KR101272080B1 - 다륜 조향장치 - Google Patents

Abstract

다륜 조향 제어가 가능한 다륜 조향장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 다륜 조향장치는, 조향을 위한 구동력을 제공하는 동력유닛, 동력유닛과 연결되어 회전되는 복수의 바퀴를 포함하는 바퀴유닛 및, 동력유닛과 바퀴유닛의 사이에서 구동력을 복수의 바퀴들로 각각 독립적으로 전달하여, 복수의 바퀴들의 회전 속도를 개별적으로 제어함과 아울러 조향각이 상호 동일하도록 제어하는 조향유닛을 포함한다.

Description

다륜 조향장치{STEERING APPARATUS}

본 발명은 조향장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 복수의 바퀴 구동을 개별적으로 제어 가능하여 조향성을 향상시킬 수 있는 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 방향을 조절하는 장치이다. 이러한 조향장치는 전동기의 바퀴 선회 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 진행시키는 일종의 보조장치이다.

한편, 상기 조향장치는 화물차와 같은 대형 자동차뿐만 아니라, 농기계와 같은 소형 자동차에도 적용된다. 그런데, 소형 자동차의 경우 조향의 각도 범위가 제한됨에 따라, 복수의 바퀴 중 일부의 조향을 조절하는 방식이 일반적이다. 이에 따라, 소형 자동차의 조향 정확성이 낮음에 따른 효율 저하의 문제점이 야기된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 복수의 바퀴를 독립적으로 조향 제어하여 조향성을 향상시킬 수 있는 다륜 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

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따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 다륜 조향장치는: 조향을 위한 구동력을 제공하는 동력유닛; 상기 동력유닛과 연결되어 회전되는 복수의 바퀴를 포함하는 바퀴유닛; 상기 동력유닛과 바퀴유닛의 사이에서, 상기 구동력을 임의의 회전 중심점을 중심으로 제1반경으로 회전되는 내측 바퀴들 및 상기 임의의 회전 중심점을 중심으로 제2반경으로 회전되는 외측 바퀴들에 각각 전달하여, 상기 바퀴들을 회전시키는 조향유닛; 및 상기 복수의 바퀴들의 회전 속도를 개별적으로 제어하는 웜감속부;를 포함한다. 이 경우, 상기 조향 유닛은, 상기 동력유닛과 연결되는 동기기어부와, 상기 동기기어부와 연결되어 상기 복수의 바퀴들로 각각 개별적으로 동력을 제공하는 링크부를 포함한다. 상기 웜기어부는, 상기 복수의 바퀴들이 임의의 회전 중심점을 중심으로 조향될 때, 상기 내측 바퀴들의 회전속도와 상기 외측 바퀴들의 회전속도가 서로 상이하도록 제어함으로써, 상기 복수의 바퀴들의 조향각이 서로 동일하도록 조향을 제어한다.
일측에 의하면, 상기 동력유닛은 DC(Direct Current)모터를 포함하며, 상기 바퀴유닛은 상호 사방(四方)으로 상호 이격되어 다열 평행한 복수의 바퀴를 포함하고, 상기 웜기어부는, 내측 바퀴들의 회전속도가, 상기 외측 바퀴들의 회전속도보다 느리도록 제어한다.

일측에 의하면, 상기 동기기어부는 상호 맞물리는 한 쌍의 싱크로나이즈 기어를 포함하고, 상기 링크부는 상기 한 쌍의 싱크로나이즈 기어와 각각 연결되는 한 쌍의 타이로드 및, 상기 한 쌍의 타이로드와 상기 복수의 바퀴들과 각각 연결되는 복수의 타이로드엔드를 포함한다.

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상기와 같은 구성을 가지는 다륜 조향장치는, 첫째, 복수의 바퀴를 독립적으로 제어할 수 있음으로써 소형 자동차에 적용되어도 조향 범위 확보에 따른 조향성 향상에 기여할 수 있게 된다.

둘째, 조향성 향상에 따른 주행 안전성 또한 향상시킬 수 있게 된다.

셋째, DC모터 적용에 따른 전기적 제어로 복수의 바퀴의 회전속도를 상이하게 함에 따라, 별도의 애커만 장토식 이론이 적용된 구성이 불필요해져 경제성 향상에 기여할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다륜 조향장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 다륜 조향장치를 개략적으로 도시한 평면도, 그리고,
도 3은 도 1에 도시된 다륜 조향장치의 조향 제어를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참고하면, 일실시예에 의한 다륜 조향장치(1)는 동력유닛(10), 바퀴유닛(20), 웜감속부(33) 및 조향유닛(30)을 포함한다.

참고로, 본 실시예에서는 설명하는 다륜 조향장치(1)는 무인운반대차(AGV, Automatic Guided Vehicle) 또는 방제기와 같은 소형 자동차에 적용되는 것으로 예시하나, 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 동력유닛(10)은 조향을 위한 구동력을 제공한다. 본 실시예에서는 상기 동력유닛(10)이 DC(Direct Current) 모터를 포함하며, 보다 바람직하게는 BLDC(Brushless Direct Current)모터를 포함하는 것으로 예시한다. 이러한 동력유닛(10)은 전기적인 조향 제어를 위한 구동력을 제공한다. 참고로, 상기 BLDC 모터의 구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다.

상기 바퀴유닛(20)은 동력유닛(10)과 연결되며, 각각 회전속도가 독립적으로 제어되는 복수의 바퀴(21)(22)(23)(24)를 포함한다. 본 실시예에서는 상기 다륜 조향장치(1)가 4륜방식인 것으로 예시하며, 이에 대응하여 바퀴유닛(20)이 제1 내지 제4바퀴(21)(22)(23)(24)를 포함하는 것으로 도시 및 설명한다.

상기 제1 내지 제4바퀴(21)(22)(23)(24)는 도 1의 도시 기준으로 반시계 방향으로 상호 이웃하도록 사방(四方)으로 상호 이격되어 다열 평행하도록 위치한다. 상기 제1 내지 제4바퀴(21)(22)(23)(24)는 조향하고자 하는 방향에 따라, 내측과 외측으로 상호 각각 이웃하는 임의의 두 바퀴는 상호 동일한 회전 반경을 가진다. 구체적으로, 도 2의 도시와 같이, 임의의 회전 중심점(A)을 중심으로 조향방향을 기준으로 상호 이웃하는 내측의 제2 및 제3바퀴(22)(23)의 회전 반경은 R1이며, 외측의 제1 및 제4바퀴(21)(24)의 회전 반경은 R2이다.

상기 조향유닛(30)은 서로 다른 회전 반경(R1)(R2)을 가지도록 제1 내지 제4바퀴(21)(22)(23)(24)의 회전 반경을 제어한다. 이를 위해, 상기 조향유닛(30)은 동기기어부(31), 및 링크부(32)를 포함한다.

상기 동기기어부(31)는 동력유닛(10)과 연결되는 제1 및 제2싱크로나이즈(synchronize) 기어(31a)(31b)를 포함한다. 상기 제1 및 제2싱크로나이즈 기어(31a)(31b)는 동력유닛(10)의 구동력을 제1싱크로나이즈 기어(31a)와 연결되는 제1 및 제2바퀴(21)(22)와, 제2싱크로나이즈 기어(31b)와 연결되는 제3 및 제4바퀴(23)(24) 측으로 동시에 전달한다. 이러한 제1 및 제2싱크로나이즈 기어(31a)(31b)의 구성은 공지의 구성으로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다.

상기 링크부(32)는 동기기어부(31)와 연결되어 복수의 바퀴(21)(22)(23)(24)들로 각각 개별적으로 동력을 제공한다. 상기 링크부(32)는 타이로드(Tie Rod)와 타이로드엔드(Tie Rod End)를 채용하여, 동기기어부(31)의 제1 및 제2싱크로나이즈 기어(31a)(31b)를 통해 전달되는 동력유닛(10)의 구동력을 바퀴유닛(20) 측으로 전달한다. 상기 링크부(32)는 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 동기기어부(31)와 연결되어 화살표와 같이 양방향 가동되도록 다단 연결됨으로써, 바퀴유닛(20)이 조향되도록 구동력을 전달한다.

상기 웜감속부(33)는 바퀴유닛(20)과, 상기 바퀴유닛(20)을 구동하는 구동수단 사이에 개재되어서, 상기 각각의 바퀴유닛(20)의 회전속도를 독립적으로 감속 제어한다. 즉, 상기 웜감속부(33)는 주행 구동력을 전달하는 것으로, 상기 링크부(32) 및 동기기어부(31)의 바퀴 회전 반경 조절에 연동하여서 상기 바퀴유닛(20)의 회전속도를 제어시킨다. 이러한 웜감속부(33)의 구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 구성을 가지는 조향유닛(30)은 도 2에 도시된 임의의 회전 중심점(A)을 중심으로 제1반경(R1)으로 회전되는 제2 및 제3바퀴(22)(23)와, 제2반경(R2)으로 회전되는 제1 및 제4바퀴(21)(24) 각각의 회전속도(V1)(V2)가 상호 상이하도록 제어한다. 즉, 상기 다륜 조향장치(1)가 임의의 회전 중심점(A)을 중심으로 회전되도록 조향될 경우, 상대적으로 내측에 위치하는 제2 및 제3바퀴(22)(23)과, 외측에 위치하는 제1 및 제4바퀴(21)(24) 사이의 회전속도(V1)(V2) 중 외측에 위치하는 제1 및 제4바퀴(21)(24)의 회전속도(V2)가 상대적으로 크도록 제어함으로써, 별도의 애커만 장토식(Ackerman-Jantoud tupe) 이론이 적용된 추가 구성이 불필요하다. 여기서, 상기 애커만 장토식 이론은 선회시, 내측 바퀴인 제2 및 제3바퀴(22)(23)의 조향각이 외측 바퀴인 제1 및 제4바퀴(21)(24) 보다 상대적으로 더 크다는 조향제어 이론 중 하나이다.

이러한 조향유닛(30) 및 웜감속부에 의한 바퀴유닛(20)의 회전속도 및 조향각 제어를 도 3을 참고하여 보다 자세히 설명한다.

도 3을 참고하면, 상기 제1 내지 제4바퀴(21)(22)(23)(24)를 구비하는 다륜 조향장치(1)의 이송시간을 T라 지칭할 경우, 하기 수학식 1에 의해 정의된다.

여기서, 상기 S1은 내측 바퀴인 제2 및 제3바퀴(22)(23)가 임의의 회전 중심점(A)을 기준으로 90도 회전했을 때의 원호를 지칭하며, S2는 외측 바퀴인 제1 및 제4바퀴(21)(24)가 임의의 회전 중심점(A)을 기준으로 90도 회전했을 때의 원호이다. 또한, 상기 V1는 내측 바퀴인 제2 및 제3바퀴(22)(23)의 속도이며, V2는 외측 바퀴인 제1 및 제4바퀴(21)(24)의 속도이다.

상기 S1과 S2는 하기 수학식 2 및 3에 의해 각각 정의된다.

상기 수학식 2 및 3에 따라, 상기 S1은 1.57×R1이 되고, S2는 1.57×R2가 된다.

그로 인해, 상기 이송시간(T)은 (1.57×R1)/V1 = (1.57×R2)/V2가 되며, 동일시간 안에 이송궤적은 R2 > R1이므로, 바퀴유닛(20)의 회전속도는 V2 > V1이 된다.

참고로, 도 3의 도시에서는 제1 내지 제4바퀴(21)(22)(23)(24)들이 임의의 회전 중심점(A)으로부터 90도 회전되는 것으로 예시하여 상기 수학식 2 및 3에 90도가 기입되었으나, 회전 반경에 따라 가변될 수 있음은 당연하다.

또한, 상기 바퀴유닛(20)은 상기와 같은 회전속도(V2 > V1)로 인해, 축거선(g)과 중심선(e)의 교점에서 조향각(θ°)을 산출한다. 이때, 상기 조향각(θ°)은 임의의 회전 반경인 R3와 90도가 되며, 다륜 조향장치(1)의 조향각이 된다. 상기 산출된 조향각(θ°)은 축거(B)와 윤거(C)의 4개 지점(i, j, k, l)에 고루 적용된다. 이에 따라, 복수의 바퀴(21)(22)(23)(24)들이 상호 동일한 조향각(θ°)으로 조향됨과 아울러, V2 > V1이라는 회전속도로 조향되게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 다륜 조향장치 10: 동력유닛
20: 바퀴유닛 30: 조향유닛

Claims (7)

1. 조향을 위한 구동력을 제공하는 동력유닛;
   상기 동력유닛과 연결되어 회전되는 복수의 바퀴를 포함하는 바퀴유닛;
   상기 동력유닛과 바퀴유닛의 사이에서, 상기 구동력을 임의의 회전 중심점을 중심으로 제1반경으로 회전되는 내측 바퀴들 및 상기 임의의 회전 중심점을 중심으로 제2반경으로 회전되는 외측 바퀴들에 전달하여, 상기 바퀴들의 회전 반경을 제어하며 회전시키는 조향유닛; 및
   상기 복수의 바퀴들의 회전 속도를 개별적으로 제어하는 웜감속부;
   를 포함하고,
   상기 조향 유닛은:
   상기 동력유닛과 연결되는 동기기어부; 및
   상기 동기기어부와 연결되어 상기 복수의 바퀴들로 각각 개별적으로 동력을 제공하는 링크부;를 포함하며,
   상기 웜감속부는, 상기 복수의 바퀴들이 임의의 회전 중심점을 중심으로 조향될 때, 상기 내측 바퀴들의 회전속도와 상기 외측 바퀴들의 회전속도가 서로 상이하도록 제어함으로써, 상기 복수의 바퀴들의 조향각이 서로 동일하도록 조향을 제어하는 다륜 조향장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 동력유닛은 DC(Direct Current)모터를 포함하며, 상기 바퀴유닛은 상호 사방(四方)으로 상호 이격되어 다열 평행한 복수의 바퀴를 포함하고,
   상기 웜감속부는 상기 내측 바퀴들의 회전속도가, 상기 외측 바퀴들의 회전속도보다 느리도록 제어하는 다륜 조향장치.
   
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4. 제1항에 있어서,
   상기 동기기어부는 상호 맞물리는 한 쌍의 싱크로나이즈 기어를 포함하고,
   상기 링크부는 상기 한 쌍의 싱크로나이즈 기어와 각각 연결되는 한 쌍의 타이로드 및, 상기 한 쌍의 타이로드와 상기 복수의 바퀴들과 각각 연결되는 복수의 타이로드엔드를 포함하는 다륜 조향장치.
   
   
   
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