KR20140102213A - 차량의 발진될 햅틱 가속 페달을 제어하기 위한 방법 및 제어장치 - Google Patents

차량의 발진될 햅틱 가속 페달을 제어하기 위한 방법 및 제어장치 Download PDF

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다니엘 헤닝
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 차량(1)의 햅틱 가속 페달(11)을 제어하기 위한 방법 및 제어장치(3)에 관한 것이다. 가속 페달(11)을 발진시키기 위해, 가속 페달(11)에는 신호 위상(ts) 동안 액추에이터(13)에 의해 시간에 따라 변하는 작동력이 형성된다. 이 경우 액추에이터(13)는, 전체 신호 위상(ts) 동안 가속 페달(11)에 적어도 최소 힘(Fmin)을 가하도록 제어된다. 특히 액추에이터(13)가 간단하고 저렴한 직류 모터(23) 및 거기에 연결된 기어장치(25)에 의해 형성되는 경우에, 신호 위상(ts) 동안 기어장치(25)에서 작동 중단, 가속 페달(11)에서 햅틱적으로 감지할 수 있는 신호의 부정확한 형성 및 소음 발생이 방지될 수 있다.

Description

차량의 발진될 햅틱 가속 페달을 제어하기 위한 방법 및 제어장치{METHOD AND CONTROL DEVICE FOR CONTROLLING A HAPTIC ACCELERATION PEDAL THAT IS TO BE SET IN OSCILLATION IN A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 액추에이터에 의해 발진되는 차량의 햅틱 가속 페달을 제어하기 위한 방법 및 제어장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 프로그래밍 가능한 제어장치에서 실행 시 본 발명에 따른 방법을 실시하는 컴퓨터프로그램 제품 및 상기 컴퓨터프로그램 제품이 저장된 컴퓨터 판독 매체에 관한 것이다.
최근의 차량에서 운전자는 차량 운행 시 이용할 수 있는 다양한 정보의 지원을 받는다. 예를 들어, 주행 시 안전성 또는 운전자의 편의성을 높이기 위해 또는 연료를 절감하기 위해 신호 형태로 특정 주행 상태에 관한 피드백을 운전자에게 제공하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 피드백은 다양한 방식으로, 예를 들어 시각적으로 또는 음향으로 제공될 수 있다.
최근의 차량에서는 또한 차량의 가속 페달에 의해 운전자를 향한 햅틱 피드백이 실행될 수도 있다. 이를 위해 가속 페달에 액추에이터가 장착되고, 상기 액추에이터는 가속 페달에 의도대로 힘을 가하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어 가속 페달은 신호 위상 동안 액추에이터에 의해 형성된 변하는 힘에 의해 발진할 수 있고, 이러한 발진은 운전자에 의해 진동 또는 맥동으로서 가속 페달 위에 놓인 발을 통해 햅틱적으로 감지될 수 있다. 이러한 방식으로 운전자의 햅틱적 감지에 의해 운전자에게 안내와 경고가 전달될 수 있거나 편의 기능이 제공될 수도 있으며, 이 경우 운전자는 시각 또는 음향 신호로 인해 교통에 대한 주의력을 다른 곳으로 돌리지 않아도 된다.
본 발명의 과제는 간단하고 저렴한 액추에이터에 의해 형성된 진동 신호가 운전자에 의해 확실하게 감지되도록 차량의 햅틱 가속 페달을 제어하기 위한 방법 및 제어장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 방법 및 청구범위 제 7 항에 따른 제어 장치에 의해 해결된다.
본 발명의 실시예는 차량의 햅틱 가속 페달의 바람직한 제어를 가능하게 한다. 이 경우 예를 들어 가속 페달에 의해 형성된 햅틱적으로 감지될 수 있는 진동 신호의 품질 또는 식별 가능성이 높아질 수 있다. 또한, 이러한 진동 신호의 형성 시 발생되는 소음이 감소할 수 있다.
햅틱 가속 페달을 제어하기 위한 제안된 방법에서 가속 페달은 신호 위상 동안 액추에이터에 의해 형성된 가변적인 작동력에 의해 발진한다. 액추에이터는 전체 신호 위상 동안 가속 페달에 적어도 최소 힘이 가해지도록 제어된다.
본 발명에 따른 제어 방법에 기초가 되는 동기 또는 사상은 특히, 한편으로는 차량의 햅틱 가속 페달은 가능한 한 간단하고 저렴한 액추에이터에 의해 작동되어야 하고, 다른 한편으로는 액추에이터에 의해 형성된 진동 신호가 운전자에 의해 확실하게 감지되어야 하는 것일 수 있다. 또한 발생하는 소음이 최소화되어야 한다.
기존의 햅틱 가속 페달에서는 대개 햅틱 피드백을 커플링하기 위한 장치가 제공되고, 이 경우 드라이브와 커플링은 매우 복잡하게 형성될 수 있다. 예를 들어 액추에이터를 위해 토커-모터 또는 복잡한 다이렉트 드라이브가 제공될 수 있다. 이러한 기술의 단점은 큰 필수 조립 공간, 높은 전류 소비, 무거운 중량 및 많은 비용이다.
이러한 액추에이터를 직류 모터 및 거기에 연결된 기어장치에 기초하는 간단한 액추에이터로 대체하는 것이 바람직할 수 있다. 직류 모터는 소형으로 형성될 수 있고, 일반적으로 예를 들어 희토류와 같은 고가의 재료로 이루어진 무거운 자석이 생략될 수 있다. 직류 모터는 연결된 기어장치에 의해 햅틱 가속 페달의 작동에 필요한 높은 회전 모멘트를 형성할 수 있다.
기어장치를 포함하는 액추에이터의 사용 시, 진동 또는 n-다중 펄스 형태로 햅틱 가속 페달에 진동이 가해질 때 액추에이터에 의해 가속 페달에 형성되는 시간에 따라 변하는 작동력은 신호 위상 동안 일시적으로 중단되지 않고 특히 상기 작동력의 작동 방향이 전환되지 않는 것이 바람직할 수 있음이 밝혀졌다.
그대신 전체 신호 위상 동안, 즉 가속 페달에 진동이 형성되는 동안 가속 페달에는 적어도 1 N, 바람직하게는 적어도 5 N 그리고 더 바람직하게는 적어도 10 N의 최소 힘이 가해져야 한다. 최소 힘은 평균적으로 신호 위상 동안 액추에이터에 의해 형성된 힘의 예컨대 1 내지 30%, 바람직하게는 2 내지 10%일 수 있다.
이러한 사실은 다음 관찰에 근거한다: 햅틱 가속 페달에 예를 들어 정현파 단일 진동 형태의 또는 n-다중-클릭-펄스 또는 진동 펄스 형태의 진동이 가해질 때 지금까지는 햅틱 가속 페달에 가해지는 작동력은, 최소 진동 시 실질적으로 액추에이터에 의해 가속 페달에 힘이 가해지지 않는, 즉 0 N이었거나 또는 진동 중에 힘 방향이 전환되도록 형성되었다.
특히 기어장치를 포함하는 액추에이터의 사용 시 이 경우 바람직하지 않은 효과가 나타날 수 있다. 예를 들어 힘 작용이 없는 경우에 기어장치에서 작동 중단이 야기될 수 있다. 액추에이터에 의해 야기되는 추가 힘이 대략 0 N으로 감소하는 힘 전환점에 기어리스(gearless) 상태에서 기어장치의 작동 방향 전환이 야기될 수 있다. 기어리스는 소정의 유격을 갖기 때문에, 충격이 발생할 수 있고, 이는 결과적으로 소음 발생을 일으킬 수 있다.
따라서 액추에이터가 가속 페달을 발진시켜야 하는 전체 신호 위상 동안, 액추에이터가 가속 페달에 최소 힘을 가하도록 액추에이터를 제어하는 것이 제안된다. 특히 액추에이터는 전체 신호 위상 동안 형성되는 힘이 가속 페달의 정지 위치를 향한 방향으로 작용하도록 제어된다.
다시 말해서 액추에이터는 전체 신호 위상 동안 소정의 최소 강도 이하로는 절대 낮아지지 않는 시간에 따라 변하는 강도를 갖는 힘을 형성해야 하고, 이 경우 가속 페달의 정지 위치를 향하고 운전자에 의해 가해지는 가속 페달을 작동시키는 힘에 대항하는 적어도 부분 방향 성분을 갖는 힘이 작용해야 한다.
액추에이터에 의해 형성된 힘은 가속 페달에 작용하는 다른 힘에 추가하여 작용할 수 있다. 예를 들어 가속 페달은 일반적으로 페달-복귀 스프링에 의해, 가속 페달이 운전자에 의해 작동되지 않는 경우에 상기 가속 페달이 있어야 하는 정지 위치를 향해 예비 응력을 받는다. 페달-복귀 스프링에 의해 형성된 힘은 액추에이터에 의해 형성된 작동력과 무관하게 가속 페달에 작용한다. 액추에이터는 가속 페달의 정지 위치를 향해 추가 복귀력을 가해야 하고, 이 경우 복귀력은 시간에 따라 변할 수 있으므로, 이로써 운전자가 햅틱적으로 감지할 수 있는 진동이 가속 페달에 형성될 수 있다.
가속 페달에 햅틱적으로 감지할 수 있는 신호가 형성되지 않아야 하는 경우에, 액추에이터는 가속 페달로부터 기계적으로 분리될 수 있고, 즉 가속 페달과 기계적으로 접촉할 수 없다. 예를 들어 액추에이터는 정지 위치로 되돌아갈 수 있다. 햅틱적으로 감지할 수 있는 신호에 의해 운전자에게 안내 또는 경고가 신호화되는 즉시, 즉 신호 위상의 시작 시, 액추에이터는 정지 위치로부터 가속 페달과 기계적으로 접촉하는 작동 위치로 이동되도록 제어될 수 있다. 액추에이터가 가속 페달과 기계적으로 접촉하는 즉시, 액추에이터로부터 가속 페달에 힘이 가해지고, 이 경우 액추에이터는 상기 작동력이 전체 신호 위상 동안 예정된 최저치에 미달되지 않도록 제어 또는 조절된다.
신호 위상의 종료 시 액추에이터는, 작동 위치로부터 다시 정지 위치로 이동되도록 제어될 수 있다. 이로써 액추에이터는 신호 위상 후에 가속 페달로부터 분리될 수 있고, 정지 위치에서, 예를 들어 가속 페달 외부에서 다음 신호 위상이 시작될 때까지 대기할 수 있다. 따라서 액추에이터는 신호 위상 밖의 이러한 정지 위상 동안, 정지 위치로 이동하기 위해 단시간만 에너지를 필요로 하고, 거기에서 추가 에너지를 필요로 하지 않고 정지할 수 있다. 또한, 가속 페달로부터 분리 후에 액추에이터가 실질적으로 정지 위치에서 힘을 가하지 않는 상태에서는 물론 특히 정지 위치에서 정지 중에는 액추에이터에 제공된 기어장치에 부하가 가해지지 않으므로, 기어장치 내의 마모 현상이 더 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 전술한 실시예들, 그에 따라 달성 가능한 기능 및 장점들은 햅틱 가속 페달의 제어를 위해 차량에 제공된 제어장치에 의해 실행될 수 있다.
제어장치는, 적절한 인터페이스를 통해 액추에이터에 포함된 구동 모터에 제어 신호를 전송하도록 설계될 수 있다. 또한, 제어장치는 예컨대 적절한 센서들에 의해 가속 페달의 현재 위치에 관한 및/또는 가속 페달에 가해진 힘에 관한 정보 수신할 수 있기 위해 인터페이스를 포함할 수 있다. 제어장치는 제안된 제어 방법 및 센서 신호들의 정보 분석을 하드웨어 및/또는 소프트웨어에서 실행할 수 있다. 전술한 방법의 실시를 위한 프로그래밍 가능한 제어장치를 프로그래밍하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해 컴퓨터프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능 명령어를 포함할 수 있고, 상기 명령어는 프로그래밍 가능한 제어장치에 관련 방법의 단계들을 실행할 것을 명령한다. 컴퓨터프로그램 제품은 컴퓨터 판독 매체, 예를 들어 CD, DVD, 플래쉬 메모리, ROM, EPROM 또는 이와 같은 것에 저장될 수 있다. 액추에이터에 의해 야기될 힘을 적절하게 제어할 수 있기 위해, 다른 센서 데이터의 처리 외에도 데이터 뱅크에 또는 특성곡선의 형태로 저장된, 특정 제어 신호에 대해 액추에이터에 의해 실행된 힘 응답에 관한 정보도 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예의 가능한 특징 및 장점들은 여기에서 부분적으로 본 발명에 따른 방법과 관련해서 그리고 부분적으로는 본 발명에 따른 제어장치와 관련해서 설명된다. 당업자는 개별 특징들이 적절하게 서로 조합될 수 있거나 또는 교환될 수 있고, 특히 제어장치로부터 방법으로 및 반대로 전용될 수 있고, 이로 인해 다른 실시예 및 가능한 시너지 효과가 달성될 수 있다는 것을 파악할 것이다.
하기에서 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참고로 설명된다. 이 경우 상세한 설명 및 도면이 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 실시하기 위한 제어장치를 포함하는 차량을 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 액추에이터에 의해 형성된 햅틱 신호의 시간에 따른 힘 곡선을 도시한 그래프.
도면들은 개략적으로만 도시되고, 축척에 따라 도시도지 않는다.
도 1은 햅틱 가속 페달(11)을 포함하는 차량(1)의 단면도를 도시한다. 시트(5)에 앉은 운전자는 가속 페달(11)을 밟음으로써 케이블(15) 또는 엔진 제어장치에 연결된 라인(도시되지 않음)에 의해 차량(1)의 엔진(17)이 차량(1)을 가속화하게 할 수 있다. 이를 위해 운전자는 가속 페달(11)을 화살표(7)의 방향으로 밟아야 한다. 이 경우 위치 센서(21)는 가속 페달(11)의 현재 위치를 결정할 수 있다. 스프링(19)은 가속 페달(11)에 작동 방향(7)과 반대로 휴지 위치를 향해 예비 응력을 가한다.
가속 페달(11)은 햅틱 가속 페달로서 형성된다. 이를 위해 가속 페달(11)에 액추에이터(13)가 제공되고, 상기 액추에이터에 의해 가속 페달(11)은 작동 방향(7)과 반대의 소정의 방향으로 이동되고 또는 상기 방향으로 힘을 받을 수 있다. 액추에이터(13)는 이 경우 가속 페달(11)을 예를 들어 진동 또는 맥동 형태로 발진시킬 수 있다.
액추에이터(13)는 바람직하게 간단한 직류 모터(23)로 작동될 수 있고, 상기 모터는 기어장치(25)를 통해 작동 디스크(27)에 연결된다. 모터(23)가 작동함으로써 작동 디스크(27)는 화살표(33)로 도시된 바와 같이 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전될 수 있다. 작동 디스크(27)의 중심에서 벗어난 영역에 캠(31)이 배치된다. 상기 캠(31)은 가속 페달(11)에 제공된 플런저(29)와 상호 작용할 수 있다. 이를 위해 플런저(29)는 액추에이터(13)를 향한 단부에 포크 형태의 수용부(35)를 갖고, 작동 디스크(27)가 적절한 위치로 회전되는 즉시, 상기 수용부 내로 캠(31)이 결합할 수 있다.
액추에이터(13)는 제어장치(3)에 의해 제어된다. 제어장치(3)는, 운전자에게 예를 들어 연료 절감 운전 방법 또는 위험 상황을 지시하기 위해 햅틱적으로 감지할 수 있는 신호가 가속 페달(11)을 통해 언제 운전자에게 전달되어야 하는지 검출한다.
햅틱적으로 감지할 수 있는 신호가 형성되지 않아도 되는 경우에, 제어장치(3)는 액추에이터(13)를 정지 위치로 이동하여 거기에서 머무르도록 제어한다. 이를 위해 모터(23)에 단시간 동안만 전류가 공급되므로, 작동 디스크(27)는 상응하게 회전될 수 있고, 즉 도 1에서 시계 방향으로 회전될 수 있고, 따라서 캠(31)은 가속 페달(11)의 플런저(29)와 접촉하지 않는 위치로 이동된다. 바람직하게 정지 위치는, 현재 가속 페달(11)이 어떤 위치에 있는지와 무관하게 캠(31)이 플런저(29)와 상호 작용하지 않도록 결정된다. 즉, 가속 페달(11)은 정지 위치에 배치된 액추에이터와 결합하지 않고 전체 이동 거리를 지나 이동할 수 있다.
실제로 햅틱적으로 감지할 수 있는 신호가 형성되어야 할 때, 즉 신호 위상의 시작시, 제어장치(3)는 모터(23)를 상응하게 제어하므로, 작동 디스크(27)는 회전될 수 있고, 캠(31)은 플런저(29)와 기계적으로 접촉하여 이동될 수 있다. 이 경우 제어장치(3)는, 작동 디스크(27)가 상응하는 위치로 회전되도록 액추에이터(13)를 의도대로 제어하기 위해 위치 센서(21)에 의해 전달된 가속 페달(11)의 현재 위치에 관한 정보를 이용할 수 있고, 따라서 캠(31)은 포크 형태의 수용부(35)에 결합한다.
액추에이터(13)가 이러한 방식으로 가속 페달(11)과 기계적으로 접촉되는 즉시, 햅틱적으로 감지할 수 있는 신호의 형성을 시작할 수 있다. 이를 위해 제어장치(3)에 의해 모터(23)에 인가하는 제어 전압은, 모터(23)로부터 기어장치(25) 및 작동 디스크(27)를 지나 플런저(29) 및 가속 페달(11)에 가해지는 힘이 시간에 따라 변하여 가속 페달이 발진하도록 시간에 따라 변동된다.
도 2 및 도 3에는 신호 위상(tS) 동안 작동력(F)이 시간에 따라 어떻게 변동되는지 도시된다.
도 2에는 작동력(F)의 정현파 파형이 도시된다. 시간에 따른 힘 변동의 주파수는 이 경우 비교적 낮으므로, 개별 힘 펄스들은 운전자에 의해 별도로 감지될 수 있고, 따라서 예를 들어 힘 펄스의 개수 또는 지속시간에 의해 결정된, 운전자에 의해 식별 가능한 신호들이 전달될 수 있다.
도 3에는 작동력(F)의 사각형 파형이 도시된다. 개별 힘 펄스들은 이 경우 비교적 짧고, 따라서 운전자는 가속 페달의 진동을 감지할 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 힘 곡선들에서 액추에이터에 의해 야기된 힘(F)은 신호 위상(tS)의 시작(t0) 후에 상기 신호 위상의 종료(t1) 까지 소정의 최소 힘 레벨(Fmin) 이하로 감소하지 않는다. 다시 말해서 제 1 펄스 후에 또는 제 1 진동 후에 다음 펄스까지 또는 다음 진동까지의 시간 간극 내에서 액추에이터로부터 가속 페달로 예를 들어 5 N의 소정의 힘-기본 레벨이 유지된다.
이로써 예를 들어 직류 모터(23) 및 여기에 연결된 기어장치(25)를 포함할 수 있는 액추에이터(13)의 구동 어셈블리는 소정의 작용 방향으로 예비 응력을 받을 수 있으므로, 운전자의 발에 최적화된 햅틱 감각이 제공될 수 있다. 보완적으로 이로 인해 예를 들어 기어리스 내에서 기어 래틀로 인한 소음 발생이 저지된다.
마지막 펄스의 종료 후에, 즉 신호 위상(tS)의 종료(t1)시 액추에이터에 의해 야기된 힘 레벨은 다시 0 N으로 감소하고, 이 경우 액추에이터는 가속 페달로부터 릴리스되어 정지 위치로 이동될 수 있다.
11 가속 페달
13 액추에이터
23 직류 모터
25 기어장치
27 작동 디스크
29 플런저
31 캠

Claims (9)

  1. 햅틱 가속 페달(11)을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 가속 페달(11)은 신호 위상(tS) 동안 액추에이터(13)에 의해 형성된, 변하는 작동력(F)에 의해 발진하는 방법에 있어서,
    상기 액추에이터(13)는, 전체 신호 위상(tS) 동안 상기 가속 페달(11)에 적어도 최소 힘(Fmin)이 가해지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 최소 힘(Fmin)은 적어도 1 N인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 최소 힘(Fmin)은 신호 위상(tS) 동안 상기 액추에이터(13)에 의해 평균적으로 형성된 힘(F)의 1 내지 30%인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(13)는, 전체 신호 위상(tS) 동안 형성되는 힘(F)이 상기 가속 페달(11)의 정지 위치를 향한 방향으로 작용하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(13)는, 상기 신호 위상(tS)의 시작 시(t0) 상기 가속 페달(11)과 기계적으로 접촉하지 않는 정지 위치로부터 상기 가속 페달(11)과 기계적으로 접촉하는 작동 위치로 이동되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(13)는, 상기 신호 위상(tS)의 종료 시(t1) 상기 가속 페달(11)과 기계적으로 접촉하는 작동 위치로부터 상기 가속 페달(11)과 기계적으로 접촉하지 않는 정지 위치로 이동되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 차량(1)의 햅틱 가속 페달(11)을 제어하기 위한 제어장치(3)로서, 상기 제어 장치(3)는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하도록 설계된, 제어 장치.
  8. 프로그래밍 가능한 제어장치(3)에 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하도록 명령하는 컴퓨터 판독 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터프로그램 제품.
  9. 제 8 항에 따른 컴퓨터프로그램 제품을 저장하여 포함하고 있는 컴퓨터 판독 매체.
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