KR102551863B1 - 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터는, 운전자에 의해 수동 조작이 가능토록 주행장치와 결합한 조작부와, 자율주행신호에 따라 동력을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부의 동력을 상기 조작부에 전달하여 상기 조작부를 자동 조작하는 동력전달부를 포함하고, 상기 동력전달부는 상기 구동부와 연결된 입력부와, 상기 조작부와 연결되고 상기 입력부에 대해 상기 조작부의 스트로크에 대응하여 상대 움직임 가능하도록 상기 입력부와 결합한 출력부를 포함한다.

Description

수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터{Actuator for automatic driving system handling a driver}
본 발명은 변속기, 자율주행신호에 따라 브레이크 등 주행장치를 조작하는 자율주행시스템용 액추에이터에 관한 것이다.
자율주행시스템은 운전자가 핸들과 변속레버, 가속페달, 브레이크 등을 조작하지 않아도 위성항법시스템(GPS) 등 각종 센서로 주행상황을 시스템적으로 파악해 스스로 주행할 수 있게 한다.
자율주행시스템은 초기단계로서 골프카, 자전거, 농업용 기계 등에 자동브레이크, 자동속도조절 등 운전 보조기능으로서 많이 적용되고 있으며, 나아가 운전자의 제어가 불필요한 고도 자율주행을 목표로 나날이 발전하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1378148호(등록일자 2014년03월17일)에는 '농업용 트랙터의 자율주행 제어 시스템'이 개시되어 있다. 이 선행특허를 살펴보면, 변속 액추에이터와, 가속 액추에이터와, 휠엔코더와, 컨트롤패널과, 데이터저장부와, 제어부에 의해 농업용 트랙터의 자율주행을 도모하고 있다.
그러나 선행특허의 경우, 액추에이터에 의해서만 주행이 가능하고, 운전자가 직접 변속레버나 가속페달, 브레이크페달 등을 수동 조작할 수 있는 방법이 없으며, 운전자의 수동 조작력은 액추에이터의 작동력과 반대로 작용하여 액추에이터를 손상시킬 수 있는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1378148호(등록일자 2014년03월17일)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 운전자가 직접 주행장치를 수동 조작할 수 있는 운전자의 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터는, 운전자에 의해 수동 조작이 가능토록 주행장치와 결합한 조작부와, 자율주행신호에 따라 동력을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부의 동력을 상기 조작부에 전달하여 상기 조작부를 자동 조작하는 동력전달부를 포함한다. 상기 동력전달부는, 상기 구동부와 연결된 입력부와, 상기 조작부와 연결되고 상기 입력부에 대해 상기 조작부의 스트로크에 대응하여 상대 움직임 가능하도록 상기 입력부와 결합한 출력부를 포함한다.
상기 입력부는 상기 구동부에 의해 회전하는 구동휠와, 상기 구동휠에 배치되고 상기 출력부를 향해 돌출된 커넥터핀을 포함할 수 있다. 상기 출력부는 상기 구동휠의 일면에 상대 회전 가능토록 적층되고 상기 커넥터핀이 삽입되는 유격홀이 형성된 종동휠과, 일측이 상기 종동휠과 결합하고 타측이 상기 조작부와 결합한 커넥팅 로드를 포함하고 상기 종동휠의 유격홀은 상기 조작부의 스트로크에 대응하여 소정 거리 형성될 수 있다.
또는 상기 입력부는 상기 구동부에 의해 회전하고 일측에 유격홀이 형성된 구동휠을 포함할 수 있다. 상기 출력부는 상기 구동휠의 일면에 상대 회전 가능토록 적층된 종동휠과, 상기 종동휠의 일측에 결합하고 상기 구동휠의 유격홀에 삽입되는 커넥터핀과, 일측이 상기 커넥터핀과 결합하고 타측이 상기 조작부와 결합한 커넥팅 로드를 포함할 수 있다. 상기 구동휠의 유격홀은 상기 조작부의 스트로크에 대응하여 소정 거리 형성될 수 있다.
본 발명은 변속레버, 페달 등의 조작부를 통해 운전자의 수동조작이 가능하고, 이때 동력전달부에 조작부의 스트로크에 대응하는 유격홀을 형성하여 운전자가 직접 수동으로 조작부를 조작하더라도 운전자의 수동조작력이 구동부로 전달되지 않아, 운전자가 직접 수동 조작할 수 있다.
또한 본 발명은 클러치나 스위치 등 자동/수동조작을 전환하기 위한 별도의 복잡한 구성이 불필요하고, 수동조작 전환을 위한 단계없이 바로 운전자가 조작부를 수동조작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 동력전달부의 평면도로서, 자동조작과정을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 동력전달부의 평면도로서, 수동조작과정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 동력전달부의 평면도이다.
도 6은 도 5의 'A-A'선에 따른 단면도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터는, 운전자에 의해 수동 조작이 가능토록 주행장치와 결합한 조작부(10)와, 자율주행신호에 따라 동력을 발생시키는 구동부(20)와, 구동부(20)의 동력을 조작부(10)에 전달하여 조작부(10)를 자동 조작하는 동력전달부를 포함한다.
조작부(10)는 주행장치에 따라 레버나 페달 등으로 구성될 수 있다. 즉 도 1 및 도 2는 주행장치 중 변속기를 작동하기 위한 것으로, 조작부(10)는 일반적인 차량에 많이 사용하는 변속레버로서, 힌지점을 기준으로 전후 회동될 수 있다.
구동부(20)는 전기, 유압, 공압 등 다양한 동력원이 사용될 수 있다. 바람직하게는 전기차량에 대응하여 전기를 사용하여 회전력을 발생시키는 모터로 이루어질 수 있다.
동력전달부는 모터의 동력을 조작부(10)에 전달하되, 운전자의 수동조작력이 구동부(20)로 역전달되지 않게 차단기능을 가진다. 즉 동력전달부는 구동부(20)와 연결된 입력부(30)와, 입력부(30)와 결합하고 조작부(10)와 연결된 출력부(40)를 포함하되, 출력부(40)가 입력부(30)해 조작부(10)의 스트로크에 대응하여 상대 움직임 가능토록 이루어진다. 따라서 운전자의 수동조작에 의해 조작부(10)가 조작되고, 조작부(10)와 함께 출력부(40)도 움직이는데, 출력부(40)가 조작부(10)의 스트로크만큼 입력부(30)에 대해 상대 움직임 가능하여, 입력부(30)에 영향을 주지 않는다. 즉 운전자의 수동조작력이 동력전달부를 통해 구동부(20)에 역전달되지 않는다.
입력부(30)는 구동부(20)의 회전력을 전달받아 회전하는 구동휠(32)과, 구동휠(32)에 배치되고 출력부(40)를 향해 돌출된 커넥터핀(34)을 포함할 수 있다. 커넥터핀(34)은 구동휠(32)의 회전중심으로부터 반경방향으로 이격 배치될 수 있다.
출력부(40)는 구동휠(32)의 일면에 상대 회전 가능토록 적층되고 커넥터핀(34)이 삽입되는 유격홀(44)이 형성된 종동휠(42)과, 일측이 상기 종동휠(42)과 결합하고 타측이 상기 조작부(10)와 결합한 커넥팅 로드(46)를 포함할 수 있다. 종동휠(42)은 구동휠(32)과 동축으로 배치될 수 있다. 구동휠(32)과 종동휠(42) 사이에는 종동휠(42)의 상대 회전이 가능토록 베어링 등이 개재될 수 있다.
종동휠(42)의 유격홀(44)은 조작부(10)의 스트로크에 대응하여 소정 거리 형성된다. 예컨대 조작부(10)가 주차 변속단을 기준으로 전후로 전진 변속단, 후진 변속단을 조작할 수 있는 변속레버인 경우, 종동휠(42)의 유격홀(44)은 조작부(10)의 주차 변속단에서 전진 변속단까지의 스트로크 및 조작부(10)의 주차에서 후진 변속단까지의 스트로크를 합한 스트로크에 대응하는 길이로 형성될 수 있다. 종동휠(42)의 유격홀(44)은 구동휠(32) 및 종동휠(42)의 회전에 대응하여 원호 형태로 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터에 대한 작용효과를 상세히 설명하면, 다음과 같다.
자율주행신호에 의해 조작부(10)인 변속레버를 자동 조작시에는 커넥터핀(34)이 유격홀(44)의 중앙에 위치된 상태에서(도 2의 (a)참조), 구동부(20)가 정방향으로 구동하고, 구동휠(32)이 일방향으로 회전하고, 구동휠(32)에 의해 커넥터 핀이 함께 일방향으로 회전한다. 이때 구동 초기에는 커넥터 핀은 유격홀(44)의 중앙에서 유격홀(44)의 가장자리까지 유격홀(44) 내에서 자유 이동하므로 종동휠(42)은 정지 상태로 대기하며(도 2의 (b)참조), 커넥터핀(34)이 유격홀(44)의 가장자리에 도달하면서부터 커넥터핀(34)에 의해 종동휠(42)이 일방향으로 밀리면서 종동휠(42)이 구동휠(32)과 함께 회전한다(도 2의 (c)참조). 종동휠(42)이 일방향으로 회전하면, 커넥팅 로드(46)가 조작부(10)에 대해 당겨지거나 조작부(10)로 밀어지면서 조작부(10)를 전후 조작하고, 따라서 주행장치인 변속기가 변속 작동할 수 있다.
조작부(10)가 자동 조작되고 나면, 구동부(20)가 역방향으로 구동하고, 구동휠(32) 및 커넥터핀(34)이 역행한다. 이때 커넥터핀(34)이 유격홀(44) 내에서 자유 회전하기 때문에 종동휠(42)은 커넥터핀(34)에 의해 회전하지 않고 정지하고 있어 조작부(10)의 변속 조작된 상태가 유지된다(도 2의 (d)참조). 구동부(20)는 커넥터핀(34)이 유격홀(44)의 중앙에 위치될 때까지 역구동할 수 있다.
구동부(20)가 정지된 상태에서(도 3의 (a)참조), 운전자가 조작부(10)를 직접 수동조작하여 바로 주행장치를 작동할 수 있다. 이때 운전자의 수동조작에 의해 커넥팅 로드(46)가 조작부(10) 측으로 당겨지거나 밀어지면서 종동휠(42)을 회전시키는데, 커넥터핀(34)이 유격홀(44)의 중앙에 위치하고 있어서 종동휠(42)이 커넥터핀(34)을 건들지 않고 구동휠(32)에 대하여 상대 회전할 수 있다(도 3의(b)참조). 따라서 운전자의 수동조작력이 동력전달부를 통해 구동부(20)로 전달되지 않고 차단될 수 있다.
한편 자율주행주행시스템은 이러한 운전자의 수동조작에 의한 주행상태변동을 센서나 주행장치 데이터 등을 통해 인식하고, 이를 다음 자율 주행시 반영하여 구동부(20)를 제어한다. 예컨대 수동조작이 완료하면 구동부(20)를 역구동하여 커넥터핀(34)이 유격홀(44)의 중앙에 다시 위치되게 하거나, 수동조작 후 자율주행시 커넥터핀(34)이 유격홀(44)의 가장자리에 위치된 것을 반영하여 자율주행을 위한 자동조작 후 다시 자동조작시와 시간차를 두고 구동부(20)를 구동할 수 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터에 관한 것으로, 동력전달부는 다음과 같이 구동부(120)의 동력을 조작부(110)인 브레이크 페달이 동력을 전달하는 것으로 다음과 같을 수 있다.
즉 입력부(130)는 구동부(120)에 의해 회전하고 일측에 유격홀(134)이 형성된 구동휠(132)을 포함할 수 있다.
출력부(140)는 구동휠(132)의 일면에 상대 회전 가능토록 적층된 종동휠(142)과, 종동휠(142)의 일측에 결합하고 구동휠(132)의 유격홀(134)에 삽입되는 커넥터핀(144)과, 일측이 커넥터핀(144)과 결합하고 타측이 조작부(110)와 결합한 커넥팅 로드(146)를 포함할 수 있다.
구동휠(132)의 유격홀(134)은 조작부(110)의 스트로크에 대응하여 소정 거리 형성될 수 있다.
따라서 구동부(120)가 구동하면, 구동휠(132)이 커넥터핀(144)을 밀면서 정방향 회전하고, 따라서 커넥터핀(144)이 종동휠(142)과 함께 구동휠(132)과 같은 정방향으로 회전하며, 커넥팅 로드(146)가 브레이크 페달인 조작부(110)를 당기거나 조작부(110)로 밀어지면서 조작부(110)를 조작할 수 있다. 조작부(110)는 일반적인 브레이크 페달과 같이 조작부(110)에 직접 구성된 탄성체에 의해 복귀할 수도 있고, 이에 따라 종동휠(142) 및 커넥터핀(144)이 역방향으로 회전하며, 구동부(120)는 역구동하여 구동휠(132)을 조작부110) 복귀와 대응하여 역방향 회전시켜 구동휠(132)과 종동휠(142)의 충돌을 방지할 수 있다.
구동부(120) 정지상태에서, 운전자가 조작부(110)인 브레이크 페달을 밟으면, 브레이크가 작동된다. 이때 커넥팅 로드(146)를 통해 종동휠(142) 및 커넥터핀(144)이 정방향으로 회전하는데, 커넥터핀(144)이 유격홀(134) 내에서 조작부(110)의 스트로크만큼 상대 회전 가능하여, 구동휠(132)의 정지상태가 유지될 수 있다. 즉 수동조작력이 구동부(120)로 역전달되지 않는다. 운전자가 조작부(110)인 브레이크 페달을 놓으면, 조작부(110)의 탄성체에 의해 종동휠(142) 및 커넥터핀(144)이 역방향으로 회전하고, 이때도 커넥터핀(144)이 유격홀(134) 내에서 조작부(110)의 스트로크만큼 상대 회전할 수 있어 구동부(120)로의 역전달이 방지될 수 있다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10,110; 조작부 20,120; 구동부
30,130; 입력부 32,132; 구동휠
34,144; 커넥터핀 40,140; 출력부
42,142; 종동휠 44,134; 유격홀
46,146; 커넥팅 로드

Claims (3)

  1. 운전자에 의해 수동 조작이 가능토록 주행장치와 결합한 조작부;
    자율주행신호에 따라 동력을 발생시키는 구동부; 및
    상기 구동부의 동력을 상기 조작부에 전달하여 상기 조작부를 자동 조작하는 동력전달부를 포함하고,
    상기 동력전달부는,
    상기 구동부와 연결된 입력부; 및
    상기 조작부와 연결되고, 상기 입력부에 대해 상기 조작부의 스트로크에 대응하여 상대 움직임 가능하도록 상기 입력부와 결합한 출력부를 포함하고,
    상기 입력부는
    상기 구동부에 의해 회전하는 구동휠; 및
    상기 구동휠에 배치되고 상기 출력부를 향해 돌출된 커넥터핀을 포함하고,
    상기 출력부는
    상기 구동휠의 일면에 상대 회전 가능토록 적층되고 상기 커넥터핀이 삽입되는 유격홀이 형성된 종동휠; 및
    일측이 상기 종동휠과 결합하고 타측이 상기 조작부와 결합한 커넥팅 로드를 포함하고, 상기 종동휠의 유격홀은 상기 조작부의 스트로크에 대응하여 소정 거리 형성된, 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터.
  2. 삭제
  3. 운전자에 의해 수동 조작이 가능토록 주행장치와 결합한 조작부;
    자율주행신호에 따라 동력을 발생시키는 구동부; 및
    상기 구동부의 동력을 상기 조작부에 전달하여 상기 조작부를 자동 조작하는 동력전달부를 포함하고,
    상기 동력전달부는,
    상기 구동부와 연결된 입력부; 및
    상기 조작부와 연결되고, 상기 입력부에 대해 상기 조작부의 스트로크에 대응하여 상대 움직임 가능하도록 상기 입력부와 결합한 출력부를 포함하고,
    상기 입력부는
    상기 구동부에 의해 회전하고 일측에 유격홀이 형성된 구동휠을 포함하고,
    상기 출력부는
    상기 구동휠의 일면에 상대 회전 가능토록 적층된 종동휠;
    상기 종동휠의 일측에 결합하고 상기 구동휠의 유격홀에 삽입되는 커넥터핀; 및
    일측이 상기 커넥터핀과 결합하고 타측이 상기 조작부와 결합한 커넥팅 로드를 포함하고,
    상기 구동휠의 유격홀은 상기 조작부의 스트로크에 대응하여 소정 거리 형성된, 수동조작이 가능한 자율주행시스템용 액추에이터.
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