KR101509996B1

KR101509996B1 - 차량용 클러치페달의 답력 저감장치

Info

Publication number: KR101509996B1
Application number: KR20130149370A
Authority: KR
Inventors: 김은식
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-04-07
Also published as: CN104670015A; DE102014110704A1; CN104670015B; US20150153760A1; US9304529B2

Abstract

본 발명은 차량용 클러치페달의 답력 저감장치에 관한 것으로, 운전자 조작에 따른 페달암(20)의 회전시에 운전자의 답력을 크게 줄여줄 수 있게 됨으로써 페달 조작에 의한 운전자의 피로도를 크게 경감시킬 수 있게 되고, 또한 페달암(20)의 초기 조작시나 또는 후방 복귀시에는 페달암(20)의 완전복귀를 유도할 수 있게 됨으로써 클러치디스크와 플라이휠의 보다 확실한 연결을 도모할 수 있게 됨에 따라 엔진 출력이 높은 고마력 차량에서도 부품의 손상없이 충분히 사용할 수 있도록 된 것이다.

Description

차량용 클러치페달의 답력 저감장치{APPARATUS FOR REDUCING EFFORT OF CLUTCH PEDAL}

본 발명은 차량용 클러치페달의 답력 저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페달 조작시 운전자가 느끼는 답력을 줄일 수 있음과 더불어 출력이 높은 고마력 엔진을 사용하는 차량에서도 부품의 파손없이 사용이 가능한 차량용 클러치페달의 답력 저감장치에 관한 기술이다.

수동변속기 차량에서 클러치디스크와 플라이휠이 동력전달이 가능하도록 서로 연결된 상태일 때 클러치디스크와 플라이휠사이에 미끄러짐이 발생하지 않아야만 엔진의 동력을 변속기로 원활히 전달할 수 있게 된다.

한편, 차량 성능이 향상됨에 따라 점차 출력이 높은 고마력 엔진을 사용하게 되는데, 고마력 엔진을 사용하는 경우 클러치디스크와 플라이휠의 확실한 연결을 위해 기존보다 다이아프램의 스프링력을 더 높여야 하는 바, 이를 위해 턴오버 스프링의 직경을 키우는 방안이 있다.

하지만, 턴오버 스프링의 스프링력을 높이게 되면 클러치페달에 걸리는 답력이 증가하게 됨으로써 페달 조작에 따른 운전자의 피로감은 상대적으로 증가하는 단점이 발생하게 되고, 특히 턴오버 스프링의 직경을 키우게 되면 턴오버 스프링에 걸리는 집중하중이 증가하게 됨으로써 턴오버 스프링과 페달멤버를 연결하는 스프링부시 등의 부품들이 쉽게 파손되는 단점이 발생하게 된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국등록특허공보 제10-0820241호

이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 클러치페달 조작시 운전자가 느끼는 답력을 줄일 수 있고, 특히 출력이 높은 고마력 엔진을 사용하는 차량에서도 부품의 파손없이 사용이 가능한 차량용 클러치페달의 답력 저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 클러치페달의 답력 저감장치는, 페달암의 상부측에 전방을 향해 돌출되도록 구비된 페달암레버; 상기 페달암레버의 전방쪽에 위치하면서 일단이 페달멤버에 대해 탄력적으로 회전 가능하게 설치된 토션레버; 및 상기 페달암레버에 일단이 연결되고 상기 토션레버에 타단이 접촉하도록 상기 페달암레버와 상기 토션레버사이에서 상기 페달멤버에 회전 가능하게 설치된 것으로, 상기 페달암이 전방으로 회전할 때에는 턴오버력을 발생시켜서 답력을 저감시키고, 상기 페달암이 후방으로 회전할 때에는 복귀력을 증대시키는 배력링크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 토션레버의 하단부와 상기 페달멤버의 양측면을 일체로 관통해서 상기 페달멤버에 고정되게 설치된 것으로 상기 토션레버의 회전중심 역할을 하는 레버축; 및 상기 레버축에 감겨져서 일단은 상기 레버축에 결합되고 타단은 상기 토션레버에 결합되게 설치된 것으로 상기 토션레버가 상기 배력링크와 항상 접촉상태를 유지하도록 상기 토션레버에 탄성력을 제공하는 토션스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 토션레버는 상기 페달암()의 회전동작시 상기 배력링크와 항상 접촉상태를 유지할 수 있도록 상기 페달멤버와 결합된 하단부가 상단부보다 더 전방쪽으로 위치해서 경사지게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 토션레버에서 상기 배력링크와 접촉하는 일면에는 상기 배력링크와의 작동으로 상기 페달암에 턴오버력을 발생시키고 복귀력을 증대시키는 돌출부가 돌출 형성되는데; 상기 돌출부는 상기 배력링크의 일면으로부터 하향 경사진 경사면을 통해 돌출되게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 배력링크는 상기 페달암레버와 상기 토션레버사이에 위치하고 상기 페달멤버에 고정되는 링크축이 관통하는 중간부; 상기 중간부로부터 전방 상측으로 연장되고 상기 토션레버의 돌출부와 접촉하는 링크핀이 결합된 전방로드부; 및 상기 중간부로부터 후방 상측으로 연장되고 길이방향을 따라 링크슬롯이 형성되며 상기 링크슬롯과 상기 페달암레버를 일체로 관통하면서 상기 링크슬롯을 따라 이동하는 레버연결핀을 매개로 상기 페달암레버와 연결되는 후방로드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 페달암 작동시 상기 페달암에 턴오버력을 발생시키고 복귀력을 증대시키기 위해 상기 링크축은 상기 링크핀보다 하측에 위치하고; 상기 링크축과 상기 링크핀사이의 위치에 상기 레버연결핀이 위치하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 페달암이 회전할 때에 상기 배력링크가 링크축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 링크슬롯은 상기 후방로드부의 길이방향을 따라 일직선 모양으로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 운전자 조작에 따른 페달암의 회전시에 운전자의 답력을 크게 줄여줄 수 있게 됨으로써 페달 조작에 의한 운전자의 피로도를 크게 경감시킬 수 있게 되고, 또한 페달암의 초기 조작시나 또는 후방 복귀시에는 페달암의 완전복귀를 유도할 수 있게 됨으로써 클러치디스크와 플라이휠의 보다 확실한 연결을 도모할 수 있게 됨에 따라 엔진 출력이 높은 고마력 차량에서도 부품의 손상없이 충분히 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 답력 저감장치가 적용된 클러치페달의 사시도 및 측면도,
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 클러치페달 답력 저감장치의 사시도와 측면도,
도 5는 페달암의 초기 조작시 상태의 도면,
도 6은 페달암의 풀 스트로크 조작 상태의 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 클러치페달의 답력 저감장치에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 차량용 클러치페달의 답력 저감장치는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 운전석 하부의 전방쪽 차체패널(대시패널)에 고정되게 설치된 페달멤버(10); 상기 페달멤버(10)에 페달힌지(21)를 매개로 상측부가 회전 가능하게 설치된 페달암(20); 상기 페달암(20)의 상부측에 전방을 향해 돌출되도록 구비된 페달암레버(30); 상기 페달암레버(30)의 전방쪽에 위치하면서 일단이 페달멤버(10)에 대해 탄력적으로 회전 가능하게 설치된 토션레버(40); 및 상기 페달암레버(30)에 일단이 연결되고 상기 토션레버(40)에 타단이 접촉하도록 상기 페달암레버(30)와 상기 토션레버(40)사이에서 상기 페달멤버(10)에 회전 가능하게 설치된 것으로, 상기 페달암(20)이 전방으로 회전할 때에는 턴오버력을 발생시켜서 답력을 저감시키고, 상기 페달암(20)이 후방으로 회전할 때에는 복귀력을 증대시키는 배력링크(50);를 포함하는 구성이다.

상기 페달암레버(30)와 토션레버(40) 및 배력링크(50)를 통해 페달암(20)의 조작 초기에는 복원력을 부여받게 되고, 조작 후반부에는 큰 저감력을 부여받을 수 있게 된다.

여기서, 상기 페달멤버(10)의 내부공간에 상기 페달암(20)의 상측부가 위치하고, 이 상태에서 상기 페달암(20)의 상측부가 페달힌지(21)를 매개로 상기 페달멤버(10)에 대해 전후방향으로 회전 가능하게 결합된 구조이다.

또한, 본 발명에 따른 답력 저감장치는 상기 토션레버(40)의 하단부와 상기 페달멤버(10)의 양측면을 일체로 관통해서 상기 페달멤버(10)에 고정되게 설치된 것으로 상기 토션레버(40)의 회전중심 역할을 하는 레버축(61); 및 상기 레버축(61)에 감겨져서 일단은 상기 레버축(61)에 결합되고 타단은 상기 토션레버(40)에 결합되게 설치된 것으로 상기 토션레버(40)가 상기 배력링크(50)와 항상 접촉상태를 유지하도록 상기 토션레버(40)에 탄성력을 제공하는 토션스프링(62)을 더 포함하는 구성이다.

상기 토션레버(40)는 상기 페달암(20)의 회전동작시 상기 배력링크(50)와 항상 접촉상태를 유지할 수 있도록 상기 페달멤버(10)와 결합된 하단부가 상단부보다 더 전방쪽으로 위치해서 경사지게 설치된 구조가 된다.

또한, 상기 토션레버(40)에서 상기 배력링크(50)와 접촉하는 일면에는 상기 배력링크(50)와의 작동으로 상기 페달암(20)에 턴오버력을 발생시키고 복귀력을 증대시키는 돌출부(41)가 돌출 형성되는데, 상기 돌출부(41)는 상기 배력링크(50)의 일면으로부터 하향 경사진 경사면(42)을 통해 돌출되게 형성되고, 상기 돌출부(41)를 통과해서 상기 레버축(61)까지의 일면은 슬라이딩면(43)이 된다.

본 발명에 따른 상기 배력링크(50)는 상기 페달암레버(30)와 상기 토션레버(40)사이에 위치하고 상기 페달멤버(10)에 고정되는 링크축(63)이 관통하는 중간부(51); 상기 중간부(51)로부터 전방 상측으로 연장되고 상기 토션레버(40)의 돌출부(41) 및 슬라이딩면(43)과 접촉하는 링크핀(64)이 결합된 전방로드부(52); 및 상기 중간부(51)로부터 후방 상측으로 연장되고 길이방향을 따라 링크슬롯(53)이 형성되며 상기 링크슬롯(53)과 상기 페달암레버(30)를 일체로 관통하면서 상기 링크슬롯(53)을 따라 이동하는 레버연결핀(65)을 매개로 상기 페달암레버(30)와 연결되는 후방로드부(54)를 포함하는 구성이다.

즉, 상기 배력링크(50)는 시옷자 단면모양으로 형성된 구조인데, 꼭지점에 해당하는 중간부(51)가 하측으로 위치하고, 중간부(51)로부터 소정각도로 분기된 전방로드부(52) 및 후방로드부(54)가 중간부(51)의 상측으로 연장되게 설치된 구조인 것이다.

또한, 페달암(20) 작동시 상기 페달암(20)에 턴오버력을 발생시키고 복귀력을 증대시키기 위해 상기 링크축(63)은 상기 링크핀(64)보다 하측에 위치하도록 설치되고, 동시에 상기 링크축(63)과 상기 링크핀(64)사이의 위치에 상기 레버연결핀(65)이 위치하도록 설치된 구조이다.

또한, 상기 페달암(20)이 회전할 때에 상기 배력링크(50)가 링크축(63)을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 링크슬롯(53)은 상기 후방로드부(54)의 길이방향을 따라 일직선 모양으로 형성된 구조가 된다.

이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.

도 2 및 도 4의 상태는 운전자가 페달암(20)을 밟기 전의 상태이거나 또는 페달암(20)에 힘을 가하기 전인 초기상태로, 이때 레버연결핀(65)은 링크슬롯(53)의 하단 끝에 위치하고, 동시에 링크핀(64)은 도 4의 도시상태와 같이 경사면(42)의 상측 끝에 위치하고 있게 된다.

그리고, 도 5는 페달암(20)의 초기 조작 상태로, 이때에는 토션레버(40)의 경사면(42)구조로 인해 배력링크(50)는 링크축(63)을 중심으로 도시상태에서 시계방향으로 회전하려는 힘을 받게 되고, 상기 배력링크(50)의 시계방향 회전력에 의해 페달암(20)은 페달힌지(21)를 중심으로 반 시계방향으로 회전하려는 힘을 받게 되는 바, 이 결과 페달암(20)의 완전복귀를 유도할 수 있게 되고, 이를 통해 클러치디스크와 플라이휠의 보다 확실한 연결을 도모할 수 있게 됨으로써 엔진 출력이 높은 고마력 차량에서도 부품의 손상없이 충분히 사용할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 도 2 및 도 4와 같은 초기상태에서 도 5와 같은 초기 조작 상태로 변화될 때에, 페달암(20)이 전방으로 회전하고, 배력링크(50)가 링크축(63)을 중심으로 반 시계방향으로 회전함에 따라 링크핀(64)은 토션레버(40)의 경사면(42)을 따라 돌출부(41)를 향해 이동하게 되는 바, 이 과정에서 토션스프링(62)의 압축에 따른 반력이 페달암(20)으로 전달되고, 이로 인해 상기 페달암(20)에 가해지는 운전자 하중의 반대방향으로 반력이 발생하게 됨으로써, 운전자가 느끼는 답력은 점차 상승하게 되고, 이때 운전자는 페달암(20)으로부터 전달되는 반력을 인지하게 됨으로써 페달암(20)의 작동상태를 인지하게 된다.

그리고, 페달암(20)의 계속된 전방 회전으로 링크핀(64)이 돌출부(41)의 최대 꼭지점에 도달하는 순간, 토션스프링(62)의 압축은 최대가 되고 이로 인해 반발력은 최대가 되며, 이때 운전자가 느끼는 답력도 최대가 된다.

또한, 페달암(20)의 계속된 전방 회전으로 링크핀(64)이 돌출부(41)를 통과하게 되면 상기 링크핀(64)은 도 6의 상태와 같이 토션레버(40)의 슬라이딩면(43)과 접촉하게 되는 바, 이때의 상태는 페달암(20)의 풀 스트로크(full stroke) 조작 상태로 이때 클러치는 연결이 해제된 상태가 된다.

즉, 링크핀(64)이 돌출부(41)를 통과해서 슬라이딩면(43)에 진입하게 되면, 최대 상태로 압축되었던 토션스프링(62)은 다시 압축이 해제되면서 반발력을 점차 감소시키게 되는 바, 이를 통해 페달암(20)에 가해지는 토션스프링(62)의 반력은 급격히 감소하게 되고, 동시에 운전자가 느끼는 답력 또한 감소하게 됨으로써, 운전자는 감소된 답력으로 인해 페달암(20) 작동시 피로감이 줄어들게 된다.

또한, 전방으로 회전된 페달암(20)이 후방 복귀하는 과정에서 링크핀(64)이 토션레버(40)의 경사면(42)에 다시 진입하게 되면, 이때에도 상기 경사면(42) 구조를 통해 페달암(20)의 완전복귀를 유도할 수 있게 됨으로써, 클러치디스크와 플라이휠의 보다 확실한 연결을 도모할 수 있게 된다.

페달암(20)의 풀 스트로크 조작시 형성되는 배력에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 5와 같은 페달암(20)의 초기 조작시 레버연결핀(65)이 받는 힘 Fs는 아래의 식에 의해 구해진다.

Fs = Ms * (1/Ls) * (B/Bs)

여기서, Ms는 페달암(20)의 초기 조작시 압축된 토션스프링력이고, Ls는 레버축(61) 중심과 링크핀(64) 중심간의 거리이며, B는 링크축(63) 중심과 링크핀(64) 중심간의 거리이고, Bs는 링크축(63) 중심과 레버연결핀(65) 중심간의 거리이다.

다음으로, 도 6과 같은 페달암(20)의 풀 스트로크 조작 상태시 레버연결핀(65)이 받는 힘 Ff는 아래의 식에 의해 구해진다.

Ff = Mf * (1/Lf) * (B/Bf)

여기서, Mf는 페달암(20)의 풀 스트로크 조작시 압축된 토션스프링력이고, Lf는 레버축(61) 중심과 링크핀(64) 중심간의 거리이며, B는 링크축(63) 중심과 링크핀(64) 중심간의 거리이고, Bf는 링크축(63) 중심과 레버연결핀(65) 중심간의 거리이다.

따라서, 배력증가값 (Ff/Fs) = R * (Ls/Lf) * (Bs/Bf)

여기서, R은 배력링크(50)가 토션레버(40)를 밀어줄 때 토션스프링(62)에서 발생하는 회전모멘트 증가비로, R = (Mf/Ms)의 식에 의해 구해진다.

일례로, R = 1.5배, Ls = 80mm, Lf = 20mm, Bs = 15mm, Bf = 20mm로 가정하면, 배력증가값 (Ff/Fs) = 4.5배의 값을 얻을 수 있다.

즉, 초기 복원력 1kgf에 대해 최대 저감력 4.5kgf의 큰 힘을 얻을 수 있게 되는 것이다.

또한, 클러치페달의 종류 또는 고객의 성향 등 필요에 따라 Ls의 값과 Lf의 값의 차이가 크게 나도록 튜닝하고, 반대로 Bs의 값과 Bf의 값의 차이를 작게 나도록 튜닝한다면, 훨씬 더 큰 저감력의 발생도 구현이 가능할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 페달암(20)의 초기 작동시와 후방 복귀시에 링크핀(64)이 토션레버(40)의 경사면(42)에 위치하였을 경우에는, 페달암(20)의 완전복귀를 유도할 수 있게 됨으로써 클러치디스크와 플라이휠의 보다 확실한 연결을 도모할 수 있게 되고, 이 결과 엔진 출력이 높은 고마력 차량에서도 부품의 손상없이 충분히 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 페달암(20)의 풀 스트로크 조작에 따라 링크핀(64)이 토션레버(40)의 돌출부(41)를 지나 슬라이딩면(43)에 진입하게 되면, 토션스프링(62)의 압축이 해제되면서 토션스프링(62)에 의한 반력이 점차 감소하게 되는 바, 이를 통해 페달암(20)으로 전달되는 답력을 크게 저감시킬 수 있어서 페달암(20) 조작에 따른 운전자의 피로도를 크게 줄일 수 있는 장점도 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 - 페달멤버 20 - 페달암
30 - 페달암레버 40 - 토션레버
50 - 배력링크 61 - 레버축
62 - 토션스프링 63 - 링크축
64 - 링크핀 65 - 레버연결핀

Claims

페달암의 상부측에 전방을 향해 돌출되도록 구비된 페달암레버;
상기 페달암레버의 전방쪽에 위치하면서 일단이 페달멤버에 대해 탄력적으로 회전 가능하게 설치된 토션레버; 및
상기 페달암레버에 일단이 연결되고 상기 토션레버에 타단이 접촉하도록 상기 페달암레버와 상기 토션레버사이에서 상기 페달멤버에 회전 가능하게 설치된 것으로, 상기 페달암이 전방으로 회전할 때에는 턴오버력을 발생시켜서 답력을 저감시키고, 상기 페달암이 후방으로 회전할 때에는 복귀력을 증대시키는 배력링크를 포함하고;
상기 배력링크는 상기 페달암레버와 상기 토션레버사이에 위치하고 상기 페달멤버에 고정되는 링크축이 관통하는 중간부;
상기 중간부로부터 전방 상측으로 연장되고 상기 토션레버의 돌출부와 접촉하는 링크핀이 결합된 전방로드부; 및
상기 중간부로부터 후방 상측으로 연장되고 길이방향을 따라 링크슬롯이 형성되며 상기 링크슬롯과 상기 페달암레버를 일체로 관통하면서 상기 링크슬롯을 따라 이동하는 레버연결핀을 매개로 상기 페달암레버와 연결되는 후방로드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치페달의 답력 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 토션레버의 하단부와 상기 페달멤버의 양측면을 일체로 관통해서 상기 페달멤버에 고정되게 설치된 것으로 상기 토션레버의 회전중심 역할을 하는 레버축; 및
상기 레버축에 감겨져서 일단은 상기 레버축에 결합되고 타단은 상기 토션레버에 결합되게 설치된 것으로 상기 토션레버가 상기 배력링크와 항상 접촉상태를 유지하도록 상기 토션레버에 탄성력을 제공하는 토션스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 클러치페달의 답력 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 토션레버는 상기 페달암의 회전동작시 상기 배력링크와 항상 접촉상태를 유지할 수 있도록 상기 페달멤버와 결합된 하단부가 상단부보다 더 전방쪽으로 위치해서 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 클러치페달의 답력 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 토션레버에서 상기 배력링크와 접촉하는 일면에는 상기 배력링크와의 작동으로 상기 페달암에 턴오버력을 발생시키고 복귀력을 증대시키는 돌출부가 돌출 형성되는데;
상기 돌출부는 상기 배력링크에 결합된 링크핀과 접촉되고;
상기 돌출부는 상기 배력링크의 일면으로부터 하향 경사진 경사면을 통해 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 클러치페달의 답력 저감장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 페달암 작동시 상기 페달암에 턴오버력을 발생시키고 복귀력을 증대시키기 위해 상기 링크축은 상기 링크핀보다 하측에 위치하고;
상기 링크축과 상기 링크핀사이의 위치에 상기 레버연결핀이 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 클러치페달의 답력 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 페달암이 회전할 때에 상기 배력링크가 링크축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 링크슬롯은 상기 후방로드부의 길이방향을 따라 일직선 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 클러치페달의 답력 저감장치.