KR101586636B1 - 원격조향구동장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존 유인 차량을 무인 차량으로 개조 가능하도록 하기 위해서 핸들에 결합되어 원격 유무선통신에 의해 제어 가능한 모터제어부가 직구동모터에 일체형으로 탑재되어 있는 원격조향구동장치 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 원격조향구동장치의 제어방법은 차량의 주행방향을 조정하는 핸들(10);과 상기 핸들(10)이 조향 가능하도록 구동하는 모터코어(23)를 포함하는 직구동모터;와 CAN(Controller Area Network)통신 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 유무선통신에 의해 송수신된 제어신호에 따라 상기 직구동모터가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 제어하는 제어보드(27a)와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 통신부(27b)를 포함하여 구성되어 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부(27);와 상기 직구동모터에 의해 상기 핸들(10)이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들(10)과 상기 직구동모터를 서로 탈부착 가능하도록 결합하는 핸들결합부(30); 및 상기 모터제어부(27)가 직구동모터를 제어할 수 있도록 상기 모터제어부(27)와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 원격제어기(90);를 포함하는 원격조향구동장치의 제어방법으로서, (a) 상기 원격제어기(90)가 원격으로 유무선통신에 의해 상기 모터제어부(27)의 통신부(27b)에 상기 모터제어부(27)가 직구동모터를 제어할 수 있도록 제어신호를 송신하는 단계;와 (b) 상기 모터제어부(27)의 통신부(27b)가 상기 원격제어기(90)로부터 수신한 제어신호에 따라 상기 모터제어부(27)의 제어보드(27a)가 상기 직구동모터의 모터코어(23)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 제어하는 단계;와 (c) 상기 모터코어(23)의 회전에 따라 상기 핸들결합부(30)에 의해 상기 직구동모터와 일체로 결합된 상기 핸들(10)의 주행방향을 조정하는 단계;를 포함한다.

Description

원격조향구동장치 및 그 제어방법{Remote Steering Apparatus And Control Method Thereof}
본 발명은 원격조향구동장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기존 유인 차량을 무인 차량으로 개조 가능하도록 하기 위해서 핸들에 결합되어 원격 유무선통신에 의해 제어 가능한 모터제어부가 직구동모터에 일체형으로 탑재되어 있는 원격조향구동장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 교통체증 해소, 운전자로 인한 사고 위험 요소 제거를 위한 주요 대안으로 10년 내에 무인자동차 시대가 도래할 것이라고 예상하고 있다. 이미 구글 이외에도 BMW, GM, 폭스바겐 등이 무인 자동차 개발에 적극적으로 동참하고 있어 멀지 않은 미래에 현실화가 가능할 것이다.
현재 기술적으로 운전자가 없는 무인 자동차 구현을 위해서는 GPS를 이용한 도로 상황 인식, 레이저/레이더 등을 이용한 주변 인식, 도로 위의 차량간 통신 기술 등을 발전시켜야 할 기술 분야이고, 가장 큰 기술적 장애는 안전성 확보이다. 자동차에 적용되는 안전기술은 목적과 기능에 따라 주행안전, 사고예방, 운전지원, 사고피해경감의 4가지로 구분할 수 있다.
그러나 무인차량으로 첨단 자율 주행에는 현재 여전히 한계가 있다고 전문가들은 기술적으로 평가하고 있다. 자율 주행의 가장 큰 기술적 문제는 카메라에 직사광선이 직접 비출 때 또는 안개가 짙을 때를 포함한 불확실한 상황하의 센서 인식 및 의사결정으로써, 이는 곧 무인 차량의 안전기술에 직접적인 영향을 미치게 된다. 지금과 같이 자율 주행 차량에 관한 기술이 발달해 나간다면 자동차에서 요구하는 평균 자율주행 실패거리인 10만 마일을 충족시키기 위해서는 2025년경에 이르러야 할 것으로 예상된다.
따라서 기존의 수동 차량에서 무인 차량으로 발전하기 위해서는 현재 기술적인 한계가 있기 때문에, 수동 차량을 무인 차량으로 개조 혹은 양산화 이전에 기술성/안전성의 신뢰성을 검증하는 단계가 반드시 필요할 것으로 예상한다. 특히 무인 차량의 주행안전, 사고예방, 운전지원, 사고 피해 경감 기술과 같은 안전 기술의 성능/신뢰성을 검증하기 위하여, 기존 수동 차량을 무인화 차량으로 개조가 필요하다. 또한 안전 기술의 시험 평가는 운전자의 지각 능력을 뛰어넘는 가감속 시험 혹은 전복제어 등으로 이루어지기 때문에 상당히 위험하다.
기존 수동 차량을 무인화 차량으로 개조하는 방법에는 차량의 통합 제어기인 ECU이하 하위 제어기 등에 수정을 가하는 방법과 무인화장치(steering/braking/transmission robot) 등을 외부에 추가 장착하는 방법이 있다. 전자의 방법을 취하기 위해서는 차량의 통합 제어기, 센서, 구동기 등 차량 내부 시스템에 대한 정보가 없이 구현이 힘든 단점이 있다. 그러나 무인화장치(steering/braking/transmission robot) 등을 외부에 추가 장착하는 방법은 쉽게 차량에 장착이 가능하고, 차량 시스템에 대한 정보 없이 특정 안전 기술 등을 시험 평가할 수 있는 장점이 있다. 무인화 장치는 주행제어를 위해서 필수적인 조향핸들 구동장치(steering robot)와 가감속 제어를 위한 구동장치(braking robot 및 transmission robot)가 필요하며, 주행 순간을 제어하기 위한 각종 센서 및 신호처리장치로 구성되어진다.
무인자동차에 적용되는 무인화 장치 중 조향핸들 구동장치로는 대부분 직접 핸들에 부착되며, 설치되는 핸들 구동장치의 구동 메카니즘은 감속기 타입 모터구동장치와 직구동모터 구동장치로 나눌 수 있다. 현재까지 주로 개발되어 있는 조향핸들 구동장치는 감속기 타입 모터구동장치로서 약 20 : 1 이상의 기어비로 인한 구동효율 및 응답속도 성능이 떨어지고, 감속기 채용으로 중량 및 부피 증가로 인해 조향핸들에 탈부착이 어려운 단점이 있다.
직구동 조향핸들 구동장치는 핸들의 외형에 직접 모터가 설치되어 있어 형상이나 중량면에서 감속기가 있는 구동장치보다 유리함을 알 수 있다. 직구동 조향핸들 구동장치는 직구동 모터의 설계 및 제어기술, 그리고 필요한 토크를 발생하는 모터를 제작하는 기술이 요구된다. 최근 개발되는 차량의 특성을 보면, 전자제어장치의 증대를 중요한 특성으로 볼 수 있다. 즉, 엔진제어기에 변속제어기, 공조제어기, 타이어제어기 등 장치의 편리를 위해 다양한 제어기가 탑재되고 있음은 주지의 사실이다. 자동차에 적용되는 제어기는 단순히 기계나 기구적인 연결보다는 점차로 제어기와의 제어기간의 통신으로 제어명령 및 센서특성을 주고받는 구조로 발전하고 있다. 즉 각 장치들은 그 자체로 구동에 필요한 장치, 센서장착, 계측 및 제어 기능 등이 포함되어 개발되어지는 것이 일반적인 현상이다.
종래의 원격조향구동장치에는 대한민국공개특허 제10-2007-0104764호(공개일: 2007.10.29.)에서과 같이 원격차량 및 자율차량의 조향장치를 수동 모드 및 자동 모드로의 전환을 용이하게 함으로써, 원격제어에 의할 경우에는 자동모드로 변환시켜자동조향을 이루도록 할 수 있고, 이동 등에 의해 조향장치를 원격으로 제어할 필요가 없을 경우에는, 수동 모드로 전환시켜 조향 성능향상, 안전성 확보 및 품질향상을 이루도록 한 수동 및 자동 모드 변환이 가능한 원격조향구동장치가 있다.
그러나, 이와 같이 종래의 원격조향구동구동장치는, 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 현재 개발된 고가의 직구동 조향핸들 구동장치는 제어기가 외부에 설치됨으로서 모터의 구조로 얻는 공간의 장점을 상쇄시키고 있다.
둘째, 제어기를 외부에 설치하기 위해 별도의 설치공간이 필요하기 때문에 기존 수동 차량을 무인화 차량으로 개조하기가 불편하고 추가비용이 요구된다.
셋째, 수동 및 자동모드 전환을 위한 전환 클러치에 의해 기계적으로 서보 모터에 연결된 기어의 구속력을 유지 또는 해제하기 때문에 별도의 기어가 필요하여 원격조향구동장치의 구조가 복잡해 진다.
넷째, 조향핸들의 절대 회전각을 측정하는 수단이 구비되어 있지 않아 정밀한 핸들의 조향제어가 곤란하다.
대한민국공개특허 제10-2007-0104764호(공개일: 2007.10.29.)
본 발명의 목적은 기존 유인 차량을 무인 차량으로 개조 가능하도록 하기 위해서 핸들에 결합되어 원격 유무선통신에 의해 제어 가능한 모터제어부가 직구동모터에 일체형으로 탑재되어 있는 원격조향구동장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 원격조향구동장치 및 그 제어방법은 모터제어부를 직구동모터 주변에 일체형으로 탑재시킴으로서 직구동모터의 제어를 위해서 차량용 통신 네트워크인 CAN(Controller Area Network) 통신을 사용하거나, 블루투스와 같은 무선 통신을 사용할 수 있다.
본 발명의 원격조향구동장치 및 그 제어방법에는 주행제어에서 중요한 핸들 또는 직구동모터의 절대 회전각을 계측하기 위해 원격조향구동부의 하부하우징 내측 원주상에 등간격이 아닌 비정수배로 배치되는 내측홀센서가 설치되고, 핸들 또는 직구동모터의 상대 회전각을 계측하기 위해 원격조향구동부의 하부하우징의 외측 원주상의 일부분에 3개의 홀센서가 설치된다.
본 발명의 원격조향구동장치는 차량의 주행방향을 조정하는 핸들;과 상기 핸들이 조향 가능하도록 구동하기 위해서 상부하우징과 하부하우징 사이에 설치되어 자속의 변화에 따라 발생한 기전력에 의해 회전하는 모터코어와, 상기 하부하우징의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되어 상기 모터코어의 절대 회전각을 계측하는 내측홀센서, 및 상기 하부하우징의 외측 원주상의 일부분에 3개가 설치되어 상기 모터코어의 상대 회전각을 계측하는 외측홀센서을 포함하는 직구동모터;와 상기 직구동모터가 원격으로 유무선통신에 의해 제어 가능하도록 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부;와 상기 직구동모터에 의해 상기 핸들이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들과 상기 직구동모터를 서로 탈부착 가능하도록 결합하는 핸들결합부; 및 상기 모터제어부가 직구동모터를 제어할 수 있도록 상기 모터제어부와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 원격제어기;와 상기 모터제어부와 상기 원격제어기 사이의 유무선통신을 ON 또는 OFF하여 무인모드와 유인모드의 변환이 가능하도록 하는 주행모드 변환 스위치;를 포함한다.
본 발명의 원격조향구동부는 크게 직구동모터와 모터제어부를 포함한다. 즉, 상기 원격조향구동부는, 상기 핸들에 결합되어 상기 핸들이 조향 가능하도록 구동하는 직구동모터;와 직구동모터가 원격으로 유무선통신에 의해 제어가능하도록 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 직구동모터는, 상기 핸들결합부가 고정되는 고정홈이 상면의 원주상에 형성되고, 외측벽의 내측에 고정자석이 내설되어 있는 상부하우징;과 상기 상부하우징에 결합되고 상기 모터제어부가 탑재되는 하부하우징;과 상기 상부하우징과 상기 하부하우징 사이에 설치되어 자속의 변화에 따라 발생한 기전력에 의해 회전하는 모터코어; 및 상기 하부하우징의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되어 모터코어의 절대 회전각을 계측하는 내측홀센서;와 상기 하부하우징의 외측 원주상의 일부분에 3개가 설치되어 모터코어의 상대 회전각을 계측하는 외측홀센서; 및 상기 모터코어와 상기 하부하이징 사이에 결합되어 모터코어의 회전을 원활하게 하는 다수의 베어링;을 포함한다.
게다가, 상기 모터제어부는, 상기 하부하우징의 내부에 탑재되어 유무선통신에 의해 송수신된 제어신호에 따라 상기 직구동모터가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 제어하는 제어보드;와 상기 하부하우징의 외면에 설치되어 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 통신부;를 포함한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 모터제어부는, 상기 내측홀센서 및 상기 외측홀센서에서 각각 계측된 상기 모터코어에 대한 절대회전각 및 상대회전각에 기초하여 상기 모터코어의 회전을 조절한다.
이때, 상기 내측홀센서는 상기 모터코어의 절대회전각을 계측하기 위해 상기 하부하우징의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되는 제1 내측홀센서와 제2 내측홀센서로 이루어지되 제1 내측홀센서의 배치 간격이 제2 내측홀센서의 배치 간격보다 더 조밀하게 설치된다.
여기서, 흘센서는 반도체 소자에 4개의 리드선이 붙어 있는 간단한 구조인데 이 중 입력단자가 전류단자이고 출력단자가 홀 단자로 표시되어 있다. 입력 단자간에 전류를 흘리고 전류에 직각 방향으로 센서면에 자기장을 가하면 전류와 자기장 모두에 직각인 방향으로 자기장과 제어 전류의 곱에 비례하는 홀 전압이 발생되는데, 이러한 홀효과(Hall effect)를 이용하여 자기장을 검출하는 센서가 홀센서이다. 이때, 홀 전압은 자기장에 비례하므로, 자기장을 측정하는데 이용할 수 있다. 홀센서는 모터 회전자의 위치를 감지하는데 이용할 수 있다.
한편, 상기 유무선통신은 CAN(Controller Area Network)통신 또는 블루투스(Bluetooth)를 사용한다.
또한, 상기 핸들결합부는 상기 직구동모터에 의해 상기 핸들이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들의 테두리에 탈부착 가능하도록 결합되는 클램프;와 상기 클램프의 아래에 형성되어 상기 상부하우징에 형성된 고정홈에 결합되도록 돌출 형성된 고정돌기;를 포함한다.
또한, 상기 주행모드 변환 스위치는, ON일 때는 원격으로 유무선통신을 이용하여 제어신호를 송수신하여 상기 직구동모터에 의해 무인모드로 주행 가능하고, OFF일 때는 유무선통신이 해제되어 상기 직구동모터의 작동 없이 유인모드로 주행 가능하도록 한다.
추가적으로, 본 발명의 원격조향구동장치는 상기 원격조향구동부에 결합되어 제어신호에 따라 상기 원격조향구동부가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 지지하는 지지부;와 상기 원격조향구동부를 차량에 고정하는 고정부;와 상기 지지부와 상기 고정부를 서로 연결하는 연결부;를 더 포함한다.
또한, 상기 지지부는, 복수 개가 구비되어 상기 원격조향구동부가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 한다.
여기서, 상기 지지부는, 상기 원격조향구동부의 하부하우징의 뒷면에 결합되는 지지프레임;과 상기 지지프레임에 연결되어 상기 원격조향구동부가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 하는 볼 조인트;를 포함한다.
또한, 상기 연결부는, 상기 원격조향구동부의 회전에 따라 길이가 연장 또는 수축 가능하다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 원격조향구동장치의 제어방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 원격조향구동장치의 제어방법은 차량의 주행방향을 조정하는 핸들;과 상기 핸들이 조향 가능하도록 구동하는 모터코어를 포함하는 직구동모터;와 CAN(Controller Area Network)통신 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 유무선통신에 의해 송수신된 제어신호에 따라 상기 직구동모터가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 제어하는 제어보드와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 통신부를 포함하여 구성되어 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부;와 상기 직구동모터에 의해 상기 핸들이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들과 상기 직구동모터를 서로 탈부착 가능하도록 결합하는 핸들결합부; 및 상기 모터제어부가 직구동모터를 제어할 수 있도록 상기 모터제어부와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 원격제어기;를 포함하는 원격조향구동장치의 제어방법으로서, (a) 상기 원격제어기가 원격으로 유무선통신에 의해 상기 모터제어부의 통신부에 상기 모터제어부가 직구동모터를 제어할 수 있도록 제어신호를 송신하는 단계;와 (b) 상기 모터제어부의 통신부가 상기 원격제어기로부터 수신한 제어신호에 따라 상기 모터제어부의 제어보드가 상기 직구동모터의 모터코어를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 제어하는 단계;와 (c) 상기 모터코어의 회전에 따라 상기 핸들결합부에 의해 상기 직구동모터와 일체로 결합된 상기 핸들의 주행방향을 조정하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 직구동모터가 상기 모터코어의 절대 회전각을 계측하는 내측홀센서 및 상기 모터코어의 상대 회전각을 계측하는 외측홀센서을 더 포함하고, 상기 모터제어부가 상기 내측홀센서 및 상기 외측홀센서에서 각각 계측된 상기 모터코어에 대한 절대회전각 및 상대회전각에 기초하여 상기 모터코어의 회전을 조절하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 내측홀센서는, 상기 모터코어의 절대회전각을 계측하기 위해 상기 하부하우징의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되는 제1 내측홀센서와 제2 내측홀센서로 이루어지되 제1 내측홀센서의 배치 간격이 제2 내측홀센서의 배치 간격보다 더 조밀하게 배치된다.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 모터제어부와 상기 원격제어기 사이의 유무선통신을 ON 또는 OFF하여 무인모드와 유인모드의 변환이 가능하도록 하는 주행모드 변환 스위치;를 더 포함하고, 상기 주행모드 변환 스위치가 ON일 때는 원격으로 유무선통신을 이용하여 제어신호를 송수신하여 상기 직구동모터에 의해 무인모드로 주행 가능하고, OFF일 때는 유무선통신이 해제되어 상기 직구동모터의 작동 없이 유인모드로 주행 가능하도록 하는 단계를 포함한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 원격조향구동장치 및 그 제어방법은 기존 유인 차량을 무인 차량으로 개조 가능하도록 하기 위해서 핸들에 결합되어 원격 유무선통신에 의해 제어 가능한 모터제어부가 직구동모터에 일체형으로 탑재될 뿐만 아니라, 핸들의 절대 회전각을 내측홀센서 및 외측홀센서를 이용하여 계측하여 모터제어부가 직구동모터의 회전 제어에 사용함으로써 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 기존의 제어기가 외부에 설치되는 원격조향구동장치에 비해서 모터제어부가 직구동모터에 일체형으로 탑재됨으로써 기존 유인 차량의 핸들에 설치하기가 용이하다.
둘째, 모터제어부가 직구동모터에 일체형으로 탑재됨으로써 모터제어부 설치를 위해서 별도의 설치공간이 불필요하기 때문에 기존 수동 차량을 무인화 차량으로 개조하기가 편리하고 추가비용이 필요 없다.
셋째, 주행모드 변환 스위치를 이용하여 추가적인 부품의 설치 없이 원격 통신을 단순히 ON/OFF 방식으로 제어함으로써 무인모드 및 유인모드의 변환을 손쉽게 할 수 있다.
넷째, 핸들의 절대 회전각 및 상대 회전각을 각각 내측홀센서 및 외측홀센서를 이용하여 계측하여 모터제어부가 직구동모터의 회전을 제어하기 때문에 핸들의 정밀한 조향제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동장치의 전체 구성에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동장치의 전체 구성에 대한 부분 분해도이다.
도 3은 본 발명의 주요 구성요소 중 하나인 원격조향구동부에 대한 상세 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동부의 내부 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동부의 내부 상세 단면도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동장치의 제어흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동장치의 전체 구성에 대한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동장치의 전체 구성에 대한 부분 분해도이다. 도 3은 본 발명의 주요 구성요소 중 하나인 원격조향구동부에 대한 상세 분해도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동부의 내부 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동부의 내부 상세 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원격조향구동장치의 제어흐름도이다.
도 1 내지 도6을 참조하면, 본 발명의 원격조향구동장치는 크게 핸들(10), 직구동모터와 모터제어부(27)로 구성되는 원격조향구동부(20), 핸들결합부(30), 원격제어기(90), 주행모드 변환 스위치(70)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 원격조향구동장치는 차량의 주행방향을 조정하는 핸들(10);과 상기 핸들(10)이 조향 가능하도록 구동하기 위해서 상부하우징(21)과 하부하우징(29) 사이에 설치되어 자속의 변화에 따라 발생한 기전력에 의해 회전하는 모터코어(23)와, 상기 하부하우징(29)의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되어 상기 모터코어(23)의 절대 회전각을 계측하는 내측홀센서(22), 및 상기 하부하우징(29)의 외측 원주상의 일부분에 3개가 설치되어 상기 모터코어(23)의 상대 회전각을 계측하는 외측홀센서(28)을 포함하는 직구동모터;와 상기 직구동모터가 원격으로 유무선통신에 의해 제어 가능하도록 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부(27);와 상기 직구동모터에 의해 상기 핸들(10)이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들(10)과 상기 직구동모터를 서로 탈부착 가능하도록 결합하는 핸들결합부(30); 및 상기 모터제어부(27)가 직구동모터를 제어할 수 있도록 상기 모터제어부(27)와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 원격제어기(90);와 상기 모터제어부(27)와 상기 원격제어기(90) 사이의 유무선통신을 ON 또는 OFF하여 무인모드와 유인모드의 변환이 가능하도록 하는 주행모드 변환 스위치(70);를 포함한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 원격조향구동부(20)는 크게 직구동모터와 모터제어부를 포함한다. 즉, 상기 원격조향구동부(20)는, 상기 핸들(10)에 결합되어 상기 핸들(10)이 조향 가능하도록 구동하는 직구동모터;와 직구동모터가 원격으로 유무선통신에 의해 제어가능하도록 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부(27);를 포함한다.
여기서, 상기 직구동모터는, 상기 핸들결합부(30)가 고정되는 고정홈이 상면의 원주상에 형성되고, 외측벽의 내측에 고정자석(21a)이 내설되어 있는 상부하우징(21);과 상기 상부하우징(21)에 결합되고 상기 모터제어부(27)가 탑재되는 하부하우징(29);과 상기 상부하우징(21)과 상기 하부하우징(29) 사이에 설치되어 자속의 변화에 따라 발생한 기전력에 의해 회전하는 모터코어(23); 및 상기 하부하우징(29)의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되어 모터코어의 절대 회전각을 계측하는 내측홀센서(22);와 상기 하부하우징(29)의 외측 원주상의 일부분에 3개가 설치되어 모터코어의 상대 회전각을 계측하는 외측홀센서(28); 및 상기 모터코어(23)와 상기 하부하이징(29) 사이에 결합되어 모터코어의 회전을 원활하게 하는 다수의 베어링(25);을 포함한다.
게다가, 상기 모터제어부(27)는, 상기 하부하우징(29)의 내부에 탑재되어 유무선통신에 의해 송수신된 제어신호에 따라 상기 직구동모터가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 제어하는 제어보드(27a);와 상기 하부하우징(29)의 외면에 설치되어 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 통신부(27b);를 포함한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 모터제어부(27)는, 상기 내측홀센서(22) 및 상기 외측홀센서(28)에서 각각 계측된 상기 모터코어(23)에 대한 절대회전각 및 상대회전각에 기초하여 상기 모터코어(23)의 회전을 조절한다. 이때 외측홀센서(28)는 더 높은 분해능을 얻기 위해 GMR(Giant Magneto-Resistance) 센서가 사용될 수도 있다.
이때, 상기 내측홀센서(22)는 상기 모터코어(23)의 절대회전각을 계측하기 위해 상기 하부하우징(29)의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되는 제1 내측홀센서(22a)와 제2 내측홀센서(22b)로 이루어지되 제1 내측홀센서(22a)의 배치 간격이 제2 내측홀센서(22b)의 배치 간격보다 더 조밀하게 설치된다. 예를 들면, 상기 하부하우징의 내측 원주상에 제1 내측홀센서(22a)는 10.5도 간격으로 배치될 수 있고, 제2 내측홀센서(22b)는 17.5도 간격으로 배치될 수 있다.
여기서, 흘센서는 반도체 소자에 4개의 리드선이 붙어 있는 간단한 구조인데 이 중 입력단자가 전류단자이고 출력단자가 홀 단자로 표시되어 있다. 입력 단자간에 전류를 흘리고 전류에 직각 방향으로 센서면에 자기장을 가하면 전류와 자기장 모두에 직각인 방향으로 자기장과 제어 전류의 곱에 비례하는 홀 전압이 발생되는데, 이러한 홀효과(Hall effect)를 이용하여 자기장을 검출하는 센서가 홀센서이다. 이때, 홀 전압은 자기장에 비례하므로, 자기장을 측정하는데 이용할 수 있다. 홀센서는 모터 회전자의 위치를 감지하는데 이용할 수 있다.
한편, 상기 유무선통신은 CAN(Controller Area Network)통신 또는 블루투스(Bluetooth)를 사용한다.
또한, 상기 핸들결합부(30)는 상기 직구동모터에 의해 상기 핸들(10)이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들(10)의 테두리에 탈부착 가능하도록 결합되는 클램프;와 상기 클램프의 아래에 형성되어 상기 상부하우징(21)에 형성된 고정홈에 결합되도록 돌출 형성된 고정돌기;를 포함한다.
또한, 상기 주행모드 변환 스위치(70)는, ON일 때는 원격으로 유무선통신을 이용하여 제어신호를 송수신하여 상기 직구동모터에 의해 무인모드로 주행 가능하고, OFF일 때는 유무선통신이 해제되어 상기 직구동모터의 작동 없이 유인모드로 주행 가능하도록 한다.
추가적으로, 본 발명의 원격조향구동장치는 상기 원격조향구동부(20)에 결합되어 제어신호에 따라 상기 원격조향구동부(20)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 지지하는 지지부(40);와 상기 원격조향구동부(20)를 차량에 고정하는 고정부(50);와 상기 지지부(40)와 상기 고정부(50)를 서로 연결하는 연결부(60);를 더 포함한다.
또한, 상기 지지부(40)는, 복수 개가 구비되어 상기 원격조향구동부(20)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 한다.
여기서, 상기 지지부(40)는, 상기 원격조향구동부(20)의 하부하우징(29)의 뒷면에 결합되는 지지프레임(41);과 상기 지지프레임(41)에 연결되어 상기 원격조향구동부(20)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 하는 볼 조인트(45);를 포함한다.
또한, 상기 연결부(60)는, 상기 원격조향구동부(20)의 회전에 따라 길이가 연장 또는 수축 가능하다.
다음으로 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원격조향구동장치의 제어방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 원격조향구동장치의 제어방법은 차량의 주행방향을 조정하는 핸들(10);과 상기 핸들(10)이 조향 가능하도록 구동하는 모터코어(23)를 포함하는 직구동모터;와 CAN(Controller Area Network)통신 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 유무선통신에 의해 송수신된 제어신호에 따라 상기 직구동모터가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 제어하는 제어보드(27a)와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 통신부(27b)를 포함하여 구성되어 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부(27);와 상기 직구동모터에 의해 상기 핸들(10)이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들(10)과 상기 직구동모터를 서로 탈부착 가능하도록 결합하는 핸들결합부(30); 및 상기 모터제어부(27)가 직구동모터를 제어할 수 있도록 상기 모터제어부(27)와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 원격제어기(90);를 포함하는 원격조향구동장치의 제어방법으로서, (a) 상기 원격제어기(90)가 원격으로 유무선통신에 의해 상기 모터제어부(27)의 통신부(27b)에 상기 모터제어부(27)가 직구동모터를 제어할 수 있도록 제어신호를 송신하는 단계;와 (b) 상기 모터제어부(27)의 통신부(27b)가 상기 원격제어기(90)로부터 수신한 제어신호에 따라 상기 모터제어부(27)의 제어보드(27a)가 상기 직구동모터의 모터코어(23)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 제어하는 단계;와 (c) 상기 모터코어(23)의 회전에 따라 상기 핸들결합부(30)에 의해 상기 직구동모터와 일체로 결합된 상기 핸들(10)의 주행방향을 조정하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 직구동모터가 상기 모터코어(23)의 절대 회전각을 계측하는 내측홀센서(22) 및 상기 모터코어(23)의 상대 회전각을 계측하는 외측홀센서(28)을 더 포함하고, 상기 모터제어부(27)가 상기 내측홀센서(22) 및 상기 외측홀센서(28)에서 각각 계측된 상기 모터코어(23)에 대한 절대회전각 및 상대회전각에 기초하여 상기 모터코어(23)의 회전을 조절하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 내측홀센서(22)는, 상기 모터코어(23)의 절대회전각을 계측하기 위해 상기 하부하우징(29)의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되는 제1 내측홀센서(22a)와 제2 내측홀센서(22b)로 이루어지되 제1 내측홀센서(22a)의 배치 간격이 제2 내측홀센서(22b)의 배치 간격보다 더 조밀하게 배치된다.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 모터제어부(27)와 상기 원격제어기(90) 사이의 유무선통신을 ON 또는 OFF하여 무인모드와 유인모드의 변환이 가능하도록 하는 주행모드 변환 스위치(70);를 더 포함하고, 상기 주행모드 변환 스위치(70)가 ON일 때는 원격으로 유무선통신을 이용하여 제어신호를 송수신하여 상기 직구동모터에 의해 무인모드로 주행 가능하고, OFF일 때는 유무선통신이 해제되어 상기 직구동모터의 작동 없이 유인모드로 주행 가능하도록 하는 단계를 포함한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 핸들
20: 원격조향구동부
21: 상부하우징, 21a: 고정자석
22: 내측홀센서, 22a: 제1 내측홀센서, 22b: 제2 내측홀센서
23: 모터코어
25: 베어링
27: 모터제어부, 27a: 제어보드, 27b: 제어통신부
28: 외측홀센서
29: 하부하우징
30: 핸들결합부
40: 지지부
41: 지지프레임
45: 볼 조인트
50: 고정부
60: 연결부
70: 주행모드 변환 스위치
90: 원격제어기

Claims (10)

  1. 차량의 주행방향을 조정하는 핸들(10);
    상기 핸들(10)이 조향 가능하도록 구동하기 위해서 상부하우징(21)과 하부하우징(29) 사이에 설치되어 자속의 변화에 따라 발생한 기전력에 의해 회전하는 모터코어(23)와, 상기 하부하우징(29)의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되어 상기 모터코어(23)의 절대 회전각을 계측하는 내측홀센서(22), 및 상기 하부하우징(29)의 외측 원주상의 일부분에 3개가 설치되어 상기 모터코어(23)의 상대 회전각을 계측하는 외측홀센서(28)을 포함하는 직구동모터;
    상기 직구동모터가 원격으로 유무선통신에 의해 제어 가능하도록 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부(27);
    상기 직구동모터에 의해 상기 핸들(10)이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들(10)과 상기 직구동모터를 서로 탈부착 가능하도록 결합하는 핸들결합부(30);
    상기 모터제어부(27)가 직구동모터를 제어할 수 있도록 상기 모터제어부(27)와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 원격제어기(90); 및
    상기 모터제어부(27)와 상기 원격제어기(90) 사이의 유무선통신을 ON 또는 OFF하여 무인모드와 유인모드의 변환이 가능하도록 하는 주행모드 변환 스위치(70);를 포함하며,
    상기 모터제어부(27)는,
    상기 내측홀센서(22) 및 상기 외측홀센서(28)에서 각각 계측된 상기 모터코어(23)에 대한 절대회전각 및 상대회전각에 기초하여 상기 모터코어(23)의 회전을 조절하는 것을 특징으로 하는 원격조향구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터제어부(27)는,
    상기 하부하우징(29)의 내부에 탑재되어 유무선통신에 의해 송수신된 제어신호에 따라 상기 직구동모터가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 제어하는 제어보드(27a);와
    상기 하부하우징(29)의 외면에 설치되어 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 통신부(27b);를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조향구동장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 내측홀센서(22)는,
    상기 모터코어(23)의 절대회전각을 계측하기 위해 상기 하부하우징(29)의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되는 제1 내측홀센서(22a)와 제2 내측홀센서(22b)로 이루어지되 제1 내측홀센서(22a)의 배치 간격이 제2 내측홀센서(22b)의 배치 간격보다 더 조밀한 것을 특징으로 하는 원격조향구동장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 핸들결합부(30)는,
    상기 직구동모터에 의해 상기 핸들(10)이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들(10)의 테두리에 탈부착 가능하도록 결합되는 클램프;와
    상기 클램프의 아래에 형성되어 상기 상부하우징(21)에 형성된 고정홈에 결합되도록 돌출 형성된 고정돌기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조향구동장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 주행모드 변환 스위치(70)는,
    ON일 때는 원격으로 유무선통신을 이용하여 제어신호를 송수신하여 상기 직구동모터에 의해 무인모드로 주행 가능하고, OFF일 때는 유무선통신이 해제되어 상기 직구동모터의 작동 없이 유인모드로 주행 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 원격조향구동장치.
  7. 차량의 주행방향을 조정하는 핸들(10);과 상기 핸들(10)이 조향 가능하도록 구동하기 위해서 상부하우징(21)과 하부하우징(29) 사이에 설치되어 자속의 변화에 따라 발생한 기전력에 의해 회전하는 모터코어(23)를 포함하는 직구동모터;와 유무선통신에 의해 송수신된 제어신호에 따라 상기 직구동모터가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하도록 제어하는 제어보드(27a)와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 통신부(27b)를 포함하여 구성되어 직구동모터에 일체형으로 탑재되는 모터제어부(27);와 상기 직구동모터에 의해 상기 핸들(10)이 일체로 회전 가능하도록 상기 핸들(10)과 상기 직구동모터를 서로 탈부착 가능하도록 결합하는 핸들결합부(30); 및 상기 모터제어부(27)가 직구동모터를 제어할 수 있도록 상기 모터제어부(27)와 원격으로 유무선통신에 의해 제어신호를 송수신하는 원격제어기(90);를 포함하는 원격조향구동장치의 제어방법으로서,
    (a) 상기 원격제어기(90)가 원격으로 유무선통신에 의해 상기 모터제어부(27)의 통신부(27b)에 상기 모터제어부(27)가 직구동모터를 제어할 수 있도록 제어신호를 송신하는 단계;와
    (b) 상기 모터제어부(27)의 통신부(27b)가 상기 원격제어기(90)로부터 수신한 제어신호에 따라 상기 모터제어부(27)의 제어보드(27a)가 상기 직구동모터의 모터코어(23)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 제어하는 단계;와
    (c) 상기 모터코어(23)의 회전에 따라 상기 핸들결합부(30)에 의해 상기 직구동모터와 일체로 결합된 상기 핸들(10)의 주행방향을 조정하는 단계;를 포함하되,
    상기 (b) 단계는,
    상기 직구동모터가 상기 모터코어(23)의 절대 회전각을 계측하는 내측홀센서(22) 및 상기 모터코어(23)의 상대 회전각을 계측하는 외측홀센서(28)을 더 포함하고,
    상기 모터제어부(27)가 상기 내측홀센서(22) 및 상기 외측홀센서(28)에서 각각 계측된 상기 모터코어(23)에 대한 절대회전각 및 상대회전각에 기초하여 상기 모터코어(23)의 회전을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조향구동장치의 제어방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 내측홀센서(22)는,
    상기 모터코어(23)의 절대회전각을 계측하기 위해 상기 하부하우징(29)의 내측 원주상에 다수개가 비정수배로 설치되는 제1 내측홀센서(22a)와 제2 내측홀센서(22b)로 이루어지되 제1 내측홀센서(22a)의 배치 간격이 제2 내측홀센서(22b)의 배치 간격보다 더 조밀한 것을 특징으로 하는 원격조향구동장치의 제어방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    상기 모터제어부(27)와 상기 원격제어기(90) 사이의 유무선통신을 ON 또는 OFF하여 무인모드와 유인모드의 변환이 가능하도록 하는 주행모드 변환 스위치(70);를 더 포함하고,
    상기 주행모드 변환 스위치(70)가 ON일 때는 원격으로 유무선통신을 이용하여 제어신호를 송수신하여 상기 직구동모터에 의해 무인모드로 주행 가능하고, OFF일 때는 유무선통신이 해제되어 상기 직구동모터의 작동 없이 유인모드로 주행 가능하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조향구동장치의 제어방법.
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