KR101884539B1 - 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템 - Google Patents

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Abstract

모터-보조 조인트 시스템은 관절식 버스의 회전성 및 안정성을 향상시키기 위하여 제공된다. 모터-보조 조인트 시스템은 관절식 버스가 활성 댐핑 모드로 작동할 때 작동가능하다. 편평 모터를 갖는 관절식 버스가 사용된다. 관절식 버스의 속도에 따라서, 고감도 댐핑력이 계산되고 대향력이 타이어 슬립 이벤트와 과도조향 이벤트(oversteering event)가 발생될 때 관절식 버스의 관성을 밸런싱하기 위하여 생성된다. 따라서, 다양한 양태에서 관절식 버스의 구동 성능이 향상된다.

Description

관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템{MOTOR-ASSISTED JOINT SYSTEM FOR ARTICULATED BUS}
본 발명은 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 전방 프레임과 트레일러 프레임으로부터 비틀림력을 밸런싱하기 위하여 대향력을 생성하고 조인트의 각을 조절하기 위하여 편평 모터를 사용하는 조인트에 관한 것이다. 구체적으로, 관절식 버스의 조향 안정성이 증가되고 관절식 버스를 구동하는 안정성 및 편안함이 향상된다. 본 발명은 관절식 버스의 분야에 적용된다.
일반적으로, 상용입수가능한 관절식 버스는 관절식 버스가 고속으로 회전 또는 구동하는 동안에 관절식 버스의 몸체를 안정화하기 위하여 유압식 댐핑 시스템을 사용한다. 그러나, 갑작스러운 충격 또는 타이어 슬립이 발생되는 경우에, 유압식 댐핑 시스템은 즉각적 응답을 수행하지 못할 수 있다. 따라서, 휠 트랙션 시스템이 조인트의 각을 제어하기가 곤란하다. 관절식 버스가 고속으로 구동하는 경우, 관절식 버스의 트레일러 프레임이 흔들림(shake)에 불가피하게 노출된다. 승객이 여러 선택을 하는 경우, 승객은 통상적인 버스를 더 선호하며, 이는 관절식 버스의 안락함이 만족스럽지 못하기 때문이다.
본 발명의 목적은 관절식 버스를 구동하는 안정성 및 편안함을 증가시키기 위한 모터-보조 조인트 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 바람직하지 못한 흔들림을 방지하기 위하여 관절식 버스의 속도에 따라 고감도 댐핑력을 계산 및 생성하기 위한 모터-보조 조인트 시스템을 제공한다.
본 발명의 추가 목적은 모터-보조 조인트 시스템을 제공하는 데 있다. 과도조향 이벤트 또는 타이어 슬립 이벤트가 발생될 때, 모터-보조 조인트 시스템은 관절식 버스의 관성을 밸런싱하기 위하여 대향력을 생성한다. 따라서, 조인트 각이 안전 범위로 신속히 조절되고 관절식 버스를 구동하는 성능 및 안정성이 향상된다.
본 발명의 양태에 따라서, 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템이 제공된다. 모터-보조 조인트 시스템은 상부 스테이터 부분, 하부 스테이터 부분, 편평 로테이터 부분 및 서스펜션 암을 포함한다. 상부 스테이터 부분과 하부 스테이터 부분은 전방 프레임 상에 설치된다. 편평 로테이터 부분은 하나 이상의 베어링을 통하여 하부 스테이터 부분과 상부 스테이터 부분 사이에 동축으로 배열된다. 서스펜션 암은 트레일러 프레임 상에 설치된다. 서스펜션 암은 수평 샤프트를 통하여 편평 로테이터 부분의 연장 구조물에 피벗회전가능하게 결합되고, 이에 따라 전방 프레임과 트레일러 프레임이 상향 또는 하향 이동가능하다.
소정의 실시 형태에서, 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템은 속도 센서, 조향 휠 위치 센서 및 제어 유닛을 추가로 포함한다. 제어 유닛은 조향 휠 위치 센서로부터 위치 데이터 및 속도 센서로부터 속도 데이터를 판독하고 속도 데이터와 위치 데이터에 따라 목표 조인트 각을 조절한다.
소정의 실시 형태에서, 제어 유닛은 저속 한계값을 설정하고 편평 로테이터 부분의 회전 작동이 저속 한계값에 허용되는지를 판단하는 연산 방법을 수행한다.
소정의 실시 형태에서, 제어 유닛은 속도 데이터에 따라 편평 로테이터 부분의 회전 작동을 제한한다.
소정의 실시 형태에서, 제어 유닛은 관절식 버스가 리버스 모드일 때 목표 관절 각을 증가시킨다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템이 제공된다. 모터-보조 조인트 시스템은 로테이터 및 스테이터 주 몸체를 포함하는 모터-보조 조인트, 전방 프레임 및 스테이터 주 몸체와 연결된 조인트 기저, 트레일러 프레임이 수직 방향으로 이동하도록 허용하고 서스펜션 암을 통하여 트레일러 프레임에 스테이터 주 몸체를 연결하기 위한 연장 구조물, 속도 센서, 조향 휠 위치 센서, 및 조향 휠 위치 센서로부터 조향 휠 위치 데이터 및 속도 센서로부터 속도 데이터에 따라 목표 관절 각을 조절하기 위한 제어 유닛을 포함한다.
소정의 실시 형태에서, 제어 유닛은 제1 속도 한계값과 제2 속도 한계값의 설정의 연산 방법을 수행한다. 제어 유닛이 모터-보조 조인트의 회전 작동이 제1 속도 제한값에 따라 허용되는지를 판단한다. 제어 유닛은 제2 속도 한계값에 따라 모터-보조 조인트의 회전 작동을 제한한다.
소정의 실시 형태에서, 제어 유닛은 조향 휠 위치 데이터 및 속도 데이터에 따라 적합한 조인트 각을 계산하는 연산 방법을 수행한다. 속도 데이터가 양인 경우 목표 조인트 각이 관절식 버스의 전방 휠의 조향 각보다 작다. 속도 데이터가 음인 경우, 목표 조인트 각은 관절식 버스의 전방 휠의 조향 각보다 크다.
소정의 실시 형태에서, 제어 유닛은 모터-보조 조인트의 회전 속도를 제어하는 연산 방법을 수행한다. 회전 속도는 목표 조인트 각과 속도 데이터 사이의 관계식(relation formula)에 따라 결정된다.
소정의 실시 형태에서, 제어 유닛이 조향 휠 위치 데이터가 변경되지 않은 것을 감지하는 경우, 제어 유닛은 모터-보조 조인트가 목표 조인트 각을 유지하도록 지시한다.
본 발명의 양태에 따라서, 조향가능 전방 축을 갖는 관절식 차량용 모터-보조 조인트 시스템이 제공된다. 모터-보조 조인트 시스템은 상부 스테이터 부분, 하부 스테이터 부분, 편평 로테이터 부분 및 서스펜션 암을 포함한다. 상부 스테이터 부분과 하부 스테이터 부분은 전방 프레임 상에 장착된다. 편평 로테이터 부분은 하나 이상의 베어링을 통하여 하부 스테이터 부분과 상부 스테이터 부분 사이에 동축으로 배열된다. 서스펜션 암은 트레일러 프레임 상에 장착된다. 서스펜션 암은 수평 샤프트를 통하여 편평 로테이터 부분의 연장 구조물에 피벗회전가능하게 결합되고 이에 따라 전방 프레임과 트레일러 프레임은 상향 또는 하향 이동가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따라 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템을 도시하는 도식적인 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 다른 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템의 도식적 분해도.
도 3은 상이한 속도로 목표 조인트 각과 조향 휠의 위치 간의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 상이한 속도로 모터-보조 조인트의 최대 허용 속도를 도시하는 도면.
본 발명의 사상에 따라서, 고감도 관절식 조인트 시스템(articulated joint system)이 제공된다. 관절식 조인트 시스템은 구동 시스템의 일체성을 제공하고 관절식 버스(articulated bus)의 구동 성능을 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 관절식 버스는 전방 프레임 및 트레일러 프레임을 포함한다. 게다가, 일련의 조향 전방 휠, 일련의 중간 휠 및 일련의 후방 휠이 전방 프레임과 트레일러 프레임 상에 설치된다. 일반적으로, 구동 샤프트는 관절식 버스를 구동시키기 위하여 관절식 버스의 후방 휠과 연결된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 관절식 버스의 모터-보조 조인트 시스템(motor-assisted joint system)이 구성요소를 도식적으로 도시한다. 모터-보조 조인트 시스템은 상부 스테이터 부분(106), 하부 스테이터 부분(103), 편평 로테이터 부분(105), 상부 베어링(109) 및 하부 베어링(108)을 포함한다. 상부 스테이터 부분(106)과 하부 스테이터 부분(103)은 전방 프레임(101) 상에 설치된다. 편평 로테이터 부분(105)은 상부 스테이터 부분(106)과 하부 스테이터 부분(103) 사이에 배열된다. 편평 로테이터 부분(105)은 수평 샤프트(116)를 통하여 서스펜션 암(104)과 연결되는 2개의 로테이터 연장 구조물을 포함한다. 로터에터 연장 구조물을 통하여, 전방 프레임(101)과 테일러 프레임(102)이 서로에 대해 상향 또는 하향 이동할 수 있다. 상부 베어링(109)은 상부 스테이터 부분(106)과 편평 로테이터 부분(105) 사이에 배열되고, 상부 베어링 리세스(115) 내에 설치된다. 하부 베어링(108)은 하부 스테이터 부분(103)과 편평 로테이터 부분(105) 사이에 배열되고 하부 베어링 리세스(114) 내에 설치된다. 따라서, 전방 프레임(101)과 트레일러 프레임(102)이 서로에 대해 회전가능하다.
모터-보조 조인트 시스템은 추가로 조향 휠의 위치, 도로 위치, 관절식 버스의 속도 및 임의의 다른 적합한 정보를 판독하기 위한 제어 유닛을 추가로 포함한다.
본 발명의 제어 방법이 도 3을 참조하여 도시될 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 유닛은 상이한 속도에 따라 목표 조인트 각의 상이한 게인 값(gain value)을 설정한다. 관절식 버스가 고속으로 선형 전진하는 경우, 목표 조인트 각이 저속으로 관절식 버스와 비교 시에 더 작다. 예를 들어, 관절식 버스가 시간당 약 40마일의 속도로 레인-교체 작업(lane-changing action)을 수행할 때 조향 휠이 10°로 회전하는 경우, 목표 조인트 각이 제어 유닛에 의해 5°로 설정된다. 따라서, 안정성이 증가된다. 반면, 관절식 버스가 시간당 약 5마일의 속도로 레인-교체 작업을 수행할 때 조향 휠이 10°로 회전하는 경우, 목표 조인트 각이 제어 유닛에 의해 8°로 설정된다. 따라서, 조향 동작이 더 매끄러워진다. 즉, 제어 유닛은 감지된 속도에 따라 목표 조인트 각을 조절한다.
재차 도 3을 참조하면, 관절식 버스의 속도가 고속 한계값을 초과하여 증가함에 따라, 조향 휠의 위치에 대응하는 목표 조인트 각의 게인(gain)이 감소된다. 따라서, 레인-교환 작업의 안정성이 향상된다.
재차 도 3을 참조하면, 관절식 버스가 리버스되면(reverse), 조향 휠의 위치에 대응하는 목표 조인트 각의 게인이 현저히 증가하며, 이는 관절식 버스의 트랜스미션 샤프트가 트레일러 축 내에 설치되기 때문이다. 트레일러 축의 위치로 인해, 관절식 버스가 리버스되는 동안에 대향력(opposing force)이 생성된다. 대향력에 응답하여, 관절식 조인트가 수직 방향으로 당겨진다. 게다가, 더 매끄러운 리버스 트랙 상에서 관절식 버스가 구동되도록 허용하기 위하여 더 큰 게인이 리버스 모드에서 필요하다. 따라서, 관절식 버스가 리버스되면, 제어 유닛은 목표 관절 각의 값을 증가시킬 필요가 있다.
제어 방법의 또 다른 구현 예시가 도 4에 도시된다. 조인트의 최대 각 속도가 차량 속도에 따라 결정된다. 0에 근접한 포지티브 구역(positive zone)에서, 관절식 버스는 타이어 마모를 방지하고 모터-보조 조인트를 적절히 제어하기 위하여 저속으로 구동한다. 관절식 버스의 속도가 특정 속도 한계값을 초과하지 않은 경우, 유압식 조절가능한 조인트 각이 변경되지 않는다. 따라서, 모터-보조 조인트의 회전 작동이 허용되는지를 판단하기 위하여 표준 속도 값을 정할 필요가 있다.
재차, 도 4를 참조하면, 차량 속도가 고속 한계값을 초과하는 경우에, 모터-보조 조인트의 최대 각 속도가 제어 유닛에 의해 제한되며 관절식 버스를 구동하는 안정성 및 안락함이 유압식 조절가능한 회전 속도에 영향을 받는다. 이 상태는 통상 관절식 버스가 슈퍼 하이웨이(super highway)에서 구동 시에 발생된다. 따라서, 모터-보조 조인트의 최대 각 속도가 직접 조절되고 관절식 버스의 속도에 따라 평가된다.
재차, 도 1 및 도 2를 참조하면, 로테이터 부분은 자석이 설치된다. 스테이터 부분은 코일이 설치된다. 자석과 코일의 기능은 대체될 수 있다.

Claims (10)

  1. 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템으로서, 모터-보조 조인트 시스템은
    전방 프레임 상에 장착된 상부 스테이터 부분과 하부 스테이터 부분,
    하나 이상의 베어링을 통하여 하부 스테이터 부분과 상부 스테이터 부분 사이에 동축으로 배열된 편평 로테이터 부분,
    트레일러 프레임 상에 장착된 서스펜션 암 - 서스펜션 암은 수평 샤프트를 통하여 편평 로테이터 부분의 연장 구조물에 피벗회전가능하게 결합되고 이에 따라 전방 프레임과 트레일러 프레임은 상향 또는 하향 이동가능함 - ,
    속도 센서,
    조향 휠 위치 센서, 및
    조향 휠 위치 센서로부터 위치 데이터 및 속도 센서로부터 속도 데이터를 판독하고 속도 데이터와 위치 데이터에 따라 목표 조인트 각을 조절하는 제어 유닛을 포함하는 모터-보조 조인트 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제어 유닛은 표준 속도 값을 설정하고 편평 로테이터 부분의 회전 작동이 표준 속도 값에 따라 허용되는지를 판단하는 연산 방법을 수행하는 모터-보조 조인트 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 제어 유닛이 속도 데이터에 따라 편평 로테이터 부분의 회전 작동을 제한하는 모터-보조 조인트 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 제어 유닛은 관절식 버스가 리버스 모드일 때 목표 관절 각을 증가시키는 모터-보조 조인트 시스템.
  5. 관절식 버스용 모터-보조 조인트 시스템으로서, 모터-보조 조인트 시스템은
    로테이터 및 스테이터 주 몸체를 포함하는 모터-보조 조인트,
    전방 프레임 및 스테이터 주 몸체와 연결된 조인트 기저,
    트레일러 프레임이 수직 방향으로 이동하도록 허용하고 서스펜션 암을 통하여 트레일러 프레임에 스테이터 주 몸체를 연결하기 위한 연장 구조물,
    속도 센서,
    조향 휠 위치 센서, 및
    조향 휠 위치 센서로부터 조향 휠 위치 데이터 및 속도 센서로부터 속도 데이터에 따라 목표 관절 각을 조절하기 위한 제어 유닛을 포함하는 모터-보조 조인트 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 제어 유닛은 제1 속도 한계값과 제2 속도 한계값의 설정의 연산 방법을 수행하고, 제어 유닛이 모터-보조 조인트의 회전 작동이 제1 속도 제한값에 따라 허용되는지를 판단하고, 제어 유닛은 제2 속도 한계값에 따라 모터-보조 조인트의 회전 작동을 제한하는 모터-보조 조인트 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 제어 유닛은 조향 휠 위치 데이터 및 속도 데이터에 따라 적합한 조인트 각을 계산하는 연산 방법을 수행하고, 속도 데이터가 양인 경우 목표 조인트 각이 관절식 버스의 전방 휠의 조향 각보다 작고, 속도 데이터가 음인 경우, 목표 조인트 각은 관절식 버스의 전방 휠의 조향 각보다 큰 모터-보조 조인트 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 제어 유닛은 모터-보조 조인트의 회전 속도를 제어하는 연산 방법을 수행하고, 회전 속도는 목표 조인트 각과 속도 데이터 사이의 관계식(relation formula)에 따라 결정되는 모터-보조 조인트 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제어 유닛이 조향 휠 위치 데이터가 변경되지 않은 것을 감지하는 경우, 제어 유닛은 모터-보조 조인트가 목표 조인트 각을 유지하도록 지시하는 모터-보조 조인트 시스템.
  10. 조향가능 전방 축을 갖는 관절식 차량용 모터-보조 조인트 시스템으로서, 조향 시스템은
    전방 프레임 상에 장착된 상부 스테이터 부분과 하부 스테이터 부분,
    하나 이상의 베어링을 통하여 하부 스테이터 부분과 상부 스테이터 부분 사이에 동축으로 배열된 편평 로테이터 부분,
    트레일러 프레임 상에 장착된 서스펜션 암 - 서스펜션 암은 수평 샤프트를 통하여 편평 로테이터 부분의 연장 구조물에 피벗회전가능하게 결합되고 이에 따라 전방 프레임과 트레일러 프레임은 상향 또는 하향 이동가능함 - ,
    속도 센서,
    조향 휠 위치 센서, 및
    조향 휠 위치 센서로부터 위치 데이터 및 속도 센서로부터 속도 데이터를 판독하고 속도 데이터와 위치 데이터에 따라 목표 조인트 각을 조절하는 제어 유닛을 포함하는 모터-보조 조인트 시스템.
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