KR101438942B1

KR101438942B1 - 페달 시뮬레이터의 반력제어장치

Info

Publication number: KR101438942B1
Application number: KR1020120144292A
Authority: KR
Inventors: 전갑배; 최재일
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-09-11
Also published as: US9254829B2; US20140157771A1; KR20140076117A; CN103863288A; DE102013206321A1; DE102013206321B4; CN103863288B

Abstract

본 발명은 페달 시뮬레이터를 사용하는 브레이크 시스템에서 페달의 반력 특성을 폭넓은 영역에서 조절할 수 있는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 브레이크 페달 작동시 마스터 실린더측에서 제공되는 유압을 이용하여 피스톤의 설정위치를 가변시키고, 피스톤의 위치변화에 따라 달라진 반력이 페달에 작용되도록 하여 페달 반력 특성을 변경하는 새로운 형태의 페달 시뮬레이터를 구현함으로써, 운전자의 의지대로 페달 반력을 임의로 변경할 수 있는 등 운전자 만족도 등을 높일 수 있고, 또 여러 가지의 페달 반력 특성을 최소의 부품 추가만으로 조절할 수 있어 원가 및 중량을 절감할 수 있는 페달 시뮬레이터의 반력조절장치를 제공한다.

Description

페달 시뮬레이터의 반력제어장치{Device for controlling pushing force of pedal simulator}

본 발명은 브레이크 페달 시뮬레이터의 반력제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페달 시뮬레이터를 사용하는 브레이크 시스템에서 페달의 반력 특성을 폭넓은 영역에서 조절할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 전동식 브레이크 시스템(Brake-By-Wire System)은 운전자와 제동륜 사이의 기계적 연결이 없고, 각 차륜에 위치한 전동 캘리퍼가 제어부로부터의 입력을 받아 각 차륜의 전동 캘리퍼에 위치한 디스크를 잡아줌으로써 차량을 제동하게 되는 시스템이다.

보통 전동식 브레이크 시스템은 휠 디스크 제동력으로 12V전압 모터를 갖춘 액추에이터 동력을 이용하는 방식인 EMB(Electro mechanical Brake), 휠 디스크 제동력으로 모터 동력을 웨지구조로 자가배력(Self-Energizing)시켜 큰 제동력을 형성시켜주는 방식인 EWB(Electro Wedge Brake) 등이 적용된다.

이러한 전동식 브레이크 시스템에는 페달 조작시 운전자가 적절한 페달감을 느낄수 있도록 하기 위해 유압 답력 특성을 제공하는 기계적 장치와 더불어, 운전자의 페달 의지를 파악할 수 있는 전기적 장치를 갖추어야 하며, 이와 같은 전기적 장치로서 페달 시뮬레이터가 적용된다.

이와 같은 페달 시뮬레이터는 보통 고무재질의 댐퍼나 스프링에 의한 반력, 자석의 자기력, MR유체의 점도변화 등을 적용한 형태로 이루어지며, 유압이 아니면서도 유압과 같은 답력 특성을 구현하여 운전자에게 적절한 페달감을 제공하게 된다.

이와 관련하여 일본 특개2005-112034호에는 페달 시뮬레이터의 반력을 제어하는 기술이 개시되어 있다.

이 기술은 스트로크 시뮬레이터 스프링의 초기 장착하중을 모터 및 제어기에 의해서 조절하여 페달의 반력 특성을 변경할 수 있도록 한 것으로서, 차량의 주행상태 감지기구에 의해 차량의 운행조건에 맞게 반력 특성을 제어하는 방식으로 이루어지며, 브레이크 조작부재, 반력/스트로크 특성 변경가능한 수단, 운전상태/주행환경 감지수단, 주행상태에 따라 반력/스트로크를 제어하는 수단 등을 포함하고 있다.

그러나, 이 기술은 모터 및 기어/스크류가 필요할 뿐만 아니라, 모터를 제어하는 기구를 별도로 구비해야 하는 등 원가 상승, 중량 증가, 구조 복잡, 패키지 어려움 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 브레이크 페달 작동시 마스터 실린더측에서 제공되는 유압을 이용하여 피스톤의 설정위치를 가변시키고, 피스톤의 위치변화에 따라 달라진 반력이 페달에 작용되도록 하여 페달 반력 특성을 변경하는 새로운 형태의 페달 시뮬레이터를 구현함으로써, 운전자의 의지대로 페달 반력을 임의로 변경할 수 있는 등 운전자 만족도 등을 높일 수 있고, 또 여러 가지의 페달 반력 특성을 최소의 부품 추가만으로 조절할 수 있어 원가 및 중량을 절감할 수 있는 페달 시뮬레이터의 반력조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 페달 시뮬레이터의 반력조절장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 페달 시뮬레이터의 반력조절장치는 마스터 실린더에서 연장되는 제1배관과 제2배관이 앞쪽과 뒷쪽으로 각각 연결되는 시뮬레이터 실린더와, 상기 제1배관과 제2배관에 각각 설치되는 제1솔레노이드 밸브 및 제2솔레노이드 밸브와, 상기 시뮬레이터 실린더의 내부 앞쪽과 뒷쪽에 각 배치되는 제1피스톤 및 제2피스톤, 그리고 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 설치되는 완충부재를 포함하는 구조로 이루어진다.

따라서, 상기 페달 시뮬레이터의 반력조절장치는 페달 작동시 마스터 실린더에서 제공되는 유량을 이용하여 시뮬레이터 실린더의 뒷쪽에 있는 제2피스톤의 위치, 또는 시뮬레이터 실린더의 앞쪽에 있는 제1피스톤의 위치를 가변적으로 설정하여, 페달 반력 특성을 임의로 조절할 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 페달 시뮬레이터의 반력조절장치에서는 시뮬레이터 실린더 내의 제1피스톤과 제2피스톤의 면적을 서로 다르게 설정하여 페달 반력 특성을 다르게 조절할 수 있다.

그리고, 상기 페달 시뮬레이터의 반력조절장치에서는 제2피스톤의 위치 설정 또는 제1피스톤의 위치 설정을 위하여 시뮬레이터 실린더의 내부에 제공되는 유량은 페달 스트로크 센서에서 감지한 신호 또는 페달 작동 시간에 따른 제2솔레노이드 밸브의 개폐시간으로 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1솔레노이드 밸브(14)는 시뮬레이터 실린더(13)의 제1챔버(26)에 연결되고, 상기 제2솔레노이드 밸브(15)는 시뮬레이터 실린더(13)의 제2챔버(23)에 연결됨으로써, 상기 각 솔레노이드 밸브의 개폐에 따라 각 챔버로 들어가는 유량이 제어될 수 있다.

본 발명에서 제공하는 페달 시뮬레이터의 반력조절장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 운전자가 모드 선택시 페달의 반력을 임의로 변경이 가능하므로, 운전자의 만족도 향상 및 상품성 향상의 효과가 있다.

둘째, 여러 가지의 페달 반력 특성을 하나의 스프링/러버, 피스톤 1개, 솔레노이드 밸브 1개만 추가하여 변화시킬 수 있으므로, 모터를 사용하는 방식 대비하여 원가 및 중량 절감의 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페달 시뮬레이터의 반력조절장치를 나타내는 개략도
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 페달 시뮬레이터 반력조절장치의 사용상태를 나타내는 개략도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페달 시뮬레이터의 반력조절장치를 나타내는 개략도
도 4a 및 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 페달 시뮬레이터 반력조절장치의 사용상태를 나타내는 개략도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페달 시뮬레이터의 반력조절장치를 나타내는 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 페달 시뮬레이터의 반력조절장치는 페달 작동시 마스터 실린더에서 시뮬레이터 실린더로 보내지는 유량을 이용하여, 시뮬레이터 실린더에 있는 밸브의 설정 위치를 조절하는 방식으로 페달 반력 특성을 여러가지로 조절할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 차량 브레이크 장치의 마스터 실린더(10)와 운전자에게 페달감을 제공하기 위한 시뮬레이터 실린더(13)가 각각 마련되고, 상기 마스터 실린더(10)와 시뮬레이터 실린더(13)은 2개의 배관으로 연결되어, 마스터 실린더측에서 시뮬레이터 실린더측으로 유량이 보내질 수 있게 된다.

즉, 상기 마스터 실린더(10)에서는 메인 솔레노이드 밸브(21)와 서브 솔레노이드 밸브(22)를 각각 가지는 메인 배관(24)과 서브 배관(25)이 연장되고, 상기 메인 배관(24)에서 분기되는 하나의 제1배관(11)은 시뮬레이터 실린더(13)의 뒷쪽으로 연결되는 동시에 다른 하나의 제2배관(12)은 시뮬레이터 실린더(13)의 앞쪽으로 연결된다.

이에 따라, 상기 마스터 실린더(10)에서 메인 배관(24)을 따라 배출되는 유량은 제1배관(11)과 제2배관(12)을 통해 시뮬레이터 실린더(13)로 보내질 수 있게 된다.

그리고, 상기 제1배관(11)과 제2배관(12)에는 제1솔레노이드 밸브(14)와 제2솔레노이드 밸브(15)가 각각 설치되어 있어서, 이때의 제1솔레노이드 밸브(14)와 제2솔레노이드 밸브(15)에 의해 시뮬레이터 실린더(13)로 보내지는 유량이 단속될 수 있게 된다.

여기서, 상기 제1솔레노이드 밸브(14)는 NO 타입 밸브, 제2솔레노이드 밸브(15)는 NC 타입 밸브를 사용하면, 밸브 제어 횟수 및 전류 소모량을 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기 시뮬레이터 실린더(13)의 내부에는 2개의 피스톤, 즉 실린더 앞쪽으로 배치되는 제1피스톤(16)과 실린더 뒷쪽으로 배치되는 제2피스톤(17)이 각각 설치되며, 이에 따라 제1배관(11)을 통해 유입되는 유량에 의해 제1피스톤(16)이 뒷쪽으로 이동하면서 실린더 벽면과의 사이에 제1챔버(26)가 조성될 수 있게 되고, 또 제2배관(12)을 통해 유입되는 유량에 의해 제2피스톤(17)이 앞쪽으로 이동하면서 실린더 벽면과의 사이에 제2챔버(23)가 조성될 수 있게 된다.

이렇게 설치되는 제1피스톤(16)과 제2피스톤(17) 사이에는 완충부재(18)가 개재되어, 이때의 제1피스톤(16)과 제2피스톤(17)은 완충부재(18)에 의해 서로 탄력적으로 지지될 수 있게 된다.

여기서, 상기 완충부재(18)는 스프링(18a)을 단독으로 사용하는 형태, 또는 러버(18b)를 단독으로 사용하는 형태, 또는 스프링(18a)과 러버(18b)를 함께 사용하는 형태 등 다양한 형태를 적용할 수 있게 된다.

그리고, 상기 제1배관(11)에 설치되어 있는 제1솔레노이드 밸브(14)와 제2배관(12)에 설치되어 있는 제2솔레노이드 밸브(15)를 제어하기 위한 수단으로 제어기(20), 예를 들면 브레이크 제어기가 마련되며, 이때의 제어기(20)에 의해 제1솔레노이드(14)와 제2솔레노이드(15)가 제어되므로서, 시뮬레이터 실린더(13)의 각 챔버(26,23)로 들어가는 유량이 조절될 수 있게 된다.

즉, 상기 제2피스톤(17)이나 제1피스톤(16)의 위치 설정을 위하여, 상기 제어기(20)는 페달 스트로크 센서(19)에서 감지한 신호 또는 페달의 작동 시간에 대한 신호(예컨대, 페달 포지션 센서 등으로부터의 신호)를 입력받아 제2솔레노이드 밸브(15) 또는 제1솔레노이드 밸브(14)의 개폐시간을 조절하는 방법으로 시뮬레이터 실린더(13)의 내부에 제공되는 유량을 조절할 수 있게 된다.

예를 들면, 페달 작동 개시 신호가 제어기(20)에 입력되면, 상기 제어기(20)는 제1솔레노이드 밸브(14) 또는 제2솔레노이드 밸브(14)의 개폐시간을 제어하여 제1배관(11)과 제2배관(12)을 통해 시뮬레이터 실린더(13)의 각 챔버(26,23) 내로 들어가는 유량을 조절할 수 있게 된다.

즉, 상기 제어기(20)는 페달 작동 개시 시점부터 시간을 카운트하여 미리 설정되어 있는 시간 동안만 밸브를 열어줌으로써, 각 챔버측으로 들어가는 유량을 조절할 수 있게 된다.

이렇게 시간에 따라 밸브를 열고 닫음으로써, 제1피스톤(16)이 속해 있는 제1챔버(26) 또는 제2피스톤(17)이 속해 있는 제2챔버(23)로 들어가는 유량이 조절될 수 있게 되고, 결국 이때의 유량에 의해 제1피스톤(16) 또는 제2피스톤(17)의 위치가 정해질 수 있게 된다.

다른 예로서, 상기 제어기(20)는 페달 스트로크 센서(19)의 신호를 입력받아 제1솔레노이드 밸브(14) 또는 제2솔레노이드 밸브(14)의 개폐시간을 제어함으로써, 제1배관(11)과 제2배관(12)을 통해 시뮬레이터 실린더(13)의 각 챔버(26,23) 내로 들어가는 유량을 조절할 수 있게 된다.

즉, 상기 제어기(20)는 페달 스트로크 센서(19)로부터의 신호를 입력받아 미리 설정되어 있는 스트로크의 범위 내에서만 밸브를 열어줌으로써, 각 챔버측으로 들어가는 유량을 조절할 수 있게 된다.

이렇게 유량 조절을 통해 제1피스톤(16) 또는 제2피스톤(17)의 설정 위치를 조절하는 방법은 사용자의 모드 선택에 의해 이루어질 수 있으며, 사용자가 모드 1, 모드 2, 모드 3 등과 같이 각기 다른 모드를 선택하게 되면, 이때의 선택된 각각의 모드에 맞게 제어기(20)는 각 챔버로 들어가는 유량을 조절하여 제1피스톤(16) 또는 제2피스톤(17)의 위치가 다르게 설정되도록 할 수 있게 된다.

여기서, 상기 각각의 해당 모드에 맞는 조절된 유량을 결정하는 방법은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 페달 시뮬레이터 반력조절장치의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 페달 시뮬레이터 반력조절장치의 사용상태를 나타내는 개략도이다.

도 2a 및 2b에 도시한 바와 같이, 메인 배관(24)에 설치되어 있는 메인 밸브(21)가 닫혀 있는 상태이고, 또 사용자가 일 예로서 모드 1의 반력 특성을 선택한 상태에서, 페달을 작동하면 페달 스트로크 센서(19)에 의한 정보가 제어기(20)로 전달된다.

계속해서, 첫번째 제동시(모드 입력 후 이루어지는 첫번째 제동시)에 마스터 실린더(10)의 메인 피스톤이 전진할 때 제2솔레노이드 밸브(15)를 열고, 제1솔레노이드 밸브(14)를 닫아서 제2피스톤(17)이 이동하게 하고, 이와 더불어 제2챔버(23)에 일정 유량을 채운다.

다음, 제2챔버(23)에 일정량의 유량이 채워지면 제2솔레노이드 밸브(15)를 닫고, 제1솔레노이드 밸브(14)를 연다.

다음, 페달 스트로크가 추가로 발생할 때의 반력은 제1피스톤(16)과 완충부재(18)에 의해서 발생하게 된다.

다음, 제동이 해제된 후 두번째 이후의 제동시에는 제2솔레노이드 밸브(15)는 닫힌 상태를 유지하게 되고, 이때의 제2피스톤(17)은 완충부재(18) 방향(앞쪽)으로 이동된 위치를 유지하게 된다.

이 경우는 최초에 제2피스톤(17)이 이동하기 전보다 완충부재(18)의 초기하중이 달라져 있는 상태이다.

페달 작동시 제1솔레노이드 밸브(14)를 열어 제1피스톤(16)을 움직이게 하면 제2피스톤(17)의 위치 변화에 따라 달라진 반력이 페달에 발생하게 된다.

그리고, 페달 반력 특성을 추가로 변경하고자 하는 경우(예를 들면 모드 2의 반력 특성을 선택할 경우) 반력 특성 변경 후 첫번째 제동시에 제2솔레노이드 밸브(15)를 열고, 제1솔레노이드 밸브(14)를 닫은 상태에서 위와 같은 방법을 통해 유량의 조절로 제2피스톤의 위치를 다르게 설정함으로써, 모드 2의 반력 특성을 모드 1과 다르게 할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 모드 1, 모드 2, 모드 3 등 여러 가지 모드의 반력 특성을 만들어 낼 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페달 시뮬레이터의 반력조절장치를 나타내는 개략도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 여기서는 시뮬레이터 실린더(13) 내의 제1피스톤(16)과 제2피스톤(17)의 면적을 서로 다르게 설정하여 페달 반력 특성을 다르게 조절하는 형태를 보여주고 있으며, 배관 연결구조나 솔레노이드 밸브의 설치위치, 피스톤의 배치, 완충부재의 적용 등은 위의 일 실시예와 동일하므로, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다만, 시뮬레이터 실린더(13)의 내부 뒷쪽으로 설치되는 제2피스톤(17)의 경우 앞쪽의 제1피스톤(16)에 비해 상대적으로 적은 직경을 갖게 되며, 이때의 제2피스톤(17)은 그 외경에 맞는 내경을 가지는 실린더 부분(시뮬레이터 실린더 본체 직경보다 상대적으로 작은 직경으로 된 뒷쪽의 실린더 부분) 내에 위치된다.

이에 따라, 상기 제2피스톤(17)이 속해 있는 제2챔버(23)의 단면적은 제1피스톤(16)이 속해 있는 제1챔버(26)의 단면적에 비해 상대적으로 작은 단면적을 갖게 된다.

따라서, 제1피스톤(16)과 제2피스톤(17)의 면적을 다르게 설정한 경우, 예를 들면 제1피스톤(16)의 면적을 제2피스톤(17)의 면적보다 크게 설정할 경우 다음과 같은 방법으로 반력 특성을 다르게 할 수 있다.

도 4a 및 4b에 도시한 바와 같이, 제1솔레노이드 밸브(14)를 열고 제2솔레노이드 밸브(15)를 닫으면 페달 작동시 제1챔버(26)에 유량이 전달되어 제1피스톤(16)이 움직이게 되고, [제1피스톤의 면적×제1배관의 압력]이 완충부재(18)의 변형에 의해 발생하는 힘과 평형을 이루게 된다(제1조건).

다음, 제2솔레노이드 밸브(15)를 열고 제1솔레노이드 밸브(14)를 닫으면 페달 작동시 제2챔버(26)에 유량이 전달되어 제2피스톤(17)이 움직이게 되고, [제2피스톤의 면적×제2배관의 압력]이 완충부재의 변형에 의해 발생하는 힘과 평형을 이루게 된다(제2조건).

위의 제1조건과 제2조건에서 완충부재의 변형이 동일하다면 제2피스톤(17)의 면적이 작으므로, 제2배관(12)에 걸리는 압력이 더 높게 된다.

페달의 반력은 마스터 실린더 메인측의 피스톤 면적과 압력의 곱의 형태로 나타나므로, 상기 제2조건으로 페달 시뮬레이터가 작동하면 더 높은 반력을 만들어낼 수 있게 된다.

상기 제2조건으로 제2챔버(23)측으로 유량이 이동하여 작동하는 경우 제2피스톤(17)의 면적이 작으므로, 동일한 완충부재 변형량이 발생하는 페달 스트로크는 상기 제1조건보다 더 짧게 된다.

여기서, 제1피스톤과 제2피스톤의 면적을 다르게 설정한 경우에도 제1솔레노이드 밸브 및 제2솔레노이드 밸브를 열고 닫는 제어를 통해 제1피스톤과 제2피스톤의 초기 위치를 변경할 수 있으므로, 이러한 제어를 병행하면 페달 스트로크 vs 반력 특성을 자유롭게 조절할 수 있게 된다.

10 : 마스터 실린더 11 : 제1배관
12 : 제2배관 13 : 시뮬레이터 실린더
14 : 제1솔레노이드 밸브 15 : 제2솔레노이드 밸브
16 : 제1피스톤 17 : 제2피스톤
18 : 완충부재 18a : 스프링
18b : 러버 19 : 페달 스트로크 센서
20 : 제어기 21 : 메인 솔레노이드 밸브
22 : 서브 솔레노이드 밸브 23 : 제2챔버
24 : 메인 배관 25 : 서브 배관
26 : 제1챔버

Claims

마스터 실린더(10)에서 연장되는 제1배관(11)과 제2배관(12)이 앞쪽과 뒷쪽으로 각각 연결되는 시뮬레이터 실린더(13);
상기 제1배관(11)과 제2배관(12)에 각각 설치되는 제1솔레노이드 밸브(14) 및 제2솔레노이드 밸브(15);
상기 시뮬레이터 실린더(13)의 내부 앞쪽과 뒷쪽에 각 배치되는 제1피스톤(16) 및 제2피스톤(17), 그리고 제1피스톤(16)과 제2피스톤(17) 사이에 설치되는 완충부재(18);
를 포함하며, 페달 작동시 마스터 실린더(10)에서 제공되는 유량을 이용하여 시뮬레이터 실린더(13)에 있는 제2피스톤(17) 또는 제1피스톤(16)의 위치를 가변적으로 설정하여, 페달 반력 특성을 조절할 수 있도록 되어 있으며,
상기 제1솔레노이드 밸브(14)는 시뮬레이터 실린더(13)의 제1챔버(26)에 연결되고, 상기 제2솔레노이드 밸브(15)는 시뮬레이터 실린더(13)의 제2챔버(23)에 연결되어, 상기 각 솔레노이드 밸브의 개폐에 따라 각 챔버로 들어가는 유량이 제어될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 페달 시뮬레이터 반력조절장치.
청구항 1에 있어서,
상기 시뮬레이터 실린더(13) 내의 제1피스톤(16)과 제2피스톤(17)의 면적을 서로 다르게 설정하여 페달 반력 특성을 다르게 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 페달 시뮬레이터 반력조절장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2피스톤(17)의 위치 설정을 위하여 시뮬레이터 실린더(13)의 내부에 제공되는 유량은 페달 스트로크 센서(19)에서 감지한 신호 또는 페달의 작동시간에 따른 솔레노이드 밸브의 개폐시간으로 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 페달 시뮬레이터 반력조절장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1피스톤(16)과 제2피스톤(17) 사이에 개재되는 완충부재(18)는 스프링 또는 러버나, 스프링과 러버의 조합 중에서 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 페달 시뮬레이터 반력조절장치.
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