KR20200125482A

KR20200125482A - 차량 유압 브레이크 시스템용 전기 기계식 제동압 발생기 및 전기 기계식 제동압 발생기를 포함한 차량

Info

Publication number: KR20200125482A
Application number: KR1020200048415A
Authority: KR
Inventors: 마르크 뵘; 클라우스 욀러
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-11-04
Also published as: DE102019205972A1; CN111845683A; US20200339090A1; US11420605B2

Abstract

본 발명은 차량 유압 브레이크 시스템(10)용 전기 기계식 제동압 발생기(14)에 관한 것이다. 전기 기계식 제동압 발생기(14)는 제동압 발생을 위해 구동 측 회전 운동을 병진 운동으로 변환하기 위한 하나 이상의 스크루 드라이브 어셈블리(40)를 포함한다. 이 경우, 스크루 드라이브 어셈블리(40)는, 전기 모터(38)를 통해 회전할 수 있는 스핀들 너트(60) 및 상기 스핀들 너트(60)의 나사산(68)과 상호작용하는 스핀들(64)을 포함하며, 그럼으로써 스핀들(64)은 스핀들 너트(60)의 회전에 의해 축방향으로 변위될 수 있다. 더 나아가, 스크루 드라이브 어셈블리(40)는, 스핀들 너트(60) 상에 회전 고정 방식으로 배치된 구동 기어(80)를 포함하고, 이 구동 기어를 통해 스핀들 너트(60)가 전기 모터(38)와 연결되며, 구동 기어(80)와 스핀들 너트(60)는 별도의 플라스틱 부품으로서 형성되고, 이들 플라스틱 부품은, 조립된 상태에서 스핀들 너트(60)의 회전을 위해 필요한 토크가 전달될 수 있도록 형상 결합 방식으로 상호 맞물리는 복수의 상보적 연결 구조물(92a, 92b)을 포함한다.

Description

차량 유압 브레이크 시스템용 전기 기계식 제동압 발생기 및 전기 기계식 제동압 발생기를 포함한 차량{ELECTROMECHANICAL BRAKE PRESSURE GENERATOR FOR A HYDRAULIC BRAKE SYSTEM OF A VEHICLE, AND VEHICLE COMPRISING AN ELECTROMECHANICAL BRAKE PRESUSRE GENERATOR}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부의 특징들에 따른, 차량 유압 브레이크 시스템용 전기 기계식 제동압 발생기, 그리고 청구항 제8항의 특징들에 따른, 전기 기계식 제동압 발생기를 포함한 차량에 관한 것이다. 전기 기계식 제동압 발생기는 제동압 발생을 위해 특히 구동 측 회전 운동을 병진 운동으로 변환하기 위한 스크루 드라이브 어셈블리를 포함한다.

대개 운전자의 답력(foot power)만으로는 자동차를 제동하기에 불충분하며, 그래서 자동차에는 통상 브레이크 부스터가 장착된다. 종래 브레이크 부스터들은 일반적으로 내연기관에 의해 발생하는 부압으로 작동한다. 이 경우, 운전자의 답력에 추가로 배력을 피스톤/실린더 유닛의 피스톤 로드 상으로 인가하기 위해, 엔진 압력과 주변 압력 간의 압력차가 이용된다.

향후의 자동차 구동 컨셉을 위해 대안적인 제동압 형성 장치들이 요구되는데, 그 이유는 종래의 진공 브레이크 부스터를 작동시키기 위해 부압이 더 이상 가용하지 않기 때문이다. 이를 위해, 본원에서 다루어지는 전기 기계식 제동압 발생기가 개발되었다.

이 경우, 작동력은 피스톤/실린더 유닛에서 전기 모터에 의해 생성된다. 상기 유형의 전기 기계식 제동압 발생기는 보조력을 공급하기 위해서도 사용될 뿐만 아니라, 브레이크 바이 와이어 시스템(Brake-by-Wire system)에서는 작동력의 단독 공급을 위해서도 사용될 수 있다. 그러므로 전기 기계식 제동압 발생기는 특히 자율 주행과 관련하여 바람직하다.

WO 2017/045804 A1호로부터는, 도 1에 도시되어 있는 종래의 전기 기계식 브레이크 부스터가 공지되어 있다. 이와 달리, 본 발명은 브레이크 페달의 작동과 무관하게 제동력을 인가할 수 있는 전기 기계식 제동압 발생기를 대상으로 한다. 종래 공지된 브레이크 부스터(1)는 스핀들 너트(2)와, 스퍼기어(3)를 통해 스핀들 너트(2)가 회전될 수 있도록 하는 (미도시된) 전기 모터를 포함한다. 스핀들 너트(2)는 스핀들(4)과 작동 결합되어 있으며, 그 때문에 스핀들(4)은 회전하는 스핀들 너트(2)에 의해 자신의 스핀들 축(5)을 따라서 병진 운동 상태로 전환될 수 있다. 스핀들(4)이 스핀들 너트(2)의 회전으로 인해 함께 회전되지 않도록 하기 위해, 브레이크 부스터(1)는, 스핀들(4)과 고정 연결된 베어링 어셈블리(6)를 갖는다.

베어링 어셈블리(6)는 브래킷(6a)을 포함하며, 이 브래킷의 테두리들 상에는 2개의 미끄럼 베어링(6b)이 배치된다. 미끄럼 베어링들(6b)은, 스핀들 축(5)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 인장 로드들(7) 상에서 작동한다. 이런 베어링 어셈블리(6)를 통해 스핀들(4)은 축방향으로 움직일 수 있고, 비틀림 방지된다.

본 발명의 과제는, 더 간단하게 그리고 더 경제적으로 제조될 수 있는, 스크루 드라이브 어셈블리를 구비한 전기 기계식 제동압 발생기를 제시하는 것이다.

상기 과제는, 청구항 제1항의 특징들을 갖는, 유압 브레이크 시스템을 위한 전기 기계식 제동압 발생기를 통해 해결된다. 각각 인용된 종속 청구항들에는 본 발명의 바람직한 개선예들이 재현되어 있다.

본 발명은 차량 유압 브레이크 시스템용 전기 기계식 제동압 발생기를 제시한다. 이 전기 기계식 제동압 발생기는 제동압 발생을 위해 구동 측 회전 운동을 병진 운동으로 변환하기 위한 하나 이상의 스크루 드라이브 어셈블리를 포함한다. 이 경우, 스크루 드라이브 어셈블리는, 전기 모터를 통해 회전될 수 있는 스핀들 너트와, 이 스핀들 너트의 나사산과 상호작용하는 스핀들을 포함하며, 그럼으로써 스핀들이 스핀들 너트의 회전에 의해 축방향으로 변위될 수 있다.

본 발명의 범주에서는, 스핀들 너트가 스핀들과 직접 접촉되어 있는 순수 스핀들 드라이브뿐만 아니라 볼 스크루 드라이브도 스크루 드라이브 어셈블리로서 간주된다. 볼 스크루 드라이브는, 스핀들과 스핀들 너트 사이에 삽입되어 있는 볼들을 구비한 웜 기어(worm gear)이다. 상기 두 부품은 각각 하나의 나선형 그루브(groove)를 가지며, 함께 볼들로 채워진 나선형 튜브를 형성한다. 나사산 내에서 나선(helix)에 대해 횡방향으로의 형상 결합식 연결은 순수 스핀들 드라이브의 경우에서처럼 나사산 홈(thread groove)과 나사산 벽(thread wall) 사이에서 실시되는 것이 아니라, 볼들을 통해 실시된다.

더 나아가, 스크루 드라이브 어셈블리는, 스핀들 너트 상에 회전 고정 방식으로 배치된 구동 기어를 포함하고, 이 구동 기어를 통해 스핀들 너트가 전기 모터와 연결되며, 구동 기어와 스핀들 너트는 별도의 플라스틱 부품들로서 형성되고, 이들 플라스틱 부품은, 스핀들 너트의 회전을 위해 필요한 토크 및 선택적으로는 힘도 적어도 하나의 축방향으로 전달될 수 있도록, 형상 결합 방식으로 서로 맞물리는 복수의 상보적 연결 구조물을 포함한다. 힘의 전달은, 경우에 따라 예컨대 상응하는 축방향 힘 성분을 갖는 헬리컬 구동 기어들에서만 주목할 만하다.

구동 기어와 스핀들 너트의 별도 배치를 통해, 조립 동안 구동 기어보다 먼저 장착되어야 하는 추가 부품들이 설치될 수 있다. 그에 상응하게, 구동 기어와 스핀들 너트는 회전 고정 방식으로 상호 연결되어야 한다. 회전 고정식 배치란, 배치된 부품들 상호 간에 상대적인 비틀림이 발생하지 않음을 의미한다. 그렇게 하여, 스핀들 너트는 구동 기어를 통해 회전될 수 있다. 마찬가지로 구동 기어는 축방향으로 움직일 수 없어야 한다. 그러므로 구동 기어는 바람직하게 스핀들 너트 상에 축방향으로 고정된다.

따라서, 회전 고정식 연결을 위해 연결 구조물들이 이용된다. 이 경우, 연결 구조물이란, 2개 이상의 부품을 연결하도록 형성된, 상기 부품들을 연결하는 데 필요한, 상기 부품들의 성형부(shaping)를 의미한다. 이 경우, 연결 구조물들은, 형상 결합식 연결이 형성되는 데 이용되는 모든 형태를 가질 수 있다. 특히 연결 구조물의 형태 및 개수는, 스핀들 너트의 회전을 위해 필요한 토크가 전달될 수 있도록 선택된다.

플라스틱 부품들의 이용은, 상기 플라스틱 부품들이 사출 성형 방법으로 간단하게 제조될 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상기 부품들은 더 경량이며, 플라스틱의 낮은 가격으로 인해 더 이득이다. 그럼으로써, 상기 전기 기계식 제동압 발생기는 더 간단하게 그리고 더 경제적으로 제조될 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 구동 기어는 일측 스핀들 너트 단부에 배치된다. 이 경우, 상기 스핀들 너트 단부는 스핀들 너트의 바깥쪽 축방향 영역을 지칭한다. 이는 구동 기어가 스핀들 너트 단부에서부터 스핀들 너트 상에 간단히 조립될 수 있게 한다. 그에 추가로, 예컨대 리세스들이 스핀들 너트 단부에서부터 더 간단하게 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 연결 구조물들은 형상 결합 방식으로 상호 맞물리는 리세스들과 돌출부들에 의해 형성된다. 본 발명의 문맥에서 리세스는, 연결 구조물을 형성하기 위한, 통상적인 바디의 형상과는 다른 재료 공동들이다. 이 경우, 리세스들은, 부품 깊이의 부분 영역에만 형성될 수도 있고, 전체 부품 깊이를 관통할 수도 있다.

그에 상응하게 돌출부는, 연결 구조물을 형성하기 위해 통상적인 바디의 형상으로부터 돌출되는 부품의 요소이다. 돌출부는 그에 상응하게 형상 결합 방식으로 리세스 내에 끼워 맞춤된다. 따라서 리세스와 돌출부 간의 형상 결합식 연결이 형성될 수 있으며, 그럼으로써 충분한 토크가 전달될 수 있다.

바람직하게 리세스들은 스핀들 너트의 측에 배치된다. 그렇게 하여, 스핀들 너트로부터 어떠한 부분도 돌출되지 않으며, 그럼으로써 예컨대 베어링과 같은 부품이 구동 기어의 조립 이전에 더 간단하게 장착될 수 있다. 리세스 영역들은 특히 리세스들 사이에 배치된 영역들보다 더 작다. 그로 인해, 특히 리세스들 사이에 배치된 영역들의 충분한 파지력이 보장될 수 있다.

한 바람직한 개선예에서, 돌출부들은 직사각형 횡단면을 갖는다. 횡단면이 직사각형인 경우, 돌출부들은 길이에 걸쳐 일정한 두께를 갖는다. 그렇게 하여, 언더컷(undercut)이 불필요한 돌출부들의 제조가 가능해진다. 이는 상기 돌출부들의 간단하면서도 경제적인 제조를 가능케 한다.

구동 기어는 바람직하게 고온 코킹(hot caulking)을 통해 스핀들 너트 상에 축방향으로 고정된다. 고온 코킹은, 영구적인 형상 결합식, 강제 끼워 맞춤식 및 부분적으로는 그 밖에도 재료 결합식 연결을 제공하는 제조 방법이다. 고온 코킹의 경우, 힘과 열의 적용 하에 플라스틱이 용융되어 성형된다. 바람직하게는 열가소성 플라스틱들이 고온 코킹된다.

상기 연결 기술은, 부품들 상호 간의 고정 외에도, 추가로 개별 부품들 간의 힘 및/또는 토크의 전달을 가능하게 한다. 그에 상응하게, 구동 기어는 강제 끼워 맞춤 방식으로 스핀들 너트 상에 축방향으로 고정된다.

바람직하게, 스핀들 너트와 구동 기어는 서로 상이한 플라스틱으로 형성된다. 그렇게 하여, 구동 기어 및 스핀들 너트를 위해, 플라스틱의 상이한 기능들 및 그로 인해 요구되는 특성들에 대해 최적으로 설계된 플라스틱이 선택될 수 있다. 바람직하게 예컨대 폴리아미드(PA), 폴리옥시메틸렌(POM) 및/또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 열가소성 플라스틱이 사용된다. 그 대안으로, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE) 및/또는 폴리프로필렌(PP)도 사용될 수 있다.

더 나아가, 본 발명은 유압 브레이크 시스템을 위한 전기 기계식 제동압 발생기를 포함하는 차량도 제시한다. 이러한 차량을 통해 전기 기계식 제동압 발생기에 대해 언급한 장점들이 달성될 수 있다. 한 바람직한 실시예에서, 상기 차량은 자동화 차량 또는 완전 자율주행 차량일 수 있다.

본 발명의 실시예들은 도면에 도시되고, 하기 설명에서 더 상세하게 기술된다.

도 1은 종래 기술에 공지된 전기 기계식 브레이크 부스터를 도시한 도면이다.
도 2는 전기 기계식 제동압 발생기를 구비한 차량용 유압 브레이크 시스템의 개략도이다.
도 3은 전기 기계식 제동압 발생기의 본 발명에 따른 스크루 드라이브 어셈블리의 일 실시예를 도시한 단면 사시도이다.

도 2에는, 전기 기계식 제동압 발생기(14)를 구비한 차량용 유압 브레이크 시스템(10)의 개략도가 도시되어 있다. 유압 브레이크 시스템(10)은 전기 기계식 제동압 발생기(14)를 포함한다. 이런 제동압 발생기(14)는, 브레이크액 저장 탱크(22)를 통해 브레이크액을 공급받는 피스톤/실린더 유닛(18)을 포함한다.

피스톤/실린더 유닛(18)은 운전자에 의해 작동되는 브레이크 페달(26)을 통해 작동되며, 발생하는 브레이크 페달 트래블은 페달 트래블 센서(30)를 통해 측정되어 제어 장치(34)로 전달된다. 비록 도 2에는 원칙적으로 브레이크 부스터가 도시되어 있긴 하지만, 여기서 중요한 점은, 브레이크 페달 트래블이 페달 트래블 센서(30)를 통해 측정된다는 점이다. 또한, 제동압 발생은 브레이크 페달 트래블 없이도 가능하며, 그럼으로써 차량은 자율 주행 상태에서도 제동될 수 있다.

제어 장치(34)는 측정된 브레이크 페달 트래블을 기반으로 제동압 발생기(14)의 전기 모터(38)를 위한 제어 신호를 생성한다. 제동압 발생기(14)의 기어 장치(미도시)와 연결된 전기 모터(38)는 제어 신호에 상응하게 브레이크 페달(26)에 의해 입력된 제동력을 증폭한다. 이를 위해, 브레이크 페달(26)의 작동에 상응하게, 제동압 발생기(14) 내에 배치된 스크루 드라이브 어셈블리(40)는 전기 모터(38)를 통해 구동되며, 그럼으로써 전기 모터(38)의 회전 운동은 병진 운동으로 변환된다.

브레이크 페달(26)의 작동을 통해, 제동압 발생기(14)를 이용해서 피스톤/실린더 유닛(18) 내에 존재하는 브레이크액이 가압된다. 상기 제동압은 브레이크 라인들(42)을 경유하여 브레이크 유압 시스템(46)으로 전달된다. 여기서는 박스로서만 도시되어 있는 브레이크 유압 시스템(46)은 예컨대 전자 주행 안정 장치(ESP: electronic stability program)를 형성하기 위한 여러 밸브 및 추가 컴포넌트에 의해 형성된다. 브레이크 유압 시스템(46)은 추가로 하나 이상의 휠 브레이크 장치(50)와 연결되며, 그럼으로써 밸브들의 상응하는 회로를 통해 제동력이 휠 브레이크 장치(50)에 인가될 수 있다.

전기 기계식 제동압 발생기(14)의 본 발명에 따른 스크루 드라이브 어셈블리(40)의 일 실시예의 단면 사시도가 도 3에 도시되어 있다. 상기 스크루 드라이브 어셈블리(40)는, 스핀들(64)의 일 섹션을 에워싸는 스핀들 너트(60)를 포함한다. 스핀들(64)은 스핀들 너트(60)의 나사산(68)과 맞물린다. 더 나아가, 스크루 드라이브 어셈블리(40)는 롤링 베어링으로서 형성된 베어링(72)을 구비하며, 이 베어링은 스핀들 너트(60)를 바깥쪽에서 에워싸고, 이 베어링을 통해 스핀들 너트(60)가 지지된다.

스핀들 너트 단부(76) 상에 구동 기어(80)가 스핀들 너트(60)와 회전 고정 방식으로 연결된다. 상기 구동 기어(80)는 외접 톱니부(84)(external toothing)를 가지며, 이 외접 톱니부를 통해 구동 기어가 기어 장치(88)와 작동 연결된다. 이 경우, 기어 장치(88)는 도 2에 도시된 전기 모터(38)와 연결되며, 그럼으로써 구동 기어(80)는 기어 장치(88)를 통해 전기 모터(38)에 의해 구동될 수 있다. 구동된 구동 기어(80)를 통해 스핀들 너트(60)가 회전될 수 있다. 따라서, 스핀들 너트(60)는 전기 모터(38)를 통해 회전 운동을 하게 되고, 그럼으로써 나사산(68)과 상호작용하는 스핀들 너트(60)를 축방향으로 변위시킨다.

스핀들 너트(60)와 구동 기어(80)는 본 실시예에서 개별 플라스틱 부품들로서 형성된다. 이를 통해 구동 기어(80)는 스핀들 너트(60)와 연결되어야 한다. 그러므로 스핀들 너트(60)와 구동 기어(80)는, 상호 형상 결합 방식으로 연결될 수 있는 복수의 연결 구조물(92a, 92b)을 포함한다. 본 실시예에서, 연결 구조물들(92a, 92b)은 리세스들(92a) 및 돌출부들(92b)로서 구현되고, 이때 돌출부들(92b)이 리세스들(92a) 내에 형상 결합 방식으로 맞물린다.

본 실시예에서 리세스들(92a)은 스핀들 너트(60) 상에 배치되며, 돌출부들(92b)은 구동 기어(80) 상에 배치되고 구동 기어(80)의 내륜(96)(inner ring)으로부터 반경방향 안쪽을 향한다. 특히 돌출부들(92b)은 직사각형 횡단면을 갖는다. 스핀들 너트(60)와 구동 기어(80)를 연결할 때, 스핀들 너트 단부(76)로부터 구동 기어(80)의 돌출부들(92b)이 리세스들(92a) 내로 슬라이딩된다. 스핀들 너트(60) 상에 구동 기어(80)를 축방향으로 고정하기 위해, 스핀들 너트 단부(76)에 고온 코킹부(98)가 형성된다. 이로써 구동 기어(80)가 스핀들 너트(60)에 고정되고, 그럼으로써 스핀들 너트(60)의 회전을 위한 토크가 전달될 수 있다.

Claims

구동 측 회전 운동을 병진 운동으로 변환하기 위한 하나 이상의 스크루 드라이브 어셈블리(40)와, 제동압 발생을 위해 스크루 드라이브 어셈블리(40)에 의해 작동될 수 있는 피스톤/실린더 유닛(18)을 구비한, 차량 유압 브레이크 시스템(10)용 전기 기계식 제동압 발생기(14)로서, 상기 스크루 드라이버 어셈블리(40)는:
- 전기 모터(38)를 통해 회전될 수 있는 스핀들 너트(60):
- 상기 스핀들 너트(60)의 나사산(68)과 상호작용하는 스핀들(64)로서, 상기 상호 작용을 통해 스핀들 너트(60)의 회전에 의해 축방향으로 변위될 수 있는 스핀들(64); 및
- 상기 스핀들 너트(60) 상에 회전 고정 방식으로 배치되어 스핀들 너트(60)를 전기 모터(38)와 연결하는 구동 기어(80);
를 포함하는, 전기 기계식 제동압 발생기에 있어서,
구동 기어(80)와 스핀들 너트(60)는 별도의 플라스틱 부품들로서 형성되며, 상기 플라스틱 부품들은, 조립된 상태에서 스핀들 너트(60)의 회전을 위해 필요한 토크가 전달될 수 있도록 형상 결합 방식으로 상호 맞물리는 복수의 상보적 연결 구조물(92a, 92b)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동압 발생기(14).
제1항에 있어서, 구동 기어(80)는 일측 스핀들 너트 단부(76)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동압 발생기(14).
제1항 또는 제2항에 있어서, 연결 구조물들(92a, 92b)은, 형상 결합 방식으로 상호 맞물리는 리세스들(92a) 및 돌출부들(92b)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동압 발생기(14).
제3항에 있어서, 리세스들(92a)은 스핀들 너트(60)의 측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동압 발생기(14).
제3항 또는 제4항에 있어서, 돌출부들(92b)은 직사각형 횡단면을 가진 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동압 발생기(14).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 기어(80)는 고온 코킹부(98)를 통해 스핀들 너트(60) 상에 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동압 발생기(14).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스핀들 너트(60)와 구동 기어(80)는 서로 상이한 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동압 발생기(14).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른, 유압 브레이크 시스템(10)용 전기 기계식 제동압 발생기(14)를 포함하는 차량.