KR101613451B1 - 자이로스코프를 이용한 차량 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자이로스코프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자이로스코프를 통해 차량의 자세를 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체; 상기 차체에 대해 전후 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동 가능하게 고정되는 자이로팩; 상기 자이로팩을 이동시키는 이동수단; 상기 자이로팩에 설치되는 하나 이상의 자이로스코프; 상기 자이로스코프에 설치되는 하나 이상의 플라이휠; 상기 플라이휠을 회전시키는 동력수단; 상기 플라이휠을 틸팅하는 틸팅수단; 차체, 차체 주변의 환경, 및 자이로팩 중 적어도 어느 하나의 상태를 측정하는 센서; 그리고 상기 센서들로부터 측정된 신호에 기초하여 상기 이동수단과 동력수단과 틸팅수단 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 차량 제어 장치이다.
또한 본 발명은 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체에 이동 가능하게 고정되며 적어도 하나의 플라이휠을 포함하는 적어도 하나의 자이로스코프를 구비하는 자이로팩을 제어하는 방법으로서, 센서에 의해 측정된 차체의 상태, 차체 주변의 환경 상태, 및 자이로팩의 상태 중 적어도 어느 하나의 상태를 근거로, 자이로팩에 구비되는 플라이휠의 배향, 플라이휠의 회전속도 및 자이로팩의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절한다.

Description

자이로스코프를 이용한 차량 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHODS FOR CONTROL OF A VEHICLE BY GYROSCOPE}

본 발명은 자이로스코프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자이로스코프를 통해 차량의 자세를 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 쓰러지지 않는 2륜 구동 차량에 대해 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이런 2륜 구동 차량은 2개의 바퀴를 사용하기 때문에 무게의 중심점을 측량하고 이를 기준으로 균형을 잡는 각종 장치가 내장되어 있다. 가령 세그웨이(segway)나 리트 모터스(lit motors)가 개발한 2륜 구동 차량에는 자이로스코프를 활용하여 균형을 잡는 기술이 적용되고 있다. 그 중 세그웨이는 차량의 진행방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 2개의 바퀴가 병렬로 배열된 구동 차량에 대해 개발이 진행되어 오고 있고, 리트 모터스는 차량의 진행방향으로 2개의 바퀴가 직렬로 배열된 구동 차량에 대해 개발이 진행되어 오고 있다.

그러나 이들 기술은 휠체어, 스쿠터나 오토바이와 같은 소형 차량에 집중되어 있어서 고중량의 차량에 그대로 적용할 수 없는 문제점이 있다. 자이로스코프는 회전하는 플라이휠의 관성모멘트와 각속도가 클수록 균형을 바로잡게 하는 힘이 커지는데, 플라이휠의 관성모멘트가 커지면 각속도의 변화를 제어하는데 상당한 시간이 소요되고, 이는 즉각적인 균형 제어를 저해하는 요인이 된다. 특히 관성모멘트가 큰 플라이휠의 각속도를 제어하기 위해 그만큼 정격출력이 큰 모터를 사용한다면, 하중이 크게 증가하는 문제가 있고, 이렇게 큰 모터까지 짐벌에 함께 설치해야 하기 때문에 결국 플라이휠의 회전축을 배향하기 위한 제어 수단까지 상당한 크기나 무게를 가지지 않을 수 없게 된다.

게다가 상술한 세그웨이나 리트 모터스의 2륜 구동 차량은 모두 1인 또는 2인의 소수의 인원이 탑승하는 것을 전제로 제품을 개발하고 있기 때문에, 2개의 바퀴를 연결하는 선 상에 무게 중심이 위치하고, 차량이 이동하더라도 이러한 무게 중심이 크게 움직이지 않는 것을 전제로 제어와 설계가 이루어지고 있다.

따라서 승객의 수가 많아 무게 중심이 2개의 바퀴를 연결하는 선 상에 위치하는 것을 전제하기 어려운 구조의 차량이나, 무게 중심을 잡기 위해 상당히 큰 모멘트를 일으켜야 하는 차량에 세그웨이나 리트 모터스에서 개발하고 있는 기술을 그대로 적용할 수는 없는 실정이다.

US 8,490,723 B2 WO 2011/115699 WO 2013/130656 WO 2013/130659

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 지면과 접촉하는 휠의 개수가 2개 이하여서 그 자체로는 균형을 유지할 수 없는 차량이면서도, 고중량이고 무게 중심이 휠의 축 상에 있지 아니하여 차체의 균형을 유지하기가 굉장히 곤란한 경우에도 적용 가능한 차량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 이러한 차량의 운행 과정에서 차량의 균형에 영향을 줄 수 있는 다양한 외적 요인이 차량에 작용하더라도 차량의 균형을 유지할 수 있도록 하는 차량 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체;

상기 차체에 대해 전후 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동 가능하게 고정되는 자이로팩; 상기 자이로팩을 이동시키는 이동수단; 상기 자이로팩에 설치되는 하나 이상의 자이로스코프; 상기 자이로스코프에 설치되는 하나 이상의 플라이휠; 상기 플라이휠을 회전시키는 동력수단; 상기 플라이휠을 틸팅하는 틸팅수단; 차체, 차체 주변의 환경, 및 자이로팩 중 적어도 어느 하나의 상태를 측정하는 센서; 그리고 상기 센서들로부터 측정된 신호에 기초하여 상기 이동수단과 동력수단과 틸팅수단 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 차량 제어 장치를 제공한다.

상기 휠은 차체의 진행 방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 좌우 한 쌍 구비될 수 있다. 여기서 상기 차체에 대한 자이로팩의 위치 이동은 상기 자이로팩과 차체 중 어느 한 쪽에 설치된 레일과 나머지 한 쪽에 설치된 레일 가이드를 따라 이루어질 수 있다.

또는, 상기 차체에 대한 자이로팩의 위치 이동은 상기 자이로팩과 차체에 각각 연결되는 적어도 하나의 링크 암(arm)에 의해 이루어질 수 있다. 여기서 상기 링크 암은 3개 이상 구비되며, 상기 링크 암들의 양단 중 어느 일단은 유니버셜 조인트로 연결될 수 있다. 그리고 상기 링크 암들은 개별적으로 길이 조절 가능할 수 있다.

상기 자이로팩에는 적어도 두 개의 자이로스코프가 설치될 수 있다.

그리고 상기 적어도 두 개의 자이로스코프는 차체 내에서 좌우로 나란히 배치될 수 있다.

그리고 상기 적어도 두 개의 자이로스코프는 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.

상기 자이로스코프는 짐벌을 통해 자이로팩에 설치되며, 상기 자이로팩에는 차량의 전후 방향으로 뻗는 축을 중심으로 상기 짐벌을 틸팅하는 틸팅 수단이 구비될 수 있다.

하나의 자이로스코프에는 회전축이 서로 일치하는 적어도 두 개의 플라이휠이 구비되며, 상기 두 개의 플라이휠은 플라이휠의 회전축에 대해 관성 모멘트(I)가 서로 상이할 수 있다. 여기서 회전축이 서로 일치하는 상기 적어도 두 개의 플라이휠은 각각 독립적으로 회전력을 제공하는 동력수단에 의해 구동될 수 있다.

상기 플라이휠의 회전축 및 틸팅축에 수직한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 기울이는 자이로팩 피칭수단을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 자이로팩 피칭수단은 각각의 자이로스코프를 독립적으로 피칭할 수 있다. 여기서 상기 자이로팩의 피칭은 상기 링크 암들의 길이를 조절함으로써 구현될 수 있다.

상기 플라이휠의 회전축과 평행한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 회전시키는 자이로팩 요잉수단을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 자이로팩의 요잉은 상기 링크 암을 서로 다른 방향으로 선회시킴으로써 구현될 수 있다.

상기 자이로팩을 승강시키는 자이로팩 승강수단을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 자이로팩의 승강은 상기 링크 암들의 길이를 조절함으로써 구현될 수 있다.

상기 한 쌍의 휠은 각각 독립적으로 구동되는 구동장치에 의해 구동될 수 있다. 여기서 상기 휠의 구동장치는 휠 내부 공간에 설치되어 휠을 회전시키도록 구성할 수 있다.

상기 하나 이상의 휠에는 휠의 조향각을 독립적으로 조절하는 조향수단이 설치될 수 있다.

상기 차량 제어 장치는 상기 차량이 미운행 상태에서 차체가 기울어지지 않도록 지면에 접하며 차체를 지지하는 지지바를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명은, 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체에 이동 가능하게 고정되며 적어도 하나의 플라이휠을 포함하는 적어도 하나의 자이로스코프를 구비하는 자이로팩을 제어하는 방법으로서, 센서에 의해 측정된 차체의 상태, 차체 주변의 환경 상태, 및 자이로팩의 상태 중 적어도 어느 하나의 상태를 근거로, 자이로팩에 구비되는 플라이휠의 배향, 플라이휠의 회전속도 및 자이로팩의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하는 차량 제어 방법을 제공한다.

차량의 미운행 상태에서 운행 상태로 전환되는 경우, 승객이 탑승한 상태에서 차량이 지면과 평행을 유지하도록 플라이휠의 배향, 플라이휠의 회전속도 및 자이로팩의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계; 및 센서에 의해 차량의 수평 상태를 확인한 후, 차체가 기울어지지 않도록 지면에 접하며 차체를 지지하던 지지바를 지면에서 떨어뜨려, 차체가 지면 상에서 휠에 의해서만 지지되도록 할 수 있다.

차량이 경사각이 있는 지면을 오르는 경우, 센서에 의해 차량과 지면 간의 거리를 감지하고, 적어도 자이로팩의 위치를 후방으로 이동시키는 제어를 수행함으로써 차체가 경사면과 수평이 되도록 할 수 있다. 차량이 경사각이 있는 지면을 내려오는 경우, 센서에 의해 차량과 지면 간의 거리를 감지하고, 적어도 자이로팩의 위치를 전방으로 이동시키는 제어를 수행함으로써 차체가 경사면과 수평이 되도록 할 수 있다. 그리고 차량이 지면과 평행을 유지하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.

상기 차량은 진행 방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 좌우 한 쌍의 휠을 구비하고, 센서에 의해 차량에 롤링이 발생할 것으로 예상되거나 차량이 롤링 상태에 있음이 확인된 경우, 적어도, 롤링이 일어나 상승된 휠 쪽으로 자이로팩의 위치를 이동시키는 제어를 수행할 수 있다.

또한 센서에 의해 차량에 롤링이 발생할 것으로 예상되거나 차량이 롤링 상태에 있음이 확인된 경우, 차량의 롤링 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.

센서에 의해 차량의 진행 경로 방향으로 피칭이 발생할 것이 예상되거나 차량이 전방으로 피칭 상태에 있음이 확인된 경우, 적어도 차량의 진행 방향의 반대 방향으로 자이로팩의 위치를 이동시키는 제어를 수행할 수 있다. 또한 차량의 피칭 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.

여기서, 센서에 의해 차량의 전방 가까이에 물체가 있거나 차량의 전방 노면에 돌출부가 있음이 측정된 경우, 차량의 진행 경로 방향으로 피칭이 발생할 것을 예상할 수 있다.

상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우, 회전반경의 중심 방향을 향해 자이로팩을 이동시키는 제어를 수행할 수 있다. 또한 자이로팩의 높이를 낮추는 제어를 수행할 수 있다.

또한 상기 차량의 회전방향에 불일치하는 요잉이 발생할 것이 예상되거나 요잉이 발생함이 확인된 경우, 상기 요잉 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.

또한 상기 차량의 원심력 방향으로 롤링이 발생할 것이 예상되거나 롤링이 발생할 것이 확인된 경우, 상기 롤링 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.

또한 상기 적어도 하나의 휠의 축을 기준으로 무게가 더 많은 쪽의 차체 방향이 지면에 더 가까워지도록 무게 중심을 낮추는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 자이로스코프의 원리를 적용할 뿐만 아니라 자이로스코프를 포함하는 자이로팩의 위치를 차체 내에서 변경하도록 할 수 있어, 무게 중심이 휠의 축 상에 있지 아니하는 차량이나 고중량의 차량에도 균형을 잡기 위해 빠른 제어가 가능하다.

또한 본 발명에 의하면, 자이로스코프의 원리를 이용하기 위해 고 중량의 플라이휠을 사용하더라도, 빠른 응답성을 가지는 제어를 할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 좌우 병렬로 2개의 휠을 가지고, 고 중량이며, 무게의 중심이 두 휠의 중심축 상에 있음을 전제할 수 없는 차량의 운행 중 발생하는 다양한 외적 요인에 의해, 차량의 균형에 영향을 받더라도, 그 균형을 지속적으로 유지할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량 제어 장치의 제어 흐름도를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 측면도를 간략히 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 평면도를 간략히 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 자이로팩을 간략히 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 A-A 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 자이로팩의 이동수단의 일례를 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 자이로팩의 이동수단의 다른 일례를 나타낸 사시도,
도 8은 자이로팩에 의해 모멘트가 발생하는 경우를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 차량 제어 장치가 설치된 차량의 운행 시작과 운행 종료에 이루어지는 제어 흐름도를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 차량의 운행 정지 상태와 운행 상태의 자세를 나타낸 측면도,
도 11은 경사면을 오르는 차체를 나타낸 도면,
도 12는 경사면을 내려가는 차체를 나타낸 도면,
도 13은 차체의 전방에 돌출턱이 있는 경우를 나타낸 도면,
도 14는 차체의 전방에 장애물이 있어 제동을 해야 하는 경우를 나타낸 도면,
도 15는 지면의 우측에만 턱이 있어 차가 좌측으로 롤링하는 상태를 나타낸 도면,
도 16은 지면의 우측에만 함몰된 부위가 있어 차가 우측으로 롤링하는 상태를 나타낸 도면, 그리고
도 17은 차량이 좌측으로 회전하고 있는 상태를 위에서 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

[차량 제어 계통]

도 1은 본 발명에 따른 차량 제어 장치의 제어 흐름도를 나타낸 도면이다.

본 발명의 차량 제어 장치는 휠의 개수가 2개 이하여서, 자세가 불안정한 차량을 기준으로 설명한다. 하지만 본 발명이 휠의 개수가 3개 이상이어서 상대적으로 안정적인 차량에 적용할 수 없는 것은 아니다.

차량에서 차체의 자세를 안정적으로 제어하기 위해서는 차체에 대한 각종 데이터가 필요하다. 이를 위해 차량에는 위성항법장치(GPS 등), 속도 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 지면과 차체 사이의 거리 측정 센서 등 다양한 센서를 통해, 차량의 현재 속도, 차량의 진행 방향, 차량의 가속 및 감속 정보, 차체의 복수 위치의 지점과 지면 사이의 거리를 감지 및 측정하여 제어부(ECU)에 전송한다.

또한 본 발명은 자이로스코프를 사용하여 차량의 자세를 안정적으로 유지하는 것을 하나의 목적으로 하는바, 이러한 제어를 수행하기 위해서는 현재 자이로스코프의 상태 역시 지속적인 업데이트가 필요하다. 이에 본 발명에서는 자이로스코프가 구비된 후술할 자이로팩의 위치, 자이로팩의 경사각, 자이로팩의 속도, 자이로팩의 가속도, 자이로스코프의 플라이휠 속도, 플라이휠 가속도, 플라이휠의 회전축의 방향 등에 관한 정보를 지속적으로 감지하고 업데이트한다.

또한 본 발명은 이미 데이터베이스가 갖추어진 차량 주변의 주행 환경의 지도 정보를 파악한다

Figure 1

. 즉 차량 상태를 측정하는 센서의 일부인 위성항법장치를 이용하여 현재 차량의 위치에 해당하는 주변 환경 정보를 데이터베이스로부터 추출하여 제어부에 제공한다. 가령 차량의 진행방향과 데이터베이스의 지형도를 대비하여 현재 차량이 있는 지면의 경사각을 산출하는 것이 가능하고, 지면의 성질 가령 도로가 아스팔트인지, 비포장인지에 대한 정보를 추출하고, 현재 진행 방향의 도로 상에 장애물이 있는지 여부와 그 장애물에 대한 위치 정보를 추출하는 것이 가능하다. 그리고 이러한 데이터베이스는 wifi와 같은 근거리 무선통신 또는 3G, LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 통해 실시간으로 인터넷 망에 접속하여 접근하거나, 지속적으로 차량의 메모리에 업데이트될 수 있다.

또한 본 발명은 모노 또는 스테레오 카메라나 비디오 장치, 적외선이나 초음파 센서, 레이더, 라이더(LiDAR), 등을 활용하여, 현재 지면의 상태나 주변 지형지물의 형태, 차량이 진행하고 있는 도로의 주변 환경을 실제로 감지하고 검출하여, 이를 제어부에 제공한다.

이 때 지도로부터 차량의 주행 환경을 추출하여 도출된 정보와, 차량에 설치된 센서들로부터 직접 감지하고 검출한 정보는 서로 융합된다. 또한 융합된 차량 주행 환경을 근거로 현재 차량이 어떻게 제어되어야 할 지 제어부에서 결정된다. 가령 현재 측정된 정보를 근거로, 차량이 안정적으로 운행되도록 하기 위한 이상적인 자세를 도출해 낼 수 있다.

현재 측정된 차량 주변의 환경과 현재 차량의 자세나 상태를 근거로 차량을 제어하는 것은, 차량의 서스펜션 제어, 차체 자세 능동 제어, 충돌 방지 제어, 오토 크루즈 제어, 에어백 전개 등 다양한 기능에 대한 제어를 포함한다.

또한 수시로 불안정한 상태가 될 수 있는 차량의 안정한 상태를르 유지하도록 하기 위해, 본 발명에서는 자이로팩의 위치를 이동시키거나, 자이로팩을 기울이거나, 자이로팩에 구비된 자이로스코프의 플라이휠의 회전 속도를 조절하거나, 플라이휠의 회전축의 방향을 조절하는 등의 제어를 실시한다. 이는 자이로팩의 무게 중심을 이동시켜 전체적인 차량의 무게 중심이 조금 더 안정적인 방향으로 이동하도록 하는 것이며, 자이로스코프에서 차체를 안정적으로 지지하기 위한 모멘트를 발생시켜 차체가 안정적인 자세를 유지하도록 하는 것이다.

[본 발명에 따른 차량의 전반적인 구조]

도 2는 본 발명에 따른 차량의 측면도를 간략히 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 평면도를 간략히 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 차체(10)의 전방 좌우에 각각 휠(20)이 설치되어 있고, 휠(20)은 각각 별도의 구동수단(25)인 인휠 모터에 의해 구동된다. 휠의 구동수단은 각각 독립적으로 구동되고, 구동 제어된다. 두 휠은 각각 좌우 방향으로 조향되지 않아도 무방하나, 타이어의 마모를 방지하기 위해 또는 회전반경이 작거나 주차 등을 위해 필요한 경우 조향이 이루어지도록 구성을 부가할 수도 있다. 또한 두 휠(20)의 조향각은 필요에 따라 서로 다르게 조절될 필요가 있다는 점에서, 두 휠의 조향수단은 서로 독립적으로 구동되어 두 휠의 조향각을 독립적으로 조절할 수 있다. 물론 휠(20)은 현가 장치에 의해 차체(10)에 연결되어 지면에서 오는 충격이 차체(10)에 직접 전달되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한 차체 상에는, 두 휠의 회전 중심을 잇는 중심축을 가로지르도록 평판 형상의 배터리(85)가 설치된다. 배터리(85)는 상당한 무게를 가지는 부품으로서, 두휠의 회전 중심을 잇는 중심축을 기준으로 차량의 전방에 더 많은 부분이 배치되어 있다. 즉 배터리의 무게중심은 두 휠의 중심축보다 약간 전방에 위치한다. 이는 사람이 탑승하는 시트(90)가 두 휠의 중심축보다 후방에 위치하는 점을 감안하여, 사람이 탑승하였을 때 무게 중심이 최대한 두 휠의 중심축에 가깝게 배치되도록 하기 위한 것이다. 배터리는 2차전지로서, 유선 또는 무선으로 충전이 이루어질 수 있다.

자이로팩(30)은 배터리보다 상부에 설치되며, 두 휠의 중심축 상에 위치하도록 설치된다. 자이로팩의 내부에는 두 휠의 중심축을 따라 2개의 자이로스코프(33)를 나란히 배열되어 있다. 각각의 자이로스코프는 플라이휠(36)을 구비하고 있으며, 플라이휠은 회전모터와 같은 동력수단(361)에 의해 회전된다.

자이로팩(30)의 전방에는 제어부(80)가 설치된다. 또한 제어부 부근이면서 두 휠(20)의 중심축의 전방에는 배터리의 전력을 전력 소요 수단에서 요구하는 전력의 형태에 맞게 변환하는 인버터, 컨버터 등의 각종 차량용 부속품이 설치된다.

스티어링 휠(95)은 전자식 조향장치로서, 스티어링 휠의 각도 변위를 측정하는 센서가 내장되어 있으며, 이러한 센서에서 측정되는 스티어링 휠의 각도 변위에 따라 두 휠(20)의 구동속도에 차이가 발생함으로써 차량의 조향이 이루어지게 된다.

스티어링 휠의 후방으로는 탑승자가 앉을 수 있는 시트(90)가 마련되어 있다. 본 발명의 차체는 통상의 승용차와 유사한 정도의 차폭을 가지고 있으며, 이에 따라 좌우 한쌍의 시트가 마련되어 있다.

차량에는 다양한 센서(70)들이 설치되어 있어서, 도 1과 관련하여 설명한 각종 차량 환경 정보, 차량 상태 정보, 자이로 상태 정보 등을 수집하여 제어부(80)에 제공하게 된다.

[ 자이로팩의 구조 및 자이로팩의 이동 구조]

도 4는 본 발명에 따른 자이로팩을 간략히 나타낸 사시도, 도 5는 도 4의 A-A 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 자이로팩의 이동수단의 일례를 나타낸 사시도, 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 자이로팩의 이동수단의 다른 일례를 나타낸 사시도이다.

차체에 좌우로 길게 설치되는 본 발명의 자이로팩(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 차체의 좌우 방향을 따라 2개의 자이로스코프(33)가 나란히 배열된 구조이다. 각 자이로스코프는 서로 관성모멘트가 다른 플라이휠(36)들과, 상기 플라이휠들을 각각 구동하는 회전모터(361)들을 포함한다.

도 5에 도시된 두 개의 플라이휠은 서로 회전축이 일치하며, 상부의 플라이휠은 상부의 모터(361)로부터 회전력을 전달받아 회전하고, 하부의 플라이휠은 하부의 모터로부터 회전력을 전달받아 회전한다. 상하 두 플라이휠의 회전 방향을 서로 일치한다. 두 플라이휠은 하우징 겸 짐벌(35)에 수용되어 짐벌 내에서 회전하며, 짐벌은 틸팅수단인 틸트 모터(371)에 의해 틸트축(372)을 중심으로 필요한 각도만큼 회동된다. 즉 틸팅수단은 틸팅축(372)을 중심으로 플라이휠을 회전시켜 플라이휠의 회전축의 배향을 조절할 수 있다. 하나의 자이로스코프를 이렇게 관성모멘트가 서로 다른 두 개의 플라이휠로 구성하면, 상대적으로 관성모멘트가 작은 플라이휠에 대한 가속과 감속을 빨리 할 수 있어 플라이휠의 회전속도를 빨리 높이거나 낮출 수 있으므로, 자이로스코프에서 모멘트를 제어할 때 보다 빠른 응답성을 가지도록 할 수 있다. 플라이휠을 구동하는 회전모터는 플라이휠의 속도를 줄일 때에는 발전기로서 기능을 함으로써, 플라이휠이 가지고 있는 회전운동에너지를 다시 전기에너지로 회수하는 것 역시 가능하다.

두 자이로스코프(33)에 각각 설치된 플라이휠은 도 4에 도시된 바와 같이 서로 반대방향으로 회전한다. 이는 두 자이로스코프에 의해 발생하는 모멘트 중, 원하는 모멘트는 서로 상쇄되지 않고, 원치 않는 모멘트는 서로 상쇄되도록 하기 위한 것이다. 또한 두 자이로스코프(33)는 차량의 전후방향으로 연장되는 틸트 축을 중심으로, 제어에 필요한 만큼 기울어질 수 있도록 틸팅 수단에 의해 틸팅 각도가 제어될 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 자이로팩(30)은 도시된 바와 같이 전후 및/또는 좌우로 병진 이동이 가능하고, 아울러 피칭(P)과 요잉(Y)이 가능하도록 구성할 수 있다.

자이로팩(30)의 병진 이동을 위해 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 전후 방향으로 연장되는 레일(311-1) 상에 레일가이드(312-1)를 설치하여 레일가이드(312-1)가 전후로 이동할 수 있도록 하였다. 또한 전후방향으로 움직이는 상기 레일가이드(312-1) 상에 좌우 방향으로 연장되는 레일(311-2)을 설치하고, 거기에 맞물리는 레일가이드(312-2)를 설치함으로써, 레일가이드(312-2)가 레일(311-2)을 따라 좌우로 움직일 수 있도록 구성하였다. 자이로팩(30)은 상기 레일(312-2) 상에 설치된다. 따라서 리니어 모터 등을 이용하여 두 레일에 대한 두 레일가이드의 위치를 제어함으로써 결과적으로 자이로팩(30)의 전후 및/또는 좌우 방향으로의 이동을 제어할 수 있다. 여기서 자이로팩(30)은 레일가이드(312-2)에 대해 피칭(P)이 가능하도록 설치될 수 있다. 그리고 이러한 자이로팩 피칭 수단으로서는 모터가 사용될 수 있다.

도 7에는 도 6과 다른 방식으로 자이로팩을 이동하고, 피칭 방향이나 요잉 방향으로 회동시킬 수 있으며, 자이로팩을 승강시킬 수 있는 구조가 개시되어 있다. 자이로팩(30)은 차체의 설치면에 대해 4개의 링크암(313)에 지지된 상태로 설치되어 있다. 링크암(313)의 하단부에는 수직축을 중심으로 링크암을 회전시키는 수단이 형성되고, 바로 그 상부에는 수평축을 중심으로 링크암을 회전시키는 수단이 설치되며, 링크암은 그 길이방향으로 램(ram) 등의 구조를 통해 유압으로 그 길이가 신축(伸縮)된다. 물론 링크암의 길이는 링크암마다 독립적으로 조절되도록 제어된다. 링크암의 상단은 자이로팩(30)에 유니버셜 조인트 방식으로 연결되어 있다.

따라서 4개의 링크암이 모두 평행하게 전방을 향해 회동하면 자이로팩은 전방으로 이동하게 되고, 4개의 링크암이 모두 평행하게 우측을 향해 회동하면 자이로팩 역시 우측으로 이동하게 된다. 이처럼 링크암이 모두 동일한 방향으로 움직이면 자이로팩의 이동이 가능하다.

다음으로 4개의 링크암 중 뒤의 2개의 링크암의 길이가 늘어나고, 앞의 2개의 링크암의 길이가 줄어들면, 자이로팩은 피칭 방향으로 회동하게 된다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

다음으로 4개의 링크암 중 오른쪽 2개의 링크암은 전방으로 회동하고 왼쪽 2개의 링크암은 후방으로 회동하면, 자이로팩은 요잉 방향으로 회동하게 된다. 이는 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 뿐만 아니라 4개의 링크암 중 뒤의 2개의 링크암은 우측으로 회동하고, 앞의 2개의 링크암은 좌측으로 회동해도, 자이로팩은 요잉 방향으로 회동하게 된다.

또한 4개의 링크암이 모두 함께 늘어나거나 줄어들면, 자이로팩은 승강하게 된다.

앞서 살펴본 바와 같이, 4개의 링크암을 위와 같이 구성하면, 자이로팩의 이동과 피칭과 요잉을 동시에 구현할 수도 있다. 아울러 앞서 설명하지는 아니하였으나, 롤링 방향으로 자이로팩을 회동시킬 수도 있다. 즉 상술한 4개의 링크암은 자이로팩의 이동수단이면서 동시에 피칭수단, 요잉수단, 롤링수단, 승강수단의 기능을 동시에 하게 된다.

링크암의 개수나 자유도는 구현하고자 하는 자이로팩의 이동이나 회동에 따라 적절히 선택할 수 있음은 물론이다. 가령 링크암의 3개인 경우, 3개의 링크암 중 2개에만 신축 구조가 있는 경우 등 다양한 변형례가 존재함은 자명하다. 또한 1개의 링크암으로 모든 방향에 대한 자이로팩의 위치 이동과 회전을 모두 구현할 수 있음은 물론, 해당 링크암에 걸리는 하중과 모멘트를 모두 지지할 수 있다면, 하나의 링크암으로도 구현 가능함은 물론이다.

한편 본 발명은 2개의 자이로스코프가 설치된 자이로팩이 전체적으로 피칭하는 구조에 대해 예시하였으나, 자이로팩에 설치된 2개의 자이로스코프를 각각 피칭하는 구조를 적용할 수도 있음은 물론이다. 또한 자이로스코프의 개수가 2개에 한정되는 것은 아니며, 하나의 자이로스코프 내에 구비되는 플라이휠이 2개에 한정되는 것 역시 아니다.

자이로팩에 의해 모멘트가 발생하는 경우를 나타낸 도 8을 참조하면, 도 자이로스코프(33) 내의 플라이 휠은 서로 반대방향으로 회전하고 있다. 이들 자이로스코프를 (a)와 같이 배향할 때 발생하는 모멘트와 (b)와 같이 배향할 때 발생하는 모멘트는 서로 방향이 반대가 된다. 발생시키고자 하는 모멘트의 방향과 크기를 정확히 제어하기 위해, 두 자이로스코프의 플라이휠 회전 속도와 회전축의 방향은 모두 개별적으로 제어될 수 있다. 즉 두 자이로스코프의 플라이휠 회전 속도와 회전축의 방향을 개별적으로 조절함으로써 자이로스코프에 의해 차체에 가해지는 피칭 방향으로의 모멘트와 롤링 방향으로의 모멘트와 요잉 방향으로의 모멘트를 모두 제어할 수 있으며, 이렇게 차체에 작용하는 모멘트의 방향은 자이로팩 자체의 피칭(P)과 요잉(Y)에 의해 추가적으로 더 제어될 수 있다.

[자이로스코프의 배향과 자이로팩의 이동 및 회동에 의한 차체 자세 제어]

본 발명에 따른 자이로팩과 그 이동수단 등이 설치된 차량의 차체 제어 방법에 대해 이하 상세히 설명한다.

세그웨이의 2륜 구동 차량은, 좌우 2개의 바퀴가 존재하고, 무게 중심이 이러한 두 바퀴를 연결하는 선 상에 위치시킴을 전제로 기술의 개발이 진행되었고, 이에 따른 자세 제어 원리는 무게중심에 작용하는 중력가속도와 차체의 가속도의 합에 의한 가속도가 휠의 중심을 향하도록 차체의 가속도의 크기와 방향을 제어하는 것이다.

또한 리트 모터스의 2륜 구동 차량은, 전륜과 후륜이 존재하고, 이 역시 이러한 두 바퀴를 연결하는 선 상에 무게중심이 위치함을 전제로 기술의 개발이 진행되었고, 이에 따른 자세 제어 원리는 전륜과 후륜이 구비된 차체가 정지하고 있거나 저속으로 주행하여 불안정한 상태일 때, 그리고 외부적인 요인으로 충격을 받았을 때 발생하는 외력에 의해 차체가 넘어지는 방향으로 모멘트가 작용할 때 자이로스코프를 통해 이에 상보적인 모멘트를 발생시켜 자세를 제어하는 것이다.

반면, 본 발명은 무게중심이 두 바퀴를 연결하는 선 상에 위치하지 않음을 전제로 기술 개발이 이루어졌고, 그 결과 차량이 운행하면서 발생하는 차량 내외의 각종 정보를 근거로 자이로팩의 위치 및/또는 회전이동에 따른 하중 이동과 자이로스코프의 모멘트 발생을 지속적으로 제어하여 자세를 제어하게 된다.

도 9는 본 발명의 차량 제어 장치가 설치된 차량의 운행 시작과 운행 종료에 이루어지는 제어 흐름도를 나타낸 도면, 도 10은 본 발명의 차량의 운행 정지 상태와 운행 상태의 자세를 나타낸 측면도이다.

도 10의 (a)를 참조하면, 사람이 타고 있지 않은 주차 상태에서는 앞서 설명한 바와 같이 휠(20)을 중심으로 차체(10)의 앞부분에 더 많은 하중이 분포되어 있어 차량이 앞으로 기울어진 상태가 된다. 운행을 하지 않는 상태에서는 자이로스코프도 정지되어 있으므로, 차를 지지하는 지지대(미도시)가 차체 전후방에서 하부로 돌출되어 나와 지면에 대해 차체를 지지하게 된다.

사람이 승차하고 운행을 시작하기 위해 시동을 걸면, 센서에 의해 차량의 전방과 후방 중 하중이 더 조금 걸리는 지지대가 무엇인지 파악한 후, 해당 지지대를 차량 내부로 인입시키고, 다시 차의 경사각 및/또는 차의 전방과 후방에서 각각 측정되는 차의 하부면과 지면 사이의 거리를 센서로 측정한다.

그리고 차가 지면에 대해 평행한 자세를 가지도록 자이로팩의 위치를 전방 또는 후방 중 필요한 방향으로 이동시키고 동시에 자이로스코프를 작동시켜 차체가 지면에 수평이 되도록 제어한다. 가령 차체의 앞쪽은 들려 있고 뒤쪽은 낮추어져 있는 상태라면, 자이로팩은 전방으로 이동하고 또한 자이로스코프는 차체의 뒤쪽을 들어올리는 모멘트를 일으키도록 제어된다. 이렇게 차체가 지면과 평행이 되도록 안정적으로 제어가 이루어진 후에는 지지대가 모두 차체 내부로 들어간다. 그러면 도 10의 (b)와 같은 상태를 그대로 유지하게 된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 사람이 탑승하는 시트(90)가 두 휠의 중심축보다 후방에 위치하고, 탑승하는 사람의 체중, 탑승하는 사람의 인원 수, 탑승하는 사람의 탑승 자세, 탑승하는 사람의 시트 위치 조절 등의 여러 변수에 의해 무게 중심의 위치가 달라질 수 있기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이 무게중심이 두 바퀴를 연결하는 선 상에 위치하지 않은 상태를 가장 기본적인 디폴트(default) 상태로 하여 운행이 이루어진다. 따라서 도 10의 (b)와 같은 디폴트 상태를 유지하기 위해서, 자이로팩이 전방으로 이동하고 자이로스코프가 차체의 뒤쪽을 들어올리는 모멘트를 일으키도록 틸트 각과 회전 속도가 제어된 상태가 기본적인 디폴트 제어 상태가 된다.

한편 운행을 마친 후에는 지면에 지지대가 나올만한 공간이 있는지 센서를 통해 확인하고, 지지대를 내리게 된다. 이 때 지지대가 나올만한 공간이 없다면, 자이로팩의 위치와 자이로스코프 제어를 통해 차체의 밸런스를 조정하여 지지대를 나올 공간을 확보하였는지 센서로 확인한 후, 지지대를 내리는 동작을 수행한다.

도 11은 경사면을 오르는 차체를 나타낸 도면이고, 도 12는 경사면을 내려가는 차체를 나타낸 도면이다.

평지를 운행하던 차량이 경사면에 접어든 경우, 차체는 경사면을 오르면서도 자이로스코프의 작용에 의해 중력 방향에 수직하게 정렬된 채로 경사면을 오르게 되는데, 이러한 자세에서는 차체의 앞부분 저면이 경사면에 닿을 수도 있다. 따라서 경사면을 오를 때 지면과 차체가 평행하게 되기 위해서는, 중력 방향에 대해 차체의 뒷부분을 더 내리는 자세를 가지도록 차체를 제어해야 한다.

이를 위해, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 자이로팩(30)을 후방으로 약간 이동시키고, 자이로스코프를 도 11의 (b)와 같이 배향하면서 플라이휠의 속도를 적절히 조정하면, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 차체의 자세를 제어할 수 있다. 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다. 물론 이 때 지면과 차체 전후방의 바닥면 사이의 거리는 센서에 의해 지속적으로 모니터링된다.

위와 반대로, 평지를 운행하던 차량이 경사면을 따라 내려가는 경우에는, 차체의 뒷부분 저면이 경사면에 닿을 우려가 있다. 따라서 경사면을 내려올 때 지면과 차체가 평행하게 되기 위해서는, 중력 방향에 대해 차체의 뒷부분을 더 올리는 자세를 가지도록 차체를 제어해야 한다.

이를 위해, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 자이로팩(30)을 전방으로 약간 이동시키고, 자이로스코프를 도 12의 (b)와 같이 배향하면서 플라이휠의 속도를 적절히 조정하면, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 차체의 자세를 제어할 수 있다. 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다. 물론 이 때 지면과 차체 전후방의 바닥면 사이의 거리는 센서에 의해 지속적으로 모니터링된다.

도 13은 차체의 전방에 돌출턱이 있는 경우를 나타낸 도면이고, 도 14는 차체의 전방에 장애물이 있어 제동을 해야 하는 경우를 나타낸 도면이다.

도 13의 경우 차체의 하부에 존재하는 센서에서는 지면에 있는 돌출턱을 감지하게 된다. 그러면 제어부는 돌출턱의 위치와 차량의 속도를 근거로 언제쯤 차량이 돌출턱을 밟아 충격이 발생할 것인지 추정해낼 수 있고, 이에 대비하는 자세 제어를 미리 준비할 수 있다. 가령 차량이 돌출턱을 밟을 경우 차는 앞으로 쏠릴 수 있다. 따라서 이 때에는 자이로팩(30)을 후방으로 이동시키고, 자이로스코프의 틸트 각도와 플라이휠의 회전속도를 제어하여 이에 대비할 수 있다. 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다. 이는 도 14의 경우도 마찬가지이다. 즉 차량의 앞에 장애물이 감지된 경우, 제어부는 장애물의 위치와 차량의 속도를 근거로 차량의 브레이킹 강도와 시기를 예측할 수 있고, 이에 대비하는 자세 제어를 미리 준비할 수 있다. 차가 앞으로 쏠릴 것에 대비하여 마찬가지로 자이로팩(30)을 후방으로 이동시키고, 자이로스코프의 틸트 각도와 플라이휠의 회전속도를 제어할 수 있다. 물론 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다.

도 15는 지면의 우측에만 턱이 있어 차가 좌측으로 롤링하는 상태를 나타낸 도면, 그리고 도 16은 지면의 우측에만 함몰된 부위가 있어 차가 우측으로 롤링하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 15에 도시된 바와 같이 차가 좌측으로 롤링하게 되면, 차의 하중은 좌측에 쏠리게 되고, 이때 우측 휠(20)과 지면 사이에서는 슬립이 발생할 수도 있다. 따라서 차량의 전복이나 미끄러짐을 방지하기 위해 자이로팩(30)은 우측으로 이동하게 된다. 이러한 자이로팩의 위치 제어에 의하면, 차체의 무게 중심이 우측으로 이동하여 우측 휠(20)에 더 많은 하중이 실리도록 함으로써 전복을 방지하고 우측 휠과 지면 사이의 트랙션을 더 확보할 수 있다.

이와 더불어, 차체에 좌측으로 롤링이 발생하는 것에 저항하여, 그 반대 방향으로 모멘트가 발생하도록 자이로팩과 자이로스코프가 제어될 수 있다. 가령 두 자이로스코프가 각각 서로 반대 방향으로 피칭함으로써 차체의 롤링 방향에 저항하는 방향으로 모멘트를 발생시킬 수 있다. 물론 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다.

이는 도 16에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

도 17은 차량이 좌측으로 회전하고 있는 상태를 위에서 나타낸 도면이다.

차량이 도시된 바와 같이 회전하게 되면, 차량에는, 중력 방향으로 받는 가속도 외에도, 회전반경(O)의 중심으로부터 멀어지는 방향으로도 가속도를 받게 된다. 그런데 도 17에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차량에는 중심축이 서로 일치하는 좌우 2개의 휠만 구비되어 있으므로, 먼저 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이 휠의 중심축을 중심으로 상대적으로 하중이 많이 그리고 멀리 배치된 차량의 후방에 더 많은 원심력이 발생하게 되고, 이에 따라 Y 방향으로 요잉이 발생하게 된다. 다음으로 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이 차체의 무게중심은 휠의 중심축보다 위에 배치되므로, 원심력에 의해 R 방향으로 롤링이 발생하게 된다. 또한 도 17의 (c)에 도시된 바와 같이 차체보다 약간 뒤쪽이면서 휠의 중심축보다 위에 위치하는 무게중심에 원심력이 작용하므로 P 방향으로 피칭이 발생하게 된다.

이처럼 차량이 커브를 틀 때에는, 자이로팩을 회전반경의 중심 방향(O) 쪽으로 이동시킴으로써 롤링에 의해 회전반경의 중심 방향에 가까운 쪽이 들리지 않도록 하며 회전반경 중심에 가까이 위치한 휠을 눌러 주어 해당 휠에서 상대적으로 취약해진 트랙션을 다시 보강하는 제어를 한다. 이와 더불어 자이로팩을 최대한 낮게 하강시켜 휠의 중심축에 차체의 무게중심을 접근시킴으로써 롤링 현상을 더욱 줄일 수 있다.

또한 자이로팩의 요잉을 조절하고(조절하거나), 두 자이로스코프의 플라이휠의 회전축의 배향과 회전속도를 개별적으로 조절함으로써, 앞서 롤링(R), 피칭(P), 요잉(Y)과 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 제어한다. 특히 롤링(R)의 측면에서는, 휠의 중심축을 기준으로 오히려 무게가 더 많은 쪽인 차체의 후방 쪽이 전방 쪽보다 지면에 더 가까워지도록 무게 중심을 낮추는 방향으로 제어를 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 차체
20: 휠
25: 구동수단(인휠모터)
30: 자이로팩
31: 이동수단
311: 레일
312: 레일가이드
313: 링크암
P: 자이로팩 피칭 방향
Y: 자이로팩 요잉 방향
33: 자이로스코프
35: 짐벌
36: 플라이휠
361: 동력수단(회전모터)
362: 회전축
371: 틸팅수단(틸트 모터)
372: 틸팅축
70: 센서
80: 제어부
85: 배터리
90: 시트
95: 스티어링휠

Claims (42)

1. 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체;
   상기 차체에 대해 전후 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동 가능하게 고정되는 자이로팩;
   상기 자이로팩을 이동시키는 이동수단;
   상기 자이로팩에 설치되는 하나 이상의 자이로스코프;
   상기 자이로스코프에 설치되는 하나 이상의 플라이휠;
   상기 플라이휠을 회전시키는 동력수단;
   상기 플라이휠을 틸팅하는 틸팅수단;
   차체, 차체 주변의 환경, 및 자이로팩 중 적어도 어느 하나의 상태를 측정하는 센서; 및
   상기 센서들로부터 측정된 신호에 기초하여 상기 이동수단과 동력수단과 틸팅수단 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   하나의 자이로스코프에는 회전축과 회전 방향이 서로 일치하는 적어도 두 개의 플라이휠이 구비되며,
   회전축이 서로 일치하는 상기 적어도 두 개의 플라이휠은 상기 회전축에 대해 관성 모멘트(I)가 서로 상이하고 각각 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 휠은 차체의 진행 방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 좌우 한 쌍 구비되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 차체에 대한 자이로팩의 위치 이동은 상기 자이로팩과 차체 중 어느 한 쪽에 설치된 레일과 나머지 한 쪽에 설치된 레일 가이드를 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 차체에 대한 자이로팩의 위치 이동은 양단이 상기 자이로팩과 차체에 각각 연결되는 적어도 하나의 링크 암(arm)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 링크 암은 3개 이상 구비되며,
   상기 링크 암들의 양단 중 어느 일단은 유니버셜 조인트로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 링크 암은 개별적으로 길이 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 자이로팩에는 적어도 두 개의 자이로스코프가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 자이로팩에는 적어도 두 개의 자이로스코프가 설치되고,
   상기 적어도 두 개의 자이로스코프는 차체 내에서 좌우로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 자이로스코프는 서로 반대 방향으로 회전하고 세차 운동하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
   
10. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 7, 및 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자이로스코프는 짐벌을 통해 자이로팩에 설치되며,
    상기 자이로팩에는 차량의 전후 방향으로 뻗는 축을 중심으로 상기 짐벌을 틸팅하는 틸팅 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
11. 삭제
12. 삭제
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라이휠의 회전축 및 틸팅축에 수직한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 기울이는 자이로팩 피칭수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
14. 청구항 1 또는 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 플라이휠의 회전축과 평행한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 회전시키는 자이로팩 요잉수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 자이로팩을 승강시키는 자이로팩 승강수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 자이로팩 피칭수단은 각각의 자이로스코프를 독립적으로 피칭하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
17. 청구항 6에 있어서,
    상기 플라이휠의 회전축 및 틸팅축에 수직한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 기울이는 자이로팩 피칭수단을 더 포함하되,
    상기 자이로팩의 피칭은 상기 링크 암의 길이를 조절함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
18. 청구항 5에 있어서,
    상기 플라이휠의 회전축과 평행한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 회전시키는 자이로팩 요잉수단을 더 포함하되,
    상기 자이로팩의 요잉은 상기 링크 암을 서로 다른 방향으로 선회시킴으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
19. 청구항 6에 있어서,
    상기 자이로팩을 승강시키는 자이로팩 승강수단을 더 포함하되,
    상기 자이로팩의 승강은 상기 링크 암의 길이를 조절함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
20. 청구항 2에 있어서,
    상기 한 쌍의 휠은 각각 독립적으로 구동되는 구동장치에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
21. 청구항 20에 있어서,
    상기 휠의 구동장치는 휠 내부 공간에 설치되어 휠을 회전시키는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
22. 청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 20에 있어서,
    상기 하나 이상의 휠에는 휠의 조향각을 독립적으로 조절하는 조향수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
23. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 제어 장치는 상기 차량이 미운행 상태에서 차체가 기울어지지 않도록 지면에 접하며 차체를 지지하는 지지바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
    
24. 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체에 이동 가능하게 고정되며, 회전축과 회전 방향이 서로 일치하되 상기 회전축에 대한 관성 모멘트(I)가 서로 상이한 적어도 두 개의 플라이휠을 포함하는 자이로스코프를 하나 이상 구비하는 자이로팩을 제어하는 방법으로서,
    센서에 의해 측정된 차체의 상태, 차체 주변의 환경 상태, 및 자이로팩의 상태 중 적어도 어느 하나의 상태를 근거로, 자이로팩에 구비되는 플라이휠의 배향, 플라이휠의 회전속도 및 자이로팩의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하고,
    플라이휠의 회전속도를 조절함에 있어서는 회전축이 서로 일치하는 상기 적어도 두 개의 플라이휠을 각각 독립적으로 회전 구동하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
25. 청구항 24에 있어서,
    차량의 미운행 상태에서 운행 상태로 전환되는 경우,
    승객이 탑승한 상태에서 차량이 지면과 평행을 유지하도록 플라이휠의 배향, 플라이휠의 회전속도 및 자이로팩의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계; 및
    센서에 의해 차량의 수평 상태를 확인한 후, 차체가 기울어지지 않도록 지면에 접하며 차체를 지지하던 지지바를 지면에서 떨어뜨려, 차체가 지면 상에서 휠에 의해서만 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
26. 청구항 24에 있어서,
    차량이 경사각이 있는 지면을 오르는 경우,
    센서에 의해 차량과 지면 간의 거리를 감지하고, 적어도 자이로팩의 위치를 후방으로 이동시키는 제어를 수행함으로써 차체가 경사면과 수평이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
27. 청구항 24에 있어서,
    차량이 경사각이 있는 지면을 내려오는 경우,
    센서에 의해 차량과 지면 간의 거리를 감지하고, 적어도 자이로팩의 위치를 전방으로 이동시키는 제어를 수행함으로써 차체가 경사면과 수평이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
28. 청구항 26 또는 청구항 27에 있어서,
    차량이 지면과 평행을 유지하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
29. 청구항 24에 있어서,
    상기 차량은 진행 방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 좌우 한 쌍의 휠을 구비하고,
    센서에 의해 차량에 롤링이 발생할 것으로 예상되거나 차량이 롤링 상태에 있음이 확인된 경우, 적어도, 롤링이 일어나 상승된 휠 쪽으로 자이로팩의 위치를 이동시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
30. 청구항 24 또는 청구항 29에 있어서,
    센서에 의해 차량에 롤링이 발생할 것으로 예상되거나 차량이 롤링 상태에 있음이 확인된 경우, 차량의 롤링 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
31. 청구항 24에 있어서,
    센서에 의해 차량의 진행 경로 방향으로 피칭이 발생할 것이 예상되거나 차량이 전방으로 피칭 상태에 있음이 확인된 경우, 적어도 차량의 진행 방향의 반대 방향으로 자이로팩의 위치를 이동시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
32. 청구항 24 또는 청구항 31에 있어서,
    센서에 의해 차량의 진행 경로 방향으로 피칭이 발생할 것이 예상되거나 차량이 전방으로 피칭 상태에 있음이 확인된 경우, 차량의 피칭 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
33. 청구항 31에 있어서,
    센서에 의해 차량의 전방 가까이에 물체가 있거나 차량의 전방 노면에 돌출부가 있음이 측정된 경우, 차량의 진행 경로 방향으로 피칭이 발생할 것을 예상하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
34. 청구항 24에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    회전반경의 중심 방향을 향해 자이로팩을 이동시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
35. 청구항 24 또는 청구항 34에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    자이로팩의 높이를 낮추는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
36. 청구항 24 또는 청구항 34에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    상기 차량의 회전방향에 불일치하는 요잉이 발생할 것이 예상되거나 요잉이 발생함이 확인된 경우, 상기 요잉 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
37. 청구항 35에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    상기 차량의 회전방향에 불일치하는 요잉이 발생할 것이 예상되거나 요잉이 발생함이 확인된 경우, 상기 요잉 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
38. 청구항 24 또는 청구항 34에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    상기 차량의 원심력 방향으로 롤링이 발생할 것이 예상되거나 롤링이 발생할 것이 확인된 경우, 상기 롤링 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
39. 청구항 36에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    상기 차량의 원심력 방향으로 롤링이 발생할 것이 예상되거나 롤링이 발생할 것이 확인된 경우, 상기 롤링 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
40. 청구항 37에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    상기 차량의 원심력 방향으로 롤링이 발생할 것이 예상되거나 롤링이 발생할 것이 확인된 경우, 상기 롤링 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
41. 청구항 24 또는 청구항 34에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    상기 적어도 하나의 휠의 축을 기준으로 무게가 더 많은 쪽의 차체 방향이 지면에 더 가까워지도록 무게 중심을 낮추는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
42. 청구항 35에 있어서,
    상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우,
    상기 적어도 하나의 휠의 축을 기준으로 무게가 더 많은 쪽의 차체 방향이 지면에 더 가까워지도록 무게 중심을 낮추는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
    
    

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