KR101776496B1 - 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 기존 전동식 브레이크에 추가된 파킹 메커니즘을 통해 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크 구조를 제시한다. 특히, 본 발명에서는 힘 센서가 고장난 경우 또는 힘 센서를 구비하지 않은 경우라도 모터 특성 변화를 예측함으로써 제동력 제어가 가능한 전동식 브레이크를 제공하는 것에 특징이 있다.

Description

모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크{Electro-mechanical brake capable of detecting change in motor charateristic}

본 발명은 전동식 브레이크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 브레이크의 모터 특성이 변화하는 것을 감지하고 이에 대응할 수 있는 전동식 브레이크에 관한 것이다.

일반적으로 전동식 브레이크(EMB: Electro-Mechanical Brake)는 유압 브레이크 대비 응답속도가 빠르고 정밀하게 제어될 수 있기 때문에 제동 안전 성능을 향상시킬 수 있으며, 브레이크-바이-와이어를 위해 필수적으로 사용된다.

이러한 전동식 브레이크는 모터를 구동하여 그 회전력을 기계적으로 전달하는 방식으로 제동력을 생성한다. 전동식 주차 브레이크(EPB: Electro-Parking Brake)와 같은 전동식 브레이크의 차량 적용이 점차 확대되고 있으며, 종래의 유압식 브레이크를 대체하는 주 브레이크용 전동식 브레이크의 개발로 그 영역이 확장되고 있다. 특히, 전동식 주차 브레이크의 기능을 통합적으로 구현한 전동식 브레이크가 개발되고 있다.

전동식 브레이크는 운전자와의 기계적 연결 없이 다양한 센서와 전기적 장치에 의해 작동되며, 이런 장치들의 고장에 대한 안정성을 확보하는 것이 반드시 필요하다.

예를 들어, 종래의 전동식 브레이크는 제동력 제어를 위해 힘 센서를 구비한다. 그러나, 힘 센서를 포함하는 전동식 브레이크의 경우, 힘 센서가 고가일 뿐 만 아니라, 힘 센서의 고장이 발생할 경우 모터 특성 변화를 예측할 수 없기 때문에 제동력 제어가 불가능한 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1511437호 (2015. 4. 10)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 힘 센서가 고장난 경우 또는 힘 센서를 구비하지 않은 경우라도 모터 특성 변화를 예측함으로써 제동력 제어가 가능한 전동식 브레이크를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 구동축을 회전시키는 모터부; 상기 구동축의 회전에 따라 제동력을 형성하거나 제동력을 해제할 수 있는 제동부; 구동 로드를 동작시키기 위한 파킹 구동부; 상기 구동축에 자유롭게 회전가능하게 설치되며, 방사상으로 걸림부가 형성되는 파킹 링; 상기 구동축의 회전에 따라 상기 파킹 링와 함께 또는 단독으로 회전할 수 있도록 상기 구동축 상에 설치되는 회전 부재; 상기 회전 부재와 상기 파킹 링의 상대적인 변위차에 따라 탄성 변형하는 탄성체;를 포함하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 회전 부재는 반경 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 파킹 링의 일면에는 회전 부재 상의 돌출부의 이동궤적 상에 규제부가 형성되며, 상기 돌출부가 상기 규제부를 가압하면 상기 파킹 링과 상기 회전 부재가 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 구동축 상에서, 상기 파킹 링은 상기 회전 부재의 아래에 설치되고, 상기 규제부는 상기 파킹 링의 상면으로 돌출된 원호 형상인 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 돌출부는 서로 마주보는 한 쌍의 돌출부로 구성되고, 상기 규제부는 서로 마주보는 한 쌍의 규제부로 구성되며, 상기 돌출부는 상기 회전 부재의 회전에 따라 상기 한 쌍의 규제부 사이에서 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 탄성체의 일단부는 파킹 링에 고정되고, 타단부는 회전 부재 상에 고정되어 상대적인 변위차를 발생시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 탄성체는 비틀림 스프링인 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 탄성체의 일단부는 상기 돌출부에 고정되고, 타단부는 상기 규제부에 고정되며, 상기 탄성체는 상기 한 쌍의 규제부 사이에서 상기 돌출부가 이동함에 따라 발생되는 상대적인 변위차에 따라 탄성 변형하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 구동 로드는 상기 파킹 링의 상기 걸림부와 접촉하면서 상기 파킹 링의 회전을 제한하도록 이동하며, 상기 회전 부재는 상기 파킹 링의 회전이 제한된 상태에서 단독으로 회전하여 상기 탄성체를 탄성 변형시키는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 탄성체는 무부하 상태 또는 압축 상태로 상기 회전 부재 및 상기 파킹링 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 모터부의 회전각 및 모터 전류를 검출하기 위한 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 센서부로부터 검출된 회전각 및 모터 전류로부터 보정된 모터토크상수를 결정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 걸림부는 방사상으로 형성된 돌기인 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 돌기는 제1면과 제2면으로 이루어진 톱니 형상이며, 상기 제1면은 상기 제2면 보다 더 넓은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 걸림부는 동일한 형상 및 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 구동 로드와 힌지 결합하며, 슬롯이 형성된 파킹 로드; 및 상기 파킹 로드의 슬롯 내에 삽입되며, 하우징에 고정되는 가이드 핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 슬롯은 육상 트랙 형상을 가지고, 상기 가이드 핀은 원형 단면을 가지며, 상기 슬롯의 폭은 상기 가이드 핀이 폭방향으로 움직이지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 구동축 상에 설치되는 구동 기어; 및 상기 구동 기어와 연결되는 감속 기어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

또한, 상기 구동축 상에 설치되는 구동 기어; 및 상기 구동 기어와 연결되는 종동 기어;를 더 포함하고, 상기 파킹 링과 상기 회전 부재 및 상기 탄성체는 모두 상기 종동 기어축 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 제공한다.

본 발명에 따르면, 고가의 힘 센서를 삭제할 수 있어 전동식 브레이크의 제작 원가가 감소되는 효과가 있다.

또한, 전동식 브레이크의 클램핑력이 잘못 검출되는 것을 확인할 수 있어 센서 이상을 감지할 수 있으므로, 시스템 강건성이 향상된다.

또한, 힘 센서를 포함하는 전동식 브레이크에서, 힘 센서 고장 시에도 제동력을 제어할 수 있으므로, 고장 안정성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 전동식 브레이크의 전체 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 제1구현예에 따른 전동식 브레이크의 내부 구성을 도시한 것이고,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1구현예에 따른 전동식 브레이크의 내부 구성들이 동작하는 것을 도시한 것이고,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1구현예에 따른 전동식 브레이크가 주차 시에 동작하는 것을 순서대로 도시한 것이고,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1구현예에 따른 전동식 브레이크에서 모터 특성 추정 모드에 따라 동작하는 것을 순서대로 도시한 것이고,
도 6a 및 도 6b에서는 모터 회전각과 모터 전류 간의 그래프를 도시하고 있는데, 도 6a는 스프링이 압축되지 않은 초기상태로 설정된 경우이고, 도 6b는 스프링이 압축된 초기 상태로 설정된 경우이고,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 제2구현예에 따른 전동식 브레이크의 내부 구성을 도시한 것이고,
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제2구현예에 따라 모터 특성 추정 모드에 따라 동작하는 것을 도시한 것이다.

본 발명에서는 파킹 메커니즘을 갖춘 전동식 브레이크로서, 파킹 메커니즘에 포함된 스프링 압축 시의 전류 변화를 통해 모터 특성을 추정할 수 있도록 구성된 전동식 브레이크를 제시한다. 본 발명에서 파킹 메커니즘이란 전동식 브레이크가 전동식 주차 브레이크(EPB)로 기능할 수 있도록 부가된 메커니즘을 의미한다. 따라서, 본 발명에서의 파킹 메커니즘은 모터, 감속기어부 등과 같은 통상적인 전동식 브레이크의 구성들은 제외되며, 후술할 파킹링 및 파킹 로드 등을 포함하게 된다. 아울러, 본 발명에서의 파킹 메커니즘은 모터 특성 추정을 위하여 스프링과 같은 탄성체를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 전동식 브레이크의 전체 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 전동식 브레이크는 모터부(110), 상기 모터부(110)의 구동축에 연결되는 구동 기어(120), 상기 구동 기어(120)에 연결되는 감속 기어부(130) 및 감속 기어부(130)에 연결된 스핀들(140)에 의하여 동작하는 제동부(200)를 포함한다. 이들 구성들 모두 또는 적어도 일부는 하우징(300) 내에 장착될 수 있다.

구체적으로, 본 구현예에서는 제동을 위한 제동력을 제공하기 위한 모터부(110)를 포함하며, 주차 시 제동력을 지탱하기 위하여 동작하는 파킹 구동부(160)를 포함한다. 또한, 이러한 모터부(110) 및 파킹 구동부(160)는 제어부(191)의 동작 지령에 의하여 작동된다. 본 발명에서, 모터부(110)는 제동력을 제공하고, 다시 제동력을 제거할 수 있도록 양방향 회전이 가능하도록 구성됨이 바람직하다. 한편, 본 발명에서의 파킹 구동부(160)는 단방향 또는 양방향의 구동력을 제공하도록 구성할 수 있다. 파킹 구동부(160)에 의해 제공되는 구동력은 구동 로드(161)를 이동시킨다.

제어부(191)의 동작 지령에 따라 배터리와 같은 구동 전원으로부터 모터부(110)에 전력이 인가됨에 따라 모터가 구동되도록 구성된다. 모터부(110)의 구동축에는 구동 기어(120)가 장착되고, 구동 기어(120)는 모터부(110)에서 제공되는 회전력을 제동부(200)의 동작을 위한 스핀들(140) 측으로 전달할 수 있도록 구성된다. 바람직하게는, 상기 구동 기어(120)는 감속 기어부(130)와 연결되고, 감속 기어부(130)를 통해 모터부(110)의 회전력이 전달되어 스핀들(140)이 회전하게 된다. 감속 기어부(130)는 구동 모터에 따른 구동축의 회전을 적절한 수준으로 감속시키기 위한 구성으로, 다수의 기어가 조합된 형태로 구성될 수 있다.

상기 스핀들(140)은 제동부(200)에서 제동력을 형성하도록 회전하며, 바람직하게는 볼 스크류 또는 일반 스크류와 같은 형태로 구성될 수 있다. 제동부(200)는 브레이크 패드(220)와 디스크(210)를 포함하며, 스핀들(140)과 나사 결합된 이동 부재(미도시)가 이동하면서 브레이크 패드(220)를 디스크(210) 측으로 가압하도록 구성된다.

본 발명에 따른 전동식 브레이크의 제동 과정을 살피면, 제동 시, 제어부(191)가 운전자의 제동 의지를 입력받은 경우, 제어부(191)가 배터리와 같은 구동 전원으로부터 모터부(110)에 전력을 인가시킴에 따라 모터가 구동되고, 제동이 시작된다. 모터부(110)로 전원이 인가되고, 정방향으로 구동축이 회전함에 따라 모터부(110)에 연결된 구동 기어(120)가 회동하고, 감속 기어부(130)를 통해 스핀들(140)을 회전시키게 된다.

스핀들(140)의 회전은 볼 스크류 등의 구조를 통해 직선운동으로 변환되고, 이에 따라 브레이크 패드(220)가 디스크(210)를 가압하여 제동이 이루어지게 된다.

한편, 제동 해제 시에는, 모터부(110)는 앞서와는 반대로 부방향으로 회전하게 된다. 예를 들어, 시계방향이 정방향이라면, 반시계방향으로 구동축을 회전시킴으로써 제동 해제가 이루어진다.

제동 해제 시, 모터의 구동력이 스핀들(140)을 거쳐 제동부(200)로 전달되는 과정은 동일하며, 다만 모터의 회전 방향이 반대이기 때문에, 브레이크 패드(220)는 디스크(210)를 가압하지 않고, 제동력을 해제하는 방향, 즉, 디스크(210)와 멀어지는 방향으로 이동하게 된다.

본 발명에서는 모터부의 회전각 및 모터 전류를 검출하기 위한 센서부(192)를 더 포함하도록 구성할 수 있다. 이와 관련, 상기 제어부는 모터 특성 변화를 감지하여 보정된 모터토크상수를 결정하는 데 이용된다. 특히, 상기 제어부에서는 상기 센서부(192)로부터 검출된 회전각 및 모터 전류로부터 보정된 모터토크상수를 결정하도록 구성될 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제1구현예에 따른 전동식 브레이크에서 모터 특성 변화를 감지하기 위한 구성 및 동작을 살펴본다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 전동식 브레이크의 내부 구성을 도시한 것이고, 및 도 2b는 도 2a의 표시된 부분에 대하여 확대된 파킹 메커니즘을 도시한 것이다. 도 3a 내지 도 3e는 본 구현예에 따른 파킹 메커니즘이 동작하는 것을 도시하고 있다.

본 발명의 제1구현예에 따른 전동식 브레이크에서는 양방향으로 구동되는 파킹 구동부(160)에 의하여 모터의 구동축에 연결된 파킹 링(150)의 회전을 억제할 수 있는 구조로 형성된다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 구동 기어(120) 및 감속 기어부(130)는 하우징(300) 내부에 수납된다. 구동 기어(120)는 모터부(110)의 구동축 상에 장착되는데, 구동축에는 파킹 링(150) 및 회전 부재(170)이 설치된다.

이러한 파킹 링(150)은 파킹 구동부(160)의 구동 로드(161)에 의해 회전이 제한될 수 있는 구조를 갖는다.

파킹 구동부(160)는 주차를 위한 제동 실시 및 제동 해제를 위한 구성으로, 바람직하게는 양방향으로 구동 로드(161)를 작동시킬 수 있는 양방향 솔레노이드로 구성될 수 있다. 상기 솔레노이드는 제동력이 인가된 상태를 유지하여 제동력이 해제되지 않도록 구동 로드(161)를 움직이는데 이용된다. 따라서, 상기 솔레노이드는 전원이 인가됨에 따라 양방향으로 이동하는 구동 로드(161)를 포함한다. 특히, 제1구현예에 따르면, 주차 시에는 도 4b에서와 같은 방향으로 구동 로드가 이동하고, 주차 제동 해제시에는 반대 방향으로 구동 로드가 이동하도록 구성된다.

상기 파킹 링(150)은 모터의 구동축 상에서 자유롭게 회전할 수 있도록 설치된다. 반면, 상기 회전 부재(170)는 모터의 구동축과 함께 회전하도록 구성되며, 모터의 구동력을 파킹 링(150)에 전달할 수 있도록 구성된다. 도 2b의 예에서와 같은 파킹 링(150)의 장착 위치는 하나의 바람직한 예이며, 파킹 링(150)은 모터부의 구동축 상에 회전 가능하게 장착된 것으로 족하다. 따라서, 구동축의 회전에 따라 상기 회전 부재(170)는 파킹 링(150)과 함께 또는 회전 부재(170) 단독으로 회전할 수 있도록 설치된다.

파킹 메커니즘 내의 구체적인 구조를 살피면, 도 3a에 도시된 것과 같이, 상기 회전 부재(170)에는 반경 방향으로 돌출된 돌출부(171)가 형성되며, 상기 파킹 링(150)의 일면에는 회전 부재(170) 상의 돌출부(171)의 이동 궤적 상에 규제부(151)가 형성된다.

따라서, 상기 파킹 링(150)은 모터 구동축의 회전에 동기되어 회전하는 것이 아니라, 상기 돌출부(171)가 규제부(151)와 접촉하여 파킹 링(150)이 회전력을 전달받을 수 있는 상태가 될 때에만 선별적으로 회전할 수 있는 구조로 설치된다. 따라서, 회전 부재(170) 상의 돌출부(171)가 파킹 링(150)의 규제부(151)를 가압하면 상기 파킹 링(150)과 상기 회전 부재(170)가 함께 회전하게 된다.

또한, 파킹 링(150)과 회전 부재(170) 상에는 탄성체가 설치된다. 이러한 탄성체는 일단부는 파킹 링(150)에 고정되고, 타단부는 회전 부재(170) 상에 고정된다. 따라서, 탄성체는 회전 부재(170)와 파킹 링(150)의 상대적인 회전 변위의 차이를 탄성력으로 저장하게 된다. 바람직하게는, 상기 탄성체는 비틀림 스프링(180)일 수 있으며, 상기 비틀림 스프링(180)의 일단은 상기 파킹 링(150)의 규제부(151) 상에 고정되고, 타단은 상기 회전 부재(170)의 돌출부(171) 상에 고정될 수 있다. 그러므로, 회전 부재(170)와 파킹 링(150) 간의 상대적인 변위가 발생하는 경우, 예를 들어, 파킹 링(150)은 회전하지 않은 상태에서 회전 부재(170)만 회전하는 경우에는 비틀림 스프링(180)을 가압하여 비틀림 변위를 발생시키게 된다.

예를 들어, 상기 구동축 상에서, 상기 파킹 링(150)은 상기 회전 부재(170)의 아래에 설치되고, 상기 규제부(151)는 상기 파킹 링(150)의 상면으로 돌출된 원호 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 돌출부(171)는 서로 마주보는 한 쌍의 돌출부(171)로 구성되고, 상기 규제부(151)는 서로 마주보는 한 쌍의 규제부(151)로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 돌출부(171)는 상기 회전 부재(170)의 회전에 따라 상기 한 쌍의 규제부(151) 사이에서 이동하게 되며, 이 과정에서 탄성체는 압축된다.

즉, 본 구현예에서 구동 로드가 상기 파킹 링(150)의 상기 걸림부와 접촉하면서 상기 파킹 링(150)의 회전을 제한하면, 상기 회전 부재(170)가 단독으로 회전하면서 파킹 링(150)과의 회전 변위차를 발생시키며 상기 탄성체를 탄성 변형시키게 된다.

한편, 본 구현예에서의 비틀림 스프링(180)은 회전 부재(170)의 회전력을 파킹 링(150)으로 전달하도록 기능한다. 즉, 무부하 상태(스프링이 압축되지 않은 정상 세팅) 또는 압축 상태(초기 상태에서 스프링이 압축되어 있는 세팅)로 비틀림 스프링(180)이 설정된 경우, 파킹 링(150)은 비틀림 스프링(180)에 의하여 회전 부재(170)와 연결되어 있기 때문에 파킹 링(150)과 회전 부재(170)가 함께 회전한다.

예를 들어, 도 3a와 같은 초기 상태에서 구동축이 반시계방향으로 회전하는 경우, 도 3b에서와 같이 회전 부재(170)와 함께 파킹 링(150)도 회전하게 된다.

반면, 도 3c에서와 같이 구동 로드가 파킹 링(150)의 회전을 구속하는 경우, 파킹 링(150)은 회전하지 않게 되며, 회전 부재(170)만이 도 3d에서와 같이 회전한다. 회전 부재(170)가 회전함에 따라 파킹 링(150)과 회전 부재(170) 간의 상대적인 움직임이 나타나고, 비틀림 스프링(180)이 압축된다. 회전 부재(170)의 회전은 파킹 링(150)의 규제부(151)에 돌출부(171)가 닿을 때까지 진행된다(도 3e).

회전 부재(170), 파킹 링(150) 및 비틀림 스프링(180)은 상대적인 위치 관계를 포함하는 초기 상태가 설정된다. 이러한 초기 상태에는 파킹 링(150)의 규제부(151)와 회전 부재(170)의 돌출부(171)가 접촉한 상태로 설정될 수 있으며, 비틀림 스프링(180)은 무부하 상태 또는 압축 상태로 설정될 수 있다.

한편, 구동 로드(161)과 함께 동작하는 파킹 링(150)은 구동 로드(161)가 구동축의 회전을 구속할 수 있도록 파킹 링(150)과 접촉할 수 있는 걸림 구조를 가진다. 따라서, 본 발명에서의 파킹 링(150)은 구동 로드(161)에 걸려 회전이 제한될 수 있는 구조라면 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 파킹 링(150)은 원형 몸체에 홈을 갖는 구조가 될 수 있으며, 바람직하게는 도 2에서와 같이 외측으로 돌출된 돌기를 갖는 구조가 될 수 있다.

본 명세서에서는 이러한 파킹 링(150)의 걸림 구조를 걸림부로 총칭하며, 이하에서는 걸림부가 돌기의 형태로 구현되는 예를 바탕으로 설명한다.

다수의 돌기를 가지며 구동축 상에 장착된다. 파킹 링(150)은 모터부(110)의 구동축과 함께 회전한다. 파킹 링(150)의 돌기는 링 형상의 원형 몸체 상에 방사상으로 배치되며, 바람직하게는 균등하게 분할된 영역을 커버하는 다수의 동일한 크기 및 형상의 돌기로 이루어진다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 돌기는 상대적으로 작은 면적을 갖는 제1면(A)과 상대적으로 큰 면적을 갖는 제2면(B)으로 이루어진다. 제1면(A)은 대체로 파킹 링(150)의 중심을 향하는 면이고, 제2면(B)은 파킹 링(150)의 원형 몸체에 접하는 면을 형성한다. 따라서, 이러한 돌기들은 도 2b 및 도 3a에서와 같이, 원형 몸체에 방사상으로 배치되는 다수의 톱니 구조를 갖는다. 한편, 도 1에서는 파킹 링(150)이 구동 기어(120)의 하부 측, 즉, 모터에 가까운 곳에 장착되는 것으로 도시되었으나, 상대적인 장착 위치는 변경될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 도 2a 및 도 2b 등에서와 같이, 모터에 연결되는 구동축 상에 파킹 링, 회전 부재 및 탄성체가 순차적으로 연결되는 구조인 것을 특징으로 하고 있으나, 본 발명은 이러한 구현예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 다른 구현예에서는 상기 구동축 상에 설치되는 구동 기어 및 상기 구동 기어와 연결되는 종동 기어를 더 포함하도록 구성할 수 있으며, 상기 파킹 링과 상기 회전 부재 및 상기 탄성체는 모두 상기 종동 기어축 상에 설치되도록 구성할 수도 있다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1구현예에 따른 파킹 메커니즘이 주차 시에 동작하는 것을 도시하고 있다.

도면에 도시되지는 않았으나, 주차 제동이 이루어지는 경우에는 디스크(210)와 패드 간에 충분한 제동력이 형성된 상태이어야 하므로, 제어부(191)에 의하여 모터부(110)가 작동한 상태임을 전제로 한다.

도 4a에서와 같이, 주차 제동이 실시되지 않고 있는 상태에서는 구동 로드(161)는 파킹 링(150)을 구속하지 않도록 위치한다.

다음으로, 제어부(191)에서 파킹 구동부(160)(즉, 솔레노이드)를 구동시키게 되면, 구동 로드(161)는 도 4b에서와 같이 전진한다.

구동 로드(161)의 전진에 의하여, 도 4b에서와 같이 구동 로드(161)가 파킹 링(150)을 구속하기에 충분한 위치로 이동한 상태가 된다.

이 때, 도 4b에서와 같이, 파킹 링(150)의 돌기와 구동 로드(161) 간의 유격을 보정하기 위하여 파킹 링(150)이 회전하는 것이 필요하다.

주차 제동 시에는 클램핑 력에 의한 제동 반력이 가해지고 있는 상태이기 때문에, 제동력을 형성하기 위한 모터 구동력을 해제할 경우 회전 부재(170) 및 파킹 링(150)이 회전하면서 구동 로드와 접촉하게 된다(도 4c). 다만, 이와는 달리, 모터부를 감압 방향(즉, 도 4c에서의 반시계 방향)으로 회전시킬 수도 있다.

따라서, 구동 로드(161)이 파킹 링(150)의 회전을 구속하게 되어, 주차 제동이 완료된다(도 4c).

한편, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 모터 특성을 추정하는 과정을 설명한다. 모터 특성 추정의 과정은 주차 제동 과정과 유사하게 진행된다.

다만, 모터 특성 추정의 과정에서는 주차 제동 시 제동력을 형성하는 과정이 불필요하므로, 제동 반력이 형성되지 않은 제동 해제 상태에서 수행됨이 바람직하다. 따라서, 초기 상태를 나타내는 도 5a의 경우, 제동 반력이 없다는 점을 제외하고는 도 4a의 상태와 동일하다. 다만, 제동 반력의 형성 여부는 필수적이지 않을 수 있다.

다음으로, 도 5b에서와 같이, 구동 로드(161)가 파킹 링(150)을 구속하기에 충분한 위치로 전진시킨다.

구동 로드가 충분히 전진하였다면, 모터를 동작시켜 구동 로드와 파킹 링(150)이 접촉하여 파킹 링(150)의 회전이 제한되도록 한다(도 5c).

파킹 링(150)의 회전이 제한되면, 모터부에 의해 회전 부재(170)만이 회전하게 되므로, 회전 부재(170)와 파킹 링(150) 간의 상대적인 변위가 발생한다. 이와 같은 상대적인 변위로 인해 비틀림 스프링(180)은 압축되게 된다.

비틀림 스프링(180)이 압축되는 과정에서 모터 회전각과 모터에 인가되는 전류를 검출하여 모터 특성을 추정할 수 있게 된다. 여기서, 스프링이 압축되는 과정에서 모니터링되는 모터 회전각과 모터 전류의 관계가 모터 특성을 결정하게 된다.

도 6a 및 도 6b에서는 모터 회전각과 모터 전류 간의 그래프를 도시하고 있는데, 도 6a는 스프링이 압축되지 않은 초기상태로 설정된 경우이고, 도 6b는 스프링이 압축된 초기 상태로 설정된 경우이다.

도 6a를 참조하면, 구동 로드와 파킹 링이 접촉한 이후 스프링을 가압하기 위하여 인가되는 전류가 증가한다. 따라서 도 6a에서와 같이 모터 회전각이 증가함에 따라 모터 전류도 증가하게 되며, 증가되는 경향을 나타내는 직선의 기울기는 비틀림 스프링(180)의 스프링 계수에 따라 결정된다.

도 6a에서 가장 위의 직선은 최초 정상 상태일 때를 의미하고, 가장 아래 직선은 모터가 정상 동작하지 않는 모터 고장 상태의 기준을 의미한다. 한편, 모터의 내구가 진행됨에 따라 모터 특성이 변화하게 되며, 이러한 상태 변화에 따라 직선의 기울기가 변하게 된다.

따라서, 도 6a의 중간 직선에서와 같은 상태 변화가 나타나게 되며, 이러한 상태 변화를 고려하여 모터 특성 변화를 예측할 수 있으며, 나아가 모터 토크 상수를 보정할 수 있다. 모터 토크 상수의 보정은 기울기 변화에 따라 보정값을 미리 설정하고, 설정된 보정값을 적용함으로써 구현될 수 있다. 모터 특성 변화에 따른 모터 토크 상수를 주기적으로 보정할 수 있다면 정확한 제동력을 계산할 수 있으며, 이에 따라 힘 센서를 제거하거나 또는 힘 센서의 고장 시에 대처할 수 있다.

한편, 도 6b는 스프링의 압축 세팅의 경우로, 초기 상태에 스프링이 압축되어 있기 때문에, 파킹 링과 구동 로드가 접촉함에 따라 스프링의 압축된 상태를 이기고 압축되기 위한 추가적인 전류가 소요되는 것(도 6b에서 급격히 전류가 증가되는 것으로 나타난 영역)을 제외하고는 도 6a의 경우와 동일하다. 압축된 상태를 이기기 위한 전류 추가분은 도 6b의 그래프 상에서 급격히 증가되는 부분으로 나타난다.

따라서, 본 구현예에 따르면, 구동 로드와 파킹 링이 접촉한 시점(X)에서부터, 스프링이 압축되는 동안(즉, 파킹링의 규제부(151)에 의하여 회전 부재(170)의 회전이 제한되는 시점까지)의 모터 회전각과 모터 전류 변화를 모니터링함으로써 모터 특성 변화를 추정할 수 있으며, 이를 이용하여 모터 토크 상수를 보정할 수 있다.

한편, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 제2구현예에 따른 전동식 브레이크의 내부 구성을 도시한 것이고, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제2구현예에 따라 모터 특성 추정 모드에 따라 동작하는 것을 도시하고 있다.

제2구현예의 경우, 구동 로드(161)에 힌지 결합된 파킹 로드(163)을 더 포함하는 것을 제외하고는 제1구현예와 동일하다.

본 구현예에서, 파킹 구동부(160)는 단방향으로 구동 로드(161)를 작동시킬 수 있는 단방향 솔레노이드로 구성될 수 있다. 상기 솔레노이드는 전원이 인가됨에 따라 단방향으로 이동하는 구동 로드(161)를 포함하며, 바람직하게는 구동 로드(161)가 최초 위치로 되돌아가기 위한 복원력을 제공하기 위한 리턴 스프링을 더 포함한다. 특히, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 주차 제동 해제시에는 별도의 해제를 위한 힘이 인가되지 않고, 단지 제동 해제를 위한 모터부(110)의 움직임, 즉, 모터부(110)를 감압 방향으로 회전시킴에 따라 주차 해제가 가능하도록 구성된다. 따라서, 모터부(110)가 감압 방향으로 회전 시, 리턴 스프링의 복원력을 이용하여 자동으로 파킹 로드(163) 및 구동 로드(161)가 제동 해제의 위치로 이동할 수 있도록 구성된다.

파킹 로드(163)는 힌지부(162)에 의해 구동 로드(161)에 힌지 결합되며, 중앙에 슬롯(165)이 형성되는 형태를 갖는다. 한편, 하우징(300)의 저면 또는 고정 가능한 다른 부재 상에 가이드 핀(164)이 형성되며, 상기 슬롯(165) 내에 가이드 핀(164)이 삽입된다. 파킹 로드(163)는 파킹 구동부(160) 작동 시 파킹 링(150)에 접촉하여 파킹 링(150)의 회전을 제한하고, 가이드 핀(164)은 슬롯(165) 내에 삽입되어 파킹 로드(163)의 운동을 가이드하도록 구성된다.

상기 슬롯(165)은 가이드 핀(164)이 내부에서 움직일 수 있도록 가이드 핀(164)에 비하여 충분히 큰 크기를 가진다. 바람직하게는 상기 가이드 핀(164)은 원형 단면을 가지고, 상기 슬롯(165)은 가이드 핀(164)의 지름과 대체로 동일한 폭(실제로는 가이드 핀(164)의 지름 보다 약간 큰 폭)을 갖는 육상 트랙 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 여기서 육상 트랙 형상의 폭이란, 상대적으로 짧은 길이의 폭을 갖는 부분을 말한다. 상기 육상 트랙 형상의 슬롯(165)은 구동 로드(161)의 움직임을 충분히 수용할 수 있는 크기로 이루어지며, 슬롯(165)의 길이 방향 양측 단부에 가이드 핀(164)이 위치함에 따라 구동 로드(161)가 1회 구동이 가능하도록 구성된다.

즉, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 구동 로드(161)가 주차 제동 해제 위치(솔레노이드에서 가장 멀리 배출된 지점)에 있을 때는(도 3a), 슬롯(165)의 길이방향 제1단부에 가이드 핀(164)이 위치하고, 상기 구동 로드(161)가 주차 제동 위치(솔레노이드 측으로 가장 당겨진 지점)에 있을 때(도 3c)는, 슬롯(165)의 길이방향 제2단부에 가이드 핀(164)이 위치하도록 구성된다.

또한, 상기 파킹 로드(163)는 파킹 링(150)의 회전을 제한할 수 있도록 형성되어야 한다. 이를 위해, 파킹 로드(163)는 파킹 링(150)의 돌기와 접촉하여 파킹 링(150)을 지지하기 위한 상단면(C)을 갖는다. 이러한 상단면(C)은 바람직하게는 사각 평면 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 파킹 로드(163)는 주차 해제 시, 파킹 링(150)의 돌기에 의하여 밀려나면서 파킹 로드(163)가 해제 위치로 움직일 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 파킹 로드(163)는 파킹 링(150)의 돌기와 접촉하면서 밀려날 수 있도록 상기 상단면(C)의 일측 단부로부터 연장되는 측면(D)을 가진다. 이러한 측면(D) 또한 상단면(C)과 마찬가지로 사각 평면 구조를 포함할 수 있다.

한편, 파킹 로드(163)와 함께 동작하는 파킹 링(150)은 앞서 제1구현예에서와 동일하다.

모터 특성 추정을 위한 파킹 메커니즘의 동작은 도 8a 내지 도 8c에 도시되어 있으며, 구동 로드의 움직임에서 차이가 있을 뿐, 모터 특성 추정 원리는 제1구현예와 동일하다.

즉, 파킹 링의 회전이 제한되지 않는 초기 상태(도 8a)에서, 구동 로드(161)가 후진하면서 파킹 로드(163)의 회전에 따라 파킹 링(150)을 구속하기에 충분한 위치로 이동한다(도 8b).

다음으로, 모터를 동작시켜 구동 로드와 파킹 링이 접촉하여 파킹 링의 회전이 제한되도록 한다(도 8c).

파킹 링의 회전이 제한되면, 모터부에 의해 회전 부재(170)만이 회전하게 되므로, 회전 부재(170)와 파킹 링 간의 상대적인 변위가 발생한다. 이와 같은 상대적인 변위로 인해 비틀림 스프링(180)은 압축되게 되며, 이 때 모터 회전각과 모터에 인가되는 전류를 검출하여 모터 특성을 추정할 수 있게 된다.

이상 살펴 본 바와 같이, 본 발명에서는 바람직한 구현예를 통해 모터, 감속 기어부, 스핀들 등을 포함한 예를 제시하고 있으나, 본 발명은 이러한 예만으로 제한되는 것은 아니며, 모터 특성 추정을 위한 파킹 메커니즘으로, 탄성체, 파킹 링 및 회전 부재가 조합된 구조를 포함하는 다른 형태로 변경 실시될 수 있음은 당해 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

110: 모터부
120: 구동 기어
130: 감속 기어부
140: 스핀들
150: 파킹 링
151: 규제부
160: 파킹 구동부
161: 구동 로드
162: 힌지부
163: 파킹 로드
164: 가이드 핀
165: 슬롯
170: 회전 부재
171: 돌출부
180: 비틀림 스프링
191: 제어부
192: 센서부
200: 제동부
210: 디스크
220: 브레이크 패드
300: 하우징

Claims (18)

1. 구동축을 회전시키는 모터부;
   상기 구동축의 회전에 따라 제동력을 형성하거나 제동력을 해제할 수 있는 제동부;
   구동 로드를 동작시키기 위한 파킹 구동부;
   상기 구동축에 자유롭게 회전가능하게 설치되며, 방사상으로 걸림부가 형성되는 파킹 링;
   상기 구동축의 회전에 따라 상기 파킹 링와 함께 또는 단독으로 회전할 수 있도록 상기 구동축 상에 설치되는 회전 부재;
   상기 회전 부재와 상기 파킹 링의 상대적인 변위차에 따라 탄성 변형하는 탄성체;
   를 포함하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전 부재는 반경 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 파킹 링의 일면에는 회전 부재 상의 돌출부의 이동궤적 상에 규제부가 형성되며,
   상기 돌출부가 상기 규제부를 가압하면 상기 파킹 링과 상기 회전 부재가 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 구동축 상에서, 상기 파킹 링은 상기 회전 부재의 아래에 설치되고, 상기 규제부는 상기 파킹 링의 상면으로 돌출된 원호 형상인 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 돌출부는 서로 마주보는 한 쌍의 돌출부로 구성되고, 상기 규제부는 서로 마주보는 한 쌍의 규제부로 구성되며, 상기 돌출부는 상기 회전 부재의 회전에 따라 상기 한 쌍의 규제부 사이에서 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄성체의 일단부는 파킹 링에 고정되고, 타단부는 회전 부재 상에 고정되어 상대적인 변위차를 발생시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄성체는 비틀림 스프링인 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 탄성체의 일단부는 상기 돌출부에 고정되고, 타단부는 상기 규제부에 고정되며, 상기 탄성체는 상기 한 쌍의 규제부 사이에서 상기 돌출부가 이동함에 따라 발생되는 상대적인 변위차에 따라 탄성 변형하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동 로드는 상기 파킹 링의 상기 걸림부와 접촉하면서 상기 파킹 링의 회전을 제한하도록 이동하며, 상기 회전 부재는 상기 파킹 링의 회전이 제한된 상태에서 단독으로 회전하여 상기 탄성체를 탄성 변형시키는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 탄성체는 무부하 상태 또는 압축 상태로 상기 회전 부재 및 상기 파킹링 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터부의 회전각 및 모터 전류를 검출하기 위한 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 센서부로부터 검출된 회전각 및 모터 전류로부터 보정된 모터토크상수를 결정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 걸림부는 방사상으로 형성된 돌기인 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 돌기는 제1면과 제2면으로 이루어진 톱니 형상이며, 상기 제1면은 상기 제2면 보다 더 넓은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 걸림부는 동일한 형상 및 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 로드와 힌지 결합하며, 슬롯이 형성된 파킹 로드; 및
    상기 파킹 로드의 슬롯 내에 삽입되며, 하우징에 고정되는 가이드 핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 슬롯은 육상 트랙 형상을 가지고, 상기 가이드 핀은 원형 단면을 가지며, 상기 슬롯의 폭은 상기 가이드 핀이 폭방향으로 움직이지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    
17. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동축 상에 설치되는 구동 기어; 및 상기 구동 기어와 연결되는 감속 기어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    
18. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동축 상에 설치되는 구동 기어; 및 상기 구동 기어와 연결되는 종동 기어;를 더 포함하고,
    상기 파킹 링과 상기 회전 부재 및 상기 탄성체는 모두 종동 기어축 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 모터 특성 변화를 감지하는 전동식 브레이크.
    

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