KR930004064B1

KR930004064B1 - 압력 작동기(Pressure Actuator)

Info

Publication number: KR930004064B1
Application number: KR1019900013097A
Authority: KR
Inventors: 에프 마투카 마이클; 제이 햄머스미스 로버트
Original assignee: 제너럴 모터즈 코포레이션; 아더 도날드 헤인즈
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1993-05-20
Also published as: EP0414403A1; US5026125A; KR910004409A; JPH0396462A; CA2016377A1

Abstract

내용 없음.

Description

압력 작동기(Pressure Actuator)

제1도는 본 발명에 따른 압력 작동기의 실시예를 도시한 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 압력작동기에 사용되는 기어 토큐 조정기의 평면도.

제3도는 제2도의 3-3선을 따라 도시한 단면도.

제4도는 제2도 및 제3도에 도시된 실시예의 변형 실시예로서 기어 토큐 조정기의 평면도.

제5도는 제4도의 5-5선을 따라 도시한 단면도.

제6도, 제7도 및 제8도는 기어 토큐조정기의 변형실시예를 나타낸 부분 절개도.

제9도는 제1도에 도시된 압력작동기의 변형실시예를 나타낸 부분절개 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7 : 압력 작동기 12 : 구멍

20 : 솔레노이드 밸브 22 : 조정기

26 : 체크 밸브(Check Valve) 31 : 피스톤

40 : 너트 80 : 대기어

10 : 데이지 휠식 허브(a daisy wheel hub)

11 : 스프링

본 발명은 잠금방지 브레이크 시스템(Anti-Lock Braking system)(ABS)과 견인력 제어용(Traction control)(TC)압력 작동기 분야에 관한 것이다.

일부 ABS 및 TC 압력 작동기는 조정기(controller)에 의해 제어되는 모터를 갖추고 있다.

상기 모터는 피동부재 즉, 기어열로 된 구동나사(Power screw)와 연결된다. 상기 구동나사에는 너트가 나사결합되고, 상기 너트는 피스톤과 연결되어 있다. 피스톤은 너트를 통하여 작동기 프레임의 직선형 구멍내에서 구동나사에 의해 이동된다.

피스톤이 이동되는 구간의 끝부분(양쪽방향)에 도달하면 모터의 작동이 중단된다.

상기와 같이 피스톤이 이동구간의 양끝부분에 도달되어 모터가 중단되면, 모터의 관성력(Inertia)에 의해 큰힘이 발생된다. 이러한 작동은 일부 모터의 회전자(armature)가 5,000rpm까지 상승한 회전 가능하기 때문에 명백하다. 이러한 충격력(impact forces)은 모터 속도의 제곱치(square)에 따라 변화하고, 최대 모터 속도에서는 최대 브레이크 압력 및 모터 실속(失速) 토큐(Motor Stall Torque)에 의해 발생된 작용력보다 상당히 크게 된다.

만일, 상기 언급된 충격력이 가해지게 되면, 압력작동기가 손상된다.

베레빌리 워셔(Belleville Washer)가 피스톤의 이동구간 하단부에 설치되어 피스톤의 충격력을 흡수하여 줄수 있다. 그러나, 베레빌리 워셔는 압축될시, 모터의 운동에너지를 잠재에너지(Potential energy)로 바꾸어 피스톤을 뒤로 탄발시키도록 하는 경향이 있다. 또한, 베레빌리 워셔는 구멍내에서 상당한 공간을 차지하기 때문에 압력 작동기의 길이가 커야만 한다. 또한, 베레빌리 워셔는 작동기의 상단부에 사용되기 어렵다.

따라서, 피스톤이 이동구간의 상단부 끝부분에 도달하기전, 피스톤과 모터를 감속시켜주도록 유압이 이용되고 있다.

상기와 다른 방식으로서는, 피스톤이 이동구간의 끝부분에 도달할시에, 관성력에 의해 발생된 높은 압력을 피하기 위해 펄스-폭 변조기술(Pulse-width-modulation technique)을 통해 인가된 전압을 감소시켜 줌으로써 모터 속도를 감속시켜주는 방식이 사용된다.

그러나, 펄스-폭-변조기술은 하드웨어(Hardware)와 소프트웨어(software)의 프로그래밍에 어려움을 초래한다.

피스톤이 이동구간의 끝부분에 도달하여 모터를 정지시킬때, 모터 관성력에 의해 발생된 충격력을 감소시키는 상기 언급된 기술의 변형된 방식이 본 발명에서 제공된다.

본 발명은 기어열(gear traon)중의 하나의 기어에 바람직하게는 가장 큰 기어에, 2개의 원형 홈을 형성시킨다. 정상 작동중에, 상기 기어의 원형 홈 두개는 하나로 결합되어 각각의 회전방향(either direction of rotation)에 대하여 완전한 비율의 모터 토큐를 전달한다.

이동구간의 끝부분에 존재하는 높은 토큐는 두개의 원형홈을 모터의 작동이 중단될 때까지 각각 미끄러지게 한다. 상기 미끄럼 작동은 미리 설계된 안전 토큐레벨(safe torque level)에 따라 발생되어 압력 작동기를 통한 충격력을 안전 레벨과 일치하도록 조정한다.

본 발명에 따른 압력 작동기의 유익한 점은 미끄럼 마찰 도중에 모터의 운동에너지를 소멸시켜 어떤 피스톤이라도 뒤로 탄발되지 않도록 하는 것이다. 또한, 피스톤의 구멍전체가 압력 변조(pressure modulation)에 유용하게 사용되고, 피스톤이 최대 브레이크(압력) 작용력을 얻도록 전길이에 걸쳐 최대 속도로 자유롭게 이동하게 된다.

토큐 조정기(Torque limiters), 다르게는 미끄럼 클러치(Slip clutches)로 알려진 여러가지 장치가 광범위하게 또한 보편적으로 사용되나, 종래의 장치중에 본 발명에 따른 압력 작동기를 제종하는 것은 없다.

전형적으로, 종래의 토큐 조정기는 너무 크거나, 구조가 복잡하고 비싸다는 문제점을 갖추고 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 토큐 조정기가 소형이고, 어느 방향에서나 부수적인 공간을 필요로 하지 않으며, 간단하고 제작하기에 비용이 저렴하면서, 종래의 기어와 상호 교환가능한 한편, 다른 토큐제한치를 갖추도록 제작 가능하다는 점에서 매우 유용한 압력 작동기를 제공한다.

본 발명의 목적은 잠금방지 브레이크시스템(ABS) 또는 견인력제어용(TC) 압력 작동기를 제공함에 있다.

이하, 본 발명을 도면에 따라 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도 내지 제3도에는, 본 발명에 따른 압력 작동기(7)가 프레임(10)을 갖추고, 상기 프레임(10)에는 다단 직경(Multi-diametered)을 갖춘 구멍(12)이 내부중심에 축방향으로 형성되어 있다.

상기 구멍(12)은 적어도 하나의 휠 브레이크 실린더(wheel brake cylinder)(14)와 유압으로 연결된다. 또한 구멍(12)은 압력원(Pressure Source) 즉, 배관(16,18)을 통해 마스터 실린더(master cylinder)(5)와 유압으로 연결된다. 솔레노이드 밸브(20)가 상기 휠브레이크 실린더(14)를 마스터 실린더(5)로부터, 조정기(22)의 신호가 압력작동기(7)를 ABS 또는 TC 모드로 작동시킬때 분리시키도록 설치된다. 상기 조정기(22)에는 센서(sensor)(24)를 통해 휠 속도 조건(wheel speed condition)이 제공된다.

상기 실시예에 도시된 압력 작동기(7)는 ABS 작동기로 작동할 경우, 마스터 실린더(5)와 구멍(12) 사이에서 배관(16)과 체크밸브(Check Valve)(26)을 통해 제2유체 통로를 형성한다.

상기 압력작동기(7)은 ABS 시스템으로 작동하거나, 또는 배관(16)을 제거 또는 막아줌으로써 TC 시스템으로도 작동한다.

작동기 프레임(10)의 중심에 형성된 구멍(12)에는 피스톤(30)이 미끄럼 가능토록 설치된다. 상기 피스톤은 구멍(12)을 막아주는 머리부(32)를 갖추고 있다. 상기 피스톤에 일체로 결합된 너트(40)는 내부 나사부(42)를 갖추고 있다. 너트(40)는 작동기 프레임(10)의 길이방향 홈(48)에 끼워지는 플랜지부(flange portion)(44)를 갖추어 회전 이동이 방지된다. 제9도는 피스톤(31)이 너트(41)에 결합되지는 않으나 접촉하고 있는 작동기를 나타낸다. 이러한 구조는 때때로 ABS 시스템에서 바람직하게 사용된다.

너트의 내부에 나사 결합한 제1구동 부재는 구동나사(50)로 이루어진다.

상기 구동나사(50)는 작동기 프레임(10)의 구멍(12)내에 나사부가 끼워지고, 베어링 지지대(bearing pack)(52)에 의해 하단부가 회전가능토록 지지된다. 구동나사(50)의 회전작동은 구멍(12)내에서 너트(40)를 축방향으로 이동시킨다.

구동나사(50)와 대기어(Large gear)(80)가 연결된다. 대기어(80)는 다른 두개의 기어(82,84)와 함께 구동기어열(drive train)(86)을 이룬다.

중간에 위치된 기어(82)는 원하지 않는 경우, 설치하지 않아도 무방하다.

구동 기어열(86)은 구동나사(50)의 토큐(Torgue) 전달장치 역할을 하여 역적 가능한 직류 모터(90)로부터 구동나사(50)에 동력을 전달한다.

상기 모터는 조정기(22)에 의해 입력된 신호에 따라서 구동나사를 회전시킨다.

상기 조정기는 휠 속도를 검지하는 휠 센서(24)로부터 신호를 받는다.

또한 조정기(22)는 상기 브레이크 시스템에서 요구되는 반작용력을 계산하여, 미국 특허 제4,761,741호(Agarwal et al)에 기재된 방식으로 상기 모터에 신호를 전달한다.

정상 작동상태에서, 피스톤(30)이 최상단부에 위치되면 피스톤의 연장된 돌출봉(36)이 체크 밸브(26)를 열어주게 된다. 솔레노이드 밸브(20)는 보통 열려있기 때문에, 마스터 실린더(5)로부터 공급된 유체가 체크밸브(26) 또는 솔레노이드 밸브(20)를 통하여 휠 브레이크 실린더(14)에 도달가능하다.

ABS 작동 조건이 조정기(22)에 의해 발생되면, 솔레노이드 밸브(20)가 닫혀지게 되고, 배관(18)을 폐쇄시켜 휠 브레이크 실린더(14)와 마스터 실린더(5)를 연결시키지 않는다.

상기 모터(90)가 역회전하여 너트(40)를 후퇴시키고 체크 밸브(26)로 부터 돌출봉(36)을 후퇴시키면, 체크밸브는 닫혀지고, 휠 브레이크 실린더(14)내의 유체를 보다 큰 체적으로 누출시킴으로써 휠 브레이크 실린더(14)로 이송된 유체의 압력을 낮추도록 된다.

재인가 싸이클(re-apply cycle)에서, 모터(90)는 다시 역회전하여 너트(40)를 최상단부 위치로 구동시킨다.

조정기(22)가 브레이크 압력을 일정하게 유지하여야 한다고 감지하면, 모터(90)가 회전 구동을 멈춘다. 그리고 모터(90)는 다음의 원하는 덤프 싸이클(dump cycle)에서 역회전하게 된다. 제2재인가 싸이클은 전형적으로 상기 제1재인가 싸이클처럼 극단적(extreme)이지는 않고, ABS 작동조건이 제거될 때까지, 계속작동되며, 모터(90)는 다시 구동나사(50)를 회전시켜 피스톤(30)을 최상단부에 위치시키고, 체크밸브(26)을 다시 열어주게 된다.

그리고, 솔레노이드 밸브(20)는 다시 열리게 된다. 이러한 작동이 일어나면, 피스톤의 계단부(shoulder)가 구멍(12)의 대, 소직경 사이에 형성된 연결부위(54)와 부딪히게 된다.

너트(40)는 프레임(10)으로 약간의 탄발 작용력을 전달하는 것을 제외하고는 즉각 멈추게되고, 일반적으로 토큐 충격력(Torque spike)을 발생시켜 기어열(86)을 통해 직류 모터(90)에 전달한다.

토큐 충격을 제저 또는 최소화하기 위하여, 대기어(80)가 두개의 원심형 부재(제2도 및 제3도참조)로 나누어 진다. 외측의 링(60)은 원형홈(64)를 갖추고 있다. 허브(hub)(70)는 일반적으로 방사형 구동 탭(Tab)(74)을 제외하고는, 상기 원형홈(64)과 대응하는 원형홈(72)을 갖추고 있다.

링(60)과 허브(70)의 원형홈(64)(72)내에 스프링(62)이 지지되어 있다. 상기 스프링(62)은 직사각형 단면의 로드(rod)로 조립되고, 스프링 강으로 형성되며, 설치되기전의 자유로운 형상은 약 80°의 호(arc)를 갖춘 틈새(grap)와, 원형홈(64)보다 큰직경을 갖춘 "c"자 형상으로 되어 있다. 설치도중에, 상기 스프링은 허브(70)의 원형홈(72)에 압입되고, 스프링과 허브가 링(60)에 삽입된다. 그러면 스프링은 원형홈(64)으로 팽창되어 링(60)과 허브(70)를 동시에 체결한다.

스프링(62)과 링(60)은 스프링강도(spring stiffness)와, 스프링의 자유상태의 직경과 설치된 상태의 직경의 길이차이에 비례하는 외측으로 향한 스프링탄성력에 비례하는 마찰력에 의해서 서로 결합되어 있다.

상기 스프링(62)은 자유로운 상태의 형상에서 정확히 원형은 아니지만 어느정도 심장(cardioid)형상을 갖추고 있다. 이러한 심장 형상은 스프링에 의해 원형홈(64)으로 균일한 외압(방사형)을 발생시켜 주고, 스프링 선단(66)이 링(60)의 원형홈(64)으로 파고 들어가는 경향을 방지하여 준다.

허브(70)와 링(60)의 원형홈(4,72)은 스프링(62)을 제위치에 고정하는 플랜지부를 필요없게 하고 대기어(80)가 축방향으로 커지지 않도록 하여준다. 회전에 따라서, 허브(70)는 구동 탭(74)이 스프링선단(66)과 접촉될 때까지 자유롭게 회전하여 링(60)을 동반회전시킨다.

적은 크기의 백 래쉬(back-lash)(스프링 선단(66)과 구동탭(74)사이의 간격으로 발생)는 압력 작동기(7)의 작동을 방해하지 않는다.

토큐가 일정치를 초과하게 되면, 스프링(62)이 링(60)에 대하여 활주이동함으로서 전달된 토큐를 안전값(safe value)으로 제한시킨다.

상기 원리는 너트(40)가 최하단부의 위치에 하강되는 경우에도 적용된다.

제1도와 관련하에 본 발명에 따른 압력작동기(7)의 유용한 점은 충격완화 부재(베레빌리 워셔)가 너트와 베어링 또는 프레임(10)사이에서 소형화 또는 제거될수 있다는 점이다. 그러므로, 압력 작동기(7)의 주어진 높이에 대하여, 피스톤(30)(너트40) 이동거리가 최대로 될수 있다.

이러한 점은 법적 연료 절약 기준에 따라 엔진공간의 소형화가 요구되는 자동차의 공간제한 때문에 유익하게 된다.

토큐 전달이 제한되기 때문에, 모터(90)가 충격력을 최소화 하기 위해 감속되지 않고서도, 피스톤의 이동거리 끝부분을 향하여 최대속도로 작동할 수 있다.

또한, 미끄럼 작동이 적용되기 때문에, 뒤로 탄발되는 효과, 부수적인 진동 또는 축적된 스프링 힘등이 발생되지 않게 된다. 비틀림회전장치 또는 제동장치는 피로 하중(fatigue loadiong) 또는 마모에 대하여 보다 민감하게 되고, 기어열(6)의 일부분, 구동나사(50) 또는 모터(90)에 회전제한을 줄수 있게 된다.

제4도 및 제5도에는 본 발명의 변형된 실시예가 도시되어 있다. 상기 실시예에서, 허브(71)내에는 스프링에 의해 일측으로 치우쳐진 철편(73)이 방사형으로 외부를 향해 돌출되어 링(60)과 결합하도록 설치되어 있다. 또한, 철편(73)은 링(60)내에 설치되어 허브(71)로 돌출될 수도 있다. 그러나 제작 및 작동의 관점에서, 철편(73)을 허브(71)에 설치함이 바람직하다.

또한, 철편(73)을 허브(71)에 설치하면 링(60)에 대한 각 철편의 접촉 표면이 방사상의 최대 거리에 위치될 수 있고, 따라서 스프링으로 지지하는데 필요한 스프링의 지지력을 최소화 할 수 있다.

방사형, 파형 또는 싸인 곡선형(sinusoidal) 패턴(65)(제6도 참조)이 링(61)내의 홈에 형성가능하다.

상기 구성은 토큐 미끄럼 작동(torque slippage)이 링(61)을 교환하여 다른 싸인 곡선형의 홈패턴을 갖춘 새로운 링으로 설치함으로써 조정가능하도록 되어 있다.

제7도와 관련된 작동기의 또다른 변형 실시예에서는 판 스프링(leaf spring)(92)에 의해 지지되는 철편(91)이 제공된다. 이러한 구조는 여러부분에 보다 다양한 유용도(serviceability)를 제공하고, 토큐값이 주어진 판스프링을 교환함으로서 다른 스프링 값으로 쉽게 수정가능하다.

제8도와 관련하여, 또 다르게 설계된 내용은 데이지 휠식 허브(daisy wheel hub)(110)에 싸인 곡선형(Sinusoidal) 데이지 휠식 스프링(111)을 설치한 점이다. 링(109)은 허브(110)에 스프링(111)의 두께를 매개로 다수개의 볼록부(lobe)(94)와 접촉하도록 위치된다. 외부로의 스프링힘은 허브(110)와 스프링(111)사이에 오목부(hub valley)(93)를 형성함으로써 발생된다. 토큐는 대부분이 볼록부(94)에 의해 스프링(111)으로 전달되나, 스프링(111)을 적절히 볼록부(94)에 위치시켜주는 탭(112)에 의해서도 전달 가능하다.

Claims

가압된 유압원(pressured fluid source)(5) ; 유압으로 연결되는 휠 브레이크 실린더(14) ; 신호를 전송하는 조정기(22) ; 상기 가압된 유압원(5)과 휠 브레이크 실린더(14)에 유압으로 연결되는 구멍(12)을 내부에 갖춘 프레임(10) ; 상기 구멍(12)내에서 활주 가능하고, 밀봉 설치된 피스톤(30) ; 상기 피스톤(30)을 이동시키도록 된 너트(40) ; 상기 너트(40)와 나사결합되어 구멍(12)내에서 상기 너트를 이동시키는 제1구동부재(50) ; 상기 제1구동부재(50)에 조정기(22)로부터 전송된 신호에 따라서 동력을 전달하는 모터(90) ; 적어도 2개 이상의 기어(80,82,84)를 갖추고, 그중 하나의 기어(80)가 상기 제1구동부재(50)에 연결되며, 기어(84)가 모터(90)에 연결되어 상기 모터(90)로부터 제1구동부재(50)에 토큐를 전달하는 기어열(86) ; 을 포함하는 자동차 브레이크 시스템용 압력작동기에 있어서, 적어도 상기 기어중의 하나가 내측의 허브(70)와 외측의 링(60)을 갖추고, 상기 허브(70)와 링(60)은 서로 마주하는 원형홈(72,64)을 갖추며 상기 부재중의 어느하나가 원형홈을 가로질러 연장하는 구동탭(74)을 갖추는 한편, 상기 허브(70)와 링(60)사이에는 부분적으로 원형으로 이루어진 스프링(62)이 지지되고, 상기 스프링은 원형홈(72,64)내에서 허브(70)와 링(60)을 고정하며, 상기 구동탭(74)을 갖추지 않은 부재에 탄력접촉되면서 상기 구동탭(74)에 지지되는 한편, 상기 스프링(62)은 기어열(86)이 일정 토큐값에 도달할때까지 상기 허브(70)와 링(60)사이에서 발생하는 상대이동을 방지하고, 상기 허브(70)가 상기 링(60)에 대하여 회전하게 되면, 상기 스프링(62)은 원형홈(72,74)내에서 원주방향으로 이동하여 상기 구동탭(74)에 접촉되며, 상기 구동탭(74)을 갖추고 있지 않는 부재에 미끄럼 마찰 결합하도록 구성됨을 특징으로 하는 압력작동기.
제1항에 있어서, 상기 너트(40)는 피스톤(30)에 일체로 연결됨을 특징으로 하는 압력작동기.
제1항에 있어서, 상기 너트(41)는 피스톤(31)에서 분리된 상태로 접촉하는 표면을 갖춤을 특징으로 하는 압력작동기.
제1항에 있어서, 상기 스프링(62)은 허브(70)와 링(60)사이에 끼워지는 경우, 원형 형상을 갖추고, 상기 허브(70)는 스프링(62)의 선단(66)에 접촉하는 방사형의 구동 탭(74)를 갖추어 링(60)과 허브(70)사이에서 토큐를 전달함을 특징으로 하는 압력작동기.
제4항에 있어서, 상기 스프링(62)은 자유로운 상태에서 보통 심장(cardioid)형상임을 특징으로 하는 압력작동기.
제1항에 있어서, 상기 스프링은 방사형의 싸인 곡선형 스프링(111)으로 이루어지고, 상기 스프링(111)의 싸인 곡선형 볼록부가 데이지휠식 패턴으로 외부링(109)과 접촉되며, 내측의 허브(110)가 상기 스프링(111)의 싸인 곡선형 볼록부내에 끼워지는 볼록부(94)를 갖춤을 특징으로 하는 압력작동기.