KR20040021914A - 자동차용 전동식 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 전동식 브레이크 장치에 관한 것으로, 특히 자력에 의해 슬라이딩 가능한 자성피스톤에 의해 가동패드를 디스크에 가압시켜 브레이크 기능을 달성하는 자동차용 전동식 브레이크 장치에 관한 것이다.

Description

자동차용 전동식 브레이크 장치{brake apparatus for automobile}

본 발명은 자동차용 전동식 브레이크 장치에 관한 것으로, 특히 자력에 의해 슬라이딩 가능한 자성피스톤에 의해 가동패드를 디스크에 가압시켜 브레이크 기능을 달성하는 자동차용 전동식 브레이크 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 장착되는 브레이크는 주행 중의 자동차를 감속하거나 정지, 또는 정지 상태를 유지하기 위한 것으로, 주행 중의 운동에너지를 기계적인 마찰장치에 의해서 열에너지로 바꾸어 그의 마찰열을 대기 중에 방출하여 제동을 한다. 이러한 브레이크는 드럼식 유압 브레이크와 디스크식 유압 브레이크 등이 있는데, 이 디스크 브레이크는 드럼 대신에 휠과 함께 회전하는 원판형의 디스크를 양쪽에서 패드로 강하게 압박하여 제동력을 얻는 것으로, 반적으로, 자동차에는 차량의 제동을 위해 브레이크 장치가 설치되어 있는 바, 상기한 브레이크 장치는 운전석에 설치된 브레이크 페달과, 상기한 브레이크 페달에 연동하도록 차륜에 설치된 브레이크로 구성되어 있다.

위와 같은 종래의 기술로서는 도1에 도시한 바와 같이, 공개특허공보 공개번호 10-1998-49567호가 있다.

디스크 브레이크는 이에 도시한 바와 같이, 몸체를 이루는 캘리퍼 하우징(10)의 내부에 진퇴운동을 할 수 있도록 일정 간격 이격된 한쌍의 패드플레이트(50,60)가 설치되어 있다. 이 패드플레이트(50,60)는 그 일면에 인너패드(51)가 부착된 인너패드플레이트(50)와 아웃터패드(61)가 부착된 아웃터패드플레이트(60)로 구별되는데, 인너패드플레이트(50)는 후술하는 피스톤(20)과 접하여 작동한다. 그리고 이러한 인너패드(51)와 아웃터패드(61)사이에 일정한 간극을 두고 일부 삽입되어 휠(미도시)과 함께 회전하는 원판상의 디스크(40)가 구성된다.

한편, 하우징(10)의 일측에는 실린더(11)가 형성되며, 여기에는 선단부가 인너패드플레이트(50)의 타면과 접하도록 마련되며 유입구(미도시)를 통해 전달되는유압에 의해 진퇴운동하는 피스톤(20)이 설치되어 인너패드플레이트(50)를 작동시키게 된다. 그리고 하우징(10)의 타측부에는 아웃터패드플레이트(60)의 타측면을 감싸도록 핑거부(finger part,12)가 상부에서 하부로 절곡 연장되게 사출성형되어 있는데, 제동시 아웃터패드플레이트(60)를 밀어 아웃터패드(61)가 디스크(40)의 외측면에 밀착된다. 미설명부호 30은 실린더(11)에 유압이 해제되면 피스톤(20)을 복원하는 시일이고, A와 B는 브레이크패달과 유압을 형성하는 마스터실린더이다.

이와 같이 구성된 디스크 브레이크를 갖춘 자동차가 주행하고 있는 상태에서 브레이크패달(A)을 밟게 되면, 마스터실린더(B)로부터 유압이 작용하게 되고 계속하여 이 유압은 유압라인과 유입구(미도시)를 통해 실린더(11)로 전달된다. 따라서 이 유압에 의해 피스톤(20)이 전진함으로써, 피스톤(20)의 선단부가 인너패드플레이트(50) 중심부를 디스크(40) 측을 향해 밀고 이에 부착된 인너패드(51)가 순간적으로 디스크(40)에 압착된다. 아울러 실린더(11)에는 유압이 잔존하기 때문에 캘리퍼 하우징(10) 자체가 반대방향으로 이동하게 됨으로써, 이것에 의해 핑거부(12)가 아웃터패드플레이트(60)를 디스크(40)측으로 밀게 되며, 이에 부착된 아웃터패드(61)가 디스크(40)에 압착되어 제동작용을 한다. 그리고 브레이크패달(A)을 놓으면 피스톤(20)은 시일(30)의 탄성력으로 인해 원위치로 복원되고, 다시 디스크(40)와 패드(51,61)가 일정간격 이격된다. 즉, 실린더(11)내의 유압의 의한 피스톤(30)의 작동으로 인해 제동작용을 한다.

위와 같은 유압식 브레이크는, 그 구성이 매우 복잡하게 되기 때문에, 브레이크 장치의 구성을 단순화하도록 전동식 브레이크 장치가 개발되었다.

이는, 도2에 도시된 바와 같이, 외형 몸체를 이루며 내부에 실린더(200,200')가 양측에 대칭되게 형성된 켈리퍼 하우징(100), 제동시 휠(미도시)과 함께 회전하는 디스크(500)를 압지하는 한쌍의 패드플레이트(300,300')로 구성되어 있다. 한쌍의 패드플레이트(300,300')는 디스크(500)의 양측에 각각 대칭되게 이루어져 있는데, 이의 일면에는 각각 패드(400,400')가 부착되어 있어서 디스크(500)를 압지, 제동력을 발생한다.

그리고 하우징(100)의 실린더(200,200')에는 각각 피스톤(600,600')이 진퇴운동가능하게 마련되며, 이 각각의 피스톤(600,600') 일단부는 각 패드플레이트(300,300')와 접하도록 설치된다. 한편, 캘리퍼 하우징(100)의 양 외측부에는 회전축(710,710')을 매개로하여 이러한 피스톤(600,600')을 진퇴운동시키도록 정역회전 가능한 모터부재(700,700')가 체결되어 있다.

위 전동식 브레이크 장치에서는 모터에서 발생하는 회전운동을 나사에 의해 직선운동으로 변환시키고 있으나, 일반적으로는 모터에서 발생하는 회전력을 감속시킨 후 직선운동으로 변환시키는 형식을 취하고 있다. 즉, 전동식 브레이크 장치에서는 모터의 회전운동을 감속시키는 감속기구 및 방향전환기구를 설치하는 것이 일반적이다.

그런데, 위와 같은 종래의 기술에서는 모터의 내부에 설치된 회전축이 회전운동을 하기 때문에 회전운동을 직선운동으로 변환시키기 위한 기구가 필요하였을 뿐만 아니라 모터의 회전에 의해 발생하는 토크가 차체로 전달되어 자동차에 불필요한 진동을 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캘리퍼 하우징에 설치된 복수개의 코일에서 발생하는 자력에 의해 자성피스톤을 왕복운동시켜서 브레이크 작용을 가능하게 하여 회전운동을 직성운동으로 변환시키는 기구가 불필요하고 차체에 불필요한 진동이 전달되지 않는 자동차용 전동식 브레이크 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 유압식 브레이크 장치를 나타내는 단면도

도 2는 종래의 전동식 브레이크 장치를 나타내는 단면도

도 3은 본 발명에 의한 전동식 브레이크 장치를 나타내는 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100A : 캘리퍼하우징110A : 고정패드

115A : 가동패드120A : 코일부

125A : 자성피스톤130A : 가이드로드

140A : 서포트브라켓142A : 로드수용부

150A : 압력센서200A : 디스크

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 전동식 브레이크 장치는, 캘리퍼하우징과; 상기 캘리퍼하우징에 고정되는 고정패드와; 상기 캘리퍼하우징 내부에 고정되는 복수개의 코일부와; 상기 코일부에서 발생하는 자력에 의해 좌우로 슬라이딩할 수 있도록 상기 코일부 내부에 설치되고, 극성이 교호하는 복수개의 자성체로 이루어진 자성피스톤과; 상기 자성피스톤에 의해 구동되며, 디스크를 중심으로 고정패드와 대향되게 설치되는 가동패드와; 상기 캘리퍼하우징에 고정되는 가이드로드와; 차체에 고정되며, 상기 가이드로드가 슬라이딩할 수 있도록 로드수용부가 형성된 서포트브라켓과; 상기 복수개의 코일부에 흐르는 전류의 방향 및 크기를 조절하는 제어부를 포함하여 구성된다.

위와 같은 구성에 의하여, 복수개의 코일부에서 발생하는 자력에 의해 자성피스톤이 왕복이동하면 고정패드 및 가동패드가 디스크 표면에 밀착되어 브레이크 작용을 하게된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도3을 참조하여 설명한다.

도3은 본 발명의 구조를 간략히 나타낸 단면도로서, 디스크 타입 브레이크에서 디스크, 캘리퍼하우징, 가이드로드 및 서포트브라켓 등의 구조는 일반적으로 잘 알려져 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다(대한민국 공개실용신안공보 공개번호 20-1998-67666 참조).

본 발명의 자동차용 브레이크 장치는 디스크 타입이기 때문에, 휠과 함께 회전하는 디스크의 외주면에는 캘리퍼하우징(100A)이 설치되어 있다.

상기 캘리퍼하우징(100A)의 내면에는 고정패드(110A)가 설치되어 있고, 캘리퍼하우징(100A) 내부에는 복수개의 코일부(120A)가 고정되어 있다.

상기 복수개의 코일부(120A) 내부에는, 코일부(120A)에서 발생하는 자력에 의해 좌우로 슬라이딩할 수 있도록 자성피스톤(125A)이 설치되어 있다. 자성피스톤(125A)은 극성이 교호하는 복수개의 자성체로 이루어져 있다.

상기 자성피스톤(125A)의 타측에는 가동패드(115A)가 결합되어 있고, 디스크(200A)를 중심으로 고정패드(110A)와 대향되게 설치되어 있다.

상기 캘리퍼하우징(100A)에는 가이드로드(130A)가 볼트 또는 너트 등에 의해 고정되어 있다.

상기 가이드로드(130A)는 서포트브라켓(140A)에 형성된 로드수용부(142A)에서 슬라이딩하게 되고, 서포트브라켓(140A)은 너클(미도시)과 같은 차체 구조물에 고정된다.

브레이크 작동시 발생하는 제동력을 측정하기 위하여, 상기 가이드로드(130A)와 로드수용부(142A) 사이에는 압력센서(150A)가 설치되어 있다.압력센서(150A)는 원통형태의 슬리브 형상인 것이 바람직하며, 이 경우 원통내부에서 가이드로드(130A)가 슬라이딩하게 된다.

상기 압력센서(150A)는 상기 자성피스톤(125A)이 가동패드(115A)와 접촉하는 접촉면에 설치될 수도 있다.

압력센서(150A)는, 상기 코일부(120A)를 제어하는 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되어 있다. 압력센서(150A)로서는, 센서에 작용하는 압력에 비례하여 전기적인 신호를 발생시키는 압전센서, 스트레인게이지 또는 로드셀 등이 사용될 수 있다.

상기 제어부(미도시)에는, 브레이크 페달의 스트로크를 측정하는 페달스트로크센서(미도시)가 연결되어 있다.

이하, 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우, 페달 스트로크 센서에서 페달을 밟은 양을 측정하여 제어부로 신호를 보낸다. 제어부에서는 복수개의 코일부(120A)에 전류가 흐르도록 하고, 코일부(120A)에서 발생하는 자력에 의해 자성피스톤(125A)이 디스크(200A)를 향하여 이동하게 된다. 이동하는 자성피스톤(125A)이 가동패드(115A)를 디스크(200A)에 밀어붙이게 된다.

복수개의 코일부(120A)는 자성피스톤(125A)과의 상대 위치에 따라 전류의 흐름이 반대가 되도록 제어부에서 제어된다. 즉, N극과 인접한 코일과 S극과 인접한 코일에 흐르는 전류는 그 방향이 서로 반대가 되며, 자성피스톤(125A)의 이동량에 따라서도 개개의 코일에 흐르는 전류가 제어부에 의해 제어되는 것이다. 이와 같은제어는 다수개의 코일부와 자성체에 의해 직선운동을 가능하게 하는 선형모터의 작동원리와 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

따라서, 가동패드(115A) 및 고정패드(110A)는 디스크(200A) 표면과 접촉하게 되고 접촉면에서 발생하는 마찰력에 의해 브레이크가 작동하게 된다.

자성피스톤(125A)을 더욱 이동시켜서 가동패드(115A) 및 고정패드(110A)가 디스크(200A) 표면에 더욱 밀착시키는 경우, 캘리퍼하우징(100A)에 고정된 가이드로드(130A)는 서포트브라켓(140A) 내부의 로드수용부(142A)에서 슬라이딩운동이 일어나게 된다.

즉, 고정패드(110A)는 캘리퍼하우징(100A)에 고정되어 있다는 의미로 부여한 용어이고, 캘리퍼하우징(100A)은 서포트브라켓(140A)에 대하여 상대운동이 가능하기 때문에 고정패드(110A) 역시 디스크(200A)에 대하여 이동하게 되는 것이다.

고정패드(110A) 및 가동패드(115A)가 디스크(200A) 표면에 접촉하는 경우, 디스크(200A) 표면에 작용하는 수직력 및 마찰계수에 비례한 마찰력이 작용하고, 이 마찰력이 제동력으로 작용하게 된다. 이 마찰력은, 캘리퍼하우징(100A)을 디스크의 원주방향으로 밀어내는 방향으로 작용한다.

따라서, 캘리퍼하우징(100A)에 고정된 가이드로드(130A)는 그 축에 직각 방향으로 힘이 작용하게 된다. 가이드로드(130A)와 로드수용부(142A) 사이에는 압력센서가 설치되어 있기 때문에, 고정패드(110A) 및 가동패드(115A)와 디스크(200A) 사이에 발생하는 제동력은 압력센서에서 검지할 수 있게되는 것이다.

압력센서(150A)에서 측정되는 제동력은, 고정패드(110A) 및 가동패드(115A)와 디스크(200A) 사이에 작용하는 수직방향의 힘이 아니라, 고정패드(110A) 및 가동패드(115A)와 디스크(200A) 사이에 작용하는 수직방향의 힘 및 마찰계수에 비례한 마찰력이다.

따라서, 고정패드(110A) 및 가동패드(115A)의 마모에 의해 마찰계수가 달라지거나, 브레이크에 침투되는 수분 또는 브레이크 작동시 작용하는 열에 의해 마찰계수가 달라지더라도, 디스크(200A)에 작용하는 제동력을 직접 측정할 수 있게된다.

압력센서(150A)에서 검지된 제동력은 제어부로 보내지게 되고, 제어부에서는 브레이크 페달의 스트로크 및 압력센서(150A)에서 검지된 제동력을 비교하면서 복수개의 코일부(120A)에 흐르는 전류의 방향 및 크기를 제어하는 것이다.

즉, 제어부 내부에는 브레이크 페달의 스트로크에 따른 목표 제동력이 입력되어 있기 때문에, 운전자가 브레이크 페달을 밟은 양에 따라 압력센서(150A)에서 검지되는 제동력이 목표 제동력이 될 때 까지 복수개의 코일부(120A)를 제어하여 자성피스톤(125A)을 구동하게 되는 것이다.

페달 스트로크 센서는 운전자가 브레이크 페달에서 발을 떼는 것을 검출하여 제어부로 신호를 보낸다. 이 경우, 제어부는 압력센서(150A)에서 검출되는 제동력이 0이 될 때 까지 자성피스톤(125A)을 후퇴시킨다.

물론, 페달 스트로크 센서 대신에 브레이크 페달에 작용하는 힘인 답력을 측정하는 답력센서를 채택할 수도 있을 것이다.

본 발명은 캘리퍼 하우징에 설치된 복수개의 코일부에서 발생하는 자력에 의해 자성피스톤을 왕복운동시켜서 브레이크 작용을 가능하게 하여 감속기구 및 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 변환기구가 불필요하게 되어 브레이크 장치의 구조를 간단하게 구성할 수 있다.

또한, 종래 기술과 같이 회전하는 모터의 구성을 채택하지 않고, 복수개의 코일부의 제어를 통해 자성피스톤을 직접 왕복운동시키기 때문에 차체에 불필요한 진동이 전달되지 않게 된다.

또한, 브레이크 작동시 발생하는 제동력을 압력센서에 의해 측정하고, 측정된 결과를 이용하여 제어부에서 복수개의 코일부를 제어하기 때문에, 요구되는 제동력이 발생되도록 정확히 제어할 수 있게 된다.

즉, 패드와 디스크 사이의 수직하중을 측정하는 것이 아니라 수직하중 및 마찰계수에 비례하여 발생하는 마찰력을 직접 측정하기 때문에, 패드의 마모에 따라 마찰계수가 달라지거나 수분 또는 열에 의해 마찰계수가 변화하더라도 제동력을 정확하게 측정할 수 있게된다.

또한, 압력센서가 로드수용부에 위치하기 때문에 설치구조가 콤팩트하게 되어 브레이크 장치의 사이즈가 커지는 문제를 방지할 수 있게된다.

또한, 페달스트로크에 따라 요구되는 제동력이 발생되도록 코일부를 정확하게 제어할 수 있게된다.

Claims (3)

1. 캘리퍼하우징과;

   상기 캘리퍼하우징에 고정되는 고정패드와;

   상기 캘리퍼하우징 내부에 고정되는 복수개의 코일부와;

   상기 코일부에서 발생하는 자력에 의해 좌우로 슬라이딩할 수 있도록 상기 코일부 내부에 설치되고, 극성이 교호하는 복수개의 자성체로 이루어진 자성피스톤과;

   상기 자성피스톤에 의해 구동되며, 디스크를 중심으로 고정패드와 대향되게 설치되는 가동패드와;

   상기 캘리퍼하우징에 고정되는 가이드로드와;

   차체에 고정되며, 상기 가이드로드가 슬라이딩할 수 있도록 로드수용부가 형성된 서포트브라켓과;

   상기 복수개의 코일부에 흐르는 전류의 방향 및 크기를 조절하는 제어부를 포함하는 자동차용 브레이크 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가이드로드로부터 전달되는 힘을 측정하기 위하여, 상기 가이드로드와 로드수용부의 접촉면에 압력센서가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   브레이크 페달의 스트로크를 측정하는 페달 스트로크 센서를 포함하는 자동차용 브레이크 장치.