KR20100032129A - 히스테리시스 특성 구현 타입 전자 페달 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전자 페달 장치는 페달(1)의 스트로크(Stroke)구간에서 원뿔 형상으로 이루어진 피스톤(10)의 이동 궤적에서, 제1·2 로드(11a,11b)의 탄성 변형에 따른 1차 반력과 더불어, 고무 재질 범퍼(12)의 변형에 따른 2차 반력이 발생됨에 따라, 페달(1)의 작동 유지 시 순차적으로 비 선형적인 답력을 페달(1)쪽으로 전달해주므로, 유압을 적용할 때와 같이 이질 감 없는 유사한 답력을 느낄 수 있는 히스테리시스 특성을 구현할 수 있는 특징이 있게 된다.

히스테리시스, 변형, 스프링

Description

히스테리시스 특성 구현 타입 전자 페달 장치{Hysteresis characterizing typed electro pedal device}

본 발명은 전자 페달 장치에 관한 것으로, 특히 히스테리시스 특성 구현 타입 전자 페달 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동 브레이크 장치(Brake-by-Wire System)는 운전자와 제동 륜 사이의 기계적 연결 없이, 각 차륜에 위치한 전동 캘리퍼가 전동 브레이크 전자제어장치(ECU)로부터 신호를 입력받아 각 차륜에 위치한 디스크를 잡아 줌으로서 차량의 제동을 이루는 방식이다.

이러한 전동 브레이크 장치는 기계적으로 연결되는 유압 적용 제동 장치의 페달 조작 시 운전자가 느낄 수 있는 조작 감(Pedal Feeling)인 답력 특성 즉, 부스터에서 발생하는 입/출력 특성(Jump-In과 배력, 전부하 구간 이후)에 주로 기인하는 비 선형적인 답력 형성과 더불어, 물리적으로 에너지 손실을 의미하는 반력에 따른 히스테리시스(Hysteresis)를 구현할 수 없는 특성상, 운전자에게 적절한 조작 감(Pedal Feeling)을 제공할 수 있는 특별한 장치를 적용하게 된다.

이러한 장치는 일례로, 페달 조작 시 운전자에게 적절한 조작 감(Pedal Feeling)을 제공하는 기계적 장치와 더불어, 운전자의 페달 조작 의지를 파악 할 수 있는 전기적 장치를 모두 갖추게 되며, 이는 통상적으로 페달 시뮬레이터(Pedal Simulator)라 칭하게 된다.

이와 같은 페달 시뮬레이터(Pedal Simulator)는 부스터의 입/출력 특성에 기인하는 비 선형적인 답력 형성에 비해, 페달 작동 후 해제시의 페달 답력과 페달 경로(Travel)사이의 상관 관계를 나타내는 히스테리시스 특성 구현이 그 성능을 결정하게 된다.

이러한 페달의 히스테리시스 특성은 운전자가 느끼는 페달 필링 측면에서 본다면, 운전자가 브레이크 페달을 작동시킨 후 페달에 가해지는 답력이 감소하더라도 페달의 스트로크의 감소는 발생하지 않는다는 의미가 되고 이는, 결국 히스테리시스는 페달 스트로크의 감소 없이 제거가 가능한 페달 답력의 양을 나타내기 때문이다.

이로 인해 페달 시뮬레이터에서 페달의 히스테리시스 특성을 구현하기 위해 다양한 방법 예를 들면, 복수의 스프링을 중첩해 스프링간 발생되는 마찰 저항을 이용하거나, 또는 밸브와 스프링을 사용에 따른 압력 차이를 이용하는 방식을 적용하게 된다.

하지만. 이와 같은 방식들은 가격 상승을 유발하면서 특히, 마찰에 따른 마모와 소음 발생은 물론 유압식에 비해 페달 답력에 대한 이질감을 느끼게 하는 취약함이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 전자 페달이 유압 페달이 갖는 답력 특성 곡선을 추종·비례하는 단면 형상을 갖는 피스톤을 이용해 스프링을 변형시켜 줌에 따라, 피스톤의 스트로크(Stroke)진행에 의한 스프링의 비 선형적인 답력 특성을 구현해, 유압을 적용할 때와 같이 이질 감 없는 유사한 답력을 느낄 수 있는 히스테리시스 특성을 구현할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전자 페달이 피스톤과 스프링 변형을 통해 비 선형적으로 답력을 가변 시키면서 이질 감 없는 히스테리시스 특성을 구현함에 따라, MR유체나 전자석등 원가 상승을 가져오는 값비싼 부품을 사용하지 않도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자 페달 장치가 페달 멤버에 일단이 힌지 결합되어, 힌지 결합 부위를 중심으로 각 운동되는 페달과;

상기 페달에 연동되면서 페달 복귀 력을 제공해주는 리턴 부재와 더불어, 페달에 연동되어 밀려나는 피스톤의 외주면 접촉에 따른 비 선형 탄성 변형에 의한 반력을 페달쪽으로 전달해 주는 답력 부재로 이루어진 페달 시뮬레이터;

를 포함해 구성되는 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 상기 리턴 부재는 일단이 페달쪽에 연결되고, 타단은 페달 멤버 의 제1 수용 공간으로 삽입되는 스프링 로드와, 상기 스프링 로드를 탄발 지지하는 리턴 스프링으로 구성된다.

그리고, 상기 답력 부재는 일단이 페달쪽에 연결되고, 타단은 페달 멤버의 제2 수용 공간으로 삽입되는 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드를 통해 눌려져 밑으로 내려가는 피스톤 및 밑으로 내려가는 상기 피스톤의 외주 면을 통한 접촉으로 발생된 탄성 변형이, 다시 피스톤을 통해 페달쪽으로 전해지는 반력을 생성하는 변형 로드로 구성된다.

또한, 상기 변형 로드는 피스톤으로 전달되는 반력이, 피스톤이 가하는 힘에 비해 작은 값을 갖도록 서로간에 배열되며, 상기 피스톤은 원뿔 형상을 이루고, 상기 변형 로드는 평행하게 배열되어 탄성 변형되는 2개의 제1·2 로드로 구성된다.

그리고, 상기 페달 시뮬레이터에는 피스톤의 끝단에 접촉되어 변형되어져, 반력을 페달 쪽으로 전달해 주는 범퍼가 더 구비되고, 페달의 작동 상태를 ECU가 인식하도록, ECU로 연결된 센서가 더 구비 된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 전자 페달이 페달 답입에 따른 피스톤의 스트로크(Stroke)진행으로 스프링이 비 선형적인 답력 특성을 구현하도록 해, 유압 페달을 적용하지 않고서도 유압 답력 특성 곡선을 추종·비례함에 따라, 전자 페달에서도 유압과 같은 이질 감 없는 답력을 느낄 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 전자 페달은 MR유체나 전자석의 적용 없이 유압 페달이 갖 는 답력 특성 곡선을 추종·비례해 히스테리시스 특성을 구현함에 따라, MR유체나 전자석등 과 같은 값비싼 부품 적용에 따른 원가 상승을 가져오지 않는 효과도 있게 된다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 히스테리시스 특성 구현 타입 전자 페달 장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 밟고 조작하는 페달(1)을 받쳐 주는 페달 멤버(2)사이로 답력 작용과 복귀 시, 비 선형적인 유압 특성을 추종하는 페달 시뮬레이터(4)를 구비한 전자 페달 장치이다.

이러한, 전자 페달 장치는 서스펜드(Suspended)타입이나, 플로우(Floor Mounted) 타입에 모두 적용된다.

상기 플로우 타입 전자 페달은 차량 실내 바닥에 설치된 페달 멤버(2)에 페달(1)이 힌지 결합되어져, 운전자가 밟을 때 힌지 점을 중심으로 해 전체적으로 내려가면서 작동하게 된다.

그리고, 상기 플로우 타입 전자 페달은 ECU(20)가 페달 작동을 인식하도록, 페달 멤버(2)의 측면으로 센서 브라켓(3)이 덧대어지고, 상기 센서 브라켓(3)에는 ECU(20)로 이어지는 센서(3a)가 부착된다.

이러한, 상기 센서(3a)는 통상적으로, 페달(1)의 조작과 복귀에 따른 움직임 정도를 측정하는 앵글 센서와, 페달(1)의 답력 정도를 측정하는 압력 센서로 구성된다.

또한, 상기 페달 시뮬레이터(4)는 페달 멤버(2)의 내부 공간을 구획하는 제1 수용 공간(2a)으로 설치된 리턴 부재(5)와 더불어, 제1 수용 공간(2a)에 인접된 제2 수용 공간(2b)으로 설치된 답력 부재(8)로 구성된다.

이때, 상기 리턴 부재(5)와 답력 부재(8)는 눌려지는 페달(1)이 스트로크(Stroke)를 갖도록, 페달 멤버(2)에 대해 페달(1)의 간격을 유지하는 로드를 구비한다.

이를 위해, 상기 리턴 부재(5)는 일단이 페달(1)쪽에 연결되고, 타단은 페달 멤버(2)의 제1 수용 공간(2a)으로 삽입되는 스프링 로드(6)와, 상기 스프링 로드(6)를 탄발 지지하는 리턴 스프링(7)으로 구성된다.

여기서, 상기 스프링 로드(6)는 리턴 스프링(7)에 대한 가압력을 충분히 전달하도록, 리턴 스프링(7)의 직경 보다 큰 직경을 갖는 플랜지를 끝단으로 형성한다.

이러한, 상기 리턴 부재(5)는 도 2에 도시된 바와 같이, 리턴 스프링(7)에 의해 스프링 로드(6)가 탄발 지지된 상태에서 페달(1)이 내려가게 되면, 페달 답력을 선형적으로 형성하게 된다.

즉, 페달(1)이 내려감에 따라 스프링 로드(6)에 의해 눌려지는 리턴 스프 링(7)은 도 3에 도시된 바와 같이, 거의 직선으로 증가되는 리턴 스프링 답력(a)을 발생하며, 이러한 리턴 스프링 답력(a)은 비 선형 답력 특성을 갖는 답력 부재(8)와 함께 시뮬레이터(4)의 전체적인 답력 특성을 구현하게 된다.

이와 달리, 상기 답력 부재(8)는 일단이 페달(1)쪽에 연결되고, 타단은 페달 멤버(2)의 제2 수용 공간(2b)으로 삽입되는 피스톤 로드(9)와, 상기 피스톤 로드(9)가 눌려짐에 따라, 비 선형적인 유압 특성을 추종하는 탄성 변형 단으로 구성된다.

이를 위해, 상기 탄성 변형 단은 원뿔 형상을 이루는 피스톤(10)과, 상기 피스톤(10)이 지나는 이동 궤적에 따라 페달 답력을 비 선형 답력 특성으로 1차 구현하는 변형 로드(11)로 구성된다.

여기서, 상기 피스톤(10)의 원뿔 형상 피스톤 바디(10a)는 끝단에서 최 상단 부위로 갈수록 곡선 기울기가 비 선형으로 크게 증가하는 궤적을 형성한다.

그리고, 상기 변형 로드(11)는 탄성 변형되는 2개의 제1·2 로드(11a,11b)가 평행하게 배열되며, 이러한 상기 제1·2 로드(11a,11b)의 간격은 피스톤(10)의 끝단이 갖는 최소 직경이 안쪽으로 위치될 수 있도록 유지된다.

이에 따라, 페달(1)이 눌려져 피스톤 로드(9)가 피스톤(10)을 밀어 주면, 상기 피스톤(10)이 변형 로드(11)로 밀려들어가면서 비 선형 답력을 발생시키는데, 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤(10)의 끝단이 제1·2 로드(11a,11b)사이로 밀려들어감에 따라, 제1·2 로드(11a,11b)가 양쪽으로 벌려줌에 기인한다.

즉, 상기 피스톤(10)의 원뿔 형상 피스톤 바디(10a)가 제1·2 로드(11a,11b) 사이로 진입함에 따라, 피스톤 바디(10a)의 진입 길이에 비례해 제1·2 로드(11a,11b)의 좌·우 양쪽 벌려짐도 증가하게 되며, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 변형 스프링에 의한 답력(b)과 같은 선도를 갖게 된다.

이러한 작동을 히스테리시스 측면에서 살펴보면, 피스톤(10)을 통해 제1·2 로드(11a,11b)의 탄성 변형으로 발생된 에너지인 반력은 다시 운전자에게 페달 답력으로 전달되지만, 제1·2 로드(11a,11b)의 반력은 피스톤(10)과의 접촉면에 수직한 방향으로 작용하므로, 페달(1)쪽으로는 제1·2 로드(11a,11b)의 반력이 모두 다 전달되지 않게 된다.

일례로, 피스톤(1)과 제1·2 로드(11a,11b)가 접촉하는 점에서 피스톤(10)의 단면 형상과 축 방향이 일정 각도 a를 형성하고, 제1·2 로드(11a,11b)의 반력을 F라 할 때, 피스톤(10)의 축 방향으로 전달되는 실제적인 반력이 F*sina 와 같이 더 작은 값을 갖게 된다.

이러한, 반력 감소로 인해 페달 작동 시 발생하는 반력에 비하여, 페달 작동 상태 유지 시 발생하는 반력이 작아지게 되고, 이는 도 3과 같은 변형 스프링에 의한 답력(b)선도를 형성하면서 히스테리시스 특성을 자연스럽게 구현하게 된다.

그리고, 변형 스프링에 의한 답력(b)과 같은 선도를 발생하는 제1·2 로드(11a,11b)의 작용은, 양쪽이 고정된 빔(Beam)의 중앙 부위를 눌러줄 때 발생되는 변형(굽힘) 에너지와 동일한 원리로서, 이와 같은 변형 에너지는 빔 지지점과 빔 재질 및 빔 직경에 의한 탄성계수와 관성 모멘트 등이 결정된 상태에서 가해지는 힘 즉, 피스톤(10)이 내려가면서 가하는 힘에 따라 결정된다.

이로 인해, 상기 변형 로드(11)에서 발생하는 변형 스프링에 의한 답력(b) 선도는 피스톤(10)의 형상에 의존되고, 이는 피스톤(10)이 갖는 형상 변경을 통해 변형 스프링에 의한 답력(b) 선도를 변화시킴을 의미하므로, 시뮬레이터(4)의 비 선형 답력 특성에 대한 튜닝(Tuning)을 피스톤(10)의 형상 변경을 통해 할 수 있는 장점이 있게 된다.

또한, 상기 변형 로드(11)는 본 실시 예에서는 제1·2 로드(11a,11b)와 같이 2개를 한 쌍으로 하였지만, 2개 이상으로 다수로 구성할 수 있게 된다.

이와 더불어, 상기 제1·2 로드(11a,11b)는 탄성 변형을 위해 양 끝단이 고정되는데, 이는 다양한 방식으로 고정되는 구조를 갖으며 일례로, 도 2에 도시된 바와 같이 페달 멤버(2)의 제2 수용공간(2b)을 형성하는 지지 브라켓(13)을 이용해 고정될 수 있다.

이때, 상기 지지 브라켓(13)에는 제1·2 로드(11a,11b)가 끼워질 수 있는 홀이 뚫려지게 된다.

이에 더해, 상기 탄성 변형 단에는 변형 로드(11)를 지난 피스톤(10)의 끝단에 의해 접촉됨에 따라, 페달 답력을 비 선형 답력 특성으로 2차 구현하는 범퍼(12)가 더 구비된다.

이와 같은, 상기 범퍼(12)는 페달 멤버(2)의 제2 수용공간(2b)으로 고정되며, 피스톤(10)의 끝단 부위가 접촉되도록 피스톤(10)이 갖는 이동 궤적에 일치되는 위치를 갖게 된다.

또한, 상기 범퍼(12)는 피스톤(10)이 제1·2 로드(11a,11b)를 지난 후, 지속 적으로 밀려 내려가는 피스톤(10)의 끝단 부위가 접촉되면서 탄성 변형되도록 고무 재질로 이루어진다.

이에 따라, 페달(1) 작동에 따라 피스톤(10)이 제1·2 로드(11a,11b)를 지나면서 1차적인 페달 답력을 전달함과 더불어, 상기 제1·2 로드(11a,11b)를 지난 후에도 피스톤(10)은 다시 운전자에게 2차적인 페달 답력을 전달해 주게 된다.

이러한, 2차적인 페달 답력은 도 3에 도시된 바와 같이, 변형 스프링에 의한 답력(b) 선도를 지난 후, 제1·2 로드(11a,11b)를 통한 반력과 범퍼(12)의 탄성 변형을 통한 반력인 변형 스프링과 고무 범퍼에 의한 답력(c) 선도를 발생하게 되고, 이로 인해 페달(1)의 작동 스트로크(Stroke) 전 구간을 통해 유압과 같이 비 선형 답력 특성을 구현해, 운전자는 이질감이 없는 답력을 느끼면서 페달을 조작할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 히스테리시스 특성 구현 타입 전자 페달 장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 전자 페달 장치의 페달 작동에 의한 히스테리시스 특성 구현도

도 3은 본 발명에 따른 전자 페달 장치의 히스테리시스 선도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 페달 2 : 페달 멤버

2a : 제1 수용 공간 2b : 제2 수용 공간

3 : 센서 브라켓 3a : 센서

4 : 페달 시뮬레이터

5 : 리턴 부재 6 : 스프링 로드

7 : 리턴 스프링 8 : 답력 부재

9 : 피스톤 로드 10 : 피스톤

10a : 피스톤 바디 11 : 변형 로드

12 : 범퍼 13 : 지지 브라켓

20 : ECU

Claims (7)

1. 페달 멤버(2)에 일단이 힌지 결합되어, 힌지 결합 부위를 중심으로 각 운동되는 페달(1)과;

   상기 페달(1)에 연동되면서 페달 복귀 력을 제공해주는 리턴 부재(5)와 더불어, 페달(1)에 연동되어 밀려나는 피스톤(10)의 외주면 접촉에 따른 비 선형 탄성 변형에 의한 반력을 페달(1)쪽으로 전달해 주는 답력 부재(8)로 이루어진 페달 시뮬레이터(4);

   를 포함해 구성되는 것을 특징으로 하는 히스테리시스 구현 타입 전자 페달 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 페달 시뮬레이터(4)에는 피스톤(10)의 끝단에 접촉되어 변형되어져, 반력을 페달(1)쪽으로 전달해 주는 범퍼(12)가 더 구비되고, 페달(1)의 작동 상태를 ECU(20)가 인식하도록, ECU(20)로 연결된 센서(3a)가 더 구비 된 것을 특징으로 하는 히스테리시스 구현 타입 전자 페달 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 리턴 부재(5)는 일단이 페달(1)쪽에 연결되고, 타단은 페달 멤버(2)의 제1 수용 공간(2a)으로 삽입되는 스프링 로드(6)와, 상기 스 프링 로드(6)를 탄발 지지하는 리턴 스프링(7)으로 구성된 것을 특징으로 하는 히스테리시스 구현 타입 전자 페달 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 답력 부재(8)는 일단이 페달(1)쪽에 연결되고, 타단은 페달 멤버(2)의 제2 수용 공간(2b)으로 삽입되는 피스톤 로드(9)와, 상기 피스톤 로드(9)를 통해 눌려져 밑으로 내려가는 피스톤(10) 및 밑으로 내려가는 상기 피스톤(10)의 외주 면을 통한 접촉으로 발생된 탄성 변형이, 다시 피스톤(10)을 통해 페달(1)쪽으로 전해지는 반력을 생성하는 변형 로드(11)로 구성된 것을 특징으로 하는 히스테리시스 구현 타입 전자 페달 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 변형 로드(11)는 피스톤(10)으로 전달되는 반력이, 피스톤(10)이 가하는 힘에 비해 작은 값을 갖도록 서로간에 배열되는 것을 특징으로 하는 히스테리시스 구현 타입 전자 페달 장치.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 피스톤(10)은 원뿔 형상을 이루고, 상기 변형 로드(11)는 평행하게 배열되어 탄성 변형되는 2개의 제1·2 로드(11a,11b)로 구성된 것을 특징으로 하는 히스테리시스 구현 타입 전자 페달 장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1·2 로드(11a,11b)는 페달 멤버(2)의 제2 수용공간(2b)을 형성하는 지지 브라켓(13)을 이용해 양쪽이 고정되는 것을 특징으로 하는 히스테리시스 구현 타입 전자 페달 장치.

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