KR100543280B1 - 차량의 자동수평제어장치 - Google Patents

차량의 자동수평제어장치 Download PDF

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Abstract

차량의 자동수평제어장치를 개시한다. 이러한 장치는 차량의 자동수평제어장치에 있어서, 센서박스의 롤축 경사도 감지수단으로부터 감지된 롤축 경사도 및 피치축 경사도 감지수단으로부터 감지된 피치축 경사도를 인가받아 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 신호변환기, 경고음을 발생하는 스피커, 작동명령을 인가하는 패널스위치, 동작상태를 알리는 패널램프, 및 패널스위치로부터 작동명령을 공급받아 내장된 프로그램에 따라 동작시키고 시스템의 동작상태를 패널램프로 인가하며, 아날로그/디지털 신호변환기로부터 출력된 롤축 및 피치축 경사도 신호를 공급받아 소정의 허용범위를 벗어나면 스피커로 위험 경사도 상태를 출력하도록 하고, 전원공급신호를 출력하고, 원격작동신호를 출력하고, 속도명령신호를 출력하며, 엔코더신호를 공급받아 잭의 위치를 계산하는 프로세서를 갖는 주제어기; 및 주제어기의 전원공급신호에 따라 상기 전원부의 전원을 접속 및 차단시키는 릴레이, 릴레이를 통하여 인가되는 전원부의 전원을 공급받고, 주제어기로부터 발생된 원격작동신호를 공급받아 인에이블 상태로 작동하며, 주제어기로부터 발생된 속도명령신호를 공급받아 전류명령으로 변환하여 4개의 잭을 구동시키며, 잭으로부터 레졸버신호를 공급받아 엔코더 신호로 변환하여 주제어기의 프로세서로 공급하여 잭의 위치를 계산하도록 하는 서보제어기를 포함한다.

Description

차량의 자동수평제어장치{Automatic horizontal control apparatus of a vehicle}
본 발명은 자동수평제어장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 수평을 조절하고 지지하는 차량의 자동수평제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 수평을 제어하기 위한 종래의 방법으로는 유압이나 전기적인 장치를 이용하는 몇 가지 방법이 있으나 공지된 구성의 대부분은 한번에 하나의 잭(jack)을 구동시켜 각각의 잭을 지면에 닿게 한 후 수준계 등과 같은 수평을 맞추는 장치로 수평을 맞추기 때문에 본질적으로 수평을 이루기 위한 시간이 많이 소요되고 정밀하게 수평을 제어하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 차량의 밑부분에 4 개의 잭을 장착하여 동시에 구동시켜 운용시간을 단축시키면서 정밀하게 수평을 제어하여 차량을 지지하기 위한 차량의 자동수평제어장치를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 장치는 차량의 자동수평제어장치에 있어서, 소정의 전원전압을 발생하는 전원부; 차량의 전좌측 밑부분에 장착되어 차량을 지지하는 전좌측 잭; 차량의 전우측 밑부분에 장착되어 차량을 지지하는 전우측 잭; 차량의 후좌측 밑부분에 장착되어 차량을 지지하는 후좌측 잭; 차량의 후우측 밑부분에 장착되어 차량을 지지하는 후우측 잭; 차량의 롤(roll)축의 경사도를 감지하는 롤축 경사도 감지수단 및 차량의 피치(pitch)축의 경사도를 감지하는 피치축 경사도 감지수단을 갖는 센서박스; 상기 센서박스의 롤축 경사도 감지수단으로부터 감지된 롤축 경사도 및 피치축 경사도 감지수단으로부터 감지된 피치축 경사도를 인가받아 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 신호변환기, 경고음을 발생하는 스피커, 작동명령을 인가하는 패널스위치, 동작상태를 알리는 패널램프, 및 상기 패널스위치로부터 작동명령을 공급받아 내장된 프로그램에 따라 동작시키고 시스템의 동작상태를 상기 패널램프로 인가하며, 상기 아날로그/디지털 신호변환기로부터 출력된 롤축 및 피치축 경사도 신호를 공급받아 소정의 허용범위를 벗어나면 상기 스피커로 위험 경사도 상태를 출력하도록 하고, 전원공급신호를 출력하고, 원격작동신호를 출력하고, 속도명령신호를 출력하며, 엔코더신호를 공급받아 상기 잭의 위치를 계산하는 프로세서를 갖는 주제어기; 및 상기 주제어기의 전원공급신호에 따라 상기 전원부의 전원을 접속 및 차단시키는 릴레이, 상기 릴레이를 통하여 인가되는 상기 전원부의 전원을 공급받고, 상기 주제어기로부터 발생된 원격작동신호를 공급받아 인에이블 상태로 작동하며, 상기 주제어기로부터 발생된 속도명령신호를 공급받아 전류명령으로 변환하여 상기 4개의 잭을 구동시키며, 상기 잭으로부터 레졸버신호를 공급받아 엔코더 신호로 변환하여 상기 주제어기의 프로세서로 공급하여 잭의 위치를 계산하도록 하는 서보제어기를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 자동수평제어장치의 개략도이다.
여기서, 차량은 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예로 차량의 종류는 제한하지 않고, 트레일러, 트럭, 이동주택(Motor home), 캠퍼(camper)와 같은 다양한 차량에 적용될 수 있다.
차량(100)의 프레임에 고정되어 있는 4개의 잭(102, 104, 106, 108)은 전기적인 힘으로 구동되어 차량을 지지하고, 주제어기(110)는 프로그램의 의해 차량의 수평을 제어한다. 서보제어기(112)는 주제어기(110)의 속도명령에 따라 4개의 잭(102, 104, 106, 108)을 구동한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량의 자동수평제어장치의 구성 결선도이다.
차량의 자동수평제어장치는 도 2에 도시된 바와 같이 센서박스(114), 주제어기(110), 서보제어기(112), 외부전원부(116)과 4개의 잭(102, 104, 106, 108)들이 도시된 바와 같이 결선되어 있다.
도 3은 잭에 결선된 전기적인 신호를 나타낸다.
브레이크선(300)은 모터가 구동할 수 있도록 구동전에 브레이크를 해제시키고 끝나면 복귀시키는 신호이다. 전류명령선(304)은 주제어기(110)의 속도명령을 서보제어기(112)에서 변환하여 속도에 따른 전류를 흐르게 하여 잭의 모터를 회전시켜 잭을 동작시키는 신호이다. 레졸버 신호선(302)은 모터(도면에 제시되지 않음)내에 장착되어 있는 레졸버(도면에 제시되지 않음)가 모터의 회전을 감지하여 서보제어기(112) 내에서 엔코더 신호로 바꾸어 주제어기(110)에서 잭의 기어비를 감안하여 잭의 이동거리를 계산한다. 2개의 리미트스위치(306, 308)는 잭이 구동 가능한 범위를 제한하는데 사용되는데, 수동 및 자동수평 제어시 잭이 세팅된 리미트스위치(306, 308)의 고저 범위를 넘어갈 경우 주제어기(110)에 알려 동작을 중지시킨다. 리미트스위치(308)는 잭이 최고로 축소된 위치로 차량 이동시 이 위치로 이동시킨다.
도 4는 센서박스(114)로서 차량의 자세를 2개의 경사도계로 롤(roll)축과 피치(pitch)축을 감지하여 주제어기(110)로 보내진다.
도 5는 주제어기(110)의 전면 패널로서 수동 및 자동수평 제어를 하기 위한 스위치와 작동상태를 보여주기 위한 램프로 구성되어 있다. 전원스위치와 램프는 주제어기(110)에 전원을 공급하고, 전원 공급시 램프는 점등된다. 서보작동 스위치는 서보제어기의 릴레이를 작동시켜 서보제어기(112)에 전원을 공급하고 각 서보제어기(112) 모듈이 정상적으로 동작되면 램프가 점등된다. 잭 수동조작스위치는 3단 스위치로 각 잭을 확장(내림), 축소(올림), 정지시키는데 사용되며 각 고저램프는 잭의 리미트스위치가 온 되었을 때 점등된다. 자동수평스위치는 차량의 수평을 자동적으로 제어하는 스위치로 경사도계의 값으로 잭의 이동길이를 계산하여 동시에 4개의 잭이 구동되고 경사도계의 값이 허용된 범위내에 있으면 램프가 점등된다.
도 6은 자동수평 제어장치의 신호블록도로서 주제어기(110), 서보제어기(112) 및 4개의 잭(102, 104, 106, 108)의 신호 흐름을 나타낸다.
주제어기(110)의 프로세서(400)는 프로그램에 의해 모든 입출력신호를 제어한다. 센서박스(114)의 2개의 경사도계로부터 롤, 피치 값은 아날로그/디지털 신호변환기(404)에서 신호변환되어 프로세서(400)로 입력되고, 이 값이 허용범위를 벗어나면 스피커(402)에서 위험경사 경고음이 발생한다. 패널스위치(406)는 프로세서(400)에 작동명령신호를 주는 것으로, 이 명령에 의해 프로세서(400)는 내장된 프로그램에 따라 동작시키고 시스템의 상태를 패널램프(408)에 나타낸다. 전원공급신호는 서보제어기(112)의 릴레이(450)를 구동시켜 220 V 3상 전원을 각 서보제어모듈(460)에 전원을 인가시키고 원격작동신호는 각 서보제어모듈에서 전류명령으로 변환되어 잭의 모터(도면에 제시되지 않음)를 동작시켜 잭을 구동시킨다. 이때 모터의 레졸버가 회전을 인식하여 레졸버신호가 서보제어모듈(460)에서 엔코더 신호로 바꾸어 주제어기(110)의 카운터(410)를 거쳐 프로세서(400)에 입력되면 잭의 위치를 계산한다. 리미트 스위치 고, 저는 잭이 이동할 수 있는 범위를 알려주는 신호이다.
도 8은 자동수평제어를 위한 흐름도이다.
수평제어장치의 동작은 차량이 수평을 유지할 위치에서(800) 주제어기(110)의 전원과 서보제어기(112)에 220 V 3상 전원을 공급하고,(802) 주제어기(110)의 전원스위치가 온이되면(804) 프로세서(400)가 동작되고 프로그램이 수행되어 패널스위치(406)의 작동명령을 기다린다. 주제어기(110)의 서보작동스위치를 온시키면(804) 프로세서는 서보제어기(112)의 릴레이(450)를 동작시켜 4개의 서보제어기 모듈(도면상에는 하나의 서보제어기모듈만을 도시하였음)(460)에 전원을 인가시키고 정상적으로 동작이 되면 패널램프(408)를 점등시킨다. 순차적으로 원격작동신호로 각각의 서보제어기 모듈(460)이 인에이블 상태가 되고 브레이크를 해제시키면 구동기는 동작할 준비상태가 된다. 이 때 속도명령은 제로(0 V)로 초기화되어 있어야 한다.
잭의 수동조작스위치는 각각의 잭을 수동으로 작동시키는데 가속구간과 감속구간을 가지는 오픈루프(open loop)로 제어된다. 수동조작스위치가 올림이나 내림으로 전환되면 속도명령은 디지털/아날로그 신호변환기(412)를 거쳐 전압값으로 서보제어기(112)로 입력되는데, 프로그램에서 설정된 가속도로 운용속도까지 상승하여 구동기를 작동시킨다. 수동조작스위치가 다시 정지위치로 전환되면 설정된 감속도로 속도명령이 제로로 될 때까지 감속시켜 잭을 정지시킨다.(806, 808)
잭에 장착된 2개의 리미트스위치(고,저)는 세팅된 위치보다 잭이 확장되거나 축소되면 스위치가 동작되어 프로세서(400)가 더 이상 잭을 작동시키지 않게 하고 해당 패널램프를 점등시킨다.
잭이 작동되면 잭 모터내에 장착된 레졸버가 모터의 회전을 감지하여 신호를 서보제어기(112)로 보내면 서보제어기(112)는 엔코더신호로 변환시켜 주제어기(110)로 보내는데, 주제어기(110)는 이 신호를 카운터(410)을 거쳐 모터의 CW, CCW 방향의 회전수를 계산하여 잭의 기어비로 환산하여 잭의 위치를 알아낸다. 프로세서(400)가 리세트 될 때의 구동기의 위치가 0 로 하면 축소/확장(+/-)된 상대길이를 알 수 있고, 잭을 리미트스위치(고)가 온 될 때까지 축소시켜 이 위치를 0으로 하면 실제적인 잭의 이동위치(+)인 절대위치를 알 수 있다.
이와 같은 방법으로 잭을 작동시켜 각각의 수동조작스위치를 내림으로 전환하여 각각의 잭을 확장시켜 잭의 발판이 지면에 닿게하여 차량이 지면위로 상승시켜 잭으로서만 지지하게 하고 자동수평스위치를 온시키면 차량의 수평제어가 시작된다.(810) 프로세서(400)는 자동수평스위치가 온된 것을 인식하면 차량의 자세를 센서박스의 2개의 경사도계(롤, 피치)로 값을 아날로그/디지털 신호변환기(404)를 통해 읽어서(812) 4축중 가장 높은 축을 기준축으로 선택한다.(814) 기준잭 선택방법은 롤축과 피치축의 경사도계의 값을 읽어, 각 축의 값이 설정된 값의 절대값보다 작으면 (0)이고 설정된 값의 양의 값보다 크면 (+), 설정된 값의 음의 값보다 작으면 (-)이다. 설정된 각도가 D이면 다음과 같다.
- D ≤ θ ≤ D 이면, (0)
θ ＜ - D 이면, (-)
θ ＞ D 이면, (+)
상기 식에 의하여 기준잭 선택은 다음 표 1와 같다.
상기 표 1에 의하여 기준잭이 선정되면 차량이 수평을 이루기 위한 각 잭의 이동거리를 계산한다. 차량이 수평을 이루는 높이는 기준잭의 높이보다 조금 높은 위치(H), 즉 기준잭 +H의 높이를 기준으로 하여 각 잭의 이동거리를 계산한다.(816)
도 7은 각 잭의 이동거리를 계산하기 위한 좌표이다.
일실시예로 기준잭이 3일 경우 원점으로 하는 직각좌표계에서 롤축(X)에 대하여 θ1만큼 회전 이동한 후, 피치(Y)축에 대하여 θ2만큼 회전 이동하면 x, y, z는 다음과 같이 이동한다.(818)
x", y", z" 평면상의 잭 1, 2, 3을 x, y, z 평면상으로 대응시키고, 잭은 z 방향으로만 이동을 하므로 z 방향만 고려하고, 기준잭을 기준으로 잭이 확장되는 방향으로 가정하면 각 잭의 이동길이는 다음과 같다.
기준잭이 1인 경우는
기준잭이 2인 경우는
기준잭이 4인 경우
차량의 수평을 이루는 높이가 기준잭보다 H 높이 만큼 높으므로 잭 1, 2, 3, 4의 이동 거리는 H 만큼 더해준다.
4 개의 잭의 이동거리가 결정이 되면 잭 1부터 잭 4까지 차례로 PD 제어로 속도를 계산하여 설정된 리미트 속도내에서 서보제어기로 속도명령을 보내고 서보제어기는 속도명령을 입력으로 PI 제어로 전류명령을 보내어 잭을 작동시킨다. 4개의 잭이 설정된 위치오차 범위내의 이동위치에 도달하면(820) 프로세서(400)는 롤과 피치값을 읽어(824) 차량의 자세가 설정된 허용오차 범위내의 각도이면 수평램프를 점등하고 자동수평제어를 끝내고 아니면 다시 수평제어를 실시한다.(826)
차량의 수평이 완료되면 서보스위치와 전원스위치를 오프시킨다.(828)
상술한 바와 같은 차량의 수평제어장치에 의하면, 4개의 잭을 동시에 구동시켜 운용시간을 단축할 수 있고, 정밀한 차량의 수평제어를 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 자동수평제어장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량의 자동수평제어장치의 구성 결선도이다.
도 3은 잭에 결선된 전기적인 신호를 나타낸다.
도 4는 센서박스의 롤(roll)축과 피치(pitch)축 감지수단을 보이는 도면이다.
도 5는 주제어기의 전면 패널을 보이는 도면이다.
도 6은 자동수평 제어장치의 신호블록도이다.
도 7은 각 잭의 이동거리를 계산하기 위한 좌표이다.
도 8은 자동수평제어를 위한 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 차량 102, 104, 106, 108 : 잭
110 : 주제어기 112 : 서보제어기
114 : 센서박스 116 : 전원부
300 : 브레이크선 302 : 레졸버 신호선
304 : 전류명령선 306 : 리미트스위치(저)
308 : 리미트스위치(고) 400 : 프로세서
402 : 스피커 404 : 아날로그/디지털 신호변환기
406 : 패널스위치 408 : 패널램프
410 : 카운터 412 : 디지털/아날로그 신호변환기
450 : 릴레이 460 : 서보제어모듈

Claims (3)

  1. 차량의 자동수평제어장치에 있어서,
    소정의 전원전압을 발생하는 전원부(116);
    차량의 전좌측 밑부분에 장착되어 차량을 지지하는 전좌측 잭(102);
    차량의 전우측 밑부분에 장착되어 차량을 지지하는 전우측 잭(108);
    차량의 후좌측 밑부분에 장착되어 차량을 지지하는 후좌측 잭(104);
    차량의 후우측 밑부분에 장착되어 차량을 지지하는 후우측 잭(106);
    차량의 롤(roll)축의 경사도를 감지하는 롤축 경사도 감지수단 및 차량의 피치(pitch)축의 경사도를 감지하는 피치축 경사도 감지수단을 갖는 센서박스(114);
    상기 센서박스(114)의 롤축 경사도 감지수단으로부터 감지된 롤축 경사도 및 피치축 경사도 감지수단으로부터 감지된 피치축 경사도를 인가받아 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 신호변환기(404), 경고음을 발생하는 스피커(402), 작동명령을 인가하는 패널스위치(406), 동작상태를 알리는 패널램프(408), 및 상기 패널스위치(406)로부터 작동명령을 공급받아 내장된 프로그램에 따라 동작시키고 시스템의 동작상태를 상기 패널램프(408)로 인가하며, 상기 아날로그/디지털 신호변환기(404)로부터 출력된 롤축 및 피치축 경사도 신호를 공급받아 소정의 허용범위를 벗어나면 상기 스피커(402)로 위험 경사도 상태를 출력하도록 하고, 전원공급신호를 출력하고, 원격작동신호를 출력하고, 속도명령신호를 출력하며, 엔코더신호를 공급받아 상기 잭(102, 104, 106, 108)의 위치를 계산하는 프로세서(400)를 갖는 주제어기(110); 및
    상기 주제어기(110)의 전원공급신호에 따라 상기 전원부(116)의 전원을 접속 및 차단시키는 릴레이(450), 상기 릴레이(450)를 통하여 인가되는 상기 전원부(116)의 전원을 공급받고, 상기 주제어기(110)로부터 발생된 원격작동신호를 공급받아 인에이블 상태로 작동하며, 상기 주제어기(110)로부터 발생된 속도명령신호를 공급받아 전류명령으로 변환하여 상기 4개의 잭(102, 104, 106, 108)을 구동시키며, 상기 잭(102, 104, 106, 108)으로부터 레졸버신호를 공급받아 엔코더 신호로 변환하여 상기 주제어기(110)의 프로세서(400)로 공급하여 잭(102, 104, 106, 108)의 위치를 계산하도록 하는 서보제어기(112)를 포함하는 차량의 자동수평제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서(400)는 자동수평스위치가 온된 것을 인식하면 차량의 자세를 상기 센서박스(114)의 롤축 경사도 감지수단 및 피치축 경사도 감지수단로부터 감지된 값 중에서 가장 높은 축을 기준축으로 선택하며,
    상기 기준잭 선택은 롤축과 피치축의 경사도 값을 읽어 각축의 값이 설정된 값의 절대값보다 작으면 (0)이고, 설정된 값의 양의 값보다 크면 (+), 설정된 값의 음의 값보다 작으면 (-)인 바,
    상기 설정된 각도가 D이면,
    - D ≤ θ ≤ D 이면, (0)
    θ ＜ - D 이면, (-)
    θ ＞ D 이면, (+) 이고,
    상기 식에 의하여 기준잭 선택은
    임을 특징으로 하는 차량의 자동수평제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 잭의 이동거리는
    기준잭이 3일 경우 원점으로 하는 직각좌표계에서 롤축(X)에 대하여 θ1만큼 회전 이동한 후, 피치(Y)축에 대하여 θ2만큼 회전 이동하면 x, y, z는 다음과 같이 이동하는 바,
    x", y", z" 평면상의 잭 1, 2, 3을 x, y, z 평면상으로 대응시키고, 잭은 z 방향으로만 이동을 하므로 z 방향만 고려하고, 기준잭을 기준으로 잭이 확장되는 방향으로 가정하면 각 잭의 이동길이는,
    JL1=-Acosθ1sinθ2-Bsi
    JL2=-Acosθ1sinθ2
    JL4=-Bsinθ1
    기준잭이 1인 경우는
    JL2=Bsinθ1
    JL3=Acosθ1sinθ2+Bsin
    JL4=Acosθ1sinθ2
    기준잭이 2인 경우는
    JL1=-Bsinθ1
    JL3=Acosθ1sinθ2
    JL4=Acosθ1sinθ2-Bsin1
    기준잭이 4인 경우는
    JL1=-Acosθ1sinθ2
    JL2=-Acosθ1sinθ2+Bsi
    JL3=Bsinθ1
    차량의 수평을 이루는 높이가 기준잭보다 H 높이 만큼 높으므로 잭 1, 2, 3, 4의 이동 거리는 H 만큼 더해줌을 특징으로 하는 차량의 자동수평제어장치.
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