KR20040023800A - 백래시 작동이 없는 전자기계식 브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 차량용 전자기계식 브레이크(10)에 관한 것으로서, 적어도 하나의 마찰부재(16)에 작용하여 작동력을 발생시키는 전기 액튜에이터를 포함하고, 제동이 이루어지는 브레이크의 회전 구성요소(14)에 대하여 마찰력을 유도하고자 상기 부재를 가압시킬 수 있도록 한 전자기계식 브레이크에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 마찰부재(16)와 전기 액튜에이터의 사이에 배열된 자기-배가 장치를 포함하고, 이 장치는 상기 전기 모터에 의하여 발생된 작동력을 자기-배가시키는 기능을 수행하도록 한 것이다. 또한, 본 발명은 카운터 베어링(22)상에 지지되고, 경사각 α를 갖는 적어도 하나의 쐐기(18)를 포함한다. 상기 브레이크(10)의 안정성을 향상시키기 위하여, 상기 전기 액튜에이터는 상기 쐐기(18)에 작용하는 동시에 제로 백래시를 위하여 서로 간에 작동력을 발생시키도록 작동한다. 낮은 작동력 범위내에서 즉,

Description

백래시 작동이 없는 전자기계식 브레이크{Electromechanical brake with zero backlash actuation}

독일특허 DE 198 19 564 C2에는 자기-배가 장치를 갖는 전자기계식 브레이크가 공개되어 있다. 이 공개공보에 기재된 브레이크의 경우, 경사각α의 선택에 의하여 정해진 자기-배가(self-boosting)량이 너무 과도하여, 마찰 라이닝과 제동을위한 구성요소간의 마찰계수(브레이크의 작동상태에 따라 변화함)에 관계없이, 항상 압축력 또는 인장력이 자기-배가 장치의 쐐기에 가해지는 점에 문제점이 있다.

액튜에이터의 힘 변화는 배제되어야 하는 바, 그렇지 않다면 액튜에이터에 백래시가 작용되어, 비정상적인 상태 및 제어된 변수(제동력)의 불필요를 초래하게 된다.

이러한 제한적인 면으로 인하여, 상기와 같이 알려진 전자기계식 브레이크는 최적의 자기-배가 범위, 다시말해서 tanα값과 마찰계수μ의 값이 서로 일치하는 범위는 사용될 수 없고, 이는 자기-배가의 최적 지점 즉, 마찰계수μ가 경사각 tanα값과 동일한 값을 가지는 경우에는 요구되는 작동력 즉, 액튜에이터의 힘은 그 힘의 작용 방향을 변화시키게 때문이다.

본 발명은 특히 차량용 전자기계식 브레이크에 관한 것으로서, 적어도 하나의 마찰부재에 작용하여 작동력을 발생시키는 전기 액튜에이터를 포함하고, 제동이 이루어지는 브레이크의 회전 구성요소에 대하여 마찰력을 유도하고자 상기 부재를 가압시킬 수 있도록 한 전자기계식 브레이크에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 마찰부재와 전기 액튜에이터의 사이에 배열된 자기-배가 장치를 포함하고, 이 장치는 상기 전기 모터에 의하여 발생된 작동력을 자기-배가시키는 기능을 수행하도록 한 것이다.

또한, 본 발명은 카운터 베어링상에 지지되고, 경사각 α를 갖는 적어도 하나의 쐐기를 포함한다.

본 발명에 따른 브레이크의 일구현예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명한다.

도 1은 디스크 브레이크의 형태로 이루어진 전자기계식 브레이크의 측면도,

도 2는 본 발명에 따른 브레이크의 일부를 보여주는 사시도,

도 3은 도 2의 사시도와 동일하며, 단지 조절기구와 카운터 베어링이 배제된상태를 나타내는 사시도,

도 4는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,

도 5는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,

도 6은 도 4의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,

도 7은 도 4의 단면도와 같으며, 전진 운동시 본 발명에 따른 브레이크의 작동 상태를 나타내며,

도 8은 도 7의 단면도와 같으며, 후진 운동시 브레이크의 작동상태를 나타내며,

도 9는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,

도 10은 도 4의 단면도와 같으며, 마찰 라이닝이 과도하게 마모된 상태를 나타내며,

도 11은 본 발명에 따른 브레이크의 기본적인 마찰 작용을 설명하는 개략도.

따라서, 본 발명은 자기-배가를 갖는 개선된 전자기계식 브레이크를 제공하는데 그 목적이 있고, 작동범위가 자기-배가의 조정에 관련된 네가티브 영향과 관계없이 최적의 자기-배가 범위에서 이루어질 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 목적은 자기-배가 장치의 쐐기에 작용하되, 이 작용력을 서로에 대하여 발생시키면서 작동하는 두 개의 구동기구를 가지는 전기 액튜에이터에 의하여 달성된다.

낮은 작용력에서, 즉 tanα가 마찰계수μ와 거의 동일한 범위에서, 상기 두 개의 구동기구는 서로에 대하여 작동력을 발생시키는 작용을 한다.

여기서 "서로에 대한 작동(Work against each other)"이란 자기-배가 장치의 쐐기에 두 개의 구동기구에 의하여 적용되는 힘이 서로 다른 방향을 갖는다는 의미이다.

본 발명에 따른 브레이크의 일구현예에 의하면, 상기 두 개의 구동기구가 낮은 작동력의 범위로서 작동력을 발생시킬 수 있도록 상기 자기-배가 장치의 쐐기에 당김력을 제공하는 바, 이는 작동력의 방향으로 작동력을 나타내는 과도한 인장력의 발생으로 이루어진다.

다른 구현예로서, 상기 두 개의 구동기구는 단지 낮은 작동력을 요구하는 경우에 작동력을 발생시킬 수 있도록 상기 자기-배가 장치의 쐐기에 가압을 제공하는 바, 이는 작동력의 방향으로 작동력을 나타내는 과도한 인장력의 발생으로 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따르면, 전기 모터의 두 개의 구동기구는 낮은 작동력을 요구하는 경우, 즉 브레이크의 자기-배가가 높은 경우(tanα가 마찰계수 μ와 거의 동일)에는, 동시에 제로 백래시 방식이 작용하게 되는 바, 이는 상기 액튜에이터에 나타나는 백래시가 출현되지 않기 때문이고, 백래시가 출현하지 않는 이유는 상기 두 개의 구동기구가 서로에 대하여 작용하기 때문이다.

액튜에이터의 힘 변화가 높은 자기-배가 범위에서 쉽게 발생할 수 있고, 그에따라 네가티브 영향을 가지지 않지만, 제로 백래시로 용이하게 방지될 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 브레이크는 어떠한 문제 발생없이 최적의 자기-배가 범위에서 작동될 수 있는 바, 즉 전기 액튜에이터가 적은 파워만을 필요로 하고,보다 컴팩트하고 가벼운 형태로 장착될 수 있다.

또한, 공간 및 무게의 절감과 함께 액튜에이터의 원할한 작동을 제공할 수 있다.

마찰계수 μ값이 tanα값과 크게 다른 작동 상태에서는 필요로 하는 제동력 또는 제동 모멘트를 얻기 위하여 상기 전기 액튜에이터는 보다 큰 작동력을 제공하여야 한다.

본 발명에 따른 브레이크의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 두 개의 구동 기구의 작동 방향은 역으로 작용할 수 있는 바, 이는 두 개의 구동기구가 높은 작동력을 달성하고자 서로간에 작용(즉, 동일한 방향이며, 이전과 같이 반대 방향이 아님)하는 방식을 통하여 이루어진다.

상기와 같이, 액튜에이터의 백 래시가 극복되어야 하는 상황이 발생할 수 있지만, 두 개의 높은 작동력을 달성하고자 서로 작용하는 경우는 예를들어 비상 제동의 경우와 같이 드문 경우이며, 이러한 경우는 어떠한 단점도 발생하지 않으면서, 액튜에이터 백래시에 작용하는 힘은 매우 빠르게 극복되며, 액튜에이터의 백래시가 다시 극복되는 순간 힘의 급작스런 변화에 의하여 발생하는 작은 노크(knock)와 같은 브레이크 작동 요소에 백래시가 두드러진다. 만일, 백래시가 감지되는 경우, 힘의 급작스런 변화는 원하는 수준으로 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 브레이크용 자기-배가 장치의 경사각 α는 브레이크가 작동중에 발생하는 최소 및 최대 마찰계수μ 와 함께 필요로 하는 최대 제동 모멘트를 발생시키는 압축력을 발생시킬 수 있도록 선택되어야 한다.

다시 말해서, 경사각α는 μ_min<tanα<μ_max범위로 선택되어야 한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 상기 브레이크의 전기 액튜에이터가 갖는 두 개의 구동기구는 선형 액튜에이터로 설치되는 바, 이 선형 액튜에이터는 자기-배가 장치의 쐐기들에 직접적으로 작용한다.

이와 같은 구현예와 함께, 마찰부재, 대개 마찰 라이닝은 영구적으로 상기 쐐기에 고정되며, 이에 상기 쐐기의 모든 모멘트는 손실없이 마찰부재로 전달되어진다.

바람직한 구현예로서, 각 선형 액튜에이터는 스핀들 너트가 결합된 전기모터, 커넥팅 로드의 형태로 이루어져 스핀들 너트와 함께 작동하는 스핀들, 회전각 감지센서 또는 기타 다른 형태의 위치센서를 갖는다.

상기 선형 액튜에이터의 위치감지를 공급하는 신호를 기반으로 하여, 한편으로는 전기 액튜에이터에 출현하는 기계적인 백래시가 검출될 수 있고, 다른 한편으로는 상기 쐐기의 존재 위치가 즉각적으로 검출될 수 있다.

본 발명에 따른 브레이크의 바람직한 구현예로서, 상기 자기-배가 장치의 쐐기들은 그 위치가 조절되어진다. 바람직하게는, 상기 쐐기의 위치 조절은 아웃터 제어 루프를 갖는 캐스캐이드 제어이고, 그 조절된 변수(controlled variable)는 제동 모멘트이며, 조정 변수(manipulated variable)는 상기 쐐기와 결합된 마찰부재의 위치이며, 인너 제어 루프에 의거 쐐기의 조절된 위치(상기 선형 액튜에이터의 위치 신호로 부터 검출됨)는 쐐기와 결합된 마찰부재의 위치이며, 조정 변수는선형 액튜에이터의 전기모터의 모터 전류 또는 모터 전압이다.

상기 쐐기의 위치 제어, 특히 상술한 캐스캐이드 제어는 제어 엔지니어링의 관점에서 장점을 갖는 바, 그 이유는 상기 마찰계수 μ와 상기 쐐기의 위치간에 단지 선형 관계식만이 존재하기 때문이다.

이와 같은 제어는 보다 빠르고 정확하게 그리고 오류없이 진행되어진다.

본 발명에 따른 브레이크의 바람직한 구현예로서, 쐐기, 또는 제동되어질 구성요소의 두 회전 방향을 위한 가지-배가 장치의 각 쐐기는 적어도 하나의 경사면(Wedge) 표면을 갖는다.

바람직하게는, 상기 두 개의 회전 방향을 위하여 제공된 서로 다른 경사면의 경사각은 동일하고, 이에 상기 쐐기는 대칭형 구조를 갖으며, 제동될 구성요소의 전진 또는 후진 회전을 위한 경사각은 서로 다르게 선택될 수 있다.

대개, 브레이크는 단지 하나의 마찰부재를 갖지 않으며, 제동될 구성요소의 서로 다른면에 작용되도록 서로 상반되는 적어도 두 개의 마찰부재를 갖는다.

바람직하게는, 상기 자기-배가 장치의 쐐기용 카운터 베어링이 제동될 구성요소와 겹쳐지면서 캘리퍼에 지지되고, 다른쪽의 마찰부재와 결합되어진다.

특히, 본 발명에 따른 브레이크의 바람직한 구현예에 따르면, 제동될 구성요소는 브레이크 디스크이고, 캘리퍼는 슬라이딩 갤리퍼이다.

여기서 상기 슬라이딩-캘리퍼 디스크 브레이크와 이들의 기능은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 사실이며, 이에 더 이상의 설명은 생략한다.

독일특허 DE 198 19 564 C2에 공개되어 있는 브레이크의 경우와 마찬가지로,본 발명에 따른 브레이크의 경우는 마찰력의 설정값과 마찰력의 실제값을 비교하는 장치이다. 실제값이 설정값으로부터 유도되는 경우, 상기 장치는 발생된 작동력을 증가 또는 감소시키기 위하여 전기모터를 구동시키고, 따라서 마찰력의 실제값과 설정값이 동일하게 된다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 브레이크는 마찰력을 제어하는데 주안점이 있다. 이때의 마찰력은 제공력 또는 제동 모멘트와 일치한다.

본 발명에 따른 브레이크의 모든 구현예는 경사면의 경사각 α의 각도가 작동 방향으로 더 밀리게 되는 형태로 형성될 수 있고, 즉 경사각이 브레이크의 복귀 경로를 따라 점차 감소하는 형태로 형성된다.

본 발명에 따른 브레이크의 변경 가능한 구현예로서, 상기 전기 액튜에이터는 선형 모터에 있고, 자기-배가 장차의 쐐기에 작용하는 트러스트 멤버에 있다.

그 이유는 선형 모터 등은 백래시가 없고, 서로에 대하여 작용하는 두 개의 구동기구가 필요없으며, 단독의 구동기구만으로 충분하기 때문이다.

도 1 및 도 2는 디스크 브레이크 형태로 이루어진 전기기계식 브레이크(10)를 나타내며, 여기에는 하우징(12) 및 브레이크 디스크(14)가 축(A)를 기준으로 회전 가능하게 포함되어 있다.

도 3,4,5에 더 잘 도시된 바와 같이, 상기 브레이크(10)는 라이닝을 수행하고자 예를들어 접착수단에 의하여 쐐기(18)의 정면과 부착된 제1마찰 라이닝(16)을 포함한다.

상기 쐐기(18)는 상기 브레이크 디스크(14)의 각 회전 방향과 일치하는 돌출면(20),(20')을 갖는다. 상기 쐐기(20),(20')는 브레이크 디스크(14)에 대하여 경사각 α를 가지며 배열되고, 블럭-형상의 카운터 베어링(22)의 돌출면(21),(21')에 지지되어진다.

상기 카운터 베어링(22)은 브레이크 디스크(14)를 지나 연장되는 브레이크 캘리퍼(26)상에 4개의 볼트(24)에 의하여 고정되고, 회전축을 향하는 지나는 암(28)을 갖는다.

상기 암(28)의 목적은 라이닝 지지플레이트(32)상에 통상의 방법으로 고정되는 제2마찰 라이닝(30)을 지지하는데 있고, 상기 라이닝 지지 플레이트는 브레이크 디스크(14)와 마주보는 상기 암(28)의 내면에 배열된다.

상기 브레이크(10)의 작동력은 전기 액튜에이터에 의하여 발생하는 바, 상기 전기 액튜에이터 여기서는 선형 액튜에이터로 채택된 두 개의 구동기구(34),(34')로 구성된다.

상기 각 구동기구(34),(34')는 전기모터(36),(36')와 상기 쐐기(18)와 기계적으로 연결되는 커네팅 로드(38),(38')를 포함한다.

일구현예로서, 상기 각 전기모터(36),(36')는 통합형 스핀들 너트(미도시됨)를 가지며, 상기 커넥팅 로드(38),(38')는 상기 스핀들 너트와 함께 작동되는 스핀들 형상을 갖는다.

미도시되었지만, 회전각 센서가 각각의 전기모터(36),(36')에 포함되어, 스핀들 구동의 경사각과 전기모터(36),(36')에 의한 기본적인 회전에 의하여 상기 커넥팅 로드(38),(38')의 정확한 위치를 검출하게 된다.

상기 쐐기(18) 및 카운터 베어링(22)은 구동기구(34),(34')가 발생시키는 작동력을 배가시키는 자기-배가 기능의 부품이다.

이러한 목적을 위하여, 상기 커넥팅 로드(38),(38')의 자유단이 쐐기(18)의 백면상에 있는 리셉테클(40)에 지지되는 바, 이에 상기 커넥팅 로드(38),(38')의 전달력이 좌측 또는 우측으로 상기 쐐기(18)를 움직이게 한다.

따라서, 상기 브레이크(10)의 작동을 위하여, 상기 마찰 라이닝(16)을 갖는 쐐기(18)가 두 개의 커넥팅 로드(38),(38')의 병진운동에 의하여 브레이크 디스크(14)의 회전 방향으로 이동하게 된다.(도 7 및 도 8)

상기 쐐기(18)는 카운터 베어링(22)의 돌출면(21),(21')에 지지되는 쐐기의 돌출면(20),(20')중 하나에 의하여 지지되어, 좌측 또는 우측으로 이동할 뿐만아니라 상기 브레이크 디스크(14)를 향하여 이동하게 된다.

상기 제1마찰 라이닝(16)이 상기 브레이크 디스크(14)와 접촉하는 순간, 그 작용력이 쐐기(18)와 카운터 베어링(22)을 경유하는 마찰력에 의하여 브레이크 캘리퍼(26)로 전달된다.

이때, 상기 브레이크 캘리퍼(26)는 브레이크(10)의 하우징(12)으로 이송되어 슬라이드되고, 제2마찰 라이닝(30)이 브레이크 디스크(14)에 놓일 때까지 상기에 언급된 작용력에 의하여 밀리게 된다.(슬라이딩 되는 캘리퍼에 주안점이 있음)

여기서, 상기 쐐기(18)의 작동 방향으로의 모든 병진 운동은 두 개의 마찰 라이닝(16)이 브레이크 디스크(14)에 좀 더 강하게 가압되는 일어나고, 그에따라원하는 브레이킹 작동력을 얻을 수 있다.

상기 브레이크는 도 4에 도시된 바와 같이 초기위치로 쐐기(18)가 이동하여 해제된다.

마찰력을 감소시키기 위하여, 상기 돌출면(20),(20') 및/또는 카운터 베어링의 돌출면(21),(21')에 롤링 가능한 구성요소(미도시됨)가 제공될 수 있다.

상기 리셉테클(40)은 상기 쐐기(18)가 브레이크 디스크(14)를 향하여 이동되될 수 있고, 이러한 움직임을 제공하는 커넥팅 로드(38)(38')없이 분리될 수 있는 형태를 갖는다.

상기 브레이크(10)는 마모된 마찰 라이닝(16)을 보상해줄 수 있는 바, 여기에는 도 2에서 도면부호 42로 지시된 조절기구가 포함된다.

상기 조절기구는 4개의 기어휠(48)을 갖는 웜축(46)을 구동시키는 모터(44)로 구성된다.

상기 기어휠(48)은 브레이크 캘리퍼(26)에 포함되고, 그 내표면에는 카운터 베어링(22)과 일체로 고정 연결되는 볼트들(24)중 하나의 산과 치합되도록 나사산이 형성된다.(도 2참조)

따라서, 상기 기어휠(48)은 스핀들의 스핀들 너트 작용과 같이 구동되는 반면에, 상기 볼트(24)는 스핀들 로드로 표출된다.

일구현예로서, 4개의 볼트(24)가 채용된 이유는 기어휠(48)의 회전방향이 서로 다르기 때문이며, 두 개의 볼트(24)는 왼나사산을 가지고, 다른 두 개의 볼트(24)는 오른 나사산을 갖는다.

상기 모터(44)를 이용하는 상기 조절기구(42)가 카운터 베어링(22)과 브레이크 캘리퍼(26) 간의 갭(gap)을 증대시킬 수 있고, 이는 브레이크 디스크(14)의 방향으로 카운터 베어링(22)을 이동시켜 이루어진다.

이 방법으로 인하여, 브레이크의 에어갭 예를들어, 브레이크 디스크(14)와 마찰 라이닝의 표면간에 존재하는 갭이 브레이크가 해제된 경우 일정하게 유지될 수 있다.

도 10은 도 4와 동일한 방향의 단면도지만, 과도하게 마모된 마찰 라이닝(16,30)이 없는 상태를 나타낸다.

대개, 브레이크(10)는 너무 큰 에어갭이 브레이킹중에 감지되면, 설계에 의한 특정값까지 에어갭을 감소시키기 위하여 브레이크가 해제됨과 함께 피드백 제어가 상기 조절기구(42)를 작동시키도록 설치된다.,

바람직하게는, 상기 조절기구(42)는 에어갭이 외부영향에 의하여 조절되는 것을 방지하기 위하여 자가-방지형으로 구성하는 것이 좋다.

여기서 설명된 상기 조절기구(42)가 마찰 라이닝의 마모를 보상하는 일구현예에 불과하다.

상술한 전기모터(44)를 대신하여, 브레이크(10)의 다른 구현예는 초음파 모터, 시퀀스 프로세서, 스텝모터, 기타 구동기구로 실현될 수 있다.

상기 조절기구(42)는 예를들어, 하모닉 구동 기어와 같이 다른 수단으로 설치될 수 있다.

또한, 4개의 볼트를 배제시킬 수 있고, 더 많은 또는 더 적은 볼트가 소모될수 있다. 결과적으로, 상기 볼트외의 다른 수단은 커운터 베어링(22)의 상대 운동을 실현시킬 수 있는 것이면 무엇이든 무방하다.

전기기계식 브레이크의 작용, 특히 자기-배가 장치의 작용을 도 11을 참조로 상세하게 설명한다.

상술한 바와 같이 상기 자기-배가 장치는 브레이크 디스크(14)의 각 회전방향을 위하여 카운터 베어링(22)의 돌출면(21,21')에 지지되는 쐐기의 돌출면(20,20')을 갖는다.

일실시예로서, 각 쐐기의 돌출면(20,20')은 유효 쐐기각α를 이루며 브레이크 디스크(14)와 연결되며 배열되지만, 이 배열이 꼭 맞는 것만은 아니다.

즉, 일방향 회전을 위한 쐐기의 유효각은 다른 방향 회전을 위한 쐐기의 유효각과 다를 수 있다.

도 11에서 상기 쐐기(18)에 작용하는 힘은 화살표로 지시된 바와 같다.

F_A는 상기 쐐기(18)에 유도되는 입력힘이고,

F_R은 상기 카운터 베어링(22)에 의하여 지지되면서, 브레이킹시 발생하는 베어링의 힘으로서, 이 힘은 상기 입력힘 F_A와 상반되는 F_RX와 상기 브레이크 디스크와 수직을 이루는 보상력 F_RY로 나누어질 수 있으며,

F_N은 상기 브레이크 디스크에 작용하는 정상적인 힘으로서, 상기 힘 F_RY와는 상반되며,

F_F는 상기 쐐기와 마찰부재상에 작용하는 마찰력을 나타낸다.

위에 설명한 힘의 균형에 따르면, 상기 마찰력 및 브레이크 디스크상의 마찰 모멘트는 다음의 관계식으로 표현된다.

이 관계식에서 경사각을, μ는 마찰계수로서, 교란(disturbance)변수를 나타내고, F_A는 입력힘을 나타낸다.

도 11에서, 브레이크가 작동되는 경우, 상기 입력힘 F_A는 두 개의 구동기구(34,34')에 의하여 발생되어 쐐기(18)에 작용하는 힘이다.

주어진 마찰계수 μ를 위하여, 상기 힘 F_A의 자기-배가량은 경사각 α에 따라 달라진다.

이러한 평형 상태에서, 예를들어 마찰계수 μ의 값이 경사각의 tan α와 동일한 경우에 있어서, 상기 브레이크(10)는 브레이크 디스크(14)와 마찰 라이닝(16)이 접촉된다면, 더 큰 브레이킹을 위하여 더 이상의 입력힘 F_A를 필요로 하지 않는다. 또한, 상기 평형 상태는 최적의 자기-배가 지점으로 채택된다.

만일, 마찰계수 μ가 tan α보다 작으면, 입력힘 F_A이 브레이킹을 유지하기 위하여 제공되어야 한다.

반면에, 마찰계수 μ가 tan α보다 크면, 브레이크가 잠금될 때까지, 입력힘 F_A의 제공없이 브레이킹력은 더욱 배가된다. 이 잠금상태가 해제되거나 원하는 브레이킹력으로 유지된다면, 네가티브 입력힘 F_A즉, 반대방향으로 작용하는 입력힘 F_A이 상기 쐐기(18)에 작용되어야 한다.

이에, 상기 입력힘 F_A이 작아지도록 마찰계수 μ가 경사각 tan α와 거의 동일한 범위내에서 브레이크(10)가 작동되게 한다.

이와 같이 낮은 작동력 범위에서, 두 개의 구동기구(34,34')는 서로 반대 작용하는 바, 즉 두 개의 구동기구(34,34')는 커넥팅 로드(38,38')에 의하여 상기 쐐기(18)에 반대힘을 유도되게 한다.

상기 상반되는 힘은 상기 쐐기(18)가 작동력에 의거 밀리게 되는 방향으로 과도한 힘이 발생하도록 규정된다.

상기 구동기구(34,34')에 의하여 상기 쐐기(18)로 유도된 두 개의 힘은 압축력 또는 인장력이다. 여기서 주안점은 원하는 방향으로 과다한 힘이 발생하는 점에 있다.

상기 두백래시 작동이 없 개의 구동기구(34,34')의 상반되는 작동은 상기 쐐기(18)의 제로 백래시(zero backlash) 작동이 가능하게 한다.

상기 제로 백래시는 최적의 자기-배가(self-boosting) 범위에서 브레이크(10)의 작동이 이루지도록 하는 점에서 중요한 요소인 바, 그 이유는 브레이크의 작동중 마찰계수 μ가 변화하기 때문에 상기 범위내에서는 마찰계수 μ가 tan α보다 큰 상태와 마찰계수 μ가 tan α보다 작은 상태 간의 급속한 변화가 일어나는 점에 있다.

다시 말해서, 미리 설정된 원하는 만큼의 브레이킹력을 유지하기 위하여, 상기 최적의 자기-배가 지점 주변의 범위에서 네가티브 입력힘 F_A이 요구되는 상태와 포지티브 입력힘 F_A를 요구하는 상태간의 급속한 변화가 일어날 수 있다.

상기 액튜에이터가 제로 백래시를 갖지 않는다면, 입력힘 F_A을 갖는 모든 징후 변화에서 액튜에이터에 백래시가 나타날 것이고, 이에 비설정된 상태를 초래하며 그에따라 브레이크의 제어력이 떨어지는 문제점을 갖게 한다.

상반되는 방향으로 정상적인 작동하에서 상기 두 개의 구동기구(34,34')를 이용한 제로 백래시 작동은 상기 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다.

마찰계수μ값이 tan α와 크게 다른 값을 갖는 작동 상태에서는 원하는 브레이크 효율을 얻기 위하여 보다 큰 입력힘 F_A이 요구된다

이러한 작동상태에서, 두 개의 구동기구(34,34')는 서로 함께 작동하는 바, 즉, 이 구동기구들은 동일한 방향으로 힘을 발생시키며, 상기 구동기구중 하나는 쐐기(18)를 가압하고, 다른 하나는 쐐기(18)를 당기게 된다.

따라서 상기 구동기구의 동일 방향 작동이 가능하고, 상기 두 개의 구동기구(34,34')는 상방된 즉, 작동방향이 역전될 수 있는 구조를 갖는다.

상기 구동기구(34,34')가 동일한 방향으로 작동되는 경우, 상기 브레이크(10)의 액튜에이터는 더 이상 제로 백래시로 작용하지 않는다.

그러나, 이는 무시될 수 있으며, 그 이유는 증가되는 입력힘 F_A발생이 좀처럼 일어나지 않는 작동 상태이기 때문이며, 그리고 액튜에이터 백래시를 가로지르는 상기 작동 상태는 견딜 수 있는 상태이기 때문이다.

전술한 바와 같이, 상기 마찰계수 μ값이 브레이크상의 부하에 따라 상대적으로 강하게 변화할 수 있다.

그러나, 브레이킹 발생시 모든 마찰계수의 변화는 마찰력 F_F의 변화를 초래하고, 그에따라 브레이크 디스크(14)로 구성되는 제동을 위한 브레이크 구성요소의 변화 지연이 발생한다.

이러한 마찰계수의 바람직하지 않은 변화를 안정시키기 위하여, 디스크 브레이크(10)에 센서(미도시됨)가 함께 제공되는 바, 이 센서는 연속적인 마찰력을 측정하는 기능을 한다.

상기 센서는 공지된 것으로서, 전자 컨트롤러(미도시됨)에 연결되며, 이 전자 컨트롤러는 마찰력의 실제 작용값과 마찰력의 특정 설정값을 비교하고자 수신된 신호를 연산 처리하게 된다.

상기 신호에 대한 평가(연산처리)와 함께, 상기 컨트롤러는 상기 구동기구(34,34')를 제어하는 바, 즉 브레이크 디스크(14)의 회전방향에 대하여 또는 반대로 상기 쐐기(18)을 밀어줌으로써 이루어지는 제어를 하게 되어, 마찰력의 실제값이 마찰력의 설정값까지 증가 또는 감소되어진다.

일구현예로서, 상기 브레이크(10)의 마찰력 제어는 상기 쐐기(18)의 위치 제어에 의하여 달성된다.

이는 제어 엔지니어링의 관점에서 유용한 바, 그 이유는 쐐기의 위치와 마찰계수μ값의 관계가 신뢰성을 가지면서 단순하고 신속하게 제어될 수 있는 예를들어, 아웃터 제어 루프와 인너 제어 루프를 포함하는 캐스케이드(CASCADE) 제어가 이루어질 수 있는 선형 관계에 있기 때문이다.

상기 아웃터 제어 루프에 있어서, (설정된) 브레이킹 모멘트는 제어된 변수이고, 상기 쐐기의 위치는 조절된 변수이다.

상기 인너 제어 루프에 있어서, 상기 쐐기의 위치는 제어된 변수이고, 상기 구동기구(34,34')의 전기모터(36,36')의 모터전류 및 전압은 조절된 변수이다.

상기 쐐기(18)의 작동은 정상적인 상태에서 제로 백래시를 갖기 때문에, 상기 쐐기(18)의 위치는 전기모터(36,36')에 포함된 상술한 회전각 감지 센서에 의하여 정확하게 검출될 수 있다.

일구현예로서, 상기 경사각 α는 브레이크, 더욱 정확하게는 쐐기(18)의 클램핑 경로 또는 복귀 경로에 걸쳐서 일정하다. 미도시되었지만, 상기 경사각α는 감소, 즉 복귀경로를 따라 점차 감소된다.

본 발명은 마찰부재와 전기 모터의 사이에 배열된 자기-배가 장치를 포함하고, 이 장치는 상기 전기 모터에 의하여 발생된 작동력을 자기-배가시키는 기능을 수행하도록 한 것이다.

Claims (13)

1. 브레이크의 제동이 이루어지는 브레이크의 회전 구성요소(14)에 대하여 마찰력을 유도하고자 마찰부재를 가압시킬 수 있도록 적어도 하나의 마찰부재(16)에 작용하여 작동력을 발생시키는 전기 액튜에이터, 상기 전기 액튜에이터에 의하여 발생된 작동력을 자기-배가시키는 기능을 하도록 상기 전기 액튜에이터와 상기 마찰부재(16)간에 배열되는 자기-배가 장치, 경사각 α를 가지면서 카운터 베어링에 지지되는 적어도 하나의 쐐기(18)를 포함하는 차량용 전자기계식 브레이크(10)에 있어서,

   상기 전기 액튜에이터는 상기 쐐기(18)에 작용하는 동시에 서로에 대하여 작동력을 발생시키도록 작동하는 두 개의 구동기구(34,34')를 포함하고, 낮은 작동력 범위내에서 즉,의 범위에서 상기 두 개의 구동기구(34,34')는 서로에 대하여 작동력을 발생시키도록 작동하며, 상기 μ는 마찰부재(16)와 제동 구성요소(14)간의 마찰계수인 것을 특징으로 하는 백래시 작동이 없는 전자기계식 브레이크.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 낮은 작동력 범위에서 상기 두 개의 구동기구(34,34')는 작동력을 나타내는 과도한 인장력을 작동 방향으로 발생시키는 방식으로 상기 쐐기(18)를 작동력이 발생되도록 당기게 되는 것을 특징으로 하는백래시 작동이 없는 전자기계식 브레이크.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 낮은 작동력 범위에서 상기 두 개의 구동기구(34,34')는 작동력을 나타내는 과도한 압축력을 작동 방향으로 발생시키는 방식으로 상기 쐐기(18)를 작동력이 발생되도록 가압시키는 것을 특징으로 하는 백래시 작동이 없는 전자기계식 브레이크.
4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 두 개의 구동기구(34,34')는 반대로 작동될 수 있고, 상기 두 개의 구동기구(34,34')는 높은 작동력을 얻기 위하여 같은 방향으로 함께 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
5. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 두 개의 구동기구(34,34')는 선형 액튜에이터로 적용된 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 각 선형 액튜에이터는 스핀들 너트, 커넥팅 로드(38,38') 형태의 스핀들 및 회전각 감지센서가 결합된 전기모터(36,36')인 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 쐐기(18)의 위치는 제어되는 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 위치제어는 아웃터 제어 루프를 갖는 캐스캐이드 제어이고, 그 조절된 변수(controlled variable)는 제동 모멘트이며, 조정 변수(manipulated variable)는 상기 쐐기와 결합된 마찰부재의 위치이며, 인너 제어 루프에 의거 쐐기의 조절된 위치(상기 선형 액튜에이터의 위치 신호로 부터 검출됨)는 쐐기와 결합된 마찰부재의 위치이며, 조정 변수는 선형 액튜에이터의 전기모터의 모터 전류 또는 모터 전압인 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
9. 청구항 1 내지 청구항 8중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제동되는 구성요소의 두 회전 방향에 각각 제공되는 쐐기(18)는 동일한 경사각 α를 갖는 적어도하나의 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
10. 청구항 1 내지 청구항 9중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 카운터 베어링(22)은 제동될 구성요소(14)에 겹쳐지게 되는 캘리퍼(26)상에 지지되는 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 제동을 위한 구성요소(14)는 브레이크 디스크이고, 상기 캘리퍼(26)는 슬라이딩 캘리퍼인 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
12. 청구항 1 내지 청구항 11에 있어서, 상기 마찰력의 설정값과 마찰력의 실제값을 비교하는 장치를 더 포함하고, 실제값이 설정값으로부터 유도될 때 상기 장치는 발생된 작동력을 증가 또는 감소시키기 위하여 전기모터를 구동시켜서, 마찰력의 실제값과 설정값이 동일하게 되는 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.
13. 청구항 1 내지 청구항 12중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 쐐기(18)가 작동방향으로 점차 이동함과 함께 상기 경사각α는 감소되는 것을 특징으로 하는 백래시가 없는 전자기계식 브레이크.