KR20090029949A - Ｅｒ 유체 또는 ｍｒ 유체를 이용한 햅틱 가속 페달 - Google Patents

Ｅｒ 유체 또는 ｍｒ 유체를 이용한 햅틱 가속 페달 Download PDF

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최승복
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Abstract

본 발명은 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 자동차의 가속 페달에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 가속을 위한 가속 페달의 상·하 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 페달 샤프트의 외주면에 구비되는 디스크와, 상기 디스크의 외부를 둘러싸도록 구비되는 하우징와, 상기 디스크 및 상기 하우징 내부 사이에 충진되는 ER 유체와, 그리고 상기 가속 페달의 요구되는 감도에 따라 신호를 변환하는 인코더(encoder) 및 자동차 내 각종 차량 센서를 통해 입력된 신호에 따라 상기 ER 유체가 점성을 가질 수 있도록 고전압 증폭기를 통해 상기 하우징 및 상기 페달 샤프트에 전압을 인가시켜 전기장을 발생시키도록 제어하는 ECU를 포함하여 이루어지며, 상기 ER 유체 대신에 MR 유체를 충진시키고 상기 하우징 외측에 마그네틱 코일을 구비하고 상기 고전압 증폭기 대신에 전류증폭기를 대체시켜 구성함으로써, ER 유체 및 MR 유체를 이용한 반능동적(semi-active) 방법에 의해 운전자가 조작하는 가속 페달에서의 접촉력이 생성되어 시각에만 의지하던 기존의 전진 주행 및 후진 주행에 비해 운전자의 안전성 및 편의성을 향상시킬 수 있으며, 모터 및 유압 장치 등을 이용한 능동적 방법에 비하여 상대적으로 간단한 구조 및 저렴한 비용으로 가속 페달의 감도에 있어 더욱 우수한 성능의 구현이 가능한 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 햅틱 가속 페달을 요지로 한다.
가속 페달(accelerator), 햅틱(haptic), ER 유체, MR 유체

Description

ＥＲ 유체 또는 ＭＲ 유체를 이용한 햅틱 가속 페달{Haptic accelerator using ER fluid or MR fluid}
본 발명은 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 자동차의 가속 페달에 관한 것으로서, 인가되는 전압의 세기에 따라 점성이 변하는 ER 유체 또는 인가되는 자력의 세기에 따라 점성이 변하는 MR 유체를 이용한 반능동적(semi-active) 방법에 의하여 운전자가 시각에만 의존하지 않고 가속 페달에서의 접촉력으로 전진 주행 및 후진 주행이 가능하여 운전자의 안전성 및 편의성을 향상시킬 수 있으며, 모터 및 유압 장치 등을 이용한 능동적 방법에 비하여 상대적으로 간단한 구조 및 저렴한 비용으로 가속 페달의 감도에 있어 더욱 우수한 성능의 구현이 가능한 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 햅틱 가속 페달에 관한 것이다.
일반적으로, ER 유체(elector-rheological fluid)는 발생 되는 전기장(electrical field)의 강도에 따라 역학적 특성이 변하는 유체를 말하며, 기본적으로 비전도성(nonconductive) 용매에 전도성(conductivity)을 갖는 입자들을 분산시킨 콜로이드(colloidal) 용액이다.
ER 유체는 전기장 무발생시 랜덤(random) 구조를 갖고 있는 뉴토니안(Newtonian) 유체의 특성을 가지지만, 전기장 발생 시 항복전단응력을 갖는 빙햄(Bingham) 유체로 변하게 된다.
ER 유체는 액상이나 고상으로 빨리 변화하는 가역적인 유동성질을 가지고 있고 전기장의 세기로 항복전단응력(yield shear stress)을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
이러한 ER 유체의 특성을 응용한 장치는 단순한 설계, 낮은 제조단가, 무소음, 무진동, 빠른 응답특성, 연속 제어성능, 작은 전력 소모량 등의 장점을 가지고 있다.
이들 장점을 이용하여 댐퍼, 엔진마운트, 클러치, 브레이크, 밸브 등에 응용되고 있다.
또한, MR 유체(magneto-rheological fluid)는 자기장(magnetic field) 발생에 의하여 ER 유체가 가지는 역학적 특성을 가질 수 있으며, 낮은 투자율(permeability)의 용매에 상자성(paramagnetic) 입자를 분산시킨 용액이다.
MR 유체의 응용장치는 ER 유체의 응용범위와 유사하며, 댐퍼, 마운트, 브레이크 등에 응용되어 상용화가 된 바가 있다.
ER 및 MR 유체 응용장치의 성능을 좌우하는 중요 성분은 ER 및 MR 유체, 설계메커니즘, 제어로직, 주변 전력공급장치 등이 있다. MR 유체 응용장치는 ER 유체 응용장치의 간단한 전극(electrode) 설계와는 달리 자기장 형성을 위한 자기회로(magnetic circuit)의 설계를 필요로 한다.
자기회로의 설계는 인덕턴스(inductance)와 MR 유체에 발생 되는 자기장의 방향 등에 영향을 준다. 즉, 자기회로의 설계가 MR 유체 응용장치의 성능을 좌우할 수 있다.
현재 개발된 MR 유체의 항복전단응력은 ER 유체에 비하여 20~50배 정도 크다. 따라서, MR 유체 응용장치는 ER 유체 응용장치에 비하여 소형화가 가능하다.
MR 유체 응용장치의 응답속도는 자기장에 대한 MR 유체의 응답속도, 자기회로의 응답속도, 주변 전력공급장치의 시간지연(time delay)에 의하여 결정된다.
반면에, ER 유체 응용장치의 응답속도는 전기장에 대한 ER 유체의 응답속도와 주변 전력공급장치의 시간지연에 의존한다. 따라서 ER 유체를 이용한 응용장치의 응답속도가 MR 유체 응용장치의 경우보다 빠른 것으로 알려져 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 ER 유체를 적용한 댐퍼에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1은 ER 유체(130)를 이용한 댐퍼(100)의 경우, 피스톤(180)을 중심으로 위쪽을 상부 챔버, 아래쪽을 하부 챔버로 나눌 수 있으며, ER 덕트(170)를 기준으로 안쪽에 있는 실린더를 이너 실린더(inner cylinder,120), 바깥쪽에 있는 실린더를 아우터 실린더(outer cylinder,110)가 구비되어 이루어진다.
상기 하부 챔버에는 내부에 가스 챔버의 체적을 조절하는 격벽(diaphragm,160)이 구비된 가스 실린더(gas cylinder,150)가 상기 아우터 실린더(110)와 통하도록 구비된다.
상기 이너 실린더(120)와 아우터 실린더(110)는 도체로서 형성되어 상기 이 너 실린더(120)와 아우터 실린더(110)에 전기장을 인가하도록 전압부(130)가 구비된다.
상기와 같이 이루어진 상기 댐퍼(100)는 상기 전압부(130)로부터 전기장이 발생되지 않을 경우, 상기 ER 유체의 유체 점성으로 인한 유체 댐핑력만을 발생시키게된다.
그와는 반면, 상기 전압부(130)로부터 전기장이 발생될 경우, 즉, 인가된 전압에 따라 상기 이너 실린더(120)와 상기 아우터 실린더(110) 사이의 상기 ER 유체(130)의 점성이 커지게 되어 상기 ER 유체(130)의 전단응력이 증가하게 되어 상기 ER 덕트(170) 사이의 ER 유체(130)의 유동 저항을 증가시킨다.
이것은 상기 피스톤(180)의 상·하의 압력차를 증가시키며, 이로 인하여 상기 피스톤(180)의 상하운동에 소요되는 힘은 증가하게 된다.
결국, 상기 댐퍼(100)는 전기장의 무발생시에는 유체 점성으로 인한 유체댐핑력만을 발생시키게 되나, 전기장무발생시에는 유체점성으로 인한 댐핑력에 ER 유체의 항복응력으로 인한 댐핑력이 가해지므로 더 큰 댐핑력이 발생하게 된다.
그리고, 도 2는 MR 유체(230)를 이용한 댐퍼(200)의 경우로서, 피스톤(280)을 중심으로 위쪽을 상부 챔버, 아래쪽을 하부 챔버로 나눌 수 있으며, 최외곽에 있는 아우터 실린더(outer cylinder,220), 내부에는 이너 실린더(inner cylinder,210)가 각각 구비되어 상기 이너 실린더(210) 및 아우터 실린더(220) 사이에 MR 유체 유로(MR fluid flow)가 형성되어 이루어진다.
상기 하부 챔버에는 내부에 가스 챔버의 체적을 조절하는 격 벽(diaphragm,260)이 구비된 가스 실린더(gas cylinder,250)가 상기 아우터 실린더(220)와 통하도록 구비된다.
상기 이너 실린더(210)의 상측 및 하측에는 각각 마그네틱 코일(magnetic coil,280)이 권선되어 전류의 인가에 의해 자기장이 형성되는 마그네틱 써킷(magnetic circuit,270)이 형성된다.
이때, 상기 마그네틱 코일(280)에는 전류를 인가되도록 전류부(240)가 각각 연결되어 있다.
상기와 같이 이루어진 상기 댐퍼(200)는 상기 전류부(240)로부터 자기장이 발생되지 않을 경우, 상기 MR 유체(230)의 유체 점성으로 인한 유체 댐핑력만을 발생시키게된다.
그와는 반면, 상기 전류부(240)로부터 자기장이 발생될 경우, 즉, 인가된 전류에 따라 상기 이너 실린더(210)의 상측 및 하측에 상기 MR 유체(230)의 점성이 커지게 되어 상기 MR 유체(230)의 전단응력이 증가하게 되면 상기 이너 실린더(210) 내부의 MR 유체(230)의 유동 저항을 증가시킨다.
이것은 상기 피스톤(290)의 상·하의 압력차를 증가시키며, 이로 인하여 상기 피스톤(290)의 상·하운동에 소요되는 힘은 증가하게 된다.
결국, 상기 댐퍼(200)는 자기장의 무발생시에는 유체 점성으로 인한 유체댐핑력만을 발생시키게 되나, 자기장 무발생시에는 유체점성으로 인한 댐핑력에 MR 유체의 항복응력으로 인한 댐핑력이 가해지므로 더 큰 댐핑력이 발생하게 된다.
한편, 현재 자동차의 가속 페달의 경우 다양한 모터 및 유압 장치 등을 적용 하여 가속 페달의 감도를 달리하도록 시도하고 있으나, 이는 구성 부품수의 증가 및 작업 공정 수의 증가에 따른 생산 원가의 상승 요인이 될 뿐만 아니라, 이러한 가속 페달의 동작 시 발생하는 진동 및 소음이 가속 페달에 직접 전달되게 되어 운전자의 쾌적성, 안전성 및 편의성이 떨어지게 된다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같이 ER 유체 또는 MR 유체의 특성을 이용하여 자동차의 가속 페달의 구조를 달리함으로써, ER 유체 및 MR 유체를 이용한 반능동적(semi-active) 방법에 의해 운전자가 조작하는 가속 페달에서의 접촉력이 생성되어 시각에만 의지하던 기존의 전진 주행 및 후진 주행에 비해 운전자의 안전성 및 편의성을 향상시킬 수 있으며 모터 및 유압 장치 등을 이용한 능동적 방법에 비하여 상대적으로 간단한 구조 및 저렴한 비용으로 가속 페달의 감도에 있어 더욱 우수한 성능의 구현이 가능한 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 햅틱 가속 페달을 개발하고자 한다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 자동차의 가속을 위한 가속 페달의 상·하 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 페달 샤프트의 둘레에 샤프트의 직경 보다 크게 일체로 원형의 디스크를 형성하고, 원통 형상으로 형성되어 상기 디스크의 외부를 둘러싸도록 하우징을 구비시키고, 디스크 및 하우징 내부 사이에 ER 유체 또는 MR 유체를 충진시키고, 하우징에는 외부 전극(outer electrode)을 구비하고, 페달 샤프트에 내부 전극(inner electrode)을 구비시키고, 그리고 가속 페달의 요구되는 감도에 따라 신호를 변환하는 인코더(encoder) 및 자동차 내 각종 차량 센서를 통해 입력된 신호에 따라 ER 유체 또는 MR 유체가 점성을 가질 수 있도록 고전압 증폭기 또는 전류 증폭 장치를 통해 외부 전극 및 내부 전극에 전압으로 인해 전기장 또는 자기장을 인가하는 ECU를 포함하여 이루어지는 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 햅틱 가속 페달을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
자동차의 가속을 위한 가속 페달의 상·하 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 페달 샤프트의 외주면에 구비되는 디스크;
상기 디스크의 외부를 둘러싸도록 구비되는 하우징;
상기 디스크 및 상기 하우징 내부 사이에 충진되는 ER 유체; 및
상기 가속 페달의 요구되는 감도에 따라 신호를 변환하는 인코더(encoder) 및 자동차 내 각종 차량 센서를 통해 입력된 신호에 따라 상기 ER 유체가 점성을 가질 수 있도록 고전압 증폭기를 통해 상기 하우징 및 상기 페달 샤프트에 전압을 인가시켜 전기장을 발생시키도록 제어하는 ECU;
를 포함하여 이루어진다.
상기 디스크는 원형으로 형성가능 하며, 상기 디스크는 상기 페달 샤프트의 직경 보다 큰 직경을 갖도록 형성한다.
또한, 상기 디스크는 상기 페달 샤프트와 일체로 형성된다.
상기 디스크는 하나 이상 다수개 더 형성가능하다.
상기 하우징은 상기 고전압 증폭기로부터 전압을 인가받는 외부 전극(outer electrode)이다.
상기 페달 샤프트는 상기 고전압 증폭기로부터 전압을 인가받는 내부 전극(inner electrode)이다.
상기 하우징은 원통형으로 형성하며, 상기 하우징 및 상기 페달 샤프트 사이에 밀폐 부재를 더 구비가능하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는,
자동차의 가속을 위한 가속 페달의 상·하 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 페달 샤프트의 외주면에 구비되는 디스크;
상기 디스크의 외부를 둘러싸도록 구비되는 하우징;
상기 하우징의 외측에 구비되는 마그네틱 코일;
상기 디스크 및 상기 하우징 내부 사이에 충진되는 MR 유체; 및
상기 가속 페달의 요구되는 감도에 따라 신호를 변환하는 인코더(encoder) 및 자동차 내 각종 차량 센서를 통해 입력된 신호에 따라 상기 MR 유체가 점성을 가질 수 있도록 전류 증폭기를 통해 상기 마그네틱 코일에 전류를 인가시켜 자기장을 발생시키도록 제어하는 ECU;
를 포함하여 이루어진다.
상기 디스크는 원형으로 형성하며, 상기 디스크는 상기 페달 샤프트의 직경 보다 큰 직경을 갖도록 형성한다.
상기 디스크는 상기 페달 샤프트와 일체로 형성하며, 상기 하우징은 원통형으로 형성한다.
상기 디스크는 하나 이상 다수개 더 형성가능하며, 상기 하우징 및 상기 페달 샤프트 사이에 밀폐 부재를 더 구비가능하다.
본 발명은, 자동차 내 각종 차량 센서를 통해 입력된 신호에 따라 상기 ER 유체가 점성을 가질 수 있도록 고전압 증폭기를 통해 상기 외부 전극 및 내부 전극에 전압 또는 전류로 인해 전기장 또는 자기장을 부가하는 ECU로부터 요구되는 감도가 판단됨에 따라 그에 맞는 감도만큼 ER 유체 또는 MR 유체의 점성이 증대되어 ER 유체 및 MR 유체를 이용한 반능동적(semi-active) 방법에 의해 운전자가 조작하는 가속 페달에서의 접촉력이 생성되어 시각에만 의지하던 기존의 전진 주행 및 후 진 주행에 비해 운전자의 안전성 및 편의성을 향상시킬 수 있으며 모터 및 유압 장치 등을 이용한 능동적 방법에 비하여 상대적으로 간단한 구조 및 저렴한 비용으로 가속 페달의 감도에 있어 더욱 우수한 성능의 구현이 가능한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 가속 페달을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 햅틱 가속 페달(1)은, 자동차의 가속을 위한 가속 페달(10)의 상·하 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 페달 샤프트(11)의 둘레에 상기 페달 샤프트(10)의 직경 보다 크게 원형의 디스크(13)가 일체로 형성된다.
그리고, 원통 형상으로 형성되어 상기 디스크(13)의 외부를 둘러싸도록 하우징(housing,20)이 구비된다.
그리고, 상기 디스크(13) 및 상기 하우징(20) 내부 사이에는 ER 유체(30)가 충진되며, 상기 하우징(20) 및 상기 페달 샤프트(11)는 각각 외부 전극(outer electrode) 및 내부 전극(inner electrode) 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 가속 페달(10)의 요구되는 감도에 따라 신호를 변환하는 인코 더(encoder,40) 및 자동차 내 각종 차량 센서(60)를 통해 입력된 신호에 따라 상기 ER 유체(30)가 점성을 가질 수 있도록 고전압 증폭기(70)를 통해 상기 하우징(20) 및 상기 페달 샤프트(11)에 인가되는 전압으로 인한 전기장을 인가하는 ECU(50)가 포함되어 이루어진다.
이때, 상기 ER 유체(30)는 인가되는 전압의 세기에 따라 점성이 변하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 이는 운전자의 전진 주행 또는 후진 주행시 요구되는 상기 가속 페달(10)의 감도에 따라 상기 ECU(50)로부터 상기 고전압 증폭기(70)에 의한 전압의 세기를 달리함에 따라 상기 ER 유체(30)의 유체 점성이 달라져 상기 가속 페달(10)에서의 운전자의 접촉력을 느끼는 감각이 시각에 더해져 주행의 안전성 및 편의성이 증대된다.
그리고, 외부전극인 상기 하우징(20) 및 내부전극인 페달 샤프트(11)는 인가되는 전압에 의해 전기장을 형성하도록 도체로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 디스크(13)의 직경은 다양한 크기로 변경가능하여 상기 각종 차량 센서(60)로부터 입력된 정보에 따라 상기 ECU(50)에서 판단되는 요구에 따라 상기 가속 페달(10)에서의 다양한 감도를 구현할 수 있다.
상기 디스크(13)는 상기 페달 샤프트(11)와 일체로 형성되어 일정 강성을 가질 수 있으므로, 상기 ER 유체(30)의 점성 변화에 따라 운전자의 접촉력에 미세한 감도를 전해줄 수 있다.
상기 하우징(20)은 원통형으로서, 상기 ER 유체(30)가 인가된 전압에 따라 보다 균일하게 점성변화를 이룰 수 있어, 운전자가 미세한 감도의 접촉력을 용이하게 느낄 수 있게 해준다.
상기 디스크(13)는 상기 페달 샤프트(11)의 외측면 하나 이상 다수개 더 형성가능하여 운전자로하여금 미세한 감도의 접촉력을 전해줄 수 있어 보다 안정된 제동을 할 수 있게된다.
상기 하우징(20) 및 상기 페달 샤프트(11) 사이에 밀폐 부재(23)를 더 구비하여 상기 ER 유체(30)가 상기 하우징(20) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명은, 운전자가 조작하는 가속 페달에서의 접촉력이 생성되어 시각에만 의지하던 기존의 전진 주행 및 후진 주행에 비해 운전자의 안전성 및 편의성을 향상시킬 수 있으며 모터 및 유압 장치 등을 이용한 능동적 방법에 비하여 상대적으로 간단한 구조 및 저렴한 비용으로 가속 페달의 감도에 있어 더욱 우수한 성능의 구현이 가능한 이점을 갖는다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 햅틱 가속 페달(1)은, 자동차의 가속을 위한 가속 페달(10)의 상·하 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 페달 샤프트(11)의 둘레에 상기 페달 샤프트(10)의 직경 보다 크게 원형의 디스크(13)가 일체로 형성된다.
그리고, 원통 형상으로 형성되어 상기 디스크(13)의 외부를 둘러싸도록 하우징(housing,20)이 구비되며, 상기 하우징(20)의 외측에 마그네틱 코일(80)이 권선되어 구비된다.
그리고, 상기 디스크(13) 및 상기 하우징(20) 내부 사이에 MR 유체(30')가 충진되며, 상기 가속 페달(10)의 요구되는 감도에 따라 신호를 변환하는 인코더(encoder,40) 및 자동차 내 각종 차량 센서(60)를 통해 입력된 신호에 따라 상기 MR 유체(30')가 점성을 가질 수 있도록 전류 증폭기(70')를 통해 상기 마그네틱 코일(80)에 인가된 전류로 인한 자기장을 발생시키는 ECU(50)가 포함되어 이루어진다.
이때, 상기 MR 유체(30')는 인가되는 전류의 세기에 따라 점성이 변하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 이는 운전자의 전진 주행 또는 후진 주행시 요구되는 상기 가속 페달(10)의 감도에 따라 상기 ECU(50)로부터 상기 전류 증폭기(70')에 의한 전류의 세기를 달리함에 따라 상기 MR 유체(30')의 유체 점성이 달라져 상기 가속 페달(10)에서의 운전자의 접촉력을 느끼는 감각이 시각에 더해져 주행의 안전성 및 편의성이 증대된다.
그리고, 상기 마그네틱 코일(80)의 권선 밀도 및 권선 량을 조절하여 발생하는 자기장의 크기 및 세기가 다르게 하여 상기 MR 유체(30')의 점성 변화의 다양성을 구현할 수 있다.
상기 디스크(13)의 직경은 다양한 크기로 변경가능하여 상기 각종 차량 센서(60)로부터 입력된 정보에 따라 상기 ECU(50)에서 판단되는 요구에 따라 상기 가속 페달(10)에서의 다양한 감도를 구현할 수 있다.
상기 디스크(13)는 하나 이상 다수개 더 형성가능하여, 직경의 변화에서와 마찬가지로 상기 각종 차량 센서(60)로부터 입력된 정보에 따라 상기 ECU(50)에서 판단되는 요구에 따라 상기 가속 페달(10)에서의 다양한 감도를 구현할 수 있다.
상기 디스크(13)는 상기 페달 샤프트(11)와 일체로 형성되어 일정 강성을 가질 수 있으므로, 상기 MR 유체(30')의 점성 변화에 따라 운전자의 접촉력에 미세한 감도를 전해줄 수 있다.
상기 하우징(20)은 원통형으로서, 상기 MR 유체(30')가 인가된 전류에 따라 발생하는 자기장에 의해 보다 균일하게 점성변화를 이룰 수 있어, 운전자가 미세한 감도의 접촉력을 용이하게 느낄 수 있게 해준다.
상기 하우징(20) 및 상기 페달 샤프트(11) 사이에 밀폐 부재(23)를 더 구비하여 상기 MR 유체(30')가 상기 하우징(20) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는, 운전자가 조작하는 가속 페달에서의 접촉력이 생성되어 시각에만 의지하던 기존의 전진 주행 및 후진 주행에 비해 운전자의 안전성 및 편의성을 향상시킬 수 있으며 모터 및 유압 장치 등을 이용한 능동적 방법에 비하여 상대적으로 간단한 구조 및 저렴한 비용으로 가속 페달의 감도에 있어 더욱 우수한 성능의 구현이 가능한 이점을 갖는다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 ER 유체 또는 MR 유체를 이용한 햅틱 가속 페달(1)의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자가 전진 주행시 전진을 위한 가속을 하여 일정 속도를 초과할 경우, 상기 가속 페달(10)의 상·하 이동에 따른 상기 페달 샤프트(11)의 회전 이 동의 변화값이 상기 인코더(40)를 통해 상기 ECU(50)로 입력되고, 상기 각종 차량 센서(60) 중 속도 감지 센서로부터 측정값이 입력됨에 따라 상기 ECU(50)는 상기 가속 페달의 요구되는 감도에 따라 상기 고전압 증폭기(70)를 통해 상기 외부 전극(31) 및 내부 전극(33)에 전압을 인가시키도록 한다.
인가된 전압에 의해 상기 외부 전극(31) 및 내부 전극(33) 사이에는 전기장이 형성됨에 따라 상기 하우징(20) 내부와 상기 페달 샤프트(11) 및 상기 디스크(13) 사이에 충진되어 있는 상기 ER 유체(30)는 점성이 증대한다.
상기와 같이 상기 ER 유체(30)의 점성, 즉 유체 점성이 증가함에 따라 운전자는 상기 가속 페달(10)에서의 접촉력 즉, 감도가 이전 보다 무거워짐을 느끼게 된다.
따라서, 운전자는 시각 뿐만이 아닌 상기 가속 페달(10)에서의 접촉력 즉, 감도를 통해서 자신이 각 도로 사정에 따른 규정 속도를 초과한 것을 인식하게 되어 더이상의 가속을 중지하게 됨으로써, 기존의 시각에 의존한 운전자의 주행에 상기 가속 페달(10)에서의 접촉력에 따른 감도가 더해져 더욱 안전한 주행이 가능하며 편의성이 향상하게 되는 것이다.
또한, 상기 각종 차량 센서(60) 중 전방 또는 후방 감지센서들로부터 일정 거리 내로 다른 차량 또는 기타 사람 및 물체가 감지될 경우에도 상기 ECU(50)로부터 요구되는 감도가 판단되어 상기 고전압 증폭기(70)를 통해 전압에 따른 전기장이 형성되어 상기 ER 유체(30)의 점성이 증대하여 항복전단응력이 상승하여 상기 디스크(13)의 회전을 방해하게 된다.
따라서, 운전자는 상기 가속 페달(10)에서의 감도가 무거워짐을 느끼게 되어 시각으로도 인식할 수 없는 전방 또는 후방에서의 사각 지역에서 조차도 안전한 주행 및 편의성이 증대되어 자칫 발생할 수 있는 충돌 사고 및 안전 사고를 매우 효과적으로 예방할 수 있게 된다.
이때, 상기 디스크(13)의 외경이 크면 클수록, 상기 디스크(13)를 다수개 형성하여 상기 디스크(13) 사이의 간극의 수가 증대될수록, 같은 크기의 전압을 인가하더라도 상기 ER 유체(30)와 상기 디스크(13) 간의 토크(torque)는 더욱 커지게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예 또한 본 발명의 일 실시예와 동일한 효과를 나타낼 수 있으며, 상기와 같은 햅틱 가속 페달의 구조를 본 발명에서는 가속 페달에 적용하여 나타내었으나, 그 외에 다양한 분야에 적용이 가능하다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 ER 유체의 개념을 개략적으로 나타내는 댐퍼의 단면도,
도 2는 MR 유체의 개념을 개략적으로 나타내는 댐퍼의 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 가속 페달을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 가속 페달을 개략적으로 나타내는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1: 햅틱 가속 페달 10: 가속 페달
11: 페달 샤프트 20: 하우징
23: 밀폐 부재 30: ER 유체
30': MR 유체 40: 인코더(encoder)
50: ECU 60: 각종 차량 센서
70: 고전압 증폭기 70': 전류 증폭기
80: 마그네틱 코일

Claims (16)

  1. 자동차의 가속을 위한 가속 페달의 상·하 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 페달 샤프트의 외주면에 구비되는 디스크;
    상기 디스크의 외부를 둘러싸도록 구비되는 하우징;
    상기 디스크 및 상기 하우징 내부 사이에 충진되는 ER 유체; 및
    상기 가속 페달의 요구되는 감도에 따라 신호를 변환하는 인코더(encoder) 및 자동차 내 각종 차량 센서를 통해 입력된 신호에 따라 상기 ER 유체가 점성을 가질 수 있도록 고전압 증폭기를 통해 상기 하우징 및 상기 페달 샤프트에 전압을 인가시켜 전기장을 발생시키도록 제어하는 ECU;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스크는 원형인 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디스크는 상기 페달 샤프트의 직경 보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 디스크는 상기 페달 샤프트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 고전압 증폭기로부터 전압을 인가받는 외부 전극(outer electrode)인 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 페달 샤프트는 상기 고전압 증폭기로부터 전압을 인가받는 내부 전극(inner electrode)인 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 하우징은 원통형인 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 디스크는 하나 이상 다수개 더 형성가능한 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하우징 및 상기 페달 샤프트 사이에 밀폐 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  10. 자동차의 가속을 위한 가속 페달의 상·하 운동을 회전 운동으로 바꿔주는 페달 샤프트의 외주면에 구비되는 디스크;
    상기 디스크의 외부를 둘러싸도록 구비되는 하우징;
    상기 하우징의 외측에 구비되는 마그네틱 코일;
    상기 디스크 및 상기 하우징 내부 사이에 충진되는 MR 유체; 및
    상기 가속 페달의 요구되는 감도에 따라 신호를 변환하는 인코더(encoder) 및 자동차 내 각종 차량 센서를 통해 입력된 신호에 따라 상기 MR 유체가 점성을 가질 수 있도록 전류 증폭기를 통해 상기 마그네틱 코일에 전류를 인가시켜 자기장을 발생시키도록 제어하는 ECU;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 디스크는 원형인 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 디스크는 상기 페달 샤프트의 직경 보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 디스크는 상기 페달 샤프트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 하우징은 원통형인 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 디스크는 하나 이상 다수개 더 형성가능한 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
  16. 제10항 또는 제14항에 있어서,
    상기 하우징 및 상기 페달 샤프트 사이에 밀폐 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 ER 유체 또는 MR 유체의 햅틱 장치를 구비한 가속 페달.
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