 (θPKB) 만큼 전진 방향으로 작동하게 된다. 그 결과, 가압봉 (370) 이 초기위치로부터 전진하여, 해당 바퀴에 적절한 주차 제동력을 가하는데 필여한 가압력 (Fs) 을 발생시키게 된다. 단계 (S302) 에 이어 단계 (S303) 로 가서 모터 (372) 를 오프시킨다. 그 결과, 모터 (372) 는 디스크 브레이크 (310) 를 주차 브레이크 상태에 유지시키기 위해 홀딩 토오크를 발생시키며, 이로써 주차된 자동차가 정지 상태로 유지된다. 도 33 의 경로수행의 한 사이클이 단계 (S303) 로 끝나게 된다.
주차 브레이크 스위치 (452) 가 OFF 이면, 단계 (S301) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S304) 로 가서, 주차 브레이크 해제신호가 존재하는지 결정하게 된다. 단계 (S304) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다. 단계 (S304) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S305) 로 가서, 모터 (372) 는 역구동신호를 받아 역방향으로 회전하게 되어, 가압봉 (370) 이 초기위치로 복귀하게 된다. 단계 (S305) 에 이어 단계 (S303) 로 가서 모터 (372) 가 오프되고, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
본 발명의 제 9 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 초음파 모터 (372) 를 제어하기 위한 모터제어장치는 일차 브레이크 제어기 (430), 가압명령 제어기 (432), 작동정보센서 (434), 자동차 상태 센서 (436), 바퀴 상태 센서 (438), 브레이크 스위치 (440), 점화 스위치 (442), 하중센서 (420), 주차 브레이크 제어기 (450), 주차 브레이크 스위치 (452), 모터 구동 회로 (454) 및 인코더 (398) 로 구성된다. 또한, 실제 가압력 (Fs) 의 증가량의 부족을 방지하기 위한 불충분한 증가 방지수단은 초음파 모터 (372), 하중센서 (420) 및 도 29 의 단계 (S106-S112) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 일부로 구성되며, 홀딩 토오크를 발생시키기 위해 모터 (372) 를 비여자화시키기 위한 비여자화 수단은 하중센서 및 단계 (S106-S112) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 상기 일부로 구성되고, 하중센서 (420) 는 가압력 (Fs) 에 관계된 값을 검출하기 위한 센서 및 가압력 (Fs) 을 검출하기 위한 가압력 센서로서 역할을 한다.
다음, 본 발명의 제 10 실시예를 설명한다. 제 10 실시예는 여러 면에서 제 9 실시예와 유사하지만, 패드가압 제어경로에서는 제 9 실시예와 상이하다. 또한, 제 10 실시예의 패드가압 제어경로는 여러 면에서 제 9 실시예의 것과 유사하다. 그러므로, 제 9 실시예와 상이한 제 10 실시예의 패드가압 제어경로의 단계에 대해서만 설명하며, 동일한 단계 번호는 같은 단계임을 나타낸다.
제 9 실시예에서는, 모터 (372) 가 오프 상태에 있고 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작으면, 단계 (S105 및 S107) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지고 단계 (S106) 에서는 부정의 판단 (NO) 이 내려진다. 이 경우, 제어흐름은 단계 (S108) 로 가서, 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막으로 검출된 값 ((Fs(N-1)) 에 대하여 증가하였는지를 결정하게 된다. 단계 (S108) 에서의 긍정의 판단 또는 부정의 판단에 따라 제어흐름은 단계 (S109) 또는 단계 (S112) 로 가게 된다. 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 증가하지 않았으면, 즉 단계 (S108) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 이는 모터 (372) 를 오프 상태로 유지하는 것이 적절하지 못함을 의미하며, 따라서 단계 (S109) 에서 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 증가했으면, 즉 단계 (S108) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 이는 모터 (372) 를 오프 상태로 유지하는 것이 적절함을 의미하며, 따라서 모터 (372) 를 단계 (S112) 에서 오프 상태로 유지하게 된다.
제 10 실시예에 따른 패드가압 제어경로가 도 34 의 순서도에 제시되어 있다. 도 34 의 제어경로는 단계 (S108) 및 단계 (SS112) 포함하지 않는다. 따라서, 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작고 모터 (372) 가 오프되어 있으면, 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막으로 검출된 값 (Fs(N-1)) 에 대해 증가했는지에 상관없이, 단계 (S105) 및 단계 (S107) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며 단계 (S106) 에서는 부정의 판단 (NO) 이 내려지고, 제어흐름은 단계 (S109) 로 가서 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 이렇게 해서, 단계 (S107) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 단계 (S109) 가 수행되어 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 모터 (372) 가 전진 방향으로 부적절하게 작동함으로써 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막으로 검출된 값 (Fs(N-1)) 에 대해 증가하지 않은 경우에, 모터 (372) 는 현 경로의 다음 수행시 오프 상태로 된다. 즉, 단계 (S106) 에서 뿐만 아니라 단계 (S110) 에서도 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며, 이에 따라 단계 (S111) 가 수행되어 모터 (372) 가 오프된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 10 실시예의 이점은, 도 34 의 패드가압 제어경로가 제 9 실시예에 따른 도 29 의 것보다 간단하다는 것이다.
전술한 제 10 실시예에 대한 설명으로부터 알수 있듯이, 가압력 증가량의 부족을 방지하기 위한 불충분한 증가 방지수단은 초음파 모터 (372), 하중센서 (420) 및 도 34 의 단계 (S106, S107, S109∼S111) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 일부로 구성되며, 홀딩 토오크를 발생시키기 위해 모터 (372) 를 비여자화시키기 위한 비여자화 수단은 하중센서 (420) 및 상기 단계 (S106, S107, S109∼S111) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 상기 일부로 구성된다.
다음, 본 발명의 제 11 실시예에 대해 설명한다. 이 제 11 실시예는 여러 면에서 제 9 실시예와 유사하지만, 패드가압 제어경로에 있어서는 제 9 실시예와 상이하다. 또한, 제 11 실시예의 패드가압 제어경로는 여러 면에서 제 9 실시예와 유사하다. 따라서, 제 9 실시예의 것과 상이한 제 11 실시예의 패드가압 제어경로의 단계에 대해서만 설명하며, 동일한 단계에 대해서는 같은 단계 번호를 부여했다.
제 11 실시예의 패드가압 제어경로는 도 35 에 도시되어 있다. 간단히 설명하면, 본 제어경로에서는, 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 같은 경우를 제외하고는, 모터 (372) 의 구동력이 최대치에 도달했는지에 상관없이, 모터 (372) 는 경로의 동일 사이클내에서 먼저 ON 되고 다음에 OFF 된다. 이러한 구성에 따르면, 전술한 경우를 제외하고 가압봉 (370) 은 일단 전진 또는 후퇴한 후에 멈추게 된다. 이렇게 해서, 본 제어경로에서는, 모터 (372) 가 역방향으로 작동할 때마다 모터 (372) 를 오프시킬 필요가 없어 경로가 더욱 간단하게 된다.
또한, 도 35 의 패드가압 제어경로에서는, 모터 (372) 가 ON 되는 시간이 실제 가압력 (Fs) 이 증가하는지 또는 그렇지 않는지에 따라 달라지므로, 가압봉 (370) 은 가압력 (Fs) 이 증가할 때 전진하게 되지만, 가압력 (Fs) 이 증가하지 않을 때는 전진하지 않게 된다. 도 36 의 그래프를 참조로 상세히 설명하면, 동 도에서 (a) 로 나타낸 바와 같이, 실제 가압력 (Fs) 이 증가할 때 제어기간 (T) 의 초기 (T1) 동안에는 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해진다. 제어기간 (T) 의 나머지 기간 (T-T1) 동안에는 모터 (372) 가 오프된다. 실제 가압력 (Fs) 이 증가하지 않을 때는, 제어기간 (T) 의 초기 (T2) 동안에 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 도 36 에서 (b) 로 나타낸 바와 같이 상기 초기 (T2) 는 초기 (T1) 보다 짧다. 제어기간 (T) 의 나머지 기간 (T-T2) 동안에 모터 (372) 는 오프된다.
전술한 바와 같이, 제 11 실시예에서는, 모터 (372) 가 작동중일 때도 실제 가압력 (Fs) 의 증가가 더이상 검출되지 않을 때, 모터 (372) 는 제어기간 (T) 내의 주어진 시간동안 오프되며, 이에 따라 모터 (372) 는 가압봉 (370) 를 잠금시키기 위한 홀딩 토오크를 발생시키게 되어, 실제 가압력 (Fs) 이 증가하게 된다. 또한, 모터 (372) 가 오프되어 있을 때 실제 가압력 (Fs) 의 증가가 더이상 검출되지 않으면, 제어기간 (T) 내의 주어진 시간동안 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 되어, 가압봉 (370) 이 모터 (372) 의 전진회전으로 전진하게 되며, 이리 하여, 마찰패드 (320) 는 가압봉 (370) 에 의해 디스크 로터 (312) 에 가압되며 또한 실제 가압력 (Fs) 은 증가하게 된다.
본 발명의 제 11 실시예에 따른 패드가압 제어경로에 대해 도 35 의 순서도를 참고로 상세히 설명한다.
도 35 의 경로는 단계 (S101) 에서부터 시작되며, 이 단계 다음에는 단계 (S102∼S105) 가 따른다, 이들 단계 (S101∼S105) 는 도 29 의 제 9 실시예와 동일하다. 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작으면, 즉, 단계 (S105) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S131) 로 가서, 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막으로 검출된 값 (Fs(N-1)) 보다 큰지 결정하게 되는데, 즉 실제 가압력 (Fs) 이 증가하는지를 결정하게 된다. 상기 단계 (S131) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S132) 로 가서, 전진 구동신호가 시간 (T1) 동안 모터 (372) 에 가해지게 된다. 단계 (S132) 에 이어 단계 (S133) 로 넘어가서 모터 (S372) 는 오프된다. 경로수행의 한 사이클이 단계 (S133) 에서 끝나게 된다.
상기 단계 (S131) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S134) 로 가서, 시간 (T2) 동안 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 단계 (S134) 에 이어 단계 (S133) 로 가서 모터 (372) 는 오프되고, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 크면, 단계 (S105) 및 단계 (S114) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며 또한 제어흐름은 단계 (S135) 로 가서, 시간 (T3) 동안에 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 되며, 이 시간은 시간 (T1) 와 그 길이가 같을 수 있다, 단계 (S135) 에 이어 단계 (S133) 가 수행되어, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 동일하면, 단계 (S105) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 단계 (S114) 에서는 긍정의 판단 (YES) 이 내려지게 된다. 이 경우, 모터 (372) 는 단계 (S133) 에서 오프되어, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
제 11 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 가압력 (Fs) 증가량의 부족을 방지하기 위한 불충분한 증가 방지수단은 초음파 모터 (372), 하중센서 (420) 및 도 35 의 단계 (S131∼S134) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 일부로 구성되며, 홀딩 토오크를 발생시키기 위해 모터 (372) 를 비여자화시키기 위한 비여자화 수단은 하중센서 (420) 및 상기 단계 (S131∼S134) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 상기 일부로 구성된다.
다음, 본 발명의 제 12 실시예에 대해 설명한다. 이 제 12 실시예는 여러 면에서 제 9 실시예와 유사하지만, 패드가압 제어경로에 있어서는 제 9 실시예와 상이하다. 또한, 제 12 실시예의 패드가압 제어경로는 여러 면에서 제 9 실시예와 유사하다. 따라서, 제 9 실시예의 것과 상이한 제 12 실시예의 패드가압 제어경로의 단계에 대해서만 설명하며, 동일한 단계에 대해서는 같은 단계 번호를 부여했다.
제 9 실시예에서, 가압력 (Fs) 의 증가가 더 이상 검출되지 않으면 모터 (372) 는 오프된다. 그러나, 제 12 실시예에서는, 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 이 마지막으로 검출된 값 (Fs(N-1)) 보다 큰지의 여부는 결정함이 없이, 내측패드 (320b) 에 의해 주어진 셀프-서보 효과가 검출되면 모터 (372) 는 오프된다. 셀프-서보 효과를 검출하기 위해, 일차 브레이크 제어기 (430) 의 ROM 은 셀프-서보 효과가 현재 제공되어 있는지를 결정하기 위한 셀프-서보 효과 모니터링 경로를 수행하기 위한 프로그램을 저장한다. 이러한 결정은 실제 가압력 (Fs) 의 증가율이 규정된 한계값 보다 큰지를 결정함으로써 이루어지게 된다. 상기 한계값은, 셀프-서보 효과가 제공되지 않을 때 상기 증가율이 한계값을 초과하지 않도록 결정된다.
도 37 의 순서도에는, 제 12 실시예에서 수행되는 패드가압 제어경로가 도시되어 있다. 제 9 실시예의 도 29 의 경로에서 처럼, 반복 수행되는 상기 경로는 단계 (S101) 에서부터 시작되며, 이 단계에 이어 단계 (S102∼S105) 가 계속된다.
실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 큰 상태에서 단계 (S105) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S151) 로 가서 셀프-서보 효과 모니터링 경로를 수행하게 된다.
상기 셀프-서보 효과 모니터링 경로는 도 38 의 순서도에 도시되어 있다.
상기 셀프-서보 효과 모니터링 경로는 단계 (S401) 에서 부터 시작되며, 이 단계에서, 실제 가압력 (Fs(N)) 이 탄성제어기구 (350) 의 예하중에 대응하는 기준값 (fc) 보다 큰지를 결정하게 된다. 상기 기준값 (fc) 은 셀프-서보 효과가 제공되기 시작하는 가압력값 (Fs) 이다. 실제 가압력 (Fs(N)) 이 기준값 (fc) 보다 크지 않으면, 즉 단계 (S401) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S402) 로 가서, 셀프-서보 플래그가 "0" 으로 설정된다. 도 38 의 경로의 수행의 한 사이클이 단계 (S402) 에서 끝나게 된다.
실제 가압력 (Fs(N)) 이 기준값 (fc) 보다 크면, 즉 단계 (S401) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S403) 로 가서 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 있는지를 결정하게 된다. 단계 (S403) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 전술한 단계 (S402) 로 가게 된다. 단계 (S403) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S404) 로 가서, 마지막으로 검출된 값 (Fs(N-1)) 에 대한 현재 검출된 실제 가압력 (Fs(N)) 의 변화량 (△Fs) 을 계산하게 된다. 단계 (S404) 에 이어 단계 (S405) 로 가서, 계산된 상기 변화량 (△Fs) 이 정해진 기준값 (△fs) 보다 큰지를 결정하게 된다. 이 기준값 (△fs) 은 도 38 의 경로의 사이클 시간 동안의 실제 가압력 (Fs) 의 증가량으로, 셀프-서보 효과가 제공되지 않을 때 모터 (372) 의 전진회전으로 인한 가압봉 (370) 의 전진운동에 기인해 발생하게 된다. 단계 (S405) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S406) 로 가서 셀프-서보 플래그가 "1" 로 설정된다. 경로수행의 한 사이클이 단계 (S406) 에서 끝나게 된다. 단계 (S405) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S402) 로 가서 플래그가 "0" 으로 설정된다.
도 38 의 셀프-서보 효과 모니터링 경로를 수정하여, 결정의 결과 긍정의 판단이 내려질 때 셀프-서보 효과를 검출하기 위해 단계 (S401) 및 단계 (S405) 에서의 두 결정중 하나만 할 수도 있다. 그러나, 단계 (S401) 및 단계 (S405) 에서 모두 결정을 하도록 되어 있는 도 38 의 현 경로에서는 셀프-서보 효과를 더욱 높은 정확도로 결정할 수 있다. 즉, 셀프-서보 효과가 제공될 때 디스크 브레이크 (310) 의 상태는, 실제 가압력 (Fs(N)) 이 기준값 (fc) 보다 클 때와 가압력 (Fs) 의 증가량 (△Fs) 이 기준값 (△fs) 보다 클 때만 검출된다.
도 37 의 패드가압 제어경로의 단계 (S151) 에서 셀프-서보 효과 모니터링 경로에 대한 수행이 끝나면, 제어흐름은 단계 (S152) 로 가서 셀프-서보 플래그가 "1" 로 설정되어 있는지를 결정하게 된다. 단계 (S152) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 셀프-서보 효과는 제공되지 않는다. 이 경우, 제어흐름은 단계 (S153) 로 가서, 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 있는지 또는 모터 (372) 가 오프되어 있는지를 결정하게 된다. 모터 (372) 가 오프된 상태에서 단계 (S153) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S154) 로 가서 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지면, 단계 (S153) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며 또한 제어흐름은 단계 (S156) 로 가서, 모터 (372) 는 먼저 오프되고 다음에 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 도 37 의 경로수행의 한 사이클이 단계 (S154) 또는 단계 (S155) 에서 끝나게 된다.
샐프-서보 효과가 도 38 의 셀프-서보 효과 모니터링 경로에서 검출되면, 즉 셀프-서보 플래그가 단계 (S406) 에서 "1" 로 설정되면, 단계 (S152) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지게 된다. 이 경우, 제어흐름은 단계 (S156) 로 가서 모터 (372) 를 오프시키고, 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다. 제 9 실시예의 도 29 의 경로와는 달리, 제 12 실시예의 도 37 의 경로는 단계 (S107, S108, S113) 에 상응하는 경로는 포함하지 않는다. 이와 관련하여 알아야 할 것은, 도 38 의 셀프-서보 효과 모니터링 경로는 전진 구동신호가 존재할 때만 셀프-서보 플래그가 "1" 로 설정되도록 되어 있다는 것이다. 그러므로, 도 37 의 패드가압 제어경로의 단계 (S152) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려질 때 전진 구동신호가 존재하게 된다. 단계 (S152) 에서 긍정의 판단이 내려지면 역구동신호는 존재하지 않는다. 따라서, 도 29 의 경로의 단계 (S107, S108, S113) 는 도 37 의 경로에서는 필요가 없다.
실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 크게 되는 도 37 의 경로에 따른 작용을 이상 설명했는데, 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 동일하거나 보다 작을 때의 작용은 제 9 실시예와 동일하다.
도 39 에는, 모터 (372) 가 전진 방향으로 작동할 때 실제 가압력 (Fs) 의 변화가 도시되어 있다. 도 31 의 실시예에서 처럼, 브레이크 조작부재는 시간 (t10) 에서 작동되며, 가압력 (Fs) 의 목표치 (F*) 가 결정된다. 이에 따라, 실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 까지 증가하게 된다.
시간 (t10) 과 시간 (t11) 사이의 기간 동안에, 디스크 로터 (312) 와 함께하는 내측패드 (320b) 의 드래그 운동은 탄성제어기구 (340) 에 의해 억제되어, 내측패드 (320b) 는 셀프-서보 효과를 제공하지 못하게 된다. 모터 (372) 가 전진방향으로 작동함에 따라 실제 가압력 (Fs) 은 증가하게 된다. 시간 (t11) 에서, 내측패드 (320b) 의 마찰력은 탄성제어기구 (340) 의 예하중 또는 초기 편향력 보다 크게 되며, 내측패드 (320b) 는 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그되어 셀프-서보 효과를 제공하게 된다.
셀프-서보 효과가 검출되면, 모터 (372) 의 실제 구동력이 그의 최대값에 도달했는지에 상관없이, 모터 (372) 는 오프된다. 그 결과, 실제 가압력 (Fs) 은 시간 (t12) 에서 목표치 (F*) 에 도달할 때까지, 모터 (372) 의 홀딩 토오크와 내측패드 (320b) 의 에지효과(edge effect) 때문에 연속적으로 증가하게 된다. 다음, 모터 (372) 를 제어하여, 실제 가압력 (Fs) 을 목표치 (F*) 에 유지시킨다.
제 12 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 가압력 (Fs) 의 증가량의 부족을 방지하기 위한 불충분한 증가 방지수단은 초음파 모터 (372), 하중센서 (420) 및 도 37 의 단계 (S151∼S156) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 일부로 구성되며, 홀딩 토오크를 발생시키기 위해 모터 (372) 를 비여자화시키는 비여자화 수단은 하중센서 (420) 및 단계 (S151∼S156) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 상기 일부로 구성된다. 또한, 내측패드 (320b) 의 셀프-서보 효과를 모니터링하는 셀프-서보 효과 모니터링 수단은 도 38 의 셀프-서보 효과 모니터링 경로를 수행하게 되는 (도 37 의 경로의 단계 (S151) 를 수행하게 되는) 일차 브레이크 제어기 (430) 의 일부로 구성된다.
전술한 제 9 내지 제 12 실시예에서, 모터 (372) 는 실제 가압력 (Fs) 을 증가시키기 위한 홀딩 토오크를 발생시키기 위해 오프된다. 모터 (372) 를 오프시킨 상태에서 실제 가압력 (Fs) 의 목표치 (F*) 를 감소시킬 필요가 있을 때는, 구동신호가 모터 (372) 에 가해진다. 이 경우, 모터 (372) 는 충분히 높은 응답으로 작동하지 않을 수도 있다. 이러한 모터 (372) 의 지연작동을 막는 것이 중요한 경우에는, 실제 가압력 (Fs) 을 증가시킬 필요가 있을 때도, 홀딩 토오크를 발생시키기 위해 모터 (372) 를 오프시키지 않고 이 모터 (372) 에 전진 구동신호를 계속 가하는 것이 바람직하다.
제 13 실시예에 대해 설명한다. 이 제 13 실시예는 여러 면에서 제 9 실시예와 유사하지만, 패드가압 제어경로에 있어서는 제 9 실시예와는 상이하다. 또한, 제 13 실시예의 패드가압 제어경로는 여러 면에서 제 9 실시예와 유사하다. 그러므로, 제 9 실시예와 상이한 제 13 실시예의 패드가압 제어경로의 단계에 대해서만 설명하며, 동일한 단계에 대해서는 같은 단계 번호를 사용했다.
모터 (372) 의 최대 구동력에 도달하기 전에 이 모터 (372) 를 전진 방향으로 작동시키거나 또는 최대 구동력에 도달한 후에 모터 (372) 를 오프시킴으로써, 실제 가압력 (Fs) 은 셀프-서보 효과로 증가하게 된다. 이러한 구성에 따르면, 실제 가압력 (Fs) 의 증가율은 비교적 높게 된다. 그러므로, 실제 가압력 (Fs) 은 모터 (372) 가 오프됨으로써 증가하여, 목표치 (F*) 에 대한 실제 가압력 (Fs) 의 부족량 (△F) 은 상대적으로 작게 되며, 실제 가압력 (Fs) 은 목표치 (F*) 를 훨씬 초과하는 값까지 신속히 증가할 수 있다.
셀프-서보 효과가 제공될 때 모터 (372) 를 역방향으로 작동시킴으로써 실제 가압력 (Fs) 은 감소하게 된다. 실제 가압력 (Fs) 의 감소율은 상기 증가율처럼 비교적 크게 된다. 그러므로, 실제 가압력 (Fs) 은 모터 (372) 가 역방향으로 작동함으로써 감소하여, 목표치 (F*) 에 대한 실제 가압력 (Fs) 의 초과량 (△F') 은 상대적으로 작게 되며, 실제 가압력 (Fs) 은 목표치 (F*) 보다 훨씬 작은 값까지 신속히 감소할 수 있다.
셀프-서보 효과가 제공되지 않을 때, 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 접촉한 상태에서 실제 가압력 (Fs) 은 모터 (372) 의 오프 상태로 동일한 값으로 유지된다. 한편, 셀프-서보 효과가 제공될 때, 모터 (372) 가 오프되어 있는 경우에도 실제 가압력 (Fs) 은 셀프-서보 효과로 증가하게 된다. 따라서, 셀프-서보 효과가 제공될 때 실제 가압력 (Fs) 을 유지시키기 위한 조치가 필요하다.
전술한 분석에 비추어, 셀프-서보 효과가 제공될 때, 실제 가압력 (Fs) 의 변화율을 제어하기 위해, 제 13 실시예는 실제 가압력 (Fs) 의 증가, 감소 및 유지를 위해 힘증가 제어수단, 힘감소 제어수단 및 힘유지 제어수단을 갖는다.
전술한 바와 같이, 모터구동회로 (454) 에서는, 고정자 (382) 의 공진 주파수의 변화에 따르기 위해, 모터 (372) 에 가해진 구동신호의 구동 주파수를 제어하게 된다. 제 13 실시예에서, 모터 (372) 의 구동 주파수는 아래와 같이 제어된다.
주파수 트레이서 (462) 와 구동신호 발생기 (458) 는 함께, 최적 구동 주파수의 예상되는 값보다 적절한 양만큼 높은 레벨까지 구동 주파수를 높힌 다음에 이 구동 주파수를 상기 레벨로부터 최적 레벨까지 낮춤으로써, 모터 (372) 의 작동시 모터 (372) 의 최적 구동 주파수를 반복적으로 검출하게 된다.
검출의 제 1 단계에서, 모터 (372) 의 구동 주파수는 모터 (372) 를 작동시키기에는 너무 높은 레벨까지 높아지게 된다. 다음, 도 40 의 그래프에서 보는 바와 같이, 구동 주파수는 상기 레벨로부터 예상되는 최적값까지 소정의 비율로 낮아지게 된다. 제 1 단계에서, 정해진 초기값은 상기 예상되는 최적값으로 사용된다. 구동 주파수가 낮아지면서 모터 (372) 의 구동 토오크가 스타팅 토오크를 초과하면, 모터 (372) 는 작동하기 시작한다. 구동 주파수를 내리는 동안에, 전극 (392c) 의 출력신호에 따라, 고정자 (382) 의 진동 상태가 기준상태 (예컨대, 공진 상태) 와 일치하는가를 체크하기 위해 고정자를 모니터링한다. 고정자 (382) 의 기준 상태가 검출되면, 구동 주파수를 내리는 일은 끝나게 되고, 이때의 구동 주파수는 예상되는 다음 최적값으로 사용된다. 즉, 구동 주파수의 예상되는 최적값이 갱신되게 된다.
검출의 제 2 단계에서, 갱신된 예상 최적값 보다 소정의 양만큼 더 높은 레벨까지 구동 주파수를 먼저 높이고, 다음에 상기 예상 최적값까지 정해진 비율로 낮추게 된다. 제 1 단계에서 처럼, 진동 상태가 기준 상태와 일치하는가를 결정하기 위해, 구동 주파수를 낮추는 동안에 전극 (392c) 의 출력신호에 근거하여 고정자 (382) 를 모니터링한다. 기준상태가 검출되면, 구동 주파수를 낮추는 일은 끝나게 되며, 그 때의 구동 주파수는 예상되는 다음 최적값으로 결정된다.
상기 제 2 단계는 모터 (372) 가 오프될 때까지 반복되며, 모터 (372) 의 구동 주파수는 고정자 (382) 의 온도, 모터 (372) 에 작용하는 하중의 변화 등에 따라 변하는 최적값으로 제어되게 된다. 그러므로, 모터 (372) 는 항상 높은 효율로 작동할 수 있다.
일반적으로, 모터 (372) 의 특성은, 구동 주파수가 고정자 (382) 의 공진 주파수 보다 높을 때 모터의 구동 토오크는 구동 주파수의 감소에 따라 증가한다는 것이다. 따라서, 제 1 검출단계가 시작된 바로 직후, 구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 있을 때도, 모터 (372) 의 구동 토오크는 이 모터 (372) 를 회전시키기에는 너무 작다. 구동 주파수의 하강율이 감소되면, 구동 토오크의 증가율도 따라서감소하게 되며, 구동 토오크가 작은 기간은 길어지게 된다. 도 40 의 그래프에서, 제 1 검출단계에서 구동 주파수의 비교적 높은 초기하강율은 "A" 로 표시되어 있으며, 구동 주파수의 비교적 낮은 초기하강율은 "B" 로 표시되어 있다. 구동 주파수가 비교적 높은 비율로 낮아지는 경우, 모터 (372) 는 시간 (t1) 에서 작동을 시작된다. 구동 주파수가 처음에 비교적 낮은 비율로 낮아지는 경우에는, 모터 (372) 는 시간 (t2) 에서 작동을 시작한다.
그러므로, 실제 가압력 (Fs) 을 비교적 높은 비율로 감소시킬 필요가 있을 때는, 모터 (372) 를 역방향으로 작동시키고, 모터 (372) 의 구동 주파수는 처음에 정상비율 (V0) 로 낮추게 된다. 실제 가압력 (Fs) 을 비교적 낮은 비율로 감소시킬 필요가 있을 때는, 모터 (372) 를 역방향으로 작동시키고, 구동 주파수는 처음에 정상비율 (V0) 보다 낮은 제 1 비율 (V1) 로 낮추게 된다.
실제 가압력 (Fs) 을 셀프-서보 효과로 비교적 높은 비율로 증가시킬 필요가 있는 경우에는, 모터 (372) 를 오프시킨다. 실제 가압력 (Fs) 을 비교적 낮은 비율로 증가시키기 위해 구동 주파수를 처음에 정상비율 (V0) 로 낮추면서 모터 (372) 를 역방향으로 작동시키면, 실제 가압력은 사실은 감소하게 된다. 따라서, 비교적 낮은 비율로 실제 가압력 (Fs) 을 증가시킬 필요가 있을 때는, 모터 (372) 를 역방향으로 작동시키고, 구동 주파수는 처음에 정상비율 (V0) 보다 낮은 제 2 비율 (V2) 로 낮추게 된다. 제 2 비율 (V2) 은 제 1 비율 (V1) 과 같거나 그렇지 않을 수 있다.
실제 가압력 (Fs) 을 유지시킬 필요가 있을 때, 모터 (372) 가 오프 상태로 있고 셀프-서보 효과가 제공되고 있으면, 사실 상기 가압력 (Fs) 은 증가하게 된다. 구동 주파수가 처음에 정상비율 (V0) 로 낮아지면서 모터 (372) 가 역방향으로 작동하면, 실제 가압력 (Fs) 은 감소하게 된다. 구동 주파수가 처음에 제 2 비율 (V2) 로 낮아지면서 모터 (372) 가 역방향으로 작동하면, 실제 가압력 (Fs) 은 약간 감소하게 된다. 그러므로, 실제 가압력 (Fs) 을 유지시킬 필요가 있을 때는, 구동 주파수는 처음에 제 2 비율 (V2) 보다 낮은 제 3 비율 (V3) 로 낮추면서 모터 (372) 를 역방향으로 작동시킨다.
제 13 실시예에서, 패드가압 제어경로는 전술한 사항에 비추어 구성되어 있다. 이 제어경로는 도 41 의 순서도에 제시되어 있으며, 실제 가압력 (Fs) 이 감소할 때 모터 (372) 의 구동 주파수를 제어하기 위해 힘감소 제어경로가 수행되는 단계 (S160) 을 포함하고 있다. 힘감소 제어경로는 도 42 의 순서도에 제시되어 있다. 패드가압 제어경로는, 실제 가압력 (Fs) 이 증가 및 유지될 때 모터 (372) 의 구동 주파수를 제어하기 위한 단계들을 갖고 있다.
도 41 의 패드가압 제어경로는 반복적으로 수행되며, 도 29 의 제 9 실시예와 관련하여 설명한 단계 (S101-S105) 를 포함한다 (도 37 의 제 12 실시예).
실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작으면, 즉 단계 (S105) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S151) 로 가서, 도 38 의 셀프-서 보 효과 모니터링 경로가 수행된다. 단계 (S151) 에 이어 단계 (S152) 로 넘어가서, 셀프-서보 플래그가 "1" 로 설정되어 있는지를 결정하게 된다. 플래그가 "0" 으로 설정되어 있으면, 즉 단계 (S142) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 도 37 의 경로와 관련하여 전술한 단계 (S153-S155) 로 가게 된다. 모터 (372) 가 오프된 상태에서 단계 (S153) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 모터 (372) 의 구동 주파수는 단계 (S154) 에서 처음에 정상비율 (V0) 로 낮아지게 된다. 즉, 구동 주파수의 초기 하강율은 V0 로 설정된다. 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지면서 단계 (S153) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 구동 주파수는 단계 (S154) 에서 처럼 단계 (S155) 에서 처음에 정상비율 (V0) 로 낮아지게 된다. 도 41 의 경로수행의 한 사이클이 단계 (S154) 또는 단계 (S155) 에서 끝나게 된다.
셀프-서보 플래그가 "1" 로 설정되고 단계 (S152) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S157) 로 가서, 목표치 (F*) 에 대한 실제 가압력 (Fs(N)) 의 부족량 (△F) 을 계산하게 된다. 단계 (S157) 에 이어 단계 (S158) 로 가서, 상기 계산된 부족량 (△F) 이 정해진 기준값 (fa) 보다 큰지를 결정하게 된다. 단계 (S158) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S156) 로 가서 모터 (372) 를 오프시키게 되며, 실제 가압력 (Fs) 은 급속히 증가하게 된다. 단계 (S158) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S159) 로 가서, 모터 (372) 는 먼저 오프되고 다음에 모터 (372) 에 역구동신호가 가해져 역방향으로 작동하게 된다. 이 경우, 모터 (372) 의 구동 주파수는 처음에 제 2 비율 (V2) 로 낮아지게 된다. 즉, 구동 주파수의 초기 하강율은 단계 (S159) 에서 V2 로 설정된다. 그 결과, 실제 가압력 (Fs) 은 천천히 증가하게 된다. 경로수행의 한 사이클이 단계 (S156) 또는 단계 (S159) 에서 끝나게 된다.
실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작으면, 단계 (S105) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며 또 단계 (S114) 에서도 부정의 판단 (NO) 이 내려지고, 도 42 의 순서도에 도시된 힘감소 제어경로를 수행하기 위해 단계 (S160) 가 수행된다.
도 42 의 힘감소 제어경로는 단계 (S501) 에서부터 시작되며, 이 단계에서, 셀프-서보 효과 모니터링 경로가 도 38 에서처럼 수행된다. 단계 (S501) 에 이어 단계 (S502) 로 가서, 셀프-서보 플래그가 "1" 로 설정되어 있는지를 결정하게 된다. 단계 (S502) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S503) 으로 가서, 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 있는지를, 또는 모터 (372) 가 오프되어 있는지를 결정하게 된다. 단계 (S403) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S504) 로 가서, 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 구동 주파수가 처음에 정상비율 (V0) 로 낮아지게 된다. 즉, 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지면 또는 모터 (372) 가 오프 상태에 있으면, 구동 주파수의 초기 하강율은 V0 로 설정된다. 전진 구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 단계 (S503) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S505) 로 가서, 모터 (372) 는 먼저 오프되고 역구동 신호가 모터 (372) 에 가해지게 된다. 이 경우에도, 구동 주파수의 초기 하강비율은 V0 로 설정된다. 도 42 의 경로수행의 한 사이클이 단계 (S504) 또는 (S505) 에서 끝나게 된다.
셀프-서보 플래그가 "1" 로 설정되고 셀프-서보 효과가 제공되면, 단계 (S502) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지며 또한 제어흐름은 단계 (S506) 로 가서, 목표치 (F*) 에 대한 실제 가압력 (Fs(N)) 의 초과량 (△F') 을 계산하게 된다. 단계 (S506) 에 이어 단계 (S507) 로 가서, 상기 계산된 초과량 (△F') 이 정해진 기준값 (fg) 보다 큰지를 결정하게 된다. 단계 (S507) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 전술한 단계 (S503-S505) 로 가며 모터 (372) 의 구동 주파수는 처음에 정상비율 (V0) 로 낮아지게 되어, 실제 가압력 (Fs) 이 급속히 감소하게 된다. 상기 초과량 (△F') 이 기준값 (fg) 보다 크지 않으면, 단계 (S507) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며 또한 제어흐름은 단계 (S508) 로 가서, 모터 (372) 가 오프되어 있는지를 결정하게 된다. 단계 (S508) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S509) 로 가서, 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 또한 구동신호가 처음에 제 1 비율 (V1) 로 낮아지게 되어, 실제 가압력 (Fs) 은 천천히 감소하게 된다. 단계 (S508) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S510) 로 가서, 모터 (372) 가 먼저 오프되고 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 구동 주파수가 처음에 제 1 비율 (V1) 로 낮아지게 되어, 실제 가압력 (Fs) 이 천천히 감소하게 된다. 도 42 의 경로수행의 한 사이클이 단계 (S509) 또는 단계 (S510) 에서 끝나게 된다.
실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 같으면, 도 41 의 패드가압 제어경로의 단계 (S105) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며 또한 단계 (S114) 에서는 긍정의 판단 (YES) 이 내려져, 도 38 의 셀프-서보 효과 모니터링 경로를 수행하기 위해 단계 (S161) 가 수행된다. 단계 (S161) 에 이어 단계 (S162) 로 가서, 셀프-서보 플래그가 "1" 로 설정되어 있는지를 결정하게 된다. 단계 (S162) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S163) 로 가서, 모터 (372) 를 오프시키고, 도 41 의 경로수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
상기 단계 (S162) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S164) 로 가서, 모터 (372) 가 오프되어 있는지를 결정하게 된다. 단계 (S164) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S164) 로 가서, 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지고 구동 주파수는 처음에 제 3 비율 (V3) 로 낮아지게 된다. 단계 (S164) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S166) 로 가서, 모터 (372) 는 먼저 오프되고 다음에 역구동신호가 모터 (372) 에 가해지며 구동 주파수는 처음에 제 3 비율 (V3) 로 낮아지게 된다. 단계 (S165) 및 단계 (S166) 의 경우에, 실제 가압력 (Fs) 은 유지된다. 도 41 의 경로수행의 한 사이클이 단계 (S165) 또는 단계 (S166) 에서 끝나게 된다.
제 13 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 가압력 (Fs) 의 증가량의 부족을 막기 위한 불충분한 증가 방지수단은 초음파 모터 (372), 하중센서 (420) 및 도 41 의 단계 (S151-S159) 를 수행하게 되는 일차 브레이크 제어기 (430) 의 일부로 구성된다. 또한, 셀프-서보 효과 모니터링 수단은 단계 (S151, S161, S501) 를 수행하게 되는 (도 38 의 셀프-서보 효과 모니터링 경로를 수행하게 되는) 일차 브레이크 제어기 (430) 의 일부로 구성된다.
상기 실시예들은 실제 가압럭 (Fs) 을 증가시키기 위해 초음파 모터 (372) 를 제어할 필요가 있는가를 결정하게 된다. 이 결정에 있어 다음과 같은 기술들이 사용되는데, 즉 실제 가압력 (Fs) 의 증가량이 모터 (372) 의 제 1 상태에서 제 1 한계값 보다 작게 되는지에 대한 결정은 모터의 구동력이 최대값에 도달했는지를 결정하기 위해 행해지는 기술 및, 실제 가압력 (Fs) 의 증가량이 모터 (372) 의 제 1 상태에서 제 3 한계값 보다 크게 된다는 조건을 포함한 하나 이상의 조건들이 만족되는지에 대한 결정은 셀프-서보 기구가 작동하기 시작하는 지를 결정하기 위해 행해지는 기술이 이용된다. 그러나, 이들 기술은 다른 목적을 위해 이용될 수도 있다.
다음, 본 발명의 제 14 실시예에 대해 설명한다. 이 제 14 실시예는 도 19 에 그의 구성이 도시된 도 37-39 의 제 12 실시예와 여러 면에서 구성상 유사하다. 제 9, 12 실시예와 동일한 참조부호 및 단계번호를 사용했으며, 제 14 실시예가 제 12 실시예와 상이한 부분에 대해서만 상세히 설명한다.
도 43 을 참고하면, 본 발명의 제 14 실시예에 따라 구성된, 4륜 자동차용 전기작동식 제동 시스템에 사용되는 모터구동식 디스크 브레이크 (470) 가 도시되어 있다. 이 디스크 브레이크 (470) 는 다음과 같은 점에서 도 19 의 디스크 브레이크 (310) 와 상이한데, 즉, 디스크 브레이크 (470) 는 (a) 초음파 모터 (372) 를 대신한 DC 모터 (472) 및 (b) 상기 DC 모터 (472) 와 볼스크류 기구 (374) 형태의 운동변환기구 사이에 배치된 웜기어 (474) 형태의 토오크 전달기구를 사용한다. DC 모터 (472) 및 웜기어 (474) 가 제공되어 있다는 점을 제외하고는, 디스크 브레이크 (470) 는 도 19 의 디스크 브레이크 (310) 와 동일하다.
캘리퍼 (336) 는 내측패드 (320b) 의 뒷면(도 43 에서 보았을 때 좌측)에서 구동장치 (476) 를 갖고 있다. 이 구동장치 (476) 는 하우징 (478) 를 갖고 있으며, 구동장치 (476) 가 상기 하우징에서 캘리퍼 (336) 에 고정된다. 볼스크류 기구 (374) 의 내부 나사부재 (402) (운동변환기구의 회전부재) 는 레이디얼 베어링 (410) 및 스러스트 베어링 (412) 를 통해 하우징 (478) 에 지지된다. 내부 나사부재 (402) 는 하우징 (478) 에 대해 회전할 수 있으며, 나사부재 (402) 의 축방향 이동은 스탑 (414) 에 의해 억제된다. DC 모터 (472) 및 웜기어 (474) 는 하우징 (478) 안에 수용된다.
웜기어 (474) 는 당 기술분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이 웜휠 (480) 및 이와 회전가능하게 맞물리는 웜 (482) 로 구성된다. 웜휠 (480) 의 축선과 웜 (482) 의 축선은 서로 수직이다. 웜휠 (480) 은 상기 나사부재 (402) 와 동일한 축선상에서 함께 회전할 수 있도록 내부 나사부재 (402) 에 고정된다. 한편, 웜 (482) 은 하우징 (478) 에 대해 회전가능하게 하우징 (478) 에 지지되지만, 웜 (482) 의 축방향 운동은 제한된다. 웜 (482) 에 작용하는 레이디얼 하중 및 스러스트 하중은 레이디얼 및 스러스트 베어링이 (도시 안됨) 각각 받게 된다. 웜 (482) 에는 DC 모터 (472) 의 회전축이 부착되어 있으며, 웜 (482) 은 이 회전축과 동축을 이루면서 함께 회전하게 된다. 웜 (482) 의 축선과 DC 모터 (472) 의 축선은 도 43 의 평면에 수직이다.
디스크 브레이크 (470) 에서, DC 모터 (472) 는 그에 전진구동신호가 가해지면 전진방향으로 작동하게 되며 웜 (482) 은 전진방향으로 회전하여, 웜휠 (480) 과 내부 나사부재 (402) 는 전진방향으로 회전하게 된다. 내부 나사부재 (402) 가 전진방향으로 회전하면, 외부 나사부재 (400) (운동변환기구의 축방향 가동부재) 가 전진하게 되며, 이에 따라 가압봉 (370) 이 전진하여 한 쌍의 마찰패드 (320a, 320b) 는 디스크 로터 (312) 의 대향 마찰면 (314) 들에 가압되게 된다.
본 실시예에서, 웜기어 (474) 의 역효율(reverse effiency)이 0 으로 설정되어 DC 모터 (472) 의 토오크가 내부 나사부재 (402) 에 전달되지만, 내부 나사부재 (402) 의 토오크는 완전히 웜기어 (474) 가 받게 되며 또한 DC 모터 (472) 에는 전달되지 않는다. 따라서, 셀프-서보 효과에 기인한 내측패드 (320b) 의 반력에 근거한 내부 나사부재 (402) 의 토오크가 DC 모터 (472) 의 구동 토오크 보다 클 때도, 웜휠 (480), 웜 (482) 및 DC 모터 (472) 는 역방향으로 회전하지 않으며, 이들 구성요소 (480, 482, 472) 는 동일한 각위치에 유지된다. 이러한 구성으로, 가압봉 (370) 은 내측패드 (320b) 로부터 전달된 반력에 저항하면서 잠금되며, 마찰패드 (320) 에 작용하는 가압력은 내측패드 (320b) 의 매우 큰 셀프-서보 효과 때문에 DC 모터 (472) 의 구동 토오크 보다 크게 된다.
디스크 브레이크 (470) 가 셀프-서보 효과를 제공하지만, 웜기어 (474) 는 내측패드 (320b) 의 실제 가압력을 유지시킬 수 있다. 브레이크 조작부재의 작동중에, DC 모터 (472) 의 회전이 억제되면서 DC 모터 (472) 가 여자화 상태로 되면, DC 모터 (472) 는 다량의 열을 발생시킬 수 있다. 또한, DC 모터 (472) 가 이러한 상태에 있으면, 전력소비가 증가하게 된다. 이러한 점을 감안하여, 본 제동 시스템에서는, 디스크 브레이크 (470) 의 작동중에 셀프-서보 효과가 제공되면서 DC 모터 (472) 는 오프되게 된다. 또한, 가압봉 (370) 이 주차 브레이크를 걸기 위해 전진한 후에도 DC 모터 (472) 는 오프된다.
도 44 의 블럭도를 참고하면, 본 전기작동식 제동 시스템을 위한 전기제어 시스템이 도시되어 있다. 이 전기제어 시스템은 일차 브레이크 제어기 (484) 를 포함하는데, DC 모터 (472) 가 모터구동회로 (454) 를 통해 상기 제어기에 연결되어 있다. 이 일차 브레이크 제어기 (484) 는 제 12 실시예에서 사용되는 일차 브레이크 제어기 (430) 와 기본적으로 유사하며, 제 12 실시예의 도 37 의 경로와는 상이한 패드가압 제어경로를 수행하게 되는 컴퓨터를 포함한다.
본 발명의 제 14 실시예에 따른 패드가압 제어경로는 도 45 의 순서도에 제시되어 있다. 도 37 에서와 동일한 단계를 나타내기 위해 도 37 에서와 동일한 단계번호가 도 45 에서도 사용된다.
실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 작으면, 즉 단계 (S105) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S151) 로 가서, 셀프-서보 효과 모니터링 경로가 도 38 의 순서도에 제시되어 있는 바와 같은 제 12 실시예와 동일한 방식으로 수행된다. 셀프-서보 효과가 제공되지 않으면, 즉 단계 (S152) 에서부정의 판단 (NO) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S171) 로 가서, 전진 구동신호가 DC 모터 (472) 에 가해지게 된다. 셀프-서보 효과가 제공되고 단계 (S152) 에서 긍정의 판단 (YES) 이 내려지면, 제어흐름은 단계 (S172) 로 가서 DC 모터 (472) 를 오프시킨다. 도 45 의 경로수행의 한 사이클이 단계 (S171) 또는 단계 (S172) 에서 끝나게 된다.
실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 보다 크면, 단계 (S105) 및 단계 (S114) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며, 제어흐름은 단계 (S173) 로 가서, 역구동신호가 DC 모터 (472) 에 가해지게 된다. 실제 가압력 (Fs(N)) 이 목표치 (F*) 와 동일하면, 단계 (S104) 에서 부정의 판단 (NO) 이 내려지며 단계 (S114) 에서는 긍정의 판단 (YES) 이 내려지게 되어, DC 모터 (472) 를 오프시키기 위해 단계 (S174) 를 수행하게 된다. 경로수행의 한 사이클이 단계 (S173) 또는 단계 (S174) 에서 끝나게 된다.
본 발명의 제 14 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 가압력 (Fs) 의 증가량의 부족을 방지하기 위한 불충분한 증가 방지수단은 웜기어 (474), 하중센서 (420) 및 도 45 의 단계 (S151, S152, S171, S172) 를 수행하게 되는 일차 제어기 (484) 의 일부로 구성된다. 또한, 셀프-서보 효과 모니터링 수단은 도 45 의 단계 (S151) 를 수행하게 되는 (도 38 의 셀프-서보 효과 모니터링 경로를 수행하게 되는) 제어기 (484) 의 일부로 구성된다.
그리고, 본 실시예에서는, DC 모터 (472) 에 의한 열의 발생을 방지하고 DC 모터 (472) 에 의한 불필요한 전력소모를 최소화하기 위해, 셀프-서보 효과가 제공되는지의 여부를 결정하게 되며, 또한 셀프-서보 효과가 제공될 때는 DC 모터 (472) 를 오프시키게 된다. 그러나, 이러한 구성은 필수적인 것은 아니다. 즉, 셀프-서보 효과가 제공될 때도 DC 모터 (472) 를 온(on) 상태로 둘 수 있다.
내측패드 (320b) 의 반력이 DC 모터 (472) 의 구동력 보다 클 때도, 상기 반력이 DC 모터 (472) 로 전달되는 것이 웜기어 (474) 에 의해 방지된다. 그러나, 이러한 웜기어 (474) 의 기능은, 운동변환기구로서 제공되는 적절한 스크류 기구 - 역효율은 실질적으로 0 이다 - 로도 얻을 수 있다.
다음, 본 발명의 제 15 실시예에 대해 설명한다. 이 제 15 실시예는 여러 면에서 제 9 실시예와 유사하지만, 후술할 탄성제어기구에 있어서는 제 9 실시예와 상이하다.
제 9 실시예에서, 도 21 에 도시된 탄성제어기구 (340) 는 매우 작은 탄성계수를 갖는다. 이 탄성계수는, 탄성부재 (342) 의 탄성력을 탄성부재 (342) 의 탄성변형량으로 나눈 값이다. 탄성부재 (342) 의 탄성력은 탄성부재 (342) 가 내측패드 (320b) 로부터 받는 힘과 같으며, 탄성부재 (342) 의 탄성변형량은 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그될 때 발생하는 내측패드 (320b) 의 변위량과 같다. 도 47 의 그래프에서 점선으로 표시한 바와 같이, 탄성제어기구 (340) 의 탄성계수가 매우 작기 때문에, 탄성부재 (342) 의 탄성력이 탄성부재 (342) 의 설정된 하중 또는 예하중까지 증가한 후에, 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그되어 내측패드의 변위량이 갑자기 커진 결과로 탄성부재 (342) 의 탄성변형량이 갑자기 증가하게 된다. 탄성력이 상기 예하중까지 증가할 때까지, 탄성변형량은 0 으로 유지되어 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그되는 것을 방지하게 된다.
일반적으로, 내측패드 (320b) 의 실제 가압력 (Fs) 은 셀프-서보 효과로 인해 매우 높은 비율로 증가하는 경향이 있다. 실제 가암력이 지나치게 높은 비율로 증가하는 것을 막기 위해, 예컨대 탄성제어기구 (340) 의 예하중을 비교적 크게 설정할 수도 있다. 그러나, 탄성제어기구 (340) 의 비교적 큰 예하중이 실제 가압력의 증가율을 제한하는데 효과적이지만, 디스크 로터 (312) 와 함께 하는 내측패드 (320b) 의 드래그가 지연되고 이에 따라 내측패드 (320b) 의 셀프-서보 효과의 개시가 지연된다는 단점이 있다. 한편, 탄성제어기구 (340) 의 예하중이 비교적 작게 되면, 셀프-서보 효과가 비교적 빨리 나타나지만, 실제 가압력이 지나치게 높은 비율로 증가하게 된다.
위와 같은 사실을 감안하여, 제 15 실시예에서는 발생된 탄성력이 변형량의 증가와 더불어 같이 증가하도록 구성된 탄성제어기구가 사용된다. 예컨대, 이 탄성제어기구는, 탄성력이 변형량에 대해 비선형적으로 증가하도록 구성할 수도 있다. 비선형적인 관계에 대한 두 예가 도 47 의 그래프에서 실선 A 와 B 로 제시되어 있다. 실선 A 는 탄성계수가 두 단계에 걸쳐 변하는 제 1 비선형 관계를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 제 1 비선형 관계는, 탄성변형량이 비교적 작을 때 비교적 작은 제 1 탄성계수와, 탄성변형량이 비교적 클 때 비교적 큰 제 2 탄성계수를 제공한다. 실선 B 는 탄성계수가 탄성변형량의 증가와 더불어 연속적으로 증가하는 제 2 비선형 관계를 나타낸다. 또한 상기 탄성제어기구는 탄성력이 변형량에 대해 선형적으로 증가하도록 구성할 수도 있다. 선형관계의 일예는 도 47 의 그래프에서 이점쇄선 C 으로 제시되어 있다.
제 15 실시예에 따른 탄성제어기구는 도 46 에 제시된 바와 같이 구성할 수 있으며, 이 도면에서 상기 제어기구는 참조번호 "500" 으로 표시되어 있다. 탄성제어기구 (340) 와 마찬가지로, 상기 탄성제어기구 (500) 는 (a) 한 쌍의 아암 (501a, 501b) 을 갖는 U 형 스프링 (502) 형태의 제 1 탄성부재와, (b) 상기 U 형 스프링 (502) 의 변형량을 변화시켜 U 형 스프링 (502) 의 예하중을 조절하는 조절기구 (504) 를 포함한다. 이 조절기구 (504) 는 내측패드 (320b) 가 디스크 로터 (312) 와 함께 드래그되는 방향 (Z) 으로 신장한 조절볼트 (506) 를 갖는다. 이 조절볼트 (506) 는 U 형 스프링 (502) 의 한 쌍의 아암 (501a, 501b) 을 연결시키는데, 두 아암 (501) 은 서로를 향해 움직일 수 있지만 서로 멀어지는 방향으로는 움직이지 못한다. 조절볼트 (506) 를 조작하여 U 형 스프링 (502) 의 초기 탄성변형량을 변화시킴으로써, U 형 스프링 (502) 의 예하중을 조절할 수 있다.
또한, 탄성제어기구 (500) 는 코일 스프링 (508) 형태의 제 2 탄성부재를 포함하여, 이 코일 스프링은 U 형 스프링 (502) 의 두 아암 (501) 사이에 배치되며, 조절볼트 (506) 가 상기 코일 스프링을 통과해 그와 함께 동축적으로 신장되어 있다. 자유 상태에서 코일 스프링 (508) 의 길이는 다음과 같이 결정되는데, 즉 코일 스프링 (508) 의 일단부와 이에 대응하는 두 아암 (501a, 501b) 중 하나의 내측표면 사이에 적절한 틈 δ이 존재하도록 결정된다. 내측패드 (320b) 로부터 (내측패드 (320b) 측에 있는) 아암 (501b) 에 힘 R 이 가해지면, 힘 R 이 비교적 작은 상태에서 U 형 스프링 (502) 만이 탄성변형을 받게 되며, 디스크 로터 (312) 와 함께 하는 내측패드 (320b) 의 드래그 운동의 양은 비교적 작게된다. 내측패드 (320b) 의 드래그 운동의 양이 증가하면서 상기 힘 R 이 주어진 한계값을 초과하면, 코일 스프링 (508) 은 탄성변형이 시작되고 U 형 스프링 (502) 도 연속적으로 탄성변형된다. 이에 따라, 탄성제어기구 (500) 는 도 47 에서 실선 A 으로 표시된 제 1 비선형 관계를 나타낸다.
상기 탄성제어기구 (500) 에 대해 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 코일 스프링 (508) 대신에, 도 48 에서 보는 바와 같은 다수의 원추형 디스크 스프링 (512), 또는 도 49 에 제시된 시이트 스프링 (156) 도 사용할 수 있다. 이 시이트 스프링 (156) 은 그의 일단에서 내측패드 (320b) 측에 있는 아암 (501b) (가동 아암) 에 고정되며, 시이트 스프링 (156) 의 자유단과 아암 (501b) 의 외측표면 사이에는 적절한 틈 δ 이 존재한다.
도 48 의 탄성제어기구는 작용원리면에서 도 46 의 탄성제어기구와 다음과 같은 점에서 유사한데, 즉 평행히 배치되는 두 탄성부재중 하나만 탄성변형을 받을 때는 변형량이 비교적 작고, 또한 두 탄성부재 모두가 동시에 탄성변형을 받으면 탄성변형량은 비교적 크게 되는데, 따라서 탄성변형량이 소정의 한계값을 초과하면 탄성계수는 증가하게 된다. 한편, 도 49 의 탄성제어기구에서는, 서로 직렬로 배치된 두 탄성부재 모두가 동시에 탄성변형을 받으면 제어기구의 탄성변형량은 비교적 작게 되며, 또한 두 탄성부재중 하나만 탄성변형을 받을 때는 탄성변형량은 비교적 크게 되는데, 따라서 탄성변형량으로 탄성계수는 증가하게 된다.
다른 구성의 탄성제어기구 (500) 는 다음과 같은 구성요소, 즉, 코일 스프링 (508) 또는 원주형 디스크 스프링 (512) 에 대해 반경방향 외측에 배치된 실린더형 고무부재; 코일 스프링 (508) 의 양 단부 또는 어느 일단부 또는 원주형 디스크 스프링 (512) 과 아암 (501a, 501b) 중 어느 하나 또는 모두 사이의 틈 δ 에 대응하는 틈(들)에 배치되는 고무부재(들) 및; 코일 스프링 (508) 의 인접하는 턴(turn) 들 사이에 또는 인접하는 원추형 디스크 스프링 (512) 들 사이에 배치되는 고무부재(들)를 포함한다. 이러한 수정된 구성은 도 47 에 실선 B 으로 표시된 제 2 비선형 관계를 제공한다. 고무부재(들)가 코일 스프링 (508) 의 인접하는 턴들 사이에 배치되면, 인접하는 턴들 사이의 틈은 공칭 값으로부터 증가하거나 또는 증가하지 않을 수 있다. 다시 말해, 고무부재(들)를 틈에 제공하기 위한 목적으로, 인접하는 턴들 사이의 비교적 큰 틈을 코일 스프링 (508) 에 제공할 수 있다. 고무부재(들)가 인접하는 원추형 디스크 스프링 (512) 사이에 제공될 때는, 고무부재와 원추형 디스크 스프링 (512) 는 서로 번갈아 가며 겹치게 된다.
본 발명의 제 15 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 탄성제어기구 (500) 는 탄성부재로서 기능하며, 또한 내측패드 (320b) 의 가압력의 증가율을 제어하는 기구를 구성하게 된다.
본 발명의 제 16 실시예에 대해 설명한다. 제 16 실시예는 여러 면에서 도 10-12 의 제 3 실시예와 유사하지만, 디스크 브레이크의 일부에 있어서는 제 3 실시예와 상이하다. 공통으로 사용되는 구성요소에 대해서는 도 10-12 에서와 동일한 참조부호를 제 16 실시예에서도 사용했고, 디스크 브레이크에서 상이한 부분에 대해서만 설명한다.
도 10-12 의 제 3 실시예의 디스크 브레이크에서, 내측패드 (14b) 는 셀프-서보 효과를 제공하는 쇄기로서 기능한다. 제 16 실시예에 따른 디스크 브레이크 (520) 에서는, 도 50 에서 보는 바와 같이, 외측패드 (14a) 가 셀프-서보 효과를 제공하는 쇄기로서 기능하게 된다.
디스크 브레이크 (520) 에서, 내측패드 (14b) 는 디스크 로터 (11) 와 함께 드래그될 수 있도록 장착 브라켓 (152) 에 지지되지 않는다. 내측패드 (14b) 에서, 마찰부재 (18) 와 지지판 (20) 모두는 일정한 두께를 갖는다. 가압봉 (216) 과 초음파 모터 (212) 는 그들의 축선이 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 에 수직이 되도록 디스크 브레이크 (520) 에 배치된다.
한편, 외측패드 (14a) 는디스크 로터 (11) 와 함께 드래그될 수 있도록 장착 브라켓 (152) 에 지지된다. 외측패드 (14a) 에서, 마찰부재 (18) 는 일정한 두께를 갖지만, 지지판 (20) 은 드래그 방향 (Y) 으로 연속적으로 감소하는 두께를 갖는다. 즉, 지지판 (20) 은 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 에 대해 경사진 뒷면 (524) 을 갖고 있다. 제 3 실시예의 디스크 브레이크 (150) 와 마찬가지로, 상기 디스크 브레이크 (520) 는 탄성부재 (184), 가동부재 (186) 및 디스크 로터 (11) 와 함께 하는 외측패드 (14a) 의 드래그 운동을 제어하기 위한 스탑 (190) 을 갖고 있다. 캘리퍼 (202) 의 반작용부 (206) 는 경사면 (524) 에서 외측패드 (14a) 의 지지판 (20) 을 지지하기 위한 지지면 (526) 을 갖고 있으며, 외측패드 (14a) 는 디스크 로터 (11) 와의 마찰접촉으로 움직일 수 있다. 이 지지면 (526)도 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 에 대해 경사져 있다. 지지면 (526) 과 외측패드 (14a) 사이에는, 스러스트 베어링 (528) 형태의 마찰감소수단이 제공되어 있으며, 상기 베어링은 원을 따라 배열된 볼 형태의 다수의 구름요소를 갖고 있다.
본 발명의 제 16 실시예에 대해서도 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 도 51 와 같이, 내측패드 (14b) 에 경사면 (530) 을 제공할 수 있다. 그러나, 이 경우에 내측패드 (14b) 는 쇄기로서 기능하지 않게 된다.
다음, 본 발명의 제 17 실시예에 대해 설명한다. 제 17 실시예는 여러 면에서 제 16 실시예와 유사하지만, 셀프-서보 효과 억제수단에 있어서는 제 16 실시예와는 상이하다. 공통으로 사용되는 구성요소에 대해서는 제 16 실시예에서와 동일한 참조부호를 제 17 실시예에서도 사용했고, 셀프-서보 효과 억제수단에 대해서만 설명한다.
종래의 디스크 브레이크에서, 일반적으로 장착 브라켓은 (a) 외측패드가 디스크 로터의 회전방향으로 그 사이에 배치되는 한 쌍의 부분과 (b) 외측패드를 넘어 상기 한쌍의 부분을 연결시키는 연결부를 포함한다. 도 20 에서, 상기 한 쌍의 부분은 참조부호 "538a" 및 "538b" 로 표시되어 있고, 연결부는 "540" 으로 표시되어 있다.
제 17 실시예에서, 도 52, 53 에서 보는 바와 같이, 연결부 (540) 대신에 탄성부재 (542) 를 사용할 수도 있다. 이 탄성부재 (542) 는 대향 단부 (543a, 543b) 를 갖는 일반적으로 봉 형태의 부재로 되어 있으며, 외측패드 (14a) 는 디스크 로터의 회전방향 (X) 으로 서로의 맞은 편에 있는 대향 단부 (544a, 544b) 를 갖는다. 자동차의 전진주행시, 외측패드 (14a) 는 단부 (544a) 로부터 단부 (544b) 로 향하는 방향으로 디스크 로터와 함께 드래그된다. 탄성부재 (542) 의 단부 (543b) 는 외측패드 (14a) 의 단부 (544b) 와 결합되어 있으며, 단부 (543a) 는 외측패드 (14a) 의 단부 (544b) 로부터 먼쪽에 있는 장착 브라켓 (330) 의 부분 (538a) 와 결합되어 있다.
탄성부재 (542) 의 단부 (543b) 는 외측패드 (14a) 의 단부 (544b) 의 표면과 결합하며, 상기 표면은 외측패드 (14a) 의 드래그 방향으로 향한다. 단부 (543b) 는 단부 (544b) 의 표면으로부터 힘을 받게 되며, 이 힘은 드래그 방향으로 작용한다. 탄성부재 (542) 는 이 힘때문에 탄성변형을 하게 되어, 외측패드 (14a) 의 드래그 운동의 개시점, 즉 외측패드 (14a) 의 셀프-서보 효과의 개시점을 적절히 결정하기 위해 탄성부재 (542) 의 탄성특성을 최적화할 수 있다.
단부 (543b, 544b) 를 확대한 도면인 도 54 를 참고하면, 장착 브라켓 (152) 의 상기 부분 (538b) 에는 스탑 (546) 이 형성되어 있는데, 이 스탑은 외측패드 (14a) 의 단부 (544b) 로 향한 탄성부재 (542) 의 단부 (543b) 의 변위량을 제한하게 된다. 상기 스탑 (546) 은 탄성부재 (542) 의 단부 (543b) 와 외측패드 (14a) 의 단부 (544b) 사이의 틈의 최초 규정된 크기를 결정하는데 영향을 준다. 단부 (543b) 와 단부 (538b) 는 지지부 (548) 를 통해 서로 접촉하게 된다. 즉, 외측패드 (14a) 가 디스크 로터와의 마찰접촉으로 드래그될 때 상기 지지부 (548) 는 단부 (543b) 와 부분 (538b) 간의 직접적인 접촉을 방지하게 된다.
탄성부재 (542) 는 제 15 실시예와 관련하여 전술한 비선형 관계와 유사한 탄성특성을 갖는다. 탄성부재 (542) 의 단부 (543b) 는 도 52 에서 보는 바와 같은 컷아웃부 (550) 를 갖고 있다. 외측패드 (14a) 로부터 단부 (543b) 로 전달되는 힘이 컷아웃부 (550) 가 존재하기에 충분히 작으면, 탄성부재 (542) 는 작은 최소단면계수를 가지며 또한 비교적 작은 탄성계수를 갖는다. 컷아웃부 (550) 가 눈에 보이지 않을 정도로 상기 힘이 증가한 후에는, 탄성부재 (542) 의 최소단면계수는 증가하게 되며 또한 이에 따라 탄성계수도 커지게 된다. 이러한 구성에서, 컷아웃부 (550) 를 갖는 탄성부재 (542) 는, 컷아웃부 (550) 가 존재할 때와 컷아웃부 (550) 가 존재하지 않을 때의 최소단면계수의 차에 근거한 비선형 관계를 보이게 된다.
도 54 에서 보는 바와 같이, 탄성부재 (542) 의 단부 (543b) 와 장착 브라켓 (152) 의 부분 (538b) 사이에 틈이 존재한다. 외측패드 (14a) 가 디스크 로터와 함께 드래그됨에 따라 상기 틈의 크기는 감소하게 된다. 고무재료로 된 제 2 탄성부재 (552) 를 상기 틈에 채울 수도 있다. 이 경우, 탄성부재 (542) 는 제 2 탄성부재 (552) 와 함께, 탄성력과 탄성변형량 사이에 비선형 관계가 있도록 탄성계수가 연속적으로 변하게 되는 탄성부재를 구성하게 된다.
탄성부재 (542) 의 단부 (543a) 는 볼트 (554) 에 의해 장착 브라켓 (142) 의 부분 (538a) 에 고정된다. 그러나, 볼트 (554) 로 단부 (543a) 를 상기 부분 (538a) 에 고정하는 것은 필수적인 것은 아니다. 제 1 방향으로 이루어지는 단부 (543a) 와 부분 (538a) 의 상대운동이 돌출부가 그루브에 결합하는 제 1 구조에 의해 방지되도록 하고 또한 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 이루어지는 단부 (543a) 와 부분 (538a) 의 상대운동은 핀이 구멍과 결합하는 제 2 구조에 의해 방지되도록, 단부 (543a) 와 부분 (538a) 을 서로 결합할 수 있다. 상기 제 1, 2 구조가 도 56 에 도시되어 있으며, 여기서, 단부 (543a) 는 부분 (538a) 에 형성된 그루브와 결합하는 돌출부 (556) 를 갖고 있으며, 상기 그루브는 돌출부 (556) 와 함께 상기 제 1 구조를 이루게 된다. 또한, 단부 (543a) 와 부분 (538a) 은 서로 정렬된 구멍 (560, 562) 을 각각 지니고 있으며, 핀 (564) 이 이들 두 구멍 (560, 562) 에 삽입된다. 핀 (564) 과 구멍 (560, 562) 는 상기 제 2 구조를 이루게 된다.
제 17 실시예에 따른 디스크 브레이크의 장착 브라켓 (152) 은 연결부 (540) 를 갖지 않고 있지만, 탄성부재 (542) 에 인접하여 그에 평행하게 배치되는 연결부 (540) 를 장착 브라켓 (152) 에 제공할 수도 있다. 핀 (564) 대신에 볼트 또는 스크류를 사용해도 된다.
도 52 의 실시예에서, 컷아웃부 (550) 는 직각으로 서로 연결된 탄성부재 (542) 의 단부 (543b) 와 중간부 (566) 사이의 이음부에서 탄성부재 (542) 의 외측표면에 형성되어 있다. 컷아웃부 (550) 는 도 52 에서 보는 바와 같이 탄성부재 (542) 의 두께의 절반에 해당하는 깊이를 갖는다. 그러나, 도 56 에서 보는 바와 같이, 상기 컷아웃부 (550) 를, 디스크 로터를 향해 신장하도록 단부 (543b) 에 형성된 컷아웃부 (568) 로 대체할 수 있다. 또한, 제 2 탄성부재 (570) 를 탄성부재 (542) 의 단부 (543b) 에 부착할 수도 있으며, 이렇게 하면, 외측패드 (14a) 가 디스크 로터와 함께 드래그될 때 외측패드로부터 발생하는 힘은 탄성부재 (542) 에만 작용하고 제 2 탄성부재 (570) 에는 작용하지 않게 되며, 이때의 상기 힘은 비교적 작으며, 이 힘이 소정의 한계값을 초과하면 탄성부재 (542) 와 제 2 탄성부재 (570) 모두에 작용하게 된다.
상기 탄성부재 (542) 는 외측패드 (14a) 의 가압력의 증가율을 제어하는 기구로서 작용하는 탄성부재로서 기능하게 된다.
본 발명의 제 18 실시예에 대해 설명한다. 이 실시예는 여러 면에서 제 16 실시예와 유사하다. 공통적으로 사용되는 구성요소에 대해서는 제 16 실시예에서와 동일한 참조부호를 제 18 실시예에서도 사용했다. 제 16 실시예와 제 18 실시예의 상이점에 대해서만 설명한다.
제 16 실시예에서는, 외측패드 (14a) 의 지지판 (30) 은 도 50 에서 보는 바와 같이 경사진 뒷면 (524) 를 갖고 있다. 이 경사진 뒷면 (524) 은 단일 평면에 놓이며 또한 디스크 로터 (11) 의 마찰면 (12) 에 대해 일정한 경사각을 갖고 있다. 제 18 실시예에서는, 외측패드 (14a) 의 지지판 (20) 은 도 58 에서 보는 바와 같은 경사진 뒷면 (572) 을 갖고 있다. 반작용부 (206) 는 지지면 (574) 를 갖고 있으며, 이 지지면은 지지판 (20) 의 경사진 뒷면 (572) 과 접촉하기 위해 부분적인 구형의 돌출부로 되어 있으며 지지판 (20) 의 경사진 뒷면 (572) 와 접촉하게 된다.
제 18 실시예에서 제공된 외측패드 (14a) 는 도 59 에서 확대 도시되어 있다. 이 도면에서 보는 바와 같이, 외측패드 (14a) 의 지지판 (20) 의 경사진 뒷면 (572) 은 다소 경사진 제 1 부분 (576) 과 제 2 경사부 (578) 를 갖고 있으며, 제 2 경사부의 경사각은 경사진 제 1 부분 (576) 보다 크다. 이들 제 1, 2 부분 (576, 578) 은 외측패드 (14a) 의 드래그 방향에 반대인 방향으로 이 순서대로 배치된다. 외측패드 (14a) 가 디스크 로터 (11) 와의 마찰접촉으로 인해 드래그되면, 반작용부 (206) 의 지지면 (574) 의 부분적인 구형 돌출부는 먼저 다소 경사진 제 1 부분 (576) 과 접촉하게 되며, 다음에 제 2 경사부 (578) 와 접촉하게 된다. 제 1, 2 경사부 (576, 578) 는 서로 평행하지 않는 두개의 평면에 각기 위치한다.
외측패드 (14a) 가 셀프-서보 효과를 제공하기 전에, 반작용부 (206) 의 지지면 (574) 은 제 1 경사부 (576) 와 접촉하게 되며, 이 제 1 경사부는 비교적 작은 경사각을 가지므로 외측패드 (14a) 는 디스크 로터 (11) 와 함께 쉽게 드래그될 수 있다. 다시 말해, 지지판 (20) 의 경사진 뒷면 (572) 의 제 1 경사부 (576) 는 셀프-서보 효과가 용이하게 일어나도록 해준다. 셀프-서보 효과가 일어난 후에, 지지면 (574) 은 경사각이 셀프-서보 효과가 충분해질 수 있도록 크게 되어 있는 제 2 경사부 (578) 와 접촉한다.
외측패드 (14a) 의 지지판 (20) 의 경사면 (572) 은 외측패드 (14a) 의 가압력의 증가율을 제어하는 기구로서 기능함을 알 수 있을 것이다.
도 60-62 를 참고하여 제 19, 20, 21 실시예를 설명하도록 한다. 이들 실시예는 후술할 외측패드 (14a) 의 경사면을 제외하고는 제 18 실시예와 동일하다.
도 60 의 제 19 실시예에서, 외측패드 (14a) 의 지지판 (20) 은 오목한 경사면 (580) 을 갖고 있다. 즉, 지지판 (20) 의 뒷면 (580) 은, 드래그 방향 (Y) 에 평행한 도 60 의 평면에 평행한 면의 단면에서 보는 바와 같이, 원호를 따르고 있다. 이렇게 해서, 상기 오목한 경사면 (580) 은 경사각이 비교적 작은 제 1 경사부와, 경사각이 비교적 큰 제 2 경사부를 갖는다. 셀프-서보 효과가 제공되기 전에, 반작용부 (206) 의 지지면 (574) 은 제 1 경사부와 접촉을 한다. 셀프-서보 효과가 일어난 후에는, 지지면 (574) 은 제 2 경사부와 접촉한다. 따라서, 제 19 실시예의 외측패드 (14a) 는 실질적으로 도 59 의 제 18 실시예와 동일한 이점을 갖는다. 오목한 경사면 (580) 은 외측패드 (14a) 의 가압력의 증가율을 제어하는 기구로서 기능한다.
도 61 의 제 20 실시예에서, 외측패드 (14a) 의 지지판 (20) 은 경사진 뒷면 (582) 를 갖고 있는데, 이 뒷면은, 경사각이 비교적 작은 제 1 경사부 (584) 와, 경사각이 상기 제 1 경사부 (584) 보다 큰 제 2 경사부 (586) 및, 경사각이 제 2 경사부 (586) 보다 작은 제 3 경사부 (588) 로 이루어져 있다. 이들 세 경사부 (584, 586, 588) 는 외측패드 (14a) 의 드래그 방향에 반대인 방향으로 이 순서대로 배치되며 또한 세 평면내에 각기 위치한다. 이러한 구성에서, 반작용부 (306) 의 지지면 (574) 은 셀프-서보 효과가 일어나기 전에 제 1 경사부 (584) 와 접촉하게 된다. 제 1 경사부 (584) 의 경사각이 비교적 작기 때문에 셀프-서보 효과가 쉽게 일어나게 된다. 셀프-서보 효과가 일어난 후에, 지지면 (574) 은, 셀프-서보 효과가 충분해질 수 있도록 경사각이 큰 제 2 경사부 (586) 와 접촉하게 된다. 셀프-서보 효과가 지나치게 커지기 전에, 지지면 (574) 은 경사각이 제 2 경사부 (586) 보다 작은 제 3 경사부 (588) 와 접촉하게 되어, 과도한 셀프-서보 효과가 일어나는 것이 방지된다. 경사진 뒷면 (584) 은 외측패드 (14a) 의 가압력의 증가율을 제어하는 기구로서 기능하게 된다.
도 62 의 제 21 실시예에서, 외측패드 (14a) 의 지지판 (20) 은 경사진 뒷면 (590) 을 갖고 있으며, 이 뒷면은 오목한 제 1 경사부 (592) 와 볼록한 제 2 경사부 (594) 로 이루어져 있다. 이들 경사부는 외측패드 (14a) 의 드래그 방향 (Y) 에 반대인 방향으로 이 순서대로 위치한다. 오목한 제 1 경사부 (592) 는 경사각이 비교적 작은 제 1 부분과, 경사각이 제 1 부분보다 큰 제 2 부분으로 되어 있다. 셀프-서보 효과가 일어나기 전에, 반작용부 (206) 의 지지면 (574) 은 오목한 제 1 경사부 (592) 의 제 1 부분과 접촉한다. 제 1 부분의 경사각이 비교적 작기 때문에 셀프-서보 효과가 쉽게 일어난다. 셀프-서보 효과가 일어난 후에, 지지면 (574) 은 셀프-서보 효과가 충분해질 수 있도록 경사각이 큰 볼록부 (594) 의 제 2 부분과 접촉하게 된다. 셀프-서보 효과가 지나치게 커지기 전에, 지지면 (574) 은 경사각이 오목부 (592) 보다 작은 제 2 볼록부 (594) 와 접촉하게 되어, 과도한 셀프-서보 효과가 일어나는 것이 방지된다. 경사진 뒷면 (590) 은 외측패드 (14a) 의 가압력의 증가율을 제어하는 기구로서 기능하게 된다.
본 발명의 제 22 실시예에 대해 설명한다. 이 실시예는 여러 면에서 제 1 실시예와 유사하다. 제 1 실시예에서와 동일한 참조부호가 제 22 실시예에서도 사용되었고, 제 22 실시예와 제 1 실시예의 상이점에 대해서만 설명한다.
제 1 실시예에서, 초음파 모터 (72) 의 구동력은 한쌍의 레버 (30, 30) 에 의해 부스팅되며, 부스팅된 구동력은 한쌍의 마찰패드 (14, 14) 에 전달되어 마찰패드 (14) 들이 디스크 로터 (11) 상으로 밀리게 되며, 이로써 해당되는 자동차 바퀴에 가해진 제동력이 초음파 모터 (72) 의 구동력 보다 상당히 커지게 된다. 그러나, 모터 (72) 의 구동력의 부스팅은 상기 레버에 의한 셀프-서보 효과의 발생이 없이 이루어질 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 도 63 의 실시예에서는, 한쌍의 레버 (600) 가 각각의 핀 (604) 을 통해 장착부재 (602) 에 지지되며, 이때 레버 (600) 들은 디스크 로터 (11) 의 회전축에 수직인 각각의 축을 중심으로 선회할 수 있게 되어 있다. 각 레버 (600) 는 그의 레버비에 따라 초음파 모터 (72) 의 구동력을 부스팅하게 되며, 부스팅된 구동력은 지지판 (20) 에서 대응 마찰패드 (14) 에 작용하게 된다. 상기 장착부재 (602) 는 레버 (600) 를 선회가능하게 지지하는 지지부재로서의 역할 뿐만 아니라, 한 쌍의 마찰패드 (14) 가 디스크 로터 (11) 을 향해 또한 그로 부터 멀어지는 방향으로 미끄럼 운동을 할 수 있도록 마찰패드 (14) 를 지지하는 지지부재로서의 역할 및 각 마찰패드 (14) 로부터 마찰력을 받아들이는 부재로서의 역할도 하게 된다.
제 1 실시예에서 처럼, 누름력 센서 (102) 와 제동력 센서 (110) 로부터의 출력신호에 근거하여 초음파 모터 (72) 는 제어기 (100) 에 의해 피드백 제어되며, 해당 자동차 바퀴에 작용하는 제동력은 브레이크 페달에 작용하는 조작력에 따라 제어된다.
도 63 의 실시예에서, 초음파 모터 (72) 의 구동력은 주요소로서 레버 (600) 를 포함하는 간단한 기구를 통해 마찰패드 (14) 에 전달된다. 디스크 브레이크는 복잡한 구성을 취하지 않고도, 모터 (72) 의 구동력 보다 훨씬 큰 바퀴 제동력을 발생시킬 수 있다.
다음, 도 64 를 참고하여 본 발명의 제 23 실시예에 대해 설명한다.
도 64 의 실시예의 전기작동식 제동 시스템은, 도 13-14 의 제 4 실시예에서 사용되는 냉각장치 (232) 를 제외하고는, 도 63 의 제 22 실시예와 동일하다. 공통적으로 사용되는 구성요소에 대해 도 13, 14, 63 에서와 동일한 참조부호를 도 64 에서도 사용했다. 초음파 모터 (72) 에 의해 발생되어 레버 (600) 에 의해 부스팅된 구동력이 마찰패드 (14) 에 전달되는 본 제동 시스템에서, 초음파 모터 (72) 의 개선된 작동 안정성을 보장하고 열에 의한 부작용을 줄이기 위해, 모터 (72) 는 냉각장치 (232) 에 의해 냉각된다.
다음, 여러 면에서 제 9 실시예와 유사한 본 발명의 제 24 실시예에 대해 설명한다.
도 65 에는, 모터구동식 디스크 브레이크 (710) 를 포함하는 제 24 실시예에 따른 전기작동식 제동 시스템이 도시되어 있다.
상기 모터구동식 디스크 브레이크 (710) 는 디스크 로터 (712) 를 갖고 있는데, 이 로터는 제동될 자동차 바퀴와 함께 회전하는 회전부재로서 기능하게 된다. 디스크 로터 (712) 는 대향 마찰면 (714) 들을 갖고 있으며, 디스크 브레이크 (710) 는 디스크 로터 (712) 의 각 마찰면 (714) 과 대향하여 위치하는 한쌍의 마찰패드 (720a, 720b) 를 갖고 있다. 각각의 마찰패드 (720) 는 마찰부재 (722) 와, 이 마찰부재 (722) 의 뒷면에 고정되며 강재로 된 지지판 (724) 을 갖고 있다.
상기 디스크 브레이크 (710) 는 패드지지기구 (726), 셀프-서보 기구 (727) 및 패드가압기구 (728) 를 구비하고 있다.
상기 패드지지기구 (726) 에 대해 먼저 설명한다.
도 66 에서 보는 바와 같이, 디스크 브레이크 (710) 에는 장착 브라켓 (730) 이 제공되어 있으며, 이 브라켓은 디스크 로터 (712) 의 주변을 넘어 외팔보 형태로 차체에 고정되어 있다. 상기 장착 브라켓 (730) 은 (a) 디스크 로터 (712) 의 대향 측부에 위치하며 또한 마찰패드 (720) 가 마찰면 (714) 과 교차하는 방향으로 움직일 수 있도록 각 마찰패드 (720) 를 지지하는 부분과, (b) 마찰패드 (720) 가 디스크 로터 (712) 의 마찰면 (714) 과의 마찰접촉으로 인해 발생하는 마찰력을 받으며 베어링 부재로서 기능하는 부분을 포함한다. 도 66 에서, "X" 는 자동차의 전진주행시 디스크 로터 (712) 의 회전방향을 나타내며, "Y" 는 각각의 마찰패드 (720) 가 마찰면 (714) 에 대해 상대운동하는 방향을 나타낸다. 방향 Y 는 마찰면 (714) 에 수직이다. 장착 브라켓 (730) 은 차체에 고정되는데, 이때 도 66 에서 보는 바와 같이 장착 브라켓 (730) 의 상부는 자동차의 전방측에 위치하고, 장착 브라켓 (730) 의 우측부 및 좌측부는 자동차의 옆방향에서 보았을 때 외측과 내측에 위치한다. 그러므로, 자동차의 우측에 있는 마찰패드 (720a) 를 외측패드라 하고, 좌측에 있는 마찰패드 (720b) 를 내측패드라 한다.
다음, 셀프-서보 기구 (727) 에 대해 설명한다.
상기 셀프-서보 기구 (727) 는 내측페드 (720b) 가 셀프-서보 효과를 제공하는 쇄기로서 기능하도록 해주고 있다. 이러한 목적으로, 내측패드 (720b) 는 디스크 로터 (712) 와의 마찰접촉으로 디스크 로터 (712) 와 함께 드래그될 수 있도록 장착 브라켓 (730) 에 지지된다. 이렇게 내측패드 (720b) 를 지지하기 위한 장착 브라켓 (730) 의 구성은 도 10-12 의 제 3 실시예의 것과 유사하다. 도 66 에서, "Z" 는 자동차의 전진주행시 내측패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 와 함께 드래그되는 방향을 나타낸다. 내측패드 (720b) 는 쇄기 모양으로 되어 있으며, 마찰부재 (722) 의 두께는 드래그 방향 "Z" 로, 즉 자동차의 후방측으로부터 전방측을 향해 연속적으로 감소한다. 이렇게 해서, 내측패드 (720b) 의 마찰부재 (722) 는 지지판 (724) 의 대향 면에 대해 기울어진 경사면 (734) 을 갖고 있으며, 이 경사면은 디스크 로터 (712) 의 마찰면 (714) 과 대향한다. 경사면 (734) 은 마찰면 (714) 과 접촉하며, 마찰부재 (722) 로부터 먼쪽에 있는 지지판 (724) 의 뒷면은 마찰면 (714) 에 대해 기울어져 있다. 이렇게 해서, 지지판 (724) 은 마찰면 (714) 에 대해 기울어져 있다. 가압봉(이에 대해서는 후술함)의 축선이 지지판 (724) 의 뒷면에 수직이 되도록 가압봉이 지지판 (724) 과 결합하도록, 장착 브라켓 (730) 의 기준선 (L1) 이 디스크 로터 (712) 의 회전축선 (L2) 에 대해 기울어지도록 장착 브라켓 (730) 이 차체에 고정되며, 도 66 에서 보는 바와 같이 장착 브라켓 (730) 의 좌측부는 자동차의 전방부 쪽으로 변위되어 있다. 상기 기준선 (L1) 은 마찰패드 (720a, 720b) 의 중심을 지나는 직선으로 패드 (720) 가 움직이는 방향 Y 과 평행하다. 기준선 (L1) 은 또한, 마찰패드 (720) 의 지지판 (724) 과 결합할 수 있는 캘리퍼 (736) 가 장착 브라켓 (730) 에 대해 상대적인 미끄럼운동을 하는 방향과도 평행하다. 캘리퍼 (736) 는 핀을 통해 장착 브라켓에 미끄럼 가능하게 부착된다.
외측패드 (720a) 는 셀프-서보 효과를 제공하지 않는다. 따라서, 외측패드 (720a) 는 쇄기 모양일 필요가 없다. 그러나, 운동방향이 장착 브라켓 (730) 의 기준선 (L1) 과 평행한 캘리퍼 (726) 의 경사각을 따르는 쇄기 모양으로 외측패드 (720b) 를 만들 수도 있다. 상기 기준선 (L1) 은, 디스크 로터 (712) 의 마찰면 (714) 에 대한 내측패드 (720b) 의 지지판 (724) 의 경사각 만큼 디스크 로터 (712) 의 회전축선 (L2) 에 대해 기울어져 있다. 내측패드 (720b) 의 마찰부재 (722) 와는 달리, 외측패드 (720a) 의 마찰부재 (722) 는 내측패드 (720b) 의 드래그 방향 Z 으로, 즉 디스크 로터 (712) 의 회전방향 X 으로 연속적으로 증가하는 두께를 갖는다. 외측패드 (720a) 의 쇄기 모양때문에, 마찰면 (714) 의 전 영역에 걸쳐 마찰부재 (722) 는 디스크 로터 (712) 의 마찰면 (714) 과 틈을 두지 않은 상태에서 접촉하게 된다.
전술한 바와 같이, 내측패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 와의 마찰접촉으로 그와 함께 드래그될 수 있도록, 장착 브라켓 (730) 은 내측패드 (720b) 를 지지한다. 그러나, 장착 브라켓 (730) 은, 외측패드 (720a) 가 디스크 로터 (712) 와 함께 움직이지 못하도록 외측패드 (720b) 를 지지한다.
내측패드 (720b) 는 항상 디스크 로터 (712) 와 함께 드래그될 수 있는 것은 아니다. 즉, 내측패드 (720b) 에 작용하는 마찰력이 소정의 한계값을 초과한 후에만 내측패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 와 함께 드래그 운동을 할 수 있도록 내측패드 (720b) 가 지지된다. 좀더 구체적으로 설명하면, 내측패드 (720b) 는 탄성제어기구 (740) 를 통해 장착 브라켓 (730) 과 결합되어 있다. 이 탄성제어기구 (740) 는 내측패드 (720b) 로부터 힘을 받는 탄성부재를 갖고 있다. 이 탄성부재는 받은 힘이 소정의 한계값 보다 작을 때까지는 탄성변형되지 않으며, 따라서 탄성부재에 작용하는 힘이 상기 한계값 보다 작을 때까지, 내측패드 (720b) 는 드래그 방향 Z 으로 장착 브라켓 (730) 에 대해 상대운동을 못하게 되는데, 다시 말해, 디스크 로터 (712) 와 함께 움직이지 못한다. 상기 힘이 한계값을 초과하면, 탄성제어기구 (740) 의 탄성부재가 탄성변형할 수 있으며, 이로써 내측패드 (720b) 는 장착 브라켓 (730) 에 대해 상대운동을 할 수 있고 디스크 로터 (712) 와 함께 드래그된다.
상기 탄성제어기구 (740) 는 (a) 한 쌍의 아암을 갖는 U 형 탄성부재 (742) 와, (b) 상기 탄성부재 (742) 의 초기 탄성변형량을 변화시켜 탄성부재 (742) 에 작용하는 예하중을 조절하는 조절기구 (744) 를 포함한다. 이 예하중은 상기 규정된 한계값과 같으며, 이 한계값 보다 크면 내측패드 (720b) 는 탄성부재 (742) 의 편향력에 저항하면서 드래그 방향 Z 으로 움직일 수 있다. 탄성부재 (742) 는 한쌍의 아암이 자동차의 측방으로 향하도록 배치된다. 한 아암은 장착 브라켓 (730) 에 고정되며, 다른 아암은 내측패드 (720b) 에 고정된다. 상기 조절기구 (744) 는 드래그 방향 (Z) 과 실질적으로 평행한 방향으로 신장한 조절볼트를 갖는다. 이 조절볼트는 탄성부재 (742) 의 두 아암을 연결시키는데, 두 아암은 서로를 향해 움직일 수 있지만 서로 멀어지는 방향으로는 움직이지 못한다. 조절볼트로 두 아암 사이의 간격을 조절하여, 탄성부재 (742) 에 작용하는 예하중을 조절할 수 있다.
상기 제 24 실시예에서, 디스크 브레이크 (710) 의 작동으로 얻어진 자동차의 감속도가 약 0.5-0.6G 가 될 때, 내측패드 (720b) 의 마찰력의 규정된 한계값, 또는 탄성제어기구 (740) 의 예하중은 디스크 로터 (712) 와 내측패드 (720b) 사이의 마찰력과 같다. 브레이크 패달이 통상의 방식으로 조작된 상태에서 자동차의 감속도가 약 0.5-0.6G 의 상기 한계값 보다 작으면, 내측패드 (720b) 는 탄성제어기구에 의해 디스크 로터 (712) 와 함께 드래그되지 못하며, 이로써 내측패드 (720b) 의 셀프-서보 효과가 발생하지 못하게 된다. 브레이크 페달이 비교적 많이 갑자기 눌려져 감속도가 상기 한계값을 초과하면, 탄성제어기구는 내측패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 와 함께 드래그되는 것을 허용하게 되며, 이리 하여 내측패드 (720b) 는 셀프-서보 효과를 제공하게 된다.
다음, 패드가압기구 (728) 에 대해 설명한다.
디스크 브레이크 (710) 는 도 65, 66 에 도시된 바와 같은 캘리퍼 (736) 을 포함한다. 도 65 에서 보듯이, 캘리퍼 (736) 는 몸체부 (761) 와 후술할 모터 하우징 (780) 을 갖는다. 몸체부 (761) 는 패드가압부 (736a) 와 모터장착부 (736b) 및 지지부 (736c) 를 포함하며, 이들은 서로 일체로 되어 있다. 몸체부 (761) 와 모터 하우징 (780) 은 볼트로 서로 연결되어 있다. 도 66 에서 보는 바와 같이, 몸체부 (761) 는 또한 자동차의 길이방향으로 신장한 한쌍의 아암 (762) 을 포함한다. 아암 (762) 은 몸체부 (761) 와 일체로 되어 있다.
마찰패드 (720) 가 장착 브라켓 (730) 에 미끄럼 운동이 가능하게 지지되는 방향 Y 으로 캘리퍼 (736) 의 몸체부 (761) 가 미끄럼 운동할 수 있도록, 몸체부 (761) 는 장착 브라켓 (730) 에 의해 패드가압부 (736a) 에 지지된다. 캘리퍼 (736) 는 플로팅 캘리퍼이다. 두 아암 (762) 은 그들의 단부에서 방향 Y 으로 신장한 각각의 핀 (763) 에 연결되어 있다. 상기 두 핀 (763) 은 방향 Y 으로 미끄러질 수 있도록 장착 브라켓 (730) 과 결합해 있다. 이렇게 해서, 몸체부 (761) 는 패드가압부 (736a) 에서 두 핀 (763) 을 통해 장착 브라켓 (730) 에 지지된다.
캘리퍼 (736) 의 몸체부 (761) 의 패드가압부 (736a) 는 (a) 내측패드 (720b) 의 지지판 (724) 에 인접하여 배치되는 가압부 (764) 와, (b) 외측패드 (720a) 의 지지판 (724) 에 인접하여 배치되는 반작용부 (766) 및, (c) 디스크 로터 (712) 의 주변부를 넘어 가압부 (764) 와 반작용부 (766) 를 연결시키는 연결부 (768) 를 갖는다.
도 65 에서 보는 바와 같이, 가압봉 (770) 은 가압부 (764) 와 미끄럼 가능하게 결합하며, 가압봉 (770) 의 전방단면은 내측패드 (720b) 의 지지판 (724) 쪽으로 향해 있어 이 지지판 (724) 의 뒷면과 접촉하게 된다. 캘리퍼 (736) 는 외측패드 (720a) 를 가압하는 가압부재로서 기능한다. 가압봉 (770) 의 뒤에는, 초음파 모터 (772) 가 가압봉 (770) 과 동축을 이루면서 배치되어 있다. 가압봉 (770) 과 초음파 모터 (772) 는 그들의 축선이 방향 Y 와 평행하게 배치된다. 또한, 가압봉 (770) 과 초음파 모터 (772) 는 작동상 볼스크류 기구 (774) 를 통해 동축적으로 서로 연결되어 있다. 가압봉 (770), 초음파 모터 (772) 및 볼스크류 기구 (774) 의 공통 축선 (L3) 은 장착 브라켓 (730) 의 기준선 (L1) 에 평행하며, 또한 도 66 에서 보는 바와 같이, 디스크 로터 (712) 의 회전방향 X 으로 상기 기준선 (L1) 으로 부터 적절한 거리만큼 떨어져 있다.
상기 제 24 실시예에 대한 설명으로부터 알 수 있듯이, 가압봉 (770) 이 내측패드 (720b) 의 지지판 (724) 과 접촉한 상태에서 경사면 (734) 과 마찰면 (714) 과의 마찰접촉으로 인해 내측패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 와 함께 움직일 수 있도록, 내측패드 (720b) 는 디스크 로터 (712) 와 가압봉 (770) 사이에 배치된다. 내측패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 와 함께 움직일 때, 내측패드 (720b) 는 쇄기로서 작용하며, 내측패드 (720b) 와 디스크 로터 (712) 사이에서 발생된 마찰력은 축방향 힘으로 변환되고, 이 축방향 힘은 디스크 로터 (712) 와 가압봉 (770) 에 반대방향으로 작용하여, 가압봉 (770) 이 디스크 로터 (712) 로부터 멀어지게 된다. 따라서, 마찰패드 (720) 가 디스크 로터 (712) 의 대향 마찰면 (714) 에 가압되는 힘은 증가하게 되며, 이리 하여, 내측패드 (720b) 와 디스크 로터 (712) 사이의 마찰력이 증가하게 된다. 이렇게 해서, 내측패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 와 함께 드래그 운동을 함으로써 셀프-서보 효과를 제공하게 된다.
초음파 모터 (772) 는 이동파 형이다. 당 기술분야에서 잘 알려져 있듯이, 도 65 에서 보는 바와 같이, 모터 (772) 는 모터 하우징 (780) 안에 서로 동축적으로 배치되는 고정자 (782) 및 회전자 (784) 를 갖고 있다. 작동시, 고정자 (782) 는 초음파 진동을 받으면 표면파를 발생시키게 되며, 회전자 (784) 는 고정자 (782) 와 회전자 (784) 사이에 작용하는 마찰력으로 회전하게 된다.
모터 하우징 (780) 은 몸체부 (780a) 와 폐쇄부 (780b) 를 갖고 있다. 이 폐쇄부는 몸체부 (780a) 의 바닥벽에 형성된 관통공을 막는다. 몸체부 (780a) 와 폐쇄부 (780b) 는 서로에 나사결합되는 개별적인 부재들이다. 모터 하우징 (780) 은 그의 개방단에서 캘리퍼 (736) 의 모터장착부 (736b) 에 나사결합된다.
고정자 (782) 는 탄성체 (790) 와 압전체 (792) 로 되어 있고, 이들 양자는 고리 모양으로 되어 있다. 탄성체 (790) 및 압전체 (792) 는 서로 겹쳐진 상태에서 결합된다.
회전자 (784) 는 가압접촉자 기구 (794) 에 의해 고정자 (782) 에 가압되므로, 그들 사이에 적절한 크기의 마찰력이 생기게 된다. 회전자 (784) 는 고정자 (782) 와의 마찰접촉을 위해 그에 부착된 마찰부재를 갖고 있으며, 고정자 (782) 에 의해 발생된 이동파 진동이 회전자 (784) 에 전달되어 이 회전자 (784) 가 회전하게 된다. 가압접촉자 기구 (794) 에 의한 전압인가를 받음이 없이 압전체 (792) 가 비여자화 상태 또는 오프 상태에 있을 때도, 고정자 (782) 와 회전자 (784) 사이에는 어느 정도의 마찰력이 존재한다. 본 실시예에서, 상기 가압접촉자 기구 (794) 는 원리적으로 원추형 디스크 스프링 (796) 으로 구성되어 있다. 그러나, 원추형 디스크 스프링 (796) 대신에 코일 스프링도 사용할 수 있다.
상기 볼스크류 기구 (774) 는 외부 나사부재(나사축)(800), 내부 나사부재(너트)(802) 및 다수의 볼을 갖고 있다. 외부 나사부재 (800) 및 내부 나사부재 (802) 는 상기 볼들을 통해 서로 결합한다. 외부 나사부재 (800) 는 회전할 수 없지만 축방향으로는 움직일 수 있다. 반면, 내부 나사부재 (802) 는 회전할 수 있지만 축방향으로는 움직일 수 없다. 본 실시예에서, 외부 나사부재 (800) 는 가동부재로서 기능하며, 내부 나사부재 (802) 는 회전부재로서 기능한다.
외부 나사부재 (800) 는 모터 하우징 (780) 에 스플라인되는 스플라인부 (803) 를 갖고 있어, 상기 나사부재 (800) 는 모터 하우징 (780) 에 대해 회전할 수 없게 된다. 상기 스플라인부 (803) 는 모터 하우징 (780) 에 고정된다.
회전자 (784) 및 가압접촉자 기구 (794) 가 모터 하우징 (780) 에 대해 회전할 수 없도록, 회전자 (784) 와 가압접촉자 기구 (794) 가 내부 나사부재 (802) 에 고정되어 있다. 이러한 구성에서, 내부 나사부재 (802) 가 회전자 (784) 의 전진회전으로 인해 전진회전하게 되면 외부 나사부재 (800) 는 도 65 에서 우측방향으로 움직이게 되며, 이에 따라 가압봉 (770) 이 전진하여 마찰패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 쪽으로 움직이게 된다. 반대로, 내부 나사부재 (802) 가 회전자 (784) 의 역회전으로 인해 역회전하게 되면 외부 나사부재 (800) 는 도 65 에서 좌측방향으로 움직이게 되며, 이에 따라 가압봉 (770) 이 후퇴하여 마찰패드 (720b) 가 디스크 로터 (712) 로부터 후퇴하게 된다.
내부 나사부재 (802) 는 내측패드 (720b) 에 더 가까운 회전자 (784) 측에 위치하는 전방부 (804) 와, 내측패드 (720b) 로부터 먼 쪽에 있는 회전자 (784) 의 다른 측에 위치하는 후방부 (806) 을 갖는다. 전방부 (804) 는 몸체부 (761) 와 모터 하우징 (780) 사이의 경계에 위치하는 캘리퍼 (736) 의 지지부 (736c) 에 의해 지지된다. 이리 하여, 전방부 (804) 는 캘리퍼 (736) 의 몸체부 (761) 와 모터 하우징 (780) 사이에서 신장한다. 몸체부 (761) 에 대응하는 전방부 (804) 의 부분은 내측패드 (720b) 에 가까운 대경 축부 (810) 및 내측패드 (720b) 로부터 먼쪽에 있는 소경 축부 (812) 를 갖는다. 몸체부 (761) 는 전방부 (804) 가 끼워맞춤되는 계단부를 갖는다. 이 계단부는 상기 대경 축부 (810) 에 대응하는 대경 구멍 (816) 과, 소경 축부 (812) 에 대응하는 소경 구멍 (818) 을 갖는다.
내부 나사부재 (802) 는 레이디얼 베어링 (820) 과 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 를 통해 몸체부 (761) 의 지지부 (736c) 에 회전가능하게 지지되며, 상기 두 베어링은 축방향으로 서로 떨어져 있다. 레이디얼 베어링 (820) 은 내부 나사부재 (802) 에 작용하는 레이디얼 하중을 받는다. 레이디얼 베어링 (820) 은 외측링과 내측링을 갖는데, 이들 링은 다수의 구름요소를 통해 서로 회전할 수 있다. 한편, 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은 내부 나사부재 (802) 에 작용하는 레이디얼 하중과 스러스트 하중 모두를 받게 된다. 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은 다수의 컵을 갖는데, 이들 컵은 다수의 구름요소를 통해 서로 회전할 수 있다. 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은 테이퍼 롤러 베어링 또는 자동조심(self-aligning) 롤러 베어링이다.
좀더 구체적으로 설명하면, 레이디얼 베어링 (820) 과 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은 내부 나사부재 (802) 의 전방부 (804) 에 장착되는데, 이때 레이디얼 베어링 (820) 은 회전자 (784) 측에 위치하며 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은 내측패드 (820b) 측에 위치한다. 레이디얼 베어링 (820) 은 내부 나사부재 (802) 와 지지부 (736c) 사이에 배치되는데, 이때 외측링은 소경 구멍 (928) 의 표면에 끼워맞춤되어 고정되며, 내측링은 소경 축부 (812) 의 표면에 끼워맞춤되어 고정된다. 한편, 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은 내부 나사부재 (802) 와 지지부 (736c) 사이에 배치되는데, 이때 내측패드 (720b) 에 가장 가까운 베어링 (822) 의 컵은 전방부 (804) 의 환상 어깨면 (826) 에 고정된다. 이 어깨면은 대경 축부 (810) 와 소경 축부 (812) 사이에 위치하며 또한 회전자 (784) 쪽으로 후방으로 향해 있다. 그리고, 회전자 (784) 에 가장 가까운 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 의 컵은 캘리퍼 (736) 의 몸체부 (761) 의 환상 어깨면 (826) 에 고정되며, 이 어깨면은 대경 구멍 (816) 와 소경 구멍 (818) 사이에 위치하며 또한 내측패드 (720b) 쪽으로 전방으로 향한다.
내부 나사부재 (802) 는 그의 외주면에 형성된 그루브를 갖고 있으며, 리테이너 링 (834) 형태의 고정수단이 상기 그루브에 고정된다. 리테이너 링 (834) 과 대경 축부 (810) 사이에는 레이디얼 베어링 (820) 과 모터장착부 (736b) 및 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 가 샌드위치식으로 배치되어 있어, 내부 나사부재 (802) 의 축방향 운동이 방지된다. 그러나, 내부 나사부재 (802) 가 소정 거리만큼 축방향 운동을 할 수 있도록 디스크 브레이크 (710) 를 구성할 수도 있으며, 이렇게 하면, 고정자 (782) 와 회전자 (784) 사이의 틈의 크기는 디스크 브레이크 (710) 가 작동할 때 보다 디스크 브레이크 (710) 가 작동하지 않을 때에 더 커지게 된다. 이러한 구성으로, 고정자 (782) 가 회전자 (784) 에 가압되는 힘은 비교적 작게 되어, 디스크 브레이크 (710) 의 작동시 고정자 (782) 의 진동이 용이하게 이루어지며, 이리 하여 모터 (772) 의 구동 토오크가 원만하게 상승할 수 있게 된다.
외부 나사부재 (800) 의 끝면에는 하중센서 (840) 가 동심적으로 부착되어 있다. 외부 나사부재 (800) 는 하중센서 (840) 를 통해 가압봉 (770) 의 뒷면과 접촉하게 되며, 내측패드 (720b) 가 볼스크류 기구 (774) 를 통해 모터 (772) 에 의해 가압되는 힘은 하중센서 (840) 의 출력신호에 근거하여 검출될 수 있다.
도 67 을 참고하면, 모터구동식 디스크 브레이크 (710) 를 포함하는 전기작동식 제동 시스템의 전기제어 시스템이 도시되어 있다. 이 전기제어 시스템은, 내측패드 (720b) 가 모터 (772) 에 의해 가압되는 힘을 조절하기 위해 모터구동식 디스크 브레이크 (710), 구체적으로 말하면, 초음파 모터 (722) 를 제어하게 되는 제어기 (850) 를 포함한다. 이 제어기 (850) 는 원리적으로 CPU, ROM, RAM 을 구비한 컴퓨터로 구성된다.
제어기 (850) 의 입력 인터페이스에는, 운전자에 의해 작동되는 브레이크 페달 형태의 브레이크 조작부재의 작동력을 검출하기 위한 브레이크 작동력 센서 (852) 가 연결되어 있다. 브레이크 페달은, 브레이크 페달의 작동에 따라 브레이크 작동력을 발생기키게 되는 브레이크 작동장치에 연결되어 있다. 브레이크 작동력 센서 (852) 의 출력신호는 브레이크 작동력을 나타낸다. 하중센서 (840) 는 제어기 (850) 의 입력 인터페이스에 연결되어 있다. 제어기 (850) 의 출력 인터페이스에서는 또한 초음파 모터 (772) 가 모터구동회로 (도시 안됨) 를 통해 연결되어 있다.
제어기 (850) 는 ROM 에 저장된 프로그램에 따라 도 68 의 순서도에 제시된 브레이크 제어경로를 수행하게 된다.
브레이크 페달이 눌려지면, 자동차의 각 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (710) 의 내측패드 (720b) 의 실제 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 와 일치하게 되도록, 초음파 모터 (772) 를 제어하기 위해 도 68 의 브레이크 제어경로가 수행된다.본 실시예에서, 자동차의 목표 감속도를 얻기 위해 또한 앞바퀴의 록킹전에 뒷바퀴가 록킹되는 것을 막도록 자동차를 제동하기 위해, 전체 전방 제동력 대 전체 후방 제동력의 비는 적절하게 결정되며 또한 각 바퀴에 대한 제동력이 결정된다.
도 68 의 브레이크 제어경로는 네 바퀴에 대해 순서대로 수행되며, 각 바퀴에 대한 경로는 소정의 사이클 시간 (T) 동안 반복 수행된다.
브레이크 제어경로는 단계 (S601) 에서부터 시작되며, 이 단계에서, 브레이크 작동력 (f) 을 나타내는 가압력 신호가 브레이크 작동력 센서 (852) 로부터 전달된다. 단계 (S601) 에 이어 단계 (S602) 로 가서, 가압력 신호에 근거하여 브레이크 가압력 (f) 을 계산하고, 또한 해당 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (710) 의 가압력 (Fs) 의 목표치 (F*) 를 계산하게 되어, 전후방 바퀴에 대한 제동력이 적절히 나누어지게 된다. 다음, 제어흐름 단계 (S603) 로 가서 하중센서 (840) 로부터 하중신호를 받게 되며 또한 이 하중신호에 근거하여 실제 가압력 (Fs) 을 계산하게 된다. 다음, 제어흐름은 단계 (S604) 로 가서, 모터 (772) 를 제어하기 위한 모터구동 명령신호가 상기 계산된 실제 가압력 (Fs) 과 계산된 목표치 (F*) 에 근거하여 얻어지며, 얻어진 모터구동 명령신호는 모터 (772) 에 전달된다. 그 결과, 각 바퀴에 대한 디스크 브레이크 (710) 의 내측패드 (720b) 의 가압력 (Fs) 이 목표치 (F*) 와 같게 되도록 모터 (772) 가 제어된다. 이렇게 해서, 도 68 의 브레이크 제어경로 수행의 한 사이클이 끝나게 된다.
본 발명의 제 24 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 적어도 내부 나사부재 (802) 의 레이디얼 하중을 받게 되는 레이디얼 베어링 (820) 및 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은 내부 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 있어, 디스크 브레이크 (710) 의 작동중에 상기 나사부재 (802) 가 편심하중 또는 불균일한 분포하중을 받을 때도 캘리퍼 (736) 의 몸체부 (761) 및 모터 하우징 (780) 에 대한 내부 나사부재 (802) 의 경사가 최소화된다. 이러한 구성으로, 몸체부 (761) 및 모터 하우징 (780) 내의 내부 나사부재 (802) 에 대한 국소적인 하중집중이 최소화된다. 이 국소적인 하중집중은 내부 나사부재 (802) 의 회전운동에 대한 저항을 증가시키게 된다.
또한, 레이디얼 베어링 (820) 및 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은, 디스크 브레이크 (710) 의 작동중에 내부 나사부재 (802) 에 작용하는 편심하중에 기인한 고정자 (782) 에 대한 회전자 (784) 의 기울어짐을 최소하는데 효과적이다. 따라서, 상기 기울어짐에 의한 모터 (772) 의 구동 토오크의 감소가 최소화되면서 고정자 (782) 의 진동이 회전자 (784) 에 정상적으로 전달될 수 있게 된다.
본 실시예의 다른 이점은, 내부 나사부재 (802) 의 스러스트 하중이 어깨부 표면 (826) 형태의 반력 전달부와 어깨부 표면 (830) 형태의 반력 수용부를 통해 몸체부 (761) 에 전달된다는 것이다. 즉, 스러스트 하중은 내부 나사부재 (802) 로부터 모터 하우징 (780) 으로 전달되지 않는다.
상기 구성으로, 모터 하우징 (780) 의 강성을 증대시킬 필요 없이 단지 몸체부 (761) 의 강성을 증대시킴으로써 초음파 모터 (772) 의 작동에 대한 디스크 브레이크 (710) 의 응답을 개선할 수 있다. 그러므로, 모터 하우징 (780) 은 합성수지로 만들어질 수 있으며 또는 비교적 작은 벽두께를 가질 수 있어, 디스크 브레이크 (710) 는 충분히 높은 작동 응답성을 가질 수 있게 된다. 다시 말해, 디스크 브레이크 (710) 의 작동 응답성을 개선시키기 위해 모터 하우징 (780) 의 크기 및중량을 증가시킬 필요가 없다.
본 실시예의 또 다른 이점을 말하면, 패드가압부 (736a) 및 지지부 (736c) 모두가 캘리퍼 (736) 와 일체로 되어 있어, 이들 두 구성요소 (736a, 736c) 가 개별 부재로서 캘리퍼 (736) 에 나사결합되는 경우 보다 캘리퍼 (736) 의 강성이 더욱 커지게 된다. 이리 하여, 디스크 브레이크 (710) 의 작동 응답성도 개선된다.
본 실시예에서 사용되는 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 은 내부 나사부재 (802) 의 레이디얼 하중 및 스러스트 하중 모두를 받게 된다. 이러한 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 을 사용함으로써, 필요한 베어링의 갯수를 줄일 수 있는데, 즉 두개의 베어링만 사용할 수 있어, 디스크 브레이크 (710) 를 크기와 중량을 감소시킨 상태에서 저렴한 비용으로 컴팩트하게 제조할 수 있게 된다.
또한, 내부 나사부재 (802) 의 어깨부 표면 (826) 및 지지부 (736c) 의 어깨부 표면 (830) 은 레이디얼 베어링 (820) 과 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 과 함께, 내부 나사부재 (802) 를 회전가능하게 지지하는 회전지지기구를 구성하게 된다. 그리고, 디스크 브레이크 (710) 는, 내부 나사부재 (802) 가 이 내부 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되는 레이디얼 베어링 (820) 및 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 를 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 1 구조를 갖는다. 또한 디스크 브레이크 (710) 는, 계단형 내부 나사부재 (802) 가 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 을 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 2 구조를 갖는다. 또한, 탄성제어기구 (740) 는 셀프-서보 효과 억제수단을 구성한다.
도 69-73 를 참조하여, 본 발명의 제 25 내지 29 실시예를 설명한다. 이들 실시예는 여러 면에서 제 24 실시예와 유사하지만, 내부 나사부재를 지지하는 구조에 있어서는 제 24 실시예와는 상이하다. 공통으로 사용되는 구성요소에 대해서는 제 24 실시예에서와 동일한 참조부호를 도 69-73 의 실시예에서도 사용했고, 이하 내부 나사부재를 지지하는 구조에 대해서만 설명한다.
도 69 의 제 25 실시예에서, 전기작동식 제동 시스템은 모터구동식 디스크 브레이크 (860) 를 포함한다.
디스크 브레이크 (860) 는 제 24 실시예에서 사용되는 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 대신에, 내부 나사부재 (802) 의 스러스트 하중을 받기 위해 스러스트 베어링 (862) 을 사용한다. 또한, 디스크 브레이크 (860) 는 제 24 실시예의 레이디얼 베어링 (820) 이외에 다른 스러스트 베어링 (864) 도 사용한다. 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 과 마찬가지로, 상기 스러스트 베어링 (862) 은 어깨부 표면 (826, 830) 사이에 배치된다. 한편, 레이디얼 베어링 (864) 은 내부 나사부재 (802) 의 후방부 (806) 와 모터 하우징 (780) 사이에 배치된다. 본 실시예에서, 두 레이디얼 베어링 (820, 864) 은 회전자 (784) 의 대향하는 측부들에 제공된다.
본 실시예에서도, 베어링 (820, 862, 864) 은 디스크 브레이크 (860) 의 작동시 내부 나사부재 (802) 와 회전자 (784) 의 기울어짐을 최소화하는 기능을 하며, 또한 모터 하우징 (780) 의 강성을 증대시키지 않고도 디스크 브레이크 (860) 의 높은 작동 응답성을 보장하게 된다.
제 25 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 내부 나사부재 (802) 의 어깨부 표면 (826) 및 지지부 (736c) 의 어깨부 표면 (830) 은 레이디얼 베어링 (820, 864) 과 레이디얼 스러스트 베어링 (862) 과 함께, 내부 나사부재 (802) 를 회전가능하게 지지하는 회전지지기구를 구성한다. 그리고, 디스크 브레이크 (860) 는, 내부 나사부재 (802) 가 이 내부 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되는 레이디얼 베어링 (820, 864) 을 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 1 구조를 갖는다. 또한 디스크 브레이크 (860) 는, 계단형 내부 나사부재 (802) 가 스러스트 베어링 (862) 을 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 2 구조를 갖는다.
도 70 의 제 26 실시예에서, 전기작동식 제동 시스템은 모터구동식 디스크 브레이크 (870) 를 포함한다.
디스크 브레이크 (870) 는 제 24 실시예의 레이디얼 베어링 (820) 대신에 레이디얼 베어링 (872) 을 사용한다. 이 레이디얼 베어링 (872) 은 내부 나사부재 (802) 의 후방부 (806) 와 모터 하우징 (780) 사이에 배치된다.
본 실시예에서도, 베어링 (822, 872) 은 디스크 브레이크 (870) 의 작동시 내부 나사부재 (802) 와 회전자 (784) 의 기울어짐을 최소화하는 기능을 하며, 또한 모터 하우징 (780) 의 강성을 증대시키지 않고도 디스크 브레이크 (870) 의 높은 작동 응답성을 보장하게 된다. 그리고, 필요한 베어링의 갯수가 비교적 적게 된다.
또한, 내부 나사부재 (802) 의 기울어짐은 적어도 이 나사부재 (802) 의 레이디얼 하중을 받기 위해 나사부재 (802) 의 축방향 대향 단부들 가까이에 배치되는 두 베어링 (822, 872) 에 의해 효과적으로 방지된다.
제 26 실시예에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 내부 나사부재 (802) 의 어깨부 표면 (826) 및 지지부 (736c) 의 어깨부 표면 (830) 은 레이디얼 베어링 (872) 과 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 과 함께, 내부 나사부재 (802) 를 회전가능하게 지지하는 회전지지기구를 구성한다. 그리고, 디스크 브레이크 (860) 는, 내부 나사부재 (802) 가 이 내부 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되는 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 및 레이디얼 베어링 (872) 을 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 1 구조를 갖는다. 또한 디스크 브레이크 (860) 는, 계단형 내부 나사부재 (802) 가 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 을 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 2 구조를 갖는다.
도 71 의 제 27 실시예에서, 전기작동식 제동 시스템은 모터구동식 디스크 브레이크 (880) 를 포함한다.
제 24 실시예의 디스크 브레이크 (710) 와는 달리, 디스크 브레이크 (880) 는, 내부 나사부재 (802) 의 스러스트 하중이 모터 하우징 (780) 을 통해 캘리퍼 (736) 의 몸체부 (761) 에 전달되도록 되어 있다, 디스크 브레이크 (880) 는 제 24 실시예의 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 대신에 레이디얼 스러스트 베어링 (882) 을 사용한다. 이 레이디얼 스러스트 베어링 (882) 은 내부 나사부재 (802) 와 모터 하우징 (780) 사이에 배치된다.
내부 나사부재 (802) 의 전방부 (804) 는 중간부를 갖고 있는데, 이 중간부의 외주 표면에는 스탑 (884) 이 형성되어 있다. 이 스탑 (884) 은 내부 나사부재 (802) 의 축방향 운동을 제한하는 기능을 한다.
상기 디스크 브레이크 (880) 에서, 적어도 내부 나사부재 (802) 의 레이디얼 하중을 받는 레어링 (820, 882) 은 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되며, 따라서 디스크 브레이크의 작동시 나사부재 (802) 와 회전자 (784) 의 기울어짐을 방지하는 기능을 한다.
또한, 본 실시예에서 사용되는 레이디얼 스러스트 베어링 (882) 은 내부 나사부재 (802) 의 레이디얼 하중과 스러스트 하중 모두를 받게 된다. 이러한 레이디얼 스러스트 베어링 (882) 을 사용함으로써, 필요한 베어링의 갯수를 줄일 수 있어, 디스크 브레이크 (880) 에서 단지 두개의 베어링만 사용해도 된다.
상기 레이디얼 베어링 (820) 및 레이디얼 스러스트 베어링 (882) 은 내부 나사부재 (802) 를 회전가능하게 지지하는 회전지지기구를 구성한다. 그리고, 디스크 브레이크 (880) 는, 내부 나사부재 (802) 가 이 내부 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되는 레이디얼 베어링 (820) 및 레이디얼 스러스트 베어링 (882) 을 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 1 구조를 갖는다.
도 72 의 제 28 실시예에서, 전기작동식 제동 시스템은 모터구동식 디스크 브레이크 (890) 를 포함한다.
제 24 실시예의 디스크 브레이크 (710) 와는 달리, 디스크 브레이크 (890) 는 내부 나사부재 (802) 의 스러스트 하중이 모터 하우징 (780) 을 통해 캘리퍼 (736) 의 몸체부 (761) 에 전달되도록 되어 있다. 상기 디스크 브레이크 (890) 는 제 24 실시예의 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 대신에 레이디얼 베어링 (892) 및 레이디얼 스러스트 베어링 (894) 을 사용한다. 이들 베어링 (892, 894) 모두는 내부 나사부재 (802) 와 모터 하우징 (780) 사이에 배치된다. 상기 베어링 (892, 894) 사이에는 환상 스페이서 (896) 가 배치된다.
상기 디스크 브레이크 (890) 에서, 적어도 내부 나사부재 (802) 의 레이디얼 하중을 받는 베어링 (820, 892) 은 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되며, 따라서 디스크 브레이크의 작동시 나사부재 (802) 와 회전자 (784) 의 기울어짐을 방지하는 기능을 한다.
상기 레이디얼 베어링 (820, 892) 및 레이디얼 스러스트 베어링 (894) 은 내부 나사부재 (802) 를 회전가능하게 지지하는 회전지지기구를 구성한다. 그리고, 디스크 브레이크 (890) 는, 내부 나사부재 (802) 가 이 내부 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되는 레이디얼 베어링 (820, 892) 을 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 1 구조를 갖는다.
도 73 의 제 29 실시예에서, 전기작동식 제동 시스템은 모터구동식 디스크 브레이크 (900) 를 포함한다.
제 24 실시예의 디스크 브레이크 (710) 와는 달리, 디스크 브레이크 (900) 는 내부 나사부재 (802) 의 스러스트 하중이 모터 하우징 (780) 을 통해 캘리퍼 (736) 의 몸체부 (761) 에 전달되도록 되어 있다. 상기 디스크 브레이크 (900) 는 제 24 실시예의 레이디얼 스러스트 베어링 (822) 대신에 레이디얼 베어링 (902) 및 스러스트 베어링 (904) 를 사용한다. 이들 레이디얼 베어링 (902) 및 스러스트 베어링 (904) 은 내부 나사부재 (802) 의 전방부 (804) 와 후방부 (806) 사이에 각각 배치된다.
상기 디스크 브레이크 (900) 에서, 적어도 내부 나사부재 (802) 의 레이디얼 하중을 받는 베어링 (820, 902) 은 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되며, 따라서 디스크 브레이크의 작동시 나사부재 (802) 와 회전자 (784) 의 기울어짐을 방지하는 기능을 한다.
상기 레이디얼 베어링 (820, 902) 및 스러스트 베어링 (904) 은 내부 나사부재 (802) 를 회전가능하게 지지하는 회전지지기구를 구성한다. 그리고, 디스크 브레이크 (900) 는, 내부 나사부재 (802) 가 이 내부 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되는 레이디얼 베어링 (820, 902) 을 통해 지지부 (736c) 에 지지되는 제 1 구조를 갖는다.
전술한 본 발명의 제 25 내지 29 실시예 모두에서, 적어도 내부 나사부재 (802) 의 레이디얼 하중을 받는 둘 이상의 베어링은 나사부재 (802) 의 축방향으로 서로 떨어져 배치되며, 따라서 디스크 브레이크의 작동시 나사부재 (802) 의 기울어짐을 방지하게 된다. 그러나, 외측링 및 내측링 중 하나 이상이 상당히 큰 축치수를 갖게 되는 단일의 레이디얼 베어링을 사용해도 상기와 동일한 목적을 얻을 수 있다.
본 발명을 단지 예시적인 목적으로 이상의 바람직한 실시예로 설명하였지만, 이에 대한 변형이 가능하다.
이상의 모든 실시예에서, 구동원으로서 초음파 모터 또는 DC 모터를 사용하는 디스크 브레이크는 자동차의 주행시 바퀴를 제동하기 위한 통상의 자동차 브레이크로서 사용되며, 상기 브레이크들은 통상적인 자동차 브레이크로서는 물론, 자동차를 주차시킬 목적으로 제동을 하기 위한 주차 브레이크로서도 사용될 수 있으며, 또는 주차 브레이크로서만 사용될 수도 있다.
디스크 브레이크의 셀프-서보 효과와 관련한 단점들을 극복하기 위한 상기 기술들은 전기작동식 또는 모터구동식 디스크 브레이크 및 기계식 또는 유압식 디스크 브레이크 모두에 적용이 가능하다.
당 업자라면, 다음에 기술한 본 발명의 청구범위내에서 본 발명에 대한 다양한 변형이 가능함을 알 수 있을 것이다.

Claims (25)

  1. 자동차 바퀴를 제동하기 위한 구동원으로서 전기모터 (72; 212; 372; 472; 772) 와, 이 전기모터를 제어하기 위한 모터제어장치 (100; 398, 420, 430-442, 450-454; 398, 420, 432-442, 450-454, 484; 840, 850, 852) 를 포함하는 모터구동식 디스크 브레이크 (10; 150; 230; 310; 470; 520; 710; 860; 870; 880; 890; 900) 를 포함하는 전기작동식 제동 시스템에 있어서,
    상기 모터구동식 디스크 브레이크는 또한,
    마찰면 (12; 314; 714) 을 가지며 바퀴와 함께 회전하는 디스크 로터 (11; 212; 712) 와,
    상기 디스크 로터의 회전을 억제하기 위해 마찰면과 접촉하도록 움직일 수 있는 마찰패드 (14; 320; 720) 와,
    상기 마찰면과 교차하는 방향으로 상기 마찰패드가 움직이도록 이 마찰패드를 지지하는 패드지지기구 (50; 68; 152; 326; 726) 와,
    가압부재 (30; 140; 202; 216; 336; 370; 736; 770) 와, 상기 디스크 로터의 마찰면에 마찰패드를 가압하기 위해 상기 가압부재를 움직이게 하기 위한 구동력을 발생시키는 상기 전기모터 (72; 212; 372; 472; 772) 로 이루어진 패드가압기구 (30, 72, 76; 72, 140; 202, 212, 214; 336, 370, 372, 374; 374, 472; 476; 736, 772, 774) 와,
    상기 마찰패드에 근거하여 마찰면과 마찰패드 사이에서 발생된 마찰력을 부스팅하는 셀프-서보 효과를 제공하기 위한 셀프-서보 기구 (98; 144; 220; 327; 524; 572; 580; 582; 590; 727) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는, 자동차 바퀴와 노면 사이의 제동력이 제 1 규정치 보다 작을 때 상기 셀프-서보 기구가 셀프-서보 효과를 일으키는 것을 막기 위한 셀프-서보 효과 억제수단 (184; 340; 350; 500; 542, 552; 542, 570; 740) 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력 때문에 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 이용하여, 마찰패드의 운동의 양에 따라 변하는 셀프-서보 효과를 제공하며, 상기 셀프-서보 효과 억제기구는 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 억제하는 탄성력을 발생시키는 탄성부재 (500; 542, 552; 542, 570) 를 포함하며, 상기 탄성력은 탄성부재의 탄성변형량의 증가에 따라 비선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 탄성변형량에 따른 탄성부재 탄성력의 증가율이 탄성변형량이 비교적 작을 때 보다 비교적 클 때에 더 높은 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 상기 전기모터의 구동력의 변화에 따라 셀프-서보 기구의 셀프-서보 효과의 변화율을 기계적으로 제어하기 위한 기구 (500; 542) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력 때문에 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 이용하여, 마찰패드의 운동의 양에 따라 변하는 셀프-서보 효과를 제공하며, 상기 셀프-서보 효과 억제기구는 마찰패드가 디스크 로터와 함께 운동하는 것을 억제하는 탄성력을 발생시키는 탄성부재 (500; 542, 552; 542, 570) 를 포함하며, 상기 패드지지기구 (326) 는 디스크 로터 (11) 의 회전방향 (X) 으로 서로 마주하는 대향 단부 (544a, 544b) 에서 마찰패드 (14a) 를 지지하는 한쌍의 부분 (538a, 538b) 을 갖는 정지부재 (330) 를 포함하며, 상기 탄성부재 (542) 는 서로 대향하는 두 단부 (543a, 543b) 를 가지며, 이들 중 일단부는 자동차의 전진 주행시 마찰패드가 디스크 로터와 함께 그 쪽으로 향하여 움직이게 되는 마찰패드의 단부 (544b) 와 결합되어 있으며, 탄성부재의 두 대향 단부 (543a, 543b) 중 타단부는 마찰패드의 일단부 (544b) 로부터 먼 쪽에 있는 정지부재의 부분 (538a) 과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 자동차 바퀴와 노면 사이의 제동력이 제 2 규정치를 초과한 후에 셀프-서보 기구의 셀프-서보 효과가 증가하는 것을 억제하기 위한 과도 셀프-서보 효과 억제기구 (190) 를 더 포함하는 것을 특징으로하는 전기작동식 제동 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 전기모터 (212; 372, 472) 의 온도상승을 억제하기 위한 온도상승 억제수단 (222; 240, 250, 252) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 온도상승 억제수단 (222) 은, 마찰패드와 디스크 로터 (11) 사이에서 발생된 마찰열이 전기모터 (212) 와 마찰패드 (14) 사이의 동력전달경로를 통해 상기 전기모터에 전달되는 것을 억제하기 위해 상기 동력전달경로에 제공되는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 셀프-서보 기구 (14, 144; 14, 220; 327; 727) 는, 마찰력을 부스팅하는 셀프-서보 효과를 제공하기 위해 마찰패드가 디스크 로터와 상기 가압부재 (140; 206, 216; 366, 370; 766, 770) 사이에서 쇄기로서 기능할 수 있도록 마찰패드가 마찰면과의 마찰접촉으로 인해 디스크 로터와 함께 움직일 수 있도록 해주는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 마찰패드 (14) 와 가압부재 (216) 사이의 마찰력을 감소시키는 마찰저항 감소수단 (224) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 셀프-서보 기구는 가압부재 (206) 와 접촉하게 되는 경사면 (572; 580; 582) 을 갖는 마찰패드 (14) 를 포함하며, 상기 경사면은 마찰면 (12) 에 대해 기울어져 있고, 이때 경사면의 경사각은 마찰패드와 디스크 로터 사이의 마찰력으로 인해 마찰패드가 디스크 로터와 함께 움직이게 되는 방향으로 변하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 모터구동식 디스크 브레이크는 디스크 로터 (11) 의 대향 측부에 각기 배치되는 한쌍의 마찰패드 (14a, 14b) 를 포함하며, 이들마찰패드중 한 마찰패드 (14a) 는 디스크 로터와의 마찰력으로 디스크 로터와 함께 움직일 수 있고, 다른 마찰패드 (14b) 는 상기 마찰력 때문에 디스크 로터와 함께 움직일 수 없으며, 상기 패드가압기구는, 디스크 로터의 주변을 넘어 신장되어 있으며 또한 마찰면 (12) 과 교차하는 방향으로 움직일 수 있는 캘리퍼 (202) 를 포함하고, 이 캘리퍼는 마찰패드 (14a) 와 결합할 수 있는 반작용부 (206) 와, 마찰패드 (14b) 를 마찰면에 가압하기 위한 가압부 (208) 를 가지며, 상기 패드가압기구는 또한 가압봉 (212) 을 포함하고, 이 가압봉은 전기모터의 구동력으로 마찰면과 교차하는 방향으로 움직일 수 있도록 상기 가압부에 의해 지지되며, 상기 캘리퍼는 상기 한 마찰패드에 대한 가압부재로서 기능하고, 상기 가압봉은 상기 다른 마찰패드에 대한 가압부재로서 기능하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  14. 제 1 항 또는 10 항에 있어서, 상기 전기모터 (372; 472) 는 비여자화 (non-energized) 오프 상태, 전진회전을 위한 제 1 여자화 상태 및 역회전을 위한 제 2 여자화 상태를 가지며, 전기모터가 제 1 여자화 상태에 있을 때 상기 가압부재 (370) 가 움직여 마찰패드를 디스크 로터의 마찰면에 가압하고, 상기 모터제어장치 (398, 420, 430-442, 450-454; 398, 420, 432-442, 450-454, 484) 는 마찰패드가 마찰면에 가압되는 실제 가압력이 목표치와 같게 되도록 전기모터를 제어하며,
    상기 전기작동식 제동 시스템은 또한,
    셀프-서보 기구 (327) 의 작동중에 상기 실제 가압력을 증대시킬 필요가 있을 때 마찰패드로부터 가압부재에 전달된 반력에 저항하여 가압부재를 잠금시킴으로써 실제 가압력 증가의 부족을 방지하기 위한 불충분한 증가 방지수단 (372, 420, 430, S106-S112; 372, 420, 430, S106, S107, S108-S111; 372, 420, 430, S131-S134; 372, 420, 430, S151-S156; 372, 420, 430, S151-S159; 474, 484, 430, S151, S152, S171, S172) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 전기모터는 초음파 모터 (372) 로 되어 있으며, 상기 모터제어장치는, 초음파 모터를 비여자화시킴으로써 이 초음파 모터가 상기 가압부재의 잠금을 위한 홀딩 토오크를 발생시키도록 해주는 비여자화 수단 (420, 430, S106-S112; 420, 430, S141-S134; 420, 430, S151-S159) 을 가지며, 상기 불충분한 증가 방지수단은 상기 비여자화 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 비여자화 수단은, 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있고 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 1 한계치 보다 작을 때 초음파 모터를 비여자화시키는 수단으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 비여자화 수단은 셀프-서보 기구의 작동이 시작되었는지에 따라 초음파 모터를 비여자화시키는 수단 (420, 430, S151-156) 으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 셀프-서보 기구의 작동이 시작되었는지에 따라 초음파 모터를 비여자화시키는 상기 수단은 실제 가압력에 관련된 값을 검출하는 센서 (420) 와, 미리 정해진 하나 이상의 각 조건이 만족되면 셀프-서보 기구의 작동이 시작되었는지를 상기 센서의 출력신호에 근거하여 결정하게 되는 셀프-서보 효과 모니터링 수단 (430, S151) 으로 이루어지며, 상기 하나 이상의 조건은 초음파 모터가 제 1 여자화 상태에 있을 때 실제 가압력의 증가량이 미리 정해진 제 2 한계치을 초과하는 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  19. 제 1 항 또는 10 항에 있어서, 상기 전기모터 (772) 는 고정자 (782), 회전자 (784) 및 이들 고정자와 회전자가 내장되는 모터 하우징 (780) 을 포함하며, 상기 패드가압기구 (736, 772, 774) 는,
    전기모터에 의해 축선을 중심으로 회전할 수 있는 회전부재 (802) 와,
    디스크 로터 (712) 의 마찰면 (714) 과 교차하는 방향으로 직선운동을 할 수 있도록 가압부재 (770) 뒤에 배치되는 직선운동부재 (800) 와,
    마찰패드가 마찰면에 가압되도록 상기 가압부재를 움직이게 하기 위해 상기 회전부재의 회전운동을 직선운동부재의 직선운동으로 변환시키는 운동변환기구 (774) 와,
    모터 하우징으로서 기능하는 부분을 가지며 또한 상기 직선운동부재가 직선운동을 할 수 있도록 이 부재를 지지하는 캘리퍼 (736) 와,
    상기 회전부재를 캘리퍼에 대해 회전이 가능하게 지지하는 회전지지기구 (820, 822, 826, 830; 922, 826, 872; 822, 826, 830, 872; 820, 882; 820, 892, 894; 820, 902, 904) 를 포함하며, 이 회전지지기구는 마찰패드가 마찰면에 가압될 때 캘리퍼가 상기 회전부재로부터의 반력을 스러스트 하중으로서 받을 수 있도록 해주는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 회전지지기구는 제 1 반력과 제 2 반력중 하나 이상의 반력이 회전부재와 전기모터중 하나 이상에 미치는 영향을 줄이기 위한 지지 구조 (820, 822, 736c; 820, 862, 864, 736c; 822, 872, 736c; 820, 882, 836c; 820, 892, 736c; 820, 902, 736c) 를 포함하며, 상기 제 1 반력은 모터구동식 디스크 브레이크 (710; 860; 870; 880; 890; 900) 의 작동중에 상기 직선운동부재로부터 회전부재에 편심하중으로서 작용하고, 제 2 반력은 모터구동식 디스크 브레이크의 작동중에 회전부재로부터 캘리퍼에 작용하게 되는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  21. 제 21 항에 있어서, 상기 지지 구조는 모터구동식 디스크 브레이크의 작동중에 상기 제 1 반력에 의한 회전부재 축선의 기울어짐을 억제하는 제 1 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 회전부재는 회전자와 함께 회전하기 위해 이 회전자에 동축으로 고정되며, 상기 제 1 구조는 회전부재 축선의 기울어짐을 억제함으로써 고정자 축선에 대한 회전자 축선의 기울어짐을 억제하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 구조는 회전부재을 회전가능하게 지지하는 다수의 레이디얼 베어링을 포함하며, 이들 레이디얼 베어링 (820, 822; 820, 864; 822, 872; 820, 882; 820, 892; 820, 902) 은 회전부재의 축선방향으로 서로 떨어져 배치되어 회전부재로부터 레이디얼 하중을 받는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 지지 구조는 제 2 반력이 전기모터에 전달되는 것을 억제하기 위한 제 2 구조 (822, 736c; 862, 736c) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 회전부재는 제 1 표면 (826) 을 가지며, 이 표면은 회전부재의 축선방향으로 마찰패드로부터 회전부재 쪽으로 향하고 또한 상기 제 2 반력을 캘리퍼에 전달하며, 상기 캘리퍼는 모터 하우징으로서 기능하는 그의 부분과 상기 제 1 표면에 대응하는 그의 부분 사이의 부분 (736c) 에 형성된 제 2 표면 (830) 을 가지며, 이 제 2 표면은 회전부재의 축선방향으로 상기 제 1 표면과 대향하여 제 1 표면으로부터 제 2 반력을 받게 되고, 상기 제 2 구조는 상기 제 1, 2 표면과 베어링 (822; 862) 을 포함하며, 이 베어링은, 회전부재로부터 적어도 스러스트 하중을 받으면서 이 회전부재를 회전가능하게 지지하도록, 상기 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 또한 회전부재와 캘리퍼 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기작동식 제동 시스템.
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