KR100534712B1 - Pedal simulator for brake by wire system using mr damper and two-stage-stiffness spring - Google Patents

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KR100534712B1
KR100534712B1 KR10-2003-0070628A KR20030070628A KR100534712B1 KR 100534712 B1 KR100534712 B1 KR 100534712B1 KR 20030070628 A KR20030070628 A KR 20030070628A KR 100534712 B1 KR100534712 B1 KR 100534712B1
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Abstract

본 발명은 동일한 페달 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모가 줄어들어 에너지 절감을 도모하며, 구동기의 부피를 감소시킬 수 있는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 관한 것으로, 운전자의 제동입력을 받는 페달과; 페달의 회전각을 계측하는 회전각 센서와; 스트로크 리미터를 이용하여 적어도 한 개 이상의 스프링들을 직렬로 결합하는 탄성부와; 자기 유변 유체를 이용하여 감쇠력을 형성하는 자기 유변 댐퍼와; 상기 회전각 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 상기 페달의 회전각과 회전 각속도를 계산하고, 상기 계산된 값을 통해 기준 페달 반력을 결정하며, 상기한 기준 페달 반력을 구현하기 위한 자기 유변 댐퍼의 소산 토크를 형성하도록 자기 유변 댐퍼 구동 전류를 결정하여, 이에 해당하는 댐핑 제어신호를 발생하고, 자기 유변 댐퍼의 감쇠력을 조절하도록 페달 반력의 제어동작을 수행하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 댐핑 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 자기 유변 댐퍼 구동에 필요한 전류를 자기 유변 댐퍼에 공급하는 전류 조절기를 포함하여 구성한다.The present invention relates to an electric brake pedal simulator capable of reducing energy consumption by reducing power consumption required to form the same pedal reaction force and reducing a volume of a driver, the pedal receiving a driver's braking input; A rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the pedal; An elastic portion for coupling at least one or more springs in series using a stroke limiter; A magnetic rheology damper for forming a damping force using the magnetic rheology fluid; Analyze the signal input from the rotation angle sensor to calculate the rotation angle and rotation angular velocity of the pedal, determine the reference pedal reaction force through the calculated value, the dissipation torque of the magnetic rheological damper to implement the reference pedal reaction force A controller configured to determine a magnetoresistive damper driving current to generate a damping control signal, and to perform a pedal reaction force control operation to adjust a damping force of the magnetic rheological damper; And a current regulator driven according to an input of a damping control signal supplied from the controller to supply a current required for driving the magnetic rheological damper to the magnetic rheological damper.

Description

전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터{PEDAL SIMULATOR FOR BRAKE BY WIRE SYSTEM USING MR DAMPER AND TWO-STAGE-STIFFNESS SPRING}Pedal simulator for electric brakes {PEDAL SIMULATOR FOR BRAKE BY WIRE SYSTEM USING MR DAMPER AND TWO-STAGE-STIFFNESS SPRING}

본 발명은 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a pedal simulator for an electric brake.

통상적으로, 전동식 브레이크 장치(BBW ; Brake-By-Wire)은 운전자와 제동륜 사이의 기계적 연결이 없고, 각 차륜에 위치한 전동 캘리퍼가 제어부(BBW ECU)로부터의 입력을 받아 각 차륜의 전동 캘리퍼에 위치한 디스크를 잡아줌으로써 차량을 제동한다.Typically, the Brake-By-Wire (BBW) has no mechanical connection between the driver and the braking wheels, and an electric caliper located at each wheel receives input from a control unit (BBW ECU) and transmits the electric caliper to each wheel. Brakes the vehicle by grasping the disk in position.

도 1을 참조하여 전동식 브레이크 장치의 주요 구성을 설명한다.With reference to FIG. 1, the main structure of an electric brake apparatus is demonstrated.

먼저, 페달 시뮬레이터는 운전자의 제동 입력(페달 회전각)을 받아 제어부(BBW ECU)로 전달하고, 운전자에게 페달을 통하여 반력을 전달한다.First, the pedal simulator receives the driver's braking input (pedal rotation angle) and transmits it to the control unit BBW ECU, and transmits a reaction force to the driver through the pedal.

그리고 전동 캘리퍼는 각 차륜에 위치하며 제어부(BBW ECU)의 신호에 따라 전기모터로 디스크를 잡아 제동력을 형성한다.In addition, the electric caliper is located on each wheel and generates a braking force by grasping the disc with an electric motor according to a signal of a controller (BBW ECU).

상기 제어부(BBW ECU)는 페달 시뮬레이터로부터 운전자의 제동 입력을 받아 전동 캘리퍼의 전동모터를 구동 제어한다.The controller (BBW ECU) receives the driver's braking input from the pedal simulator to control the driving of the electric motor of the electric caliper.

상술한 바와 같은 전동식 브레이크 장치의 서브 시스템 중 하나인 페달 시뮬레이터는 차량과 운전자와의 인터페이스부로서 운전자의 제동 입력(페달 회전각)을 제어부(BBW ECU)에 전달한다. The pedal simulator, which is one of the subsystems of the electric brake apparatus as described above, transmits the driver's braking input (pedal rotation angle) to the control unit BBW ECU as an interface unit between the vehicle and the driver.

또한, 전동식 브레이크 장치는 운전자와 제동륜 사이의 기계적 연결이 없기 때문에 제동시, 페달의 임피던스가 매우 작으므로 페달 시뮬레이터를 제어함으로써, 운전자에게 적절한 페달의 반력을 전달하여 운전자의 제동 동작을 보조하는 역할을 수행하여야 한다.In addition, since the electric brake device does not have a mechanical connection between the driver and the brake wheel, the pedal impedance is very small during braking, thereby controlling the pedal simulator to assist the driver in the braking operation by transmitting an appropriate pedal reaction force to the driver. Should be performed.

즉, 상기한 페달 시뮬레이터는 운전자에게 반력을 전달하는 장치로서 장치의 임피던스(시스템의 동적 저항값)가 작으며 일반적으로 임피던스 디스플레이(힘 궤환 제어)를 수행하는 대표적인 햅틱(Haptic) 장치이다.That is, the pedal simulator is a device that transmits a reaction force to the driver, and is a representative haptic device that has a small impedance (system dynamic resistance value) and generally performs an impedance display (force feedback control).

지금까지는 제동 페달에 반력 구현 기능을 제공하기 위하여, 스프링이나 영구 자석 혹은 유압식 구동기를 이용한 장치 등이 제안되었다.Until now, in order to provide reaction force to the brake pedal, a device using a spring, a permanent magnet, or a hydraulic actuator has been proposed.

하지만 기존의 장치들은 구동기의 특성상 페달을 통한 반력 형성에 한계를 가지고 있다. However, the existing devices have a limitation in forming reaction force through the pedal due to the characteristics of the actuator.

즉, 수동 요소(Passive Element)인 스프링만 이용하여 페달 반력을 얻을 경우, 시스템의 페달 변위에 대하여 스프링의 탄성에 의하여 정해진 반력만을 얻을 수 있으므로 제동 상황에 적절한 반력(즉, 기준 페달 반력)을 생성할 수 없어 선회 상황이나 지속적 제동 상황에서는 운전자의 피로를 줄이는데 기여하는 페달 반력의 히스테리시스를 얻을 수 없다. In other words, when the pedal reaction force is obtained using only the spring, which is a passive element, only the reaction force determined by the spring elasticity can be obtained with respect to the pedal displacement of the system, thereby generating a reaction force appropriate for the braking situation (ie, the reference pedal reaction force). It is impossible to achieve the hysteresis of the pedal reaction, which contributes to reducing driver fatigue in turning or sustained braking situations.

또한, 유압식 구동기를 이용한 경우 시스템의 복잡함에도 불구하고 제어 가능한 반력의 범위가 작고, 반응 시간이 늦다는 문제점이 있었다.In addition, in the case of using the hydraulic actuator, despite the complexity of the system, there is a problem that the range of reaction force that can be controlled is small and the reaction time is slow.

따라서 본 발명의 목적은 동일한 페달 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모를 줄여 에너지 절감을 도모하며, 구동기의 부피를 감소시킬 수 있는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric brake pedal simulator that can reduce energy consumption by reducing the power consumption required to form the same pedal reaction force and reduce the volume of the driver.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 운전자의 제동입력을 받는 페달과; 페달의 회전각을 계측하는 회전각 센서와; 2개의 스트로크 리미터를 이용하여 적어도 한 개 이상의 스프링들을 직렬로 결합하는 탄성부와; 페달아암과 차체 사이에 구성되며, 실린더 하우징의 내측에 격벽을 구성하여 내부를 상기 자기 유변 유체가 충진되는 내실과 외실로 나누어 상부와 하부에서 유체통로로 연결하며, 상기 내실에는 피스톤이 배치되어 피스톤 로드와 연결되며, 상기 격벽의 하부 유체통로의 일측에는 자기장을 형성하기 위한 권선이 배치되어 감쇠력을 형성하는 자기 유변 댐퍼와; 상기 회전각 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 상기 페달의 회전각과 회전 각속도를 계산하고, 상기 계산된 값을 통해 기준 페달 반력을 결정하며, 상기한 기준 페달 반력을 구현하기 위한 자기 유변 댐퍼의 감쇠력를 형성하도록 자기 유변 댐퍼 구동 전류를 결정하여, 이에 해당하는 댐핑 제어신호를 발생하고, 자기 유변 댐퍼의 감쇠력을 조절하도록 페달 반력의 제어동작을 수행하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 댐핑 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 자기 유변 댐퍼 구동에 필요한 전류를 자기 유변 댐퍼에 공급하는 전류 조절기를 포함하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 있어서, 상기 탄성부는 상기 실린더 하우징의 외측 피스톤 로드 상에 설치되는 제1스프링과; 상기 제1 스프링과 직렬로 피스톤로드 상에 설치되며, 상기 제1스프링보다 약한 강성을 갖는 제2스프링과; 상기 제2스프링의 양단을 지지하도록 상기 피스톤 로드 상에 배치되어 제2스프링의 최대 스트로크를 제한하여 시스템의 강성을 변화시키기 위한 스트로크 리미터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a pedal for receiving a driver's braking input; A rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the pedal; An elastic portion for coupling at least one or more springs in series using two stroke limiters; It is configured between the pedal arm and the vehicle body, and constitutes a partition wall inside the cylinder housing to divide the interior into an inner chamber and an outer chamber filled with the magnetic rheological fluid and connect the fluid passages at the upper and lower portions, and the piston is disposed in the inner chamber and the piston A magnetic rheological damper connected to the rod and having a winding disposed at one side of the lower fluid passage of the partition to form a magnetic field; Analyze the signal input from the rotation angle sensor to calculate the rotation angle and rotational angular velocity of the pedal, determine the reference pedal reaction force through the calculated value, and forms the damping force of the magnetic rheological damper to implement the reference pedal reaction force A controller configured to determine a magnetic rheological damper driving current, generate a damping control signal corresponding thereto, and perform a pedal reaction force control operation to adjust a damping force of the magnetic rheological damper; In the pedal simulator for electric brake including a current regulator which is driven in accordance with the input of the damping control signal supplied from the control unit for supplying a current required to drive the magnetic rheostat damper, the elastic portion outside the cylinder housing A first spring mounted on the piston rod; A second spring installed on the piston rod in series with the first spring and having a weaker rigidity than the first spring; And a stroke limiter disposed on the piston rod to support both ends of the second spring to limit the maximum stroke of the second spring to change the stiffness of the system.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. While many specific details, such as the following description and the annexed drawings, are shown to provide a more general understanding of the invention, these specific details are illustrated for the purpose of explanation of the invention and are not meant to limit the invention thereto. And a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터의 구성을 설명한다.2 and 3 will be described the configuration of the electric brake pedal simulator according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이 운전자의 제동입력을 전달하는 페달(10)과 페달 회전각을 계측하는 회전각 센서(60), 자기 유변 유체(MRF ; Magneto-Rheological Fluid)를 이용하여 감쇠력을 형성하는 자기 유변 댐퍼(20)(Magneto-Rheological Damper)와 복수의 스프링을 구성하는 탄성부(43), 그리고 자기 유변 댐퍼(20)의 감쇠력을 조절하여 페달반력을 제어하는 제어부(100)로 구성된다.According to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. Control unit for controlling the pedal reaction force by adjusting the damping force of the magnetic rheological damper 20 to form a damping force by using a magneto-Rheological Damper, the elastic portion 43 constituting a plurality of springs, and the magnetic rheological damper 20 ( 100).

도 2와 도 3을 참조하면, 자기 유변 댐퍼(20)와 탄성부(43)가 직렬로 결합되어 있다. 즉, 상기 자기 유변 댐퍼(20)는 직선형으로 구성하며, 실린더 하우징(22)의 하단에 고정된 차체 연결용 회전 조인트 브라켓(27)과 차체에 고정된 댐퍼 회전 조인트 브라켓(13)이 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하다.상기 실린더 하우징(22)의 내측에는 내부를 상기 자기 유변 유체가 충진되는 내실(24)과 외실(33)로 나누어 상부와 하부에 유체통로(23,32)로 연결하는 격벽(45)을 형성되며, 상기 내실(24)에는 피스톤(21)이 배치되어 피스톤 로드(44)와 연결되며, 상기 격벽(45)의 하부 유체통로는 감쇠력 형성구간(32)로 작용하도록 그 일측에 자기장을 형성하기 위한 권선(26)이 배치된다.또한, 상기 실린더 하우징(22)과 피스톤 로드(44)사이에는 시일링(25)이 개재되어기밀을 유지하게 되며, 상기 페달 회전각 변위의 제한을 위한 압축방향 스토퍼(50)와 인장방향 스토퍼(51)가 자기 유변 댐퍼(20) 상의 피스톤 로드(44) 상에 실러더 하우징(22)의 외측과 내측에서 각각 장착된다.그리고 페달(10)을 연결하는 페달아암(14)은 그 선단이 차체에 고정된 페달 회전 조인트 브라켓(11)과 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하며, 그 일측에 페달 회전각 센서(60)가 부착된다.2 and 3, the magnetic rheological damper 20 and the elastic portion 43 are coupled in series. That is, the magnetic rheological damper 20 has a straight shape, and the body joint connection joint bracket 27 fixed to the lower end of the cylinder housing 22 and the damper rotation joint bracket 13 fixed to the vehicle body are rotated joints. The inside of the cylinder housing 22 is divided into an inner chamber 24 and an outer chamber 33 filled with the magnetic fluid, and connected to upper and lower fluid passages 23 and 32. A partition wall 45 is formed, and the piston 21 is disposed in the inner chamber 24 to be connected to the piston rod 44, and the lower fluid passage of the partition wall 45 serves as a damping force forming section 32. A winding 26 is formed at one side to form a magnetic field. In addition, a sealing ring 25 is interposed between the cylinder housing 22 and the piston rod 44 to maintain a gas tightness, and the pedal rotation angle displacement. Compression direction stopper 50 and tension direction stop for limiting The fur 51 is mounted on the piston rod 44 on the magnetic rheological damper 20 from the outside and the inside of the cylinder housing 22, respectively, and the pedal arm 14 connecting the pedal 10 has its tip. The pedal rotation joint bracket 11 fixed to the vehicle body is connected to the rotary joint and is rotatable, and a pedal rotation angle sensor 60 is attached to one side thereof.

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상기 자기 유변 댐퍼(20)와 페달아암(14)은 상기 피스톤(21)과 연결된 피스톤 로드(44)에 고정된 페달 연결용 회전 조인트 브라켓(28)과 상기 페달아암(14)의 일측에 고정된 자기 유변 댐퍼 연결용 조인트 브라켓(12)과 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하다. The magnetic rheological damper 20 and the pedal arm 14 are fixed to the rotary joint bracket 28 for pedal connection fixed to the piston rod 44 connected to the piston 21 and to one side of the pedal arm 14. It is connected to the joint bracket 12 and the rotary joint for connecting the magnetic rheological damper to rotate.

본 발명의 실시예에 따른 탄성부(43)는 서로 다른 2개의 강성을 갖는 압축 코일 스프링으로 이루어진 2단 강성 스프링(Two-Stage-Stiffness Spring)으로 구성한다.Elastic portion 43 according to an embodiment of the present invention is composed of a two-stage stiffness spring (Two-Stage-Stiffness Spring) consisting of a compression coil spring having two different stiffness.

즉, 상기 탄성부(43)는 스티프 스프링(Stiff Spring)으로 구성하는 제1스프링(40), 제1스프링(40)과 직렬로 연결되며 제1스프링(40)보다 약한 강성을 갖는 소프트 스프링(Soft Spring)으로 구성하는 제2스프링(41), 그리고 제2스프링(41)의 최대 스트로크를 제한하여 시스템의 강성을 변화시키기 위한 2개의 스트로크 리미터(Soft Spring Stroke Limiter)(42)로 구성되어 상기 피스톤 로드(44) 상에 끼워져 설치된다.That is, the elastic portion 43 is connected in series with the first spring 40, the first spring 40, which is composed of a stiff spring (stiff spring) and has a weaker rigidity than the first spring 40 ( And a second spring 41 composed of a soft spring, and two stroke limiters 42 for changing the rigidity of the system by limiting the maximum stroke of the second spring 41. It is fitted onto the piston rod 44.

즉, 상기 자기 유변 댐퍼(20)와 탄성부(43)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 결합되어 있다. That is, the magnetic rheological damper 20 and the elastic portion 43 are coupled as shown in FIGS. 2 and 3.

즉, 제1스프링(40)의 일단은 실린더 하우징(22)에 지지되고, 타단은 하부의 스트로크 리미터(42)에 지지된다. That is, one end of the first spring 40 is supported by the cylinder housing 22, and the other end is supported by the lower stroke limiter 42.

또한, 제2스프링(41)의 양단은 피스톤 로드(44) 선단에 고정된 회전 조인트 스프링간 마운팅 브라켓(29)에 의해 지지되는 상기 2개의 스트로크 리미터(42) 사이에 개재되어 지지된다. In addition, both ends of the second spring 41 are interposed between the two stroke limiters 42 supported by the rotating joint inter-spring mounting bracket 29 fixed to the tip of the piston rod 44.

즉, 제1, 제2스프링(40, 41)은 서로 직렬로 배치되고, 제1, 제2스프링(40, 41)과 자기 유변 댐퍼(20)도 동축 선상에 직렬로 배치되어 연결된다.That is, the first and second springs 40 and 41 are disposed in series with each other, and the first and second springs 40 and 41 and the magnetic rheological damper 20 are also disposed in series on a coaxial line.

또한, 상기 2개의 스트로크 리미터(42)도 회전 조인트 스프링간 마운팅 브라켓(29)과 제1스프링(40)의 사이에서 제2스프링(41)의 양단을 지지하면서 상기 피스톤 로드(44) 상에 끼워져 설치된다.In addition, the two stroke limiters 42 are also mounted on the piston rod 44 while supporting both ends of the second spring 41 between the rotary joint spring mounting bracket 29 and the first spring 40. Is installed.

이러한 본 발명의 실시예는 자기 유변 유체를 이용한 자기 유변 댐퍼(20)와 2단 강성을 갖는 탄성부(43)를 직렬로 연결하여 페달 시뮬레이터를 구현함으로써, 전자석이나 스프링을 이용하였던 기존 시스템들의 단점을 극복하여 반력의 크기를 자유롭게 설정하고 부드러운 페달 반력을 운전자에게 전달할 수 있는 장치에 관한 것이다. This embodiment of the present invention implements a pedal simulator by connecting a magnetic rheological damper 20 using a magnetic rheological fluid and an elastic part 43 having a two-stage stiffness in series, so that the disadvantages of existing systems using electromagnets or springs are used. The present invention relates to a device capable of freely setting the magnitude of reaction force and transmitting a smooth pedal reaction force to the driver.

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즉, 운전자가 페달을 작동시키면, 자기 유변 댐퍼(20)의 감쇠력을 제어함으로써 운전자에게 페달 반력을 전달한다. That is, when the driver operates the pedal, the pedal reaction force is transmitted to the driver by controlling the damping force of the magnetic rheological damper 20.

본 발명의 실시예와 같은 햅틱 시스템을 자기 유변 댐퍼(20)만으로 구현할 경우, 시스템으로 들어오는 유일한 에너지원은 조작자이며, 상기 자기 유변 댐퍼(20)는 시스템의 에너지를 소산시킬 뿐 시스템에 에너지를 넣어줄 수 없는 제약이 따르게 된다.When the haptic system such as the embodiment of the present invention is implemented by the magnetic rheological damper 20 only, the only energy source that enters the system is the operator, and the magnetic rheological damper 20 dissipates energy of the system and puts energy into the system. There is a restriction that cannot be given.

이는 수동 구속 조건(Passive Constraint) 즉, 페달 반력의 범위가 구동축의 회전 각속도에 대하여 반대 방향으로 한정되기 때문에 페달의 복원이 불가능해진다. This makes the restoring of the pedal impossible because the passive constraint, i.e., the range of pedal reaction force, is limited in the opposite direction to the rotational angular velocity of the drive shaft.

이를 해결하기 위하여 에너지 저장 소재인 탄성부(43)를 이용하여 운전자가 제동 시, 페달에 가하는 에너지를 탄성부(43)에 저장하였다가 복원 제어시 이용하게 된다.In order to solve this problem, the energy stored in the pedal 43 is stored in the elastic part 43 when the driver brakes using the elastic part 43 which is an energy storage material, and is used for the restoration control.

특히, 2단 강성을 갖는 탄성부(43)를 사용하여 스프링의 강성을 조절할 수 있기 때문에 페달 반력 제어영역이 넓어진다. In particular, since the rigidity of the spring can be adjusted by using the elastic portion 43 having two-stage rigidity, the pedal reaction force control region is widened.

이것은 특히 운전자가 페달에 발을 올려놓은 상태에서 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 페달의 회전 각속도가 영(0) 또는 음(-)인 구간(일정한 페달 유격이 유지되는 구간, 혹은 서서히 페달을 놓는 구간)에서 향상된 페달 반력을 제공한다.This is particularly the case where the pedal's rotational angular velocity is zero (0) or negative (-part where constant pedal play is maintained, or slowly, as shown in FIGS. 4A and 4B with the driver's foot on the pedal). Pedal pedal release) provides improved pedal reaction.

이에 대해 상술하면 다음과 같다. This will be described in detail below.

제2스프링 상수 : K1 2nd spring constant: K 1

제1스프링 상수 : K2 1st spring constant: K 2

페달 회전에 따른 댐퍼 축의 최대 스트로크 : Lmax Maximum stroke of damper shaft according to pedal rotation: L max

제2스프링 스트로크 리미트 : Smax 2nd spring stroke limit: S max

페달 스트로크 : xPedal Stroke: x

라고 가정하면, Let's say

제2스프링(41)이 스트로크 리미터(42)에 도달하기 전까지 두 스프링의 등가 스프링 상수는 스프링의 직렬 연결로 인하여 제2 스프링(41)의 스프링 상수보다 작게 된다.Until the second spring 41 reaches the stroke limiter 42, the equivalent spring constant of the two springs becomes smaller than the spring constant of the second spring 41 due to the series connection of the springs.

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하지만, 스프링이 압축되어 제2스프링(41)이 최대 스트로크에 도달하게 되면(댐퍼 축의 스트로크가 일 때), 등가 스프링 상수가 K2가 되어 스프링에 의한 반력이 아래와 같이 된다.However, when the spring is compressed and the second spring 41 reaches its maximum stroke (the stroke of the damper shaft ), The equivalent spring constant becomes K 2 and the reaction force by the spring becomes

, ,

, ,

이로 인하여 본 시스템의 반력 제어 영역이 도 4b와 같이 넓어지고, 반력 제어 영역의 형상(Shaping)을 통하여 적절한 히스테리시스를 구현할 수 있다.As a result, the reaction force control region of the present system is widened as shown in FIG. 4B, and appropriate hysteresis can be realized through the shaping of the reaction force control region.

이러한 탄성부(43)의 기술적 원리를 이용하여, 도 2와 도 3에서 도시한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터의 전반적인 동작을 설명한다.By using the technical principle of the elastic portion 43, the overall operation of the electric brake pedal simulator according to the embodiment of the present invention shown in Figs.

먼저, 운전자가 페달(10)을 통하여 제동압력을 가하면, 회전각 센서(60)는 페달의 회전각과 회전 각속도를 제어부(100)로 출력한다.First, when the driver applies the braking pressure through the pedal 10, the rotation angle sensor 60 outputs the rotation angle and the rotational angular velocity of the pedal to the controller 100.

이 때, 제어부(100)는 상기한 정보(페달의 회전각, 회전 각속도 등)를 바탕으로 본 시스템이 추종해야 할 기준 페달 반력을 결정한 후, 상기한 기준 페달 반력을 구현하기 위한 자기 유변 댐퍼(20)의 감쇠력을 결정한다.At this time, the controller 100 determines the reference pedal reaction force to be followed by the system based on the above information (the pedal rotation angle, the rotational angular velocity, etc.), and then uses the magnetic rheological damper for implementing the reference pedal reaction force ( Determine the damping force of 20).

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이어서, 제어부(100)는 자기 유변 댐퍼(20)의 감쇠력을 형성하기 위하여 자기 유변 댐퍼(20)에 공급할 구동전류를 결정하여, 이에 해당하는 제어신호를 전류 조절기(200)로 전달한다.Subsequently, the controller 100 determines a driving current to be supplied to the magnetic rheological damper 20 to form a damping force of the magnetic rheological damper 20, and transmits a control signal corresponding thereto to the current regulator 200.

전류 조절기(200)는 상기한 제어신호를 바탕으로 자기 유변 댐퍼(20) 구동에 필요한 전류를 자기 유변 댐퍼(20)에 공급한다.The current regulator 200 supplies a current required to drive the magnetic rheological damper 20 to the magnetic rheological damper 20 based on the control signal.

즉, 자기 유변 유체를 이용한 자기 유변 댐퍼(20)의 감쇠력 형성과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.That is, the process of forming the damping force of the magnetic rheology damper 20 using the magnetic rheology fluid will be described briefly as follows.

제어부(100)로부터 출력되는 제어신호(전압신호)을 바탕으로 전류 조절기(200)를 이용하여 자기 유변 댐퍼(20)의 권선(26)에 전류를 공급하여 상기 감쇠력 형성구간(32)을 통과하는 자기 유변 유체 주위에 자기장(31)을 형성한다.Based on a control signal (voltage signal) output from the controller 100, a current is supplied to the winding 26 of the magnetic rheological damper 20 using the current regulator 200 to pass through the damping force forming section 32. A magnetic field 31 is formed around the magnetic rheological fluid.

즉, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기 유변 유체를 이용한 자기 유변 댐퍼(20)의 단면도로서, 피스톤(21)이 피스톤 중심축선(30)을 따라서 직선 왕복운동을 하려면 피스톤(21)이 밀어내는 자기 유변 유체가 감쇠력 형성구간(32)을 통과해야 한다. That is, FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetic rheological damper 20 using the magnetic rheological fluid according to the embodiment of the present invention. In order for the piston 21 to linearly reciprocate along the piston center axis 30, the piston 21 is The repelling magnetorheological fluid must pass through the damping force forming section 32.

이 때, 자기장(31)에 의하여 고체와 같이 딱딱해진 자기 유변 유체의 저항을 받아 감쇠력을 형성한다. At this time, the magnetic field 31 is subjected to the resistance of the magnetic rheological fluid hardened as a solid to form a damping force.

여기서, 상기 감쇠력은 자기 유변 유체의 성질에 의하여 자기장(31)의 세기에 비례하여 형성되며, 자기장(31)은 권선(26)에 흐르는 전류의 세기에 의하여 조절한다.Here, the damping force is formed in proportion to the strength of the magnetic field 31 by the property of the magnetic rheological fluid, the magnetic field 31 is adjusted by the strength of the current flowing through the winding 26.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 자기 유변 댐퍼(20)를 사용하여 구동기 타입의 특성상 이득을 얻을 수 있다. As described above, in the exemplary embodiment of the present invention, the magnetic type damper 20 may be used to obtain a gain due to the characteristics of the driver type.

즉, 동일한 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모가 줄어들어 에너지 절감의 효과가 있을 수 있고, 구동기의 부피가 줄어들어 원가 절감의 효과를 기대할 수 있다.That is, the power consumption required to form the same reaction force can be reduced to reduce the energy, and the volume of the driver can be reduced to expect the cost reduction effect.

또한, 구동기 타입의 상호 간 레이아웃 상의 선택(Alternative)을 제공한다.It also provides an alternative in layout between the driver types.

예를 들어, 회전형의 경우 페달 하부의 공간 확보가 용이하며, 직선형의 경우 페달 힌지부의 공간 확보가 용이하다.For example, in the case of the rotary type, it is easy to secure the space under the pedal, and in the case of the straight type, the space of the pedal hinge part is easy.

본 발명의 실시예는 페달 형태의 반력 장치로서 대표적인 응용분야는 전동식 브레이크 장치(BBW ; Brake-By-Wire System)용 페달 시뮬레이터, 차량 시뮬레이터(Driving Simulator)의 페달 반력 장치(가속/감속 페달), 실내 운전 연습장의 반력 페달, 게임기의 반력 페달 등 조작자에게 반력을 제공하는 많은 응용 분야에 적용이 기대된다.Exemplary embodiments of the present invention are a pedal-type reaction device, and a typical application field is a pedal simulator for an electric brake device (BBW; Brake-By-Wire System), a pedal reaction device (acceleration / deceleration pedal) of a vehicle simulator (Driving Simulator), It is expected to be applied to many applications that provide reaction force to the operator, such as the reaction force pedal of an indoor driving range and the reaction force pedal of a game machine.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터는 자기 유변 유체의 성질을 이용한 자기 유변 댐퍼를 통하여 스프링 등의 수동 요소들만을 이용한 반력 장치에서 발생하는 반력 구현의 제한을 극복할 수 있다.As described above, the electric pedal simulator for electric brake according to the present invention can overcome the limitation of the reaction force generated in the reaction force device using only passive elements such as a spring through the magnetic rheological damper using the property of the magnetic rheological fluid.

또한, 스프링의 복원력과 자기 유변 댐퍼의 감쇠력 제어를 통하여 제동 페달의 리턴 제어가 가능하다.In addition, it is possible to control the return of the brake pedal by controlling the restoring force of the spring and the damping force of the magnetic rheological damper.

또한, 자기 유변 댐퍼를 이용한 반력 제어를 통하여 선회 상황이나 지속적 제동 상황에서 운전자의 피로를 줄이는데 기여하는 페달 반력의 히스테리시스를 구현할 수 있다.In addition, it is possible to implement the hysteresis of the pedal reaction force that contributes to reducing the fatigue of the driver in the turning situation or the continuous braking situation through the reaction force control using the magnetic rheological damper.

또한, 2단 강성(Two-Stage-Stiffness)을 갖는 스프링을 사용하여, 코일의 강성을 적절히 조정함으로써 페달 반력 제어영역이 넓어진다.In addition, by using a spring having two-stage stiffness, the pedal reaction force control region is widened by appropriately adjusting the stiffness of the coil.

또한, 구동기 타입을 직선형 자기 유변 댐퍼로 구성함으로 인하여 동일한 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모가 줄어들어 에너지 절감의 효과가 있을 수 있고, 구동기의 부피가 줄어들어 원가 절감의 효과를 기대할 수 있다.In addition, since the driver type is configured as a linear magnetic rheological damper, the power consumption required to form the same reaction force is reduced, thereby reducing the energy consumption, and reducing the volume of the driver, thereby reducing the cost.

도 1은 전동식 브레이크(Brake By Wire) 시스템 개념도.1 is a conceptual diagram of a brake by wire system.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터의 구성을 도시한 도면.2 is a view showing the configuration of a pedal pedal for electric brake according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기 유변 댐퍼의 구성을 도시한 도면.3 is a view showing the configuration of a magnetic rheological damper according to an embodiment of the present invention.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 페달 반력 제어영역을 도시한 도면.4A and 4B illustrate a pedal reaction force control region according to an embodiment of the present invention.

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 운전자의 제동입력을 받는 페달과; 페달의 회전각을 계측하는 회전각 센서와; 2개의 스트로크 리미터를 이용하여 적어도 한 개 이상의 스프링들을 직렬로 결합하는 탄성부와; 페달아암과 차체 사이에 구성되며, 실린더 하우징의 내측에 격벽을 구성하여 내부를 상기 자기 유변 유체가 충진되는 내실과 외실로 나누어 상부와 하부에서 유체통로로 연결하며, 상기 내실에는 피스톤이 배치되어 피스톤 로드와 연결되며, 상기 격벽의 하부 유체통로의 일측에는 자기장을 형성하기 위한 권선이 배치되어 감쇠력을 형성하는 자기 유변 댐퍼와; 상기 회전각 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 상기 페달의 회전각과 회전 각속도를 계산하고, 상기 계산된 값을 통해 기준 페달 반력을 결정하며, 상기한 기준 페달 반력을 구현하기 위한 자기 유변 댐퍼의 감쇠력를 형성하도록 자기 유변 댐퍼 구동 전류를 결정하여, 이에 해당하는 댐핑 제어신호를 발생하고, 자기 유변 댐퍼의 감쇠력을 조절하도록 페달 반력의 제어동작을 수행하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 댐핑 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 자기 유변 댐퍼 구동에 필요한 전류를 자기 유변 댐퍼에 공급하는 전류 조절기를 포함하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 있어서, A pedal configured to receive a driver's braking input; A rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the pedal; An elastic portion for coupling at least one or more springs in series using two stroke limiters; It is configured between the pedal arm and the vehicle body, and constitutes a partition wall inside the cylinder housing to divide the interior into an inner chamber and an outer chamber filled with the magnetic rheological fluid and connect the fluid passages at the upper and lower portions, and the piston is disposed in the inner chamber and the piston A magnetic rheological damper connected to the rod and having a winding disposed at one side of the lower fluid passage of the partition to form a magnetic field; Analyze the signal input from the rotation angle sensor to calculate the rotation angle and rotational angular velocity of the pedal, determine the reference pedal reaction force through the calculated value, and forms the damping force of the magnetic rheological damper to implement the reference pedal reaction force A controller configured to determine a magnetic rheological damper driving current, generate a damping control signal corresponding thereto, and perform a pedal reaction force control operation to adjust a damping force of the magnetic rheological damper; In the pedal simulator for electric brake including a current regulator is driven in accordance with the input of the damping control signal supplied from the control unit for supplying a current required for driving the magnetic rheological damper to the magnetic rheological damper, 상기 탄성부는 The elastic portion 상기 실린더 하우징의 외측 피스톤 로드 상에 설치되는 제1스프링과;A first spring mounted on an outer piston rod of the cylinder housing; 상기 제1 스프링과 직렬로 피스톤로드 상에 설치되며, 상기 제1스프링보다 약한 강성을 갖는 제2스프링과;A second spring installed on the piston rod in series with the first spring and having a weaker rigidity than the first spring; 상기 제2스프링의 양단을 지지하도록 상기 피스톤 로드 상에 배치되어 제2스프링의 최대 스트로크를 제한하여 시스템의 강성을 변화시키기 위한 스트로크 리미터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.And a stroke limiter arranged on the piston rod to support both ends of the second spring to limit the maximum stroke of the second spring to change the stiffness of the system. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 제1스프링의 일단은 실린더 하우징에 지지되고, 타단은 상기 스트로크 리미터의 일측에 지지되며, 상기 제2스프링은 양단이 상기 피스톤 로드 선단에 고정된 회전 조인트 스프링간 마운팅 브라켓에 지지되는 스트로크 리미터 사이에 지지되는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.One end of the first spring is supported by the cylinder housing, the other end is supported by one side of the stroke limiter, and the second spring is between the stroke limiters supported by the rotating joint spring mounting bracket, both ends of which are fixed to the piston rod tip. Electric brake pedal simulator, characterized in that supported by. 삭제delete 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 탄성부와 자기 유변 댐퍼는 동축 선상에 직렬 결합으로 구성하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.And the elastic portion and the magnetic rheological damper are configured in series coupling on a coaxial line. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 피스톤 로드에는 페달 회전각 변위의 제한을 위한 압축방향 스토퍼와, 인장방향 스토퍼가 상기 실린더 하우징의 외측과 내측에서 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.The piston rod is a pedal simulator for electric brakes, characterized in that the compression direction stopper for limiting the pedal rotation angle displacement, and the tension direction stopper is installed on the outside and inside of the cylinder housing, respectively.
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