KR20210002280A - 전동식 브레이크 시스템 - Google Patents

전동식 브레이크 시스템 Download PDF

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장재훈
정경호
강건우
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주식회사 만도
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Abstract

전동식 브레이크 시스템이 개시된다. 본 실시 예에 의한 전동식 브레이크 시스템은 차륜과 함께 회전하는 디스크의 양측에 배치되는 한 쌍의 브레이크 패드와, 브레이크 패드를 디스크 측으로 가압하여 차량의 제동을 구현하는 액츄에이터를 포함하는 전동식 브레이크 시스템에 있어서, 액츄에이터는 브레이크 패드를 디스크 측으로 밀착 및 이격시키는 가압부재, 동력을 발생 및 제공하는 모터, 모터의 동력을 감속하여 전달하는 감속기어부, 감속기어부를 거쳐 감속된 동력을 전달하는 출력축과 함께 회전하고, 외주면에 제1 나사부를 구비하는 스핀들, 내주면에 제1 나사부와 치합하는 제2 나사부를 구비하고, 스핀들의 회전을 병진운동으로 전환하여 가압부재를 진퇴시키는 볼너트, 볼너트를 후퇴 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

전동식 브레이크 시스템 {ELECTRO-MECHANICAL BRAKE SYSTEM}
본 발명은 전동식 브레이크 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터의 동력에 의해 차량의 제동 및 주차를 구현하는 전동식 브레이크 시스템에 관한 것이다.
차량에는 제동을 위한 브레이크 시스템이 필수적으로 장착되는데, 안정적이면서도 효과적인 제동력을 얻기 위해 다양한 방식의 브레이크 시스템이 제안되고 있다.
종래의 일반적인 브레이크 시스템은 차량의 휠과 함께 회전하는 디스크와, 디스크를 가압하도록 한 쌍의 패드 플레이트가 진퇴 가능하게 설치되는 캐리어와, 캐리어에 슬라이딩 가능하게 설치되는 피스톤을 구비하고, 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 브레이크 오일이 피스톤을 디스크 측으로 가압하여 휠 실린더의 제동을 구현하는 방식이 주로 이용되었다. 그러나 오늘날에는 차량의 운용 환경에 세밀하게 대응하여 다양한 제동 기능을 구현하고자 하는 시장의 요구가 증대됨에 따라, 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 운전자의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 모터 및 각종 기어구조를 활용하여 전자기계식으로 제동력을 발생시키는 방식이 개발되고 있다.
한편, 차량의 브레이크 시스템은 차량의 주행 상황에서 제동력을 제공하는 서비스 브레이크 기능과 더불어, 주차 시 차량의 정지상태를 유지하는 파킹 브레이크 기능이 함께 요구된다. 따라서 모터의 동력을 활용하여 차량의 서비스 브레이크 기능 및 파킹 브레이크 기능을 안정적으로 구현함과 동시에, 차량의 다양한 운용상황에서도 작동의 성능 및 신뢰성을 도모할 수 있는 방안이 요구된다.
한국 공개특허 제10-2011-0072877호 (2011.06.29)
본 실시 예는 모터의 동력에 의해 차량의 서비스 브레이크 기능 및 파킹 브레이크 기능을 효과적으로 구현함과 동시에, 모터의 작동불능 등 비상 시에도 차륜에 가해진 제동력을 해제할 수 있는 전동식 브레이크 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 차륜과 함께 회전하는 디스크의 양측에 배치되는 한 쌍의 브레이크 패드와, 상기 브레이크 패드를 상기 디스크 측으로 가압하여 차량의 제동을 구현하는 액츄에이터를 포함하는 전동식 브레이크 시스템에 있어서, 상기 액츄에이터는 상기 브레이크 패드를 상기 디스크 측으로 밀착 및 이격시키는 가압부재, 동력을 발생 및 제공하는 모터, 상기 모터의 동력을 감속하여 전달하는 감속기어부, 상기 감속기어부를 거쳐 감속된 동력을 전달하는 출력축과 함께 회전하고, 외주면에 제1 나사부를 구비하는 스핀들, 내주면에 상기 제1 나사부와 치합하는 제2 나사부를 구비하고, 상기 스핀들의 회전을 병진운동으로 전환하여 상기 가압부재를 진퇴시키는 볼너트, 상기 볼너트를 후퇴 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 포함하여 제공될 수 있다.
본 실시 예에 의한 전동식 브레이크 시스템은 모터의 동력을 이용하여 차량의 제동을 효과적으로 구현하면서도, 모터의 작동불능 등 비상 시에도 차륜에 가해진 제동력을 해제하여 제품의 안정적인 운용을 도모할 수 있다.
도 1은 본 실시 예에 의한 전동식 브레이크 시스템을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 실시 예에 의한 전동식 브레이크 시스템을 나타내는 측방향 단면도이며, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 의한 전동식 브레이크 시스템은 차량의 휠과 함께 회전하는 디스크의 양측에 배치되는 한 쌍의 패드 플레이트와, 패드 플레이트가 진퇴 가능하게 마련되는 캐리어와, 패드 플레이트에 부착되는 브레이크 패드를 디스크 측으로 가압하여 차량의 제동을 구현하는 액츄에이터를 포함한다.
한 쌍의 패드 플레이트는 후술하는 스핀들에 접하는 내측 패드 플레이트와, 캘리퍼 하우징의 핑거부와 접하도록 마련되는 외측 패드 플레이트를 포함한다. 한 쌍의 패드 플레이트는 후술하는 스핀들에 의해 디스크의 양쪽 측면을 향하여 진퇴할 수 있도록 차체에 고정되는 캐리어에 이동 가능하게 마련될 수 있으며, 디스크와 마주하는 한 쌍의 패드 플레이트의 내측면에 한 쌍의 브레이크 패드가 마련되어 브레이크 패드와 디스크의 접촉에 의해 차륜의 제동을 구현할 수 있다.
액츄에이터는 패드 플레이트에 부착되는 한 쌍의 브레이크 패드를 디스크 측으로 가압하여 차량의 서비스 브레이킹 및 파킹 브레이킹 등의 제동을 구현하도록 마련된다.
액츄에이터는 하우징과, 브레이크 패드를 디스크 측으로 밀착 및 이격시키는 가압부재와, 동력을 발생 및 제공하는 모터와, 모터의 동력을 감속하여 전달하는 감속기어부와, 감속기어부를 거쳐 감속된 동력으로 회전하는 스핀들과, 스핀들과 나사결합하여 스핀들의 회전운동을 가압부재의 병진운동으로 전환하는 볼너트와, 볼너트를 탄성적으로 지지하여 비상 시 차륜의 제동해제를 도모하는 탄성부재를 포함하여 마련될 수 있다.
하우징은 캘리퍼 하우징에 고정 설치되되 내측에 후술하는 액츄에이터의 부품요소를 수용하도록 마련된다. 하우징은 내측 패드 플레이트 측으로 개방 형성되는 개구부를 구비할 수 있으며, 개구부에는 후술하는 가압부재가 슬라이딩 이동 가능하게 마련될 수 있다. 하우징은 후술하는 모터가 수용되는 모터수용부와, 후술하는 감속기어부와 볼너트 및 스핀들 등이 수용되는 기어수용부를 포함할 수 있다. 모터수용부에는 하우징과 모터 사이에 적어도 하나의 댐핑부재가 개재되어 모터의 작동에 의해 발생하는 진동 및 소음의 전달을 저감할 수 있다.
가압부재는 내부가 빈 컵 형상으로 마련되되 하우징의 내측에 슬라이딩 가능하게 삽입될 수 있다. 가압부재는 후술하는 스핀들 및 볼너트로부터 동력을 전달받아 병진운동을 수행할 수 있으며, 내측 패드 플레이트 및 브레이크 패드를 디스크 측으로 가압하여 브레이크 패드와 디스크의 접촉에 의한 마찰력으로 제동을 구현하거나, 내측 패드 플레이트 및 브레이크 패드를 디스크로부터 이격시켜 제동해제를 구현할 수 있다.
모터는 차량의 배터리 등 전원장치(미도시)로부터 전원을 공급받아 차량의 제동에 필요한 동력을 발생 및 제공하도록 마련된다. 모터는 동력을 외부로 전달하는 구동축을 포함할 수 있으며, 구동축은 스핀들의 축 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
감속기어부는 모터의 구동축과 연결되어 모터로부터 발생 및 제공되는 동력을 전달받아 감속시키도록 마련된다. 감속기어부는 일 예로, 웜휠기어, 유성기어조립체, 헬리컬기어, 베벨기어 중 적어도 어느 하나의 기어를 포함하여 마련될 수 있으나, 해당 구조에 한정되는 것은 아니며 모터의 동력을 감속하여 출력축으로 전달할 수 있다면 다양한 구조로 마련될 수 있다.
스핀들은 감속기어부의 출력축에 고정되어 감속기어부를 거쳐 감속된 동력을 전달받아 회전할 수 있다. 스핀들은 가압부재 및 볼너트의 내측에서 회전 가능하게 마련될 수 있으며, 스핀들의 외주면에는 후술하는 볼너트의 제2 나사부와 치합하는 제1 나사부가 마련될 수 있다. 스핀들과 하우징 사이에는 베어링이 개재되어 스핀들의 안정적인 회전을 도모하고 부품요소의 마모를 방지할 수 있다.
볼너트는 스핀들로부터 회전력을 전달받아 가압부재를 진퇴시키도록 마련된다. 볼너트는 내측에 스핀들이 수용되도록 내부가 빈 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 내주면에는 스핀들의 회전력을 전달받을 수 있도록 스핀들의 제1 나사부와 치합하는 제2 나사부가 형성될 수 있다. 스핀들의 회전운동이 제1 나사산 및 제2 나사산을 거쳐 볼너트의 병진운동으로 전환될 수 있으며, 이로써 볼너트가 가압부재를 전진시켜 패드 플레이트를 디스크 측으로 전진시킴으로써 브레이크 패드가 디스크에 밀착하여 차량의 제동을 수행할 수 있으며, 반대로 가압부재를 후퇴시켜 패드 플레이트 및 브레이크 패드를 디스크로부터 이격시킴으로써 제동해제를 구현할 수 있다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나 볼너트와 가압부재 사이에는 적어도 일부가 평면으로 형성되어 볼너트의 회전을 방지하는 회전방지면이 마련될 수 있다.
한편, 볼너트의 전진(도 1을 기준으로 좌측 방향)에 의해 가압부재가 패드 플레이트를 전진시키고 브레이크 패드와 디스크가 밀착하여 차량의 제동이 구현된 이후, 차량의 배터리가 방전되어 모터의 작동이 불가능한 경우 등의 비상 시 모터의 동력 없이도 제동해제가 필요할 수 있다. 이에 탄성부재는 볼너트를 후퇴 방향(도 1을 기준으로 우측 방향)으로 탄성 지지하도록 마련되어 차량의 제동 이후 신속한 제동해제 또는 비상 시 제동해제를 구현할 수 있다. 이를 위해, 탄성부재는 일측이 볼너트의 일측에 고정되고, 타측이 하우징 등 고정 가능한 지지물에 고정되어 마련될 수 있다. 이로써 차량의 제동을 위해 볼너트의 전진 시 탄성부재가 팽창되고 탄성부재의 탄성 복원력에 의해 스핀들이 후퇴 방향으로 편향되어 비상 시에도 제동해제가 이루어질 수 있다. 탄성부재는 토션 스프링으로 마련될 수 있으나, 해당 구조에 한정되는 것은 아니며 스핀들을 후퇴 방향으로 탄성적으로 지지할 수 있다면 다양한 구조로 마련될 수 있다.
이하에서는 본 실시 예에 의한 전동식 브레이크 시스템의 작동에 대해 설명한다.
운전자가 차량의 운행 중 서비스 브레이크를 수행하고자 하거나, 차량의 주차를 위한 파킹 브레이크를 수행하고자 하는 경우, 차량의 제동의지를 전기적 신호로 전달받아 모터가 작동하여 모터의 구동축이 일방향으로 회전한다. 구동축의 회전력은 감속기어부를 거쳐 감속된 후, 스핀들의 일방향 회전을 발생시킨다. 스핀들의 회전에 의해 볼너트가 전진하게 되고, 이로써 가압부재가 패드 플레이트를 가압하여 브레이크 패드와 디스크가 밀착함으로써 차량의 제동을 구현할 수 있다.
차량의 제동을 해제하고자 하는 경우, 차량의 제동 해제의지를 전기적 신호로 전달받아 모터가 작동하여 모터의 구동축이 타방향으로 회전한다. 구동축의 회전력은 감속기어부를 거쳐 스핀들로 전달되어 스핀들의 타방향 회전을 발생시킨다. 스핀들의 회전에 의해 볼너트가 후퇴하게 되고, 이로써 가압부재가 패드 플레이트를 가압해제하여 브레이크 패드와 디스크가 서로 이격됨으로써 차량의 제동해제를 구현할 수 있다.
차량의 배터리가 방전되는 등 모터가 작동 불능인 경우 등 차륜에 가해진 제동력을 자체적으로 해제할 필요가 있는 경우, 볼너트의 전진에 의해 팽창된 탄성부재가 탄성 복원력에 의해 볼너트를 후퇴시켜 브레이크 패드와 디스크를 이격시켜 차량의 제동을 해제시킨다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 캘리퍼 하우징 2: 감속기어부
3: 볼너트 4: 스핀들
5: 탄성부재

Claims (1)

  1. 차륜과 함께 회전하는 디스크의 양측에 배치되는 한 쌍의 브레이크 패드와, 상기 브레이크 패드를 상기 디스크 측으로 가압하여 차량의 제동을 구현하는 액츄에이터를 포함하는 전동식 브레이크 시스템에 있어서,
    상기 액츄에이터는
    상기 브레이크 패드를 상기 디스크 측으로 밀착 및 이격시키는 가압부재;
    동력을 발생 및 제공하는 모터;
    상기 모터의 동력을 감속하여 전달하는 감속기어부;
    상기 감속기어부를 거쳐 감속된 동력을 전달하는 출력축과 함께 회전하고, 외주면에 제1 나사부를 구비하는 스핀들;
    내주면에 상기 제1 나사부와 치합하는 제2 나사부를 구비하고, 상기 스핀들의 회전을 병진운동으로 전환하여 상기 가압부재를 진퇴시키는 볼너트;
    상기 볼너트를 후퇴 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재;를 포함하는 전동식 브레이크 시스템.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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