KR20110099961A

KR20110099961A - 전자제동장치의 페일안정성유지기구

Info

Publication number: KR20110099961A
Application number: KR1020100018996A
Authority: KR
Inventors: 김종성
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-09-09

Abstract

본 발명의 전자제동장치인 EWB(Electro Wedge Brake)는 제동시 시스템이나 모터(5)의 페일(Fail)이 발생되고, 웨지의 웨지면경사각(α)과 마찰계수(μ)간 tanα<μ조건이더라도, 액추에이터하우징(3)에 고정되어 모터(5)쪽에 위치된 포지셔너블록(30)을 이용해 스핀들(8)을 일시적인 SL(Self-Locking)타입으로 전환함으로서, 모터(5)의 동력전달효율저하를 최소화하고 추가적인 부품과 비용상승도 거의 없음은 물론, 휠락(Wheel-Lock)의 형성방지로 비정상적인 상황이더라도 운전자의 의지로 차량을 제어하는 제동안정성이 구현될 수 있는 특징을 갖는다.

Description

전자제동장치의 페일안정성유지기구{Fail safety establish device of Electro Wedge Brake}

본 발명은 전자제동장치에 관한 것으로, 특히 모터 페일(Fail)과 같은 비정상시 전자제동장치의 제동안정성을 높인 페일안정성유지기구에 관한 것이다.

일반적으로 BBW(Brake By Wire)기술은 유압과 같은 복잡한 구성을 갖지않고 모터동력을 이용함으로서, 브레이크 시스템의 구성 단순화와 신뢰성있는 제동성능을 구현할 수 있다.

상기와 같은 BBW(Brake By Wire)기술은 모터동력을 직접 직진이동력으로 전환하는 전동제동장치인 EMB(Electro Mechanical Brake)나, 또는 모터동력을 웨지(Wedge)구조로 배력해주는 전자제동장치인 EWB(Electro Wedge Brake)를 예로 들 수 있다.

상기 EWB에 적용된 웨지구조는 tanα(웨지경사면각도)와 마찰계수(μ)가 tanα≥μ나 또는 tanα<μ와 같은 조건에서 모두 안정적인 제동성능을 유지하지만, 페일(Fail)이 일어난 상태에서 원치않는 위험한 상황을 발생시킬 수 있는데, 이는 웨지구조의 제동마찰력에 의한 자기배력 효과에 기인한다.

이러한 상태는 모터의 페일(Fail)과 같은 예기치 못한 고장이나 이상작동이 발생하고 동시에 웨지구조에서 tanα<μ가 발생될 때이며, 이때는 제동력이 해제되거나 유지되지 않고 오히려 증가되는 현상을 일으킬 수 있다.

이와 같은 비정상적인 제동력과다는 노면과 타이어사이 슬립발생으로 휠락(Wheel-Lock)이 일어남으로서, 운전자의 제동의지와 상관없이 좌우편차를 일으켜 차량을 돌게하는 현상을 가져올 수도 있게 된다.

또한, 상기 EWB는 웨지부위를 휠디스크쪽으로 밀어주는 직선운동이 요구되므로, 모터쪽에는 모터의 회전력을 직선운동으로 전환하는 NSL(Non-Self Locking)스크류타입 스핀들과 스핀들너트를 구비한다.

상기와 같은 모터쪽 NSL(Non-Self Locking)구조로 인해 제동마찰력에 의해 웨지쪽이 끌어당겨지는 힘을 받게되면, 스핀들의 축방향힘은 모터를 회전시키는 회전력으로 전환됨으로서 더 증대 될수도 있게 된다.

이는, 상기 모터쪽 스핀들부위를 SL(Self-Locking)타입 스크류로 변경해 해소될 수 있지만, 휠락(Wheel-Lock)의 예방기능을 얻는 대신에 동력전달효율을 저하시키므로 적용되기 힘든 방식이다.

이와 같이 EWB에서는 페일(Fail)이 일어난 상태에서 웨지구조의 웨지경사면각도와 마찰계수간 tanα<μ 조건일 때 원치않는 추가적인 제동력을 발생하므로, 이러한 조건에서 제동력을 강제로 해제시키거나, 또는 추가적인 제동력 발생이 없는 상태에서 페일(Fail)직전 제동력을 유지하면서 차량을 멈추게 할 수 있는 기능을 갖추어야 한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, NSL(Non-Self Locking)스크류타입인 모터쪽 스핀들을 시스템 페일(Fail)시에는 SL(Self-Locking)타입으로 전환시켜줌으로서, 휠락(Wheel-Lock)을 일으키는 원치않는 추가적인 제동력 발생이 없으면서도 동력전달효율저하를 최소화할 수 있는 전자제동장치(Electro Wedge Brake)의 페일안정성유지기구를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터의 회전력을 직선운동으로 전환하는 스핀들과 스핀들너트를 갖추고, 웨지작용을 구현해 휠디스크를 제동하는 전자제동장치에 있어서,

휠디스크를 감싼 캘리퍼에 장착된 액추에이터하우징쪽에 고정되어, 상기 스핀들의 축끝단쪽에서 스핀들과 일정한 간격을 갖고 위치된 포지셔너블록을 더 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 포지셔너블록은 상기 액추에이터하우징에 일체로 형성된다.

상기 포지셔너블록은 상기 모터쪽을 이용해 상기 스핀들의 축끝단쪽에서 스핀들과 일정한 간격을 갖고 위치된다.

상기 간격은 상기 스핀들쪽이 축방향힘을 받을 때 이동될 수 있는 거리보다 짧은 거리로 설정된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 시스템 페일(Fail)시 휠락(Wheel-Lock)을 일으키는 원치않는 추가적인 제동력 발생을 NSL(Non-Self Locking)스크류타입인 모터쪽 스핀들을 이용해 예방하므로, 모터의 동력전달효율저하를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

시스템 페일(Fail)시 모터쪽 스핀들의 전진이동 구속을 통한 휠락(Wheel-Lock)의 예방으로 추가적인 부품적용이 거의 없고, 추가적인 비용상승도 거의 없이 구현될 수 있는 효과도 갖는다.

도 1(가),(나)는 본 발명에 따른 페일안정성유지기구를 갖춘 전자제동장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 시스템 이나 모터 페일(Fail)에 따른 페일안정성유지기구의 작동도이다.

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

도 1(가)는 본 발명에 따른 페일안정성유지기구를 갖춘 전자제동장치의 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 전자제동장치인 EWB(Electro Wedge Brake)는 휠디스크(D)쪽으로 접촉마찰되는 패드(2)를 갖춘 캘리퍼(1)쪽에 결합된 액추에이터하우징(3)을 갖추며, 상기 액추에이터하우징(3)은 캘리퍼(1)와 일체로 이루어지거나 필요에 따라 분리제작한 후 서로 조립체결할 수 있다.

본 실시예에 따른 상기 액추에이터하우징(3)에는 ECU의 제어로 회전동력을 발생하는 액추에이터(4)와, 회전동력을 직선이동으로 전환해 상기 패드(2)를 밀어 제동할 때, 제동마찰력에 의한 자기배력 효과를 발생하는 웨지유닛(10)과, 제동 반력을 흡수하고 부가기능을 구현하는 NSL(Non - Self Locking)스크류 타입 어저스터유닛(20)이 설치된다.

상기 액추에이터(4)는 ECU의 제어를 받는 모터(5)와, 상기 모터(5)의 회전력을 직선이동으로 전환하는 직선이동기구를 갖추며, 상기 직선이동기구는 모터(5)를 통해 회전하는 스핀들(8)과, 상기 스핀들(8)에 회전이 구속되도록 결합되어 직진이동되는 스핀들너트(6)와, 상기 스핀들너트(6)에 결합되어 스핀들너트(6)의 직진이동을 웨지유닛(10)쪽으로 전달하는 한쌍의 웨지링크(7)로 구성한다.

상기 모터(5)의 동력은 스핀들(8)과 스핀들너트(6)를 거쳐 웨지유닛(10)쪽으로 전달되므로, 상기 스핀들(8)과 스핀들너트(6)는 모터(5)의 동력전달효율에 큰 영향을 끼칠 수밖에 없다.

상기와 같이 스핀들(8)과 스핀들너트(6)를 매개로 모터(5)의 동력을 전달할 때, 스핀들(8)과 스핀들너트(6)의 마찰손실을 낮추면 그에 반해 모터(5)의 동력전달효율을 높일 수 있다.

상기 스핀들(8)과 스핀들너트(6)의 마찰력을 낮추는 방식은 다양하게 구현될 수 있으며, 그 한 예로서 롤러스크류나 볼스크류 타입이 있다.

상기와 같은 롤러스크류나 볼스크류 타입은 마찰력이 큰 SL(Self Locking)스크류 타입과는 달리 NSL(Non - Self Locking)타입이라 칭하며, 이는 축방향 힘을 받으면 회전과 축방향으로 이동을 동시에 발생함으로서, 모터(5)의 회전을 직선이동으로 변환시키는 스핀들(8)과 스핀들너트(6)의 결합구조에 적합한 방식이다.

상기 롤러스크류나 볼스크류 타입에서도 리드각이 작아 큰 마찰력을 형성하는 종류도 있으므로, 본 실시예에서는 큰 마찰력을 갖도록 작은 리드각을 갖는 롤러스크류나 볼스크류 타입은 적용하지 않는다.

NSL(Non - Self Locking) 구조에서 리드각(Lead Angle)을 크게 할수록 마찰손실을 낮출 수 있지만, 리드각을 무조건 크게 하면 모터쪽 입장에서는 동력전달효율측면에서 불리하므로 바람직하지 않다.

본 실시예에 따른 상기 웨지유닛(10)은 패드(2)가 덧대어지고, 액추에이터(4)의 구동을 통해 밀려나는 브레이크웨지(11)와, 상기 브레이크웨지(11)에 대해 상대적으로 고정된 베이스웨지(12)와, 서로 맞대어진 상기 브레이크웨지(11)와 베이스웨지(12)에 형성된 웨지면사이로 위치된 웨지롤러(13)로 이루어진다.

상기 웨지롤러(13)가 연속적인 브이(V)홈 단면형상을 이루는 웨지면에 위치됨으로서, 웨지롤러(13)가 갖는 마찰계수(μ)는 웨지면의 경사면각도인 tanα로 결정되며, tanα≥μ나 또는 tanα<μ와 같은 조건에서 제동성능이 안정적으로 구현된다.

상기 어저스터유닛(20)은 상기 웨지유닛(10)에 대해 직각으로 설치되고, 제동 반력흡수와 패드(2)설정간격 유지와 같은 부가기능을 구현하며, 이를 위해 NSL(Non - Self Locking)스크류 타입 너트(6)와 푸시로드스크류등을 구비한다.

상기와 같이 본 실시예에 적용된 액추에이터(4)와 웨지유닛(10) 및 어저스터유닛(20)은 전자제동장치인 EWB(Electro Wedge Brake)를 구성하는 필수구성요소로서, 범용적인 구조를 갖는다.

이에 더하여 본 실시예에서는 상기 액추에이터(4)쪽으로 포지셔너블록(30)을 더 갖추며, 상기 포지셔너블록(30)은 웨지유닛(10)쪽이 제동마찰력에 의해 끌어당겨지는 액추에이터(4)쪽 이동을 제한시킨다.

상기 포지셔너블록(30)은 별도 브라켓이나 블록을 액추에이터하우징(3)에 체결해 구성할 수 있지만, 바람직하게는 상기 액추에이터하우징(3)에 일체로 형성시킨 부위를 상기 액추에이터(4)쪽으로 위치시켜 구성한다.

도 1(나)는 본 실시예에 따른 포지셔너블록(30)의 액추에이터(4)쪽 설치상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 포지셔너블록(30)은 스핀들너트(6)가 체결된 스핀들(8)의 끝단에 대해 일정한 간격(K)을 두고 위치되며, 상기 포지셔너블록(30)은 일체의 회전이나 직선운동이 발생되지 않는 고정체로서 작용한다.

상기 간격(K)은 액추에이터(4)쪽이 축방향힘을 받을 때 스핀들(8)의 축끝단이 이동될 수 있는 거리보다 짧은 거리로 설정하는데, 이는 액추에이터(4)쪽이 일정 거리로 이동된 후 더 이상 이동되지 않도록 움직임을 구속하기 위함이다.

상기 포지셔너블록(30)이 액추에이터(4)의 내부쪽으로 위치된 상태로 표현되었지만, 설계사양에 따라 모터(5)쪽으로 위치되어도 관계없다.

본 실시예에서 정상적인 제동조건일 때, 스핀들(8)은 상기 간격(K)의 설정범위내에서 포지셔너블록(30)쪽으로 전진과 후퇴이동을 한다.

통상, 페일(Fail)현상이 없는 정상 제동시 tanα≥μ인 웨지조건일 때 상기 스핀들(8)은 포지셔너블록(30)쪽에 대한 간격(K)내에서 움직이지만, tanα<μ인 웨지조건에서는 상기 스핀들(8)은 포지셔너블록(30)쪽에 접촉되어 간격(K)이 없는 상태가 된다.

상기와 같이 포지셔너블록(30)쪽에 대한 간격(K)이 없는 상태이면 스핀들(8)은 NSL(Non - Self Locking)에서 SL(Self-Locking)타입으로 전환되어 모터(5)의 동력전달효율을 저하시킬 수 있지만, 본 실시예에서는 이러한 상태가 되더라도 제동유지상태구현에 아무런 악 영향을 끼치지 않는다.

특히, 페일(Fail)상태이고 tanα<μ조건시 본 실시예에서와 같이 스핀들(8)이 NSL(Non - Self Locking)에서 SL(Self-Locking)타입으로 전환되면, 풀제어(Pull Control)시 모터쪽에 대한 부담을 크게 줄일 수 있는 장점도 갖는다.

풀제어(Pull Control)란 제동시 휠디스크(D)쪽으로부터 끌려 당겨지는 힘에 반하는 힘을 주어 제동상태를 유지하도록 모터쪽을 통한 가압력을 요구하는 것으로서, 모터쪽에서 담당할 부담은 모터쪽 구성에 따라 결정된다.

일례로, EWB(Electro Wedge Brake)에서 모터(5)쪽에 NSL(Non - Self Locking)타입 스핀들(8)이 구성되면 풀제어(Pull Control)시 모터(5)쪽에서 비교적 큰 가압력을 필요로 하지만, 모터(5)쪽에 SL(Self-Locking)타입 스핀들(8)이 구성되면 모터(5)쪽에서 부담할 가압력도 상대적으로 작아진다.

그러므로, 페일(Fail)에 따른 비상상태에서 안정적인 제동이 우선시될 때, 본 실시예와 같이 스핀들(8)이 NSL(Non Self-Locking)에서 SL(Self-Locking)타입으로 전환되면, 모터(5)쪽에서는 풀제어(Pull Control)에 대한 하중부담을 크게 줄일 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 전자제동장치인 EWB(Electro Wedge Brake)에서 구현되는 제동기능은 범용적인 EWB에서 구현하는 기능과 같으며, 제동시 페일(Fail)현상이 발생하지 않으면 tanα≥μ나 또는 tanα<μ와 같은 웨지조건에 관계없이 안정적인 제동을 구현한다.

즉, 제동시 ECU제어된 모터(5)의 회전력은 스핀들(8)에 결합된 스핀들너트(6)를 통해 직진이동력으로 전환되고, 상기 스핀들너트(6)의 직진이동은 이에 결합된 웨지링크(7)를 이동시킴으로서 웨지유닛(10)을 밀어낸다.

휠디스크(D)쪽으로 패드(2)를 밀어내는 상기 웨지유닛(10)은 휠디스크(D)쪽으로부터 반력을 받음과 더불어, 브레이크웨지(11)에 대해 상대적으로 고정된 베이스웨지(12)사이에 위치된 웨지롤러(13)를 통한 웨지효과를 구현함으로서, 휠디스크(D)를 강하게 제동해 준다.

상기 웨지유닛(10)에 직각으로 설치된 어저스터유닛(20)쪽은 웨지유닛(10)쪽으로 들어오는 제동에 따른 반력을 흡수하고, 웨지유닛(10)을 통한 휠디스크(D)와의 제동상태를 유지시켜준다.

이러한 제동작용은 전자제동장치인 EWB(Electro Wedge Brake)에서 일반적으로 구현되는 작용이다.

전술한 바와 같이, 모터(5)나 시스템 페일(Fail)현상이 발생하지 않으면 tanα≥μ나 또는 tanα<μ와 같은 웨지조건에 관계없이 제동은 안정적으로 구현된다.

하지만, EWB에서는 제동이 이루어지는 상태에서 모터(5)나 시스템 페일(Fail)과 같은 예기치 못한 상태가 일어날 수 있고, 이러한 이상상황에서 웨지구조가 tanα<μ일 때는 제동마찰력에 의한 웨지구조의 자기배력 효과로 오히려 제동력이 증가되는 현상을 일으킨다.

본 실시예에서는 상기와 같은 상태에서 발생될 수 있는 원치않는 추가적인 제동력 발생을 방지하거나 페일(Fail)직전 제동력을 유지해 제동안정성을 구현하기 위해, 페일안정성유지기구가 액추에이터(4)쪽과 연계 특히, 스핀들너트(6)와 결합된 스핀들(8)쪽과 연계되어 작동된다.

도 2는 위와 같은 상태 즉, 모터(5)나 시스템 페일(Fail)이 발생되고 tanα<μ 웨지조건일 때, 스핀들(8)쪽과 연계된 페일안정성유지기구의 작용함으로서 휠락(Wheel-Lock)현상을 초래하지 않고 제동안정성을 확보하는 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 제동이 이루어지면 휠디스크(D)에 강하게 접촉된 패드(2)를 부착한 웨지유닛(10)쪽은 휠디스크(D)가 끌어당기는 힘Fa를 받을 수밖에 없다.

이와 같이 힘Fa를 받는 상황에서는 웨지유닛(10)의 브레이크웨지(11)에 고정된 웨지링크(7)가 당겨지고, 상기 웨지링크(7)는 스핀들너트(6)를 잡아당기는 힘Fb로 전환된다.

회전이 구속된 상기 스핀들너트(6)에 가해진 힘Fb는 NSL(Non-Self-Locking)타입인 스핀들(8)을 회전시키게 되고, 상기 스핀들(8)의 회전은 결국 전진 이동력Fc로 작용함으로서, 상기 스핀들(8)은 그 끝단이 포지셔너블록(30)에 접촉(K=0)될 때까지 전진이동이 일어난다.

상기와 같은 상태에서 모터(5)나 시스템 페일(Fail)이 일어나고 웨지유닛(10)에서 tanα<μ인 웨지조건이 형성되면, 웨지유닛(10)의 웨지구조로 인해 휠디스크(D)가 끌어당기는 힘Fa와 이에 따른 스핀들너트(6)를 잡아당기는 힘Fb은 더욱 증대될 수밖에 없다.

하지만, 본 실시예에서는 액추에이터하우징(3)에 고정되어 움직이지 않는 포지셔너블록(30)이 스핀들(8)쪽으로 반력A을 가함으로서, 끌어당기는 힘Fa와 힘Fb가 더 크게 가해지더라도 상기 스핀들(8)은 포지셔너블록(30)으로 인해 더 이상 전진 이동되지 않는다.

상기와 같이 포지셔너블록(30)을 통해 스핀들(8)의 이동이 차단되면, 제동시 웨지구조의 자기배력 효과로 웨지유닛(10)쪽에서 요구하는 제동력증가에 대해 액추에이터(4)쪽에서 반응하지 않음으로서, 휠디스크(D)에 가하는 제동력이 증가되지 않게 된다.

이로 인해, tanα<μ인 웨지조건에서 모터나 시스템 페일(Fail)과 같은 예기치 못한 상황이더라도, 휠디스크(D)의 제동력 크기가 상황이 일어나거나 직전시의 제동력 크기에 비해 더 증가될 수 없어 휠락(Wheel-Lock)을 일으키지 않음으로서, 비정상적인 상황에서도 운전자의 의지로 차량을 제어할 수 있는 제동안정성을 유지할 수 있게 된다.

이와 같이 본 실시예에 따른 전자제동장치인 EWB(Electro Wedge Brake)는 액추에이터하우징(3)에 고정된 포지셔너블록(30)을 이용해 스핀들(8)이 일시적으로 SL(Self-Locking)타입으로 전환될 수 있다.

이러한 작용으로 인해, tanα<μ인 웨지조건에서 모터나 시스템 페일(Fail)과 같은 상황에서도 휠락(Wheel-Lock)형성을 방지해 운전자의 의지로 차량을 제어하는 제동안정성을 제공하고, 추가적인 부품과 비용상승도 거의 없으면서 모터(5)의 동력전달효율 저하도 최소화할 수 있다.

1 : 캘리퍼 2 : 패드
3 : 액추에이터하우징
4 : 액추에이터 5 : 모터
6 : 스핀들너트 7 : 웨지링크
8 : 스핀들 10 : 웨지유닛
11 : 브레이크웨지 12 : 베이스웨지
13 : 웨지롤러 20 : 어저스터유닛
30 : 포지셔너블록

Claims

모터의 회전력을 직선운동으로 전환하는 스핀들과 스핀들너트를 갖추고, 웨지작용을 구현해 휠디스크를 제동하는 전자제동장치에 있어서,
휠디스크를 감싼 캘리퍼에 장착된 액추에이터하우징쪽에 고정되어, 상기 스핀들의 축끝단쪽에서 스핀들과 일정한 간격을 갖고 위치된 포지셔너블록을 더 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 전자제동장치의 페일안정성유지기구.
청구항 1에 있어서, 상기 포지셔너블록은 상기 액추에이터하우징에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전자제동장치의 페일안정성유지기구.
청구항 1에 있어서, 상기 포지셔너블록은 상기 모터쪽을 이용해 상기 스핀들의 축끝단쪽에서 스핀들과 일정한 간격을 갖고 위치된 것을 특징으로 하는 전자제동장치의 페일안정성유지기구.
청구항 1 또는 청구항3에 있어서, 상기 간격은 상기 스핀들쪽이 축방향힘을 받을 때 이동될 수 있는 거리보다 짧은 거리로 설정된 것을 특징으로 하는 전자제동장치의 페일안정성유지기구.