KR20170116355A - Apparatus and methods for control of a vehicle by gyroscope - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자이로스코프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자이로스코프를 통해 차량의 자세를 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체; 상기 차체에 대해 전후 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동 가능하게 고정되는 자이로팩; 상기 자이로팩을 이동시키는 이동수단; 상기 자이로팩에 설치되는 하나 이상의 자이로스코프; 상기 자이로스코프에 설치되는 하나 이상의 플라이휠; 상기 플라이휠을 회전시키는 동력수단; 상기 플라이휠을 틸팅하는 틸팅수단; 차체, 차체 주변의 환경, 및 자이로팩 중 적어도 어느 하나의 상태를 측정하는 센서; 그리고 상기 센서들로부터 측정된 신호에 기초하여 상기 이동수단과 동력수단과 틸팅수단 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 차량 제어 장치이다.The present invention relates to a gyroscope, and more particularly, to an apparatus and method for controlling the attitude of a vehicle through a gyroscope.
The present invention provides a vehicle comprising: a body including at least one wheel; A gyro pack movably fixed to at least one of a front-rear direction and a left-right direction with respect to the vehicle body; Moving means for moving the gyro pack; At least one gyroscope installed in the gyro pack; One or more flywheels mounted on the gyroscope; Power means for rotating the flywheel; A tilting means for tilting the flywheel; A sensor for measuring a state of at least one of a vehicle body, an environment around the vehicle body, and a gyro pack; And a controller for controlling at least one of the moving means, the power means, and the tilting means based on the measured signals from the sensors.

Figure P1020160043968
Figure P1020160043968

Description

자이로스코프를 이용한 차량 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHODS FOR CONTROL OF A VEHICLE BY GYROSCOPE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a vehicle control apparatus using a gyroscope,

본 발명은 자이로스코프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자이로스코프를 통해 차량의 자세를 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gyroscope, and more particularly, to an apparatus and method for controlling the attitude of a vehicle through a gyroscope.

최근 쓰러지지 않는 2륜 구동 차량에 대해 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이런 2륜 구동 차량은 2개의 바퀴를 사용하기 때문에 무게의 중심점을 측량하고 이를 기준으로 균형을 잡는 각종 장치가 내장되어 있다. 가령 세그웨이(segway)나 리트 모터스(lit motors)가 개발한 2륜 구동 차량에는 자이로스코프를 활용하여 균형을 잡는 기술이 적용되고 있다. 그 중 세그웨이는 차량의 진행방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 2개의 바퀴가 병렬로 배열된 구동 차량에 대해 개발이 진행되어 오고 있고, 리트 모터스는 차량의 진행방향으로 2개의 바퀴가 직렬로 배열된 구동 차량에 대해 개발이 진행되어 오고 있다. Recently, technological development has been actively carried out on a 2-wheel drive vehicle which can not collapse. These two-wheel drive vehicles use two wheels, so they have a built-in device that measures the center of gravity and balances it. For example, a two-wheel drive vehicle developed by segway or lit motors has applied a gyroscope-balancing technique. Among them, Segway has been developed for a driving vehicle in which two wheels are arranged in parallel in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle, and Lit Motor has two wheels arranged in series in the traveling direction of the vehicle Development of a driving vehicle has been progressing.

그러나 이들 기술은 휠체어, 스쿠터나 오토바이와 같은 소형 차량에 집중되어 있어서 고중량의 차량에 그대로 적용할 수 없는 문제점이 있다. 자이로스코프는 회전하는 플라이휠의 관성모멘트와 각속도가 클수록 균형을 바로잡게 하는 힘이 커지는데, 플라이휠의 관성모멘트가 커지면 각속도의 변화를 제어하는데 상당한 시간이 소요되고, 이는 즉각적인 균형 제어를 저해하는 요인이 된다. 특히 관성모멘트가 큰 플라이휠의 각속도를 제어하기 위해 그만큼 정격출력이 큰 모터를 사용한다면, 하중이 크게 증가하는 문제가 있고, 이렇게 큰 모터까지 짐벌에 함께 설치해야 하기 때문에 결국 플라이휠의 회전축을 배향하기 위한 제어 수단까지 상당한 크기나 무게를 가지지 않을 수 없게 된다.However, these techniques are concentrated on small-sized vehicles such as wheelchairs, scooters and motorcycles, so that they can not be applied to a heavy-weight vehicle. As the moment of inertia of the rotating flywheel increases and the force that corrects the balance becomes larger as the angular velocity of the rotating flywheel increases, the moment of inertia of the flywheel increases and it takes a considerable time to control the change of the angular velocity. do. In particular, if a motor having a large rated output is used to control the angular speed of the flywheel having a large moment of inertia, there is a problem that the load increases greatly. Since the motor having such a large motor must be installed together with the gimbals, The control means must have a considerable size and weight.

게다가 상술한 세그웨이나 리트 모터스의 2륜 구동 차량은 모두 1인 또는 2인의 소수의 인원이 탑승하는 것을 전제로 제품을 개발하고 있기 때문에, 2개의 바퀴를 연결하는 선 상에 무게 중심이 위치하고, 차량이 이동하더라도 이러한 무게 중심이 크게 움직이지 않는 것을 전제로 제어와 설계가 이루어지고 있다.In addition, since the above-described two-wheel drive vehicle of Segway Narit Motors develops a product on the assumption that a small number of people are boarded, the center of gravity is located on the line connecting the two wheels, Control and design are performed on the assumption that the center of gravity does not move largely even when the robot moves.

따라서 승객의 수가 많아 무게 중심이 2개의 바퀴를 연결하는 선 상에 위치하는 것을 전제하기 어려운 구조의 차량이나, 무게 중심을 잡기 위해 상당히 큰 모멘트를 일으켜야 하는 차량에 세그웨이나 리트 모터스에서 개발하고 있는 기술을 그대로 적용할 수는 없는 실정이다.Therefore, it is difficult to assume that the center of gravity is located on the line connecting the two wheels due to the large number of passengers, or the technology developed by Segway Narit Motors in a vehicle that needs to generate a considerable moment to center the center of gravity Can not be applied as it is.

US 8,490,723 B2US 8,490,723 B2 WO 2011/115699WO 2011/115699 WO 2013/130656WO 2013/130656 WO 2013/130659WO 2013/130659

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 지면과 접촉하는 휠의 개수가 2개 이하여서 그 자체로는 균형을 유지할 수 없는 차량이면서도, 고중량이고 무게 중심이 휠의 축 상에 있지 아니하여 차체의 균형을 유지하기가 굉장히 곤란한 경우에도 적용 가능한 차량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a vehicle which can not maintain its own balance because the number of wheels contacting the ground is two or less, And it is an object of the present invention to provide a vehicle control device which can be applied even when it is extremely difficult to maintain the balance of the vehicle body.

또한 본 발명은, 이러한 차량의 운행 과정에서 차량의 균형에 영향을 줄 수 있는 다양한 외적 요인이 차량에 작용하더라도 차량의 균형을 유지할 수 있도록 하는 차량 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a vehicle control method that can maintain the balance of a vehicle even when various external factors that may affect the balance of the vehicle during the running of the vehicle act on the vehicle.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체;In order to solve the above-described problems, the present invention provides a vehicle comprising: a body including at least one wheel;

상기 차체에 대해 전후 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동 가능하게 고정되는 자이로팩; 상기 자이로팩을 이동시키는 이동수단; 상기 자이로팩에 설치되는 하나 이상의 자이로스코프; 상기 자이로스코프에 설치되는 하나 이상의 플라이휠; 상기 플라이휠을 회전시키는 동력수단; 상기 플라이휠을 틸팅하는 틸팅수단; 차체, 차체 주변의 환경, 및 자이로팩 중 적어도 어느 하나의 상태를 측정하는 센서; 그리고 상기 센서들로부터 측정된 신호에 기초하여 상기 이동수단과 동력수단과 틸팅수단 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 차량 제어 장치를 제공한다.A gyro pack movably fixed to at least one of a front-rear direction and a left-right direction with respect to the vehicle body; Moving means for moving the gyro pack; At least one gyroscope installed in the gyro pack; One or more flywheels mounted on the gyroscope; Power means for rotating the flywheel; A tilting means for tilting the flywheel; A sensor for measuring a state of at least one of a vehicle body, an environment around the vehicle body, and a gyro pack; And a controller for controlling at least one of the moving means, the power means, and the tilting means based on the signals measured from the sensors.

상기 휠은 차체의 진행 방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 좌우 한 쌍 구비될 수 있다. 여기서 상기 차체에 대한 자이로팩의 위치 이동은 상기 자이로팩과 차체 중 어느 한 쪽에 설치된 레일과 나머지 한 쪽에 설치된 레일 가이드를 따라 이루어질 수 있다. The wheel may be provided in a pair of left and right wheels in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle body. The positional movement of the gyro pack relative to the vehicle body may be performed along a rail provided on one of the gyro pack and the vehicle body and a rail guide provided on the other side.

또는, 상기 차체에 대한 자이로팩의 위치 이동은 상기 자이로팩과 차체에 각각 연결되는 적어도 하나의 링크 암(arm)에 의해 이루어질 수 있다. 여기서 상기 링크 암은 3개 이상 구비되며, 상기 링크 암들의 양단 중 어느 일단은 유니버셜 조인트로 연결될 수 있다. 그리고 상기 링크 암들은 개별적으로 길이 조절 가능할 수 있다.Alternatively, the positional movement of the gyro pack relative to the vehicle body may be performed by at least one link arm connected to the gyro pack and the vehicle body, respectively. At least three of the link arms are provided, and one end of the link arms may be connected by a universal joint. And the link arms may be individually adjustable in length.

상기 자이로팩에는 적어도 두 개의 자이로스코프가 설치될 수 있다.At least two gyroscopes may be installed in the gyro pack.

그리고 상기 적어도 두 개의 자이로스코프는 차체 내에서 좌우로 나란히 배치될 수 있다.And the at least two gyroscopes may be arranged side by side in the vehicle body.

그리고 상기 적어도 두 개의 자이로스코프는 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.And the at least two gyroscopes can rotate in opposite directions.

상기 자이로스코프는 짐벌을 통해 자이로팩에 설치되며, 상기 자이로팩에는 차량의 전후 방향으로 뻗는 축을 중심으로 상기 짐벌을 틸팅하는 틸팅 수단이 구비될 수 있다.The gyroscope may be installed in a gyro pack via a gimbal, and the gyro pack may be provided with tilting means for tilting the gimbal about an axis extending in the longitudinal direction of the vehicle.

하나의 자이로스코프에는 회전축이 서로 일치하는 적어도 두 개의 플라이휠이 구비되며, 상기 두 개의 플라이휠은 플라이휠의 회전축에 대해 관성 모멘트(I)가 서로 상이할 수 있다. 여기서 회전축이 서로 일치하는 상기 적어도 두 개의 플라이휠은 각각 독립적으로 회전력을 제공하는 동력수단에 의해 구동될 수 있다.One gyroscope is provided with at least two flywheels whose rotational axes coincide with each other, and the two flywheels may have mutually different moments of inertia (I) relative to the rotational axis of the flywheel. Wherein the at least two flywheels whose rotational axes coincide with each other can be driven by power means that provide rotational force independently of each other.

상기 플라이휠의 회전축 및 틸팅축에 수직한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 기울이는 자이로팩 피칭수단을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 자이로팩 피칭수단은 각각의 자이로스코프를 독립적으로 피칭할 수 있다. 여기서 상기 자이로팩의 피칭은 상기 링크 암들의 길이를 조절함으로써 구현될 수 있다.And a gyro pack pitching unit that tilts the gyro pack around an axis perpendicular to the rotation axis and the tilting axis of the flywheel. Wherein the gyro pack pitching means can independently pitch each gyroscope. The pitching of the gyro pack may be implemented by adjusting the lengths of the link arms.

상기 플라이휠의 회전축과 평행한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 회전시키는 자이로팩 요잉수단을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 자이로팩의 요잉은 상기 링크 암을 서로 다른 방향으로 선회시킴으로써 구현될 수 있다.And a gyro pack yaw means for rotating the gyro pack about an axis parallel to the rotation axis of the flywheel. Here, the yawing of the gyro pack may be realized by turning the link arm in different directions.

상기 자이로팩을 승강시키는 자이로팩 승강수단을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 자이로팩의 승강은 상기 링크 암들의 길이를 조절함으로써 구현될 수 있다.And a gyro pack lifting means for lifting and lowering the gyro pack. Here, the lifting and lowering of the gyro pack can be realized by adjusting the lengths of the link arms.

상기 한 쌍의 휠은 각각 독립적으로 구동되는 구동장치에 의해 구동될 수 있다. 여기서 상기 휠의 구동장치는 휠 내부 공간에 설치되어 휠을 회전시키도록 구성할 수 있다.The pair of wheels may be driven by a driving device that is independently driven. Here, the driving device of the wheel may be installed in a space inside the wheel to rotate the wheel.

상기 하나 이상의 휠에는 휠의 조향각을 독립적으로 조절하는 조향수단이 설치될 수 있다.The at least one wheel may be provided with steering means for independently controlling the steering angle of the wheel.

상기 차량 제어 장치는 상기 차량이 미운행 상태에서 차체가 기울어지지 않도록 지면에 접하며 차체를 지지하는 지지바를 더 포함할 수 있다.The vehicle control apparatus may further include a support bar contacting the ground and supporting the vehicle body such that the vehicle body is not tilted in a non-running state of the vehicle.

또한 본 발명은, 적어도 하나의 휠을 포함하는 차체에 이동 가능하게 고정되며 적어도 하나의 플라이휠을 포함하는 적어도 하나의 자이로스코프를 구비하는 자이로팩을 제어하는 방법으로서, 센서에 의해 측정된 차체의 상태, 차체 주변의 환경 상태, 및 자이로팩의 상태 중 적어도 어느 하나의 상태를 근거로, 자이로팩에 구비되는 플라이휠의 배향, 플라이휠의 회전속도 및 자이로팩의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하는 차량 제어 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method of controlling a gyro pack comprising at least one gyroscope movably fixed to a vehicle body including at least one wheel and including at least one flywheel, , At least one of the orientation of the flywheel provided in the gyro pack, the rotational speed of the flywheel, and the position of the gyro pack, based on at least any one of the following conditions: .

차량의 미운행 상태에서 운행 상태로 전환되는 경우, 승객이 탑승한 상태에서 차량이 지면과 평행을 유지하도록 플라이휠의 배향, 플라이휠의 회전속도 및 자이로팩의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계; 및 센서에 의해 차량의 수평 상태를 확인한 후, 차체가 기울어지지 않도록 지면에 접하며 차체를 지지하던 지지바를 지면에서 떨어뜨려, 차체가 지면 상에서 휠에 의해서만 지지되도록 할 수 있다.Adjusting at least one of the orientation of the flywheel, the rotational speed of the flywheel, and the position of the gyro pack so that the vehicle is kept parallel to the ground when the passenger is in the on-board state when the vehicle is switched from the unmanned state to the running state; And after the horizontal state of the vehicle is confirmed by the sensor, the support bar supporting the vehicle body is brought into contact with the ground surface so that the vehicle body is not tilted, so that the vehicle body can be supported only on the ground by the wheels.

차량이 경사각이 있는 지면을 오르는 경우, 센서에 의해 차량과 지면 간의 거리를 감지하고, 적어도 자이로팩의 위치를 후방으로 이동시키는 제어를 수행함으로써 차체가 경사면과 수평이 되도록 할 수 있다. 차량이 경사각이 있는 지면을 내려오는 경우, 센서에 의해 차량과 지면 간의 거리를 감지하고, 적어도 자이로팩의 위치를 전방으로 이동시키는 제어를 수행함으로써 차체가 경사면과 수평이 되도록 할 수 있다. 그리고 차량이 지면과 평행을 유지하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.When the vehicle ascends on a ground surface having an inclination angle, the distance between the vehicle and the ground is sensed by the sensor, and at least the position of the gyro pack is moved backward, so that the vehicle body is horizontal with the inclined plane. When the vehicle comes down from the ground with a tilted angle, the distance between the vehicle and the ground is sensed by the sensor, and at least the position of the gyro pack is moved forward so that the vehicle body is horizontal with the tilted surface. And control to adjust at least one of the orientation of the flywheel and the rotational speed of the flywheel so that the vehicle remains parallel to the ground.

상기 차량은 진행 방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 좌우 한 쌍의 휠을 구비하고, 센서에 의해 차량에 롤링이 발생할 것으로 예상되거나 차량이 롤링 상태에 있음이 확인된 경우, 적어도, 롤링이 일어나 상승된 휠 쪽으로 자이로팩의 위치를 이동시키는 제어를 수행할 수 있다.The vehicle is provided with a pair of left and right wheels in a direction perpendicular to the direction of travel. When it is determined by the sensor that rolling is expected to occur or the vehicle is in a rolling state, at least, It is possible to perform control to move the position of the gyro pack toward the wheel.

또한 센서에 의해 차량에 롤링이 발생할 것으로 예상되거나 차량이 롤링 상태에 있음이 확인된 경우, 차량의 롤링 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.When at least one of the orientation of the flywheel and the rotation speed of the flywheel is adjusted so that a moment is generated in a direction opposite to the rolling direction of the vehicle when it is confirmed that the vehicle is expected to cause rolling by the sensor or the vehicle is in a rolling state Can be performed.

센서에 의해 차량의 진행 경로 방향으로 피칭이 발생할 것이 예상되거나 차량이 전방으로 피칭 상태에 있음이 확인된 경우, 적어도 차량의 진행 방향의 반대 방향으로 자이로팩의 위치를 이동시키는 제어를 수행할 수 있다. 또한 차량의 피칭 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.It is possible to perform control to move the position of the gyro pack at least in the direction opposite to the traveling direction of the vehicle when it is predicted that pitching will occur in the direction of travel path of the vehicle by the sensor or that the vehicle is in the pitching state forward . And control to adjust at least one of the orientation of the flywheel and the rotational speed of the flywheel so that a moment is generated in a direction opposite to the pitching direction of the vehicle.

여기서, 센서에 의해 차량의 전방 가까이에 물체가 있거나 차량의 전방 노면에 돌출부가 있음이 측정된 경우, 차량의 진행 경로 방향으로 피칭이 발생할 것을 예상할 수 있다.Here, if it is determined by the sensor that there is an object near the front of the vehicle or that there is a protrusion on the front road surface of the vehicle, it can be predicted that pitching will occur in the direction of the traveling path of the vehicle.

상기 차량이 좌측 또는 우측으로 회전할 경우, 회전반경의 중심 방향을 향해 자이로팩을 이동시키는 제어를 수행할 수 있다. 또한 자이로팩의 높이를 낮추는 제어를 수행할 수 있다.When the vehicle rotates to the left or right, control can be performed to move the gyro pack toward the center of rotation radius. Also, the control for lowering the height of the gyro pack can be performed.

또한 상기 차량의 회전방향에 불일치하는 요잉이 발생할 것이 예상되거나 요잉이 발생함이 확인된 경우, 상기 요잉 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.When at least one of the orientation of the flywheel and the rotation speed of the flywheel is adjusted so that a moment is generated in a direction opposite to the yaw direction, Can be performed.

또한 상기 차량의 원심력 방향으로 롤링이 발생할 것이 예상되거나 롤링이 발생할 것이 확인된 경우, 상기 롤링 방향에 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.And control to adjust at least one of the orientation of the flywheel and the rotational speed of the flywheel such that a moment is generated in a direction opposite to the rolling direction when it is confirmed that rolling is expected to occur in the centrifugal direction of the vehicle or rolling occurs You can do more.

또한 상기 적어도 하나의 휠의 축을 기준으로 무게가 더 많은 쪽의 차체 방향이 지면에 더 가까워지도록 무게 중심을 낮추는 방향으로 모멘트가 발생하도록 플라이휠의 배향 및 플라이휠의 회전속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 제어를 더 수행할 수 있다.A control for adjusting at least one of an orientation of the flywheel and a rotational speed of the flywheel such that a moment is generated in a direction of lowering the center of gravity so that the direction of the vehicle body on the side of the weight of the at least one wheel is closer to the ground . ≪ / RTI >

본 발명에 의하면, 자이로스코프의 원리를 적용할 뿐만 아니라 자이로스코프를 포함하는 자이로팩의 위치를 차체 내에서 변경하도록 할 수 있어, 무게 중심이 휠의 축 상에 있지 아니하는 차량이나 고중량의 차량에도 균형을 잡기 위해 빠른 제어가 가능하다.According to the present invention, not only the principle of the gyroscope but also the position of the gyro pack including the gyroscope can be changed in the vehicle body, so that even when the center of gravity is not on the axis of the wheel, Quick control is possible to balance.

또한 본 발명에 의하면, 자이로스코프의 원리를 이용하기 위해 고 중량의 플라이휠을 사용하더라도, 빠른 응답성을 가지는 제어를 할 수 있다.Further, according to the present invention, even if a flywheel of high weight is used to utilize the principle of the gyroscope, control with quick response can be performed.

또한 본 발명에 의하면, 좌우 병렬로 2개의 휠을 가지고, 고 중량이며, 무게의 중심이 두 휠의 중심축 상에 있음을 전제할 수 없는 차량의 운행 중 발생하는 다양한 외적 요인에 의해, 차량의 균형에 영향을 받더라도, 그 균형을 지속적으로 유지할 수 있다.Further, according to the present invention, due to various external factors occurring during operation of the vehicle, which can not be assumed to have two wheels in parallel in left and right, heavy in weight and centered on the center axis of the two wheels, Even if you are affected by the balance, you can keep that balance constant.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

도 1은 본 발명에 따른 차량 제어 장치의 제어 흐름도를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 측면도를 간략히 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 평면도를 간략히 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 자이로팩을 간략히 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 A-A 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 자이로팩의 이동수단의 일례를 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 자이로팩의 이동수단의 다른 일례를 나타낸 사시도,
도 8은 자이로팩에 의해 모멘트가 발생하는 경우를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 차량 제어 장치가 설치된 차량의 운행 시작과 운행 종료에 이루어지는 제어 흐름도를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 차량의 운행 정지 상태와 운행 상태의 자세를 나타낸 측면도,
도 11은 경사면을 오르는 차체를 나타낸 도면,
도 12는 경사면을 내려가는 차체를 나타낸 도면,
도 13은 차체의 전방에 돌출턱이 있는 경우를 나타낸 도면,
도 14는 차체의 전방에 장애물이 있어 제동을 해야 하는 경우를 나타낸 도면,
도 15는 지면의 우측에만 턱이 있어 차가 좌측으로 롤링하는 상태를 나타낸 도면,
도 16은 지면의 우측에만 함몰된 부위가 있어 차가 우측으로 롤링하는 상태를 나타낸 도면, 그리고
도 17은 차량이 좌측으로 회전하고 있는 상태를 위에서 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing the control of a vehicle control apparatus according to the present invention;
2 is a simplified side view of a vehicle according to the present invention,
3 is a simplified plan view of a vehicle according to the present invention,
4 is a perspective view schematically showing a gyro pack according to the present invention,
Fig. 5 is a sectional view taken along the line AA of Fig. 4,
6 is a perspective view showing an example of a moving means of the gyro pack according to the present invention,
7 is a perspective view showing another example of the moving means of the gyro pack according to the present invention,
8 is a view showing a case where a moment is generated by the gyro pack,
9 is a view showing a control flow chart for starting and ending a vehicle in which a vehicle control apparatus of the present invention is installed,
FIG. 10 is a side view showing the posture of the vehicle and the posture of the running state of the vehicle according to the present invention,
11 is a view showing a vehicle body that goes up a slope;
12 is a view showing a vehicle body descending an inclined plane,
13 is a view showing a case in which a protruding jaw is provided in front of the vehicle body,
14 is a view showing a case in which an obstacle is present in front of the vehicle body to perform braking,
Fig. 15 is a view showing a state in which the car rolls to the left side with a jaw on the right side of the paper,
16 is a view showing a state in which the car rolls to the right due to a recessed portion on the right side of the paper, and
17 is a view showing a state in which the vehicle is rotating leftward.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to inform.

[차량 제어 계통][Vehicle Control System]

도 1은 본 발명에 따른 차량 제어 장치의 제어 흐름도를 나타낸 도면이다.1 is a flowchart showing a control procedure of a vehicle control apparatus according to the present invention.

본 발명의 차량 제어 장치는 휠의 개수가 2개 이하여서, 자세가 불안정한 차량을 기준으로 설명한다. 하지만 본 발명이 휠의 개수가 3개 이상이어서 상대적으로 안정적인 차량에 적용할 수 없는 것은 아니다.The vehicle control device of the present invention will be described on the basis of a vehicle whose posture is unstable because the number of wheels is two or less. However, the present invention is not limited to a relatively stable vehicle because the number of wheels is three or more.

차량에서 차체의 자세를 안정적으로 제어하기 위해서는 차체에 대한 각종 데이터가 필요하다. 이를 위해 차량에는 위성항법장치(GPS 등), 속도 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 지면과 차체 사이의 거리 측정 센서 등 다양한 센서를 통해, 차량의 현재 속도, 차량의 진행 방향, 차량의 가속 및 감속 정보, 차체의 복수 위치의 지점과 지면 사이의 거리를 감지 및 측정하여 제어부(ECU)에 전송한다.In order to stably control the attitude of the vehicle body in the vehicle, various data about the vehicle body are required. For this purpose, the vehicle is equipped with various sensors such as a GPS (Global Positioning System), a speed sensor, an acceleration sensor, a gyro sensor, and a distance sensor between the ground and the vehicle body. Information, a distance between a point at a plurality of positions of the vehicle body and the ground, and transmits the sensed and measured value to the control unit (ECU).

또한 본 발명은 자이로스코프를 사용하여 차량의 자세를 안정적으로 유지하는 것을 하나의 목적으로 하는바, 이러한 제어를 수행하기 위해서는 현재 자이로스코프의 상태 역시 지속적인 업데이트가 필요하다. 이에 본 발명에서는 자이로스코프가 구비된 후술할 자이로팩의 위치, 자이로팩의 경사각, 자이로팩의 속도, 자이로팩의 가속도, 자이로스코프의 플라이휠 속도, 플라이휠 가속도, 플라이휠의 회전축의 방향 등에 관한 정보를 지속적으로 감지하고 업데이트한다.Also, the present invention aims at stably maintaining the posture of the vehicle using the gyroscope. In order to perform such control, the state of the gyroscope needs to be continuously updated. Therefore, in the present invention, information on the position of the gyro pack to be described later, the inclination angle of the gyro pack, the speed of the gyro pack, the acceleration of the gyro pack, the flywheel speed of the gyroscope, the flywheel acceleration, And updates it.

또한 본 발명은 이미 데이터베이스가 갖추어진 차량 주변의 주행 환경의 지도 정보를 파악한다. 즉 차량 상태를 측정하는 센서의 일부인 위성항법장치를 이용하여 현재 차량의 위치에 해당하는 주변 환경 정보를 데이터베이스로부터 추출하여 제어부에 제공한다. 가령 차량의 진행방향과 데이터베이스의 지형도를 대비하여 현재 차량이 있는 지면의 경사각을 산출하는 것이 가능하고, 지면의 성질 가령 도로가 아스팔트인지, 비포장인지에 대한 정보를 추출하고, 현재 진행 방향의 도로 상에 장애물이 있는지 여부와 그 장애물에 대한 위치 정보를 추출하는 것이 가능하다. 그리고 이러한 데이터베이스는 wifi와 같은 근거리 무선통신 또는 3G, LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 통해 실시간으로 인터넷 망에 접속하여 접근하거나, 지속적으로 차량의 메모리에 업데이트될 수 있다.Further, the present invention grasps the map information of the driving environment around the vehicle in which the database is already equipped. That is, a satellite navigation device which is a part of a sensor for measuring the vehicle condition, extracts surrounding environment information corresponding to the current location of the vehicle from the database, and provides the extracted information to the control unit. For example, it is possible to calculate the inclination angle of the ground on which the vehicle is present by comparing the traveling direction of the vehicle and the topographic map of the database, and extracts information on the nature of the ground, such as whether the road is asphalt or not, It is possible to extract whether or not there is an obstacle and positional information on the obstacle. Such a database can be accessed in real time via a short distance wireless communication such as wifi or a long distance wireless communication such as 3G, LTE or the like, or continuously updated in the vehicle memory.

또한 본 발명은 모노 또는 스테레오 카메라나 비디오 장치, 적외선이나 초음파 센서, 레이더, 라이더(LiDAR), 등을 활용하여, 현재 지면의 상태나 주변 지형지물의 형태, 차량이 진행하고 있는 도로의 주변 환경을 실제로 감지하고 검출하여, 이를 제어부에 제공한다.Further, the present invention utilizes a mono or stereo camera or a video device, an infrared ray or an ultrasonic sensor, a radar, a rider (LiDAR), or the like to determine the current ground state, the form of the surrounding feature, Senses and detects it, and provides it to the control unit.

이 때 지도로부터 차량의 주행 환경을 추출하여 도출된 정보와, 차량에 설치된 센서들로부터 직접 감지하고 검출한 정보는 서로 융합된다. 또한 융합된 차량 주행 환경을 근거로 현재 차량이 어떻게 제어되어야 할 지 제어부에서 결정된다. 가령 현재 측정된 정보를 근거로, 차량이 안정적으로 운행되도록 하기 위한 이상적인 자세를 도출해 낼 수 있다.At this time, the derived information extracted from the driving environment of the vehicle from the map is directly fused with the information detected and detected from the sensors installed in the vehicle. Also, the control unit determines how the current vehicle should be controlled based on the fused vehicle driving environment. For example, based on the currently measured information, an ideal posture for the vehicle to be stably operated can be derived.

현재 측정된 차량 주변의 환경과 현재 차량의 자세나 상태를 근거로 차량을 제어하는 것은, 차량의 서스펜션 제어, 차체 자세 능동 제어, 충돌 방지 제어, 오토 크루즈 제어, 에어백 전개 등 다양한 기능에 대한 제어를 포함한다. Controlling the vehicle based on the current environment of the vehicle and the current posture or state of the vehicle can be used to control various functions such as vehicle suspension control, body posture active control, collision avoidance control, autocruise control, .

또한 수시로 불안정한 상태가 될 수 있는 차량의 안정한 상태를르 유지하도록 하기 위해, 본 발명에서는 자이로팩의 위치를 이동시키거나, 자이로팩을 기울이거나, 자이로팩에 구비된 자이로스코프의 플라이휠의 회전 속도를 조절하거나, 플라이휠의 회전축의 방향을 조절하는 등의 제어를 실시한다. 이는 자이로팩의 무게 중심을 이동시켜 전체적인 차량의 무게 중심이 조금 더 안정적인 방향으로 이동하도록 하는 것이며, 자이로스코프에서 차체를 안정적으로 지지하기 위한 모멘트를 발생시켜 차체가 안정적인 자세를 유지하도록 하는 것이다.In order to maintain the steady state of the vehicle, which may become an unstable state at any time, in the present invention, the position of the gyro pack is shifted, the gyro pack is tilted, or the rotational speed of the flywheel of the gyroscope Or controls the direction of the rotation axis of the flywheel. This allows the center of gravity of the entire vehicle to move in a more stable direction by moving the center of gravity of the gyro pack, generating a moment for stably supporting the vehicle body in the gyroscope, thereby maintaining the vehicle body in a stable posture.

[본 발명에 따른 차량의 전반적인 구조][Overall structure of vehicle according to the present invention]

도 2는 본 발명에 따른 차량의 측면도를 간략히 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 평면도를 간략히 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a simplified side view of a vehicle according to the present invention, and FIG. 3 is a simplified plan view of a vehicle according to the present invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 차체(10)의 전방 좌우에 각각 휠(20)이 설치되어 있다. 물론 휠(20)은 현가 장치에 의해 차체(10)에 연결되어 지면에서 오는 충격이 차체(10)에 직접 전달되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 휠(20)은 각각 별도의 구동수단(25)인 인휠 모터에 의해 구동된다. 휠의 구동수단은 각각 독립적으로 구동되고, 구동 제어된다. 즉 본 발명에 있어서 차체(10)의 전방 좌우에 설치된 휠(20)의 회전 구동 속도는 독립적으로 제어할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the wheels 20 are provided on the front left and right sides of the vehicle body 10, respectively. It is preferable that the wheel 20 is connected to the vehicle body 10 by the suspension device so that the impact from the ground surface is not directly transmitted to the vehicle body 10. [ The wheel 20 is driven by an in-wheel motor, which is a separate driving means 25, respectively. The driving means of the wheel are independently driven and driven and controlled. That is, in the present invention, the rotational driving speed of the wheel 20 provided on the front left and right of the vehicle body 10 can be independently controlled.

또한 본 발명에 있어서 두 휠은 각각 좌우 방향으로 조향 가능하다. 그리고 두 휠의 조향각은 개별적이고 독립적으로 제어 가능하다. 가령 좌측 휠의 조향각이 전방에 대해 우측으로 20도 돌아간 상태이며, 우측 휠의 조향각은 전방에 대해 우측으로 15도 돌아간 상태일 수 있다.Further, in the present invention, the two wheels are each steerable in the left-right direction. And the steering angle of the two wheels is individually and independently controllable. For example, the steering angle of the left wheel may be 20 degrees to the right with respect to the front, and the steering angle of the right wheel may be 15 degrees to the right with respect to the front.

이는 종래의 4휠 자동차와는 다른 의미를 갖는다. 즉 종래의 4휠 자동차는, 차량이 커브길을 진행할 때, 후륜에 의해 커브길을 진행하는 차량이 바라보는 방향이 결정된다. 그리고 조향이 이루어지는 두 전륜은 서로 다른 선회 중심과 반경을 가지게 되므로, 타이어의 마모를 방지하기 위해 두 전륜은 서로 다른 선회 중심과 반경에 맞추어 그 조향각과 회전속도가 결정된다. This has a different meaning from the conventional four wheel vehicle. That is, in the conventional four wheel vehicle, when the vehicle travels on the curve road, the direction in which the vehicle traveling on the curve road is viewed by the rear wheel is determined. In order to prevent wear of the tire, the steering angle and the rotational speed of the two front wheels are determined according to different turning centers and radii, since the two front wheels to be steered have different turning centers and radii.

또한 후륜에 의해 커브길을 진행하는 차량이 바라보는 방향이 결정되는 것은 앞 뒤로 각각 1륜을 가지는 2륜 자동차, 소위 오토바이도 마찬가지이다. 즉 차량의 진행방향을 기준으로 서로 다른 위치에 회전 중심축을 가지는 두 개의 휠이 구비된 차량은 후륜과 전륜의 조향 방향의 차이에 의해 커브길을 진행하는 차량이 바라보는 방향이 결정된다.Also, the direction in which the vehicle traveling on the curved road is determined by the rear wheel is the same for a two-wheeled vehicle, or a so-called motorcycle, having one wheel in each of the front and rear. That is, in a vehicle provided with two wheels having rotation center axes at different positions with respect to the traveling direction of the vehicle, the direction in which the vehicle travels on the curve path is determined by the difference in steering direction between the rear wheel and the front wheel.

또한 기존의 세그웨이 전동차와 같이 좌우로 2개의 휠이 조향은 되지 않는 채로 두 휠의 회전 속도를 달리하여 커브길을 진행하는 방식 역시 두 휠의 회전 속도의 차등 정도에 의해 커브길을 도는 전동차의 회전반경이 결정되고, 커브길에서 전동차가 바라보는 전방은 커브길의 접선과 일치하게 된다. 즉 앞서 4륜자동차, 2륜자동차, 세그웨이 전동차 모두 커브길에 대해 차량이 바라보는 전방의 방향은 정해져 있었다.In addition, as in the case of a conventional Segway electric vehicle, two wheels are not steered left and right, and a method of moving the curve road by varying the rotation speeds of the two wheels is also a rotation of the electric motor The radius is determined, and the front of the curve on the curve is aligned with the tangent of the curve. In other words, ahead of the four-wheeled vehicle, the two-wheeled vehicle, and the Segway electric car, the direction toward the front of the curb road was fixed.

그러나 본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 전륜에만 2개의 휠이 구비되어 있고, 후륜이 없다. 즉 본 발명은 차량의 진행방향을 기준으로 하나의 회전 중심축을 가지는 두 개의 전륜 휠만 구비된 차량이다. 그리고 본 발명은 기존의 세그웨이 전동차와 달리 두 휠의 회전속도뿐만 아니라 두 휠의 조향각도 서로 독립적으로 제어 가능하다.However, in the present invention, as shown in the figure, two wheels are provided only on the front wheel, and there is no rear wheel. That is, the present invention is a vehicle equipped with only two front wheel wheels having one rotation center axis with respect to the traveling direction of the vehicle. Unlike the conventional Segway electric vehicle, the present invention can control not only the rotational speed of two wheels but also the steering angle of two wheels independently of each other.

이는 앞서 설명한 차량과 본 발명의 차량의 드라이브 메카니즘에 큰 차이를 가져온다. 즉 전륜에만 2개의 휠이 구비되어 있고 두 휠의 회전속도뿐만 아니라 두 휠의 조향각도 서로 독립적으로 제어 가능한 본 발명의 차량은, 커브길을 진행하고 있는 차량이 커브길의 궤적에 대해 상대적으로 바라보고 있는 방향을 마음대로 제어할 수 있다.This leads to a large difference in the drive mechanism of the vehicle of the present invention and the vehicle described above. In other words, the vehicle of the present invention, in which two wheels are provided only on the front wheels and the steering angles of the two wheels as well as the rotational speeds of the two wheels are independently controllable, You can freely control the viewing direction.

이에 대해 상세히 설명하면, 첫째, 전륜을 조향하는 기존의 4륜 자동차는 커브길의 궤적의 접선보다 차량이 더 바깥쪽을 바라보며 커브길을 돌게 된다. 이는 전륜을 조향하는 종래의 2륜 자동차(앞바퀴와 뒷바퀴를 가지는 오토바이)에 대해서도 마찬가지이다.First, a conventional four-wheeled vehicle steering a front wheel turns a curved road while looking at the outside of the vehicle more than the tangent of the trajectory of the curve road. This is also true for a conventional two-wheeled vehicle (a motorcycle having a front wheel and a rear wheel) that steers the front wheels.

둘째, 반면 후륜을 조향하는 기존의 4륜 중장비, 가령 지게차(fork lift)의 경우에는 커브길의 궤적의 접선보다 차량이 더 안쪽을 바라보며 커브길을 돌게 된다.Secondly, in the case of a conventional four-wheel heavy-duty vehicle steering a rear wheel, such as a forklift, the vehicle turns on a curved path looking more inward than the tangent of the trajectory of the curve road.

셋째, 또한 앞서 이미 설명하였지만, 세그웨이 전동차와 같이 좌우 두 바퀴의 조향은 하지 않고 회전 속도만 차등을 두어 커브를 도는 경우에는 커브길의 궤적의 접선과 차량이 바라보는 방향이 일치하게 된다.Third, as already described above, when the curve is made with a difference in rotational speed without steering the two left and right wheels as in the case of the Segway electric vehicle, the tangent of the trajectory of the curve path coincides with the direction of the vehicle.

이처럼 상기 세 가지의 경우 모두, 커브길의 궤적에 대해 차량이 바라보는 방향은 정해져 있을 수밖에 없었다.In all of the above cases, the direction in which the vehicle looks toward the curve of the curve is inevitable.

그러나 전륜에만 2개의 휠이 구비되어 있고 두 휠의 회전속도뿐만 아니라 두 휠의 조향각도 서로 독립적으로 제어 가능한 본 발명의 차량은, 커브길의 접선에 대해 차량이 바라보는 각도를 임의로 조정하는 것이 가능하다. 즉 전륜 좌우 모두 조향은 하지 않고 회전 속도만 차이를 두어 커브를 트는 경우에는 차량이 바라보는 방향을 커브길의 접선 방향과 일치시킬 수 있다. 또한 후륜이 없는 본 발명의 차량에서 전륜의 조향을 독립적으로 하고 전륜의 구동속도를 독립적으로 제어하면 굉장히 다양한 궤적과 자세의 차량 운행이 가능하다. 가령 전륜의 좌우 모두 동일한 각도만큼 조향한 상태에서 전륜의 구동속도를 일치시키면 차량이 정확히 전방을 바라보는 상태에서 차선 변경이 가능하다. 또한 본 발명에 의하면, 차량이 커브길을 선회할 때, 커브 초입과 커브 중간 그리고 커브 말미에 차량이 커브길 궤적의 접선에 대해 바라보는 방향을 모두 자유롭게 선택하여 제어할 수 있다. 이는 운전자의 드라이브의 즐거움, 커브길에서의 시야 확보, 커브길에서 차량에 탑승한 운전자가 받는 원심력에 대응한 운전자의 안락감, 커브길에서 차량 자세의 안정성을 확보하기 위한 제어 등에 모두 활용될 수 있다. 또한 이는 운전자에게 기존에 없는 새로운 드라이브 제어 및 새로운 드라이빙 경험을 가능하게 해준다.However, in the vehicle of the present invention in which two wheels are provided only on the front wheels and the steering angles of the two wheels as well as the rotational speeds of the two wheels are independently controllable, it is possible to arbitrarily adjust the viewing angle of the vehicle with respect to the tangent of the curve road Do. In other words, when steering the curve on both sides of the front wheel with no difference in rotation speed, the direction in which the vehicle is looking can be made to coincide with the tangential direction of the curve road. In addition, in the vehicle of the present invention having no rear wheel, the steering of the front wheels can be controlled independently, and the driving speed of the front wheels can be independently controlled. If the driving speeds of the front wheels are matched with the front wheels being steered by the same angle, the lane can be changed while the vehicle is looking forward. Further, according to the present invention, when the vehicle turns on a curve road, it is possible to freely select and control the direction in which the vehicle looks at the tangent line of the curved path trajectory at the beginning of the curve and the middle of the curve and at the end of the curve. This can be used for both pleasure of the driver's driving, securing the visibility on the curve road, comfort of the driver in response to the centrifugal force received by the driver on the curve road, and control for securing the stability of the vehicle posture on the curve road . This also allows the driver to experience new drive control and a new driving experience that are not already available.

또한 차체 상에는, 두 휠의 회전 중심을 잇는 중심축을 가로지르도록 평판 형상의 배터리(85)가 설치된다. 배터리(85)는 상당한 무게를 가지는 부품으로서, 두휠의 회전 중심을 잇는 중심축을 기준으로 차량의 전방에 더 많은 부분이 배치되어 있다. 즉 배터리의 무게중심은 두 휠의 중심축보다 약간 전방에 위치한다. 이는 사람이 탑승하는 시트(90)가 두 휠의 중심축보다 후방에 위치하는 점을 감안하여, 사람이 탑승하였을 때 무게 중심이 최대한 두 휠의 중심축에 가깝게 배치되도록 하기 위한 것이다. 배터리는 2차전지로서, 유선 또는 무선으로 충전이 이루어질 수 있다.On the vehicle body, a flat plate-shaped battery 85 is provided so as to cross a central axis connecting the rotation centers of the two wheels. The battery 85 is a part having a considerable weight, and more parts are disposed in front of the vehicle with respect to the center axis connecting the rotation centers of the two wheels. That is, the center of gravity of the battery is located slightly forward of the center axis of the two wheels. This is to allow the center of gravity to be located as close as possible to the center axis of the two wheels when the person is aboard, taking into account the fact that the seat 90 on which the person is boarding is located behind the center axis of the two wheels. The battery is a secondary battery, and can be charged by wire or wireless.

자이로팩(30)은 배터리보다 상부에 설치되며, 두 휠의 중심축 상에 위치하도록 설치된다. 자이로팩의 내부에는 두 휠의 중심축을 따라 2개의 자이로스코프(33)를 나란히 배열되어 있다. 각각의 자이로스코프는 플라이휠(36)을 구비하고 있으며, 플라이휠은 회전모터와 같은 동력수단(361)에 의해 회전된다. The gyro pack 30 is installed above the battery and is installed on the center axis of the two wheels. Inside the gyro pack, two gyroscopes 33 are arranged side by side along the center axis of the two wheels. Each gyroscope has a flywheel 36, which is rotated by a power means 361, such as a rotary motor.

자이로팩(30)의 전방에는 제어부(80)가 설치된다. 또한 제어부 부근이면서 두 휠(20)의 중심축의 전방에는 배터리의 전력을 전력 소요 수단에서 요구하는 전력의 형태에 맞게 변환하는 인버터, 컨버터 등의 각종 차량용 부속품이 설치된다.A control unit (80) is provided in front of the gyro pack (30). In addition, various vehicle accessories such as an inverter and a converter are provided in front of the central axis of the two wheels 20 in the vicinity of the control unit to convert the electric power of the battery to the type of electric power required by the power requiring means.

스티어링 휠(95)은 전자식 조향장치로서, 스티어링 휠의 각도 변위를 측정하는 센서가 내장되어 있으며, 이러한 센서에서 측정되는 스티어링 휠의 각도 변위에 따라 두 휠(20)의 구동속도에 차이가 발생함으로써 차량의 조향이 이루어지게 된다.The steering wheel 95 is an electronic steering device, and a sensor for measuring the angular displacement of the steering wheel is built in. A difference in the driving speed of the two wheels 20 occurs due to the angular displacement of the steering wheel measured by the sensor Steering of the vehicle is performed.

스티어링 휠의 후방으로는 탑승자가 앉을 수 있는 시트(90)가 마련되어 있다. 본 발명의 차체는 통상의 승용차와 유사한 정도의 차폭을 가지고 있으며, 이에 따라 좌우 한쌍의 시트가 마련되어 있다.At the rear of the steering wheel, there is provided a seat 90 on which an occupant can sit. The vehicle body of the present invention has a width similar to that of an ordinary passenger car, and accordingly, a pair of left and right seats are provided.

차량에는 다양한 센서(70)들이 설치되어 있어서, 도 1과 관련하여 설명한 각종 차량 환경 정보, 차량 상태 정보, 자이로 상태 정보 등을 수집하여 제어부(80)에 제공하게 된다.Various sensors 70 are installed in the vehicle to collect various vehicle environment information, vehicle state information, gyro state information, and the like described with reference to FIG. 1 and provide them to the control unit 80.

[[ 자이로팩의Gyro pack 구조 및  Structure and 자이로팩의Gyro pack 이동 구조] Moving structure]

도 4는 본 발명에 따른 자이로팩을 간략히 나타낸 사시도, 도 5는 도 4의 A-A 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 자이로팩의 이동수단의 일례를 나타낸 사시도, 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 자이로팩의 이동수단의 다른 일례를 나타낸 사시도이다.FIG. 4 is a perspective view schematically showing the gyro pack according to the present invention, FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4, FIG. 6 is a perspective view showing an example of a moving means of the gyro pack according to the present invention, Fig. 7 is a perspective view showing another example of the moving means of the gyro pack.

차체에 좌우로 길게 설치되는 본 발명의 자이로팩(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 차체의 좌우 방향을 따라 2개의 자이로스코프(33)가 나란히 배열된 구조이다. 각 자이로스코프는 서로 관성모멘트가 다른 플라이휠(36)들과, 상기 플라이휠들을 각각 구동하는 회전모터(361)들을 포함한다.As shown in FIG. 4, the gyro pack 30 of the present invention, which is installed to the left and right of the vehicle body, has a structure in which two gyroscopes 33 are arranged side by side along the lateral direction of the vehicle body. Each gyroscope includes flywheels 36 having mutually different moments of inertia and rotation motors 361 for driving the flywheels, respectively.

도 5에 도시된 두 개의 플라이휠은 서로 회전축이 일치하며, 상부의 플라이휠은 상부의 모터(361)로부터 회전력을 전달받아 회전하고, 하부의 플라이휠은 하부의 모터로부터 회전력을 전달받아 회전한다. 상하 두 플라이휠의 회전 방향을 서로 일치한다. 두 플라이휠은 하우징 겸 짐벌(35)에 수용되어 짐벌 내에서 회전하며, 짐벌은 틸팅수단인 틸트 모터(371)에 의해 틸트축(372)을 중심으로 필요한 각도만큼 회동된다. 즉 틸팅수단은 틸팅축(372)을 중심으로 플라이휠을 회전시켜 플라이휠의 회전축의 배향을 조절할 수 있다. 하나의 자이로스코프를 이렇게 관성모멘트가 서로 다른 두 개의 플라이휠로 구성하면, 상대적으로 관성모멘트가 작은 플라이휠에 대한 가속과 감속을 빨리 할 수 있어 플라이휠의 회전속도를 빨리 높이거나 낮출 수 있으므로, 자이로스코프에서 모멘트를 제어할 때 보다 빠른 응답성을 가지도록 할 수 있다. 플라이휠을 구동하는 회전모터는 플라이휠의 속도를 줄일 때에는 발전기로서 기능을 함으로써, 플라이휠이 가지고 있는 회전운동에너지를 다시 전기에너지로 회수하는 것 역시 가능하다.The two flywheels shown in FIG. 5 coincide with the rotation axes of the two flywheels. The upper flywheel receives rotation force from the upper motor 361 and rotates. The lower flywheel receives rotation force from the lower motor to rotate. The rotational directions of the two upper and lower flywheels coincide with each other. The two flywheels are housed in the housing and gimbals 35 and rotate in the gimbals, and the gimbals are rotated about the tilt axis 372 by a necessary angle around the tilt motor 371 as the tilting means. That is, the tilting means can rotate the flywheel about the tilting shaft 372 to adjust the orientation of the rotation axis of the flywheel. If a single gyroscope is composed of two flywheels with different moments of inertia, the acceleration and deceleration of the flywheel with a relatively small moment of inertia can be accelerated so that the rotation speed of the flywheel can be raised or lowered quickly. It is possible to achieve faster response when the moment is controlled. The rotating motor that drives the flywheel also functions as a generator when reducing the speed of the flywheel so that the rotational kinetic energy of the flywheel can be recovered by electric energy again.

두 자이로스코프(33)에 각각 설치된 플라이휠은 도 4에 도시된 바와 같이 서로 반대방향으로 회전한다. 이는 두 자이로스코프에 의해 발생하는 모멘트 중, 원하는 모멘트는 서로 상쇄되지 않고, 원치 않는 모멘트는 서로 상쇄되도록 하기 위한 것이다. 또한 두 자이로스코프(33)는 차량의 전후방향으로 연장되는 틸트 축을 중심으로, 제어에 필요한 만큼 기울어질 수 있도록 틸팅 수단에 의해 틸팅 각도가 제어될 수 있다.The flywheels respectively installed in the two gyroscopes 33 rotate in opposite directions as shown in Fig. This is because, among the moments generated by the two gyroscopes, the desired moments do not cancel each other and the undesired moments cancel each other out. Also, the tilting angle can be controlled by the tilting means so that the two gyroscopes 33 can be tilted by as much as necessary for control, about the tilt axis extending in the front-rear direction of the vehicle.

도 4를 참조하면, 본 발명의 자이로팩(30)은 도시된 바와 같이 전후 및/또는 좌우로 병진 이동이 가능하고, 아울러 피칭(P)과 요잉(Y)이 가능하도록 구성할 수 있다.Referring to FIG. 4, the gyro pack 30 of the present invention can be configured to translate back and forth and / or right and left as well as pitch (P) and yaw (Y).

자이로팩(30)의 병진 이동을 위해 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 전후 방향으로 연장되는 레일(311-1) 상에 레일가이드(312-1)를 설치하여 레일가이드(312-1)가 전후로 이동할 수 있도록 하였다. 또한 전후방향으로 움직이는 상기 레일가이드(312-1) 상에 좌우 방향으로 연장되는 레일(311-2)을 설치하고, 거기에 맞물리는 레일가이드(312-2)를 설치함으로써, 레일가이드(312-2)가 레일(311-2)을 따라 좌우로 움직일 수 있도록 구성하였다. 자이로팩(30)은 상기 레일(312-2) 상에 설치된다. 따라서 리니어 모터 등을 이용하여 두 레일에 대한 두 레일가이드의 위치를 제어함으로써 결과적으로 자이로팩(30)의 전후 및/또는 좌우 방향으로의 이동을 제어할 수 있다. 여기서 자이로팩(30)은 레일가이드(312-2)에 대해 피칭(P)이 가능하도록 설치될 수 있다. 그리고 이러한 자이로팩 피칭 수단으로서는 모터가 사용될 수 있다.6, the rail guide 312-1 is installed on the rail 311-1 extending in the forward and backward directions to move the rail guide 312-1, To move back and forth. A rail 311-2 extending in the left and right direction is provided on the rail guide 312-1 moving in the front and rear direction and a rail guide 312-2 engaged with the rail 311-2 is provided, 2 can be moved laterally along the rail 311-2. The gyro pack 30 is installed on the rail 312-2. Therefore, by controlling the positions of the two rail guides relative to the two rails using a linear motor or the like, the movement of the gyro pack 30 in the forward, backward, and / or left and right directions can be controlled as a result. Here, the gyro pack 30 can be installed so as to be able to pitch (P) with respect to the rail guide 312-2. As the gyro pack pitching means, a motor can be used.

도 7에는 도 6과 다른 방식으로 자이로팩을 이동하고, 피칭 방향이나 요잉 방향으로 회동시킬 수 있으며, 자이로팩을 승강시킬 수 있는 구조가 개시되어 있다. 자이로팩(30)은 차체의 설치면에 대해 4개의 링크암(313)에 지지된 상태로 설치되어 있다. 링크암(313)의 하단부에는 수직축을 중심으로 링크암을 회전시키는 수단이 형성되고, 바로 그 상부에는 수평축을 중심으로 링크암을 회전시키는 수단이 설치되며, 링크암은 그 길이방향으로 램(ram) 등의 구조를 통해 유압으로 그 길이가 신축(伸縮)된다. 물론 링크암의 길이는 링크암마다 독립적으로 조절되도록 제어된다. 링크암의 상단은 자이로팩(30)에 유니버셜 조인트 방식으로 연결되어 있다. Fig. 7 shows a structure in which the gyro pack can be moved in a manner different from that of Fig. 6, the gyro pack can be rotated in the pitching direction or the yawing direction, and the gyro pack can be lifted and lowered. The gyro pack 30 is mounted on four link arms 313 with respect to the mounting surface of the vehicle body. A means for rotating the link arm about the vertical axis is formed at the lower end of the link arm 313, means for rotating the link arm about the horizontal axis is provided at the upper portion thereof, and the link arm is provided with a ram ) And the like, the length of which is expanded and contracted by hydraulic pressure. Of course, the length of the link arm is controlled to be independently adjusted for each link arm. The upper end of the link arm is connected to the gyro pack 30 by a universal joint method.

따라서 4개의 링크암이 모두 평행하게 전방을 향해 회동하면 자이로팩은 전방으로 이동하게 되고, 4개의 링크암이 모두 평행하게 우측을 향해 회동하면 자이로팩 역시 우측으로 이동하게 된다. 이처럼 링크암이 모두 동일한 방향으로 움직이면 자이로팩의 이동이 가능하다.Therefore, when the four link arms are all pivoted forward in parallel, the gyro pack moves forward, and when the four link arms are all turned in parallel to the right side, the gyro pack also moves to the right. If the link arms are all moved in the same direction, the movement of the gyro pack is possible.

다음으로 4개의 링크암 중 뒤의 2개의 링크암의 길이가 늘어나고, 앞의 2개의 링크암의 길이가 줄어들면, 자이로팩은 피칭 방향으로 회동하게 된다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다.Next, the length of the two link arms behind the four link arms is increased, and when the length of the two link arms is reduced, the gyro pack is rotated in the pitching direction. The reverse is also true.

다음으로 4개의 링크암 중 오른쪽 2개의 링크암은 전방으로 회동하고 왼쪽 2개의 링크암은 후방으로 회동하면, 자이로팩은 요잉 방향으로 회동하게 된다. 이는 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 뿐만 아니라 4개의 링크암 중 뒤의 2개의 링크암은 우측으로 회동하고, 앞의 2개의 링크암은 좌측으로 회동해도, 자이로팩은 요잉 방향으로 회동하게 된다.Next, the right two link arms of the four link arms are rotated forward, and when the left two link arms are rotated backward, the gyro pack is rotated in the yaw direction. The same is true for the other case. In addition, the rear two link arms of the four link arms rotate to the right, and even if the two link arms rotate to the left, the gyro pack is rotated in the yaw direction.

또한 4개의 링크암이 모두 함께 늘어나거나 줄어들면, 자이로팩은 승강하게 된다.Also, if all four link arms are stretched or shrunk together, the gyro pack will ascend and descend.

앞서 살펴본 바와 같이, 4개의 링크암을 위와 같이 구성하면, 자이로팩의 이동과 피칭과 요잉을 동시에 구현할 수도 있다. 아울러 앞서 설명하지는 아니하였으나, 롤링 방향으로 자이로팩을 회동시킬 수도 있다. 즉 상술한 4개의 링크암은 자이로팩의 이동수단이면서 동시에 피칭수단, 요잉수단, 롤링수단, 승강수단의 기능을 동시에 하게 된다.As described above, if the four link arms are constructed as described above, movement, pitching and yawing of the gyro pack can be simultaneously realized. In addition, although not described above, the gyro pack may be rotated in the rolling direction. That is, the above-described four link arms serve as the moving means of the gyro pack, and simultaneously serve as the pitching means, the yaw means, the rolling means, and the elevating means.

링크암의 개수나 자유도는 구현하고자 하는 자이로팩의 이동이나 회동에 따라 적절히 선택할 수 있음은 물론이다. 가령 링크암의 3개인 경우, 3개의 링크암 중 2개에만 신축 구조가 있는 경우 등 다양한 변형례가 존재함은 자명하다. 또한 1개의 링크암으로 모든 방향에 대한 자이로팩의 위치 이동과 회전을 모두 구현할 수 있음은 물론, 해당 링크암에 걸리는 하중과 모멘트를 모두 지지할 수 있다면, 하나의 링크암으로도 구현 가능함은 물론이다.It goes without saying that the number of link arms and the degree of freedom can be appropriately selected depending on the movement or rotation of the gyro pack to be implemented. It is obvious that there are various modifications such as the case where there are three link arms, and the case where only two of the three link arms have a telescopic structure. In addition, it is possible to implement both the position movement and the rotation of the gyro pack in all directions with one link arm, and also to support both the load and the moment applied to the link arm. to be.

한편 본 발명은 2개의 자이로스코프가 설치된 자이로팩이 전체적으로 피칭하는 구조에 대해 예시하였으나, 자이로팩에 설치된 2개의 자이로스코프를 각각 피칭하는 구조를 적용할 수도 있음은 물론이다. 또한 자이로스코프의 개수가 2개에 한정되는 것은 아니며, 하나의 자이로스코프 내에 구비되는 플라이휠이 2개에 한정되는 것 역시 아니다.While the present invention has been described with respect to a structure in which a gyro pack having two gyroscopes are entirely pitched, it is needless to say that a structure for pitching two gyroscopes provided in a gyro pack may be applied. Also, the number of gyroscopes is not limited to two, and the number of flywheels provided in one gyroscope is not limited to two.

자이로팩에 의해 모멘트가 발생하는 경우를 나타낸 도 8을 참조하면, 도 자이로스코프(33) 내의 플라이 휠은 서로 반대방향으로 회전하고 있다. 이들 자이로스코프를 (a)와 같이 배향할 때 발생하는 모멘트와 (b)와 같이 배향할 때 발생하는 모멘트는 서로 방향이 반대가 된다. 발생시키고자 하는 모멘트의 방향과 크기를 정확히 제어하기 위해, 두 자이로스코프의 플라이휠 회전 속도와 회전축의 방향은 모두 개별적으로 제어될 수 있다. 즉 두 자이로스코프의 플라이휠 회전 속도와 회전축의 방향을 개별적으로 조절함으로써 자이로스코프에 의해 차체에 가해지는 피칭 방향으로의 모멘트와 롤링 방향으로의 모멘트와 요잉 방향으로의 모멘트를 모두 제어할 수 있으며, 이렇게 차체에 작용하는 모멘트의 방향은 자이로팩 자체의 피칭(P)과 요잉(Y)에 의해 추가적으로 더 제어될 수 있다.Referring to Fig. 8 showing a case where a moment is generated by the gyro pack, the flywheels in the road gyroscope 33 rotate in opposite directions to each other. The moments generated when these gyroscopes are oriented as shown in (a) and those generated when orientated as shown in (b) are opposite to each other. In order to precisely control the direction and magnitude of the moment to be generated, both the rotational speed of the flywheel and the direction of the rotational axis of the two gyroscopes can be controlled individually. In other words, it is possible to control both the moment in the pitching direction, the moment in the rolling direction and the moment in the yawing direction applied to the vehicle body by the gyroscope by individually controlling the flywheel rotation speed and the rotation axis direction of the two gyroscopes. The direction of the moment acting on the vehicle body can be additionally controlled by the pitch (P) and yawing (Y) of the gyro pack itself.

[자이로스코프의 배향과 [Orientation of gyroscope and 자이로팩의Gyro pack 이동 및 회동에 의한 차체 자세 제어] Control of the body posture by movement and rotation]

본 발명에 따른 자이로팩과 그 이동수단 등이 설치된 차량의 차체 제어 방법에 대해 이하 상세히 설명한다.A vehicle body control method of a vehicle provided with a gyro pack and its moving means according to the present invention will be described in detail below.

세그웨이의 2륜 구동 차량은, 좌우 2개의 바퀴가 존재하고, 무게 중심이 이러한 두 바퀴를 연결하는 선 상에 위치시킴을 전제로 기술의 개발이 진행되었고, 이에 따른 자세 제어 원리는 무게중심에 작용하는 중력가속도와 차체의 가속도의 합에 의한 가속도가 휠의 중심을 향하도록 차체의 가속도의 크기와 방향을 제어하는 것이다.The two-wheel drive vehicle of Segway has been developed on the assumption that there are two left and right wheels and the center of gravity is located on the line connecting these two wheels. The acceleration and the direction of the vehicle body are controlled such that the acceleration due to the sum of the acceleration of gravity and the acceleration of the vehicle body is directed toward the center of the wheel.

또한 리트 모터스의 2륜 구동 차량은, 전륜과 후륜이 존재하고, 이 역시 이러한 두 바퀴를 연결하는 선 상에 무게중심이 위치함을 전제로 기술의 개발이 진행되었고, 이에 따른 자세 제어 원리는 전륜과 후륜이 구비된 차체가 정지하고 있거나 저속으로 주행하여 불안정한 상태일 때, 그리고 외부적인 요인으로 충격을 받았을 때 발생하는 외력에 의해 차체가 넘어지는 방향으로 모멘트가 작용할 때 자이로스코프를 통해 이에 상보적인 모멘트를 발생시켜 자세를 제어하는 것이다.In the two-wheel drive vehicle of Lit Motors, the development of the technology has been advanced on the assumption that the center of gravity is located on the line connecting the front wheels and the rear wheels and the two wheels are connected to each other. When the vehicle body with the rear wheel is stopped or when the vehicle is running at a low speed and is in an unstable state and when a moment is applied in the direction of the vehicle body falling due to an external force generated when the vehicle is impacted by an external factor, And a moment is generated to control the posture.

반면, 본 발명은 무게중심이 두 바퀴를 연결하는 선 상에 위치하지 않음을 전제로 기술 개발이 이루어졌고, 그 결과 차량이 운행하면서 발생하는 차량 내외의 각종 정보를 근거로 자이로팩의 위치 및/또는 회전이동에 따른 하중 이동과 자이로스코프의 모멘트 발생을 지속적으로 제어하여 자세를 제어하게 된다.On the other hand, the present invention is based on the premise that the center of gravity is not located on a line connecting two wheels, and as a result, the position and / or the position of the gyro pack, Or the movement of the load due to the rotational movement and the generation of moment of the gyroscope are continuously controlled to control the posture.

도 9는 본 발명의 차량 제어 장치가 설치된 차량의 운행 시작과 운행 종료에 이루어지는 제어 흐름도를 나타낸 도면, 도 10은 본 발명의 차량의 운행 정지 상태와 운행 상태의 자세를 나타낸 측면도이다.FIG. 9 is a view showing a control flow chart for starting and ending the operation of the vehicle in which the vehicle control device of the present invention is installed, and FIG. 10 is a side view showing the posture of the vehicle and the posture of the running state of the vehicle according to the present invention.

도 10의 (a)를 참조하면, 사람이 타고 있지 않은 주차 상태에서는 앞서 설명한 바와 같이 휠(20)을 중심으로 차체(10)의 앞부분에 더 많은 하중이 분포되어 있어 차량이 앞으로 기울어진 상태가 된다. 운행을 하지 않는 상태에서는 자이로스코프도 정지되어 있으므로, 차를 지지하는 지지대(미도시)가 차체 전후방에서 하부로 돌출되어 나와 지면에 대해 차체를 지지하게 된다.10 (a), in the parking state in which no person is riding, more load is distributed to the front portion of the vehicle body 10 about the wheel 20 as described above, so that the vehicle is tilted forward do. Since the gyroscope is also stopped when the vehicle is not in operation, a support (not shown) for supporting the vehicle protrudes downward from the front of the vehicle body to support the vehicle body against the ground.

사람이 승차하고 운행을 시작하기 위해 시동을 걸면, 센서에 의해 차량의 전방과 후방 중 하중이 더 조금 걸리는 지지대가 무엇인지 파악한 후, 해당 지지대를 차량 내부로 인입시키고, 다시 차의 경사각 및/또는 차의 전방과 후방에서 각각 측정되는 차의 하부면과 지면 사이의 거리를 센서로 측정한다.When a person rides to start a vehicle and starts the operation, it is necessary to grasp what kind of support is less likely to be loaded by the sensor in front of and behind the vehicle, and then the support is pulled into the vehicle and the inclination angle and / Measure the distance between the bottom of the car and the ground measured from the front and rear of the car, respectively.

그리고 차가 지면에 대해 평행한 자세를 가지도록 자이로팩의 위치를 전방 또는 후방 중 필요한 방향으로 이동시키고 동시에 자이로스코프를 작동시켜 차체가 지면에 수평이 되도록 제어한다. 가령 차체의 앞쪽은 들려 있고 뒤쪽은 낮추어져 있는 상태라면, 자이로팩은 전방으로 이동하고 또한 자이로스코프는 차체의 뒤쪽을 들어올리는 모멘트를 일으키도록 제어된다. 이렇게 차체가 지면과 평행이 되도록 안정적으로 제어가 이루어진 후에는 지지대가 모두 차체 내부로 들어간다. 그러면 도 10의 (b)와 같은 상태를 그대로 유지하게 된다.Then, the position of the gyro pack is moved forward or rearward in a necessary direction so that the car has a parallel posture with respect to the ground, and at the same time, the gyroscope is operated to control the vehicle body to be horizontal on the ground. For example, if the front of the car is heard and the rear is lowered, the gyro pack is moved forward and the gyroscope is controlled to cause a moment to lift the rear of the car. Thus, after the vehicle body is stably controlled so as to be parallel to the ground, all the support members enter the inside of the vehicle body. Then, the state as shown in FIG. 10 (b) is maintained.

본 발명의 실시예에 의하면, 사람이 탑승하는 시트(90)가 두 휠의 중심축보다 후방에 위치하고, 탑승하는 사람의 체중, 탑승하는 사람의 인원 수, 탑승하는 사람의 탑승 자세, 탑승하는 사람의 시트 위치 조절 등의 여러 변수에 의해 무게 중심의 위치가 달라질 수 있기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이 무게중심이 두 바퀴를 연결하는 선 상에 위치하지 않은 상태를 가장 기본적인 디폴트(default) 상태로 하여 운행이 이루어진다. 따라서 도 10의 (b)와 같은 디폴트 상태를 유지하기 위해서, 자이로팩이 전방으로 이동하고 자이로스코프가 차체의 뒤쪽을 들어올리는 모멘트를 일으키도록 틸트 각과 회전 속도가 제어된 상태가 기본적인 디폴트 제어 상태가 된다.According to the embodiment of the present invention, the seat 90 on which the person is boarding is positioned behind the center axis of the two wheels, and the weight of the boarding person, the number of persons on boarding, the boarding posture of the boarding person, The position of the center of gravity can be changed by various variables such as the seat position adjustment of the seat, so that the state in which the center of gravity is not located on the line connecting the two wheels is set as the default state, . Therefore, in order to maintain the default state as shown in FIG. 10 (b), a state in which the tilt angle and the rotational speed are controlled such that the gyro pack moves forward and the gyroscope raises the rear of the vehicle body causes a basic default control state do.

한편 운행을 마친 후에는 지면에 지지대가 나올만한 공간이 있는지 센서를 통해 확인하고, 지지대를 내리게 된다. 이 때 지지대가 나올만한 공간이 없다면, 자이로팩의 위치와 자이로스코프 제어를 통해 차체의 밸런스를 조정하여 지지대를 나올 공간을 확보하였는지 센서로 확인한 후, 지지대를 내리는 동작을 수행한다.On the other hand, after the operation is completed, the sensor confirms whether there is a space for the support to come out on the ground, and the support is lowered. At this time, if there is no space for the support stand, the controller checks the position of the gyro pack and the gyroscope to ensure that the space for the support is secured by adjusting the balance of the vehicle body.

도 11은 경사면을 오르는 차체를 나타낸 도면이고, 도 12는 경사면을 내려가는 차체를 나타낸 도면이다.Fig. 11 is a view showing a vehicle body that ascends an inclined plane, and Fig. 12 is a view showing a vehicle body descending an inclined plane.

평지를 운행하던 차량이 경사면에 접어든 경우, 차체는 경사면을 오르면서도 자이로스코프의 작용에 의해 중력 방향에 수직하게 정렬된 채로 경사면을 오르게 되는데, 이러한 자세에서는 차체의 앞부분 저면이 경사면에 닿을 수도 있다. 따라서 경사면을 오를 때 지면과 차체가 평행하게 되기 위해서는, 중력 방향에 대해 차체의 뒷부분을 더 내리는 자세를 가지도록 차체를 제어해야 한다. When the vehicle running on the flat ground is folded on the inclined surface, the vehicle body is raised on the inclined surface while being aligned vertically to the gravity direction due to the action of the gyroscope while climbing the inclined surface. In this posture, the front bottom surface of the vehicle body may touch the inclined surface . Therefore, in order for the ground and the vehicle body to become parallel to each other when the inclined plane is raised, the vehicle body must be controlled so as to have an attitude to further lower the rear portion of the vehicle body with respect to the gravity direction.

이를 위해, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 자이로팩(30)을 후방으로 약간 이동시키고, 자이로스코프를 도 11의 (b)와 같이 배향하면서 플라이휠의 속도를 적절히 조정하면, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 차체의 자세를 제어할 수 있다. 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다. 물론 이 때 지면과 차체 전후방의 바닥면 사이의 거리는 센서에 의해 지속적으로 모니터링된다.11 (a), when the gyro pack 30 is slightly moved backward and the speed of the flywheel is appropriately adjusted while orienting the gyroscope as shown in FIG. 11 (b), as shown in FIG. 11 the posture of the vehicle body can be controlled as shown in Fig. The movement of the gyro pack and the orientation and rotation speed of the gyroscope can be controlled simultaneously or selectively. Of course, the distance between the ground and the floor front and back of the car is constantly monitored by the sensor.

위와 반대로, 평지를 운행하던 차량이 경사면을 따라 내려가는 경우에는, 차체의 뒷부분 저면이 경사면에 닿을 우려가 있다. 따라서 경사면을 내려올 때 지면과 차체가 평행하게 되기 위해서는, 중력 방향에 대해 차체의 뒷부분을 더 올리는 자세를 가지도록 차체를 제어해야 한다.On the contrary, when the vehicle running on the flat ground descends along the inclined surface, the rear bottom of the vehicle body may touch the inclined surface. Therefore, in order for the ground and the vehicle body to be parallel to each other when the inclined surface is lowered, the vehicle body must be controlled so as to have an attitude to further raise the rear portion of the vehicle body with respect to the gravity direction.

이를 위해, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 자이로팩(30)을 전방으로 약간 이동시키고, 자이로스코프를 도 12의 (b)와 같이 배향하면서 플라이휠의 속도를 적절히 조정하면, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 차체의 자세를 제어할 수 있다. 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다. 물론 이 때 지면과 차체 전후방의 바닥면 사이의 거리는 센서에 의해 지속적으로 모니터링된다.12 (a), when the gyro pack 30 is slightly moved forward and the speed of the flywheel is appropriately adjusted while orienting the gyroscope as shown in FIG. 12 (b), as shown in FIG. 12 the posture of the vehicle body can be controlled as shown in Fig. The movement of the gyro pack and the orientation and rotation speed of the gyroscope can be controlled simultaneously or selectively. Of course, the distance between the ground and the floor front and back of the car is constantly monitored by the sensor.

도 13은 차체의 전방에 돌출턱이 있는 경우를 나타낸 도면이고, 도 14는 차체의 전방에 장애물이 있어 제동을 해야 하는 경우를 나타낸 도면이다. Fig. 13 is a view showing a case where there is a protruding jaw in front of the vehicle body, and Fig. 14 is a view showing a case where there is an obstacle in front of the vehicle body and braking is required.

도 13의 경우 차체의 하부에 존재하는 센서에서는 지면에 있는 돌출턱을 감지하게 된다. 그러면 제어부는 돌출턱의 위치와 차량의 속도를 근거로 언제쯤 차량이 돌출턱을 밟아 충격이 발생할 것인지 추정해낼 수 있고, 이에 대비하는 자세 제어를 미리 준비할 수 있다. 가령 차량이 돌출턱을 밟을 경우 차는 앞으로 쏠릴 수 있다. 따라서 이 때에는 자이로팩(30)을 후방으로 이동시키고, 자이로스코프의 틸트 각도와 플라이휠의 회전속도를 제어하여 이에 대비할 수 있다. 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다. 이는 도 14의 경우도 마찬가지이다. 즉 차량의 앞에 장애물이 감지된 경우, 제어부는 장애물의 위치와 차량의 속도를 근거로 차량의 브레이킹 강도와 시기를 예측할 수 있고, 이에 대비하는 자세 제어를 미리 준비할 수 있다. 차가 앞으로 쏠릴 것에 대비하여 마찬가지로 자이로팩(30)을 후방으로 이동시키고, 자이로스코프의 틸트 각도와 플라이휠의 회전속도를 제어할 수 있다. 물론 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다.In the case of FIG. 13, the sensor located under the vehicle body senses the protruding jaw on the ground. Then, based on the position of the protruding jaw and the speed of the vehicle, the control unit can estimate when the vehicle will step on the protruding jaw to cause the impact, and prepare the posture control in preparation for this. For example, when the vehicle is stepped on the protruding jaw, the car can be pulled forward. Therefore, at this time, the gyro pack 30 can be moved backward to control the tilting angle of the gyroscope and the rotational speed of the flywheel. The movement of the gyro pack and the orientation and rotation speed of the gyroscope can be controlled simultaneously or selectively. This also applies to the case of FIG. That is, when an obstacle is detected in front of the vehicle, the controller can predict the braking strength and timing of the vehicle based on the position of the obstacle and the speed of the vehicle. The tilting angle of the gyroscope and the rotational speed of the flywheel can be controlled by moving the gyro pack 30 in the backward direction in the same manner as the car is to be moved forward. Of course, movement of the gyro pack and adjustment of the orientation and rotational speed of the gyroscope can be made simultaneously or selectively.

도 15는 지면의 우측에만 턱이 있어 차가 좌측으로 롤링하는 상태를 나타낸 도면, 그리고 도 16은 지면의 우측에만 함몰된 부위가 있어 차가 우측으로 롤링하는 상태를 나타낸 도면이다.Fig. 15 is a view showing a state in which the car rolls to the left side with a tuck only on the right side of the paper, and Fig. 16 is a view showing a state in which the car rolls to the right side with a recessed portion only on the right side of the paper.

도 15에 도시된 바와 같이 차가 좌측으로 롤링하게 되면, 차의 하중은 좌측에 쏠리게 되고, 이때 우측 휠(20)과 지면 사이에서는 슬립이 발생할 수도 있다. 따라서 차량의 전복이나 미끄러짐을 방지하기 위해 자이로팩(30)은 우측으로 이동하게 된다. 이러한 자이로팩의 위치 제어에 의하면, 차체의 무게 중심이 우측으로 이동하여 우측 휠(20)에 더 많은 하중이 실리도록 함으로써 전복을 방지하고 우측 휠과 지면 사이의 트랙션을 더 확보할 수 있다.As shown in FIG. 15, when the car rolls to the left, the load of the car is shifted to the left, and slip may occur between the right wheel 20 and the ground at this time. Therefore, the gyro pack 30 is moved to the right to prevent overturning or slipping of the vehicle. According to the position control of the gyro pack, the center of gravity of the vehicle body moves to the right side and the load applied to the right wheel 20 is increased, thereby preventing overturning and further ensuring traction between the right wheel and the ground.

이와 더불어, 차체에 좌측으로 롤링이 발생하는 것에 저항하여, 그 반대 방향으로 모멘트가 발생하도록 자이로팩과 자이로스코프가 제어될 수 있다. 가령 두 자이로스코프가 각각 서로 반대 방향으로 피칭함으로써 차체의 롤링 방향에 저항하는 방향으로 모멘트를 발생시킬 수 있다. 물론 이러한 자이로팩의 이동과 자이로스코프의 배향 및 회전 속도 조절은 동시에, 또는 선택적으로 이루어질 수 있다.In addition, the gyro pack and the gyroscope can be controlled so that a moment is generated in the opposite direction, against rolling occurring to the left side of the vehicle body. For example, the two gyroscopes can pitch each other in opposite directions to generate a moment in a direction resistant to the rolling direction of the vehicle body. Of course, movement of the gyro pack and adjustment of the orientation and rotational speed of the gyroscope can be made simultaneously or selectively.

이는 도 16에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.This can be similarly applied to FIG. 16, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 17은 차량이 좌측으로 회전하고 있는 상태를 위에서 나타낸 도면이다.17 is a view showing a state in which the vehicle is rotating leftward.

차량이 도시된 바와 같이 회전하게 되면, 차량에는, 중력 방향으로 받는 가속도 외에도, 회전반경(O)의 중심으로부터 멀어지는 방향으로도 가속도를 받게 된다. 그런데 도 17에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차량에는 중심축이 서로 일치하는 좌우 2개의 휠만 구비되어 있으므로, 먼저 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이 휠의 중심축을 중심으로 상대적으로 하중이 많이 그리고 멀리 배치된 차량의 후방에 더 많은 원심력이 발생하게 되고, 이에 따라 Y 방향으로 요잉이 발생하게 된다. 다음으로 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이 차체의 무게중심은 휠의 중심축보다 위에 배치되므로, 원심력에 의해 R 방향으로 롤링이 발생하게 된다. 또한 도 17의 (c)에 도시된 바와 같이 차체보다 약간 뒤쪽이면서 휠의 중심축보다 위에 위치하는 무게중심에 원심력이 작용하므로 P 방향으로 피칭이 발생하게 된다.When the vehicle is rotated as shown, the vehicle is also accelerated in a direction away from the center of the turning radius O, in addition to the acceleration received in the gravitational direction. However, as shown in FIG. 17, since the vehicle according to the present invention is provided with only two left and right wheels whose center axes coincide with each other, first, as shown in FIG. 17A, More centrifugal force is generated on the rear side of the vehicle that is located much and farther away, thereby causing yawing in the Y direction. Next, as shown in FIG. 17 (b), the center of gravity of the vehicle body is disposed above the central axis of the wheel, so that rolling occurs in the R direction due to the centrifugal force. In addition, as shown in Fig. 17C, centrifugal force acts on the center of gravity located slightly behind the vehicle body and located above the center axis of the wheel, so that pitching occurs in the P direction.

이처럼 차량이 커브를 틀 때에는, 자이로팩을 회전반경의 중심 방향(O) 쪽으로 이동시킴으로써 롤링에 의해 회전반경의 중심 방향에 가까운 쪽이 들리지 않도록 하며 회전반경 중심에 가까이 위치한 휠을 눌러 주어 해당 휠에서 상대적으로 취약해진 트랙션을 다시 보강하는 제어를 한다. 이와 더불어 자이로팩을 최대한 낮게 하강시켜 휠의 중심축에 차체의 무게중심을 접근시킴으로써 롤링 현상을 더욱 줄일 수 있다.By moving the gyro pack toward the center of rotation (O) of the turning radius, the wheel near the center of the turning radius is pressed against the center of the turning radius by the rolling, Control to reinforce the relatively weak traction. In addition, the gyro pack is lowered as low as possible and the center of gravity of the vehicle body approaches the center axis of the wheel, thereby further reducing the rolling phenomenon.

또한 자이로팩의 요잉을 조절하고(조절하거나), 두 자이로스코프의 플라이휠의 회전축의 배향과 회전속도를 개별적으로 조절함으로써, 앞서 롤링(R), 피칭(P), 요잉(Y)과 반대되는 방향으로 모멘트가 발생하도록 제어한다. 특히 롤링(R)의 측면에서는, 휠의 중심축을 기준으로 오히려 무게가 더 많은 쪽인 차체의 후방 쪽이 전방 쪽보다 지면에 더 가까워지도록 무게 중심을 낮추는 방향으로 제어를 하는 것이 바람직하다.The yawing of the gyro pack can be controlled (adjusted), and the orientation and the rotational speed of the rotary shaft of the flywheel of the two gyroscopes can be individually adjusted so that the direction opposite to the rolling (R), pitching (P) So that a moment is generated. Particularly on the side of the rolling (R), it is preferable to control the direction of lowering the center of gravity so that the rear side of the vehicle body, which is the weight side rather than the center axis of the wheel, is closer to the ground than the front side.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is obvious that a transformation can be made. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the effects of the present invention are not explicitly described and described, but it is needless to say that the effects that can be predicted by the configurations should also be recognized.

10: 차체
20: 휠
25: 구동수단(인휠모터)
30: 자이로팩
31: 이동수단
311: 레일
312: 레일가이드
313: 링크암
P: 자이로팩 피칭 방향
Y: 자이로팩 요잉 방향
33: 자이로스코프
35: 짐벌
36: 플라이휠
361: 동력수단(회전모터)
362: 회전축
371: 틸팅수단(틸트 모터)
372: 틸팅축
70: 센서
80: 제어부
85: 배터리
90: 시트
95: 스티어링휠10: Body
20: Wheel
25: Driving means (in-wheel motor)
30: Gyro pack
31: Moving means
311: Rail
312: Rail guide
313: Link arm
P: Gyro pack pitch direction
Y: Gyro pack yoying direction
33: Gyroscope
35: The gimbal
36: Flywheel
361: Power means (rotary motor)
362:
371: tilting means (tilt motor)
372: Tilting axis
70: Sensor
80:
85: Battery
90: sheet
95: Steering wheel

Claims (9)

적어도 하나의 휠을 포함하는 차체;
상기 차체에 대해 전후 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동 가능하게 고정되는 자이로팩;
상기 자이로팩을 이동시키는 이동수단;
상기 자이로팩에 설치되는 하나 이상의 자이로스코프;
상기 자이로스코프에 설치되는 하나 이상의 플라이휠;
상기 플라이휠을 회전시키는 동력수단;
상기 플라이휠을 틸팅하는 틸팅수단;
차체, 차체 주변의 환경, 및 자이로팩 중 적어도 어느 하나의 상태를 측정하는 센서; 및
상기 센서들로부터 측정된 신호에 기초하여 상기 이동수단과 동력수단과 틸팅수단 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 휠은 차체의 진행 방향에 대해 수직을 이루는 방향으로 좌우 한 쌍 구비되고,
상기 한 쌍의 휠은 각각 독립적으로 구동되는 구동장치에 의해 구동되며,
상기 한 쌍의 휠에는 휠의 조향각을 각각 독립적으로 조절하는 조향수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
A body including at least one wheel;
A gyro pack movably fixed to at least one of a front-rear direction and a left-right direction with respect to the vehicle body;
Moving means for moving the gyro pack;
At least one gyroscope installed in the gyro pack;
One or more flywheels mounted on the gyroscope;
Power means for rotating the flywheel;
A tilting means for tilting the flywheel;
A sensor for measuring a state of at least one of a vehicle body, an environment around the vehicle body, and a gyro pack; And
And a control unit for controlling at least one of the moving unit, the power unit, and the tilting unit based on the measured signal from the sensors,
Wherein the wheel is provided in a pair of left and right wheels in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle body,
Wherein the pair of wheels are driven by drive devices independently driven,
Wherein the pair of wheels are provided with steering means for independently controlling steering angles of the wheels.
청구항 1에 있어서,
상기 차체에 대한 자이로팩의 위치 이동은 상기 자이로팩과 차체에 각각 연결되는 적어도 하나의 링크 암(arm)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the movement of the gyro pack relative to the vehicle body is made by at least one link arm connected to the gyro pack and the vehicle body, respectively.
청구항 2에 있어서,
상기 링크 암의 양단이 각각 상기 자이로팩과 차체에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
The method of claim 2,
And both ends of the link arm are connected to the gyro pack and the vehicle body, respectively.
청구항 2에 있어서,
상기 링크 암은 3개 이상 구비되며,
상기 링크 암들의 양단 중 어느 일단은 유니버셜 조인트로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
The method of claim 2,
At least three link arms are provided,
And one end of each of the link arms is connected by a universal joint.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 링크 암은 개별적으로 길이 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
The method according to claim 3 or 4,
Wherein the link arms are individually adjustable in length.
청구항 5에 있어서,
상기 플라이휠의 회전축 및 틸팅축에 수직한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 기울이는 자이로팩 피칭수단을 더 포함하되,
상기 자이로팩의 피칭은 상기 링크 암의 길이를 조절함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
The method of claim 5,
Further comprising a gyro pack pitching means for tilting the gyro pack about an axis perpendicular to a rotation axis and a tilting axis of the flywheel,
Wherein pitching of the gyro pack is implemented by adjusting the length of the link arm.
청구항 4에 있어서,
상기 플라이휠의 회전축과 평행한 축을 중심으로 상기 자이로팩을 회전시키는 자이로팩 요잉수단을 더 포함하되,
상기 자이로팩의 요잉은 상기 링크 암을 서로 다른 방향으로 선회시킴으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
The method of claim 4,
Further comprising gyro pack yawing means for rotating the gyro pack about an axis parallel to the rotation axis of the flywheel,
Wherein the yawing of the gyro pack is implemented by turning the link arm in different directions.
청구항 5에 있어서,
상기 자이로팩을 승강시키는 자이로팩 승강수단을 더 포함하되,
상기 자이로팩의 승강은 상기 링크 암의 길이를 조절함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
The method of claim 5,
Further comprising gyro pack lifting means for lifting and lowering the gyro pack,
Wherein the gyro pack is raised and lowered by adjusting the length of the link arm.
청구항 1에 있어서,
하나의 자이로스코프에는 회전축과 회전 방향이 서로 일치하는 적어도 두 개의 플라이휠이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein one gyroscope is provided with at least two flywheels whose rotational axes and rotational directions coincide with each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109501874A (en) * 2018-11-30 2019-03-22 无锡南洋职业技术学院 A kind of new-energy automobile
KR101969143B1 (en) * 2018-06-22 2019-04-16 연성은 Gyro cart
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