KR20210130296A - 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치 - Google Patents

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KR20210130296A
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김은식
김현욱
변성일
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치에 관한 것으로, 운전자가 직접 운전을 하는 수동운전모드 상황에서는 운전자에 의한 페달패드(300)의 조작이 가능하도록 페달패드(300)가 페달하우징(100)으로부터 돌출되어서 운전자쪽으로 노출되게 팝업되고, 운전자가 직접 운전을 하지 않는 자율주행모드 상황에서는 운전자에 의한 페달패드(300)의 조작이 불가능하도록 페달패드(300)가 페달하우징(100)속으로 삽입되어서 운전자쪽으로의 노출이 차단된 숨김상태가 가능도록 된 것이다.

Description

자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치{FOLDABLE BRAKE PEDAL APPARATUS FOR AUTONOMOUS DRIVING VEHICLE}
본 발명은 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운전자가 직접 운전하는 수동운전모드에서는 운전자에 의한 조작이 가능하도록 페달패드가 페달하우징으로부터 돌출되어서 운전자쪽으로 노출되고, 자율주행 상황에서는 운전자에 의한 조작이 불가능하도록 페달패드가 페달하우징속으로 삽입되어서 운전자쪽으로의 노출이 차단되는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치에 관한 기술이다.
자율주행 차량은 운전자가 핸들과 가속페달 및 브레이크 등을 직접 조작하지 않아도 스스로 목적지까지 찾아가는 자율주행 기술이 접목된 스마트 차량으로 최근 들어 개발이 급속도로 진행되고 있다.
자율주행 상황이 보편적으로 실현될 경우 운전자가 직접 운전을 하는 수동운전모드, 및 운전자가 직접 운전을 하지 않고 차량이 스스로 목적지까지 주행하는 자율주행모드를 선택할 수 있다.
자율주행모드에서는 운전자가 발을 뻗어서 편안하게 휴식을 취할 수 있어야 하기에 운전석 하부공간에 위치한 페달(가속페달, 브레이크페달)이 실내로 그대로 노출된 상태로 존재하게 되면 운전자의 휴식에 방해가 되는 단점이 있다.
또한, 자율주행 상황은 운전자가 차량의 페달(가속페달, 브레이크페달)을 조작하지 않는 상황으로, 만약에 자율주행 중에 운전자가 페달을 조작하게 되면 차량 제어기는 운전자가 자율주행을 종료하고 운전자가 직접 운전을 원하는 상황으로 판단하여 자율주행을 위한 제어를 종료하게 된다.
그런데, 차량의 페달은 운전석 하부 공간에 노출되도록 설치되어 있기 때문에 자율주행 상황에서 운전자가 무의식적으로 페달을 조작할 우려가 있고(페달의 오조작 상황), 이럴 경우 도로 상황 또는 차간 거리 등에 따라 사고가 발생할 우려가 있다.
따라서, 운전자가 직접 운전하는 수동운전모드에서는 운전자에 의한 조작이 가능하도록 페달패드가 실내로 노출되고, 자율주행 상황에서는 운전자의 편안한 휴식 및 오조작 방지 등의 안전을 위해 운전자에 의한 조작이 불가능하도록 페달패드의 실내노출을 차단하는 새로운 페달장치의 기술개발이 필요하다.
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.
대한민국공개특허공보 10-2017-0137427호
본 발명은, 운전자가 직접 운전하는 수동운전모드에서는 운전자에 의한 조작이 가능하도록 페달패드가 페달하우징으로부터 돌출되어서 운전자쪽으로 노출되고, 자율주행 상황에서는 운전자에 의한 조작이 불가능하도록 페달패드가 페달하우징속으로 삽입되어서 운전자쪽으로의 노출이 차단되는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치로서, 자율주행 상황에서 운전자의 편안한 휴식이 가능하고, 더 나아가 자율주행 상황에서 페달의 오조작을 차단함으로써 안전성 향상을 도모할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴더블 브레이크페달장치는 고하중 스프링모듈을 사용해서 답력을 구현하는 구성으로, 이를 통해 일반적인 폴더블 가속페달장치에서 사용하는 저용량 모터의 사용이 가능하고, 이를 통해 비용을 절감할 수 있도록 하는 데에 다른 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치는, 운전석 하부공간에 고정되게 설치된 페달하우징; 상기 페달하우징에 힌지핀을 매개로 회전 가능하게 결합되고, 운전자의 발로 조작되며, 페달하우징속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태로의 변경이 가능하도록 설치된 페달패드; 상기 페달하우징에 고정되게 설치되고, 페달패드의 숨김상태 및 팝업상태가 가능하도록 페달패드를 회전시키기 위해 동력을 발생하는 액추에이터; 및 상기 페달하우징에 회전 가능하게 결합되고, 일단과 타단이 페달패드와 액추에이터에 연결되어서 액추에이터의 동력을 페달패드로 전달하는 고하중 스프링모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 페달하우징에 고정되게 설치되고, 액추에이터와 전기적으로 연결되어서 액추에이터의 작동을 제어하는 액추에이터 제어PCB;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 페달하우징에 고정되게 설치되고, 페달패드와 회전레버를 통해 기구적으로 연결된 것으로, 페달패드의 회전시 페달패드의 회전각을 검출해서 제동과 관련한 신호를 발생하는 페달센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 페달패드는 하단이 힌지핀을 매개로 페달하우징에 결합되고 상단이 힌지핀을 중심으로 전후로 회전하는 오르간 타입 패드인 것을 특징으로 한다.
상기 페달패드는 운전자가 발로 조작하는 조작면, 및 조작면에서 전방으로 돌출되게 형성되고 하단에 힌지핀이 결합되는 몸통부를 포함하고; 상기 페달패드는 액추에이터의 작동으로 몸통부가 페달하우징속으로 삽입되면 숨김상태가 되고, 몸통부가 페달하우징으로부터 돌출되면 팝업상태가 되는 것을 특징으로 한다.
상기 페달패드는 운전자가 발로 조작하는 조작면, 및 조작면에서 전방으로 돌출되게 형성되고 하단에 힌지핀이 결합되는 몸통부를 포함하고; 상기 페달하우징에는 몸통부가 관통하는 하우징구멍이 형성되며; 상기 페달패드의 조작면은 외형적인 크기가 하우징구멍보다 더 크게 형성되어서 페달패드의 회전시 하우징구멍은 조작면에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 한다.
상기 액추에이터는 페달하우징내에 고정되게 설치된 직선형 모터; 및 상기 직선형 모터의 작동시 상하로 진퇴 운동하고 고하중 스프링모듈의 전방단부와 회전 가능하게 결합된 플런저를 포함하고; 상기 플런저의 진퇴 운동시 고하중 스프링모듈은 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 회전에 의해 페달패드는 페달하우징속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태로 변경되는 것을 특징으로 한다.
상기 페달패드에는 운전자가 발로 조작하는 조작면, 및 조작면의 경사방향을 따라 연장된 가이드슬롯이 구비되고; 상기 고하중 스프링모듈의 후방단은 가이드슬롯으로 삽입되어서 페달패드와 연결되며; 상기 플런저의 진퇴 운동으로 고하중 스프링모듈이 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 후방단이 가이드슬롯을 따라 이동하는 것에 의해 페달패드는 페달하우징속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태로 변경되는 것을 특징으로 한다.
상기 직선형 모터로 전원공급이 차단되면 플런저는 직선형 모터속으로 삽입되는 후퇴이동을 하고, 고하중 스프링모듈은 플런저와 연결된 전방단이 가이드슬롯과 연결된 후방단보다 더 위쪽에 위치하도록 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 회전시 고하중 스프링모듈의 후방단이 가이드슬롯을 따라 이동해서 가이드슬롯의 최하단에 위치함에 따라 페달패드는 페달하우징속으로 삽입된 숨김상태가 되는 것을 특징으로 한다.
상기 직선형 모터로 전원이 공급되면 플런저는 직선형 모터밖으로 돌출되는 전진이동을 하고, 고하중 스프링모듈은 플런저와 연결된 전방단이 가이드슬롯과 연결된 후방단보다 더 아래쪽에 위치하도록 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 회전시 고하중 스프링모듈의 후방단이 가이드슬롯을 따라 이동해서 가이드슬롯의 최상단에 위치함에 따라 페달패드는 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태가 되는 것을 특징으로 한다.
상기 페달패드가 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태를 기준으로 고하중 스프링모듈의 길이방향 중심을 일직선으로 연결한 제1선과 가이드슬롯의 길이방향 중심을 일직선으로 연결한 제2선이 이루는 사이각 θ는 60°≤θ≤ 90°인 조건을 만족하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 플런저의 진퇴운동으로 인해 고하중 스프링모듈이 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 회전에 의해 페달패드가 페달하우징에 대해 회전하면서 페달패드와 연결된 회전레버가 회전할 때에는 오작동의 방지를 위해 페달센서는 제동과 관련된 신호를 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 페달패드가 팝업된 상태이고, 플런저가 진퇴운동을 하지 않는 상황에서 운전자의 조작으로 페달패드가 페달하우징에 대해 회전하면서 페달패드와 연결된 회전레버가 회전할 때에만 페달센서는 제동과 관련된 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 고하중 스프링모듈은 플런저와 연결핀을 매개로 회전 가능하게 결합되고, 페달하우징에 회전 가능하게 결합되는 회전축이 외측으로 돌출되도록 형성된 아우터실린더; 상기 아우터실린더속으로 일단이 삽입되어서 아우터실린더의 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합된 이너실린더; 상기 이너실린더속에 삽입되어서 이너실린더의 길이방향을 따라 이동 가능하게 설치된 스프링시트; 상기 스프링시트에 일단이 연결되고 타단에는 페달패드에 형성된 가이드슬롯으로 삽입되는 가이드핀이 결합된 연결로드; 상기 아우터실린더속에 위치하고 아우터실린더와 이너실린더에 양단이 지지되게 설치된 제1스프링; 상기 이너실린더속에 위치하고 이너실린더와 시프링시트에 양단이 지지되게 설치된 제2스프링; 상기 아우터실린더속에서 이너실린너와 이격된 위치에 고정되게 설치된 제1댐퍼; 및 상기 이너실린더속에서 스프링시트와 이격된 위치에 고정되게 설치된 제2댐퍼;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2스프링의 스프링력이 제1스프링의 스프링력보다 더 크게 설정된 것을 특징으로 한다.
상기 스프링시트와 연결로드는 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 스프링시트와 연결로드는 개별적으로 형성되어서 로드핀을 매개로 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 페달패드가 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태에서 운전자가 페달패드를 조작함에 따라 페달패드가 힌지핀을 중심으로 전방으로 회전하면, 제1스프링이 먼저 압축되면서 1차 답력이 생성되고, 제1스프링이 압축된 후 제2스프링이 압축되면서 1차 답력보다 큰 2차 답력이 생성되고, 제2스프링이 압축된 후 마지막으로 제1댐퍼와 제2댐퍼가 압축되면서 추가답력이 발생함에 따라 2차 답력보다 큰 3차 답력이 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치는, 운전자가 직접 운전을 하는 수동운전모드 상황에서는 운전자에 의한 페달패드의 조작이 가능하도록 페달패드가 페달하우징으로부터 돌출되어서 운전자쪽으로 노출되게 팝업되고, 운전자가 직접 운전을 하지 않는 자율주행모드 상황에서는 운전자에 의한 페달패드의 조작이 불가능하도록 페달패드가 페달하우징속으로 삽입되어서 운전자쪽으로의 노출이 차단된 숨김상태가 가능한 구성으로, 자율주행 상황에서 운전자의 편안한 휴식이 가능하고, 더 나아가 자율주행 상황에서 페달의 오조작을 차단함으로써 안전성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴더블 브레이크페달장치는 고하중 스프링모듈을 사용해서 답력을 구현하는 구성으로, 이를 통해 일반적인 폴더블 가속페달장치에서 사용하는 저용량 모터의 사용이 가능하고, 이를 통해 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치의 분해사시도,
도 2는 도 1의 결합상태 사시도,
도 3은 도 2에서 페달하우징을 제거한 상태의 도면,
도 4는 도 2의 측면도로서 페달패드가 페달하우징속으로 삽입된 숨김(하이드)상태의 도면,
도 5는 도 4에서 페달패드가 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태의 도면,
도 6은 도 5에서 운전자의 조작으로 페달패드가 회전해서 정상 작동하는 상태의 도면,
도 7은 본 발명에 따라 고하중 스프링모듈이 결합된 페달패드의 저면사시도,
도 8은 본 발명에 따른 고하중 스프링모듈을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 고하중 스프링모듈을 구비한 브레이크페달장치의 답력선도,
도 10은 다른 실시예의 고하중 스프링모듈을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자율주행 차량용 폴더블 페달장치에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 자율주행 차량용 폴더블 페달장치는 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 운전석 하부공간에 고정되게 설치된 페달하우징(100); 상기 페달하우징(100)에 힌지핀(200)을 매개로 회전 가능하게 결합되고, 운전자의 발로 조작되며, 페달하우징(100)속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징(100)으로부터 돌출된 팝업상태로의 변경이 가능하도록 설치된 페달패드(300); 상기 페달하우징(100)에 고정되게 설치되고, 페달패드(300)의 숨김상태 및 팝업상태가 가능하도록 페달패드(300)를 회전시키기 위해 동력을 발생하는 액추에이터(400); 및 상기 페달하우징(100)에 회전 가능하게 결합되고, 일단과 타단이 페달패드(300)와 액추에이터(400)에 연결되어서 액추에이터(400)의 동력을 페달패드(300)로 전달하는 고하중 스프링모듈(500);을 포함한다.
페달하우징(100)은 내부가 비어있는 박스형상으로 형성되고, 내부의 빈공간에는 액추에이터(400)와 고하중 스프링모듈(500) 및 후술하는 액추에이터 제어PCB와 페달센서 등이 설치되며, 일측에는 커버(110)가 분리 가능한 구조로 결합된다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 페달하우징(100)에 고정되게 설치되고 액추에이터(400)와 전기적으로 연결되어서 액추에이터(400)의 작동을 제어하는 액추에이터 제어PCB(600)를 더 포함한다.
액추에이터 제어PCB(600)는 와이어를 통해서 배터리와 같은 전원장치와 전기적으로 연결되도록 구성된다.
또한, 본 발명은 페달하우징(100)에 고정되게 설치되고 페달패드(300)와 회전레버(710)를 통해 기구적으로 연결된 것으로, 페달패드(300)의 회전시 페달패드(300)의 회전각을 검출해서 제동과 관련한 신호를 발생하는 페달센서(700)를 더 포함한다.
페달패드(300)가 힌지핀(200)을 중심으로 전후로 회전하면 회전레버(710)도 함께 회전한다.
그리고, 회전레버(710)에는 영구자석(마그넷)이 결합되고, 페달센서(700)의 내부에는 영구자석과 대면하도록 PCB(Printed Circuit Board)가 구비되며, PCB는 와이어를 통해서 배터리와 같은 전원장치와 전기적으로 연결되도록 구성된다.
따라서, 운전자가 페달패드(300)를 발로 밟아서 조작함에 따라 페달패드(300)가 힌지핀(200)을 중심으로 전후로 회전하면, 페달패드(300)와 연결된 회전레버(710)도 함께 회전하고, 회전레버(710)의 회전시 회전레버(710)에 결합된 영구자석의 위치가 변화하고, 페달센서(700)는 영구자석의 회전위치변화에 따른 자기장 세기의 변화를 통해 페달패드(300)의 회전각을 검출해서 제동과 관련한 신호를 발생하게 된다.
본 발명 실시예에 따른 페달센서(700)는 기구적 구조인 회전레버(710)를 통해 페달패드(300)와 연결된 접촉식 페달센서이지만, 필요에 따라 영구자석과 PCB만으로 구성된 비접촉식 페달센서로도 구성할 수 있다.
페달패드(300)는 하단이 힌지핀(200)을 매개로 페달하우징(100)에 결합되고 상단이 힌지핀(200)을 중심으로 전후로 회전하는 오르간 타입 패드인 것이 특징이다.
페달패드(300)는 운전자가 발로 조작하는 조작면(310), 및 조작면(310)에서 전방으로 돌출되게 형성되고 하단에 힌지핀(200)이 결합되는 몸통부(320)를 포함하고, 상기 페달하우징(100)에는 몸통부(320)가 관통하는 하우징구멍(120)이 형성된다.
따라서, 액추에이터(400)의 작동으로 페달패드(300)의 몸통부(320)가 페달하우징(100)속으로 삽입된 상태가 되면 페달패드(300)는 운전자에 의해 조작이 불가능한 숨김(하이드)상태가 되고, 액추에이터(400)의 작동으로 페달패드(300)의 몸통부(320)가 페달하우징(100)으로부터 돌출된 상태가 되면 페달패드(300)는 운전자에 의해 조작이 가능한 팝업(pop-up)상태가 된다.
한편, 페달패드(300)의 조작면(310)은 외형적인 크기가 하우징구멍(120)보다 더 크게 형성되어서 페달패드(300)의 회전시 하우징구멍(120)은 조작면(310)에 의해 밀폐되는 구조가 된다.
페달패드(300)가 힌지핀(200)을 중심으로 전방으로 풀 회전하면, 페달패드(300)의 조작면(310)이 하우징구멍(120)을 통과하지 못함에 따라 조작면(310)은 페달하우징(100)에 의해 지지되고, 이로 인해 페달패드(300)의 전방회전은 자연적으로 구속된다.
또한, 하우징구멍(120)이 페달패드(300)의 조작면(310)에 의해 밀폐되는 구조가 되면, 기밀유지에 유리해서 이물질 유입을 방지할 수 있고, 또한 실내쪽으로의 소음차단 효과도 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 액추에이터(400)는 페달하우징(100)내에 상하방향으로 고정되게 설치된 직선형 모터(410), 및 상기 직선형 모터(410)의 작동시 상하로 진퇴 운동하고 고하중 스프링모듈(500)의 전방단부와 회전 가능하게 결합된 플런저(420)를 포함한다.
직선형 모터(410)는 리니어 모터로 구성될 수 있고, 전원장치와 전기적으로 연결되게 구성된다.
따라서, 플런저(420)의 진퇴 운동시 고하중 스프링모듈(500)은 페달하우징(100)에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈(500)의 회전에 의해 페달패드(300)는 페달하우징(100)속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징(100)으로부터 돌출된 팝업상태로의 변경이 가능하게 된다.
본 발명에 따라 페달패드(300)의 몸통부(320)속에는 2개의 가이드브라켓(330)이 일체로 구비되고, 가이드브라켓(330)에는 가이드슬롯(340)이 형성된다.
2개의 가이드브라켓(330)은 조작면(310)의 길이방향을 따라 연장되고 좌우로 이격되어서 서로 평행하게 형성되며, 가이드브라켓(330)에는 조작면(310)의 경사방향을 따라 연장된 가이드슬롯(340)이 각각 형성되며, 고하중 스프링모듈(500)의 후방단은 가이드슬롯(340)으로 삽입되어서 페달패드(300)와 연결된 구조가 된다.
따라서, 플런저(420)의 진퇴 운동으로 고하중 스프링모듈(500)이 페달하우징(100)에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈(500)의 후방단이 가이드슬롯(340)을 따라 이동하는 것에 의해 페달패드(300)는 페달하우징(100)속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징(100)으로부터 돌출된 팝업상태로의 변경이 가능하게 된다.
차량의 브레이크페달은 가속페달과의 차별성 및 조작시의 안전성을 위해 고하중이 요구되며, 이를 위해 본 발명에 따른 실시예는 고하중 스프링모듈(500)을 사용하는 구성으로, 고하중 스프링모듈(500)을 사용해서 답력을 구현함에 따라 일반적인 폴더블 가속페달장치에서 사용하는 저용량 모터의 사용이 가능하고, 이를 통해 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 사용되는 고하중 스프링모듈(500)은 플런저(420)와 연결핀(800)을 매개로 회전 가능하게 결합되고, 페달하우징(100)에 회전 가능하게 결합되는 회전축(511)이 외측으로 돌출되도록 형성된 아우터실린더(510); 상기 아우터실린더(510)속으로 일단이 삽입되어서 아우터실린더(510)의 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합된 이너실린더(520); 상기 이너실린더(520)속에 삽입되어서 이너실린더(520)의 길이방향을 따라 이동 가능하게 설치된 스프링시트(530); 상기 스프링시트(530)에 일단이 연결되고 타단에는 페달패드(300)에 형성된 가이드슬롯(340)으로 삽입되는 가이드핀(541)이 결합된 연결로드(540); 상기 아우터실린더(510)속에 위치하고 아우터실린더(510)와 이너실린더(520)에 양단이 지지되게 설치된 제1스프링(550); 상기 이너실린더(520)속에 위치하고 이너실린더(520)와 시프링시트(530)에 양단이 지지되게 설치된 제2스프링(560); 상기 아우터실린더(510)속에서 이너실린너(520)와 이격된 위치에 고정되게 설치된 제1댐퍼(570); 및 상기 이너실린더(520)속에서 스프링시트(530)와 이격된 위치에 고정되게 설치된 제2댐퍼(580);를 포함한다.
본 발명에 따라 제2스프링(560)의 스프링력이 제1스프링(550)의 스프링력보다 더 크게 설정된 것을 특징이다.
따라서, 페달패드(300)가 페달하우징(100)으로부터 돌출된 팝업상태에서 운전자가 페달패드(300)를 조작함에 따라 페달패드(300)가 힌지핀(200)을 중심으로 전방으로 회전하면, 제1스프링(550)이 먼저 압축되면서 1차 답력이 생성되고, 제1스프링(550)이 압축된 후 제2스프링(560)이 압축되면서 1차 답력보다 큰 2차 답력이 생성되고, 제2스프링(560)이 압축된 후 마지막으로 제1댐퍼(570)와 제2댐퍼(580)가 압축되면서 추가답력이 발생함에 따라 2차 답력보다 큰 3차 답력이 생성되는 구성이다.
도 9에는 본 발명에 따른 고하중 스프링모듈(500)을 사용하는 경우 브레이크페달의 답력선도가 도시되어 있는 바, A구간이 제1스프링(550)의 압축에 의한 1차 답력 생성구간이고, B구간이 제1스프링(550)의 압축 후 제2스프링(560)의 압축에 의한 2차 답력 생성구간이며, C구간이 최종적으로 제1,2댐퍼(570,580)의 압축에 의한 3차 답력 생성구간이 된다.
A구간은 기존 브레이크부스터의 부압이 형성되는 구간으로 부압에 의한 배력 효과로 페달의 답력이 낮은 구간이고, B구간은 기존 브레이크부스터의 부압이 소멸되는 구간으로 부압의 효과가 낮아서 답력이 높은 구간이며, C구간은 고무댐퍼의 압축에 의한 추가답력이 발생하는 구간으로 최대 답력 구현 구간이 된다.
한편, 고하중 스프링모듈(500)을 구성하는 스프링시트(530)와 연결로드(540)는 도 8과 같이 일체로 형성된 구조로 구성할 수 있고, 또는 도 10과 같이 스프링시트(530)와 연결로드(540)가 각각 개별적으로 형성되어서 로드핀(590)을 매개로 회전 가능하게 결합된 구조로도 구성할 수 있다.
페달패드(300)가 팝업된 상태를 기준으로 가이드핀(541)의 위치를 M1이라 하고, 페달패드(300)가 힌지핀(200)을 중심으로 전방으로 회전했을 때 가이드핀(541)의 위치를 M2라고 했을 때, M1과 M2사이의 벌어짐 각도가 크지 않으면, 운전자에 의한 페달패드(300)의 조작시 답력이 무거워지는 현상이 발생하지 않으므로, 이때에는 스프링시트(530)와 연결로드(540)가 일체로 형성된 구조를 선택해서 비용을 줄일 수 있도록 한다.
하지만, M1과 M2사이의 벌어짐 각도가 크면, 운전자에 의한 페달패드(300)의 조작시 답력이 무거워지는 현상이 발생하여 원활한 조작이 불가능하게 되는 바, 이를 방지하기 위해 스프링시트(530)와 연결로드(540)를 로드핀(590)을 통해 연결해서 회전 가능한 구조로 하면 각도차이를 흡수할 수 있게 됨에 따라 페달패드(300)의 조작시 답력이 무거워지는 현상 없이 원활한 조작이 가능하게 된다.
도 2 및 도 4는 페달패드(300)가 페달하우징(100)속으로 삽입됨에 따라 운전자가 있는 실내공간쪽으로 페달패드(300)의 노출이 차단된 숨김(하이드)상태이다.
액추에이터 제어PCB(600)의 제어에 의해 직선형 모터(410)로 전원공급이 차단되면, 플런저(420)는 상측으로 이동해서 직선형 모터(410)속으로 삽입되는 후퇴이동을 하고, 고하중 스프링모듈(500)은 플런저(420)와 연결된 전방단이 가이드슬롯(340)과 연결된 후방단보다 더 위쪽에 위치하도록 페달하우징(100)에 대해 회전하고(연결핀(800)이 가이드핀(541)보다 더 위쪽으로 위치한 상태), 고하중 스프링모듈(500)의 회전시 고하중 스프링모듈(500)의 후방단(가이드핀(541))이 가이드슬롯(340)을 따라 이동해서 가이드슬롯(340)의 최하단에 위치함에 따라 페달패드(300)는 페달하우징(100)속으로 삽입된 숨김(하이드)상태가 된다.
도 4와 같이 페달패드(300)가 숨김상태가 되면 운전석 하부공간은 페달의 간섭이 없는 넓은 공간이 됨에 따라 운전자는 릴렉스모드에서 편안한 휴식을 취할 수가 있게 되며, 또한 자율주행 상황에서 페달의 오조작을 차단함으로써 안전성 향상을 도모할 수 있게 된다.
도 5는 페달패드(300)가 페달하우징(100)으로부터 돌출됨에 따라 운전자가 있는 실내공간쪽으로 페달패드(300)가 노출된 팝업(pop up)상태이다.
액추에이터 제어PCB(600)의 제어에 의해 직선형 모터(410)로 전원이 공급되면, 플런저(420)는 하측으로 이동해서 직선형 모터(410)밖으로 돌출되는 전진이동을 하고, 고하중 스프링모듈(500)은 플런저(420)와 연결된 전방단이 가이드슬롯(340)과 연결된 후방단보다 더 아래쪽에 위치하도록 페달하우징(100)에 대해 회전하고(연결핀(800)이 가이드핀(541)보다 더 아래쪽으로 위치한 상태), 고하중 스프링모듈(500)의 회전시 고하중 스프링모듈(500)의 후방단(가이드핀(541))이 가이드슬롯(340)을 따라 이동해서 가이드슬롯(340)의 최상단에 위치함에 따라 페달패드(300)는 페달하우징(100)으로부터 돌출되어서 운전자쪽으로 노출된 팝업상태가 된다.
도 5와 같이 페달패드(300)가 페달하우징(100)으로부터 돌출된 팝업상태가 되면, 운전자는 돌출된 페달패드(300)의 조작면(310)을 밟아서 정상적인 조작을 하게 된다.
한편, 페달패드(300)가 페달하우징(100)으로부터 돌출된 팝업상태(도 5의 상태)를 기준으로 고하중 스프링모듈(500)의 길이방향 중심을 일직선으로 연결한 제1선(L1)과 가이드슬롯(340)의 길이방향 중심을 일직선으로 연결한 제2선(L2)이 이루는 사이각 θ는 60°≤θ≤ 90°인 조건을 만족하도록 구성되는 것이 특징이며, 특히 고하중 스프링모듈(500)을 페달패드(300)가 가장 효율적으로 조작하기 위해서는 사이각 θ가 90°인 것이 가장 바람직할 것이다.
페달패드(300)의 조작시 페달패드(300)는 사이각 θ가 커지는 방향으로 조작되기 때문에, 페달패드(300)가 팝업된 상태를 기준으로 사이각 θ 값이 60°≤θ≤ 90°의 각도 범위로 초기 값이 설정되면, 페달패드(300)가 회전하는 전구간에서 90°에 가까운 각도로 고하중 스프링모듈(500)에 하중을 부여할 수 있게 됨으로써 가장 효율적으로 조작력을 형성할 수 있게 된다.
도 6은 페달하우징(100)으로부터 돌출되어서 팝업된 페달패드(300)를 운전자가 발로 밟아서 조작한 상태이다.
팝업된 페달패드(300)의 조작면(310)을 운전자가 발로 밟아서 조작하면, 페달패드(300)는 힌지핀(200)을 중심으로 전방으로 회전하고, 페달패드(300)와 연결된 회전레버(710)도 함께 회전하고, 회전레버(710)의 회전시 회전레버(710)에 결합된 영구자석의 위치가 변화하고, 페달센서(700)는 영구자석의 회전위치변화에 따른 자기장 세기의 변화를 통해 페달패드(300)의 회전각을 검출해서 제동과 관련한 신호를 발생하게 된다.
본 발명에 따른 실시예는 플런저(420)의 진퇴운동으로 인해 고하중 스프링모듈(500)이 페달하우징(100)에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈(500)의 회전에 의해 페달패드(300)가 페달하우징(100)에 대해 회전하면서 페달패드(300)와 연결된 회전레버(710)가 회전할 때에는, 오작동의 의한 사고방지를 위해 페달센서(700)는 제동과 관련된 신호를 발생하지 않는 것이 특징이다.
즉, 페달패드(300)가 액추에이터(200)의 작동으로 도 4의 숨김상태 및 도 5의 팝압상태로 변환될 때에는, 페달패드(300)의 회전에 의해 회전레버(710)가 회전하더라도, 페달센서(700)는 제동과 관련된 신호를 발생하지 않게 됨으로써, 오작동에 의한 사고를 방지하게 된다.
다만, 도 6과 같이 페달패드(300)가 팝업된 상태이고 플런저(420)가 진퇴운동을 하지 않는 상황에서 운전자의 조작으로 페달패드(300)가 페달하우징(100)에 대해 회전하면서 페달패드(300)와 연결된 회전레버(710)가 회전할 때에만 페달센서(700)는 제동과 관련된 신호를 발생하게 되는 바, 이를 통해 보다 안정된 작동을 도모할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자율주행 차량용 폴더블 페달장치는, 운전자가 직접 운전을 하는 수동운전모드 상황에서는 운전자에 의한 페달패드(300)의 조작이 가능하도록 페달패드(300)가 페달하우징(100)으로부터 돌출되어서 운전자쪽으로 노출되게 팝업되고, 운전자가 직접 운전을 하지 않는 자율주행모드 상황에서는 운전자에 의한 페달패드(300)의 조작이 불가능하도록 페달패드(300)가 페달하우징(100)속으로 삽입되어서 운전자쪽으로의 노출이 차단된 숨김상태가 가능한 구성으로, 자율주행 상황에서 운전자의 편안한 휴식이 가능하고, 더 나아가 자율주행 상황에서 페달의 오조작을 차단함으로써 안전성 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴더블 브레이크페달장치는 고하중 스프링모듈(500)을 사용해서 답력을 구현하는 구성으로, 이를 통해 일반적인 폴더블 가속페달장치에서 사용하는 저용량 모터의 사용이 가능하고, 이를 통해 비용을 절감할 수 있는 장점이 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.
100 - 페달하우징 110 - 커버
120 - 하우징구멍 200 - 힌지핀
300 - 페달패드 310 - 조작면
320 - 몸통부 330 - 가이드브라켓
340 - 가이드슬롯 400 - 액추에이터
410 - 직선형 모터 420 - 플런저
500 - 고하중 스프링모듈 510 - 아우터실린더
511 - 회전축 520 - 이너실린더
530 - 스프링시트 540 - 연결로드
541 - 가이드핀 550 - 제1스프링
560 - 제2스프링 570 - 제1댐퍼
580 - 제2댐퍼 600 - 액추에이터 제어PCB
700 - 페달센서 710 - 회전레버
800 - 연결핀

Claims (18)

  1. 운전석 하부공간에 고정되게 설치된 페달하우징;
    상기 페달하우징에 힌지핀을 매개로 회전 가능하게 결합되고, 운전자의 발로 조작되며, 페달하우징속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태로의 변경이 가능하도록 설치된 페달패드;
    상기 페달하우징에 고정되게 설치되고, 페달패드의 숨김상태 및 팝업상태가 가능하도록 페달패드를 회전시키기 위해 동력을 발생하는 액추에이터; 및
    상기 페달하우징에 회전 가능하게 결합되고, 일단과 타단이 페달패드와 액추에이터에 연결되어서 액추에이터의 동력을 페달패드로 전달하는 고하중 스프링모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 페달하우징에 고정되게 설치되고, 액추에이터와 전기적으로 연결되어서 액추에이터의 작동을 제어하는 액추에이터 제어PCB;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 페달하우징에 고정되게 설치되고, 페달패드와 회전레버를 통해 기구적으로 연결된 것으로, 페달패드의 회전시 페달패드의 회전각을 검출해서 제동과 관련한 신호를 발생하는 페달센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 페달패드는 하단이 힌지핀을 매개로 페달하우징에 결합되고 상단이 힌지핀을 중심으로 전후로 회전하는 오르간 타입 패드인 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 페달패드는 운전자가 발로 조작하는 조작면, 및 조작면에서 전방으로 돌출되게 형성되고 하단에 힌지핀이 결합되는 몸통부를 포함하고;
    상기 페달패드는 액추에이터의 작동으로 몸통부가 페달하우징속으로 삽입되면 숨김상태가 되고, 몸통부가 페달하우징으로부터 돌출되면 팝업상태가 되는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 페달패드는 운전자가 발로 조작하는 조작면, 및 조작면에서 전방으로 돌출되게 형성되고 하단에 힌지핀이 결합되는 몸통부를 포함하고;
    상기 페달하우징에는 몸통부가 관통하는 하우징구멍이 형성되며;
    상기 페달패드의 조작면은 외형적인 크기가 하우징구멍보다 더 크게 형성되어서 페달패드의 회전시 하우징구멍은 조작면에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 액추에이터는 페달하우징내에 고정되게 설치된 직선형 모터; 및
    상기 직선형 모터의 작동시 상하로 진퇴 운동하고 고하중 스프링모듈의 전방단부와 회전 가능하게 결합된 플런저를 포함하고;
    상기 플런저의 진퇴 운동시 고하중 스프링모듈은 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 회전에 의해 페달패드는 페달하우징속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태로 변경되는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 페달패드에는 운전자가 발로 조작하는 조작면, 및 조작면의 경사방향을 따라 연장된 가이드슬롯이 구비되고;
    상기 고하중 스프링모듈의 후방단은 가이드슬롯으로 삽입되어서 페달패드와 연결되며;
    상기 플런저의 진퇴 운동으로 고하중 스프링모듈이 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 후방단이 가이드슬롯을 따라 이동하는 것에 의해 페달패드는 페달하우징속으로 삽입된 숨김상태 및 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태로 변경되는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 직선형 모터로 전원공급이 차단되면 플런저는 직선형 모터속으로 삽입되는 후퇴이동을 하고, 고하중 스프링모듈은 플런저와 연결된 전방단이 가이드슬롯과 연결된 후방단보다 더 위쪽에 위치하도록 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 회전시 고하중 스프링모듈의 후방단이 가이드슬롯을 따라 이동해서 가이드슬롯의 최하단에 위치함에 따라 페달패드는 페달하우징속으로 삽입된 숨김상태가 되는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 직선형 모터로 전원이 공급되면 플런저는 직선형 모터밖으로 돌출되는 전진이동을 하고, 고하중 스프링모듈은 플런저와 연결된 전방단이 가이드슬롯과 연결된 후방단보다 더 아래쪽에 위치하도록 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 회전시 고하중 스프링모듈의 후방단이 가이드슬롯을 따라 이동해서 가이드슬롯의 최상단에 위치함에 따라 페달패드는 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태가 되는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 페달패드가 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태를 기준으로 고하중 스프링모듈의 길이방향 중심을 일직선으로 연결한 제1선과 가이드슬롯의 길이방향 중심을 일직선으로 연결한 제2선이 이루는 사이각 θ는 60°≤θ≤ 90°인 조건을 만족하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 플런저의 진퇴운동으로 인해 고하중 스프링모듈이 페달하우징에 대해 회전하고, 고하중 스프링모듈의 회전에 의해 페달패드가 페달하우징에 대해 회전하면서 페달패드와 연결된 회전레버가 회전할 때에는 오작동의 방지를 위해 페달센서는 제동과 관련된 신호를 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 페달패드가 팝업된 상태이고, 플런저가 진퇴운동을 하지 않는 상황에서 운전자의 조작으로 페달패드가 페달하우징에 대해 회전하면서 페달패드와 연결된 회전레버가 회전할 때에만 페달센서는 제동과 관련된 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 고하중 스프링모듈은 플런저와 연결핀을 매개로 회전 가능하게 결합되고, 페달하우징에 회전 가능하게 결합되는 회전축이 외측으로 돌출되도록 형성된 아우터실린더;
    상기 아우터실린더속으로 일단이 삽입되어서 아우터실린더의 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합된 이너실린더;
    상기 이너실린더속에 삽입되어서 이너실린더의 길이방향을 따라 이동 가능하게 설치된 스프링시트;
    상기 스프링시트에 일단이 연결되고 타단에는 페달패드에 형성된 가이드슬롯으로 삽입되는 가이드핀이 결합된 연결로드;
    상기 아우터실린더속에 위치하고 아우터실린더와 이너실린더에 양단이 지지되게 설치된 제1스프링;
    상기 이너실린더속에 위치하고 이너실린더와 시프링시트에 양단이 지지되게 설치된 제2스프링;
    상기 아우터실린더속에서 이너실린너와 이격된 위치에 고정되게 설치된 제1댐퍼; 및
    상기 이너실린더속에서 스프링시트와 이격된 위치에 고정되게 설치된 제2댐퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2스프링의 스프링력이 제1스프링의 스프링력보다 더 크게 설정된 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 스프링시트와 연결로드는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 스프링시트와 연결로드는 개별적으로 형성되어서 로드핀을 매개로 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 페달패드가 페달하우징으로부터 돌출된 팝업상태에서 운전자가 페달패드를 조작함에 따라 페달패드가 힌지핀을 중심으로 전방으로 회전하면, 제1스프링이 먼저 압축되면서 1차 답력이 생성되고, 제1스프링이 압축된 후 제2스프링이 압축되면서 1차 답력보다 큰 2차 답력이 생성되고, 제2스프링이 압축된 후 마지막으로 제1댐퍼와 제2댐퍼가 압축되면서 추가답력이 발생함에 따라 2차 답력보다 큰 3차 답력이 생성되는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량용 폴더블 브레이크페달장치.
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