KR20190081295A - 차량 페달 장치 - Google Patents

Abstract

히스테리시스 효과를 제공하는 차량 페달 장치가 개시된다.
상기 차량 페달 장치는, 차량에 고정되는 하우징과, 상기 하우징에 대해 변위될 수 있도록 설치되는 페달 부재와, 상기 페달 부재와 연결되고 상기 페달 부재의 변위에 따라 발생되는 스트로크를 전달하는 커넥팅 로드와, 상기 하우징 내에서 수용되고, 상기 전달된 스트로크에 따라 회동하면서 상기 하우징의 일측에 대해 마찰력을 발생시키는 회동 캐리어와, 상기 회동 캐리어가 회동할 때 상기 회동의 반대 방향으로 복원 탄성력을 제공하는 토션 스프링으로 이루어진다.
이 때, 상기 회동 캐리어가 회동하는 회전축과 상기 토션 스프링의 정렬 축은 동축 상에 위치한다.

Description

차량 페달 장치{Vehicle pedal apparatus}

본 발명은 차량 페달 장치에 관한 것으로, 전체적으로 간소화된 구조로도 안정적인 히스테리시스(hysteresis) 효과를 제공하는 차량 페달 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에 구비된 가속 페달(accelerator pedal)은 운전자가 상기 페달을 밟는 힘(답력)에 의해 엔진에 흡입되는 공기량이나 엔진에 분사되는 연료량을 조절하여 차량을 가속시키는 장치이다. 운전자가 상기 가속 페달을 밟는 경우, 그 답력이 링크 또는 케이블 등을 매개로 엔진의 밸브 장치에 직접 전달되어 차량의 속도가 조절되거나, 상기 답력에 의해 발생되는 페달의 스트로크를 센서가 감지하여 ECU로 전달하여 전자식으로 차량의 속도가 조절될 수 있다.

한편, 이와 같은 가속 페달은 운전자가 페달을 밟을 때(페달 작동시)의 답력과, 운전자가 페달에서 발을 뗄 때(페달 해제시) 상기 페달로부터 운전자의 발에 가해지는 반력의 크기를 서로 다르게 할 필요가 있다. 이는 페달 작동시에는 보다 큰 답력을 요구함으로써 페달 조작시 안정성을 높이고, 페달 해제시에는 반력의 크기를 낮추어 운전자의 피로감을 줄여 주기 위함이다. 이와 같이, 페달 작동시와 페달 해제시의 비대칭성 내지 히스테리시스(hysteresis) 효과는 차량 페달 장치의 작동 및 해제에 있어서 비가역 사이클(Irreversible cycle)을 형성한다.

도 1은 가속 페달에서 발생하는 마찰력에 의해 발생하는 히스테리시스 효과를 나타내는 그래프이다. 여기서 라인(a)는 가속 페달의 작동 및 해제시 마찰력이 0인 경우(즉 히스테리시스 효과가 없는 경우)에 페달의 스트로크(답입량)에 따른 페달의 반력(N)을 나타낸다. 이 때에는 마찰이 없기 때문에 페달 작동시에는 위치 1에서 위치 2로 변위하고, 페달 해제시에는 위치 2에서 위치 1로 복귀하기 때문에 가역 사이클(1-2-1)을 형성한다. 다만, 운전자는 페달 해제시에도 페달 작동시와 동일한 반력(N)을 받게 된다.

한편, 히스테리시스 효과를 제공하기 위해 0이 아닌 마찰력이 작용하는 경우에는 도시된 바와 같은 비가역 사이클(3-4-5-6)이 형성된다. 따라서, 페달 작동시에는 라인(b)와 같이 페달의 탄성 저항력뿐만 아니라 상기 마찰력을 넘어서는 상대적으로 큰 답력이 필요하다. 반면에, 페달 해제시에는 상기 마찰력이 상기 탄성 저항력을 어느 정도 상쇄하므로, 라인(c)와 같이 페달로부터 운전자의 발에 가해지는 반력이 상기 마찰력이 작용하지 않을 때 보다 감소된다. 그 결과, 운전자가 가속 페달 조작시 느끼는 피로감이 감소될 수 있다. 이 때에는 비가역 사이클(3-4-5-6)을 거치는 동안 음영으로 표시된 면적만큼의 에너지 손실(상기 마찰력에 의한 열손실, 마모 등)이 발생한다.

이와 같이, 운전자의 편의를 위한 히스테리시스 효과는 통상적인 차량의 가속 페달 장치에 적용되며, 상기 가속 페달 장치는 페달 작동시 또는 해제시 인위적인 마찰을 유발하는 마찰 기능을 구비한다.

상기 마찰 기능을 구현하기 위하여, 종래의 히스테리시스 발생 구조에는 많은 수의 부품이 필요하거나 그 구성이 복잡하여 고장의 우려가 크고, 가속 페달 작동시 상대적으로 큰 소음이 발생하고, 완성된 가속 페달 장치가 차량 내의 큰 공간을 차지한다는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 마찰 부재에 탄성력이 직접적으로 작용하게 하여 충분한 마찰력에 의해 히스테리시스 효과를 발생시킬 수 있는, 차량 페달 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 구성 부품의 수를 최소화하여 구조를 단순화하고 아울러 조립 공정을 간소화하여 제조 비용이 감소되는, 차량 페달 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 언급 된 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 차량 페달 장치는, 차량에 고정되는 하우징; 상기 하우징에 대해 변위(變位)될 수 있도록 설치되는 페달 부재; 상기 페달 부재와 연결되고 상기 페달 부재의 변위에 따라 발생되는 스트로크를 전달하는 커넥팅 로드; 상기 하우징 내에서 수용되고, 상기 전달된 스트로크에 따라 회동하면서 상기 하우징의 일측에 대해 마찰력을 발생시키는 회동 캐리어; 및 상기 회동 캐리어가 회동할 때 상기 회동의 반대 방향으로 복원 탄성력을 제공하는 토션 스프링을 포함하되, 상기 회동 캐리어가 회동하는 회전축과 상기 토션 스프링의 정렬 축은 동축 상에 위치한다.

상기 회동 캐리어는 단부가 상기 커넥팅 로드와 연결되는 레버부; 상기 커넥팅 로드의 스트로크에 의한 상기 레버부의 작동에 따라 상기 하우징 내에서 회동하는 회동부; 및 상기 회동부의 아크면(arc surface) 상에 설치되고, 상기 하우징의 마찰면과 접촉하면서 상기 레버부의 작동시 상기 마찰면에 대해 마찰력을 발생시키는 마찰 부재를 포함한다. 상기 레버부의 작동시 상기 걸림 돌기가 상기 지지대에 접근하면서 상기 토션 스프링이 압축된다. 이 때, 상기 회동 캐리어의 회동은 하우징 내에 설치된 별도의 축지지 부재 없이도, 상기 토션 스프링 및 상기 하우징의 마찰면에 의해 가이드 된다.

상기 마찰 부재는 상기 하우징의 횡방향으로 배치되는 제1 마찰 부재와 제2 마찰 부재를 포함하며, 상기 제1 마찰 부재와 상기 제2 마찰 부재 사이에는 단차가 형성되어 있어서 상기 제1 마찰 부재의 외경이 상기 제2 마찰 부재의 외경보다 크다. 마찬가지로, 상기 하우징의 마찰면은 상기 제1 마찰 부재에 대응하는 제1 마찰면과, 상기 제2 마찰 부재에 대응하는 제2 마찰면을 포함하고, 상기 제1 마찰면이 상기 제2 마찰면보다 낮게 위치한다.

또한, 상기 회동부는 상기 회동부의 회동 중심축을 따라 축방향으로 연장되는 연장 샤프트를 포함하고, 상기 하우징의 일측에는 상기 연장 샤프트의 회동량을 감지하는 센서 회로부가 구비되며, 상기 연장 샤프트의 외주면에 상기 토션 스프링이 삽입된다. 여기서, 상기 센서 회로부는 상기 연장 샤프트와 상기 축방향으로 결합되는 마그넷 수용부; 상기 마그넷 수용부 내에 상기 회동 중심축의 원주 방향으로 배치되는 적어도 하나 이상의 마그넷; 및 회로 기판 상에 배치되고 상기 적어도 하나 이상의 마그넷의 회동량을 감지하는 센서를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 토션 스프링의 탄성력이 마찰 부재와 동축 상에서 상기 마찰 부재에 직접 작용하므로, 상대적으로 큰 마찰력을 발생시켜 효율적으로 히스테리시스 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 회동 캐리어의 회전을 지지하기 위한 샤프트 부재와 샤프트 지지 요소, 및 상기 회동 캐리어에 충분한 힘을 전달하기 위한 별도의 레버 구조를 필요로 하지 않기 때문에, 차량 페달 장치의 부품을 단순화하여 조립성을 크게 개선하고 이에 따른 생산성 향상 및 원가 절감을 도모할 수 있다.

도 1은 히스테리시스 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 페달 장치의 조립 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 차량 페달 장치의 분해 사시도이다.
도 2c는 도 2a의 차량 페달 장치 중에서 페달 부재를 배면 쪽에서 도시한 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 페달 장치 중에서 하우징 커버를 제거한 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 차량 페달 장치에서 페달 부재를 제거한 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회동 캐리어에 2개의 토션 스프링을 장착하는 형태를 예시하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징 본체에 회동 캐리어를 삽입하는 형태를 예시하는 도면이다.
도 5a는 도 3b의 사시도를 상측에서 바라 본 평면도이다.
도 5b는 도 5a를 A-A'를 따라 절취한 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회동 캐리어의 세부 구성을 보다 자세히 보여주기 위한 우측면도이다.
도 6b는 도 6a의 회동 캐리어에 대한 상측 사시도이다.
도 6c는 도 6a의 회동 캐리어에 대한 하측 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징 본체의 내부 구조를 보다 자세히 도시하기 위한 사시도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 하우징 본체의 우측면도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 회로부를 도시한 사시도이다.
도 8b 및 도 8c는 도 8a의 센서 회로부에서 케이스를 제거하고 서로 다른 바른 방향에서 바라 본 사시도들이다.
도 9a는 페달 부재에 외력이 가해지지 않은 상태에서 본 발명의 일실시예에 따른 차량 페달 장치를 도시한 우측면도이다.
도 9b는 페달 부재에 외력이 가해 킥다운(kick-down) 블록이 하우징 내면 하측의 단턱부에 접촉한 상태에서 상기 차량 페달 장치를 도시한 우측면도이다.
도 9c는 도 9b의 상태에서 페달 부재에 외력이 한층 더 가해져 킥다운 모드로 진입한 상기 차량 페달 장치를 도시한 우측면도이다.
도 10a는 페달 작동시에 페달 부재로부터 작용하는 외력 및 이에 따른 다른 작용력들을 보여주는 모식도이다.
도 10b는 페달 해제시에 페달 부재로부터 작용하는 외력 및 이에 따른 다른 작용력들을 보여주는 모식도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 페달 장치(100)의 조립 사시도이고, 도 2b는 상기 차량 페달 장치(100)의 분해 사시도이며, 도 2c는 차량 페달 장치(100) 중에서 페달 부재(10)를 배면 쪽에서 도시한 사시도이다.

차량 페달 장치(100)는 크게, 차량에 고정되는 하우징(20)과, 운전자의 답력에 따라 상기 하우징(20)에 대해 변위될 수 있도록 설치되는 페달 부재(10)를 포함하여 구성된다. 이 때, 페달 부재(10)는 가요성 부재(15)와 커넥팅 로드(17)를 통해 하우징(20)과 연결된다. 구체적으로, 페달 부재(10)는 하단 부근에서 가요성 부재(15)를 통해 하우징(20)에 대해 회동 가능하도록 하우징(20)과 연결되고, 상단 부근에서 운전자의 답력에 따른 스트로크(stroke)가 전달될 수 있도록 커넥팅 로드(17)에 의해 하우징(20)과 연결된다.

하우징(20)은 상호 조립 가능한 제1 하우징(20a)과 제2 하우징(20b)으로 구성될 수 있다. 도 2b에서 제1 하우징(20a) 및 제2 하우징(20b)은 각각 하우징 본체(20a)와 하우징 커버(20b)로 이해될 수 있으나 반드시 이에 한하는 것은 아니며, 하우징(20)을 구성하는 부분들의 개수 및 형태는 다양하게 선택될 수 있음은 물론이다. 하우징 커버(20b)에는 회동 캐리어(30)의 회동량을 감지하는 센서, 이러한 센서를 창작하는 회로 기판 및 상기 센서의 출력을 케이블을 통해 원격의 ECU(Electronic Control Unit)나 TCU(Transmission Control Unit)에 전달하기 위한 케이블 소켓을 포함하는 센서 회로부(50)가 장착될 수 있다.

하우징(20) 내에는 상기 전달된 스트로크에 따라 횡방향 축(ax1)을 기준으로 회동하면서 상기 하우징의 일측에 대해 마찰력을 발생시키는 회동 캐리어(30)가 수용된다. 이 때, 회동 캐리어(30)의 단부는 하우징(20)의 일측을 관통하는 커넥팅 로드(17)와 연결되고, 회동 캐리어(30)의 마찰 부재는 하우징(20)의 마찰면과 접촉하도록 배치된다.

한편, 커넥팅 로드(17)와 페달 부재(10)와의 결합을 보여주는 도 2c를 참조하면, 페달 부재의 배면에는 커넥팅 로드(17)가 회동 가능하도록 커넥팅 로드(17)의 단부를 지지하는 지지부(14)가 마련되어 있고, 상기 지지부(14)에 형성된 수용홀(13)에 커넥팅 로드(17)의 단부가 삽입된다. 구체적으로, 커넥팅 로드(17)의 양단은 상기 커넥팅 로드(17)의 몸체로부터 경사지게, 예를 들어 수직으로 절곡되어 있다. 이 때, 상기 절곡된 양단 중 일단은 상기 수용홀(13)에 회동 가능하게 삽입되고, 상기 절곡된 양단 중 타단은 하우징 본체(20a)의 상면에 형성된 개구부(25)을 관통하여 회동 캐리어(30)의 수용홀(도 3b의 34)에 회동 가능하게 삽입될 수 있다. 이와 같이 커넥팅 로드(17)의 양단이 모두 회전 가능하게 지지됨에 따라서, 운전자의 답력에 의해 페달 부재(10)가 변위됨에 따라, 커넥팅 로드(17)는 선형적인 스트로크를 회동 캐리어(30)에 전달할 수 있게 된다.

도 3a는 차량 페달 장치(100) 중에서 하우징 커버(20b)를 제거한 사시도이고, 도 3b는 도 3a에서 페달 부재(10)를 제거한 사시도이다. 전술한 바와 같이, 페달 부재(10)는 하단 부근에서 가요성 부재(15)를 통해 하우징(20)에 대해 회동 가능하도록 하우징(20)과 연결되고, 상단 근처에서 운전자의 답력에 따른 스트로크가 전달될 수 있도록 커넥팅 로드(17)에 의해 하우징(20)과 연결된다. 상기 가요성 부재(15)는 페달 부재(10)의 하단부와 연결되고, 상기 하우징(20)의 외면상의 일측(예: 도 7a의 22)에 고정되어 상기 페달 부재(10)의 하단부와 상기 하우징(20)의 외면 사이에 간극을 채워준다. 특히, 상기 가요성 부재(15)는 힌지부(152)와 고정부(151)로 구성될 수 있으며, 상기 페달 부재(10)의 하단부에서 상기 페달 부재(10)와 일체로 사출 성형될 수 있다. 따라서, 힌지부(152)는 페달 부재(10)의 하단부에 일체로 부착되어 있으며, 고정부(151)는 하우징(20)의 외면 상에 형성된 요홈부(26)에 삽입되어 결합된다.

또한, 상기 회동 캐리어(30)는 하우징(20) 내에서 상기 횡방향 축(ax1)을 기준으로 회동하면서 수용되며, 레버부(45), 회동부(40) 및 마찰 부재(33a, 33b)를 포함하여 구성될 수 있다. 레버부(45)는 그 단부에 형성된 수용홀(34)에서 커넥팅 로드(17)와 연결되어 상기 커넥팅 로드(17)의 스트로크에 따라 작동한다. 따라서, 회동부(40)는 상기 레버부(45)의 작동에 따라 상기 하우징(20) 내에서 회동할 수 있다. 이 때, 회동부(40)의 아크면(arc surface) 상에는 마찰 부재(도 6c의 33a, 33b)가 설치되어 있어서 상기 회동시 마찰 부재(33a, 33b)와 접촉하는 하우징의 마찰면 사이에서 마찰력이 발생하게 된다.

상기 회동부(40)에는 회동 캐리어(30)가 회동할 때 상기 회동의 반대 방향으로 복원 탄성력을 제공하는 토션 스프링(35a, 35b)이 구비되어 있다. 따라서, 상기 회동 캐리어(30)가 회동하는 회전축과 상기 토션 스프링(35a, 35b)의 정렬 축은 동축 상에 위치하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 토션 스프링(35a, 35b)은 코일형 토션 스프링(35a, 35b)으로 예시되어 있으나 이에 한하지 않고 회전축(ax1)을 기준으로 복원 토크를 제공할 수 있는 구성이라면 다른 형태의 토션 스프링을 배제하지 않는다.

구체적으로, 토션 스프링(35a, 35b)의 일단은 절곡되어 상기 회동부(40)의 일측에 형성된 걸림 돌기(31a, 31b)에 의해 지지되고, 상기 토션 스프링(35a, 35b)의 타단은 상기 하우징의 일측에 형성된 지지대(21a, 21b)에 삽입되어 지지될 수 있다. 따라서, 레버부(45)가 작동하여 회동 캐리어(30)가 회동할 때, 상기 걸림 돌기(31a, 31b)가 상기 지지대(21a, 21b)에 접근하면서 상기 토션 스프링(35a, 35b)이 더욱 압축된다. 반대로, 레버부(45)의 작동이 해제되어 회동 캐리어(30)가 원 위치로 복귀할 때, 상기 걸림 돌기(31a, 31b)는 상기 지지대(21a, 21b)로부터 멀어지면서 상기 토션 스프링(35a, 35b)의 압축이 줄어들게 된다.

도 4a는 회동 캐리어(30)에 2개의 토션 스프링(35a, 35b)을 장착하는 형태를 예시하는 도면이고, 도 4b는 하우징 본체(20a)에 회동 캐리어(30)를 삽입하는 형태를 예시하는 도면이다.

도 4a을 참조하면, 토션 스프링(35a, 35b)은 상기 회동부(40)의 일면 측에 배치되는 제1 토션 스프링(35a)과, 상기 회동부(40)의 타면 측에 배치되는 제2 토션 스프링(35b)를 포함한다. 이 중에서 제1 토션 스프링(35a)은, 회동부(40)의 회동 중심축(ax1)을 따라 축방향으로 연장되는 연장 샤프트(32) 상에 설치될 수 있다.

제1 및 제2 토션 스프링(35a, 35b)는 각각 원형 코일 형태로 형성되는 스프링 본체(352a, 352b)와, 상기 스프링 본체(352a, 352b)로부터 연장되는 제1 단부(351a, 351b)와 제2 단부(353a, 353b)를 포함한다. 제1 및 제2 토션 스프링(35a, 35b)는 스프링 본체(352a, 352b)의 중공부가 회동부(40)의 회동 중심축(ax1)과 나란하게 되도록 설치된다. 그리고, 제1 단부(351a, 351b)는 상기 회동부(40)의 일측에 형성된 걸림 돌기(31a, 31b)에 의해 각각 지지되고, 제2 단부(353a, 353b)는 상기 하우징 본체(20a)의 일측에 형성된 지지대(21a, 21b)에 의해 지지된다.

제2 토션 스프링(35b)의 제1 단부(351b)와 제2 단부(353b)가 고정되는 구성을 보다 자세히 설명하기 위하여 도 5a 및 도 5b를 참조한다.

도 5a는 도 3b의 사시도를 상측에서 바라 본 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A'를 절취한 단면도이다. 도 5a에서 절취선 A-A'는 제2 토션 스프링(35b)의 단부들(351b, 353b)이 보여질 수 있도록 필요에 따라 절취 방향을 다양화한 것이다.

도 5b를 참조하면, 제2 토션 스프링(35b)의 제1 단부(351b)는 회동부(40)의 일측에 형성된 걸림 돌기(31b)에 의해 지지되고, 제2 단부(353b)는 상기 하우징 본체(20a)의 일측에 형성된 지지대(21b)에 의해 지지되고 있다. 다만, 제1 토션 스프링(35a)과 달리, 연장 샤프트(32)와 같은 제2 토션 스프링(35b)을 축지하기 위한 구성요소는 포함되어 있지 않고, 제2 토션 스프링(35b)는 상기 걸림 돌기(31b) 및 지지대(21b)에 의해 지지될 뿐이다. 이와 같이, 제1 및 제2 토션 스프링(35a, 35b)에 있어서 토션 스프링(35a, 35b)의 중공부를 축지하기 위한 구성요소의 선택적으로 채용되거나 제외될 수 있다. 왜냐하면, 본 발명에 있어서, 회동 캐리어(30)의 회동은 하우징(20) 내에 설치된 별도의 축지지 부재(예: 부시, 베어링 등) 없이도, 상기 토션 스프링(35a, 35b)의 일단(351a, 351b) 및 상기 하우징(20)의 마찰면(도 7a의 23a, 23b)에 의해 충분히 가이드 될 수 있기 때문이다.

도 6a 내지 도 6c는 각각 회동 캐리어(30)의 세부 구성을 보다 자세히 보여주기 위한 우측면도, 상측 사시도 및 하측 사시도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 회동 캐리어(30)는 레버부(45), 회동부(40) 및 마찰 부재(33a, 33b)로 구성될 수 있다. 마찰 부재(33a, 33b)는 상기 회동부(40)의 아크면(38a, 38b) 상에 설치되고, 하우징(20)의 마찰면(도 7a의 23a, 23b)과 접촉하면서 상기 레버부(45)의 작동시 상기 마찰면(23a, 23b)에 대해 마찰력을 발생시킨다. 이러한 회동 캐리어(30)의 아크면(38a, 38b)과 이에 대응되는 마찰 부재(33a, 33b)는 회동부(40)의 다른 측에 형성될 수도 있지만 회동부(40)의 하측에 형성되는 것이 보다 바람직하다. 왜냐하면, 이것들이 회동부(40)의 다른 측에 형성될 경우에는 하우징(20)의 상면과 회동 캐리어(30)의 회동 중심축(ax1) 사이의 거리가 멀어지므로 하우징(20)의 공간 활용성이 낮아지고, 회동 캐리어(30)의 자중 및 운전자의 페달 작동 방향을 고려할 때 마찰 부재(33a, 33b)에 의한 마찰력이 감소할 수 있기 때문이다.

이러한 마찰 부재(33a, 33b)는 상기 하우징(20)의 상호간에 단차를 가지면서 횡방향으로 배치되는 제1 마찰 부재(33a)와 제2 마찰 부재(33b)를 포함할 수 있다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 제1 마찰 부재(33a)와 제2 마찰 부재(33b) 사이에는 단차가 형성되고, 이 때, 제1 마찰 부재(33a)의 외경은 상기 제2 마찰 부재(33b)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 이러한 마찰부재들(33a, 33b) 간의 단차는 회동 캐리어(30)를 하우징(20) 내에 장착할 때 조립 용이성을 제공한다.

상기 마찰 부재(33a, 33b)의 재질은 금속일 수도 있으나, 폴리옥시메틸렌(Poly Oxy Methylene, POM)과 같은 비금속 재질일 수 있다. POM은 금속을 대신하는 수지로써 주목받고 있으며, 내피로성, 강인성, 내마모성 등 다른 플라스틱에 비해 우수한 기계적 특징을 지닌다. 상기 기계적 특징은 고온 및 저온 모두에서 우수하며, 금속과 유사한 응력 변형을 보이며 탄성 회복성도 좋아 금속과 함께 사용할 수도 있다. 특히, 크립 저항성(creep resistance), 피로 저항성(fatigue resistance) 및 내마모성(wear resistance)이 우수하고 상대적으로 큰 마찰 계수를 나타내므로 히스테리시스 효과를 제공하기에 효과적이다.

한편, 상기 레버부(45)에는 상기 레버부(45)의 하측에서 상기 레버부(45)에 대해 특정 각도 범위 내에서 회동 가능하며, 외력이 없을 때 상기 레버부(45)로부터 하방으로 돌출되는 킥다운 블록(35)이 구비될 수 있다. 킥다운 블록(35)은, 상기 레버부(45)의 하측과 킥다운 블록(35)의 일면 사이를 지지하는 탄성 부재(36)의 복원 탄성력에 의해 레버부(45)와 특정 각도(예: 90도)를 이루도록 돌출되어 있다. 따라서, 킥다운 블록(35)에 일정 이상의 외력이 작용하면, 킥다운 블록(35)은 탄성 부재(36)에 의해 지지되면서 레버부(45)에 대해 접어질 수 있다. 상기 탄성 부재(36)는 토션 스프링으로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한하는 것은 아니다.

도 7a 및 도 7b는 각각 하우징 본체(20a)의 내부 구조를 보다 자세히 도시하기 위한 사시도 및 우측면도이다.

전술한 바와 같이, 하우징 본체(20a)의 내부 상측에는 토션 스프링(35a, 35b)의 제2 단부(353a, 353b)를 지지하기 위한 지지대(21a, 21b)가 형성된다. 그리고, 하우징 본체(20b)의 내부 하측에는 마찰 부재(33a, 33b)와 접촉하여 마찰력을 제공하기 위한 마찰면(23a, 23b)가 형성된다. 마찰 부재(33a, 33b) 간의 단차가 형성된 것과 마찬가지로, 이에 대응되는 마찰면(23a, 23b)에도 단차가 형성되어 있다. 따라서, 상기 제1 마찰 부재(33a)에 대응하는 제1 마찰면(23a)의 높이가, 상기 제2 마찰 부재(33b)에 대응하는 제2 마찰면(23b)의 높이보다 낮게 형성된다. 이와 같은 마찰면(23a, 23b)의 단차는 회동 캐리어(30)를 하우징 본체(20a)에 장착할 때 조립 용이성을 제공할 뿐만 아니라, 하우징 본체(20a)를 사출 성형할 때 어느 저도의 클리어런스(clearance)를 확보하여 성형물의 취출(取出)을 보다 용이하게 해 준다.

또한, 하우징 본체(20a)의 내부 하측에는 레버부(45)의 작동시 킥다운 블록(35)과 접촉하는 단턱부(24)가 형성되어 있다. 또한, 하우징 본체(20a)를 차량 내부에 고정하기 위한 고정 베이스(22)가 상기 하우징 본체(20a)와 일체로 형성될 수 있다.

도 8a는 센서 회로부(50)를 도시한 사시도이고, 도 8b 및 도 8c는 도 8a에서 케이스(55)를 제거하고 서로 다른 바른 방향에서 바라 본 사시도들이다. 센서 회로부(50)는 하우징(20)의 일측 예를 들어 하우징 커버(20b)에 장착될 수 있으며, 회동 캐리어(30)의 회동량을 감지하는 센서(미도시 됨)와, 상기 센서를 창작하는 회로 기판(56)와, 상기 센서의 출력을 케이블을 통해 원격의 ECU, TCU 등에 전달하기 위한 케이블 소켓(51)과, 센서 회로부(50)를 하우징(20)에 장착하기 위한 결합 수단(52)을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 센서 회로부(50)는 회동 캐리어(30)의 연장 샤프트(32)와 상기 축방향으로 결합되는 마그넷 수용부(54)와, 마그넷 수용부(54) 내에 상기 회동 중심축의 원주 방향으로 배치되는 적어도 하나 이상의 마그넷(57)을 더 포함할 수 있다. 마그넷 수용부(54)의 일측으로는 연장 샤프트(32)와의 체결을 위한 체결구(53)가 형성될 수 있다. 상기 체결구(53)는 중공형 연장 샤프트(32)의 원주 방향으로 형성된 개구부와 체결되는 스냅 핏 돌기로 구성될 수 있다. 다만, 이와 같은 체결 구조에 한하지 않고 중공형 연장 샤프트(32)와 마그넷 수용부(54)는 다른 형태의 체결 방식으로 체결되거나, 일체로 사출되어 제조될 수도 있다.

도 8c에 도시된 바와 같이, 마그넷 수용부(54)의 원주 방향으로는 적어도 하나 이상의 마그넷(57)이 배치될 수 있다. 이러한 마그넷(57)의 회동량이 회로 기판(56) 상에 배치된 센서(미도시 됨)에 의해 감지됨으로써, 결국 회동 캐리어(30)의 회동량도 감지될 수 있는 것이다. 회동 캐리어(30)의 회동량은 페달 부재(10)의 답입량에 비례하여 증가하기 때문에 상기 센서에 의해 페달 부재(10)의 답입량이 감지될 수 있고 이에 따라 ECU는 쓰로틀 밸브의 개도 또는 연료 분사량을 조절함으로써 차량의 가속 정도를 제어할 수 있게 된다.

도 9a 내지 도 9c는 차량의 페달 부재(10)의 답입량에 따른 회동 캐리어(30)의 회동 및 킥다운 블록(35)의 동작을 보여주기 위한 우측면도들이다. 먼저, 도 9a는 페달 부재(10)에 외력이 가해지지 않은 상태의 차량 페달 장치(100)를 도시한다.

이 때, 토션 스프링(35a, 35b)은 초기 상태에 있고 페달 부재(10)는 최대한 들어올려져 있다. 바람직하게는, 수용홀(34)이 형성된 회동 캐리어(30)의 단부는 하우징 본체(20a)의 내부 상측에 접촉되어 있고 커넥팅 로드(17)는 하우징(20) 외부로 최대한 돌출되어 있다. 이 때, 토션 스프링(35a, 35b)의 초기 상태는 완전한 자유 부하(free load) 상태가 아니라 다소간의 압축력이 제공되는 바이어스 상태인 것이 바람직하다.

이후, 운전자가 페달 부재(10)를 답입하면 커넥팅 로드(17)는 하우징(20) 내로 진입하고, 회동 캐리어(30)의 걸림 부재(31a, 31b)가 하우징 본체(20a)의 지지대(21a, 21b)에 근접함으로써 토션 스프링(35a, 35b)는 보다 압축된다. 도 9b는 이와 같이 회동 캐리어(30)가 회동하면서 킥다운 블록(35)이 하우징 본체(20a)의 내부 하측에 형성된 단턱부(24)와 접촉하는 상태를 도시한다. 여기까지는 토션 스프링(35a, 35b)에 의해 선형적으로 증가하는 복원 탄성력과, 마찰 부재(33a, 33b)의 마찰력을 가산한 반력에 따라 운전자의 답력도 마찬가지로 증가하게 된다.

도 9b와 같은 상태에서 운전자가 도 9c와 같이 페달 패드(10)의 한층 더 답입하면, 이 때부터는 토션 스프링(35a, 35b) 및 마찰 부재(33a, 33b)의 마찰력에 더하여 킥다운 블록(35)의 저항력이 추가로 발생되므로, 운전자가 페달 패드(10)를 답입하기 위해 보다 큰 답입력이 요구된다. 이 때, 킥다운 블록(35)은 상기 단턱부(24)로부터 이탈하여 상기 하우징의 하면에 접촉하고, 회동 캐리어(30)의 레버부(45)에 대해 접어지게 된다.

이와 같이, 센서 회로부(50)가 회동 캐리어(30)의 회동량이 킥다운 구간에 진입한 것으로 감지하면, ECU는 킥다운 모드를 실행한다. 일반적으로 킥다운(kick-down)이란 자동변속기 차량이 주행 중 가속력을 높이기 위한 특별한 운전 모드이다. 만약 운전자가 페달 패드(10)를 기준치 이상 깊게 답입하면, 변속 기어가 한 단 낮아지면서 순간적인 힘을 얻어 가속력이 높아진다. 이와 같은 킥다운은 통상의 가속 모드와 상이한 특수한 상황에서의 운전 모드이므로, 운전자가 페달 패드(10)를 깊게 답입할 때 순간적으로 보다 큰 반력을 운전자에게 제공함으로써 킥다운 모드로 전환되었다는 것을 인식할 수 있게 해 준다.

도 10a 및 도 10b는 페달 작동 및 해제시에 페달 부재(10)로부터 작용하는 외력(페달 부재(10)로부터 운전자에게 작용하는 반력과 같음) 및 이에 따른 다른 작용력들을 보여주는 모식도이다.

도 10a와 같이, 페달 작동시에는 커넥팅 로드(17)로부터 회동 캐리어(30)의 레버부(45)의 단부(36)에 작용하는 외력(F)으로 인해 상기 단부(36)는 회전축(ax1)을 중심으로 반시계 방향(d1)으로 이동한다. 이 때, 회동 캐리어(30)의 회동부(40)의 회전축(ax1) 부근에 배치된 토션 스프링(35)에 의해 토크(τ)가 상기 외력(F)에 대한 반발력으로서 반대방향으로 작용한다. 이와 더불어, 마찰 부재(33)에 의한 마찰력(f)도 상기 외력(F)에 대한 저항으로 작용한다. 따라서, 외력(F)는 다음의 수학식 1을 만족한다.

여기서, r은 회전축(ax1)를 기준으로 한 마찰 부재(33)의 회전 반경이고, R은 회전축(ax1)을 기준으로 한 레버부(45)의 단부(36)의 회전 반경이다.

한편, 도 10b와 같이, 페달 해제시에는 커넥팅 로드(17)로부터 회동 캐리어(30)의 레버부(45)의 단부(36)에 작용하는 외력(F)은 줄어들며 상기 단부(36)는 회전축(ax1)을 중심으로 시계 방향(d2)으로 이동한다. 이 때에도, 상기 회전축(ax1) 부근에 배치된 토션 스프링(35)에 의한 토크(τ)는 상기 외력(F)에 대한 반발력으로서 반대방향으로 작용한다. 반면에, 마찰 부재(33)에 의한 마찰력(f)은 마찰 부재(33)의 움직임과 반대 방향으로 작용하므로 상기 토크(τ)에 대한 저항으로 작용한다. 따라서, 외력(F)는 다음의 수학식 2를 만족한다.

따라서, 수학식 1과 2를 종합하면, 외력(F), 즉 페달 부재(10)에 대한 운전자의 답력은 페달 작동시에 비해 페달 해제시에

만큼 작아지면서 히스테리시스 효과를 제공한다.

결국, 페달 작동시 및 페달 해제시에 운전자에게 전달되는 반력(F)을 얼마로 할 것인가는, 상기 토크(τ), 마찰력(f), 마찰력의 회전반경(r) 및 레버부 단부(36)의 회전 반경(R)의 함수로 결정된다. 따라서, 마찰력의 회전반경(r) 및 레버부 단부(36)와 같은 구조적 치수뿐만 아니라, 토크 스프링(33)의 탄성 계수, 마찰 부재(33)의 크기 및 마찰 계수를 적절히 조절함으로써 희망하는 반력(F) 및 히스테리시스 효과의 정도를 결정할 수 있다.

도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 외력(F)으로 인해 발생하는 토션 스프링(33)의 토크(τ) 및 마찰 부재(33)에 의해 발생되는 마찰력(f)의 작용 중심은 동축(ax1) 상에 있다. 따라서, 토션 스프링(35)의 탄성력이 마찰 부재(33)와 동축 상에서 상기 마찰 부재(33)에 직접 작용하므로, 상대적으로 큰 마찰력을 발생시켜 히스테리시스 효과를 효율적으로 제공할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 페달 부재 13, 34: 수용홀
15: 가요성 부재 17: 커넥팅 로드
20: 하우징 20a: 하우징 본체
20b: 하우징 커버 21a, 21b: 지지대
22: 고정 베이스 23a, 23b: 마찰면
24: 단턱부 26: 요홈부
30: 회동 캐리어 31a, 31b: 걸림 돌기
32: 연장 샤프트 33a, 33b: 마찰 부재
35a, 35b: 토션 스프링 36: 탄성 부재
38a, 38b: 아크면 40: 회동부
45: 레버부 50: 센서 회로부
51: 케이블 소켓 53: 체결구
54: 마그넷 수용부 55: 케이스
56: 회로 기판 57: 마그넷

Claims (15)

1. 차량에 고정되는 하우징;
   상기 하우징에 대해 변위(變位)될 수 있도록 설치되는 페달 부재;
   상기 페달 부재와 연결되고 상기 페달 부재의 변위에 따라 발생되는 스트로크를 전달하는 커넥팅 로드;
   상기 하우징 내에서 수용되고, 상기 전달된 스트로크에 따라 회동하면서 상기 하우징의 일측에 대해 마찰력을 발생시키는 회동 캐리어; 및
   상기 회동 캐리어가 회동할 때 상기 회동의 반대 방향으로 복원 탄성력을 제공하는 토션 스프링을 포함하되,
   상기 회동 캐리어가 회동하는 회전축과 상기 토션 스프링의 정렬 축은 동축 상에 위치하며,
   상기 회동 캐리어는
   단부가 상기 커넥팅 로드와 연결되는 레버부;
   상기 커넥팅 로드의 스트로크에 의한 상기 레버부의 작동에 따라 상기 하우징 내에서 회동하는 회동부; 및
   상기 회동부의 아크면 상에 설치되고, 상기 하우징의 마찰면과 접촉하면서 상기 레버부의 작동시 상기 마찰면에 대해 마찰력을 발생시키는 마찰 부재를 포함하는, 차량 페달 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회동 캐리어의 회동은
   하우징 내에 설치된 별도의 축지지 부재 없이도, 상기 토션 스프링 및 상기 하우징의 마찰면에 의해 가이드 되는, 차량 페달 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 토션 스프링은
   상기 회동부의 일면 측에 배치되는 제1 토션 스프링과 상기 회동부의 타면 측에 배치되는 제2 토션 스프링을 포함하는, 차량 페달 장치.
4. 제1항에 있어서,
   마찰 부재는 상기 회동부의 하측 아크면 상에 설치되는, 차량 페달 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 토션 스프링의 일단은 상기 회동부의 일측에 형성된 걸림 돌기에 의해 지지되고, 상기 토션 스프링의 타단은 상기 하우징의 일측에 형성된 지지대에 의해 지지되는, 차량 페달 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 레버부의 작동시 상기 걸림 돌기가 상기 지지대에 접근하면서 상기 토션 스프링이 압축되는, 차량 페달 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 커넥팅 로드의 양단은 상기 커넥팅 로드의 몸체로부터 절곡되어 있고, 상기 절곡된 양단 중 일단은 상기 페달 부재의 배면에 형성된 수용홀에 회동 가능하게 삽입되고, 상기 절곡된 양단 중 타단은 상기 레버부의 수용홀에 회동 가능하게 삽입되는, 차량 페달 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 마찰 부재는 상기 하우징의 횡방향으로 배치되는 제1 마찰 부재와 제2 마찰 부재를 포함하며, 상기 제1 마찰 부재와 상기 제2 마찰 부재 사이에는 단차가 형성되어 있어서 상기 제1 마찰 부재의 외경이 상기 제2 마찰 부재의 외경보다 큰, 차량 페달 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 하우징의 마찰면은 상기 제1 마찰 부재에 대응하는 제1 마찰면과, 상기 제2 마찰 부재에 대응하는 제2 마찰면을 포함하고, 상기 제1 마찰면이 상기 제2 마찰면보다 낮게 위치하는, 차량 페달 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 회동부는 상기 회동부의 회동 중심축을 따라 축방향으로 연장되는 연장 샤프트를 포함하고,
    상기 하우징의 일측에는 상기 연장 샤프트의 회동량을 감지하는 센서 회로부가 구비되며,
    상기 연장 샤프트의 외주면에 상기 토션 스프링이 삽입되는, 차량 페달 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 센서 회로부는
    상기 연장 샤프트와 상기 축방향으로 결합되는 마그넷 수용부;
    상기 마그넷 수용부 내에 상기 회동 중심축의 원주 방향으로 배치되는 적어도 하나 이상의 마그넷; 및
    회로 기판 상에 배치되고 상기 적어도 하나 이상의 마그넷의 회동량을 감지하는 센서를 포함하는, 차량 페달 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 레버부는
    상기 레버부의 하측에서 상기 레버부에 대해 특정 각도 범위 내에서 회동 가능하며, 외력이 없을 때 상기 레버부로부터 하방으로 돌출되는 킥다운 블록; 및
    상기 킥다운 블록이 상기 레버부에 대해 회동할 때 상기 회동의 반대 방향으로 복원 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하는, 차량 페달 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 회동 캐리어가 특정 각도까지 회동할 때, 상기 킥다운 블록과 접촉하는 단턱부를 하측에 구비하고,
    상기 회동 캐리어가 특정 각도를 초과하여 회동할 때, 상기 킥다운 블록은 상기 레버부에 대해 접어지면서 상기 단턱부로부터 이탈하여 상기 하우징의 하면에 접촉하는, 차량 페달 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 페달 부재의 하단부와 연결되고, 상기 하우징의 외면상의 일측에 고정되어 상기 페달 부재의 하단부와 상기 하우징의 외면 사이에 간극을 채워주는 가요성 부재를 더 포함하는, 차량 페달 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 가요성 부재는 상기 페달 부재의 하단부에서 상기 페달 부재와 일체로 사출 성형되는, 차량 페달 장치.

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