KR20080051321A - 전동식 브레이크 시스템의 페달 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 브레이크 시스템의 페달 시뮬레이터에 관한 것으로,

본 출원인의 선출원발명은 자기유변댐퍼 및 탄성부를 비록한 전체 구성이 복잡하고, 그 소요부품이 많게 되어 제작이 번거롭게 됨은 원가부담이 많게 되는 문제가 있었던 바,

고정브라켓트(21)를 통해 브레이크 페달(10)의 후방의 차체에 고정 설치되는 실린더(20)와; 상기 실린더(20)의 내부 전방에 설치되고, 연결로드(31)를 통해 브레이크 페달(10)과 접속되는 피스톤(30)과; 상기 실린더(20)의 내부 중앙에 설치되는 제1자석판(40)과; 상기 실린더(40)의 내부 후방에 설치되고, 선단부 극성이 제1자석판(40)의 후단부 극성과 동일 극성을 갖는 제2자석판(60)과; 상기 제1자석판(40)과 제2자석판(60)의 사이에 설치되는 쿠션러버(50)와; 상기 피스톤(30)과 제1자석판(40) 사이에 설치되어 제1자석판(40)의 선단과 피스톤(30)의 후단 사이에 아이들 스트로크(S)를 형성하는 코일스프링(70);을 구비하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 브레이크 페달 조작선도를 아이들 스트로크 구간과 쿠션러버 반력구간, 그리고 쿠션러버와 마그네틱 반력구간으로 나눌 수 있게 되어 운전자에게 일반 차량의 브레이크 페달 조작감을 부여할 수 있게 되면서도 적은 수의 부품으로 간편하게 제작할 수 있게 되어 원가절감에 크게 기여할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

전동식 브레이크 시스템, 페달 시뮬레이터, 브레이크 페달, 실린더, 피스톤, 자석판, 쿠션러버, 아이들 스트로크

Description

전동식 브레이크 시스템의 페달 시뮬레이터 {a pedal travel simulator for a brake by wire system}

도 1은 본 발명이 관계하는 전동식 브레이크 시스템의 구성도

도 2는 본 발명의 한 실시예의 사시도

도 3은 동 실시예의 일부 절제 요부 사시도

도 4는 본 발명에 의한 브레이크 페달 조작선도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

100 : 페달 시뮬레이터 10 : 브레이크 페달

20 : 실린더 30 : 피스톤

40 : 제1자석판 50 : 쿠션러버

60 : 제2자석판 70 : 코일스프링

본 발명은 전동식 브레이크 시스템의 페달 시뮬레이터에 관한 것으로, 더 자세하게는 실린더의 내부 후방에 한 쌍의 자석판과 쿠션러버를 설치하고, 실린더의 내부 전방에 피스톤과 코일스프링을 설치한 것에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 전동식 브레이크 시스템(Brake-By-Wire System)은 운전자와 제동륜 사이의 기계적 연결이 없고, 각 차륜에 위치한 전동 캘리퍼가 제어부(BBW ECU)로부터의 입력을 받아 각 차륜의 전동 캘리퍼에 위치한 디스크를 잡아줌으로써 차량을 제동하게 된다.

도 1에는 본 발명이 관계하는 전동식 브레이크 시스템의 구성도가 도시되어 있다.

본 발명이 관계하는 전동식 브레이크 시스템은 도 1과 같이 운전자의 제동 입력(페달 회전각)을 받아 제어부(BBW ECU)로 전달하고, 운전자에게 페달을 통하여 반력을 전달하는 페달모듈 및 전자제어장치와; 각 차륜에 위치하며 제어부(BBW ECU)의 신호에 따라 전기모터로 디스크를 잡아 제동력을 형성하는 전동식 캘리퍼;를 구비하게 되며, 전자제어장치(BBW ECU)는 페달모듈로부터 운전자의 제동 입력을 받아 전동 캘리퍼의 전동모터를 구동 제어하게 된다.

상기 전동식 브레이크 시스템의 페달모듈은 차량과 운전자와의 인터페이스부로서 운전자의 제동 입력(페달 회전각)을 제어부(BBW ECU)에 전달한다.

한편 전동식 브레이크 시스템은 운전자와 제동륜 사이의 기계적 연결이 없기 때문에 제동시, 페달의 임피던스가 매우 작으므로 페달 시뮬레이터를 제어함으로써 운전자에게 적절한 페달의 반력을 전달하여 운전자의 제동 동작을 보조하는 역할을 수행하여야 한다.

즉, 상기 페달모듈은 운전자에게 반력을 전달하는 장치로서 장치의 임피던스(시스템의 동적 저항값)가 작으며, 일반적으로 임피던스 디스플레이(힘 궤환 제어)를 수행하는 대표적인 햅틱(Haptic) 장치이다.

종래에 있어서 제동 페달에 반력 구현 기능을 제공하기 위하여 스프링이나 영구 자석 혹은 유압식 구동기를 이용한 장치 등이 제안되었지만 기존의 장치들은 구동기의 특성상 페달을 통한 반력 형성에 한계를 가지고 있다.

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(즉, 기준 페달 반력)을 생성할 수 없어 선회 상황이나 지속적 제동 상황에서는 운전자의 피로를 줄이는데 기여하는 페달 반력의 히스테리시스를 얻을 수 없게 되는 문제가 있었다.

또한, 유압식 구동기를 이용한 경우 시스템의 복잡함에도 불구하고 제어 가능한 반력의 범위가 작고, 반응 시간이 늦다는 문제점이 있었다.

이에 본 출원인은 운전자의 제동입력을 받는 페달과; 페달의 회전각을 계측하는 회전각 센서와; 2개의 스트로크 리미터를 이용하여 적어도 한 개 이상의 스프링들을 직렬로 결합하는 탄성부와; 페달아암과 차체 사이에 구성되며, 실린더 하우징의 내측에 격벽을 구성하여 내부를 상기 자기 유변 유체가 충진되는 내실과 외실로 나누어 상부와 하부에서 유체통로로 연결하며, 상기 내실에는 피스톤이 배치되어 피스톤 로드와 연결되며, 상기 격벽의 하부 유체통로의 일측에는 자기장을 형성 하기 위한 권선이 배치되어 감쇠력을 형성하는 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 감쇠력를 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 포함하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터에 있어서, 상기 탄성부는 상기 실린더 하우징의 외측 피스톤 로드 상에 설치되는 제1스프링과; 상기 제1 스프링과 직렬로 피스톤로드 상에 설치되며, 상기 제1스프링보다 약한 강성을 갖는 제2스프링과; 상기 제2스프링의 양단을 지지하도록 상기 피스톤로드 상에 배치되어 제2스프링의 최대 스트로크를 제한하여 시스템의 강성을 변화시키기 위한 스트로크 리미터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크용 페달 시뮬레이터를 제안한 바 있다.(특허 제534712호)

상기 본 출원인의 선출원발명은 자기 유변 유체의 성질을 이용한 자기 유변 댐퍼를 통하여 스프링 등의 수동 요소들만을 이용한 반력 장치에서 발생하는 반력 구현의 제한을 극복할 수 있게 되고, 스프링의 복원력과 자기 유변 댐퍼의 감쇠력 제어를 통하여 제동 페달의 리턴 제어가 가능하게 되며, 자기 유변 댐퍼를 이용한 반력 제어를 통하여 선회 상황이나 지속적 제동 상황에서 운전자의 피로를 줄이는데 기여하는 페달 반력의 히스테리시스를 구현할 수 있게 됨은 물론 2단 강성(Two- Stage-Stiffness)을 갖는 스프링을 사용하여 코일의 강성을 적절히 조정함으로써 페달 반력 제어영역이 넓어지게 되고, 구동기 타입을 직선형 자기 유변 댐퍼로 구성함으로 인하여 동일한 반력을 형성하는데 소요되는 전력 소모가 줄어들어 에너지 절감의 효과를 기대할 수 있을 뿐 아니라 구동기의 부피가 줄어들어 원가 절감의 효과를 기대할 수 있게 된다.

그러나 상기 본 출원인의 선출원발명은 자기유변댐퍼 및 탄성부를 비록한 전체 구성이 매우 복잡하고, 그 소요부품이 많게 되어 제작이 번거롭게 됨은 원가부담이 많게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 본 출원인의 선출원발명의 제결함을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 보다 적은 수의 부품으로 간편하게 구성하여 운전자에게 일반 차량의 페달 조작감을 부여할 수 있도록 하는 전동식 브레이크 시스템의 페달 시뮬레이터를 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 실린더 내부 후방에 서로 대향되는 면이 동일 극성으로 된 한 쌍의 자석판을 설치하고, 양 자석판의 사이에 쿠션러버를 설치하는 한편, 실린더의 내부 전방에 브레이크 페달과 접속되는 피스톤을 설치하고, 피스톤과 자석판 사이에 아이들 스트로크를 형성할 수 있도록 하는 코일스 프링을 설치하는 것을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 2에는 본 발명의 한 실시예의 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 동 실시예의 일부 절제 요부 사시도가 도시되어 있는 바,

본 발명의 전동식 브레이크 시스템의 페달 시뮬레이터(100)는

고정브라켓트(21)를 통해 브레이크 페달(10)의 후방의 차체에 고정 설치되는 실린더(20)와;

상기 실린더(20)의 내부 전방에 설치되고, 연결로드(31)를 통해 브레이크 페달(10)과 접속되는 피스톤(30)과;

상기 실린더(20)의 내부 중앙에 설치되는 제1자석판(40)과;

상기 실린더(40)의 내부 후방에 설치되고, 선단부 극성이 제1자석판(40)의 후단부 극성과 동일 극성을 갖는 제2자석판(60)과;

상기 제1자석판(40)과 제2자석판(60)의 사이에 설치되는 쿠션러버(50)와;

상기 피스톤(30)과 제1자석판(40) 사이에 설치되어 제1자석판(40)의 선단과 피스톤(30)의 후단 사이에 아이들 스트로크(S)를 형성하는 코일스프링(70);을 구비하여서 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 브레이크 페달(10)을 작동하면 실린더(20)의 내부 전방에 설치된 피스톤(30)이 실린더(20) 내부 후방쪽으로 이동하게 되는 바, 제1자석판(40)과 피스톤(30)의 사이에 형성된 예를 들면 약 4~5mm 정도의 아이들 스트로크(S) 동안은 코일스프링(70)만이 압축되면서 작은 조작력만 발생하게 되고, 아이 들 스트로크(S)이후에 피스톤(30)의 후단부가 제1자석판(40)에 접촉하게 되면 제1자석판(40)이 밀리게 되면서 쿠션러버(50)가 압축되고, 그에 따라 제1자석판(40)과 제2자석판(60)이 점차 근접하게 된다.

따라서 본 발명에 있어서는 브레이크 페달(10)의 일정 스크로크 이후에 서로 대향하는 면이 동일 극성으로 되어 있는 제1자석판(40)과 제2자석판(60)이 근접하게 되어 양 자석판(40)(60)의 동일한 극성(N-N, 혹은 S-S)에 의한 반력이 작용하게 된다.

도 4에는 본 발명에 의한 브레이크 페달 조작선도가 도시되어 있는 바, 본 발명에 의한 브레이크 페달 조작선도는 아이들 스트로크 구간과 쿠션러버 반력구간, 그리고 쿠션러버와 마그네틱 반력구간으로 이루어지게 되어 운전자에게 일반 차량의 브레이크 페달 조작감을 부여하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 실린더 내부 후방에 서로 대향되는 면이 동일 극성으로 된 한 쌍의 자석판을 설치하고, 양 자석판의 사이에 쿠션러버를 설치하는 한편, 실린더의 내부 전방에 브레이크 페달과 접속되는 피스톤을 설치하고, 피스톤과 자석판 사이에 아이들 스트로크를 형성할 수 있도록 하는 코일스프링을 설치한 것으로, 본 발명에 의하면 브레이크 페달 조작선도를 아이들 스트로크 구간과 쿠션러버 반력구간, 그리고 쿠션러버와 마그네틱 반력구간으로 나눌 수 있게 되어 운전자에게 일반 차량의 브레이크 페달 조작감을 부여할 수 있게 되면서도 적은 수의 부품으로 간편하게 제작할 수 있게 되어 원가절감에 크게 기여할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 고정브라켓트(21)를 통해 브레이크 페달(10)의 후방의 차체에 고정 설치되는 실린더(20)와;

   상기 실린더(20)의 내부 전방에 설치되고, 연결로드(31)를 통해 브레이크 페달(10)과 접속되는 피스톤(30)과;

   상기 실린더(20)의 내부 중앙에 설치되는 제1자석판(40)과;

   상기 실린더(40)의 내부 후방에 설치되고, 선단부 극성이 제1자석판(40)의 후단부 극성과 동일 극성을 갖는 제2자석판(60)과;

   상기 제1자석판(40)과 제2자석판(60)의 사이에 설치되는 쿠션러버(50)와;

   상기 피스톤(30)과 제1자석판(40) 사이에 설치되어 제1자석판(40)의 선단과 피스톤(30)의 후단 사이에 아이들 스트로크(S)를 형성하는 코일스프링(70);을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동식 브레이크 시스템의 페달 시뮬레이터.

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