KR101441058B1 - 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 는 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 감지부, 가속페달의 회전운동을 제한하고 토크형 반력을 발생하여 가속페달에 전달하는 페달 제한부 및 상기 감지부에서 감지된 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량에 기초해서 페달 제한부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법을 이용하는 것에 의해, 차량의 속도 및 가속도에 따라 스로틀 위치 센서의 출력신호 전압값 허용범위를 설정하고, 실제 감지된 출력신호 전압값이 허용범위를 초과하는 경우, 가속페달의 회전운동을 제한하고 토크형 반력을 운전자에게 전달할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법{ACCELERATOR PEDAL CONTROL APPARATUS FOR ECO DRIVING AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 주행시 연비 현황에 따라 페달 반력을 조절해서 에코 드라이빙을 유도하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
최근 차량에는 사고가 발생하기 이전에 사고를 예방하거나 안전운전, 에코 드라이빙을 유도하기 위한 다양한 형태의 능동형 안전장치가 적용되고 있다.
이러한 능동형 안전장치에는 ABS(Anti-lock Brake System), TCS(Traction Control System), 차체자세제어장치(Vehicle Dynamic Control), 능동형 가속 페달장치 등을 포함한다.
그 중에서 능동형 가속 페달장치는 차량의 주행중 운전자가 주어진 도로의 최고 주행 조건에 도달했을 경우 가속페달의 답력을 조절하여 운전자에게 인지시켜주는 기술이다.
즉, 능동형 가속 페달장치는 운전자가 차량의 목표 속도를 설정해 두고 주행하게 되면 전자제어유닛이 차량의 주행속도를 감지하여 운전자의 목표 속도와 비교하고, 실차 속도가 목표 속도에 이르게 되면 액추에이터를 작동시켜 페달 반력을 증가시키거나 걸림감을 주어서 실차 속도가 목표 속도에 도달했음을 인지시켜 준다.
그리고 능동형 가속 페달장치는 선행 차량과의 간격을 확인하여 사고 위험시에 가속페달의 반력을 증가시키거나 걸림감을 주어 속도 제한의 역할도 수행한다.
이러한 능동형 가속 페달장치에 관한 기술의 일 예가 하기의 특허문헌 1, 특허문헌 2 등에 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 모터와 솔레노이드를 이용해서 운전자의 가속의지를 제한해서 차량의 연비를 향상시키는 구성이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 가속페달의 조작답력에 대한 저항력으로서 유압을 이용하여 운전자에게 조작저항력을 전달하여 운전자가 설정한 목표차속 이상으로 차량이 과속되는 것을 방지하는 구성이 기재되어 있다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2011-0062017호(2011년 6월 10일) 대한민국 특허 공개번호 제10-2008-0034570호(2008년 4월 22일)
하지만, 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 포함하는 종래기술에 따른 능동형 페달장치는 스프링이나 유압실린더와 같은 기계적인 장치를 이용해서 페달의 답력을 조절함에 따라 전자제어장치의 오류 발생시 가속페달이 본래 위치로 회복되지 못하고 일정 위치에 고정되어 잠기는(locking) 현상(이하 '페달 록킹 현상'이라 함)이 발생하는 경우, 적절하게 대처할 수 없는 문제점이 있었다.
그리고 종래기술에 따른 능동형 페달장치는 단순히 차량의 속도를 기준으로 페달의 답력을 조절함에 따라 차량의 주행상태에 따라 페달의 답력을 능동적으로 조절하는데 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 운전자에게 가속페달을 통해 차량의 운행시 연비 현황을 전달하여 에코 드라이빙을 유도하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가속페달의 답력을 조절하는 과정에서 차량의 기계적 또는 전기적 결함으로 인한 페달의 록킹 현상을 방지할 수 있는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치는 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 감지부, 가속페달의 회전운동을 제한하고 토크형 반력을 발생하여 가속페달에 전달하는 페달 제한부 및 상기 감지부에서 감지된 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량에 기초해서 페달 제한부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 페달 제한부는 상기 제어부의 제어신호에 따라 신축 동작하는 액추에이터와 상기 액추에이터의 신축동작에 의해 가속페달의 회전운동을 제한하는 페달 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 페달 고정수단은 차체에 결합되는 브래킷, 상기 브래킷의 상단에 수평하게 설치되는 설치부재, 상기 설치부재의 일단과 가속페달에 결합되어 힌지 회전운동하는 페달암 사이에 신축 가능하게 설치되어 토크형 반력을 발생하는 연결부재, 상기 액추에이터의 선단에 연결되고 힌지 회전운동하여 연결부재의 신장 길이를 선택적으로 제한하는 스토퍼 및 상기 연결부재 상단의 설치위치를 가속페달 방향 또는 그 반대 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 설치부재와 브래킷 사이에 설치되는 이동플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연결부재는 회전운동 가능하도록 상단이 상기 설치부재에 축 결합되고 상기 스토퍼에 의해 회전운동이 제한되는 회전부재, 상기 회전부재의 하단과 페달암 사이에 설치되어 토크형 반력을 발생하는 탄성부재 및 상기 탄성부재의 외측을 커버하는 가이드부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부재의 일면에는 다수의 제1 돌기가 형성되고, 상기 스토퍼의 일면에는 다수의 제1 돌기 중에서 어느 하나와 선택적으로 맞물리는 제2 돌기가 형성되며, 상기 다수의 제1 돌기 및 제2 돌기는 각각 하방을 향해 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 토크형 반력은 상기 이동플레이트의 위치를 이동시켜 상단 위치가 조절된 상기 탄성부재의 강성 및 인장길이에 따라 발생하는 스텝 토크 또는 램프 토크인 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 미리 설정된 허용범위와 상기 감지부에서 실제 감지된 스로틀 위치 센서의 출력신호 전압값을 비교하는 비교부 및 상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 페달 제한부의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 신호발생부를 포함하고, 상기 신호발생부는 상기 출력신호 전압값이 허용범위를 초과하는 경우에 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치는 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량에 따라 상기 페달 제한부를 구동하는 구동 프로그램 및 차량의 속도와 가속도별 스로틀 위치센서의 출력신호 전압값 허용범위를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 감지부는 차량의 현재 주행속도를 감지하는 차속 센서, 차량의 가속도를 감지하는 가속도 센서 및 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 스로틀 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법은 (a) 차량이 주행하는 도중에 감지부에 마련된 속도 센서, 가속도 센서 및 스로틀 위치센서를 이용해서 차량의 주행 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 감지된 속도 및 가속도별 스로틀 위치센서의 출력신호 전압값과 미리 설정된 허용범위를 비교하는 단계, (c) 상기 (b)단계의 비교결과 감지된 출력신호 전압값이 미리 설정된 허용범위를 초과하는 경우, 페달 제한부를 동작시켜 가속페달의 회전운동을 제한하는 단계 및 (d) 상기 페달 제한부에 마련된 탄성부재를 이용해서 가속페달을 통해 운전자에게 토크형 반력을 전달하는 단계를 포함한다.
상기 토크형 반력은 상기 이동플레이트의 위치를 이동시켜 상단 위치가 조절된 탄성부재의 강성 및 인장길이를 이용하여 스텝 토크 또는 램프 토크로 발생되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법은 (e) 상기 (c)단계 및 (d)단계를 수행한 이후에 감지된 출력신호 전압값이 미리 설정된 허용범위 이내로 복귀하면 상기 페달 제한부의 동작을 중지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 (c1) 페달 제한부에 마련된 엑추에이터를 신장동작시키는 단계 및 (c2) 페달 고정수단에 마련된 스토퍼를 회전운동시켜 연결부재와 맞물리게 하여 가속페달의 회전운동을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 (c3) 상기 출력신호 전압값이 허용범위 이내로 복귀되기 이전에 가속페달에 가해지는 답력이 제거되거나 약해지면, 상기 연결부재에 형성된 다수의 제1 돌기와 상기 스토퍼에 형성된 제2 돌기의 맞물림을 해제시켜 가속페달의 회전제한 상태를 해제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법에 의하면, 차량의 속도 및 가속도에 따라 스로틀 위치 센서의 출력신호 전압값 허용범위를 설정하고, 실제 감지된 출력신호 전압값이 허용범위를 초과하는 경우, 가속페달의 회전운동을 제한하고 토크형 반력을 운전자에게 전달할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법에 의하면, 운전자에게 차량의 연비 상태를 실시간으로 제공함으로써 효과적으로 에코 드라이빙을 유도할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법에 의하면, 페달 제한부에 마련되는 연결부재의 제1 돌기와 제2 돌기를 각각 하방으로 경사지게 형성함에 따라 가속페달의 회전운동을 제한한 후, 가속페달에 가해지는 답력이 제거되거나 약해지면 가속페달 및 회전암의 감속방향 회전을 유도함으로써 페달 록킹 현상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 블록 구성도,
도 2는 차량의 가속도에 따른 차량의 속도와 스로틀 위치 센서의 출력신호 그래프,
도 3은 차량의 속도에 따른 가속도와 스로틀 위치 센서의 출력신호 그래프,
도 4는 가속페달에 설치된 가속페달 제어장치의 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 페달 제한부의 요부확대도,
도 6은 일반적인 페달 답력 곡선 그래프,
도 7은 페달고정수단에 동작에 의해 가속페달에 전달되는 토크형 반력을 계산하는 방법을 설명하는 개략도,
도 8은 탄성부재의 하단 위치와 상단 위치의 x축 좌표를 고정하고, y축 좌표를 변화시키는 경우 산출되는 토크 그래프,
도 9는 탄성부재의 하단 위치와 상단 위치의 y축 좌표를 고정하고, x축 좌표를 변화시키는 경우 산출되는 토크 그래프,
도 10은 탄성부재의 상단 위치 좌표값이 (-120,80)인 경우의 페달토크 그래프,
도 11은 스텝 토크 그래프,
도 12는 램프 토크 그래프,
도 13은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 감지부(10), 가속페달(20)의 회전운동을 제한하는 페달 제한부(30) 및 감지부(10)에서 감지된 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량에 기초해서 페달 제한부(30)의 구동을 제어하는 제어부(50)를 포함한다.
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치는 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량에 따라 페달 제한부(30)를 구동하는 구동 프로그램을 저장하는 저장부(60)를 더 포함할 수 있다.
감지부(10)는 차량의 현재 주행속도를 감지하는 차속 센서(11), 차량의 가속도를 감지하는 가속도 센서(12) 및 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 스로틀 위치 센서(13)를 포함할 수 있다.
이러한 감지부(10)는 가속페달(20)을 제어하기 위해 별도로 마련될 수도 있지만, 차량에 마련된 각 센서를 사용할 수도 있다.
그래서 제어부(50)는 CAN 통신을 통해 차량에 마련된 각 센서의 감지신호를 수신할 수 있다.
도 2는 차량의 가속도에 따른 차량의 속도와 스로틀 위치 센서의 출력신호 그래프이고, 도 3은 차량의 속도에 따른 가속도와 스로틀 위치 센서의 출력신호 그래프이다.
실제 차량을 이용한 실험 결과에 따르면, 가속도를 일정하게 유지한 상태에서 차량의 속도와 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호는 가속도별로 도 2에 도시된 바와 같이 측정되었다.
즉, 도 2와 같이 가속도가 정해지는 경우, 스로틀 위치 센서(13)에서 출력되는 출력신호의 전압값은 속도에 따라 변화함을 알 수 있다.
마찬가지로, 차량의 가속도와 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호는 속도별로 도 3에 도시된 바와 같이 측정되었다.
즉, 도 3과 같이 속도가 정해지는 경우, 스로틀 위치 센서(13)에서 출력되는 출력신호의 전압값은 가속도에 따라 변화함을 알 수 있다.
이러한 속도 및 가속도별 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호 전압값은 보간법을 이용해서 다음과 같은 수학식 1 내지 수학식 8로 표현될 수 있다.
Figure 112013010712043-pat00001
Figure 112013010712043-pat00002
Figure 112013010712043-pat00003
Figure 112013010712043-pat00004
Figure 112013010712043-pat00005
Figure 112013010712043-pat00006
Figure 112013010712043-pat00007
Figure 112013010712043-pat00008
여기서, TPS1 내지 TPS8은 각각 30,40,50,...,100㎞의 속도별 스로틀 위치 센서의 출력신호 전압값이고, a는 가속도이다.
이와 같은 수학식 1 내지 수학식 8은 저장부(60)에 저장될 수 있다.
다시 도 1에서, 페달 제한부(30)는 에코 드라이빙을 유도하기 위해 제어부(50)의 제어신호에 따라 가속페달(20)의 회전운동을 제한하는 역할을 한다.
이러한 페달 제한부(30)는 제어부(50)의 제어신호에 따라 신축 동작하는 액추에이터(31)와 액추에이터(31)의 신축동작에 의해 가속페달(20)의 회전운동을 제한하는 페달 고정수단(32)을 포함할 수 있다.
페달제한부(30)의 상세한 구성은 아래에서 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
제어부(50)는 저장부(60)에 저장된 동작 프로그램 및 수학식 1 내지 수학식 8을 이용해서 미리 설정된 차량의 속도 및 가속도별 스로틀 위치 센서(13)의 출력범위에 따라 페달 제한부(30)의 동작을 제어하도록 제어신호를 발생한다.
예를 들어, 제어부(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 차량의 가속도가 결정되는 경우에는 차량의 속도별 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호 전압값 허용범위(이하 '허용범위'라 약칭함)를 약 0.25 내지 0.48V로 설정하거나, 도 3에 도시된 바와 같이 차량의 속도가 결정되는 경우에는 허용범위를 약 0 내지 0.55V로 설정할 수 있다.
이를 위해, 제어부(50)는 미리 설정된 허용범위와 감지부(10)에서 실제 감지된 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호 전압값을 비교하는 비교부(51) 및 비교부(51)의 비교 결과에 따라 제어신호를 발생하는 신호발생부(52)를 포함할 수 있다.
이러한 제어부(50)는 별도의 제어유닛으로 마련될 수도 있으나, 차량에 마련된 전자제어유닛(Electronic Control Unit)을 이용할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 차량의 속도 및 가속도별 스로틀 위치 센서의 출력신호 전압값이 미리 설정된 허용범위를 초과하는 경우에 페달 제한부를 동작시키도록 제어신호를 발생하여 가속페달의 회전운동을 제한하고, 가속페달을 통해 운전자에게 토크형 반력을 발생하여 에코 드라이빙을 유도할 수 있다.
이어서, 도 4 및 도 5를 참조하여 페달 제한부의 구성을 상세하게 설명한다.
도 4는 가속페달에 설치된 가속페달 제어장치의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 페달 제한부의 요부확대도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 페달 고정수단(32)은 대략 'ㄱ' 형상으로 형성되어 차체에 결합되는 브래킷(33), 브래킷(33)의 상단에 수평하게 설치되는 설치부재(34), 설치부재(34)의 일단과 페달암(21) 사이에 신축 가능하게 설치되는 연결부재(35) 및 액추에이터(31)의 선단에 연결되고 힌지 회전운동하여 연결부재(35)의 신장 길이를 선택적으로 제한하는 스토퍼(36)를 포함할 수 있다.
여기서, 액추에이터(31)는 설치부재(34)의 하면에 수평하게 설치되고, 페달암(21)의 일단이 차체에 축 결합되는 일단에는 페달암(21)의 회전각도를 감지하는 페달각 감지센서가 설치될 수 있다.
그리고 페달 고정수단(32)은 연결부재(35) 상단의 설치위치를 가속페달 방향 또는 그 반대 방향으로 이동시킬 수 있도록 설치부재(34)와 브래킷(33) 사이에 설치되는 이동플레이트(37)를 더 포함할 수 있다.
이동플레이트(37)는 도 5에 도시된 바와 같이, 설치부재(34)의 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 브래킷(33)의 상단에 형성된 이동슬릿에 관통 결합되는 고정볼트에 의해 일정 위치에 고정될 수 있다.
연결부재(35)는 회전운동 가능하도록 상단이 설치부재(34)에 축 결합되고 스토퍼(36)에 의해 회전운동이 제한되는 회전부재(351), 회전부재(351)의 하단과 페달암(21) 사이에 설치되는 탄성부재(352) 및 탄성부재(352)의 외측을 커버하는 가이드부재(353)를 포함할 수 있다.
그리고 스토퍼(36)는 액추에이터(31)의 신축 동작에 의해 회전운동할 수 있도록 상단이 설치부재(34)에 축 결합될 수 있다.
여기서, 회전부재(351)의 일면에는 다수의 제1 돌기(354)가 형성되고, 스토퍼(36)의 일면에는 다수의 제1 돌기(354) 중에서 어느 하나와 맞물리는 제2 돌기(361)가 형성된다.
한편, 다수의 제1 돌기(354) 및 제2 돌기(361)는 각각 하방을 향해 경사지게 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 돌기(354,361)는 서로 맞물린 상태에서 가속페달(20) 및 페달암(21)의 가속방향 회전을 제한하고, 가속페달(20)에 가해지는 답력이 제거되거나 약해지면 제2 돌기(361)는 다수의 제1 돌기(354)와 맞물림이 해제되면서 자연스럽게 하부로 이동할 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명은 가속페달의 회전운동을 제한한 후, 가속페달에 가해지는 답력이 제거되거나 약해지면 가속페달 및 회전암의 감속방향 회전을 유도함으로써 페달 록킹 현상을 방지할 수 있다.
이를 위해, 탄성부재(352)는 가속페달(20) 및 페달암(21)에 복원력을 제공할 수 있도록 탄성을 갖는 고무 재질의 재료를 이용해서 바 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.
가이드부재(353)는 단면이 대략 'ㄷ' 형상으로 형성되어 탄성부재(352)의 외측을 커버함으로써 연결부재(35)의 최소 길이를 유지하는 역할을 한다.
한편, 본 실시 예에서 연결부재(35)의 상단 위치는 이동플레이트(37)의 이동에 따라 변경될 수 있다.
즉, 본 실시 예에서는 이동플레이트(37)의 위치를 조절해서 연결부재(35)에 의해 페달암(21)에 전달되는 토크형 반력을 조절할 수 있다.
도 6은 일반적인 페달 답력 곡선 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 페달 답력은 가속페달(20)의 최대각(θmax), 가속페달(20)의 최대토크(Tmax), 히스테리시스(TH), 히스테리시스 기울기(TG)로 표현된다.
본 실시 예에서는 일반적인 페달 답력 곡선을 바탕으로 스텝 토크와 램프 토크와 같은 토크형 답력을 발생한다.
도 7은 페달고정수단에 동작에 의해 가속페달에 전달되는 토크형 반력을 계산하는 방법을 설명하는 개략도이다.
상세하게 설명하면, 도 7에서 탄성부재(352)의 강성에 의해 발생하는 힘의 크기(Fs)는 아래의 수학식 9와 같이 결정된다.
Figure 112013010712043-pat00009
여기서, k는 탄성부재의 강성, δl은 탄성부재의 인장 길이이다.
탄성부재(352)의 인장을 통해 가속페달(20)에 인가되는 토크값은 탄성부재(352)와 가속페달(20)의 회전 중심점 (0,0) 사이의 수직거리(r)에 따라 계산될 수 있다.
즉, 연결부재(35)의 상단 위치(P1)와 하단 위치(P2)의 방향벡터 성분(
Figure 112013010712043-pat00010
)은 아래의 수학식 10에 의해 결정된다.
Figure 112013010712043-pat00011
여기서, ls는 탄성부재의 길이이다.
그래서 가속페달(20)의 회전 중심점 (0,0)과 탄성부재(352)의 하단 위치(P2) 사이의 거리는 아래의 수학식 11을 이용해서 산출할 수 있다.
Figure 112013010712043-pat00012
이에 따라, 원점(0,0)과 탄성부재(352)의 하단 위치(P2) 사이의 직선 거리(r)는 아래의 수학식 12를 이용해서 산출할 수 있다.
Figure 112013010712043-pat00013
최종적으로, 구하고자 하는 가속페달(20)의 회전 중심점(0,0)을 기준으로 탄성부재(352)에 의해 발생하는 토크값(M0)은 아래의 수학식 13과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112013010712043-pat00014
도 8은 탄성부재의 하단 위치와 상단 위치의 x축 좌표를 고정하고, y축 좌표를 변화시키는 경우 산출되는 토크 그래프이다.
도 9는 탄성부재의 하단 위치와 상단 위치의 y축 좌표를 고정하고, x축 좌표를 변화시키는 경우 산출되는 토크 그래프이다.
이에 따라, 본 실시 예에서는 도 8 및 도 9에 도시된 두 그래프에서 페달회전각에 따라 토크가 일정하게 유지되는 탄성부재(352)의 상단 위치 좌표값 (-80,80)를 얻을 수 있다.
그래서 본 실시 예에서는 탄성부재(352)의 상단 위치 좌표를 기준으로 초기 인장 길이를 갖는 탄성부재(352)를 장착하여 스텝 토크(Step Torque)를 구현한다.
도 10은 탄성부재의 상단 위치 좌표값이 (-120,80)인 경우의 페달토크 그래프이다.
즉, 본 실시 예에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 탄성부재(352)의 상단 위치(P1) 좌표가 (120,80)인 경우, 페달각에 따라 일정하게 선형적으로 증가하는 페달토크 그래프를 확인할 수 있는데, 이를 램프 토크(Ramp Torque)로 지정한다.
본 실시 예에 따른 에코 드라이브 유도 가속페달 제어장치에서 발생하는 스텝 토크와 램프 토크 값의 범위는 아래의 표 1과 같다.
모델 토크[Nm] 스텝 토크 가닥수 기울기 변화[%] 램프 토크 가닥수
모델1 1.5 0.6 20 0.8
모델2 3 1.2 40 1.6
모델3 5 2 60 2.8
도 11은 본 발명에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달장치에서 발생하는 스텝 토크 그래프이고, 도 12는 램프 토크 그래프이다.
즉, 스텝 토크는 도 11에 도시된 바와 같이, 탄성부재의 가닥수가 0.6인 경우 1.5Nm이고, 1.2인 경우에는 3Nm이며, 2인 경우 5Nm로 나타남을 알 수 있다.
그리고 램프 토크는 도 12에 도시된 바와 같이, 탄성부재의 가닥수가 0.8인 경우 20%의 기울기 변화를 나타내고, 1.6인 경우에는 40%의 기울기 변화를 나타내며, 2.8인 경우에는 60%의 기울기 변화를 나타내는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 탄성부재의 상단 위치 및 하단 위치 좌표를 조절하여 가속페달을 통해 운전자에게 스텝 토크 또는 램프 토크와 같은 토크형 반력을 전달할 수 있다.
다음, 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 차량의 이그니션 키가 온 조작됨에 따라 엔진이 시동되어 차량이 주행을 시작한다(S10).
차량이 주행하는 도중에 감지부(10)에 마련된 속도 센서(11), 가속도 센서(12) 및 스로틀 위치 센서(13)는 각각 차량의 주행 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량을 지속적으로 감지한다(S11).
그러면, 제어부(50)는 CAN 통신을 통해 감지부(10)에서 감지된 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호 전압값을 수신하고, 저장부(60)에 저장된 동작 프로그램과 수학식 1 내지 수학식 8에 의해 차량의 속도 및 가속도별로 미리 설정된 허용범위와 수신된 출력신호 전압값을 비교해서 페달 제한부(30)의 동작을 제어한다.
상세하게 설명하면, S12단계에서 비교부(51)는 실제 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호 전압값과 차량의 속도 및 가속도별로 미리 설정된 허용범위를 비교하여 출력신호 전압값이 허용범위를 초과하는지 여부를 검사한다.
S12단계의 검사결과 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호 전압값이 미리 설정된 허용범위를 초과하는 경우, 신호발생부(52)는 페달 제한부(30)의 동작을 제어하는 제어신호를 발생한다.
그러면 페달 제한부(30)의 액추에이터(31)는 제어신호에 따라 신장 동작하여 연결부재(35)를 향해 스토퍼(36)를 회전운동시킴에 따라 스토퍼(36)의 제2 돌기(361)와 연결부재(35)의 제1 돌기(354)가 서로 맞물리면서 가속페달(20) 및 페달암(21)의 가속방향 회전운동을 제한한다(S13).
그리고 페달 제한부(30)의 탄성부재(352)는 수학식 9 내지 수학식 13에 따라 강성에 따라 인장되면서 가속페달(20)에 토크형 반력을 전달한다. 이때, 페달 제한부(30)는 탄성부재(352)의 상단 위치에 따라 스텝 토크 또는 램프 토크와 같은 토크형 반력을 발생하여 전달할 수 있다.
이에 따라, 가속페달(20)은 페달 제한부(30)에서 발생한 토크형 반력을 운전자에게 전달하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 차량의 속도 및 가속도에 따라 스로틀 위치 센서의 출력신호 전압값 허용범위를 설정하고, 실제 감지된 출력신호 전압값이 허용범위를 초과하는 경우, 가속페달의 회전운동을 제한하고 토크형 반력을 운전자에게 전달할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 운전자에게 차량의 연비 상태를 실시간으로 제공함으로써 효과적으로 에코 드라이빙을 유도할 수 있다.
한편, S15단계에서 비교부(51)는 다시 실제 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호 전압값과 미리 설정된 허용범위를 비교하여 출력신호 전압값이 허용범위 이내로 복귀되었는지 여부를 검사한다.
S15단계의 검사결과 출력신호 전압값이 허용범위 이내로 복귀되지 않고 초과하는 경우, 제어부(50)는 S13단계 내지 S15단계를 반복 수행하도록 제어한다.
반면, S15단계의 검사결과 출력신호 전압값이 허용범위 이내로 복귀되면, 제어부(50)는 페달 제한부(30)의 동작을 중지하도록 제어한다(S16).
여기서, 출력신호 전압값이 허용범위 이내로 복귀되기 이전이더라도, 가속페달(20)에 가해지는 답력이 제거되거나 약해지면 제2 돌기(361)는 다수의 제1 돌기(354)와의 맞물림이 순차적으로 해제되면서 가속페달의 회전제한 상태를 해제할 수 있다.
한편, S16단계를 수행한 후 또는 S12단계의 검사결과 출력신호 전압값이 허용범위 이내인 경우, S17단계에서 제어부(50)는 이그니션 키가 오프 조작되어 차량의 주행이 중지되는지 여부를 검사하고, 차량의 주행이 중지될 때까지 S11단계 내지 S17단계를 반복 수행하도록 제어한다.
만약, S17단계의 검사결과 차량 주행이 종료되면, 제어부(50)는 가속페달 제어장치의 구동을 중지하고 종료한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 차량의 속도 및 가속도별로 미리 설정된 허용범위와 스로틀 위치 센서의 출력신호 전압값을 초과하는 경우, 가속페달의 회전운동을 제한하고 가속페달을 통해 운전자에게 토크형 반력을 전달하여 에코 드라이빙을 유도할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 차량의 속도 및 가속도별로 미리 설정된 허용범위와 스로틀 위치 센서의 출력신호 전압값에 기초해서 가속페달의 회전운동을 제한하고 가속페달을 통해 운전자에게 토크형 반력을 전달하여 에코 드라이빙을 유도하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치 및 그의 제어방법 기술에 적용된다.
10: 감지부 11: 차속센서
12: 가속도 센서 13: 스로틀 위치 센서
20: 가속페달 21: 페달암
30: 페달 제한부 31: 액추에이터
32: 페달 고정수단 33: 브래킷
34: 설치부재 35: 연결부재
351: 회전부재 352: 탄성부재
353: 가이드부재 354: 제1 돌기
36: 스토퍼 361: 제2 돌기
37: 이동플레이트 50: 제어부
51: 비교부 52: 신호발생부
60: 저장부

Claims (13)

  1. 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 감지부(10),
    가속페달(20)의 회전운동을 제한하고 토크형 반력을 발생하여 가속페달(20)에 전달하는 페달 제한부(30) 및
    상기 감지부(10)에서 감지된 차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량에 기초해서 상기 페달 제한부(30)의 구동을 제어하는 제어부(50)를 포함하고,
    상기 페달 제한부(30)는 상기 제어부(50)의 제어신호에 따라 신축 동작하는 액추에이터(31)와
    상기 액추에이터(31)의 신축동작에 의해 가속페달(20)의 회전운동을 제한하는 페달 고정수단(32)을 포함하며,
    상기 페달 고정수단(32)은 차체에 결합되는 브래킷(33),
    상기 브래킷(33)의 상단에 수평하게 설치되는 설치부재(34),
    상기 설치부재(34)의 일단과 가속페달(20)에 결합되어 힌지 회전운동하는 페달암(21) 사이에 신축 가능하게 설치되어 토크형 반력을 발생하는 연결부재(35),
    상기 액추에이터(31)의 선단에 연결되고 힌지 회전운동하여 연결부재(35)의 신장 길이를 선택적으로 제한하는 스토퍼(36) 및
    상기 연결부재(35) 상단의 설치위치를 가속페달 방향 또는 그 반대 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 설치부재(34)와 브래킷(33) 사이에 설치되는 이동플레이트(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 연결부재(35)는
    회전운동 가능하도록 상단이 상기 설치부재(34)에 축 결합되고 상기 스토퍼(36)에 의해 회전운동이 제한되는 회전부재(351),
    상기 회전부재(351)의 하단과 페달암(21) 사이에 설치되어 토크형 반력을 발생하는 탄성부재(352) 및
    상기 탄성부재(352)의 외측을 커버하는 가이드부재(353)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전부재(351)의 일면에는 다수의 제1 돌기(354)가 형성되고,
    상기 스토퍼(36)의 일면에는 다수의 제1 돌기(354) 중에서 어느 하나와 선택적으로 맞물리는 제2 돌기(361)가 형성되며,
    상기 다수의 제1 돌기(354) 및 제2 돌기(361)는 각각 하방을 향해 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 토크형 반력은 상기 이동플레이트(37)의 위치를 이동시켜 상단 위치가 조절된 상기 탄성부재(352)의 강성 및 인장길이에 따라 발생하는 스텝 토크 또는 램프 토크인 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치.
  7. 제1항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(50)는 미리 설정된 허용범위와 상기 감지부(10)에서 실제 감지된 스로틀 위치 센서(13)의 출력신호 전압값을 비교하는 비교부(51) 및
    상기 비교부(51)의 비교 결과에 따라 상기 페달 제한부(30)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 신호발생부(52)를 포함하고,
    상기 신호발생부(52)는 상기 출력신호 전압값이 허용범위를 초과하는 경우에 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    차량의 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량에 따라 상기 페달 제한부(30)를 구동하는 구동 프로그램 및 차량의 속도와 가속도별 스로틀 위치센서의 출력신호 전압값 허용범위를 저장하는 저장부(60)를 더 포함하고,
    상기 감지부(10)는 차량의 현재 주행속도를 감지하는 차속 센서(11),
    차량의 가속도를 감지하는 가속도 센서(12) 및
    스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 스로틀 위치 센서(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치.
  9. (a) 차량이 주행하는 도중에 감지부에 마련된 속도 센서, 가속도 센서 및 스로틀 위치센서를 이용해서 차량의 주행 속도, 가속도 및 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 단계,
    (b) 상기 (a)단계에서 감지된 속도 및 가속도별 스로틀 위치센서의 출력신호 전압값과 미리 설정된 허용범위를 비교하는 단계,
    (c) 상기 (b)단계의 비교결과 감지된 출력신호 전압값이 미리 설정된 허용범위를 초과하는 경우, 페달 제한부를 동작시켜 가속페달의 회전운동을 제한하는 단계 및
    (d) 상기 페달 제한부에 마련된 탄성부재를 이용해서 가속페달을 통해 운전자에게 토크형 반력을 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 토크형 반력은 상기 탄성부재의 상단 위치를 조절해서 탄성부재의 강성 및 인장길이를 이용하여 스텝 토크 또는 램프 토크로 발생되는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    (e) 상기 (c)단계 및 (d)단계를 수행한 이후에 감지된 출력신호 전압값이 미리 설정된 허용범위 이내로 복귀하면 상기 페달 제한부의 동작을 중지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 (c)단계는
    (c1) 페달 제한부에 마련된 엑추에이터를 신장동작시키는 단계 및
    (c2) 페달 고정수단에 마련된 스토퍼를 회전운동시켜 연결부재와 맞물리게 하여 가속페달의 회전운동을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 (c)단계는
    (c3) 상기 출력신호 전압값이 허용범위 이내로 복귀되기 이전에 가속페달에 가해지는 답력이 제거되거나 약해지면, 상기 연결부재에 형성된 다수의 제1 돌기와 상기 스토퍼에 형성된 제2 돌기의 맞물림을 해제시켜 가속페달의 회전제한 상태를 해제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에코 드라이빙 유도 가속페달 제어장치의 제어방법.
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