KR20050069061A - 자동차의 브레이크 페달 시스템 - Google Patents

Abstract

차체에 고정되는 상기 지지체에 브레이크 페달이 회동 가능하게 지지되고, 상기 브레이크 페달의 회동부위에는 브레이크 페달의 회전을 검출하는 하나 이상의 페달 회전 검출기가 부착된다. 그리고 상기 브레이크 페달에 연결된 연결부재의 운동에 대하여 반발력을 발생하는 반발력 발생기가 연결부재에 연결된다. 따라서 운전자의 브레이크 페달 조작이 정확한 검출됨과 아울러 운전자에게 페달 조작 정도가 피드백된다.

Description

자동차의 브레이크 페달 시스템{BRAKE PEDAL SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 브레이크 바이 와이어 기술에 적용될 수 있는 자동차의 브레이크 페달 시스템에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 자동차의 속도를 줄이기 위한 장치로서 브레이크 장치가 사용된다. 운전자가 브레이크 페달(brake pedal)을 조작하면, 운전자의 페달 조작력은 상기 브레이크 페달에 연결된 배력장치(booster)와 마스터 실린더(master cylinder) 등의 기구적 장치(mechanical devices)에 의하여 브레이크유(brake fluid)의 제동압(braking pressure)으로 전환된다. 이러한 제동압은 브레이크 파이프를 통해 각 제동륜에 전달되어 자동차의 주행속도를 감속하게 된다.

이러한 종래기술의 기계적인 제동력 전달경로에 의하면, (비록 배력장치의 도움을 받기는 하지만) 기본적으로 운전자의 브레이크 조작력에 의하여 작동되므로, 운전자의 피로가 누적되며, 제어에 의하여 제동력을 조절할 수 있는 설계상의 자유도가 크지 않았다.

최근에는, 이와 같이 기계적인 제동력 전달경로를 탈피하여, 운전자의 제동조작을 전기/전자적으로 검출하여, 검출된 제동조작을 기초로 발생시킨 제동력을 각 제동륜에 인가하는 브레이크 바이 와이어(brake by wire)기술이 시도되고 있다.

이러한 브레이크 바이 와이어 기술은, 일예로, 각종 전자장비에 의해 검출된 차량 주행상태를 기초로 가장 적절한 제동력을 산출하여 차체를 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

브레이크 바이 와이어 기술에 관하여, 운전자의 브레이크 페달 조작상태를 확실하게 검출할 수 있다면, 자동차의 주행상의 안전성을 향상할 수 있게 된다.

그리고 브레이크 페달 조작상태를 정밀하게 검출할 수 있다면, 브레이크 바이 와이어 기술에 의한 자동차의 주행속도를 정밀하게 감속할 수 있게 된다.

또한, 브레이크 조작에 의한 제동상태가 운전자에게 피드백 될 수 있다면, 전통적인 브레이크 시스템의 자동차의 브레이크 조작과의 지나친 이질감을 줄일 수 있고, 운전자가 브레이크 조작상태를 느낄 수 있게 되어 운전성을 향상할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 운전자의 브레이크 페달 조작 상태를 안정적으로 그리고 정밀하게 검출할 수 있고, 또한 운전자에게 브레이크 페달 조작 상태를 피드백 하여 느끼게 할 수 있는 자동차의 브레이크 페달 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 자동차의 브레이크 페달 시스템은, 상기 자동차의 차체에 고정되는 지지체; 상기 지지체에 회동 가능하게 지지되는 브레이크 페달; 상기 지지체 상의 상기 브레이크 페달의 회동부위에 장착되어 상기 브레이크 페달의 회전을 검출하는 하나 이상의 페달 회전 검출기; 상기 브레이크 페달에 회동 가능하게 연결된 연결부재; 및 상기 차체에 지지되고 상기 연결부재 종단에 연결되어 상기 연결부재의 운동에 대하여 반발력을 발생하되, 하우징 및 상기 연결부재에 연결되고 상기 하우징 내에 배치되는 코일 스프링을 포함하는 반발력 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반발력 발생기는, 상기 코일 스프링에 연결되고 상기 코일 스프링의 탄성계수에 비하여 더욱 큰 탄성계수를 가진 탄성체;를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 탄성체는 고무부재인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 자동차의 브레이크 페달 시스템은, 상기 연결부재 상에 배치되어 상기 연결부재에 인가되는 압력을 검출하는 압력검출기를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 압력검출기는 로드셀(load cell)인 것이 바람직하다.

상기 페달 회전 검출기는, 상기 브레이크 페달의 회전을 검출하여 디지털 신호로 변환하여 출력하는 로터리 인코더(rotary encoder)인 것이 바람직하다.

상기 페달 회전 검출기는 복수 개 구비된 것이 바람직하다. 이 때, 상기 브레이크 페달은 회동 축을 개재하여 상기 지지체에 연결되며, 상기 복수 개의 페달 회전 검출기는 상기 회동 축의 양쪽에 각각 부착되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 자동차의 브레이크 페달 시스템은, 상기 브레이크 페달의 변위를 검출하는 페달 변위 검출기를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 페달 변위 검출기는 LVDT(linear variable displacement transducer)인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 자동차의 브레이크 페달 시스템은, 차체(110)에 고정되는 지지체(120), 상기 지지체(120)에 회동 가능하게 지지되는 브레이크 페달(130), 상기 지지체(120) 상의 상기 브레이크 페달(130)의 회동부위에 장착되어 상기 브레이크 페달(130)의 회전을 검출하는 하나 이상의 페달 회전 검출기(140), 상기 브레이크 페달(130)에 회동 가능하게 연결된 연결부재(150), 및 상기 차체(110)에 지지되고 상기 연결부재(150) 종단에 연결되어 상기 연결부재(150)의 운동에 대하여 반발력을 발생하는 반발력 발생기(160)를 포함한다.

상기 브레이크 페달(130)로는 당업자에게 알려진 통상의 형태가 사용될 수 있다.

상기 연결부재(150)로는 임의의 단면형태의 푸시로드(push rod)가 사용될 수 있다.

상기 페달 회전 검출기(140)는 브레이크 페달(130)의 회전 속도 또는 회전각 등 페달(130)의 회전에 관한 특정한 값을 검출하여 출력하는 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 실시예에서 상기 페달 회전 검출기(140)는, 상기 브레이크 페달(130)의 회전각도를 검출하여 디지털 신호로 변환하여 출력하는 로터리 인코더(rotary encoder)로 구현된다.

로터리 인코더(140)에서 출력된 페달 회전각도는 곧 운전자의 브레이크 페달 조작 정도를 의미하는 양으로서, 브레이크 바이 와이어 방식의 브레이크 제어 시스템에서 브레이크를 제어하기 위한 주요 변수(parameter)로 사용될 수 있다.

또한, 로터리 인코더(140)에서 출력된 신호를 기초로 회전속도를 계산할 수 있고, 이렇게 계산된 페달 회전속도는 곧 운전자의 브레이크 페달 조작속도를 의미하는 양으로서, 브레이크 바이 와이어 방식의 브레이크 제어 시스템에서 브레이크를 제어하기 위한 주요 변수(parameter)로 사용될 수 있다.

운전자의 브레이크 페달 조작을 보다 확실히 검출할 수 있도록, 본 발명의 실시예 의한 브레이크 페달 시스템은, 상기 페달 회전 검출기(140)를 복수 개 구비한다. 즉, 상기 브레이크 페달(130)은 회동 축(145)을 개재하여 상기 지지체(120)에 연결되는데, 이 때 상기 페달 회전 검출기(140)(즉, 로터리 인코더)는, 상기 회동 축(145)의 양쪽에 각각 부착되는 것이다. 따라서, 어느 하나의 페달 회전 검출기(140)가 고장(fail)인 경우에도 나머지 하나의 출력값으로부터 운전자의 브레이크 조작상태를 알 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템은, 상기 연결부재 (150) 상에 배치되어 상기 연결부재(150)에 인가되는 압력을 검출하는 압력 검출기(170)를 더 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 압력 검출기(170)는 로드 셀(load cell)로 하여 구현된 것으로 한다.

따라서, 운전자가 페달(130)을 밟는 힘을 상기 압력 검출기(170)에 의하여 검출할 수 있게 되므로, 운전자의 브레이크 조작 의사를 판단할 수 있는 변수가 다양화되고, 따라서 운전자의 브레이크 조작 의사를 보다 정확히 판단하기 위한 기구적 구성을 갗추게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템은, 상기 브레이크 페달(130)의 변위(displacement)를 검출하는 페달변위 검출기(180)를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에서 상기 페달변위 검출기는, LVDT(linear variable displacement transducer)로 구현된 것으로 한다. 상기 LVDT는 비접촉식 변위 측정장치(non-contact displacement measuring device)로서, 당업자에게 자명한 바 더욱 상세한 기재를 생략한다.

동일한 방식의 두 로터리 인코더(140)에 더하여, 별개의 방식으로 페달 변위를 검출하는 검출기를 부가함으로써 페달 조작상태의 판단이 더욱 확실해질 수 있고, 두 방식의 검출기(140,180) 중 어느 하나가 고장난 경우에도 다른 방식의 검출기는 유효하게 작동할 수 있고, 따라서 브레이크 페달(130) 조작 검출의 확실성이 향상된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템은, 상기 브레이크 페달(130)의 조작 여부를 검출하는 브레이크 스위치(190)를 더 포함한다. 이러한 브레이크 스위치(190)는. 일예로 온/오프(on/off) 스위치로서, 운전자의 브레이크 조작 유/무를 판단할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 브레이크 스위치(190)로부터의 신호에 의하여, 일예로, 브레이크 등의 점등여부, 전술한 각 검출기(140,170,180)의 오작동 여부 등을 판단할 수 있게 된다.

이하 상기 반발력 발생기(160)에 관해 보다 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반발력 발생기(160)는, 상기 차체(110)에 지지되는 하우징(210)을 포함한다.

상기 하우징(210) 내에는 코일 스프링(220)이 배치되는데, 상기 코일 스프링(220)은 상기 연결부재(150)에 연결되어 있다. 따라서, 브레이크 페달(130)이 조작되는 경우 페달(130)의 운동은 연결부재(150)의 운동으로 전환되고, 따라서 코일 스프링(220)은 연결부재(150)의 운동에 의하여 반발력을 형성하게 된다. 따라서 브레이크 페달을 조작하는 운전자는 이러한 반발력을 느낄 수 있게 되고, 자신이 조작하고 있는 브레이크 조작 정도를 체감하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 하우징(210) 내의 코일 스프링(220) 후단부에는 별도의 탄성체(230)가 더 구비된다. 이러한 탄성체는, 상기 코일 스프링(220)의 탄성계수에 비하여 더욱 큰 탄성계수를 가진 것으로서, 바람직하게는 고무부재로 하여 구현된다. 이와 같은 별도의 탄성체(230)는, 브레이크 페달(130) 조작시 충격을 흡수할 수 있는 스토퍼 기능을 할 수 있으며, 운전자에게는 브레이크 페달(130)이 최대한으로 조작되었음을 (즉, 풀 브레이크 상태임을) 육감할 수 있게 하는 것이다.

도 3 및 도 4에는, 이와같은 반발력 발생기(160)에 의한 페달 반력을 종래기술에 의한 페달 반력과 대비하였다.

종래기술에 의한 브레이크 페달 시스템에서 운전자가 느끼게 되는 반발력은 브레이크 유압 시스템의 유압적/기구적 동작에 의한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의하면, 브레이크 페달의 총 스트로크(약130mm)의 대부분(약100mm)에서는 큰 반력이 형성되지 않으나, 최종 스트로크 부근에 갈수록 급격히 반력이 비선형적으로 증가하게 된다. 따라서, 특히 급제동을 위해서는 운전자에게 과다한 페달 조작력이 요구되는 것이었으며, 여성/노약자 등의 육체적 힘이 부족한 운전자는 급제동할 수 없는 상황이 생길 수 있다.

그러나 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 총 스트로크(약110mm)의 대부분(약90mm)에서 선형적인 페달 반응력을 형성하게 되고, 따라서 운전자는 체감하게 되는 반력으로부터 자신의 브레이크 페달 조작정도를 보다 정확히 피드백 받을 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템은, 브레이크 유압의 제어를 위한 브레이크 유압 시스템과 무관하게 페달 스트로크 및 반발력을 손쉽게 변경함으로써 설계변경에 따른 대처가 용이하며 따라서 자동차의 생산성 향상에 기여하게 된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 브레이크 페달의 조작상태를 확실히 그리고 정밀하게 검출할 수 있으며, 운전자에게는 자신의 페달 조작정도를 피드백할 수 있다.

페달 회전 검출기를 복수 개 구비함으로써, 브레이크 페달 조작 상태를 보다 확실히 검출할 수 있다. 브레이크 페달을 회동가능하기 지지하는 회동 축의 양쪽에 각각 페달 회전 검출기를 설치함으로써, 공간활용이 극대화된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 브레이크 페달을 조작하는 힘(즉, 압력)을 검출하는 압력검출기를 더 구비함으로써, 운전자의 브레이크 조작 의사를 판단할 수 있는 변수가 다양화되고, 따라서 운전자의 브레이크 조작 의사를 보다 정확히 판단할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 브레이크 페달의 변위(displacement)를 검출하는 페달변위 검출기를 더 구비함으로써, 별개의 두가지 방식으로 페달 변위를 검출할 수 있게 되고, 따라서 브레이크 페달 조작 상태 검출의 확실성이 향상된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 브레이크 페달 조작 여부를 검출하는 브레이크 스위치를 더 포함함으로써, 다양한 차량 부가장비의 제어에 활용될 수 있으며, 또한 전술한 각 검출기의 오작동 여부 등을 판단할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 하우징 내에 설치되는 코일 스프링에 의하여 반발력을 형성함으로써, 총 스트로크의 대부분에서 선형적인 페달 반응력을 형성하게 된다. 따라서 운전자는 체감하게 되는 반력으로부터 자신의 브레이크 페달 조작정도를 보다 정확히 피드백 받을 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 코일 스프링의 탄성계수에 비하여 더욱 큰 탄성계수를 가진 탄성체를 코일 스프링 후단부에 추가 배치함으로써, 브레이크 페달(130) 조작시 충격을 흡수할 수 있는 스토퍼 기능이 구현됨과 아울러, 운전자에게는 브레이크 페달이 최대한으로 조작되었음을 (즉, 풀 브레이크 상태임을) 피드백 할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템은, , 브레이크 유압의 제어를 위한 브레이크 유압 시스템과 무관하게 페달 스트로크 및 반발력을 손쉽게 변경함으로써 설계변경에 따른 대처가 용이하며 따라서 자동차의 생산성 향상에 기여하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템에서 브레이크 페달에 연결된 반발력 발생기를 상세히 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 브레이크 페달 시스템에서 페달 반발력을 페달 스트로크에 대하여 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 종래기술에 의한 브레이크 페달 시스템에서 페달 반발력을 페달 스트로크에 대하여 도시한 그래프이다.

Claims (11)

1. 자동차의 브레이크 페달 시스템으로서,

   상기 자동차의 차체에 고정되는 지지체;

   상기 지지체에 회동 가능하게 지지되는 브레이크 페달;

   상기 지지체 상의 상기 브레이크 페달의 회동부위에 장착되어 상기 브레이크 페달의 회전을 검출하는 하나 이상의 페달 회전 검출기;

   상기 브레이크 페달에 회동 가능하게 연결된 연결부재; 및

   상기 차체에 지지되고 상기 연결부재 종단에 연결되어 상기 연결부재의 운동에 대하여 반발력을 발생하되, 하우징 및 상기 연결부재에 연결되고 상기 하우징 내에 배치되는 코일 스프링을 포함하는 반발력 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
2. 제1항에서,

   상기 반발력 발생기는,

   상기 코일 스프링에 연결되고 상기 코일 스프링의 탄성계수에 비하여 더욱 큰 탄성계수를 가진 탄성체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
3. 제2항에서,

   상기 탄성체는 고무부재인 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
4. 제2항에서,

   상기 연결부재 상에 배치되어 상기 연결부재에 인가되는 압력을 검출하는 압력검출기를 더 포함하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
5. 제4항에서,

   상기 압력검출기는 로드셀(load cell)인 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
6. 제2항에서,

   상기 페달 회전 검출기는,

   상기 브레이크 페달의 회전을 검출하여 디지털 신호로 변환하여 출력하는 로터리 인코더(rotary encoder)인 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
7. 제6항에서,

   상기 페달 회전 검출기는 복수 개 구비된 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
8. 제7항에서,

   상기 브레이크 페달은 회동 축을 개재하여 상기 지지체에 연결되며,

   상기 복수 개의 페달 회전 검출기는, 상기 회동 축의 양쪽에 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
9. 제2항에서,

   상기 연결부재 상에 배치되어 상기 연결부재에 인가되는 압력을 검출하는 로드셀(load cell)을 더 포함하고,

   상기 페달 회전 검출기는, 상기 브레이크 페달의 회전을 검출하여 디지털 신호로 변환하여 출력하는 로터리 인코더(rotary encoder)인 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,

    상기 브레이크 페달의 변위를 검출하는 페달 변위 검출기를 더 포함하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.
11. 제10항에서,

    상기 페달 변위 검출기는 LVDT(linear variable displacement transducer)인 것을 특징으로 하는 자동차의 브레이크 페달 시스템.