KR101463248B1 - 전동 브레이크 시스템의 페달 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 브레이크 시스템의 페달 장치에 관한 것으로, 페달(11)에 고정되어 페달마운팅부재(13)에 페달(11)을 회동가능하게 장착시키고, 답력형성용 단면을 갖는 축공(12a)이 형성된 힌지축(12)과; 상기 힌지축(12)의 축공(12a)과 동일한 단면을 가지는 형상으로 형성되어 상기 축공(12a)에 삽입된 탄성재질의 답력형성부재(15) 및; 상기 답력형성부재(15)의 축방향 중심에 삽입되어 고정되고 일측 단부가 상기 페달마운팅부재(13)에 고정된 고정핀(16);을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 페달마운팅부재(13)에 브레이크 전자제어유니트에 의해 제어되는 모터(17)가 장착되고, 그 모터(17)에 상기 고정핀(16)의 단부가 체결된다.

따라서, 기존의 유압 브레이크 시스템과 유사한 페달 답력을 운전자에게 제공하여 이질감 없는 제동 조작을 통해 안전 운행이 가능하게 되고, 제동 상황에 따라 페달 답력을 능동적으로 제어하여 안전성이 향상되고 운전자의 페달 조작 피로감이 감소될 수 있게 된다.

전동 브레이크 시스템, 페달 답력 형성장치, 페달 답력 조절장치

Description

전동 브레이크 시스템의 페달 장치{pedal device for brake-by-wire system}

본 발명은 자동차의 전동 브레이크 시스템에서 운전자의 제동 의지 입력 수단인 페달 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 브레이크 시스템은 운전자의 페달 조작력을 유압을 매개로 전달하여 각 휠의 브레이크어셈블리를 작동시키는 유압 시스템이다.

그러나, 이는 마스터실린더로부터 각 휠의 브레이크어셈블리에 이르는 배관을 설치해야만 하므로 각종 레이아웃 설정에 악영향을 주고, 또한 누유가 발생할 경우 브레이크 시스템이 정상적으로 작동하지 않거나 기능을 상실하게 되는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 유압 브레이크 시스템의 근본적인 문제점을 해소하기 위하여 전동 브레이크 시스템(brake-by-wire system)이 개발되었다.

전동 브레이크 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 운전자의 제동의지를 파악하는 페달 장치(10 ; 전자페달, pedal simulator)와, 상기 페달 장치(10)로부터 파악된 운전자의 제동의지에 따라 제동제어신호를 발생시키는 브레이크 전자제어유니트(20 ; brake ECU) 및, 각 휠에 설치되어 상기 제동제어신호에 따라 실제 제동 을 수행하는 전동 브레이크어셈블리(30 ; 전동 캘리퍼)를 포함하여 이루어진다.

따라서, 운전자의 페달 조작 상태에 따른 차량의 제동이 이루어지도록 되어 있었다.

한편, 상기 페달 장치(10)는 비록 운전자의 페달 조작 상태 즉, 페달 조작 속도, 페달 조작량 등을 감지하여 상기 브레이크 전자제어유니트(20)에 전달하는 것이 주요 기능이지만, 운전자가 몸으로 직접 제동상태를 느끼고 그에 반응하여 이후의 운전조작(조향, 가속, 감속, 정지)을 행하도록 함으로써 운전을 용이하게 하고 안전성을 향상시키기 위해서 운전자에게 적절한 페달 답력을 제공하는 것이 필요하다.

따라서, 종래에는 상기 페달 답력을 형성하기 위하여 단순 스프링을 조합하거나, 영구자석 및 전자석을 사용하거나, 또는 자기유변유체(MR유체 ; 자기장 변화에 따라 점도 변함)를 이용하는 기술이 이용되었다.

그러나, 상기와 같은 방식에 의해 형성되는 페달 답력은 유압식 브레이크 시스템의 페달 답력과 유사하지 않아 이질감이 크게 느껴지는 단점이 있었다. 즉, 유압식 브레이크 시스템에서와 같이 운전자에게 실제 제동상태를 명확하게 느낄 수 있도록 하는 페달 답력을 제공하지 못하였다.

또한, 설치된 장치 구성에 따라 수동적으로 페달 답력이 발생될 뿐 차량의 주행 상황에 따른 능동적인 페달 답력 형성이 불가한 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 운전자에게 유압 브레이크 시스템과 유사한 페달 답력을 제공하고, 차량 주행 상태에 따라서 페달 답력을 능동적으로 조절할 수 있게 됨으로서 차량의 제동 안전성을 향상시키고 보다 용이한 페달 조작이 가능하도록 된 전동 브레이크 시스템의 페달 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

페달에 고정되어 페달마운팅부재에 페달을 회동가능하게 장착시키고, 답력형성용 단면을 갖는 축공이 형성된 힌지축과;

상기 힌지축의 축공과 동일한 단면을 가지는 형상으로 형성되어 상기 축공에 삽입된 탄성재질의 답력형성부재 및;

상기 답력형성부재의 축방향 중심에 삽입되어 고정되고 일측 단부가 상기 페달마운팅부재에 고정된 고정핀;

을 포함하여 구성된다.

상기 힌지축의 축공과 상기 답력형성부재는 다각형상으로 이루어져 답력형성부재의 모서리부가 축공의 모서리부에 걸려지는 것을 특징으로 한다.

상기 고정핀은 바디에 걸림판이 돌출 형성되고, 이와 동일한 형상의 삽입공이 상기 답력형성부재의 축방향 중심에 형성되어 상기 고정핀이 삽입된다.

또한, 상기 페달에 리턴스프링이 설치된다.

상기 페달마운팅부재에 모터가 장착되고, 그 모터의 회전축에 상기 고정핀이 체결되며, 상기 모터는 브레이크 전자제어유니트에 의해 작동 제어된다.

상기 브레이크 전자제어유니트는 상기 페달마운팅부재에 설치된 페달의 회전각측정센서와 회전속도측정센서로부터 측정 정보를 전달받아 운전자의 제동 의지를 파악하고 상기 모터를 제어한다.

상기 구성으로 이루어진 본 발명에 의하면, 유압 브레이크 시스템과 동일한 페달 답력을 제공함으로써 기존 브레이크 시스템과의 이질감을 해소할 수 있다.

따라서, 운전자의 안정적인 브레이크페달 조작을 가능하게 하여 조작 편의성이 향상됨과 더불어 안전성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 페달 답력을 제동 상황에 따라 능동적으로 조절할 수 있게 되어 운전자의 피로감이 감소되고 보다 효율적인 제동을 통해 안전성 향상을 도모할 수 있다.

한편, 종래에 비하여 자기유변유체나 전자석 등의 고가품을 사용하지 않으므로 원가 측면에서 유리하고, 제품의 소형화도 가능한 장점이 있다.

이하, 본 발명의 한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 2의 (a)는 본 발명이 적용된 펜던트 타입 페달 장치의 분해 사시도이고, (b)는 조립 상태도로서, 도시된 바와 같이, 페달(11)은 대쉬패널에 볼트 장착된 페 달마운팅부재(13)에 힌지축(12)을 매개로 회전 가능하게 설치된다.

상기 힌지축(12)은 페달(11)의 상단에 형성된 삽입공에 삽입되어 용접 등의 방법으로 일체화된다.

상기 힌지축(12)에는 축방향으로 답력형성용 단면을 갖는 축공(12a)이 형성되고, 상기 축공(12a)에는 동일한 형상의 단면을 갖는 답력형성부재(15)가 삽입된다.

상기 답력형성부재(15)는 축공(12a)의 내부에서 축공(12a)과의 상대 위상차에 따라 축공(12a)의 내주면에 의해 가압되어 형상이 변경되고, 그 형상 변경에 의한 반력이 상기 축공(12a)의 내주면에 작용하도록 고무와 같은 탄성재질로 제작된다.

상기 답력형성부재(15)에는 중앙에 축방향으로 삽입공(15a)이 형성되고, 그 삽입공(15a)에 동일한 단면 형상을 갖는 고정핀(16)이 삽입되어 회전방향으로 고정되며, 상기 고정핀(16)의 일측 단부는 상기 답력형성부재(15) 및 힌지축(12)의 외측으로 돌출되어 상기 페달마운팅부재(13)측에 고정된다.

즉, 페달(11)이 조작되면 페달(11)과 함께 힌지축(12)이 회전되고, 이때 페달마운팅부재(13)에 고정된 고정핀(16)에 의해 상기 답력형성부재(15)는 회전되지 않게 되는 바, 이에 상기 힌지축(12)의 축공(12a) 모서리부가 답력형성부재(15)의 모서리부를 페달(11) 회동방향으로 밀면서 변형시키도록 된 것이다.

도 3에 상기 힌지축(12)과 답력형성부재(15) 및 고정핀(16)의 일 실시예가 도시되어 있다.

상기 힌지축(12)의 축공(12a)과 답력형성부재(15)는 대략 삼각형 형상으로 이루어지며, 각 변은 중심을 향해 완만하게 오목한 곡면으로 형성되고, 세 모서리부는 둥글게 라운딩 가공되어 있다.

그리고 상기 힌지축(12)의 축공(12a)과 답력형성부재(15) 사이의 틈에는 양자간의 상대 회동이 원활히 이루어지도록 그리스(G)가 주입된다.

한편, 상기 고정핀(16)의 바디는 원통 형상이며, 그 바디의 외주면에 일정간격으로 걸림판(16a)이 돌출 형성된다.

상기 걸림판(16a)은 고정핀(16)의 바디 길이방향으로 길게 연장되어 형성된다.

그리고, 상기 고정핀(16)의 단면 형상과 동일한 단면 형상을 갖는 삽입공(15a)이 상기 답력형성부재(15)의 축방향 중앙에 형성된다.

따라서, 상기 답력형성부재(15)의 삽입공(15a)에 상기 고정핀(16)이 삽입되며, 이때 양자의 사이에는 빈틈이 존재하지 않는다.

상기와 같은 구성에 의하여 페달을 밟지 않은 상태에서는 도 3의 (a)와 같이, 힌지축(12)과 답력형성부재(15) 및 고정핀(16)은 상호간에 아무런 힘도 작용하지 않는 단순한 삽입 체결상태를 유지한다.

그와 같은 보통 상태에서 운전자가 페달을 밟으면 상기 페달(11)이 도 3의 (b)상태로 회동된다.

이때 상기 힌지축(12)은 페달(11)에 고정되어 있으므로 페달(12)과 동일한 위상각으로 회동되며, 이에 대해 페달마운팅부재(13)측에 고정된 고정핀(16)에 고 정된 상기 답력형성부재(15)는 회동되지 않고 처음 상태의 위상각을 유지하려 한다.

따라서, 회동되는 힌지축(12)의 축공(12a)면에 가압되어 힌지축(12)의 회전방향에 반대되는 쪽의 상기 답력형성부재(15)의 면이 압축 변형되고, 그 압축 변형에 의한 탄발력이 상기 축공(12a)면에 작용하여 힌지축(12)을 원위치로 회동시키려는 복원력이 작용하게 된다.

따라서, 상기 복원력이 페달을 밟는 운전자에게 페달 답력으로 작용하게 된다.

페달 답력은 상기 걸림판(16a)과 축공(12a)면의 거리가 감소할수록 증가하여 어느 한도 이상의 페달(11) 회동을 억제하게 된다.

상기 탄성재질의 답력형성부재(15)에 의한 페달 답력은 도 4의(a)에 도시한 바와 같이 페달 변위가 증가함에 따라 초기에는 서서히 일정 기울기로 증가하나 후반에는 급격히 증가되는 변화 패턴을 가지는데, 이에 의해 기존의 유압식 브레이크 시스템과 유사한 페달 답력을 운전자에게 제공할 수 있게 된다.

한편, 페달 조작후 상기 페달(11)의 리턴을 용이하게 하기 위하여 상기 힌지축(12)에 리턴스프링(14)이 설치된다.

상기 리턴스프링(14)은 코일스프링의 양단에 레그(leg)가 형성된 형태의 것으로 상기 힌지축(12)의 외주에 삽입되고, 양단의 레그는 각각 상기 페달마운팅부재(13)과 힌지축(12) 자신에 고정된다.

따라서, 페달 조작시 비틀려짐으로써 발생한 탄발력이 복원력으로 작용하여 상기 페달(11)을 원위치로 복귀시키게 된다.

한편, 상기 리턴스프링(14) 역시 페달 답력을 형성하는 요소로서 작용한다. 상기 리턴스프링(14)에 의한 페달 답력은 도 4의 (b)와 같이 페달 변위의 증가에 대해 기울기의 변화가 없이 서서히 증가하는 패턴을 가지며 그 증가량은 상기 답력형성부재(15)에 비해 작다.

결과적으로 상기 답력형성부재(15)에 의한 페달 답력과 상기 리턴스프링(14)에 의한 페달 답력이 합쳐져서 양자의 중간 정도의 변화 패턴을 가지는 페달 답력을 형성함으로써 운전자에게 유압식 브레이크 시스템과 보다 유사한 페달 답력을 제공하게 된다.

한편, 상기 고정핀(16)을 인위적으로 회동시켜 페달 답력을 능동적으로 조절할 수 있다.

이를 위해 상기 페달마운팅부재(13)의 일측면에 모터(17)가 장착되고, 상기 모터(17)의 회전축에 상기 고정핀(16)의 단부가 체결된다.

상기 모터(17)는 전술한 브레이크 전자제어유니트(20)에 의해 작동이 제어되며, 상기 전자제어유니트(20)는 상기 페달마운팅부재(13)의 소정 위치에 설치되어 페달(11)의 회전각과 회전속도를 측정하는 회전각측정센서와 회전속도측정센서로부터 측정정보를 전달받아 그에 따라 운전자의 제동 의지를 보다 명확히 파악하여 상기 모터(17)의 작동을 제어하게 된다.

예를 들어, 상기 전자제어유니트(20)는 상기 측정정보의 분석결과 짧은 시간내에 많은 양의 페달 조작이 이루어졌을 경우 위급한 상황에서의 급제동 조작으로 판단하고, 상기 모터(17)를 작동시켜 고정핀(16)을 페달 조작 방향으로 회동시킬 수 있다.

이와 같이 고정핀(16)이 페달(11)의 회동방향과 같은 방향으로 회동되면 힌지축(12)의 축공(12a)에 의한 답력형성부재(15)의 압축 변형량이 감소하므로 페달 답력이 감소된다.

따라서, 운전자가 페달을 보다 빠르게 조작할 수 있게 되므로 제동거리가 단축되는 효과가 있다.

또한, 지속적인 제동 조작이 이루어지는 경우에는 페달이 완전히 조작된 후(완전히 밟힌 후) 상기 모터를 페달 조작 방향으로 회전시켜 답력형성부재(15)에 의한 페달 답력을 감소 또는 제거함으로써 운전자 발목 및 다리의 피로감을 저감시킬 수 있다.

상기의 경우와 반대로 상기 모터(17)를 페달 조작 방향과 반대 방향으로 회전시킬 경우 고정핀(16)에 의해 답력형성부재(15)가 힌지축(12)의 축공(12a) 면과 대향하는 방향으로 회전되므로 페달 답력이 증가하게 되는데, 브레이크 페달이 무거울 것이 요구되는 상황에서는 이와 같은 제어방식을 사용할 수 있을 것이다.

한편, 유압 브레이크 시스템에서 각종 제동 상황에 따른 페달 답력을 데이터화하고, 반복시험을 통해 동일한 제동 상황에서 본 발명에 의한 페달 답력이 상기 데이터값과 동일하게 발생하도록 하는 모터 제어값을 알아내어 맵핑(mapping)한 뒤, 그 맵을 상기 브레이크 전자제어유니트(20) 내의 메모리에 저장하여 상기 맵에 따라 모터(17)를 제어하면 유압 브레이크 시스템과 거의 동일한 페달 답력을 운전 자에게 제공할 수 있게 된다.

한편, 이상과 같이 펜던트 타입(pendent type) 브레이크 페달 장치에 적용된 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 오르간 타입(organ type)의 브레이크 페달 장치에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.

도 1은 전동 브레이크 시스템의 구성도,

도 2의 (a)는 본 발명에 따른 페달 장치의 분해 사시도, (b)는 조립 상태도,

도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 페달 힌지부의 단면도로서, (a)는 페달 조작 전 상태도, (b)는 페달 조작 후 상태도,

도 4는 페달 변위에 따른 페달 답력 선도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 페달 장치 11 : 페달

12 : 힌지축 12a : 축공

13 : 페달마운팅부재 14 : 리턴스프링

15 : 답력형성부재 15a : 삽입공

16 : 고정핀 16a : 걸림판

17 : 모터 20 : 전자제어유니트

30 : 전동 브레이크어셈블리

Claims (7)

1. 페달에 고정되어 페달마운팅부재에 페달을 회동가능하게 장착시키고, 답력형성용 단면을 갖는 축공이 형성된 힌지축과;

   상기 힌지축의 축공과 동일한 단면을 가지는 형상으로 형성되어 상기 축공에 삽입된 탄성재질의 답력형성부재 및;

   상기 답력형성부재의 축방향 중심에 삽입되어 고정되고 일측 단부가 상기 페달마운팅부재에 고정된 고정핀;을 포함하고,

   상기 힌지축의 축공과 상기 답력형성부재는 다각형상으로 이루어져 답력형성부재의 모서리부가 축공의 모서리부에 걸려지는 것을 특징으로 하는 전동 브레이크 시스템의 페달 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 힌지축의 축공과 상기 답력형성부재는 삼각형 단면 형상을 가지고, 단면의 각 변은 완만한 곡면으로 형성되며, 세 모서리부는 둥글게 라운딩 가공된 것을 특징으로 하는 전동 브레이크 시스템의 페달 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 고정핀은 바디에 걸림판이 돌출 형성되고, 이와 동일한 형상의 삽입공이 상기 답력형성부재의 축방향 중심에 형성되어 상기 고정핀이 삽입된 것을 특징으로 하는 전동 브레이크 시스템의 페달 장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 페달에 리턴스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 전동 브레이크 시스템의 페달 장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 페달마운팅부재에 모터가 장착되고, 그 모터의 회전축에 상기 고정핀이 체결되며, 상기 모터는 브레이크 전자제어유니트에 의해 작동 제어되는 것을 특징으로 하는 전동 브레이크 시스템의 페달 장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 브레이크 전자제어유니트는 상기 페달마운팅부재에 설치된 페달의 회전각측정센서와 회전속도측정센서로부터 측정 정보를 전달받아 운전자의 제동 의지를 파악하고 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동 브레이크 시스템의 페달 장치.

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