KR20050035342A - Pedal simulator for brake by wire system using mr damper and two-stage-stiffness spring - Google Patents

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KR20050035342A
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Abstract

본 발명은 동일한 페달 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모가 줄어들어 에너지 절감을 도모하며, 구동기의 부피를 감소시킬 수 있는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 관한 것으로, 운전자의 제동입력을 받는 페달과; 페달의 회전각을 계측하는 회전각 센서와; 스프링 최대 스트로크 제한기를 이용하여 적어도 한 개 이상의 스프링들을 직렬로 결합하는 탄성부와; 자기 유변 유체를 이용한 반력 형성용 반능동 구동기인 자기 유변 댐퍼와; 상기 회전각 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 상기 페달의 회전각과 회전 각속도를 계산하고, 상기 계산된 값을 통해 기준 페달 반력을 결정하며, 상기한 기준 페달 반력을 구현하기 위한 자기 유변 댐퍼의 소산 토크를 형성하도록 자기 유변 댐퍼 구동 전류를 결정하여, 이에 해당하는 댐핑 제어신호를 발생하고, 자기 유변 댐퍼의 감쇠력을 조절하도록 페달 반력의 제어동작을 수행하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 댐핑 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 자기 유변 댐퍼 구동에 필요한 전류를 자기 유변 댐퍼에 공급하는 전류 조절기를 포함하여 구성한다.The present invention relates to an electric brake pedal simulator capable of reducing energy consumption by reducing power consumption required to form the same pedal reaction force and reducing a volume of a driver, the pedal receiving a driver's braking input; A rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the pedal; An elastic portion for coupling at least one or more springs in series using a spring maximum stroke limiter; A magnetic rheological damper which is a semi-active actuator for forming reaction force using magnetic rheological fluid; Analyze the signal input from the rotation angle sensor to calculate the rotation angle and rotation angular velocity of the pedal, determine the reference pedal reaction force through the calculated value, the dissipation torque of the magnetic rheological damper to implement the reference pedal reaction force A controller configured to determine a magnetoresistive damper driving current to generate a damping control signal, and to perform a pedal reaction force control operation to adjust a damping force of the magnetic rheological damper; And a current regulator driven according to an input of a damping control signal supplied from the controller to supply a current required for driving the magnetic rheological damper to the magnetic rheological damper.

Description

전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터{PEDAL SIMULATOR FOR BRAKE BY WIRE SYSTEM USING MR DAMPER AND TWO-STAGE-STIFFNESS SPRING}Pedal simulator for electric brakes {PEDAL SIMULATOR FOR BRAKE BY WIRE SYSTEM USING MR DAMPER AND TWO-STAGE-STIFFNESS SPRING}

본 발명은 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a pedal simulator for an electric brake.

통상적으로, 전동식 브레이크 장치(BBW ; Brake-By-Wire)은 운전자와 제동륜 사이의 기계적 연결이 없고, 각 차륜에 위치한 전동 캘리퍼가 제어부(BBW ECU)로부터의 입력을 받아 각 차륜에 위치한 디스크를 잡아줌으로써 차량을 제동한다.Typically, the Brake-By-Wire (BBW) has no mechanical connection between the driver and the braking wheels, and an electric caliper located at each wheel receives input from a control unit (BBW ECU) to receive a disk located at each wheel. Brake the vehicle by holding it.

도 1을 참조하여 전동식 브레이크 장치의 주요 구성을 설명한다.With reference to FIG. 1, the main structure of an electric brake apparatus is demonstrated.

페달 시뮬레이터는 운전자의 제동 입력(페달 회전각)을 받아 제어부(BBW ECU)로 전달하고, 운전자에게 페달 반력을 전달한다.The pedal simulator receives the driver's braking input (pedal rotation angle) and transmits it to the controller (BBW ECU), and transmits the pedal reaction force to the driver.

전동 캘리퍼는 각 차륜에 위치하며 제어부(BBW ECU)의 명령을 받아 전기 모터로 디스크를 잡아 제동력을 얻는다.Electric calipers are located on each wheel and are braked by an electric motor under the command of a controller (BBW ECU).

제어부(BBW ECU)는 페달 시뮬레이터로부터 운전자의 제동 입력을 받아 전동 캘리퍼 구동을 제어한다.The controller BBW ECU receives the driver's braking input from the pedal simulator to control the electric caliper driving.

상술한 바와 같이 전동식 브레이크 장치의 서브 시스템 중 하나인 페달 시뮬레이터는 차량과 운전자와의 인터페이스부로서 운전자의 제동 입력(페달 회전각)을 제어부(BBW ECU)에 전달한다. As described above, the pedal simulator, which is one of the subsystems of the electric brake device, transmits the driver's braking input (pedal rotation angle) to the control unit BBW ECU as an interface unit between the vehicle and the driver.

또한, 전동식 브레이크 장치는 운전자와 제동륜 사이의 기계적 연결이 없기 때문에 제동 페달의 임피던스가 매우 작으므로 페달 시뮬레이터를 제어함으로써, 운전자에게 적절한 페달 반력을 전달하여 운전자의 제동 동작을 보조하는 역할을 수행하여야 한다.In addition, since the electric brake device does not have a mechanical connection between the driver and the brake wheel, the impedance of the brake pedal is very small. Therefore, by controlling the pedal simulator, it is necessary to transmit a proper pedal reaction force to the driver to assist the driver's braking operation. do.

상기한 페달 시뮬레이터는 조작자에게 반력을 전달하는 장치로서 장치의 임피던스(시스템의 동적 저항값)가 작으며 일반적으로 임피던스 디스플레이(힘 궤환 제어)를 수행하는 대표적인 햅틱(Haptic) 장치이다.The pedal simulator is a device that transmits a reaction force to an operator, and is a representative haptic device that has a small impedance (system dynamic resistance value) and generally performs an impedance display (force feedback control).

지금까지는 제동 페달에 반력 구현 기능을 제공하기 위하여, 스프링이나 영구 자석 혹은 유압식 구동기를 이용한 장치 등이 제안되었다.Until now, in order to provide reaction force to the brake pedal, a device using a spring, a permanent magnet, or a hydraulic actuator has been proposed.

하지만 기존의 장치들은 구동기의 특성상 페달 반력에 한계를 가지고 있다. However, the existing devices have a limited pedal reaction force due to the characteristics of the actuator.

즉, 수동 요소(Passive Element)인 스프링만 이용하여 페달 반력을 얻을 경우, 시스템의 페달 변위에 대하여 스프링의 탄성에 의하여 정해진 반력만을 얻을 수 있으므로 제동 상황에 적절한 반력(기준 페달 반력)을 생성할 수 없기 때문에 선회 상황이나 지속적 제동 상황에서 운전자 발의 피로를 줄이는데 기여하는 페달 반력의 히스테리시스를 얻을 수 없다. That is, when the pedal reaction force is obtained using only the spring, which is a passive element, only the reaction force determined by the spring elasticity can be obtained with respect to the pedal displacement of the system, so that a reaction force (reference pedal reaction force) appropriate to the braking situation can be generated. This eliminates the hysteresis of pedal reaction, which contributes to reducing driver's fatigue in turning and sustained braking situations.

또한, 유압식 구동기를 이용한 경우 시스템의 복잡성이 큼에도 불구하고 제어 가능한 반력의 범위가 작고, 반응 시간이 본 시스템에 비하여 큰 문제점이 있었다.In addition, in the case of using a hydraulic actuator, despite the complexity of the system, the range of controllable reaction force is small, and the reaction time has a large problem compared with the present system.

본 발명의 목적은 동일한 페달 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모가 줄어들어 에너지 절감을 도모하며, 구동기의 부피를 감소시킬 수 있는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an electric brake pedal simulator that can reduce the power consumption required to form the same pedal reaction force to reduce energy, and can reduce the volume of the driver.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 있어서, 운전자의 제동입력을 받는 페달과; 페달의 회전각을 계측하는 회전각 센서와; 스프링 최대 스트로크 제한기를 이용하여 적어도 한 개 이상의 스프링들을 직렬로 결합하는 탄성부와; 자기 유변 유체를 이용한 반력 형성용 반능동 구동기인 자기 유변 댐퍼와; 상기 회전각 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 상기 페달의 회전각과 회전 각속도를 계산하고, 상기 계산된 값을 통해 기준 페달 반력을 결정하며, 상기한 기준 페달 반력을 구현하기 위한 자기 유변 댐퍼의 소산 토크를 형성하도록 자기 유변 댐퍼 구동 전류를 결정하여, 이에 해당하는 댐핑 제어신호를 발생하고, 자기 유변 댐퍼의 감쇠력을 조절하도록 페달 반력의 제어동작을 수행하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 댐핑 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 자기 유변 댐퍼 구동에 필요한 전류를 자기 유변 댐퍼에 공급하는 전류 조절기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pedal simulator for an electric brake, comprising: a pedal for receiving a driver's braking input; A rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the pedal; An elastic portion for coupling at least one or more springs in series using a spring maximum stroke limiter; A magnetic rheological damper which is a semi-active actuator for forming reaction force using magnetic rheological fluid; Analyze the signal input from the rotation angle sensor to calculate the rotation angle and rotation angular velocity of the pedal, determine the reference pedal reaction force through the calculated value, the dissipation torque of the magnetic rheological damper to implement the reference pedal reaction force A controller configured to determine a magnetoresistive damper driving current to generate a damping control signal, and to perform a pedal reaction force control operation to adjust a damping force of the magnetic rheological damper; And a current regulator driven according to an input of a damping control signal supplied from the controller to supply a current required for driving the magnetic rheological damper to the magnetic rheological damper.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While many specific details, such as the following description and the annexed drawings, are shown to provide a more general understanding of the invention, these specific details are illustrated for the purpose of explanation of the invention and are not meant to limit the invention thereto. And a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터의 구성을 설명한다.2 and 3 will be described the configuration of the electric brake pedal simulator according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이 운전자의 제동입력을 받는 페달(10)과 페달 회전각을 계측하는 회전각 센서(60), 자기 유변 유체(MRF ; Magneto-Rheological Fluid)를 이용한 반력 형성용 반능동 구동기인 자기 유변 댐퍼(20)(Magneto-Rheological Damper)와 탄성부, 그리고 자기 유변 댐퍼(20)의 감쇠력을 조절하여 페달 반력을 제어하는 제어부(100)로 구성되어 있다.According to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a pedal 10 receiving a driver's braking input, a rotation angle sensor 60 measuring a pedal rotation angle, and a magneto-rheological fluid (MRF) are used. It is composed of a control unit 100 for controlling the pedal reaction force by adjusting the damping force of the magneto-Rheological Damper (20), the elastic portion, and the magnetic rheology damper 20, which is a semi-active actuator for forming reaction force.

도 2와 도 3을 참조하면, 자기 유변 댐퍼(20)와 탄성부가 병렬로 결합되어 있으며, 페달 회전각 변위의 제한을 위한 압축방향 스토퍼(50)와 인장방향 스토퍼(51)가 피스톤(21)에 각각 장착되어 있다.2 and 3, the magnetic rheological damper 20 and the elastic portion are coupled in parallel, and the compression direction stopper 50 and the tension direction stopper 51 for restricting the pedal rotation angle displacement include the piston 21. Are mounted on each.

자기 유변 댐퍼(20)는 직선형으로 구성하며, 실린더(22)에 고정된 차체 연결용 회전 조인트 브라켓(27)과 차체에 고정된 댐퍼 회전 조인트 브라켓(13)과 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하다. The magnetic rheological damper 20 is formed in a straight shape and is rotatable by being connected to the rotary joint bracket 27 fixed to the cylinder 22 and the damper rotary joint bracket 13 fixed to the vehicle body and the rotary joint. .

페달(10)은 차체에 고정된 페달 회전 조인트 브라켓(11)과 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하며, 페달 회전각 센서(60)가 부착된다.The pedal 10 is connected to the pedal rotation joint bracket 11 and the rotation joint fixed to the vehicle body and is rotatable, and the pedal rotation angle sensor 60 is attached.

자기 유변 댐퍼(20)와 페달(10)은 피스톤(21)에 고정된 페달 연결용 회전 조인트 브라켓(28)과 페달에 고정된 페달 자기 유변 댐퍼 연결용 조인트 브라켓(12)과 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하다. The magnetic rheological damper 20 and the pedal 10 are connected to the rotary joint bracket 28 for pedal connection fixed to the piston 21 and the joint bracket 12 for pedal magnetic rheological damper connection fixed to the pedal and the rotary joint. Rotation is possible.

본 발명의 실시예에 따른 탄성부는 서로 다른 2개의 강성을 갖는 압축 코일 스프링으로 이루어진 2단 강성 스프링(Two-Stage-Stiffness Spring)으로 구성한다.The elastic part according to the embodiment of the present invention is composed of a two-stage-stiffness spring consisting of compression coil springs having two different stiffnesses.

탄성부는 스티프 스프링(Stiff Spring)으로 구성하는 제1 스프링(40), 제1 스프링(40)과 직렬로 연결되며 제1 스프링(40)보다 약한 강성을 갖는 소프트 스프링(Soft Spring)으로 구성하는 제2 스프링(41), 그리고 제2 스프링(41)의 최대 스트로크를 제한하여 시스템의 강성을 변화시키기 위한 스트로크 리미터(Soft Spring Stroke Limiter)(42)로 구성된다.The elastic part is formed of a first spring 40, which is composed of a stiff spring, a soft spring that is connected in series with the first spring 40 and has a weaker rigidity than the first spring 40. A second spring 41 and a soft spring stroke limiter 42 for limiting the maximum stroke of the second spring 41 to change the stiffness of the system.

자기 유변 댐퍼(20)와 탄성부는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 결합되어 있다. The magnetic rheological damper 20 and the elastic part are coupled as shown in FIGS. 2 and 3.

즉, 제1 스프링(40)의 한쪽 끝은 실린더(22)에 마운팅되고, 다른 쪽 끝은 스트로크 리미터(42)의 한쪽 끝에 마운팅된다. That is, one end of the first spring 40 is mounted to the cylinder 22 and the other end is mounted to one end of the stroke limiter 42.

또한, 제2 스프링(41)의 다른 쪽 끝은 피스톤(21) 끝단에 고정된 회전 조인트 스프링간 마운팅 브라켓(29)에 마운팅된다. In addition, the other end of the second spring 41 is mounted to the rotating joint spring-to-spring mounting bracket 29 fixed to the end of the piston 21.

즉, 제1, 제2 스프링(40, 41)은 서로 직렬로 연결하고, 제1, 제2 스프링(40, 41)과 자기 유변 댐퍼(20)는 병렬로 연결한다.That is, the first and second springs 40 and 41 are connected in series with each other, and the first and second springs 40 and 41 and the magnetic rheological damper 20 are connected in parallel.

스트로크 리미터(42)는 회전 조인트 스프링간 마운팅 브라켓(29)과 제1 스프링(40)의 사이에서 제2 스프링(41)의 상단과 하단에 각각 결합된다.The stroke limiter 42 is coupled to the upper and lower ends of the second spring 41 between the rotating joint inter-spring mounting bracket 29 and the first spring 40, respectively.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 자기 유변 유체를 이용한 자기 유변 댐퍼(20)와 2단 강성을 갖는 탄성부를 병렬로 연결하여 페달 시뮬레이터를 구현함으로써, 전자석이나 스프링을 이용하였던 기존 시스템들의 단점을 극복하여 반력의 크기를 자유롭게 설정하고 반능동의 부드러운 페달 반력을 운전자에게 전달할 수 있는 장치에 관한 것이다. As described above, an embodiment of the present invention implements a pedal simulator by connecting a magnetic rheological damper 20 using a magnetic rheological fluid and an elastic part having two-stage stiffness in parallel, thereby eliminating the disadvantages of existing systems using electromagnets or springs. The present invention relates to a device capable of overcoming the setting of the magnitude of reaction force freely and transmitting the smooth pedal reaction force of the reaction force to the driver.

본 발명의 실시예는 반능동 구동기인 자기 유변 댐퍼(20)와 탄성부를 병렬로 연결하여 운전자에게 페달 반력을 전달한다. The embodiment of the present invention transmits the pedal reaction force to the driver by connecting the magnetic rheological damper 20, which is a semi-active driver, and the elastic unit in parallel.

즉, 운전자가 페달을 작동시키면, 자기 유변 댐퍼(20)의 감쇠력을 제어함으로써 운전자에게 페달 반력을 전달한다. That is, when the driver operates the pedal, the pedal reaction force is transmitted to the driver by controlling the damping force of the magnetic rheological damper 20.

본 발명의 실시예와 같은 햅틱 시스템을 반능동 구동기인 자기 유변 댐퍼(20)만으로 구현할 경우, 시스템으로 들어오는 유일한 에너지원은 조작자이며 반능동 구동기는 시스템의 에너지를 소산시킬 뿐 시스템에 에너지를 넣어줄 수 없는 제약이 따르게 된다.When the haptic system such as the embodiment of the present invention is implemented with only the magnetic rheological damper 20, which is a semi-active driver, the only energy source that enters the system is the operator and the semi-active driver dissipates the energy of the system, thereby providing energy to the system. There are a number of restrictions.

수동 구속 조건(Passive Constraint) 즉, 페달 반력의 범위가 구동 축의 회전 각속도와 반대 방향으로 한정되기 때문에 페달의 복원이 불가능해진다. The passive restraint, that is, the range of pedal reaction force, is limited to the direction opposite to the rotational angular velocity of the drive shaft, making it impossible to restore the pedal.

이를 해결하기 위하여 에너지 저장 소자인 탄성부를 이용하여 운전자가 제동 시 페달에 가하는 에너지를 탄성부에 저장하였다가 복원 제어시 이용한다.In order to solve this problem, the energy stored in the pedal is stored in the elastic part by the driver using the elastic part, which is an energy storage element, and used for restoring control.

특히, 2단 강성을 갖는 탄성부를 사용하여 코일의 강성을 조절할 수 있기 때문에 페달 반력 제어영역이 넓어진다. In particular, since the rigidity of the coil can be adjusted by using the elastic part having the two-stage rigidity, the pedal reaction force control region is widened.

이것은 특히 운전자가 페달에 발을 올려놓은 상태에서 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이 페달 회전 각속도가 영(0) 또는 음(-)인 구간(일정한 페달 유격이 유지되는 구간, 혹은 서서히 페달을 놓는 구간)에서 향상된 페달 반력을 제공한다.This is particularly the case where the pedal rotational angular velocity is zero (0) or negative (-a section where a constant pedal play is maintained, or gradually the pedal, as shown in FIGS. 4A and 4B, with the driver's foot on the pedal). Release pedal) for improved pedal reaction.

이에 대해 상술하면 다음과 같다. This will be described in detail below.

제2 스프링 상수 : K1 2nd spring constant: K 1

제1 스프링 상수 : K2 First spring constant: K 2

페달 회전에 따른 댐퍼 축의 최대 스트로크 : Lmax Maximum stroke of damper shaft according to pedal rotation: L max

제2 스프링 스트로크 리미트 : Smax 2nd spring stroke limit: S max

페달 스트로크 : xPedal Stroke: x

으로 가정하면, Assume that

제2 스프링(41)이 스트로크 리미터(42)에 도달하기 전까지 두 스프링의 등가 스프링 상수는 스프링의 직렬 연결로 인하여 제2 스프링(41)의 스프링 상수보다 작게 된다.Until the second spring 41 reaches the stroke limiter 42, the equivalent spring constant of the two springs becomes smaller than the spring constant of the second spring 41 due to the series connection of the springs.

, ,

하지만, 스프링이 압축되어 제2 스프링(41)이 최대 스트로크에 도달하게 되면(댐퍼 축의 스트로크가 일 때), 등가 스프링 상수가 K2가 되어 스프링에 의한 반력이 아래와 같이 된다.However, when the spring is compressed and the second spring 41 reaches the maximum stroke (the stroke of the damper shaft ), The equivalent spring constant becomes K 2 and the reaction force by the spring becomes

, ,

, ,

이로 인하여 본 시스템의 반력 제어 영역이 도 4a와 같이 넓어지고, 반력 제어 영역의 형상(Shaping)을 통하여 적절한 히스테리시스를 구현할 수 있다.As a result, the reaction force control region of the present system is widened as shown in FIG. 4A, and appropriate hysteresis can be realized through the shaping of the reaction force control region.

도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터의 전반적인 동작을 설명한다.2 and 3 will be described the overall operation of the electric brake pedal simulator according to an embodiment of the present invention.

먼저, 운전자가 페달(10)을 통하여 제동을 하면, 회전각 센서(60)를 이용하여 페달의 회전각과 회전 각속도를 얻는다.First, when the driver brakes through the pedal 10, the rotation angle and rotation angular velocity of the pedal are obtained using the rotation angle sensor 60.

이때 제어부(100)는 상기한 정보(회전각, 회전각속도 등)를 바탕으로 본 시스템이 추종해야 할 기준 페달 반력을 결정한다. At this time, the control unit 100 determines the reference pedal reaction force that the system should follow based on the above information (rotation angle, rotation angle speed, etc.).

상기한 기준 페달 반력을 구현하기 위한 자기 유변 댐퍼(20)의 소산 토크를 결정한다.The dissipation torque of the magnetic rheological damper 20 for implementing the reference pedal reaction force is determined.

제어부(100)는 자기 유변 댐퍼(20)의 소산 토크 형성을 위한 자기 유변 댐퍼(20) 구동 전류를 결정하여, 이에 해당하는 제어신호를 전류 조절기(200)로 전달한다.The controller 100 determines a driving current of the magnetic rheological damper 20 for forming the dissipation torque of the magnetic rheological damper 20, and transmits a control signal corresponding thereto to the current regulator 200.

전류 조절기(200)는 상기한 제어신호를 바탕으로 자기 유변 댐퍼(20) 구동에 필요한 전류를 자기 유변 댐퍼(20)에 공급한다.The current regulator 200 supplies a current required to drive the magnetic rheological damper 20 to the magnetic rheological damper 20 based on the control signal.

자기 유변 유체를 이용한 자기 유변 댐퍼(20)의 감쇠력 형성과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.The damping force forming process of the magnetic rheology damper 20 using the magnetic rheology fluid will be described briefly as follows.

제어부(100)로부터 제어 명령(전압 신호)을 바탕으로 전류 조절기(200)를 이용하여 자기 유변 댐퍼(20)에 전류를 공급하여 자기 유변 유체 주위에 자기장을 형성한다.Based on a control command (voltage signal) from the controller 100, a current is supplied to the magnetic rheological damper 20 using the current regulator 200 to form a magnetic field around the magnetic rheological fluid.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기 유변 유체를 이용한 자기 유변 댐퍼(20)의 단면도로서 피스톤이 피스톤 중심축(30)을 따라서 직선 왕복운동을 하려면 피스톤이 밀어내는 자기 유변 유체가 감쇠력 형성구간(32)을 통과해야 한다. 3 is a cross-sectional view of the magnetic rheological damper 20 using the magnetic rheological fluid according to an embodiment of the present invention, the magnetic rheological fluid pushed out by the piston to make a linear reciprocating motion along the piston central axis 30 has a damping force forming section. Pass (32).

이때 자기장에 의하여 고체와 같이 딱딱해진 자기 유변 유체의 저항을 받아 감쇠력을 형성한다. At this time, the damping force is formed by receiving the resistance of the magnetic rheology fluid hardened as a solid by the magnetic field.

여기서, 자기 유변 유체의 성질에 의하여 자기장의 세기에 비례하여 감쇠력을 형성하며, 자기장은 권선(26)에 흐르는 전류의 세기에 의하여 조절한다.Here, the damping force is formed in proportion to the strength of the magnetic field by the property of the magnetic rheological fluid, and the magnetic field is controlled by the strength of the current flowing in the winding 26.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 자기 유변 댐퍼(20)를 사용하여 구동기 타입의 특성상 이득을 얻을 수 있다. As described above, in the exemplary embodiment of the present invention, the magnetic type damper 20 may be used to obtain a gain due to the characteristics of the driver type.

즉, 동일한 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모가 줄어들어 에너지 절감의 효과가 있을 수 있고, 구동기의 부피가 줄어들어 원가 절감의 효과를 기대할 수 있다.That is, the power consumption required to form the same reaction force can be reduced to reduce the energy, and the volume of the driver can be reduced to expect the cost reduction effect.

또한, 구동기 타입의 상호 간 레이아웃상의 선택(Alternative)을 제공한다.It also provides an alternative layout layout of the driver types.

예를 들어, 회전형의 경우 페달 하부의 공간 확보가 용이하며, 직선형의 경우 페달 힌지부의 공간 확보가 용이하다.For example, in the case of the rotary type, it is easy to secure the space under the pedal, and in the case of the straight type, the space of the pedal hinge part is easy.

본 발명의 실시예는 페달 형태의 반력 장치로서 대표적인 응용분야는 전동식 브레이크 장치(BBW ; Brake-By-Wire System)용 페달 시뮬레이터, 차량 시뮬레이터(Driving Simulator)의 페달 반력 장치(가속/감속 페달), 실내 운전 연습장의 반력 페달, 게임기의 반력 페달 등 조작자에게 반력을 제공하는 많은 응용 분야에 적용이 기대된다.Exemplary embodiments of the present invention are a pedal-type reaction device, and a typical application field is a pedal simulator for an electric brake device (BBW; Brake-By-Wire System), a pedal reaction device (acceleration / deceleration pedal) of a vehicle simulator (Driving Simulator), It is expected to be applied to many applications that provide reaction force to the operator, such as the reaction force pedal of an indoor driving range and the reaction force pedal of a game machine.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터는 반능동 구동기인 자기 유변 댐퍼를 이용하여, 스프링 등의 수동 요소들만을 이용한 반력 장치에서 발생하는 반력 구현의 제한을 배제할 수 있다.As described above, the pedal simulator for electric brake according to the present invention can eliminate the limitation of the reaction force generated in the reaction apparatus using only passive elements such as a spring by using a magnetic rheological damper which is a semi-active driver.

또한, 스프링의 복원력과 자기 유변 댐퍼의 감쇠력 제어를 통하여 제동 페달의 리턴 제어가 가능하다.In addition, it is possible to control the return of the brake pedal by controlling the restoring force of the spring and the damping force of the magnetic rheological damper.

또한, 자기 유변 댐퍼를 이용한 반력 제어를 통하여 선회 상황이나 지속적 제동 상황에서 운전자 발의 피로를 줄이는데 기여하는 페달 반력의 히스테리시스를 구현할 수 있다.In addition, it is possible to implement the hysteresis of the pedal reaction force, which contributes to reducing the fatigue of the driver's foot in the turning situation or the continuous braking situation through the reaction force control using the magnetic rheological damper.

또한, 2단 강성(Two-Stage-Stiffness)을 갖는 스프링을 사용하여, 코일의 강성을 적절히 조정함으로써 페달 반력 제어영역이 넓어진다.In addition, by using a spring having two-stage stiffness, the pedal reaction force control region is widened by appropriately adjusting the stiffness of the coil.

또한, 구동기 타입을 직선형 자기 유변 댐퍼로 구성함으로 인하여 동일한 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모가 줄어들어 에너지 절감의 효과가 있을 수 있고, 구동기의 부피가 줄어들어 원가 절감의 효과를 기대할 수 있다.In addition, since the driver type is configured as a linear magnetic rheological damper, the power consumption required to form the same reaction force is reduced, thereby reducing the energy consumption, and reducing the volume of the driver, thereby reducing the cost.

도 1은 전동식 브레이크(Brake By Wire) 시스템 개념도.1 is a conceptual diagram of a brake by wire system.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터의 구성을 도시한 도면.2 is a view showing the configuration of a pedal pedal for electric brake according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기 유변 댐퍼의 구성을 도시한 도면.3 is a view showing the configuration of a magnetic rheological damper according to an embodiment of the present invention.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 페달 반력 제어영역을 도시한 도면.4A and 4B illustrate a pedal reaction force control region according to an embodiment of the present invention.

Claims (10)

전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 있어서,In the electric pedal pedal simulator, 운전자의 제동입력을 받는 페달과;A pedal configured to receive a driver's braking input; 페달의 회전각을 계측하는 회전각 센서와;A rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the pedal; 스프링 최대 스트로크 제한기를 이용하여 적어도 한 개 이상의 스프링들을 직렬로 결합하는 탄성부와;An elastic portion for coupling at least one or more springs in series using a spring maximum stroke limiter; 자기 유변 유체를 이용한 반력 형성용 반능동 구동기인 자기 유변 댐퍼와;A magnetic rheological damper which is a semi-active actuator for forming reaction force using magnetic rheological fluid; 상기 회전각 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 상기 페달의 회전각과 회전 각속도를 계산하고, 상기 계산된 값을 통해 기준 페달 반력을 결정하며, 상기한 기준 페달 반력을 구현하기 위한 자기 유변 댐퍼의 소산 토크를 형성하도록 자기 유변 댐퍼 구동 전류를 결정하여, 이에 해당하는 댐핑 제어신호를 발생하고, 자기 유변 댐퍼의 감쇠력을 조절하도록 페달 반력의 제어동작을 수행하는 제어부와;Analyze the signal input from the rotation angle sensor to calculate the rotation angle and rotation angular velocity of the pedal, determine the reference pedal reaction force through the calculated value, the dissipation torque of the magnetic rheological damper to implement the reference pedal reaction force A controller configured to determine a magnetoresistive damper driving current to generate a damping control signal, and to perform a pedal reaction force control operation to adjust a damping force of the magnetic rheological damper; 상기 제어부로부터 공급되는 댐핑 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 자기 유변 댐퍼 구동에 필요한 전류를 자기 유변 댐퍼에 공급하는 전류 조절기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.And a current regulator driven according to an input of a damping control signal supplied from the controller to supply a current required for driving the magnetic rheological damper to a magnetic rheological damper. 제1항에 있어서, 상기 탄성부는 The method of claim 1, wherein the elastic portion 서로 다른 2개의 강성을 갖는 압축 코일 스프링으로 구성하는 2단 강성 스프링인 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.Electric brake pedal simulator, characterized in that the two-stage rigid spring consisting of a compression coil spring having two different rigidity. 제2항에 있어서, 상기 탄성부는 The method of claim 2, wherein the elastic portion 제1 스프링과;A first spring; 상기 제1 스프링과 직렬로 연결되며, 상기 제1 스프링보다 약한 강성을 갖는 제2 스프링과;A second spring connected in series with the first spring and having a weaker rigidity than the first spring; 상기 제2 스프링의 최대 스트로크를 제한하여 시스템의 강성을 변화시키기 위한 스트로크 리미터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.And a stroke limiter for limiting the maximum stroke of the second spring to change the stiffness of the system. 제3항에 있어서, 상기 제1 스프링의 한쪽 끝은 실린더에 마운팅되고, 다른 쪽 끝은 스트로크 리미터의 한쪽 끝에 마운팅되며, 상기 제2 스프링의 다른 쪽 끝은 피스톤 끝단에 고정된 회전 조인트 스프링간 마운팅 브라켓에 마운팅되는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.4. A rotating joint spring mounting method according to claim 3, wherein one end of the first spring is mounted to the cylinder, the other end is mounted to one end of the stroke limiter, and the other end of the second spring is mounted between the rotary joint springs fixed to the piston end. Electric brake pedal simulator, characterized in that mounted on the bracket. 제4항에 있어서, 상기 스트로크 리미터는 The method of claim 4, wherein the stroke limiter 상기 회전 조인트 스프링간 마운팅 브라켓과 상기 제1 스프링의 사이에서 상기 제2 스프링의 상단과 하단에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.The pedal simulator for the electric brake, characterized in that coupled between the upper and lower ends of the second spring between the mounting bracket between the rotary joint spring and the first spring. 제1항 내지 제5항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성부와 자기 유변 댐퍼는 병렬 결합으로 구성하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.The pedal simulator for electric brakes according to any one of claims 1 to 5, wherein the elastic portion and the magnetic rheological damper are configured in parallel coupling. 제1항에 있어서, 상기 페달은 차체에 고정된 페달 회전 조인트 브라켓과 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하며, 페달 회전각 센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.The pedal simulator of claim 1, wherein the pedal is rotatable by being connected to a pedal rotation joint bracket and a rotation joint fixed to the vehicle body, and a pedal rotation angle sensor is attached. 제1항에 있어서, 상기 자기 유변 댐퍼는 The magnetic rheological damper of claim 1, wherein 실린더에 고정된 차체 연결용 회전 조인트 브라켓과;A rotating joint bracket for connecting the body to the cylinder; 상기 차체 연결용 회전 조인트 브라켓과 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하도록 차체에 고정되는 댐퍼 회전 조인트 브라켓으로 결합 지지되는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.And a damper rotary joint bracket fixed to the vehicle body so as to be connected to the rotary joint bracket for connecting the vehicle body and the rotary joint to be rotatable. 제1항에 있어서, 상기 자기 유변 댐퍼와 페달은 피스톤에 고정된 페달 연결용 회전 조인트 브라켓과 페달에 고정된 페달 자기 유변 댐퍼 연결용 조인트 브라켓과 회전 조인트로 연결되어 회전이 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.The method of claim 1, wherein the magnetic rheological damper and the pedal is connected to the rotary joint bracket fixed to the piston and the pedal magnetic rheological damper connecting joint fixed to the pedal and the rotary joint is connected to the rotary joint. Pedal simulator for electric brakes. 제4항 또는 제9항에 있어서, 상기 피스톤에는 페달 회전각 변위의 제한을 위한 압축방향 스토퍼와, 인장방향 스토퍼가 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터.10. The pedal simulator for electric brakes according to claim 4 or 9, wherein the piston has a compression direction stopper for limiting the pedal rotation angle displacement and a tension direction stopper.
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KR20170119180A (en) * 2016-04-18 2017-10-26 현대모비스 주식회사 Control method of electric braking system of vehicle

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