KR20080083646A - 원격 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

사용자 작동식 가동성 입력 장치(1), 및 상기 가동성 입력 장치를 거쳐서 제공되는 입력에 따라서 제어되는 피제어 가동 장치(9)를 포함하는 원격 제어 시스템이 제공된다. 상기 원격 제어 시스템은 상기 사용자 작동식 가동성 입력 장치를 거쳐서 상기 사용자에게 촉각적 피드백을 제공하는 수단을 포함한다. 상기 촉각적 피드백을 제공하는 수단은, 상기 피제어 가동 장치의 실제 움직임에 응답하여 상기 가동성 입력 장치를 움직이기 위하여, 상기 가동성 입력 장치를 움직이는 자체 잠금식 수단(5)을 포함한다.

Description

원격 제어 시스템{A remote control system}

본 발명은 원격 제어 시스템, 특히 자동차용 스티어-바이-와이어 시스템(steer-by-wire system)에 관한 것이지만 이에 한정되는 것은 아니며, 그 원격 제어 시스템은 사용자 작동식 가동성 입력 장치(user operated movable input device), 상기 가동성 입력 장치를 거쳐서 제공되는 입력에 따라서 제어되는 피제어 가동 장치(controlled movable device), 및 상기 사용자 작동식 가동성 입력 장치를 거쳐서 상기 사용자에게 촉각적 피드백(tactile feedback)을 제공하는 수단을 포함한다.

자동차 산업계는 스티어-바이-와이어 시스템에 대한 관심을 높여가고 있다. 스티아-바이-와이어 시스템은, 스티어링 휠(steering wheel)과 도로용 바퀴(road wheel) 사이에 기계적인 연결이 없는 시스템으로 이해된다. 그 대신에, 스티어링 휠과 연결된 전자 센서에 조향 입력(steering input) 주어지고, 도로용 바퀴들은 유압식 또는 전기식 서보 모터에 의하여 그 조향 입력에 따라서 작동된다. 그러면, 스티어링 칼럼(steering column)을 통한 기계적 연결이 생략될 수 있다. 스티어링 칼럼의 생략은 특히 관심의 대상이 되는데, 왜냐하면 스티어링 칼럼의 생략은 특히 좌측 운전 또는 우측 운전을 위한 자동차의 형태구성을 각각 쉽게 만들고, 또 한 운전자의 안전을 증진시키기 때문이다. 운전자 안전에 관하여, 이것은 교통사고의 경우에 있어서 스티어링 칼럼이 운전자에 대한 잠재성 위험을 제공하지 않는다는 피동적 안전에만 국한되는 것이 아니고, ESP, 충돌 회피(collision avoidance), 주차 보조(parking aid)와 같은 능동적 안전에도 관련된다.

스티어링 휠과 도로용 바퀴 사이의 기계적 연결을 생략하는 것의 주요 단점은 도로용 바퀴로부터 스티어링 휠을 통하여 운전자에게 가는 즉각적인 피드백이 없게 된다는 것이다. 따라서 운전자는 예를 들어 도로용 바퀴들이 미끄러운 표면 상에서 그립(grip)을 상실하기 때문에 조향작용이 불가능한지의 여부, 또는 도로용 바퀴들이 연석(kerb)과 같은 장애물에 의하여 막혀있기 때문에 도로용 바퀴들이 회전될 수 없거나 또는 회전되어서는 안되는지의 여부와 같은 도로용 바퀴들의 거동감(sense of behaviour)을 잃는다.

운전자에게 도로용 바퀴들의 특히 속도에 의존적인 반작용의 느낌을 부여하기 위하여 스티어링 휠에 대해 반응력(reaction force)을 줌으로써 이와 같은 단점을 극복하고자 하는 시도들이 있었다.

그러한 시스템들 두 가지가 EP-A-1445171 및 US-B-6659218 각각으로부터 알려져 있다. 그러나, 이 시스템들 둘 다는, 스티어-바이-와이어 시스템이 고장나는 경우를 위하여 스티어링 칼럼을 유지한다는 주요한 사항을 갖는다. 스티어링 칼럼은 두 부분으로 나뉘어지는데, 그 두 부분들은 평상시에 분리되어 있다가 스티어-바이-와이어 시스템의 고장이 있는 경우에 결합될 수 있어서 통상적인 조향을 가능하게 할 수 있다. EP-A-1445171 에 기재된 바에 따르면, 조향 반응 모터가 조향 반응력을 스티어링 휠에 부여하는 워엄 기어 메카니즘을 거쳐서 일 부분, 즉 스티어링 휠의 샤프트에 연결된다. 다른 부분, 즉 출력 샤프트에는, 다른 워엄 기어 메카니즘을 거쳐서 스티어링 모터가 연결된다. 상기 워엄 기어 메카니즘들 둘 다는 역전가능하고, 양 방향으로 힘을 전달할 수 있다. US-B-6659218 에는 워엄 기어 메카니즘의 역전가능성에 대하여는 설명되어 있지 않다. 그러나, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이것이 필수적인 것임을 이해할 것인데, 만일 그렇지 않다면 스티어-바이-와이어 시스템이 고장나는 경우에 스티어링 칼럼의 두 부분들이 결합되는 때에 워엄 기어 메카니즘이 통상적인 조향을 손상시킬 것이기 때문이다.

이 시스템들이 스티어링 칼럼을 유지하고 따라서 전술된 문제점들 모두를 해결하지는 못한다는 사실과는 별개로, 부여되는 반응력이 스티어링 휠들의 실제 거동을 반영하지 못한다는 것에 유의하여야 한다. 특히, 이 시스템들은 도로용 바퀴가 장애물에 의하여 저지되거나 또는 막히는 경우와 같이 위에 설명된 바와 같은 상황에 대응하는 반응력을 반드시 발생시키지는 않을 것이다. 또한, 그들에 의하여는, 운전자가 스티어링 휠을 과도하게 멀리 또는 과도하게 빨리 움직이는 것을 저지하지 못할 것이다. 나아가, 그러한 시스템들은 생성된 반응력이 상기 시스템에 대한 새로운 조향 입력을 매우 쉽게 생성시킬 수 있다는 점에서 바람직하지 않을 것이다.

본 발명은 상기 문제점들 그리고 다른 문제점들을 해결하는 원격 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 상기 문제점들은 원격 제어 시스템에 의하여 해결되는데, 그 원격 제어 시스템은: 사용자 작동식 가동성 입력 장치; 상기 가동성 입력 장치를 거쳐서 제공되는 입력에 따라서 제어되는 피제어 가동 장치; 및 상기 사용자 작동식 가동성 입력 장치를 거쳐서 상기 사용자에게 촉각적 피드백을 제공하는 수단;을 포함하고, 상기 촉각적 피드백을 제공하는 수단은, 상기 피제어 가동 장치의 실제 움직임에 응답하여 상기 가동성 입력 장치를 움직이기 위하여, 상기 가동성 입력 장치의 움직임을 구현하는 자체 잠금식 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

막음 메카니즘(blocking mechanism)으로서 자체 잠금식 수단을 도입함으로써, 초기에 입력 장치 자체는 거기에 인가되는 힘에 대응하는 반응력에 의하여 그것을 움직이고자 하는 시도에 반작용을 일으킨다. 따라서 입력 장치는 초기에 부동적으로 남아 있는다. 그러나, 거기에 작용된 힘이 검출되고, 상기 시스템은 피제어 장치를 그에 따라서 움직이게 하려고 한다. 만일 피제어 장치가 움직이면, 자체 잠금식 수단 자체는 상기 입력 장치에 의하여 제어되는 장치의 움직임이 상기 피제어 장치의 움직임에 따라서 구현되도록 한다. 따라서, 피제어 장치가 움직이면, 그에 따라서 입력 장치가 뒤이어 움직이고, 이로써 사용자에게 그 자신이 입력 장치를 움직이고 있는 듯한 느낌을 준다. 그러므로, 입력 장치와 피제어 장치 간에 피드백 연결이 효과적으로 제공되어, 사용자에게 종래의 기계적 연결과 같은 느낌을 준다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 상기 문제점들은 원격 제어 시스템에 촉각적 피드백을 제공하는 방법에 의하여 해결되는데, 그 원격 제어 시스템은: 자체 잠금식 수단을 구비한 사용자 작동식 가동성 입력 장치, 및 상기 가동성 입력 장치를 거쳐서 제공되는 입력에 따라서 제어되는 피제어 가동 장치를 포함하고, 상기 방법은: 사용자 작동식 입력 장치에 인가되는 사용자 입력을 검출하는 단계; 가능하다면, 상기 사용자 입력에 따라서 상기 피제어 장치를 움직이는 단계; 및 상기 피제어 장치의 실제 움직임에 따라서 상기 사용자 가동성 입력 장치를 상기 자체 잠금식 수단에 의하여 움직이는 단계;를 포함한다.

이 방법에 의하여 사용자에게의 피드백이 수립된다. 그 피드백은 입력 장치의 직접적인 응답을 피제어 장치의 실제 움직임에 관련시키고, 따라서 통상적인 기계적 스티어링 시스템으로부터 알고 있는 느낌을 사용자에게 전달한다.

바람직한 실시예에 따르면, 사용자 작동식(사용자에 의해 작동되는) 가동성 장치는, 조이스틱, 스티어링 휠, 및 페달을 포함하는 군으로부터 선택된다. 스티어링 휠 및 조이스틱 둘 다는 승용차, 트럭, 또는 지게차와 같은 자동차들을 조향하기 위하여 이미 널리 받아들여져 있고, 그러한 조이스틱과 페달은 비행기의 제어에도 잘 받아들여진다.

다른 바람직한 실시예에 따르면, 피제어 가동 장치는 자동차의 도로용 바퀴이다. 본 발명은 승용차의 도로용 바퀴들의 제어에 매우 적합하다. 승용차는 일반적으로 그 사용자들이 항공기 조종사들과 같이 고도로 숙련되지 않기 때문에 특히 관심의 대상이 되고, 그러므로 통상적인 기계적 스티어링 시스템으로부터 익숙한 도로 접촉의 느낌을 보통의 사용자에게 전달하는 것이 보다 더 중요하다.

특정의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 가동성 입력 장치의 움직임을 막는 수단은 자체 잠금식 기어(self locking gear)이고, 상기 막음을 풀어주는 수단은 상기 자체 잠금식 기어에 결합된 전기 모터이다. 자체 잠금식 기어 및 그것의 특성은 잘 알려져 있다. 따라서, 본 발명에 따른 스티어링 시스템들에 그러한 기어를 구현하는 것은 난해하지 않다.

특히, 이 점에 있어서는, 상기 자체 잠금식 기어가 워엄 기어인 것이 바람직하다. 워엄 기어의 이용은 잉여 시스템(redundant system)의 이용을 용이하게 한다.

다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 워엄 기어의 워엄은 두 개의 전기 모터들에 연결된다. 예를 들어 상기 워엄의 각 단부에 하나의 모터가 연결되도록 하는 등, 두 개의 전기 모터들을 상기 워엄과 연결시킴에 의하여, 하나의 전기 모터가 고장나는 경우에라도 차량을 제어하고 적당한 피드백을 받는 것이 여전히 가능하게 된다.

본 발명에 따른 방법에 관한 바람직한 실시예에 있어서, 상기 자체 잠금식 수단은 전기 모터에 의하여 움직여진다. 전기 모터들은 예를 들어 컴퓨터에 의하여 용이하게 제어될 수 있기 때문에, 상기 방법에서는 전기 모터를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 실시예에 있어서는, 상기 피제어 가동 장치가 자동차의 도로용 바퀴이다. 상기 방법은 수많은 조작(manipulation)의 분야에 적용될 수 있지만, 특히 자동차 분야에 적합한데, 이것은 바퀴에 대한 기계적 연결과 스티어링 휠의 조합이 이미 널리 알려져 있어서 대부분의 현재의 대부분의 사용자들은 그것과 매우 친숙하기 때문이다.

상기 방법의 특히 바람직한 실시예에서, 사용자 입력이 검출되고 입력 신호로서 제어 장치로 전송되며, 상기 제어 장치는 피제어 가동 장치로 제1 제어 신호를 전달하고, 제1 제어 신호에 응답하는 피제어 가동 장치의 움직임이 측정되고 피드백 신호로서 제어 장치로 피드백되며, 제어 장치가 상기 피드백 신호에 기초하여 제2 제어 신호를 상기 자체 잠금식 수단으로 전달하고, 자체 잠금식 수단은 제2 제어 신호에 따라서 움직여진다.

이것은 자동차, 비행기, 및 원격 제어 장치와 같은 실제 장치들에서 상기 방법을 구현하는 것을 용이하게 한다.

본 발명은 아래와 같은 개략적인 도면들을 참조로 하는 비-제한적인 예시적 실시예들을 기초로 하여 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 1 은 자동차의 스티어-바이-와이어로서 구현된 본 발명의 개략도이고,

도 2 는 전기 모터를 이용하는 항공기의 플라이-바이-와이어(fly-by-wire)로서 구현된 본 발명의 개략도이며,

도 3 은 유압 모터를 이용하는 항공기의 플라이-바이-와이어로서 구현된 본 발명의 개략도이고,

도 4 는 도 1 내지 도 3 에 이용된 기호들의 범례(legend)이며,

도 5 에는 두 개의 흐름도들에 의하여 본 발명에 따른 방법이 도시되어 있다.

< 참조번호들의 간략한 설명 >

1: 스티어링 휠(steering wheel)

2: 스티어링 휠 샤프트(steering wheel shaft)

3: 토오크 센서(torque sensor)

4: 위치 센서(position sensor)

5: 자체 잠금식 수단(self locking means)

6: 워엄 휠(worm wheel)

7: 워엄(worm)

8, 8': 모터(motor)

9: 피제어 가동 장치(controlled movable device)

10: 스티어링 랙(steering rack)

11: 스티어링 모터(steering motor)

12: 피니언(pinion)

13: 토오크 센서

14: 위치 센서

15: 제어 장치(control device)

16: 스티어링 모터 샤프트(steering motor shaft)

21: 제어 스틱(control stick)

22: 모터

23, 25: 기어 트레인(gear train)

24: 회전축(axis of rotation)

26: 스레드 스핀들(threaded spindle)

28: 수평꼬리날개(tailplane)

29: 승강타(elevator)

30, 31, 32, 33, 34, 35:전송선(transmission line)

40: 레버(lever)

41: 리니어 유압 엑츄에이터(linear hydraulic actuator)

42: 유압 공급원(hydraulic pressure source)

43: 밸브(valve)

본 발명의 상이한 실시예들에 관한 하기의 설명에서는, 상이한 실시예들의 대응하는 요소들에 대하여 동일한 참조번호들이 이용되었다. 또한 점선으로 도시된 부분들은 실선으로 그려진 시스템의 부분들에 본질적으로 대응하는 잉여 시스템 부분들을 나타낸다. 불필요한 반복을 피하기 위하여, 점선으로 표시된 부분들은 실선으로 그려진 시스템의 부분에 관한 설명에서 필요한 한도 내에서만 설명하기로 한다.

도 1 에는 승용차, 지게차(fork-lift), 또는 화물차(lorry)와 같은 자동차에서 구현된 본 발명에 따른 스티어-바이-와이어 시스템의 개략도이다.

자동차는 스티어링 휠 형태를 갖는 사용자 작동식 가동성 입력 장치(1)를 구비한다. 입력 장치(input device; 1)는 스티어링 휠 샤프트(2) 상에 장착된다. 토오크 센서(3) 및 위치 센서(4)가 스티어링 휠 샤프트(2)에 연결되어 장착된다. 또한, 자체 잠금식 수단(5)이 스티어링 휠 샤프트(2)에 연결되어 장착된다. 도시된 실시예에서, 자체 잠금식 수단은, 워엄 휠(6) 및 워엄(7)을 포함하는 자체 잠금식 워엄 기어(self locking worm gear)를 포함한다. 워엄 휠(6)은 스티어링 휠 샤프트(2)에 견고하게 연결된다. 워엄의 일 단부는 전기 모터인 것이 바람직한 모터(8)에 견고하게 연결된다. 안전을 위하여, 워엄(7)의 다른 단부는, 아래에서 설명되는 바와 같이, 잉여 시스템의 다른 전기 모터(8') 형성 부분에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 자동차는 한 쌍의 도로용 바퀴들의 형태를 갖는 피제어 가동 장치(9)를 구비한다. 여기에서, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 자동차는 통상적으로 하나, 둘, 또는 네 개의 바퀴에 의하여 조향되기 때문에 본 발명에 있어서는 바퀴의 실제 갯수가 중요하지 않다는 것을 안다는 점에 유의하여야 할 것이다. 도시된 실시예들에 있어서, 바퀴들은 예를 들어 모터 샤프트(13)에 장착된 피니언(12)을 거쳐서 전기 모터와 같은 스티어링 모터(steering motor; 11)에 의하여, 통상적인 스티어링 랙(10)을 거쳐 작동된다. 토오크 센서(13)와 위치 센서(14)는 모터 샤프트(13)과 연결되어 장착된다.

본 발명에 따르면, 사용자 작동식 가동성 입력 장치(1)와 피제어 가동 장치(9) 사이의 기계적 연결(mechanical link)은 불필요하다. 그 대신에, 상기 두 부분들은 제어 장치(15)만을 통하여 연결된다. 제어 장치(15)는 토오크 센서들(3, 13) 및 위치 센서들(4, 14)로부터 신호를 수신하고, 모터들(8, 11)을 위한 제어 신호를 생성한다. 바람직하게는, 그 신호들이 전기 신호이지만, 그 신호들 중의 적어도 일부는 광학 신호일 수 있다.

본 시스템의 작동은 두 개의 흐름도들에 의하여 도 5 에 도시되어 있다. 도 1 및 도 5 에 있어서, 그 시스템의 작동은 다음과 같다. 먼저, 운전자가 자동차의 도로용 바퀴들을 선회시키기를 원한다는 것을 전제하면, 그 운전자는 자동차의 스티어링 휠(1)에 힘을 인가함으로써 자동차의 스티어링 휠(1)을 선회시키기 위한 시도를 행한다(도 5 의 네모칸(101)). 이 점에 관하여, 본 설명에 걸쳐서는, 도로용 바퀴(9)들의 선회라는 표현이 조향을 위한 도로용 바퀴(9)들의 측방향 움직임을 의미하고, 도로용 바퀴(9)들의 회전 움직임을 의미하는 것이 아니라는 점에 유의하여야 한다. 이 경우에 있어서 힘은 스티어링 휠 샤프트(2)에 대한 토오크로 변환되는데, 이하에서는 이것을 휠 샤프트 토오크(wheel shaft torque)라고 부르기로 한다. 이 휠 샤프트 토오크는 토오크 센서(3)에 의하여 측정되고(도 5 의 네모칸(102)), 전송선(30)을 거쳐서 입력 신호(input signal)로서 제어 장치(15)로 전송된다. 그러나, 운전자는 자체 잠금식 수단(5) 때문에 스티어링 휠(1)을 실제로 돌릴 수는 없는데, 여기에 있어서는 워엄(7)이 워엄 휠(6)을 막아서 스티어링 휠 샤프트(2)가 회전적으로 움직이지 않도록 된다. 바람직하게는, 제어 장치(15)가, 측정된 휠 샤프트 토오크에 기초하여, 스티어링 모터 샤프트(16)에 장착된 피니언(12)과 랙(10)을 거쳐서 도로용 바퀴(9)를 선회시키기 위한 스티어링 모터(11)로 의 제1 제어 신호를 계산한다(도 5 의 네모칸(103)). 이 제1 제어 신호는 전송선(31)을 거쳐서 스티어링 모터 또는 그것의 구동 유니트(drive unit)(미도시)로 보내진다(도 5 의 네모칸(104)). 바람직하게는 스티어링 모터(11)가 전기 모터 또는 유압식 모터이다. 상기 스티어링 모터(11)의 모터 샤프트(16)에 생성되는 토오크는 토오크 센서(13)에 의하여 측정되고, 전송선(32)을 거쳐서 제어 장치(15)로 전송된다(도 5 의 네모칸(105)). 이하에서는 이 토오크를 스티어링 모터 토오크(steering motor torque)라고 하기로 한다.

측정된 스티어링 모터 토오크는 제어 장치(15)로 전송되는데(도 5 의 파선(106)), 이것은 스티어링 모터가 휠 샤프트 토오크에 대응하는 스티어링 모터 토오크를 발생시키는 것을 확실하게 한다(도 5 의 네모칸(107)). 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 스티어링 휠 토오크와 스티어링 모터 토오크 사이의 이와 같은 대응관계가 비례적인 것이 바람직하지만, 대수적(logarithmic)이거나 지수적(exponential)일 수도 있고, 이산값(discrete value)들을 취할 수도 있으며, 또는 차량의 속도나 바퀴의 위치에 의존적으로 될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

또한, 출력 샤프트(16)의 회전 위치가 측정되고(도 5 의 네모칸(108)), 전송선(33)을 거쳐서 제어 장치로의 피드백 신호로서 전송된다. 이 회전 위치는 스티어링 랙(10)의 위치에 대응하고, 따라서 바퀴들의 위치에 대응한다. 그러므로, 스티어링 모터(11) 또는 외부의 영향 하에서 바퀴들이 선회하는지의 여부 그리고 선회하는 정도가 판정될 수 있다. 예를 들어 바퀴가 연석에 의하여 막혀있기 때문에 바퀴가 선회할 수 없다면, 이것은 제어 장치(15)에 의하여 검출된다. 나아가, 바 퀴(9)들이 초과하지 못하고 초과할 수 없는 한계 위치에 도달하는 때가 판정될 수도 있다. 더욱이, 스티어링 모터 샤프트(16)의 회전각도와 스티어링 휠 샤프트(2)의 회전각도 간에는, 예를 들어 자동차의 속도에 의존하여, 비례적이지 않은 관계가 이루어질 수 있다. 그러한 속도 의존적인 관계는, 낮은 속도에서는 (주차를 보조하기 위하여) 스티어링 휠 샤프트(2)의 작은 움직임이 바퀴(9)들의 큰 움직임으로 변환시키고, 그리고 높은 속도에서는 스티어링 휠 샤프트(2)의 큰 움직임이 바퀴들의 작은 움직임으로 변환되어 고속 주행하는 자동차의 안정성을 증대시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 그러한 경우에 있어서도 스티어링 휠 토오크와 스티어링 모터 토오크 간의 대응관계가 비례적인 것이 아닐 수 있다.

어느 경우이든, 제어 장치(15)는 스티어링 모터(11)에 의하여 생성되는 스티어링 모터 토오크를 감시하고(도 5 의 파선(106)), 운전자에 의하여 스티어링 휠(1)에 인가되는 스티어링 휠 토오크에 대응하는 값을 유지시킨다. 스티어링 모터(11)에 의하여 생성되는 토오크는 스티어링 휠에 대한 사용자의 입력에 대응하는 값을 초과하거나 또는 그 미만으로 되어서도 안된다.

이제, 외부 영향 때문에 또는 스티어링 휠(1)에 대한 입력에 기초하여 바퀴(9)들이 좌측 또는 우측으로 선회하는 때에는(도 5 의 네모칸(108)), 이것이 위치 센서(14)(도 5 의 네모칸(109))에 의하여 검출될 것이고, 피드백 신호로서 전송선(33)을 거쳐서 제어 장치(15)로 전송될 것이다. 그러면 제어 장치는 워엄(7)에 연결된 모터(8)에 대한 제2 제어 신호를 계산하거나 또는 다른 방법으로 생성시킨다(도 5 의 네모칸(110)). 제어 장치(15)로부터 전송선(34)을 통하여 전송된 제2 제어 신호의 영향 하에서, 모터는 도로용 바퀴(9)들의 움직임에 따라서 워엄(7) 및 워엄 휠(6)을 거쳐서 스티어링 휠 샤프트(2)를 돌린다(도 5 의 네모칸(111)). 스티어링 휠(1)이 얼마나 많이 돌았는지를 검출하기 위하여, 스티어링 휠 샤프트(2)의 위치가 위치 센서에 의하여 측정되고(도 5 의 네모칸(112)), 전송선(35)을 거쳐서 제어 장치(15)로 피드백되어(도 5 의 파선(113)), 제어 장치(15)가, 스티어링 휠(1)이 도로용 바퀴(9)들의 선회(turn)에 대응하는 각도만큼만 돌아가는 것을 보장하는 것이 가능하게 된다. 전술된 바와 같이, 바퀴(9)들 그리고 스티어링 모터 샤프트(16)의 실제 움직임과 휠 샤프트(2) 간의 관계가 선형적(linear)일 필요는 없다. 그러므로, 도로용 바퀴(9)들이 선회함에 따라서, 모터(8)의 영향 하에서 스티어링 휠(1)이 움직여서(도 5 의 네모칸(114)), 스티어링 휠이 운전자가 스티어링 휠에 인가하는 토오크의 영향 하에서 움직이고 있다는 외양(appearance)을 운전자에게 준다. 사실, 워엄 휠(6)과 워엄(7) 사이에 있을 수 있는 임의의 느슨함(slack)을 죄이고 그들이 맞물린 상태에 있도록 유지하는데에 필요한 정도를 제외하고는, 운전자 자신이 스티어링 휠(1)을 실제로 움직일 수는 없는데, 그 맞물림은 운전자가 인가하는 토오크에 반대로 작용하는 반대의 토오크를 발생시킨다. 이 점에 관하여, 보통의 경우에는 느슨함이 전혀 없어야 한다는 것에 유의하여야 하는데, 왜냐하면 도로 그립감(road grip) 및 도로 표면의 조건에 관한 피드백 느낌의 대부분은 스티어링 휠(1)의 위치 및 힘에 있어서의 매우 작은 변화에 의존하기 때문이다.

예를 들어 도로용 바퀴들 중의 하나가 연석에 의해 막혀서 도로용 바퀴(9)들 이 스티어링 모터(11)에 의하여 생성되는 토오크를 받는 채로 선회하지 않는다면, 위치 센서는 제어 장치로 어떤 신호도 전달하지 않거나 또는 도로용 바퀴(9)들이 움직이지 않는다는 것을 나타내는 신호를 전달한다. 도로용 바퀴(9)들이 움직이지 않는다는 정보를 제어 장치(15)로 소통시키는 방법은, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 능력 범위 내에 있는 신호방식(signalling)의 문제일 뿐이다. 바람직하게는, 상기 시스템이 위치 센서(14)에서의 실제 위치를 지속적으로 측정하고, 그 정보를 제어 장치(15)로 전송한다. 만일 도로용 바퀴(9)들이 움직이지 않는다면, 전기 모터(8)에는 제어 신호가 제공되지 않는다. 따라서, 워엄(7)은 움직이지 않고 또한 워엄 휠(6)의 움직임을 막으며, 따라서 운전자에 의하여 스티어링 휠(1)에 인가되는 임의의 토오크에 대해 저항한다. 명백하게, 스티어링 휠(1), 스티어링 휠 샤프트(2), 워엄 휠(7), 및 워엄(6)은 모두 운전자에 의하여 인가되거나 다른 방식으로 발생하는 임의의 힘 또는 토오크에 의한 파손에 저항하도록 된 치수를 가져야 한다. 도로용 바퀴(9)가 저지되면 운전자는 그 느낌을 전달받게 되는데, 왜냐하면 스티어링 휠(1)이 돌아가지 않기 때문이다.

주행 중에 도로용 바퀴(9)가 작은 장애물에 부딪치면, 그러한 부딪침은 서스펜션에 내장된 자동 정렬장치(automatic alignment)가 휠(9)을 정렬시키기 전에 일시적으로 도로용 바퀴(9)를 선회시킬 수 있다. 이 움직임은 위치 센서(14)에 의하여 검출되어 전송선(33)을 거쳐서 제어 장치(15)로 전송될 것이다. 그러면 제어 장치(15)는 모터(8)를 위한 제어 신호를 산출하고, 그 제어 신호는 전송선(33)을 통하여 모터에 전송된다. 그러면 모터(8)는 자체 잠금식 메카니즘(self locking mechanism)을 작동시켜서 스티어링 휠(1)을 돌린다. 이로써 운전자를 위한 피드백이 생성된다. 도로용 바퀴(9)가 재정렬됨에 따라서, 새로운 위치 신호가 측정되고, 제어 장치(15)는 스티어링 휠(1)이 재정렬을 따르도록 야기할 것이며, 이로써 운전자에게 지속적인 피드백을 제공한다.

유사하게, 운전자에 의하여 스티어링 휠(1)로 인가되는 토오크가 스티어링 모터(11)에 의하여 생성되는 토오크로 변환되고 이 토오크가 도로용 바퀴(9)들을 주어진 속도(rate)로 선회시키도록 허용되는 때에는, 모터(8)가 스티어링 휠(1)을 그에 대응되는 속도로 움직일 것이다. 따라서, 스티어링 휠(1)은, 운전자에 의하여 스티어링 휠(1)에 인가되는 토오크에 대한 응답으로서 실제로 도로용 바퀴(9)들이 움직이는 속도에 대응되는 속도로만 움직여질 수 있다. 운전자에 의하여 스티어링 휠(1)에 인가되는 토오크 때문에, 운전자는 그가 스티어링 휠(1)을 움직이고 있는 듯한 느낌을 받지만, 실제로는 운전자 자신이 그것을 움직일 수는 없다.

스티어링 휠(1)이 운전자의 입력에 대응하여 모터(8)에 의하여 움직여질 수 있는 경우에, 위치 센서(4)는 그 움직임을 검출하고 이것을 전송선(35)을 거쳐서 제어 장치(15)로 소통시키는데, 이것은 모터(8)가 선(34)에서의 제어 신호에 응답하여 스티어링 휠(1)을 실제로 움직이는 정도를 제어 장치(15)가 지속적으로 감지하는 것을 가능하게 하기 위한 것이다.

상기 시스템에 고장이 없도록 하기 위하여는, 몇몇 부분들을 제외하고 위에서 제시된 시스템 전체가 중복적으로 될 수 있을 것인데, 그 제외되는 부분들은 자동차의 구조상 두 시스템들 모두에 공통적으로 되어야 할 필요가 있는 것이고, 이 와 같은 것으로서는 스티어링 휠(1), 스티어링 휠 샤프트(2), 도로용 바퀴(9)들, 및 스티어링 랙(10)이 있다. 상기 중복적인 부분들은 파선으로서 복제되고, 이들에 대하여는 상세히 설명하지 않는다. 그러나, 모터(8) 및 그에 대응하는 모터(8')는, 워엄 휠(6)과 맞물린 워엄을 각각 구비하기 보다는, 하나의 동일한 워엄(7)에 연결되어야 한다는 점에 유의하여야 한다. 전자의 경우도 가능하기는 하지만, 후자의 경우가 바람직하다. 그 이유는, 모터들(8, 8') 중의 하나가 그 자체로서 또는 그것을 제어하는 장치에 의하여 고장나는 경우에, 제 기능을 하는 잔존 모터가 워엄(7)을 거쳐서 그 고장난 것을 돌릴 수 있을 것이기 때문에, 워엄(7)이 워엄 휠(6)을 잠그지 않을 것이기 때문이다.

따라서, 작동 중에 일 시스템의 고장으로 인하여 조향(steering)이 저지되지는 않을 것이다. 분명히, 고장이 발생하는 경우에는 안전 경고가 주어져야 한다. 이것은 그 시스템들의 잉여 상태가 회복될 때까지 자동차가 매우 낮은 속도로만 운전될 수 있도록 하는 것을 포함할 수 있다. 잉여 시스템들 둘 다가 동시적으로 그리고 독립적으로 작동하는 것이 바람직하다는 것에 유의하여야 한다.

상기 설명에 있어서는 막음 수단(blocking means)이 자체 잠금식 워엄 기어인 것으로 설명되었으나, 예를 들어 US-A-2906143 로부터 알려진 하모닉 드라이브(harmonic drives)와 같은 다른 수단이 이용될 수도 있다.

도 2 에는 항공기에 구현된 것으로서, 특히 항공기의 승강타(29)들을 제어하기 위한 본 발명이 도시되어 있다.

여기에서, 입력 장치는 제어 스틱(21)이다. 단순화를 위하여, 제어 스 틱(21)은 항공기의 수평꼬리날개(28)에 있는 승강타(29)들에 대응하는 단 하나의 회전축(24)과 함께 도시되어 있다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 보통의 경우에 제어 스틱(21)이 횡단 방향으로도 움직일 수 있다는 것을 알 것이고, 이와 같은 횡단 방향에 관하여 본 발명을 구현하는 방법을 알 것이다.

제어 스틱(21)은 힌지 메카니즘(hinge mechanism; 24)에 의하여 스레드 스핀들(27)에 연결된다. 스레드 스핀들은, 예를 들어 워엄 기어에 의하여 구동되는 유랑 너트 장치(wandering nut arrangement)에 의해 왕복하도록 될 수 있는데, 그 유랑 너트는 워엄 기어의 워엄 휠(7)을 형성하는 외부 스레드(external thread)를 구비한다. 유랑 너트는 스핀들(27)에 대하여만 움직인다는 것에 유의하여야 한다. 그것은 그 자체의 회전 움직임을 제외하고는 사실상 부동적(stationary)이지만, 스레드 스핀들은 이동한다. 스레드 스핀들(27)과 연결되어 장착되는 힘 센서(force sensor; 3) 및 위치 센서(4)는, 제어 장치(15)에 필요한 정보를 제공한다. 그 제어 장치(15)는 바람직하게는 전기 모터인 모터(22)에 제1 제어 신호를 제공한다. 상기 모터(22)는 기어 트레인(23, 25)을 거쳐서 기어(25)에 연결된 승강타(29)를 위아래로 움직인다. 이 움직임은 예를 들어 기어(23)와 연결되어 배치된 위치 센서(14)에 의해 검출된다. 이 위치 센서(14)는 전송선(31)을 거쳐서 제어 장치(15)에 피드백 신호를 제공한다. 제어 장치(15)는 전기 모터(8)를 위하여 제2 제어 신호를 발생시킬 수 있는바, 상기 전기 모터(8)는 워엄(6)에 의하여 워엄 휠(7), 즉 유랑 너트를 구동한다. 따라서 제어 스틱(21)은 승강타(29)의 움직임에 따라서 움직여진다. 제어 스틱(21)의 이와 같은 움직임은, 상기 승강타가 제어 스틱(21)에 대한 원하는 입력에 대응하는 모터(22)의 결과로서 움직이는가의 여부, 또는 예를 들어 풍압과 같은 외부의 힘이 승강타(29)를 움직이는가의 여부에 대하여 독립적이다. 도 3 에는 항공기에 구현되고, 특히 유압 수단에 의하여 항공기의 승강타(29)를 제어하는 본 발명이 도시되어 있다.

이 실시예에서, 승강타(29)는 레버(41)에 의하여 움직여지는데, 레버에 대한 힘은 레버(41)에 연결된 리니어 유압 엑츄에이터(40)에 의하여 인가된다. 도시되지는 않았으나, 승강타(29)의 각 움직임 방향에 대하여 하나의 리니어 유압 엑츄에이터를 이용하는 것이 바람직할 것이다. 리니어 유압 엑츄에이터를 위한 유압은 제어 장치(15)로부터의 제1 제어 신호에 의하여 제어되어 압력 공급원(42)으로부터 밸브(43)를 거쳐서 공급된다. 힘 센서(13) 및 위치 센서(14)는 리니어 유압 엑츄에이터에 연결되어 장착된다. 다시 말하면, 앞선 실시예와 유사하게, 위치 센서는 제어 장치(15)로 피드백 신호를 제공하고, 그 제어 장치는 피드백을 제공하기 위하여 그 피제어 장치의 실제 움직임에 따라서 입력 장치를 움직인다. 스핀들 및 유랑 너트 장치로 인하여, 조종자 자신은 제어 스틱(21)을 움직일 수 없다.

본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 전기식 수단과 유압식 수단, 다양한 형태의 막음 메카니즘(blocking mechanism)들, 다양한 형태의 흔히 이용되는 입력 장치들이 조합될 수 있는 등, 상기 실시예들의 사항들이 조합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

상기 실시예들은 그러한 시스템이 어떻게 구현되는지에 관한 단순한 예일 뿐이고, 자동차를 위한 실제의 스티어링 기어(steering gear)와 비행기의 제어 표 면(control surface)은 피제어 장치의 실제 움직임에 응답하여서만 입력 장치가 움직이는 것을 가능하게 한다는 기술적 사상의 범위 내에서 도시된 것보다 훨씬 더 복잡한 방식으로 구성될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 이점에 관하여, 피제어 장치의 실제 움직임이라는 것이 반드시 그 피제어 장치가 유형적이라는 것을 의미하는 것이 아니라는 것에도 유의하여야 한다. 본 발명은 예를 들어 가상체험기(simulator) 또는 컴퓨터 게임에서 가상의 장애물로부터의 실제적 영향에 대해서도 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 피드백 방법을 제공하는데, 여기에서는 피제어 장치의 실제 움직임만이 입력 장치의 움직임으로 귀결된다. 다시 말하면, 자체 잠금식 메카니즘이 이용되어, 사용자 자신에 의한 상기 가동성 입력 장치의 움직임이 막힌다. 그러나, 상기 피제어 가동성 장치의 실제 움직임에 응답하여 상기 막힘을 풀어주기 위하여, 상기 자체 잠금식 수단은 자체 잠금식 수단을 작동시키는 수단과 함께 조합되어 이용된다.

본 발명은 원격 제어 시스템, 특히 자동차용 스티어-바이-와이어 시스템에 이용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 그 원격 제어 시스템은 사용자 작동식 가동성 입력 장치, 상기 가동성 입력 장치를 거쳐서 제공되는 입력에 따라서 제어되는 피제어 가동 장치, 및 상기 사용자 작동식 가동성 입력 장치를 거쳐서 상기 사용자에게 촉각적 피드백을 제공하는 수단을 포함한다.

Claims (11)

1. 사용자 작동식 가동성 입력 장치(user operated movable input device);

   상기 가동성 입력 장치를 거쳐서 제공되는 입력에 따라서 제어되는 피제어 가동 장치(controlled movable device); 및

   상기 사용자 작동식 가동성 입력 장치를 거쳐서 상기 사용자에게 촉각적 피드백(tactile feedback)을 제공하는 수단;을 포함하는 원격 제어 시스템으로서,

   상기 촉각적 피드백을 제공하는 수단은, 상기 피제어 가동 장치의 실제 움직임에 응답하여 상기 가동성 입력 장치를 움직이기 위하여, 상기 가동성 입력 장치의 움직임을 구현하는 자체 잠금식 수단(self locking means)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 원격 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 사용자 작동식 가동성 장치는, 조이스틱(joystick), 스티어링 휠, 및 페달(pedal)을 포함하는 군으로부터 선택되는, 원격 제어 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피제어 가동 장치는, 항공기의 방향타(rudder), 승강타(elevator), 보조날개(aileron), 플랩(flap), 또는 자동차의 도로용 바퀴로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 원격 제어 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가동성 입력 장치의 움직임을 막는 수단은 자체 잠금식 기어(self locking gear)이고, 상기 막음을 풀어주는 수단은 상기 자체 잠금식 기어에 결합된 전기 모터인, 원격 제어 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 자체 잠금식 기어는 워엄 기어(worm gear)인, 원격 제어 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 워엄 기어의 워엄(worm)은 두 개의 전기 모터들에 연결된, 원격 제어 시스템.
7. 자체 잠금식 수단을 구비한 사용자 작동식 가동성 입력 장치, 및 상기 가동성 입력 장치를 거쳐서 제공되는 입력에 따라서 제어되는 피제어 가동 장치를 포함하는 원격 제어 시스템에서 촉각적 피드백을 제공하는 방법으로서,

   상기 방법은:

   사용자 작동식 입력 장치에 인가되는 사용자 입력을 검출하는 단계;

   가능하다면, 상기 사용자 입력에 따라서 상기 피제어 장치를 움직이는 단계; 및

   상기 피제어 장치의 실제 움직임에 따라서 상기 사용자 가동성 입력 장치를 상기 자체 잠금식 수단에 의하여 움직이는 단계;를 포함하는, 원격 제어 시스템에서 촉각적 피드백을 제공하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 사용자 입력은 힘 또는 토오크인, 원격 제어 시스템에서 촉각적 피드백을 제공하는 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

   상기 자체 잠금식 수단은 전기 모터에 의하여 움직여지는, 원격 제어 시스템에서 촉각적 피드백을 제공하는 방법.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 피제어 가동 장치는 자동차의 도로용 바퀴인, 원격 제어 시스템에서 촉각적 피드백을 제공하는 방법.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    사용자 입력이 검출되고 입력 신호로서 제어 장치로 전송되며, 상기 제어 장치는 피제어 가동 장치(controlled movable device)로 제1 제어 신호를 전달하고,

    제1 제어 신호에 응답하는 피제어 가동 장치의 움직임이 측정되고 피드백 신 호로서 제어 장치로 피드백되며,

    제어 장치가 상기 피드백 신호에 기초하여 제2 제어 신호를 상기 자체 잠금식 수단으로 전달하고,

    자체 잠금식 수단은 제2 제어 신호에 따라서 움직여지는, 원격 제어 시스템에서 촉각적 피드백을 제공하는 방법.

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