KR20200140132A - 차량용 전동식 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 액추에이터를 이용하여 동작하여 소형으로 제조 가능하고, 또한 제어성이 우수한 차량용 전동식 브레이크 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 디스크와 캘리퍼를 포함하는 브레이크 장치에 적용되는 차량용 전동식 브레이크 장치에 있어서, 상기 디스크 양측면에 접촉하여 가압하는 2개의 디스크 패드; 상기 각 디스크 패드가 고정되는 2개의 패드 플레이트; 상기 복수의 패드 플레이트 중 하나의 패드 플레이트가 고정되고, 상기 캘리퍼에 이송 가능하게 결합하는 피스톤; 상기 피스톤과 외면이 접촉하고, 상기 캘리퍼에 회전 결합하는 캠; 상기 캠을 회전시키는 선형 액추에이터; 및 상기 선형 액추에이터를 제어하는 제어모듈을 포함하되, 상기 나머지 패드 플레이트는 상기 캘리퍼에 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 전동식 브레이크 장치{Electro mechanical breake system for vehicle}

본 발명은 차량용 전동식 브레이크 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제어성이 우수한 차량용 전동식 브레이크 장치에 관한 것이다.

디스크 브레이크 장치는 현재 차량용 브레이크 장치로 가장 많이 적용되는 브레이크 장치 중 하나이다. 상기 디스크 브레이크 장치는 휠과 함께 회전하는 원판형의 디스크를 양쪽에서 패드로 강하게 압박하여 제동력을 얻게 되는 구성이다.

상기 디스크 브레이크는 운전자의 브레이크 패달 동작에 따라 생성된 유압이, 상기 패드에 연결된 액추에이터를 동작시켜, 최종적으로 디스크를 가압하는 유압 방식일 널리 적용되고 있다.

그러나 현재 자동차용 브레이크 장치는 전자 장치들의 급격한 발전에 힘입어 종래 유압 방식을 대체하는 새로운 형태의 브레이크 장치들이 제안되고 있으며, 대표적으로 전동식 브레이크(electro mechanicla breake, EMB) 장치를 들 수 있다.

상기 전동식 브레이크 장치는 브레이크 디스크의 양측에 구비된 마찰 브레이크 패드를 구동 모터에 의해 전후진 작동시킴으로써 제동이 수행되도록 한다. 즉, 운전자의 페달 작동에 따른 제어 신호는 전자제어장치(ECU)를 통해 구동 모터로 전달되고 구동 모터는 마찰 브레이크 패드를 전후진시키도록 구동된다.

상기와 같은 전동식 브레이크는 다양한 형태들이 제안되었으며, 대표적으로 공개특허 제2012-0000841호를 들 수 있다. 상기 발명은 제동 작동과 관련된 정보를 입력받아 제동을 위한 제어 신호를 발생하는 ECU; 상기 ECU의 제어 신호에 의해 구동되어 동력을 발생시키는 복수의 모터; 상기 복수의 모터에 의해 발생되는 동력을 감속기를 통해 전달받아 브레이크 패드를 휠 디스크 측으로 가압하는 스핀들 피스톤; 원웨이 베어링에 의해 상기 복수의 모터의 회전축에 각각 결합되어, 상기 스핀들 피스톤이 상기 브레이크 패드를 가압할 수 있는 방향으로 상기 복수의 모터가 회전하는 경우에만 구동되는 복수의 기어를 포함하는 전동식 브레이크에 관한 구성이다.

한편, 근래 차량의 동력원 관점으로 전기차 시장이 급격히 증가하고 있다. 상기 전기차는 종래 엔진 형태와 달리 모든 동력원을 전기로 구동하므로, 전기 동력을 주로하는 다양한 보조 장치들이 사용되며, 브레이크 시스템의 경우에는 종래 방식에 비하여 더욱더 소형화가 가능하다.

특히 종래 전동식 브레이크의 경우 액추에이터를 대부분 모터를 이용하고 있으나, 전기 자동차용인 경우에는 모터 이외 선형 액추에이터를 이용하여 소형으로 제작 가능한 새로운 형태의 브레이크 장치가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 필요에 의하여 안출된 것으로, 선형 액추에이터를 이용하여 동작하여 소형으로 제조 가능하고, 또한 제어성이 우수한 차량용 전동식 브레이크 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 디스크와 캘리퍼를 포함하는 브레이크 장치에 적용되는 차량용 전동식 브레이크 장치에 있어서, 상기 디스크 양측면에 접촉하여 가압하는 2개의 디스크 패드; 상기 각 디스크 패드가 고정되는 2개의 패드 플레이트; 상기 복수의 패드 플레이트 중 하나의 패드 플레이트가 고정되고, 상기 캘리퍼에 이송 가능하게 결합하는 피스톤; 상기 피스톤과 외면이 접촉하고, 상기 캘리퍼에 회전 결합하는 캠; 상기 캠을 회전시키는 선형 액추에이터; 및 상기 선형 액추에이터를 제어하는 제어모듈을 포함하되, 상기 나머지 패드 플레이트는 상기 캘리퍼에 고정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 피스톤과 상기 캘리퍼 사이에 설치되는 탄성 수단을 더 포함하고, 디스크 패드 가압력이 제거된 경우 상기 피스톤은 상기 탄성 수단에 의하여 귀환하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 선형 액추에이터는 코일이 권선된 몸체와 상기 몸체를 관통하여 배치되는 작동 로드를 포함하고, 상기 제어모듈이 상기 코일에 전원을 인가하는 경우 상기 작동 로드가 이송되고, 상기 작동 로드의 끝단이 상기 캠의 연결부에 결합하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 몸체는 상기 작동 로드의 위치를 인식하는 위치 센서를 더 포함하고, 상기 위치 센서의 신호는 상기 제어모듈로 출력되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 몸체는 절연체와 상기 절연체에 순차적으로 권선되는 제1코일, 제2코일, 제3코일 및 제4코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제어모듈은 위치 센서의 정보를 이용하여 상기 제1코일, 제2코일, 제3코일 및 제4코일 중 선택된 하나 이상의 코일에 전류를 공급하여 상기 작동 로도의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 전동식 브레이크 장치는 선형 액추에이터, 상기 선형 액추에이터에 의하여 회전하는 캠, 상기 캠에 의하여 가압 동작을 수행하는 피스톤을 포함하여 구성되어, 비교적 간단한 구조이면서 제어성이 우수하여 차량, 특히 전기 차량용 브레이크 장치로 높은 활용성을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 전동식 브레이크 장치가 적용되는 디스크 브레이크 장치의 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 전동식 브레이크 장치가 적용된 캘리퍼의 단면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 선형 액추에이터와 캠의 구동 상태를 설명하는 설명도이며,
도 4는 도 2에 도시된 선형 액추에이터의 구성도이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 차량용 전동식 브레이크 장치(100)는 도 1에 도시된 디스크 브레이크에 구현된다.

상기 디스크 브레이크는 차축에 연결되어 회전하는 디스크(1), 상기 디스크(1)의 일측면에 배치되어 디스크(1) 전후면을 가압하는 액추에이터 등이 설치되는 캘리퍼(2)를 포함한다. 여기서 캘리퍼(2)는 디스크(1)의 측면 방향으로 일정 거리 이송 가능하게 설치된다.

본 발명의 특징적인 구성 역시 상기 캘리퍼(2) 내부 공간에 배치되며, 운전자의 브레이크 패달 동작에 따라 생성되는 전기신호에 의하여 동작하며, 구체적인 구성은 도 2에 도시되어 있다.

본 발명에 따른 차량용 전동식 브레이크 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 디스크(1) 양측면에 배치되는 브레이크 패드(4), 디스크(1) 측 반대편에 배치되어 상기 브레이크 패드(4)를 고정하는 패드 플레이트(5), 상기 패드 플레이트(5)에 일면이 고정되고, 캘리퍼(2)에 이송 가능하게 설치되는 피스톤(10), 상기 캘리퍼(2)에 회전 가능하게 결합하는 캠(20), 상기 캠(20)을 일정 각도 회전시키는 선형 액추에이터(50) 및 브레이크 동작 명령을 수신한 경우, 상기 선형 액추에이터(50)의 동작을 제어하는 제어모듈(90)을 포함하여 구성된다.

물론 상기 피스톤(10)의 맞은편에도 디스크 패드(4)가 패드 플레이트(5)에 의하여 고정되고, 상기 패드 플레이트(5)는 캘리퍼(2)에 고정된다.

따라서 상기 피스톤(10)이 좌측으로 이송되는 경우, 캘리퍼(2)가 우측으로 일부 이송하여 디스크(1) 양측면에 배치된 브레이크 패드(4)가 동시에 상기 디스크(1)를 가압한다.

필요한 경우, 상기 피스톤(10)과 캘리퍼(2) 사이에는 탄성 수단(11)이 배치될 수 있다. 상기 탄성 수단(11)은 피스톤(10)에 의하여 디스크 패드(4)의 가압이 완료된 경우 피스톤(10)을 최초 위치로 귀환 작용시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 피스톤(10)의 측면에는 캠(20) 위치하며, 상기 캠(20)은 상기 캘리퍼(2)에 회전지지된다. 즉 상기 캠(20)은 회전축(21)을 중심으로 회전한다.

상기 피스톤(10)은 상기 캠(20) 외면(22)에 접촉하며, 캠(20)이 회전함에 따라 상기 피스톤(10)은 이송한다.

물론 상기 캠(20)은 회전 각도에 따라 외면(22)과 회전축(21) 사이의 거리가 변화되며, 일정한 방향으로 회전하면, 캠(20)이 특정 방향으로 이송하도록 캠(20)의 외면(22) 형상을 사전에 설정한다.

예를 들면 타원형으로 외면(22)을 구성하고, 초점을 회전축(21)으로 설정할 수 있으며, 또한, 캠(20) 외면(22)을 원으로 구성하고, 회전축(21)을 원의 중심에서 일정 거리 편심되도록 구성할 수도 있다.

한편, 상기 선형 액추에이터(50)는 몸체(51)와 상기 몸체(51) 내부에 삽입되는 작동 로드(52)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 몸체(51)는 상기 캘리퍼(2) 내부에 회전 가능하도록 회전부(53)를 통하여 결합하는 형태 또는 일정 각도가 움직일 수 있는 공간 상에 단순히 배치하는 형태로 결합하고, 상기 작동 로드(52)의 끝단은 상기 캠(20)의 연결부(23)에 회전 결합한다.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 선형 액추에이터(50)를 작동시켜 작동 로드(52)의 스트로크가 증가되는 경우 상기 캠(20)이 회전하고, 캠(20)이 회전하면, 상기 피스톤(10) 좌측으로 이동하여 디스크(1)를 가압하여 브레이킹 작용을 한다. 반대로 작동 로드(52)의 스트로크가 줄어들면, 피스톤(10)의 가압 작용이 중단되어 브레이킹 작용이 해제된다.

한편, 상기 선형 액추에이터(50)의 몸체(51)는 절연체(60)에 코일이 권취되어 있는 솔레노이드 형태로 구성되며, 이때 상기 코일은 도 4에 도시된 바와 같이, 제1코일(61), 제2코일(62), 제3코일(63) 및 제4코일(64) 순으로 권취되어 있다.

즉, 4개의 코일이 순차적으로 절연체(60)에 권취되어 있는 구성이며, 8개의 전원 입력단을 포함한다.

또한, 상기 몸체(51)에는 상기 작동 로드(52)의 위치를 파악할 수 있는 위치센서(54)를 포함하고 있다.

상기 위치 센서(54)는 예를 들면, 상기 몸체(51) 길이 방향에 걸쳐서 설치되는 수신부와 상기 작동 로드(52)의 일측에 설치되는 발광부(레이저 등 광원)를 포함하여, 작동 로드(52)의 현재의 위치를 인식하는 형태로 구현될 수 있으나, 작동 로드(52)의 위치를 인식할 수 있는 어떠한 센서도 적용할 수 있다.

한편, 상기 제어모듈(90)은 사용자가 패달을 밟아 이에 대한 신호를 수신한 경우, 상기 선형 액추에이터(50)를 제어하여 브레이크 장치(100)를 동작시키는 역할을 한다. 구체적으로 살펴보면, 상기 제어모듈(90)은 상기 위치 센서(54)의 정보를 기초로 하여 상기 제1코일(61), 제2코일(62), 제3코일(63) 및 제4코일(64)에 공급되는 전원을 제어한다. 특히 각 코일의 위치에 따라 전력을 달리 공급하는 경우 상기 작동 로드(52)의 동작 속도를 제어할 수 있는 장점이 있다. 예를 들면 제1코일(61)에 낮은 전류를 공급하면, 작동 로드(52) 서서히 이송하고, 이후 이웃하는 코일들에 높은 전류를 순차적으로 공급한 후, 다시 마지막 코일에 낮은 전류를 공급하는 경우, 작동 로드(52) 이송 속도를 조절할 수 있다.

즉, 상기와 같은 선형 액추에이터(50)는 하나의 코일이 권선된 구성보다 다양한 제어 방식을 구현할 수 있는 장점이 있어, 전기차 등에 적용되는 전동식 브레이크 장치(100)에서 높은 활용도를 가진다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

1: 디스크 2: 캘리퍼
4: 브레이크 패드 5: 패드 플레이트
10: 피스톤 11: 탄성 수단
20: 캠 21: 회전축
22: 외면 23: 연결부
50: 선형 액추에이터 51: 몸체
52: 작동 로드 54: 위치 센서
60: 절연체 61: 제1코일
62: 제2코일 63: 제3코일
64: 제4코일 90: 제어모듈
100: 전동식 브레이크 장치

Claims (6)

1. 디스크와 캘리퍼를 포함하는 브레이크 장치에 적용되는 차량용 전동식 브레이크 장치에 있어서,
   상기 디스크 양측면에 접촉하여 가압하는 2개의 디스크 패드;
   상기 각 디스크 패드가 고정되는 2개의 패드 플레이트;
   상기 복수의 패드 플레이트 중 하나의 패드 플레이트가 고정되고, 상기 캘리퍼에 이송 가능하게 결합하는 피스톤;
   상기 피스톤과 외면이 접촉하고, 상기 캘리퍼에 회전 결합하는 캠;
   상기 캠을 회전시키는 선형 액추에이터; 및
   상기 선형 액추에이터를 제어하는 제어모듈을 포함하되, 상기 나머지 패드 플레이트는 상기 캘리퍼에 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 브레이크 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 피스톤과 상기 캘리퍼 사이에 설치되는 탄성 수단을 더 포함하고, 디스크 패드 가압력이 제거된 경우 상기 피스톤은 상기 탄성 수단에 의하여 귀환하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 브레이크 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 선형 액추에이터는 코일이 권선된 몸체와 상기 몸체를 관통하여 배치되는 작동 로드를 포함하고, 상기 제어모듈이 상기 코일에 전원을 인가하는 경우 상기 작동 로드가 이송되고, 상기 작동 로드의 끝단이 상기 캠의 연결부에 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 브레이크 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 몸체는 상기 작동 로드의 위치를 인식하는 위치 센서를 더 포함하고, 상기 위치 센서의 신호는 상기 제어모듈로 출력되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 브레이크 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 몸체는 절연체와 상기 절연체에 순차적으로 권선되는 제1코일, 제2코일, 제3코일 및 제4코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 브레이크 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 제어모듈은 위치 센서의 정보를 이용하여 상기 제1코일, 제2코일, 제3코일 및 제4코일 중 선택된 하나 이상의 코일에 전류를 공급하여 상기 작동 로도의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 브레이크 장치.
   

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