KR20200069241A - 자동차의 전기 기계식 구동 브레이크를 위한 차단 장치, 그러한 차단 장치를 포함하는 전기 기계식 구동 브레이크 및 이와 같은 전기 기계식 구동 브레이크를 포함하는 자동차 - Google Patents

자동차의 전기 기계식 구동 브레이크를 위한 차단 장치, 그러한 차단 장치를 포함하는 전기 기계식 구동 브레이크 및 이와 같은 전기 기계식 구동 브레이크를 포함하는 자동차 Download PDF

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이엠에스 기어 에스에 운트 코. 카케아아
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Abstract

본 발명은 자동차(10)의 전기 기계식 구동 브레이크(12)를 위한 차단 장치에 관한 것으로, 전기 기계식 구동 브레이크(12)는 회전 축(T) 둘레에서 회전 가능하게 지지되는 잠금 휠(46)을 포함하고, 잠금 휠은 동일한 회전 축(T) 둘레에서 회전 가능한 전기 기계식 구동 브레이크(12)의 구동계(18)의 구동 샤프트(20)와 회전 안정적으로 연결 가능하거나 연결되고, 차단 장치(48)는 잠금 플런저(50), 이동 축(A)을 따르는 잠금 플런저(50)의 이동을 위한 이동 장치(52) 및 잠금 플런저(50)의 위치를 결정하기 위한 위치 결정 장치(58)를 포함하고, 잠금 플런저는 잠금 플런저(50)가 잠금 휠(46)을 해제하는 제1 위치와 잠금 플런저(50)가 차단을 위해 잠금 휠(46) 안으로 맞물려 들어가는 제2 위치 사이에서 축 방향으로 이동 축(A)을 따라 이동 가능하다. 또한, 본 발명은 그러한 차단 장치(48)를 포함하는 자동차(10)를 위한 전기 기계식 구동 브레이크(12)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 전기 기계식 구동 브레이크(12)를 포함하는 자동차(10)에 관한 것이다.

Description

자동차의 전기 기계식 구동 브레이크를 위한 차단 장치, 그러한 차단 장치를 포함하는 전기 기계식 구동 브레이크 및 이와 같은 전기 기계식 구동 브레이크를 포함하는 자동차{Blocking device for an electromechanical service brake of a motor vehicle, electromechanical service brake with such a blocking device and motor vehicle with such an electromechanical service brake}
본 발명은 자동차의 전기 기계식 구동 브레이크를 위한 차단 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 차단 장치를 포함하는 자동차를 위한 전기 기계식 구동 브레이크에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 전기 기계식 구동 브레이크를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
유압식으로 구동되는 제동 시스템 대신 "Brake by Wire(전자제어식 제동)" 개념으로도 공지되어 있는 전기 기계식 구동 브레이크의 사용이 증가하고 있다. 그 이유는 무엇보다도, 전기 기계식 구동 브레이크가 해당 자동차의 개별 휠들을 간단한 방식으로 개별적으로 제동 감속할 수 있기 때문인데, 이는 유압식으로 구동되는 제동 시스템의 이용 시 높은 비용을 들여서만 구현할 수 있는 것이다. 일반적으로, 유압식으로 구동되는 구동 브레이크에 비해 전기 기계식 구동 브레이크의 기계적 비용이 현저히 더 낮다. 실질적인 구성은 제어 유닛, 전기 모터 및 적용 경우에 부합하도록 형성되는 액추에이터 유닛으로 제한된다. 예컨대, 전기 기계식 구동 브레이크에서는 브레이크 부스터를 고려할 필요가 없다. 또한, 다공성 유압 튜브들로부터 유압유가 흘러나와 제동 시스템의 기능성 저하를 야기할 수 있는 위험이 없다. 한편, 유압유 유출은 환경 오염 문제를 야기한다.
다수의 경우에, 현대 자동차는 주차- 또는 정지 브레이크로도 지칭되는 전기 기계식 차단 장치가 장착되어 있는데, 이러한 차단 장치는 해당 자동차가 제어되지 않는 상태로 정지 상태에서 이탈하여 굴러가기 시작하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같은 차단 장치는 시동 보조장치로도 사용될 수 있는데, 차단 장치는 특정한 시점에, 예컨대 자동차의 모터의 특정한 토크가 나타날 때 자동으로 해제될 수 있기 때문이다. 통상적으로, 차단 장치는 구동 브레이크의 후방 휠들의 브레이크 캘리퍼 내에 내장되어 있다.
US 2016/0017942 A1에서는, 전기 기계식 차단 장치에서 잠금 플런저가 축 방향으로 이동 축을 따라 이동 가능하되, 잠금 플런저가 잠금 휠을 해제하는 제1 위치와 잠금 플런저가 차단을 위해 잠금 휠 안으로 맞물려 들어가는 제2 위치 사이에서 이동 가능한 것이 기술되어 있다. 잠금 휠 안으로의 맞물림은, 전기 기계식 구동 브레이크가 브레이크 라이닝들을 브레이크 디스크 위에서 눌러 자동차가 정지할 때 이루어진다. 잠금 휠 안으로의 맞물림 시, 브레이크 라이닝들이 더 이상 브레이크 디스크로부터 이탈하여 이동할 수 없으므로, 해당 자동차는 정지한다.
현대의 전기 기계식 구동 브레이크는 약 0.1초와 0.3초 사이의 반응 시간을 포함한다. 전기 기계식 구동 브레이크가 최적으로 차단 장치와 연동할 수 있으려면, 잠금 휠이 차단 또는 해제되었는지의 여부를 언제든 인식하고 있는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 US 2016/0017942 A1에서는 잠금 플런저의 이동을 위한 이동 장치만이 제어될 수 있다. 그러나 이를 통해서는 잠금 휠이 차단 또는 해제되었는지의 여부를 정확하게 산출할 수 없다. 그 결과, 전기 기계식 구동 브레이크와 차단 장치 간의 연동은 최적으로 수행되지 않는다. 특히, 차단 장치의 해제 시, 예컨대, 자동차의 운전자가 이미 출발하려고 하나, 차단 장치가 아직 완전하게 해제되지 않았을 때 예기치 않은 효과가 발생한다. 이로 인하여 급가속 및 마찰 소음이 발생할 수 있다. 이와 같은 효과를 방지하기 위해, US 2016/0017942 A1에 기술된 차단 장치는 0.1초와 0.3초 사이라는 전술한 반응 시간을 현저히 초과하는 반응 시간으로 구동되고, 예컨대 1초의 대기 시간으로 구동된다. 대기시간이 경과한 후, 차단 장치가 해제된 것으로 전제할 수 있다. 한편 이로 인하여 특히 시동 시 편의성이 손실되는데, 전체 구동 브레이크가 이에 상응하여 둔하게 반응하기 때문이다.
본 발명의 일 실시예의 과제는 종래 기술에 공지된 차단 장치의 경우보다 짧은 반응 시간으로 구동될 수 있는 차단 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 일 형성예의 기초를 이루는 과제는, 이와 같은 차단 장치에 의해 구동될 수 있는 전기 기계식 구동 브레이크를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 일 형성예의 기초를 이루는 과제는 이와 같은 구동 브레이크를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 제 1 항, 제 13 항 및 제 16 항에 제공된 특징들을 이용하여 해결된다. 유리한 실시 형태들은 종속항들의 주제이다.
본 발명의 일 실시 형태는 자동차의 전기 기계식 구동 브레이크를 위한 차단 장치에 관한 것으로, 전기 기계식 구동 브레이크는 회전 축 둘레에서 회전 가능하게 지지되는 잠금 휠을 포함하고, 잠금 휠은 동일한 회전 축 둘레에서 회전 가능한 전기 기계식 구동 브레이크의 구동계의 구동 샤프트와 회전 안정적으로 연결 가능하거나 연결되어 있다. 차단 장치는 잠금 플런저로서, 이러한 잠금 플런저가 잠금 휠을 해제하는 제1 위치 및 이러한 잠금 플런저가 차단을 위해 잠금 휠 안으로 맞물려 들어가는 제2 위치 사이에서 축 방향으로 이동 축을 따라 이동 가능한, 잠금 플런저, 이동 축을 따르는 잠금 플런저의 이동을 위한 이동 장치 및 잠금 플런저의 위치 결정을 위한 위치 결정 장치를 포함한다.
본 제안에 따라 차단 장치가 위치 결정 장치를 포함하고, 이러한 위치 결정 장치를 이용하여 잠금 플런저의 위치를 언제든 결정할 수 있다는 사실에 기초하여, 잠금 플런저가 아직 잠금 휠 내에 맞물려 있어서 잠금 휠을 차단하는지 또는 잠금 플런저가 잠금 휠을 해제하였는지의 여부가 마찬가지로 언제든 산출될 수 있다. 잠금 휠이 차단 또는 해제되었는지의 여부에 관하여 언제든 현시점으로 제공되는 정보로 인하여, 전체 구동 브레이크는 보다 짧은 반응 시간으로 구동될 수 있는데, 특히, 이후로 잠금 휠이 해제되었을 확률이 충분히 큰 특정한 시점을 기다리지 않아도 되기 때문에 그러하다. 본 제안에 따르는 차단 장치는 차단 장치의 고정 및 해제 시 전체 구동 브레이크의 반응 시간을 결정하지 않는다. 시동 및 정지 시 주행 편의성은 본 제안에 따르는 차단 장치를 이용하여 현저히 향상된다.
다른 실시 형태에 따르면, 잠금 플런저는 적어도 하나의 마킹부를 포함하고, 이러한 마킹부는 잠금 플런저의 위치를 결정하기 위한 위치 결정 장치와 연동한다. 마킹부는 예컨대 광학적으로 양호하게 인식 가능한 하나 이상의 함입부들을 포함할 수 있고, 이러한 함입부들은 잠금 플런저의 위치 결정을 간단하게 한다. 위치 결정 장치는 예컨대 광 배리어를 포함할 수 있고, 광 배리어는 함입부들이 제1 또는 제2 영역 내에 위치하는지의 여부를 인식하여, 이로부터 잠금 플런저의 위치가 추론될 수 있다.
발전된 실시 형태에서, 잠금 플런저는 이동 방향에 대해 수직으로 연장되는 적어도 하나의 마킹 표면을 포함할 수 있고, 이러한 마킹 표면을 통해 마킹부가 위치 결정 장치와 연동한다. 이와 같이 정렬된 마킹 표면을 이용하여 잠금 플런저의 위치를 매우 양호하게 결정할 수 있는 것이 확인되었다.
발전된 또 다른 실시 형태에서, 잠금 플런저는 서로 평행하게 연장되는 2개의 마킹 표면을 포함할 수 있고, 제1 마킹 표면에 제1 마킹부가 배정되고, 제2 마킹 표면에는 제2 마킹부가 배정된다. 2개의 마킹 표면을 사용하면 플런저의 위치 결정 정확도가 향상되는데, 위치 결정 장치는 서로 무관한 2개의 측정을 참조로 플런저의 위치를 결정할 수 있기 때문이다. 측정 오류는 인식 및 제거될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 위치 결정 장치는 적어도 부분적으로 2개의 마킹 표면 사이에 배치될 수 있다. 위치 결정 장치가 적어도 부분적으로 2개의 마킹 표면 사이에 배치됨으로써, 마찬가지로 마킹 표면들의 위치를 양호하게 검출할 수 있고, 따라서 잠금 플런저의 위치를 매우 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 이를 통해 위치 결정 장치의 공간 절약적 배치가 구현될 수 있다.
이때 적어도 하나의 마킹부는 자성화되어 있을 수 있거나 자성화 가능할 수 있다. 이러한 실시 형태에서 잠금 플런저의 위치는 자기장의 변화를 참조로 결정될 수 있고, 이를 위해 자력계가 사용될 수 있다.
발전된 일 실시 형태는, 제1 마킹부가 제1 자석으로 형성되고, 제2 마킹부가 제2 자석으로 형성되는 것으로 특징지워진다. 이 실시 형태에서도, 잠금 플런저의 위치는 자기장의 측정을 참조로 결정될 수 있어서, 잠금 플런저의 위치가 매우 간단하게 연속적으로 결정될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 위치 결정 장치는 홀 센서를 포함한다. 홀 센서는 자주 사용되는 자력계의 실시 형태를 나타내므로, 비용 효과적으로 이용 가능하다. 또한, 홀 센서는 기존의 제어- 및 조정 회로에 매우 간단하게 연결될 수 있다.
또 다른 실시 형태는, 홀 센서가 2D 홀 센서로 형성되는 것을 특징으로 한다. 한편으로, 2D 홀 센서가 소량의 데이터만을 제공하고, 다른 한편으로 이 데이터가 소수의 전기 접촉부들만을 이용하여 제어- 및 조정 회로에 공급될 수 있어서, 배선 비용이 낮게 유지될 수 있다. 또한, 신호들을 처리하기 위해 필요한 계산 성능은 낮게 유지될 수 있다. 이 또한 반응 시간 감소를 위해 기여한다.
발전된 실시 형태는, 제1 자석 및 제2 자석이 잠금 플런저 내에 배치되되, 이 자석들의 동일 극들이 서로를 향해 가리키도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 이러한 배치에서, 잠금 플런저의 위치 변화로 인한 자기장의 변화가 매우 양호하게 검출될 수 있다. 특히, 높은 분해능이 달성될 수 있어서, 잠금 플런저의 현재 위치가 매우 정확하게 결정될 수 있다. 이를 통해서도 차단 장치의 반응 시간이 줄어될 수 있는데, 잠금 플런저가 잠금 휠을 해제하였는지의 여부가 이미 매우 조기에 확정될 수 있기 때문이다.
또 다른 실시 형태에 따르면, 잠금 플런저는 적어도 부분적으로 사출 성형부품으로서 형성되고, 제1 자석 및 제2 자석은 잠금 플런저의 사출 성형 시 오버몰딩된다. 사출 성형 부품으로서 잠금 플런저가 형성되는 것은, 다수의 부품을 비용 효과적 방식으로 제조할 수 있다는 이점을 제공한다. 이때 잠금 플런저가 필요한 강도를 갖도록 하기 위해 강 인서트가 제공될 수 있다. 2개의 마킹부가 자석들로 형성된 경우, 2개의 자석들이 잠금 밸브의 제조 이후 비로소 자성화되어, 2개의 자석들이 사출 성형 공구 내에 삽입될 때 자석들의 정렬을 고려하지 않아도 된다.
또 다른 실시 형태는, 위치 결정 장치가 온도 측정 장치를 포함하는 것으로 특징지워진다. 차단 장치가 전기 기계식 구동 브레이크의 브레이크 디스크 근방에 배치되므로, 자동차의 구동 중에 높은 온도 편차가 발생할 수 있다. 온도 측정 장치를 이용하여, 잠금 플런저의 위치 결정에 미치는 온도의 영향이 고려되고 제거될 수 있다.
발전된 실시 형태에서, 이동 장치는 직류 모터를 포함한다. 직류 모터는 매우 비용 효과적이어서, 이 실시 형태에서 차단 장치는 낮은 재정적 비용으로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 형성예는 자동차를 위한 전기 기계식 구동 브레이크에 관한 것으로, 이러한 전기 기계식 구동 브레이크는 자동차의 휠을 제동 감속하기 위한 제동 유닛, 휠을 제동 감속시킬 수 있는 제동 모멘트를 제공하기 위한 구동 유닛, 구동 유닛과 연동하는 구동계로서, 이러한 구동계를 이용하여 제동 유닛의 작동을 위한 제동 모멘트가 제동 유닛에 전달될 수 있는 것인, 구동계, 및 전술한 실시 형태들 중 하나에 따르는 차단 장치를 포함한다. 본 제안에 따르는 전기 기계식 구동 브레이크를 이용하여 달성될 수 있는 기술적 효과 및 이점은, 당해 차단 장치를 위해 설명된 바에 부합한다. 요약하자면, 잠금 플런저의 위치가 연속적으로 결정될 수 있다는 사실에 기초하여 잠금 플런저가 잠금 휠을 차단 또는 해제하는 여부에 관한 정보가 언제든 존재한다는 것에 대해 주목해야 한다. 전기 기계식 구동 브레이크는 감소한 반응 시간으로 구동될 수 있고, 이는 특히 시동 시 향상된 주행 편의성으로 나타난다.
다른 형성예에서, 전기 기계식 구동 브레이크가 구동 유닛을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하고, 위치 결정 장치가 이러한 제어 유닛과 연동하는 것이 고려된다. 위치 결정 장치와 연동하는 제어 유닛을 사용하면, 잠금 플런저의 위치에 관한 정보를 다양한 목적을 위해 사용할 수 있다. 예컨대, 자동차가 오랜 시간 동안 정지해 있으나, 차단 장치는 작동되지 않았던 것을, 제어 유닛이 확정할 때, 제어 유닛은 차단 장치의 자동 활성화를 수행할 수 있다. 이는 예컨대 사고로 인한 비상 제동 이후 운전자가 무력한 상태이고 차단 장치가 스스로 더 이상 작동할 수 없는 경우일 수 있다. 이를 통해, 비상 제동이 수행된 후 자동차가 제어되지 않은 상태에서 롤 어웨이(roll away)되는 것이 방지된다.
더 발전된 형성예에서는, 제어 유닛 및 위치 결정 장치가, 잠금 플런저의 위치 결정이 제1 상태 및 제2 상태를 참조로 수행되도록 구성된다. 제1 상태는 예컨대 잠금 플런저가 잠금 휠을 차단하는 잠금 플런저의 위치들을 나타내고, 제2 상태는 잠금 플런저가 잠금 휠을 해제하는 잠금 플런저의 위치들을 나타낸다. 이 형성예에서는, 잠금 플런저의 각 위치를 위해 수치 값을 산출하는 것이 필요하지 않고, 잠금 플런저가 잠금 휠을 차단 또는 해제하는 것에 관한 정보를 수득하는 것으로 충분하다. 이로써 필요한 데이터량은 감소하고, 기능 저하를 야기하지도 않는다. 위치 결정 장치는 간단하고 따라서 비용 효과적인 구성 요소들을 구비할 수 있다. 또한, 소프트웨어는 간단하게 유지될 수 있다. 적은 데이터량으로 인하여 위치 결정 장치의 신호들을 평가하기 위해 필요한 계산 용량도 마찬가지로 낮고, 또한 위치 결정 장치의 신호들은 신속하게 평가될 수 있으며, 이는 마찬가지로 본 제안에 따르는 전기 기계식 구동 브레이크의 반응 시간 감소를 위해 기여한다.
본 발명의 일 형성예는 전술한 형성예들 중 하나에 따르는 전기 기계식 구동 브레이크를 포함하는 자동차에 관한 것이다. 본 제안에 따르는 전기 기계식 구동 브레이크를 이용하여 달성될 수 있는 기술적 효과 및 이점은 당해 차단 장치를 위해 설명된 바에 부합한다. 요약하자면, 잠금 플런저의 위치가 연속적으로 결정될 수 있다는 사실에 기초하여 잠금 플런자가 잠금 휠을 차단 또는 해제하였는지의 여부에 관한 정보가 언제든 존재한다는 것에 주목해야 한다. 전기 기계식 구동 브레이크는 감소한 반응 시간으로 구동될 수 있고, 이는 특히 시동 시 향상된 편의성으로 나타난다.
본 발명의 예시적 실시 형태들은 이하에서 첨부된 도면들을 참조로 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따르는 차단 장치를 갖는 전기 기계식 구동 브레이크를 포함하는 자동차를 도시한 원리적 평면도이다.
도 2a는 차단 장치가 제1 위치에 있을 때, 본 발명에 따르는 차단 장치의 일 실시 형태를 도시한 원리도이다.
도 2b는 제1 위치에서 얻어지는 자기장의 세기로 특징지워지는, 거리에 따른 자기장의 세기 변화를 도시한 원리도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 차단 장치가 중간 위치에 있을 때를 도시한 원리도이다.
도 3b는 중간 위치에서 얻어지는 자기장의 세기로 특징지워지는, 거리에 따르는 자기장의 세기 변화를 도시한 원리도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 차단 장치가 제2 위치에 있을 때를 도시한 원리도이다.
도 4b는 제2 위치에서 얻어지는 자기장의 세기로 특징지워지는, 거리에 따르는 자기장의 세기 변화를 도시한 원리도이다.
도 5는 위치 결정 장치의 일 실시 형태를 도시한 별도의 원리도이다.
도 1은 본 발명에 따르는 전기 기계식 구동 브레이크(12)를 포함하는 자동차(10)를 도시한 원리적 평면도이다. 전기 기계식 구동 브레이크(12)는 예컨대 구동계(18)와 연동하는 전기 모터(16)를 구비할 수 있는 구동 유닛(14)을 포함한다. 구동계(18)는 이 경우 구동 샤프트(20)를 포함하고, 구동 샤프트는 제1 스퍼 기어(22)와 회전 안정적으로 연결된다. 제1 스퍼 기어(22)는 제2 스퍼 기어(24)와 교합식으로 맞물리고, 제2 스퍼 기어는 다시 제3 스퍼 기어(26)와 교합식으로 맞물린다. 구동 샤프트(20) 및 제1 스퍼 기어(22)는 제1 회전 축(T1) 둘레에서 회전하고, 제2 스퍼 기어(24) 및 제3 스퍼 기어(26)는 제2 회전 축(T2) 또는 제3 회전 축(T3) 둘레에서 회전하고, 제2 및 제3 회전축은 제1 회전 축(T1)에 대해 실질적으로 평행하다. 제3 스퍼 기어(26)는 스핀들(28)과 회전 안정적으로 연결되고, 스핀들은 스핀들 슬리브(30)와 교합식으로 맞물려 있다. 스핀들 슬리브(30)는 제동 유닛(32)과 연동하고, 제동 유닛은 이 경우 미도시된 브레이크 캘리퍼를 포함하고, 브레이크 캘리퍼를 이용하여 제1 브레이크 라이닝(34) 및 제2 브레이크 라이닝(36)이 제3 회전 축(T3)을 따라 이동 가능하다. 제1 브레이크 라이닝(34)과 제2 브레이크 라이닝(36) 사이에 브레이크 디스크(38)가 배치되고, 브레이크 디스크는 자동차(10)의 휠(40)과 회전 안정적으로 연결된다.
전기 모터(16)는 제어 유닛(42)과 연결되고, 제어 유닛을 이용하여 전기 모터(16)가 활성화될 수 있다. 활성화는 자동차(10)의 운전자의 요청에 따라 또는 각 주행 상황을 참조하여 자동으로 수행될 수 있다. 또한, 구동 브레이크(12)는 온도 측정 장치(44)를 포함하고, 온도 측정 장치의 기능에 관하여 이후 더 설명된다.
전기 모터(16)가 활성화되면, 전기 모터는 구동 샤프트(20) 및 제1 스퍼 기어(22)를 제1 방향으로 회전시킨다. 이러한 회전은 제2 스퍼 기어(24)를 통하여 제3 스퍼 기어(26)에 전달되고, 따라서 스핀들(28)에 전달된다. 스핀들(28)의 회전 동작은 제3 회전축(T3)을 따라 지향되는 스핀들 슬리브(30)의 축방향 이동으로 변환된다. 이러한 축 방향 이동은 제1 브레이크 라이닝(34)에 전달된다. 제1 브레이크 라이닝(34)의 축 방향 이동은 브레이크 캘리퍼를 이용하여 제2 브레이크 라이닝(36)에 전달되되, 이러한 제2 브레이크 라이닝이 제1 브레이크 라이닝(34)과 반대 방향으로 축 방향 이동을 하도록 전달된다.
도 1에서는 2개의 브레이크 라이닝(34, 36) 및 제동 디스크(38) 사이에 간격이 존재하여, 제동 디스크(38)가 방해받지 않은 상태로 회전할 수 있다. 따라서, 휠(40) 및 이로 인하여 자동차(10)는 제동되지 않는다. 전기 모터(16)의 해당 활성화 시, 양쪽의 브레이크 라이닝(34, 36)은 제동 디스크(38) 쪽으로 이동하는데, 브레이크 라이닝들이 제동 디스크(38)에 인접하고, 이러한 제동 디스크 쪽으로 가압되도록 이동한다. 이를 통해 작용하는 마찰로 인하여, 제동 디스크(38) 및 이로 인하여 자동차(10)의 휠(40)은 제동 감속된다.
또한, 잠금 휠(46)은 전기 모터(16)의 구동 샤프트(20)와 회전 안정적으로 연결된다. 이러한 잠금 휠(46)과 차단 장치(48)가 연동하고, 차단 장치는 자동차(10)가 정지할 때 활성화될 수 있다. 차단 장치(48)는 잠금 플런저(50)를 포함하고, 잠금 플런저는 이동 장치(52)를 이용하여 이동 축(A)을 따라 이동할 수 있다. 이를 위해 이동 장치(52)는 이 경우 직류 모터(56)로서 형성된 구동 모터(54)를 포함한다. 도시된 예에서, 이동 축(A)은 제1 회전 축(T1)에 대해 대략적으로 수직으로 진행하나, 이때 특히 평행한 진행과 같이 다른 진행선도 고려할 수 있다. 이동 장치(52)는 잠금 플런저(50)가 잠금 휠(46)을 해제하는 제1 위치(도 2a 참조) 및 잠금 플런저(50)가 차단 기능을 하도록 잠금 휠(46) 내에 맞물려 들어가는 제2 위치(도 4a) 사이에서 잠금 플런저(50)를 이동시킬 수 있고, 잠금 플런저(50)는 중간 위치들을 점유할 수 있는데, 이러한 중간 위치들 중 하나는 도 3a에 도시되어 있다. 잠금 플런저(50)가 잠금 휠(46) 안으로 맞물려 들어가면, 잠금 휠(46)은 더 이상 회전할 수 없다. 잠금 휠(46)이 회전 안정적으로 구동 샤프트(20)와 연결되어 있는 사실에 기초하여, 2개의 브레이크 라이닝들(34, 36)은 더 이상 이동할 수 없다.
자동차(10)를 정지시키기 위해, 우선 해당 제동 유닛(32)은, 2개의 브레이크 라이닝(34, 36)이 제동 디스크(38)에 인접하지 않는 경우에, 이 브레이크 라이닝들이 제동 디스크에 인접하도록 제어된다. 자동차(10)의 정지 상태에서, 제어 유닛(42)은 자동으로 또는 운전자의 요청에 따라 이동 장치(52)를 작동시킴으로써, 잠금 플런저(50)가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하고, 따라서 잠금 휠(46) 안으로 맞물려 들어간다. 이후, 양쪽의 브레이크 라이닝들(34, 36)이 이동할 수 없는 상태에서, 전체 구동 브레이크(12)는 전원 연결이 끊길 수 있다. 따라서 자동차(10)는 구동 브레이크(12)가 전류를 공급받았는지의 여부와 상관없이 정지된다.
차단 장치(48)를 해제하기 위해, 차단 장치는 제어 유닛(42)으로부터 반대 방식으로 작동됨으로써, 잠금 플런저(50)가 제2 위치로부터 제1 위치로 이동한다. 제1 위치에서 잠금 플런저(50)이 잠금 휠(46)을 해제함으로써, 잠금 휠은 다시 제1 회전 축(T1) 둘레에서 이동할 수 있다. 그 결과, 또한 구동 샤프트(20) 및 이로 인하여 제1 스퍼 기어(22), 제2 스퍼 기어(24), 제3 스퍼 기어(26) 및 스핀들(28)도 회전할 수 있어서, 브레이크 라이닝들(34, 36)도 마찬가지로 축 방향으로 이동할 수 있다. 자동차(10)는 이제 다시 이동할 수 있다.
본 발명에 따르는 차단 장치(48)는 위치 결정 장치(58)를 포함하고, 이 위치 결정 장치를 이용하여 잠금 플런저(50)의 위치가 결정될 수 있다. 잠금 플런저(50)의 위치 관련 정보는 제어 유닛(42)에 전송된다.
도 2a에는 본 발명에 따르는 차단 장치(48)의 일 실시예의 원리도가 도시되어 있다. 이동 장치(52)는 웜(worm)(60)을 포함하고, 웜은 직류 모터(56)의 종동 샤프트(62)와 회전 안정적으로 연결된다. 웜(60)은 스핀들 너트(64)와 교합식으로 맞물려 있고, 스핀들 너트는 내부 나사산(66)을 가지며, 이러한 내부 나사산은 축 방향으로 이동 가능하게 지지되는 조정 슬리브(68)의 외부 나사산과 맞물린다. 잠금 플런저(50)는 고정부(69)를 이용하여 축 방향으로 이동 가능하게 조정 슬리브(68)와 연결된다. 또한, 잠금 플런저(50)는 수 개의 스프링(72)을 포함할 수 있는 프리텐셔너(70)를 이용하여 프리텐션된다.
직류 모터(56)가 활성화되면, 웜(60)의 회전은 스핀들 너트(64)에 전달되고, 스핀들 너트(64)의 회전은 이동 축(A)을 따르는 조정 슬리브(68)의 이동을 야기한다. 조정 슬리브(68)의 축 방향 이동은 잠금 플런저(50)에 전달됨으로써, 잠금 플런저는 이동 축(A)을 따라 잠금 휠(46)로 이동하거나 잠금 휠(46)로부터 멀어지며 이동하고, 잠금 휠은 이 경우 래칫 휠(ratchet wheel)(74)로 형성된다. 고정부(69) 및 프리텐셔너(70)는, 잠금 플런저(50)에 이례적인 힘이 작용하지 않는 한, 조정 슬리브(68) 및 잠금 플런저(50)가 동시에 이동 축(A)을 따라 이동하도록 구성되고, 이에 대해 이후 더 정확하게 설명된다.
도시된 실시예에서, 잠금 플런저(50)는 제1 마킹 표면(761) 및 제2 마킹 표면(762)을 포함하고, 이러한 마킹 표면들은 이동 축(A)에 대해 수직으로 연장된다. 또한, 잠금 플런저(50)는 제1 마킹부(751) 및 제2 마킹부(752)를 포함하고, 이러한 마킹부들은 이 경우 제1 자석(781) 또는 제2 자석(782)으로 형성된다. 제1 자석(781) 및 제2 자석(782)은, 이들이 제1 마킹 표면(761) 및 제2 마킹 표면(762)을 통해 위치 결정 장치(58)와 연동하도록 배치되고, 이러한 위치 결정 장치는 제1 및 제2 마킹 표면(761, 762) 사이에 배치된다. 제1 자석(781) 및 제2 자석(782)은, 2개의 자석들(781, 782)의 동일 극들, 이 경우 N 극들(N)이 서로를 향해 가리키도록 정렬된다. 잠금 플런저(50)는 적어도 부분적으로 사출 성형 공정으로 제조될 수 있다. 2개의 자석들(781, 782)은 오버몰딩될 수 있다. 이때, 2개의 자석들(781, 782)은 잠금 플런저(50)의 제조 후에 비로소 자성화되어, 2개의 자석들이 사출 성형 공구 내에 삽입 시 자석들(781, 782)의 정렬을 고려하지 않아도 된다.
도시된 실시예에서, 제1 및 제2 마킹 표면(761, 762)은 잠금 플런저(50)의 리세스(80)의 일부를 형성한다.
도시된 실시예에서, 위치 결정 장치(58)는 홀 센서(82), 이 경우 2D 홀 센서(84)를 포함하고, 이 홀 센서를 이용하여 2개의 자석(781, 782) 사이에 형성되는 자기장이 측정될 수 있다. 특히, 자기장의 세기 변화가 기록될 수 있다. 홀 센서(82)는 잠금 플런저(50)와 관련하여 위치 고정적으로 배치된다.
도 2b에는 2D 홀 센서(84)에 대한 2개의 자석들의 거리(D)에 따라 형성되는 자기장의 세기(B)가 도시되어 있다. 잠금 플런저(50)가 도 2a에 도시된 제1 위치를 점유하면, 제2 자석(782)은 2D 홀 센서(84)에 비교적 근접하게 위치함으로써, 원으로 표시되는 자기장의 세기(B)가 이 위치에서 비교적 크다.
잠금 플런저(50)가 직류 모터(56)의 활성화로 인하여 제1 위치로부터 잠금 휠(46) 쪽을 향하여 도 3a에 도시된 중간 위치로 이동하면, 2D 홀 센서(84)와 제2 자석(782) 사이의 거리(D)가 증대된다. 따라서, 2D 홀 센서(84)에 의해 기록되는 자기장의 세기(B)가 감소한다. 잠금 플런저(50)가 더 잠금 휠(46)의 방향으로 도 4a에 도시된 제2 위치에 세워지면, 홀 센서(82)와 제2 자석(782) 사이의 간격은 더 증가하나, 동시에 제1 자석(781)에 대한 간격은 감소하므로, 홀 센서(82)에 의해 기록되는 자기장의 세기(B)는 다시 증가한다.
결과적으로, 거리(D)에 대한 자기장의 세기(B)의 U 형 흐름이 도출된다. 도 2b, 3b, 4b에서는, 제1 자석(781) 및 제2 자석(782)에 대한 위치 결정 장치(58)의 간격에 대하여 자기장의 세기 흐름이 3개의 구간으로 나눠지는 것을 알 수 있다. 좌측 부분에는 상태 "1", 중간 부분에는 상태 "0", 우측 부분에는 다시 상태 "1"이 배정된다. 2D 홀 센서(84)는 교시 루틴(Teaching-Routine)에서, 자기장의 세기가 선택 가능한 임계값을 초과하는 경우에 2D 홀 센서가 상태 "1"을 제어 유닛(42)에 전송하고, 자기장의 세기가 임계값에 미달하는 경우 상태 "0"을 제어 유닛(42)에 전송하도록 설정된다. 따라서 잠금 플런저(50)의 위치는 2개의 상태만을 참조로 결정된다. 따라서, 자기장의 세기(B)에 대한 절대값, 자기장(B)의 변화에 대한 값 또는 유사한 수치를 산출하는 것이 필요하지 않다. 이를 통해 전송할 데이터량은 적게 유지되고, 2개의 전기적 연결부(86)로 작동하여(도 5 참조) 간단하게 구성된 2D 홀 센서(84)의 사용에 의해 배선 비용도 낮게 유지된다.
구간들은 2D 홀 센서(84)가 상태 "1"을 산출한 경우 잠금 플런저(50)가 명확하게 잠금 휠(46) 내에 맞물려 들어감으로써 제동 유닛(32)을 차단하거나 잠금 플런저(50)가 명확하게 잠금 휠(46)을 해제하도록 선택된다. 2D 홀 센서(84)가 상태 "0"을 산출한 경우, 잠금 플런저(50)가 잠금 휠(46) 내에 맞물려 들어가거나 해제하는지의 여부가 명확하게 산출될 수 없다.
2D 홀 센서(84)가 상태 "1"을 산출한 경우에 잠금 플런저(50)가 잠금 휠(46) 안으로 맞물려 들어가거나 잠금 플런저(50)가 잠금 휠(46)을 해제하는지의 여부를 정확하게 알 수 있기 위해, 다음의 추가적 정보가 사용될 수 있다: 잠금 플런저(50)를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키기 위해, 직류 모터(56)가 종동 샤프트(62)를 제1 방향으로 회전시켜야 하는 반면, 잠금 플런저(50)를 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키기 위해 직류 모터(56)는, 종동 샤프트(62)가 반대 방향인 제2 방향으로 회전하도록 구동되어야 한다. 따라서 직류 모터가 예컨대 제1 방향으로 회전하면, 잠금 플런저(50)가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동한다. 직류 모터(56)가 회전하는 방향은 제어 유닛(42)이 인식하고 있으므로, 제어 유닛은 우선적으로 동일한 2개의 상태들 "1"을 구분할 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 우선 교시 루틴이 진행된다. 이때 계수기는 예컨대 제1 위치에서 시작할 수 있고, 계수기는 상태 "1"이 어떤 횟수로 산출되었는지를 산출한다. 짝수의 계수기 상태들에는 예컨대 잠금 휠(46)의 해제가 배정될 수 있고, 홀수의 계수기 상태들에는 잠금 휠(46)의 차단이 배정될 수 있다.
특히 도 3a로부터 유추되는 바와 같이, 실질적으로 평편하며 이 경우 4개인 잠금 표면들(88) 중 하나의 잠금 표면이 이동 축(A)에 대해 평행하게 연장되면, 잠금 휠(46)이 이상적 위치에 있는데, 잠금 플런저(50)는 잠금 휠(46)의 차단을 위해 이러한 잠금 표면들과 연동한다. 마찬가지로 예컨대 도 3a로부터 유추할 수 있는 바와 같이, 2개의 인접한 잠금 표면들(88) 사이에 아치형 잠금 휠 표면(90)이 연장된다. 제어 유닛(42)이 직류 모터(56)만 제어하는 것이 아니라, 구동 브레이크(12)의 전기 모터(16)도 제어하므로, 제어 유닛(42)은 제동 유닛(32)의 고정이 시작되기 전에 잠금 휠(46)을 도 3a, 3a, 4a에 도시된 이상적 위치에 세울 수 있어서, 잠금 플런저(50)는 이러한 도면들에 도시된 바와 같이 최적으로 잠금 표면들(88) 위로 주행하여 잠금 휠(46) 안으로 맞물려 들어갈 수 있다. 아치형 잠금 휠 표면들(90)로 인하여, 이상적 위치로부터의 특정한 오차가 허용될 수 있다. 그러나 잠금 휠(46)이 도 2a, 3a, 4a에 도시된 이상적 위치와 관련하여 수 도만큼 더욱 우측으로 회전하여 세워지면, 잠금 플런저(50)는 잠금 표면(88)에 직접적으로 인접하여 배치되는 아치형 잠금 휠 표면(90)의 부분에 맞닿는다. 이 경우, 프리텐셔너(70)의 스프링들(72)이 압축됨으로써, 잠금 플런저(50) 및 잠금 휠(46)이 손상되지 않는다. 잠금 플런저(50)는 대략적으로 도 3a에 도시된 중간 위치에 선 채로 유지되며, 제2 위치에 도달하지 않는다. 서두에 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르는 차단 장치(48)는 0.3초 이하의 반응 시간을 포함한다. 제어 유닛(42)이, 2D 홀 센서(84)로부터 상태 "1" 로부터 상태 "0"으로 바뀌었으나, 반응 시간 내에 다시 상태 "1"로 바뀌지 않았음을 기록하면, 이는 장애로 해석될 수 있고, 이러한 장애는 이상적 위치와 오차가 있는 잠금 휠(46)의 위치를 암시한다. 이 경우, 직류 모터(56)는 제어 유닛(42)에 의해 구동되되, 잠금 플런저(50)가 다시 제1 위치로 되돌아 이동하도록 구동된다. 이어서, 전기 모터(16)는 제어 유닛(42)에 의해 제어되어, 잠금 휠(46)은 약간 회전하고 잠금 플런저(50)는 원하는 바와 같이 맞물릴 수 있다. 이 경우, 전술한 짝수 및 홀수의 계수기 상태들의 배정이 업데이트될 수 있다.
손상을 방지하는 것 외에, 프리텐셔너(70)는 다음의 추가적 기능을 더 포함한다: 특히, 차단 장치(48)가 자동차(10)의 장시간 주행 후 활성화되면, 구동 브레이크(12)는 브레이크 디스크(38)에 작용하는 마찰로 인하여 심하게 가열되었을 수 있다. 자동차(10)의 정지 상태에서, 구동 브레이크(12)는 다시 냉각됨으로써, 설정 모드가 발생할 수 있다. 프리텐셔너(70)에 의해 가해지는 프리텐션 힘으로 인하여, 잠금 휠(46) 내에서 잠금 플런저(50)의 맞물림이 중지되는 것이 방지된다.
온도 측정 장치(44)는 마찬가지로 강한 온도 편차로 인하여 고려된다. 온도는 2D 홀 센서(84)로부터 산출된 데이터에 영향을 미칠 수 있고, 온도의 영향은 온도 측정 장치(44)를 이용하여 제거될 수 있다.
도 5에는 2D 홀 센서(84)가 단독적으로 도시되어 있다. 이러한 홀 센서가 2개의 전기적 연결부(86)로 작동하고 표시된 측면을 포함하는 것을 알 수 있다.
10 자동차 12 구동 브레이크
14 구동 유닛 16 전기 모터
18 구동계 20 구동 샤프트
22 제1 스퍼 기어 24 제2 스퍼 기어
26 제3 스퍼 기어 28 스핀들
30 스핀들 슬리브 32 제동 유닛
34 제1 브레이크 라이닝 36 제2 브레이크 라이닝
38 브레이크 디스크 40 휠
42 제어 유닛 44 온도 측정 장치
46 잠금 휠 48 차단 장치
50 잠금 플런저 52 이동 장치
54 구동 모터 56 직류 모터
58 위치 결정 장치 60 웜
62 구동 샤프트 64 스핀들 너트
66 내부 나사산 68 조정 슬리브
69 고정부 70 프리텐셔너
72 스프링 74 래칫 휠
75 마킹부 751 제1 마킹부
752 제2 마킹부 76 마킹 표면
761 제1 마킹 표면 762 제2 마킹 표면
78 자석 781 제1 자석
782 제2 자석 80 리세스
82 홀 센서 84 2D 홀 센서
86 연결부 88 잠금 표면
90 잠금 휠 표면 A 이동 축
B 자기장의 세기 D 거리
N N극 S S극
T1 제1 회전축 T2 제2 회전축
T3 제3 회전축

Claims (16)

  1. 자동차(10)의 전기 기계식 구동 브레이크(12)를 위한 차단 장치로서,
    - 상기 전기 기계식 구동 브레이크(12)는 회전 축(T) 둘레에서 회전 가능하게 지지되는 잠금 휠(46)을 포함하고, 상기 잠금 휠은 동일한 회전 축(T) 둘레에서 회전 가능한 상기 전기 기계식 구동 브레이크(12)의 구동계(18)의 구동 샤프트(20)와 연결 가능하거나 연결되고, 상기 차단 장치(48)는
    - 제1 위치와 제2 위치 사이에서 축 방향으로 이동 축(A)을 따라 이동 가능한 잠금 플런저(50)로서, 상기 제1 위치에서 상기 잠금 플런저(50)는 잠금 휠(46)을 해제하고, 상기 제2 위치에서 상기 잠금 플런저(50)는 차단을 위해 상기 잠금 휠(46) 안으로 맞물려 들어가는 것인, 잠금 플런저(50),
    - 상기 이동 축(A)을 따르는 상기 잠금 플런저(50)의 이동을 위한 이동 장치(52), 및
    - 상기 잠금 플런저(50)의 위치를 결정하기 위한 위치 결정 장치(58)를 포함하는 것인, 차단 장치.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 잠금 플런저(50)는 적어도 하나의 마킹부(75)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 마킹부는 상기 잠금 플런저(50)의 위치를 결정하기 위한 상기 위치 결정 장치(58)와 연동하는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  3. 청구항 2 에 있어서,
    상기 잠금 플런저(50)는 이동 방향에 대해 수직으로 연장되는 적어도 하나의 마킹 표면(76)을 포함하고, 상기 마킹 표면을 통해 상기 마킹부(75)가 상기 위치 결정 장치(58)와 연동하는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  4. 청구항 3 에 있어서,
    상기 잠금 플런저(50)는 서로 평행하게 연장되는 2개의 마킹 표면(761, 762)을 포함하고, 상기 제1 마킹 표면(761)에는 제1 마킹부(75)가 배정되고, 상기 제2 마킹 표면(762)에는 제2 마킹부(75)가 배정되는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  5. 청구항 4 에 있어서,
    상기 위치 결정 장치(58)는 적어도 부분적으로 2개의 마킹 표면(761, 762) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  6. 청구항 6 또는 청구항 7 에 있어서,
    상기 제1 마킹부(75)는 제1 자석(781)으로 형성되고, 상기 제2 마킹부(75)는 제2 자석(782)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 위치 결정 장치(58)는 홀 센서(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  8. 청구항 7 에 있어서,
    상기 홀 센서(82)는 2D 홀 센서(84)로 형성되는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  9. 청구항 8 에 있어서,
    상기 제1 자석(781) 및 상기 제2 자석(782)은 이들의 동일한 극이 서로를 향g해 가리키도록 상기 잠금 플런저(50) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9 에 있어서,
    상기 잠금 플런저(50)는 적어도 부분적으로 사출 성형 부품으로 형성되고, 상기 제1 자석(781) 및 상기 제2 자석(782)은 상기 잠금 플런저(50)의 사출 성형 시 오버몰딩되는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 결정 장치(58)는 온도 측정 장치(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 장치(52)는 직류 모터(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차단 장치.
  13. 자동차(10)를 위한 전기 기계식 구동 브레이크(12)로서,
    - 상기 자동차(10)의 휠(40)을 제동 감속하기 위한 제동 유닛(32),
    - 상기 휠(40)이 제동 감속할 수 있게 하는 제동 모멘트를 제공하기 위한 구동 유닛(14),
    - 상기 구동 유닛(14)과 연동하는 구동계(18)로서, 상기 구동계를 이용하여 상기 제동 유닛(32)을 작동시키기 위한 제동 모멘트가 상기 제동 유닛(32)에 전달될 수 있는 것인, 구동계(18),
    - 회전 축(T) 둘레에서 회전 가능하게 지지되는 잠금 휠(46)로서, 동일한 회전 축(T) 둘레에서 회전 가능한 상기 구동계(18)의 구동 샤프트(20)와 회전 안정적으로 연결되는 잠금 휠(46), 및
    - 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따르는 차단 장치(48)를 포함하는, 전기 기계식 구동 브레이크(12).
  14. 청구항 13 에 있어서,
    상기 전기 기계식 구동 브레이크(12)는 상기 구동 유닛(14)을 제어하기 위한 제어 유닛(42)을 포함하고, 상기 위치 결정 장치(58)는 상기 제어 유닛(42)과 연동하는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 구동 브레이크(12).
  15. 청구항 14 에 있어서,
    상기 제어 유닛(42) 및 상기 위치 결정 장치(58)는, 상기 잠금 플런저(50)의 위치 결정이 제1 상태 및 제2 상태를 참조로 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 기계식 구동 브레이크(12).
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 따르는 전기 기계식 구동 브레이크(12)를 포함하는 자동차(10).
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