KR102422968B1

KR102422968B1 - 답력 조절이 가능한 모듈형 패시브 타입 페달 시뮬레이터

Info

Publication number: KR102422968B1
Application number: KR1020200182181A
Authority: KR
Inventors: 신동환; 진성호
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-07-19
Also published as: KR20220091056A

Abstract

페달 시뮬레이터가 개시된다. 본 발명의 페달 시뮬레이터는, 제1 방향으로 긴 레일을 형성하는 브라켓; 레일에 슬라이드 이동 가능하게 결합된 푸시링크; 브라켓에 제1 방향과 직각방향의 제1 회전축을 중심으로 제1 회전방향 또는 제1 회전방향의 반대방향으로 회전가능하게 결합된 페달링크; 페달링크에 제1 회전축과 평행한 제2 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되고, 푸시링크에 제1 회전축과 평행한 제3 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되는 커넥터링크; 및 브라켓에 결합되고, 제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈을 구비하는 홀더를 포함하고, 제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈은, 푸시링크에 의해 제1 방향으로 가압되면 페달링크의 제1 회전방향 회전에 저항하도록 이루어지되 제1 회전방향 회전에 저항하는 힘이 조절되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

답력 조절이 가능한 모듈형 패시브 타입 페달 시뮬레이터{PASSIVE TYPE PEDAL SIMULATOR WITH ADJUSTABLE PEDAL EFFORT MODULE}

본 발명은 차량용 페달 시뮬레이터에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 차량의 제동 시스템에 적용될 수 있는 페달 시뮬레이터에 관한 것이다.

차량의 제동 분야에 있어서 유압 방식 제동 시스템이 사용되고 있고, 또한 최근에는 전기기계식 제동 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.

유압 방식 제동 시스템은 유압식 캘리퍼, 유관, 마스터 실린더, 부스터 등으로 구성이 된다.

전기기계식 제동 시스템에서는, 유관을 포함한 기존 유압식 제동 부품들이 제거되고, 전기기계식 캘리퍼, 와이어, 페달 시뮬레이터 등으로 대체하여 제동 기능을 수행하게 된다.

페달 시뮬레이터는 운전자의 제동의지를 전기기계식 브레이크에 전달하는 역할을 수행한다. 만약 페달 시뮬레이터가 기존 유압식 제동시스템에서 발생되는 페달 답력을 모사하지 못하게 되면, 운전자는 이질감과 더불어 불안감을 느끼게 된다. 따라서 페달 시뮬레이터의 개발에 있어서, 기존 유압식 제동시스템의 페달 답력 모사 능력이 중요하다.

유압식 제동시스템의 페달 답력은 차량별 장착된 유압 요소들의 구성 환경에 따라 다르며, 결과적으로 차량별로 다른 페달 답력 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.

페달 시뮬레이터의 답력 모사 기능 구현에 있어, 전기모터를 장착하여 페달 답력을 모사하는 액티브 타입 페달 시뮬레이터와 기계 요소만으로 페달 답력을 모사하는 패시브 타입 페달 시뮬레이터가 있다. 액티브 타입은 제어기 구성과 게인 튜닝 등으로 여러 차량의 답력을 정확도 높게 모사할 수 있는 장점을 가지지만, 모터와 모터 드라이버 그리고 관련 부품의 장착 때문에 큰 공간이 요구되면서 고가로 구현된다는 단점을 가진다.

기계 요소로만 답력을 모사하는 종래의 패시브 타입은 액티브 타입 대비 작은 부피와 저가로 구현된다는 장점을 가지지만, 여러 차량에 대응하기 어렵다는 단점을 가진다.

기존의 페달 시뮬레이터 중에는, 페달 시뮬레이터 구성에 있어, 과도기적으로 유압 제동 시스템 관련 일부 부품을 남겨두고, 해당 부품을 바탕으로 유압식 답력을 모사하기 위한 기구나 추가 부품을 반영하여 답력 모사 기능을 구현하는 방식이 있다.

기존의 유압식 제동 부품을 활용한 페달 시뮬레이터 방식은, 유압 제동 시스템 관련 부품이 모두 제거된 경우에는 사용이 불가능하므로, 기존 유압 부품을 활용하지 않으면서, 유압 답력을 모사할 수 있는 페달 시뮬레이터의 개발이 필요하다.

한국등록특허 제10-2016357호(등록일:2019. 08. 26)

본 개시는, 답력 곡선에서 나타나는 여러 변곡점 특성에 대응하여 답력 모사율을 높일 수 있는 페달 시뮬레이터를 기술한다.

본 개시는, 한 차량에 특화된 패시브 페달 시뮬레이터의 단점을 극복할 수 있고 여러 차량의 답력 특성에 대응 가능하도록, 유연하게 답력 구성이 가능한 모듈형 패시브 타입 페달 시뮬레이터를 기술한다.

본 개시는, 페달의 각변위와 페달의 각변위별 강성 조절이 가능한 페달 시뮬레이터를 기술한다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 제1 방향으로 긴 레일을 형성하는 브라켓; 상기 레일에 슬라이드 이동 가능하게 결합된 푸시링크; 상기 브라켓에 상기 제1 방향과 직각방향의 제1 회전축을 중심으로 제1 회전방향 또는 상기 제1 회전방향의 반대방향으로 회전가능하게 결합된 페달링크; 상기 페달링크에 상기 제1 회전축과 평행한 제2 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되고, 상기 푸시링크에 상기 제1 회전축과 평행한 제3 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되는 커넥터링크; 및 상기 브라켓에 결합되고, 제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈을 구비하는 홀더를 포함하고, 상기 제1 탄성모듈 및 상기 제2 탄성모듈은, 상기 푸시링크에 의해 상기 제1 방향으로 가압되면 상기 페달링크의 상기 제1 회전방향 회전에 저항하도록 이루어지되 상기 제1 회전방향 회전에 저항하는 힘이 조절되도록 이루어지는, 페달 시뮬레이터에 의하여 달성된다.

상기 홀더에 상기 제1 방향으로 긴 제1 수용홀이 형성되고, 상기 제1 탄성모듈은, 상기 제1 수용홀 내에 수용되고, 상기 푸시링크에 의해 가압되는 제1 스프링; 및 상기 푸시링크와 반대쪽에서 상기 제1 수용홀 내면에 나사결합되는 제1 조절캡을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1 탄성모듈은, 상기 제1 수용홀 내에 수용되고, 상기 푸시링크와 상기 제1 스프링 사이에 개재되는 제1 스페이서를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 홀더에 상기 제1 방향으로 긴 제2 수용홀이 형성되고, 상기 제2 탄성모듈은, 상기 제2 수용홀 내에 수용되고, 상기 푸시링크에 의해 가압되는 제2 스프링; 및 상기 푸시링크와 반대쪽에서 상기 제2 수용홀 내면에 나사결합되는 제2 조절캡을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제2 탄성모듈은, 상기 제2 수용홀 내에 수용되고, 상기 푸시링크와 상기 제2 스프링 사이에 개재되는 제2 스페이서를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 푸시링크는, 상기 레일에 슬라이드 이동 가능하게 결합된 푸시몸체; 상기 푸시몸체로부터 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 탄성모듈을 가압하는 제1 돌출부; 및 상기 푸시몸체로부터 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 제2 탄성모듈을 가압하는 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 푸시몸체로부터 상기 제1 방향으로 연장된 길이가 서로 다르도록 이루어질 수 있다.

상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 푸시몸체에 길이조절 가능하게 결합되도록 이루어질 수 있다.

상기 제2 탄성모듈은 상기 제1 탄성모듈을 기준으로 서로 반대쪽에 각각 구비되고, 상기 제2 돌출부는 상기 제1 돌출부를 기준으로 서로 반대쪽에 각각 구비되도록 이루어질 수 있다.

상기 페달링크의 상기 제1 회전방향 회전각의 증분과 상기 푸시링크의 상기 제1 방향 변위의 증분은 아래 [수식 1]을 만족할 수 있다.

[수식 1]

여기서, Δθ : 페달링크의 제1 회전방향 회전각의 증분, Δ(Y1+Y2) : 푸시링크의 제1 방향 변위의 증분, Y1 : 제1 회전축과 제2 회전축 간 거리의 수직성분, Y2 : 제2 회전축과 제3 회전축 간 거리의 수직성분, L1 : 제1 회전축과 제2 회전축 간 거리, L2 : 제2 회전축과 제3 회전축 간 거리, D : 제1 회전축과 제3 회전축 간 거리의 수평성분, C : 상수

상기 브라켓에 결합되고, 상기 제1 회전방향의 반대방향으로 상기 페달링크를 탄력지지하는 페달스프링을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서, 제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈은 푸시링크에 의해 제1 방향으로 가압되면 페달링크의 제1 회전방향 회전에 저항하도록 이루어지되 제1 회전방향 회전에 저항하는 힘이 조절되도록 이루어진다. 이에 따라, 답력 곡선에서 나타나는 여러 변곡점 특성에 대응하여 답력 모사율을 높일 수 있는 페달 시뮬레이터를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서, 제1 조접캡이 제1 수용홀에 나사결합되는 세로방향 깊이를 조절하고, 제2 조접캡이 제2 수용홀에 나사결합되는 세로방향 깊이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 페달링크에 인가되는 제1 회전방향 회전력에 대한 제2 스프링의 반력을 조절할 수 있도록 이루어지며, 답력 곡선에서 변곡점 및 각 변위별 토크의 조절이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터는 제1 수나사부가 제1 암나사홀에 제1 역방향으로 나사결합되는 깊이를 조절하도록 이루어지고, 제2 수나사부가 제2 암나사홀에 제1 역방향으로 나사결합되는 깊이를 조절하도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 돌출부의 제1 방향 길이를 조절하거나 제2 돌출부의 제1 방향 길이를 조절할 수 있도록 이루어지며, 답력 곡선에서 변곡점 및 각 변위별 토크의 조절이 용이하게 이루어질 수 있다.

도 1은 일반적인 차량에서 페달 답력을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서 일부 구성을 투시 형태로 도시한 측면도로서, 페달링크가 눌러지기 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서 일부 구성을 투시 형태로 도시한 측면도로서, 페달링크가 눌러진 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 홀더 및 탄성모듈(제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈)을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 홀더 및 탄성모듈(제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈)에서 일부 구성을 단면 형태로 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 탄성모듈(제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈)을 도시한 분해사시도이다.
도 8a는 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서 푸시링크, 홀더, 제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈만을 도시한 도면이다.
도 8b는 도 8a의 푸시링크, 홀더, 제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈에서 페달링크가 제1 회전방향으로 회전하여 푸시링크가 제1 탄성모듈을 가압한 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서 페달 답력을 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 8a의 홀더 및 탄성모듈에서 제1 돌출부 및 제2 돌출부의 길이를 조절한 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 3에 도시된 페달 시뮬레이터에서 제1 회전축, 제2 회전축 및 제3 회전축 간 거리성분을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 4에 도시된 페달 시뮬레이터에서 제1 회전축, 제2 회전축 및 제3 회전축 간 거리성분을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 페달 시뮬레이터에서 페달링크의 제1 회전방향 회전각과 푸시링크의 제1 방향 변위의 관계를 2차원 직각좌표계로서 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "결합"되어 있다고 언급된 때에는, 달리 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합되어 있거나, 또는 그 다른 구성요소에 고정되게 결합되어 있거나, 또는 그 다른 구성요소에 상대이동 없도록 결합되어 있을 수 있다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 일반적인 차량에서 페달(310) 답력을 설명하기 위한 그래프이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서 일부 구성을 투시 형태로 도시한 측면도로서, 페달링크(300)가 눌러지기 전 상태를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서 일부 구성을 투시 형태로 도시한 측면도로서, 페달링크(300)가 눌러진 상태를 나타내는 도면이다.

먼저 차량 별 답력 특성 차이에 대해 기술한다.

도 1은 페달(310) 답력 곡선의 예시이며, x축은 페달(310)의 각변위(Angular displacement), y축은 반력으로 느끼게 되는 토크(Torque) 값을 나타낸다.

도 1과 같이, 페달(310)의 회전 각도에 따라 페달(310)을 통해 느끼게 되는 반력 토크 값은 차량별로 다른 특성을 나타낸다. 이는 차량별로 다른 유압식 제동 시스템을 갖추고 있기 때문이다.

한편, 페달(310) 각변위(Angle)별 운전자가 느끼게 되는 반력 토크(Torque)를 나타낸 도 1에서, 각변위 대비 반력 토크의 기울기, 즉 강성이 급격하게 변화하는 변곡점을 가짐을 알 수 있다. (도 1에서 원으로 나타냄)

본 발명의 실시예에 따른 답력 조절이 가능한 모듈형 패시브 타입 페달 시뮬레이터(10)(이하, '페달 시뮬레이터(10)')의 구현에 있어서는, 상기와 같은 변곡점에 해당하는 페달링크(300) 각도 위치에 상응하는 강성 요소(예컨대, 강성 스프링)가 추가되도록 함으로써, 효과적으로 유압 답력 특성을 모사할 수 있도록 하였다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른, 유연하게 각변위별 강성을 조절할 수 있는 페달 시뮬레이터(10)의 구조와 작동 방식에 대해 기술한다.

본 발명의 실시예들을 설명하는 도면에 표시된 X방향, Y방향, Z방향은 각각 서로 직교하는 방향일 수 있다.

일 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)는, 브라켓(100), 푸시링크(200), 페달링크(300), 커넥터링크(400), 홀더(500), 제1 탄성모듈(600) 및 제2 탄성모듈(700)을 포함한다.

브라켓(100)은 페달 시뮬레이터(10)의 전체적인 틀(프레임)을 이룰 수 있다. 브라켓(100)에는 페달 시뮬레이터(10)를 이루는 다른 구성들이 결합될 수 있고, 브라켓(100)은 이러한 구성들을 지지한다.

브라켓(100)은 상부브라켓(110)과 지지브라켓(120)을 포함하여 이루어질 수 있다.

브라켓(100)에 레일(130)이 형성된다. 레일(130)은 제1 방향(Z)으로 긴 형태를 형성한다. 상술한 제1 방향(Z)은 중력방향과 반대방향일 수 있다. 이하에서 제1 방향(Z)의 반대방향은 제1 역방향으로 지칭하고자 한다.

레일(130)의 단면은 원 또는 각형을 형성할 수 있다. 레일(130)의 상단은 상부브라켓(110)에 연결된다. 레일(130)의 하단은 지지브라켓(120)에 연결된다. 브라켓(100)과 레일(130)은 일체로 제조될 수 있다.

상부브라켓(110)은 페달링크(300)가 회전가능하게 결합되도록 이루어진다. 즉, 상부브라켓(110)에 페달링크(300)의 제1 회전축(S1)(axis of rotation)이 구비된다. 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서, 제1 회전축(S1)의 형성 방향이 제1 방향(Z)과 직각방향(이하 '제2 방향(X)')으로 정의될 수 있다.

상부브라켓(110)은 소정의 길이를 갖도록 이루어진다. 상부브라켓(110)은, 제1 회전축(S1)으로부터 제1 방향(Z) 및 제2 방향(X)과 직교하는 제3 방향(Y)과 평행하게 연장될 수 있다. 즉, 상부브라켓(110)은 제3 방향(Y)을 따라 소정의 길이를 갖도록 이루어진다.

지지브라켓(120)은 상부브라켓(110)과 일체로 이루어질 수 있고, 또는 상부브라켓(110)에 고정되게 결합될 수 있다. 지지브라켓(120)은 상부브라켓(110)으로부터 제1 역방향 즉, 중력방향으로 연장될 수 있다.

지지브라켓(120)은 제1 회전축(S1)과 이격된 지점에서 상부브라켓(110)에 연결된다. 상부브라켓(110)에서 제1 회전축(S1)이 제3 방향(Y)의 상대적인 뒤쪽 부분에 형성될 때, 지지브라켓(120)은 상부브라켓(110)에서 제3 방향(Y)의 상대적인 앞쪽 부분에 연결된다.

지지브라켓(120)에는 제3 방향(Y)으로 관통된 구멍인 슬롯(121)이 형성된다. 슬롯(121)은 제1 방향(Z)을 따라 긴 형태를 형성할 수 있다. 후술할 푸시링크(200)의 링크부(240)는 슬롯(121)을 통과하여 커넥터링크(400)에 회전 가능하게 연결된다.

상술한 바와 같이, 페달링크(300)는, 브라켓(100)에 제2 방향(X)과 평행한 제1 회전축(S1)을 중심으로 회전가능하게 결합되며, 페달링크(300)는 제1 회전방향(R1) 또는 제1 회전방향(R1)의 반대방향으로 회전가능하게 상부브라켓(110)에 결합될 수 있다.

페달링크(300)는 페달(310), 링크부(320) 및 회전부(330)를 포함하여 이루어질 수 있다. 페달(310)과 회전부(330)는 링크부(320)를 중심으로 페달링크(300)의 대향되는 양쪽 단부를 이룰 수 있다. 페달(310), 링크부(320) 및 회전부(330)는 서로 일체로 이루어질 수 있고, 별도로 이루어진 후 서로 고정되게 결합될 수 있다.

링크부(320)는 브라켓(100)에 연결되는 부분이다. 링크부(320)와 브라켓(100)의 결합을 위하여, 또한 페달링크(300)의 제1 회전축(S1)을 이루기 위하여, 제1 회전샤프트(T1)가 링크부(320) 및 상부브라켓(110)을 관통하여 체결될 수 있다. 페달링크(300)의 제1 회전축(S1)은 링크부(320)에 형성된다.

링크부(320)는 회전부(330)와 페달(310)을 서로 연결한다. 링크부(320)는 회전부(330)와 페달(310)에 비하여 비교적 얇고 길게 이루어질 수 있다.

페달(310)은 페달링크(300)에서 자유단 부분을 이룬다. 사용자가 페달(310)을 밟아 가압하는 등, 페달링크(300)에 외력이 작용하면, 브라켓(100)을 상대로 페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 회전할 수 있게 된다.

제1 회전방향(R1)은, 제1 회전축(S1)을 중심으로 한 페달링크(300)의 회전방향 중, 제1 탄성모듈(600) 및/또는 제2 탄성모듈(700)을 가압하는 방향일 수 있다.

회전부(330)는 페달(310)과 다른 방향으로 연장된다. 여기서 다른 방향은 제2 방향(X)과 직각 방향을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)는 페달스프링(140)을 포함하여 이루어질 수 있다.

페달스프링(140)은 브라켓(100)을 상대로 페달링크(300)를 탄력지지한다. 페달스프링(140)이 페달링크(300)를 지지함으로써, 별도의 외력이 페달링크(300)에 작용하지 않은 상태에서, 페달링크(300)는 브라켓(100)을 상대로 고정된 자세를 유지할 수 있다. 예컨대, 페달링크(300)의 페달(310)은 상부브라켓(110) 및 지지브라켓(120) 각각과 소정의 경사진 각도를 유지할 수 있다.

페달스프링(140)은, 브라켓(100)에 결합되어, 제1 회전방향(R1)의 반대방향으로 페달링크(300)를 탄력지지하도록 이루어질 수 있다. 즉, 페달스프링(140)은, 페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 회전하면, 페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)의 반대방향으로 역회전하도록 페달링크(300)에 회전력을 가한다.

페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 회전하도록 페달링크(300)에 외력이 가해지면, 페달스프링(140)이 탄성변형되면서 탄성에너지를 저장하고, 페달링크(300)에 가해진 외력이 제거되면 페달스프링(140)이 탄성회복하면서 페달링크(300)를 제1 회전방향(R1)의 반대방향으로 회전시킬 수 있으며, 이에 따라 페달링크(300)는 본래의 위치로 이동할 수 있다.

페달스프링(140)은, 브라켓(100)을 상대로 페달링크(300)를 탄력지지하는 범위 내에서, 다양한 형태 및 구조로 이루어질 수 있다. 페달스프링(140)은, 코일스프링, 판스프링, 토션스프링 등으로 이루어질 수 있다.

페달스프링(140)이 토션스프링으로 이루어질 때, 페달스프링(140)은 회전샤프트(240)에 끼워져, 페달스프링(140)의 일측 단부가 상부브라켓(110)에 지지되고 타측 단부가 페달링크(300)(특히, 링크부(320))에 지지될 수 있다.

페달스프링(140)이 구비됨으로써, 상술한 바와 같이, 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서, 페달링크(300)의 페달(310)은 상부브라켓(110) 및 지지브라켓(120) 각각과 소정의 경사진 각도를 유지할 수 있다. 이에 따라, 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서 푸시링크(200)는 제1 탄성모듈(600) 및 제2 탄성모듈(700)과 이격된 상태를 유지할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 홀더(500)는 브라켓(100)에 결합된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 홀더(500) 및 탄성모듈(제1 탄성모듈(600) 및 제2 탄성모듈(700))을 도시한 사시도이다.

도 6은 도 5에 도시된 홀더(500) 및 탄성모듈(제1 탄성모듈(600) 및 제2 탄성모듈(700))에서 일부 구성을 단면 형태로 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 탄성모듈(제1 탄성모듈(600) 및 제2 탄성모듈(700))을 도시한 분해사시도이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 홀더(500)는 홀더몸체(510) 및 결합부(520)를 포함한다.

홀더몸체(510)는 제2 방향(X)으로 길게 형성된 부분(이하 '몸체부')과, 몸체부로부터 제1 역방향으로 연장된 부분(이하 '연장부')을 포함한다. 연장부는 제1 수용홀(511) 또는 제2 수용홀(512)이 형성되는 부분이다. 연장부는 복수로 구비된다.

결합부(520)는 브라켓(100)에 결합되는 부분이다. 결합부(520)는 홀더몸체(510)에서 제3 방향(Y)으로 연장된다. 결합부(520)는 한 쌍으로 구비될 수 있다.

자세하게 도시되지는 않았으나, 결합부(520)는 브라켓(100)에 볼트에 의해 결합될 수 있다. 또는, 브라켓(100)에 한 쌍의 결합부(520)가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다. 한 쌍의 결합부(520)는 홈에 억지 끼움될 수 있다.

결합부(520)가 브라켓(100)에 결합되면, 후술할 제1 돌출부(220)는 후술할 제1 관통홀(513)의 수직선상 아래쪽에 위치하고, 후술할 제2 돌출부(230)는 후술할 제2 관통홀(514)의 수직선상 아래쪽에 위치하게 된다.

홀더몸체(510)에 제1 수용홀(511)이 형성된다. 제1 수용홀(511)은 제1 방향(Z)으로 긴 형태를 형성한다. 제1 수용홀(511)의 내면은 대략 원통 형태를 형성한다.

제1 수용홀(511)의 상단은 위쪽으로 개방된다. 제1 수용홀(511)의 하부에 제1 관통홀(513)이 형성된다. 제1 관통홀(513)의 내면은 대략 원통 형태를 형성한다. 제1 관통홀(513)은 제1 수용홀(511)보다 작은 내경을 형성한다. 제1 수용홀(511)의 하단은 제1 관통홀(513)에 의해 아래쪽으로 개방된다.

제1 탄성모듈(600)은 제1 수용홀(511) 내에 수용된다. 제1 탄성모듈(600)은 제1 스프링(610), 제1 조절캡(620) 및 제1 스페이서(630)를 포함한다.

제1 스프링(610)은 제1 수용홀(511) 내에 삽입된다. 제1 스프링(610)은 코일스프링, 판스프링, 토션스프링 등으로 이루어질 수 있다. 제1 스프링(610)은 선형스프링으로 이루어질 수 있다.

제1 스페이서(630)는 제1 수용홀(511) 내에 수용된다. 제1 스페이서(630)는 제1 수용홀(511)의 하단과 제1 스프링(610)의 하부 사이에 개재된다.

제1 스페이서(630)는 원반 형태를 형성한다. 제1 스페이서(630)는 제1 수용홀(511)의 내면보다 작은 반경을 형성한다. 따라서 제1 스페이서(630)는 제1 수용홀(511) 내부에서 세로방향 즉, 제1 방향(Z) 및 제1 역방향으로 이동할 수 있다.

그리고 제1 스페이서(630)는 제1 관통홀(513)의 내면보다 큰 반경을 형성한다. 따라서 제1 스페이서(630)는 제1 관통홀(513)을 통해 제1 수용홀(511) 외부로 이탈될 수 없다.

제1 수용홀(511)의 상부 내면에 암나사산이 형성된다. 제1 조절캡(620)의 외면에 수나사산이 형성된다. 제1 조절캡(620)은 푸시링크(200)와 반대쪽에서 제1 수용홀(511) 내면에 나사결합된다.

제1 스프링(610)은 제1 돌출부(220)에 의해 가압되어 탄성 수축될 수 있다. 푸시링크(200)는 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전과 연동하여 제1 방향(Z)으로 직선 이동한다. 따라서 제1 스프링(610)은 페달링크(300)에 인가되는 제1 회전방향(R1) 회전력에 대한 반력을 형성한다.

따라서 제1 조절캡(620)이 제1 수용홀(511)에 나사결합되는 세로방향 깊이를 조절하면, 페달링크(300)에 인가되는 제1 회전방향(R1) 회전력에 대한 제1 스프링(610)의 반력을 조절할 수 있다.

즉, 제1 탄성모듈(600)은 푸시링크(200)에 의해 제1 방향(Z)으로 가압될 때 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전에 저항하되, 제1 회전방향(R1) 회전에 저항하는 힘(제1 스프링(610)의 반력)이 조절될 수 있다.

홀더몸체(510)에 제2 수용홀(512)이 형성된다. 제2 수용홀(512)은 제1 수용홀(511)을 기준으로 서로 반대쪽에 각각 구비된다. 제2 수용홀(512)은 각각 제2 방향(X)으로 긴 형태를 형성한다. 제2 수용홀(512)의 내면은 대략 원통 형태를 형성한다.

제2 수용홀(512)의 상단은 위쪽으로 개방된다. 제2 수용홀(512)의 하부에 제2 관통홀(514)이 형성된다. 제2 관통홀(514)의 내면은 대략 원통 형태를 형성한다. 제2 관통홀(514)은 제2 수용홀(512)보다 작은 내경을 형성한다. 제2 수용홀(512)의 하단은 제2 관통홀(514)에 의해 아래쪽으로 개방된다.

제2 탄성모듈(700)은 제2 수용홀(512) 내에 각각 수용된다. 제2 탄성모듈(700)은 제2 스프링(710), 제2 조절캡(720) 및 제2 스페이서(730)를 포함한다.

제2 스프링(710)은 제2 수용홀(512) 내에 삽입된다. 제2 스프링(710)은 코일스프링, 판스프링, 토션스프링 등으로 이루어질 수 있다. 제2 스프링(710)은 선형스프링으로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이, 제2 수용홀(512)은 제1 수용홀(511)을 기준으로 서로 반대쪽에 각각 구비된다. 한 쌍의 제2 수용홀(512)은 제1 수용홀(511)으로부터 동일한 거리에 위치한다. 제2 수용홀(512)에 각각 수용되는 제2 스프링(710)은 동일한 스프링 상수(spring constant)를 형성한다.

따라서 페달링크(300)에 인가되는 제1 회전방향(R1) 회전력에 대한 한 쌍의 제2 스프링(710)의 반력은 제1 스프링(610)의 위치를 기준으로 서로 대칭을 형성한다. 따라서 한 쌍의 제2 스프링(710)의 반력 불균형에 의한 푸시링크(200)의 틸트(tilt)가 차단된다.

제2 스페이서(730)는 제2 수용홀(512) 내에 수용된다. 제2 스페이서(730)는 제2 수용홀(512)의 하단과 제2 스프링(710)의 하부 사이에 개재된다.

제1 수용홀(511)과 제2 수용홀(512)의 하단은 제1 방향(Z)으로 동일한 높이를 형성한다. 따라서 제1 스페이서(630)와 제2 스페이서(730)는 제1 방향(Z)으로 동일한 높이를 형성한다.

제2 스페이서(730)는 원반 형태를 형성한다. 제2 스페이서(730)는 제2 수용홀(512)의 내면보다 작은 반경을 형성한다. 따라서 제2 스페이서(730)는 제2 수용홀(512) 내부에서 세로방향 즉, 제2 방향(X) 및 제2 역방향으로 이동할 수 있다.

그리고 제2 스페이서(730)는 제2 관통홀(514)의 내면보다 큰 반경을 형성한다. 따라서 제2 스페이서(730)는 제2 관통홀(514)을 통해 제2 수용홀(512) 외부로 이탈될 수 없다.

제2 수용홀(512)의 상부 내면에 암나사산이 형성된다. 제2 조절캡(720)의 외면에 수나사산이 형성된다. 제2 조절캡(720)은 푸시링크(200)와 반대쪽에서 제2 수용홀(512) 내면에 나사결합된다.

제2 스프링(710)은 제2 돌출부(230)에 의해 가압되어 탄성 수축될 수 있다. 푸시링크(200)는 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전과 연동하여 제1 방향(Z)으로 직선 이동한다. 따라서 제2 스프링(710)은 페달링크(300)에 인가되는 제1 회전방향(R1) 회전력에 대한 반력을 형성한다.

따라서 제2 조절캡(720)이 제2 수용홀(512)에 나사결합되는 세로방향 깊이를 조절하면, 페달링크(300)에 인가되는 제1 회전방향(R1) 회전력에 대한 제2 스프링(710)의 반력을 조절할 수 있다.

즉, 제2 탄성모듈(700)은 푸시링크(200)에 의해 제1 방향(Z)으로 가압될 때 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전에 저항하되, 제1 회전방향(R1) 회전에 저항하는 힘(제2 스프링(710)의 반력)이 조절될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 푸시링크(200)는 푸시링크(200)는 푸시몸체(210), 제1 돌출부(220), 제2 돌출부(230) 및 링크부(240)를 포함한다.

푸시몸체(210)는 제2 방향(X)으로 긴 형태를 형성한다. 푸시몸체(210)는 레일(130)에 슬라이드 이동 가능하게 결합된다. 푸시몸체(210)에 구멍이 형성되고, 레일(130)이 구멍에 삽입되어, 외력 인가시 푸시링크(200)가 레일(130)을 길이방향을 따라 슬라이드 이동할 수 있다. 여기서 레일(130)의 길이방향은 제1 방향(Z) 및 제1 역방향을 의미한다.

링크부(240)는 푸시몸체(210)에서 제3 방향(Y)으로 연장된다. 링크부(240)는 커넥터링크(400)에 연결되는 부분이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 커넥터링크(400)는 페달링크(300)와 푸시링크(200)를 연결한다. 커넥터링크(400)는 일 방향으로 긴 로드 형태를 형성한다.

푸시링크(200)의 링크부(240)는 커넥터링크(400)의 하단부(이하 '하단링크부')에 회전가능하게 결합되도록 이루어진다.

즉, 링크부(240)와 하단링크부에 제3 회전축(S3)이 구비된다. 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서, 제3 회전축(S3)의 형성 방향이 제2 방향(X)으로 정의될 수 있다. 즉, 제3 회전축(S3)은 제1 회전축(S1)과 평행한 축을 형성한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 링크부(240)와 하단링크부의 결합을 위하여, 또한 링크부(240)와 하단링크부의 제3 회전축(S3)을 이루기 위하여, 제3 회전샤프트(T3)가 링크부(240) 및 하단링크부를 관통하여 체결될 수 있다.

페달링크(300)의 링크부(320)는 커넥터링크(400)의 상단부(이하 '상단링크부')에 회전가능하게 결합되도록 이루어진다.

즉, 링크부(320)와 상단링크부에 제2 회전축(S2)이 구비된다. 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서, 제2 회전축(S2)의 형성 방향이 제2 방향(X)으로 정의될 수 있다. 즉, 제2 회전축(S2)은 제1 회전축(S1)과 평행한 축을 형성한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 링크부(320)와 상단링크부의 결합을 위하여, 또한 링크부(320)와 상단링크부의 제2 회전축(S2)을 이루기 위하여, 제2 회전샤프트(T2)가 링크부(320) 및 상단링크부를 관통하여 체결될 수 있다.

페달링크(300)는 제1 회전축(S1)을 중심으로 브라켓(100)에 제1 회전방향(R1) 또는 제1 회전방향(R1)의 반대방향으로 회전 가능하게 결합된다. 그리고 푸시링크(200)는 레일(130)에 제1 방향(Z) 또는 제1 역방향으로 직선이동 가능하게 결합된다. 따라서 페달링크(300)의 회전운동은 커넥터링크(400)에 의해 푸시링크(200)의 직선운동으로 변환된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전시 푸시링크(200)는 제1 방향(Z)으로 상승한다. 그리고 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1)의 반대방향 회전시 푸시링크(200)는 제1 역방향으로 하강한다.

도 8a는 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서 푸시링크(200), 홀더(500), 제1 탄성모듈(600) 및 제2 탄성모듈(700)만을 도시한 도면이다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 페달링크(300)에 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서 제1 돌출부(220)의 상단은 세로방향으로 제1 스페이서(630)와 La의 간격을 형성한다. 그리고 제2 돌출부(230)의 상단은 세로방향으로 제1 돌출부(220)의 상단과 Lb의 간격을 형성한다. 따라서 제2 돌출부(230)의 상단은 세로방향으로 제2 스페이서(730)와 La+Lb의 간격을 형성한다.

도 8b는 도 8a의 푸시링크(200), 홀더(500), 제1 탄성모듈(600) 및 제2 탄성모듈(700)에서 페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 회전하여 제2 돌출부(230)가 제2 탄성모듈(700)을 가압하기 직전 상태를 도시한 도면이다. 도 8b에서 제1 돌출부(220)는 제1 탄성모듈(600)을 Lb만큼 가압하고 있다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 돌출부(220)는 푸시몸체(210)에서 제1 방향(Z)으로 연장된 형태를 형성한다. 제1 돌출부(220)는 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전과 연동하여 제1 탄성모듈(600)을 가압하는 구성이다. 제1 돌출부(220)는 원통형태를 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 결합부(520)가 브라켓(100)에 결합되면, 제1 돌출부(220)는 제1 관통홀(513)의 수직선상 아래쪽에 위치하게 된다. 제1 돌출부(220)는 제1 관통홀(513)보다 작은 지름을 형성한다.

따라서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 푸시링크(200)가 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전과 연동하여 제1 방향(Z)으로 직선 이동하면, 제1 돌출부(220)는 제1 관통홀(513)을 통과하여 제1 스페이서(630)를 제1 방향(Z)으로 민다. 따라서 제1 스프링(610)은 페달링크(300)에 인가되는 제1 회전방향(R1) 회전력에 대한 반력을 형성한다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 제2 돌출부(230)는 푸시몸체(210)에서 제2 방향(X)으로 연장된 형태를 형성한다. 제2 돌출부(230)는 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전과 연동하여 제2 탄성모듈(700)을 가압하는 구성이다. 제2 돌출부(230)는 원통형태를 형성할 수 있다.

제2 돌출부(230)는 제1 돌출부(220)를 기준으로 서로 반대쪽에 각각 구비된다. 한 쌍의 제2 돌출부(230)는 제1 돌출부(220)로부터 동일한 거리에 위치한다.

상술한 바와 같이, 결합부(520)가 브라켓(100)에 결합되면, 제2 돌출부(230)는 제2 관통홀(514)의 수직선상 아래쪽에 각각 위치하게 된다. 제2 돌출부(230)는 제2 관통홀(514)보다 작은 지름을 형성한다.

따라서, 푸시링크(200)가 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전과 연동하여 제1 방향(Z)으로 직선 이동하면, 제2 돌출부(230)는 각각 제2 관통홀(514)을 통과하여 제2 스페이서(730)를 제1 방향(Z)으로 민다.

따라서 한 쌍의 제2 스프링(710)은 페달링크(300)에 인가되는 제1 회전방향(R1) 회전력에 대한 반력을 형성한다. 한 쌍의 제2 스프링(710)이 형성하는 반력의 크기는 동일하다.

제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)는 푸시몸체(210)로부터 제1 방향(Z)으로 연장된 길이가 서로 다르다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 돌출부(220)가 제2 돌출부(230)보다 푸시몸체(210)로부터 제1 방향(Z)으로 연장된 길이가 Lb만큼 길 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 수용홀(511)과 제2 수용홀(512)의 하단은 제1 방향(Z)으로 동일한 높이를 형성한다. 따라서 제1 스페이서(630)와 제2 스페이서(730)는 제1 방향(Z)으로 동일한 높이를 형성한다.

따라서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 회전하여 제2 돌출부(230)가 제2 탄성모듈(700)을 가압하기 직전 상태에서, 제1 돌출부(220)는 제1 탄성모듈(600)을 Lb만큼 가압하게 된다.

페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 더 회전하여 제2 돌출부(230)가 제2 탄성모듈(700)을 추가변위만큼 더 가압하면, 제1 돌출부(220)는 제1 탄성모듈(600)을 Lb+추가변위만큼 가압하게 된다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서 페달(310) 답력을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)는, 유연한 답력 구성이 가능하게 이루어진다. 즉, 페달링크(300)의 각 변위와 각 변위별 강성 조절이 가능하게 이루어진다.

도 9에서 기울기에 해당하는 강성은 제1 탄성모듈(600)에 장착되는 제1 스프링(610)의 스프링 상수와, 제2 탄성모듈(700)에 장착되는 제2 스프링(710))의 스프링 상수에 의해 결정된다.

도 9에 도시된 그래프는, 도 3에 도시된 페달 시뮬레이터(10)에서 페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 회전할 때 페달링크(300)의 각 변위 및 작용하는 토크 간의 관계를 나타내는 그래프로 이해될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서, 특정 각도 별 총 3개 구간의 강성 변화를 가지도록, 각 구성이 배치될 수 있다.

제1 각도구간(A1)(0도에서 θ1까지의 구간)은 페달스프링(140)만이 작용하는 구간이다. 제1 각도구간(A1)은 도 8a를 기준으로 푸시링크(200)가 La만큼 상승할 때까지 페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 회전한 각도구간을 의미한다.

페달(310)에 외력이 작용하여 페달링크(300)가 제1 회전방향(R1)으로 회전할 때 각 변위가 증가하고 이때 페달스프링(140)에 의하여 페달(310)을 밟는 토크가 증가한다.

페달스프링(140)은, 페달링크(300)에 외력이 제거되거나 감소될 때, 예컨대, 운전자가 페달(310)에서 발을 뗄 때(release 구간)에, 페달링크(300)가 초기 각도로 복원하는 데에도 사용된다.

다음으로 제2 각도구간(A2)(θ1에서 θ2까지의 구간)에서, 페달스프링(140)과 더불어 제1 탄성모듈(600)의 제1 스프링(610)(예컨대, 선형 스프링)이 답력 토크에 추가 영향을 끼치게 된다. 제2 각도구간(A2)은 도 8a를 기준으로 La만큼 상승한 푸시링크(200)가 Lb만큼 더 상승할 때(도 8b 참조)까지 페달링크(300)가 회전한 각도구간을 의미한다.

마지막으로 제3 각도구간(A3)(θ2보다 큰 구간)에서, 페달스프링(140), 제1 탄성모듈(600)의 제1 스프링(610), 및 제2 탄성모듈(700)의 제2 스프링(710)(예컨대, 선형 스프링)이 답력 토크에 영향을 끼치게 된다. 제3 각도구간(A3)은 도 8b에 도시된 상태에서 푸시링크(200)가 더 상승할 때까지 페달링크(300)가 회전한 각도구간을 의미한다.

결과적으로 도 9와 같은 각 변위 구간별 반력 토크를 가지게 되고, 제1 각도구간(A1)과 제2 각도구간(A2) 사이에 변곡점이 형성되고, 제2 각도구간(A2)과 제3 각도구간(A3) 사이에 변곡점이 형성된다.

도 10은 도 8a의 홀더(500)에서 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)의 길이를 조절한 상태를 나타내는 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)는 푸시몸체(210)에 길이조절 가능하게 결합될 수도 있다.

푸시폼체에 제1 암나사홀(211)이 형성되고, 제1 돌출부(220)의 하부에 제1 수나사부(221)가 제1 역방향으로 형성될 수 있다. 제1 수나사부(221)는 제1 암나사홀(211)에 나사결합될 수 있다. 제1 수나사부(221)가 제1 암나사홀(211)에 제1 역방향으로 나사결합되는 깊이를 조절하면, 제1 돌출부(220)의 제1 방향(Z) 길이를 조절할 수 있다.

푸시폼체에 제2 암나사홀(212)이 형성되고, 제2 돌출부(230)의 하부에 제2 수나사부(231)가 제1 역방향으로 형성될 수 있다. 제2 수나사부(231)는 제2 암나사홀(212)에 나사결합될 수 있다. 제2 수나사부(231)가 제2 암나사홀(212)에 제1 역방향으로 나사결합되는 깊이를 조절하면, 제2 돌출부(230)의 제1 방향(Z) 길이를 조절할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제1 돌출부(220)의 길이를 조절하면, 제1 돌출부(220)의 상단과 제1 스페이서(630)의 세로방향 간격을 La'로 조절할 수 있다. 그리고 제2 돌출부(230)의 길이를 조절하면, 제2 돌출부(230)의 상단과 제2 스페이서(730)의 세로방향 간격을 La'+Lb'로 조절할 수 있다.

따라서 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)의 길이를 조절하면, 도 5를 기준으로 페달 시뮬레이터(10)의 강성이 변화되는 변곡점의 위치를 조정할 수 있다.

도 11은 도 3에 도시된 페달 시뮬레이터(10)에서 제1 회전축(S1), 제2 회전축(S2) 및 제3 회전축(S3) 간 거리성분을 나타내는 도면이다.

도 12는 도 4에 도시된 페달 시뮬레이터(10)에서 제1 회전축(S1), 제2 회전축(S2) 및 제3 회전축(S3) 간 거리성분을 나타내는 도면이다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전시 푸시링크(200)는 제1 방향(Z)으로 상승한다. 이때, X1, X2, Y1, Y2, L1, L2, D, θ는 아래의 [수학식 1] 내지 [수학식 5]로 나타낼 수 있다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, X1은 제1 회전축(S1)과 제2 회전축(S2) 간 거리의 수평성분(Y축 성분)을 의미한다. X2는 제2 회전축(S2)과 제3 회전축(S3) 간 거리의 수평성분(Y축 성분)을 의미한다.

Y1은 제1 회전축(S1)과 제2 회전축(S2) 간 거리의 수직성분(Z축 성분)을 의미한다. Y2는 제2 회전축(S2)과 제3 회전축(S3) 간 거리의 수직성분(Z축 성분)을 의미한다.

L1은 제1 회전축(S1)과 제2 회전축(S2) 간 직선거리를 의미한다. L2는 제2 회전축(S2)과 제3 회전축(S3) 간 직선거리를 의미한다.

D는 제1 회전축(S1)과 제3 회전축(S3) 간 거리의 수평성분(Y축 성분)을 의미한다. θ는 L1과 Y1의 사잇각을 의미한다.

Y1+Y2는 푸시링크(200)의 제1 방향(Z) 변위를 의미한다.

이때, 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분과 푸시링크(200)의 제1 방향(Z) 변위의 증분의 비는 아래 [수학식 6]을 만족할 수 있다.

여기서, Δθ은 (제1 각도구간(A1), 제2 각도구간(A2) 및 제3 각도구간(A3) 내에서) 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분을 의미한다. Δ(Y1+Y2)는 푸시링크(200)의 제1 방향(Z) 변위의 증분을 의미한다. C는 임의의 상수를 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)는, L1, L2 및 D는 (제1 각도구간(A1), 제2 각도구간(A2) 및 제3 각도구간(A3) 내에서) 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분과 푸시링크(200)의 제1 방향(Z) 변위의 증분이 대략 비례(proportion)하는 범위 내에서 선정될 수 있다.

도 13은 본 발명의 발명자가 설계한 페달 시뮬레이터(10)에서 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각별 푸시링크(200)의 제1 방향(Z) 변위를 2차원 직각좌표계로 나타낸 그래프이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전시 Y1+Y2는 감소한다. 도 13의 y축은 Δ(Y1+Y2)의 절대값을 합산한 값으로 이해되어야 한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분과 푸시링크(200)의 제1 방향(Z) 변위의 증분은 (제1 각도구간(A1), 제2 각도구간(A2) 및 제3 각도구간(A3) 내에서) 대략 비례할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 각도구간(A1), 제2 각도구간(A2) 및 제3 각도구간(A3)은 대략 18° 내외의 범위일 수 있다.

상술한 바와 같이, 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분과 푸시링크(200)의 제1 방향(Z) 변위의 증분이 (제1 각도구간(A1), 제2 각도구간(A2) 및 제3 각도구간(A3) 내에서) 대략 비례하면, 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분과 제1 스프링(610) 및 제2 스프링(710)의 탄성 압축량의 증분이 대략 비례한다. 따라서 제1 각도구간(A1), 제2 각도구간(A2) 및 제3 각도구간(A3)별로 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분과 페달(310) 답력의 증분이 대략 선형적으로 비례한다.

만약, 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분과 페달(310) 답력의 증분이 선형적으로 비례하지 않고, 2차 방정식 또는 3차 방정식 형태를 나타내면, 제1 각도구간(A1), 제2 각도구간(A2) 또는 제3 각도구간(A3)에서 페달(310) 답력의 증분이 갈수록 커지거나 작아질 수 있다. 따라서 여러 차량에 대응하는 답력 특성을 유연하게 구현해내기 어렵다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)는 제1 각도구간(A1), 제2 각도구간(A2) 및 제3 각도구간(A3)별로 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전각의 증분과 페달(310) 답력의 증분이 대략 선형적으로 비례함으로써, 여러 차량에 대응하는 답력 특성을 유연하게 구현하기 용이한 이점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서, 제1 탄성모듈(600) 및 제2 탄성모듈(700)은 푸시링크(200)에 의해 제1 방향(Z)으로 가압되면 페달링크(300)의 제1 회전방향(R1) 회전에 저항하도록 이루어지되 제1 회전방향(R1) 회전에 저항하는 힘이 조절되도록 이루어진다. 이에 따라, 답력 곡선에서 나타나는 여러 변곡점 특성에 대응하여 답력 모사율을 높일 수 있는 페달 시뮬레이터(10)를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)에서, 제1 조절캡(620)이 제1 수용홀(511)에 나사결합되는 세로방향 깊이를 조절하고, 제2 조절캡(720)이 제2 수용홀(512)에 나사결합되는 세로방향 깊이를 조절할 수 있다.

이에 따라, 페달링크(300)에 인가되는 제1 회전방향(R1) 회전력에 대한 제2 스프링(710)의 반력을 조절할 수 있도록 이루어지며, 답력 곡선에서 변곡점 및 각 변위별 토크의 조절이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 페달 시뮬레이터(10)는 제1 수나사부(221)가 제1 암나사홀(211)에 제1 역방향으로 나사결합되는 깊이를 조절하도록 이루어지고, 제2 수나사부(231)가 제2 암나사홀(212)에 제1 역방향으로 나사결합되는 깊이를 조절하도록 이루어질 수 있다.

이에 따라, 제1 돌출부(220)의 제1 방향(Z) 길이를 조절하거나 제2 돌출부(230)의 제1 방향(Z) 길이를 조절할 수 있도록 이루어지며, 답력 곡선에서 변곡점 및 각 변위별 토크의 조절이 용이하게 이루어질 수 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 구체적인 실시예로 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 할 것이다.

10 : 시뮬레이터
100 : 브라켓 300 : 페달링크
110 : 상부브라켓 310 : 페달
120 : 지지브라켓 320 : A링크부
121 : 슬롯 330 : 회전부
130 : 레일 400 : 커넥터링크
140 : 페달스프링 500 : 홀더
200 : 푸시링크 510 : 홀더몸체
210 : 푸시몸체 511 : 제1 수용홀
211 : 제1 암나사홀 512 : 제2 수용홀
212 : 제2 암나사홀 513 : 제1 관통홀
220 : 제1 돌출부 514 : 제2 관통홀
221 : 제1 수나사부 520 : 결합부
230 : 제2 돌출부 600 : 제1 탄성모듈
231 : 제2 수나사부 610 : 제1 스프링
240 : B링크부 620 : 제1 조절캡
Z : 제1 방향 630 : 제1 스페이서
X : 제2 방향 700 : 제2 탄성모듈
Y : 제3 방향 710 : 제2 스프링
R1 : 제1 회전방향 720 : 제2 조절캡
S1 : 제1 회전축 730 : 제2 스페이서
S2 : 제2 회전축 A1 : 제1 각도구간
S3 : 제3 회전축 A2 : 제2 각도구간
T1 : 제1 회전샤프트 A3 : 제3 각도구간
T2 : 제2 회전샤프트
T3 : 제3 회전샤프트

Claims

제1 방향으로 긴 레일을 형성하는 브라켓;
상기 레일에 슬라이드 이동 가능하게 결합된 푸시링크;
상기 브라켓에 상기 제1 방향과 직각방향의 제1 회전축을 중심으로 제1 회전방향 또는 상기 제1 회전방향의 반대방향으로 회전가능하게 결합된 페달링크;
상기 페달링크에 상기 제1 회전축과 평행한 제2 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되고, 상기 푸시링크에 상기 제1 회전축과 평행한 제3 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되는 커넥터링크; 및
상기 브라켓에 결합되고, 제1 탄성모듈 및 제2 탄성모듈을 구비하는 홀더를 포함하고,
상기 제1 탄성모듈 및 상기 제2 탄성모듈은, 상기 푸시링크에 의해 상기 제1 방향으로 가압되면 상기 페달링크의 상기 제1 회전방향 회전에 저항하도록 이루어지되 상기 제1 회전방향 회전에 저항하는 힘이 조절되도록 이루어지며,
상기 홀더에 상기 제1 방향으로 긴 제1 수용홀이 형성되고,
상기 제1 탄성모듈은,
상기 제1 수용홀 내에 수용되고, 상기 푸시링크에 의해 가압되는 제1 스프링; 및
상기 푸시링크와 반대쪽에서 상기 제1 수용홀 내면에 나사결합되는 제1 조절캡을 포함하는,
페달 시뮬레이터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 탄성모듈은,
상기 제1 수용홀 내에 수용되고, 상기 푸시링크와 상기 제1 스프링 사이에 개재되는 제1 스페이서를 포함하는,
페달 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 홀더에 상기 제1 방향으로 긴 제2 수용홀이 형성되고,
상기 제2 탄성모듈은,
상기 제2 수용홀 내에 수용되고, 상기 푸시링크에 의해 가압되는 제2 스프링; 및
상기 푸시링크와 반대쪽에서 상기 제2 수용홀 내면에 나사결합되는 제2 조절캡을 포함하는,
페달 시뮬레이터.
제4항에 있어서,
상기 제2 탄성모듈은,
상기 제2 수용홀 내에 수용되고, 상기 푸시링크와 상기 제2 스프링 사이에 개재되는 제2 스페이서를 포함하는,
페달 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 푸시링크는,
상기 레일에 슬라이드 이동 가능하게 결합된 푸시몸체;
상기 푸시몸체로부터 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 탄성모듈을 가압하는 제1 돌출부; 및
상기 푸시몸체로부터 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 제2 탄성모듈을 가압하는 제2 돌출부를 포함하고,
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 푸시몸체로부터 상기 제1 방향으로 연장된 길이가 서로 다른,
페달 시뮬레이터
제6항에 있어서,
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 상기 푸시몸체에 길이조절 가능하게 결합되는,
페달 시뮬레이터.
제6항에 있어서,
상기 제2 탄성모듈은 상기 제1 탄성모듈을 기준으로 서로 반대쪽에 각각 구비되고,
상기 제2 돌출부는 상기 제1 돌출부를 기준으로 서로 반대쪽에 각각 구비되는,
페달 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 페달링크의 상기 제1 회전방향 회전각의 증분과 상기 푸시링크의 상기 제1 방향 변위의 증분은 아래 [수식 1]을 만족하는,
페달 시뮬레이터.
[수식 1]

여기서, Δθ : 페달링크의 제1 회전방향 회전각의 증분, Δ(Y1+Y2) : 푸시링크의 제1 방향 변위의 증분, Y1 : 제1 회전축과 제2 회전축 간 거리의 수직성분, Y2 : 제2 회전축과 제3 회전축 간 거리의 수직성분, L1 : 제1 회전축과 제2 회전축 간 거리, L2 : 제2 회전축과 제3 회전축 간 거리, D : 제1 회전축과 제3 회전축 간 거리의 수평성분, C : 상수
제1항에 있어서,
상기 브라켓에 결합되고, 상기 제1 회전방향의 반대방향으로 상기 페달링크를 탄력지지하는 페달스프링을 더 포함하는,
페달 시뮬레이터.