KR20050114496A

KR20050114496A - 비접촉식 브레이크 패드의 마모량 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR20050114496A
Application number: KR1020040039727A
Authority: KR
Inventors: 장영환
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2005-12-06
Also published as: KR100534285B1

Abstract

본 발명은 비접촉식 브레이크 패드의 마모량 모니터링 시스템에 관한 것으로 특히, 자동차내에 설치되어 일정 주파수를 갖는 저주파 신호를 안테나(51)를 통해 무선으로 발생하는 발진기(5)와; 캘리퍼(3)를 통해 브레이크 패드(1)에 연결되도록 코일(L)을 설치하여 브레이크 작동시 브레이크 패드(1)와 브레이크 디스크(2)간에 콘덴서(C) 기능이 형성되는 L-C 공진회로(61)가 형성되고 상기 L-C 공진회로(61)의 입출력부에는 각각 송수신 안테나(62)(63)가 설치된 구성을 갖고 브레이크 작동시 상기 발진기(5)에서 발생된 저주파신호가 패드의 마모량에 부응하여 변화되는 콘덴서 용량값 변화에 부응하여 변화시켜 수신기(7)측으로 무선 송출하는 패드 마모량 검출부(6)와; 수신 안테나(71)와 패드 두께 판정부(72) 및 패드 교환 알림부(73)를 구비하고 상기 패드 마모량 검출부(6)에서 출력되는 저주파신호를 실시간으로 입력받아 이 주파수의 변화값을 통해 패드의 두께를 판단하여 표시함과 동시에 패드의 두께가 일정 두께 이하로 판명될 경우 패드를 교환할 것을 알려주는 수신기(7)로 구성, 운전자가 육안 또는 청각을 통해 브레이크 패드의 마모 상태를 실시간으로 쉽게 파악하고 빠른 시간내에 마모된 패드를 새로운 패드로 교환시킬 수 있도록 하여 제동에 따른 안정성을 높일 수 있음은 물론 인디게이터를 사용하지 않음으로 인해 조립 공정수의 축소 및 부품의 생산원가를 대폭 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

비접촉식 브레이크 패드의 마모량 모니터링 시스템{System for Monitoring Quantity of Abrasion of Noncontact Brake Pad}

본 발명은 비접촉식 브레이크 패드의 마모량 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 브레이크 디스크의 양면을 압압하여 마찰력에 의해 자동차가 제동되도록 하는 2개의 브레이크 패드 사이에 디스크와 패드가 L-C 공진 회로를 구성하도록 코일을 설치하여 일정 주파수의 신호를 발생시키는 발진기의 출력 주파수가 패드의 마모 상태에 따라 L-C 공진 회로에서 변화된 후 수신기측으로 출력되도록 하는 방식을 통해 패드의 마모 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 발명한 것이다.

즉, 자동차의 브레이크 패드에 대한 마모 상태를 실시간으로 운전자에게 알려주어 운전자가 육안 또는 청각을 통해 브레이크 패드의 마모상태를 쉽게 파악하고 빠른 시간내에 패드를 교환시킬 수 있도록 하여 제동에 따른 안정성을 높일 수 있도록 함과 동시에 인디게이터의 사용을 배제하여 조립 공정수를 축소시킬 수 있을 뿐만 아니라 부품의 생산원가를 대폭 향상시킬 수 있도록 발명한 비접촉식 브레이크 패드의 마모량 모니터링 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 자동차는 고속화 됨에 따라 드럼식 보다는 방열과 열 변형에 의한 제동력 저하가 적은 디스크 브레이크를 사용하고 있으며, 특히 앞쪽 브레이크는 거의가 디스크 타입의 브레이크를 채택하고 있다.

이와 같은 디스크 브레이크는 바퀴와 함께 회전하는 브레이크 디스크의 양쪽에 설치된 패드에 의해 제동되며, 패드 바깥쪽의 하우징을 캘리퍼라 하고, 이 캘리퍼에는 피스톤과 오일 통로가 있어서 마스터 실린더에서 발생한 오일의 압력에 의해 피스톤을 패드쪽으로 밀어 디스크에 압착하고 이 압착력으로 인해 발생되는 패드와 브레이크 디스크 사이의 마찰력에 의해 제동이 이루어진다.

한편, 상기 브레이크 패드는 마모성을 갖는 것이므로 자동차의 주행 중 제동 횟수 및 제동 시간 등이 증가됨에 따라 그 마모량이 증가되어 어느 정도 사용하면 새로운 패드로 교환해 주어야만 자동차의 제동력을 지속적으로 유지할 수 있다.

따라서, 운전자는 자차의 브레이크 패드 두께에 대한 정보를 어떤 방법으로든 알아야만 하는데, 종래에는 이를 알리기 위하여 도 1a와 같이 브레이크 패드(1) 고정판(11)의 일측부에 금속재의 인디게이터(4)를 고정 설치하여 브레이크의 잦은 사용으로 인해 패드(1)가 어느 정도 마모되면 인디게이터(4)의 단부가 도 1b는 브레이크 디스크(2)에 접촉되어 마찰음(즉, 삐음)이 발생되도록 한 구성으로 되어 있다.

그러나, 이와 같은 구성은 브레이크 패드의 마모 상태를 인디게이터와 브레이크 패드 사이에서 발생되는 마찰음을 청각적으로 인식하고 패드의 교환시기를 알도록 되어 있어 자동차에 대한 각종 지식을 잘 모르는 운전자나 혹은 주변 상황에 신경이 무덤덤한 운전자의 경우 브레이크 패드의 마모 상태를 인지하지 못하고 교환시기를 놓쳐서 제동에 따른 안정성에 위험한 영향을 주게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자동차의 브레이크 패드에 대한 마모 정도를 실시간으로 계속해서 무선으로 검출하여 그 결과를 표시 또는 통보하여 운전자가 육안 또는 청각을 통해 브레이크 패드의 마모 상태를 쉽게 파악하고 빠른 시간내에 마모된 패드를 새로운 패드로 교환시킬 수 있도록 하는 방식을 통해 제동에 따른 안정성을 높일 수 있음과 동시에 인디게이터를 사용하지 않음으로 인해 조립 공정수의 축소 및 부품의 생산원가를 대폭 향상시킬 수 있는 비접촉식 브레이크 패드의 마모량 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 자동차내에 설치되어 일정 주파수를 갖는 저주파 신호를 안테나를 통해 무선으로 발생하는 발진기와; 캘리퍼를 통해 브레이크 패드에 연결되도록 코일을 설치하여 브레이크 작동시 브레이크 패드와 브레이크 디스크간에 콘덴서 기능이 형성되는 L-C 공진회로가 형성되고 상기 L-C 회로의 입출력부에는 각각 송수신 안테나가 설치된 구성을 갖고 브레이크 작동시 상기 발진기에서 발생된 저주파신호가 패드의 마모량에 부응하여 변화시켜 수신기측으로 무선 송출하는 패드 마모량 검출부와; 수신 안테나와 패드 두께 판정부 및 패드 교환 알림부를 구비하고 상기 패드 마모량 검출부에서 출력되는 저주파신호를 실시간으로 입력받아 이 주파수의 변화값을 통해 패드의 두께를 판단하여 표시함과 동시에 패드의 두께가 일정 두께 이하로 판명될 경우 패드를 교환할 것을 알려주는 수신기로 구성함으로써 달성할 수 있다.

따라서, 자동차의 브레이크 패드에 대한 마모 정도를 실시간으로 계속해서 무선으로 검출하여 그 결과를 표시 또는 통보할 수 있으므로 운전자가 육안 또는 청각을 통해 브레이크 패드의 마모 상태를 쉽게 파악하고 빠른 시간내에 마모된 패드를 새로운 패드로 교환시킬 수 있어 제동에 따른 안정성을 높일 수 있음은 물론 인디게이터를 사용하지 않음으로 인해 조립 공정수의 축소 및 부품의 생산원가를 대폭 향상시킬 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 시스템의 블럭 구성도를 나타낸 것이고, 도 3a-3c는 제동 전과 제동 후의 브레이크 일부 단면도 및 제동시 코일과 패드 및 디스크 사이에서 형성되는 L-C 공진 등가 회로도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명 시스템의 작동상태를 설명하기 위한 플로우챠트를 나타낸 것이다.

이에 따르면, 자동차내에 설치되어 일정 주파수를 갖는 저주파 신호를 안테나(51)를 통해 무선으로 발생하는 발진기(5)와;

캘리퍼(3)를 통해 브레이크 패드(1)에 연결되도록 코일(L)을 설치하여 브레이크 작동시 브레이크 패드(1)와 브레이크 디스크(2)간에 콘덴서(C) 기능이 형성되는 L-C 공진회로(61)가 형성되고 상기 L-C 공진회로(61)의 입출력부에는 각각 송수신 안테나(62)(63)가 설치된 구성을 갖고 브레이크 작동시 상기 발진기(5)에서 발생된 저주파신호가 패드의 마모량에 부응하여 변화되는 콘덴서 용량값 변화에 부응하여 변화시켜 수신기(7)측으로 무선 송출하는 패드 마모량 검출부(6)와;

수신 안테나(71)와 패드 두께 판정부(72) 및 패드 교환 알림부(73)를 구비하고 상기 패드 마모량 검출부(6)에서 출력되는 저주파신호를 실시간으로 입력받아 이 주파수의 변화값을 통해 패드의 두께를 판단하여 표시함과 동시에 패드의 두께가 일정 두께 이하로 판명될 경우 패드를 교환할 것을 알려주는 수신기(7)로 구성한 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 발진기(5)와 수신기(7)에 인가되는 전압은 도시 생략한 브레이크 패달부에 설치한 전원 스위치의 작동에 부응하여 각각 전원 전압이 공급되도록 하여 브레이크 작동으로 인해 브레이크 패드(1)가 브레이크 디스크(2)에 전기적으로 접촉되어 콘덴서(C) 기능이 수행됨과 동시에 코일(L)과 L-C 공진회로(61)를 구성할시에만 전원 전압이 공급되어 작동될 수 있도록 하였다.

이와 같이 구성된 본 발명 시스템의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 별도의 전압을 필요로 하지 않는 패시브형으로 사용이 가능한 형태로서 무선 데이타 전송 기술을 적용하기 위한 L-C 공진회로(61)를 브레이크 패드(1)와 브레이크 디스크(2) 사이에 코일(L)을 간단히 설치하여 형성한 것이다.

따라서, 브레이크가 작동하지 않을 때는 도 3a와 같이 브레이크 패드(1)와 브레이크 디스크(2)가 상호 이격된 상태이므로 L-C 공진회로는 형성되지 않고, 브레이크가 작동하면 패드(1)가 캘리퍼(3)에 의해 브레이크 디스크(2)와 접촉되어 마찰에 의해 제동이 이루어진다.

이 때, 브레이크 패드(1)는 카본이나 케블라를 함유하고 있기는 하지만 전기적인 부도체로 볼 수 있고, 또한 브레이크 디스크(2)는 전기적으로 도체로 볼 수 있으므로 이들간은 '부도체-도체-부도체-도체'의 조합으로 볼 수 있다.

따라서, 브레이크 작동시 캘리퍼(3)에 의해서 브레이크 패드(1)가 디스크(2)에 접촉이 일어나게 되면 "캘리퍼/브레이크 패드/디스크/브레이크 패드/캘리퍼"의 조합은 일종의 도체 사이에 유전체 또는 절연체 물질이 중간에 삽입된 형태로서 전기적으로 축전지 또는 콘덴서를 직렬로 연결한 구성으로 볼 수 있다.

또한, 캘리퍼(3)에 의해 패드(1)와 디스크(2)가 도 3b와 같이 접촉될 때 코일(L)이 연결되도록 되어 있으므로 전체적으로 도 3c와 같은 L-C 공진회로(61)를 구성하게 된다.

이 때, 전기적인 축적 용량 C = e * S / d로서 여기서 e는 유전율, S는 electrode의 단면적, d는 브레이크 패드의 두께를 의미한다.

유전율은 브레이크 패드 임피던스 애널라이저 등을 이용하여 측정하고, 브레이크의 단면적(S), 패드 두께(d)를 알면 C값을 구할 수 있음에 따라 유전율과 단면적은 항상 일정하지만 브레이크 패드의 마모는 두께(d)값을 변화시키는 요인이기 때문에 패드의 두께에 따라 C값이 변하게 된다.

전술한 바와 같이 브레이크 패드(1)와 코일(L)을 이용하여 L-C 공진회로(61)를 구성하고 이를 통해 발진기(5)에서 발생되는 저주파신호를 전송하면 무선 데이타 통신이 가능하고, L-C 공진회로(61)에서 L값과 C값이 일정하면 회로는 일정한 주파수의 파장을 필터링하게 된다.

따라서, 운전자가 자동차의 주행 중 또는 주차중에 브레이크를 작동시키면 캘리퍼(3)에 의해 브레이크 패드(1)가 디스크(2)에 접촉됨으로 인해 L-C 공진회로(61)가 형성됨과 동시에 발진기(5)와 수신기(7)에 전원 전압이 공급되므로 발진기(5)에서 소정 주파수의 저주파 신호가 안테나(51)를 통해 송출된다.

이와 같이 송출된 저주파 신호는 패드 마모량 검출부(6)의 수신 안테나(62)를 통해 입력되어 패드의 마모량에 부응하여 변화되는 콘덴서의 용량값에 부응하여 저주파의 주파수가 변화된 후 송신 안테나(63)를 통해 수신기(7)측으로 무선 송출된다.

따라서, 수신기(7)의 두께 판정부(72)에서는 상기 패드 마모량 검출부(6)에서 송출된 저주파신호를 수신 안테나(71)를 통해 실시간으로 입력받아 이 주파수의 변화값을 통해 C값을 산출한 후 패드의 현재 두께가 어느 정도인지를 판단하여 패드 교환 알림부(73)를 통해 표시 또는 알려주게 되므로 운전자가 육안 또는 청각을 통해 브레이크 패드의 마모 상태를 쉽게 파악하고 빠른 시간내에 마모된 패드를 새로운 패드로 교환시킬 수 있어 제동에 따른 안정성을 높일 수 있는 것이다.

물론, 브레이크 패달로부터 발을 떼므로 인해 브레이크가 작동되지 않으면 L-C 공진회로(61)의 연결이 끊어짐과 동시에 도시 생략된 전원 스위치의 "오프"로 인해 발진기(5) 및 수신기(7)의 구동은 차단된다.

실제로 본 발명 시스템과 같은 구성을 하게 된다면, 브레이크 패드(1) 자체를 이용하여 구성한 L-C 공진회로의 경의 L값은 일정하기 때문에, 패드의 마모에 따른 C값의 변화에 의해서 발진기(5)에서 받은 저주파신호를 필터링(즉, C값의 변화에 부응하여 수신된 저주파신호를 주파수 변환)하여 수신기(7)내의 패드 두께 판정부(72)에서 이러한 주파수 변화를 파악하게 된다.

이 때, 상기 수신기(7)의 패드 두께 판정부(72)는 간단한 소프트웨어적으로 쇼트-타임 FET를 이용하거나, 주파수 변화를 추정하는 기존의 알고리즘 등을 이용하거나, 주파수 카운터와 같은 하드웨어 등을 적용하면, 쉽게 이러한 매 시간 주파수 변화를 알 수 있음은 물론 앞에서 언급한 식에 의해 변화되는 C값을 얻을 수 있다.

다시 말해서 본 발명 시스템은, 브레이크를 작동시키면 제동에 따른 브레이크 패드(1)와 디스크(2)가 접촉되며 별도로 설치한 코일(L)을 통해 L-C 공진회로(61)가 구성되는데, 이 때 브레이크 패드의 상태를 모니터링 하는 발진기와 수신기를 작동시키게 되면, C값(즉, 패드의 두께)을 모니터링 할 수 있다.

따라서 브레이크를 작동시킬 때만 회로를 작동시켜 모니터링 하면서 기 프로그램된 패드의 마모에 따른 두께에 해당되는 C값이 되면 패드 교환 알림부를 통해 운전자에게 패드를 교환해 줄 것을 알려 줌으로써 기존의 인디케이터에 의한 패드 마모 판단보다 더 효율적으로 교환시기를 알 수 있을 뿐만 아니라 기존의 브레이크 패드에 코일만 간단히 연결한 형태를 갖기 때문에 비용면에 있어서도 그 다지 증가되지 않게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 브레이크 패드 사이에 디스크와 패드가 L-C 공진 회로를 구성하도록 코일을 설치하여 브레이크 작동시 마다 일정 주파수의 신호를 발생시키는 발진기의 출력 주파수가 패드의 마모 상태에 따라 C값이 변화되는 L-C 공진회로에서 변화된 후 수신기측으로 출력되어 수신기측에서 패드의 마모 상태를 실시간으로 모니터링하여 그 결과를 표시 또는 통보할 수 있도록 함으로써, 운전자가 육안 또는 청각을 통해 브레이크 패드의 마모 상태를 실시간으로 쉽게 파악하고 빠른 시간내에 마모된 패드를 새로운 패드로 교환시킬 수 있어 제동에 따른 안정성을 높일 수 있음은 물론 인디게이터를 사용하지 않음으로 인해 조립 공정수의 축소 및 부품의 생산원가를 대폭 향상시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1a, 1b는 금속 인디게이터를 이용하여 브레이크 패드의 마모 상태를 알리는 예시를 보인 종래 브레이크의 요부 단면도.

도 2는 본 발명 시스템의 블럭 구성도.

도 3a-3c는 제동 전과 제동 후의 브레이크 일부 단면도 및 제동시 코일과 패드 및 디스크 사이에서 형성되는 L-C 공진 등가 회로도.

도 4는 본 발명 시스템의 작동상태를 설명하기 위한 플로우챠트.

* 도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 브레이크 패드 2 : 브레이크 디스크

3 : 캘리퍼 5 : 발진기

6 : 패드 마모량 검출부 7 : 수신기

51,,62,63,71 : 안테나 61 : L-C 공진회로

72 : 패드 두께 판정부 73 : 패드 교환 알림부

Claims

자동차내에 설치되어 일정 주파수를 갖는 저주파 신호를 안테나(51)를 통해 무선으로 발생하는 발진기(5)와;

캘리퍼(3)를 통해 브레이크 패드(1)에 연결되도록 코일(L)을 설치하여 브레이크 작동시 브레이크 패드(1)와 브레이크 디스크(2)간에 콘덴서(C) 기능이 형성되는 L-C 공진회로(61)가 형성되고 상기 L-C 공진회로(61)의 입출력부에는 각각 송수신 안테나(62)(63)가 설치된 구성을 갖고 브레이크 작동시 상기 발진기(5)에서 발생된 저주파신호가 패드의 마모량에 부응하여 변화되는 콘덴서 용량값 변화에 부응하여 변화시켜 수신기(7)측으로 무선 송출하는 패드 마모량 검출부(6)와;

수신 안테나(71)와 패드 두께 판정부(72) 및 패드 교환 알림부(73)를 구비하고 상기 패드 마모량 검출부(6)에서 출력되는 저주파신호를 실시간으로 입력받아 이 주파수의 변화값을 통해 패드의 두께를 판단하여 표시함과 동시에 패드의 두께가 일정 두께 이하로 판명될 경우 패드를 교환할 것을 알려주는 수신기(7)로 구성한 것을 특징으로 하는 비접촉식 브레이크 패드의 마모량 모니터링 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 발진기(5)와 수신기(7)는 브레이크 작동으로 인해 브레이크 패달부에 설치된 전원 스위치가 "온"된 동안에만 각각 전원 전압이 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 비접촉식 브레이크 패드의 마모량 모니터링 시스템.