KR101505155B1 - 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치 - Google Patents

비접촉 광센싱 방식의 악셀장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페달의 누름정도에 따라 수광되는 특정 파장대의 광량을 통해 엔진회전수 조절을 통한 차속의 가감이 이루어지도록 구성되는 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치에 관한이다.
즉, 본 발명은 자동차의 운전석 하부에 고정 설치되어 페달을 밟음에 따라 기준고정부를 기준으로 승강 또는 회동되어 차속을 가감시키는 광을 이용한 비접촉 전자식 자동차의 악셀장치에 있어서, 상기 페달의 후단에 구비된 광필터연결부에 연결되어 페달의 하강 스트로크에 따라 승강 또는 회전되면서 특정 파장대의 빛만을 통과시키도록 설치되는 일정 크기의 광필터; 상기 광필터의 일측에 설치되어 광원에서 공급되는 광을 상기 광필터를 향해 출사시키는 발광부; 상기 발광부의 대향되는 반대쪽에 설치되어 상기 발광부에서 출사되어 광필터를 통과한 광을 수광하는 수광부;를 포함하는 구성으로 이루어져 상기 수광부에서 특정 파장대의 광에 대한 광량 검출신호가 ECU에 전달되어 엔진의 공연비를 제어하여 차속을 가감시키도록 구성된다.

Description

비접촉 광센싱 방식의 악셀장치{Accel-device equipped with the photo-sensor to sensing the pedal-stroke}
본 발명은 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페달의 누름정도에 따라 수광되는 특정 파장대의 광량을 통해 엔진회전수 조절을 통한 차속의 가감이 이루어지도록 구성되는 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 적당한 연료 및 공기의 혼합기를 엔진에 공급하기 위하여 운전자가 밟는 악셀페달의 누름 정도에 따라 링크기구가 조작되어 스로틀밸브의 개폐량을 조절하고, 이에 따라 인젝터에서 분사되는 연료와 공기의 분사량을 가감하는 방식으로 자동차의 속도를 가감하도록 구성되는 기계식 타입의 악셀장치가 종래에 채택되어 사용되고 있었다.
그러나, 근래에 들어서는 각종 전자제어기술의 발달로 자동차에 적용되는 다양한 형태의 기계식 메커니즘이 전자적 메카니즘으로 발전되고 있는 바, 각종 기능을 수행하는 다양한 전자장치의 신호를 ECU에서 수신하여 설정된 프로그램에서 비교 판단을 통해 엔진을 비롯한 각부의 장치를 제어하고 있다.
특히, 본 발명이 속하는 자동차의 가속장치인 악셀장치 또한 종래의 기계식 타입에서 전자제어기술의 발달로 전자식메커니즘의 채택이 증가되고 있는 추세에 있다.
현재의 전자식 악셀장치를 보면, 악셀페달을 밟게 되면 페달의 후단에 설치된 가변저항장치의 이동에 따라 변화되는 저항값에 따라 엔진의 회전수가 제어되도록 구성된다.
이러한 종래의 일 실시예에 따른 전자식 악셀장치의 구성이 도 1에 도시되어 있다.
즉, 도 1에 도시된 종래의 악셀장치(10)는 페달(12)측에 부착되어 페달(12)을 밟음에 따라 회동고정부(15)를 기준으로 상하 회동하는 쪽에 복수개로 구성되는 접촉브러쉬(14)와, 상기 접촉브러쉬(14)에 취부되어 페달(12)의 밟음에 따라 가변되는 접촉브러쉬(14)의 일정한 변위 이내에서 상기 접촉브러쉬(14)의 접촉변위에 따라 가변되면서 저항값이 ECU에 전달되어 엔진의 회전수를 조절하여 자동차의 속도를 가감시키는 가변저항기(16)로 구성되어 있었다.
이러한 종래의 전자식 악셀장치(10)는 접촉브러쉬(14)과 가변저항기(16) 측의 마찰접촉에 따라 달라지는 저항값에 의해 페달(12)의 위치를 감지하여 이를 바탕으로 차속이 가감되는 구조여서 일정기간 사용하는 경우, 상기 가변저항기(16)의 저항접촉면이 마모되어 정확한 저항값을 읽어들이지 못하는 문제점이 있었다.
이로 인해 운전자가 악셀을 밟더라도 이를 제대로 인식하지 못하는 경우가 발생되고, 이러한 현상이 순간적으로 발생되다가도 페달을 일정이상의 밟아주게 되면 다시 이를 인식하여 급가속이 발생되는 경우가 발생되어 운전자의 안전운행에 많은 지장을 줄 뿐만 인명사고로 이어지는 경우가 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 종래의 마찰방식의 전자식 악셀장치의 단점을 극복하기 위해, 페달의 답력을 비접촉식으로 센싱하여 차속을 가감시키는 비접촉식 악셀페달장치의 구성이 안출되었다.
이러한 종래의 비접촉식 악셀 페달장치의 실시예로 한국 공개특허 제20-2005-92944호(공개일: 2005.09.23, 발명의 명칭: 비 접촉식 센싱 전자식 페달)와, 한국 공개특허 특2001-11914호(공개일: 2001.02.15, 발명의 명칭: 자동차의 비접촉식 악셀페달)가 안출되었다.
종래에 안출된 비 접촉식 악셀 페달장치는 광센서 또는 발광부와 수광부를 갖는 포토커플러를 주어 일측에서 발광되는 빛을 타측에서 수광하여 수광된 광량에 따라 페달의 변위 또는 페달의 답력을 감지하여 차속을 감지할 수 있도록 구성되었다.
그러나, 이러한 종래의 광을 이용한 비 접촉식 악셀 페달장치의 경우, 수광부에서 수광되는 광량이 작거나 전무한 경우, ECU에서 고장인지 아니면 저속상태인지 판단이 어려워 가속제어를 하지 못하는 경우가 발생되고, 가속이 안됨에 따라 운전자는 계속해서 가속페달을 밟게 되어 순간적으로 수광되는 빛의 광량이 커질 경우 급가속이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.
- 한국 공개특허 제20-2005-92944호(공개일: 2005.09.23, 발명의 명칭: 비 접촉식 센싱 전자식 페달) - 한국 공개특허 특2001-11914호(공개일: 2001.02.15, 발명의 명칭: 자동차의 비접촉식 악셀페달)
본 발명은 상술한 종래의 접촉식의 단점을 해결함은 물론 광을 이용한 비 접촉식 악셀 페달장치의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 페달 답력 및 변위의 감지부에 대한 내구성을 향상시키고, 광을 이용한 비 접촉식에서 발생될 수 있는 오작동의 문제를 해결하여 페달의 밟음 동작에 신속하게 대응함은 물론 안정된 차량가속으로 안전운행이 가능하도록 구성되는 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치는 자동차의 운전석 하부에 고정 설치되어 페달을 밟음에 따라 기준고정부를 기준으로 승강 또는 회동되어 차속을 가감시키는 광을 이용한 비접촉 전자식 자동차의 악셀장치에 있어서, 상기 페달의 후단에 구비된 광필터연결부에 연결되어 페달의 하강 스트로크에 따라 승강 또는 회전되면서 특정 파장대의 빛을 선택적으로 통과시키도록 설치되는 일정 크기의 광필터; 상기 광필터의 일측에 설치되어 광원에서 공급되는 빛을 상기 광필터를 향해 출사시키는 발광부; 상기 발광부의 대향되는 반대쪽에 설치되어 상기 발광부에서 출사되어 광필터를 통과하거나 광필터를 거치지 않고 직접 도달되는 모든 광을 수광하되, 특정 파장대의 광을 수광할 경우 그 광량을 검출하는 수광부;를 포함하는 구성으로 이루어져 상기 수광부에서 검출된 특정 파장대의 광량 검출신호가 ECU에 전달되어 엔진의 공연비를 제어하여 차속을 가감시키도록 구성된다.
이와 더불어, 상기 발광부와 광필터 사이에는 콜리메이터렌즈가 설치되어 광필터에서의 수광효율을 향상시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 광필터는 특정 파장대의 광만을 통과시키는 패스필터를 이용하거나 또는 특정 파장대의 광만을 차단하는 블록필터 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 따른 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치는 종래의 광센싱을 통해 이루어지는 비접촉 전자식 악셀장치에 비해 구조가 간단할 뿐만 아니라 접촉식에 악셀장치에 비해 내구성을 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 특정파장대의 광만을 검출하여 검출된 광의 광량을 통해 엔진의 회전수와 차속을 조절하게 되어 페달조작에 따른 차량의 반응이 신속하게 이루어져 악셀장치의 오동작을 방지할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치 분리상태도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치에 대한 동작 구성도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 악셀장치의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치에 대한 동작상태의 블록도이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치는 자동차의 운전석 하부에 고정 설치되어 페달을 밟음에 따라 기준고정부를 기준으로 상하 승강 또는 회동되어 차속을 가감시키는 광을 이용한 비접촉 전자식 자동차의 악셀장치에 있어서, 상기 페달의 후단에 연결되어 페달의 밟음동작에 따라 승강 또는 회동되면서 특정 파장대의 빛만을 통과시키는 광필터와, 상기 광필터의 일측에 설치되어 광원에서 공급되는 빛을 상기 광필터를 향해 출사시키는 발광부와, 상기 발광부의 대향되는 반대쪽에 설치되어 상기 발광부에서 출사되어 광필터를 통과한 광을 수광하는 수광부;를 포함하는 구성으로 이루어져 상기 수광부에서는 수광되는 광에서 특정 파장대 광의 광량을 검출하여 ECU에 전달함으로써 ECU에서 엔진의 회전수를 제어하여 차속을 가감시키도록 구성된다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치에 대해서 상세히 설명하고, 악셀장치의 공지된 기술내용에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치(50, 이하 “악셀장치”라 약칭함)에 대한 전체적인 구성 및 동작상태를 개략적인 단면도로 도시하고 있다.
페달(도시생략)의 후단 일측에는 페달의 승강동작에 따라 동작되는 광필터연결부(22)가 설치되고, 상기 광필터연결부(22)에는 페달의 이동 스트로크에 따라 상하 승강 또는 회동되도록 광필터(20)가 설치되고, 상기 광필터(20)의 좌우 양쪽에는 상호 대향되게 광을 출사하는 발광부(30)와 광을 집속하는 수광부(40)가 각각 설치되며, 상기 수광부(40)는 차량의 엔진을 제어하는 ECU(45)와 전기적으로 연결되어 수광된 광량 검출값을 전달하고, 전달된 광량 신호에 따라 상기 ECU(45)가 엔진의 회전수를 제어하도록 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 악셀장치(50)는 차량의 시동을 걸게 되면, 상기 발광부(30)에서 일정한 광을 발광하여 출사하게 되고, 페달을 밟지 않은 상태에서는 발광부(30)와 수광부(40) 사이에 설치된 광필터(20)가 발광부(30)와 수광부(40) 사이를 차단하고 있는 상태가 유지된다.
페달의 후단측 광필터연결부(22)에 연결되는 광필터(20)를 기준으로 광필터(20)의 일측에 설치된 발광부(30)는 별도의 광원에서 전달된 광이 출사되는 구조로 이루어지거나 공급되는 전원에 의해 빛을 발생시키는 광소자로 구성될 수 있으며, 상기 발광부(30)에서 출사되는 광(光) 파장중 특정 파장대의 광만 중앙부의 광필터(20)를 통해 걸러지고 불특정 파장대의 광은 광필터(20)를 통과한 후에 수광부(40)에 전달되는 구조를 이룬다.
즉, 상기 발광부(30)에서 발광되는 모든 파장대의 광이 수광부(40)에 전달되는 것이 아니고 특정 파장대의 광(점선 표시)은 광필터(20)에서 반사되고, 반사되지 않은 불특정 파장대의 광(실선 표시)만 수광부(40)에 전달되도록 광필터(20)가 설계되어 있고, 수광부(40) 또한 특정 파장대(점선 표시)의 광량만 검출하도록 구성된다.
따라서, 상기 광필터(20)는 특정 파장대의 광만을 차단할 수 있는 블록필터를 사용하고, 상기 수광부(40)는 광필터(20)에 의해 차단되는 특정 파장대의 광을 수광할 경우에 광량을 검출할 수 있는 구조이다.
따라서, 운전자가 페달을 밟지 않은 상태에서는 상기 광필터(20)를 통과한 불특정 파장대의 광(실선 표시)만 발광부(30)의 반대쪽에 구비된 수광부(40)에 전달되며, 수광부(40)에서는 광필터를 통과한 필터링되지 않은 불특정 파장대의 광을 수광하여 ECU(45)에 보냄으로써 악셀장치의 정상 작동여부를 판단 및 감시하게 된다.
그러나, 운전자가 페달을 밟게 되면 도 3과 같이 광필터연결부(22)에 연결된 광필터(20)가 페달의 하강 스트로크에 비례해서 승강 또는 회전하게 되고, 광필터(20)에 의해 차단되었던 특정 파장대의 광(점선 표시)이 광필터(20)의 이동에 따른 개방된 영역을 통과하여 수광부(40)에 도달하게 되며, 불특정 및 특정 파장대의 광이 도달되는 수광부(40)에서는 특정 파장대의 광에 대해서만 광량을 검출하여 ECU(45)측에 신호를 보냄으로써 엔진회전수를 제어하게 된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 발광부(30)의 전방에는 발광부(30)에서 발광되는 광이 광필터(20)를 향해 균일한 방향으로 직진 및 입사할 수 있도록 발광콜리메이터렌즈(34)가 추가로 설치되어 광의 전달효율을 향상시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 광필터(20)의 특성에 대해서 좀 더 상술하면, 본 발명에 적용되는 광필터(20)는 특정 파장대, 일례로 적외선(750~780㎚) 영역을 차단하도록 설계된 블록필터로 이루어진 경우, 상기 발광부(30)에서 출사되는 광(光)에서 750~780㎚ 파장대의 적외선 광은 광필터(20)에 의해 차단(반사)되어 수광부(30)에 전달되지 못하게 되고, 그 이외의 나머지 파장대의 광(자외선, 가시광선)은 광필터(20)를 통과하여 수광부(40)에 전달된다.
또한, 상기 수광부(40)는 불특정 및 특정 파장대의 광을 모두 수광하지만, 수광되는 광중 특정 파장대의 광, 예를 들면 750~780㎚ 파장대의 적외선 광만 검출하도록 설계된 경우, 750~780㎚ 파장대의 범위를 벗어난 가시광선이나 자외선 영역에 해당되는 불특정 광에 대해서는 광센싱부의 정상 작동여부를 판단하고 감시하는 역할을 수행하게 되고, 광필터(20)가 개방됨으로써 차단되었던 750~780㎚ 파장대의 적외선 광이 수광부(40)에 도달하게 되면 수광부(40)에서는 기 설계된 기준에 적합한 특정 파장대(750~780㎚) 광의 광량만을 검출하여 ECU(45)에 신호를 보내게 되고, ECU(45)에서는 특정 파장대의 광량값에 따라 엔진 회전수(스로틀바디측)를 제어하여 차속을 가감하도록 구성된다.
상기 광필터(20)는 발광부(30)와 수광부(40)의 구조를 감안하여 상하 승강방식이나 회동구조로 이루어질 수 있으며, 그 형상에 있어서도 직사각형이나 원형, 부채꼴 모양 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.
한편, 상기 수광부(40)에는 광필터(20)를 통과한 광의 집속이 용이하도록 수광렌즈(42)가 구비되고, 상기 수광렌즈(42)를 통과한 광은 수광소자(44)에 집속되어 광량이 검출되도록 구성된다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 실시예에 대한 설명에서 상기 광필터(20)가 블록필터로 구성되어 특정 파장대를 차단하고 있다가 이의 개방에 따라 차단된 특정 파장대의 광이 수광부에 전달되는 경우에 이를 감지하여 차속의 가감이 이루어지는 구성에 대해서 설명하였지만, 상기 블록필터 대신에 특정 파장대의 광만을 통과시키는 패스필터가 설치되는 경우에도 패스필터를 통과하지 못하는 파장대의 광이 광필터의 개방에 따라 수광부에서 수광, 광량이 검출되어 차속을 조절할 수 있는 구조로 광필터의 구성을 실시할 수도 있다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치(50)에 대한 동작과정이 도 5에 플로우차트로 상세하게 도시되어 있다.
즉, 운전자가 차실에 설치된 페달을 밟게 되면, 페달의 후단 일측에서 광필터연결부에 연결되어 발광부와 수광부 사이를 차단하고 있던 광필터(블록필터)가 페달의 하강 양만큼 이동되면서 차단되었던 특정 파장대의 광이 광필터의 개방된 영역을 통과하여 수광부측에 전달된다.
따라서, 수광부에서는 기 설계된 특정 파장대의 광에 대한 광을 검출하여 검출된 광량을 ECU에 신호를 보내고, ECU에서는 전달된 광량의 신호에 적합하게 엔진으로 공급되는 연료와 공기의 혼합비를 제어하는 스로틀바디를 제어하여 차속의 증감이 이루어지게 된다.
물론, 페달을 끝까지 밟을 경우, 발광부와 수광부 사이를 막고 있는 광필터는 완전히 개방되면서 발광부에서 수광부로 전달되는 특정 파장대의 광에 대한 수과효율이 향상되도록 하고, 수광효율을 향상에 따라 수광부에 집속되는 특정 파장대의 광량이 증대되어 결국 차량의 속도를 증가시킬 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 악셀장치는 그 구조를 간단히 하면서 차량의 속도조절이 정밀하게 이루어지게 되어 가속시 페달의 응답성이 좋을 뿐만 아니라 페달의 조작성이 향상되어 운전자가 안전운행을 하는데 도움을 제공할 수 있게 된다.
10, 50 : 악셀장치 12 : 페달
14 : 접촉브러쉬 15 : 고정기준부
16 : 가변저항부 20 : 광필터
22 : 광필터연결부 30 : 발광부
34 : 콜리메이터 렌즈 40 : 수광부
42 : 수광렌즈 44 : 수광소자
45 : ECU

Claims (3)

  1. 자동차의 운전석 하부에 고정 설치되어 페달을 밟음에 따라 기준고정부를 기준으로 승강 또는 회동되어 차속을 가감시키는 광을 이용한 비접촉 전자식 자동차의 악셀장치에 있어서,
    상기 페달의 후단에 구비된 광필터연결부에 연결되어 페달의 하강 스트로크에 따라 승강 또는 회전되면서 특정 파장대의 빛을 선택적으로 통과시키도록 설치되는 일정 크기의 광필터;
    상기 광필터의 일측에 설치되어 광원에서 공급되는 빛을 상기 광필터를 향해 출사시키는 발광부;
    상기 발광부의 대향되는 반대쪽에 설치되어 상기 발광부에서 출사되어 광필터를 통과하거나 광필터를 거치지 않고 직접 도달되는 모든 광을 수광하되, 특정 파장대의 광을 수광할 경우 그 광량을 검출하는 수광부;를 포함하는 구성으로 이루어져 상기 수광부에서 검출된 특정 파장대의 광량 검출신호가 ECU에 전달되어 엔진의 공연비를 제어하여 차속을 가감시키도록 구성되는 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광부와 광필터 사이에는 발광부에서 발광된 광이 광필터에 균일하게 입사되도록 하는 콜리메이터렌즈가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광필터는 특정 파장대의 광만을 통과시키는 패스필터 또는 특정 파장대의 광만을 차단하는 블록필터 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉 광센싱 방식의 악셀장치.
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