KR20170045231A - 웜 기어를 구비한 액티브 가속 페달 - Google Patents

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KR20170045231A
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pedal
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worm gear
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라이너 슈바인푸르트
우도 지버
다니엘 헤닝
브예른 노아크
밀로스 흘라브카
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 피벗 축(21)을 중심으로 피벗 가능하게 배치된 페달(20)을 갖는 페달 유닛(2), 및 전기 구동 장치(5)와 웜 기어(4)를 갖는 액추에이터 유닛(3)을 포함하는 차량의 액티브 가속 페달에 관한 것이고, 상기 웜 기어(4)는 웜(40)과 피동 웜 요소(41)를 포함하며, 상기 전기 구동 장치(5)와 상기 페달 유닛(2) 사이에 배치된다. 상기 액추에이터 유닛(3)은, 제어 유닛(10)의 신호를 기초로, 페달(20)에 가해지는 페달력에 대항하는 힘을 가하도록 설계된다.

Description

웜 기어를 구비한 액티브 가속 페달{ACTIVE ACCELERATOR PEDAL COMPRISING A WORM GEAR}
본 발명은 웜 기어를 구비한 차량의 액티브 가속 페달에 관한 것이다.
운전자에게 차량 상태 및 상태 변화에 대한 햅틱 피드백을 주어 위험을 지시하거나 또는 소비 최적화된 주행에 대한 지시를 하기 위해, 차량의 페달이 사용될 수 있다. 피드백은 예를 들어, 페달에 대한 대항력으로서 제공될 수 있으며, 상황에 따라, 다양한 실시 형태를 예를 들어, 맥동으로 또는 진동으로 또는 힘 임계값으로서 갖는다. 페달에 가해지는 대항력은 10 내지 15 N의 범위 내에 있으며, 특정 상황에서는 대항력이 영구적으로도 제공된다. DE 102011054655 A1은 예를 들어 전기 모터에 의해 대항력이 가해지고 비스듬한 톱니 기어를 통해 페달로 전달되는, 액티브 가속 페달을 개시하고 있다. 그러나 이 액티브 가속 페달은 이 디자인에 의해 매우 큰 설치 공간을 차지한다. 그러나 특히 차량의 발 공간에서는 설치 공간이 제한되며, 가능한 한 효과적으로 사용되어야 한다.
본 발명의 과제는 작은 설치 공간을 필요로 하고 매우 간단하고 비용 효율적으로 구성되는 액티브 가속 페달을 제공하는 것이다.
청구항 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 차량의 액티브 가속 페달은 단지 작은 설치 공간이 필요하고 가속 페달이 매우 간단하고 비용 효율적으로 구성된다는 장점을 갖는다. 또한, 본 발명에 따라 액티브 가속 페달 기능들의 높은 가용성이 보장될 수 있다. 이는 본 발명에 따라 액티브 가속 페달이 페달 유닛 및 액추에이터 유닛을 포함함으로써 달성된다. 페달 유닛은 피벗 축을 중심으로 피벗 가능하게 배치된 페달을 포함한다. 액추에이터 유닛은 전기 구동 장치, 특히 전자 정류된 직류 모터, 및 웜과 피동 웜 요소를 갖는 웜 기어를 포함한다. 웜 기어는 전기 구동 장치와 페달 유닛 사이에 배치된다. 액추에이터 유닛은 또한 페달에 (예를 들어 사람에 의해) 가해지는 페달력에 대항하는 대항력을 가하도록 설계된다. 따라서, 운전자에게 예를 들어 저연비 주행에 대한 또는 하이브리드 차량에서 전기 구동 장치로부터 내연기관으로 전환되는 한계점에 대한 페달을 통한 햅틱 피드백이 제공될 수 있다. 웜 기어는 또한 특정 자기 잠금의 장점을 갖기 때문에, 낮은 전류 소비에서도 대항력의 생성을 위한 액추에이터 유닛의 위치들이 유지된다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선들을 제시한다.
바람직하게는, 웜 기어는 정확히 하나의 웜 및 정확히 하나의 피동 웜 요소, 특히 웜 휠을 가지고 일단으로 설계된다. 이로 인해, 작은 설치 공간이 보장될 수 있다. 각각의 조건에 대한 웜 기어의 조정에 의해, 일단의 웜 기어가 사용될 수 있다. 2단 또는 다단의 웜 기어도 제공될 수 있고, 단의 증가에 따라 웜 기어의 자기 잠금이 더 강해진다.
페달의 피벗 축과 웜 휠의 중심 축이 일치하면, 더 양호한 컴팩트화가 달성된다. 특히 바람직하게는 웜 휠이 페달의 피벗 축 상에 꽂히면, 페달 유닛 내에 웜 기어의 양호한 통합이 가능해진다.
더 바람직하게는 페달 유닛이 제 1 스토퍼를 포함하며 액추에이터 유닛은 제 2 스토퍼를 포함한다. 상기 2개의 스토퍼는 액추에이터 유닛에 의해 제공된 대항력을 페달 유닛으로 전달하기 위해 제공된다. 이 경우, 간단하며 견고한 힘 전달이 가능해진다. 특히 바람직하게는 하나의 스토퍼에 또는 2개의 스토퍼에 댐핑을 위한 탄성 요소가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 액티브 가속 페달은 웜 기어와 페달 사이에 작용 연결 방식으로 배치된 스프링 요소를 더 포함한다. 스프링 요소는 액추에이터 유닛에 의해 가해지는 힘과 함께 소정 대항력에 부가되는 추가의 힘을 제공할 수 있다. 스프링 요소는 압축 스프링 또는 토션 스프링인 것이 바람직하다. 스프링 요소의 다른 장점은 스프링 요소가 진동을 흡수하여 댐핑 특성을 가지므로 운전자가 페달 상에서 바람직하지 않은 진동 등을 감지하지 못한다는 것이다.
더 바람직하게는, 액티브 가속 페달이 제 1 및 제 2 거리 센서를 포함한다. 제 1 거리 센서는 웜 기어에 연결된 액추에이터 유닛의 가동 부품의 위치를 결정한다. 제 2 거리 센서는 페달 유닛의 페달의 위치를 결정한다. 페달 유닛과 액추에이터 유닛 사이에 스프링 요소의 사용 시, 페달 위치와 액추에이터 위치 사이의 차이를 통해 페달에 소정 대항력이 설정될 수 있는데, 그 이유는 상기 위치들이 스프링 요소에 의해 제공되는 대항력을 규정하기 때문이다. 따라서, 힘 설정 또는 힘 조절은 순수한 위치 조절을 나타내므로, 제어 유닛이 매우 간단하고 비용 효율적으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따라, 웜 기어와 페달 유닛 사이에 자유 경로가 존재하고, 상기 자유 경로를 되돌아 온 후에야 페달 유닛에 대항하는 대항력이 가해질 수 있다. 따라서, 액추에이터 유닛은 처음에는 페달에 대한 대항력이 먼저 생성되지 않은 채로 작동될 수 있다. 미리 정해진 자유 경로를 되돌아 온 후에야 페달에 대한 대항력의 생성이 이루어진다. 이로 인해, 대항력의 생성 시 소정 지연이 간단히 구현될 수 있다.
더 바람직하게는, 피동 웜 요소가 페달 유닛의 하우징 내에 배치된다. 이로 인해, 매우 컴팩트한 구성이 달성될 수 있다. 하우징은 바람직하게는 창을 포함하고, 상기 창을 통해 웜이 삽입되어 웜 요소와 맞물릴 수 있다. 이로 인해 액티브 가속 페달의 컴팩트화가 더 증가될 수 있다.
더 바람직하게는 웜 기어가 내부 톱니부를 갖는 웜 휠을 포함하고, 상기 웜은 웜 휠의 내부에 배치된다. 이로 인해서도 추가 컴팩트화가 달성될 수 있다. 마찬가지로 더 바람직하게는 웜 휠이 외부 톱니부를 포함한다. 이 경우, 웜은 외부 휠의 원주를 따라 임의의 위치에 배치될 수 있으므로, 웜 및 상기 웜과 연결된 전기 구동 장치의 배치와 관련해서 최대 유연성이 달성된다.
대안으로서 웜 기어는 웜 요소를 포함하고, 상기 웜 요소는 축 방향으로 향한 웜 톱니부를 포함하고, 상기 웜 톱니부는 웜과 맞물린다. 이로 인해서도, 액티브 가속 페달의 부품들의 가능한 배치와 관련해서 추가의 대안들이 얻어진다.
또한, 가속 페달은 액추에이터 유닛을 작동시키기 위한 제어 유닛을 포함하고, 상기 액추에이터 유닛은 제어 유닛의 신호를 기초로, 페달에 가해지는 페달력에 대항하는 대항력을 가하도로 설계된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 참고로 상세하게 설명된다. 동일하거나 기능적으로 동일한 부분들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 액티브 가속 페달의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 액티브 가속 페달의 개략도이며,
도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 액티브 가속 페달의 분해도이고,
도 4는 도 3의 액티브 가속 페달의 단면도이며,
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 액티브 가속 페달의 개략도이고,
도 6은 도 5의 액티브 가속 페달의 개략적인 평면도이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 액티브 가속 페달(1)이 상세하게 설명된다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 액티브 가속 페달(1)은 페달 유닛(2) 및 액추에이터 유닛(3)을 포함한다. 페달 유닛(2)과 액추에이터 유닛(3) 사이의 경계는 페달 유닛의 제 1 스토퍼(6) 및 액추에이터 유닛의 제 2 스토퍼(7)에 의해 규정된다.
페달 유닛(2)은 풋(24)에 의해 작동될 수 있는 페달(20)을 포함한다. 그러나 페달은 완전히 다르게, 예를 들어 손으로, 또는 "운전자"로서 기능 하며 대항력 검출 센서를 포함하는 로봇에 의해 작동될 수 있다. 페달(20)은 피벗 축(21)을 중심으로 피벗 가능하다. 이 실시 예에는, 스탠딩 페달이 도시되어 있지만, 교수형 페달도 사용될 수 있다. 페달(20)은 바아 장치(9)를 통해 제 1 및 제 2 리셋 요소(11, 12)(안전상의 이유 때문에 중복 구현됨)에 연결된다. 최대 페달 이동 거리(15)는 아이들 스토퍼(13)와 전부하 스토퍼(14) 사이로 규정된다(도 1 참조).
제 1 거리 센서(16)는 바아 장치(9)의 이동 거리에 걸쳐 페달(20)의 위치를 검출한다.
액추에이터 유닛(3)은 전기 구동 장치(5) 및 웜 기어(4)를 포함한다. 웜 기어는 일단으로 설계되고 소정의 자기 잠금을 갖는다. 웜 기어(4)는 도 1에 래크로서 개략적으로만 도시된 피동 웜 요소(41) 및 웜(40)을 포함한다. 피동 웜 요소(41)에는 제 2 스토퍼(7)가 배치된다. 제 1 스토퍼(6)는 바아 장치(9) 상에 배치된다. 제 2 거리 센서(17)는 웜 요소(41)의 위치를 결정한다.
정상 작동 중에, 운전자는 발(24)로 페달(20)을 작동시킴으로써, 제어 유닛(10)은 제 1 거리 센서(16)에 의해 검출될 수 있는 페달 이동 거리 또는 페달 위치에 따라 차량의 구동 장치를 제어한다. 이 경우, 액추에이터 유닛(3)은 비활성화 상태에 있고, 완전히 후퇴됨으로써, 페달 유닛(2)의 제 1 스토퍼(6)가 액추에이터 유닛(3)의 제 2 스토퍼(7)와 접촉할 수 없다.
액티브 가속 페달이 예를 들어 차량의 연료 절감 위치에 있어야 하면, 제어 유닛(10)에 의해 전기 구동 장치(5)가 작동됨으로써(화살표 A), 제 2 스토퍼(7)가 웜 기어(4)를 통해 화살표 B 방향으로 이동된다. 제 1 스토퍼(6)가 제 2 스토퍼(7)와 접촉하면, 운전자가 의식적으로 페달(20)에서 감지하는 대항력이 생성된다. 접촉의 댐핑을 위해, 제 1 스토퍼(6)와 제 2 스토퍼(7) 사이에 탄성 중합체 요소(8)가 제공된다. 생성된 대항력은 예를 들어 10 내지 15 N의 범위이다.
운전자는 스토퍼(6)가 스토퍼(7)와 접촉할 정도로 바아 장치(9)가 이동될 때까지만(화살표 D) 페달(20)을 가압할 수 있다(화살표 C). 운전자가 페달을 더 세게 누르면, 웜 기어(4)의 자기 잠금이 극복됨으로써, 스토퍼(6)가 웜 요소(41)를 이동 방향 B와 반대 방향으로 그리고 제공되는 대항력에 대항해서 이동시킨다.
액추에이터 유닛(3)이 화살표 B의 방향으로만 작용함으로써, 액추에이터 유닛이 가속되어 작용할 수 없고 페달(20)은 아이들 위치의 방향으로만 힘을 받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 액티브 가속 페달(1)을 도시한다. 제 2 실시 예는 제 1 실시 예에 실질적으로 상응한다. 제 1 실시 예와는 달리, 제 1 스토퍼(6)와 제 2 스토퍼(7) 사이에 결합 스프링(18)이 배치된다. 이 실시 예에서 결합 스프링은 선형 압축 스프링이다. 페달 유닛(2) 및 액추에이터 유닛(3)이 서로 독립적으로 이동되고 각각의 위치가 제 1 거리 센서(16) 또는 제 2 거리 센서(17)에 의해 검출되기 때문에, 스트링 특성 곡선에 따라, 결합 스프링(18)의 장력의 정도는 운전자가 페달(20)에서 추가로 감지하는 대항력이다. 위치들이 거리 센서들에 의해 결정되기 때문에, 페달 위치 또는 액추에이터 위치에 의해 소정 대항력이 설정될 수 있다. 이로 인해, 대항력의 설정은 순수한 위치 조절을 나타낼 수 있다. 결합 스프링(18)은 추가로 페달(20)에서 운전자에게 불쾌한 감정을 야기할 수 있는 진동 등을 댐핑시킨다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 액티브 가속 페달이 상세하게 설명된다.
제 3 실시 예는 제 2 실시 예에 실질적으로 상응하고, 재차 결합 스프링(18)은 페달 유닛(2)과 액추에이터 유닛(3) 사이에 제공된다. 제 3 실시 예에서, 결합 스프링(18)은 원통형 토션 스프링으로서 형성된다. 또한, 웜 휠로서 형성된 웜 요소(41)는 페달(20)의 피벗 축(21)에 대해 동축으로 배치된다(도 4). 웜 요소(41)는 이 경우 페달 유닛(2)의 하우징(22) 내에 완전히 배치된다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 이 실시 예는 추가로 자유 경로(50)를 포함한다. 자유 경로(50)는, 페달 이동에 대한 대항력이 생성될 수 있을 때까지, 액추에이터 유닛(3)이 먼저 미리 정해진 이동 거리에 걸쳐 작동되어야 하는 것을 보장한다. 스프링 단부(19)가 웜 요소(41) 상의 스토퍼(7)(도 4 참고)에 접촉할 때야 비로소, 액추에이터 유닛(3)에 의해 대항력이 생성된다. 도 3 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시 예는 특히 컴팩트하게 구성된다. 웜 기어(4)의 웜(40)도 페달 유닛(2)의 하우징(22) 내에 완전히 배치된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 액티브 가속 페달(1)을 도시한다. 이 실시 예에서도 페달 유닛(2)과 액추에이터 유닛(3) 사이의 자유 경로(50)가 제공된다. 또한, 페달 유닛(2)의 하우징(22) 내에 창(23)이 제공된다. 상기 창(23)은 창(23) 내로 부분적으로 돌출하는 웜(40)이 웜 휠로서 설계된 웜 요소와 맞물릴 수 있도록 하기 위해 사용된다. 이로 인해, 페달 유닛(2)의 특히 컴팩트한 하우징(22)이 제공된다. 또한, 하우징(22) 내에 창(23)을 갖는 해결책에 의해, 창(23)의 다른 위치를 가진 다른 하우징이 간단히 제공되고 상응하게 전기 구동 장치(5)가 배치됨으로써, 페달 유닛(2)은 각각 상이한 차량 제조업자에 간단히 매칭될 수 있다.
2 페달 유닛
3 액추에이터 유닛
4 웜 기어
5 구동 장치
10 제어 유닛
16, 17 거리 센서
18 스프링 요소
19 스프링 단부
20 페달
21 피벗 축
22 하우징
23 창
40 웜
41 피동 웜 요소
50 자유 경로

Claims (12)

  1. 차량의 액티브 가속 페달로서,
    - 피벗 축(21)을 중심으로 피벗 가능하게 배치된 페달(20)을 갖는 페달 유닛(2), 및
    - 전기 구동 장치(5) 및 웜 기어(4)를 갖는 액추에이터 유닛(3)을 포함하고, 상기 웜 기어(4)는 웜(40) 및 피동 웜 요소(41)를 포함하며,
    - 상기 웜 기어(40)는 상기 전기 구동 장치(5)와 상기 페달 유닛(2) 사이에 배치되고,
    - 상기 액추에이터 유닛(3)은 상기 페달에 가해지는 페달력에 대항하는 대항력을 가하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웜 기어(4)는 정확히 하나의 웜과 정확히 하나의 웜 휠을 가지고 일단으로 설계되는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 웜 요소(41)는 웜 휠인 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 페달(20)의 피벗 축(21)과 상기 웜 휠의 중심 축이 일치하는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터 유닛(3)에 의해 제공되는 대항력을 상기 페달 유닛(2)으로 전달하기 위해, 상기 페달 유닛(2)은 제 1 스토퍼(6)를 포함하며 상기 액추에이터 유닛(3)은 제 2 스토퍼(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가속 페달은 상기 웜 기어(4)와 상기 페달(20) 사이에 작용 연결 방식으로 배치된 스프링 요소(18)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 스프링 요소는 압축 스프링 또는 토션 스프링인 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가속 페달은 제 1 거리 센서(16) 및 제 2 거리 센서(17)를 포함하고, 상기 제 1 거리 센서(16)는 상기 액추에이터 유닛의 가동 부품, 특히 피동 웜 요소(41)의 위치를 결정하고, 상기 제 2 거리 센서(17)는 상기 페달(20)의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웜 기어(4)와 상기 페달 유닛(2) 사이에 자유 경로(50)가 제공되고, 상기 자유 경로(50)를 되돌아 온 후에야 상기 페달 유닛(2)에 대항하는 상기 액추에이터 유닛(3)의 대항력이 가해질 수 있는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웜 요소(41)는 상기 페달 유닛의 하우징(22) 내에 배치되고, 상기 하우징(22)은 창(23)을 포함하며, 상기 창(23)을 통해 상기 웜이 상기 웜 요소(41) 내로 맞물리는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  11. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자유 경로는 상기 스프링 요소(18)의 스프링 단부(19)와 상기 웜 기어(4) 상의 스토퍼(42) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가속 페달은 상기 액추에이터 유닛(3)을 작동시키기 위한 제어 유닛(10)을 더 포함하고, 상기 액추에이터 유닛(3)은 상기 제어 유닛(10)의 신호를 기초로, 상기 페달에 가해지는 페달력에 대항하는 대항력을 가하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 액티브 가속 페달.
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