KR20050100203A - Electronic pedal with non contact sensing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비접촉 센싱 전자식 페달에 관한 것으로, 풋 플레이트 하부에 비접촉으로 회전자계를 검출하는 자기저항센서를 둠으로써 전자식 페달의 위치변위를 산출함에 있어서 보다 정확하고 내부 구성이 용이하게 이루어지도록 하는 비 접촉 센싱 전자식 페달에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact sensing electronic pedal, which has a magnetoresistive sensor that detects a rotating magnetic field in a non-contact manner at the bottom of a foot plate, so that the non-contact makes it possible to more accurately and easily make an internal configuration in calculating the position displacement of the electronic pedal. The present invention relates to a sensing electronic pedal.
본 발명인 비접촉 센싱 전자식 페달은 운전자에 의하여 조작되는 풋 플레이트; 상기 풋 플레이트의 하부에 연결되어 있고, 상기 풋 플레이트의 동작에 연동하여 직선 운동을 하는 제 1 기어; 상기 제 1 기어와 맞물려 소정의 회전비로 회전 운동을 하고, 내부에 자석이 형성되어 있는 제 2 기어; 상기 제 2 기어의 회전 운동에 따른 상기 자석의 회전 자계에 따라 상기 제 2 기어의 회전각을 검출하는 자기저항센서; 및 상기 자기저항센서를 통하여 제 2 기어의 회전각을 입력받아 전자식 페달의 변위를 산출하는 전자제어장치를 포함하여 구성된다.The non-contact sensing electronic pedal of the present invention includes a foot plate which is operated by a driver; A first gear connected to a lower portion of the foot plate and performing a linear motion in association with the operation of the foot plate; A second gear meshed with the first gear to rotate in a predetermined rotational ratio and having a magnet formed therein; A magnetoresistive sensor for detecting a rotation angle of the second gear in accordance with a rotating magnetic field of the magnet according to the rotational motion of the second gear; And an electronic controller configured to calculate the displacement of the electronic pedal by receiving the rotation angle of the second gear through the magnetoresistive sensor.
Description
본 발명은 비접촉 센싱 전자식 페달에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풋 플레이트 하부에 비접촉으로 회전자계를 검출하는 자기저항센서를 둠으로써 전자식 페달의 위치변위를 산출함에 있어서 보다 정확하고 내부 구성이 용이하게 이루어지도록 하는 비접촉 센싱 전자식 페달에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact sensing electronic pedal, and more particularly, by providing a magnetoresistive sensor that detects a rotating magnetic field in a non-contact manner at the bottom of the foot plate, in order to calculate the position displacement of the electronic pedal more accurately and easily to the internal configuration A non-contact sensing electronic pedal for carrying.
일반적으로, 기존의 기계식 액셀 시스템이 가속페달과 인젝션 펌프레버를 케이블로 연결하여 엔진을 가속화 시키는 시스템인 반면, 전자식 액셀페달은 페달 작동각 변위에 따른 전압신호를 와이어(wire)를 통하여 엔진 전자제어장치에서 받아들여 연료분사량을 조절하는 시스템이다. 이와 같이 근래에는 페달의 적정한 담력유지와 응답성을 향상시키는 전자식 페달이 사용되고 있다.In general, the conventional mechanical accelerator system is a system for accelerating the engine by connecting the accelerator pedal and the injection pump lever with a cable, whereas the electronic accelerator pedal controls the engine electronically through a wire for a voltage signal according to the pedal operating angle displacement. It is a system that takes in the device and regulates the fuel injection amount. As such, in recent years, electronic pedals have been used to maintain proper pedal force and improve responsiveness.
도 1을 살펴보면, 풋 플레이트(1)의 하부에는 노브(2)의 누름 동작을 감지하여 신호를 출력하는 가변 저항 센서부(4)가 구비되어 있다. 가변 저항 센서부(4)는 센서 튜브(5)에 의해 미도시된 전자제어유니트(ECU)로 연결되어 풋 플레이트(1)의 조작에 따른 답력 신호를 전자제어유니트(ECU)로 출력하게 된다. 노브(2)와 가변 저항 센서부(4) 사이에는 스프링(3)이 구비되며, 스프링(3)의 양 단은 각각 가변 저항 센서부(4)와 고정 실린더(6)에 각각 고정된다. 스프링(3)은 운전자가 풋 플레이트(1)를 조작한 경우 이에 대한 복원력을 제공하게 된다. 그러나, 이와같은 종래의 전자식 페달 위치 센서에서는 접촉식 가변 저항 센서를 이용함으로써 전자식 페달을 장기간 사용시 내구 성능이 떨어지고, 또한 가변 저항에 브러쉬(brush)를 형성함에 있어서 기술적 어려움이 있다.Referring to FIG. 1, a variable resistance sensor unit 4 is provided below the foot plate 1 to detect a pressing operation of the knob 2 and output a signal. The variable resistance sensor unit 4 is connected to the electronic control unit (ECU) not shown by the sensor tube (5) to output a stepping signal according to the operation of the foot plate 1 to the electronic control unit (ECU). A spring 3 is provided between the knob 2 and the variable resistance sensor unit 4, and both ends of the spring 3 are respectively fixed to the variable resistance sensor unit 4 and the fixed cylinder 6, respectively. The spring 3 provides restoring force for the driver when the driver has operated the foot plate 1. However, in such a conventional electronic pedal position sensor, by using a contact variable resistance sensor, the durability performance of the electronic pedal for a long time is reduced, and there is a technical difficulty in forming a brush in the variable resistor.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 풋 플레이트 하부에 비접촉으로 회전자계를 검출하는 자기저항센서를 둠으로써 전자식 페달의 위치변위를 산출함에 있어서 보다 정확하고 내부 구성이 용이하게 이루어지도록 하는 비접촉 센싱 전자식 페달을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, by placing a magnetoresistive sensor for detecting a rotating magnetic field in a non-contact under the foot plate to more accurately and easily make the internal configuration in calculating the position displacement of the electronic pedal The object is to provide a non-contact sensing electronic pedal.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 운전자에 의하여 조작되는 풋 플레이트; 상기 풋 플레이트의 하부에 연결되어 있고, 상기 풋 플레이트의 동작에 연동하여 직선 운동을 하는 제 1 기어; 상기 제 1 기어와 맞물려 소정의 회전비로 회전 운동을 하고, 내부에 자석이 형성되어 있는 제 2 기어; 상기 제 2 기어의 회전 운동에 따른 상기 자석의 회전 자계에 따라 상기 제 2 기어의 회전각을 검출하는 자기저항센서; 및 상기 자기저항센서를 통하여 제 2 기어의 회전각을 입력받아 전자식 페달의 변위를 산출하는 전자제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 센싱 전자식 페달을 포함한다.The apparatus of the present invention for achieving the above object, a foot plate which is operated by the driver; A first gear connected to a lower portion of the foot plate and performing a linear motion in association with the operation of the foot plate; A second gear meshed with the first gear to rotate in a predetermined rotational ratio and having a magnet formed therein; A magnetoresistive sensor for detecting a rotation angle of the second gear in accordance with a rotating magnetic field of the magnet according to the rotational motion of the second gear; And a non-contact sensing electronic pedal comprising an electronic controller configured to calculate a displacement of the electronic pedal by receiving the rotation angle of the second gear through the magnetoresistive sensor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전자식 페달의 위치변위 검출 장치에 사용되는 자기저항센서(Magnetic Resitive sensor)의 검출 원리를 설명하기 위한 도이고, 도 3은 자기저항센서의 검출 출력 파형도이다. 2 is a view illustrating a detection principle of a magnetoresistive sensor used in the position displacement detection device of the electronic pedal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a detection output waveform diagram of the magnetoresistive sensor. to be.
도 2에 도시한 바와 같이, 서로 45°만큼 틀어진 채로 배치된 2개의 자기저항 브릿지 소자(56),(57)를 갖는 자기저항센서(55)에 외부의 회전 자계(B)가 인가될 때 각 브릿지 소자(56),(57)의 출력단(U1),(U2)에서는 도 4에 도시한 바와 같이 주기가 180°이고 위상이 45°만큼 차이나는 2개의 정현파 신호(VU1),(VU2)가 얻어지게 된다. 이 때 각 정현파 신호(VU1),(VU2)의 진폭을 동일하게 하면, 아래의 수학식 1에 의해 외부 회전 자계(B)의 현재 각도(θ)를 산출할 수 있게 된다.As shown in FIG. 2, when an external rotating magnetic field B is applied to a magnetoresistive sensor 55 having two magnetoresistive bridge elements 56 and 57 arranged to be offset by 45 ° from each other, as shown in FIG. In the output terminals U1 and U2 of the bridge elements 56 and 57, as shown in FIG. 4, two sinusoidal signals VU1 and VU2 having a period of 180 degrees and a phase difference of 45 degrees are generated. Will be obtained. At this time, if the amplitudes of the sinusoidal signals VU1 and VU2 are the same, the current angle θ of the external rotating magnetic field B can be calculated by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
θ= 1/2 arctan (VU1 / VU2)θ = 1/2 arctan (VU1 / VU2)
전술한, 자기저항센서로는 철과 니켈 합금의 일종인 퍼멀로이(등록상표임) 박막으로 제조된 이방성 자기저항센서(AMR sensor : Anistropic Magnetic Resistive sensor)가 양호하게 사용될 수 있다.As the magnetoresistive sensor described above, an anisotropic magnetic resistive sensor (AMR sensor) made of a permalloy (registered trademark) thin film, which is a kind of iron and nickel alloys, may be preferably used.
도 3에서, 부호 Vcc1과 Vcc2는 각각 브릿지 소자(56),(57)에 인가되는 전원 전압을 나타내고, +Vo1과 -Vo1은 각각 브릿지 소자(56)의 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 나타내며, +Vo2와 -Vo1은 각각 브릿지 소자(57)의 양의 출력 전압 및 음의 출력 전압을 나타낸다.In Fig. 3, reference signs Vcc1 and Vcc2 denote power supply voltages applied to the bridge elements 56 and 57, respectively, and + Vo1 and -Vo1 denote the positive output voltage and the negative output voltage of the bridge element 56, respectively. + Vo2 and -Vo1 represent the positive output voltage and the negative output voltage of the bridge element 57, respectively.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전자식 페달의 구조를 나타낸 분해 사시도이고, 도 5은 도 4의 A-A에서 보았을 때의 단면도이다. 풋 플레이트(10)의 하부에는 제 1 기어(20)가 형성되어 있고, 제 1 기어(20)는 고정 실린더(80)의 내부로 통하여 있다. 고정 실린더(80)의 내부에는 스프링(30)이 구비되며, 스프링(30)의 양 단은 각각 제 1 기어(20)와 고정 실린더(80)에 각각 고정된다. 스프링(30)은 운전자가 풋 플레이트(10)를 조작하여 제 1 기어(20)가 눌려진 경우 이에 대한 복원력을 제공하게 된다. 제 1 기어(20)와 맞물리고, 회전할 수 있기 위한 제 2 기어(40)가 고정 실린더(80) 내부에 형성되어 있다. 제 2 기어(40)의 외부는 제 1 기어(20)와 맞물릴 수 있기 위하여 다수개의 오목홈(41)과 볼록홈(42)으로 형성되어 있고, 제 2 기어(40)의 안쪽 부분에 회전 자계를 인가시키는 원통 형상의 자석(45)이 형성되어 있다. 자석(45)의 상부 또는 하부에는 상기 자석(45)에 의한 회전자계를 검출하기 위한 자기저항센서(55)가 인쇄회로기판(50)상에 형성되어 있다. 구체적으로, 자기저항센서(55)를 이용하여 자석(45)에 의한 회전 자계의 현재 각도(θ)를 검출하는 것은 도 2와 도 3에서 상세히 설명하고 있다.Figure 4 is an exploded perspective view showing the structure of the electronic pedal according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view as seen from A-A of FIG. The lower part of the foot plate 10 is formed with a first gear 20, the first gear 20 is through the inside of the fixed cylinder (80). A spring 30 is provided inside the fixed cylinder 80, and both ends of the spring 30 are fixed to the first gear 20 and the fixed cylinder 80, respectively. The spring 30 provides a restoring force for the first gear 20 when the driver manipulates the foot plate 10. A second gear 40 for engaging with the first gear 20 and capable of rotating is formed inside the fixed cylinder 80. The outside of the second gear 40 is formed of a plurality of concave grooves 41 and convex grooves 42 so as to be engaged with the first gear 20, and rotates in the inner portion of the second gear 40. A cylindrical magnet 45 for applying a magnetic field is formed. A magnetoresistive sensor 55 for detecting the rotating magnetic field by the magnet 45 is formed on the printed circuit board 50 at the top or the bottom of the magnet 45. Specifically, detecting the present angle θ of the rotating magnetic field by the magnet 45 using the magnetoresistive sensor 55 is described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
본 발명의 일실시예로써 자기저항센서로 구성된 전자식 페달의 작용효과를 살펴보기로 한다. 운전자에 의하여 풋 플레이트(10)에 답력이 가해지는 경우, 풋 플레이트(10) 하부에 형성되어 있는 제 1 기어(20)는 눌려지며 직선 변위를 하게 된다. 제 1 기어(20)의 가해진 직선 변위의 정도에 따라, 제 1 기어(20)와 맞물려 있는 제 2 기어(40)는 회전 변위를 하게 된다. 제 2 기어(40)의 회전과 함께 회전하는 자석(45)에 의하여 회전 자계가 변화하게 되는데, 이와 같이 변화하는 회전 자계를 자기저항센서(55)를 통하여 검출하게 된다. 자기저항센서(55)는 검출된 검출 신호를 전자제어장치(60)로 출력한다. 전자제어장치(60)에서는 자석(45)에 의한 회전 자계의 현재각도를 통하여 전자식 페달의 변위을 구하게 되는데 구체적으로 전자식 페달의 변위량은 다음과 같이 구하게 된다.As an embodiment of the present invention will be described the effect of the electronic pedal composed of a magnetoresistive sensor. When a foot force is applied to the foot plate 10 by the driver, the first gear 20 formed under the foot plate 10 is pressed and linearly displaced. According to the degree of the linear displacement applied to the first gear 20, the second gear 40 meshed with the first gear 20 is subjected to rotational displacement. The rotating magnetic field is changed by the magnet 45 rotating together with the rotation of the second gear 40. The rotating magnetic field is thus detected through the magnetoresistive sensor 55. The magnetoresistive sensor 55 outputs the detected detection signal to the electronic controller 60. The electronic controller 60 obtains the displacement of the electronic pedal through the current angle of the rotating magnetic field by the magnet 45. Specifically, the displacement amount of the electronic pedal is obtained as follows.
전자식 페달의 변위(L) = 제 2 기어의 반경(R) * 제 2 기어의 회전각( θ')Electronic pedal displacement (L) = radius of the second gear (R) * rotation angle of the second gear (θ ')
여기에서 제 2 기어의 반경(R)은 미리 전자제어장치(60)에 기 저장되어 있는 값이다. 그러므로, 전자식 페달의 변위(L)을 알기 위하여는 제 2 기어의 회전각( θ')을 알아야 한다. 여기에서, 제 2 기어의 회전각( θ')은 도 2와 도 3에서 자세히 살펴본 바와 같은 자석(45)에 의한 회전 자계의 현재 각도(θ)와 동일하다. 이와 같이, 제 2 기어의 반경(R)과 제 2 기어의 회전각( θ')을 통하여 전자제어장치(60)는 전자식 페달의 변위를 산출할 수 있게 된다. In this case, the radius R of the second gear is a value previously stored in the electronic controller 60. Therefore, in order to know the displacement L of the electronic pedal, it is necessary to know the rotation angle θ 'of the second gear. Here, the rotation angle θ 'of the second gear is equal to the current angle θ of the rotating magnetic field by the magnet 45 as described in detail in FIGS. 2 and 3. In this way, the electronic controller 60 can calculate the displacement of the electronic pedal through the radius R of the second gear and the rotation angle θ 'of the second gear.
전자제어장치(60)는 산출된 전자식 페달의 변위에 상응하는 신호를 통하여 액추에이터(70)를 제어하게 된다. 만약, 풋 플레이트(10)가 가속 풋 플레이트라면 액츄에이터(70)는 스로틀밸브가 될 수 있고, 풋 플레이트(10)가 브레이크 풋 플레이트라면 액츄에이터(70)는 브레이크구동장치가 될 수 있다.The electronic controller 60 controls the actuator 70 through a signal corresponding to the calculated displacement of the electronic pedal. If the foot plate 10 is an acceleration foot plate, the actuator 70 may be a throttle valve, and if the foot plate 10 is a brake foot plate, the actuator 70 may be a brake driving device.
본 발명의 일실시예에서는 자기저항센서(55)의 내부에 2개의 브릿지 소자가 포함된 것으로 설명하였지만, 이에 국한되는 것은 아니고 공지의 단일 브릿지 소자로 된 것이 사용될 수도 있을 것이다.In an embodiment of the present invention, it has been described that two bridge elements are included in the magnetoresistive sensor 55, but the present invention is not limited thereto, and a single bridge element may be used.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common knowledge in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
상기와 같은 본 발명인 비접촉 센싱 전자식 페달은 다음과 같은 효과가 있다.The non-contact sensing electronic pedal of the present invention as described above has the following effects.
전자식 페달의 위치를 감지하기 위하여 자기저항센서를 이용함으로써 전자식 페달을 장기간 사용하는 경우에도 내구 성능이 떨어지지 않고, 비 접촉으로 구성되는바 내부 구성이 용이하게 이루어 질 수 있다. 또한, 자기저항센서를 사용함으로써 반 영구적이며, 정확한 전자식 페달의 변위값을 측정할 수 있게 된다.By using a magnetoresistive sensor to detect the position of the electronic pedal, even when the electronic pedal is used for a long time, the durability does not fall, and the internal configuration can be easily made because it is made of non-contact. In addition, by using a magnetoresistive sensor it is possible to measure the displacement value of the semi-permanent, accurate electronic pedal.
도 1은 종래의 전자식 페달의 구조를 나타낸 분해 사시도,1 is an exploded perspective view showing the structure of a conventional electronic pedal,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전자식 페달의 위치변위 검출 장치에 사용되는 자기저항센서의 검출 원리를 설명하기 위한 도,2 is a view for explaining the detection principle of the magnetoresistive sensor used in the position displacement detection device of the electronic pedal according to an embodiment of the present invention;
도 3은 자기저항센서의 검출 출력 파형도,3 is a detection output waveform diagram of a magnetoresistive sensor;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전자식 페달의 구조를 나타낸 분해 사시도,4 is an exploded perspective view showing the structure of an electronic pedal according to an embodiment of the present invention;
도 5는 도 4의 A-A에서 보았을 때의 단면도이다.5 is a cross-sectional view as seen from A-A of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 풋 플레이트, 20: 제 1 기어,10: foot plate, 20: first gear,
30: 스프링, 40: 제 2 기어,30: spring, 40: second gear,
45: 자석, 50: 인쇄회로기판,45: magnet, 50: printed circuit board,
55: 자기저항센서, 60: 전자제어장치,55: magnetoresistive sensor, 60: electronic controller,
70: 액추에이터, 80: 고정 실린더.70: actuator, 80: fixed cylinder.
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2004
- 2004-04-13 KR KR1020040025405A patent/KR20050100203A/en not_active Application Discontinuation
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