KR20100030010A - 주차 제동 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠 디스크 제동력으로 모터 구동력을 이용하는 전동 브레이크 장치인 EMB(Electro mechanical Brake)가 ECU(1) 제어로 동력을 발생하는 액추에이터(4)를 통해, 제동 시 패드(13a,13b)를 휠 디스크(D)쪽으로 이동시키는 스크류 결합 타입 스핀들(6)을 축 방향 이동시킴과 더불어, 상기 액추에이터(4)의 동력을 이용해 캘리퍼(10)를 이루도록 토크 멤버로 결합된 플로팅 바디(11)가 이동되도록 구성됨에 따라, 주차 제동 시 액추에이터(4)의 회전력을 통해 플로팅 바디(11)를 휠 디스크(D)쪽으로 이동 시켜 주차 제동을 구현해, 주차 제동력 유지를 위한 별도의 모터나 또는 솔레노이드 사용이 없어 차량 장착 성(Packaging Layout)을 향상하는 캘리퍼(10)의 구성은 물론, 액추에이터(4)의 회전 속도 증대를 통한 주차 제동 시간 단축으로 패드(13a,13b) 마모로 인해 길어진 주차 제동 스트로크(Stroke)영향을 받지 않는 특징이 있게 된다.

주차, 전동 브레이크, EPB

Description

주차 제동 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치{Electro Mechanical Brake System having electric parking brake function}

본 발명은 전동 브레이크 장치에 관한 것으로, 특히 주차 제동 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치에 관한 것이다.

일반적으로 브레이크(Brake System)는 주행하는 자동차를 감속 또는 정지시킴과 동시에, 주차상태를 유지하기 위해 사용하는 제동장치이다.

이러한 브레이크는 통상 운동에너지를 마찰력을 이용해 열에너지로 바꾸어, 그것을 대기 속으로 방출시켜 제동작용을 하는 마찰식 브레이크가 사용되는데 이는, 차륜과 함께 회전하는 디스크를 그 양쪽에서 패드가 유압에 의하여 눌려지면서 제동기능을 수행하게 된다.

그러나, 이러한 유압 식 브레이크는 제동 시 유압을 이용하여 패드를 강하게 디스크 쪽으로 밀어 주는 방식으로 구현됨에 따라, 페달 조작력을 배력하는 부스터를 통해 작동되어 유압을 발생하는 마스터 실린더와, 휠 실린더 쪽으로 이어지는 유압 라인은 물론, 이들을 제어하고 보조하는 각종 장치들로 복잡한 구성이 이루어질 수밖에 없고, 이러한 구성의 복잡함과 유압 사용에 따른 제동 성능의 신뢰성가 안정성 강화등에 어느 정도 한계성이 있을 수밖에 취약성이 있게 된다.

이에 따라, 유압 식 브레이크가 갖지 못하는 구성의 단순함을 가져오고, 제동 성능의 신뢰성을 강화시킬 수 있는 EMB(Electro mechanical Brake)를 사용하고 있다.

하지만, 디스크 제동력으로 모터 구동력을 이용하는 EMB는 감속기와 넌-셀프 록킹(Non-Self Locking) 타입 피스톤 등의 적용으로 전체적인 메커니즘이 복잡한 구성을 이루게 되고, 이러한 복잡한 메커니즘은 여러 부가 기능 특히, 전동 주차 기능인 EPB(Electro Parking Brake)를 추가하게 되면, 유압식 캘리퍼(Caliper)에 비해 더 큰 크기(Size)를 EMB의 크기와 중량을 더욱 크게 할 뿐만 아니라, 전체적인 구성이 더욱 복잡해져 차량 장착 성(Packaging Layout)에도 불리하게 되는 취약함이 있게 된다.

또한, 이와 같은 EMB에 EPB 기능을 부가하기 위해 솔레노이드를 적용하는 경우는, 휠 디스크 제동력을 가하는 넌-셀프 록킹(Non-Self Locking) 타입 피스톤의 특성으로 인해, 솔레노이드 오프(Off) 전환 시 솔레노이드에 의한 구속력을 유지시켜 주는 별도의 기구적 구성도 필요해 전체적인 비용 상승을 초래할 수밖에 없는 한계가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 디스크 제동력으 로 액추에이터 구동력을 이용하는 EMB(Electro mechanical Brake)가 캘리퍼의 플로팅(Floating)쪽 부위를 휠 디스크 쪽으로 이동시켜 주차 제동력을 유지해 전동 주차 기능인 EPB(Electro Parking Brake)를 구현함에 따라, 별도의 모터나 솔레노이드를 사용하지 않고서도 주차 제동력을 유지할 수 있어 비용 상승을 가져오지 않으면서, 차량 장착 성(Packaging Layout)을 저해하는 EMB 캘리퍼의 크기와 중량 증가가 거의 없도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전동 브레이크 장치가 페달의 신호를 감지할 때, 차량 주행 상태에 대한 측정 정보와 함께 제동을 위한 제어 신호를 발생하는 ECU와;

상기 ECU 제어로 동력을 발생하는 액추에이터;

이너·아우터 패드를 휠 디스크쪽으로 이동시키도록, 상기 액추에이터의 동력을 이용해 이너 패드를 밀어주는 축 방향 이동을 발생하는 스핀들 및;

주차 제동 시, 제동 상태일 때에 비해 역회전되는 액추에이터를 통해 반대 방향으로 축 방향 이동되는 스핀들이 가하는 힘으로, 플로팅 바디부위를 휠 디스크 쪽으로 이동시켜 줌에 따라, 토크 멤버의 연동 작용으로 휠 디스크에 대한 이너·아우터 패드의 제동 작용이 이루어지는 캘리퍼;

로 구성된 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 상기 액추에이터는 캘리퍼의 내부 공간으로 설치된 프레임 쪽에 결합되어, ECU를 통해 제어되는 스테이터와, 상기 스테이터의 안쪽 공간에서 베어링을 매개로 위치되어 회전력을 발생하는 로터로 구성된다.

이에 더해, 상기 액추에이터는 프레임을 감싼 부트를 이용해 가려지고, 액추에이터 가이더를 이용해 캘리퍼 바디에 설치되어진다.

그리고, 상기 스핀들은 액추에이터를 이루는 로터와 함께 회전하는 너트 스핀들과, 상기 너트 스핀들의 회전을 통해 이너 패드를 휠 디스크쪽으로 밀어 주는 축 방향 직선 이동되는 패드 스핀들 및 주차 제동 시 뒤로 이동된 상기 패드 스핀들을 구속 해, 주차 제동력을 유지하는 EPB 너트 스크류로 구성된다.

이를 위해, 상기 패드 스핀들은 한 쪽으로는 너트 스핀들과 결합되는 NSL(Non - Self Locking) 타입 스크류를 갖추고, 반대쪽으로는 EPB 너트 스크류와 결합되는 SL(Self Locking) 타입 스크류를 갖춘 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 디스크 제동력으로 액추에이터 구동력을 이용하는 EMB(Electro mechanical Brake)가 주차 제동 시, 휠 디스크 쪽으로 캘리퍼의 플로팅(Floating)쪽 부위가 거동되도록 해 줌에 따라, 주차 제동력 유지를 위한 별도의 모터나 또는 솔레노이드를 사용하지 않아, EMB 캘리퍼의 크기와 중량 증가 및 비용 상승이 거의 없으면서도, 차량 장착 성(Packaging Layout)을 향상 할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 EMB는 캘리퍼의 플로팅(Floating)쪽 부위를 휠 디스크 쪽으 로 이동해 주차 제동을 구현해 줌에 따라, 패드 마모로 인해 주차 제동 스트로크(Stroke)가 더 길어지더라도, 액추에이터의 회전 속도를 증가해 실질적인 주차 제동 시간을 보다 줄여 줄 수 있는 효과도 있게 된다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 주차 제동 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명의 전동 브레이크 장치인 EMB(Electro Mechanical Brake)는 차량 주행 상태를 파악하고, 전자 페달의 신호를 받아 제어 신호를 발생하는 ECU(1)가 구비되고, 상기 ECU(1) 제어로 동력을 발생하는 액추에이터(4)의 동력을 이용해 패드(13a,13b)를 휠 디스크(D)쪽으로 이동시키는 축 방향 운동을 발생하는 스핀들(6)을 갖추게 된다.

이에 더해, 본 발명의 EMB는 캘리퍼(10)가 상기 액추에이터(4)와 스핀들(6)의 작동으로 휠 디스크(D)를 가압 하는 이너·아우터 패드(13a,13b)를 구비함과 더불어, 액추에이터(4)의 동력을 이용해 플로팅(Floating)쪽 부위를 휠 디스크(D) 쪽으로 이동시켜 주차 제동을 구현하게 된다.

이를 위해, 상기 ECU(1)는 조작되는 전자 페달의 답입량 정보와 더불어, 차 량에 장착된 요 모멘트 센서를 통한 차량 자세 정보 등을 제공받아 제동 시 요구되는 제어를 구현하고, 또한 주차 제동을 위해 상기 ECU(1)는 일례로, 주차 브레이크 버튼의 신호를 받아 액추에이터(4)를 구동시켜 주게 된다.

그리고, 상기 액추에이터(4)는 캘리퍼(10)의 내부 공간으로 설치된 프레임(2)쪽에 결합되어, ECU(1)를 통해 제어되는 스테이터(4a)와, 상기 스테이터(4a)의 안쪽 공간에서 베어링(5)을 매개로 위치되어 회전력을 발생하는 로터(4b)로 구성된다.

여기서, 상기 액추에이터(4)는 프레임(2)을 감싼 부트(3)를 이용해 가려져, 외부 이 물질의 내부 유입을 차단해 주게 된다.

이와 더불어, 상기 액추에이터(4)는 캘리퍼(10)를 이루는 캘리퍼 바디에 고정되지 않은 상태로 슬라이딩(Sliding)이동되는데, 이는 주차 제동 시 캘리퍼(10)를 이루는 플로팅 바디(11)가 휠 디스크(D)쪽으로 이동되기 위함이며, 이를 위해 캘리퍼 바디에 설치된 액추에이터 가이더(12)를 이용해 액추에이터(4)를 결합해 주게 된다.

또한, 상기 스핀들(6)은 액추에이터(4)에서 발생된 회전력을 축 방향 직선 이동으로 전환해 이너 패드(13a)를 휠 디스크(D)쪽으로 밀어 주게 되며, 이를 위해 상기 스핀들(6)은 액추에이터(4)를 이루는 로터(4b)와 함께 회전하는 너트 스핀들(7)과, 상기 너트 스핀들(7)의 회전을 통해 이너 패드(13a)를 휠 디스크(D)쪽으로 밀어 주도록, 축 방향 직선 이동되는 패드 스핀들(8)로 구성된다.

여기서, 상기 패드 스핀들(8)의 끝단은 프레임(2)을 감싸는 부트(3)의 일단 이 고정된 플레이트가 결합되고, 이러한 플레이트는 패드 스핀들(8)의 축 방향 이동 시 프레임(2)으로부터 떨어져 이격되어 진다.

이를 위해, 상기 너트 스핀들(7)과 패드 스핀들(8)은 사이에 볼 또는 롤러 타입 스크류를 적용해 결합되지만, 이들은 다양한 방식 일례로, 너트 스핀들(7)의 내경에 형성된 스크류에 외주 면에 스크류를 형성한 패드 스핀들(8)이 결합되는 스크류 결합 방식을 적용할 수 도 있게 된다.

이와 같은, 상기 너트 스핀들(7)과 패드 스핀들(8)은 마찰력을 최소화하는 NSL(Non - Self Locking) 타입을 이루게 된다.

이에 더해, 상기 스핀들(6)에는 주차 제동을 위해 패드 스핀들(8)이 뒤로 빠진 후, 전원이 오프(Off)된 상태에서 주차 제동력이 유지될 수 있도록 패드 스핀들(8)과 결합되는 EPB 너트 스크류(9)가 위치되어진다.

여기서, 상기 패드 스핀들(8)과 EPB 너트 스크류(9)는 SL(Self Locking) 타입을 이루게 된다.

이를 위해, 상기 패드 스핀들(8)은 NSL(Non - Self Locking)과 SL(Self Locking) 타입 스크류를 각각 형성해 주게 된다.

그리고, 상기 캘리퍼(10)는 제동 시 휠 디스크(D)쪽으로 이너 패드(13a)가 움직일 때, 반대쪽에 위치된 아우터 패드(13b)도 휠 디스크(D)쪽으로 이동시키는 플로팅 바디(11)로 이루어지며, 이러한 플로팅 바디(11)의 구조는 액추에이터(4)의 구동에 따른 스핀들(6)의 축 방향 이동(제동 시와 반대 방향임)을 통해 주차 제동 시, 플로팅 바디(11)를 휠 디스크(D)쪽으로 이동시켜 주게 된다.

여기서, 상기 이너 패드(13a)는 프레임(2)쪽으로 위치되어 부트(3)의 일단이 결합되는 플레이트를 이용해 고정되어진다.

이와 같은, 상기 캘리퍼(10)의 플로팅 바디(11)구조는 휠 디스크(D)에 대한 이너·아우터 패드(13a,13b)의 연동 작용을 구현하는, 캘리퍼의 통상적인 토크 멤버 구조이다.

또한, 상기 캘리퍼(10)에는 패드(13a,13b)의 설정 간격 초과에 따른 휠 디스크(D)간 간격 증대를 감지해 항상 설정된 간격을 유지하도록, 패드 마모 감지 센서를 구비한다.

이와 같이, 본 발명은 휠 디스크 제동력으로 액추에이터 구동력을 이용하는 전동 브레이크 장치인 EMB(Electro mechanical Brake)가 ECU(1) 제어로 동력을 발생하는 액추에이터(4)를 통해, 제동 시 패드(13a,13b)를 휠 디스크(D)쪽으로 이동시키는 스크류 결합 타입 스핀들(6)을 축 방향 이동시킴과 더불어, 상기 액추에이터(4)의 동력을 이용해 캘리퍼(10)를 이루도록 토크 멤버로 결합된 플로팅 바디(11)가 이동되도록 구성됨에 따라, 주차 제동 시 액추에이터(4)의 회전력을 통해 플로팅 바디(11)를 휠 디스크(D)쪽으로 이동 시켜 주차 제동을 구현해, 주차 제동력 유지를 위한 별도의 모터나 또는 솔레노이드 사용이 없어 차량 장착 성(Packaging Layout)을 향상하는 캘리퍼(10)의 구성은 물론, 액추에이터(4)의 회전 속도 증대를 통한 주차 제동 시간 단축으로 패드(13a,13b) 마모로 인해 길어진 주차 제동 스트로크(Stroke)영향을 받지 않는 특징이 있게 된다.

이를 위해, 상기 EMB(Electro Mechanical Brake)는 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 연동되도록 토크 멤버로 결합된 플로팅 바디(11)를 갖춘 캘리퍼(10)내 공간으로 ECU(1)를 통해 제어되는 액추에이터(4)를 구비하고, 상기 액추에이터(4)의 동력을 이용해 회전되면서 축 방향 이동으로, 이너·아우터 패드(13a,13b)를 휠 디스크(D)쪽으로 이동시키는 스핀들(6)이 액추에이터(4)에 결합되어진다.

이러한, 상기 액추에이터(4)는 캘리퍼(10)를 이루는 캘리퍼 바디에 고정되지 않은 상태로 전·후 슬라이딩(Sliding)이동되도록, 캘리퍼 바디에 설치된 액추에이터 가이더(12)를 이용해 캘리퍼(10)에 장착되어진다.

이에 따라 EMB를 이용한 제동 구현은 ECU(1)의 제어로 액추에이터(4)에서 발생되는 동력을 이용하는데, 이는 도 2(가)에 도시된 바와 같이, 제동 시 전자 페달의 신호를 받은 ECU(1)가 액추에이터(4)를 구동하면, 상기 액추에이터(4)는 스테이터(4a)의 안쪽 공간에서 베어링(5)을 매개로 위치된 로터(4b)가 회전되어, 동력을 발생하게 된다.

이와 같이, 상기 액추에이터(4)에서 발생된 회전 동력은 스핀들(6)을 축 방향 이동 즉, 액추에이터(4)를 이루는 로터(4b)에 결합된 너트 스핀들(7)이 로터(4b)와 함께 회전하게 되면, 상기 너트 스핀들(7)에 볼 또는 롤러 타입 스크류 결합된 패드 스핀들(8)이 휠 디스크(D)쪽으로 밀려나게 된다.

이러한, 상기 패드 스핀들(8)의 축 방향 이동으로 밀려나는 플레이트는 이너 패드(13a)를 휠 디스크(D)쪽으로 밀어 주게 되고, 상기 이너 패드(13a)의 휠 디스크(D) 가압은 도 2(나)에 도시된 바와 같이, 캘리퍼(10)의 토크 멤버 작용으로 플 로팅 바디(11)쪽 아우터 패드(13b)도 휠 디스크(D)를 가압 해, 제동 작용을 발생하게 된다.

한편, 차량이 정지된 상태에서 주차 제동이 이루어지는 경우는 도 3에 도시된 바와 같이, ECU(1)는 제동 시에 비해 역회전되도록 액추에이터(4)를 구동시키게 되고, 이러한 액추에이터(4)의 구동으로 회전된 로터(4b)가 너트 스핀들(7)을 역 회전시켜 주게 된다.

즉, 상기 너트 스핀들(7)의 역회전으로 패드 스핀들(8)이 휠 디스크(D)의 반대쪽으로 빠져 나오게 되고, 이러한 상기 패드 스핀들(8)의 축 방향 이동은 캘리퍼(10)의 플로팅 바디(11)쪽을 밀어내는 힘으로 작용하게 된다.

이와 같이, 상기 패드 스핀들(8)로부터 힘을 받은 플로팅 바디(11)는 토크 멤버를 통한 연동 작용으로 밀려나게 되고, 이러한 플로팅 바디(11)의 이동은 아우터 패드(13b)가 휠 디스크(D)를 가압해 주차 제동력을 형성해 주게 된다.

이러한 주차 제동을 위해 뒤로 이동해 캘리퍼(10)를 밀어준 패드 스핀들(8)은 EPB 너트 스크류(9)를 통해 구속되는데, 이는 패드 스핀들(8)이 NSL(Non - Self Locking) 타입 스크류인 너트 스핀들(7)과 결합됨과 동시에,SL(Self Locking) 타입 스크류인 너트 스크류(9)와 결합되는 이중 구조를 형성함에 기인하게 된다.

즉, 상기 패드 스핀들(8)이 뒤로 빠지면서 EPB 너트 스크류(9)와 결합됨에 따라, 주차 제동 완료 후 액추에이터(4)의 전원이 오프(Off)되더라도, SL(Self Locking) 타입 스크류인 너트 스크류(9)와 패드 스핀들(8)간 나사 체결 력을 유지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 주차 제동 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치의 구성도

도 2(가),(나)는 본 발명에 따른 전동 브레이크 장치의 제동 작동도

도 3은 본 발명에 따른 전동 브레이크 장치의 주차 제동 작동도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : ECU 2 : 프레임

3 : 부트 4 : 액추에이터

4a : 스테이터 4b : 로터

5 : 베어링 6 : 스핀들

7 : 너트 스핀들 8 : 패드 스핀들

9 : EPB 너트 스크류

10 : 캘리퍼 11 : 플로팅 바디

12 : 액추에이터 가이더 13a : 이너 패드

13b : 아우터 패드

Claims (6)

1. 페달의 신호를 감지할 때, 차량 주행 상태에 대한 측정 정보와 함께 제동을 위한 제어 신호를 발생하는 ECU(1)와;

   상기 ECU(1) 제어로 동력을 발생하는 액추에이터(4);

   이너·아우터 패드(13a,13b)를 휠 디스크(D)쪽으로 이동시키도록, 상기 액추에이터(4)의 동력을 이용해 이너 패드(13a)를 밀어주는 축 방향 이동을 발생하는 스핀들(6) 및;

   주차 제동 시, 제동 상태일 때에 비해 역회전되는 액추에이터(4)를 통해 반대 방향으로 축 방향 이동되는 스핀들(6)이 가하는 힘으로, 플로팅 바디(11)부위를 휠 디스크(D) 쪽으로 이동시켜 줌에 따라, 토크 멤버의 연동 작용으로 휠 디스크(D)에 대한 이너·아우터 패드(13a,13b)의 제동 작용이 이루어지는 캘리퍼(10);

   로 구성된 것을 특징으로 하는 주차 제동을 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 액추에이터(4)는 캘리퍼(10)의 내부 공간으로 설치된 프레임(2)쪽에 결합되어, ECU(1)를 통해 제어되는 스테이터(4a)와, 상기 스테이터(4a)의 안쪽 공간에서 베어링(5)을 매개로 위치되어 회전력을 발생하는 로터(4b)로 구성된 것을 특징으로 하는 주차 제동을 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 액추에이터(4)는 프레임(2)을 감싼 부트(3)를 이용해 가려지고, 액추에이터 가이더(12)를 이용해 캘리퍼 바디에 설치되는 것을 특징으로 하는 주차 제동을 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 스핀들(6)은 액추에이터(4)를 이루는 로터(4b)와 함께 회전하는 너트 스핀들(7)과, 상기 너트 스핀들(7)의 회전을 통해 이너 패드(13a)를 휠 디스크(D)쪽으로 밀어 주는 축 방향 직선 이동되는 패드 스핀들(8) 및 주차 제동 시 뒤로 이동된 상기 패드 스핀들(8)을 구속 해, 주차 제동력을 유지하는 EPB 너트 스크류(9)로 구성된 것을 특징으로 하는 주차 제동을 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 패드 스핀들(8)은 한 쪽으로는 너트 스핀들(7)과 결합되는 NSL(Non - Self Locking) 타입 스크류를 갖추고, 반대 쪽으로는 EPB 너트 스크류(9)와 결합되는 SL(Self Locking) 타입 스크류를 갖춘 것을 특징으로 하는 주차 제동을 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 NSL(Non - Self Locking) 타입 스크류는 볼 또는 롤러 타입인 것을 특징으로 하는 주차 제동을 기능을 갖춘 전동 브레이크 장치.

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