KR20110051002A - 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법 - Google Patents

굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전 차륜 조향 제어를 적용한 굴절 차량의 후진 주차 및 후진 선회시 굴절 차량의 회전 반경을 최소화하고, 불필요한 움직임을 최소화시키며, 각 차체 궤적의 이탈을 최소화하여 보다 안정적이고 최적의 궤적을 갖는 후진주차가 가능하도록 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 굴절 차량의 운전자가 전진 또는 후진 조향제어 모드를 선택하는 모드 선택단계와, 상기 모드 선택단계에서의 선택에 따라 전진 이상 조향각 또는 후진 이상 조향각을 산출하는 조향각 산출단계 및 2축 조향 전자제어장치 및 3축 조향 전자제어장치를 이용하여 산출된 이상 조향각에 맞도록 2축 및 3축의 조향각을 제어하는 조향각 제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
굴절차량, 후진, 조향제어, 차륜, 굴절각, 조향각

Description

굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법{All-Wheel steering control method for articulated vehicles}
본 발명은 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전 차륜 조향 제어를 적용한 굴절 차량의 후진 주차 및 후진 선회시 굴절 차량의 회전 반경을 최소화하고, 불필요한 움직임을 최소화시키며, 각 차체 궤적의 이탈을 최소화하여 보다 안정적이고 최적의 궤적을 갖는 후진주차가 가능하도록 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 굴절차량은 각 차량사이를 손쉽게 회전할 수 있는 조인트로 연결한 차량으로 굴절궤도차량은 시내버스와 같은 외형에 지하철과 같은 운용시스템으로 구성된다.
즉, 굴절 시내버스와 같은 2량 1편성이고, 고무 타이어, 현가장치, 조향장치를 장착하고 있다. 특히, 차량의 조향장치는 차량의 진행방향을 바꾸는 역할을 하고, 주행 안전상 매우 중요한 역할을 하는 장치이다.
굴절 차량은 차량 전체에 걸쳐 축간 거리가 길어 일반 차량에 비해 안정성 측면에서 유리하다. 이러한 이점 때문에 굴절 차량은 일반 차량이 안정성에 중점을 두어 조향을 제어하는 것과 달리, 차량의 길이와 굴절 구조로 인해 증가하는 선회반경을 축소하는 데에 중점을 두어 조향시스템을 설계한다.
현재까지 대형 화물 차량이 주가되는 굴절차량의 조향시스템을 제어하는 다양한 조향 알고리즘이 제시되었으나, 이들은 대게 트레일러의 일부 차륜에 대해 조향하거나, 트랙터에서 전 차륜이 조향되는 상황에서 부가적으로 트레일러의 조향을 제어하는 조향 알고리즘이다. 또한, 일부 전체 차륜이 조향되는 굴절 차량의 경우에도 그 활용이 미미할 뿐 아니라 차량의 운전 상태에 따라 그 기능이 복합적으로 수행되거나 기능의 일부가 전자적으로 제어되는 조향 시스템은 전무한 실정이었다.
본 출원인은 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-885892호 및 제10-885893호를 출원한 바 있는데, 상기 출원들은 굴절 차량의 전 차륜에 대하여 조향 시스템을 적용함으로써 단순히 굴절차량의 선회반경을 줄이는 데에 그치지 않고, 기존의 4륜 조향 차량이 가지는 이점을 굴절차량에 적용하여 굴절차량의 일반적은 운전특성을 개선할 수 있도록 한 것에 특징이 있었다.
하지만, 일반적으로 굴절차량의 전 차륜 조향방식은 차량이 전진하는 상황에서는 별다른 문제를 발생시키지 않는다. 그러나 차량이 후진할 경우에는 굴절차량의 기본적인 차량 제원 상 1축의 최대 조향각에 비해 2,3축의 최대 조향각이 약 절반가량 조작되는 기구학적인 한계를 지니고 있다.
이러한 이유로 인해 1축의 조향에 의해 증가하는 굴절각을 2축과 3축의 조향 이 상쇄하지 못하게 되어 3축의 조향각은 운전자가 의도하는 방향과는 반대 방향으로 조향되고 결과적으로 굴절차량의 허용 굴절각을 초과하는 상황이 발생하여 운전자가 차량을 통제하기 힘든 상황에 놓일 수 있게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 굴절차량의 후진 선회를 위한 조향방법이 별도로 필요하지만 현재까지는 굴절차량의 후진에 적용되는 조향방법이 없는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 굴절 차량의 후진 주차 및 후진 선회시 굴절 차량의 회전 반경을 최소화하고, 굴절차량의 불필요한 움직임을 최소화시키며, 각 차체 궤적의 이탈을 최소하하여 보다 안정적이고 최적의 궤적을 갖는 후진주차가 가능하도록 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 굴절차량의 주차 및 정비 시 활용되는 차량 후진의 궤적을 최적화함으로써 운전자의 편의성을 증대시키고 차고지의 규모가 상대적으로 작은 국내에서도 굴절차량의 효율적인 운용이 가능하도록 하는 굴절차량용 전 차륜 조향 제어방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
굴절 차량의 운전자가 전진 또는 후진 조향제어 모드를 선택하는 모드 선택단계와, 상기 모드 선택단계에서의 선택에 따라 전진 이상 조향각 또는 후진 이상 조향각을 산출하는 조향각 산출단계 및 2축 조향 전자제어장치 및 3축 조향 전자제어장치를 이용하여 산출된 이상 조향각에 맞도록 2축 및 3축의 조향각을 제어하는 조향각 제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 후진 이상 조향각은 1축 내지 3축의 조향 한계를 고려하여 산출 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 후진 이상 조향각을 산출하는 단계는, 굴절 차량의 운전자가 1축을 조향함에 따라 발생하는 1축 조향각과, 차체에 발생하는 굴절각을 측정하는 단계와, 상기 1축 조향각을 이용하여 2축의 조향각을 구하는 단계와, 상기 굴절각을 이용하여 3축의 조향각을 구하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 2축의 조향각은
Figure 112009068726046-PAT00001
에 의해 얻어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 3축의 조향각은
Figure 112009068726046-PAT00002
에 의해 얻어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어방법에 의하면, 굴절 차량의 후진 주차 및 후진 선회의 안정성을 확보하여 도로의 폭이나 차고지의 주차공간이 협소한 국내에서도 굴절 차량의 전반적인 운전 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 후진 주차 및 후진 선회만을 위한 조향 제어방법의 개발로 인해 기존의 후진 제어의 어려움을 개선하여 운전자의 편의성이 증대됨에 따라 굴절 차량의 보급화에도 기여할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 굴절 차량의 전 차륜 조향 제어 방법을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 전진 선회시의 굴절 차량의 평면 모델을 나타낸 도면이며, 도 3은 후진 선회시의 굴절 차량의 평면 모델을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 굴절 차량의 전 차륜 조향 제어과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이며, 도 5는 굴절 차량의 T형 주차시의 이상 궤적을 나타낸 도면이고, 도 6은 굴절 차량의 T형 주차시의 각 차륜의 이동 궤적을 나타낸 도면이며, 도 7은 굴절 차량의 T형 주차시 각 차륜의 조향각과 굴절각을 나타낸 도면이다.
본 발명은 전 차륜 조향 제어를 적용한 굴절 차량(100)의 후진 주차 및 후진 선회시 굴절 차량(100)의 회전 반경을 최소화하고, 불필요한 움직임을 최소화시키며, 각 차체 궤적의 이탈을 최소화하여 보다 안정적이고 최적의 궤적을 갖는 후진주차가 가능하도록 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 관한 것으로, 그 구성은 크게 모드 선택단계(S10)와, 조향각 산출단계(S20) 및 조향각 제어단계(S30)를 포함하여 구성된다.
이에 대해 상세히 설명하기에 앞서, 일반적인 굴절 차량의 전 차륜 조향 제어 과정을 설명하면 다음과 같다.
굴절 차량(100)의 전 차륜 조향 방법은 운전자가 직접 조향하는 1축(10)을 제외한 2축(20) 및 3축(30)의 조향을 제어하기 위해 총 2개의 조향 전자제어장치(ECU)(70)(80)가 필요하다. 각각의 전자제어장치에 입력되는 정보와 출력을 통한 제어방법은 도 1과 같이 나타낼 수 있는데, 먼저 2축 조향 전자제어장치(70)의 경우 운전자에 의해 선택되는 동위상/역위상 정보와 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00003
) 및 차량의 속력이 입력되어 2축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00004
)을 제어하도록 유압실린더(미도시)에 출력신호를 보내게 된다.
또한, 3축 조향 전자제어장치(80)는 동위상/역위상 정보와, 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00005
) 및 차량속도를 입력받아 유압 실린더를 제어하여 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00006
)을 제어하도록 유압실린더에 출력신호를 보내게 된다.
한편, 전 차륜 조향 방법을 적용한 굴절 차량(100)의 전진 및 선회 시 각 축 조향각의 결정은 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00007
)과 굴절 차량(100)의 1량(42)과 2량(44) 사이의 상대적 위치관계를 나타내는 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00008
)에 의해 좌우된다. 이때, 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00009
)은 운전자의 입력에 의해 결정되고, 그와 동시에 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00010
)이 센서의 측정에 의해 결정된다. 굴절 차량(100)이 선회하면서 최소반경을 갖는 선회궤적을 만 족하기 위해 2축과 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00011
)(
Figure 112009068726046-PAT00012
)은 각각 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00013
)과 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00014
)에 종속적인 값을 갖는다.
이는 차량 평면 모델(40a)의 기구학적 관계에 의해 결정되는데, 굴절 차량(100)이 전진하는 경우 전 차륜 조향은 저속에서 선회반경을 작게 하기 위해 후륜(32)이 전륜(12)의 조향방향과 반대로 조향된다.
도 2에 나타낸 바와 같은 굴절 차량(100)의 평면 모델(40a)은 굴절 차량(100)의 제원에 의해 그 치수가 결정되며 평면 모델(40a)의 기본적인 가정은 가상고정축(42a,44a)이 굴절 차량(100)의 선회 각도에 관계없이 일정하다는 것이다.
도 2에 나타낸 굴절 차량(100)의 평면 모델(40a)에서 사용된 변수들에 대해 설명하면 다음과 같다.
Figure 112009068726046-PAT00015
: 차량의 굴절각, 1량(42)과 2량(44) 사이의 상대적 위치관계를 나타냄.
Figure 112009068726046-PAT00016
: 1축의 조향각, 운전자에 의해 조작됨.
Figure 112009068726046-PAT00017
: 2축의 조향각, 2축 조향전자제어장치(70)에 의해 제어됨.
Figure 112009068726046-PAT00018
: 3축의 조향각, 3축 조향전자제어장치(80)에 의해 제어됨.
Figure 112009068726046-PAT00019
: 1축(10)과 2축(20) 사이의 거리,
Figure 112009068726046-PAT00020
: 3축(30)과 굴절점(46) 사이의 거리,
Figure 112009068726046-PAT00021
: 차체 1량의 가상고정축(42a)과 2축(20) 사이의 최소 거리,
Figure 112009068726046-PAT00022
: 차체 2량의 가상고정축(44a)과 3축(30) 사이의 최소 거리.
굴절 차량(100)의 전진 주행시 이상적인 2축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00023
)은 차량 평면 모델(40a)에서 운전자의 조작에 의해 발생하는 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00024
)을 이용하여 기하학적인 방법으로 유도함으로써 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00025
)의 함수로 나타낼 수 있게 되고, 이를 적용할 경우 차량 선회시 차량 1축(10)과 2축(20)의 선회중심(50)과 궤적이 일치하게 된다.
또한, 굴절 차량(100)의 전진 주행시 이상적인 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00026
)은 도 2에 나타낸 차량평면모델(40a)에서 차량의 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00027
)과, 1축(10)과 2축(20) 사이의 거리(
Figure 112009068726046-PAT00028
) 및 3축(30)과 가상 고정점 사이의 거리를 이용하여 유도함으로써 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00029
)의 함수로 얻을 수 있게 되는데, 이를 적용할 경우 2축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00030
)과 마찬가지로 차량의 1,2축(10)(20)의 선회중심(50)과 궤적이 일치하게 된다.
상기와 같이 2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00031
) 및 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00032
)을 각각 1축 조향 각(
Figure 112009068726046-PAT00033
) 및 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00034
)을 이용하여 유도하는 과정은 본 출원인의 선출원 국내특허 출원번호 제10-2007-0083542호에 상세히 나타나 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 굴절 차량(100)의 전진 주행시 후륜 조향각을 산출하기 위한 차량 평면 모델(40a)에서는 굴절 차량(100)이 정상원을 선회하도록 가상 고정축(42a)(44a)이 서로 만나는 위치를 가상의 선회 중심점(50)으로 설정하였다.
하지만, 굴절 차량(100)이 후진하는 경우에는 굴절 차량(100)의 기본적인 차량 제원 상 1축(10)의 최대 조향각에 비해 2축(20)과 3축(30)의 최대 조향각이 약 절반가량만 조작되는 기구적인 한계를 지니고 있기 때문에 도 2에 나타낸 전진 주행시의 차량 평면 모델(40a)을 적용하여 2축과 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00035
)(
Figure 112009068726046-PAT00036
)을 구하게 될 경우 1축(10)의 조향에 의해 증가하는 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00037
)을 2축(20)과 3축(30)의 조향이 상쇄하지 못하게 되어 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00038
)은 운전자가 의도하는 방향과는 반대 방향으로 조향되고, 결과적으로는 굴절 차량(100)의 허용 굴절각을 초과하는 상황이 발생하게 된다.
따라서, 운전자는 굴절 차량(100)을 통제하기 힘든 상황에 놓일 수 있게 되는데 이러한 문제점을 해결하기 위하여 굴절 차량(100)의 후진시에 적용될 수 있는 새로운 차량 평면 모델(40b)이 요구된다. 굴절 차량(100)의 후진시에 적용되는 새로운 차량 평면 모델(40b)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 각 축의 조향한계를 고려하 여 가상 선회 중심점(50)의 위치를 이동시킨 모델이 적용된다.
도 3은 후진 선회시의 굴절 차량(100)의 평면 모델(40b)을 나타낸 것으로, 굴절 차량(100)의 후진 주행시 1축(10)의 최대 조향각이 32.5도이고, 2축(20) 및 3축(30)의 최대 조향각은 17.5도인 점을 고려하여 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00039
)이 최대로 조작되었을 때, 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00040
) 또한 최대로 조향되도록 설정한 것이다.
후진 선회시의 굴절 차량(100)의 평면 모델(40b)에 사용된 변수들은 도 2에 나타낸 전진 선회시의 굴절 차량(100)의 평면 모델(40a)에 사용된 변수들과 동일하며, 추가된 변수들에 대해서만 설명하면 다음과 같다.
K : 2축(20)과 굴절점(46) 사이의 거리,
A : 차체 1량(42)과 선회 중심점(50) 사이의 거리.(차체 1량(42)에 대한 가상 고정축(42a)의 거리),
B : 차체 2량(44)과 선회 중심점(50) 사이의 거리.(차체 2량(44)에 대한 가상 고정축(44a)의 거리)
상기 후진 선회시의 굴절 차량(100)의 평면 모델(40b)에서의 기하학적 관계를 이용하여 굴절 차량(100)의 후진 선회시의 이상적인 2축 및 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00041
)(
Figure 112009068726046-PAT00042
)을 산출할 수 있게 되는데, 먼저 이상적인 2축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00043
)은 운전자의 조작에 의해 발생하는 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00044
)을 이용하여 기하학적인 방법으로 유도한다.
보다 상세히 설명하면, 도 3에 나타낸 평면 모델(40b)에서 1축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00045
)은 차체 1량의 가상 고정축(42a)과 가상 선회중심(50)으로부터 차량의 전륜(12)에 이르는 선분 사이의 각과 동일하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068726046-PAT00046
(1)
다음, 2축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00047
)은 차체 1량의 가상 고정축(42a)과 가상 선회중심(50)으로부터 차량의 중간륜(22)에 이르는 선분 사이의 각과 동일하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068726046-PAT00048
(2)
상기 (1)식에서
Figure 112009068726046-PAT00049
을 A에 대해 정리하여 (2)식에 대입하면, 다음과 같이 2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00050
)에 대한 함수를 얻을 수 있게 된다.
Figure 112009068726046-PAT00051
(3)
상기 (3)식은 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00052
)의 함수이며, 이를 적용할 경우 굴절 차량(100)의 후진 선회시 차량 1축과 2축의 선회중심(50)과 궤적이 일치하게 된다.
2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00053
)의 유도와 유사하게 이상적인 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00054
)은 도 3에 나타낸 평면 모델(40b)에서 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00055
)을 이용하여 기하학적인 방법으로 유도하게 되는데, 보다 상세히 설명하면, 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00056
)은 차체 2량의 가상 고정축(44a)과 가상 선회중심(50)으로부터 차량의 후륜(32)에 이르는 선분 사이의 각과 동일하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068726046-PAT00057
(4)
또한, 차체 2량과 차체 1량의 가상고정축(44a)(42a)이 만나는 교점으로부터 굴절점(46)에 이르는 거리를
Figure 112009068726046-PAT00058
라 할 때, 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00059
)은 선회 중심(50)을 기준으로 하는 차체 1량의 가상고정축(42a)과 차체 2량의 가상고정축(44a) 사이의 각과 동일하게 되므로 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00060
)에 대한 다음의 두 식이 완성된다.
Figure 112009068726046-PAT00061
(5),
Figure 112009068726046-PAT00062
(6)
상기 (6)식에서
Figure 112009068726046-PAT00063
를
Figure 112009068726046-PAT00064
에 대해 정리하여, (5)식에 대입하고, 상기 (5)식에서
Figure 112009068726046-PAT00065
를 B에 관해 정리한 후 (4)식에 대입하면 다음과 같이 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00066
)에 대한 함수를 얻을 수 있게 된다.
Figure 112009068726046-PAT00067
(7)
상기 (7)식은 차체 1량(42)과 2량(44)이 이루는 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00068
)의 함수이며, 이를 적용할 경우 2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00069
)과 마찬가지로 굴절 차량(100)의 후진 선회시 차량 1축과 2축의 선회중심(50)과 궤적이 일치하게 된다.
따라서, 전술한 바와 같이 차량 평면 모델(40b)의 기하학적 관계에 의거한 위의 (3)식과, (7)식을 통해서 2축 및 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00070
)(
Figure 112009068726046-PAT00071
)은 굴절 차량(100)의 후진 선회시 최소반경을 선회하기 위한 최적의 값으로 도출되어 진다.
다음, 본 발명에 따른 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법은 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 모드 선택 단계(S10)와, 조향각 산출단계(S20) 및 조향각 제어단계(S30)를 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 모드 선택 단계(S10)는 굴절 차량(100)의 운전자가 전진 또는 후진 조향제어 모드를 선택하는 것으로, 전술한 바와 같이 굴절 차량(100)의 기본 차량 제원 상 전진 선회시와 후진 선회시의 각 축의 제어가능한 조향한계가 차이가 있게 되므로 이를 고려하여 굴절 차량(100)의 전진 주행시와 후진 주행시 운전자의 1축(10) 조향에 따른 2축(20) 및 3축(30)에 적용되는 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00072
)(
Figure 112009068726046-PAT00073
)을 다르게 하여야 하기 때문에 운전자는 굴절 차량(100)의 전진 또는 후진 주행시 조향제어 모드를 반드시 선택하여야 한다.
이에 대한 일실시예로 운전자가 굴절 차량(100)의 운전석에 마련된 후진 적용 스위치(미도시)를 작동시킬 수 있도록 하여, 상기 후진 적용 스위치가 작동되지 않은 상태에서는 평상시와 같이 산출된 전진 이상 조향각에 따라 전 차륜이 조향되도록 하고, 주차 등의 목적으로 굴절 차량(100)을 후진시켜야 하는 경우에는 운전자가 상기 후진 적용 스위치를 작동시켜 굴절 차량(100)의 후진 선회시 적용되는 후진주차 보조 알고리즘을 활성화시킬 수 있게 된다.
상기와 같이, 굴절 차량(100)의 조향제어 모드가 선택되면, 2축 및 3축 조향 전자제어장치(70)(80)에서는 선택된 조향제어 모드에 따라 2축 및 3축의 이상 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00074
)(
Figure 112009068726046-PAT00075
)을 산출하게 되는데(조향각 산출단계(S20)), 굴절 차량(100)의 전진 조향제어 모드에서는 전술한 본 출원인의 선출원 국내특허 출원번호 제10-2007-0083542호에 게재된 바와 같이,
2축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00076
)은
Figure 112009068726046-PAT00077
(8) 식에 의해 산출되고,(이때,
Figure 112009068726046-PAT00078
: 2축의 조향각,
Figure 112009068726046-PAT00079
: 1축의 조향각,
Figure 112009068726046-PAT00080
: 1축(10)과 차체 1량의 가상 고정축(42a)과의 거리,
Figure 112009068726046-PAT00081
: 차체 1량의 가상 고정축(42a)과 2축(20)과의 거리)
3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00082
)은
Figure 112009068726046-PAT00083
(9) 식에 의해 산출된다.(이때,
Figure 112009068726046-PAT00084
: 3축의 조향각,
Figure 112009068726046-PAT00085
: 차량의 굴절각,
Figure 112009068726046-PAT00086
: 2축(20)과 굴절점(46)과의 거리,
Figure 112009068726046-PAT00087
: 3축(30)과 굴절점(46)과의 거리,
Figure 112009068726046-PAT00088
: 차체1량의 가상 고정축(42a)과 2축(20)과의 거리,
Figure 112009068726046-PAT00089
: 차체 2량의 가상 고정축(44a)과 3축(30)과의 거리)
또한, 굴절 차량(100)의 후진 조향제어 모드에서는 전술한 바와 같이, 2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00090
)은 운전자가 1축(10)을 조향함에 따라 발생하는 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00091
)을 이용하여
Figure 112009068726046-PAT00092
(3)식에 의해 산출되고, 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00093
)은 차체의 1량(42)과 2량(44) 사이에 발생하는 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00094
)을 이용하여
Figure 112009068726046-PAT00095
(7)식에 의해 산출된다. 이때, 상기 (3)식 및 (7)식에 사용된 변수들은 전술한 식의 유도과정에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
즉, 운전자의 후진 적용 스위치 작동에 의해 가동되는 후진주차 보조 알고리즘에서의 후진 이상 조향각을 산출하는 단계는 2축 및 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00096
)(
Figure 112009068726046-PAT00097
)의 산출에 사용되는 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00098
)과, 차체의 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00099
)을 측정하는 단계와, 측 정된 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00100
)을 이용하여 2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00101
)을 산출하는 단계 및 측정된 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00102
)을 이용하여 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00103
)을 산출하는 단계로 구성되는데, 이때, 상기 2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00104
) 및 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00105
)은 각각 주차 등을 목적으로 하는 굴절 차량(100)의 후진 선회시에 적용되는 차량 평면 모델(40b)에서의 기하학적인 방법으로 유도되는 (3)식 및 (7)식에 의해 산출되는 것이다.
이와 같이, 각 축의 조향각이 산출되면 2축 및 3축 조향 전자제어장치(70)(80)는 각각 2축(20) 및 3축(30)에 연결 설치된 2축 유압실린더 및 3축 유압실린더(미도시)로 제어신호를 보내어 산출된 이상 조향각에 맞도록 2축 및 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00106
)(
Figure 112009068726046-PAT00107
)을 제어하게 된다.(조향각 제어단계(S30))
다음, 2축 및 3축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00108
)(
Figure 112009068726046-PAT00109
)을 산출하기 위한 (3)식 및 (7)식을 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 적용하여 동역학 해석을 수행한 결과를 도 5 내지 도 7에 나타내었다.
먼저, 도 5는 굴절 차량(100)의 T형 주차시의 이상 궤적을 나타낸 것으로, 굴절 차량(100)은 출발 후 반경 R1을 따라서 전진하다가 이상 궤적의 두 원이 만나는 점에서 정치한 후, 반경 R2를 따라 후진을 시작하게 된다.
다음, 도 6은 굴절 차량(100)의 T형 주차시의 각 차륜(12,22,32)의 이동 궤적을 나타낸 것으로, 굴절 차량(100)의 전, 후진시 서로 다른 관계식에 의해 산출된 이상 조향각이 적용되므로 서로 다른 반경으로 선회하여 이상적인 주차 궤적에 따라 굴절 차량(100)의 조작이 가능함을 알 수 있다.
또한, 도 7은 굴절 차량(100)의 T형 주차시 각 차륜의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00110
)과 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00111
)을 나타낸 것으로, 시작 후 약 12초 후가 되는 시점부터 각 축과 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00112
)과의 관계가 달라지는 것을 확인할 수 있다. 이는 약 12초가 되는 지점에서 후진 적용 스위치를 작동시켜 후진 주차 보조 알고리즘을 활성화시켰기 때문인데, 후진 주차 보조 알고리즘이 활성화되면 자동적으로 전진 시의 전 차륜 조향 알고리즘은 비활성화가 된다.
1축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00113
)은 전술한 바와 같이, 운전자에 의해 조작이 되며, 차량의 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00114
) 또한 차량의 굴절점(46)에 위치한 센서에 의해 측정이 이루어진다.
도 7의 그래프에 나타낸 각 축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00115
)은 12초까지는 굴절 차량(100)의 전진 선회시의 전 차륜 조향 알고리즘에 따른 것으로, 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00116
)과 2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00117
)이 서로 역위상, 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00118
)과 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00119
) 역시 서로 역위상을 나타내지만, 12초 이후에는 1축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00120
)과 2축 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00121
)이 서로 동위상, 굴절각(
Figure 112009068726046-PAT00122
)과 3축의 조향각(
Figure 112009068726046-PAT00123
)이 서로 동위상을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은, 시뮬레이션의 결과를 통하여 본 발명에 따른 굴절 차량용 전 차 륜 조향 제어 방법이 굴절 차량(100)의 전진 시와 후진 시에 모두 의도한 대로 적용되었음을 확인할 수 있고, 이를 통해 굴절 차량(100)이 이상적인 궤적으로 후진 주차를 하였음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 의하면 굴절 차량(100)의 후진 주차 및 후진 선회의 안정성을 확보하여 도로의 폭이나 차고지의 주차공간이 협소한 국내에서도 굴절 차량(100)의 전반적인 운전 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 후진 주차 및 후진 선회만을 위한 조향 제어방법의 개발로 인해 기존의 후진 제어의 어려움을 개선하여 운전자의 편의성이 증대됨에 따라 굴절 차량(100)의 보급화에도 기여할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 대하여 설명한 것이지만, 본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 굴절 버스 뿐만 아니라, 기타 트레일러 등의 굴절 차량의 조향 제어 방법으로 활용이 가능함은 물론이고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전 차륜 조향 제어를 적용한 굴절 차량의 후진 주차 및 후진 선회시 굴절 차 량의 회전 반경을 최소화하고, 불필요한 움직임을 최소화시키며, 각 차체 궤적의 이탈을 최소하하여 보다 안정적이고 최적의 궤적을 갖는 후진주차가 가능하도록 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법에 관한 것이다.
도 1은 굴절 차량의 전 차륜 조향 제어 방법을 개략적으로 나타낸 개념도.
도 2는 전진 선회시의 굴절 차량의 평면 모델을 나타낸 도면.
도 3은 후진 선회시의 굴절 차량의 평면 모델을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 굴절 차량의 전 차륜 조향 제어과정을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 5는 굴절 차량의 T형 주차시의 이상 궤적을 나타낸 도면.
도 6은 굴절 차량의 T형 주차시의 각 차륜의 이동 궤적을 나타낸 도면.
도 7은 굴절 차량의 T형 주차시 각 차륜의 조향각과 굴절각을 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 1축 12 : 전륜
20 : 2축 22 : 중간륜
30 : 3축 32 : 후륜
40a, 40b : 평면 모델 42 : 1량
42a : 가상 고정축(1량) 44 : 2량
44a : 가상 고정축(2량) 46 : 굴절점(굴절부분)
50 : 선회중심 70 : 2축 조향 전자제어장치
80 : 3축 조향 전자제어장치 100 : 굴절 차량
Figure 112009068726046-PAT00136
: 굴절각
Figure 112009068726046-PAT00137
: 1축 조향각
Figure 112009068726046-PAT00138
: 2축 조향각
Figure 112009068726046-PAT00139
: 3축 조향각
S10 : 모드 선택단계 S20 : 조향각 산출단계
S30 : 조향각 제어단계

Claims (5)

  1. 굴절 차량의 운전자가 전진 또는 후진 조향제어 모드를 선택하는 모드 선택단계와,
    상기 모드 선택단계에서의 선택에 따라 전진 이상 조향각 또는 후진 이상 조향각을 산출하는 조향각 산출단계, 및
    2축 조향 전자제어장치 및 3축 조향 전자제어장치를 이용하여 산출된 이상 조향각에 맞도록 2축 및 3축의 조향각을 제어하는 조향각 제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 후진 이상 조향각은 1축 내지 3축의 조향 한계를 고려하여 산출하는 것을 특징으로 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 후진 이상 조향각을 산출하는 단계는,
    굴절 차량의 운전자가 1축을 조향함에 따라 발생하는 1축 조향각과, 차체에 발생하는 굴절각을 측정하는 단계와,
    상기 1축 조향각을 이용하여 2축의 조향각을 구하는 단계와,
    상기 굴절각을 이용하여 3축의 조향각을 구하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 2축의 조향각은
    Figure 112009068726046-PAT00124
    에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법.
    (이때,
    Figure 112009068726046-PAT00125
    : 2축의 조향각,
    Figure 112009068726046-PAT00126
    : 1축의 조향각,
    Figure 112009068726046-PAT00127
    : 차체 1량의 가상 고정축과 2축 사이의 최소거리,
    Figure 112009068726046-PAT00128
    : 1축과 2축사이의 거리)
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 3축의 조향각은
    Figure 112009068726046-PAT00129
    에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 굴절 차량용 전 차륜 조향 제어 방법.
    (이때,
    Figure 112009068726046-PAT00130
    : 3축의 조향각, : 차량의 굴절각,
    Figure 112009068726046-PAT00132
    : 차체 1량의 가상 고정축과 2축 사이의 최소거리,
    Figure 112009068726046-PAT00133
    : 차체 2량의 가상 고정축과 3축 사이의 최소거리,
    Figure 112009068726046-PAT00134
    : 3축과 차량의 굴절점 사이의 거리,
    Figure 112009068726046-PAT00135
    : 2축과 차량의 굴절점 사이의 거리)
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