KR101417376B1

KR101417376B1 - 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터

Info

Publication number: KR101417376B1
Application number: KR1020120120045A
Authority: KR
Inventors: 전갑배
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-07-08
Also published as: CN103786695B; KR20140053742A; CN103786695A; JP6204658B2; US20140117602A1; US9139168B2; JP2014084091A; DE102012112001A1

Abstract

본 발명은 차량용 브레이크 장치의 페달 시뮬레이터에 관한 것으로서, 일반 차량의 스트로크-답력 특성을 최대한 유사하게 모사할 수 있으면서 복수개의 스프링을 다단 직렬 형태로 연결하더라도 스프링 전체 길이 및 실린더 부피의 증가를 최소화할 수 있는 페달 시뮬레이터를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 브레이크 페달에 연결된 작동로드가 삽입되는 실린더; 상기 실린더 내에서 작동로드의 힘을 받도록 설치된 피스톤; 상기 실린더 내에서 피스톤을 탄력적으로 지지하도록 실린더와 피스톤 사이에 설치되고 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되는 복수개의 스프링; 및 상기 실린더 내에서 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되어 각 스프링 사이에 개재된 상태로 스프링들을 지지하는 복수개의 스프링 시트;를 포함하고, 상기 스프링이 피스톤과 각 스프링 시트, 실린더 사이에 각각 설치되어 상기 복수개의 스프링 전체가 다단 직렬형 구조로 연결된 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터를 제공한다.

Description

다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터{Pedal simulator having multi-stage series spring}

본 발명은 차량용 브레이크 장치의 페달 시뮬레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 스프링을 다단 직렬 형태로 연결하더라도 스프링 전체 길이 및 실린더 부피의 증가를 최소화할 수 있는 페달 시뮬레이터에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 브레이크 장치는 주행 중인 차량을 감속 또는 정지시키거나 차량의 정지상태를 유지하기 위한 것으로, 차량의 운동에너지가 기계적인 마찰에 의해 열에너지로 전환되고 그 마찰열이 대기 중에 방출됨으로써 제동이 이루어진다.

이러한 차량용 브레이크 장치에는 드럼식 유압 브레이크와 디스크식 유압 브레이크 등이 있는데, 이 중 디스크식 유압 브레이크는 드럼 대신에 휠과 함께 회전하는 디스크를 양쪽에서 마찰패드로 강하게 압박하여 제동력을 얻도록 되어 있다.

그러나, 유압 브레이크는 운전석의 브레이크 페달에 연결되는 기구적 요소, 유압 배관, 유압을 제어하기 위한 요소 등을 필요로 하여 그 구성이 복잡하다.

따라서, 브레이크 장치의 구성을 단순화하기 위해 최근 전동식 브레이크(Electro-Mechanical Brake, EMB)가 개발되어 사용되고 있다.

전동식 브레이크는 일반적인 유압 브레이크와는 달리 전기모터로 구동되는 기계 메커니즘을 이용하여 마찰패드를 가압함으로써 제동력을 얻는 브레이크를 말한다.

통상 전동식 브레이크는 제동 및 제동 해제를 위해 정회전과 역회전을 하는 모터를 포함하는 액츄에이터를 가지며, 더불어 디스크를 압박하도록(디스크와 마찰되도록) 모터의 회전력을 이용하여 마찰패드를 가압하는 동작이 이루어진다.

또한 전동식 브레이크에서는 운전자의 제동 의지를 브레이크 페달을 통해 입력받은 후 모터를 이용하여 전륜과 후륜의 제동 압력을 조절한다.

전동식 브레이크는 차세대 브레이크 개념으로, 유압 브레이크에 비해 응답속도가 빠르고 더욱 정밀한 제어가 가능하여 전기자동차 등의 친환경 자동차에 우선적으로 적용될 것으로 예측되고 있다.

이러한 전동식 브레이크는 유압 브레이크와 조합된 시스템으로 구현 가능한데, 예컨대 전륜에는 유압 브레이크를, 후륜에는 전동식 브레이크를 적용하는 것으로, 이는 기존의 유압 브레이크만을 채용한 시스템에 비해 구조가 간단하면서도 제동력 응답성이 우수하고 제동력 제어가 용이하다는 장점을 가진다.

또한 차량의 전륜과 후륜 모두에 전동식 브레이크를 장착한 시스템(Brake-By-Wire system, BBW)으로 구현 가능하며, 전륜과 후륜에 각각 위치한 전동 캘리퍼가 제어부의 신호에 따라 디스크를 잡아주어 차량을 제동하게 된다.

BBW 시스템은 전기적 신호를 이용하여 운전자의 제동 의지를 전달하는 방식으로, 브레이크 페달과 각 차륜 사이의 기계적 연결이 없고, 차량 각 휠에 대한 제동력 독립 제어와 정밀 제어가 가능하며, 제동력 제어가 수월하여 제동거리를 단축할 수 있고, 제동 안정성을 높일 수 있는 장점을 가진다.

또한 BBW 시스템의 또 다른 형태로서 전자식 유압 브레이크(EHB)는 차량 제동시 페달 트레벌(travel) 센서와 마스터 실린더 내 유압센서의 신호를 제어부가 입력받아 운전자 제동 의지 및 요구 감속도를 파악하고 고압 충전 탱크(accumulator)의 유압을 솔레노이드 밸브를 통해 제어하여 차륜을 유압 제동하는 시스템이다.

한편, 전동식 브레이크는 히스테리시스(hysterisis) 특성을 이용하여 유압과 같은 페달감을 제공해주는 페달 시뮬레이터(pedal simulator)를 구비하고 있다.

상기 페달 시뮬레이터는 운전자가 페달을 조작할 때 기존의 유압 브레이크에서와 같은 페달감을 구현하는 장치로, 이 페달 시뮬레이터를 이용하여 운전자의 브레이크 페달 답력을 형성하고, 운전자에게 적절한 페달 반력을 전달하여 운전자 제동 동작을 보조하게 된다.

이러한 페달 시뮬레이터는 다양하게 구성될 수 있지만, 통상적으로 페달에 결합되어 페달의 스트로크에 따라 전후진 이동하는 작동로드가 삽입된 실린더와, 실린더의 내부에서 스프링에 의해 탄력 지지되고 작동로드에 의해 이동하는 피스톤을 포함하여 구성된다.

여기서, 페달감을 구현하기 위한 구성의 여러 예를 살펴보면, 도 1 내지 도 4는 공지의 페달 시뮬레이터(1)를 나타내는 도면으로, 도 1에 나타낸 바와 같이 유압 실린더(4)에 스프링(6b,7b)이 내장된 복수개의 실린더(6,7)가 유압 배관(5)을 통해 병렬로 연결된 구성, 그리고 도 2에 나타낸 바와 같이 스프링(4b)이 내장된 유압 실린더(4)와 스프링(6b)이 내장된 별도의 실린더(6)가 유압 배관(5)을 통해 직렬로 연결된 구성이 알려져 있다.

도 1의 구성에서는 운전자가 페달(2)을 밟으면 작동로드(3)가 이동하여 제1실린더(4) 내 피스톤(4a)을 누르게 되고, 이에 피스톤(4a)이 이동하면서 제1실린더(4) 내 오일을 서로 병렬로 연결된 제2실린더(6)와 제3실린더(7)로 보내게 된다.

또한 제2실린더(6)와 제3실린더(7)에는 각각의 피스톤(6a,7a)과 스프링(6b,7b)이 구비되어 있는데, 오일이 제1실린더(4)로부터 분배될 때 각각의 피스톤(6a,7a)이 이동하게 되고, 이때 스프링(6b,7b)이 눌리면서 반력을 생성시킨다.

이와 더불어, 페달감을 구현하기 위한 구성의 또 다른 예로서, 도 3에 나타낸 바와 같이 하나의 실린더(8)에 피스톤(8a)을 지지하도록 직렬로 배치된 복수개의 스프링(8b,8c)을 내장한 구성과, 도 4에 나타낸 바와 같이 하나의 실린더(9)에 피스톤(9a)을 지지하는 탄성부재로서 스프링(9b)과 고무부재(쿠션러버)(9c)를 조합하여 내장한 구성이 알려져 있다.

스프링에 있어서 필요한 변위량을 확보하기 위해서는 도 5에 나타낸 선경(線徑), 내구 강도 확보를 위한 유효 변위량 등을 고려하여 스프링의 전체 길이(스프링 전장)를 결정하는데, 이에 도 3에 나타낸 바와 같이 스프링(8b,8c)을 직렬로 여러 개 배치하는 경우 실제 필요한 변위보다 스프링 길이의 합이 훨씬 크게 되어 필요한 전체 전장이 크게 증가하게 된다.

또한 도 6에 나타낸 바와 같이 스프링(11)을 병렬로 배치하게 되면 스프링 장착 공간이 증가하게 된다.

통상의 페달 시뮬레이터에서, 스프링을 사용하여 답력을 생성시키고자 하는 경우, 이러한 공간적인 제약으로 인해 여러 개의 스프링을 사용하지 못하고 도 3에서와 같이 보통 2개의 스프링을 사용하여 2단의 기울기를 가지는 페달 시뮬레이터를 구성하게 된다.

그러나, 2단의 기울기로는 브레이크 페달의 적정 반력 특성을 모사하기가 어려운데, 도 7에 나타낸 바와 같이 일반 차량의 답력 발생 패턴과 비교하여 살펴보면, 일반 차량의 스트로크-답력 패턴을 스프링 2개로 모사할 경우 점선 부분과 같이 일반 차량과 차이가 나는 부분이 발생한다.

또한 도 4에 나타낸 바와 같이 고무부재(9c)를 조합하여 사용할 경우에는 온도 변화에 따라 고무의 특성이 변하여 스트로크-답력 특성이 달라지는 문제를 가진다(온도가 높을 때와 낮을 때의 스트로크-답력 특성이 달라짐).

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 일반 차량의 스트로크-답력 특성을 최대한 유사하게 모사할 수 있으면서 복수개의 스프링을 다단 직렬 형태로 연결하더라도 스프링 전체 길이 및 실린더 부피의 증가를 최소화할 수 있는 페달 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 일 실시예로서, 브레이크 페달에 연결된 작동로드가 삽입되는 실린더; 상기 실린더 내에서 작동로드의 힘을 받도록 설치된 피스톤; 상기 실린더 내에서 피스톤을 탄력적으로 지지하도록 실린더와 피스톤 사이에 설치되고 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되는 복수개의 스프링; 및 상기 실린더 내에서 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되어 각 스프링 사이에 개재된 상태로 스프링들을 지지하는 복수개의 스프링 시트;를 포함하고, 상기 스프링이 피스톤과 각 스프링 시트, 실린더 사이에 각각 설치되어 상기 복수개의 스프링 전체가 다단 직렬형 구조로 연결된 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터를 제공한다.

또한 본 발명은, 다른 실시예로서, 브레이크 페달에 연결된 작동로드가 삽입되고 작동로드의 힘을 받는 피스톤이 설치되며 상기 피스톤의 힘을 받도록 오일이 충전된 메인 실린더와, 상기 메인 실린더와 유압 배관을 통해 연결되고 상기 유압 배관을 통해 메인 실린더로부터 전달되는 유압을 받으면서 스프링에 의해 탄력 지지되는 피스톤을 갖는 보조 실린더를 포함하는 페달 시뮬레이터에 있어서, 상기 메인 실린더와 보조 실린더 중 선택된 어느 하나 또는 둘 모두에서, 피스톤을 탄력적으로 지지하도록 실린더와 피스톤 사이에 설치되고 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되는 복수개의 스프링; 및 상기 실린더 내에서 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되어 각 스프링 사이에 개재된 상태로 스프링들을 지지하는 복수개의 스프링 시트;를 가지며, 상기 복수개의 스프링 중 각 스프링이 피스톤과 각 스프링 시트, 실린더 사이에 설치되어 상기 복수개의 스프링 전체가 다단 직렬형 구조로 연결된 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터를 제공한다.

이에 따라, 본 발명의 페달 시뮬레이터는 안팎으로 중첩 배치가 가능한 컵 형상의 스프링 시트를 사용하고, 이때 스프링을 각 스프링 시트의 내, 외측으로 배치하여 스프링 역시 안팎으로 중첩 배치한 다단 직렬형 스프링 구조를 적용함에 그 특징이 있는 것으로, 다음과 같은 효과를 제공한다.

먼저, 복수개의 스프링이 안팎으로 중첩 배치된 상태로 다단 직렬로 연결된 구조에 의해 종래의 경우와 달리 3개 이상의 다단 직렬형 스프링을 사용하더라도 스프링 전장 및 부피 증가를 최소화할 수 있다.

특히, 스프링 전장 및 부피의 큰 증가 없이 스프링 개수를 쉽게 늘릴 수 있어 일반 차량의 스트로크-답력 특성을 훨씬 더 유사하게 모사할 수 있고, 이로써 페달감을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있게 된다.

더불어, 스프링 여러 개를 다단 직렬 형태로 배치하더라도 전체 스프링 길이와 시스템의 부피가 크게 증가하지 않으므로 페달 시뮬레이터의 장착성이 향상되는 이점이 있다.

또한 고무 재질의 쿠션부재를 사용하므로 각 스프링의 선도 기울기가 크게 변화는 구간에서 스트로크-답력 특성을 보정할 수 있는바, 페달감 향상을 이룰 수 있다.

도 1 내지 도 4는 종래의 페달 시뮬레이터에서 페달감을 구현하기 위한 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 스프링의 길이를 결정하기 위한 선경, 내구 강도 확보를 위한 유효 변위량을 고려한 스프링 전장을 설명하는 도면이다.
도 6은 종래의 페달 시뮬레이터에서 스프링을 병렬로 배치한 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7은 일반 차량의 스트로크-답력 패턴과 스프링 2개를 사용한 페달 시뮬레이터의 스트로크-답력 패턴을 비교하여 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서 실린더 내 다단 직렬형 스프링 구조를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터의 스트로크-답력 패턴을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서 실린더 내 다단 직렬형 스프링 구조를 도시한 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

종래와 같이 2개의 스프링을 직렬로 배치하여 사용할 때에 비해 더욱 많은 개수의 스프링을 사용하게 되면, 일반 차량(페달 시뮬레이터를 사용하지 않는 일반 브레이크 페달 유닛이 적용된 차량)의 스트로크-답력 패턴과의 오차가 현저하게 줄어들 수 있고, 일반 차량의 스트로크-답력 특성을 최대한 유사하게 모사할 수 있는 페달 시뮬레이터를 구성할 수가 있다.

그러나, 도 3에서와 같이 복수개의 스프링을 단순히 실린더 내 길이방향으로 길게 연속 배치할 경우에 스프링의 전장이 크게 늘어나고 부피가 커지는 문제점이 발생하는바, 이로 인해 종래의 페달 시뮬레이터에서는 스프링의 개수를 늘리는데 한계가 있었다.

이에 따라, 본 발명에서는 여러 개의 스프링을 사용하지 못했던 종래의 공간적 제약 문제를 해결할 수 있는 새로운 형태의 다단 직렬형 스프링 구조를 제시하고자 한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서 실린더 내 다단 직렬형 스프링 구조를 도시한 단면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터의 스트로크-답력 패턴 특성을 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 페달 시뮬레이터에서 채용하고 있는 새로운 형태의 다단 직렬형 스프링 구조를 보여주고 있는바, 본 발명의 페달 시뮬레이터(100)는, 운전자의 제동입력이 이루어지는 브레이크 페달(미도시), 브레이크 페달에 연결된 작동로드(110), 작동로드(110)가 삽입된 실린더(103), 실린더(103) 내에 구비되는 피스톤(104), 피스톤(104)을 지지하도록 실린더(103) 내에 다단 직렬형으로 연결 설치되는 복수개의 스프링(105a~105d), 실린더(103) 내에서 각 스프링(105a~105d)을 지지하도록 설치되는 복수개의 스프링 시트(106~108), 피스톤(104)에 접촉될 수 있도록 스프링 시트(106,108)에 설치되는 쿠션부재(109c)를 포함하여 구성된다.

상기 작동로드(110)는 운전자가 제동시에 밟게 되는 브레이크 페달과 연결된 로드로서, 이는 일단부가 운전자의 제동입력을 받는 페달에 연결되고 타단부가 실린더(103) 내에 삽입되어 그 내부에 수용된 피스톤(104)에 연결되는바, 페달 스트로크에 따라 이동하여 피스톤(104)을 가압하여 밀어주거나 가압 해제하는 부재가 된다.

또한 피스톤(104)은 실린더(103) 내에서 상기 작동로드(110)에 의해 이동하도록 구비되는 것으로서, 이는 실린더(103) 내에 다단 직렬형으로 연결 설치되는 복수개의 스프링(105a~105d)에 의해 탄력 지지되도록 설치된다.

상기 복수개의 스프링(105a~105d)은 실린더(103)와 피스톤(104) 사이에 배치되어 실린더(103)에서 피스톤(104)을 탄력적으로 지지하게 되는 탄성부재들로서, 본 발명에서는 스프링 시트(106~108)와 함께 동심원상에 안쪽과 바깥쪽으로 배치되는 복수개의 코일 스프링으로 구현될 수 있다.

이러한 코일 스프링(105a~105d)들은 작동로드(110)가 위치한 곳의 반대쪽 실린더 공간 내에서 피스톤(104)을 지지하도록 설치되는데, 복수개의 코일 스프링(105a~105d)이, 동심원상에 안쪽과 바깥쪽으로 배치되는 각각의 스프링 시트(106~108)를 개재한 상태로 연결 및 지지되어 설치된다.

본 발명에서 다단 직렬형 스프링 배치 구조는 복수개의 스프링(105a~105d)들이 스프링 시트(106~108)를 개재한 상태로 피스톤(104)과 실린더(103) 사이에 직렬로 다단 연결 및 지지되는 구조로서, 특히 전장 및 부피의 최소화를 위해 복수개의 스프링(105a~105d)과, 이들 스프링 사이의 스프링 시트(106~108)가 모두 동심원상에 안쪽과 바깥쪽으로 배치되도록 설치된다.

이를 위해, 각 스프링 시트(106~108)는 일단부에 플랜지단(109a)이 형성되고 그 반대쪽 단부에 저면부(109b)가 형성된 컵 형상으로 제작되어 구비되며, 컵 형상의 각 스프링 시트(106~108) 내측으로 스프링(105a~105c)이 배치된다.

이러한 컵 형상의 스프링 시트(106~108)들은 안쪽과 바깥쪽, 즉 바깥쪽 스프링 시트의 안쪽으로 다른 스프링 시트가 하나씩 넣어져 포개진 형태로 배치되며, 이로써 스프링 시트(106~108) 전체가 동심원상에 안팎으로 중첩 배치되는 구조로 되어 있다.

이때, 안팎으로 배치된 두 스프링 시트(106~108) 사이에 지지되도록 설치되는 각각의 스프링(105b,105c)은 두 스프링 시트의 저면부(109b)와 플랜지단(109a)에 양단부가 지지되어 설치되는데, 가장 안쪽의 스프링(105a)은 가장 안쪽의 스프링 시트(106) 내측으로 배치되어 그 스프링 시트의 저면부(109b)와 피스톤(104) 하면(피스톤 내측면)에 사이에 양단부가 지지되어 설치되고, 가장 바깥쪽의 스프링(105d)은 가장 바깥쪽의 스프링 시트(108) 외측으로 배치되어 그 스프링 시트의 플랜지단(109a)과 실린더 저면부(109b) 사이에 양단부가 지지되어 설치된다.

이러한 구성에서 실제 피스톤(104)과 직접 접촉하는 스프링은 복수개의 스프링 중 가장 안쪽의 스프링(105a)이 되며, 피스톤(104)이 이 하나의 스프링(105a)에 직접 접촉된 상태로 지지되게 된다.

이하, 본 명세서에서는 피스톤을 직접적으로 접촉 지지하도록 가장 안쪽에 배치된 스프링(도면상 최상측의 스프링)(105a)을 제1스프링이라 칭하기로 하며, 이 제1스프링(105a)과의 사이에 제1스프링 시트(106)를 개재하여 지지되도록 배치된 그 바깥쪽의 스프링(105b)을 제2스프링이라 칭하기로 한다.

또한 제2스프링(105b)과의 사이에 제2스프링 시트(107)를 개재하여 지지되도록 배치된 또 다른 바깥쪽의 스프링(105c)을 제3스프링, 상기 제3스프링(105c)과의 사이에 제3스프링 시트(108)를 개재하여 지지되도록 배치된 또 다른 바깥쪽의 스프링(105d)을 제4스프링이라 칭하기로 한다.

도 8을 참조하면, 제1스프링(105a), 제2스프링(105b), 제3스프링(105c), 제4스프링(105d)이 안쪽으로부터 바깥쪽으로 배치되는 코일 스프링임을 볼 수 있고, 각 스프링(105a~105d) 사이에 개재되는 스프링 시트(106~108)가 플랜지단(109a)과 저면부(109b)를 갖는 컵 형상으로 구비됨을 볼 수 있다.

이때, 제1스프링(105a)은 피스톤(104)과 가장 안쪽의 제1스프링 시트(106) 사이에 설치되는 하나의 코일 스프링이 될 수 있고, 제1스프링 시트(106) 내측에 위치되는 제1스프링(105a)의 양단부가 피스톤(104)과 상기 제1스프링 시트(106)의 저면부(109b) 사이에 지지되는 구조로 되어 있다.

이때의 제1스프링(105a)은 제1스프링 시트(106) 내측에서 피스톤(104)에 접촉하도록 설치되는바, 피스톤(104)이 제1스프링 시트(106) 내측의 제1스프링(105a)에 직접 접촉된 상태로 지지되는 구조가 된다.

또한 제2스프링(105b)은 제1스프링 시트(106)와 제2스프링 시트(107) 사이에 장착되며, 이때 제2스프링(105b)이 제2스프링 시트(107)의 내측에서 제1스프링 시트(106)의 바깥쪽을 둘러싸도록 위치되는 하나의 코일 스프링이 될 수 있고, 제2스프링(105b)의 양단부가 제1스프링 시트(106)의 플랜지단(109a)과 제2스프링 시트(107)의 저면부(109b) 사이에 지지되는 구조로 되어 있다.

또한 제3스프링(105c)은 제2스프링 시트(107)와 제3스프링 시트(108) 사이에 장착되며, 이때 제3스프링(105c)이 제3스프링 시트(108)의 내측에서 제2스프링 시트(107)의 바깥쪽을 둘러싸도록 위치되는 하나의 코일 스프링이 될 수 있고, 제3스프링(105c)의 양단부가 제2스프링 시트(107)의 플랜지단(109a)과 제3스프링 시트(108)의 저면부(109b) 사이에 지지되는 구조로 되어 있다.

또한 제4스프링(105d)은 가장 바깥쪽의 제3스프링 시트(108)와 실린더(103) 사이에 설치되는 하나의 코일 스프링이 될 수 있고, 이때 제4스프링(105d)이 제3스프링 시트(108)를 둘러싸도록 배치됨과 동시에 그 양단부가 제3스프링 시트(108)의 플랜지단(109a)과 실린더(103) 저면부 사이에 지지되는 구조로 되어 있다.

결국, 본 발명에서는 상기한 구조에 의해 안팎으로 중첩 배치되는 복수개의 스프링(제1 ~ 제4스프링)(105a~105d)들이 스프링 시트(106~18)를 개재한 상태로 다단 직렬 형태로 연결되어 피스톤(104)을 지지하도록 실린더(103) 내부에 설치되는 것이며, 이러한 다단 직렬형 구조를 적용하게 되면, 복수개의 스프링 및 스프링 시트가 안팎으로 중첩 배치되는 구조를 이루고 있으므로, 여러 개의 스프링을 직렬로 배치하더라도 스프링 전체 길이가 늘어나는 것을 최소화할 수 있다.

즉, 종래의 스프링 2개를 사용하는 경우와 비교하여 3개 이상의 스프링이 직렬로 연결되도록 배치되더라도 스프링 전체 길이(스프링 전장) 및 실린더 부피가 늘어나는 것이 최소화될 수 있고, 스프링 전장 및 실린더 부피가 종래에 비해 작은 페달 시뮬레이터가 구성될 수 있는 것이다.

상기한 다단 직렬형 구조에서 작동로드(110)가 작동하게 되면, 작동로드(110)가 피스톤(104)을 가압하여 밀게 되면서, 먼저 제1스프링 시트(106)의 플랜지단(109a)이 피스톤(104)과 접촉하게 되고, 이어 순차적으로 제2스프링 시트(107), 제3스프링 시트(108)의 플랜지단(109a)이 순차적으로 피스톤(104)과 접촉하게 된다.

이러한 구조에서는 직렬 배치된 2개의 스프링을 사용하는 종래의 구조와 비교하여 일반 차량의 스트로크-답력 패턴과의 오차를 크게 줄일 수 있게 되는데, 일례로 도 8에 예시된 바와 같이 4개의 스프링(105a~105d)을 사용한 경우에서 도 9에 나타낸 바와 같이 일반 차량의 스트로크-답력 패턴을 최대한 추종할 수 있는 4개 구간으로 구분된 스트로크-답력 패턴 선도를 나타내도록 하는 것이 가능하다.

즉, 4개의 스프링(105a~105d)에 의해 기울기로 구분되는 4개의 스트로크-답력 패턴 선도를 구현할 수 있고, 이때 각 스프링의 선도가 연결되는 부분, 즉 기울기가 달라지는 부분에서 선도가 꺾이면서 일반 차량의 스트로크-답력 패턴과의 오차가 다소 발생하게 되지만, 스프링의 개수를 종래의 2개에 비해 늘릴 경우 일반 차량의 스트로크-답력 패턴을 최대한 추종할 수 있는 스트로크-답력 특성을 나타낼 수가 있게 되는 것이다.

도 8의 실시예는 총 4개의 스프링(105a~105d)과 3개의 스프링 시트(106~108)를 사용하는 실시예를 나타낸 것으로, 스프링과 스프링 시트의 개수는 변경이 가능하며, 예를 들면 5개의 스프링과 4개의 스프링 시트, 또는 6개의 스프링과 5개의 스프링 시트, 또는 3개의 스프링과 2개의 스프링 시트를 사용하여 다단 직렬형 스프링 구조를 구성하는 것이 가능하다.

이와 같이 본 발명에서 다단 직렬형 구조를 구성하는 스프링과 스프링 시트의 개수는 특정하게 한정하지 않으며, 본 발명이 도 8의 실시예(4개 스프링-3개 스프링 시트 사용)로 한정되는 것은 아닌바, 도 8에서와 같은 다단 직렬형 구조를 적용하면서 스프링과 스프링 시트의 개수를 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하고, 이러한 변형이 모두 본 발명의 권리범위에 포함됨을 밝혀둔다.

또한 도 9를 참조하면, 각 스프링의 선도가 연결되는 부분에서 각 스프링에 의한 기울기의 변화로 인해 선도가 급격히 꺾이는 오차 구간이 존재하는바, 이러한 오차 발생을 줄이기 위해 스프링 시트(106~108)의 플랜지단(109a)에는 피스톤(104)과 접촉하는 별도의 쿠션부재(109c)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 쿠션부재(109c)는 고무 재질로 제작하여 플랜지단(109a)에 고정 설치하는 것이 바람직하며, 이러한 쿠션부재(109c)를 설치할 경우 도 9에서 각 스프링의 선도가 연결되는 부분의 오차 발생을 줄일 수 있고, 최대한 일반 차량의 스트로크-답력 패턴을 추종하는 특성을 얻을 수 있게 된다.

도 8을 참조하면, 제1스프링 시트(106)와 제3스프링 시트(108)의 플랜지단(109a)에만 쿠션부재(109c)가 설치됨을 볼 수 있는데, 이와 같이 일반 차량의 스트로크-답력 패턴을 최대한 추종하도록 선택된 일부 스프링 시트에만 쿠션부재가 설치될 수 있다.

도 9에서 오차 구간 1에서의 오차(일반 차량의 스트로크-답력 패턴과의 오차)는 초기 장착 하중 세팅으로 보정하는 것이 가능하고, 오차 구간 2에서의 오차는 제1스프링 시트(106)에 설치된 쿠션부재(109c)로 보정하는 것이 가능하다.

또한 오차 구간 3에서의 오차는 제3스프링 시트(108)에 쿠션부재(109c)를 설치하여 보정하는 것이 가능하며, 제2스프링의 선도와 제3스프링의 선도가 연결되는 부분에서는 오차가 거의 발생하지 않으므로(선도의 기울기 변화가 크지 않고 선도 간의 꺾임이 크지 않음), 제2스프링 시트(107)에는 쿠션부재가 생략될 수 있다.

이와 같이 선택된 일부 스프링 시트에 피스톤과 접촉하는 쿠션부재를 설치함으로써, 각 스프링 선도의 기울기 변화가 상대적으로 큰 구간에서의 불연속감을 해결할 수 있으며, 각 스프링 선도의 연결 부분에서 선도가 완만하게 꺾이는 특성을 나타내도록 하여 최대한 일반 차량의 스트로크-답력 패턴을 추종하도록 할 수 있는바, 오차를 최대한 줄일 수 있게 된다.

물론, 필요시에는 전체 스프링 시트에 고무 재질의 쿠션부재를 설치하는 것도 가능하다.

그리고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서 실린더 내 다단 직렬형 스프링 구조를 도시한 단면도이다.

이는 피스톤(104) 이동 및 스프링(105a~105c) 압축, 스프링 시트(106,107)의 이동시에 스프링 시트(106,107)와 접촉할 수 있는 별도의 쿠션부재(111)를 실린더(103) 내 저면부에 설치한 실시예로서, 여기서 별도의 쿠션부재(111)는 고무 재질로 제작하여 실린더(103) 내 저면부 중앙에 설치하는 것이 가능하다.

이 쿠션부재(111)는 실린더(103) 내 저면부에서 가운데가 상방으로 볼록한 형상을 가지도록 설치될 수 있다.

이러한 쿠션부재(111)는 도 9에 나타낸 스트로크-답력 패턴 선도에서 마지막 답력 증가 기울기 구간의 스트로크-답력 특성을 제공하게 되는데, 상기 쿠션부재(111)가 다단 직렬형 스프링 구조에서 마지막 답력 증가 기울기 구간의 스트로크-답력 특성을 제공하는 가장 바깥쪽 스프링(도 8에서 도면부호 105d임)(도면상 가장 하측의 스프링, 즉 제4스프링)의 기능을 수행하게 된다.

이와 같이 가장 바깥쪽 스프링의 기능을 하는 별도의 쿠션부재(111)가 설치될 경우, 동일한 수의 기울기 구간을 모사하고 있는 도 8의 실시예에 비해 가장 바깥쪽의 스프링(도 8에서 도면부호 105d임) 하나를 삭제할 수 있음은 물론, 나아가 이 스프링(105d)을 지지하고 있는 스프링 시트(도 8에서 도면부호 108임) 하나를 삭제할 수 있는바, 결국 이들을 내장하고 있는 실린더(103)의 외경 축소 및 부피 축소가 가능해져 더욱 컴팩트한 구조를 이룰 수 있게 된다.

더불어 도 8의 실시예에 비해 부품 수 축소, 원가 절감, 경량화의 이점이 있게 된다.

도 10을 참조하면, 도 8의 실시예와 비교할 때 가장 바깥쪽에 배치되던 하나씩의 스프링와 스프링 시트, 즉 제4스프링(105d)과 제3스프링 시트(108)가 삭제되어, 총 3개의 스프링(105a~105c)과 2개의 스프링 시트(106,107)에 의해 다단 직렬형 스프링 구조가 구성됨을 볼 수 있다.

이 경우에도 쿠션부재(111)가 선도 내 하나의 기울기 구간을 담당하므로 일반 차량에서의 스트로크-답력 패턴을 최대한 유사하게 모사할 수 있는 페달 시뮬레이터가 구성될 수 있다.

물론, 도 10의 실시예를 설명함에 있어서, 도 8의 실시예와 비교할 때 하나씩의 스프링과 스프링 시트가 삭제됨을 설명하였으나, 이는 도 10의 실시예에 적용된 실린더 저면부의 쿠션부재(111)가 가장 바깥쪽 스프링의 작용을 대신함을 설명하기 위한 것일 뿐, 도 10의 실시예에서 스프링과 스프링 시트의 개수가 각각 3개와 2개로 한정됨을 의미하는 것은 아니며, 스트로크-답력 패턴을 최대한 모사할 수 있는 개수로 적절히 변경 실시하는 것이 가능하다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 상술한 다단 직렬형 스프링 구조를 적용함으로써, 종래의 경우와 달리 3개 이상의 다단 직렬형 스프링을 사용하더라도 스프링 전장 및 부피 증가를 최소화할 수 있고, 특히 일반 차량의 스트로크-답력 특성을 훨씬 더 유사하게 모사할 수 있어 페달감을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있게 된다.

한편, 상기와 같은 다단 직렬형 스프링 구조는 작동로드(110)가 직접 연결된 메인 실린더(120)와, 상기 메인 실린더(120)로부터 유압 배관(125)을 통해 연결되어 작동로드(110)의 힘을 전달받는 메인 실린더(120)의 피스톤(121)이 이동함에 따라 유압 배관(125)을 통해 메인 실린더(120)로부터 유압을 전달받는 보조 실린더(130,140)를 갖는 페달 시뮬레이터의 구성에서, 상기 메인 실린더(120)와 보조 실린더(130,140) 중 선택된 일부 실린더 또는 모든 실린더에 적용될 수 있다(도 11, 도 12, 도 13 참조).

이러한 확장된 형태의 실시예는 도 11 내지 도 13에 나타낸 바와 같으며, 도 11에 나타낸 바와 같이 메인 실린더(120)에는 스프링을 설치하지 않되, 유압 배관(125)을 통해 연결된 보조 실린더(130)에 다단 직렬형 스프링 구조(도 8에 나타낸 스프링 및 스프링 시트 구조와 동일)가 적용될 수 있다.

물론, 메인 실린더(120)에만 도 8과 같은 다단 직렬형 실린더 구조를 적용하거나, 또는 메인 실린더(120)와 보조 실린더(130) 모두에 다단 직렬형 스프링 구조를 적용하는 것이 가능하다.

또는 도 12에 나타낸 바와 같이 메인 실린더(120)에는 스프링을 설치하지 않되, 유압 배관(125)을 통해 병렬로 연결된 2개의 보조 실린더(130,140) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 다단 직렬형 스프링 구조(도 8에 나타낸 스프링 및 스프링 시트 구조와 동일)가 적용될 수 있다.

이 경우에도 메인 실린더(120)에만 도 8과 같은 다단 직렬형 실린더 구조를 적용하거나, 또는 메인 실린더(120)와 더불어 보조 실린더(130,140) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 다단 직렬형 스프링 구조가 적용될 수도 있다.

도 13은 메인 실린더(120)에만 다단 직렬형 스프링 구조를 적용한 실시예를 나타내내는 도면으로, 작동로드(110)가 연결된 피스톤(121)이 스프링(122)과 오일 압력에 의해 지지되는 메인 실린더(120), 및 상기 메인 실린더(120)로부터 유압 배관(125)을 통해 연결되어 작동로드(110)의 힘을 전달받는 메인 실린더(120)의 피스톤(121)이 이동함에 따라 유압 배관(125)을 통해 메인 실린더(120)로부터 유압을 전달받는 보조 실린더(150)를 갖는 구성에서, 메인 실린더(120)와 보조 실린더(150) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 다단 직렬형 스프링 구조가 적용될 수 있다.

상기와 같이 메인 실린더(120)와 보조 실린더(130,140,150)를 갖는 실시예에서, 메인 실린더(120)의 내부공간(오일이 충전된 내부공간)에만 다단 직렬형 스프링 구조가 적용될 경우에는, 메인 실린더(120)로부터 유압 배관(125)을 통해 전달되는 유압이 작용하는 보조 실린더(130,140,150)의 피스톤(131,141,151)은 유압이 작용하는 피스톤 면의 반대 면이 종래와 같이 하나의 스프링에 의해 지지되는 구조가 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

103 : 실린더 104 : 피스톤
105a ~ 105d : 스프링 106 ~ 108 : 스프링 시트
109a : 플랜지단 109b : 저면부
109c : 쿠션부재 110 : 작동로드

Claims

브레이크 페달에 연결된 작동로드가 삽입되는 실린더;
상기 실린더 내에서 작동로드의 힘을 받도록 설치된 피스톤;
상기 실린더 내에서 피스톤을 탄력적으로 지지하도록 실린더와 피스톤 사이에 설치되고 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되는 복수개의 스프링; 및
상기 실린더 내에서 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되어 각 스프링 사이에 개재된 상태로 스프링들을 지지하는 복수개의 스프링 시트;
를 포함하고, 상기 스프링이 피스톤과 각 스프링 시트, 실린더 사이에 각각 설치되어 상기 복수개의 스프링 전체가 다단 직렬형 구조로 연결되며,
상기 각 스프링 시트는 일단부에 플랜지단이 형성되고 그 반대쪽 단부에 저면부가 형성된 컵 형상으로 이루어지고,
상기 스프링 시트의 플랜지단에 피스톤과 접촉하는 쿠션부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 스프링이 피스톤과 가장 안쪽 스프링 시트의 저면부 사이, 안쪽 스프링 시트의 플랜지단과 바깥쪽 스프링 시트의 저면부 사이, 가장 바깥쪽 스프링 시트의 플랜지단과 실린더 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
청구항 1에 있어서,
상기 스프링 시트는 동심원상에 안팎으로 중첩 배치되는 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
청구항 1, 청구항 3, 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링은 동심원상에 안팎으로 중첩 배치되는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 실린더의 내측 저면부에 스프링 시트와 접촉할 수 있는 쿠션부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
청구항 7에 있어서,
상기 쿠션부재는 고무 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
브레이크 페달에 연결된 작동로드가 삽입되고 작동로드의 힘을 받는 피스톤이 설치되며 상기 피스톤의 힘을 받도록 오일이 충전된 메인 실린더와, 상기 메인 실린더와 유압 배관을 통해 연결되고 상기 유압 배관을 통해 메인 실린더로부터 전달되는 유압을 받으면서 스프링에 의해 탄력 지지되는 피스톤을 갖는 보조 실린더를 포함하는 페달 시뮬레이터에 있어서,
상기 메인 실린더와 보조 실린더 중 선택된 어느 하나 또는 둘 모두에서,
피스톤을 탄력적으로 지지하도록 실린더와 피스톤 사이에 설치되고 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되는 복수개의 스프링; 및
상기 실린더 내에서 안쪽과 바깥쪽으로 중첩 배치되어 각 스프링 사이에 개재된 상태로 스프링들을 지지하는 복수개의 스프링 시트;
를 가지며, 상기 복수개의 스프링 중 각 스프링이 피스톤과 각 스프링 시트, 실린더 사이에 설치되어 상기 복수개의 스프링 전체가 다단 직렬형 구조로 연결되며,
상기 각 스프링 시트는 일단부에 플랜지단이 형성되고 그 반대쪽 단부에 저면부가 형성된 컵 형상으로 이루어지고,
상기 스프링 시트의 플랜지단에 피스톤과 접촉하는 쿠션부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
삭제
청구항 9에 있어서,
상기 스프링이 피스톤과 가장 안쪽 스프링 시트의 저면부 사이, 안쪽 스프링 시트의 플랜지단과 바깥쪽 스프링 시트의 저면부 사이, 가장 바깥쪽 스프링 시트의 플랜지단과 실린더 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
청구항 9에 있어서,
상기 스프링 시트는 동심원상에 안팎으로 중첩 배치되는 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
청구항 9, 청구항 11, 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링은 동심원상에 안팎으로 중첩 배치되는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
삭제
청구항 9에 있어서,
상기 실린더의 내측 저면부에 스프링 시트와 접촉할 수 있는 쿠션부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.
청구항 15에 있어서,
상기 쿠션부재는 고무 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다단 직렬형 스프링을 이용한 페달 시뮬레이터.