KR102542652B1 - 다양한 주행 환경에서 효율적으로 차량이 주행하기 위한 차량의 조향 시스템 - Google Patents

다양한 주행 환경에서 효율적으로 차량이 주행하기 위한 차량의 조향 시스템 Download PDF

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KR102542652B1 KR1020230021025A KR20230021025A KR102542652B1 KR 102542652 B1 KR102542652 B1 KR 102542652B1 KR 1020230021025 A KR1020230021025 A KR 1020230021025A KR 20230021025 A KR20230021025 A KR 20230021025A KR 102542652 B1 KR102542652 B1 KR 102542652B1
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Abstract

실시 예들은 제1 모터(101)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜을 조향하도록 구성된 전륜 모듈(100), 제2 모터(201)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 후륜을 조향하도록 구성된 후륜 모듈(200), 상기 전륜 모듈(100)과 상기 후륜 모듈(200)을 연결하고 제3 모터(300)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜의 좌우륜 및 후륜의 좌우륜이 각각 내측 조향하도록 구성된 종축 모듈(300), 및 제1 내지 제3 모터 및 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나의 차륜에 회전 동력을 제공하는 구동 모터를 제어하는 제어기(400)를 포함하는, 전륜과 후륜을 갖는 차량에 설치되는 조향 시스템에 관한 것이다.

Description

다양한 주행 환경에서 효율적으로 차량이 주행하기 위한 차량의 조향 시스템{ Vehicle steering system for efficient vehicle driving in various driving environments}
본 출원의 실시 예들은 다양한 주행 환경에서 효율적으로 차량이 주행하기 위한 차량의 조향 시스템에 관련된다.
휘발유, 경유 등과 같은 화석 연료의 사용에 따른 환경문제의 심각성과 한정된 자원의 고갈에 따라 모터로 구동 되는 전기자동차, 연료전지 자동차, 하이브리드 자동차 등과 같은 친환경 자동차가 개발되어 운행되고 있다.
인휠 시스템(In-wheel system)은 전기를 동력원으로 사용하는 친환경 자동차에서 소형의 개별모터(인휠모터)가 차륜의 휠 안에 장착되어 각 차륜을 독립적으로 직접 제어하는 시스템이다.
인휠 시스템은 각 차륜의 휠 안에 개별모터가 장착됨으로써 대형 구동모터를 구비하는 자동차에 비하여 구동계가 단순하여 공간의 활용성이 우수하고, 차륜을 독립적으로 직접 제어함으로써, 각 휠에 대한 독립적인 토크 조 절이 가능하여 차량의 거동 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 좌/우차륜의 토크 차이를 조절하여 횡력 발생으로 구동에 의한 조향이 가능하며, 변속기나 차동장치 등 의 복잡한 동력전달장치를 생략할 수 있게 되는 장점을 갖는다.
그러나, 종래의 인휠 시스템은 좌회전 또는 우회전만 가능하여 다양한 주행 환경에 효율적으로 대처하는데 한계가 있다.
특허공개공보 제10-2013-0012827호 (2013.02.05.)
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 출원의 실시 예들은 좌회전, 우회전은 물론, 좌/우 대각선 방향 및 제자리 선회가 가능하여 다양한 주행 환경에서 효율적으로 차량이 주행하기 위한 차량의 조향 시스템을 제공하고자 한다.
본 출원의 일 측면에 따른 전륜과 후륜을 갖는 차량에 설치되는 조향 시스템은, 제1 모터(101)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜을 조향하도록 구성된 전륜 모듈(100), 제2 모터(201)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 후륜을 조향하도록 구성된 후륜 모듈(200), 상기 전륜 모듈(100)과 상기 후륜 모듈(200)을 연결하고 제3 모터(300)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜의 좌우륜 및 후륜의 좌우륜이 각각 내측 조향하도록 구성된 종축 모듈(300), 및 제1 내지 제3 모터 및 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나의 차륜에 회전 동력을 제공하는 구동 모터를 제어하는 제어기(400)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전륜 모듈은, 상기 전륜의 좌륜(11)과 우륜(12) 사이에 설치되고, 상기 전륜을 조향하기 위해 상기 제1 모터(101)의 회전 동력에 의해 좌측 또는 우측으로 이동하는 랙(131)을 가지는 랙앤피니언(130), 상기 랙앤피니언(130)의 양단과 조인트(141, 142)를 통해 프론트 링크(151, 152)의 일 단과 연결된 상기 프론트 링크(151, 152), 상기 프론트 링크(151, 152)의 타 단과 조인트(161, 162)를 통해 연결되는, 상기 전륜의 좌륜(11)과 우륜(12)을 지지하는 베이스 프레임(171, 172)을 포함할 수 있다. 상기 후륜 모듈(200)은, 상기 후륜의 좌륜(21)과 우륜(22) 사이에 설치되고 상기 후륜을 조향하기 위해 상기 제2 모터(201)의 회전 동력에 의해 좌측 또는 우측으로 이동하는 랙(231)을 가지는 랙앤피니언(230), 상기 랙앤피니언(230)의 양단과 조인트(241, 242)를 통해 리어 링크(251, 252)의 일 단과 연결된 상기 리어 링크(251, 252), 상기 리어 링크(251, 252)의 타 단과 조인트(261, 262)를 통해 연결되는, 상기 후륜의 좌륜(21)과 우륜(22)을 지지하는 베이스 프레임(271, 272)을 포함할 수 있다.
상기 조인트(161, 162)는 상기 랙(131)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하여 발생하는 조향 제어력이 가해지면 결합 축을 기준으로 선회하도록 상기 프론트 링크(151, 152)와 베이스 프레임(171, 172)과 결합된다. 상기 조인트(261, 262)는 상기 랙(231)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하여 발생하는 조향 제어력이 가해지면 결합 축을 기준으로 선회하도록 상기 리어 링크(251, 252)와 베이스 프레임(271, 272)과 결합된다.
일 실시 예에서, 상기 제어기(400)는, 상기 차량이 좌회전하도록 제어하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제1-1 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하고, 그리고 상기 차량이 우회전하도록 제어하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제1-2 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어기(400)는, 상기 차량의 좌회전 반경이 전륜만을 조향하거나 후륜만을 조향하는 경우 보다 감소하도록, 상기 제2 모터(201)가 상기 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(231)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제2-2 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하고, 그리고 상기 차량의 우회전 반경이 전륜만을 조향하거나 후륜만을 조향하는 경우 보다 감소하도록, 상기 제2 모터(201)가 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(231)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제2-1 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어기(400)는, 상기 차량이 좌측 대각선 방향으로 주행하도록 하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제1-1 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하고, 상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제2-2 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하고, 그리고 상기 차량이 우측 대각선 방향으로 주행하도록 제어하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 상기 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제1-2 제어 명령을 상기 제1 모터에 공급하고, 상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제2-1 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 구성될 수 있다. 상기 제1-1 제어 명령에 따른 조향 각도와 상기 제2-2 제어 명령에 따른 조향 각도는 서로 평행한다. 상기 제1-2 제어 명령에 따른 조향 각도와 상기 제2-1 제어 명령에 따른 조향 각도는 서로 평행한다.
일 실시 예에서, 상기 조인트(141, 142)는 상기 랙(131)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하면 결합 축을 기준으로 선회하지 않고 상기 랙(131)의 움직임에 따른 조향 제어력을 상기 프론트 링크(151, 152)를 통해 상기 베이스 프레임(171, 172)로 전달하도록 상기 랙앤피니언(130)과 프론트 링크(151, 152)와 결합되고 상기 조인트(241, 242)는 상기 랙(231)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하면 결합 축을 기준으로 선회하지 않고 랙(231)의 움직임에 따른 조향 제어력을 리어 링크(251, 252)를 통해 베이스 프레임(271, 272)로 전달하도록 상기 랙앤피니언(230)과 리어 링크(251, 252)와 결합될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 종축 모듈(300)은, 상기 제3 모터(301)의 회전 동력에 따라 볼스크류(331)가 회전하도록 상기 제3 모터(301)와 결합된 상기 볼스크류(331), 상기 볼스크류331가 회전하면 상기 볼스크류(331)가 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 볼스크류(331)와 결합된 볼스크류 케이스(341) - 상기 볼스크류 케이스(341)는 상기 볼스크류(331)의 회전에 따라 랙앤피니언(130)이 상기 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 랙앤피니언(130)과 결합됨, 상기 볼스크류(331)의 회전에 따라 볼스크류(332)가 회전하도록 결합된 상기 볼스크류(332), 상기 볼스크류(332)가 회전하면 상기 볼스크류(332)가 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 볼스크류(332)와 결합된 볼스크류 케이스(342) - 상기 볼스크류 케이스(342)는 상기 볼스크류(332)의 회전에 따라 랙앤피니언(230)이 상기 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 랙앤피니언(230)과 결합됨 - 를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 랙앤피니언(130, 230)은 상기 볼스크류(331, 332)의 연장 축과 직교 상태로 결합된다. 상기 제3 모터(301)가 제1 회전 방향으로 회전하면, 상기 전륜 모듈(100)에서 상기 베이스 프레임(171, 172)은 조인트(161, 162)를 기준으로 선회하지 않고 베이스 프레임(171, 172)과 프론트 링크(151, 152) 간의 각도가 고정되고 상기 랙앤피니언(130)에 연결된 프론트 링크(151, 152)의 일 단이 상기 조인트(141, 142)를 기준으로 선회하여 이동함으로써, 상기 프론트 링크(151, 152)가 상기 차량의 평면 상에서 대각선으로 배열된다. 상기 후륜 모듈(200)에서 상기 베이스 프레임(271, 272)은 조인트(261, 262)를 기준으로 선회하지 않고 베이스 프레임(271, 272)과 리어 링크(251, 252) 간의 각도가 고정되고 상기 랙앤피니언(230)에 연결된 리어 링크(251, 252)의 일 단이 상기 조인트(241, 242)를 기준으로 선회하여 이동함으로써, 상기 리어 링크(251, 252)가 상기 차량의 평면 상에서 상기 프론트 링크(151, 152)와 대칭으로 대각선으로 배열된다.
일 실시 예에서, 상기 제어기(400)는, 상기 차량이 제자리 선회하도록 제어하기 위해, 상기 제3 모터(301)가 제1 회전 방향으로 회전하게 하는 제3-1 제어 명령을 상기 제3 모터(301)로 전송하고, 상기 프론트 링크(151, 152) 및 리어 링크(251, 252)의 배열 구조가 서로 대각선으로 배열된 상태에서 상기 구동 모터로 전진 제어 명령 또는 후진 제어 명령을 전송하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어기(400)는, 상기 차량이 90°만큼 제자리 선회하면 상기 전진 제어 명령 또는 후진 제어 명령의 전송을 중지하여 상기 차량을 정지시키고, 그리고 서로 대각선 상태로 배열된 프론트 링크(151, 152) 및 리어 링크(251, 252)를 랙앤피니언(130, 230)과 나란한 상태로 배열하기 위해 상기 제3 모터(301)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 하는 제3-2 제어 명령을 상기 제3 모터(301)로 전송하도록 더 구성될 수 있다.
본 출원의 다른 일 측면에 따른 자율주행 차량은 상술한 실시 예들에 따른 조향 시스템이 설치되고, 그리고 상기 전륜 및 후륜 중 적어도 하나의 좌우륜에 설치되는 인휠모터를 포함할 수 있다. 상기 베이스 프레임(171, 172, 271, 272)은 상기 인휠모터(110, 120, 210, 220)에 결합된다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 차량의 조향 시스템은 차량의 전륜과 후륜 중 적어도 하나의 바퀴 쌍을 우측 조향과 좌측 조향은 물론, 내측 조향 가능하도록 구성된다. 따라서, 상기 조향 시스템이 설치된 차량은 좌회전, 우회전은 물론, 좌/우 대각선 방향의 주행 및 제자리 선회가 가능하다.
그 결과, 상기 조향 시스템은 다양한 너비 및 곡률을 가지는 다양한 주행 환경에 충돌 없이 효과적으로 차량을 주행하게 할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다
본 발명 또는 종래 기술의 실시 예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시 예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시 예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 본 출원의 일 측면에 따른, 차량의 조향 시스템의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 전륜 모듈의 제어 동작을 설명한다.
도 3a 및 도 3b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 후륜 모듈의 제어 동작을 설명한다.
도 4는, 도 2의 제어 동작에 따라서 차량이 일반 곡선 경로를 주행하는 상황을 설명한다.
도 5a 및 도 5b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 전륜 및 후륜을 조향하여 보다 급격한 회전 주행하기 위한 제어 동작을 설명한다.
도 6은, 도 5의 제어 동작에 따라서 차량이 일반 곡선 경로 보다 곡률 반경이 짧은 곡선 경로를 주행하는 상황을 설명한다.
도 7a 및 도 7b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 전륜 및 후륜을 조향하여 대각선 주행하기 위한 제어 동작을 설명한다.
도 8은, 도 7의 제어 동작에 따라서 차량이 대각선 주행하는 상황을 설명한다.
도 9a 및 도 9b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 종축 모듈의 제어 동작을 설명한다.
도 10은, 도 9의 제어 동작에 따라서 180° 제자리 선회(zero-turn)하는 상황을 설명한다.
도 11은, 도 9의 제어 동작에 따라서 90°도 제자리 선회하는 상황을 설명한다.
도 12는, 본 출원의 다른 일 측면에 따른, 조향 방법의 흐름도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
그러나, 이는 본 개시(disclosure)를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 명세서에서, “가진다,” “가질 수 있다,”“포함한다,” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 단계, 부품, 요소 및/또는 성분 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재나 부가를 제외시키는 것이 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
다양한 실시 예에서 사용된 “제 1”, “제 2”, “첫째” 또는 “둘째” 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 구성요소와 제2 구성요소는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 구성요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 단수 표현의 구성의 실시 예들은 상기 단수 표현과 관련된 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 표현의 구성 들의 실시 예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 표현 “~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)”은 상황에 따라, 예를 들면, “~에 적합한(suitable for),” “~하는 능력을 가지는(having the capacity to),” “~하도록 설계된(designed to),” “~하도록 변경된(adapted to),” “~하도록 만들어진(made to),”또는 “~를 할 수 있는(capable of)”과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 “~하도록 구성(또는 설정)된”은 하드웨어적으로 “특별히 설계된(specifically designed to)”것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, “~하도록 구성된 장치”라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 “~할 수 있는” 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 “A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서”는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 용어들은 본 발명에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 발명에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 발명에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 발명에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 명세서에서 내측은 차량의 내부 방향을 나타내고 외측은 차량의 외부 방향을 나타낸다. 차량의 전륜이 좌회전하면 전륜의 좌륜은 외측으로 회전하고 우륜은 내측으로 회전하는 것으로 표현될 수 있다.
도 1은, 본 출원의 일 측면에 따른, 차량의 조향 시스템의 구성도이다.
상기 차량의 조향 시스템(10)은 전륜 및 후륜을 갖는 차량에 설치될 수 있다.
상기 차량은 사람이 탑승할 수 있는 자동차에 제한되지 않으며, 아래에서 서술할 제자리 선회 가능한, 건설 분야, 농업 분야, 조경 분야, 군사 분야에서 활용 가능한 이동 수단을 지칭한다. 예를 들어, 상기 차량은 잔디깍기 기계, 무인배송 로봇과 같은 원격으로 주행을 제어 가능한 소형 무인 차량일 수 있다.
본 출원의 다양한 실시 예들에서, 상기 차량은 인휠모터(110, 120, 210, 220)가 설치된 인휠모터 구동 자동차일 수 있다. 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나의 차륜에 회전 동력을 제공하는 구동 모터는 인휠모터로 구현된다.
인휠모터(110, 120, 210, 220)는 전륜과 후륜의 좌우륜(11, 12, 21, 22)의 내측에 결합되며 서스펜션아암에 의해 차체에 설치된다. 상기 실시 예들에서, 전륜, 후륜과 같은 차륜에 특정 구성요소가 연결되었다는 것은 상기 차륜의 내측에 설치된 인휠모터(110, 120, 210, 또는 220)와 연결되었다는 것을 의미한다.
본 출원의 출원 당시에 공지된, 전기자동차에 장착 가능한 인휠모터(In-wheel motor)가 다양한 인휠모터 인휠모터(110, 120, 210, 220)로서 활용될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 상기 차량의 조향 시스템(10)은 제1 모터(101)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜을 조향하도록 구성된 전륜 모듈(100); 제2 모터(201)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 후륜을 조향하도록 구성된 후륜 모듈(200); 제3 모터(301)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜 및 후륜을 내측 조향하도록 구성된 종축 모듈(300); 및 제1 내지 제3 모터(101, 201, 301)를 제어하는 제어기(400)를 포함할 수 있다.
제어기(400)는 프로세서 및 메모리를 포함한다. 상기 제어기(400)는 제1 내지 제3 모터(101, 201, 301)를 제어하여 제어 대상 모터(101, 201, 또는 301)의 회전 동력을 발생시킨다. 또한, 상기 제어기(400)는 인휠모터(110, 120, 210, 220)와 같은, 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나의 차륜에 회전 동력을 제공하는 구동 모터를 제어하도록 구성된다.
상기 제어기(400)는 차량에 내장되어 유선으로 차량 내부의 구성요소를 제어하는 ECU(engine control unit)로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 실시 예들에 따라 상기 ECU와 별도의 제어기로 구현될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 제어기(400)는 조향 대상 각도 정보 및 대상 토크 정보를 수신하면, 상기 조향 대상 각도 정보 및 대상 토크 정보에 따라 인휠모터(110, 120, 210, 220)에 가해질 토크 출력을 산출하여 인휠모터(110, 120, 210, 220)의 작동을 제어하도록 더 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 제어기(400)는 차량의 스티어링 휠에 조향 조작 정보를 감지하도록 설치된 센서로부터 상기 조향 대상 각도 정보 및 대상 토크 정보를 수신할 수 있다. 대상 조향 각도 및 대상 토크는 스티어링 휠의 조작으로 제어기(400)에 입력될 수 있다.
다른 일부 실시 예들에서, 상기 차량은 자율주행 프로그램이 설치된 자율주행 자동차일 수 있다. 그러면, 상기 제어기(400)는 상기 제어기(400)와 유/무선 전기통신으로 연결된 외부 장치로부터 주행 경로 상의 위치별로 조향 대상 각도 정보 및 대상 토크 정보를 수신할 수 있다. 외부의 입력기기로부터 자율주행 명령을 수신할 경우 상기 자율주행 명령을 통해 상기 제어기(400)는 조향 대상 각도 정보 및 대상 토크 정보를 수신할 수 있다.
상기 다른 일부 실시 예들에서, 상기 차량 또는 조향 시스템(10)은 자율주행을 위한 구성요소를 더 포함할 수 있다. 상기 차량 또는 조향 시스템(10)은 주행 경로 상의 장애물을 인식할 수 있는 인식기기를 포함한다. 상기 인식기기는 라이다 센서, 이미지 센서, 카메라 모듈, 장애물을 인식할 수 있는 기타 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 자율주행 프로그램은 인식기기를 통해 촬영된 이미지를 분석하여 상기 제어기(400)가 적어도 하나의 모듈(100, 200, 300)을 제어하게 하는 명령어를 포함한다.
우선 전륜 모듈(100)의 동작에 대해 설명한다.
도 2a 및 도 2b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 전륜 모듈의 제어 동작을 설명한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 전륜 모듈(100)은, 상기 전륜의 좌륜(11)과 우륜(12) 사이에 설치된 랙앤피니언(130), 상기 랙앤피니언(130)의 양단과 조인트(141, 142)를 통해 프론트 링크(151, 152)의 일 단이 연결된 상기 프론트 링크(151, 152), 및 프론트 링크(151, 152)의 타 단과 일 단과 조인트(161, 162)를 통해 연결되는, 상기 전륜의 좌륜(11)과 우륜(12)을 지지하는 베이스 프레임(171, 172)을 포함한다.
제1 모터(101)는 전륜의 조향모터로 동작한다. 상기 제1 모터(101)는 제어기(controller, 400)로부터 제어 명령을 수신하면, 제어 명령에 따라 구동하여 전륜을 좌측 또는 우측으로 조향하기 위한 회전 동력을 발생시킨다. 상기 제1 모터(101)는 아래의 랙앤피니언(130)의 피니언기어와 결합되어, 회전 동력을 랙앤피니언(130)의 피니언 기어로 공급한다.
랙앤피니언(130)은 인휠모터(110, 220) 사이에 설치된다. 일부 실시 예들에서, 상기 랙앤피니언(130)은 프론트 링크(151, 152) 사이를 연결하는 센터 링크 상에 설치될 수 있다.
상기 랙앤피니언(130)은 상기 전륜을 조향하기 위해 상기 제1 모터(101)의 회전 동력에 의해 좌측 또는 우측으로 이동하는 랙기어(131, 이하 "랙")을 가진다. 구체적으로, 상기 랙앤피니언(130)은 랙기어(131)와 피니언기어를 가진다. 상기 랙앤피니언(130)은 제1 모터(101)의 회전 동력이 피니언기어를 구동하면 랙(131)이 좌측 또는 우측으로 이동하도록 구성된다. 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하면 랙(131)은 좌측으로 이동하고 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하면 상기 랙(131)은 우측으로 이동할 수 있다. 상기 제1 회전 방향은 시계 방향 또는 시계반대방향으로 설정될 수 있다.
프론트 링크(151, 152)는 랙(131)의 움직임에 따른 조향 제어력을 베이스 프레임(171, 172)로 전달하도록 상기 랙앤피니언(130)과 베이스 프레임(171, 172) 사이를 연결한다.
조인트(141, 142)는 상기 랙(131)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하면 결합 축을 기준으로 선회하지 않고 랙(131)의 움직임에 따른 조향 제어력을 프론트 링크(151, 152)를 통해 베이스 프레임(171, 172)로 전달하도록 상기 랙앤피니언(130)과 프론트 링크(151, 152)와 결합된다.
상기 조인트(141, 142)는 아래의 도 9에서 서술하는 것처럼, 상기 랙앤피니언(130)이 차량의 전방 또는 후방을 향해 이동하면, 상기 조인트(141, 142)를 통해 상기 랙앤피니언(130)과 연결된 상기 프론트 링크(151, 152)가 상기 랙앤피니언(130)의 이동에 따라서 차량의 종 방향으로 이동하도록 결합된다. 상기 조인트(141, 142)는 상기 랙앤피니언(130)이 양단과 프론트 링크(151, 152)의 일 단(즉, 내측 단)을 연결하는, 힌지 조인트 구조(hinge joint structure)로 구현될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 조인트(141, 142)의 조향 각도는, 아래의 도 9에서 서술할, 볼스크류 케이스(341, 342)의 연장 길이에 의존할 수 있다.
베이스 프레임(171, 172)은 인휠모터(110, 120)와 결합되어 상기 전륜의 좌륜(11)과 후륜(12)을 지지한다. 랙(131)의 좌측 또는 우측 이동에 따른 조향 제어력은 베이스 프레임(171, 172)를 통해 인휠모터(110, 120) 및 후륜의 좌/우륜(210, 220)으로 전달된다. 상기 베이스 프레임(171, 172)이 조인트(161, 162)를 기준으로 선회하면 인휠모터(110, 120) 및 이와 결합된 전륜의 좌/우륜(110, 120)이 베이스 프레임(171, 172)의 선회 방향을 따라 조향한다.
상기 조인트(161, 162)는 상기 랙(131)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하여 발생하는 조향 제어력이 가해지면 결합 축을 기준으로 선회하도록 상기 프론트 링크(151, 152)의 타 단(즉, 외측 단)과 베이스 프레임(171, 172)과 결합된다. 상기 조인트(161, 162)는 미리 설계된 조향 각도만큼 상기 베이스 프레임(171, 172)이 선회하도록 상기 프론트 링크(151, 152)와 베이스 프레임(171, 172)과 결합된다.
도 3a 및 도 3b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 후륜 모듈의 제어 동작을 설명한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 후륜 모듈(200)은, 상기 후륜의 좌륜(21)과 우륜(22) 사이에 설치된 랙앤피니언(230), 상기 랙앤피니언(230)의 양단과 조인트(241, 242)를 통해 리어 링크(251, 252)의 일 단과 연결된 상기 리어 링크(251, 252), 상기 리어 링크(251, 252)의 타 단과 조인트(261, 262)를 통해 연결되는, 상기 후륜의 좌륜(21)과 우륜(22)을 지지하는 베이스 프레임(271, 272)을 포함한다.
제2 모터(201)는 후륜의 조향모터로 동작한다. 상기 제2 모터(201)는 제어기(controller, 400)로부터 제어 명령을 수신하면, 제어 명령에 따라 구동하여 후륜을 좌측 또는 우측으로 조향하기 위한 회전 동력을 발생시킨다. 상기 제2 모터(201)는 아래의 랙앤피니언(230)의 피니언기어와 결합되어, 회전 동력을 랙앤피니언(230)의 피니언 기어로 공급한다.
랙앤피니언(230)은 인휠모터(210, 220) 사이에 설치된다. 일부 실시 예들에서, 상기 랙앤피니언(130)은 프론트 링크(151, 152) 사이를 연결하는 센터 링크 상에 설치될 수 있다. 상기 랙앤피니언(230)은 상기 후륜을 조향하기 위해 상기 제2 모터(201)의 회전 동력에 의해 좌측 또는 우측으로 이동하는 랙기어(231, 이하 "랙")을 가진다. 구체적으로, 상기 랙앤피니언(230)은 랙기어(231)와 피니언기어를 가진다. 상기 랙앤피니언(230)은 제2 모터(201)의 회전 동력이 피니언기어를 구동하면 랙(231)이 좌측 또는 우측으로 이동하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 전륜 모듈(100)과 후륜 모듈(200)의 평면 구조가 서로 대칭이 되도록 상기 제2 모터(201) 및 제1 모터(101)가 설치될 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼 상기 제1 모터(101)는 랙앤피니언(130) 보다 차량의 중심에 가깝게 설치되고, 상기 제2 모터(201) 역시 랙앤피니언(230) 보다 차량의 중심에 가깝게 설치될 수 있다.
제어기(400)에서 동일한 회전 방향으로 회전하게 하는 제어 명령이 상기 제1 모터(101)와 제2 모터(201)로 공급되어 상기 제1 모터(101)와 제2 모터(201)가 동일한 회전 방향으로 회전하여도, 상기 제1 모터(101)에 연결된 랙(131)과 상기 제2 모터(201)에 연결된 랙(231)은 서로 반대 방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하면 랙(131)은 좌측으로 이동하고 제2 모터(201)가 제1 회전 방향으로 회전하면 랙(231)은 우측으로 이동할 수 있다. 또는, 제1 모터(101)가 상기 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하면 상기 랙(131)은 우측으로 이동하고 상기 제2 모터(201)가 상기 제2 회전 방향으로 회전하면 랙(231)은 좌측으로 이동할 수 있다.
리어 링크(251, 252)는 랙(231)의 움직임에 따른 조향 제어력을 베이스 프레임(271, 272)로 전달하도록 상기 랙앤피니언(230)과 베이스 프레임(271, 272) 사이를 연결한다.
조인트(241, 242)는 상기 랙(231)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하면 결합 축을 기준으로 선회하지 않고 랙(231)의 움직임에 따른 조향 제어력을 리어 링크(251, 252)를 통해 베이스 프레임(271, 272)로 전달하도록 상기 랙앤피니언(230)과 리어 링크(251, 252)와 결합된다.
상기 조인트(241, 242)는 아래의 도 9에서 서술하는 것처럼, 상기 랙앤피니언(230)이 차량의 전방 또는 후방을 향해 이동하면, 상기 조인트(241, 242)를 통해 상기 랙앤피니언(230)과 연결된 상기 리어 링크(251, 252)가 상기 랙앤피니언(230)의 이동에 따라서 차량의 종 방향으로 이동하도록 결합된다. 상기 조인트(241, 242)는 상기 랙앤피니언(230)이 양단과 리어 링크(251, 252)의 일 단(즉, 내측 단)을 연결하는, 힌지 조인트 구조(hinge joint structure)로 구현될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 조인트(241, 242)의 조향 각도는, 아래의 도 9에서 서술할, 볼스크류 케이스(341, 342)의 연장 길이에 의존할 수 있다.
베이스 프레임(271, 272)은 인휠모터(210, 220)와 결합되어 상기 후륜의 좌륜(21)과 후륜(22)을 지지한다. 랙(231)의 좌측 또는 우측 이동에 따른 조향 제어력은 베이스 프레임(271, 272)를 통해 인휠모터(210, 220) 및 후륜의 좌/우륜(210, 220)으로 전달된다. 상기 베이스 프레임(271, 272)이 조인트(261, 262)를 기준으로 선회하면 인휠모터(210, 220) 및 이와 결합된 후륜의 좌/우륜(210, 220)이 베이스 프레임(271, 272)의 선회 방향을 따라 조향한다.
상기 조인트(261, 262)는 상기 랙(231)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하여 발생하는 조향 제어력이 가해지면 결합 축을 기준으로 선회하도록 상기 리어 링크(251, 252)와 베이스 프레임(271, 272)과 결합된다. 상기 조인트(261, 262)는 미리 설계된 조향 각도만큼 상기 베이스 프레임(271, 272)이 선회하도록 상기 리어 링크(251, 252)와 베이스 프레임(271, 272)과 결합된다.
상기 제어기(400)는 제1 모터(101)로 제어 명령을 전송하여 상기 전륜 모듈(100)의 조향 동작을 제어하거나 제2 모터(201)로 제어 명령을 전송하여 상기 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어기(400)는 차량의 좌회전 또는 우회전 주행을 위해, 상기 전륜 모듈(100) 또는 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어기(400)는 상기 차량의 좌회전 후진 또는 우회전 후진을 위해 상기 전륜 모듈(100) 또는 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 제어기(400)는 상기 차량이 좌회전하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제1-1 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하거나 또는 상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(231)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제2-2 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 구성된다.
예를 들어, 상기 제1-1 제어 명령이 제1 모터(101)에 공급되면, 도 2a에 도시된 것처럼, 랙(131)이 좌측으로 이동하여 베이스 프레임(171, 172)이 조인트(161, 162)를 기준으로 회전하여 결국 인휠모터(110, 120) 및 전륜의 좌/우륜(11, 12)은 상기 차량이 좌회전하도록 조향된다. 또는, 상기 제2-2 제어 명령이 모터(201)에 공급되면, 도 3a에 도시된 것처럼, 랙(231)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(271, 272)이 조인트(261, 262)를 기준으로 회전하여 결국 인휠모터(210, 220) 및 후륜의 좌/우륜(21, 22)은 상기 차량이 좌회전하도록 조향된다.
또한, 상기 제어기(400)는 상기 차량이 우회전하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제1-2 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하거나 또는 상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(231)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제2-1 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 구성된다.
예를 들어, 상기 제1-2 제어 명령이 제1 모터(101)에 공급되면, 도 2b에 도시된 것처럼, 랙(131)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(171, 172)이 조인트(161, 162)를 기준으로 회전하여 결국 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 인휠모터(110, 120) 및 전륜의 좌/우륜(11, 12)이 상기 차량이 우회전하도록 조향된다. 또는, 상기 제2-1 제어 명령이 모터(201)에 공급되면, 도 3b에 도시된 것처럼, 랙(231)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(271, 272)이 조인트(261, 262)를 기준으로 회전하여, 결국 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 인휠모터(210, 220) 및 후륜의 좌/우륜(21, 22)은 상기 차량이 우회전하도록 조향된다.
일부 실시 예들에서, 상기 베이스 프레임(171)과 베이스 프레임(271)의 최대 선회 각도 범위는 동일할 수 있다. 그러면, 상기 제1-1 제어 명령에 따른 상기 차량의 회전 반경과 제2-2 제어 명령에 따른 상기 차량의 회전 반경은 동일할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 베이스 프레임(172)과 베이스 프레임(272)의 최대 선회 각도 범위는 동일할 수 있다. 그러면, 상기 제1-2 제어 명령에 따른 상기 차량의 회전 반경과 제2-1 제어 명령에 따른 상기 차량의 회전 반경은 동일할 수 있다.
도 4는, 도 2의 제어 동작에 따라서 차량이 일반 곡선 경로를 주행하는 상황을 설명한다.
상기 차량이 전륜의 최대 조향 각도 범위 안의 조향 각도로 이탈 없이 주행할 수 없는 일반 곡선 경로를 주행하는 경우, 상기 제어기(400)는 제1 모터(101)를 구동시켜 전륜의 좌/우륜(11, 12)이 조향하게 할 수 있다. 도 4에 도시된 곡률 반경(R1)을 가지는 일반 곡선 경로를 주행 시에 상기 제어기(400)는 제1-2 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하면, 상기 일반 곡선 경로를 안정적으로 주행할 수 있다.
또한, 도시되진 않았으나, 상기 제어기(400)는 상기 차량이 일반 곡선 경로 상에서 후진하기 위해 상기 제1 모터(101)를 구동시켜 전륜의 좌/우륜(11, 12)을 조향하게 할 수 있다.
또한, 상기 제어기(400)는 차량의 전륜만을 조향하거나 후륜만을 조향하는 경우 보다 회전 반경이 짧아져 보다 급격한 회전이 가능하도록 상기 제1 모터(101) 및 제2 모터(201)를 제어할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 전륜 및 후륜을 조향하여 보다 급격한 회전 주행하기 위한 제어 동작을 설명하고, 도 6은, 도 5의 제어 동작에 따라서 차량이 일반 곡선 경로 보다 곡률 반경이 짧은 곡선 경로를 주행하는 상황을 설명한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 제어기(400)는 상기 제1 모터(101)로 제어 명령을 전송하여 상기 전륜 모듈(100)의 조향 동작을 제어하고 그리고 상기 제2 모터(201)로 제어 명령을 전송하여 상기 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어할 수 있다. 상기 제1 모터(101) 및 제2 모터(201)가 동시에 회전 동력을 제공하면 상기 차량의 회전 반경이 보다 감소한다. 이러한 급격한 회전을 위한 후륜 모듈(200)의 조향 동작은 상기 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따라서 상기 차량이 회전하는 방향과 동일한 방향으로 회전하기 위한 것이다.
일부 실시 예들에서, 상기 제어기(400)는, 도 1의 조향 시스템(10)이 설치된 상기 차량의 좌회전 반경이 보다 감소하도록, 상기 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 상기 제1-1 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하고 상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(231)이 우측 방향으로 이동하게 하는 상기 제2-2 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 구성된다.
예를 들어, 상기 제1-1 제어 명령 및 상기 제2-2 제어 명령이 모터(101, 201)에 공급되면, 도 5a에 도시된 것처럼, 랙(131)이 좌측으로 이동하여 베이스 프레임(171, 172)이 조인트(161, 162)를 기준으로 회전하고 그리고 랙(231)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(271, 272)이 조인트(261, 262)를 기준으로 회전하여, 결국 인휠모터(110, 120, 210, 220) 및 전륜과 후륜의 좌/우륜(11, 12, 21, 22)은 상기 차량이 보다 급격하게 좌회전하도록 조향된다.
또한, 상기 제어기(400)는 상기 차량의 우회전 반경이 보다 감소하도록, 상기 제1 모터(101)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 상기 제1-2 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하고 상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(231)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 상기 제2-1 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 구성된다.
예를 들어, 상기 제1-2 제어 명령이 제1 모터(101)에 공급되면, 도 2b에 도시된 것처럼, 랙(131)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(171, 172)이 조인트(161, 162)를 기준으로 회전하여 결국 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 인휠모터(110, 120) 및 전륜의 좌/우륜(11, 12)이 상기 차량이 우회전하도록 조향된다. 또는, 상기 제2-1 제어 명령이 모터(201)에 공급되면, 도 3b에 도시된 것처럼, 랙(231)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(271, 272)이 조인트(261, 262)를 기준으로 회전하여, 결국 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 인휠모터(210, 220) 및 후륜의 좌/우륜(21, 22)은 상기 차량이 우회전하도록 조향된다.
상기 제1-1 제어 명령에 따른 조향 각도와 제2-2 제어 명령에 따른 조향 각도는 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 상기 제1-2 제어 명령에 따른 조향 각도와 제2-1 제어 명령에 따른 조향 각도는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
그 결과, 상기 전륜의 좌/우륜(11, 12)은 좌측으로 조향하고 후륜의 좌/우륜(21, 22)은 동시에 우측으로 조향하여, 차량의 좌회전 반경 또는 우회전 반경이 전륜만을 조향하거나 후륜만을 조향하는 경우 보다 감소한다. 결국, 도 6에 도시된 것처럼, 일반 주행 경로 보다 짧은 곡률 반경(R2, R1>R2)을 가져 전륜만을 조향하거나 후륜만을 조향하는 경우에는 이탈할 수 밖에 없는 특정 주행 경로를 이탈 없이 안정적으로 주행할 수 있다.
또한, 상기 제어기(400)는 차량의 대각선 주행을 위해 상기 제1 모터(101) 및 제2 모터(201)를 제어할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 전륜 및 후륜을 조향하여 대각선 주행하기 위한 제어 동작을 설명한다. 도 8은, 도 7의 제어 동작에 따라서 차량이 대각선 주행하는 상황을 설명한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 제어기(400)는 상기 제1 모터(101)로 제어 명령을 전송하여 상기 전륜 모듈(100)의 조향 동작을 제어하고 그리고 상기 제2 모터(201)로 제어 명령을 전송하여 상기 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어할 수 있다. 상기 제1 모터(101) 및 제2 모터(201)가 동시에 회전 동력을 제공하면 상기 차량이 대각선 주행하게 할 수 있다. 여기서, 대각선 주행을 위한 후륜 모듈(200)의 조향 동작 및 상기 전륜 모듈(100)의 조향 동작은 서로 평행한 조향 각도를 갖게 하는 동작일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 제어기(400)는, 상기 차량이 좌측 대각선 방향으로 주행하도록 하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제1-1 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하고, 상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제2-2 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1-1 제어 명령에 따른 조향 각도와 상기 제2-2 제어 명령에 따른 조향 각도는 서로 평행한다. 상기 조향 각도는 랙앤피니언(130, 230)을 따라 연장된 기준선으로부터 조향된 차륜이 형성하는 각도이다.
그러면, 도 7a에 도시된 것처럼, 랙(131)이 좌측으로 이동하여 베이스 프레임(171, 172)이 조인트(161, 162)를 기준으로 회전하여 결국 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 인휠모터(110, 120) 및 전륜의 좌/우륜(11, 12)이 좌측 대각선을 향하도록 조향된다. 또한, 랙(231)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(271, 272)이 조인트(261, 262)를 기준으로 회전하여, 결국 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 인휠모터(210, 220) 및 후륜의 좌/우륜(21, 22)이 좌측 대각선을 향하도록 조향된다.
또한, 상기 제어기(400)는 상기 차량이 우측 대각선 방향으로 주행하도록 제어하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 상기 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제1-2 제어 명령을 상기 제1 모터에 공급하고, 상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제2-1 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1-2 제어 명령에 따른 조향 각도와 상기 제2-1 제어 명령에 따른 조향 각도는 서로 평행하다.
그러면, 도 7b에 도시된 것처럼, 랙(131)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(171, 172)이 조인트(161, 162)를 기준으로 회전하여 결국 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 인휠모터(110, 120) 및 전륜의 좌/우륜(11, 12)이 우측 대각선을 향하도록 조향된다. 또한, 랙(231)이 우측으로 이동하여 베이스 프레임(271, 272)이 조인트(261, 262)를 기준으로 회전하여, 결국 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 인휠모터(210, 220) 및 후륜의 좌/우륜(21, 22)이 우측 대각선을 향하도록 조향된다.
그 결과, 도 8에 도시된 것처럼, 상기 차량은 회전할 수 없는 경로를 대각선 주행으로 충돌 없이 주행할 수 있다.
또한, 상기 제어기(400)는 상기 차량이 제자리에서 선회(zero-turn)하기 위해 종축 모듈(300)의 제3 모터(301)을 제어할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는, 본 출원의 다양한 실시 예들에 따른, 종축 모듈의 제어 동작을 설명한다.
종축 모듈(300)은 상기 전륜 모듈(100)과 후륜 모듈(200)을 연결하도록 차량의 종 축을 따라 구성된다. 상기 종축 모듈(300)은 제3 모터(301)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜의 좌우륜(11, 12) 및 후륜의 좌우륜(21, 22)이 각각 내측 조향하도록 구성된다. 구체적으로, 상기 종축 모듈(300)은 제3 모터(301)의 회전 동력을 통해 상기 전륜 모듈(100)과 후륜 모듈(200)이 부분적으로 종축을 따라 이동하여 결국 상기 차량의 전륜 및 후륜을 내측 조향하도록 구성된다.
제3 모터(301)는 전륜과 후륜이 내측 조향하기 위한 모터로 동작한다. 전륜의 내측 조향은 전륜의 좌/우륜(11, 12) 각각의 전방이 내측을 향해 좁아지고 후방이 외측을 향해 넓어지도록 조향되는 것이다. 후륜의 내측 조향은 전륜의 내측 조향과 대칭되어 조향되는 것으로서 후륜의 좌/우륜(21, 22) 각각의 전방이 외측을 향해 넓어지고 후방이 내측을 향해 좁아지도록 조향되는 것이다.
본 출원의 다양한 실시 예들에서, 종축 모듈(300)은 제3 모터(301)가 제1 방향으로 회전하면 전륜 및 후륜이 동시에 내측 조향하도록 구성된다. 구체적으로, 상기 종축 모듈(300)은 회전 동력을 발생시키는 제3 모터(301), 상기 제3 모터(301)의 회전 동력에 따라 볼스크류(331)가 회전하도록 상기 제3 모터(301)와 결합된 상기 볼스크류(331), 상기 볼스크류331가 회전하면 상기 볼스크류(331)가 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 볼스크류(331)와 결합된 볼스크류 케이스(341), 상기 볼스크류(331)의 회전에 따라 볼스크류(332)가 회전하도록 결합된 상기 볼스크류(332), 상기 볼스크류(332)가 회전하면 상기 볼스크류(332)가 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 볼스크류(332)와 결합된 볼스크류 케이스(342)를 포함한다.
볼스크류332의 일 단이 상기 볼스크류(331)의 타 단과 연결된 상기 볼스크류(332), 및 상기 볼스크류(332)의 회전에 따라 상기 랙앤피니언(232)이 후방 또는 전방으로 이동하도록 상기 랙앤피니언(230)에 결합된 볼스크류 케이스(342)를 포함한다.
볼스크류(ball screw, 331, 332)는 나사 축이 회전하면 너트 내부에 있는 볼들이 움직이면서 암나사를 직진으로 이송하도록 구성된 스크류이다. 볼스크류에서는 축 방향의 클리어런스를 작게 유지하기 용이하게 구동 토크 또한 미끄럼 나사의 경우만큼 극단적으로 커지지 않는다. 또한, 마모가 적어서 수명 또한 증가하는 장점이 있다.
볼스크류 케이스(341, 342)는, 볼스크류(331, 332)가 회전하면 해당 볼스크류 케이스(341, 342)가 볼스크류(331, 332)가 연장된 축을 따라 이동하도록 결합된다. 일부 실시 예들에서, 볼스크류 케이스(341, 342)는 볼스크류(331, 332)의 볼너트의 직경을 따라 설치되며 케이스의 길이가 볼너트의 길이 보다 연장되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 볼스크류 케이스(341, 342)는 볼너트를 감싸는 원통형 케이스일 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 볼스크류(331, 332)의 볼너트가 볼스크류 케이스(341, 342)로 활용될 수 있다. 이 경우 상기 볼너트는 도 9에 도시된 것처럼 랙앤피니언(130, 230)이 설치된 부분까지 연장되어 랙앤피니언(130, 230)과 결합되는 길이를 갖도록 구현된다.
상기 볼스크류(331, 332)가 도 9에 도시된 것처럼 전륜 모듈(100)과 후륜 모듈(200) 사이를 연결하여 차량의 종축을 따라 연장된 경우 볼스크류 케이스(341, 342)는 차량의 전방 또는 후방으로 이동할 수 있다.
볼스크류(331)의 일 단은 제3 모터(301)에 연결된다. 상기 볼스크류(331)의 일 단은 제3 모터(301)의 회전에 동기화되어 상기 볼스크류(331)가 회전하도록 연결될 수 있다. 제3 모터(301)이 회전하면 그에 따라 볼스크류(331) 역시 회전한다. 볼스크류(331)가 회전하면 볼스크류 케이스(341) 또한 차량의 전방 또는 후방으로 이동한다.
볼스크류(332)의 일 단은 볼스크류(331)의 타 단에 연결되어, 볼스크류(331)가 회전하면 그에 따라 볼스크류(332) 역시 회전한다. 상기 볼스크류(331, 332)의 회전은 서로 동기화되도록 연결된다. 볼스크류(332)가 회전하면 볼스크류 케이스(342) 또한 차량의 전방 또는 후방으로 이동한다.
본 출원의 다양한 실시 예들에서, 볼스크류 케이스(342)는, 볼스크류(341)와 동기화되어 볼스크류(331)가 회전하여 볼스크류 케이스(341)가 제1 방향으로 이동하면, 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전하도록 상기 볼스크류(341)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 볼스크류(331) 및 볼스크류 케이스(341)는 정방향 볼스크류 및 그 케이스로 구현되고 상기 볼스크류(332) 및 볼스크류 케이스(342)는 역방향 볼스크류 및 그 케이스로 구현될 수 있다.
이러한 결합 관계에서 제3 모터(301)가 제1 회전 방향으로 회전하면 볼스크류(331, 332) 또한 회전한다. 볼스크류(331)가 회전하면 도 9a에 도시된 것처럼 볼스크류 케이스(341)가 차량의 후방 방향으로 이동하여 랙앤피니언(130) 역시 차량의 후방 방향으로 이동한다. 한편, 볼스크류 케이스(342)는 볼스크류 케이스(341)와 반대 방향으로 이동하도록 결합되어 있기 때문에, 볼스크류(331)와 동기화어 볼스크류(332)가 회전하면 도 9a에 도시된 것처럼 볼스크류 케이스(342)는 차량의 전방 방향으로 이동하고 결국 랙앤피니언(230) 역시 차량의 전방 방향으로 이동한다.
한편, 제3 모터(301)가 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하면 볼스크류(331, 332) 또한 도 9a와 반대 방향으로 회전한다. 볼스크류(331)가 도 9a와 반대 방향으로 회전하면, 도 9b에 도시되 ㄴ것처럼 볼스크류 케이스(341)가 차량의 전방 방향으로 이동하여 랙앤피니언(130) 역시 차량의 전방 방향으로 이동한다. 볼스크류 케이스(342)와 볼스크류(341) 간의 결합 구조로 인해, 볼스크류(331)와 동기화되어 볼스크류(332)가 회전하면 도 9b에 도시된 것처럼 볼스크류 케이스(342)는 차량의 후방 방향으로 이동하고 결국 랙앤피니언(230) 역시 차량의 후방 방향으로 이동한다.
볼스크류 케이스(341, 342)는 랙앤피니언(130, 230)과 결합된다. 본 출원의 다양한 실시 예들에서, 상기 볼스크류 케이스(341, 342)는 랙앤피니언(130, 230)과 직교하도록 결합될 수 있다. 랙앤피니언(130, 230)은 볼스크류(331, 332)의 축 방향을 따라 수평 상태로 이동한다.
상기 볼스크류 케이스(341)는 상기 볼스크류(331)의 회전에 따라 랙앤피니언(130)이 상기 차량의 전방 또는 후방으로 이동하도록 상기 랙앤피니언(130)과 결합된다. 상기 볼스크류 케이스(342)는 상기 볼스크류(332)의 회전에 따라 랙앤피니언(230)이 상기 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 랙앤피니언(230)과 결합된다.
랙앤피니언(130, 230)의 양단에 결합된 조인트(141, 142)로 인해, 랙앤피니언(130, 230)는 볼스크류 케이스(341, 342)의 이동에 응답하여 볼스크류(331, 332)가 연장된 축을 따라 이동한다.
즉, 제3 모터(301)가 제1 회전 방향으로 회전하면 도 9a에 도시된 것처럼 볼스크류 케이스(341, 342) 및 랙앤피니언(130, 230)이 차량의 중심부로 이동하고 제3 모터(301)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하면 도 9b에 도시된 것처럼 다시 차량의 전방, 후방으로 이동한다.
차량의 전/후륜이 도 1과 같이 조향 각도가 0°로 정렬되어 있는 상태에서 프론트 링크(151, 152)와 랙앤피니언(130)은 서로 나란히 배열된다.
제3 모터(301)가 회전하면 조인트(141, 142)에 의해 상기 랙앤피니언(130)이 쉽게 이동한다. 상기 랙앤피니언(130)이 차량의 후방을 향해 수평 상태로 이동하면, 상기 전륜 모듈(100)에서 상기 랙앤피니언(130)에 연결된 프론트 링크(151, 152)의 일 단이 상기 조인트(141, 142)를 기준으로 선회하여 또한 이동한다. 조인트(161, 162)는 랙앤피니언(130)의 좌측 또는 우측 방향의 조향 제어력이 가해지지 않을 경우 상기 베이스 프레임(171, 172)이 선회하지 않도록 상기 베이스 프레임(171, 172)과 프론트 링크(151, 152)를 연결하기 때문에, 제3 모터(301)가 회전에 따라서 프론트 링크(151, 152)가 이동하여도 상기 베이스 프레임(171, 172)은 조인트(161, 162)를 기준으로 선회하지 않고 베이스 프레임(171, 172)과 프론트 링크(151, 152) 간의 각도가 고정된다. 즉, 제3 모터(301)의 회전에 따라서 랙앤피니언(130)이 이동할 때 베이스 프레임(171, 172)과 프론트 링크(151, 152) 간의 각도는 고정된 상태로 변하지 않을 수 있다. 그 결과, 프론트 링크(151, 152)의 일 단이 베이스 프레임(171, 172)에 연결된 프론트 링크(151, 152)의 타 단 보다 상대적으로 더 많이 차량의 후방을 향해 이동하여, 도 9a에 도시된 것처럼 프론트 링크(151, 152)는 차량의 평면 상에서 대각선으로 배열된다.
마찬가지로, 제3 모터(301)가 회전하면 조인트(241, 242)에 의해 상기 랙앤피니언(230)이 쉽게 이동한다. 상기 랙앤피니언(230)이 차량의 전방을 향해 수평 상태로 이동하면, 상기 후륜 모듈(200)에서 상기 조인트(241, 242)를 기준으로 선회하여 상기 랙앤피니언(230)에 연결된 리어 링크(251, 252)의 일 단 또한 이동한다. 조인트(261, 262)는 랙앤피니언(230)의 좌측 또는 우측 방향의 조향 제어력이 가해지지 않을 경우 상기 베이스 프레임(271, 272)이 선회하지 않도록 상기 베이스 프레임(271, 272)과 리어 링크(251, 252)를 연결하기 때문에, 제3 모터(301)가 회전에 따라서 리어 링크(251, 252)가 이동하여도 상기 베이스 프레임(271, 272)은 조인트(261, 262)를 기준으로 선회하지 않고 베이스 프레임(271, 272)과 리어 링크(251, 252) 간의 각도가 고정된다. 즉, 제3 모터(301)의 회전에 따라서 랙앤피니언(230)이 이동할 때 베이스 프레임(271, 272)과 리어 링크(251, 252) 간의 각도는 고정된 상태로 변하지 않을 수 있다. 그 결과, 리어 링크(251, 252)의 일 단이 베이스 프레임(271, 272)에 연결된 리어 링크(251, 252)의 타 단 보다 상대적으로 더 많이 차량의 후방을 향해 이동하여, 도 9a에 도시된 것처럼 리어 링크(251, 252)는 차량의 평면 상에서 대각선으로 배열된다. 이 때 리어 링크(251, 252)와 프론트 링크(151, 152)은 서로 대칭인 대각선 배열로 이동한다.
한편, 제3 모터(301)가 도 9a의 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하면, 도 9a의 평면 구조로 변경되었던 랙앤피니언(130, 230), 링크(151, 152, 251, 252)의 결합 관계가 도 9와 같이 다시 나란히 배열된다.
상기 제어기(400)는 제3 모터(301)의 회전 동력을 이용하여 상기 조향 시스템1이 설치된 차량이 소위 제로 턴(zero-turn)으로 지칭되는, 제자리 선회 동작을 수행하게 할 수 있다.
도 10은, 도 9의 제어 동작에 따라서 180° 제자리 선회(zero-turn)하는 상황을 설명하고, 도 11은, 도 9의 제어 동작에 따라서 90°도 제자리 선회하는 상황을 설명한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제어기(400)는 상기 제3 모터(301)가 제1 회전 방향으로 회전하게 하는 제3-1 제어 명령을 상기 제3 모터(301)로 전송할 수 있다. 그러면, 상기 제3 모터(301)가 제1 회전 방향으로 회전하여 볼스크류(331, 332)를 통해 도 9a에 도시된 것처럼 프론트 링크(151, 152)와 리어 링크(251, 252)가 서로 대칭인 대각선 상태로 배열 구조가 변경된다.
이어서, 상기 제어기(400)는 도 9a의 평면 구조로 배열 구조가 변경된 상태에서 전륜의 인휠모터(110, 120) 및/또는 후륜의 인휠모터(210, 220)가 전진 주행하게 하는 전진 제어 명령 또는 후진 주행하게 하는 후진 제어 명령을 전송한다. 상기 전진 제어 명령 또는 후진 제어 명령이 지속되는 동안 구동모터가 동작하여 상기 전/후륜은 전진 또는 후진 회전할 수 있다.
도 10에 도시된 것처럼 상기 차량이 180°만큼 제자리 선회하면 상기 제어기(400)는 전진 제어 명령 또는 후진 제어 명령의 전송을 중지하여 상기 차량을 정지시킬 수 있다. 이러한 180° 제자리 선회 동작은 엘리베이터와 같이 출입구는 하나면서 좁은 공간에서 상기 차량이 주변과 충돌하지 않고 주행 거리를 최소화하면서 다음 주행을 가능한 상태로 만들 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 것처럼 상기 차량이 90°만큼 제자리 선회하면 상기 제어기(400)는 전진 제어 명령 또는 후진 제어 명령의 전송을 중지하여 상기 차량을 정지시키고, 상기 제3 모터(301)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 하는 제3-2 제어 명령을 상기 제3 모터(301)로 전송하여, 서로 대각선 상태로 배열된 프론트 링크(151, 152) 및 리어 링크(251, 252)를 랙앤피니언(130, 230)과 나란한 상태로 배열할 수 있다. 이러한 90° 제자리 선회 동작은 직각 경로와 같이 도 4 또는 도 6의 회전 동작이 가능하지 않은 좁은 너비의 경로에서 상기 차량이 주변과 충돌하지 않고 주행 거리를 최소화하면서 다음 주행을 가능한 상태로 만들 수 있다.
본 출원의 실시 예들은 다양하게 변경될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 조향 시스템(10)은 상기 제1 모터(101)가 랙앤피니언(130) 보다 차량의 중심에 멀게 설치되는 것 및/또는 상기 제2 모터(201)가 랙앤피니언(230) 보다 차량의 중심에 멀게 설치되도록 변경될 수 있다.
그러면, 상기 제어기(400)는 도 2, 3, 5, 7의 조향 동작을 위한 제어 명령을 모터(101, 201)로 공급할 수 있다. 이 경우, 제어 명령의 조합 역시 변경된다. 예를 들어, 좌회전을 위해 상기 제1-1 제어 명령 및 제2-1 제어 명령이 공급될 수 있다. 우회전을 위해 상기 제1-2 제어 명령 및 제2-2 제어 명령이 공급될 수 있다.
또한, 상기 조향 시스템(10)은 제3 모터(301)가 상기 차량의 후방에 위치하여 볼스크류(341)와 연결되어 설치되도록 변경될 수 있다. 그러면, 상기 제어기(400)는 도 9의 조향 동작을 위한 변경된 제어 명령을 모터(301)로 공급할 수 있다.
상기 조향 시스템(10)이 다른 구성요소를 포함할 수도 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 상기 조향 시스템(10)은 데이터 엔트리를 위한 입력 장치, 및 인쇄 또는 다른 데이터 표시를 위한 출력 장치를 포함하는, 본 명세서에 서술된 동작에 필요한 다른 하드웨어 요소를 포함할 수도 있다.
본 출원의 다른 일 측면에 따르면 다양한 주행 환경에서 효율적으로 차량이 주행하기 위한 차량의 조향 방법을 제공할 수 있다. 상기 조향 방법은 조향 시스템(10)에 의해 수행될 수 있다. 상기 조향 제어 방법은 조향 시스템(10)에 연동된 자율주행 프로그램에 따른 연산 결과를 이용할 수 있다.
도 12는, 본 출원의 다른 일 측면에 따른, 조향 방법의 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 상기 조향 방법은, 인식기기에 의해 주행 경로의 주변의 객체를 검출하여 해당 주행 경로를 지날 때 차량에게 요구되는 예상 곡률 반경을 산출하는 단계(S1210); 산출된 차량의 예상 곡률 반경이 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 작은지 판단하는 단계(S1220); 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작지 않은 경우, 상기 객체를 통과한 이후의 주행 경로의 방향이 상기 객체를 통과하기 이전의 주행 경로의 방향과 평행한지 판단하는 단계(S1221); 상기 객체를 통과한 이후의 주행 경로의 방향이 상기 객체를 통과하기 이전의 주행 경로의 방향과 평행하지 않은 경우, 상기 제어기(400)에 의해, 상기 차량이 전륜으로 회전하기 위해 전륜 모듈(100)의 조향 동작을 제어하는 단계(S1222); 및 상기 객체를 통과한 이후의 주행 경로의 방향이 상기 객체를 통과하기 이전의 주행 경로의 방향과 평행한 경우, 상기 제어기(400)에 의해, 상기 차량이 대각선 주행하기 위해 전륜 모듈(100) 및 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어하는 단계(S1223)를 포함한다.
객체는 벽, 또는 장애물과 같이 주행 경로를 주행할 때 차량과 충돌 가능한 것이다.
상기 단계(S1210)에서 상기 제어기(400) 또는 상기 제어기(400)와 연동된 자율주행 프로그램은 객체를 검출하면서 객체의 너비 및 위치를 인식할 수 있다. 상기 제어기(400)는 자체 인식한 결과 또는 자율주행 프로그램으로부터 제공 받은 인식 결과 및 미리 저장된 차량의 가로 길이(차폭), 세로 길이에 기초하여 해당 주행 경로를 지날 때 요구되는 예상 곡률 반경을 산출할 수 있다.
상기 제어기(400)는 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 의해 랙앤피니언(130)이 최대로 제어되었을 때 상기 객체에 근접한 차량의 위치를 기준으로 조향 가능한 곡률 반경을 제1 최소 곡률 반경으로 산출한다.
상기 제어기(400)는 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작지 않은 경우 전륜 조향으로 주행해도 객체와 충돌하지 않는 것으로 판단한다. 즉, 객체 주변의 자율주행 경로는 전륜 조향으로 주행하는 경로이다. 상기 제어기(400)는 전륜 조향에 따른 주행이 가능하도록 차량의 전륜 모듈(100)을 제어하여, 객체와 충돌하지 않고 주변을 주행하도록 차량을 제어한다(S1221, S1222).
일부 실시 예들에서, 상기 제어기(400)는 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작지 않은 경우 전륜 모듈(100)을 제외한 나머지 모듈(200, 300)의 동작을 잠금 처리할 수 있다(S1222). 이 때 후륜 모듈(200)의 모터(201), 랙앤피니언(230)은 잠금되어 조향동작하지 않고, 종축 모듈(300)의 모터(301), 볼스크류(331, 332) 역시 잠금되어 구동하지 않는다. 상기 제어기(400)는 전륜 주행으로만 차량이 주행해도 충돌이 발생하지 않을 경우에는 불필요한 구성요소의 구동을 방지하여 구성요소의 수명을 증가시킨다.
한편, 상기 객체를 통과한 이후의 주행 경로의 방향이 상기 객체를 통과하기 이전의 주행 경로의 방향과 평행한 경우의 주행 경로는 객체를 회피할 때만 직선 주행하지 않는, 실질적인 직선 주행 경로일 수 있다. 이러한 직선 주행 경로에서는 속도 저하가 최소화되는 것이 전력 소모에 효율적이다.
고속 주행 상황에서도 안정적으로 장애물 회피를 가능하게 하기 위해, 선회가 불필요하면서 장애물 충돌 가능성이 낮은 경우 대각선 주행으로 신속하게 객체를 통과할 수 있다. 이러한 대각선 주행을 위한 제어 동작은 도 7 및 도 8을 참조하여 전술하였는 바, 자세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 조향 방법은, 산출된 차량의 예상 곡률 반경이 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 작은지 판단하는 단계(S1230); 및 상기 산출된 차량의 예상 곡률 반경이 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 작고 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 작지 않은 경우 상기 제어기(400)에 의해 전륜 모듈(100)의 조향 동작 및 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어하는 단계(S1231)를 포함한다. 도 6에 도시된 것처럼 제2 최소 곡률 반경(R2)은 제1 최소 곡률 반경(R1) 보다 작다.
상기 제어기(400)는 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 의해 랙앤피니언(130)이 최대로 제어되었을 때 그리고 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 의해 랙앤피니언(230)이 최대로 제어되었을 때 조향 가능한 곡률 반경을 제2 최소 곡률 반경으로 산출한다.
상기 제어기(400)는 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작으면서 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작지 않으면, 전륜 조향만으로 주행 시에 객체와 충돌할 위험이 있다고 판단한다. 즉, 객체 주변의 자율주행 경로는 4륜 조향으로 주행하는 경로이다. 제어기(400)는 4륜 조향에 따른 주행이 가능하도록 차량의 전륜 모듈(100) 및 후륜 모듈(200)을 제어하여, 상기 제1 최소 곡률 반경 보다 더 큰 선회 반경으로 회전해 객체와 충돌하지 않고 주변을 주행하도록 차량을 제어한다(S1231).
일부 실시 예들에서, 상기 제어기(400)는 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작으면서 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작지 않으면 4륜 조향을 위한 모듈(100, 200)을 제외한 나머지 모듈(300)의 동작을 잠금 처리할 수 있다. 이 때 종축 모듈(300)의 모터(301), 볼스크류(331, 332) 역시 잠금되어 구동하지 않는다. 상기 제어기(400)는 4륜 조향으로만 차량이 주행해도 충돌이 발생하지 않을 경우에는 불필요한 구성요소의 구동을 방지하여 구성요소의 수명을 증가시킨다.
또한, 상기 조향 방법은, 상기 단계(S1230) 이후에 상기 산출된 차량의 예상 곡률 반경이 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 작은 경우 상기 제어기(400)는 상기 객체를 통과하기 이전에 상기 객체에 근접한 위치에서 제자리 선회를 하도록 차량의 전륜 모듈(100), 후륜 모듈(200), 및 종축 모듈(300)을 제어하는 단계(S1233)를 포함한다.
상기 제어기(400)는 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작으면, 4륜 조향만으로 주행 시에 객체와 충돌할 위험이 있다고 판단한다. 즉, 객체 주변의 자율주행 경로는 4륜 조향으로 주행할 수 없는 경로이다.
상기 제어기(400)는 도 10과 같이 상기 객체를 통과하기 이전에 상기 객체에 근접한 위치에서 제자리 선회하여 주행을 이어나갈 수 있다. 이러한 제자리 선회를 위한 제어 동작은 도 9 및 도 10을 참조하여 전술하였는 바, 자세한 설명은 생략한다.
이러한 조향 시스템(10)이 자율주행 프로그램과 연동된 경우, 상기 조향 시스템(10)은 주행로봇과 같은 차량에 설치된 카메라, 라이다 등의 센서로 도로 환경이 인지되어 주행 경로가 생성된 경우, 현재 조향 모드에서의 최소 회전 반경과 로봇 폭을 고려한 차량 동역학 모델을 기초하여 주행 및 회피가 가능한지 실시간으로 판단하고, 판단 결과를 모터 드라이브에 전달하여 모터의 각도, 및 속도를 제어하여 능동적으로 제어할 수 있다.
상기 조향 시스템(10)은 실내외 자율주행 환경은 보도, 빌딩 내, 엘리베이터, 좁은 골목길 등 다양한 환경에 유연하게 주행하여 목적지에 도착하는 것이 중요하기 때문에 그 상황에 즉각적으로 대응 가능한 매커니즘이 필요한 니즈를 충족할 수 있다. 상기 조향 시스템(10)은 특히, 엘리베이터 진입과 같이 좁은 문을 지날 때, 선회 운동이 아닌 수평, 수직 방향을 맞춘 후 주행할 수 있어 보다 안정적이게 좁은 문을 통과 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 조향 시스템(10)에 의해 수행되는 상기 조향 제어 방법에 따르면 주행 환경에 적합한 조향 동작을 선택적으로 허용하여, 충돌 없는 주행 결과를 달성하는데 불필요한 구성요소의 구동을 최소화함으로써 조향 시스템(10)의 수명을 증가시킬 수 있다.
하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시 예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 본 발명의 프로세서에 구비될 수 있다.
한편, 상술한 발명은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함한다.
이상에서 설명된 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다. 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명이 본 발명의 기술적 사상 및 본질적인 특징을 벗어나지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있음은 본 발명이 속한 분야 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 상기 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 모든 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석 및 본 발명의 균등한 범위 내 가능한 모든 변화에 의하여 결정되어야 한다.

Claims (13)

  1. 전륜과 후륜을 갖는 차량에 설치되는 조향 시스템에 있어서,
    제1 모터(101)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜을 조향하도록 구성된 전륜 모듈(100),
    제2 모터(201)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 후륜을 조향하도록 구성된 후륜 모듈(200),
    상기 전륜 모듈(100)과 상기 후륜 모듈(200)을 연결하고 제3 모터(300)의 회전 동력을 통해 상기 차량의 전륜의 좌우륜 및 후륜의 좌우륜이 각각 내측 조향하도록 구성된 종축 모듈(300), 및
    제1 내지 제3 모터 및 상기 전륜과 후륜 중 적어도 하나의 차륜에 회전 동력을 제공하는 구동 모터를 제어하는 제어기(400)를 포함하는,
    조향 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전륜 모듈(100)은,
    상기 전륜의 좌륜(11)과 우륜(12) 사이에 설치되고, 상기 전륜을 조향하기 위해 상기 제1 모터(101)의 회전 동력에 의해 좌측 또는 우측으로 이동하는 랙(131)을 가지는 랙앤피니언(130),
    상기 랙앤피니언(130)의 양단과 조인트(141, 142)를 통해 프론트 링크(151, 152)의 일 단과 연결된 상기 프론트 링크(151, 152),
    상기 프론트 링크(151, 152)의 타 단과 조인트(161, 162)를 통해 연결되는, 상기 전륜의 좌륜(11)과 우륜(12)을 지지하는 베이스 프레임(171, 172)을 포함하고,
    상기 후륜 모듈(200)은,
    상기 후륜의 좌륜(21)과 우륜(22) 사이에 설치되고 상기 후륜을 조향하기 위해 상기 제2 모터(201)의 회전 동력에 의해 좌측 또는 우측으로 이동하는 랙(231)을 가지는 랙앤피니언(230),
    상기 랙앤피니언(230)의 양단과 조인트(241, 242)를 통해 리어 링크(251, 252)의 일 단과 연결된 상기 리어 링크(251, 252),
    상기 리어 링크(251, 252)의 타 단과 조인트(261, 262)를 통해 연결되는, 상기 후륜의 좌륜(21)과 우륜(22)을 지지하는 베이스 프레임(271, 272)을 포함하고,
    상기 조인트(161, 162)는 상기 랙(131)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하여 발생하는 조향 제어력이 가해지면 결합 축을 기준으로 선회하도록 상기 프론트 링크(151, 152)와 베이스 프레임(171, 172)과 결합되고,
    상기 조인트(261, 262)는 상기 랙(231)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하여 발생하는 조향 제어력이 가해지면 결합 축을 기준으로 선회하도록 상기 리어 링크(251, 252)와 베이스 프레임(271, 272)과 결합되는 것을 특징으로 하는,
    조향 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기(400)는, 상기 차량이 좌회전하도록 제어하기 위해,
    상기 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제1-1 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하고, 그리고
    상기 차량이 우회전하도록 제어하기 위해, 상기 제1 모터(101)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제1-2 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    조향 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기(400)는, 상기 차량의 좌회전 반경이 전륜만을 조향하거나 후륜만을 조향하는 경우 보다 감소하도록,
    상기 제2 모터(201)가 상기 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(231)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제2-2 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하고, 그리고
    상기 차량의 우회전 반경이 전륜만을 조향하거나 후륜만을 조향하는 경우 보다 감소하도록,
    상기 제2 모터(201)가 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(231)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제2-1 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는,
    조향 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어기(400)는, 상기 차량이 좌측 대각선 방향으로 주행하도록 하기 위해,
    상기 제1 모터(101)가 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제1-1 제어 명령을 상기 제1 모터(101)에 공급하고,
    상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제2-2 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하고, 그리고
    상기 차량이 우측 대각선 방향으로 주행하도록 제어하기 위해,
    상기 제1 모터(101)가 상기 제2 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 우측 방향으로 이동하게 하는 제1-2 제어 명령을 상기 제1 모터에 공급하고,
    상기 제2 모터(201)가 상기 제1 회전 방향으로 회전하여 상기 랙(131)이 좌측 방향으로 이동하게 하는 제2-1 제어 명령을 상기 제2 모터(201)에 공급하도록 구성되며,
    상기 제1-1 제어 명령에 따른 조향 각도와 상기 제2-2 제어 명령에 따른 조향 각도는 서로 평행하고,
    상기 제1-2 제어 명령에 따른 조향 각도와 상기 제2-1 제어 명령에 따른 조향 각도는 서로 평행한 것을 특징으로 하는,
    조향 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 조인트(141, 142)는 상기 랙(131)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하면 결합 축을 기준으로 선회하지 않고 상기 랙(131)의 움직임에 따른 조향 제어력을 상기 프론트 링크(151, 152)를 통해 상기 베이스 프레임(171, 172)로 전달하도록 상기 랙앤피니언(130)과 프론트 링크(151, 152)와 결합되고
    상기 조인트(241, 242)는 상기 랙(231)이 좌측 또는 우측 방향으로 이동하면 결합 축을 기준으로 선회하지 않고 랙(231)의 움직임에 따른 조향 제어력을 리어 링크(251, 252)를 통해 베이스 프레임(271, 272)로 전달하도록 상기 랙앤피니언(230)과 리어 링크(251, 252)와 결합되는 것을 특징으로 하는,
    조향 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 종축 모듈(300)은,
    상기 제3 모터(301)의 회전 동력에 따라 볼스크류(331)가 회전하도록 상기 제3 모터(301)와 결합된 상기 볼스크류(331),
    상기 볼스크류(331)가 회전하면 상기 볼스크류(331)가 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 볼스크류(331)와 결합된 볼스크류 케이스(341) - 상기 볼스크류 케이스(341)는 상기 볼스크류(331)의 회전에 따라 랙앤피니언(130)이 상기 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 랙앤피니언(130)과 결합됨,
    상기 볼스크류(331)의 회전에 따라 볼스크류(332)가 회전하도록 결합된 상기 볼스크류(332),
    상기 볼스크류(332)가 회전하면 상기 볼스크류(332)가 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 볼스크류(332)와 결합된 볼스크류 케이스(342) - 상기 볼스크류 케이스(342)는 상기 볼스크류(332)의 회전에 따라 랙앤피니언(230)이 상기 연장된 축을 따라 이동하도록 상기 랙앤피니언(230)과 결합됨 - 를 포함하는,
    조향 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 랙앤피니언(130, 230)은 상기 볼스크류(331, 332)의 연장 축과 직교 상태로 결합되고,
    상기 제3 모터(301)가 제1 회전 방향으로 회전하면,
    상기 전륜 모듈(100)에서 상기 베이스 프레임(171, 172)은 조인트(161, 162)를 기준으로 선회하지 않고 베이스 프레임(171, 172)과 프론트 링크(151, 152) 간의 각도가 고정되고 상기 랙앤피니언(130)에 연결된 프론트 링크(151, 152)의 일 단이 상기 조인트(141, 142)를 기준으로 선회하여 이동함으로써, 상기 프론트 링크(151, 152)가 상기 차량의 평면 상에서 대각선으로 배열되고,
    상기 후륜 모듈(200)에서 상기 베이스 프레임(271, 272)은 조인트(261, 262)를 기준으로 선회하지 않고 베이스 프레임(271, 272)과 리어 링크(251, 252) 간의 각도가 고정되고 상기 랙앤피니언(230)에 연결된 리어 링크(251, 252)의 일 단이 상기 조인트(241, 242)를 기준으로 선회하여 이동함으로써, 상기 리어 링크(251, 252)가 상기 차량의 평면 상에서 상기 프론트 링크(151, 152)와 대칭으로 대각선으로 배열되는 것을 특징으로 하는,
    조향 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어기(400)는, 상기 차량이 제자리 선회하도록 제어하기 위해,
    상기 제3 모터(301)가 제1 회전 방향으로 회전하게 하는 제3-1 제어 명령을 상기 제3 모터(301)로 전송하고,
    상기 프론트 링크(151, 152) 및 리어 링크(251, 252)의 배열 구조가 서로 대각선으로 배열된 상태에서 상기 구동 모터로 전진 제어 명령 또는 후진 제어 명령을 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    조향 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어기(400)는,
    상기 차량이 90°만큼 제자리 선회하면 상기 전진 제어 명령 또는 후진 제어 명령의 전송을 중지하여 상기 차량을 정지시키고, 그리고
    서로 대각선 상태로 배열된 프론트 링크(151, 152) 및 리어 링크(251, 252)를 랙앤피니언(130, 230)과 나란한 상태로 배열하기 위해 상기 제3 모터(301)가 상기 제1 회전 방향의 반대 방향인 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 하는 제3-2 제어 명령을 상기 제3 모터(301)로 전송하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는,
    조향 시스템.
  11. 청구항 제1항 내지 청구항 제10항 중 어느 하나의 청구항에 따른 조향 시스템이 설치된 자율주행 차량에 있어서,
    상기 전륜 및 후륜 중 적어도 하나의 좌우륜에 설치되는 적어도 한 쌍의 인휠모터(110, 120, 210, 220)를 포함하고, 베이스 프레임(171, 172, 271, 272)은 상기 인휠모터(110, 120, 210, 220)에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    자율주행 차량.
  12. 청구항 제1항 내지 청구항 제10항 중 어느 하나의 청구항에 따른 조향 시스템에 의해 수행되는 조향 방법에 있어서,
    인식기기에 의해 주행 경로의 주변의 객체를 검출하여 해당 주행 경로를 지날 때 차량에게 요구되는 예상 곡률 반경을 산출하는 단계(S1210);
    산출된 차량의 예상 곡률 반경이 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 작은지 판단하는 단계(S1220);
    전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 예상 곡률 반경이 작지 않은 경우, 상기 객체를 통과한 이후의 주행 경로의 방향이 상기 객체를 통과하기 이전의 주행 경로의 방향과 평행한지 판단하는 단계(S1221);
    상기 객체를 통과한 이후의 주행 경로의 방향이 상기 객체를 통과하기 이전의 주행 경로의 방향과 평행하지 않은 경우, 상기 제어기(400)에 의해, 상기 차량이 전륜으로 회전하기 위해 전륜 모듈(100)의 조향 동작을 제어하는 단계(S1222); 및
    상기 객체를 통과한 이후의 주행 경로의 방향이 상기 객체를 통과하기 이전의 주행 경로의 방향과 평행한 경우, 상기 제어기(400)에 의해, 상기 차량이 대각선 주행하기 위해 전륜 모듈(100) 및 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어하는 단계(S1223)를 포함하는,
    조향 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 조향 방법은,
    산출된 차량의 예상 곡률 반경이 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 작은지 판단하는 단계(S1230);
    상기 산출된 차량의 예상 곡률 반경이 전륜 모듈(100)의 조향 동작에 따른 제1 최소 곡률 반경 보다 작고 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 작지 않은 경우 상기 제어기(400)에 의해 전륜 모듈(100)의 조향 동작 및 후륜 모듈(200)의 조향 동작을 제어하는 단계(S1231); 및
    상기 단계(S1230) 이후에 상기 산출된 차량의 예상 곡률 반경이 후륜 모듈(200)의 조향 동작에 따른 제2 최소 곡률 반경 보다 작은 경우 상기 제어기(400)는 상기 객체를 통과하기 이전에 상기 객체에 근접한 위치에서 제자리 선회를 하도록 차량의 전륜 모듈(100), 후륜 모듈(200), 및 종축 모듈(300)을 제어하는 단계(S1233)를 더 포함하고,
    상기 제2 최소 곡률 반경은 상기 제1 최소 곡률 반경 보다 작은 것을 특징으로 하는,
    조향 방법.
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