KR101375843B1 - 인휠 모터를 구비한 차량의 차륜별 시간차 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 인휠 모터의 차륜 제어 방법은, 독립적으로 구동되는 차륜들을 둘 이상의 그룹으로 그룹화하는 단계 및 상기 각각의 그룹들을 설정된 시간 간격으로 순차적으로 동작시키는 단계를 포함함으로써, 군용 차량의 효율적이고 안정한 주행이나 차륜형 로봇의 효율적이고 안정한 이동에 크게 기여할 수 있다.

Description

인휠 모터를 구비한 차량의 차륜별 시간차 제어 방법{CONTROL METHOD OF RESPECTIVE WHEELS WITH TIME DELAY FOR VEHICLE HAVING IN-WHEEL MOTORS}

본 발명은 인휠 모터를 구비하는 차량의 차륜을 제어하는 방법에 관한 것이다.

첨단 과학기술의 개발 및 발전으로 인해 다양한 기술들이 군사용 분야에 적용되고 있으며, 특히, 전투차량의 구동을 제어하는 방법의 발전은 차량의 안정성과 효율성을 증대시킨다.

차량의 주행 성능을 향상시키기 위하여 인휠 모터가 적용되고 있으며, 각각의 휠을 독립적으로 제어할 수 있는 독립휠 제어형 다축 추진 차량에 대한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

종래 기술들은 하이브리드/전전기 차량에서 인휠 모터를 사용하기 위한 구조와, 엔진과 모터의 출력을 연동하여 제어하는 방법을 개시한다. 예를 들면, [일본 공개특허 1998-098804, 하이브리드 차량의 구동 제어 장치]에는 엔진 출력 변경 지령에 비해 모터 출력 지령을 늦추는 제어 장치가 개시되며, [대한민국 공개특허 10-2012-0024170, 인휠 모터 차량의 구동력 제어 시스템]에는 각 인휠 모터들의 구동을 제어하여 과도한 휠 슬립율이 발생하는 것을 제한하는 구조가 개시된다.

인휠 모터 시스템에서 인휠 모터는 각각 독립적으로 제어되고, 이러한 시스템에서 차량 운행시 문제가 발생할 수 있다. 즉, 경향성 및 방향성 없는 제어로 차량의 균형이 깨질 수 있고, 심한 경우 차량이 전복될 수 있는 등 안전 사고 및 인명 사고가 발생할 수 있다. 또한, 각각의 차륜이 모두 독립적으로 작동할 경우 주행 성능이 떨어지는 문제가 발생한다.

따라서 차량이 안정적으로 주행할 수 있게 하는 주행 제어기법에 대한 체계적인 연구가 요구된다.

본 발명은 차륜의 제어 효율성 높이고, 차륜의 불균형적인 독립 제어로 인해 발생할 수 있는 위험을 제거할 수 있는 차륜의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 인휠 모터 차륜의 제어 방법은, 독립적으로 구동되는 차륜들을 둘 이상의 그룹으로 그룹화하는 단계 및 상기 각각의 그룹들을 설정된 시간 간격으로 순차적으로 동작시키는 단계를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 그룹은 전륜들로 구성되는 제1 그룹 및 후륜들로 구성되는 제2 그룹을 포함한다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 그룹은 좌륜들로 구성되는 제1 그룹 우륜들로 구성되는 제2 그룹을 포함한다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 그룹은 전좌륜과 후우륜으로 구성되는 제1 그룹 및 전우륜과 후좌륜으로 구성되는 제2 그룹을 포함한다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 인휠 모터 차륜의 제어 방법은 차량의 주행 모드 신호를 감지하는 단계를 더 포함하며, 상기 그룹화는 감지된 주행 모드 신호에 근거하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 주행 모드 신호는 차량에 설치된 속도 감지 센서를 이용하여 차량의 진행 상태 변화를 측정하여 감지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 주행 모드 신호는 차량을 가속시키는 구동 신호, 차륜의 회전축 방향을 변경시키는 조향 신호 및 차량을 감속시키는 제동 신호 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 주행 모드 신호가 구동 신호이면 전륜으로 구성되는 제1 그룹과 후륜으로 구성되는 제2 그룹으로 그룹화하고, 상기 주행 모드 신호가 조향 신호이면 좌륜으로 구성되는 제1 그룹과 우륜으로 구성되는 제2 그룹으로 그룹화하며, 상기 주행 모드 신호가 제동 신호이면 전좌륜 및 후우륜으로 구성되는 제1 그룹과 전우륜 및 후좌륜으로 구성되는 제2 그룹으로 그룹화하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 차륜들을 그룹화하여 구동시키는 바, 군용 차량의 효율적이고 안정한 주행이나 차륜형 로봇의 효율적이고 안정한 이동에 크게 기여할 수 있다.

또한, 차륜 그룹을 시간차를 두고 순차적으로 구동시키는 바, 인휠 모터의 제어 전략을 제시하여 주행 모드 별로 최적의 제어 효율성 향상, 불균형적인 독립 제어로 자칫하면 위험해질 수 있는 차량의 안정성 보장, 구동력 특화(전륜과 후륜의 시간차 제어)에 의한 제어의 효율화에 따른 연비 향상, 조향력 특화(좌륜과 우륜의 시간차 제어)에 의한 좌조향 및 우조향 시 추종하는 쪽 차륜의 조향력을 상황에 맞게 최적 제어 하여 조향 능력 향상, 제동력 특화(대각선 차륜의 시간차 제어)에 의한 양쪽과 앞뒤에 고른 제동력 분배로 제동 능력 및 제동 시 안정성 향상 등에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 인휠 모터 차량의 차륜 제어 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 인휠 모터 차륜의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전륜과 후륜 사이의 시간차 명령 전달을 도시한 개념도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 좌륜과 우륜 사이의 시간차 명령 전달을 도시한 개념도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 대각선 방향의 차륜 사이의 시간차 명령 전달을 도시한 개념도.

이하, 본 발명에 관련된 인휠 모터 차륜의 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 지칭하는 차량(100)은 독립 휠 제어형 다축 하이브리드/전전기 전투 차량, 중전투/감시 정찰 로봇 등의 군사용 로봇, 미래형 저탄소 지상 유·무인 전투 차량 뿐 아니라 민간 분야의 하이브리드/전전기 차량, 산업용 로봇을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 인휠 모터 차량(100)의 차륜 제어 개념도이다.

도 1을 참조하면, 차량(100)은 몸체(101)와, 제어부(200)와, 차륜들과, 전륜 인버터(102)와, 후륜 인버터(103) 등을 포함한다.

도시된 바에 따르면 차륜은 전좌륜(111), 전우륜(112), 후좌륜(113), 후우륜(114)을 포함한다.

본 도면에서 차륜이 4개인 경우를 도시하였으나, 차륜이 6개 이상인 경우까지 본 발명의 개념을 확장할 수 있을 것이다. 즉, 차륜이 복수개로 구성되는 탱크나 장갑차와 같은 경우도 본원 발명의 제어 방법이 적용될 수 있다. 이 경우 각각의 차륜을 제어하는 인버터가 더 장착될 수 있다.

상기 차륜들은 휠과 인휠 모터 및 차륜의 회전축을 구비한다. 다시말해, 각 차륜을 각각 독립적으로 구동시키기 위한 전륜 좌 인휠 모터(122), 전륜 우 인휠 모터, 후륜 좌 인휠 모터 및 후륜 우 인휠 모터가 차량(100)의 각 차륜에 장착된다. 즉, 전륜 좌 인휠 모터(122)는 차량(100)의 좌측 전륜의 휠(121)에 장착되고, 전륜 우 인휠 모터는 우측 전륜에 장착되고, 후륜 좌 인휠 모터는 좌측 후륜에 장착되며, 후륜 우 인휠 모터는 우측 후륜에 장착되어 각 차륜을 구동시킨다.

전륜 좌 인휠 모터와 전륜 우 인휠 모터는 전륜 인버터(102)에 전기적으로 연결되어 인버터의 제어에 의해 구동된다. 전륜 인버터(102)는 전륜 좌 인휠 모터와 전륜 우 인휠 모터를 각각 독립적으로 제어한다. 또한, 전륜 인버터(102)는 전륜 우 인버터(102b)와 전륜 좌 인버터(102a)로 구분될 수도 있다.

후륜 좌 인휠 모터와 후륜 우 인휠 모터는 후륜 인버터(103)에 전기적으로 연결되어 인버터의 제어에 의해 구동된다. 후륜 인버터(103)는 후륜 좌 인휠 모터와 후륜 우 인휠 모터를 각각 독립적으로 제어한다. 또한, 후륜 인버터(103)는 후륜 우 인버터(103b)와 후륜 좌 인버터(103a)로 구분될 수도 있다.

전륜 인버터(102)와 후륜 인버터(103)는 제어부(200)에 전기적으로 연결되어, 제어부(200)에서 산출된 휠 회전 속도와 토크에 의해서 각 차륜에 장착된 인휠 모터들의 구동을 각각 제어한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 인휠 모터 차륜의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

도시된 바에 따르면, 인휠 모터 차륜의 제어 방법은 주행 모드 선택 단계(201)와, 차륜 그룹화 단계(202)와, 제1 그룹 제어 명령 생성 단계(203)와, 제2 그룹 제어 명령 생성 단계(204) 및 제3 그룹 제어 명령 생성 단계(205) 등을 포함한다.

상기 단계들은 선택적으로 조합될 수 있다. 예를 들면, 인휠 모터 차륜의 제어 방법은 차륜 그룹화 단계(202)와, 제1 그룹 제어 명령 생성 단계(203)와 제2 그룹 제어 명령 생성 단계(204)로 이루어질 수 있다.

주행 모드는 구동 모드와, 조향 모드 및 제동 모드를 포함한다. 구동 모드는 차량(100)을 가속시키는 모드를 말한다. 조향 모드는 차륜의 회전축 방향을 변경시켜 차량(100)의 진로를 변경시키는 모드를 말한다. 제동 모드는 차량(100)을 감속시키는 모드를 말한다.

차량(100)에는 차량(100) 속도 감지 센서 및/또는 차륜 회전 감지 센서 등이 장착될 수 있다. 상기 센서들 중 적어도 하나에 의하여 차량(100)의 주행 신호가 자동으로 감지될 수 있다.

상기 센서 또는 센서들이 장착된 차량(100)의 차륜 제어는 다음과 같이 이루어진다.

센서는 차량(100)의 현재 진행 상태 또는 차량(100)의 현재 진행 상태 변화를 측정한다.

운용장치는 가속 페달, 제동 페달, 조향 핸들과 센서 신호 처리기 등을 포함하며, 차량(100)의 각종 신호를 처리하고 주행 모드를 생성한다. 가속 페달을 작동시키면 제동신호가 센서 신호 처리기에서 제동 모드를, 조향 핸들을 작동시키면 조향 신호가 센서신호처리기에서 조향 모드를 발생시킨다.

상기 운용장치에서 생성된 주행 모드 신호는 제어부(200)로 전달된다. 주행 모드 신호는 차량(100)을 가속시키는 구동 신호, 차륜의 회전축 방향을 변경시키는 조향 신호 및 차량(100)을 감속시키는 제동 신호 등을 포함한다.

제어부(200)는 전달받은 신호가 어떤 신호인지를 판별하여 차륜들을 그룹화한다. 그룹화는 독립적으로 구동되는 인휠 모터 및/또는 회전축을 일정한 집합으로 묶는 것을 말한다. 하나의 그룹으로 묶이는 차륜의 갯수나 총 그룹의 갯수는 차량의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 4륜을 구비하는 차량의 경우, 전륜 그룹과 후륜 그룹, 또는 좌륜 그룹과 우륜 그룹으로 그룹화하는 것이 가능하다.

총 차륜의 갯수는 차량의 종류에 따라 달라질 수 있다. 3륜 차량이나 6륜 차량 등도 제어 가능하며, 3륜 차량의 경우 1개의 전륜과 2개의 후륜으로 그룹화하는 것이 가능하다.

제어부(200)는 각각의 그룹을 독립적으로 제어한다. 다시말해, 제어부(200)는 각각의 그룹들을 일정 시간 간격으로 순차적으로 동작시킨다. 즉, 특정 시간 T1에 제1 그룹 제어 명령이 생성되고, 그 후 T2 시간이 되면 제2 그룹 제어 명령이 생성되며, T3 시간이 되면 제3 그룹 제어 명령이 생성된다. 제어부(200)는 상기 제어 명령들에 의하여 각각의 그룹을 순차적으로 동작시킨다.

각 그룹이 동작을 마친 후 센서는 다시 차량(100)의 현재 진행 상태 또는 차량(100)의 현재 진행 상태 변화를 측정하고 운용장치로부터 새로운 주행 명령이 전달될 경우 상기의 과정을 반복한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전륜과 후륜 사이의 시간차 명령 전달을 도시한 개념도이다.

도 3a를 참조하면, 차량(100)은 4개의 차륜을 구비한다. 구동 모드에서 전륜들과 후륜들은 출발/가속 시작 시점이 서로 다르도록 제어된다. 즉, 전륜과 후륜 사이에 시간차(delay) 명령이 전달된다. 다시 말해, 차륜들은 전좌륜(111)과 전우륜(112)으로 이루어지는 제1 그룹 및 후좌륜(113)과 후우륜(114)으로 이루어지는 제2 그룹으로 나뉘어지고, 각 그룹별로 시간 차이를 두고 제어 명령이 전달된다. 구체적으로, 전좌륜(111)과 전우륜(112)에 동일한 시간인 T1에 제어 명령이 전달되고, 일정 시간 이후(10ms 이상)인 T2 시간에 후좌륜(113)과 후우륜(114)에 제어 명령이 전달된다. 이러한 방법은 기계식 차량(100)의 특징을 모사하여 전륜이 먼저 구동되고, 후륜이 뒷받침되어 전륜의 상황에 따라 안정성을 추구하여 롤어버 등을 방지하고 연비를 향상시킬 수 있다.

도 3b은 6WD/6WS 차량(100)을 도시한다. 6WD/6WS 차량(100)의 경우도 동일한 방법으로 전좌륜(111)과 전우륜(112)에 T1 시간에 제어 명령을 전달하고, 일정 시간 이후(10ms 이상)인 T2 시간에 중좌륜(115)과 중우륜(116)에 제어 명령이 전달된다. 그 후 다시 일정 시간 이후(10ms 이상)인 T3시간에 후좌륜(113)과 후우륜(114)에 제어 명령이 전달된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 좌륜과 우륜 사이의 시간차 명령 전달을 도시한 개념도이다.

도 4a를 참조하면, 차량(100)은 4개의 차륜을 구비한다. 조향 모드에서 좌륜들과 우륜들은 조향 시작 시점이 서로 다르도록 제어된다. 즉, 좌륜과 우륜 사이에 시간차(delay) 명령이 전달된다. 다시 말해, 차륜들은 전좌륜(111)과 후좌륜(113)으로 이루어지는 제1 그룹 및 전우륜(112)과 후우륜(114)으로 이루어지는 제2 그룹으로 나뉘어지고, 각 그룹별로 시간 차이를 두고 제어 명령이 전달된다. 구체적으로, 전좌륜(111)과 후좌륜(113)에 동일한 시간인 T1에 제어 명령이 전달되고, 일정 시간 이후(10ms 이상)인 T2 시간에 전우륜(112)과 후우륜(114)에 제어 명령이 전달된다. 이러한 방법은 좌륜들과 우륜들이 동시에 제어되어 좌조향(좌륜 제어 후, 우륜 추종 제어) 및 우조향(우륜 제어 후, 좌륜 추종제어) 시 조향 능력을 향상시킬 수 있다.

도 4b은 6WD/6WS 차량(100)을 도시한다. 6WD/6WS 차량(100)의 경우도 동일한 방법으로 전좌륜(111), 중좌륜(115) 및 후좌륜(113){제1 그룹}에 T1 시간에 제어 명령을 전달하고, 일정 시간 이후(10ms 이상)인 T2 시간에 전우륜(112), 중우륜(116) 및 후우륜(114){제2 그룹}에 제어 명령이 전달된다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 대각선 방향의 차륜 사이의 시간차 명령 전달을 도시한 개념도이다.

도 5a를 참조하면, 차량(100)은 4개의 차륜을 구비한다. 제동 모드에서 제1 대각선 상의 차륜들과 제2 대각선 상의 차륜들의 제동 시작 시점이 서로 다르도록 제어된다. 다시 말해, 차륜들은 전좌륜(111)과 후우륜(114)으로 이루어지는 제1 그룹 및 전우륜(112)과 후좌륜(113)으로 이루어지는 제2 그룹으로 나뉘어지고, 각 그룹별로 시간 차이를 두고 제어 명령이 전달된다. 구체적으로, 전좌륜(111)과 후우륜(114)에 동일한 시간인 T1에 제어 명령이 전달되고, 일정 시간 이후(10ms 이상)인 T2 시간에 전우륜(112)과 후좌륜(113)에 제어 명령이 전달된다. 이러한 방법은 대각선 방향의 차륜이 동시에 제어되고 힘을 받게 되어 양쪽과 앞뒤에 고른 제동력 분배로 제동시 제동 능력 및 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 5b은 6WD/6WS 차량(100)을 도시한다. 6WD/6WS 차량(100)의 경우도 동일한 방법으로 전좌륜(111)과 후우륜(114)에 T1 시간에 제어 명령을 전달하고, 일정 시간 이후(10ms 이상)인 T2 시간에 전우륜(112)과 후좌륜(113)에 제어 명령이 전달된다. 그 후 다시 일정 시간 이후(10ms 이상)인 T3시간에 중우륜(116)과 중좌륜(115)에 제어 명령이 전달된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 차륜들을 그룹화하여 구동시키는 바, 군용 차량(100)의 효율적이고 안정한 주행이나 차륜형 로봇의 효율적이고 안정한 이동에 크게 기여할 수 있다.

또한, 차륜 그룹을 시간차를 두고 순차적으로 구동시키는 바, 인휠 모터의 제어 전략을 제시하여 주행 모드 별로 최적의 제어 효율성 향상, 불균형적인 독립 제어로 자칫하면 위험해질 수 있는 차량(100)의 안정성 보장, 구동력 특화(전륜과 후륜의 시간차 제어)에 의한 제어의 효율화에 따른 연비 향상, 조향력 특화(좌륜과 우륜의 시간차 제어)에 의한 좌조향 및 우조향 시 추종하는 쪽 차륜의 조향력을 상황에 맞게 최적 제어 하여 조향 능력 향상, 제동력 특화(대각선 차륜의 시간차 제어)에 의한 양쪽과 앞뒤에 고른 제동력 분배로 제동 능력 및 제동 시 안정성 향상 등에 기여할 수 있다.

상기와 같은 인휠 모터 차륜의 제어방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (8)

1. 독립적으로 구동되는 차륜들을 둘 이상의 그룹으로 그룹화하는 단계; 및
   상기 각각의 그룹들을 설정된 시간 간격으로 순차적으로 동작시키는 단계를 포함하며,
   상기 그룹은,
   전좌륜과 후우륜으로 구성되는 제1 그룹; 및
   전우륜과 후좌륜으로 구성되는 제2 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차륜의 제어 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   차량의 주행 모드 신호를 감지하는 단계를 더 포함하며,
   상기 그룹화는 감지된 주행 모드 신호에 근거하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차륜의 제어 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 주행 모드 신호는,
   차량에 설치된 속도 감지 센서를 이용하여 차량의 진행 상태 변화를 측정하고, 운용장치에서 상기 측정 결과를 토대로 하여 생성되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차륜의 제어 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 주행 모드 신호는,
   차량을 가속시키는 구동 신호, 차륜의 회전축 방향을 변경시키는 조향 신호 및 차량을 감속시키는 제동 신호 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차륜의 제어 방법.
8. 차량의 주행 모드 신호를 감지하는 단계;
   상기 주행 모드 신호에 근거하여, 독립적으로 구동되는 차륜들을 둘 이상의 그룹으로 그룹화하는 단계; 및
   상기 각각의 그룹들을 설정된 시간 간격으로 순차적으로 동작시키는 단계를 포함하며,
   상기 주행 모드 신호가 구동 신호이면 전륜으로 구성되는 제1 그룹과 후륜으로 구성되는 제2 그룹으로 그룹화하고,
   상기 주행 모드 신호가 조향 신호이면 좌륜으로 구성되는 제1 그룹과 우륜으로 구성되는 제2 그룹으로 그룹화하며,
   상기 주행 모드 신호가 제동 신호이면 전좌륜 및 후우륜으로 구성되는 제1 그룹과 전우륜 및 후좌륜으로 구성되는 제2 그룹으로 그룹화하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터 차륜의 제어 방법.

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